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DE3722046C1 - Steuerknueppel zur Erzeugung elektrischer Steuersignale - Google Patents

Steuerknueppel zur Erzeugung elektrischer Steuersignale

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Publication number
DE3722046C1
DE3722046C1 DE3722046A DE3722046A DE3722046C1 DE 3722046 C1 DE3722046 C1 DE 3722046C1 DE 3722046 A DE3722046 A DE 3722046A DE 3722046 A DE3722046 A DE 3722046A DE 3722046 C1 DE3722046 C1 DE 3722046C1
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DE
Germany
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ball
actuating rod
joint
induction
housing
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Inventor
Manfred Betz
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Gustav Magenwirth GmbH and Co KG
Original Assignee
Gustav Magenwirth GmbH and Co KG
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Description

Die Erfindung betrifft einen Steuerknüppel zur Erzeugung elektri­ scher Steuersignale nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Steuerknüppel dieser Art finden Einsatz in Fernsteuerungssystemen, beispielsweise in Arbeitsmaschinen wie Bagger, Kranen oder der­ gleichen.
Ein gattungsgemäßer Steuerknüppel ist beispielsweise in der DE-OS 35 04 387 beschrieben. Weitere Steuerknüppel zur Erzeugung elek­ trischer Steuersignale sind bekannt aus DE-Z: Elektronik 1987, 40; FR-OS 24 28 867; JP 59-53 936 A. In: Patents Abstracts of Japan P-288, 20. Juli 1984, Vol. 8, No. 157 und US-Z: IBM Technical Disclosure Bulletin Vol. 27, No. 8, Januar 1985, S. 4732, 4733.
Bei den bekannten Steuerknüppeln ist der mechanische und elek­ trische Aufbau kompliziert und störanfällig.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen gattungsgemäßen Steuerknüppel hinsichtlich seines mechanischen und elektrischen Aufbaus und hinsichtlich seiner Wirkungsweise zu vereinfachen und hierdurch unter gleichzeitiger Senkung der Gestehungskosten betriebssicherer zu machen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.
Der von der Erfindung vorgeschlagene Steuerknüppel hat gegenüber bekannten Steuerknüppeln einen einfacheren mechanischen und elek­ trischen Aufbau, seine Wirkungsweise ist sehr einfach und sicher. Schließlich läßt sich der vorgeschlagene Steuerknüppel verhältnis­ mäßig preiswert produzieren.
Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit der Zeich­ nung der weiteren Erläuterung. Es zeigt
Fig. 1 eine Axialschnittansicht, teilweise schematisch, eines Steuerknüppels zur Erzeugung elektrischer Steuersignale;
Fig. 2 eine Schnittansicht entlang der Linie 2-2 in Fig. 1;
Fig. 3 eine Schnittansicht entlang der Linie 3-3 in Fig. 1 und
Fig. 4 schematisch eine gegenüber Fig. 1 ab­ gewandelte Ausführungsform eines Steuer­ knüppels.
Wie Fig. 1 zeigt, ist ein Gehäuse 1 an einem ortsfesten Maschinenteil 2 eines Baggers oder dergleichen befestigt. Zwischen einem ersten Gehäuseteil 3 und einem zweiten Gehäuseteil 4 ist mittels eines kreisförmigen Bundes 5 eine Kugelfassung 6 drehbar gelagert, wobei die Drehachse in der Zeichnungsebene der Fig. 1 und senkrecht zum Bund 5 verläuft. Die Kugelfassung 6 besteht ihrerseits aus zwei miteinander verschraubten Fassungsteilen 7 und 8, wobei der erwähnte Bund 5 am Fassungsteil 8 ausgebildet ist. Die Fassungsteile 7, 8 bilden zwischen sich eine Kugelpfanne aus, in welcher eine Gelenkkugel 9 universell drehbar ge­ lagert ist. Der Mittelpunkt der Gelenkkugel 9 ist in Fig. 1 mit M 1 bezeichnet. Fassung 6 und Kugel 9 vermitteln ein Universalgelenk, dessen Drehpunkt bei M 1 liegt.
Mit der Gelenkkugel 9 ist starr eine Betätigungsstange 11 verbunden, die somit über das erwähnte Universalgelenk allseits schwenkbeweglich gelagert ist. Die Oberseite 12 des Gehäuseteils 3 weist eine die Betätigungsstange 11 frei umschließende Öffnung 13 auf, die von einer auf der Ober­ seite 12 verschieblichen Rückholplatte 14 überfangen ist. Mit der Rückholplatte 14 ist einstückig eine Buchse 15 verbunden, durch welche die Betätigungsstange 11 hindurch verläuft. Am freien Ende der Betätigungsstange 11 ist ein Handgriff 16 befestigt. Eine zwischen dem Handgriff 16 und der Rückholplatte 14 angeordnete Schraubendruckfeder 17 ist bestrebt, die verschwenkte Betätigungsstange 11 in ihre (in Fig. 1 dargestellte) Nullstellung zurückzuholen, wenn sich die Rückholplatte 14 beim Verschwenken der Betäti­ gungsstange 11 auf der Oberseite 12 verschoben und ver­ kantet hat. Ein Faltenbalg 18, der zwischen Handgriff 16 und dem orts­ festen Maschinenteil 2 befestigt ist, verhindert ein Ein­ dringen von Schmutz in das Gehäuse 1.
Die Betätigungsstange 11 ist über die Gelenkkugel 9 hinaus verlängert und trägt dort einen als Teil einer Hohlkugel ausgebildeten Induktionskörper 19. Der Mittelpunkt M 2 der den Körper 19 bildenden Hohlkugel ist gegenüber dem Mittel­ punkt M 1 der Gelenkkugel 9 (in Fig. 1 nach oben) exzentrisch versetzt. Im Gehäuse 1 (vgl. auch Fig. 2) sind als Sensoren zwei Induktionsspulen 21, 22 fest angeordnet. Die Achse der Spu­ len schneiden sich im Mittelpunkt M 1 der Gelenkkugel 9. Die von ihnen bestimmte Ebene verläuft senkrecht zu der in Nullstellung befindlichen Betätigungsstange 11. Der ge­ genseitige Winkelabstand der Induktionsspulen 21, 22 be­ trägt mit Bezug auf die Achse der Betätigungsstange 11 90°. Jede der Induktionsspulen 21, 22 ist Bestandteil eines an sich bekannten elektrischen Schwingkreises, dem Wechsel­ ströme bestimmter Amplitude, Frequenz und Phase zugeordnet sind, von denen auch die Spulen 21, 22 durchflossen werden.
Wenn die Betätigungsstange 11 nach irgendeiner Seite ver­ schwenkt wird, verändert sich wegen der Exzentrizität zwi­ schen der Gelenkkugel 9 und dem hohlkugeligen Induktions­ körper 19 der Abstand des letzteren von den Induktions­ spulen 21, 22. Hierdurch werden diese Spulen induktiv so beeinflußt, daß sich die Amplitude, Frequenz und/oder Phase in den den Spulen zugeordneten Schwingkreisen charakteristisch verändern. Diese Veränderungen können in bekannter Weise zur Erzeugung elektrischer Steuersignale ausgenutzt werden, die von den Stellungen des beschriebenen, von der Be­ tätigungsstange 11 und deren Handgriff 16 gebildeten Steuerknüppels abhängen. Diese Steuersignale können wiederum zur Bewegungssteuerung von Maschinen, beispielsweise eines Baggers, ausgenutzt werden.
Der elektrische und mechanische Aufbau des beschriebenen Steuerknüppels ist außerordentlich einfach, robust und be­ triebssicher. Insbesondere sind lediglich zwei Induktions­ spulen als Sensoren notwendig. Durch entsprechende geometri­ sche Ausbildung des Induktionskörpers 19, wobei auch von der Kugelgestalt abweichende Formen in Frage kommen, kann erreicht werden, daß sich bei Betätigung des Steuerknüppels in der einen Richtung der Meßwert in der anderen Richtung nicht verändert. Bei den bekannten Steuerknüppeln sind in der Regel mehrere Spulen rings um den Steuerknüppel herum vorgesehen, deren einzelne Meßwerte elektrisch ständig gegeneinander verrechnet werden müssen. Grundsätzlich ist es jedoch auch bei dem beschriebenen Steuerknüppel möglich, mehr als zwei Sensoren vorzusehen, ohne hierdurch den einfachen Aufbau und weitere Vorteile zu beeinträchtigen.
Die Betätigungsstange 11 trägt an einer über den Induktions­ körper 19 hinausreichenden Verlängerung einen verhältnis­ mäßig kurzen Stift 23, dessen Oberfläche, beispielsweise durch Schwärzung, kein Licht reflektiert. Dieser Stift 23 liegt bei in Nullstellung befindlicher Betätigungsstange 11 genau im Kreuzungspunkt zweier im wesentlichen senkrecht zu­ einander stehender Lichtschranken (Fig. 3), die in bekannter Weise jeweils von Sendern 24 und Empfängern 25 gebildet sind.
Somit kann die Nullstellung des Steuerknüppels erkannt werden. Ist der Steuerknüppel nicht in Nullstellung, so liefert wenigstens eine der Lichtschranken ein dies an­ zeigendes Signal.
Wie bereits erwähnt, ist die Kugelfassung 6 und damit das ganze Universalgelenk über den zwischen die Gehäuseteile 3, 4 eingreifenden Bund 5 am Fassungsteil 8 drehbar im Gehäuse 1 gelagert. Somit kann das Universalgelenk (ohne die Induktions-Spulen 21, 22 durch den kugeligen Induktions­ körper 19 zu beeinflussen) im Gehäuse 1 verdreht werden, was die Erzeugung weiterer Steuersignale ermöglicht. Hierzu steht vom Fassungsteil 8 eine schmale Fahne 26 nach unten ab, die beim Verdrehen der Fassung 6 wahlweise in die Bahn gabelförmiger Lichtschranken 27, 28 gebracht werden kann (Fig. 3). Hierdurch können vom Steuerknüppel zusätzliche, drehstellungsabhängige Steuersignale erzeugt werden.
Im Fassungsteil 8 ist eine federbelastete Rastkugel 29 ge­ lagert, die mit gehäusefesten Rastmulden 31, 32 (Fig. 2) zusammenwirkt. Die Rastmulden 31, 32 sind denjenigen Dreh­ stellungen der Fassung 6 zugeordnet, in denen die Licht­ schranken 27, 28 jeweils unterbrochen sind. Eine weitere Rastmulde für die Rastkugel 29 kann zwischen den Mulden 31, 32 vorgesehen werden, um die Nullstellung der Fahne 26 und damit der Fassung 6 zwischen den Lichtschranken 27, 28 festzulegen.
Um eine sichere Mitnahme der Fassung 6 beim Verdrehen der Betätigungsstange 11 um ihre Achse zu gewährleisten, steht von der Gelenkkugel 9 ein zylindrischer Mitnehmerstift 33 seitlich ab. Die Achse des Stiftes 33 fällt mit der Mittelachse der Induktionsspule 21 zusammen und verläuft durch den Mittelpunkt der Gelenkkugel 9. Somit ist eine Schwenkbewegung der Betätigungsstange 11 in einer senk­ recht zur Zeichnungsebene der Fig. 1 verlaufenden Ebene durch den Mitnehmer 33 nicht behindert. Der Mitnehmer 33 greift weiterhin bündig in einen in den Fassungsteilen 7, 8 gebildeten Schlitz 34 (Fig. 2) ein. Hierdurch ist einer­ seits die Mitnahme der Fassung 6 beim Drehen um die Achse der Betätigungsstange 11 gewährleistet und andererseits auch die Schwenkbewegung der Betätigungsstange 11 in der Zeichnungsebene der Fig. 1 sichergestellt.
Bei der in Fig. 4 lediglich schematisch dargestellten, ab­ gewandelten Ausführungsform eines Steuerknüppels ist die Betätigungsstange 11 starr mit einer Gelenkkugel 39 aus elektro-induktiv neutralem Material, beispielsweise Kunst­ stoff, verbunden. Im Inneren der Gelenkkugel 39 ist, eben­ falls starr mit der Betätigungsstange 16 verbunden, ein Induktionskörper 49, vorzugsweise in Gestalt einer metalli­ schen Kugel angeordnet, wobei die Mittelpunkte M 1 und M 2 der beiden Kugeln 39, 49 in der gleichen Weise wie in Fig. 1 zueinander versetzt sind. Die Gelenkkugel 39 ist von zwei Fassungsteilen 7, 8 umschlossen, die in diesem Falle auch die Sensoren (Induktionsspule 21) aufnehmen können. Im übrigen funktioniert die Ausführungsform gemäß Fig. 4 ebenso wie die Ausführungsform gemäß Fig. 1.

Claims (8)

1. Steuerknüppel zur Erzeugung elektrischer Steuersignale mit einem Gehäuse, einer Betätigungsstange, einem im Gehäuse vorgesehenen Universalgelenk zur beweglichen Lagerung der Betätigungsstange, im Gehäuse angeordneten Sensoren und einem auf die Sensoren stellungsabhängig einwirkenden Element, dessen Abstand von den Sensoren durch die Betätigungsstanges variierbar ist, wobei die Sensoren als von Wechselstrom durchflossene Induktionsspulen ausgebildet sind, die ihrer­ seits jeweils Bestandteil eines elektrischen Schwingkreises sind, das auf die Induktionsspulen einwirkende Element ein starr mit der Betätigungsstange verbundener Induktionskörper ist, und durch die Veränderung des Abstandes des Induktions­ körpers von den Induktionsspulen die Amplitude, Frequenz und/ oder Phase des betreffenden Schwingkreises zur Erzeugung der elektrischen Steuersignale veränderbar ist, dadurch gekennzeichnet,
daß sich die Mittelachsen der Induktionsspulen (21, 22) im Mittelpunkt (M 1) des als Kugelgelenk ausgebildeten Universal­ gelenks (6, 9, 7, 8; 39) schneiden,
daß die Betätigungsstange (11) in ihrer Nullstellung senkrecht zu der von den Mittelachsen der Induktionsspulen (21, 22) be­ stimmten Ebene verläuft und
daß der Induktionskörper (19) Teil einer Kugel ist, deren Mittelpunkt (M 2) zum Mittelpunkt (M 1) des Universalgelenkes senkrecht zu dieser Ebene versetzt ist.
2. Steuerknüppel nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Induktionsspulen (21, 22) vorgesehen sind, die bezüglich der Achse der Betätigungsstange (11) einen Winkelabstand von im wesentlichen 90° haben.
3. Steuerknüppel nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Universalgelenk ein Kugelgelenk mit einer Fassung (6) und einer Gelenkkugel (9) ist.
4. Steuerknüppel nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Induktionskörper ein auf der Außen­ seite der Gelenkkugel (9) angeordneter Kugelschalen­ teil ist.
5. Steuerknüppel nach Anspruch 1 und 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Gelenkkugel (39) aus elektrisch neu­ tralem Kunststoff besteht und der Induktionskörper ein im Innern der Gelenkkugel angeordneter Kugelteil (49) ist.
6. Steuerknüppel nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsstange (11) an einer Verlängerung einen lichtreflexionsfreien Stift (23) trägt, der in die Bahn zweier im Gehäuse (1) angeordneter Lichtschranken (24, 25) ragt und in Nullstellung der Betätigungsstange beide Lichtschranken unterbricht.
7. Steuerknüppel nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kugelfassung (6) im Gehäuse (1) um die Achse der Betätigungsstange (11) drehbar gelagert und an der Gelenkkugel (9) ein Mitnehmer (33) angeordnet ist, der bei Drehung der Betätigungsstange um ihre Achse die Kugelfassung (6) drehend mitnimmt, und daß an der Kugel­ fassung (6) eine Fahne (26) angeordnet ist, die bei ge­ drehter Kugelfassung wenigstens eine Lichtschranke (27, 28) unterbricht.
8. Steuerknüppel nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Winkelstellung der Kugelfassung (6), in der die Lichtschranke (27, 28) unterbrochen ist, durch eine Rast­ kugel (29) festgelegt ist.
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