Die Erfindung betrifft ein Handsteuergerät gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Handsteuergerät ist aus der DE-Firmenschrift "Kleinmeisterschalter MO... nach Maßblatt M 7221, Spohn + Burkhardt, Januar 1991" bekannt.
Gestuft arbeitende Handsteuergeräte, wie beispielsweise das aus dieser Druckschrift vorbekannte, sind mit Schaltelementen bestückt, die abhängig von der Stellung des Steuerknüppels ein- oder ausgeschaltet sind und dadurch die gewünschte stufige Charakteristik der Steuerspannung ergeben.
Solche Handsteuergeräte besitzen daher abhängig von der Stufenzahl eine relativ hohe Anzahl von Ein-Aus-Schaltern, beispielsweise Mikroschalter, die vom Handsteuergerät auf seinem Auslenkweg betätigt werden. Dies erfordert einen hohen Fertigungsaufwand infolge der Vielzahl von fehleranfälligen Schaltelementen, die außerdem relativ platzaufwendig sind und somit die Bauform des Handsteuergerätes negativ beeinflussen können.
Andererseits ist es aber für viele Anwendungsbeispiele, abhängig von dem zu steuernden Gegenstand wie z.B. einen Kran oder ein anderes Baugerät, erforderlich, diskrete Spannungswerte als Steuereingangsgrößen für diese Geräte zur Verfügung zu haben, so daß auf eine geeignete Stufung des Steuersignals für die zu steuernde Maschine nicht ohne weiteres verzichtet werden kann.
Aus der DE-39 11 171 A1 ist ein Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel bekannt, dessen Winkelauslenkung in ein proportionales, durch plateauartige Zwischenbereiche unterbrochenes Steuersignal umgesetzt wird, wobei elektronische Mittel vorgesehen sind, mit denen diese Charakteristik des Ausgangssignals einstellbar ist. Diese plateauartigen Zwischenbereiche dienen dazu, Ungenauigkeiten bei der Positionierung des Steuerknüppels infolge mechanischer Toleranzen zu eliminieren, ändern aber nicht das grundsätzlich proportionale Schaltverhalten dieses vorbekannten Handsteuergerätes insofern, als zwischen diesen Plateaus das Steuersignal proportional zur Auslenkung des Steuerknüppels verläuft. Eine stufige Charakteristik der Steuerspannung ist mit diesem Handsteuergerät, das im wesentlichen ein der Steuerknüppelauslenkung proportionales Steuersignal erzeugt, nicht darstellbar.
Die US-A-5,134,395 zeigt ein Interface zum Anschluß von Steuerknüppeln (Joysticks) und Schaltern an den Rs232-Anschluß eines PCs, wozu insbesondere ein Analog-Digital-Wandler (IC2) eingesetzt wird. Ergebnis dieser Schaltung ist,wie bei einer Analog/Digitalwandlung nicht anders zu erwarten, daß das analoge Joystick-Signal digitalisiert und damit dem nachgeschalteten PC zugänglich gemacht wird. Wie jede Digitalisierung, bewirkt auch die hier zum Anschluß an einen PC erforderliche Digitalisierung die Umwandlung des Analog-Signals des Joysticks in ein extrem fein "gestuftes" Ausgangssignal, dessen Stufenzahl notwendigerweise der gewählten Auflösung bzw. den zur Verfügung stehenden Bits entspricht; bei üblicher 8-Bit-Umsetzung wird die Vollauslenkung des Joysticks folglich umgesetzt in "Bit-Stufen". Zur Erzeugung diskreter Spannungswerte als Steuereingangsgrößen ist eine reine Digitalisierung nicht geeignet.
Die EP-A-0 495 280 beinhaltet ebenfalls eine Digitalisierung eines Analog-Signals zur Erzeugung eines Signals in einem Regelkreis, der zur Kompensation von Drifterscheinungen des Eingangssignals dienen soll. Werden bestimmte zulässige Werte Überschritten, veranlaßt ein Microcontroller eine stufenähnliche Rücksetzung der DC-Vorspannung eines Meßwertverstärkers. Ein Bezug zu Handsteuergeräten ist bei dieser vorbekannten komplexen Schaltungsanordnung nicht zu sehen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen kostengünstigen Ersatz für ein gestuftes elektromechanisches Handsteuergerät anzugeben.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch ein Handsteuergerät mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
Der wesentliche Erfindungsgedanke besteht folglich darin, daß die Stufung des Steuersignals nicht mehr unmittelbar durch Kontaktbetätigung des Steuerknüppels auf dessen Auslenkungsweg erreicht wird, sondern auf rein elektronischem Wege durch eine Stufung des analogen Ausgangssignals eines an sich bekannten analog arbeitenden Handsteuergeräts, das beispielsweise mit Potentiometern, Hallsensoren, Optosensoren als Wandlereinrichtungen ausgerüstet ist, die die Winkelauslenkung des Steuerknüppels des Handsteuergeräts in ein hierzu proportionales elektrisches Ausgangssignal umsetzen. Die rein elektronische Umsetzung ist sehr viel kostengünstiger als die bekannte mechanisch-elektrische Umsetzung der Steuerknüppelbewegung in gestufte Steuersignale und darüber hinaus auch sehr viel zuverlässiger. Der Raumbedarf für die Elektronikausrüstung, die zur Stufung erforderlich ist, ist minimal, die nötigen Komponenten können somit zwanglos in Gehäusenischen oder sonstigen nicht genutzten Bereichen des Gehäuses des Handsteuergerätes untergebracht werden.
Bei dieser Variante befinden sich die elektronischen Komponenten zur Stufung im Handsteuergerät selbst, es werden folglich (wie beim gestuft arbeitenden Handsteuergerät) bereits gestufte Steuersignale an das zu steuernde Gerät oder Maschine übertragen. Insofern stellt die erfindungsgemäße Lösung eine "Emulation" eines klassischen, gestuft arbeitenden Handsteuergeräts dar, insofern, als vom angesteuerten Gerät die Art der Erzeugung der gestuften Steuersignale nicht erkennbar ist.
Es ist jedoch genausogut möglich, das proportionale Ausgangssignal zunächst an das zu steuernde Gerät zu Übergeben, und dort eingangsseitig die Stufung vorzunehmen, was den Vorteil eröffnen mag, daß dann die Anzahl der Stufen und die Stufenweite individuell an den Bedarf des konkret zu steuernden Gerätes angepaßt werden kann.
Die erfindungsgemäße elektronische Lösung gestattet aber auch zwanglos, insbesondere bei digitaler Ausführung, eine Programmierung der elektronischen Komponenten zur Stufung zur Erzeugung einer beliebigen Stufungscharakteristik, so daß hier auf der Fertigungsseite erhebliche Einsparungen dadurch erzielbar werden, daß mit einem Grundtyp eines analog arbeitenden Handsteuergeräts zusammen mit einer programmierbaren Grundvariante von Elektronikkomponenten das gesamte Spektrum praktisch erforderlicher Stufungen beim praktischen Betrieb realisiert werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung kann auch auf einfachste Art und Weise (beispielsweise durch die genannte Programmierung) mit einer im Handsteuergerät eingebauten mechanischen Rasterung kombiniert werden, vorteilhafterweise derart, daß die Stufenfolge so programmiert wird, daß bei jedem Stufenwechsel der mechanischen Rasteinrichtung (beispielsweise bei Passieren einer Rastrinne oder ähnlichem) auch der elektronische Übergang in die nächste Stufe der Steuerspannung erfolgt. Hiermit läßt sich die für die Bedienperson nahezu vollständige Illusion erzeugen, daß das Passieren der mechanischen Raststufen unmittelbar ursächlich für den Übergang in die nächste Stufe des Steuersignals wäre, was für die Handhabung solcher Handsteuergeräte oft sehr erwünscht ist, da die Bedienungsperson in der Regel nicht im Sichtkontakt mit dem fernzusteuernden Gerät, z.B. dem Kran, steht.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind weiteren Unteransprüchen entnehmbar.
Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Handsteuergerätes wird nun anhand von Figuren näher erläutert, es zeigen:
Bei den Figuren handelt es sich sämtlich um schematische Darstellungen im Sinne einer Prinzipdarstellung, da die schaltungstechnische Umsetzung des Erfindungsgedankens in vielfältigen Einzelausgestaltungen möglich ist und somit hier nicht näher erläutert zu werden braucht.
Figur 1 zeigt als stark schematisiertes Blockschaltbild ein Handsteuergerät H, dessen Steuerknüppel P als Potentiometer dargestellt ist, um anzudeuten, daß das vom Steuerknüppel abgegebene Ausgangssignal Ux proportional zur Auslenkung x des Steuerknüppels P ist. Das Potentiometer stellt folglich auch die Wandlereinrichtungen W dar, die die Auslenkung x umsetzen in das elektrische Ausgangssignal Ux. Es versteht sich von selbst, daß diese und die folgenden Betrachtungen auch für die andere Koordinate y sinngemäß gelten, ohne daß dies besonders erwähnt wird.
Das Steuersignal Ux wird in elektronischen Mitteln EM gestuft, so daß es am Ausgang dieser elektronischen Mittel EM als gestufte Ausgangsspannung Us mit einer Anzahl N diskreten von Spannungswerten Snx, n=1...N vorliegt, also die in Figur 1 rechts unten dargestellte "Treppenstruktur".
Dieses gestufte Ausgangssignal erhält dann beim dargestellten Ausführungsbeispiel der Empfänger R einer Fernsteueranlage, der hieraus die konkreten Steuersignale gewinnt, mit der dann Motoren oder ähnliches der fernzusteuernden Geräte angesteuert werden.
Die elektronischen Stufungsmittel EM bestehen aus einer Stufungseinheit ST und einer Schalteinheit W. Die Aufgabe der Stufungseinheit ST ist es beim dargestellten Ausführungsbeispiel, auf eine Anzahl N von Ausgangsleitungen entsprechend den N diskreten Spannungswerten Snx des Ausgangssignals der Schaltung W die nötige Information zu geben, welcher oder gegebenenfalls wie viele einer Anzahl von N Schaltern (symbolisch als Relais dargestellt) zu schließen sind, damit die gestufte Ausgangsspannung Us den von der Stufungseinheit ST vorgegebenen diskreten Spannungswert Snx annimmt. Es kann sich hierbei um N Relais handeln, die jeweils mit einer Spannung Us beaufschlagt sind, entsprechend den Spannungswerten Snx und die von einer der N Ausgangsleitungen der Stufungseinheit ST aktiviert werden. Es kann sich aber auch lediglich um eine Zusammenführung der Ausgangsleitungen der Stufungseinheit ST auf eine gemeinsame Steuerleitung handeln, wenn bereits in der Stufungseinheit der nötige diskrete Spannungswert Snx als Spannung Us zur Verfügung gestellt wird.
In räumlicher Hinsicht können die elektronischen Mittel EM zur Stufung entweder senderseitig angeordnet sein, also dem Handsteuergerät H zugeordnet, dann befindet sich die Sendestrecke in der Position S2 in Figur 1, oder sie können auch dem Empfänger R zugeordnet sein, dann befindet sich die Funkstrecke in der Position S1.
Figur 2 zeigt eine analoge Realisierung einer Stufungseinheit ST1. Hier sind N Komparatoren K1...KN parallel geschaltet, deren Vergleichseingang jeweils mit einem Stufenwert Slx...SNx der gestuften Ausgangsspannung Us beschaltet ist. Jeder Komparator Kx vergleicht den anliegenden Proportionalwert der Eingangsspannung Ux mit seinem vorgegebenen Stufenwert Snx und gibt diesen Stufenwert Snx an den Ausgang weiter, wenn der Wert der Spannung Ux in einem vorgegebenen Bereich Snx +/ -Δ liegt. Die Komparatoren Kl...KN können hierbei als Diskriminatoren mit einer oberen (S + Δ ) und einer unteren (S - Δ ) Schwelle ausgelegt sein. Am Ausgang di eser analogen Stufungseinheit ST1 liegt folglich immer das ausgewählte gestufte Ausgangssignal an, so daß die Ausgänge hier einfach zusammengefaßt werden können.
Figur 3 zeigt eine digitale Variante einer Stufungseinheit ST2, bei der das analoge Signal Ux zunächst über einen Analog-Digitalwandler AD digitalisiert wird; beim dargestellten Ausführungsbeispiel mit sieben Parallelleitungen und entsprechender paralleler 7-Bit-Übermittlung wird das Signal Ux folglich in 128 (0...127) Stufen quantisiert. Mit diesem Signal wird ein Speicher 11 (EEPROM) angesteuert. Hierbei dient der digitalisierte Wert der Spannung Ux als Adresse des Speichers 11. Auf den mit diesen Adressen bezeichneten Speicherplätzen mit jeweils 8 Bit ist der beispielsweise dargestellte Speicherinhalt abgelegt, so daß bei einer Auslesung des Speichers mit einem digitalisierten Wert des Signals Ux von "55" die vierte Zeile mit dem Inhalt "11110000" ausgelesen wird. Diese Information wird dann beispielsweise in der Einheit W zur Erzeugung des zugehörigen diskreten Spannungswerts Snx des gestuften Ausgangssignals Us ausgewertet, beispielsweise durch Aktivierung einer entsprechenden Anzahl von entsprechend spannungsbeaufschlagten Relais.