DE29710446U1 - Stellelement mit Schalter - Google Patents

Description

Deutsche Gebrauchsmusteranmeldung
(unter Beanspruchung der Priorität von DE-Pat 1 96 47 148.6 vom 14.11.96)

Dipl.-Ing. Gerhard Wergen, 90513 Zirndorf

Stellelement mit Schalter

Die Erfindung betrifft Stellelemente mit Schaltern, wie sie etwa als Steuerknüppel' oder Joysticks für Computerspiele, aber auch etwa als Bedienelemente in Luftfahrzeugen bzw. für Ihdustriesteuerungen, im Einsatz sind. Sie weisen üblicherweise eine ballig-griffige Handhabe auf, die von der Faust des Bedieners umgriffen wird, und am freien Stimende in abgeschrägter Fläche wenigstens einen mit dem Daumen zu betätigenden Druckschalter. Eine irrtümliche Axialbeanspruchung der Handhabe etwa durch eine Abstützbewegung der Hand des Bedieners führt deshalb unkontrolliert zu ungewollten und deshalb später kaum reproduzierbaren Steuerungsvorgängen. Da das Stellelement üblicherweise wegabhängig anspricht, nämlich vergleichsweise große Schwenkwege zum Verstellen von Potentiometern, zum Betätigen von Schaltkontakten oder zum Verformen von Dehn- oder Biegesensoren ausführt, hat das femer die nachteilige Folge, daß die Schalterposition relativ zum Einbauort des Steuerknüppels variabel ist Wegen dieser Wegabhängigkeit ist ein solches herkömmliches Stellelement kaum geeignet zur Bedienung durch motorisch Behinderte; zumal durch Muskelschwache, die an sich schon kaum noch in der Lage sind, größere Arm- und Hand-Bewegungen gezielt und reproduzierbar auszuführen, geschweige denn unter richtungsdefinierter Kraftausübung über den Bewegungsweg. Eine bewußte Schalterbetätigung an einem auslenkenden Handgriff ist bei ihnen deshalb oft überhaupt nicht mehr realisierbar. Das wäre aber gerade in jener Situation anzustreben, damit sie elektromechanisch betriebene prothetische Hilfsmittel etwa zum Greifen oder zum Steuern eines selbstfahrenden Krankenstuhles bedienen können, oder als Maus-Ersatz zur Computereingabe als Beitrag zur Therapie und zum Lebensunterhalt Definitiv unbedienbar sind solche herkömmlichen Joysticks mit integrierten Tastschaltern für Schwerstbehinderte, deren obere Extremitäten gar nicht mehr handhabungstechnisch einsetzbar sind oder gar fehlen, weshalb sie mit dem Mund agieren müssen. Dafür sind Gaumenplat-

1/8
#121

ten-Schalter bekannt, die mittels der Zungenspitze bedient werden, was aber lästig und ermüdend ist.

In Erkenntnis dieser Gegebenheiten liegt vorliegender Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein als schalterbestückten Steuerknüppel bedienbares Stellelement gattungsgemäßer Art derart auszulegen, daß eine gezielte, reproduzierbare Bedienung auch durch motorisch extrem Behinderte ermöglicht wird.

Gelöst ist diese technische Problemstellung durch ein Stellelement, das gemäß dem Hauptanspruch die Schalter zwar auch wieder in der Nähe des freien Stirnendes seiner Handhabe aufweist, wobei diese Schalter aber nun zusammen mit dem Stellelement ortefest angeordnet sind. Diese Lösung ist besonders vorteilhaft mit einer Handhabe realisierbar, die praktisch weglos schon auf leichten Druck anspricht, wie im eigenen Gebrauchsmuster 29609458.7 vom 28.05.96 für die Ausführung als analog ansprechendes Eingabesystem näher beschrieben; worauf hier bei Vermeiden von Wiederholungen zur Offenbarung auch vorliegender Erfindung ergänzend zur nachstehenden Zeichnungsbeschreibung voll-inhaltlich Bezug genommen wird. Ih der Zeichnung zeigt, angenähert maßstabsgerecht aber auf das Wesentliche vereinfacht,

Fig.l einen querschittsunsymmetrischen koaxialen Aufbau eines ersten Realisierungsbeispieles für ein mit radial zu betätigenden Schaltern ausgestattetes Stellelement nach vorliegender Erfindung in Schrägansicht,

Fig.2 ein querschnittssymmetrisches solches Stellelement mit Schalter-Hebeln im Axial-Längsschnitt,

Fig.3 das Stellelement gemäß Fig.2 im Querschnitt,

Fig.4 ein Stellelement mit gegenüber Fig.2 abgewandelter Anordnung der Schalter,

Fig.5 eine weitere Abwandlung gegenüber der Ausbildung nach Fig.2 und

Fig. 6 im Axial-Längsschnitt einen mit den lippen zu betätigenden Schalter an einem mit dem Munde zu bedienenden Stellelement.

Das in Fig.1 in schräger Ansicht skizzierte Stellelement 11 ist in oder unter einer auch als Auflage für die Hand 12 des Bedieners dienenden Deckplatte 13 montiert, aus der eine stabförmige Handhabe 14 hochragt. Die verläuft parallel zu einer nicht ganz so hoch aufragenden, starr mit dem Stellelement 11 bzw. der Deckplatte 13 verbundenen Halterung 15 für taktile Schalter 16, welche selektiv von Fingerspitzen der Hand 12 durch Druck quer zur Längsachse der Handhabe 14 bedient werden können. Die Schalter 16 können wie skizziert an der Halterung 15 bezüglich deren

2/8
#121

Längsachse azimutal und/oder longitudinal gegeneinander versetzt sein. Im Interesse hinreichenden Einbauvolumens und guter Erreichbarkeit kann gemäß Fig. 1 eine im Querschnitt unsymmetrische Halterung 15 vorgesehen sein, welche somit die Handhabe 14 rohrförmig aber achsparallel exzentrisch umgibt

Die Schalter 16 können von beliebiger Funktion sein, etwa realisiert als elektromechanisch« Mikroschalter, als optronische Lichtschranken, als binär ansprechende Drucksensoren, als kontinuierlich ansprechende Drucksensoren mit binärer Schaltschwellen-Auswertung oder z.B. auch als Magnetfeld-Schaltstrecken. Vorzugsweise sprechen sie mit ihrem Schaltverhalten schon auf minimalen Hub bzw. sonstige äußerst geringe taktile Einwirkung (wie Verschiebung eines Magneten oder Abschattung eines Photodetektors) an. Das birgt nun dennoch praktisch keine Gefahr von Fehlbedienungen, weil die Hand 12 des Bedieners stationär bezüglich des Stellelementes 11 mit seinen Schaltern 16 ruht, also keinen Bewegungen einer Handhabe 14 folgen muß. Die kann an ihrem freien, über die z.B. rohrformige Halterung 15 axial hinausragenden Stirnende 17 zwischen Daumen und Zeigefinger der Bediener-Hand 12 ergriffen und mit Quer-Druck beaufschlagt werden, ohne dadurch aus ihrer Ruhestellung merklich auszuschwenken, weil dieses Stellelement 11 praktisch weglos arbeitet Dabei kann dieser Angriffsbereich 18 unter dem Stirnende 17 der Handhabe 14 auch entgegen der Darstellung in Fig.1 im Vergleich zum benachbarten Bereich der Schalter-Halterung 15 größere oder gleiche Querschnittsabmessung aufweisen, vgl. Fig.2, um die taktile Zuordnung zwischen analog ansprechender Handhabe 14 und binär ansprechenden Schaltern 16 besser differenzieren zu können.

Insbesondere fur extrem muskelschwache Bediener und z.B. bei elektromechanischen Schaltern 16 erfolgt die Beeinflussung deren ohmschen oder sensorischen Schaltstrecken 19 zweckmäßigerweise über einen wegarmen Hebel 20, wie in Fig.2/3 als Prinzipbeispiel für am Umfang der Halterung 15 peripher gegeneinander versetzt achsparallel verlaufende einarmige Hebel 20 dargestellt In der Nachbarschaft des axialen Austritts der Handhabe 14 aus der Halterung 15 liegen die in radialer Richtung bezüglich der Schalter-Halterung 15 und somit parallel zur Kraftbeaufschlagung der Analog-Handhabe 14 zu betätigenden freien Hebelenden 21. Sie finden gegenüberliegend, jenseits der Schaltstrecken 19, ihr Hebellager 22 am Gehäuse 23 des Stellelementes 11. Die Rückstellkraft wird von einer dem Hebel 20 hinterlegten Druckfeder, vorzugsweise von der jeweiligen gegen das Gehäuse 23 radial abgestützten Schaltstrecke 19 selbst, ausgeübt

Aus der axialen Längsschnitt-Darstellung der Fig.2 ist auch ersichtlich, wie die Handhabe 14 unter minimalem radialem Spiel konzentrisch durch eine rohrförmige Halterung 15 - für die Aufnahme der Schalter 16 und deren Betätigungs-Hebeln 20 - achsparallel konzentrisch oder exzentrisch hindurch verlaufen kann. Die in einem Wälzkörpergelenk 24 als Hebeldrehpunkt aufgehängte Hand-

3/8

#121

habe 14 ihrerseits ist Teil eines hier zweiarmigen Hebels 26. Dessen zweiter Hebelarm trägt jenseits der Wälzkörper-Aufhängung 24 ein Tarier-Gewicht 25 für indifferenten Gleichgewichtszustand der Handhabe 14 in jeder räumlichen Einbaulage des Stellelementes 11, um dessen Ansprechverhalten von der Einbaulage unabhängig und unempfindlich gegen Körperschallstörungen zu machen. Über einen jeweils im Querschnitt kreisförmigen Druckmittier 27 und eine starre Übertragungsplatte 28 liegt der Stell-Hebel 26 spielfrei gegen wenigstens einen praktisch weglos analog ansprechenden Drucksensor 29 an, der starr gegen das Gehäuse 23 abgestützt ist, so daß eine Querbelastung der Handhabe 14 nicht zu einer bemerkenswerten Auslenkung im Rohr 15 führt.

Beim Ausfuhrungsbeispiel nach Fig. 4 sind die binär ansprechenden Schalter 16 ins Gehäuse 23 hinein verlegt und darin entsprechend den analog arbeitenden Sensoren 29 fur Beanspruchungen wieder radial bezüglich der Längsachse des Gehäuses 23 angeordnet Es können auch in der Nachbarschaft der Handhabe 14 im Gehäuse 23 angeordnete Sensoren als Schalter 16 dienen, indem den Sensoren eine potentialgesteuerte Schaltstufe (ein Schmitt-Trigger oder eine ähnlich wirkende Abfrage-Schaltung mit ausgesprochenem Kippverhalten) folgt. Die Hebel 20 sind nun gewissermaßen zu einem Rohr 30 zusammengefaßt, das konzentrisch außerhalb der Handhabe 14 in das Gehäuse 23 hineintaucht, welches somit nun unmittelbar die Stützfunktion der Halterung 15 übernimmt Dabei dient als Lager 22 für einen nun zweiarmigen Schalter-Hebel 20 hier ebenfalls eine Wälzlager-Aufhängung 24 (walzenförmig für ein diametrales Schalter-Paar 16-16 bzw. kugelförmig für zwei orthogonal zueinander angeordnete Schalter-Paare 16-16). Auch hier gewährleistet ein indifferentes Gleichgewicht mittels eines Gegengewichtes 25 2Mm langen Arm des Hebel-Rohres 30 eine praktisch lage- und erschütterungssichere Schalterbetätigung*

Die Abwandlung gemäß Fig. 5 entspricht dem Aufbau nach Fig. 4 mit der Besonderheit, daß nun nicht mehr radiale sondern achsparallele Beanspruchungen der Schalter 16 und Sensoren 29 bei größeren Radialabmessungen ein flaches Gehäuse 23 trotz großer wirksamer Hebellangen 26, 30 ermöglichen. Außerdem sind hier für die Hebel-Betätigungen seitlich montierte Finger-Ringe 31 vorgesehen, um die Betätigungsrichtungen umkehren zu können, ohne mit den Fingerspitzen zwischen diametral entgegen gelegenen Oberflächen an der Sensor-Handhabe 14 bzw. am Schalter-Hebel 30 umgreifen zu müssen.

In Fig.6 ist der Angriffsbereich 18 am Stirnende 17 der Handhabe 14 als Mundstück ausgelegt, um das Stellelement 11 etwa zur Computer-Eingabe oder zur Steuerung eines selbstfahrenden Krankenfahrstuhles auch durch Behinderte bedienen lassen zu können, die nicht mehr über Gliedmaßen dafür verfugen. Die Betätigung des Stellelementes 11 erfolgt also nun dadurch, daß das Stirnende 17 zwischen den Lippen eingeklemmt und der Kopf 33 bewegt wird. Dabei unwillkürlich auftretende Axialdruckkomponenten wirken sich auf die Eingabe nicht aus, da ja die Handhabe 14 im

4/8
#121

Drehpunkt des Gelenkes 24 axial starr aufgehängt ist. Der Betätigungshebel 20 für die Schaltstrekke 16 ist nun quer zur Längsachse der Handhabe 14 orientiert, etwa als ein das hindurchtretende Mundstück 18 umgebender Ring 34. Der ist als wieder einarmiger Hebel exzentrisch an die rohrförmige, gehäusefeste Halterung 15 angelenkt, nämlich nun vor deren Stirnende. Dieses ist dafür zu einem umlaufenden Flansch 35 aufgeweitet, der etwa den Durchmesser des Betätigungs-Ringes 34 aufweist Während das zwischen den Lippen eingeklemmte Mundstück 18 querbelastet wird, erfolgt die Schalterbetätigung durch geringfügiges axiales Verschieben der Lippen längs des Mundstückes 18 gegen den Betätigungs-Ring 34.

So ist also nach den bevorzugten Realisierungsmöglichkeiten bei einem Stellelement 11 nach Art eines Joysticks, aber mit weglos ansprechender stabförmiger Handhabe 14 zur Beaufschlagung analog reagierender Drucksensoren 29, diese Handhabe 14 über einen Teil ihrer Länge unter geringem radialen Spiel von einer rohrförmigen Halterung 15 für binär ansprechende Schalter 16 umgeben, wobei diese Halterung 15 als Abstützung für die Schalter-Betätigung starr mit dem Gehäuse 23 des Stellelementes 11 verbunden ist und Lagerstellen 22/24 für Schalter-Betätigungshebel 20/30/34 aufweisen kann. Die Hebel 20 können auch zu einem Rohr 30 zusammengefaßt werden, das wie die Handhabe 14 als zweiarmiger Hebel über eine Wälzkörper-Aufhängung 24 im indifferenten Gleichgewicht in das Stellelement-Gehäuse 23 hineinragt, in dem Schalter 16 parallel zu den Druck-Sensoren 28 angeordnet sind. Der Schalter-Betätigungshebel 20 ist dagegen ein vor der Stirn der Halterung 15 gelagerter Ring 34, wenn die hindurchtretende Handhabe 14 zur Bedienung als Mundstück 18 zwischen die Lippen genommen werden soll. In allen Fällen sind die Schalter 16 von der Handhabe 14 entkoppelt aber dennoch in deren unmittelbarer Nähe betätigbar.

#121

Claims (11)

Ansprüche

1. Stellelement (11) mit Schalter (16), dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein taktiler Schalter (16) an einer bezüglich des Gehäuses (23) Stellelementes (11) stationären Halterung (15) angeordnet ist, die wenigstens bereichsweise parallel zu einer praktisch weglos ansprechenden Handhabe (14) für Beeinflussung von Stellelement-Sensoren (28) verläuft.

2. Stellelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (15) eine axial gestreckte Handhabe (14) rohrförmig umgibt

3. Stellelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß Schalter (16) an der Außenmantelfläche der Halterung (15) betätigbar sind.

4. Stellelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein etwa achsparallel zur Handhabe (14) verlaufender Hebel (20) für die Betätigung wenigstens eines Schalters (16) vorgesehen ist

5. Stellelement nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Außenmantelfläche der Halterung (15) einarmige Hebel (20) angeordnet sind.

6. Stellelement nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger Hebel (30) für mehrere peripher gegeneinander versetzte Schalter (16) vorgesehen ist

7. Stellelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Halterung (15) in sein Gehäuse (23) hinein verlegt ist, in das ein zweiarmige Hebel (Rohr 30) über eine Wälzkörper-Aufhängung (24) hineinragt.

8. Stellelement nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der in das Gehäuse (23) hineinragende Arm des Hebels (30) durch ein Gewicht (25) auf indifferentes Gleichgewicht austariert ist

9. Stellelement nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der rohrförmigen Schalter-Halterung (15) axial hervorragende Handhabe (14) mit einem aufgedickten Griffbereich (18) ausgestattet ist

10. Stellelement nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Griff bereich (18) als Mundstück ausgebildet ist

11. Stellelement nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Mundstück einen als Schalter-Betätigungshebel (20) dienenden Ring (34) durchragt, der vor dem Stirnende der rohrförmigen Halterung (15) angelenkt ist

6/%
#121