EP0175071A1 - Steuersignalgeber - Google Patents

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EP0175071A1
EP0175071A1 EP85107971A EP85107971A EP0175071A1 EP 0175071 A1 EP0175071 A1 EP 0175071A1 EP 85107971 A EP85107971 A EP 85107971A EP 85107971 A EP85107971 A EP 85107971A EP 0175071 A1 EP0175071 A1 EP 0175071A1
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EP
European Patent Office
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control signal
signal transmitter
transmitter according
control lever
proximity sensors
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EP85107971A
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Kurt Oelsch
Klaus Schulz
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FERNSTEUERGERAETE KURT OLESCH GMBH TE BERLIJN, BON
Original Assignee
OELSCH KG
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Publication date
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Priority claimed from DE19853506293 external-priority patent/DE3506293A1/de
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Publication of EP0175071A1 publication Critical patent/EP0175071A1/de
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    • G—PHYSICS
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    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
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    • G05G2009/04703—Mounting of controlling member
    • G05G2009/04714—Mounting of controlling member with orthogonal axes
    • G05G2009/04718—Mounting of controlling member with orthogonal axes with cardan or gimbal type joint
    • G—PHYSICS
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    • G05G2009/04755—Magnetic sensor, e.g. hall generator, pick-up coil

Definitions

  • control signal transmitters of this type have mechanical transmission links articulated on the control lever, via which the sensor means are attached be controlled.
  • Known control signal transmitters are subject to wear by such mechanical transmission elements or are even exposed to the risk of damage during rough operation, for example in construction vehicles.
  • the known control signal transmitters have relatively large dimensions for design reasons.
  • control devices are known with a two-dimensionally adjustable control lever, through which two different functions can be controlled simultaneously.
  • the movements of these code plates are photoelectrically scanned by light barriers.
  • the invention has for its object to provide a control signal transmitter of the type mentioned so that wear and the risk of damage in operation is largely avoided, the structure is simplified and the dimensions are reduced.
  • the signal is generated by contactless scanning of a scanning body attached to the control lever by proximity sensors.
  • Mechanical transmission links between the control lever and the sensor means are then omitted.
  • the scanning takes place without contact and thus practically without wear.
  • the risk of mechanical damage, for example when an excessive force is exerted on the control lever by the user, is avoided.
  • the structure becomes easier.
  • the omission of the mechanical transmission elements results in a shorter construction for the control signal transmitter.
  • Proximity sensors are known in various forms. For example, inductive, capacitive or magnetic proximity sensors can be used.
  • control lever It is necessary to tie the control lever to its central position. When the control lever is released, it should return to its central position. sweep and be held securely in that position. The bondage must also allow the control lever to be adjusted in both directions with a control lever of the present type. The user should attach the to the control lever Force can recognize to what extent the control lever is deflected and whether the deflection takes place in one or the other direction or in an intermediate direction.
  • control lever In known control signal transmitters of the present type, the control lever is tied to a central position by prestressed springs which act directly on the control lever to counteract each other on opposite sides.
  • prestressed springs which act directly on the control lever to counteract each other on opposite sides.
  • the spring members are not pre-tensioned between the base part and the control lever, but between the base part and support surfaces also attached to the base part.
  • the control lever is held with the surfaces attached to it between the spring members with little or no play.
  • the control lever is deflected, one of the surfaces engages non-positively on one of the spring members.
  • a deformation of this spring member which would allow an actuating movement of the control lever, takes place only when the pretension of the spring member is overcome.
  • a prestressed spring member diametrically opposite the preformed spring member remains completely uninvolved in this process. There is no compensation for pre-tension on the control lever.
  • the control signal transmitter contains a control lever 10, which is pivoted about a pivot point 14 on all sides by a pivot bearing 12 in the form of a universal joint is pivotally mounted relative to a base part 16.
  • First sensor means 18 are provided which respond to the deflection of the control lever 10 in a first direction, from left to right in FIG. 2, and deliver a first control signal
  • second sensor means 20 which respond to the deflection of the control lever 10 in a second Address direction, from bottom to top in Fig. 2, and deliver a second control signal.
  • a scanning body in the form of a plate 22 is attached to the control lever 10 around the pivot bearing 12.
  • the sensor means 18 and 20 are formed by proximity sensors which sit in the base part and respond to the movement of the plate 22 about the pivot point 14.
  • the plate 22 is made of ferromagnetic material.
  • the proximity sensors 18 and 20 are formed by pairs of pot core coils 26, 28 and 30, 32 that are diametrically opposed with respect to the pivot point 14, the stray fields of which can be changed by the plate 22 are.
  • the resulting changes in the deflection of the control lever 10 and the plate 22 of the inductances of the opposing pot core coils can be converted into an electrical output signal, for example in the manner of DE-OS 22 61 379 or DE-OS 32 12 149.
  • the plate 22 has on its side facing the base part 16 a conical ring surface 34 which interacts with the proximity sensors 18, 20.
  • the base part has on its surface facing the plate 22 an annular region 36 which is corrugated in the circumferential direction and has four by 90 ° each against each other angularly offset wave troughs 38.
  • the proximity sensors 18 and 20 with the pot core coils 26, 28 and 30, 32 are also each offset at 90 ° to each other between the troughs.
  • This design has the following meaning: If the control lever 10, as indicated by an arrow in the right part of FIG. 1, is deflected directly in the direction of one of the pot core coils 28, then the conical surface 34 directly approaches the pot core coil 28 until the conical surface 34 lies substantially tangentially in the region of the pot core coil 28 on the ring region 36.
  • the plate 22 with the conical annular surface 34 would be tangent between the pot core coils, for example 26 and 30, and one in the area of the pot core coils 26 and 30 itself when the control lever 10 was deflected at 45 ° to the proximity sensors 18 and 20 have a considerable distance from the surface of the ring region 36.
  • the signals would then be correspondingly weaker. Due to the wavy design of the ring region 36, the conical ring surface 34 of the plate 22 can nestle into the wave valleys in this 45 ° position, and thus a closer approach of the conical ring surface 34 to the pot core coils, for example 26 and 30, of the proximity sensors 18 and 20 can be achieved.
  • the base part 16 consists of non-magnetic material. On the base 16 is the control lever. 10 mounted on a universal joint.
  • the proximity sensors 18, 20 are arranged in the ring area 36 around the universal joint in the base part.
  • a collar 40 is provided on the base part around the ring region 36.
  • a rubber sleeve 42 from Basic conical shape sits with its wide end 44 on the collar and is attached with its narrow end 46 to the control lever 10. This results in a simple and robust construction, the movable mechanical parts of which are sealed off from the outside.
  • the proximity sensors 18 and 20 simultaneously take on the function of carrying out this enclosed space.
  • the electrical signals from the proximity sensors 18 and 20 are processed in an electronic part 48 located under the base part 16.
  • the plate can be made of non-magnetic material. Permanent magnets can then be inserted into the plate.
  • the proximity sensors are then designed as magnetic field sensitive sensors.
  • the proximity sensors can be designed as field plates or as Hall sensors.
  • the proximity sensors can also be magnetoresistive sensors.
  • the plate can also be made of non-magnetic material, inserts made of soft magnetic material being provided in the plate.
  • the proximity sensors can be formed by induction coils instead of pot core coils.
  • the proximity sensors can also be capacitive or other suitable sensors.
  • Support surfaces 58 are formed on the base part 16. Furthermore, 16 spring members 60 are attached to the base part, which bear against the bearing surface 58 with a prestress.
  • the spring members 60 extend with holding bodies 62 on the Control lever 10 attached surfaces 64 which non-positively engage the spring members 60 when the control lever 10 is deflected.
  • the spring members 60 have, in a regular arrangement around the control lever 10, radially arranged, elongated holding bodies 62, which engage with their free ends 62 over the plate 22 attached to the control lever 10. As can be seen from FIG. 2, two pairs of diametrically opposed spring members 60 are provided, which are differentiated in FIG. 2 as 60A, 60B and 60C, 60D.
  • One of these pairs 60A, 60B is aligned with its holding bodies in the first direction X mentioned above, that is to say is essentially in the paper plane of FIG.
  • the other of these pairs is aligned with its holding bodies in the second direction Y mentioned above, that is to say perpendicular to the paper plane of FIG. 1, as can also be seen from FIG.
  • each of the spring members 60A, 60B, 60C and 60D has a prestressed leaf spring 66A, 66B, 66C and 66D fastened to the base body 16.
  • These leaf springs 66A, 66B, 66C and 66D extend in an arc around the plate 22.
  • each of the spring members 60 is loaded by an additional, prestressed leaf spring 78 fastened to the base body 16.
  • the holding bodies 62 are formed by spring plate parts which are V-shaped in cross section and are formed on the end of the leaf springs 66 and rest with their central edge 68 on the bearing surface 58.
  • the base part 16 forms a collar 40 which is arranged coaxially to the axis 72 of the control lever 10 (when the control lever 10 is in its central position).
  • the annular end face of this collar 40 forms the bearing surfaces 58.
  • the plate 22 has, as the surface 65 mentioned above, a flat ring surface which lies essentially in the plane of the said end face of the collar 40. A tolerance of 0 to 0.2 millimeters can be set in between.
  • the spring members 60 engage with their holding bodies 62 over this flat ring surface with little play determined by this tolerance.
  • Each of the additional leaf springs 78 is fastened at one end to the end face of the collar 40 by screws 74A to 74D. It extends in each case over approximately 90 ° over the end face and lies with the other end on an outer edge 76A, 76B, 76C or 76D of a V-shaped holding member 62A, 62B, 62C or 62D.
  • control lever 10 is pivoted in a direction lying between the first and the second direction X or Y, which leads to the simultaneous generation of first and second control signals, then two spring elements, e.g.
  • FIG 5 shows the structure of the pot core coils 26 etc. on an enlarged scale.
  • the pot core coil 26 contains a ferrite core 80 which has an annular disk-shaped bottom 82 and an inner and an outer cylindrical collar 84 and 86, respectively.
  • the winding 88 of the pot core coil 26 is seated in the annular space thus formed.
  • the pot core coil 26 is seated in a cylindrical housing 90 which has a transverse slot 92 on one side and an inwardly projecting edge 94 on the other side.
  • the end face of the outer collar 86 abuts the edge 94.
  • the collar 86 is pressed resiliently against this edge 94 by a rubber-elastic ring 96, which lies against the base 82.
  • the ring 96 is supported on an annular disk 98.
  • the annular disc 98 is held by a snap ring 100, which engages in a groove 102 in the inner wall of the housing 90. In this way, the pot core coil 26 is always held in a precisely defined position in the housing 90.
  • the housing 90 is screwed into the base part 16 with a thread 106.
  • FIG. 6 shows schematically the spatial and circuit arrangement of the pot core coils 26, 28 and 30, 32, respectively.
  • the pot core coils 26 and 28 are connected in series and are connected to an alternating voltage which is connected to terminals 108, 110.
  • At each of the pot core coils 108 and 110 there is a capacitor 112 and 114 in series with a diode 116 and 118, respectively.
  • the diodes 116 and 118 are connected in such a way that the capacitors 112 and 114 each have the same polarity with respect to the common connection point 120 are charged and the difference between the capacitor voltages is tapped between output terminals 122, 124.
  • Resistors 126 and 128 are connected in parallel with each of capacitors 112 and 114.
  • the two pot core coils 26 and 28 form a voltage divider.
  • the proportion of the alternating voltage dropping at each of the pot core coils 26 and 28 depends on the inductance of the pot core coils 26 and 28. These inductances are influenced in opposite directions when the control lever 10 is deflected by the plate 22.
  • the alternating voltages dropping at the pot core coils 26 and 28 are rectified by the diodes 116 and 118 and charge the capacitors 112 and 114.
  • both capacitors 112 and 114 are charged to the same voltage. The voltage between the output terminals 122 and 124 then becomes zero.
  • air coils 130, 132, 134, 136 are used as proximity sensors instead of the pot core coils. Coils without a ferromagnetic core are used.
  • the air coils 130, 132, 134 and 136 are offset by 90 ° relative to one another on a common ring 138 made of soft magnetic material.
  • the ring forms a magnetic yoke and "poles" the air coils. This arrangement has the advantage that there is better temperature behavior than with the pot core coils because the ring 138 behaves the same for all four coils 130 to 136.

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Abstract

@ An einem Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Paares von Steuersignalen mittels eines in zwei Richtungen auslenkbaren Steuerhebels (10) ist an dem Steuerhebel (10) um dessen Schwenklagerung (12) herum ein Teller (22) angebracht. Näherungssensoren (18) sitzen in einem Grundteil (10) und sprechen auf die Bewegung des Tellers (22) um den Schwenkpunkt (14) des Steuerhebels (10) an. Hierdurch ergibt sich eine kompakte Anordnung mit berührungslosen Abgriffen, die keinem Verschleiß unterliegen und auch bei rauhem Betrieb nicht mechanisch beschädigt werden können.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Paares von Steuersignalen mittels eines in zwei Richtungen auslenkbaren Steuerhebels, enthaltend:
    • (a) einen durch eine Schwenklagerung gegenüber einem Grundteil um einen Schwenkpunkt allseitig schwenkbar gelagerten Steuerhebel,
    • (b) erste Fühlermittel, welche auf die Auslenkung des Steuerhebels in einer ersten Richtung ansprechen und ein erstes Steuersignal liefern, und
    • (c) zweite Fühlermittel, welche auf die Auslenkung des Steuerhebels in einer zweiten Richtung ansprechen und ein zweites Steuersignal liefern.
  • Bekannte Steuersignalgeber dieser Art weisen an dem Steuerhebel angelenkte mechanische Übertragungsglieder auf, über welche die Fühlermittel angesteuert werden. Durch solche mechanischen Übertragungsglieder sind bekannte Steuersignalgeber Verschleiß unterworfen oder sogar -bei rauhem Betrieb z.B. in Baufahrzeugen- der Gefahr einer Beschädigung ausgesetzt. Weiterhin haben die bekannten Steuersignalgeber aus konstruktiven Gründen relativ große Abmessungen.
  • Durch die DE-A-31 24 838 und die DE-A-32 20 045 sind Steuereinrichtungen mit einem zweidimensional verstellbaren Steuerhebel bekannt, durch den gleichzeitig zwei verschiedene Funktionen gesteuert werden können. Die Bewegung des Steuerhebels wird über mechanische Übertragungsmittel auf Steuerelemente in Form von Codeplatten o.dgl. übertragen. Die Bewegungen dieser Codeplatten werden durch Lichtschranken photoelektrisch abgetastet. Es wird auch vorgeschlagen, als Codeplatte eine nach einem Codeschlüssel geschlitzte ferromagnetische Platte zu verwenden, die induktiv abgetastet wird. Auch bei dieser Art der Steuerung erfolgt eine Übertragung der Bewegung von dem Steuerhebel auf die z.B. von der Codeplatte und den Lichtschranken gebildeten Fühlermittel über komplizierte und störanfällige mechanische Übertragungsglieder.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Steuersignalgeber der eingangs genannten Art so auszubilden, daß Verschleiß und die Gefahr einer Beschädigung im Betrieb weitgehend vermieden wird, der Aufbau vereinfacht wird und die Abmessungen verringert werden.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß
    • (a) an dem Steuerhebel um die Schwenklagerung herum ein Abtastkörper angebracht ist,
    • (b) die Fühlermittel von Näherungssensoren gebildet sind, die in dem Grundteil sitzen und auf die Bewegung des Abtastkörpers um den Schwenkpunkt ansprechen.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Steuersignalgeber erfolgt die Signalerzeugung durch berührungslose Abtastung eines an dem Steuerhebel angebrachten Abtastkörpers durch Näherungssensoren. Es entfallen dann mechanische Übertragungsglieder zwischen Steuerhebel und Fühlermitteln. Die Abtastung erfolgt berührungslos und damit praktisch ohne Verschleiß. Die Gefahr von mechanischen Beschädigungen, wenn etwa von dem Benutzer eine übermäßig große Kraft auf den Steuerhebel ausgeübt wird, ist vermieden. Der Aufbau wird einfacher. Durch den Wegfall der mechanischen Übertragungsglieder ergibt sich eine kürzere Bauweise für den Steuersignalgeber.
  • Näherungssensoren sind in verschiedener Form bekannt. Es können beispielsweise induktive, kapazitive oder magnetische Näherungssensoren verwandt werden.
  • Es ist erforderlich, den Steuerhebel an seine Mittellage zu fesseln. Wenn der Steuerhebel losgelassen wird, soll er in seine Mittellage zurück-. kehren und sicher in dieser Lage gehalten werden. Die Fesselung muß außerdem bei einem Steuerhebel der vorliegenden Art die Verstellung des Steuerhebels in beiden Richtungen gestatten. Der Benutzer sollte an der auf den Steuerhebel aufzubringenden Kraft erkennen können, in welchem Maße der Steuerhebel ausgelenkt ist und ob die Auslenkung in der einen oder der anderen Richtung oder in einer dazwischenliegenden Richtung erfolgt.
  • Bei bekannten Steuersignalgebern der vorliegenden Art erfolgt die Fesselung des Steuerhebels an eine Mittellage durch vorgespannte Federn, die einander entgegenwirkend auf gegenüberliegenden Seiten unmittelbar auf den Steuerhebel wirken. Bei einer Auslenkung des Steuerhebels wird die Vorspannung der einen Feder erhöht und die der gegenüberliegenden Feder verringert, so daß eine resultierende Rückstellkraft auftritt. In der Mittellage heben sich die Vorspannungen der beiden Federn auf. Die Rückstellkraft ist proportional der Auslenkung. Bei kleinen Auslenkungen tritt auch nur eine kleine Rückstellkraft auf.
  • Das ist häufig nachteilig. Kleinen Auslenkungen wird nur ein geringer Widerstand entgegengesetzt. Im Bereich der Mittellage ist der Steuerhebel leicht durch unbeabsichtigte Störkräfte, z.B. Trägheitskräfte infolge von Erschütterungen oder Vibrationen, verstellbar. Auch kann .der Benutzer die Mittellage nicht genau fühlen. Es können dementsprechend unerwünschte Steuersignale erzeugt werden. Man könnte versuchen, dieser Erscheinung durch Wahl einer steileren Federcharakteristik Herr zu werden. Das bewirkt jedoch nur eine quantitative' Änderung: Der Bereich, in welchem die Rückstellkräfte klein sind, wird verringert. Der Steilheit der Federchatakteristik sind auch Grenzen gesetzt. Bei einer zu großen Federkonstante wird die Rückstellkraft bei großen Auslenkungen des Steuerhebels zu groß.
  • Es ist daher wünschenswert, bei einem Steuerhebel der eingangs genannten Art den Steuerhebel so an seine Mittellage zu fesseln, daß er nicht durch Störkräfte unbeabsichtigt aus seiner Mittellage verstellbar ist.
  • Das kann dadurch erreicht werden, daß
    • (c) an dem Grundteil Auflageflächen gebildet sind,
    • (d) an dem Grundteil weiterhin Federglieder angebracht sind, die mit Vorspannung an den Auflageflächen anliegen, und
    • (e) die Federglieder mit Haltekörpern sich über an dem Steuerhebel angebrachte Flächen erstrecken, die an den Federgliedern bei einer Auslenkung des Steuerhebels kraftschlüssig angreifen.
  • Dabei sind die Federglieder nicht zwischen dem Grundteil und dem Steuerhebel vorgespannt, sondern zwischen dem Grundteil und ebenfalls an dem Grundteil angebrachten Auflageflächen. Der Steuerhebel ist mit den daran angebrachten Flächen zwischen den Federgliedern mit allenfalls geringem Spiel gehalten. Bei einer Auslenkung des Steuerhebels greift eine der Flächen kraftschlüssig an einem der Federglieder an. Eine Verformung dieses Federgliedes, die eine Stellbewegung des Steuerhebels gestatten' würde, findet aber erst statt, wenn die Vorspannung des Federgliedes überwunden wird. Ein n dem vorgeformten Federglied diametral gegenüberliegendes vorgespanntes Federglied bleibt bei diesem Vorgang vollständig unbeteiligt. Eine Kompensation von Vorspannungen am Steuerhebel findet nicht statt.
  • Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
    • Fig. 1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Steuersignalgebers.
    • Fig. 2 zeigt einen Schnitt längs der Linie II-II von Fig.l bei abgenommener Manschette.
    • Fig. 3 ist eine perspektivische Darstellung und zeigt eines der Federglieder mit dem daran angeformten Halteglied.
    • Fig. 4 ist eine Seitenansicht des Federgliedes und der darauf aufliegenden zusätzlichen Blattfeder.
    • Fig. 5 zeigt in vergrößertem Maßstab die Anordnung einer der Topfkernspulen.
    • Fig. 6 zeigt schematisch die Schaltung der Topfkernspulen.
    • Fig. 7 zeigt in einer Darstellung ähnlich Fig.1 eine abgewandelte Ausführungsform der Näherungssensoren.
    • Fig. 8 ist eine Draufsicht auf die Näherungssensoren.
  • Der Steuersignalgeber enthält einen Steuerhebel 10, der durch eine Schwenklagerung 12 in Form eines Kardangelenks um einen Schwenkpunkt 14 allseitig schwenkbar gegenüber einem Grundteil 16 gelagert ist. Es sind erste Fühlermittel 18 vorgesehen, welche auf die Auslenkung des Steuerhebels 10 in einer ersten Richtung , von links nach rechts in Fig.2, ansprechen und ein erstes Steuersignal liefern, sowie zweite Fühlermittel 20, welche auf die Auslenkung des Steuerhebels 10 in einer zweiten Richtung, von unten nach oben in Fig.2, ansprechen und eine zweites Steuersignal liefern. Bei dem beschriebenen Steuersignalgeber ist an dem Steuerhebel 10 um die Schwenklagerung 12 herum ein Abtastkörper in Form eines Tellers 22 angebracht. Die Fühlermittel 18 und 20 sind von Näherungssensoren gebildet, die in dem Grundteil sitzen und auf die Bewegung des Tellers 22 um den Schwenkpunkt 14 ansprechen.
  • Bei der Ausführungsform nach Fig.1 besteht der Teller 22 aus ferromagnetischem Material Die Näherungssensoren 18 und 20 sind von Paaren von in bezug auf den Schwenkpunkt 14 diametral einander gegenüberliegenden Topfkernspulen 26,28 bzw. 30,32 gebildet, deren Streufelder durch den Teller 22 veränderbar sind. Die dadurch bei einer Auslenkung des Steuerhebels 10 und des Tellers 22 hervorgerufenen Änderungen der Induktivitäten der gegenüberliegenden Topfkernspulen können beispielsweise nach Art der DE-OS 22 61 379 oder DE-OS 32 12 149 in ein elektrisches Ausgangssignal umgesetzt werden. Der Teller 22 weist auf seiner dem Grundteil 16 zugewandten Seite eine konische Ringfläche 34 auf, die mit den Näherungssensoren 18,20 zusammenwirkt. Der Grundteil weist auf seiner dem Teller 22 zugewandten Oberfläche einen in Umfangsrichtung gewellten Ringbereich 36 mit vier um jeweils 90° gegeneinander winkelversetzten Wellentälern 38 auf. Die Näherungssensoren 18 und 20 sind mit den Topfkernspulen 26,28 und 30,32 ebenfalls jeweils um 90° gegeneinander winkelversetzt zwischen den Wellentälern angeordnet. Diese Ausbildung hat folgenden Sinn: Wenn der Steuerhebel 10, wie im rechten Teil von Fig.1 durch einen Pfeil angedeutet ist, unmittelbar in Richtung auf eine der Topfkernspulen 28 ausgelenkt wird, dann nähert sich die konische Fläche 34 direkt der Topfkernspule 28, bis die konische Fläche 34 im wesentlichen tangential im Bereich der Topfkernspule 28 an dem Ringbereich 36 anliegt. Wenn der Ringbereich 36 plan wäre, dann würde bei Auslenkung des Steuerhebels 10 unter 45° zu den Näherungssensoren 18 und 20 der Teller 22 mit der konischen Ringfläche 34 tangetial zwischen den Topfkernspulen z.B. 26 und 30 anliegen und im Bereich der Topfkernspulen 26 und 30 selbst einen erheblichen Abstand von der Oberfläche des Ringbereichs 36 haben. Die Signale wären dann entsprechend schwächer. Durch die wellige Ausbildung des Ringbereichs 36 kann sich in dieser 45°-Stellung die konische Ringfläche 34 des Tellers 22 in die Wellentäler einschmiegen, und damit kann eine größere Annäherung der konischen Ringfläche 34 an die Topfkernspulen, z.B. 26 und 30, der Näherungssensoren 18 und 20 erreicht werden.
  • Der Grundteil 16 besteht aus unmagnetischem Material. An dem Grundteil 16 ist der Steuerhebel. 10 über ein Kardangelenk gelagert. Die Näherungssensoren 18,20 sind in dem Ringbereich 36 um das Kardangelenk herum in dem Grundteil angeordnet. An dem Grundteil ist um den Ringbereich 36 herum ein Kragen 40 vorgesehen. Eine Gummimanschette 42 von konischer Grundform sitzt mit ihrem weiten Ende 44 auf dem Kragen und ist mit ihrem engen Ende 46 an dem Steuerhebel 10 befestigt. Es ergibt sich auf diese Weise eine einfache und robuste Konstruktion, deren bewegliche mechanische Teile nach außen hin dicht abgeschlossen sind. Die Näherungssensoren 18 und 20 übernehmen gleichzeitig die Funktion einer Durchführung aus diesem abgeschlossenen Raum. Die elektrischen Signale der Näherungssensoren 18 und 20 werden in einem unter dem Grundteil 16 sitzenden Elektronikteil 48 verarbeitet.
  • Der Teller kann statt dessen aus unmagnetischem Material bestehen. In den Teller können dann Dauermagnete eingesetzt sein. Die Näherungssensoren sind dann als magnetfeldempfindliche Sensoren ausgebildet. Beispielsweise können die Näherungssensoren als s Feldplatten oder als Hallsensoren ausgebildet sein. Die Näherungssensoren können auch magnetoresistive Sensoren sein.
  • Der Teller kann auch aus unmagnetischem Material hergestellt sein, wobei in dem Teller Einsätze aus weichmagnetischem Material vorgesehen sind. Die Näherungssensoren können statt von Topfkernspulen von Induktionsspulen gebildet sein.
  • Statt dessen können die Näherungssensoren auch kapazitive oder sonstige geeignete Sensoren sein.
  • An dem Grundteil 16 sind Auflageflächen 58 gebildet. Weiterhin sind an dem Grundteil 16 Federglieder 60 angebracht, die mit Vorspannung an den Auflagefläche 58 anliegen. Die Federglieder 60 erstrecken sich mit Haltekörpern 62 über an dem Steuerhebel 10 angebrachte Flächen 64, die an den Federgliedern 60 bei einer Auslenkung des Steuerhebels 10 kraftschlüssig angreifen. Die Federglieder 60 weisen in regelmäßiger Anordnung um den Steuerhebel 10 herum radial angeordnete, langgestreckte Haltekörper 62 auf, die mit ihren freien Enden 62 über den an dem Steuerhebel 10 angebrachten Teller 22 greifen. Wie aus Fig.2 ersichtlich ist, sind zwei Paare von diametral einander gegenüberliegenden Federgliedern 60 vorgesehen, die in Fig.2 als 60A,60B bzw. 60C,60D unterschieden sind. Eines dieser Paare 60A,60B ist mit seinen Haltekörpern nach der oben erwähnten ersten Richtung X ausgerichtet, d.h. liegt im wesentlichen in der Papierebene von Fig.l. Das andere dieser Paare ist mit seinen Haltekörpern nach der oben erwähnten zweiten Richtung Y ausgerichtet, also senkrecht zur Papierebene von Fig.1, wie auch aus Fig.2 ersichtlich ist.
  • Wie in Fig.2 erkennbar ist, weist jedes der Federglieder 60A,60B,60C und 60D eine am Grundkörper 16 befestigte, vorgespannte Blattfeder 66A,66B,66C bzw. 66D auf. Diese Blattfedern 66A,66B,66C und 66D erstrecken sich bogenförmig um den Teller 22. Weiterhin ist jedes der Federglieder 60 durch eine am Grundkörper 16 befestigte, zusätzliche, vorgespannte Blattfeder 78 belastet.
  • Die Haltekörper 62 sind von im Querschnitt v-förmi-' gen Federblechteilen gebildet, die am Ende der Blattfedern 66 angeformt sind und mit ihrer Mittelkante 68 an der Auflagefläche 58 anliegen. Der Grundteil 16 bildet einen Kragen 40, der koaxial zur Achse 72 des Steuerhebels 10 angeordnet ist (wenn sich der Steuerhebel 10 in seiner Mittellage befindet). Die ringförmige Stirnfläche dieses Kragens 40 bildet die Auflageflächen 58. Der Teller 22 weist als die oben erwähnte Fläche 65 eine plane Ringfläche auf, die im wesentlichen in der Ebene der besagten Stirnfläche des Kragens 40 liegt. Dazwischen kann eine Toleranz von 0 bis 0,2 Millimeter eingestellt werden. Die Federglieder 60 greifen mit ihren Haltekörpern 62 mit geringem durch diese Toleranz bestimmten Spiel über diese plane Ringfläche. Jede der zusätzlichen Blattfedern 78 ist zusammen mit dem zugehörigen Federglied 60A, 60B,60C bzw. 60D mit einem Ende durch Schrauben 74A bis 74D an der Stirnfläche des Kragens 40 befestigt. Sie erstreckt sich jeweils über etwa 90° über die Stirnfläche und liegt mit dem anderen Ende auf einer Außenkante 76A,76B,76C bzw. 76D eines v-förmigen Haltegliedes 62A,62B,62C bzw. 62D auf.
  • Die beschriebene Anordnung wirkt wie folgt:
    • Bei Ausübung einer Kraft auf den Steuerhebel 10, z.B. nach rechts in der Papierebene von Fig.l, greift die Fläche 64 an dem Federglied 60A an. Solange aber die am Steuerhebel 10 wirksame Kraft nicht die Vorspannung des Federgliedes 60A überwindet, mit welcher dies an der Auflagefläche 58 anliegt, kann eine Auslenkung des Steuerhebels 10 nicht erfolgen. Es können dadurch keine unbeabsichtigten Bewegungen des Steuerhebels 10 unter dem' Einfluß von Störkräften stattfinden, wie das bei einer r linear von null ausgehenden Federcharakteristik der Fall wäre. Bei einer Bewegung des Steuerhebels 10 nach rechts in Fig.1 ist das Federglied 60B wirkungslos. Diese sichere Halterung des Steuerhebels 10 in der Mittellage ist von besonderer Bedeutung für einen Steuersignalgeber der vorliegenden Art, bei welcher die Bewegung des Steuerhebels 10 berührungslos abgetastet wird. Auf den Steuerhebel 10 wirken dann außer der Federfesselung keine sonstigen Stütz- oder Rückstellkräfte, so daß der Steuerhebel 10 besonders anfällig gegen äußere Störkräfte ist. Auch kann die berührungslose Abtastung sehr empfindlich ausgeführt werden, so daß schon kleine Wege ein merkliches Steuersignal liefern.
  • Wenn die Vorspannung des Federgliedes überwunden wird, dann erfolgt eine Auslenkung des Steuerhebels 10 unter Deformation des Federgliedes 60A. Die dazu senkrechten Federglieder 60C und 60D werden bei dieser Schwenkbewegung praktisch nicht verformt. Vielmehr schwenkt die Fläche 64 um die Mittelkanten 68 der beiden Halteglieder 62C und 62D. Federglied 60B bleibt bei der Verschwenkung des Steuerhebels 10 nach rechts in Fig.1, wie gesagt, ebenfalls unbeeinflußt.
  • Für eine Schwenkbewegung des Steuerhebels 10 senkrecht zur Papierebene von Fig.1 gilt sinngemäß das gleiche. Es erfolgt dann eine Verformung z.B. des Federgliedes 60D. Die Fläche 64 schwenkt um die Mittelkanten 58 der Halteglieder 62A und 62B. Das Federglied 60C bleibt unbeeinflußt.
  • Wenn der Steuerhebel 10 in einer zwischen der ersten und der zweiten Richtung X bzw. Y liegenden Richtung verschwenkt wird, was zur gleichzeitigen Erzeugung erster und zweiter Steuersignale führt, dann müssen gleichzeitig zwei Federglieder, z.B.
  • 60A und 60D, verformt werden. Das macht sich für den Benutzer als erhöhter Widerstand bemerkbar. Der Benutzer kann daher die erste und die zweite Richtung, in denen jeweils nur ein Signal erzeugt wird, daran fühlen, daß in diesen Richtungen jeweils ein minimaler Widerstand gegen die Verstellung auftritt.
  • Fig.5 zeigt in vergrößertem Maßstab den Aufbau der Topfkernspulen 26 usw.
  • Die Topfkernspule 26 enthält einen Ferritkern 80, der einen ringscheibenförmigen Boden 82 und einen inneren und einen äußeren zylindrischen Kragen 84 bzw. 86 aufweist. In dem so gebildeten Ringraum sitzt die Wicklung 88 der Topfkernspule 26. Die Topfkernspule 26 sitzt in einem zylindrischen Gehäuse 90, das einen Querschlitz 92 auf der einen Seite und einen nach innen vorstehenden Rand 94 auf der anderen Seite aufweist. Die Stirnfläche des äußeren Kragens 86 liegt an dem Rand 94 an. Der Kragen 86 wird von einem gummielastischen Ring 96, der an dem Boden 82 anliegt, federnd gegen diesen Rand 94 gedrückt. Der Ring 96 stützt sich an einer Ringscheibe 98 ab. Die Ringscheibe 98 ist von einem Sprengring 100 gehalten, der in eine Nut 102 in der Innenwandung des Gehäuses 90 einrastet. Auf diese Weise wird die Topfkernspule 26 stets in einer genau definierten Lage im Gehäuse 90 gehalten. Das Gehäuse 90 ist mit einem Gewinde 106 in den Grund-' teil 16 eingeschraubt.
  • Fig.6 zeigt schematisch die räumliche und Schaltungsanordnung der Topfkernspulen 26,28 bzw. 30,32. Die Topfkernspulen 26 und 28 sind in Reihe geschaltet und liegen an einer Wechselspannung, die auf Klemmen 108,110 geschaltet ist. An jeder der Topfkernspulen 108 und 110 liegt ein Kondensator 112 bzw. 114 in Reihe mit einer Diode 116 bzw. 118. Die .Dioden 116 und 118 sind dabei so geschaltet, daß die Kondensatoren 112 und 114 jeweils mit gleicher Polarität bezogen auf den gemeinsamen Verbindungspunkt 120 aufgeladen werden und zwischen Ausgangsklemmen 122,124 die Differenz der Kondensatorspannungen abgegriffen wird. Parallel zu jedem der Kondensatoren 112 und 114 liegt jeweils ein Widerstand 126 bzw. 128.
  • Die beiden Topfkernspulen 26 und 28 bilden einen Spannungsteiler. Der an jeder der Topfkernspulen 26 und 28 abfallende Anteil der Wechselspannung hängt von der Induktivität der Topfkernspule 26 bzw. 28 ab. Diese Induktivitäten werden bei einer Auslenkung des Steuerhebels 10 durch den Teller 22 gegensinning beeinflußt. Die an den Topfkernspulen 26 und 28 abfallenden Wechselspannungen werden durch die Dioden 116 bzw. 118 gleichgerichtet und laden die Kondensatoren 112 und 114 auf. Wenn der Steuerhebel 22 in seiner Mittelstellung steht und die Induktivitäten der beiden Topfkernspulen 26 und 28 gleich sind, werden.beide Kondensatoren 112 und 114 auf die gleiche Spannung aufgeladen. Die Spannung zwischen den Ausgangsklemmen 122 und 124 wird dann null.
  • In gleicher Weise wirkt die Schaltung der zweiten Fühlermittel 20, die den beiden Topfkernspulen 30 und 32 zugeordnet ist. Entsprechende Teile sind mit den gleichen Bezugszeichen wie bei den Fühlermitteln 18 versehen, jedoch mit einem "A" gekennzeichnet.
  • Bei der Ausführung nach Fig.7 sind als Näherungssensoren statt der Topfkernspulen Luftspulen 130, 132,134,136, d.h. Spulen ohne ferromagnetischen Kern, verwendet. Die Luftspulen 130,132,134 und 136 sitzen um 90° gegeneinander winkelversetzt auf einem gemeinsamen Ring 138 aus weichmagnetischem Werkstoff. Der Ring bildet einen magnetischen Rückschluß und "polt" die Luftspulen. Diese Anordnung hat den Vorteil, daß sich ein besseres Temperaturverhalten als mit den Topfkernspulen ergibt, weil der Ring 138 sich für alle vier Spulen 130 bis 136 gleich verhält.

Claims (23)

1. Steuersignalgeber zur Erzeugung eines Paares von Steuersignalen mittels eines in zwei Richtungen auslenkbaren Steuerhebels (10), enthaltend:
(a) einen durch eine Schwenklagerung (12) gegenüber einem Grundteil (16) um einen Schwenkpunkt (14) allseitig schwenkbar gelagerten Steuerhebel (10),
(b) erste Fühlermittel (18), welche auf die Auslenkung des Steuerhebels (10) in einer ersten Richtung ansprechen und ein erstes Steuersignal liefern, und
(c) zweite Fühlermittel (20), welche auf die Auslenkung des Steuerhebels (10) in einer zweiten Richtung ansprechen und ein zweites Steuersignal liefern,

dadurch gekennzeichnet, daß
(d) an dem Steuerhebel (10) um die Schwenklagerung (12) herum ein Abtastkörper (22) angebracht ist,
(e) die Fühlermittel (18,20) von berührungslosen Näherungssensoren gebildet sind, die in dem Grundteil (16) sitzen und auf die Bewegung des Abtastkörpers (22) um den Schwenkpunkt (14) ansprechen.
2. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Abtastkörper (22) ferromagnetisches Material aufweist und
(b) die Näherungssensoren (18,20) Induktionsspulen (28,28 bzw. 30,32) enthalten, deren Induktivitäten durch das ferromagnetische Material des Abtastkörpers (22) in Abhängigkeit von der Auslenkung des Steuerhebels (10) veränderbar sind.
3. Steuersignalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktionsspulen (26,28;30,32) Topfkernspulen sind.
4. Steuersignalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die Näherungssensoren (18,20) je zwei Induktionsspulen (26,28 bzw. 30,32) aufweisen, die auf diametral gegenüberliegenden Seiten des Schwenkpunktes (14) angeordnet sind,
(b) die beiden Induktionsspulen (26,28 bzw. 30,32) in Reihe an einer Wechsel Spannung anliegen und so einen Spannungsteiler bilden,
(c) von dem an jeder der Induktionsspulen (26, 28 bzw. 30,32) abfallenden Anteil der Wechselspannung über je eine Diode (116, 118 bzw. 116A,118A) ein Kondensator (112, 114 bzw. 112A,114A) aufladbar ist und
(d) die an den Kondensatoren (112,114 bzw. 112A,114A) anliegenden Spannungen zur Bildung einer Ausgangsgleichspannung des Näherungssensors (18,20) gegeneinandergeschaltet sind.
5. Steuersignalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Abtastkörper (22) aus aus unmagnetischem Material besteht,
(b) in dem Abtastkörper (22) Einsätze aus weichmagnetischem Material vorgesehen sind.
6. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Abtastkörper (22) aus unmagnetischem Material besteht,
(b) in den Abtastkörper Dauermagnete eingesetzt sind und
(c) die Näherungssensoren als magnetfeldempfindliche Sensoren ausgebildet sind.
7. Steuersignalgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren als Feldplatten ausgebildet sind.
8. Steuersignalgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren als Hallsensoren ausgebildet sind.
9. Steuersignalgeber nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren magnetoresistive Sensoren sind.
10. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Näherungssensoren kapazitive Sensoren sind.
11. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Abtastkörper (22) auf seiner dem Grundteil (16) zugewandten Seite eine konische Ringfläche (34) aufweist, die mit den Näherungssensoren (18,20) zusammenwirkt.
12. Steuersignalgeber nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Grundteil (16) auf seiner dem Abtastkörper (22) zugewandten Oberfläche einen in Umfangsrichtung gewellten Ringbereich (36) mit vier um jeweils 90° gegeneinander winkelversetzten Wellentälern (38) aufweist und
(b) die Näherungssensoren (18,20) ebenfalls jeweils um 90° gegeneinander winkelversetzt zwischen den Wellentälern (38) angeordnet sind.
13. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Steuerhebel (10) über ein Kardangelenk (12) an dem Grundteil (16) gelagert ist,
(b) die Näherungssensoren (18,20) in einem Ringbereich (38) um das Kardangelenk (12) herum in den Grundteil (16) angeordnet sind,
(c) an den Grundteil (16) um den Ringbereich (38) herum ein Kragen (40) vorgesehen ist und
(d) eine Gummimanschette (42) von konischer Grundform mit ihrem weiten Ende (44) auf dem Kragen (40) sitzt und mit ihrem engen Ende (46) an den Steuerhebel (10) befestigt ist.
14. Steuersignalgeber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) an dem Grundteil (16) Auflageflächen (58) gebildet sind,
(b) an dem Grundteil (16) weiterhin Federglieder (60) angebracht sind, die mit Vorspannung an den Auflageflächen (58) anliegen, und
(c) die Federglieder (60) mit Haltekörpern (62) sich über an dem Steuerhebel (10) angebrachte Flächen (64) erstrecken, die an den Federgliedern (60) bei einer Auslenkung des Steuerhebels (10) kraftschlüssig angreifen.
15. Steuersignalgeber nach Anspruch 14 dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die Federglieder (60) in regelmäßiger Anordnung um den Steuerhebel (10) herum radial angeordnete, langgestreckte Haltekörper aufweisen, die
(b) über den an dem Steuerhebel (10) angebrachten Teller (22) greifen.
16. Steuersignalgeber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) zwei Paare von diametral einander gegenüberliegenden Federgliedern (60A,60B bzw. 60C,60D) vorgesehen sind und
(b) eines dieser Paare (60A,60B) mit seinen Haltekörpern nach der besagten ersten und das andere dieser Paare (60C,60D) mit seinen Haltekörpern nach der besagten zweiten Richtung (X bzw. Y) ausgerichtet ist.
17. Steuersignalgeber nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Federglieder (60) eine am Grundkörper (16) befestigte, vorgespannte Blattfeder (66) aufweist.
18. Steuersignalgeber nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Blattfedern (66) sich bogenförmig um den Teller (22) erstrecken.
19. Steuersignalgeber nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltekörper (62) von im Querschnitt v-förmigen Federblechteilen am Ende der Blattfedern (66) gebildet sind, die mit ihrer Mittelkante (68) an der Auflagefläche (58) anliegen.
20. Steuersignalgeber nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) der Grundteil (16) einen Kragen (70) bildet, der koaxial zur Achse (72) des Steuerhebels (10) angeordnet ist und dessen Stirnfläche die Auflageflächen (58) bildet,
(b) der Teller (22) eine plane Ringfläche (64) aufweist, die im wesentlichen in der Ebene der besagten Stirnfläche liegt, und
(c) die Halteglieder (62) mit geringem Spiel über die Ringfläche (65) greifen.
21. Steuersignalgeber nach den Ansprüchen 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Federglieder (60) durch eine am Grundkörper (16) befestigte, zusätzliche, vorgespannten Blattfeder (78) belastet ist.
22. Steuersignalgeber nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zusätzlichen Blattfedern (78)
(a) zusammen mit der den Haltekörper (62) tragenden Blattfeder (66) mit einem Ende an der Stirnfläche des Kragens (70) befestigt ist,
(b) sich jeweils über etwa 90° über die Stirnfläche erstreckt und
(c) mit dem anderen Ende auf einer Außenkante (76) eines v-förmigen Haltekörpers (62) aufliegt.
23. Steuersignalgeber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß
(a) die Induktionsspulen als Luftspulen (130, 132,134,136) ausgebildet sind und
(b) die Luftspulen (130,132,134,136) auf einem gemeinsamen Ring (138) aus weichmagnetischem Material angeordnet sind.
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