DE69927894T2

DE69927894T2 - Schaltknüppel

Info

Publication number: DE69927894T2
Application number: DE69927894T
Authority: DE
Inventors: Henning Kroschke; Michael Stoffers; Klaus Lamm; Willi Semmelroggen; Uwe Gillmann
Original assignee: ITT Manufacturing Enterprises LLC
Current assignee: Deltatech Controls USA LLC
Priority date: 1998-08-21
Filing date: 1999-08-20
Publication date: 2006-04-20
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: ATE308075T1; DE69927894D1; EP0982646A2; DE19861143B4; DE19861141B4; EP0982646B1; EP0982646A3; US6462731B1

Description

Die Erfindung betrifft einen Schaltknüppel nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Als Gelenke werden Kugel- oder Kardangelenke verwendet. Ein Kardangelenk besteht aus drei Gelenkteilen, die durch Drehführungen verbunden werden. Diese Drehführungen führen zu einer hohen Anzahl von Einzelteilen. Weiterhin ist der Montageaufwand hoch. Kugelgelenke haben einen Freiheitsgrad von drei. Eine Drehung um die Griffachse ist aber bei Schaltknüppeln nicht erwünscht. Deshalb wird eine solche Drehung durch einen Stift verhindert, der an der Kugelpfanne befestigt ist und in eine senkrechte Nut in der Kugel eingreift. Diese Anordnung ist allerdings verschleißanfällig und nur gering belastbar.
Ein Schaltknüppel mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ist aus der US-A-5 619 195 bekannt, bei der das Kardaninnenteil lediglich nach Art eines Ringes ausgebildet und als nur mit dem Kardanmittelteil der mehrdimensionalen Positionssensoreinrichtung schwenkbar verbunden beschrieben ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Schaltknüppel bereitzustellen, der die vorstehend genannten Nachteile überwindet. Insbesondere soll der Schaltknüppel kostengünstig herstellbar und einfach montierbar sein und die Robustheit der Anordnung erhöhen.
Somit ist bei einem Schaltknüppel mit einem Griff, der in einem Gelenk mit zwei Freiheitsgraden in einem Gehäuse gelagert ist und aus einer Ausgangsstellung in unterschiedliche Richtungen ausgelenkt werden kann, wobei der Griff durch einen Federmechanismus in seine Ausgangsstellung zurückbewegt wird und die verschiedenen Stellungen des Griffs von einer Sensoreinrichtung erfasst werden, die ein Signal ausgibt, das zur Steuerung von Maschinen- und/oder Fahrzeugfunktionen genutzt wird, vorgeschlagen, dass an der Unterseite eines mit seiner Oberseite zu dem Griff gewandten Gehäusedeckels ein Kardanmittelteil schwenkbar gelagert ist, an dessen Unterseite ein Kardaninnenteil schwenkbar gelagert ist, dessen Unterseite die Form von Kugelabschnitten aufweist, die in komplementären Lagerschalenteilen gelagert sind, die an einem Aufnahmebock ausgebildet sind. Bei dem erfindungsgemäßen Gelenk handelt es sich um ein Kardangelenk, bei dem untere Hälfte weggeschnitten ist. Dadurch ist eine einfache Montage des Gelenks durch Zusammenstecken möglich. Durch den Aufnahmebock wird ein Auseinanderfallen des Kardangelenkes verhindert.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist gemäß Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Griff abgewandten Seite des Kardaninnenteils ein Magnet ausgebildet ist, dessen Bewegung von einem Sensor auf einer Leiterplatte erfasst wird, die in dem Gehäuse montiert ist. Dadurch wird auf einfache Weise gewährleistet, dass die Auslenkung des Griffs erfasst wird. Außerdem wird die Anzahl der Einzelteile des Schaltknüppels gering gehalten.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist gemäß Anspruch 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Griff ein Griffrohr mit einem Anschlag für eine Feder umfasst, die gegen einen Teller vorgespannt ist, der an dem Gehäusedeckel anliegt. Die Feder sorgt dafür, dass der ausgelenkte Griff in seine Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Durch die Kraft der Feder werden die Gelenkteile nach oben gezogen.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist gemäß Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Auslenkbereich des Schaltknüppels einen ersten Bereich, in dem die Rückstellkraft des Griffes nur verhältnismäßig gering ansteigt, und einen zweiten sogenannten Nachdrückbereich umfasst, indem sich der Griff nach Überwinden eines Druckpunktes ruckartig ein kleines Stück weiterbewegt, und dass mindestens eine bogenförmig vorgespannte Blattfeder mithilfe einer Halterung an dem Griffrohr befestigt ist. Bei einer bekannten herkömmlichen Lösung ist an jeder Achse ein gefederter Raststößel befestigt.
Dieser wird durch eine Feder gegen eine am Gehäuse befestigte Rampe gedrückt. Durch die Form der Rampe lässt sich das Kraft-Weg-Verhalten der Rückstellung des Griffs beeinflussen. Die Rückstellkraft des Griffs ändert sich in Abhängigkeit vom Winkel der Rampe zu der Bewegungsrichtung des Stößels. Die herkömmliche Lösung erfordert eine Trennung der Bewegungsachsen des Griffes. Darüber hinaus ist Bauraum für die Rampe in der Nähe der Bewegungsachsen notwendig. Dadurch vergrößert sich das Einbaumaß des Schaltknüppels. Durch die erfindungsgemäße Befestigung der bogenförmig vorgespannten Blattfeder an dem Griffrohr werden diese Nachteile vermieden. Außerdem kommt die erfindungsgemäße Lösung mit weniger Einzelteilen aus als die herkömmliche Lösung.
Eine besondere Ausführungsart der Erfindung ist gemäß Anspruch 5 dadurch gekennzeichnet, dass in der Halterung eine Aussparung zur Aufnahme der verformten Blattfeder vorgesehen ist. Durch die Größe der Aussparung kann der Federweg begrenzt werden. Durch die Begrenzung des Federwegs wird ein Umspringen der Feder vermieden.
Eine weitere besondere Ausführungsart der Erfindung ist gemäß Anspruch 6 dadurch gekennzeichnet, dass der Auslenkbereich des Schaltknüppels einen ersten Bereich, in dem die Rückstellkraft des Griffes nur verhältnismäßig gering ansteigt, und einen zweiten sogenannten Nachdrückbereich umfasst, indem sich der Griff nach Überwinden eines Druckpunktes ruckartig ein kleines Stück weiterbewegt, und dass an dem Griff mindestens ein federvorgespannter Stößel verschiebbar gelagert ist, der mit einer an dem Rand einer Kulisse ausgebildeten Rastkontur zusammenwirkt, welche die Auslenkung des Griffes begrenzt. Durch die geometrische Ausbildung der Rastkontur kann festgelegt werden, ob der Griff in der Endposition einrasten oder zurückfedern soll.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. In der Zeichnung zeigt:
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Schaltknüppels gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 die Ansicht eines Längsschnittes durch den in 1 gezeigten Schaltknüppel;
3 die Ansicht eines gegenüber der Darstellung in 2 um 90° versetzten Längsschnitts durch den in 1 gezeigten Schaltknüppel;
4 die Ansicht eines Längsschnitts durch einen Schaltknüppel gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
5 die Ansicht eines Längsschnittes durch einen Schaltknüppel gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der in den 1 bis 3 dargestellte Schaltknüppel umfasst ein Griffrohr 1, das einen nicht dargestellten Griff trägt. Das Griffrohr 1 dient zur Aufnahme eines Rings 2, der an dem Griffrohr 1 einen Anschlag für eine Feder 4 bildet. Die nur in den 2 und 3 dargestellte Feder 4 ist gegen einen Teller 3 vorgespannt. Der Teller 3 liegt an einem Deckel 5 an, der zu einem Gehäuse gehört, das die gelenkige Lagerung des Griffrohrs 1 umgibt.
Auf der Unterseite des Gehäusedeckels 5 sind zwei halbzylinderförmige Aussparungen vorgesehen, von denen in 1 eine bei dem Bezugszeichen 10 zu sehen ist. Die halbzylinderförmigen Aussparungen 10 dienen zur Aufnahme von Lagerstiften 11 und 12, die an ein Kardanmittelteil 6 angeformt sind. Dadurch ist gewährleistet, dass das Kardanmittelteil 6 um eine Achse kippen kann, die längs durch die Lagerstifte 11 und 12 hindurchgeht. An der Unterseite des Kardanmittelteils 6 sind zu den Lagerstiften 11 und 12 um 90° versetzt zwei halbzylinderförmige Aussparungen 13 und 14 ausgebildet. Die halbzylinderförmigen Aussparungen 13 und 14 dienen zur Aufnahme von zwei Lagerstiften 15 und 16, die an einem Kardaninnenteil 7 ausgebildet sind.
An das Kardaninnenteil 7 sind, wie in den 2 und 3 zu sehen ist, Kugelabschnitte angeformt. Die Kugelabschnitte dienen zur Lagerung des Kardaninnenteils 7 in einem Aufnahmebock 8. Zu diesem Zweck sind in dem Aufnahmebock 8 zu den Kugelabschnitten des Kardaninnenteils 7 komplementäre Lagerschalenteile ausgebildet. Der Aufnahmebock 8 weist innen eine durchgehende Öffnung auf und steht auf einer Leiterplatte 9. In die durchgehende Öffnung des Aufnahmebocks 8 ragt ein quaderförmiger Magnet, der an dem Kardaninnenteil 7 ausgebildet ist.
Im zusammengebauten Zustand erstreckt sich das Griffrohr 1 durch das Kardaninnenteil 7. Mit einem Stift ist das Kardaninnenteil 7 an dem Griffrohr 1 befestigt. Dadurch wird erreicht, dass das Kardaninnenteil 7 die gleichen Bewegungen ausführt wie das Griffrohr 1. Nach einer Auslenkung des Griffrohres 1 sorgt die Feder 4 dafür, das das Griffrohr 1 in seine Ausgangsstellung zurückgestellt wird. Die Feder 4 stützt sich über den Teller 3 auf dem Gehäusedeckel 5 ab. Bei dem Gelenk handelt es sich um ein Kardangelenk, bei dem die untere Hälfte weggeschnitten ist. Die als Lagerstellen dienenden Aussparungen in dem Kardanmittelteil 6 und dem Kardaninnenteil 7 sind nach unten offen. Dadurch ist eine einfache Montage des Gelenks durch Zusammenstecken möglich. Durch die Kraft der Feder 4 werden die einzelnen Gelenkteile nach oben gezogen. Dadurch wird ein Auseinanderfallen des Gelenks vermieden. Allerdings wäre es möglich, das Gelenk durch Überwinden der Federkraft nach unten zu drücken. Dies wird durch den Aufnahmebock 8 verhindert, der das Gelenk von unten lagert. Die Ausbildung der Griffstellung wird durch Hallsensoren erreicht, die auf der Leiterplatte 10 angeordnet sind. Diese Hallsensoren reagieren auf die Stellung des Magneten, der an das Kardaninnenteil 7 angeformt ist.
In 4 ist ein Schaltknüppel gezeigt, der zwei unterschiedliche Auslenkbereiche aufweist. Im ersten Bereich steigt die Rückstellkraft des Griffes nur gering an. Am Ende dieses Bereiches soll ein Anschlag spürbar sein. Im zweiten Bereich soll sich nach Aufbringen einer hohen Kraft der Griff ein kleines Stück ruckartig weiterbewegen. Am Ende des zweiten Bereichs wird ein digitales Signal ausgegeben. Die Rückstellkraft des Griffes muss nach einem starken Anstieg wieder abfallen.
Die Druckpunktfunktion zwischen den beiden Auslenkbereichen wird bei dem in 4 dargestellten Schaltknüppel durch eine bogenförmig vorgespannte Blattfeder 60 erreicht, die durch einen Halter 62 an dem Griffrohr 61 des Schaltknüppels befestigt ist. An dem Gehäuse 75 des Schaltknüppels ist eine Kulisse 67 befestigt, welche die Auslenkung des Griffrohrs 61 begrenzt. Die Blattfeder 60 ist von dem Griffrohr 61 weg nach außen gewölbt. Bei einer bestimmten Auslenkung des Griffrohres 61 berührt die Blattfeder 60 den Rand der Kulisse 67. Bei einer weitere Auslenkung des Griffrohres 61 muss die Federkraft der Blattfeder 60 überwunden werden. Die einer weiteren Auslenkung entgegenwirkende Federkraft der Blattfeder 61 steigt so lange an, bis sich die Blattfeder 60 im Bereich des Randes der Kulisse 67 in eine Aussparung 63 hineinwölbt, die an dem Halter 62 vorgesehen ist. Dadurch wird der Federweg der Blattfeder 60 begrenzt. Ohne eine solche Begrenzung des Federweges könnte die Blattfeder 60 so weit betätigt werden, dass die untere Wölbung größer wird als die obere. In einem solchen Fall würde die Blattfeder 60 umspringen. Aus der umgesprungenen Stellung könnte sie von allein nicht zurückfedern.
Bei dem in 5 dargestellten Schaltknüppel ist an dem Griffrohr 71 für jede Auslenkrichtung ein Stößel 72 verschiebbar gelagert. Der Stößel 72 ist durch eine Feder 73 vorgespannt. Durch Anschläge ist der Weg des Stößels 72 begrenzt. Die Spitze des Stößels 72 wirkt mit dem Rand einer Kulisse 74 zusammen. Der Rand der Kulisse 74 hat eine bestimmte Kontur, die durch die Winkel α und β beschrieben werden kann. In Abhängigkeit von dem Winkel α wird der Stößel 72 eingefedert, wodurch die Auslenkkraft des Griffrohres 71 erhöht wird. Wenn der Stößel 72 über die Kante der Rastkontur der Kulisse 74 bewegt wird, sinkt die Kraft wieder ab. Je nach Größe des Winkels β kann festgelegt werden, ob das Griffrohr 71 in der Endposition einrasten oder zurückfedern soll.

Claims

Schaltknüppel mit einem Griff, der in einem Gelenk mit zwei Freiheitsgraden in einem Gehäuse gelagert ist und aus einer Ausgangsstellung in unterschiedliche Richtungen ausgelenkt werden kann, wobei der Griff durch einen Federmechanismus (4) in seine Ausgangsstellung zurück bewegt wird und die verschiedenen Stellungen des Griffes von einer Sensoreinrichtung erfasst werden, die ein Signal ausgibt, das zur Steuerung von Maschinen- und/oder Fahrzeugfunktionen genutzt wird, und mit einem Gehäusedeckel (5), dessen Oberseite zu dem Griff gewandt ist, während an der Unterseite ein Kardanmittelteil (6) schwenkbar gelagert ist, an dessen Unterseite ein Kardaninnenteil (7) schwenkbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseite des Kardaninnenteils (7) die Form von Kugelabschnitten aufweist, die in komplementären Lagerschalenteilen gelagert sind, die an einem Aufnahmebock (8) ausgebildet sind.
Schaltknüppel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der vom Griff abgewandten Seite des Kardaninnenteils (7) ein Magnet ausgebildet ist, dessen Bewegung von einem Sensor auf einer Leiterplatte (9) erfasst wird, die in dem Gehäuse montiert ist.
Schaltknüppel nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Griff ein Griffrohr (1) mit einem Anschlag für eine Feder (4) umfasst, die gegen einen Teller (3) vorgespannt ist, der an dem Gehäusedeckel (5) anliegt.
Schaltknüppel nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslenkbereich des Schaltknüppels einen ersten Bereich, in dem die Rückstellkraft des Griffes nur verhältnismäßig gering ansteigt, und einen zweiten sogenannten Nachdrückbereich umfasst, in dem sich der Griff nach Überwinden eines Druckpunktes ruckartig ein kleines Stück weiterbewegt, und dass mindestens eine bogenförmig vorgespannte Blattfeder (60) mit Hilfe einer Halterung (62) an dem Griffrohr (61) befestigt ist.
Schaltknüppel nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in der Halterung (62) eine Aussparung (63) zur Aufnahme der verformten Blattfeder (60) vorgesehen ist.
Schaltknüppel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Auslenkbereich des Schaltknüppels einen ersten Bereich, in dem die Rückstellkraft des Griffes nur verhältnismäßig gering ansteigt, und einen zweiten sogenannten Nachdrückbereich umfasst, in dem sich der Griff nach Überwinden eines Druckpunktes ruckartig ein kleines Stück weiterbewegt, und dass an dem Griff mindestens ein federvorgespannter Stößel (72) verschiebbar gelagert ist, der mit einer an dem Rand einer Kulisse (74) ausgebildeten Rastkontur zusammenwirkt, welche die Auslenkung des Griffes begrenzt.