Technischer Hintergrund
[0001] Handsteuergeräte mit einem Steuerknüppel werden beispielsweise eingesetzt im Bereich
der industriellen Steuerungstechnik zur Steuerung von Baumaschinen oder auch Industrie-Robotern.
Die zweidimensionalen Bewegungen des Steuerknüppels (Joystick) werden hierbei über
Kontakte oder Relais in elektrische Signale umgesetzt, die insbesondere drahtlos mittels
eines Fernsteuersenders an einen Empfänger im oder am zu steuernden Industriegerät
übertragen werden und dort eine entsprechende Bewegung, beispielsweise Auslenkung
eines Arbeitsarms, veranlassen.
[0002] Zur Schwenkbewegung muss der Steuerknüppel in einem Gelenk gehalten sein, das robust,
schmutzunempfindlich, spritzwasserdicht ist und eine hohe Standfestigkeit aufweist,
damit es unter den oft rauhen Einsatzbedingungen im Bereich der industriellen Steuertechnik
zuverlässig arbeiten kann.
Stand der Technik
[0003] Ein erfindungsgemäßes Handsteuergerät zeigt die EP 0 683 906 B1. Hier ist das Gelenk
als Elastomergelenk ausgebildet, dessen Querschnittsgestaltung so ausgelegt ist, dass
bei maximaler Auslenkung des Steuerknüppels eine im wesentlich geradlinige Oberflächenschnittlinie
im Bereich größter Dehnung entsteht, bei zunehmender Vertiefung des auf Stauchung
beanspruchten gegenüberliegenden Bereichs.
[0004] Diese Lösung ermöglicht eine gute Beibehaltung eines fixen Gelenkpunktes auch in
der verschwenkten Position des Steuerknüppels, die relativ voluminöse Ausgestaltung
des Elastomergelenks führt allerdings zu einer großvolumigen Stauchung oder Streckung
der verschiedenen Bereiche bei deren Beanspruchung bei der Verschwenkung, die bei
häufiger Beanspruchung zu einer Ermüdung dieses Elastomergelenks führt.
Darstellung der Erfindung
[0005] Aufgabe der Erfindung ist daher, das vorbekannte Elastomergelenk so weiterzubilden,
dass eine höhere Zuverlässigkeit und höhere Standfestigkeit erreicht wird.
[0006] Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs
1 gelöst.
[0007] Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass durch die relativ schmalwandige
Gestaltung des bei Verschwenkung beanspruchten Verbindungsbereichs in Form eines Kegelstumpfmangels
genauer definierte Beanspruchungsbereiche entstehen, die vorwiegend als auf Dehnung
beanspruchte Wandungen einerseits und als gelenkartige, relativ gering volumige Stauchbereiche
andererseits definiert sind.
[0008] Im Zusammenhang mit einer geeigneten Wahl des Öffnungswinkels des kegelstumpfartigen
Verbindungsbereichs, des Materials des Gelenks und der Wandstärke des Verbindungsbereichs
lassen sich die gestellten Anforderungen lösen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
[0009] Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung wird nun anhand
von Zeichnungen näher erläutert, es zeigen:
- Figur 1:
- Eine schematische Schnittdarstellung des Steuerknüppels mit Gelenk in Normal/Ruhestellung,
und
- Figur 2:
- eine Schnittdarstellung des Steuerknüppels der Figur 1 in ausgelenkter Position.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
[0010] Das Handsteuergerät besteht aus einem nur schematisch dargestellten Gehäuse 10, in
dem über ein Gelenk ein Steuerknüppel 20 verschwenkbar gehalten ist. Im Steuerknüppel
20 ist ein federbeaufschlagter Stössel 21 gehalten, dessen untere Spitze 22 auf einer
schalenförmigen Gegenfläche aufsitzt, über die in der Regel mittels Kontaktierung
von (nicht dargestellten) Schaltelementen eine Erkennung der Position des Steuerknüppels
und Erzeugung eines entsprechenden elektrischen Signals erfolgt (beispielsweise wie
in der eingangs genannten EP 0 683 906 B1 beschrieben).
[0011] Das Gelenk besitzt einen Mittelbereich, der als erster Zylinder 31 den Steuerknüppel
20 über eine erste Breite B1 umschließt und fixiert. Am umgebenden Gehäuse 10 ist
das Gelenk mittels eines als zweiter Zylinder 32 ausgebildeten Randbereichs gehalten,
beispielsweise einvulkanisiert. Der Verbindungsbereich 32 zwischen diesen beiden konzentrisch
liegenden Zylindern 31,32 ist als Kegelstumpf mit geringer Wandstärke mit einem Öffnungswinkel
α ausgebildet, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel den oberen Rand des ersten
Zylinders 31 mit dem unteren Rand des zweiten Zylinders 32 verbindet. Das Gelenk ist
vorzugsweise ein Kunststoff-Spritzgussteil aus Netril-Butadien Rubber (NBR). Der Verbindungsbereich
33 weist eine Wandstärke von etwa 2 mm auf, etwa in der gleichen Größenordnung liegt
die Wandstärke der beiden Zylinder 31 und 32, so dass ein relativ filigranes Gelenk
entsteht, das auf Verschwenkungen des Steuerknüppels 20 leicht und empfindlich reagiert.
[0012] Das Gelenk 30 bildet insofern eine schwimmende Lagerung des Steuerknüppels, als der
Gelenkpunkt X, wie er in Figur 1 definiert ist, bei einer Verschwenkung um den Winkel
β gemäß Figur 2 nicht zwangsläufig ortsfest bleiben muss, sondern wie im dargestellten
Ausführungsbeispiel geringfügig nach oben gewandert ist. Dies findet seinen Grund
zum großen Teil in der relativ empfindlichen schmalwandigen Ausführung des Verbindungsbereichs
33. Derartige Längs- oder Querverschiebungen werden aber dadurch kompensiert, dass
sich der federbeaufschlagte Stössel 21 auf die schalenartige Innenfläche des unteren
Gehäuseteils abstützt und so ein Gegenlager bildet, wobei er sich aus dem unteren
Ende des Steuerknüppels 20 herausschiebt, wie durch das Maß L2 gegenüber dem Maß L1
in Figur 1 verdeutlicht wird.
[0013] Die Schnittdarstellung der Figur 2 zeigt, dass der eine Teil des Verbindungsbereichs
(33A) nahezu ausschließlich auf Dehnung beansprucht wird, also in der Ebene seiner
Wandungsausdehnung, wogegen der gegenüberliegende Bereich (33B) eine Art Gelenkfalte
ausbildet, in der eine gewisse Materialanhäufung auftritt. Diese Art der Beanspruchung
hat sich als "schonend" insofern herausgestellt, als dass sie eine lange Standfestigkeit
des Gelenks erwarten lässt bei gleichzeitig einfacher sensibler Handhabung.
[0014] Die dargestellte Anordnung des Kegelstumpfmantels mit seinem oberen Ende zum oberen
Ende des Steuerknüppels 20 hin zeigend bewirkt einen hohen Widerstand des Steuerknüppels
gegen axiale Zugbeanspruchung (Herausziehen aus dem Gehäuse). Gegen axiale Druckbeanspruchung
(Hineindrücken in das Gehäuse), die durch diese Formgebung weniger behindert wird,
ist vorgesehen, dass dies durch eine Begrenzung der Verschiebelänge L des Stössels
21 vermieden wird.
1. Handsteuergerät mit einem Steuerknüppel, der mittels eines als Kunststoff-Formteil
elastisch ausgebildeten Gelenks in einem Gehäuse um zwei orthogonale Achsen schwenkbar
gelagert ist, wobei das Gelenk einen manschettenartig ausgebildeten Mittelbereich
aufweist, der den Steuerknüppel umschließt, sowie einen Randbereich, der ortsfest
im Gehäuse befestigt ist,
dadurch gekennzeichnet, dass Mittelbereich und Randbereich als konzentrisch verlaufende, erste und zweite Zylinder
(31,32) ausgebildet sind, und dass ein bei der Verschwenkung beanspruchter Verbindungsbereich
(33) zwischen den Zylindern (31,32) kegelstumpfartig ausgebildet ist.
2. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B1) des den Mittelbereich bildenden ersten Zylinders (31) größer ist
als die Breite (B2) des den Randbereich bildenden zweiten Zylinders (32).
3. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungswinkel (α) des kegelstumpfartigen Verbindungsbereichs (33) 40-60° beträgt.
4. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Verbindungsbereich (33) in Richtung zum oberen Ende des Steuerknüppels (20)
hin verjüngt.
5. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Kunststoff-Formteil aus Netril Butadien Rubber (NBR) ist.
6. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die mittlere Stärke der Wandung des Verbindungsbereichs (33) etwa 2 mm beträgt.
7. Handsteuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im unteren Ende des Steuerknüppels (20) ein federbeaufschlagter Stössel (21) gelagert
ist, dessen untere Spitze (22) ein Gegenlager zum Gelenk derart bildet, dass es vertikale
und/oder horizontale Verschiebungen des Gelenkpunktes (X) beim Verschwenken des Steuerknüppels
(20) kompensiert.
8. Handsteuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stössel (21) um eine Mindestlänge (L) aus dem unteren Ende des Steuerknüppels
(20) herausragt, um ein Hineindrücken des Steuerknüppels (20) in das Gehäuse zu begrenzen.