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Die Erfindung betrifft eine manuell bedienbare Steuervorrichtung zum Ansteuern bewegbarer Elemente eines Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 11.
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Fahrzeuge, die mit mehreren bewegbaren Elementen im Sinne von Funktionsbauteilen oder -baugruppen ausgestattet sind, verfügen herkömmlicherweise über Steuerelemente zur Ansteuerung dieser bewegbaren Elemente. Als Beispiele für solche Fahrzeuge seien hier ein Gabelstapler, ein Traktor oder auch ein Bagger als Aushubmaschine genannt, wie er bekanntermaßen für Erdaushubarbeiten verwendet wird. Dieser Bagger verfügt (siehe auch 2a und 2b) zum Beispiel über vier bewegbare Elemente: eine Fahrzeugkabine, die nach links und nach rechts verschwenkbar ist, ein an der Fahrzeugkabine verschwenkbar angeordneter erster Auslegerarm, ein am ersten Auslegerarm verschwenkbar angeordneter zweiter Auslegerarm, und schließlich eine am zweiten Auslegerarm verschwenkbar angeordnete Baggerschaufel. Die letztgenannten drei Elemente sind bevorzugt nach oben und nach unten verschwenkbar angeordnet. Es sind also insgesamt pro Element zwei verschieden gerichtete Bewegungen möglich, also insgesamt acht.
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Zur Ansteuerung von bewegbaren Elementen bzw. deren Bewegungsfunktionen sind aus dem Stand der Technik sogenannte Joysticks oder auch Steuerknüppel bekannt, welche einem Gangschalthebel aus dem PKW ähneln und vom Benutzer des Fahrzeugs, beispielsweise des Baggers (Baggerführer) manuell bedienbar innerhalb der Fahrzeugkabine angeordnet sind. Diese sind von einer Ausgangsstellung nach links und nach rechts sowie nach vorne und nach hinten verschwenkbar angeordnet. Wenn der Baggerführer sowohl mit der linken Hand als auch mit der rechten Hand jeweils einen Joystick bedienen kann, sind also insgesamt acht verschiedene Start- oder Eingangsbewegungen realisierbar, welche anschließend mittels einer geeigneten Steuereinrichtung, welche im Folgenden noch näher erläutert wird, in die oben erläuterten acht Ausgangsbewegungen des Baggers übertragbar sind. Die Norm ISO 10968 befasst sich zum Beispiel mit der Zuordnung der Eingangsbewegungen bzw. Grundfunktionen des Steuerknüppels zu den Ausgangsbewegungen bzw. Maschinenfunktionen des Baggers. Dieser Norm sind auch die Abbildungen gemäß den 2a und 2b entnommen.
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DE 42 07 914 C2 zeigt ein Steuerelement, welches zur Ansteuerung eines mehrachsigen Gerätes geeignet ist und hierfür mehrere Freiheitsgrade aufweist. Ein oberer Teil und ein unterer Teil einer Armlehne sind zueinander verschiebbar. An einem vorderen Ende der Armlehne ist ein Handgriff angeordnet, welcher um zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar ist.
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EP 2 759 473 A1 zeigt einen Steuerknüppel einer Helikopterschaltung, der eine funktionell rotatorisch zu bedienende Steuerfunktion mittels eines mehrteiligen Ringelementes wiedergibt.
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DE 10 2009 006 137 A1 zeigt Steuerkomponenten, die in der Armlehne eines Bedienersitzes integriert sind. Bedienelemente eignen sich zum Einsatz in Teleskopladern, Packladern, Radladern, Ladekränen oder Forstmaschinen.
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ISO 10968, Earth-moving machinery - Operator's controls. 2"a ed. 2004-10-15, Reference number Iso 10968:2004(E); 20 S. zeigt keine konkreteren Ausformulierungen und Darstellungen von Steuerelementen.
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US 6 042 555 A befasst sich mit einem Handgriff, welcher drei Freiheitsgrade aufweist. Dieser Handgriff wird zusammen mit einem Kraftrückmeldesystem verwendet, wobei über ihn Kräfte auf die den Handgriff benutzende Person übertragen werden können.
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US 2004 / 0 129 488 A1 zeigt ein Bedienelement mit Knöpfen.
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Das Problem bei den herkömmlichen Joysticks ist, dass die Bewegung, die der Fahrzeugführer, wie etwa ein Baggerführer, zur Ausübung der Grundfunktionen des Joysticks durchführen muss, immer auch zu einem beträchtlichen Teil aus der Schulter heraus ausgeübt wird. Dies kann bei mehrstündigen Schichten, wie sie auf Baustellen, der Feldarbeit oder dergleichen üblich sind, zu Überbeanspruchung, Ermüdungen, Missempfinden und Schmerzen vor allem in der Schulter des Benutzers des Fahrzeugs führen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, die herkömmlichen Steuervorrichtungen soweit weiterzuentwickeln, dass damit ein weitgehend ermüdungs- und schmerzfreies Arbeiten möglich ist.
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Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und den Merkmalen des Patentanspruches 11.
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Erfindungsgemäße Steuervorrichtungen können Steuerschlitten, Steuerhebelelemente und/oder Steuerknüppel umfassen.
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Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass ein manuell bedienbarer Steuerschlitten zum Ansteuern bewegbarer Elemente eines Fahrzeugs, vorzugsweise einer Aushubmaschine, angeordnet ist, mit einem einen oberen Teil einer Armlehne einer Fahrzeugkabine des Fahrzeugs ausbildenden Schlittenelement, welches gegenüber einem unteren Teil der Armlehne in Längsrichtung der Fahrzeugkabine und gegenüber der Fahrzeugkabine nach vorne und nach hinten verschieblich gelagert ist, einem mit einem ersten Ende des Schlittenelements starr verbundenen Außenringelement und einem innerhalb des Außenringelements drehbar angeordneten Innenringelement, wobei mittels mindestens eines mit dem Innenringelement in Wirkkontakt stehenden ersten Detektionselements mittels Drehbewegungen des Innenringelements mindestens ein erstes Signal generierbar ist. Das Innenringelement (7) ist frei von einem Griffstabelement.
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Zur Erhöhung des Bedienkomforts ist es vorteilhaft, wenn das Außenringelement sich in Breitenrichtung und Höhenrichtung oder Längsrichtung und Höhenrichtung der Fahrzeugkabine erstreckend angeordnet ist. So wird ermöglicht, dass der Fahrer das Außenringelement bequem greifen und im Sinne der Erfindung bedienen kann. Es ist das Außenringelement gegenüber dem Schlittenelement von einer ersten Position in eine zweite Position umbaubar, wobei ersteres sich in der ersten Position in Längsrichtung und in der zweiten Position in Breitenrichtung der Fahrzeugkabine erstreckt.
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Das erste Signal ist hierbei bevorzugt ein elektrisches Signal und gleichzeitig ein Eingangssignal für eine nachfolgend näher beschriebene Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit.
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Beim erfindungsgemäßen manuellen Steuerschlitten kann also mittels einer Drehung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement durch das erste Detektionselement mindestens ein erstes Signal generiert werden, wobei bevorzugt das erste Detektionselement geeignet ist, zwischen der Drehung im Uhrzeigersinn und der Drehung gegen den Uhrzeigersinn zu unterscheiden, so dass insgesamt zwei erste Signale generierbar sind.
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Diese Drehung ist für den Fahrzeugführer äußerst ergonomisch mit der Hand aus dem Handgelenk heraus ausführbar, so dass die Schulter hier komplett entlastet wird und die oben beschriebenen Nachteile überwunden werden.
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Im Sinne der Erfindung wird zwischen den Begriffen Verschwenkung und (Ver-)Drehung insofern unterschieden, als dass eine Verschwenkung eine Rotationsbewegung um eine Achse darstellt, die entweder außerhalb oder an einem Ende des verschwenkten Körpers liegt. Im Gegensatz dazu ist eine Drehung eine Rotationsbewegung um eine Achse, die im Wesentlichen in der geometrischen Mitte bzw. im Zentrum des verschwenkten Körpers liegt.
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Vorteilhaft ist hierbei mittels eines mit dem Außenringelement und/ oder dem Schlittenelement in Wirkkontakt stehenden zweiten Detektionselements mittels Verschiebebewegungen des Schlittenelements in die Längsrichtung der Fahrzeugkabine mindestens ein zweites Signal generierbar.
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Es versteht sich, dass eine Verschiebung des Schlittenelements auch immer eine Verschiebung des Außenringelements darstellt, da beide wie oben beschrieben starr miteinander verbunden sind. Dabei muss das Außenringelement nicht ganz geschlossen sein, sondern kann beispielsweise sich über einen Halbkreis erstreckend ausgebildet sein. Es muss lediglich eine mechanische Führung des Innenringelements gewährleisten. Das Außenringelement führt also eine Translationsbewegung entlang der Längsrichtung der Fahrzeugkabine durch. Dadurch, dass der Baggerführer das Innenringelement greifen und die gesamte Armlehne bewegen kann, entsteht bei ihm das Gefühl, ein Teil der Maschine bzw. des Fahrzeugs zu sein. Gleichzeitig bietet ihm das Schlittenelement die Möglichkeit, seinen Unterarm abzustützen, wodurch die Schulter entlastet wird. So sind die Bewegungen aus der Schulter heraus nicht mehr anstrengend. Gleichzeitig können diese auf ein Minimum reduziert werden.
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Dabei ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, wenn zwischen zwei auf einem Innendurchmesser des Innenringelements angeordneten Anschlussstellen ein Griffstabelement angeordnet ist. Dadurch kann der Bedienkomfort nochmals erhöht werden, da eine bequeme Griffmöglichkeit mittels des Griffstabelements ausgebildet ist, welches mit der Hand umschlossen werden kann. Somit erhält der Fahrzeugführer verstärkt das Gefühl, direkt mit der Maschine verbunden zu sein. Bevorzugt entspricht der Innendurchmesser 12 des Innenringelements einem Wert aus einem Bereich von 15 cm bis 25 cm, weiter bevorzugt einem Wert aus einem Bereich von 17 cm bis 23 cm, meist bevorzugt einem Wert von 20 cm. Bevorzugt entspricht der Durchmesser 13a des Griffstabelements 13 einem Wert aus einem Bereich von 1,5 cm bis 5 cm, weiter bevorzugt einem Wert aus einem Bereich von 2,5 cm bis 3,5 cm, meist bevorzugt einem Wert von 3 cm.
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Vorteilhaft ist es, wenn das erste Detektionselement, das zweite Detektionselement und/ oder das dritte Detektionselement ein magnetischer, optischer oder mechanischer Sensor ist.
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Beispielsweise kann die Drehung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement mittels einer Anordnung aus einem inkrementalen Winkelgeber, einer Lichtquelle und einer Fotodiode bzw. einem Fototransistor erfasst werden. Dabei wird der inkrementale Winkelmesser durch eine Drehscheibe ausgebildet, die in lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Abschnitte unterteilt ist. Mit Hilfe der Lichtquelle und dem Fototransistor werden rechteckige Impulse erzeugt, die gezählt und anschließend angezeigt werden. Zur Unterscheidung von Rechts- und Linkslauf dient ein zweiter, versetzter Kanal auf der Drehscheibe. Die Unterscheidung erfolgt durch eine spezielle Auswertungselektronik.
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Denkbar wäre auch eine Anordnung bestehend aus einer Art Steuerring, der entlang seiner ersten Stirnfläche mit verschiedenen bis zu seiner zweiten Stirnfläche durchgehenden Ausnehmungen versehen ist. Diese sind beispielsweise entlang eines virtuellen Kreises angeordnet. Hinter dem Steuerring ist ein erster Näherungssensor (je nach erfasstem Werkstoff induktiver oder kapazitiver Ausführung) so angeordnet, dass sein Sensorfeld entweder von dem Steuerring oder von einer Ausnehmung desselben abgedeckt wird, so dass dieser entsprechend zwei unterschiedliche Signale generieren kann. Um die Nullstellung des Steuerrings zu ermitteln, kann eine weitere einzelne Ausnehmung an einer anderen Position des Steuerrings und zwar außerhalb des oben beschriebenen virtuellen Kreises angeordnet sein, hinter welcher analog zum ersten Näherungssensor ein zweiter Näherungssensor angeordnet ist, welcher analog zum ersten ebenfalls von dem Steuerring oder von der einzelnen Ausnehmung abgedeckt wird. Ist letzteres der Fall, befindet sich der Steuerring in Grundstellung. Der Steuerring kann nun beispielsweise als Innenringelement ausgebildet sein.
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Eine weitere Möglichkeit wäre es, das Innenringelement mit einem umlaufenden Zahnkranz, also als Zahnrad auszubilden. Mit diesem Zahnrad in Eingriff steht beispielsweise ein zweites am unteren Ende des Außenringelements angeordnetes Zahnrad, das nun bei einer Drehung des ersten Zahnrads sich ebenfalls dreht. Die Drehung des zweiten Zahnrads im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn kann analog zu den beiden oben beschriebenen Möglichkeiten erfasst werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn aus Platzgründen direkt am unteren Ende des Außenringelements keine komplizierten Aufbauten bzw. Sensoranordnungen möglich sind.
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Als weitere Möglichkeit gibt es die Anordnung eines zweiten und eines dritten Zahnrads, welche jeweils fest auf einer Welle befestigt sind, wobei auf der Welle beabstandet zu den Zahnrädern jeweils ein weiteres Drehelement zum Beispiel in Form einer Drehscheibe verbunden ist. Eine Drehung des zweiten und/ oder dritten Zahnrads bewirkt also immer auch eine Drehung der diesen Zahnrädern zugeordneten Wellen. Diese Drehelemente sind nun gegenüber der Welle jeweils mit einem Freilauf versehen, so dass eine Drehung der Welle in eine erste Richtung, zum Beispiel in Uhrzeigersinn für das dem zweiten Zahnrad zugeordnete Drehelement und gegen den Uhrzeigersinn für das dem dritten Zahnrad zugeordnete Drehelement, auf das Drehelement übertragen wird, aber in eine zweite Richtung, also zum Beispiel gegen den Uhrzeigersinn für das dem zweiten Zahnrad zugeordnete Drehelement und in Uhrzeigersinn für das dem dritten Zahnrad zugeordnete Drehelement, nicht übertragen wird. Die Drehung der Drehelemente im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn kann analog zu den beiden oben beschriebenen Möglichkeiten erfasst werden. Die Fehlerquote bei der Erfassung des Vorhandenseins einer Drehbewegung des Innenringelements und der Erfassung deren Richtung kann somit gesenkt werden.
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Eine Linearbewegung des Steuerschlittens könnte beispielsweise dadurch erfasst werden, dass der Schlitten als Gleitschiene als oberer Teil einer Armlehne und der untere Teil der Armlehne als Führungsschiene ausgebildet ist. Ein Näherungssensor kann nun stationär am unteren Teil der Armlehne angeordnet sein. Am oberen sich bewegenden Teil sind entlang einer Verschiebelinie in regelmäßigen oder unregelmäßigen Ausnehmungen angeordnet. Gleitet nun der obere Teil der Armlehne am unteren Teil vorbei, erkennt der Sensor jede Ausnehmung und den dazwischen liegenden Vollkörper und gibt entsprechende Signale (0 oder 1) an die Steuereinheit weiter. Sind die Ausnehmungen entlang der Längsrichtung in unregelmäßigen Abständen angeordnet, kann aufgrund der Zeitdauer zwischen dem Umschalten zwischen den einzelnen Signalen (0 oder 1) des Sensors erkannt werden, um welchen Weg sich der Schlitten gegenüber der Ausgangsstellung bereits nach hinten oder nach vorne verschoben hat. Generell wären mit unregelmäßigen Ausnehmungen auch die Richtungen der Verschiebung detektierbar.
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Weiterhin wäre es möglich, am Schlittenelement bzw. am oberen Teil der Armlehne ein Bauteil anzuordnen, das mittels am unteren Teil der Armlehne in regelmäßigen oder unregelmäßigen Abständen angeordneten Sensoren erfasst werden kann. Diese Möglichkeit würde also analog zur vorher beschriebenen Variante funktionieren.
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Eine einzelne Ausnehmung auf einer anderen Höhe sowie ein weiterer Näherungssensor könnten die Nullstellung bzw. Grundstellung des Schlittens detektieren. Diese Grundstellung könnte dadurch gekennzeichnet sein, dass der Schlitten bzw. der obere Teil der Armlehne von dieser Position aus eine Strecke nach vorne und nach hinten auf dem unteren Teil der Armlehne entlanggleitbar ist, wobei beide Strecken vorteilhaft gleich lang sind. Zusätzlich könnte aus ergonomischen Gesichtspunkten diese Grundstellung so gewählt werden, dass es dem Baggerführer ermöglicht wird, seine Schulter zu entlasten, indem in der Grundstellung der Abstand zwischen Schultergelenk und Armlehne entsprechend gewählt wird, dass zum Beispiel der Oberarm zum Unterarm einen rechten Winkel bilden. Dies kann durch Verstellmöglichkeiten des Sitzes des Fahrzeugführers unterstützt werden.
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Die genannten Detektionselemente bzw. Detektionseinheiten können also bei geeigneter Anordnung sowohl zur Erfassung der Drehung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement als auch zur Erfassung der Verschiebung des Schlittenelements gegenüber der Fahrzeugkabine dienen.
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Zur Weitergabe und Verarbeitung der durch die Eingangsbewegungen erzeugten Signale ist es weiterhin vorteilhaft, wenn eine erste und/ oder eine zweite Übertragungseinrichtung vorgesehen sind, welche das erste und/ oder das zweite Detektionselement und mindestens eine mit dem ersten und/ oder dem zweiten Detektionselement verbundene Steuereinheit zum Empfangen der Signale von den Detektionselementen und/ oder mindestens eines mittels der Steuereinheit über mindestens ein Ausgangssignal ansteuerbares und mit einem der bewegbaren Elemente in Wirkkontakt stehendes Antriebselement umfassen.
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Als Beispiel wird ein Signal, welches das erste Detektionselement aufgrund einer Drehbewegung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement gegen den Uhrzeigersinn generiert, über geeignete Leitungen an eine Steuereinheit als Eingangssignal übertragen. Diese Steuereinheit stellt beispielsweise eine sogenannte SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) dar.
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Eine SPS weist zum Beispiel Eingänge, Ausgänge, ein Betriebssystem und eine Schnittstelle auf, über die das Anwenderprogramm geladen werden kann. Das Anwenderprogramm legt fest, wie die Ausgänge in Abhängigkeit von den Eingängen geschaltet werden sollen. Das Betriebssystem, auch Firmware genannt, stellt sicher, dass dem Anwenderprogramm immer der aktuelle Zustand aller beteiligten Komponenten zur Verfügung steht. Anhand dieser Informationen kann das Anwenderprogramm die Ausgänge so schalten, dass die Maschine in der gewünschten Weise funktioniert.
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Die Detektionseinheiten sind dabei an die Eingänge der SPS geschaltet und übertragen die erläuterten (Eingangs-)Signale an die Steuereinheit. Die Steuereinheit generiert nun jeweils ein entsprechendes Ausgangssignal, welches beispielsweise an einen Aktor übertragen wird. Diese Aktoren sind an den Ausgängen der SPS angeschlossen und stellen die Antriebselemente dar, welche nun den jeweiligen Ausgangssignalen zugeordnete Bewegungen ausführen können. Dieses Antriebselement ist wiederum beispielsweise mit einem bewegbaren Element verbunden, so dass eine Bewegung des Antriebselements immer eine Bewegung des bewegbaren Elements darstellt. Dabei können sowohl die Bewegungen des Antriebselements als auch die Bewegungen des bewegbaren Elements Rotationsbewegungen oder Translationsbewegungen sein.
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Es ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das mindestens eine Antriebselement ein Elektromotor, ein Hydraulikaktor oder ein pneumatischer Aktor ist. Beispielsweise kann als Antriebselement ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder angeordnet sein.
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Weiterhin denkbar ist es, dass mittels der ersten Übertragungseinrichtung die Drehbewegungen des Innenringelements in eine erste und/ oder zweite Richtung in eine Bewegung des ersten oder zweiten Elements des Fahrzeugs in jeweils eine erste und/ oder zweite Richtung übertragbar sind.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es wiederum vorteilhaft, wenn mittels der zweiten Übertragungseinrichtung die Verschiebebewegungen des Schlittenelements in eine erste und/ oder zweite Richtung in eine Bewegung des dritten oder des vierten Elements des Fahrzeugs in jeweils eine erste und/ oder zweite Richtung übertragbar sind.
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Denkbar ist es weiterhin, dass ausgehend von einer Grundstellung das Schlittenelement mittels der Verschiebebewegung in die erste Richtung um maximal 200 mm in Fahrzeuglängsrichtung nach vorne und/ oder mittels der Verschiebebewegung in die zweite Richtung um maximal 200 mm in Fahrzeuglängsrichtung nach hinten verschiebbar ist. Diese Limitierung kann beispielsweise mittels starr an der Fahrzeugkabine und mittels am Steuerschlitten angebrachten Stoppelementen realisiert werden, die bei Erreichen der ersten bzw. zweiten Maximalposition sich kontaktierend ausgebildet sind, mithin also eine weitere Verschiebung des Schlittenelements in die entsprechende Richtung nicht zulassen.
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Die Grundstellung des Schlittenelements könnte beispielsweise dadurch gekennzeichnet sein, dass das Schlittenelement nach vorne und nach hinten entlang der Verschieberichtung im Wesentlichen den gleichen Verschiebeweg aufweist. Der Oberarm ist dabei vorzugsweise senkrecht zu dem Schlittenelement ausgerichtet, da diese Position einer Position entspricht, in der die Schulter entlastet ist und so dem Fahrer am komfortabelsten erscheint.
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Analog dazu ist es denkbar, dass ausgehend von einer Grundstellung das Innenringelement mittels der Drehbewegung in die erste Richtung um maximal 45° in Uhrzeigersinn und/ oder mittels der Drehbewegung in die zweite Richtung um maximal 45° gegen den Uhrzeigersinn verdrehbar ist. Hier können am Außenringelement geeignete Stoppelemente vorgesehen sein, die mit entsprechend ausgebildeten Positionselementen am Innenring bei Erreichen der Maximalpositionen in Eingriff kommen bzw. mit diesen kollidieren und so eine weitere Drehung des Innenringelements in die entsprechende Richtung nicht zulassen.
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Die Grundstellung des Innenringelements könnte beispielsweise durch eine vertikale oder horizontale Anordnung des Griffstabelements definiert sein. Fehlt ein Griffstabelement, könnte die Stellung eines Referenzpunktes, der beispielsweise durch eine Erhebung am Innenringelement dem Fahrer zugänglich ist, die Grundstellung definieren. Beispielsweise könnte diese Erhebung in der Grundstellung am tiefsten Punkt des Innenringelements (in Höhenrichtung der Fahrzeugkabine betrachtet) liegen.
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Beide Limitierungen sind sinnvoll, um dem Fahrer keine ergonomisch bedenklichen Bewegungen zumuten zu müssen, und um die Platzverhältnisse in der Fahrzeugkabine zu berücksichtigen.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn das erste bewegbare Element die Fahrzeugkabine und/ oder das zweite bewegbare Element ein gegenüber dem ersten bewegbaren Element mit einem ersten Ende verschwenkbar angeordneter erster Auslegerarm und/ oder das dritte bewegbare Element ein gegenüber einem zweiten Ende des zweiten bewegbaren Elements mit einem ersten Ende verschwenkbar angeordneter zweiter Auslegerarm und/ oder das vierte bewegbare Element eine gegenüber einem zweiten Ende des dritten bewegbaren Elements verschwenkbar angeordnete Baggerschaufel ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Steuerhebelelement können also gleichzeitig zwei Elemente angesteuert werden, da insgesamt vier verschiedene Eingangsbewegungen (EB) damit erzeugbar sind (Drehbewegung des Innenringelements gegen den Uhrzeigersinn (EB 1) und im Uhrzeigersinn (EB 2), Verschiebung des Schlittenelements in Längsrichtung nach vorne (EB 3) und nach hinten (EB 4). Vorteilhaft ist es also, wenn ein Fahrzeug zwei derartige Steuerhebelelemente aufweist, um die insgesamt acht erforderlichen Eingangsbewegungen ausüben zu können.
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Es wäre allerdings denkbar, dass mittels der Steuereinheit und einem weiteren Bedienelement, das zum Beispiel in Form eines Bedienknopfs am Außenringelement angeordnet ist, eine Signalvariante realisierbar ist. So könnte gemäß dieser Signalvariante zum Beispiel dann, wenn der Bagger über längere Zeit mit seiner Fahrzeugkabine in einer Richtung ausgerichtet arbeiten muss, also dann, wenn die Funktion des Verschwenkens der Fahrzeugkabine über längere Zeit nicht benötigt wird, per Knopfdruck das Ausgangssignal, das ursprünglich dem Antriebselement zugeordnet war, das das Verschwenken der Fahrzeugkabine auslöst, von der Steuereinheit ausgehend verändert werden, so dass die Steuereinheit nunmehr ein anderes Antriebselement, das das Verschwenken eines weiteren bewegbaren Elements, beispielsweise des ersten Auslegerarms, auslöst, mit einem entsprechenden Ausgangssignal ansteuert. Das würde dann Sinn machen, wenn der Fahrer Ermüdungen in einer Hand bemerkt und sozusagen auf die andere Hand umschalten will.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Eingangsbewegungen miteinander kombiniert werden können. Zum Beispiel könnte das Verschieben des Schlittenelements nach vorne bzw. nach hinten kombiniert werden mit dem Drehen des Innenringelements in bzw. gegen den Uhrzeigersinn. Es wäre somit beispielsweise bei einem Bagger bei entsprechender Belegung der Ausgangssignale denkbar, dass ein Verschwenken der Fahrerkabine zum Beispiel nach links kombiniert würde mit einem Einfahren, also einem Verschwenken der Baggerschaufel nach oben; und dass die entsprechende Bewegung des Steuerschlittens einerseits nach hinten erfolgt und gleichzeitig das Innenringelement gegenüber dem Außenringelement gedreht wird.
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Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einem Fahrzeug, vorzugsweise einer Aushubmaschine, umfassend mindestens einen manuell bedienbaren Steuerschlitten zum Ansteuern bewegbarer Elemente des Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1-12.
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Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.
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Es zeigen:
- 1a, 1b in einer Vorderansicht und in einer Seitenansicht einen erfindungsgemäßen Steuerschlitten;
- 2a, 2b Grundfunktionen eines Baggers;
- 3a, 3b, 3c verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerschlitten gemäß 1.
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In 1a und 1b ist ein erfindungsgemäßer Steuerschlitten 1 mit einem Schlittenelement 5 zu sehen, wobei an einem ersten Ende 5a des Schlittenelements 5 ein Außenringelement 6 starr angeordnet ist, welches sich in Breitenrichtung 9b und Höhenrichtung 9c der Fahrzeugkabine 4 erstreckt. Das Schlittenelement 5 bildet den oberen beweglichen Teil 29a einer Armlehne 29, welcher auf einem starr mit der Fahrzeugkabine 4 verbundenen unteren Teil 29b der Armlehne 29 entlanggleitbar ist. Dabei ist das Schlittenelement in Grundstellung 17 gezeigt, wobei sich hier der obere Teil 29a und der untere Teil 29b in einer definierten Relativstellung befinden, die mittels einer nicht gezeigten Anordnung aus Sensor auf dem unteren Teil 29b und detektierbarem Referenzelement auf dem oberen Teil 29a erkannt wird.
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Innerhalb dieses Außenringelements 6 ist ein Innenringelement 7 angeordnet, welches um eine zur Bildebene senkrechte Rotationsachse 28 drehbar gegenüber dem Außenringelement 6 gelagert ist. Zwischen zwei Anschlussstellen 11a, 11b des Innenringelements 7 an dessen Innendurchmesser 12 ist ein Griffstabelement 13 angeordnet, das wie gezeigt von der Hand des Baggerführers umschlossen werden kann.
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Aus Sicht des Baggerführers eine Drehung des Innenringelements 7 gegenüber dem Außenringelement 6 um die Rotationsachse 28 in eine erste Richtung 7a, mithin gegen den Uhrzeigersinn 18b, sowie in eine zweite Richtung 7b, mithin im Uhrzeigersinn 18a möglich. Angedeutet mittels einer eingezeichneten virtuellen Achse ist ebenfalls die Grundstellung 19 des Innenringelements 19 hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Außenringelement 6 in Uhrzeigersinn 18a oder gegen den Uhrzeigersinn 18b, wobei diese Achse bzw. Grundstellung 19 einer Stellung des Griffstabelements 13 in vertikaler Richtung der Fahrzeugkabine 4 entspricht.
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Schematisch dargestellt ist in 1a am oberen Ende des Schlittenelements 5 in der Nähe des Innenringelements 7 ein Detektionselement 14a, das wie erläutert geeignet ist, eine Drehung des Innenringelements 7 gegenüber dem Außenringelement 6 zu erfassen und daraufhin abhängig von der Richtung 7a, 18b bzw. 7b, 18a der Drehung ein Signal bzw. Eingangssignal 22a1, 22a2 zu generieren, das über eine dafür geeignete Leitung 24c an eine Steuereinheit 20a übermittelt wird.
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Ebenfalls schematisch eingezeichnet ist in 1b unterhalb des Schlittenelements 5 ein weiteres Detektionselement 14b, das wie erläutert geeignet ist, eine Verschiebung 6a, 6b des Schlittenelements 5 bzw. des oberen Teils 29a gegenüber dem unteren Teil 29b in Längsrichtung 9a1, 9a2 der Fahrzeugkabine 4 zu erfassen und daraufhin abhängig von der Richtung 9a1, 9a2 ein Signal bzw. Eingangssignal 22b1, 22b2 zu generieren, das über eine dafür geeignete Leitung 24a an die Steuereinheit 20a übermittelt wird.
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Die Steuereinheit 20a generiert daraufhin ein dem Eingangssignal 22b1, 22b2 bzw. 22a1, 22a2 zugeordnetes Ausgangssignal 23c1, 23c2 bzw. 23a1, 23a2, welches wiederum über eine dafür geeignete Leitung 24b bzw. 24d an ein Antriebselement 21c bzw. 21a weitergegeben wird. Dieses Ausgangssignal 23c1, 23c2 bzw. 23a1, 23a2 wird von dem Antriebselement 21c bzw. 21a in eine Bewegung des ganzen oder Teilen des Antriebselements 21c oder 21a umgewandelt, welche wiederum in eine Bewegung 2c1, 2c2 bzw. 2a1, 2a2 des am Antriebselement 21c bzw. 21a angeordneten bewegbaren Elements 2c bzw. 2a resultiert.
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Dabei sind die Zuordnungen der Eingangssignale 22a1, 22a2, 22b1, 22b2 zu den Ausgangssignalen 23a1, 23a2, 23b1 (nicht gezeigt), 23b2 (nicht gezeigt), 23c1, 23c2, 23d1, 23d2 frei wählbar und alleine von der Programmierung der Übertragungseinheit abhängig. Insofern ist hier natürlich eine beispielhafte Zuordnung abgebildet.
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Die 2a und 2b entstammen der Norm ISO 10968, welche sich mit Stellteilen von Erdbaumaschinen befasst, und entsprechen somit dem Stand der Technik, wodurch allerdings eine übersichtliche Darstellung der Grundfunktionen einer Aushubmaschine möglich ist.
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Zu sehen ist aus Sicht eines Baggerführers die Kommandoübersicht in einem Bagger aus dem Stand der Technik, in dem ein mit der linken Hand bedienbarer Joystick 25a und ein mit der rechten Hand bedienbarer Joystick 25b angeordnet sind. Beide Joysticks 25a, 25b können von einer Grundstellung, in der die Mittelachse der Joysticks 25a, 25b senkrecht zur Bildebene angeordnet ist, jeweils nach vorne v bzw. nach hinten h sowie nach links I und nach rechts r verschwenkt werden. Diesen Eingangsbewegungen v, h, I, r sind jeweils Ausgangsbewegungen der am Fahrzeug 3 angeordneten bewegbaren Elemente 2a, 2b, 2c, 2d zugeordnet. Dabei entspricht in diesem Fall das bewegbare Element 2a der Fahrzeugkabine 4, das bewegbare Element 2b dem ersten Auslegerarm 15, das bewegbare Element 2c dem zweiten Auslegerarm 16 und das bewegbare Element 2d der Baggerschaufel 26. Der erste Auslegerarm 15 ist mit seinem ersten Ende 15a verschwenkbar an der Fahrzeugkabine 4 angeordnet, wobei am zweiten Ende 15b des ersten Auslegerarms 15 der zweite Auslegerarm 16 mit einem ersten Ende 16a verschwenkbar angeordnet ist. Am zweiten Ende 16b des zweiten Auslegerarms 16 ist wiederum die Baggerschaufel 26 verschwenkbar angeordnet. Während die Fahrzeugkabine 4 um eine Achse verschwenkbar ist, die parallel zur Höhenrichtung 9c des Fahrzeugs 3 angeordnet ist, sind der erste 15 und der zweite Auslegerarm 16 sowie die Baggerschaufel verschwenkbar um Achsen angeordnet, die senkrecht zur Höhenrichtung 9c des Fahrzeugs 3 angeordnet sind.
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Eine Grundstellung der Fahrzeugkabine 4 entspricht generell der Stellung, in der die Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 parallel zur Längsausdehnung der gezeigten Ketten und mit Blickrichtung des Fahrers in Fortbewegungsrichtung nach vorne angeordnet ist.
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Die folgenden Beschreibungen sind jeweils aus Sicht des Fahrers zu sehen.
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Eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach links I löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2a1 der Fahrzeugkabine 4 nach links und eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach rechts r löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2a2 der Fahrzeugkabine 4 nach rechts aus. Erfolgt eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach vorne v, wird dem zweiten Auslegerarm 16 eine Verschwenkbewegung 2c1 nach vorne von der Fahrzeugkabine 4 weg auferlegt, während bei einer Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach hinten h eine Verschwenkbewegung 2c2 des zweiten Auslegerarms 16 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 4 erfolgt.
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Eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach links I löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2d1 der Baggerschaufel 26 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 4 und eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach rechts r löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2d2 der Baggerschaufel 26 nach vorne von der Fahrzeugkabine 4 weg aus. Erfolgt eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach vorne v, wird dem ersten Auslegerarm 15 eine Verschwenkbewegung 2b2 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 4 auferlegt, während bei einer Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach hinten h eine Verschwenkbewegung 2b1 des ersten Auslegerarms 15 nach vorne von der Fahrzeugkabine 4 weg erfolgt.
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Erfindungsgemäß können beispielsweise die Ausgangsbewegungen 2a1, 2a2, 2b1, 2b2, 2c1, 2c2, 2d1, 2d2 gleich bleiben, während wie beschrieben die dazugehörigen Eingangsbewegungen nicht mehr den beiden Joysticks 25a, 25b, sondern dem erfindungsgemäßen Steuerschlitten 1 zugeordnet sind.
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Die 3a-3c zeigen verschiedene erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Kombination aus Außenringelement 6 und Innenringelement 7, wobei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weder das Schlittenelement 5 noch die Fahrzeugkabine 4 gezeigt sind. In der 3a ist die Variante gezeigt, bei der am Innendurchmesser 12 des Innenringelements 7 zwischen zwei Anschlusspunkten 11a, 11b ein Griffstabelement 13 angeordnet ist. Dabei sind die Anschlusspunkte 11a, 11b bevorzugt so ausgewählt, dass zwischen beiden der maximal mögliche Abstand herrscht, welcher dann dem Wert des Innendurchmessers 12 entspricht. Bevorzugt sind die Längsausdehnung des Griffstabelements 13 und die Längsausdehnung des Innenringelements 7 parallel zueinander angeordnet.
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Diese erste Variante ist dazu geeignet, dass der Baggerführer eine Drehbewegung aus dem Handgelenk bzw. aus dem Ellbogen heraus um die Rotationsachse 28 ausübt, um das Innenringelement 7 gegenüber dem Außenringelement 6 zu drehen. Die Schulter bleibt von dieser Bewegung unberührt.
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Gemäß der Variante aus 3b ist kein Griffstabelement 13 angeordnet, so dass der Baggerführer Außenringelement 6 und Innenringelement 7 umfasst, um entweder beide miteinander zu verschieben, wenn gleichzeitig das Schlittenelement 5 verschoben werden soll, oder um das Innenringelement 7 gegenüber dem Außenringelement 6 zu drehen, indem der Baggerführer gegebenenfalls den Haltedruck auf das Außenringelement 6 entsprechend minimiert. Gezeigt ist hier die Variante, bei der sich das Außenringelement 6 in Höhenrichtung 9c und Breitenrichtung 9b der Fahrzeugkabine 4 erstreckt.
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Die Darstellung gemäß 3c entspricht vom Grundaufbau der Darstellung gemäß 3b; allerdings ist hier die Variante gezeigt, bei der sich das Außenringelement 6 in Höhenrichtung 9c und Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 erstreckt. Auch in diesem Fall können die Zuordnungen der Eingangsbewegungen 7a, 7b des Innenringelements 7 gleich bleiben, da die Bewegungen „im Uhrzeigersinn 18a“ und „gegen den Uhrzeigersinn 18b“ auch bei dieser Anordnung des Außenringelements 6 aus Sicht des Fahrers Gültigkeit haben.
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Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Steuerschlitten
- 2a-2d
- bewegbare Elemente
- 2a1, 2b1, 2c1, 2d1
- erste Bewegungsrichtung
- 2a2, 2b2, 2c2, 2d2
- zweite Bewegungsrichtung
- 3
- Fahrzeug
- 4
- Fahrzeugkabine
- 5
- Schlittenelement
- 5a
- erstes Ende
- 6
- Außenringelement
- 6a, 6b
- Verschiebebewegungen
- 7
- Innenringelement
- 7a, 7b
- Drehbewegungen
- 9a1
- Längsrichtung nach vorne
- 9a2
- Längsrichtung nach hinten
- 9b
- Breitenrichtung
- 9c
- Höhenrichtung
- 10a, 10b
- Übertragungseinrichtungen
- 11a, 11b
- Anschlussstellen
- 12
- Innendurchmesser
- 13
- Griffstabelement
- 13a
- Durchmesser
- 14a, 14b
- Detektionselemente
- 15
- erster Auslegerarm
- 15a, 16a
- erstes Ende
- 15b, 16b
- zweites Ende
- 16
- zweiter Auslegerarm
- 17, 19
- Grundstellung
- 18a
- In Uhrzeigersinn
- 18b
- gegen den Uhrzeigersinn
- 20a
- Steuereinheit
- 21a; 21b; 21c; 21d
- Antriebselemente
- 22a1, 22a2, 22b1,
- 22b2 Eingangssignale
- 23a1, 23a2; 23b1, 23b2; 23c1, 23c2; 23d1, 23d2
- Ausgangssignale
- 24a, 24b, 24c, 24d
- Leitung
- 25a, 25b
- herkömmliche Joysticks
- 26
- Baggerschaufel
- 28
- Rotationsachse
- 29a
- oberer Teil
- 29b
- unterer Teil
- h
- Bewegung nach hinten
- I
- Bewegung nach links
- r
- Bewegung nach rechts
- v
- Bewegung nach vorne
