WO1994020894A1 - Handsteuergerät mit einem steuerknüppel - Google Patents

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WO1994020894A1
WO1994020894A1 PCT/DE1994/000196 DE9400196W WO9420894A1 WO 1994020894 A1 WO1994020894 A1 WO 1994020894A1 DE 9400196 W DE9400196 W DE 9400196W WO 9420894 A1 WO9420894 A1 WO 9420894A1
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hand control
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locking
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Fabian ELSÄSSER
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Nbb Nachrichtentechnik Gmbh & Co. Kg
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    • Y10T74/20834—Hand wheels
    • Y10T74/20864—Handles

Definitions

  • Hand control device with a joystick.
  • the invention relates to a hand control device according to the preamble of claim 1.
  • Such hand control devices are a control member known from many fields of application; It is probably best known for the operation of computers (here referred to as “joystick”), but it is also also used for steering and steering, in particular remote control of real bodies, such as Cranes, hoists, etc.
  • the hand control device has a control stick as the only actuating member which is movable in two independent directions and whose movement acts in each main direction (x or y) on a transmission element.
  • Two transmission elements are consequently components of converter devices which convert the deflection of the control stick into an electrical signal; the hand control device can be used both as an on / off switch and as a proportional actuator, in which the electrical output signals in both main directions are proportional to the respective deflection of the control stick in the associated main direction.
  • control stick In order to achieve such a pivoting of the control stick, it must be pivotally mounted and held in a housing; On the one hand, sufficient deflection (deflection angle) must be ensured, on the other hand, the most precise possible definition of a zero position, i.e. a point in space in which the transducer devices emit no electrical signal.
  • a large number of latching devices are known in various design variants, in which there is generally an interaction with the control stick in such a way that the control stick encounters different resistance during its deflection movement, which the user then receives from the corresponding positioning information communicates.
  • Joysticks or control transmitters of the type mentioned are known, for example, from EP 0 459 183 AI and EP 0 501 906 AI.
  • the basic idea of the invention is therefore that only a single molded part is provided and that the latching positions and the desired stepped deflection characteristic are achieved simply by the fact that the spherical section-shaped surface of the molded part is covered with locking grooves in a net-like manner.
  • the outer cross section is expediently adapted to the inner cross section of the housing of the hand control device, so that, according to an advantageous embodiment, such a one-piece locking device molded part can simultaneously form the bottom of the housing of the hand control device, in other words, for the locking device as such no separate components are required at all, but with this configuration the locking effect is achieved by a specific design of the bottom part of the housing of the hand control device.
  • the molded part also has a peripheral edge on its lower edge, this also fixes the molded part in the direction of the longitudinal axis of the housing, since such a peripheral edge then acts as a stop shoulder on which the wall of the housing is seated.
  • a peripheral edge then acts as a stop shoulder on which the wall of the housing is seated.
  • the number of locking grooves in the two main directions (x and y) corresponds to the predetermined switching stages, the shape of the cross section of the locking grooves in cooperation with the design of the lower end of the joystick the "switching characteristic" in Determined in terms of a more or less hard or soft step characteristic when deflecting the control stick.
  • FIG. 1 an overall perspective view of a molded part forming part of the latching device
  • FIG. 2 a schematic functional representation of the molded part (section A-A of FIG. 1) in cooperation with the control stick,
  • FIG. 3 a top view of the molded part of FIG. 1 with dimensioning examples
  • FIG. 4 a cross section through the molded part in the vertical plane A-A or B-B of FIG. 3,
  • Figure 5 Sectional view of the detail X of Figure 4, and
  • FIG. 6 a schematic section through a hand control device with the built-in molded part.
  • the molded part 10 consists essentially of a plate-shaped part, the cross section of which is adapted to the inner cross section of the housing 30 of the hand control device in such a way that it forms the bottom of the housing 30, the walls of which then rest on a peripheral edge 11.
  • the upper surface of this molded part 10, that is to say toward the interior of the housing 30, is designed in the form of a spherical segment, the radius of the associated sphere essentially corresponding to the radius of the spherical surface on which the end of the control stick 20 moves during the deflection movement (radius R in FIG. 2 ).
  • Such a molded part 10 can for example consist of plastic (for example injection molded), but it can also be made of ceramic materials or metal.
  • This spherical segment-shaped surface is covered with a network or grid of locking grooves RX, RY, which run in the two main directions x and y of the control stick 20.
  • these locking grooves RX, RY result in square partial surfaces q, which are identified in FIG.
  • This central, square area is enclosed by a peripheral edge area, in which the locking grooves RX, RY subdivide the surface into rectangular partial areas r, the longitudinal axis of which points towards the center of the molded part 10.
  • the spherical segment shape of the surface merges into essentially triangular end surfaces D, which run parallel to the base surface G of the molded part and which, for example, form the "rest" of the originally planar surface of the molded part 10 before the spherical segment-shaped surface is formed che.
  • This molded part 10 which forms the bottom of the housing 30, thus represents part of the latching device.
  • the other part of the latching device is located in the joystick 20 and consists of a plunger 21 mounted and spring-loaded in the joystick 20, the lower end 23 of which interacts with the latching grooves RX, RY, with the tappet in the area of each latching groove as a result of the spring 23 the groove, depending on its shape and the shape of the lower end 22, plunges more or less deeply and thus causes a more or less pronounced "locking feeling" when operating the hand control device.
  • the locking grooves are essentially V-shaped in terms of their cross section (FIG. 5), the transition regions being rounded off in order to avoid an overly hard locking characteristic.
  • the molded part 10 can be pushed into the housing 30 from below without difficulty and can be fixed there, for example, with two diagonally opposite bolt connections B1, B2 (FIGS. 3 and 6).

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Abstract

Ein Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel (20) weist zur Erzeugung einer stufigen Auslenkcharakteristik eine als Formteil (10) ausgeführte Rasteinrichtung auf, deren mit dem Steuerknüppel zusammenwirkende Oberfläche im wesentlichem kugelabschnittförmige Gestalt hat und gitterartig mit Rastnuten (RX, RY) überzogen ist. Insbesondere ist der Boden des Gehäuses (30) des Handsteuergerätes als ein derartiges Formteil einstückig ausgebildet. Ein derartiges Formteil ist mit einfachsten Mitteln herstellbar, einfach in das Handsteuergerät einbaubar und zuverlässig in der Funktion.

Description

Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel.
Technisches Gebiet der Erfindung.
Die Erfindung betrifft ein Handsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Derartige Handsteuergeräte sind ein aus vielen Anwendungsgebieten bekanntes Steuerglied; am bekanntesten dürfte es durch die Bedienung von Computern sein (hier als "Joystick" bezeichnet), es wird aber auch ebenfalls zum Steuern und Lenken, insbesondere Fernsteuern von realen Körpern eingesetzt, wie z.B. Kränen, Hebezeugen, usw.
Das Handsteuergerät weist einen Steuerknüppel als einziges Betäti¬ gungsorgan auf, das in zwei unabhängige Richtungen beweglich ist und dessen Bewegung in jeder einzelnen Hauptrichtung (x oder y) auf ein Übertragungsglied wirkt. Zwei Übertragungsglieder sind folglich Bestandteile von Wandlereinrichtungen, die die Auslenkung des Steuerknüppels in ein elektrisches Signal umsetzen; hierbei kann das Handsteuergerät sowohl als Ein/Aus-Schalter als auch als proportio¬ nales Stellglied verwendet werden, bei dem die elektrischen Ausgangs¬ signale in beiden Hauptrichtungen proportional zur jeweiligen Aus¬ lenkung des Steuerknüppels in der zugehörigen Hauptrichtung ist.
Um eine solche Verschwenkung des Steuerknüppels zu erreichen, muß dieser in einem Gehäuse verschwenkbar gelagert und gehalten sein; es muß einerseits eine ausreichende Auslenkung (Auslenkewinkel) gewähr¬ leistet sein, andererseits aber eine möglichst präzise Definition einer Nullstellung, d.h. eines Raumpunktes, in dem die Wandlerein¬ richtungen kein elektrisches Signal abgeben.
Bei dem Einsatz des Handsteuergerätes ist es oft wünschenswert, bei der Auslenkung des Steuerknüppels einen Rasteffekt zu erzielen, ähnlich wie beispielsweise bei einem als Regler vorgesehenen Potentiometer, bei dem eine gewisse Anzahl von vorgegebenen Raststellungen dem Benutzer eine zusätzliche Information über die jeweilige Stellposition des Stellgliedes vermittelt. Insbesondere bei Handsteuergeräten, wie sie zur Fernsteuerung beispielsweise von Kränen oder ähnlichem eingesetzt werden, ist eine solche zusätzliche Information, die über die Empfindung der Hand vermittelt wird, von besonderer Bedeutung, da der Blick der Bedienerperson auch schon aus Sicherheitsgründen in der Regel auf das fernzubedienende Gerät gerichtet sein muß und somit beispielsweise optische Anzeigen am Handsteuergerät die Aufmerksamkeit des Bedieners nur ablenken würden.
Stand der Technik
Es sind eine Vielzahl von Rasteinrichtungen in verschiedenen kon¬ struktiven Varianten bekannt, bei denen in der Regel eine Wechsel¬ wirkung mit dem Steuerknüppel besteht, derart, daß der Steuerknüppel bei seiner Auslenkbewegung auf unterschiedlichen Widerstand stößt, was sich dem Benutzer dann durch eine entsprechende Stellinformation mitteilt.
Meistens sind für die Rasteinrichtungen separate Bauteile vorgesehen, die mehr oder weniger aufwendig konstruiert sind und separat in das Gehäuse des Handsteuergerätes eingepaßt werden müssen, wobei auch eine erhebliche Justierarbeit anfällt; insgesamt stellen derartige Rasteinrichtungen dann ebenfalls einen Kostenfaktor bei Hand¬ steuergeräten dar, der möglichst gering sein sollte.
Steuerknüppel oder Steuergeber der genannten Art sind beispielsweise aus der EP 0 459 183 AI und der EP 0 501 906 AI bekannt.
Gegenstand der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Rasteinrichtung so auszu¬ bilden, daß sie mit einfachsten Mitteln herstellbar, einfach in das Handsteuergerät einbaubar und zuverlässig in ihrer Funktion ist. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht also darin, daß lediglich ein einziges Formteil vorgesehen ist und daß die Rastpositionen und die gewünschte stufige Auslenkcharakteristik einfach dadurch erreicht wird, daß die kugelabschnittförmige Oberfläche des Formteils netz¬ artig mit Rastnuten überzogen ist.
Zweckmäßigerweise ist der Außenquerschnitt dabei angepaßt an den Innenquerschnitt des Gehäuses des Handsteuergerätes, so daß gemäß einer vorteilhaften Ausbildung ein solches einstückiges Rastein- richtungs-Formteil auch gleichzeitig den Boden des Gehäuses des Handsteuergerätes bilden kann, mit anderen Worten, für die Rast¬ einrichtung als solche sind überhaupt keine separaten Bauteile erforderlich, sondern bei dieser Ausgestaltung wird die Rastwirkung durch eine spezifische Gestaltung des Bodenteils des Gehäuses des Handsteuergerätes erreicht.
Wenn das Formteil dazu noch einen umlaufenden Rand an seiner Unterkante aufweist, wird dadurch auch eine Lagefixierung des Formteils in der Richtung der Längsachse des Gehäuses erreicht, da ein solcher umlaufender Rand dann als Anschlagschulter wirkt, auf dem die Wandung des Gehäuses aufsitzt. Bei einem an den Innenquerschnitt des Gehäuses angepaßten Außenquerschnitt des Formteils einerseits und der erwähnten Randschulter andererseits ist somit eine genaue Positionierung des Formteils im Handsteuergerät erreicht, zusätzliche Justiervorgänge sind nicht erforderlich, die mit den Rastnuten versehene Oberfläche des Formteils befindet sich dann zwangsläufig in genau der Position, die für die Zusammenwirkung mit dem Steuerknüppel einmal vorgegeben und definiert ist.
Die Anzahl der Rastnuten in den beiden Hauptrichtungen (x und y) entspricht dann den vorgegebenen Schaltstufen, wobei die Formgebung des Querschnittes der Rastnuten in Zusammenwirken mit der Gestaltung des unteren Endes des Steuerknüppels die "Schaltcharakteristik" im Sinne einer mehr oder weniger harten oder weichen Stufencharak¬ teristik bei der Auslenkung des Steuerknüppels bestimmt.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Unteransprüchen zu entnehmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Rasteinrichtung wird nun anhand von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:
Figur 1: Eine perspektivische Gesamtansicht eines einen Teil der Rasteinrichtung bildenden Formteils,
Figur 2: eine schematische Funktionsdarstellung des Form¬ teils (Schnitt A-A der Figur 1) im Zusammenwirken mit dem Steuerknüppel,
Figur 3: eine Aufsicht auf das Formteil der Figur 1 mit Bemaßungsbeispielen,
Figur 4: einen Querschnitt durch das Formteil in der Vertikal- ebene A-A bzw. B-B der Figur 3,
Figur 5: Schnittdarstellung des Details X der Figur 4, und
Figur 6: einen schematischen Schnitt durch ein Handsteuer¬ gerät mit dem eingebauten Formteil.
Beschreibung
Das Formteil 10 besteht im wesentlichen aus einem plattenförmigen Teil, dessen Querschnitt an den Innenquerschnitt des Gehäuses 30 des Handsteuergerätes so angepaßt ist, daß es den Boden des Gehäuses 30 bildet, dessen Wandungen dann auf einem umlaufenden Rand 11 aufsitzen. Die obere, d.h. zum Innenraum des Gehäuses 30 zugewandte Fläche dieses Formteils 10 ist kugelabschnittförmig ausgebildet, wobei der Radius der zugehörigen Kugel im wesentlichen dem Radius der KugelOberfläche entspricht, auf dem sich das Ende des Steuerknüppels 20 bei der Auslenkbewegung bewegt (Radius R in Figur 2). Ein solches Formteil 10 kann beispielsweise aus Kunststoff bestehen (beispielsweise spritzgegossen), es kann jedoch auch aus Keramikwerk¬ stoffen oder Metall sein.
Diese kugelabschnittförmige Oberfläche ist mit einem Netz oder Gitter von Rastnuten RX,RY überzogen, die in den beiden Hauptrichtungen x und y des Steuerknüppels 20 verlaufen. Im Mittelteil dieser Ober¬ fläche entstehen durch diese Rastnuten RX,RY quadratische Teilflächen q, die in Figur 1 mit einem Punkt auf ihrer Oberseite gekennzeichnet sind. Dieser mittlere, quadratische Bereich wird von einem umlaufenden Randbereich umschlossen, in dem die Rastnuten RX,RY die Oberfläche in rechteckige Teilflächen r unterteilt, deren Längsachse zur Mitte des Formteils 10 hin zeigen.
In den Ecken des Randbereichs geht die kugelabschnittförmige Gestalt der Oberfläche in im wesentlichen dreieckige Endflächen D über, die parallel zur Grundfläche G des Formteils verlaufen, und die beispielsweise den "Rest" der ursprünglich planen Oberfläche des Formteils 10 bilden, vor der Ausformung der kugelabschnittförmigen Oberfl che.
Dieses, den Boden des Gehäuses 30 bildende Formteil 10 stellt somit den einen Teil der Rasteinrichtung dar.
Der andere Teil der Rasteinrichtung befindet sich im Steuerknüppel 20 und besteht aus einem im Steuerknüppel 20 gelagerten und federbe¬ aufschlagten Stößel 21, dessen unteres Ende 23 mit den Rastnuten RX,RY zusammenwirkt, wobei dann im Bereich jeder Rastnut infolge der Feder 23 der Stößel in die Nut je nach deren Formgebung und der Formgebung des unteren Endes 22 mehr oder weniger tief eintaucht und somit ein mehr oder weniger ausgeprägtes "Rastgefühl" bei der Bedienung des Handsteuergerätes hervorruft.
Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Rastnuten hinsicht¬ lich ihres Querschnitts im wesentlichen V-förmig (Figur 5), wobei die Übergangsbereiche abgerundet sind, um eine all zu harte Rastcharak¬ teristik zu vermeiden. Das Formteil 10 kann ohne Schwierigkeiten in das Gehäuse 30 von unten eingeschoben werden und dort beispielsweise mit zwei diagonal gegen¬ überliegender Bolzenverbindungen B1,B2 fixiert werden (Figur 3 und 6).

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel, mit einem Gehäuse, in dem der Steuerknüppel um zwei orthogonale Achsen um einen Fixpunkt verschwenkbar in einem Lager gehalten ist, mit Wandlereinrich¬ tungen, die die Auslenkung des Steuerknüppels aus seiner Null- position in ein elektrisches Signal umsetzen, und mit einer Rasteinrichtung zur Erzeugung einer stufigen Auslenkcharakteristik des Steuerknüppels, dadurch gekennzeichnet, daß die Rasteinrichtung ein Formteil (10) beinhaltet, dessen mit dem Steuerknüppel (20) zusammenwirkende Oberfläche eine zumindest im wesentlichen kugelabschnittförmige Gestalt hat, und zumindest über ihren wesentlichen Teil mit entsprechend den beiden Haupt-Auslenkrichtungen (x,y) gitterartig angeordneten Rastnuten (RX,RY) überzogen ist.
2. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das einstückige Formteil (10) den Boden des Gehäuses (30) bildet.
3. Handsteuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (10) einen umlaufenden Rand (11) besitzt, auf dem die Wandung des Gehäuses (30) aufsitzt.
4. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Formteil (10) aus Kunststoff, Sinter-Keramik oder Sinter-Metall besteht.
5. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als weiterer Bestandteil der Rasteinrichtung im unteren Ende des Steuerknüppels (20) ein federbeaufschlagter Stößel (21) gelagert ist, dessen untere Spitze (22) in seinen Rastlagen in die Rast¬ nuten (RX,RY) eingreift.
6. Handsteuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Formgebung der unteren Spitze (22) des Stößels (21) und der Rastnuten (RX,RY) sowie die Federcharakteristik der Feder (23) des Stößels aufeinander derart abgestimmt und/oder einstellbar sind, daß die erzeugten Schaltstufen bei der Handhabung wahrnehmbar sind, ohne die Funktion zu beeinträchtigen.
7. Handsteuergerät nach Anspruch 1 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Rastnuten (RX,RY) im wesentlichen V-förmigen oder halb¬ kreisförmigen Querschnitt aufweisen.
8. Handsteuergerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitze (22) des Stößels (21) im wesentlichen kugelabschnittartig ausgebildet ist.
9. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem mittleren, quadratischen Bereich der Oberfläche das Gitter der Rastnuten (RX,RY) die Oberfläche in quadratische Teilflächen (q) unterteilt, und daß außerhalb dieses mittleren Bereichs ein umlaufender Randbereich definiert ist, in dem die Rastnuten (RX,RY) die Oberfläche in rechteckige Teilflächen (r) unterteilt, deren Längsachse zur Mitte des Formteils (10) zeigt.
10. Handsteuergerät nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in den Ecken des umlaufenden Randbereichs die kugelabschnittförmige Gestalt der Oberfläche in im wesentlichen dreieckige Eckflächen (D) übergeht, die parallel zur Grundfläche (G) des Formteils (10) verlaufen.
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