EP3343311A1 - Bedienhebel mit aktiver rückmeldeeinheit - Google Patents

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EP3343311A1
EP3343311A1 EP17002025.9A EP17002025A EP3343311A1 EP 3343311 A1 EP3343311 A1 EP 3343311A1 EP 17002025 A EP17002025 A EP 17002025A EP 3343311 A1 EP3343311 A1 EP 3343311A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
machine
tracking device
controlling
control lever
deflection
Prior art date
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Granted
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EP17002025.9A
Other languages
English (en)
French (fr)
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EP3343311B1 (de
Inventor
Thomas Neumann
Volker Jahn
Marcus Schinkel
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Fernsteuergeraete Kurt Oelsch GmbH
Original Assignee
Fernsteuergeraete Kurt Oelsch GmbH
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Publication date
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Priority to EP19000407.7A priority patent/EP3614228B1/de
Priority to PL17002025T priority patent/PL3343311T3/pl
Publication of EP3343311A1 publication Critical patent/EP3343311A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3343311B1 publication Critical patent/EP3343311B1/de
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G1/00—Controlling members, e.g. knobs or handles; Assemblies or arrangements thereof; Indicating position of controlling members
    • G05G1/04—Controlling members for hand actuation by pivoting movement, e.g. levers
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05G—CONTROL DEVICES OR SYSTEMS INSOFAR AS CHARACTERISED BY MECHANICAL FEATURES ONLY
    • G05G5/00—Means for preventing, limiting or returning the movements of parts of a control mechanism, e.g. locking controlling member
    • G05G5/03—Means for enhancing the operator's awareness of arrival of the controlling member at a command or datum position; Providing feel, e.g. means for creating a counterforce

Definitions

  • Such hand control transmitters are often used to control heavy machinery. For example, they are used to control cranes, wheel loaders, excavators, forklifts or as a travel controller for rail vehicles and ships. They can be operated like a joystick. Basically, many types of machines that are manually operated can be controlled with a hand control transmitter. Modular design supports the use of a manual control transmitter in many machine control arrangements.
  • the control takes place via the respective angular position of the control shaft, which is connected to the control lever.
  • the angular position can be detected without contact or touch. It is known, for example, to determine the angular position optically by means of a coded disc.
  • the angular position can be e.g. but also electronically via a potentiometer.
  • multi-axis manual control transmitters have at least two non-parallel control shafts, which are driven by a suitable gear.
  • a remote control for controlling vehicles with a shunting device wherein the remote control has an input device and in the degrees of freedom of the mobility of the input device, the degrees of freedom of mobility of the vehicle to be controlled are mapped.
  • the EP 0 671 604 A1 describes a joystick having two potentiometers, which are coupled via a gimbal deflection with a control lever. Each position of the control lever is associated with a corresponding position of the Potentiometerschleifer, so that the tapped to the Potentiometerklemmen voltage values can be fed to an evaluation circuit.
  • a device for converting an at least one-dimensional mechanical deflection into an electrical variable corresponding to this deflection is proposed, in which one end of a sliding contact pair with electrical activation signals is actuated via at least two contact surfaces. The other end of the sliding contact pair is moved over a required resolution for a certain number of parallel conductor tracks. As a result of the displacement of the sliding contact pair, the control signals are forwarded via the contacted printed conductors at the end thereof as evaluation signals.
  • the steering system consists of at least one hydraulic steering cylinder for adjusting the steerable wheels, at least one sensor for determining the Radeinschlagwinkel actual values, at least one electrically actuated hydraulic control valve which controls the pressurization of the steering cylinder with hydraulic fluid and at least one automatic steering signal generator for generating electrical steering signal Setpoint values for the wheel steering angle.
  • the automatically generated steering signal command values and the wheel steering angle actual values are fed to an electronic control and evaluation device.
  • the control and evaluation device determines from the wheel steering angle actual value and the automatically generated steering signal target value in each case an electrical drive signal for the hydraulic control valve.
  • the manual steering steering sensor which consists of a manual Adjusting movement also generates a corresponding electric steering signal setpoint, which is also supplied to the control and evaluation.
  • the control and evaluation device evaluates the manual or the automatic steering signal setpoints.
  • a steering lever "joystick" can be used as a manual steering signal transmitter.
  • the object of the invention is to avoid disadvantages of the prior art and to provide a manual control transmitter for controlling a machine in which the user immediately receives feedback from the manual control transmitter, e.g. in which direction the machine or parts of the machine are controlling.
  • the invention is based on the principle that the control lever of the manual control transmitter assumes the deflected position, which is also assigned to the machine.
  • the control lever is always returned to a control instruction in a relative starting position within the tracking device.
  • the deflected position of the control lever is finally achieved by the tracking device in which the control lever is mounted.
  • This starting position of the control lever is therefore deflected separately.
  • the effect of the control instruction is determined and assigned to a position of the control lever.
  • the speed can be set by operating the manual control transmitter. This defines a setpoint. If the rail vehicle is now the speed has achieved, the control device controls the control lever by a corresponding angle, which is associated with this speed. By the present invention, the user sees immediately which setpoint has been set.
  • An advantageous embodiment of the manual control transmitter according to the invention results from the fact that the drive has a rotor, which tracks the tracking device by an angle ⁇ , which is determined by the associated with the deflection ⁇ machine associated position. This action causes the tracking device to rotate with the control lever at an associated angle with the rotor. This saves space and the respective position of the control lever is easy for the user to capture.
  • the drive of the tracking device has a transmission. Often the drives turn too fast, so the speed can be reduced by a gearbox.
  • the transmission of the drive of the tracking device is provided self-locking. This measure serves to better adapt the deflection of the control lever to the actually performed deflection.
  • a further advantageous embodiment of the invention is that the return mechanism has a damping unit, which generates a damping upon deflection of the control lever.
  • the deflection is damped by means of the damping unit. This is achieved for example via an engine brake.
  • An additional damping motor acts on the lever as needed.
  • the damping motor can also be loaded with braking resistors. It is also possible to actively operate a damping motor, for example, to generate restoring forces, shaking effects or the like as an additional force-feedback element.
  • the damping motor is connected in the present embodiment via a non-self-locking gear with the control lever.
  • the damping unit therefore preferably has a spring, a magnet, an engine brake and / or an active engine brake, which generates the damping. But even a hydraulic and / or pneumatic damping element can be quite advantageously contained in the damping unit.
  • a particular variant of the manual control transmitter according to the invention is that the control lever is pivotally formed in the joint about at least two mutually perpendicular axes, wherein each axis is associated with at least one damping unit.
  • This advantageous measure causes the control lever of the manual control transmitter has more degrees of freedom.
  • This plurality of degrees of freedom makes it possible to control a machine more complexly.
  • one deflection for the speed and the other deflection for the steering of a vehicle can be used.
  • a further advantageous embodiment of the manual control transmitter according to the invention is that the machine is designed as a mobile machine, in particular as a rail vehicle, a wheel loader or a crane.
  • these manual control are particularly useful. When working with these vehicles, users can quickly determine which steering position the wheels have, for example.
  • Fig. 1 10 shows the basic diagram of a manual control transmitter 12 according to the invention.
  • the hand control transmitter 12 is for controlling a machine such as a wheel loader.
  • the manual control transmitter 12 has an assembly platform 14.
  • tracking device 16 is provided with a housing 18.
  • the housing 18 may be formed, for example, tubular or spherical.
  • the tracking device 16 is movably provided on the mounting platform 17. In the present embodiment, a rotational movement of the tracking device 16 is provided.
  • a control unit 19 In the housing 18 of the tracking device 16, a control unit 19 is provided.
  • the control unit 19 has a control shaft 20, which is mounted pivotably about an axis 22.
  • the rotatably or pivotably mounted control shaft 20 forms a joint 23 for a control lever 24.
  • the control lever 24 is provided on the control shaft 20 of the control unit 19 with a control knob 26.
  • the control lever 24 protrudes with its control knob 26 out of an opening 27 of the housing 18.
  • the opening 27 is configured in the housing 18 such that the control lever 24 can be deflected relative to the housing 18.
  • the deflection ⁇ or the respective position which the control lever 24 experiences by a user for operating or controlling the machine is detected by a guide transmitter 28.
  • the angle ⁇ of the deflection is also referred to below as the guide angle ⁇ .
  • the guide transmitter 28 generates an angle signal which corresponds to a respective deflection of the control lever 24 about the axis 22.
  • a return mechanism 30 always guides the control lever 24 back into its starting position 32 in the housing 18 of the tracking device 16 without the application of force. However, the position may change relative to the mounting platform 14, as long as the tracking device 16 changes its position.
  • the tracking device 16 is formed with an actuator 34.
  • the tracking device 16 further includes a motor drive 36, which controls a rotor 40 with a gear 38.
  • the motor drive 36 is preferably designed as a DC motor.
  • An angle sensor 42 controls the motor drive so that the rotor 40 rotates relative to the mounting platform 14 by an angle ⁇ .
  • the rotor 40 changes its relative angular position to the mounting platform 14.
  • the control unit 19 is integrated.
  • As feedback angle of the angle ⁇ of the rotor 40 is referred to, which is measured in relation to the mounting platform.
  • the actuator 34 has a self-locking property, so that the position of the rotor 40 can not be changed by the force of the control lever 24.
  • Fig. 2 the manual control transmitter 12 is shown in a neutral deflection.
  • the manual control transmitter 12 is in this embodiment for a wheel loader 44 as Machine trained.
  • the wheel loader 44 is shown schematically via its drive axles 46.
  • Both the guide angle ⁇ of the deflection of the control lever 24 with the control shaft 20 about the axis 22, and the remindmeldewinkel ⁇ of the rotor 40 of the tracking device 16 are in a neutral steering position. Therefore, all wheels, front wheels 50 and rear wheels 52 are straight. In dashed form, however, two possible deflections of the control lever 24 are shown.
  • the wheel loader 44 As soon as the control lever 24 is deflected by a guide angle ⁇ (dashed position), the wheel loader 44, as in Fig. 3 to see the steering axis 48 steered by a steering angle ⁇ .
  • a control device 57 performs the tracking device 16 of the manual control transmitter 12 according to this feedback angle ⁇ , so that the feedback angle ⁇ again corresponds to the steering angle ⁇ .
  • the tracking device 16 is rotated about an assigned position, which is defined by the steering angle ⁇ or remindmeldewinkel ⁇ .
  • the deflection of the control lever 24 by the guide angle ⁇ is detected by the guide transmitter 28.
  • the guide transmitter 28 now generates a signal associated with this guide angle ⁇ .
  • This signal receives an evaluation and processing unit 53, which controls a steering hydraulic, not shown, for the control of the wheel loader 44.
  • This steering movement of the wheel loader 44 is measured by an angle encoder 59.
  • the measured steering angle ⁇ is used as a measurement signal for controlling the motor drive 36.
  • the motor drive 36 then leads the rotor 40 by the corresponding feedback angle ⁇ .
  • the control lever 24 is then returned to its relative home position 32 in the housing 18 attenuated.
  • the return mechanism 30 is provided for the control lever 24.
  • Springing elements 54 return the control lever 24 in the housing 18 of the tracking device 16 to the starting position 32.
  • the starting position 32 is centered if possible.
  • 58 turns into a damping unit denotes which reduces a possible overshoot after actuation of the control lever 24.
  • the return of the control lever 24 to its starting position 32 is therefore attenuated by the damping unit 58.
  • Such a damping effect for preventing the overshoot of the control lever 24 can be achieved for example via damping elements 56, such as magnets. Alternatively, this damping can also take place via an active motor damping, which is not shown in this embodiment.
  • Fig. 3 the hand control transmitter 12 is shown in the deflected position. As far as the Fig. 3 Like the previous figures, the same reference numerals are used.
  • the manual control transmitter 12 is also formed in this embodiment for the wheel loader 44 as a machine.
  • the wheel loader 44 is analogous to Fig. 2 again stylistically represented via its drive axles 46. In the middle of the wheel loader 44 is the steering axis 48.
  • the control lever 24 is in its starting position 32.
  • Opposite the Fig. 2 is the remindmeldewinkel ⁇ of the rotor 40 of the tracking device 16 is adjusted by an angle ⁇ . Therefore, the front wheels 50 are aligned with this angle ⁇ steered as described above.
  • the controller 57 has controlled the tracking device 16 to the desired position corresponding to the steering position of the wheel loader.
  • the return mechanism 30 is provided for the control lever 24.
  • the resilient elements 54 return the control lever 24 in the housing 18 of the tracking device 16 to the starting position 32.
  • the starting position 32 is centered if possible.
  • the return of the control lever 24 to its starting position 32 is attenuated by the damping unit 58 in order to reduce a possible overshoot of the control lever 24 as far as possible.
  • the damping can also be done via an active motor damping, which is not shown in this embodiment.
  • the operator Based on Fig. 4 the mode of operation should be described.
  • the operator generates by deflecting the control lever 24 by the guide angle a corresponding Control signal.
  • the guide angle ⁇ is detected by the guide transmitter 28.
  • the guide transmitter 28 now generates a signal associated with this guide angle ⁇ .
  • This signal receives an evaluation and processing unit 53, which drives a steering hydraulic unit, not shown, 60 for the control of the wheel loader 44.
  • This steering movement or the steering angle ⁇ of a buckling joint of the wheel loader 44 is detected by the angle sensor 59.
  • the measured steering angle ⁇ is used as a measurement signal for controlling the motor drive 36.
  • the actual value for the feedback angle ⁇ and the setpoint, which is formed by the steering angle ⁇ of the wheel loader, go into the control.
  • the motor drive 36 then performs the rotor 40 by the corresponding feedback angle ⁇ .
  • the control lever 24 is then returned to its relative home position 32 in the housing 18 attenuated.
  • the operator can by means of the spring-centered control lever 24 at any time and independently of the steering angle ⁇ and rubmeldewinkel ⁇ control the steering hydraulics in both directions.
  • the guide angle ⁇ is detected and serves a setpoint specification of the steering speed and direction.
  • the deflection is attenuated by means of the damping unit 58. This is achieved for example via an engine brake.
  • An additional damping motor (not shown here) then acts on the lever.
  • the damping motor can be loaded with braking resistors.
  • damping motor for example, to generate counterforce, restoring forces, shaking effects or the like as an additional force feedback element.
  • the damping motor is connected in the present embodiment via a non-self-locking gear with the control lever 24. This ensures that in case of failure of the damping motor, the control lever 24 is returned by means of spring return to its relative center position. In this case the haptics change, but the functionality of detecting the guide angle ⁇ is still given.
  • the tracking device 16 tracks the entire control unit 19 with the control lever 24 to the actual steering angle ⁇ .
  • the self-locking motor actuator 34 receives a signal proportional to the steering angle ⁇ , compares it with its own feedback angle ⁇ and tracks the control unit 19 until the feedback angle ⁇ is equal to the steering angle ⁇ .
  • the joystick lever In a stationary position (not deflected by the operator), the joystick lever displays the actual steering angle ⁇ of the wheel loader via the feedback angle ⁇ to the operator.
  • the control lever 24 In a de-energized state, the control lever 24 remains in its state and thus indicates the last detected steering angle ⁇ .

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44), welche eine Montageplattform (14) umfasst, auf der eine Nachführvorrichtung (16) mit Rahmen und/oder Gehäuse (18) angeordnet ist. Ein Steuerhebel (24) ist schwenkbar in einem Gelenk um eine Achse (22) gelagert, wobei das Gelenk (23) in dem Rahmen und/oder Gehäuse (18) der Nachführvorrichtung (16) vorgesehen ist. Ein Führungsgeber (28) erfasst die Auslenkung (É) des Steuerhebels (24) und erzeugt ein der Auslenkung (É) zugeordnetes Signal. Das Signal wird von einer Auswerte- und Verarbeitungseinheit (53) verarbeitet und die Maschine entsprechend der Auslenkung (É) ansteuert. Ein Rückholmechanismus (30) führt den Steuerhebel (24) in eine Ausgangsposition (32) in dem Rahmen und/oder Gehäuse (18) der Nachführvorrichtung (16) zurück.

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft einen Handsteuergeber zur Steuerung einer Maschine, enthaltend
    1. a) eine Montageplattform,
    2. b) eine Nachführvorrichtung mit Rahmen und/oder Gehäuse, welche beweglich auf der Montageplattform angeordnet ist,
    3. c) einen Steuerhebel, welcher in einem Gelenk um eine Achse schwenkbar gelagert ist, wobei das Gelenk in dem Rahmen und/oder Gehäuse der Nachführvorrichtung vorgesehen ist,
    4. d) einen Führungsgeber, welcher die Auslenkung ω des Steuerhebels erfasst und ein der Auslenkung w zugeordnetes Signal erzeugt,
    5. e) eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit, welche das Signal von dem Führungsgeber verarbeitet und die Maschine entsprechend der Auslenkung ω ansteuert,
    6. f) einen Rückholmechanismus, welcher den Steuerhebel in eine Ausgangsposition in dem Rahmen und/oder Gehäuse der Nachführvorrichtung zurückführt.
    Beschreibung
  • Solche Handsteuergeber werden häufig zur Steuerung von schweren Maschinen eingesetzt. Beispielsweise werden sie zur Steuerung von Kränen, Radladern, Baggern, Gabelstaplern oder als Fahrtenregler für Schienenfahrzeuge und Schiffe eingesetzt. Sie lassen sich wie ein Joystick bedienen. Grundsätzlich lassen sich viele Arten von Maschinen, die manuell bedient werden, mit einem Handsteuergeber steuern. Modulare Bauweise unterstützt die Verwendung eines Handsteuergebers in vielen Anordnungen für Maschinensteuerungen.
  • Die Steuerung erfolgt über die jeweilige Winkellage der Steuerwelle, die mit dem Steuerhebel verbunden ist. Die Winkellage lässt sich dabei berührungslos oder auch berührungsbehaftet erfassen. Es ist bekannt, die Winkellage beispielsweise optisch mittels einer kodierten Scheibe zu ermitteln. Die Winkellage lässt sich z.B. aber auch über ein Potentiometer elektronisch ermitteln.
  • Es gibt Handsteuergeber, die nur über eine Achse betrieben werden. Aber auch mehrachsige Handsteuergeber werden verwendet. Die mehrachsigen Handsteuergeber verfügen dementsprechend über mindestens zwei nicht-parallele Steuerwellen, die über ein geeignetes Getriebe angetrieben werden.
    • Stand der Technik
  • Aus der DE 20 2010 000 176 ist eine Fernbedienung zur Steuerung von Fahrzeugen mit einer Rangiervorrichtung bekannt, wobei die Fernbedienung ein Eingabegerät aufweist und in den Freiheitsgraden der Beweglichkeit des Eingabegerätes die Freiheitsgrade der Beweglichkeit des zu steuernden Fahrzeugs abgebildet sind.
  • Die EP 0 671 604 A1 beschreibt einen Joystick, der zwei Potentiometer aufweist, die über eine kardanische Umlenkung mit einem Steuerhebel verkoppelt sind. Jeder Position des Steuerhebels ist eine dementsprechende Stellung der Potentiometerschleifer zugeordnet, so dass die an den Potentiometerklemmen abgegriffenen Spannungswerte einer Auswerteschaltung zugeführt werden können. Dort wird eine Vorrichtung zur Umwandlung einer mindestens eindimensionalen mechanischen Auslenkung in eine dieser Auslenkung entsprechende elektrische Größe vorgeschlagen, bei der über wenigstens zwei Kontaktflächen ein Ende eines Schleifkontaktpaares mit elektrischen Ansteuersignalen angesteuert wird. Das andere Ende des Schleifkontaktpaares wird über eine für eine bestimmte Auflösung erforderliche Anzahl von parallel geführten Leiterbahnen verschoben. Durch die Verschiebung des Schleifkontaktpaares werden die Ansteuersignale über die kontaktierten Leiterbahnen an deren Ende als Auswertesignale weitergeleitet.
  • In der EP 0856 453 A2 wird ein elektrohydraulisches Lenksystem für Fahrzeuge, das eine manuelle Lenkung und eine automatische Lenkung (Autopilot) aufweist, welche über einen Schalter aktivierbar ist, beschrieben. Das Lenksystem besteht mindestens aus einem hydraulischen Lenkzylinder zur Verstellung der lenkbaren Räder, mindestens einem Sensor zur Ermittlung jeweils der Radeinschlagwinkel-Istwerte, mindestens einem elektrisch betätigbaren hydraulischen Steuerventil, welches die Beaufschlagung des Lenkzylinders mit Hydraulikflüssigkeit regelt und mindestens einem automatischen Lenksignalgeber zur Erzeugung von elektrischen Lenksignal-Sollwerten für die Radeinschlagwinkel. Dabei sind jeweils die automatisch erzeugten Lenksignal-Sollwerte und die Radeinschlagwinkel-Istwerte einer elektronischen Steuer- und Auswerteeinrichtung zugeführt. Die Steuer- und Auswerteeinrichtung ermittelt aus dem von Radeinschlagwinkel-Istwert und dem automatisch erzeugten Lenksignal-Sollwert jeweils ein elektrisches Ansteuersignal für das hydraulische Steuerventil. Für die manuelle Lenkung ist Lenksignalgeber vorgesehen, der aus einer manuellen Stellbewegung ebenfalls einen dazu entsprechenden elektrischen Lenksignal-Sollwert erzeugt, der auch der Steuer- und Auswerteeinrichtung zugeführt wird. In Abhängigkeit davon, welche Lenkung aktiv ist, wertet die Steuer- und Auswerteeinrichtung die manuellen oder die automatischen Lenksignal-Sollwerte aus. Als manueller Lenksignalgeber kann auch ein Lenkhebel ("Joystick") eingesetzt werden.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden und einen Handsteuergeber zur Steuerung einer Maschine zu schaffen, bei der der Nutzer sofort anhand des Handsteuergebers eine Rückmeldung erfährt, z.B. in welche Richtung die Maschine oder Teile der Maschine steuern.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass bei einem Handsteuergeber zur Steuerung einer Maschine der eingangs genannten Art
    • g) eine Regeleinrichtung vorgesehen ist, welche mit einem Antrieb die Nachführvorrichtung um eine zugeordnete Position nachregelt, wobei durch die mit der Auslenkung ω angesteuerte Maschine die zugeordnete Position der Nachführvorrichtung festgelegt wird.
  • Die Erfindung beruht auf dem Prinzip, dass der Steuerhebel des Handsteuergebers die ausgelenkte Position einnimmt, die auch der Maschine zugeordnet wird. Dazu wird der Steuerhebel nach einer Steuerungsanweisung immer in eine relative Ausgangsposition innerhalb der Nachführvorrichtung zurückgeführt. Die ausgelenkte Position des Steuerhebels wird schließlich durch die Nachführvorrichtung, in der der Steuerhebel gelagert ist, erzielt. Diese Ausgangsposition des Steuerhebels wird daher separat ausgelenkt. Dazu wird die Wirkung der Steueranweisung ermittelt und einer Position des Steuerhebels zugeordnet. Bei einem Schienenfahrzeug kann durch Betätigen des Handsteuergebers beispielsweise die Geschwindigkeit festgelegt werden. Hierdurch wird ein Sollwert definiert. Wenn das Schienenfahrzeug nun die Geschwindigkeit erreicht hat, regelt die Regeleinrichtung den Steuerhebel um einen entsprechenden Winkel nach, der dieser Geschwindigkeit zugeordnet ist. Durch die vorliegende Erfindung sieht der Nutzer sofort, welcher Sollwert eingestellt wurde.
  • Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers ergibt sich dadurch, dass der Antrieb einen Rotor aufweist, welcher die Nachführvorrichtung um einen Winkel β nachführt, welcher durch die mit der Auslenkung ω angesteuerte Maschine zugeordnete Position festgelegt wird. Diese Maßnahme bewirkt, dass die Nachführvorrichtung sich mit dem Steuerhebel um einen zugeordneten Winkel mit dem Rotor dreht. Dies ist platzsparend und die jeweilige Position des Steuerhebels ist für den Anwender einfach zu erfassen.
  • In einer bevorzugten Ausbildung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers weist der Antrieb der Nachführvorrichtung ein Getriebe auf. Oft drehen sich die Antriebe zu schnell, sodass die Geschwindigkeit durch ein Getriebe herabgesetzt werden kann.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers ist das Getriebe des Antriebs der Nachführvorrichtung selbsthemmend vorgesehen. Diese Maßnahme dient dazu, dass die Auslenkung des Steuerhebels besser an die tatsächlich durchgeführte Auslenkung angepasst wird.
  • Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, dass der Rückholmechanismus eine Dämpfungseinheit aufweist, welche bei Auslenkung des Steuerhebels eine Dämpfung erzeugt. Um ein Überschwingen des Steuerhebels durch den Rückstellmechanismus zu vermeiden und die Haptik zu verbessern, wird die Auslenkung mittels der Dämpfungseinheit gedämpft. Dies wird beispielsweise über eine Motorbremse erreicht. Ein zusätzlicher Dämpfungsmotor wirkt bei Bedarf auf den Hebel. Als passive Bremse kann der Dämpfungsmotor zudem mit Bremswiderständen belastet werden. Außerdem besteht die Möglichkeit, einen Dämpfungsmotor auch aktiv zu betreiben, um z.B. als zusätzliches Force-Feedback-Element Rückstellkräfte, Rütteleffekte oder Ähnliches zu erzeugen. Der Dämpfungsmotor ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein nicht-selbsthemmendes Getriebe mit dem Steuerhebel verbunden. Damit wird sichergestellt, dass bei Ausfall des Dämpfungsmotors der Steuerhebel mittels Federrückstellung in seine relative Mittelstellung zurückgeführt wird. In diesem Fall verändert sich die Haptik, aber die Funktionalität des Erfassens des Führungswinkels ω ist weiterhin gegeben. Vorzugsweise weist die Dämpfungseinheit daher eine Feder, einen Magneten, eine Motorbremse und/oder eine aktive Motorbremse auf, welche die Dämpfung erzeugt. Aber auch ein hydraulisches und/oder pneumatisches Dämpfelement kann durchaus vorteilhaft in der Dämpfungseinheit enthalten sein.
  • Eine besondere Variante des erfindungsgemäßen Handsteuergebers besteht darin, dass der Steuerhebel in dem Gelenk um wenigstens zwei zueinander senkrechte Achsen schwenkbar ausgebildet ist, wobei jeder Achse wenigstens eine Dämpfungseinheit zugeordnet ist. Diese vorteilhafte Maßnahme bewirkt, dass der Steuerhebel des Handsteuergebers über mehr Freiheitsgrade verfügt. Diese Mehrzahl an Freiheitsgraden ermöglicht, eine Maschine komplexer zu steuern. So kann beispielsweise die eine Auslenkung für die Geschwindigkeit und die andere Auslenkung für die Lenkung eines Fahrzeugs herangezogen werden.
  • Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Handsteuergebers besteht darin, dass die Maschine als eine mobile Maschine, insbesondere als ein Schienenfahrzeug, ein Radlader oder ein Kran ausgebildet ist. Für solche Fahrzeuge sind diese Handsteuergeber besonders dienlich. Die Anwender können bei ihrer Arbeit mit diesen Fahrzeugen schnell erfassen, welche Lenkposition beispielsweise die Räder haben.
  • Weitere Ausgestaltungen und Vorteile ergeben sich aus dem Gegenstand der Unteransprüche sowie den Zeichnungen mit den dazugehörigen Beschreibungen. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Die Erfindung soll nicht alleine auf diese aufgeführten Ausführungsbeispiele beschränkt werden. Sie dienen lediglich zur näheren Erläuterung der Erfindung. Die Erfindung soll sich auf alle Gegenstände beziehen, die jetzt und zukünftig der Fachmann als naheliegend zur Realislerung der Erfindung heranziehen würde.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnung
    • Fig.1
    zeigt in einer Prinzipskizze das Grundprinzip eines erfindungsgemäßen Handsteuergebers.
    Fig. 2
    zeigt in einer schematischen Prinzipskizze einen erfindungsgemäßen Handsteuergebervon der Seite bei einer neutralen Auslenkung.
    Fig. 3
    zeigt in einer schematischen Prinzipskizze gemäß der Fig. 2 einen erfindungsgemäßen Handsteuergeber von der Seite mit einer Auslenkung.
    Fig. 4
    zeigt in einer schematischen Prinzipskizze das Funktionsprinzip der Regelungseinrichtung für den erfindungsgemäßen Handsteuergeber.
    Bevorzugtes Ausführungsbeispiel
  • In Fig. 1 wird mit 10 das Grundschema eines erfindungsgemäßen Handsteuergebers 12 dargestellt. Der Handsteuergeber 12 dient zum Steuern einer Maschine, wie beispielsweise eines Radladers. Der Handsteuergeber 12 weist eine Montageplattform 14 auf. Auf dieser Montageplattform 14 ist Nachführvorrichtung 16 mit einem Gehäuse 18 vorgesehen. Das Gehäuse 18 kann dabei beispielsweise rohr- oder kugelförmig ausgebildet sein. Die Nachführvorrichtung 16 ist beweglich auf der Montageplattform 17 vorgesehen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist eine Rotationsbewegung der Nachführvorrichtung 16 vorgesehen.
  • In dem Gehäuse 18 der Nachführvorrichtung 16 ist eine Steuereinheit 19 vorgesehen. Die Steuereinheit 19 weist eine Steuerwelle 20 auf, welche schwenkbar um eine Achse 22 gelagert ist. Die drehbar bzw. schwenkbar gelagerte Steuerwelle 20 bildet ein Gelenk 23 für einen Steuerhebel 24. Der Steuerhebel 24 ist an der Steuerwelle 20 der Steuereinheit 19 mit einem Steuerknauf 26 vorgesehen. Der Steuerhebel 24 ragt mit seinem Steuerknauf 26 aus einer Öffnung 27 des Gehäuses 18 heraus. Die Öffnung 27 ist in dem Gehäuse 18 derart ausgestaltet, dass der Steuerhebel 24 gegenüber dem Gehäuse 18 ausgelenkt werden kann. Die Auslenkung ω bzw. die jeweilige Position, welche der Steuerhebel 24 durch einen Benutzer zur Bedienung bzw. Steuerung der Maschine erfährt, wird durch einen Führungsgeber 28 erfasst. Der Winkel ω der Auslenkung wird im Folgenden auch als Führungswinkel ω bezeichnet. Der Führungsgeber 28 erzeugt ein Winkelsignal, welches einer jeweiligen Auslenkung des Steuerhebels 24 um die Achse 22 entspricht. Ein Rückholmechanismus 30 führt den Steuerhebel 24 ohne Krafteinwirkung immer in seine Ausgangsposition 32 in dem Gehäuse 18 der Nachführvorrichtung 16 zurück. Die Position kann sich aber relativ zur Montageplattform 14 ändern, sofern die Nachführvorrichtung 16 ihre Position verändert.
  • Die Nachführvorrichtung 16 ist mit einem Stellantrieb 34 ausgebildet. Die Nachführvorrichtung 16 enthält ferner einen Motorantrieb 36, weicher mit einem Getriebe 38 einen Rotor 40 ansteuert. Der Motorantrieb 36 ist vorzugsweise als Gleichstrommotor ausgebildet. Ein Winkelgeber 42 steuert den Motorantrieb so an, dass sich der Rotor 40 gegenüber der Montageplattform 14 um einen Winkel β dreht. Der Rotor 40 ändert dabei seine relative Winkelposition zur Montageplattform 14.
  • In dem Rotor 40 ist die Steuereinheit 19 integriert. Als Rückmeldewinkel wird der Winkel β des Rotors 40 bezeichnet, welcher im relativen Bezug zur Montageplattform gemessen wird. Der Stellantrieb 34 besitzt eine selbsthemmende Eigenschaft, so dass die Position des Rotors 40 nicht über Krafteinwirkung des Steuerhebels 24 verändert werden kann.
  • In Fig. 2 ist der Handsteuergeber 12 in einer neutralen Auslenkung dargestellt. Soweit diese Fig. 2 der Fig. 1 entspricht werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Handsteuergeber 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel für einen Radlader 44 als Maschine ausgebildet. Der Radlader 44 ist über seine Antriebsachsen 46 schematisch dargestellt. In der Mitte des Radladers 44 befindet sich seine Lenkachse 48. Sowohl der Führungswinkel ω der Auslenkung des Steuerhebels 24 mit der Steuerwelle 20 um die Achse 22, als auch der Rückmeldewinkel β des Rotors 40 der Nachführvorrichtung 16 befinden sich in einer neutralen Lenkposition. Daher sind alle Räder, Vorderräder 50 und Hinterräder 52 gerade ausgerichtet. In gestrichelter Form sind jedoch zwei mögliche Auslenkungen des Steuerhebels 24 dargestellt.
  • Sobald der Steuerhebel 24 um einen Führungswinkel ω (gestrichelte Position) ausgelenkt wird, wird der Radlader 44, wie in Fig. 3 zu sehen, um die Lenkachse 48 um einen Lenkwinkel α gelenkt. Eine Regeleinrichtung 57 führt die Nachführvorrichtung 16 des Handsteuergebers 12 entsprechend um diesen Rückmeldewinkel β nach, so dass der Rückmeldewinkel β wieder dem Lenkwinkel α entspricht. Dazu wird die Nachführvorrichtung 16 um eine zugeordnete Position, welche durch den Lenkwinkel α bzw. Rückmeldewinkel β festgelegt wird, gedreht.
  • Die Auslenkung des Steuerhebels 24 um den Führungswinkel ω wird dazu von dem Führungsgeber 28 erfasst. Der Führungsgeber 28 erzeugt nun ein diesem Führungswinkel ω zugeordnetes Signal. Dieses Signal erhält eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit 53, welche eine nicht dargestellte Lenkhydraulik für die Steuerung des Radladers 44 ansteuert. Diese Lenkbewegung des Radladers 44 wird von einem Winkelgeber 59 gemessen. Der gemessene Lenkwinkel α wird als Messsignal zur Regelung des Motorantriebs 36 verwendet. Der Motorantrieb 36 führt dann nämlich den Rotor 40 um den entsprechenden Rückmeldewinkel β nach. Der Steuerhebel 24 wird anschließend wieder in seine relative Ausgangsposition 32 in dem Gehäuse 18 gedämpft zurückgeführt.
  • In dem Gehäuse 18 der Nachführvorrichtung 16 ist der Rückholmechanismus 30 für den Steuerhebel 24 vorgesehen. Federnde Elemente 54 führen den Steuerhebel 24 in dem Gehäuse 18 der Nachführvorrichtung 16 in die Ausgangsposition 32 zurück. Die Ausgangsposition 32 ist nach Möglichkeit zentriert. Mit 58 wird eine Dämpfungseinheit bezeichnet, welche ein mögliches Überschwingen nach Betätigung des Steuerhebels 24 reduziert. Die Rückführung des Steuerhebels 24 in seine Ausgangsposition 32 verläuft daher durch die Dämpfungseinheit 58 gedämpft. Ein solcher Dämpfungseffekt zur Verhinderung des Überschwingens des Steuerhebels 24 kann beispielsweise auch über Dämpfungselemente 56, wie Magnete, erzielt werden. Alternativ kann diese Dämpfung auch über eine aktive Motordämpfung erfolgen, welche in diesem Ausführungsbeispiel jedoch nicht dargestellt ist.
  • In Fig. 3 ist der Handsteuergeber 12 in der ausgelenkten Stellung dargestellt. Soweit die Fig. 3 den vorherigen Figuren entspricht werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet. Der Handsteuergeber 12 ist in diesem Ausführungsbeispiel ebenfalls für den Radlader 44 als Maschine ausgebildet. Der Radlader 44 ist analog zu Fig. 2 wiederum über seine Antriebsachsen 46 stilistisch dargestellt. In der Mitte des Radladers 44 befindet sich die Lenkachse 48. Der Steuerhebel 24 befindet sich in seiner Ausgangsposition 32. Gegenüber der Fig. 2 ist der Rückmeldewinkel β des Rotors 40 der Nachführvorrichtung 16 ist um einen Winkel β verstellt. Daher sind die Vorderräder 50 diesen Winkel β wie zuvor beschrieben gelenkt ausgerichtet. Wie oben beschrieben, hat die Regeleinrichtung 57 die Nachführvorrichtung 16 in die gewünschte Position gesteuert, welche der Lenkstellung des Radladers entspricht.
  • In dem Gehäuse 18 der Nachführvorrichtung 16 ist der Rückholmechanismus 30 für den Steuerhebel 24 vorgesehen. Die federnden Elemente 54 führen den Steuerhebel 24 in dem Gehäuse 18 der Nachführvorrichtung 16 in die Ausgangsposition 32 zurück. Die Ausgangsposition 32 ist nach Möglichkeit zentriert. Die Rückführung des Steuerhebels 24 in seine Ausgangsposition 32 verläuft durch die Dämpfungseinheit 58 gedämpft, um ein mögliches Überschwingen des Steuerhebels 24 weitestgehend zu reduzieren. Die Dämpfung kann zudem auch über eine aktive Motordämpfung erfolgen, welche in diesem Ausführungsbeispiel nicht dargestellt ist.
  • Anhand von Fig. 4 soll die Funktionsweise beschrieben werden. Der Bediener erzeugt durch Auslenken des Steuerhebels 24 um den Führungswinkel ein entsprechendes Steuersignal. Dazu wird der Führungswinkel ω von dem Führungsgeber 28 erfasst. Der Führungsgeber 28 erzeugt nun ein diesem Führungswinkel ω zugeordnetes Signal. Dieses Signal erhält eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit 53, welche eine nicht dargestellte Lenkhydraulik 60 für die Steuerung des Radladers 44 ansteuert. Diese Lenkbewegung bzw. der Lenkwinkel α eines Knickgelenks des Radladers 44 wird von dem Winkelgeber 59 erfasst. Der gemessene Lenkwinkel α wird als Messsignal zur Regelung des Motorantriebs 36 verwendet. Dabei gehen der Istwert für den Rückmeldewinkel β und der Sollwert, welcher durch den Lenkwinkel α des Radladers gebildet wird, in die Regelung ein. Der Motorantrieb 36 führt dann den Rotor 40 um den entsprechenden Rückmeldewinkel β nach. Der Steuerhebel 24 wird anschließend wieder in seine relative Ausgangsposition 32 in dem Gehäuse 18 gedämpft zurückgeführt.
  • Der Bediener kann mittels des federzentriertem Steuerhebels 24 jederzeit und unabhängig von Lenkwinkel α und Rückmeldewinkel β die Lenkhydraulik in beide Richtungen steuern. Der Führungswinkel ω wird erfasst und dient einer Sollwertvorgabe der Lenkgeschwindigkeit und -richtung.
  • Um ein Überschwingen des Steuerhebels 24 durch den Rückholmechanismus 30 zu vermeiden und die Haptik zu verbessern wird die Auslenkung mittels der Dämpfungseinheit 58 gedämpft. Dies wird beispielsweise über eine Motorbremse erreicht. Ein zusätzlicher Dämpfungsmotor (hier nicht dargestellt) wirkt dann auf den Hebel. Als passive Bremse kann der Dämpfungsmotor mit Bremswiderständen belastet werden.
  • Außerdem besteht die Möglichkeit, einen Dämpfungsmotor auch aktiv zu betreiben, um z.B. als zusätzliches Force-Feedback-Element Gegenkräfte, Rückstellkräfte, Rütteleffekte oder Ähnliches erzeugen. Der Dämpfungsmotor ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel über ein nicht-selbsthemmendes Getriebe mit dem Steuerhebel 24 verbunden. Damit wird sichergestellt, dass bei Ausfall des Dämpfungsmotors der Steuerhebel 24 mittels Federrückstellung in seine relative Mittelstellung zurückgeführt wird. In diesem Fall verändert sich die Haptik, aber die Funktionalität des Erfassens des Führungswinkels ω ist weiterhin gegeben.
  • Die Nachführvorrichtung 16 führt die gesamte Steuereinheit 19 mit Steuerhebel 24 dem tatsächlichen Lenkwinkel α nach, Der motorische Stellantrieb 34 mit selbsthemmender Eigenschaft empfängt ein zum Lenkwinkel α proportionales Signal, vergleicht es mit dem eigenen Rückmeldewinkel β und führt die Steuereinheit 19 nach, bis der Rückmeldewinkel β gleich dem Lenkwinkel α ist. In ruhender Stellung (vom Bediener nicht ausgelenkt) zeigt der Joystickhebel über den Rückmeldewinkel β dem Bediener den tatsächlichen Lenkwinkel α des Radladers an. In einem stromlosen Zustand verbleibt der Steuerhebel 24 in seinem Zustand und zeigt somit den zuletzt erfassten Lenkwinkel α an.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Grundschema des Handsteuergebers
    12
    Handsteuergeber
    14
    Montageplattform
    16
    Nachführvorrichtung
    18
    Gehäuse
    19
    Steuereinheit
    20
    Steuerwelle
    22
    Achse
    23
    Gelenk
    24
    Steuerhebel
    26
    Steuerknauf
    27
    Öffnung
    28
    Führungsgeber
    30
    Rückholmechanismus
    32
    Ausgangsposition
    34
    Stellantrieb
    36
    Motorantrieb
    38
    Getriebe
    40
    Rotor
    42
    Winkelgeber
    44
    Radlader
    46
    Antriebsachsen
    48
    Lenkachse
    50
    Vorderräder
    52
    Hinterräder
    53
    Auswerte- und Verarbeitungseinheit
    54
    Federnde Elemente
    56
    Dämpfungselemente
    57
    Regeleinrichtung
    58
    Dämpfungseinheit
    59
    Winkelgeber
    60
    Lenkhydraulik

Claims (11)

  1. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44), enthaltend
    a) eine Montageplattform (14),
    b) eine Nachführvorrichtung (16) mit Rahmen und/oder Gehäuse (18), welche beweglich auf der Montageplattform (14) angeordnet ist,
    c) einen Steuerhebel (24), welcher in einem Gelenk um eine Achse (22) schwenkbar gelagert ist, wobei das Gelenk (23) in dem Rahmen und/oder Gehäuse (18) der Nachführvorrichtung (16) vorgesehen ist,
    d) einen Führungsgeber (28), welcher die Auslenkung (w) des Steuerhebels (24) erfasst und ein der Auslenkung (w) zugeordnetes Signal erzeugt,
    e) eine Auswerte- und Verarbeitungseinheit (53), welche das Signal von dem Führungsgeber (28) verarbeitet und die Maschine entsprechend der Auslenkung (ω) ansteuert,
    f) einen Rückholmechanismus (30), welcher den Steuerhebel (24) in eine Ausgangsposition (32) in dem Rahmen und/oder Gehäuse (18) der Nachführvorrichtung (16) zurückführt,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    g) eine Regeleinrichtung (57) vorgesehen ist, welche mit einem Antrieb (36) die Nachführvorrichtung (16) um eine zugeordnete Position nachregelt, wobei durch die mit der Auslenkung (w) angesteuerte Maschine (44) die zugeordnete Position der Nachführvorrichtung (16) festgelegt wird.
  2. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (36) einen Rotor (40) aufweist, welcher die Nachführvorrichtung (16) um einen Winkel (β) nachführt, welcher durch die mit der Auslenkung (ω) angesteuerte Maschine (44) zugeordnete Position festgelegt wird.
  3. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb (36) der Nachführvorrichtung (16) ein Getriebe (38) aufweist.
  4. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (38) des Antriebs (36) der Nachführvorrichtung (16) selbsthemmend vorgesehen ist.
  5. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückholmechanismus (30) eine Dämpfungseinheit (58) aufweist, welche bei Auslenkung des Steuerhebels (24) eine Dämpfung für den Steuerhebel (24) erzeugt.
  6. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Rückholmechanismus (30) ein federndes Element (54) aufweist.
  7. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit (58) einen Magneten zur Erzeugung der Dämpfung enthält.
  8. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit (58) eine Motorbremse und/oder eine aktive Motorbremse enthält.
  9. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Dämpfungseinheit (58) ein hydraulisches und/oder pneumatisches Dämpfelement enthält.
  10. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhebel (24) in dem Gelenk (23) um wenigstens zwei zueinander senkrechte Achsen (22) schwenkbar ausgebildet ist, wobei jeder Achse (22) wenigstens eine Dämpfungseinheit (58) zugeordnet ist.
  11. Handsteuergeber (12) zur Steuerung einer Maschine (44) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (44) als eine mobile Maschine (44), insbesondere als ein Schienenfahrzeug, ein Radlader (44) oder ein Kran ausgebildet ist.
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