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DE102018113280B4 - Joystick zur Dreherkennung - Google Patents

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DE102018113280B4
DE102018113280B4 DE102018113280.8A DE102018113280A DE102018113280B4 DE 102018113280 B4 DE102018113280 B4 DE 102018113280B4 DE 102018113280 A DE102018113280 A DE 102018113280A DE 102018113280 B4 DE102018113280 B4 DE 102018113280B4
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pivot axes
joystick
magnets
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Methode Electronics Malta Ltd
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Abstract

Joystick (10) zur Erkennung einer Drehung um eine vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen, wobei der Joystick (10) umfasst:- einen Stift (12);- einen Sockel (14), wobei der Stift (12) am Sockel (14) befestigt ist;- ein Gehäuse (16), in dem zumindest Teile des Sockels (14) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (16) eine Sockelplatte (18) umfasst;- eine vorgegebene Anzahl von Magneten (20a - 20d), wobei die vorgegebene Anzahl von Magneten (20a - 20d) der Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d) entspricht, um die eine Dreherkennung erfolgen soll, wobei die Magnete (20a - 20d) am Sockel (14) befestigt sind und jeder der Magnete (20a - 20d) eine Schwenkachse (22a - 22d) definiert, um die der Sockel (14) relativ zum Gehäuse (16) drehbar ist, wobei die Schwenkachse (22a - 22d), die durch einen der Magnete (20a - 20d) definiert ist, diesem Magneten (20a - 20d) diametral gegenüberliegend angeordnet ist;- ein magnetisches Element, insbesondere eine Platte (24), die aus einem Magnetwerkstoff gefertigt ist, wobei das Element an der Sockelplatte (18) des Gehäuses (16) befestigt ist oder Teil derselben ist oder diese bildet, und- wenigstens einen Sensor zur Erkennung der Drehung des Sockels (14) um wenigstens eine der vorgegebenen Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d);- wobei der Sockel (14) und die am Sockel (14) befestigten Magnete (20a - 20d) dem magnetischen Element zugewandt angeordnet sind und mit dem magnetischen Element so zusammenwirken, dass eine Anziehungskraft die Magnete (20a - 20d) in Richtung des magnetischen Elements zieht.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Joystick nach Anspruch 1.
  • Joysticks wurden in der Vergangenheit in vielen Bereichen eingesetzt. In den 1980er Jahren wurden beispielsweise Joysticks häufig zur Steuerung von Computerspielen oder anderen Anwendungen verwendet.
  • In jüngster Zeit werden Joysticks immer häufiger in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um verschiedene Funktionen dieser Fahrzeuge zu steuern. In der Regel sind solche Joysticks in den Fahrzeugen zur Bedienung von Navigationssystemen, Radios, Mobiltelefonen und zur Anpassung der Einstellungen der jeweiligen Fahrzeuge vorgesehen.
  • Zum Navigieren beispielsweise durch ein Menü einer Anwendung ist der Joystick dazu vorgesehen, eine Bewegung (im Allgemeinen eine Drehung) eines Stifts um eine oder mehrere (im Allgemeinen vier) Schwenkachsen zu erkennen. Die Bewegung erfolgt in der Regel gegen die Kraft eines elastischen Elements, das im Joystick angeordnet ist. Die erkannte Bewegung wird dann für eine Navigation durch das Menü verwendet, z. B. um sich in einer Liste von Punkten nach unten oder nach oben, nach links oder rechts zu bewegen.
  • In der deutschen Patentanmeldung DE 10 2014 108 195 A1 ist die Ausführungsform eines nach dem Stand der Technik bekannten Joysticks offenbart, der eine multidirektionale Betätigungsvorrichtung aufweist, die ein Betätigungselement umfasst, das einen säulenartigen Betätigungsschaft aufweist und in der Lage ist, zusammen mit dem Betätigungselement eine Kippbewegung entlang einer einzelnen Schwenkachse auszuführen, die den Betätigungsschaft von seiner Mitte, d. h. innerhalb der Magnete, verschwenkt, wodurch die Trennung von Magneten auf einer Seite des Betätigungsschafts und die Anziehung der Magnete auf der gegenüberliegenden Seite genutzt wird, um Betätigungsschaftkräfte zu erzielen.
  • Aus der US 2009/0 084 214 A1 ist ein Joystick bekannt, der eine Betätigungswelle mit einem, an einem Ende vorgesehenen Betätigungsknopf und ein Gehäuse umfasst. Das Gehäuse trägt die Betätigungswelle so, dass sich die Betätigungswelle entlang einer Achse derselben zwischen einer Rückstellposition und einer eingeschobenen Position bewegen kann. Die Betätigungswelle kann aus einer neutralen Position um einen auf der Achse festgelegten Kippmittelpunkt kippen.
  • Ein Nachteil dieser Lösung ist jedoch, dass sie eine Bewegung des Joysticks nicht nur in Schwenkrichtung ermöglicht. Daher benötigt diese Lösung eine zusätzliche Komponente, um die Anzahl der Bewegungen zu beschränken. Da es nur das Betätigungselement ist, das eine einzelne Schwenkachse bereitstellt, indem es den Betätigungsschaft von seiner Mitte aus verschwenkt, ergibt sich für den Benutzer eine schwammige Haptik, und es werden die Kräfte, die durch die Handhabung des Benutzers auf das Betätigungselement wirken, nicht exakt auf die Magnete übertragen, die sich außerhalb des Betätigungselements befinden.
  • Ein weiterer Nachteil dieser Konstruktion ist, dass in einer Nullstellung (wenn der Stift nicht um eine Schwenkachse gedreht wird) bei einer leichten Berührung des Joysticks etwas Spiel entsteht, zum Beispiel 0,1 bis 0,4 Millimeter Spiel. Aus technischer Sicht stellt dies kein echtes Spiel dar, sondern ist auf den Umstand zurückzuführen, dass die Vorspannung des Stifts in der Nullstellung nur etwa 0,4 Newton bis 0,6 Newton beträgt, was dem Benutzer den Eindruck vermittelt, ein Spiel wahrzunehmen.
  • In Anbetracht der oben genannten Nachteile von Joysticks nach dem Stand der Technik ist es eine Aufgabe der Erfindung, einen Joystick bereitzustellen, bei dessen Benutzung kein Eindruck eines Spiels wahrgenommen werden kann, wenn sich der Stift in seiner Nullstellung befindet.
  • Eine weitere Aufgabe richtet sich auf eine gleichmäßige Haptik des Joysticks, unabhängig davon, in welche Richtung der Joystick bewegt wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Joystick nach Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung gelöst.
  • Die Aufgabe der Erfindung wird daher durch einen Joystick zur Erkennung einer Drehung um eine vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen gelöst, wobei der Joystick einen Stift und einen Sockel umfasst, wobei der Stift am Sockel befestigt ist, sowie ein Gehäuse umfasst, in dem zumindest Teile des Sockels angeordnet sind, wobei das Gehäuse eine Sockelplatte umfasst. Der Joystick umfasst des Weiteren einen oder eine vorgegebene Anzahl von Magneten, d. h. mehr als einen Magneten. Es ist eine Anzahl von Schwenkachsen von mehr als einer vorgesehen, um die eine Dreherkennung erfolgen soll. Der eine Magnet oder die Magnete ist bzw. sind am Sockel befestigt, und der eine Magnet oder jeder der Magnete definiert eine Schwenkachse der Anzahl von Schwenkachsen, um die der Sockel relativ zum Gehäuse drehbar ist. Jede der Schwenkachsen befindet sich gegenüber dem jeweiligen Magneten. Der Joystick umfasst des Weiteren ein magnetisches Element, insbesondere eine Platte, die aus einem Magnetwerkstoff gefertigt ist, wobei das Element an der Sockelplatte des Gehäuses befestigt ist oder Teil derselben ist oder diese bildet, und wenigstens einen Sensor zur Erkennung der Drehung des Sockels um wenigstens eine der vorgegebenen Anzahl von Schwenkachsen. Der Sockel und der eine Magnet oder die Anzahl von am Sockel befestigten Magneten sind dem magnetischen Element zugewandt angeordnet und wirken mit dem magnetischen Element so zusammen, dass eine Anziehungskraft die Magnete in Richtung des magnetischen Elements zieht.
  • Synonyme für den Begriff Stift sind z. B. Schaft, Betätigungselement, Stange.
  • In einer (ersten) Ausführungsform der Erfindung gibt es eine Anzahl, d. h. eine Vielzahl von Magneten, wobei die vorgegebene Anzahl von Magneten außerhalb des Stifts angeordnet ist und der Anzahl, d. h. der Vielzahl von Schwenkachsen entspricht, um die eine Dreherkennung erfolgen soll.
  • In einer weiteren (zweiten) Ausführungsform der Erfindung gibt es einen einzelnen Magneten, der vorteilhafterweise koaxial im Stift angeordnet ist. Auch in dieser Ausführungsform entspricht der eine einzelne Magnet einer Anzahl, d. h. einer Vielzahl von Schwenkachsen, um die eine Dreherkennung erfolgen soll. Diese (zweite) Ausführungsform führt zu einer noch besseren, besonders gleichmäßigen Haptik des Joysticks, da sie eine Beeinflussung der Haptik durch unterschiedliche Werte der Kraft (Zugkraft) jedes einzelnen Magneten, der normalen Fertigungstoleranzen unterliegt, vermeidet.
  • Beiden Ausführungsformen ist gemeinsam, dass die Anzahl von Schwenkachsen dem einen Magneten oder der Anzahl von Magneten diametral gegenüberliegend angeordnet ist. Beide Ausführungsformen werden daher in einheitlicher Weise beschrieben, es sei denn, unterschiedliche Konstruktionsmerkmale erfordern eine Differenzierung.
  • In beiden Ausführungsformen werden der Stift und der Sockel durch einen oder mehrere Magnete, die zum magnetischen Element gezogen werden, in ihrer Nullstellung gehalten. Das bedeutet, dass eine Anfangskraft, die benötigt wird, um den Magneten vom magnetischen Element abzuheben (wenn eine Drehung um eine Schwenkachse erfolgt, wird der Stift in eine Richtung bewegt, wobei ein Magnet - derjenige, der die Schwenkachse definiert, um die der Sockel gedreht wird - vom magnetischen Element abgehoben wird), eine hohe Kraft ist, d. h. die höchste Kraft, die im gesamten Bewegungsvorgang des Stifts und des Sockels benötigt wird. Es entsteht somit kein Eindruck eines Spiels in der Nullstellung.
  • Vorzugsweise erstreckt sich der Stift entlang einer Mittelachse, und der Sockel weist wenigstens teilweise eine plattenartige Form auf, wobei sich wenigstens das plattenartige Formteil in einer Ebene erstreckt, wobei der Schnittpunkt der Mittelachse des Stifts und der Ebene, in der sich das plattenartige Formteil erstreckt, einen Mittelpunkt des Joysticks definiert, wobei keine der Schwenkachsen den Mittelpunkt enthält. Das bedeutet, dass alle Schwenkachsen dezentral ausgerichtet sind.
  • Der Stift und der Sockel können einstückig und aus dem gleichen Werkstoff gefertigt sein, zum Beispiel aus Kunststoff, Metall oder Aluminium. Dadurch lassen sich niedrige Herstellungskosten erzielen.
  • Der Stift umfasst optional ein erstes Ende und ein zweites Ende, wobei das erste Ende am Sockel befestigt ist, wobei am zweiten Ende ein Knopf drehbar um den Stift herum angeordnet ist, wobei der Knopf vorgesehen ist, um einen Betrag der Drehung des Knopfs um den Stift zu erkennen. Dadurch ergeben sich weitere Freiheitsgrade für die Steuerung von Vorrichtungen oder Anwendungen. Neben der Erkennung der Bewegungsrichtung des Stifts kann das Ausmaß der Drehung des Knopfs für die Steuerung einer beliebigen Anwendung oder Vorrichtung erkannt werden.
  • In der ersten Ausführungsform ist die vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen und die vorgegebene Anzahl von Magneten identisch und beträgt insbesondere vier, sechs oder acht. Somit lässt sich eine Bewegung nach vorne, hinten, links und rechts oder zu Zwischenstufen einfach und zuverlässig erkennen. Jede der Anzahl von Schwenkachsen wirkt mit einem bestimmten Magneten zusammen, der angehoben wird, wenn eine Kraft auf den Stift ausgeübt wird, d. h. wenn der Stift und der Sockel um die entsprechende Schwenkachse gedreht werden. Das bedeutet, dass jede der Anzahl von Schwenkachsen, die durch einen Magneten definiert ist, immer diejenige ist, die dem Magneten in Richtung der auf den Stift ausgeübten Kraft gegenüberliegt. Dies ist eine ideale Konstruktion, um zum Beispiel durch ein Menü eines Radios oder eines Navigationssystems oder ähnliche Anwendungen und Vorrichtungen zu navigieren, wie zum Beispiel einige Einstellungen eines Autos etc. Eine weitere mögliche Ausführungsform erlaubt es, zusätzliche Bewegungen mit weniger Magneten zu erzielen. Zum Beispiel können vier Magnete für acht Bewegungen verwendet werden. In alternativen Ausführungsformen lässt sich der Joystick diagonal verschwenken, wobei zwei der Magnete die Haptik bereitstellen. In diesem Fall ist die Kraft zwischen einer N/O/S/W-Gruppe (bei Kennzeichnung der Kipprichtungen durch geografische Richtungen) und einer NO/SO/SW/NW-Gruppe nicht gleichmäßig, jedoch gewährleistet eine solche Umsetzung eine wirtschaftliche Konstruktion.
  • Die zweite Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass nicht eine Anzahl von Magneten, d. h. eine Vielzahl von Magneten, sondern ein (einzelner) Magnet vorgesehen ist. Der eine Magnet ist vorteilhafterweise koaxial innerhalb des Stifts angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich der Magnet koaxial im unteren Bereich des Stifts in der Nähe des Sockels. Auch in dieser Ausführungsform werden die Kräfte für den Joystick erzielt. Die Schwenkachsen bleiben im Vergleich zur ersten Ausführungsform unverändert. Die Bewegung des Stifts nach vorne, nach hinten, nach links, nach rechts oder zu Zwischenstufen erfolgt in der gleichen Weise wie bei dem Stift gemäß der ersten Ausführungsform. Obwohl die zweite Ausführungsform nur einen Magneten aufweist, ist jede der Anzahl von Schwenkachsen mit diesem einzelnen Magneten derart verbunden, dass die Schwenkachse aktiv ist, die der Richtung der Kraft entgegengesetzt ist, die mit dem Stift verbunden ist.
  • Schwenkpunkte, die die Drehung des Sockels um die Schwenkachsen unterstützen, können Teil des Joysticks sein. Dies führt zu einer stabilen Konstruktion.
  • Bei beiden Ausführungsformen definiert die Mittelachse des Stifts eine axiale Richtung des Stifts, und der Stift weist eine radiale Erstreckung von der Mittelachse auf. Die radiale Erstreckung des Stifts von der Mittelachse in Richtung wenigstens einer oder jeder der Schwenkachsen ist für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen kleiner als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen zum Mittelpunkt. Alternativ oder zusätzlich ist die radiale Erstreckung des Stifts von der Mittelachse in Richtung wenigstens einer oder jeder der Schwenkachsen kleiner als der kleinste Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen zur Mittelachse des Stifts.
  • Die Mittelachse des Stifts in beiden Ausführungsformen kann eine axiale Richtung des Knopfs definieren, und der Knopf weist eine radiale Erstreckung von der Mittelachse auf, wobei die radiale Erstreckung des Knopfs von der Mittelachse in Richtung jeder der Schwenkachsen für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen zum Mittelpunkt. Alternativ oder zusätzlich ist die radiale Erstreckung des Knopfs von der Mittelachse in Richtung jeder der Schwenkachsen kleiner als der kleinste Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen zur Mittelachse des Stifts.
  • Aufgrund der vorstehend definierten radialen Abmessungen und Abstände ist die Schwenkachse außerhalb eines Vorsprungs des Stifts und/oder Knopfs von oben zum Sockel angeordnet, so dass der Stift und/oder Knopf nicht gekippt werden können, wenn eine Kraft parallel zur Mittelachse des Stifts und/oder Knopfs ausgeübt wird, und somit keine Drehung des Stifts/Knopfs und des Sockels um eine der Schwenkachsen eingeleitet wird, wenn eine solche Kraft ausgeübt wird.
  • Der wenigstens eine Sensor zur Erkennung der Drehung kann ein Hall-Sensor oder ein optischer Sensor sein. Dies gewährleistet eine präzise berührungslose Messung.
  • Weitere optionale Merkmale der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen und in der nachstehenden Beschreibung der Figuren aufgeführt. Die beschriebenen Merkmale können jeweils einzeln oder in beliebigen Kombinationen verwirklicht werden. Dementsprechend wird die Erfindung nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen und anhand von Ausführungsbeispielen beschrieben. In den Zeichnungen zeigen:
    • 1 eine beispielhafte Anordnung gemäß der ersten Ausführungsform eines Joysticks gemäß der vorliegenden Erfindung in einer seitlichen Schnittansicht;
    • 2 den Joystick gemäß 1 in einer Schnittansicht von oben;
    • 3 den Joystick gemäß 1 in einer seitlichen Schnittansicht mit gekipptem Stift und Sockel;
    • 4 eine beispielhafte Anordnung gemäß der zweiten Ausführungsform in einer seitlichen Schnittansicht mit gekipptem Stift und Sockel;
    • 5 den Joystick gemäß 4 in einer Schnittansicht von oben.
  • Wie zum Beispiel aus 1 ersichtlich ist, umfasst eine mögliche Ausführungsform eines Joysticks 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Stift 12 und einen Sockel 14, wobei der Stift 12 am Sockel 14 befestigt ist, sowie ein Gehäuse 16, in dem der Sockel 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 16 umfasst eine Sockelplatte 18.
  • Der Joystick 10 umfasst des Weiteren vier Magnete 20a - 20d, wobei die Anzahl der Magnete der Anzahl der Schwenkachsen (d. h. vier Schwenkachsen 22a - 22d) entspricht, um die eine Dreherkennung erfolgen soll. Die Magnete 20a - 20d sind am Sockel 14 befestigt, und jeder der Magnete 20a - 20d definiert eine entsprechende Schwenkachse 22a - 22d, um die der Sockel 14 relativ zum Gehäuse 16 drehbar ist.
  • An der Sockelplatte 18 des Gehäuses 16 ist ein magnetisches Element befestigt, das in der hier beschriebenen Ausführungsform als Platte 24 verwirklicht ist, die aus einem (ferromagnetischen oder ferrimagnetischen) Magnetwerkstoff (z. B. einem Magnetstahl) gefertigt ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Platte 24 Teil der Sockelplatte 18 sein oder die Sockelplatte 18 bilden. Der Sockel 14 und die am Sockel 14 befestigten Magnete 20a - 20d sind der Platte 24 zugewandt angeordnet und wirken mit der Platte 24 so zusammen, dass eine Anziehungskraft die Magnete zur Platte 24 zieht. In einer Nullstellung des Stifts 12 und des Sockels 14, d. h. in einer Stellung, in der der Stift 12 und der Sockel 14 nicht um eine der Schwenkachsen 22a - 22d gedreht werden, sichern die Magnete 20a - 20d den Sockel 14 zuverlässig an der Platte 24.
  • An der Sockelplatte 18 des Gehäuses 16 sind vier Sensoren (nicht dargestellt) zur Erkennung der Drehung des Sockels um die Schwenkachsen 22a - 22d angeordnet. In der hier beschriebenen Ausführungsform handelt es sich bei den Sensoren um Hall-Sensoren. In alternativen Ausführungsformen kann jeder andere Sensortyp verwendet werden, wie zum Beispiel optische Sensoren etc.
  • Wenn (vgl. 3) eine Kraft, die parallel zum Sockel 14 wirkt oder eine Komponente aufweist, die parallel zum Sockel 14 wirkt (gekennzeichnet durch einen Pfeil in 3), auf den Stift 12 ausgeübt wird, werden einer der Magnete 20a - 20d sowie der Stift 12 von der Platte 24 angehoben und der Stift 12 und der Sockel 14 um die entsprechende Schwenkachse 22a - 22d gedreht, die durch den Magneten 20a - 20d definiert ist, d. h. die dem angehobenen Magnet 20a - 20d entspricht. Dabei ist zu beachten, dass die Schwenkachse 22a - 22d, die durch einen Magneten 20a - 20d definiert ist, immer diejenige ist, die dem Magneten in Richtung der auf den Stift 12 ausgeübten Kraft gegenüberliegt. Wird eine Kraft in Richtung Norden ausgeübt, wird der Magnet 20a - 20d, der sich südlich des Stifts befindet, angehoben und der Stift 12 und der Sockel 14 werden um die Schwenkachse 22a - 22d gedreht, die sich nördlich des Stifts 12 befindet. Da die Anfangskraft zum Anheben eines Magneten recht hoch ist, kann kein Eindruck eines Spiels des Stifts 12 in der Nullstellung entstehen.
  • Der Stift 12 erstreckt sich entlang einer Mittelachse 11 (vgl. 1 und 3), und der Sockel 14 weist wenigstens teilweise eine plattenartige Form auf, wobei sich wenigstens das plattenartige Formteil in einer Ebene erstreckt, wobei der Schnittpunkt der Mittelachse 11 des Stifts 12 und der Ebene, in der sich das plattenartige Formteil erstreckt, einen Mittelpunkt 13 des Joysticks 10 definiert. Keine der Schwenkachsen 22a - 22d enthält den Mittelpunkt.
  • Der Stift 12 und der Sockel 14 sind einstückig ausgebildet und aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt. Der Stift 12 umfasst ein erstes Ende 12a und ein zweites Ende 12b, wobei das zweite Ende 12b am Sockel 14 befestigt ist. Am ersten Ende 12a ist ein Knopf 26 drehbar um den Stift 12 angeordnet, wobei der Knopf 26 zur Erkennung eines Betrags der Drehung des Knopfs 26 um den Stift 12 vorgesehen ist. Mit dem Knopf können weitere Bewegungen des Benutzers (Freiheitsgrade) erkannt und für Steuerungsvorgänge etc. genutzt werden.
  • In den Ecken des Gehäuses 16, das eine rechteckige Form aufweist, sind Schwenkpunkte 28 angeordnet, die die Drehung des Sockels 14 um die Schwenkachsen 22a - 22d unterstützen.
  • Die Mittelachse 11 des Stifts 12 definiert eine axiale Richtung des Stifts 12, und der Stift 12 weist eine durch gegenläufige Pfeile dargestellte radiale Erstreckung 15 von der Mittelachse 11 auf, wobei die radiale Erstreckung des Stifts 12 von der Mittelachse 11 in Richtung jeder der Schwenkachsen 22a - 22d für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d zum Mittelpunkt 13.
  • Die Mittelachse 11 des Stifts 12 definiert des Weiteren eine axiale Richtung des Knopfs 26, und der Knopf 26 weist eine durch gegenläufige Pfeile dargestellte radiale Erstreckung 27 von der Mittelachse 11 auf, wobei die radiale Erstreckung 27 des Knopfs 26 von der Mittelachse 11 in Richtung jeder der Schwenkachsen 22a - 22d für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d zum Mittelpunkt 13.
  • Die Schwenkachsen 22a - 22d sind daher außerhalb eines Vorsprungs des Stifts 12 und/oder des Knopfs 26 von oben zum Sockel 14 angeordnet, so dass der Stift 12 und/oder der Knopf 26 nicht gekippt werden können, wenn eine Kraft parallel zur Mittelachse des Stifts 12 und/oder des Knopfs 26 ausgeübt wird, und somit keine Drehung des Stifts 12/Knopfs 26 und des Sockels 14 um eine der Schwenkachsen 22a - 22d eingeleitet wird, wenn eine solche Kraft ausgeübt wird.
  • Wie zum Beispiel aus 4 ersichtlich ist, umfasst eine mögliche zweite Ausführungsform eines Joysticks 10 gemäß der vorliegenden Erfindung einen Stift 12 und einen Sockel 14, wobei der Stift 12 am Sockel 14 befestigt ist, sowie ein Gehäuse 16, in dem der Sockel 14 angeordnet ist. Das Gehäuse 16 umfasst eine Sockelplatte 18.
  • Der Joystick 10 umfasst des Weiteren einen Magneten 29, wobei der Magnet der Anzahl von Schwenkachsen (d. h. vier Schwenkachsen 22a - 22d) entspricht, um die eine Dreherkennung erfolgen soll. Der Magnet 29 ist koaxial im unteren Bereich des Stifts 12 angeordnet und am Sockel 14 befestigt, und der Magnet 29 definiert eine entsprechende Schwenkachse 22a - 22d, um die der Sockel 14 relativ zum Gehäuse 16 drehbar ist.
  • An der Sockelplatte 18 des Gehäuses 16 ist ein magnetisches Element befestigt, das in der hier beschriebenen Ausführungsform als Platte 24 verwirklicht ist, die aus einem (ferromagnetischen oder ferrimagnetischen) Magnetwerkstoff (z. B. einem Magnetstahl) gefertigt ist. In alternativen Ausführungsformen kann die Platte 24 Teil der Sockelplatte 18 sein oder die Sockelplatte 18 bilden. Der Sockel 14 und der am Sockel 14 befestigte Magnet 29 sind der Platte 24 zugewandt angeordnet und wirken mit der Platte 24 so zusammen, dass eine Anziehungskraft den Magneten 29 zur Platte 24 zieht. In einer Nullstellung des Stifts 12 und des Sockels 14, d. h. in einer Stellung, in der der Stift 12 und der Sockel 14 nicht um eine der Schwenkachsen 22a - 22d gedreht werden, sichert der Magnet 29 den Sockel 14 zuverlässig an der Platte 24.
  • An der Sockelplatte 18 des Gehäuses 16 ist eine Anzahl von Sensoren (nicht dargestellt) zur Erkennung der Drehung des Sockels um die Schwenkachsen 22a - 22d angeordnet. In der hier beschriebenen Ausführungsform handelt es sich bei den Sensoren um Hall-Sensoren. In alternativen Ausführungsformen kann jeder andere Sensortyp verwendet werden, wie zum Beispiel optische Sensoren etc.
  • Wenn (vgl. 4) eine Kraft, die parallel zum Sockel 14 wirkt oder eine Komponente aufweist, die parallel zum Sockel 14 wirkt (gekennzeichnet durch einen Pfeil in 3), auf den Stift 12 ausgeübt wird, werden der Magnet 29 und der Stift 12 von der Platte 24 angehoben und der Stift 12 und der Sockel 14 um die entsprechende Schwenkachse 22a - 22d gedreht, die durch den Magneten 29 definiert ist. Dabei ist zu beachten, dass die Schwenkachse 22a - 22d, die durch den Magneten 29 definiert ist, immer diejenige ist, die der Richtung des Magneten 29 entgegengesetzt ist, der parallel zu der Kraft geschwenkt wird, die mit dem Stift 12 verbunden ist. Wird eine Kraft auf den Stift 12 und den Magneten 29 in Richtung Norden ausgeübt, wird der südlich des Stifts befindliche Teil der Platte 24 angehoben, und der Stift 12 und der Sockel 14 werden um die Schwenkachse 22a - 22d gedreht, die sich nördlich des Stifts 12 und des Magneten 29 befindet. Da die Anfangskraft zum Anheben eines Magneten recht hoch ist, kann kein Eindruck eines Spiels des Stifts 12 in der Nullstellung entstehen.
  • Der Stift 12 erstreckt sich entlang einer Mittelachse 11 (vgl. 4), und der Sockel 14 weist wenigstens teilweise eine plattenartige Form auf, wobei sich wenigstens das plattenartige Formteil in einer Ebene erstreckt, wobei der Schnittpunkt der Mittelachse 11 des Stifts 12 und der Ebene, in der sich das plattenartige Formteil erstreckt, einen Mittelpunkt 13 des Joysticks 10 definiert (vgl. 5). Keine der Schwenkachsen 22a - 22d enthält den Mittelpunkt.
  • Der Stift 12 und der Sockel 14 sind einstückig ausgebildet und aus Kunststoff oder einem anderen geeigneten Werkstoff gefertigt. Der Stift 12 umfasst ein erstes Ende 12a und ein zweites Ende 12b, wobei das zweite Ende 12b am Sockel 14 befestigt ist. Am ersten Ende 12a ist ein Knopf 26 drehbar um den Stift 12 angeordnet, wobei der Knopf 26 zur Erkennung eines Betrags der Drehung des Knopfs 26 um den Stift 12 vorgesehen ist. Mit dem Knopf können weitere Bewegungen des Benutzers (Freiheitsgrade) erkannt und für Steuerungsvorgänge etc. genutzt werden.
  • In den Ecken des Gehäuses 16, das eine rechteckige Form aufweist, sind Schwenkpunkte 28 angeordnet, die die Drehung des Sockels 14 um die Schwenkachsen 22a - 22d unterstützen.
  • Die Mittelachse 11 des Stifts 12 definiert eine axiale Richtung des Stifts 12, und der Stift 12 weist eine durch gegenläufige Pfeile dargestellte radiale Erstreckung 15 von der Mittelachse 11 auf, wobei die radiale Erstreckung des Stifts 12 von der Mittelachse 11 in Richtung jeder der Schwenkachsen 22a - 22d für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d zum Mittelpunkt 13.
  • Die Mittelachse 11 des Stifts 12 definiert des Weiteren eine axiale Richtung des Knopfs 26, und der Knopf 26 weist eine durch gegenläufige Pfeile dargestellte radiale Erstreckung 27 von der Mittelachse 11 auf, wobei die radiale Erstreckung 27 des Knopfs 26 von der Mittelachse 11 in Richtung jeder der Schwenkachsen 22a - 22d für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen 22a - 22d zum Mittelpunkt 13.
  • Die Schwenkachsen 22a - 22d sind daher außerhalb eines Vorsprungs des Stifts 12 und/oder des Knopfs 26 von oben zum Sockel 14 angeordnet, so dass der Stift 12 und/oder der Knopf 26 nicht gekippt werden können, wenn eine Kraft parallel zur Mittelachse des Stifts 12 und/oder des Knopfs 26 ausgeübt wird, und somit keine Drehung des Stifts 12/Knopfs 26 und des Sockels 14 um eine der Schwenkachsen 22a - 22d eingeleitet wird, wenn eine solche Kraft ausgeübt wird.
  • In beiden Ausführungsformen gemäß den 2 und 5 steht „n“ für eine beispielhafte Anzahl von Bewegungsrichtungen des Stifts 12 und - im Falle der zweiten Ausführungsform - auch des Magneten 29. Die in Längenrichtung auf den Stift 12 einwirkende Kraft (force use length) entspricht der sich aufgrund des Magnetradius R ergebenden Kraft (force magnet radius), also FuLs = FmR .
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Joystick
    11
    Mittelachse
    12
    Stift
    12a
    erstes Ende des Stifts
    12b
    zweites Ende des Stifts
    13
    Mittelpunkt
    14
    Sockel
    15
    radiale Erstreckung
    16
    Gehäuse
    18
    Sockelplatte
    20a - 20d
    Magnet
    22a - 22d
    Schwenkachse
    24
    Magnetplatte
    26
    Knopf
    27
    radiale Erstreckung
    28
    Schwenkpunkt
    29
    Magnet

Claims (12)

  1. Joystick (10) zur Erkennung einer Drehung um eine vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen, wobei der Joystick (10) umfasst: - einen Stift (12); - einen Sockel (14), wobei der Stift (12) am Sockel (14) befestigt ist; - ein Gehäuse (16), in dem zumindest Teile des Sockels (14) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (16) eine Sockelplatte (18) umfasst; - eine vorgegebene Anzahl von Magneten (20a - 20d), wobei die vorgegebene Anzahl von Magneten (20a - 20d) der Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d) entspricht, um die eine Dreherkennung erfolgen soll, wobei die Magnete (20a - 20d) am Sockel (14) befestigt sind und jeder der Magnete (20a - 20d) eine Schwenkachse (22a - 22d) definiert, um die der Sockel (14) relativ zum Gehäuse (16) drehbar ist, wobei die Schwenkachse (22a - 22d), die durch einen der Magnete (20a - 20d) definiert ist, diesem Magneten (20a - 20d) diametral gegenüberliegend angeordnet ist; - ein magnetisches Element, insbesondere eine Platte (24), die aus einem Magnetwerkstoff gefertigt ist, wobei das Element an der Sockelplatte (18) des Gehäuses (16) befestigt ist oder Teil derselben ist oder diese bildet, und - wenigstens einen Sensor zur Erkennung der Drehung des Sockels (14) um wenigstens eine der vorgegebenen Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d); - wobei der Sockel (14) und die am Sockel (14) befestigten Magnete (20a - 20d) dem magnetischen Element zugewandt angeordnet sind und mit dem magnetischen Element so zusammenwirken, dass eine Anziehungskraft die Magnete (20a - 20d) in Richtung des magnetischen Elements zieht.
  2. Joystick (10) zur Erkennung einer Drehung um eine vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen, wobei der Joystick (10) umfasst: - einen Stift (12); - einen Sockel (14), wobei der Stift (12) am Sockel (14) befestigt ist; - ein Gehäuse (16), in dem zumindest Teile des Sockels (14) angeordnet sind, wobei das Gehäuse (16) eine Sockelplatte (18) umfasst; - einen Magneten (29), der im Stift (12) angeordnet ist und der der Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d) entspricht, um die eine Dreherkennung erfolgen soll, wobei der Magnet (29) eine Schwenkachse (22a - 22d) definiert, um die der Sockel (14) relativ zum Gehäuse (16) drehbar ist; - ein magnetisches Element, insbesondere eine Platte (24), die aus einem Magnetwerkstoff gefertigt ist, wobei das Element an der Sockelplatte (18) des Gehäuses (16) befestigt ist oder Teil derselben ist oder diese bildet, und - wenigstens einen Sensor zur Erkennung der Drehung des Sockels (14) um wenigstens eine der vorgegebenen Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d); - wobei der Sockel (14) und der Magnet (29) dem magnetischen Element zugewandt angeordnet sind und mit dem magnetischen Element so zusammenwirken, dass eine Anziehungskraft den Magneten (29) in Richtung des magnetischen Elements zieht.
  3. Joystick (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei sich der Stift (12) entlang einer Mittelachse erstreckt und der Sockel (14) wenigstens teilweise eine plattenartige Form aufweist, wobei sich wenigstens das plattenartige Formteil in einer Ebene erstreckt, wobei der Schnittpunkt der Mittelachse des Stifts (12) und der Ebene, in der sich das plattenartige Formteil erstreckt, einen Mittelpunkt des Joysticks (10) definiert, wobei keine der Schwenkachsen (22a - 22d) den Mittelpunkt enthält.
  4. Joystick (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stift (12) und der Sockel (14) einstückig ausgebildet sind.
  5. Joystick (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stift (12) und der Sockel (14) aus Kunststoff gefertigt sind.
  6. Joystick (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Stift (12) ein erstes Ende (12a) und ein zweites Ende (12b) umfasst, wobei das erste Ende (12a) am Sockel (14) befestigt ist und wobei am zweiten Ende (12b) ein Knopf (26) drehbar um den Stift (12) angeordnet ist, wobei der Knopf (26) zur Erkennung eines Betrags der Drehung des Knopfs (26) um den Stift (12) vorgesehen ist.
  7. Joystick (10) nach Anspruch 1, wobei die vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d) und die vorgegebene Anzahl von Magneten (20a - 20d) identisch ist und insbesondere vier beträgt oder wobei die vorgegebene Anzahl von Schwenkachsen (22a - 22d) das Zweifache der vorgegebenen Anzahl von Magneten (20a - 20d) beträgt.
  8. Joystick (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, des Weiteren umfassend Schwenkpunkte (28), die die Drehung des Sockels (14) um die Schwenkachsen (22a - 22d) unterstützen.
  9. Joystick (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Mittelachse des Stifts (12) eine axiale Richtung des Stifts (12) definiert und wobei der Stift (12) eine radiale Erstreckung von der Mittelachse aufweist, wobei die radiale Erstreckung des Stifts (12) von der Mittelachse in Richtung einer der Schwenkachsen (22a - 22d) für alle Punkte der einen der Schwenkachsen (22a - 22d) kleiner ist als der Abstand der einen der Schwenkachsen (22a - 22d) zum Mittelpunkt.
  10. Joystick (10) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei die Mittelachse des Stifts (12) eine axiale Richtung des Stifts (12) definiert und wobei der Stift (12) eine radiale Erstreckung von der Mittelachse aufweist, wobei die radiale Erstreckung des Stifts (12) von der Mittelachse in Richtung jeder der Schwenkachsen (22a - 22d) für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen (22a - 22d) kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen (22a - 22d) zum Mittelpunkt.
  11. Joystick (10) nach einem der Ansprüche 6 bis 10, wobei die Mittelachse des Stifts (12) eine axiale Richtung des Knopfs (26) definiert und wobei der Knopf (26) eine radiale Erstreckung von der Mittelachse aufweist, wobei die radiale Erstreckung des Knopfs (26) von der Mittelachse in Richtung jeder der Schwenkachsen (22a - 22d) für alle Punkte der jeweiligen der Schwenkachsen (22a - 22d) kleiner ist als der Abstand der jeweiligen der Schwenkachsen (22a - 22d) zum Mittelpunkt.
  12. Joystick (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der wenigstens eine Sensor ein Hall-Sensor oder ein optischer Sensor ist.
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