Grundlegendes Funktionsprinzip und Anwendungen elektronischer Steuergriffe

Elektronische Steuergriffe sind Eingabegeräte, die mechanische Bewegungen des Bedieners in elektronische Signale umwandeln und so eine präzise Gerätesteuerung ermöglichen. Diese Geräte finden breite Anwendung in Baumaschinen, medizinischen Geräten, der industriellen Automatisierung und anderen Bereichen.

Elektronische Steuergriffe bestehen strukturell hauptsächlich aus vier Teilen: Joystick-Mechanismus, Signalerfassungsmodul, Signalverarbeitungsschaltung und Ausgangsschnittstelle. Der Joystick ist mehrachsig aufgebaut, typischerweise mit zwei bis vier Bewegungsachsen, und verfügt über einen Federrückstellmechanismus zur automatischen Zentrierung. Zur Signalerfassung kommen hauptsächlich drei technische Lösungen zum Einsatz: Potentiometer erfassen die Auslenkung durch Widerstandsänderungen, Hall-Effekt-Sensoren geben analoge Signale über Magnetfeldschwankungen aus, während optische Encoder digitale Signale über Gitterscheiben ausgeben. Die Signalverarbeitungsschaltung übernimmt Funktionen wie die Analog-Digital-Wandlung und die digitale Filterung von Rohsignalen mit programmierbaren Totzoneneinstellungen. Die Ausgangsschnittstellen unterstützen verschiedene Formen, darunter analoge Ausgänge mit 0–5 V oder 4–20 mA sowie digitale Schnittstellen wie CAN-Bus, RS485 und USB. Neue Modelle unterstützen auch drahtlose Übertragung wie Bluetooth und Wi-Fi 6E.

Elektronische Steuergriffe wandeln die Joystick-Auslenkung zunächst in elektrische Signale um. Drückt der Bediener den Griff, steuert die X/Y-Achsen-Auslenkung Sensoren an, die entsprechende elektrische Signale erzeugen. Industrietaugliche Griffe verfügen typischerweise über einen Winkelerfassungsbereich von ±30°. Anschließend verarbeitet die Signalaufbereitungsschaltung die Rohsignale durch Verstärkung, nichtlineare Kompensation und Temperaturdriftkompensation. Die endgültige Steuersignalausgabe erreicht eine hohe Auflösung von 12–16 Bit, wobei die digitale Bildwiederholfrequenz je nach Anwendungsanforderungen zwischen 100 Hz und 1 kHz einstellbar ist.

Die technischen Spezifikationen von elektronischen Steuergriffen in Industriequalität weisen in der Regel eine Wiederholgenauigkeit von 0,5 % des Skalenendwerts, eine Linearität von 1 % und eine Lebensdauer von bis zu 500.000 Zyklen auf, sind IP54-geschützt und bieten einen Betriebstemperaturbereich von -20 °C bis 70 °C. Präzisionsgriffe bieten eine überlegene Leistung mit einer Wiederholgenauigkeit von 0,1 % des Skalenendwerts, einer Linearität von 0,3 % des Skalenendwerts, einer Lebensdauer von 1.000.000 Zyklen, Schutzart IP67 und einem erweiterten Betriebstemperaturbereich von -40 °C bis 85 °C.

Elektronische Steuergriffe finden in vielen Bereichen Anwendung. In Baumaschinen kommen sie in Mehrwegeventil-Steuerungen von Baggern und Momentbegrenzungssystemen von Kränen zum Einsatz. Medizinische Anwendungen umfassen Hauptsteuerungen für Operationsroboter und elektrische Steuerungssysteme für Krankenhausbetten. Industrielle Automatisierungsanwendungen finden sich in Navigationssteuerungssystemen für fahrerlose Transportfahrzeuge (FTF) und Programmierhandgeräten für Industrieroboter.

Die Technologie elektronischer Steuergriffe entwickelt sich derzeit hin zu multimodalem Feedback, intelligenter Erkennung und vernetzter Steuerung. Produkte der neuen Generation verfügen über Force-Feedback- und haptische Vibrationsalarmfunktionen, führen Gestenerkennungs- und Bedieneridentifikationstechnologien ein und unterstützen 5G-Fernsteuerung sowie die Integration des industriellen IoT. Mit dem Voranschreiten von Industrie 4.0 werden elektronische Steuergriffe eine immer wichtigere Rolle in der Mensch-Maschine-Interaktion spielen. Bei der Auswahl elektronischer Steuergriffe empfiehlt es sich, auf wichtige Leistungsparameter wie Abtastrate, Entstörungsfähigkeit und Umgebungsanpassungsfähigkeit zu achten.