DE69306941T2

DE69306941T2 - Steuerknüppel.

Info

Publication number: DE69306941T2
Application number: DE69306941T
Authority: DE
Inventors: Alfred John Alexander; Mufti Mohmed Ashraf; Steven Marshall
Original assignee: Penny and Giles Blackwood Ltd
Current assignee: Penny and Giles Blackwood Ltd
Priority date: 1992-03-25
Filing date: 1993-03-22
Publication date: 1997-05-28
Anticipated expiration: 2013-03-23
Also published as: EP0634037A1; EP0634037B1; US5831596A; WO1993020535A3; DE69306941D1; WO1993020535A2; ES2098729T3

Description

Diese Erfindung betrifft einen Steuerknüppelregler der Ausführung, die einen Steuerarm umfaßt, bei dem eine äußere Kraft angewandt wird, und die Messungen der Bewegung des Steuerarmes als Reaktion auf die angewandte Kraft werden benutzt, um den übrigen Apparat zu steuern.
Bei einigen Steuerknüppelreglern ist ein starrer Steuerarm drehbar an einem Körper montiert und in Richtung einer Mittelstellung mittels einer Feder oder Federn vorgespannt Wenn eine Kraft auf den Steuerarm angewandt wird, gestattet die Feder (die Federn), daß sich der Steuerarm mit Bezugnahme auf den Körper dreht. Die Position des Steuerarmes wird durch Verwendung der Ausgänge von Schaltern, Potentiometern oder anderen Meßfühlern ermittelt, die um den Steuerarm herum angeordnet sind. Wenn die Kraft aufgehoben wird, kehrt der Steuerarm in seine Ausgangsposition unter der Wirkung der Feder (Federn) zurück.
Bei anderen Steuerknüppelreglern ist ein starrer Steuerarm, der an seiner Oberseite einen Knopf aufweist, der zwischen den Fingern gehalten wird, an einem Unterbau montiert. Eine Anzahl von Dehnungsmeßelementen ist um den Steuerarm herum positioniert und so angeordnet, daß jegliche am Steuerarm zur Anwendung kommende Dehnung gemessen wird. Der Steuerarm ist starr am Unterbau befestigt und biegt oder bewegt sich kaum mit Bezugnahme auf den Unterbau, wenn eine Kraft am Steuerarm angewandt wird (die maximale Größe der zugelassenen Bewegung am Knopfliegt im typischen Fall bei nur bis 0,05 mm, und der Arm fühlt sich daher im wesentlichen starr an). Diesen Ausführungen des Reglers fehlt es an "Gefühl", und es ist daher schwierig, die erforderliche Steuerung genau vorzunehmen. Außerdem ist es schwierig zu sichern, daß der Ausgang des Reglers, der der Mittelstellung entspricht, jedesmal übereinstimmend ist, wenn die äußere Kraft aufgehoben wird.
Jedes der Dokumente EP-A-0151479 und EP-A-0447334 offenbart einen Steuerknüppelregler, der einen elastischen Steuerarm aufweist, der starr an einem Unterbau befestigt ist. Meßfühler sind am Steuerarm für das Messen der Spannung (Biegung) im Arm angebracht, wenn eine Kraft am Steuerknüppelgriff angewandt wird. Das US-A-4459578 offenbart einen Steuerknüppelregler, der einen Steuerarm aufweist, der drehbar an einem Unterbau montiert ist. Die Bewegung des Armes wird durch Hall-Effekt- Elemente und Magneten nachgewiesen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung wird ein Steuerknüppelregler bereitgestellt, der aufweist: einen elastischen Steuerarm, der starr mit einer Halterung verbunden ist, wobei der elastische Steuerarm so angeordnet ist, daß er sich unter der Wirkung einer angewandten Kraft biegt; und mindestens einen Meßfühler für das Messen der Biegung des Steuerarmes; dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßfühler ein Meßfühlerelement umfaßt, das für eine Bewegung mit dem Steuerarm auf einem Rohr montiert ist, wobei das Rohr am Steuerarm an einem Teil oder in der Nähe eines Teils des letzteren gesichert ist, der bei der Benutzung festgehalten wird.
Die Größe der zugelassenen Biegung an jenem Teil des Armes, der bei der Benutzung festgehalten wird, beträgt meistens mindestens 1 mm (und vorzugsweise etwa 5 bis 7 mm), um die erforderliche Bewegungsrichtung zu bewirken, wenn der Arm gebogen wird.
Bei einer bevorzugten Ausführung ist das Element so angeordnet, daß es um einen Punkt kippt, der zwischen den Enden des Steuerarmes liegt. Vorzugsweise befindet sich der Punkt innerhalb des Volumens des Meßfühlerelementes und vorzugsweise im wesentlichen in der Mitte des Meßfühlerelementes.
Vorzugsweise wird eine Einrichtung für das Begrenzen der Biegebewegung des elastischen Steuerarmes um den Drehpunkt herum bereitgestellt. Am zweckmäßigsten weist die Einrichtung für das Begrenzen der Biegung des elastischen Steuerarmes eine konische Wand eines Körperelementes auf, relativ zu der sich der elastische Steuerarm biegen kann.
Der Steuerarm ist vorzugsweise so angeordnet, daß er in eine erste Position zurückkehrt, wenn die angewandte Kraft vom Steuerarm weggenommen wird.
Vorzugsweise weist der Regler außerdem eine Verarbeitungseinheit auf, die auf mindestens einen Meßfühler anspricht, um ein Signal in Abhängigkeit von der Biegung des Steuerarmes zu liefern. Die Verarbeitungseinheit kann eine nichtlineare Übertragungsfunktion aufweisen. Das Signal kann im wesentlichen proportional zur Biegung des Steuerarmes sein. Alternativ dazu kann das Signal auf einem ersten vorgegebenen Wert gehalten werden, bis der Steuerarm um eine vorgegebene Größe gebogen wurde. Das Signal kann dann vom ersten vorgegebenen Wert um eine Größe abweichen, die von der Größe der Biegung über die vorgegebene Größe abhängig ist. Alternativ dazu kann sich das Signal plötzlich zu einem zweiten oder einem weiteren vorgegebenen Wert als Reaktion auf die Biegung des Steuerarmes über die vorgegebene Größe hinaus ändern.
Als weitere Alternative kann ein Bereich mit verringerter Empfindlichkeit bereitgestellt werden, so daß sich das Signal um eine verringerte Größe für eine bestimmte Veränderung bei der Biegung des Steuerarmes ändert, bis die Größe der Biegung einen ersten Grenzwert übersteigt, wobei Veränderungen bei der Biegung, die größer sind als der erste Grenzwert, eine entsprechend größere Änderung des Signals bewirken. Daher ist es möglich, einen Regler bereitzustellen, der beispielsweise eine tote Zone oder eine Zone mit verringerter Empfindlichkeit beispielsweise um die erste Position herum aufweist.
Der erste vorgegebene Wert kann null Volt (mit Bezugnahme auf einen Bezug, wie beispielsweise die Erde) oder ein Nullstrom sein.
Vorzugsweise weist mindestens ein Meßfühler einen Magneten und ein Meßfühlerelement auf, das auf ein Magnetfeld anspricht. Das Meßfühlerelement kann ein Element mit einem Magnetowiderstand oder ein magnetooptisches Element sein, aber vorzugsweise funktioniert das Meßfühlerelement bei Anwendung des Prinzips des Hall-Effektes, beispielsweise ein Hall-Effekt-Halbleitermeßfühler. Der Magnet und das Meßfühlerelement sind so angeordnet, daß die Biegung des Steuerarmes eine relative Bewegung zwischen dem Magneten und dem Meßfühlerelement bewirkt. Vorzugsweise ist der Magnet mit dem Steuerarm beweglich. Ein einzelner Magnet kann mit einer Vielzahl von Meßfühlerelementen verwendet werden, um eine Vielzahl von Meßfühlern zu bilden. Der Steuerarm kann als Magnet wirken.
Als Alternative kann der mindestens eine Meßfühler ein Drahtdehnungsmeßstreifen sein. Der oder jeder Dehnungsmeßstreifen ist am Steuerarm parallel zu dessen Längsachse befestigt und erstreckt sich über einen wesentlichen Abschnitt des Steuerarmes. Der mindestens eine Drahtdehnungsmeßstreifen kann beispielsweise mehrere Zentimeter lang sein.
Als weitere Alternative kann ein Schalter als Meßfühler eingesetzt werden. Der Schalter kann durch Anstoßen an den Steuerarm funktionieren; alternativ dazu kann der Schalter auf ein Magnetfeld ansprechen.
Der Steuerarm kann rohrförmig sein oder, was mehr bevorzugt wird, in der Form eines Vollstabes vorliegen. Der Steuerarm kann aus einem elastischen Metall bestehen, beispielsweise einer kaltgewalzten Beryllium- Kupfer-Legierung oder einem kaltbearbeiteten nichtrostenden oder Federstahl.
Die Form des Steuerarmes kann so sein, daß die Steifigkeit des Steuerarmes mit der Richtung der Biegung variiert, was dem Steuerarm das Gefühl für eine "bevorzugte Achse" gibt. Das Gefühl der bevorzugten Achse kann beispielsweise erreicht werden, indem ein Steuerarm verwendet wird, der einen rechteckigen oder elliptischen Querschnitt aufweist.
Vorzugsweise besitzt der Regler vier Meßfühlerelemente, die im wesentlichen im gleichen Abstand um den Steuerarm herum angeordnet sind, wobei die gegenüberliegenden Meßfühlerelemente in Gruppen zusammen angeordnet sind, um die Biegung längs einer Achse zu messen, indem beispielsweise die Differenz zwischen den Ausgängen eines jeden der Meßfühlerelemente in einer Gruppe genommen wird, um einen Hinweis auf die Größe und die Richtung der Biegung des Steuerarmes längs einer Achse zu liefern. Vorzugsweise besitzt eine jede Gruppe eine damit verbundene Verarbeitungseinheit. Es ist daher möglich, einen Regler bereitzustellen, bei dem die Biegung des Steuerarmes in zwei orthogonalen Komponenten aufgelöst werden kann. Folglich kann die beim Steuerarm angewandte Kraft in orthogonale seitliche Komponenten aufgelöst werden.
Der Regler umfaßt vorzugsweise außerdem mindestens ein manuell bedienbares Element, das unabhängig vom Steuerarm beweglich ist; und mindestens einen weiteren Meßfühler für das Messen der Bewegung von mindestens einem manuell bedienbaren Element, wodurch mindestens ein weiterer Parameter durch den Regler gesteuert werden kann. Vorzugsweise weist mindestens ein weiterer Meßfühler mindestens einen Magneten und mindestens ein Meßfühlerelement auf, das auf ein Magnetfeld anspricht, das so angeordnet ist, daß die Bewegung von mindestens einem manuell bedienbaren Element eine relative Bewegung zwischen dem mindestens einen Magneten und dem mindestens einen Meßfühlerelement bewirkt. Das Meßfühlerelement kann ein Element mit einem Magnetowiderstand sein, aber vorzugsweise funktioniert das Element nach dem Prinzip des Hall-Effektes, beispielsweise ein Hall-Effekt-Halbleitermeßfühler.
Zweckmäßigerweise nimmt das Körperelement mindestens ein manuell bedienbares Element für die Winkelbewegung relativ dazu um die Längsachse des elastischen Steuerarmes auf. Mit dem Begriff "Längsachse des elastischen Steuerarmes" meint man dessen Längsachse, wenn sich der Steuerarm im Ruhezustand befindet, d.h., wenn er nicht im gebogenen Zustand ist.
Die Erfindung wird weiter mittels des Beispiels und mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, die zeigen:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung durch einen Steuerknüppelregler, der nicht mit der vorliegenden Erfindung in Übereinstimmung ist, aber der gewisse Merkmale aufweist, die in einem Steuerknüppelregler entsprechend der vorliegenden Erfindung verkörpert werden können;
Fig. 2 eine Draufsicht eines Unterbaus des Steuerknüppelreglers aus Fig. 1, vom offenen Ende des Unterbaus aus gesehen;
Fig. 3 eine Draufsicht eines Halterungsringes für eine Verwendung beim Steuerknüppelregler aus Fig. 1;
Fig. 4 ein schematisches Schaltbild einer Aufbereitungsschaltung für eine Verwendung beim Steuerknüppelregler aus Fig. 1;
Fig. 5 ein Schaltbild einer Impulsformerschaltung, die für die Erzeugung einer "toten Zone" bei der Übertragungsfunktion eines Steuerknüppelreglers geeignet ist;
Fig. 6 ein schematisches Schaltbild einer alternativen Aufbereitungsschaltung für den Steuerknüppelregler aus Fig. 1;
Fig. 7 ein Schaltbild einer Schaltung, die für die Formgebung der Reaktion der Aufbereitungsschaltung geeignet ist;
Fig. 8a und 8b Beispiele für die Übertragungsfunktionen, die von der in Fig. 7 gezeigten Schaltung verfügbar sind;
Fig. 9 ein Axialschnitt durch eine Ausführung des Steuerknüppelreglers entsprechend der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 10 eine Schnittdarstellung auf der Linie A-A in Fig. 9.
In Fig. 1 bis 3 der Zeichnungen wird ein Steuerknüppelregler gezeigt, der einen elastischen Steuerarm 10 aufweist, der starr an einer Halterung befestigt ist, die von einem Körper 12 begrenzt wird. Der Körper 12 hat die Form eines hohlen Zylinders, bei dem ein Ende offen ist. Der Innendurchmesser des Körpers 12 nimmt in den Stufen 14, 16 vom offenen Ende des Körpers 12 zu seinem geschlossenen Ende in einer derartigen Weise ab, daß, wenn der Körper 12 von seinem offenen Ende aus betrachtet wird, die Stufen 14, 16 als Reihe von konzentrischen Ringen in Ebenen parallel zur Ebene des offenen Endes des Körpers 12 erscheinen.
Das geschlossene Ende des Körpers 12 wird durch eine integrierte Wand 18 begrenzt, die eine im allgemeinen zylindrische Aussparung 20 umfaßt. Der Durchmesser der Aussparung 20 ist so, daß der Steuerarm 10 fest darin befestigt wird. Es kann wünschenswert oder erforderlich sein, daß etwas Klebstoff in die Aussparung 20 gebracht wird, bevor der Steuerarm 10 eingesetzt wird, um somit einen festen und starren Eingriff zwischen dem Steuerarm 10 und dem Körper 12 zu sichern.
Das offene Ende des Körpers 12 wird durch einen Deckel 22 verschlossen, der eine Öffnung 24 umfaßt, durch die sich der Steuerarm 10 erstreckt, wobei der Deckel 22 durch eine der Stufen 14 an der Innenfläche des Körpers 12 getragen und durch die Wand des Körpers 12 eingeklemmt wird. Die Öffnung 24 im Deckel 22 zeigt einen größeren Durchmesser als der des Steuerarmes 10, und daher kann eine Bewegung des Steuerarmes 10 mit Bezugnahme auf den Körper 12 zwischen vorgegebenen Grenzen erfolgen, wobei eine weitere Bewegung des Steuerarmes 10 durch den Eingriff des Steuerarmes mit den Wänden der Öffnung 24 im Deckel 22 begrenzt wird.
Der Steuerarm 10 hat die Form eines im allgemeinen zylindrischen Rohres aus einer Beryllium-Kupfer-Legierung, wobei dessen Enden verschlossen sind. Das Ende des Steuerarmes 10, das am Körper 12 befestigt ist, ist stabil, um zu verhindern, daß ein Teil des Steuerarmes knickt und aus der Aussparung freigegeben wird. Da ein Ende des Steuerarmes 10 starr am Körper 12 des Reglers befestigt ist, biegt sich der Steuerarm 10, wenn eine äußere Kraft am Steuerarm 10 angewandt und der Körper 12 unbeweglich gehalten wird. Die Konstruktion des Steuerarmes 10 gestattet eine begrenzte Biegung des Steuerarmes 10 (im typischen Fall 5 bis 7 mm im Oberteil des Steuerarmes, d.h., jenem Teil, der bei der Benutzung zwischen den Fingern gehalten wird) bei Anwendung einer äußeren Kraft, die dem Regler ein sicheres Gefühl verleiht. Wenn die äußere Kraft aufgehoben wird, bewirkt die elastische Beschaffenheit des Steuerarmes 10, daß dieser in seine Ausgangsposition zurückkehrt.
Die Position des Steuerarmes 10 wird mittels der vier Hall-Meßfühler 26 (im typischen Fall Typ Nr. UGN 3503 UN, hergestellt von der Allegro Microsystems) nachgewiesen, die im Körper 12 untergebracht sind. Die Hall- Meßfühler 26 sind auf einem Halterungsring 28 montiert, der durch eine der Stufen 16 gehalten wird, die an der Innenfläche des Körpers 12 gebildet werden. Der Halterungsring 28, der in Fig. 3 gezeigt wird, umfaßt einen kreisförmigen äußeren Umfang 30 für einen Eingriff mit der Innenfläche des Körpers 12 und eine im allgemeinen kreuzförmige innere Öffnung 32. Ein Hall-Meßfühler 26 wird in jedem Endabschnitt 34 der im allgemeinen kreuzförmigen Öffnung 32 getragen, und die elektrischen Leitungen für jeden Hall-Meßfühler 26a-26d sind mit den Eingangsklemmen einer Elektronikanlage verbunden.
Die Hall-Meßfühler 26 sind angeordnet, um die Stärke des Magnetfeldes an Stellen innerhalb des Körpers 12 zu überwachen. Ein Ringmagnet 38 wird durch einen Abschnitt des Steuerarmes 10 innerhalb des Körpers 12 getragen. Wenn der Steuerarm 10 bewegt wird, variiert daher die Stärke des Magnetfeldes, die von mindestens einem der Hall-Meßfühler 26 nachgewiesen wird.
Die Hall-Meßfühler sind im typischen Fall die kommerziell verfügbaren integrierten Schaltungen, die aufweisen: ein Hall-Element; eine Steuerstromquelle; und einen Differentialpufferverstärker. Ein konstanter Strom wird durch die Stromquelle an das Hall-Element angelegt. Ein Strom fließt durch jedes Hall-Element in einer Richtung, die im allgemeinen senkrecht zur Richtung des Magnetfeldes verläuft. Die Stärke des Magnetfeldes bewirkt eine Potentialdifferenz über das Hall-Element und in einer Richtung, die sowohl zur Richtung des Stromflusses als auch zum Magnetfeld senkrecht verläuft. Die Differenzspannung über jedes Hall- Element wird dem Differentialpufferverstärker zugeführt, der das Ausgangssignal des Hall-Meßfühlers steuert. Die Ausgangsspannung von jedem Hall-Meßfühler 26a-26d kann mit Bezugnahme auf eine geeignete Spannung, wie beispielsweise 0 Volt, gemessen werden, indem eine geeignete Klemme eines jeden Hall-Meßfühlers 26a-26d geerdet wird. Die Ausgangsspannungen von jedem Hall-Meßfühler werden einer Verarbeitungseinheit zugeführt.
Eine Aufbereitungsschaltung wird in Fig. 4 gezeigt. Die Aufbereitungsschaltung ist in zwei Kanäle unterteilt, die mit a und b bezeichnet werden.
Die Ausgänge der gegenüberliegenden Hall-Meßfühler 26a und 26b sind mit den nichtinvertierenden und bzw. invertierenden Eingängen eines Operationsverstärkers 36a verbunden.
Die Ausgänge der gegenüberliegenden Hall-Meßfühler 26c und 26d sind mit den nichtinvertierenden und invertierenden Eingängen eines Operationsverstärkers 36b verbunden. Der Ausgang des Operationsverstärkers 36a ist mit dem Eingang einer Impulsformerschaltung 40a verbunden.
Gleichermaßen ist der Ausgang des Operationsverstärkers 36b mit dem Eingang einer Impulsformerschaltung 40b verbunden.
Die Operationsverstärker 36a und 36b bilden eine Differenz zwischen den Spannungen an ihren entsprechenden Eingängen. Daher ist beispielsweise der Ausgang des Operationsverstärkers 36a eine positive Spannung für die Bewegung des Steuerarmes 10 in Richtung des Hall-Meßfühlers 26a, während die Ausgangsspannung für die Bewegung des Steuerarmes 10 in Richtung des Hall-Meßfühlers 26b negativ ist. Die Ausgänge der Operationsverstärker sollten für den Steuerarm 10 in der Mittelstellung Im wesentlichen 0 Volt betragen. Jeder Operationsverstärker 36a und 36b kann getrimmt werden, beispielsweise durch Benutzung der versetzten Nullstifte, die üblicherweise bei Operationsverstärkern vorhanden sind, um einen im wesentlichen Nullausgang zu erreichen, wenn keine Kraft am Steuerarm 10 angewandt wird. Eine Impulsformerschaltung 40a, 40b wird in Fig. 5 gezeigt. Die Eingangsspannung wird einem ersten und einem zweiten Operationsverstärker A1 und A2 zugeführt. Der erste Operationsverstärker funktioniert als Umkehrverstärker mit einer Verstärkung -G, die durch das Verhältnis von R2 zu R1 eingestellt wird. Der zweite Operationsverstärker funktioniert als Summierverstärker. Indem R2/R1 gleich R3/R4 eingestellt wird, wird das Eingangssignal durch den Ausgang von A1 auf Null gestellt, bis A1 gesättigt ist.
Daher bleibt der Ausgang von A2 über einen Bereich von Eingangsspannungen im wesentlichen bei 0 Volt. Die Verstärkung -G des ersten Operationsverstärkers A1 wird groß gewählt. Folglich sättigt sich A1 bei relativ mäßigen Eingangsspannungen. Ist die Sättigung von A1 erst einmal erfolgt, kann der Nullungsvorgang nicht beibehalten werden, und die Ausgangsspannung von A2 ändert sich linear mit den Änderungen der Eingangsspannung. Daher kann eine Übertragungsfunktion, die eine tote Zone aufweist, wie zeichnerisch in einem Teil der Fig. 4 dargestellt wird, bewirkt werden. Die Einrichtung einer "toten Zone" ermöglicht, daß geringe Veränderungen der Mittelstellung des Steuerarmes 10 ausgeglichen werden, ohne daß ein Nichtnullausgang erzeugt wird. Die tote Zone kann in einen Bereich von verringerter Empfindlichkeit umgewandelt werden, indem das Verhältnis R2/R1 auf kleiner als R3/R4 eingestellt wird. R5 steuert die Verstärkung des zweiten Operationsverstärkers A2.
Da vier Hall-Meßfühler 26 um den Steuerarm 10 des Reglers herum angeordnet sind, kann die Bewegung des Steuerarmes 10 in einer Richtung senkrecht zur Achse des Körpers 12 genau nachgewiesen werden. Man wird verstehen, daß bei anderen Ausführungen eine abweichende Anzahl von Hall- Meßfühlern eingesetzt werden kann. Beispielsweise können zwei Hall- Meßfühler ausreichend sein, um die Bewegung des Steuerarmes 10 in zwei orthogonale Komponenten aufzulösen.
Bei weiteren Ausführungen kann die Position des Steuerarmes 10 durch Benutzung von einem oder mehreren Magneten nachgewiesen werden, die am Steuerarm befestigt sind, wie bei der vorangehend angeführten Ausführung, und die Stärke des Magnetfeldes kann durch Messen des Widerstandes des Materials mit einem Magnetowiderstand, das innerhalb des Körpers aufgenommen wird, gemessen werden. Weitere Verfahren für das Nachweisen der Position des Steuerarmes umfassen Dehnungsmeßstreifen, die am Steuerarm selbst montiert sind, so daß die Biegung des letzteren dazu führt, daß mechanische Kräfte auf die Dehnungsmeßstreifen angewandt werden.
Fig. 6 zeigt ein schematisches Schaltbild für eine Verwendung bei Meßfühlern, die in einer Brücke angeordnet sind. Die Meßfühler 50-53 können beispielsweise Dehnungsmeßstreifen oder Elemente mit einem Magnetowiderstand sein. Die Meßfühler 50 und 51 bilden einen Spannungsteiler, dessen Ausgang einem Verstärker 54b zugeführt wird. Der Verstärker 54b kann Pegel verschiebungskomponenten (nicht gezeigt) umfassen, um zu bewirken, daß deren Ausgang auf einen gewünschten Wert eingestellt wird, wenn keine Kraft am Steuerarm 10 angewandt wird. Der Ausgang des Verstärkers 54b wird einem Eingang einer Impulsformerschaltung 55b zugeführt. Der Ausgang der Impulsformerschaltung 55b ist mit einem Pufferverstärker 56b verbunden. Die Meßfühler 52 und 53 sind gleichermaßen mit einem Verstärker 54a, einer Impulsformerschaltung 55a und einem Pufferverstärker 56a verbunden.
Fig. 7 zeigt eine Ausführung einer Schaltung, die für eine Verwendung als Impulsformerschaltung 55a, 55b geeignet ist. Die Widerstände 60 bis 63 sind in Reihe zwischen den zwei Versorgungsschienen V+ und V- geschaltet. Ein Eingang 59 ist mit einem Knotenpunkt verbunden, der die Widerstände 61 und 62 verbindet. Die Anode einer ersten Diode 64 ist mit einem Knotenpunkt verbunden, der die Widerstände 60 und 61 verbindet. Die Katode einer zweiten Diode 65 ist mit einem Knotenpunkt verbunden, der die Widerstände 62 und 63 verbindet. Die Katode der ersten Diode 64 ist mit der Anode der zweiten Diode 65 und mit einem Ausgang 66 der Impulsformerschaltung verbunden. Es kann vorteilhaft sein, der Impulsformerschaltung aus Fig. 7 einen Verstärker folgen zu lassen, der eine mäßige Eingangsimpedanz aufweist.
Die Impulsformerschaltung nutzt die Diodenkennlinien der zwei Dioden 64 und 65, um eine verringerte Empfindlichkeit über einem vorgegebenen Bereich von Eingangsspannungen zu bewirken. Die Dioden 64 und 65 sind so ausgelegt, daß die Impulsformerschaltung auf Eingangsspannungen ansprechen kann, die um ein vorgegebenes Niveau herum variieren, beispielsweise null Volt. Es ist gut bekannt, daß eine Siliziumdiode im wesentlichen nichtleitend bleibt, wenn sie in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird, bis die Spannung über der Diode etwa 0,6 V erreicht. Daher wird man bei Nichtvorhandensein der Widerstände 60 und 63 im wesentlichen kein Signal am Ausgang 66 sehen, bis der Eingang 59 eine daran angelegte Spannung aufweist, die größer ist als 0,6 V oder kleiner als -0,6 V.
Fig. 8a zeigt die Übertragungsfunktion der Impulsformerschaltung aus Fig. 7, wenn die Widerstände 60 und 63 große Werte im Vergleich zu den Widerständen 61 und bzw. 62 aufweisen. Die Dioden 64 und 65 zeigen einen gleichmäßigen Übergang von einem nichtleitenden in einen leitenden Zustand.
Es ist möglich, die Dioden 64 und 65 durch eine geeignete Auswahl der Werte der Widerstände 60 bis 63 in der Durchlaßrichtung vorzuspannen. Eine Verringerung des Verhältnisses des Widerstandes 60 zum Widerstand 61 erhöht die Spannungen an der Anode der Diode 64, wodurch die Diode 64 in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Eine Verringerung des Verhältnisses des Widerstandes 63 zum Widerstand 62 verringert die Spannung der Katode der Diode 65, wodurch die Diode 65 in der Durchlaßrichtung vorgespannt wird. Der Beginn der Leitfähigkeit für jede Diode kann in Richtung des Koordinatenursprunges der grafischen Darstellung bewegt werden, wodurch die Breite der toten Zone verringert wird.
Wie in Fig. 8b gezeigt wird, ist es möglich, die Dioden 64 und 65 so vorzuspannen, daß sie zu leiten begonnen haben, wenn kein Eingangssignal angelegt ist. Die Reaktion der ersten Diode 64 wird durch die Vollinie 70 gezeigt. Die Reaktion der zweiten Diode wird durch die Vollinie 71 gezeigt. Die Übertragungsfunktion der Impulsformerschaltung ist die Summe der einzelnen Reaktionen und wird durch die gestrichelte Linie 72 gezeigt. Es ist daher möglich, eine Übertragungsfunktion mit einer verringerten Empfindlichkeit um eine Position herum zu erzeugen, die der Mittelstellung des Steuerarmes 10 entspricht, und einen gleichmäßigen Übergang zu den Bereichen mit einer größeren Empfindlichkeit.
Wenn Drahtdehnungsmeßstreifen verwendet werden, können die Dehnungsmeßstreifen eine längliche Konstruktion aufweisen, wobei sie längs eines wesentlichen Abschnittes des Steuerarmes 10 verlaufen, wodurch eine erhöhte Empfindlichkeit erreicht wird, verglichen mit den bekannten Dehnungsmeßstreifen, die bei den Reglern eingesetzt werden. Wenn die Drahtdehnungsmeßstreifen für die Hall-Meßfühler in den Ausführungen der Fig. 1 eingesetzt werden, könnten sich die Meßstreifen über einen wesentlichen Abschnitt des Steuerarmes 10 zwischen der integrierten Wand 18 und dem Deckel 22 erstrecken. Ein länglicher Drahtdehnungsmeßstreifen ist leichter herzustellen und liefert einen höheren Widerstand als ein kompakterer Drahtdehnungsmeßstreifen. Ein höherer Widerstand ist vorteilhaft, weil er die Anwendung einer größeren Spannung gestattet und daher eine größere Ausgangsspannung.
In Fig. 9 und 10 weist der Steuerknüppelregler einen elastischen Steuerarm 10 auf, der starr an seinem unteren Ende (wie in der Zeichnung zu sehen ist) an einer Halterung befestigt ist, die durch den Körper 12 begrenzt wird, und die wie die des Steuerknüppelreglers aus Fig. 1 die Stufen 14 und 16 und eine integrierte Abschlußwand 18 aufweist, die die Aussparung 20 umfaßt, in der das untere Ende des Steuerarmes 10 fest befestigt wird. Das offene Ende des Körpers 12 wird durch den Deckel 22 verschlossen, der am Körper 12 dadurch gesichert ist, daß er über einen Abschnitt 23 des letzteren gehämmert wurde. Der Deckel 22 weist die Öffnung 24 auf, durch die sich der Steuerarm 10 erstreckt. Bei dieser Ausführung wird die Öffnung 24 jedoch durch eine aufrechtstehende Buchse 25 begrenzt, die mit dem Deckel 22 aus einem Stück besteht, und die eine sich kegel stumpfartig verjüngende innere Wandfläche aufweist, deren Ende mit dem kleineren Durchmesser sich nach innen zu vom Körper 12 öffnet. Die Buchse nimmt einen Griff 80 über ein Lager 82 auf, so daß der Griff 80 winkelig um die Längsachse des Steuerarmes 10 und unabhängig davon über einen begrenzten Bogen (bei dieser Ausführung etwa 150 auf beiden Seiten der Ruheposition) bewegt werden kann.
Eine Verbindungsstange 84 ist im Griff 80 an einer Stelle montiert, die von der Drehungsachse des letzteren versetzt ist und sich in den Körper 12 durch einen bogenförmigen Schlitz 86 im Deckel 22 erstreckt.
Eine Leiterplatte 88, die im Körper 12 angeordnet ist, trägt vier Hall-Meßfühler 26, die einen gleichwinkeligen Abstand aufweisen, mit der dazugehörenden elektrischen Schaltung, die in einer der vorangehend mit Bezugnahme auf Fig. 4 bis 8 beschriebenen Ausführungen vorliegen kann.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung ist ein Ringmagnet 38 anstelle dessen, daß er direkt auf dem elastischen Steuerarm 10 montiert ist, am unteren Ende eines relativ starren Rohres oder einer Buchse 90 montiert, das sich durch die Öffnung 24 hindurch und bis zum oberen Ende des Steuerarmes 10 erstreckt, damit es an letzterem mittels einer Messingbuchse 92 gesichert werden kann. Die oberen Enden des Steuerarmes 10 und der Buchse 90 und ebenso die Buchse 92 sind sicher in einer Bohrung des Griffes 94 befestigt. So ist die Buchse 90 am Steuerarm 10 in einem Abschnitt des letzteren befestigt, der bei der Benutzung erfaßt wird. Die Buchse 90 gelangt mit einem geringen Spiel durch das untere Ende der Öffnung 24 mit dem kleineren Durchmesser. Die Anordnung ist so, daß, wenn sich der Steuerarm 10 bei der Betätigung des Griffes 94 biegt, der Magnet 38 um einen Punkt 96 gekippt wird, der zwischen den Enden des Steuerarmes und zwischen der oberen und unteren Stirnfläche des Magneten 38 angeordnet ist. Bei dieser Ausführung befindet sich der Punkt 96 im wesentlichen in der Mitte des Magneten 38 in einer Ebene 98, die durch die Hall-Effekt-Meßfühler 26 hindurchgeht, die einen winkeligen Abstand auf einem Teilkreis zeigen, dessen Mitte im Punkt 96 liegt, so daß die Kippbewegung des Magneten 38 relativ zu den Hall-Effekt-Meßfühlern 26 erfolgt, um Signale zu erzeugen, die ermöglichen, daß die Position des Griffes 94 auf irgendeine Weise so nachgewiesen wird, wie es vorangehend mit Bezugnahme auf Fig. 5 bis 8 beschrieben wird.
Die Stange 84 gelangt durch eine Öffnung 100 in der Leiterplatte 88, so daß das untere Ende der Stange 84 mit einem Schlitz 102 in Eingriff kommt, der in einem Flansch 104 gebildet wird, der an einer Ringfeder 106 befestigt ist. Die Feder 106 ist mittels des Niet 108 an der Seitenwand des Körpers 12 an einer Stelle befestigt, die dem Flansch 104 diametral gegenüberliegt Ein Ringmagnet 110 ist an der Feder 106 mittels einer Magnethalterung 112 befestigt, die fest an der Feder 106 mittels des Niet 114 angebracht ist, der am benachbarten Flansch 104 angeordnet ist. Ein Paar weitere Hall-Effekt-Meßfühler 116 wird auf der Unterseite der Leiterplatte 88 in einer diametral gegenüberliegenden Beziehung auf den gegenüberliegenden Seiten einer diametralen Linie getragen, die die Nieten 108 und 114 verbindet.
Aus der vorangegangen Beschreibung wird erkannt, daß die Winkelbewegung des Griffes 80 dazu führen wird, daß sich die Stange 84 auf einem bogenförmigen Weg bewegt, dessen Mittelpunkt auf der Drehungsachse des Griffes 80 liegt. Dieser fällt mit der Längsachse des Steuerarmes 10 zusammen, wenn sich letzterer im Ruhezustand befindet. Eine derartige Bewegung der Stange 84 erfolgt parallel zu ihrer eigenen Längsachse und führt zu einer Durchfederung der Ringfeder 106 nach der einen oder der anderen Seite der natürlichen Ruheposition der letzteren (wie in Fig. 10 dargestellt). Eine derartige Bewegung bewirkt, daß sich der Ringmagnet 110 näher an einen der Hall-Effekt-Meßfühler 116 heran- und weiter vom anderen wegbewegt Auf diese Weise kann ein Signal in der gleichen Weise erhalten werden, wie es für einen Satz der Meßfühler 26 beschrieben wird, um die Winkelposition des Griffes 80 um die Längsachse des Steuerarmes 10 herum anzuzeigen.
Es wird erkannt, daß der Griff 80 vollständig unabhängig vom Griff 94 betätigt werden kann, um so einen weiteren Parameter zu steuern. Beispielsweise kann der Griff 94 benutzt werden, um den Schwenkarm einer Fernsehkamera zu steuern, während der Griff 80 unabhängig benutzt werden kann, um den Grad des Verstellens der Brennweite der Kamera zu steuern. Die konische Öffnung 24 stellt einen sehr starren Anschlag derart bereit, daß ein übermäßiges Biegen des Steuerarmes 10 um den Drehpunkt 96 herum verhindert wird.
Es wird erkannt, daß die vorangehend beschriebene Anordnung einen linearen Ausgang für jeden der zwei Parameter ermöglicht, die vom Griff 94 und hinsichtlich eines weiteren Parameters durch die Winkelbewegung des Griffes 80 gesteuert werden.

Claims

1. Steuerknüppelregler, der aufweist: einen elastischen Steuerarm (10), der starr mit einer Halterung (12) verbunden ist, wobei der elastische Steuerarm so angeordnet ist, daß er sich unter der Wirkung einer angewandten Kraft biegt, und mindestens einen Meßfühler (38,26) für das Messen der Biegung des Steuerarmes (10), dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Meßfühler ein Meßfühlerelernent (38) umfaßt, das für eine Bewegung mit dem Steuerarm (10) auf einem Rohr (90) montiert ist, wobei das Rohr am Steuerarm (10) an einem Teil oder in der Nähe eines Teils des letzteren gesichert ist, der bei der Benutzung festgehalten wird.

2. Steuerknüppelregler nach Anspruch 1, bei dem das Meßfühlerelement (38) so angeordnet ist, daß es um einen Punkt (96) gekippt wird, der zwischen den Enden des Steuerarmes (10) liegt, wenn der Steuerarm (10) gebogen wird.

3. Steuerknüppelregler nach Anspruch 2, bei dem der Punkt (96) innerhalb des Volumens des Meßfühlerelementes (38) angeordnet ist.

4. Steuerknüppelregler nach Anspruch 3, bei dem der Punkt (96) im wesentlichen in der Mitte des Meßfühlerelementes (38) angeordnet ist.

5. Steuerknüppelregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem eine Einrichtung (24, 25) für das Begrenzen der Biegebewegung des elastischen Steuerarmes (10) um den Punkt (96) herum bereitgestellt wird.

6. Steuerknüppel regler nach Anspruch 5, bei dem die Einrichtung (24, 25) eine konische Wand (24) eines Körperelementes (25) aufweist, relativ zu der sich der elastische Steuerarm (10) biegen kann.

7. Steuerknüppelregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem mindestens ein Meßfühler aufweist: einen Magneten (38) und ein Meßfühlerelement (26), das auf ein Magnetfeld anspricht.

8. Steuerknüppelregler nach Anspruch 7, bei dem das Meßfühlerelement (26) bei Anwendung des Prinzips des Hall-Effektes funktioniert.

9. Steuerknüppelregler nach Anspruch 7 oder 8, bei dem ein einzelner Magnet (38) mit einer Vielzahl von Meßfühlerelementen (26) verwendet wird, um eine Vielzahl von Meßfühlern zu bilden.

10. Steuerknüppelregler nach Anspruch 9, bei dem vier Meßfühlerelemente (26) in einem im wesentlichen gleichmäßigen Abstand um den Steuerarm (10) herum vorhanden sind, wobei die gegenüberliegenden Meßfühlerelemente (26) in Gruppen zusammen angeordnet werden, um die Biegung längs einer Achse zu messen.

11. Steuerknüppelregler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, der außerdem umfaßt: mindestens ein manuell bedienbares Element (80), das unabhängig vorn Steuerarm (10) beweglich ist, und mindestens einen weiteren Meßfühler (110, 116) für das Messen der Bewegung von mindestens einem Element (80), wodurch mindestens ein weiterer Parameter durch den Regler gesteuert werden kann.