DE1261581B - Control stick arrangement, especially for aircraft controls, in which the position of the control stick is scanned electromagnetically - Google Patents
Control stick arrangement, especially for aircraft controls, in which the position of the control stick is scanned electromagneticallyInfo
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Description
Steuerknüppelanordnung, insbesondere für Flugzeugsteuerungen, bei welcher die Lage des Steuerknüppels elektromagnetisch abgetastet wird Die Erfindung betrifft eine Steuerknüppelanordnung, insbesondere für Flugzeugsteuerungen, bei welcher die Lage des Steuerknüppels elektromagnetisch abgetastet wird und elektrische Steuersignale nach Maßgabe der Größe und Richtung des Steuerknüppelausschlages erzeugt werden.Control stick assembly, especially for aircraft controls, at which the position of the control stick is scanned electromagnetically The invention relates to a joystick arrangement, in particular for aircraft controls which the position of the joystick is scanned electromagnetically and electrical Control signals generated according to the size and direction of the stick deflection will.
Es ist bekannt, dis Lage des Steuerknüppels mittels eines Potentiometers abzugreifen, dessen Schleifer mit dem Steuerknüppel verbunden ist und bei einer Bewegung des Steuerknüppels auf dem Potentiometerwiderstand bewegt wird. Es bietet gewisse konstruktive Schwierigkeiten, auf diese Weise eine zweidimensionale Bewegung des Steuerknüppels abzugreifen.It is known that the position of the control stick can be determined by means of a potentiometer to tap, whose slider is connected to the joystick and at a Movement of the joystick on the potentiometer resistor is moved. It offers certain constructive difficulties, in this way a two-dimensional movement of the joystick.
Es ist ferner ein induktiver Abgriff für die makroskopische Bewegung eines Steuerknüppels in zwei Koordinaten bekannt, bei welchem der Steuerknüppel in relativ großem Abstand von seinem unteren Ende kardanisch gelagert ist. An dem unteren Ende des Steuerknüppels ist ein kalottenförmiger ferromagnetischer Körper vorgesehen, dessen Oberfläche um den Drehpunkt des Steuerknüppels gekrümmt ist. Der induktive Abgriff weist einen Kern mit einem zentralen Schenkel und zwei darum herum in zwei zueinander senkrechten Ebenen angeordneten Paaren von Schenkeln auf; deren Endflächen auf einer den kalottenförmigen Körper umschließenden Kugelfläche liegen. Auf dem zentralen Schenkel sitzt eine Erregerwicklung. Auf jedem der anderen Schenkelpaare sitzen gegeneinandergeschaltete Induktionsspulen.It is also an inductive tap for the macroscopic movement of a joystick known in two coordinates, at which the joystick is gimbaled at a relatively large distance from its lower end. To the The lower end of the joystick is a dome-shaped ferromagnetic body provided, the surface of which is curved around the pivot point of the control stick. The inductive tap has a core with a central leg and two around it around in two mutually perpendicular planes arranged pairs of legs on; their end faces on a spherical surface surrounding the dome-shaped body lie. An excitation winding sits on the central leg. On each of the other Pairs of legs sit against each other connected induction coils.
Bei einer Bewegung des Steuerknüppels verlagert sich der kalottenförmige Körper in einer oder beiden Richtungen quer zu den Schenkeln, wodurch der Magnetfluß verlagert und die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule und den verschiedenen Induktionsspulen verändert wird. Jedes Paar von Induktionsspulen liefert dann ein Ausgangssignal nach Maßgabe der Steuerknüppelauslenkung in einer Koordinate.When the control stick is moved, the dome-shaped one shifts Body in one or both directions transverse to the thighs, creating the magnetic flux relocated and the inductive coupling between the excitation coil and the various Induction coils is changed. Each pair of induction coils then delivers a Output signal according to the stick deflection in a coordinate.
Diese bekannte Anordnung ist relativ aufwendig und sperrig. Der Steuerknüppel muß kandanisch gelagert werden, und'der kalottenförmige ferromagnetische Körper sitzt an einem ziemlich langen Hebelarm.This known arrangement is relatively complex and bulky. The joystick must be stored in a Kandanic way, and the dome-shaped ferromagnetic body sits on a fairly long lever arm.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Lagerung eines makroskopisch in zwei Koordinaten beweglichen Steuerknüppeln zu vereinfachen und die Abmessungen von Lagerungs- und Abgriffteil zu verringern.The invention is therefore based on the object, the storage of a To simplify and macroscopically movable control sticks in two coordinates to reduce the dimensions of the storage and contact part.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, daß der Steuerknüppel in einem Kugelgelenk gelagert ist und daß die Gelenkkugel zum überwiegenden Teil aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht und eine Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff enthält, die von einem induktiven Abgriffsystem umgeben ist, oder dadurch, daß der Steuerknüppel in einem Kugelgelenk gelagert ist und daß die Gelenkkugel einen Magneten bildet oder enthält, der von einem Abgriffsystem aus Hauwandlern umgeben ist.According to the invention this is achieved in that the control stick in a ball joint is mounted and that the joint ball for the most part consists of non-magnetic material and a layer of ferromagnetic material contains, which is surrounded by an inductive pick-up system, or in that the Control stick is mounted in a ball joint and that the joint ball has a magnet forms or contains, which is surrounded by a pick-up system from Hauwandler.
Bei der Auslenkung des Steuerknüppels erfolgt eine Drehbewegung der Gelenkkugel innerhalb der Abtastglieder: Durch elektromagnetische Ungleichförmigkeiten der Gelenkkugel kann diese Drehbewegung in zwei Koordinaten abgegriffen werden, ohne daß die Bewgeung des Knüppels dadurch beschränkt oder beeinträchtigt würde. Die Anordnung wird konstruktiv außerordentlich einfach und raumsparend. Es wird nämlich praktisch Lagerung und Abgriff in einem Bauteil, nämlich dem Kugelgelenk, vereinigt.When the control stick is deflected, the Joint ball within the sensing elements: Due to electromagnetic irregularities the joint ball, this rotary movement can be picked up in two coordinates, without restricting or impairing the movement of the stick. The arrangement is extremely simple and space-saving in terms of design. It will namely practical storage and tapping in one component, namely the ball joint, united.
Dadurch, daß bei der einen erfindungsgemäßen Lösung die Gelenkkugel zum überwiegenden Teil aus nichtmagnetischem Werkstoff besteht und eine Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff enthält, die von einem induktiven Abgriffsystem umgeben ist, verlagert sich bei einer Verdrehung der Gelenkkugel die ferromagnetische Schicht relativ zu dem Abgriffsystem, wodurch in zwei Koordinaten Steuersignale hervorgerufen werden, die von Richtung und Größe der Verdrehung abhängen. Eine vorteilhafte Ausbildung des induktiven Abgriffsystems ergibt sich, wenn das induktive Abgriffsystem vier Erregerwicklungen besitzt, die jeweils um 90° gegeneinander versetzt sind, und wenn zum Abgreifen der Steuersignale für jede Koordinate jeweils zwei Paare von Abgriffspulen vorgesehen sind, die gegeneinandergeschaltet und einander diametral gegenüberliegend symmetrisch zu zwei Erregerwicklungen angeordnet und mit diesen über die Schicht aus ferromagnetischem Werkstoff induktiv gekoppelt sind. In der Mittelstellung des Steuerknüppels ist die induktive Kopplung zwischen den Erregerwicklungen und den Abgriffspulen für alle Abgriffspulen gleich. In allen Abgriffspulen wird daher die gleiche Spannung induziert, und da die Spulen paarweise gegeneinandergeschaltet sind, ist die Ausgangsspannung für beide Koordinaten, die der Anschaulichkeit halber einmal als Nick- und Rollbewegung angenommen werden soll, Null. Wenn nun der Steuerknüppel z. B. zur Einleitung einer Nickbewegung in der Ebene des einen Paares von Erregerwicklungen bewegt wird, dann wird die induktive Kopplung des einen Paares von »Nick«-Abgriffspulen zu der benachbarten Erregerwicklung infolge Verlagerung der ferromagnetischen Schicht in der Gelenkkugel vergrößert. Die induzierte Spannung wird erhöht. Aus dem. gleichen Grund wird aber die Spannung, die in dem diametral gegenüberliegenden Paar von »Nick«-Abgriffspulen induziert wird, vermindert, weil die induktive Kopplung zwischen diesen Spulen und der benachbarten Erregerwicklung verkleinert wird. Da die Spulenpaare gegeneinandergeschaltet sind, entsteht ein »Nick«-Ausgangssignal, das als Steuerkommando beispielsweise einem Flugregler zugeführt werden kann. Die »Roll«-Abgriffspulen erzeugen dagegen kein Ausgangssignal. Bei der angenommenen Auslenkung des Steuerknüppels in »Nick«-Richtung dreht sich die Gelenkkugel um eine Achse in der Mitte zwischen den zwei Abgriffspulen jedes »Roll<c-Abgriffspulenpaares. Um die gleiche Achse schwenkt die ferromagnetische Schicht und dadurch wird die induktive Kopplung zwischen der einen Spule jedes Paares und der benachbarten Erregerspule erhöht und die induzierte Spannung vergrößert. Im gleichen Maß wird die Kopplung der anderen Spule jedes Paares mit der Erregerspule vermindert und die induzierte Spannung verkleinert. Die Summe der in den beiden Paaren von »Roll«-Abgriffspulen erzeugten Spannungen bleibt daher unverändert, und da die beiden Spulenpaare gegeneinandergeschaltet sind, bleibt das Ausgangssignal der »Roll«-Spulen Null. Entsprechendes gilt natürlich auch für eine reine »Roll«-Auslenkung des Steuerknüppels hinsichtlich der »Nick«-Abgriffspulen. Bei einer Auslenkung des Steuerknüppels in eine dazwischenliegende Richtung werden sowohl »Nick«-als auch »Roll«-Signale erzeugt, wobei die durch den Knüppel bei einer bestimmten Auslenkung eingestellten Signale im wesentlichen unabhängig voneinander sind. Die Größe des »Roll«-SignaIs hängt nicht von dem »Nick«-Signal ab..The fact that in one solution according to the invention, the joint ball consists predominantly of non-magnetic material and a layer made of ferromagnetic material, by an inductive pick-up system is surrounded, the ferromagnetic is displaced when the joint ball is rotated Layer relative to the tapping system, creating control signals in two coordinates which depend on the direction and magnitude of the twist. An advantageous one Formation of the inductive pick-up system results when the inductive pick-up system has four excitation windings, each offset from one another by 90 °, and if two pairs are used for tapping the control signals for each coordinate of pick-off coils are provided, which are connected to one another and diametrically to one another arranged opposite symmetrically to two excitation windings and with these inductively via the layer of ferromagnetic material coupled are. In the middle position of the joystick, the inductive coupling is between the excitation windings and the pick-up coils are the same for all pick-up coils. In all Tap coils will therefore induce the same voltage, and since the coils are in pairs are connected against each other, the output voltage for both coordinates is the for the sake of clarity, it should be assumed once as a pitch and roll movement, Zero. If now the joystick z. B. to initiate a nodding movement in the Level of one pair of excitation windings is moved, then the inductive one Coupling of one pair of "Nick" pick-up coils to the neighboring field winding enlarged as a result of the relocation of the ferromagnetic layer in the joint ball. The induced voltage is increased. From the. but the same reason will be the tension induced in the diametrically opposed pair of "nick" pick-up coils is diminished because of the inductive coupling between these coils and the neighboring one Excitation winding is reduced. Since the coil pairs are switched against each other, a "Nick" output signal is generated, which can be used as a control command, for example, to a Flight controller can be fed. The "roll" pick-up coils, on the other hand, do not generate any Output signal. With the assumed deflection of the joystick in the "Nick" direction the joint ball rotates around an axis in the middle between the two pick-up coils each "Roll" c pick-up coil pair. The ferromagnetic swivels around the same axis Layer and this creates the inductive coupling between one coil of each pair and the adjacent excitation coil is increased and the induced voltage is increased. The coupling of the other coil of each pair with the excitation coil is to the same extent decreased and the induced voltage decreased. The sum of the in the two The voltages generated by pairs of "roll" pick-off coils therefore remain unchanged, and since the two pairs of coils are connected against each other, the output signal remains the "roll" reels zero. The same naturally also applies to a pure "roll" deflection of the joystick with regard to the "Nick" pick-up coils. If the Sticks in an intermediate direction become both "nod" and "Roll" signals generated, with the stick at a certain deflection set signals are essentially independent of one another. The size of the The "roll" signal does not depend on the "nod" signal.
Bei der anderen erfindungsgemäßen Lösung erfolgt das Abgreifen der Bewegung der Gelenkkugel dadurch, daß die Gelenkkugel einen Magneten bildet oder enthält, der von einem Abgriffsystem aus Hallwandlern umgeben ist.In the other solution according to the invention, the tapping takes place Movement of the joint ball in that the joint ball forms a magnet or contains, which is surrounded by a pick-up system made of Hall transducers.
Es ist bekannt, bei Werkzeugmaschinen die Bewegung eines geradgeführten Tasters mit einem Hallgenerator in ein entsprechendes elektrisches Signal umzuwandeln. Zu diesem Zweck ist der Hallwandler zwischen den einander zugekehrten Polen zweier Hufeisenmagneten angeordnet und mit dem Taster quer zu der Richtung der magnetischen Feldlinien verschiebbar. In der Mittelstellung wird der Hallwandler auf seiner einen Hälfte von links nach rechts und auf seiner anderen- Hälfte von rechts nach links von den Feldlinien durchsetzt, so daß im Mittel keine @Hallspannung auftritt. Bei einer Auslenkung aus dieser Mittelstellung entsteht eine dieser proportionalen Hallspannungen. Diese Anordnung ist allerdings nur zur Abtastung einer Bewegung in einer Koordinate bestimmt und geeignet.It is known in machine tools the movement of a straight line To convert the push button with a Hall generator into a corresponding electrical signal. For this purpose, the Hall transducer is two between the mutually facing poles Horseshoe magnets arranged and with the pushbutton transverse to the direction of the magnetic Field lines can be moved. In the middle position, the Hall transducer is on its one Half from left to right and on its other half from right to left penetrated by the field lines, so that on average no @Hall voltage occurs. at a deflection from this central position produces one of these proportional Hall voltages. However, this arrangement is only for scanning a movement in one coordinate determined and suitable.
Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und im folgenden beschrieben.Some exemplary embodiments of the invention are shown in the figures and described below.
F i g. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht, teilweise im Schnitt, einer Steuerknüppelanordnung nach der Erfindung; F i g. 2 zeigt schematisch die Anordnung der Erreger- und Abgriffspulen für die verschiedenen Koordinaten (Nick- und Rollbewegung); F i g. 3 zeigt eine Abwicklung der die Gelenkkugel des Steuerknüppels umgebenden Abgriffglieder; F i g. 4 zeigt in ähnlicher Darstellung wie F i g. 1 eine abgewandelte Ausführungsform, bei welcher die Abgriffglieder von Hallwandlem gebildet werden; F i g. 5 zeigt einen Schnitt längs der Linie V-V von F i g. 4 bei Mittelstellung des Steuerknüppels; F i g. 6 zeigt eine Weiterbildung der Anordnung nach F i g. 1.F i g. 1 shows a schematic side view, partly in section, a joystick assembly according to the invention; F i g. 2 shows schematically the Arrangement of the excitation and pick-up coils for the various coordinates (pitch and rolling motion); F i g. 3 shows a development of the joint ball of the control stick surrounding tap members; F i g. 4 shows in a representation similar to FIG. 1 a modified embodiment in which the pick-off elements of Hall converter be formed; F i g. 5 shows a section along the line V-V of FIG. 4 at Middle position of the control stick; F i g. 6 shows a further development of the arrangement according to FIG. 1.
In der Anordnung nach F i g. 1 bis 3 weist der Steuerknüppel 10 eine Gelenkkugel 11 an seinem unteren Ende auf. Die Gelenkkugel 11 sitzt auf einer Lagerschale 12 mit einer entsprechend hohlkugeligen Lagerfläche 13 auf. Ein Ring 14, der den Steuerknüppel 10 mit Abstand umgibt, liegt mit einer entsprechend hohlkugeligen Ringfläche 15 auf der anderen Seite an der Gelenkkugel 11 an. Der Ring 14 steht unter dem Einfluß einer Feder 16 und hält damit die Gelenkkugel 11 fest und spielfrei auf der Lagerfläche 13.In the arrangement according to FIG. 1 to 3, the joystick 10 has a joint ball 11 at its lower end. The joint ball 11 sits on a bearing shell 12 with a correspondingly hollow spherical bearing surface 13. A ring 14, which surrounds the control stick 10 at a distance, rests with a correspondingly hollow spherical ring surface 15 on the other side of the joint ball 11. The ring 14 is under the influence of a spring 16 and thus holds the joint ball 11 firmly and without play on the bearing surface 13.
Die Gelenkkugel besteht aus einem nichtmagnetischen Material, z. B. Aluminium. Sie enthält aber eine Schicht 17 aus ferromagnetischem Material. Die Schicht 17 kann in der Weise hergestellt werden, daß ein Paket von Dynamoblech in die Kugel eingegossen wird. Anschließend wird die Kugel mit den eingegossenen Dynamoblechen auf ihre endgültige Form abgedreht oder sonstwie geeigneter Oberflächenbearbeitung unterworfen. Die so erhaltene Kugel ist glatt und leicht in der Lagerschale 12 beweglich, und die Anordnung bildet für den Steuerknüppel 10 ein Kugelgelenk, das eine allseitige Beweglichkeit des Steuerknüppels gewährleistet. Um diese Bewegung des Steuerknüppels 10 induktiv abzutasten, ist die Kugel 11 von einem ringförmigen Statorpaket18 umgeben, auf welchem Erreger-und Abgriffspule sitzen, die am besten aus F i g. 2 ersichtlich sind. Es sind vier um 90° gegeneinander versetzte Erregerspulen 19, 20, 21 und 22 vorgesehen. Diese Erregerspulen sind in Reihe geschaltet und liegen zwischen den Punkten 1 und 2 über einen Schalter 23 an einer Wechselspannungsquelle an. Beiderseits der Erregerspulen 19 und 21 liegen Paare von Abgriffspulen 24; 25 bzw. 26, 27 (»Nick«-Abgrifspulen). Wie man aus F i g. 2 und 3 deutlich erkennt, sind die Spulen 26 und 27 den Spulen 24 und 25 entgegengeschaltet. Wenn in allen Spulen 24 bis 27 die gleichen Spannungen induziert werden, dann ist die resultierende Signalspannung zwischen den Punkten 3 und 4 Null. In entsprechender Weise sind beiderseits die Erregerspulen 20 und 22 Paare von Abgriffspulen 28, 29 bzw. 30, 31 angeordnet (»Roll«-Abgriffspulen). Auch hier sind die Spulen 30 und 31 den Spulen 28 und 29 entgegengeschaltet, so daß bei gleichen induzierten Spannungen in allen Spulen 28 bis 31 die resultierende Signalspannung, die zwischen den Punkten 5 und 6 abgenommen wird, ebenfalls Null ist.The joint ball is made of a non-magnetic material, e.g. B. aluminum. But it contains a layer 17 made of ferromagnetic material. The layer 17 can be produced in such a way that a package of dynamo sheet is poured into the ball. Then the ball with the cast-in dynamo sheets is turned to its final shape or subjected to some other suitable surface treatment. The ball obtained in this way is smooth and easy to move in the bearing shell 12, and the arrangement forms a ball joint for the control stick 10 , which ensures mobility of the control stick in all directions. In order to inductively sense this movement of the joystick 10, the ball 11 is surrounded by an annular stator package 18 on which the excitation and pick-up coils sit, which are best shown in FIG. 2 can be seen. Four excitation coils 19, 20, 21 and 22 offset from one another by 90 ° are provided. These excitation coils are connected in series and are connected to an alternating voltage source between points 1 and 2 via a switch 23. On both sides of the excitation coils 19 and 21 are pairs of pick-off coils 24; 25 or 26, 27 ("Nick" pick-up coils). As one can see from FIG. 2 and 3 clearly recognizes, the coils 26 and 27 are connected in opposition to the coils 24 and 25. If the same voltages are induced in all coils 24 to 27, then the resulting signal voltage between points 3 and 4 is zero. In a corresponding manner, the excitation coils 20 and 22 pairs of pick-off coils 28, 29 and 30, 31 are arranged on both sides ("roll" pick-off coils). Here, too, the coils 30 and 31 are connected in opposition to the coils 28 and 29, so that if the induced voltages in all coils 28 to 31 are the same, the resulting signal voltage, which is picked up between points 5 and 6, is also zero.
Die Abgriffspulen sind mit den benachbarten Erregerspulen 19 bis 22 induktiv gekoppelt, und zwar wird der magnetische Kreis jeweils über das Blechpaket 17 der Gelenkkugel 11 geschlossen. In der Mittellage des Steuerknüppels hat man symmetrische Verhältnisse. In allen Abgriffspulen wird die gleiche Spannung induziert, und die Ausgangssignale sind Null. Wenn nun der Steuerknüppel 10, wie in F i g. 1 dargestellt, in »Roll«-Richtung aus seiner Mittellage ausgelenkt wird, dann kommt das Blechpaket 17 der Gelenkkugel noch weiter zur überdeckung mit den Polflächen des Statorpakets 18. Der magnetische Widerstand in den die Spule 22 mit den Abgriffspulen 30 bzw. 31 koppelnden magnetischen Kreisen wird verringert, und die in den Spulen 30 und. 31 induzierten Spannungen werden erhöht. Dagegen wandert das Blechpaket 17 aus dem Bereich der Polflächen bei den Spulen 20 und 28 bzw. 29 aus. Die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule 20 und den Abgriffspulen 28 bzw. 29 wird vermindert, die induzierte Spannung verringert. Da die Spulen 30 und 31 den Spulen 28 und 29 entgegengeschaltet sind, entsteht eine resultierende Signalspannung zwischen den Punkten 5 und 6, die nach Größe und Phasenlage der Auslenkung des Steuerknüppels 10 in »Roll«-Richtung entspricht. Zwischen den Klemmen 3 und 4 entsteht dagegen keine Spannung; da ja die Magnetflüsse zwischen der Erregerspule 21 und den Abgriffspulen 26 und 27 sich in genau der gleichen Weise ändern wie zwischen der Erregerspule 19 und den Abgriffspulen 24 bzw. 25. In dem Spulenpaar 24 und 25 und dem dagegengeschalteten Spulenpaar 26 und 27 werden also gleiche Spannungen induziert, die sich aufheben. Auch die Summe der in den Spulen 24 und 25 oder 26 und 27 eines Paares induzierten Span-. nungen ändert sich bei dieser Auslenkung des Steuerknüppels praktisch nicht, da, wie aus F i g. 1 erkennbar ist, die induktive Kopplung zwischen der Erregerspule 19 mit der Abgriffspule 24 im gleichen Maß zunimmt, wie die Kopplung mit der Abgriffspule 24 im gleichen Maß zunimmt, wie die Kopplung mit der Abgriffspule 25 abnimmt und die beiden Abgriffspulen in Reihe geschaltet sind.The pick-off coils are connected to the adjacent excitation coils 19 to 22 inductively coupled, namely the magnetic circuit is in each case via the laminated core 17 of the joint ball 11 is closed. In the middle position of the control stick you have symmetrical relationships. The same voltage is induced in all pick-up coils, and the output signals are zero. If now the joystick 10, as shown in FIG. 1, is deflected in the "roll" direction from its central position, then comes the laminated core 17 of the joint ball continues to overlap with the pole faces of the stator assembly 18. The magnetic resistance in the coil 22 with the pick-up coils 30 or 31 coupling magnetic circuits is reduced, and that in the coils 30 and. 31 induced voltages are increased. In contrast, the laminated core moves 17 from the area of the pole faces in the coils 20 and 28 or 29. The inductive Coupling between the excitation coil 20 and the pick-up coils 28 and 29 is reduced, the induced voltage is reduced. Since the coils 30 and 31 correspond to the coils 28 and 29 are switched in the opposite direction, a resulting signal voltage arises between the Points 5 and 6, according to the size and phase of the deflection of the control stick 10 corresponds in the "roll" direction. On the other hand, it occurs between terminals 3 and 4 no voltage; because the magnetic fluxes between the excitation coil 21 and the pick-off coils 26 and 27 change in exactly the same way as between the excitation coil 19 and the pick-up coils 24 and 25, respectively. In the coil pair 24 and 25 and the one connected against it Coil pairs 26 and 27 are thus induced the same voltages, which cancel each other out. Also the sum of the induced in coils 24 and 25 or 26 and 27 of a pair Chip. voltage practically does not change with this deflection of the control stick, there, as shown in FIG. 1 can be seen, the inductive coupling between the excitation coil 19 increases with the pick-up coil 24 to the same extent as the coupling with the pick-up coil 24 increases to the same extent as the coupling with the pick-off coil 25 decreases and the two pick-up coils are connected in series.
Bei einer reinen »Nick«-Auslenkung entsteht in gleicher Weise ein Signal an den Klemmen 3 und 4 und kein Signal an den Klemmen 5 und 6. Bei einer dazwischenliegenden Auslenkung des Steuerknüppels 10 entsteht sowohl ein »Nick«- als auch ein »Roll«-Signal, ohne daß sich die Signale gegenseitig beeinflussen.In the case of a pure “nodding” deflection, a is created in the same way Signal at terminals 3 and 4 and no signal at terminals 5 and 6. With one intermediate deflection of the control stick 10 creates a "nick" - as well as a "roll" signal without the signals influencing each other.
Wenn der Steuerknüppel 10 in der Mittelstellung ist, dann soll kein Ausgangssignal auftreten. Da dies auch beim besten Abgleich des Abgriffsystems nur schwer zu bewerkstelligen ist, ist ein Schalter 23 in der Erregerleitung vorgesehen. Der Schalter 23 sucht federnd in Offenstellung zu gehen. Er wird aber bei ausgelenktem Steuerknüppel 10 durch ein übertragungsglied 32, das in F i g. 1 nur schematisch dargestellt ist und sich an der Gelenkkugel 11 abstützt, in Schließstellung gehalten. Wenn der Steuerknüppel 10 in seiner Mittelstellung ist, dann kann das übertragungsglied 32 in eine Aussparung 33 der Kugel 11 ausweichen und gibt den Schalter 23 frei. Damit wird der Erregerstromkreis unterbrochen, und es werden mit Sicherheit keine Steuersignale mehr erzeugt. Statt im Erregerstromkeis könnte der Schalter 23 auch in den Signalstromkreisen liegen.If the control stick 10 is in the middle position, then no output signal should appear. Since this is difficult to achieve even with the best adjustment of the tapping system, a switch 23 is provided in the excitation line. The switch 23 resiliently seeks to go into the open position. However, when the control stick 10 is deflected, it is transmitted by a transmission element 32, which is shown in FIG. 1 is only shown schematically and is supported on the joint ball 11 , held in the closed position. When the control stick 10 is in its central position, the transmission member 32 can move into a recess 33 in the ball 11 and releases the switch 23. This interrupts the excitation circuit and it is certain that no more control signals will be generated. Instead of being in the excitation circuit, the switch 23 could also be in the signal circuits.
F i g. 4 und 5 zeigen eine Anordnung, bei welcher die Abtastglieder von vier Hallwandlern gebildet werden. Hallwandler sind Plättchen, meist aus Halbleitermaterial, an die in einer Richtung eine Spannung angelegt wird. Wenn das Plättchen senkrecht von einem magnetischen Feld durchsetzt wird, dann entsteht quer zu der Richtung der angelegten Spannung eine Spannung, deren Größe und Polarität von der Stärke und Richtung des magnetischen Feldes abhängt.F i g. 4 and 5 show an arrangement in which the sensing members are formed by four Hall transducers. Hall transducers are platelets, mostly made of semiconductor material, to which a voltage is applied in one direction. If the plate is vertical is penetrated by a magnetic field, then arises transversely to the direction the applied voltage is a voltage whose magnitude and polarity depend on the strength and direction of the magnetic field depends.
In F i g. 4 und 5 sind entsprechende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen wie in F i g. 1 bis 3. Die Gelenkkugel 11 enthält hier einen Magneten 34 in der Mitte, der zwei Polschuhe 35 und 36 aufweist, welche einen Teil der Kugel 11 bilden und durch einen sich nach außen hin verengenden Spalt 37 voneinander getrennt sind. Die Kugel 11 ist von einem ferromagnetischen Mantel- oder Rückschlußkörper 38 umgeben, der mit dem nichtmagnetischen Lagerkörper 12 eine topfförmige Aufnahme für die Kugel 11 bildet. Der Rückschlußkörper 38 hat etwa quadratischen Innenquerschnitt. In der Mitte der vier Seiten sitzen vier Hallwandler 39, 40, 41, 42. Dann sind wieder jeweils zwei gegenüberliegende 39 und 41 bzw. 40 und 42 gegeneinandergeschaltet. Das Paar 39 und 41 liefert die »Nick«-, das Paar 40 und 42 die »Roll«-Signale.In Fig. 4 and 5, corresponding parts are provided with the same reference numerals as in FIG. 1 to 3. The joint ball 11 here contains a magnet 34 in the middle, which has two pole shoes 35 and 36, which form part of the ball 11 and are separated from one another by a gap 37 that narrows towards the outside. The ball 11 is surrounded by a ferromagnetic casing or yoke body 38 which, together with the non-magnetic bearing body 12, forms a cup-shaped receptacle for the ball 11. The yoke body 38 has an approximately square internal cross section. In the middle of the four sides are four Hall transducers 39, 40, 41, 42. Then two opposing 39 and 41 or 40 and 42 are connected to one another. The pair 39 and 41 provide the "nick" signals, the pair 40 and 42 the "roll" signals.
Der magnetische Kreis des Magneten 34 verläuft von dessen Nordpol über den Polschuh35, den Rückschlußkörper 38, den Polschuh 36 zum Südpol des Magneten. Durch den quadratischen Innenquerschnitt des Rückschlußkörpers 38 wird der Kraftfluß vornehmlich auf die Mitten der Seiten konzentriert, wo sich die Hallwandler 39, 40, 41, 42 befinden.The magnetic circuit of the magnet 34 runs from its north pole Via the pole piece 35, the yoke body 38, the pole piece 36 to the south pole of the magnet. The flow of force is established through the square inner cross section of the yoke body 38 mainly concentrated in the middle of the sides where the Hall transducers 39, 40, 41, 42 are located.
Man erkennt, daß die Kraftlinien im Bereich des Nordpols und des Polschuhs 35 von innen nach außen, im Bereich des Südpols und des Polschuhs 36 von außen nach innen verlaufen. In der Mittelstellung des Steuerknüppels werden die Hallwandler nicht oder gleichmäßig oben von innen nach außen und unten von außen nach innen von magnetischen Kraftlinien durchsetzt. Die erzeugte Hauspannung ist also Null. Eventuell doch auftretende Spannungen kompensieren sich wegen der Gegeneinanderschaltung der Wandler 39 und 41 sowie 40 und 42. Wenn aber, wie in F i g. 4 dargestellt, der Steuerknüppel 10 in »Roll«-Richtung ausgelenkt wird, dann wird der Wandler 42 im Bereich des Südpols von Kraftlinien durchsetzt, die von außen nach innen verlaufen, während die Kraftlinien durch den Wandler 40 im Bereich des Nordpols von innen nach außen gehen. Die Hallspannungen haben entgegengesetzte Vorzeichen und addieren sich wegen der Gegeneinanderschaltung. Man erhält also ein Ausgangssignal.It can be seen that the lines of force in the area of the north pole and the pole piece 35 from the inside to the outside, in the area of the south pole and the pole piece 36 from the outside to run inside. The Hall transducers are in the middle position of the joystick not or evenly at the top from the inside to the outside and at the bottom from the outside to the inside interspersed with magnetic lines of force. The house voltage generated is therefore zero. Any voltages that do occur compensate each other because of the mutual connection the transducers 39 and 41 as well as 40 and 42. If, however, as in FIG. 4 shown, the Control stick 10 is deflected in "roll" direction, then the converter 42 is im Area of the South Pole interspersed with lines of force that run from the outside to the inside, while the lines of force through the transducer 40 in the area of the north pole from the inside to go outside. The Hall voltages have opposite signs and add up because of the mutual connection. So you get an output signal.
Im übrigen ist die Wirkungsweise ähnlich wie bei F i g. 1 bis 3. Mit »Nick«- und »Roll«-Bewegung sind der Anschaulichkeit halber die beiden zu steuernden Größen bezeichnet worden. Es ist aber einleuchtend, daß die Erfindung nicht auf die Steuerung von Flugzeugen beschränkt ist. Man kann auf gleiche Weise z. B. einen Kran steuern. Der erfindungsgemäße Steuerknüppel ist auch für Fernsteuerungen aller Art verwendbar.Otherwise, the mode of operation is similar to that of FIG. 1 to 3. With For the sake of clarity, the "Nick" and "Roll" movements are the two to be controlled Sizes have been designated. It is evident, however, that the invention did not arise control of aircraft is restricted. You can z. B. a Control the crane. The joystick according to the invention is also suitable for remote control of everyone Kind of usable.
Bei der wenig Raum beanspruchenden Anordnung des Kugelgelenkabgriffes ist es möglich, ihn gemäß F i g. 6 zentral in einem weiteren Abgriff zu lagern und somit an einer Stelle die Kommandosteuerung des Flugzeuges um alle drei Achsen zu vereinen. Der zusätzliche Abgriff besteht in bekannter Weise aus einem drehbaren Steuereisen (43), durch dessen Verdrehung der Erregerfluß in den Statorwicklungen (44) gesteuert wird.With the arrangement of the ball-and-socket joint, which takes up little space it is possible according to FIG. 6 to be stored centrally in another tap and thus the command control of the aircraft around all three axes at one point unite. The additional tap consists of a rotatable one in a known manner Control iron (43), through the rotation of which the excitation flow in the stator windings (44) is controlled.
Eine derartig konzentrierte Anordnung empfiehlt sich insbesondere bei Steuerungen von senkrecht startenden und senkrecht landenden Flugzeugen. Bei Start und Landung wird im allgemeinen das Flugzeug zunächst mit dem zusätzlichen Abgriff in die Windrichtung gedreht, die dann beim weiteren Landevorgang nicht mehr geändert wird, während die Verschiebung des Flugzeugschwerpunktes zum Zentrum der Landestelle über die Roll- und Nickbewegung des Knüppelabgriffs erfolgt.Such a concentrated arrangement is particularly recommended for controls of vertically take off and vertically landing aircraft. at Takeoff and landing is generally the aircraft first with the additional Pick-up turned in the wind direction, which then no longer applies during the further landing process is changed while shifting the aircraft's center of gravity to the center of the Landing point takes place via the roll and pitch movement of the stick pick-up.
Auch der konzentrische Zusatz-Signalgeber hat einen Schalter, der den Steuerstrom in der Mittelstellung unterbricht.The concentric additional signal generator also has a switch that interrupts the control current in the middle position.
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