Joysticks als vielseitige Bedienelemente

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Eine Variante der Federrückstellung ist die zentrale Federrückstellung. Dabei wird durch eine einzelne Spiralfeder der Steuerknüppelhebel in die Mittellage zurückgebracht. Die Rückstellkraft ist in alle Richtungen gleich. Diese Art der Federrückstellung wird meist bei größeren Steuerhebeln verwendet, da mit dieser Konstruktion relativ hohe Rückstellkräfte realisierbar sind.

Die dezentrale Federrückstellmechanik befindet sich direkt an den Stellachsen. Zu diesem Zweck werden Zugfedern eingesetzt. Die Federkraft wird mittels Mitnehmerbügel auf den Steuerknüppel übertragen. Grundsätzlich ist hier eine Vorzugsrichtung spürbar, d.h. in reiner Links-/Rechts- und Vor-/Zurück-Richtung ist die Rückstellkraft geringer, da nur eine Feder gespannt ist. Die dezentrale Variante ist weniger anfällig gegen mechanische Einwirkung als die zentrale Rückstellung. Bei Überlastung des äußeren Auslenkungsbereiches kann sich zwar der Steuerknüppel verbiegen, was aber eher eine optische Beeinträchtigung zur Folge hat. Bei der zentralen Rückstellung wird in der Regel auch die Federmechanik in Mitleidenschaft gezogen.

Das Gegenteil der Rückstellmechanik ist die Reibungsbremse. Diese bewirkt, dass der Steuerknüppel in der jeweiligen Auslenkposition verbleibt, wenn der Bediener ihn loslässt. Möglich ist auch eine Kombination von Rückstellmechanik und Reibungsbremse auf je einer Achse.

Kulissenführung als Begrenzung des Auslenkbereiches

Als Kulissenführung bezeichnet man den vorgesehenen Bewegungsbereich des Steuerknüppels. Dazu ist eine bestimmte Öffnung in der Frontplatte ausgespart, aus der der Steuerhebel herausragt. Den Varianten sind kaum Grenzen gesetzt; so gehören runde, rechteckige, X-förmige, kreuzförmige oder geradlinige (nur X-/nur-Y-Achse) Geometrien zu den Standardtypen. Grundsätzlich bestimmt die vorgesehene Steuerung die Kulissenführung. So zum Beispiel empfiehlt sich bei einer Fahrantriebssteuerung eine Rautenform. Durch diese kann bei Vollgas-Stellung, also bis zum Anschlag nach vorn, kein plötzlicher Lenkeinschlag, also nach rechts oder links, erfolgen.

Größenklassen vom Daumen bis zur ganzen Hand

Das wohl wesentlichste Auswahlkriterium für einen Joystick ist dessen Bauform. Man unterscheidet hier zwischen Daumenjoysticks (Thumbsticks), Fingerjoysticks und Handjoysticks. Ihre rein physische Größe bestimmt das grundsätzliche Betätigungsgefühl. So kommt bei einem vergleichsweise kleinen Joystick ein Finger zum Einsatz; für die Bedienung einer größeren Version ist der zusätzliche Einsatz von Schulter-, Arm- und Handgelenk gefragt.

Der Daumenjoystick wird entsprechend der Bezeichnung meist mit dem Daumen bedient. Damit zählt er zu den Miniaturjoysticks. Er findet Verwendung in Gehäusen und Frontplatten kleiner Geräte. Meist liegt er als zweiachsige Version mit Tasterfunktion vor. Ein Einsatzbeispiel sind industrielle Handheld-Tastaturen. Nicht als solcher erkennbar ist er auch in Silikontastaturen als so genannter Mousebutton integriert.

Der mit mehreren Fingern zu betätigende Joystick hat eine Höhe von 40 bis 100 mm. Der Steuerhebel kann über drei Achsen betätigt werden. Bis zu drei Tasten im Knauf ergänzen den Joystick um weitere Funktionen. Vorgesehen sind Fingerjoysticks für Präzisionssteuerungen; als Beispiele mögen die Medizin- und Labortechnik, die Laserschweißtechnik oder die Videosteuerung dienen.

Die komplexeste Version sind Handjoysticks. Zur Bedienung umfasst die gesamte Hand den Knauf. Dieser kann eine Vielzahl weiterer Bedienelemente wie Daumenwippen, Schalter, Taster und sogar einen weiteren Thumbstick enthalten. Steuerknüppel dieser Größe benötigen eine erhöhte Einbautiefe. Sie kommen vor allem in der Steuerung von Verkehrsmitteln, Förder- und Hebezeugen oder in der Wehrtechnik zum Einsatz.

Eine Sonderform des Joysticks stellen gravimetrische Sensoren dar. Mit diesen auf dem bekannten „Wii“-Prinzip beruhenden Bauelementen lassen sich Handgeräte entwickeln, die frei im Raum bewegt werden. Man unterscheidet die Bewegungstypen in Winkelveränderung, Rotation und Beschleunigung. In heutigen Sensoren wird eine Kombination aus diesen Bewegungstypen über mehrere (bis zu drei) Achsen realisiert. Konkrete Applikationen sind momentan noch rar. Im Prinzip liegt hier eine Consumer-getriebene Technologie anwendungsfertig für die Industrie vor, die lediglich auf konkreten Bedarf wartet.

Elektromechanische oder berührungslose Variante

Zur Umsetzung der Knüppelauslenkung in analoge elektrische Signale werden elektromechanische (Potentiometer) oder berührungslose Sensoren (Hall-Effekt- oder induktive Sensoren) verwendet. In Einzelfällen werden optoelektronische Impulsgeber mit einem Zählimpuls Ausgang eingesetzt. Zudem können die Geräte mit verschiedenen integrierten digitalen Schnittstellen wie USB oder CAN Bus ausgestattet sein. Welcher Sensortyp mit welchen Applikationsanforderungen zusammenpasst ermitteln die Bedarfsträger und die Anbieter im Dialog.

Manche Applikationen erfordern keine analogen, zur Auslenkung des Knüppels lineare Signale, sondern nur eine einfache schaltende Funktion. Die Bezeichnung dafür ist ‚Switchstick‘. Industrielle Mikroschalter erzeugen über eine mechanische Ankoppelung an die Drehachsen des Joysticks Schaltsignale.

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Die Qual der Wahl

Joysticks sind als Ready-to-use-Standardversionen weit verbreitet. Die meisten Distributoren von Bauelementen bieten eine breite Palette an anwendungsbereiten Modellen. Für Integratoren in der Automation ist eine eingehende Beratung empfohlen; zu komplex sind die verschiedenen Features und deren Zusammenwirkung bei Joysticks. Anbieter und Fachunternehmen wie Megatron oder GETT bieten neben Fertigprodukten und einer intensiven Beratung auch kundenspezifische Anpassungen. So lassen sich vollkommen individualisierte Joysticks konzipieren und fertigen.

Tabelle 1 vermittelt einen Überblick über die Basiskriterien bei der Auswahl eines Joysticks.

Der Beitrag entstand mit freundlicher Unterstützung der MEGATRON Elektronik GmbH & Co. KG.

* André Zeidler ist Leiter Produktmarketing bei GETT Gerätetechnik in Treuen.

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