DE2309682A1 - Einrichtung zur erzeugung von signalen mit einem steuerknueppel - Google Patents

Description

Messerschnii tt-Dolkow-UlphJD OttobruiUlf 4>. Tebr. /(973 Geecllschal t mit BSoI 11

beschrankter Haltung, 7520 M ü Ii c h c η

Einrichtung zur Erzeugung von Signalen mit einem r> teuer knüppel

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Erzeugung voi\ Signalen mit einem S teuorknüppel, der kardanisch Selafjert und ledernd in seiner Niillage gehalton ist und mittels Übertragungs^lietter in zwei Stromkreisen jeweils eine vom Ausschlagwinkel abhängico Signalgabo bewirkt.

Bei derartigen l'inrichtungen dienen die durch die Ausschlüge der Steuerknüppel erzeugten Steuerspannungen zur Positionssteucrung von liebezeugen und Werkzeugmaschinen oder zur Fernlenkung von Luftfahrzeugen. Solche Steuerungs- oder Lonkaufgaben erfordern eine möglichst trägheitslose feinfühlige Steuerung, die auf Jede Änderung der Lage des Steuerknüppels sofort anspricht.

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Durcli das deutsche Gebrauchsmuster 1 853 867 ist ein Lenkknüppel Tür eine einrichtung zum Erzeugen von Fernlenkkommandos für dich selbst tätig bewegende. Körper bekannt, bei dor das Aus lenken des Knüppels eine· Vor— Stellung zweier Potentiometer bewirkt, die zwei aufeinander senkrecht stehenden Lenkebenen zugeordnet sind. An den l'otentiunctcrn sind in Abhängigkeit der Einstelllage des Steuerknüppels Steuerspannungen abgreifbar, die in den Lenkebenen zugeordnete Fernlenkkommandos umgeformt worden.

Eine derartige Einrichtung hat mehrere Nachtuile. Die mechanische Ausbildung erfordert eine Mindestgrüße, wenn ausreichende Präzision vorhanden sein muß. Der Miniaturisicrung sind also Grenzen gesetzt. Mit Potentiometern ist nur ein treppen!"ürinig ansteigender Spannungsverlauf zu erreichen. Sie haben außerdem den Nachteil, daß durch fortwährenden Gebrauch eine Abnützung und damit Korrosion der Schleifer und !.'indungen eintritt, wodurch ihre Lebensdauer herabgesetzt und die Übergangswiderstände erhöht werden, was ständige Justierungen notwendig macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein leichtgängiges Steuerknüppel-Aggregat kleiner Abmessungen zu schaffen, das den Ausschlägen des Steuerknüppels etwa proportionale Steuerspannungen liefert, die als Steuerkommandos in eine angeschlossene Lenkeinrichtung eingegeben werden, wobei dafür Sorge zu tragen ist, daß während des Detriebs möglichst wenig mechanische Abnutzung auftritt.

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß gelöst durch eine am unteren Ende des Steuerknüppels angeordnete lichtelek-

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trische Strahlungsquelle und mindestens vier symmetrisch um die !.Strahlungsquelle ortsfest angeordnete fotoelektronischo Bauelemente, von denen jeweils zwei in einem Stromkreis liegen.

Eine erste Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Strahlungsquelle von einer um Steuerknüppel befestigten Blonde umschlossen ist und die fotoelektronisehen Bauelernente so angeordnet sind, daß sie in der Mittelstellung des Steuerknüppels parallel zur Steuerknüppelachse und ihre Unterkanten mit der Unterkante der Ulende in einer Ebene liegen.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung sind die fotoelektronischen Bauelemente direkt der Strahlungsquelle ausgesetzt und in zur Mittelstellung" des Steuerknüppels einen Winkel bildenden Ebenen angeordnet.

Eine Schaltungsanordnung für den elektrischen Teil des Steuerknüppels sieht vor, daß jeweils die sich gegenüberliegenden fotoelektronischen Bauelemente in einem Stromkreis zusammengeschlossen sind, wobei die Bauelemente der einen Ebene zu denjenigen der gegenüberliegenden Ebene gegeneinandergeschaltet sind.

Die Erfindung v/eist gegenüber don bekannten Anordnungen Vorteile auf. Der einfache Aufbau des Steuerknüppels, der keine mechanischen Zwischenglieder zur Erzeugung von sich ändernden Steuerspannungen erfordert, erlaubt eine einfache Anpassung an die gewünschte Größe der bteuerspannung. Es kann daher für besondere Zwecke eine bisher mit bekannten oteuerknüppel-Aggregaten nicht erreichte !liniaturisierung erzielt werden. Da der Steuerknüppel der einzige bewegte Teil ist und die dort befestigte strahlungsquelle mit Unterspannung betrieben werden kann,

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ist die Anordnung nahezu vollkommen wartungsfrei· Die Handhabung des Steuerknüppels ist durch kein· Mecha nischen übertragungsglieder beeinflußt, so daß die Handkraft durch die die Mittelstellung haltenden Federn auf eine jeweils gewünschte Grüße eingestellt werden kann. Die fotoelektronischen Bauelemente können entsprechend der zu lösenden Aufgabe gewählt werden. Bei Spannungen über etwa 3 bis k Volt werden zweckmäßig mit dem äußeren Fotoeffekt arbeitende Bauelemente verwendet. Diese liegen in dem Stromkreis an einer Arbeitsspannung und sind nur leitend, wenn sie angestrahlt werden. Ihre Leitfähigkeit erreicht eine bestimmte Sättigung, bei der die volle angelegte Spannung durch sie hindurchtreten und abgenommen werden kann.

Es können aber auch den inneren Fotoeffekt ausnutzende Fotoelemente verwendet werden, welche die Steuerspannung selber erzeugen, so daß lediglich der Strom für die Strahlungsquelle durch eine kleine Batterie zur Verfügung gestellt werden muß. Die Höhe der gewünschten Spannung kann noch durch die Auswahl und die Anzahl der in jeder Ebene verwendeten Fotoelemente gewählt werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch die '..'aiii der Strahlungsquelle der Spannungsverlauf in Abhängigkeit vom Knüppelausschlag wesentlich beeinflußt werden kann. So wird beispielsweise mit einer Lichtquelle mit an der Stirnseite abgeflachten Lampenkolben bei kleinen Ausschlagwinkeln einen für manche Zwecke erwünschten flacheren Spannungsanstieg als bei größeren Knüppclausschlägen erzielt. Eventuelle Helligkeitsuntcrschiede der Lichtquelle können dadurch unwirksam gemacht werden, daß die Sättigungsgrenze der fotoelektronischon Bauelemente auf den geringsten Holligkeitsbereich eingestellt wird. Damit ist in Jeder Richtung des

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Knüppelausschlages cine vollkommen gleiohe Liobtaufnähme und damit Spannungsabgabe zu erzielen«

Zwei Ausführungsbeispiele dor Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt. Es zeigent

Figur 1 ein erstes Auai'ührungsbeispiel eines atouerknüppels;

Figur 2 den Steuerknüppel nach Figur 1 in einer ausgeschlagenon Stellung;

Figur J ein zweites Ausführungsboispiel;

Figur k eine Schaltungsanordnung für eine Ausschlagebene des Steuerknüppels.

Ein Steuerknüppel 1 ist als zweiarmiger Hebel ausgeführt, der im unteren Teil in einem Kugel-Schwenklager golagert ist. Das Kugel-Schwonklager gestattet Ausschlage ■* in allen durch die Knüppclachse gehenden Ebenen und ist in einem Rahmen J eingebaut. An Letzterem sind vier Federn k zur Rückführung des Steuerknüppels 1 in seine Ruhelage angebracht. Die beiden nicht dargestellten Federn sind senkrecht zur Zeichenebene angeordnet. Am unteren Ende des Steuerknüppels ist eine Lichtquelle 3 angesetzt, die in üblicher - hier nicht dargestellter Weise - mit Strom versorgt wird. Um die Lichtquelle ist eine Blende 6 herumgeführt, die mit dem Steuerknüppel T fest verbunden ist. Am Ralimen 3 sind mindestens vier fotoelektronische Bauelemente 7a bis ,d im gleichen Abstand von der Lichtquelle 3 so angebracht, daß sich ihre Unterkanten in gleicher Ebene ό mit der Unterkante der Blende 6 befinden. Das nicht dargestellte fotoelektronische Bauelement 7*1 ist um 180 Grad versetzt zu dem in Figur 2 gezeigten fotoelektronischen Bauelement Ic

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angeordnet. Anstelle von vier foptoelektronischen Bauelementen können zur Erzeugung höherer Spannungen auch Ii, 12 oder mehr Bauelemente verwendet werden.

In der Figur 'J sind nachfolgende Abweichungen von der in der Figur 1 gezeigten Ausführungsform vorhanden. Als Lichtquelle ist eine Lampe 10 mit r'undem Glaskolben verwendet, welche ohne Blonde direkt auf die unter einem Winkel gegen die Knüppelachse angeordneten fotoelektronischen Bauelemente 7 strahlt.

Die Schaltung in Figur k zeigt eine mögliche. Reihenschaltung für die fotoelektronischen Bauelemente 7<x und 7b, die mit äußerem Fotoeffekt arbeiten, in einem unter Spannung stehenden Stromkreis. An einem Pol 20 ist eine positive Spannung und an einem Pol 21 eine negative Spannung angelegt. Zwischen den fotoelektronischen Bauelementen 7a und Tb sind Symmetrierwiderstünde 22 und vorgesehen, die eine genaue Festlegung oder auch ein Verschieben des Nullpunktes des Spannungsanstieges gestatten· Zwischen den Symmetrierwiderständen ist ein Lastwiderstand 2k zu beiden fotoelektronischen Bauelementen 7a und 7b parallel geschaltet. Beiderseits des Lastwiderstandes wird an Klemmen 25 und 26 eine Nutzspannung für eine hier nicht dargestellte Steuereinrichtung abgenommen. Hinter der Klemme 25 ist der Stromkreis Über eine Mas seilklemme 27 geschlossen.

Bei dieser Schaltungsanordnung arbeiten die fotoelektronischen Bauelemente passiv, d. h. sie sind nichtleitend, wenn sie von keiner Lichtquelle bestrahlt werden. Linear mit der einfallenden Lichtstrahlung werden sie bis zu einem Höchstwert leitend; dieser Höchstwert des Stromdurchflusses sollte zweckmäßig der

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angelegten Spannung entsprechen, die dann voll an den Klemmen 25 und 26 abgenommen werden kann« Del aktiv arbeitenden fotoelektronischen Bauelementen werden die Klemmen 20 und 21 mit der Masse 27 verbunden· Bei diesen Bauelementen wird die Spannung bei Strahlungseinfall in den Elementen selber erzeugt und kann ebenfalls bis zu einem Höchstwert, der von der Art und der Anzahl der Bauelemente abhängt, an den Klemmen 25 und 26 abgenommen werden.

Nachfolgend soll die Wirkungsweise des Steuerknüppels erläutert werden. In der senkrechten NuIlage des Steuerknüppels 1 werden entsprechend Figur 1 die fotoelektronischon Bauelemente 7 wegen der Begrenzungswirkung der Blende 6 nicht bestrahlt. Beim Ausschlag des Steuerknüppels 1 um einen Winkel Λ wird das fotoelektronieche Bauelement 7a mit Lichtwellen angestrahlt und entsprechend dem Ausschlagwinkel Λ zunehmend durchlässiger für den von der Klemme 20 fließenden Strom bis beim Endaueβchiag entsprechend Figur 2 die volle angelegte positive Spannung an den Klemmen 25 und 26 abgenommen werden kann. Beim entgegengesetzten Ausschlag Ή fließt von der Klemme 21 ein negativer Strom durch das fotoelektronieche Bauelement 7b und kann an den Klemmen und 26 al· negative Spannung abgenommen werden. Gleiche Wirkungen werden fUr die fotoelektronischen Bauelemente 7c und 7d erzielt, wenn der Steuerknüppel 1 senkrecht zur dargestellten Richtung ausschlägt, wobei in einer nicht dargestellten, der Figur k entsprechenden zweiten Schaltungsebene eine positive oder negative Spannung abgenommen werden kann. Der in einem Kugel-Schwenklager gelagerte Steuerknüppel 1 kann in jeder beliebigen Richtung geschwenkt werden, wobei in beiden Schaltungeebenen eine dem jeweiligen Ausschlag entsprechende

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.Spannung abgenommen wird. In dem Beispiel der Figur 3 heben sich in der Nullstellung die Infolge der Lichteinwirkung auf die Fotoelemente in beiden Zweigen der Schaltung fließenden Ströme gegenseitig auf. Bei einem Knüppelausschlag kann entsprechend der Ausschlagrichtung in gleicher l/eisc wie anhand der Figuren 1 und 2 erläutert wurde, eine Differenzspannung aus den fotoelektronischen Bauelementen Ttx und 7b an den Klemmen 25 und 26 abgenommen werden. In diesem Ausführungsbeispiel erfolgt eine bessere Ausnutzung der Strahlung.

Es liegt im Rahmen der Erfindung, daß der Steuerknüppel nicht, wie die Ausführungsbeispiele zeigen, als zweiarmiger sondern als einarmiger Hebel etwa entsprechend dem Steuerknüppel des eingangs genannten deutschen Gebrauchsmusters 1 853 867 ausgebildet ist.

- Patentansprüche - 9 -

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Claims (1)

1. Messorschmitt-Bülkow-Blohin Ottobrunn, U. Febr. 1973

   Gesellschaft rait DS6i Hi/hl

   beschrankter Haltung, 7520 München

   Patentansprüche

   einrichtung zur Erzeugung von Signalen mit einem steuerknüppel, der kardanisch gelagert und federnd in seiner Nullage gehalten ist und mittels Übertragungsglieder in zwei Stromkreisen jeweils eine vom Ausschlagwinkel abhängige Signalgabe bewirkt, ge kennzeichne t durch eine am unteren Ende des Steuerknüppels (l) angeordnete lichtelektrische Strahlungsquelle (5) und mindestens vier symmetrisch um die Strahlungsquelle ortsfest angeordnete fotoelektronische Bauelemente (7)1 von denen jeweils zwei in einem Stromkreis liegen.

   einrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet , daß die Strahlungsquelle (5) von einer am Steuerknüppel (1) befestigten Blende (υ) umschlossen ist und die fotoelektronischen Bauelemente (7) so angeordnet sind, daß sie in der Hi Ltclsteilung des Steuerknüppels parallel zur Steucrknüppclachse und ihre Unterkanten mit der Unterkante der Blende (ü) in einer Ebene (ü) liegen.

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   3· Einrichtung nach Anspruch 1 , dadurch g · k e η η zeichne t , daJj die fotoelektroniachen Bauelemente (?) direkt der strahlungsquelle (1O) ausgesetzt sind und in zur Mittelstellung des Steuerknüppels (t) einen Winkel bildenden Ebenen angeordnet sind.

   k. Schaltungsanordnung Tür die Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, daß jeweils die sich gegenüberliegenden fotoelektronischen Bauelemente (7) in einem Stromkreis zusammengeschlossen sind, wobei die Bauelemente der einen Ebene (7a) zu denjenigen der gegenüberliegenden Ebene (7b) gegeneinander geschaltet sind.

   5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 4,-dadurch g e kennzeichne t , daß die i'otoelektronischen Bauelemente (/) passive Bauelemente sind.

   6» Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet , daß die lOtoelektronisclicn Bauelemente (7) aktive Bauelemente sind.

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