EP3662345B1 - Steuervorrichtung für industrielle maschinen - Google Patents

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EP3662345B1
EP3662345B1 EP18765351.4A EP18765351A EP3662345B1 EP 3662345 B1 EP3662345 B1 EP 3662345B1 EP 18765351 A EP18765351 A EP 18765351A EP 3662345 B1 EP3662345 B1 EP 3662345B1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
control device
torque
rotation
actuation member
operator
Prior art date
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Active
Application number
EP18765351.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP3662345A2 (de
Inventor
Benjamin HACKL
Wolfgang MAHR
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Keba Industrial Automation GmbH
Original Assignee
Keba Industrial Automation GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Keba Industrial Automation GmbH filed Critical Keba Industrial Automation GmbH
Publication of EP3662345A2 publication Critical patent/EP3662345A2/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3662345B1 publication Critical patent/EP3662345B1/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • 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
    • 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
    • G05G5/04—Stops for limiting movement of members, e.g. adjustable stop
    • 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
    • G05G1/08—Controlling members for hand actuation by rotary movement, e.g. hand wheels

Definitions

  • the invention relates to a control device for industrial machines with controlled movement drives for machine components, in particular for controlled movable machine axes, as specified in the claims.
  • an electronic operating system which is provided as part of a driver information system in motor vehicles.
  • this operating system should be able to be used as a display and operating device in connection with the control of machines, for example in industrial production.
  • This operating system includes an electronic control unit, which has a computing unit, a display unit, which is suitable for visualizing graphic representations, and an operating unit with which manual interventions regarding the functionalities of the respective system can be made.
  • a display mark is moved in the manner of a cursor over the display area of the display unit and an available function is thereby selected. After selecting the desired function by moving the display mark like a cursor, another control element is activated in order to be able to change parameters.
  • This second control element makes it possible, for example, to change parameter values in connection with the function previously selected via a first control element.
  • the measures described in this publication are only partially suitable for controlling or influencing machines with motion drives. Rather, the measures described are suitable for use in conjunction with relatively uncritical functionalities, such as those found in driver information systems in motor vehicles. Operating industrial machines with motion drives would only be partially satisfactory with this previously known design.
  • the CN 104 908 046 B describes a manually operated input device with a rotary actuator control element for controlling the movement of robot arms.
  • the rotary actuator control element enables haptic feedback to the operator through a rotary motion coupling with an electric motor.
  • the object of the present invention was to overcome the disadvantages of the prior art and to provide a device by means of which a user is able to operate industrial machines with motion drives in the most practical way possible.
  • an object of the present invention is to improve the operability and programmability of machines with controlled movable components or actively adjustable machine axes.
  • a switching state of the rotary actuator control element is activated or is considered active as long as an operating torque of the operator acting against the braking or blocking torque is the blocking torque or corresponds to the blocking torque, or exceeds a comparatively lower deactivation threshold value.
  • the switching state of the rotary control control element is considered inactive or deactivated if the actuation torque exerted by the operator falls below the deactivation threshold or is zero.
  • variable rotational resistances can be generated in a controlled manner with relatively high dynamics.
  • torsional resistance to the actuating member can be built up and reduced or eliminated again in a relatively short time or with relatively high impulsiveness.
  • the program or software controllability based on the evaluation and control device opens up a high level of flexibility and a wide range of variants with regard to haptic feedback that can be generated for an operator in the course of operating the rotary actuator control element.
  • the measures according to claim 3 advantageously evaluate the torque curve or the curve of the operating force of the operator relative to the actuating element and use it to simulate a toggle switch functionality.
  • the controlled increase in braking torque haptically signals to the operator that the activation threshold has been reached and that the desired switching or movement function is thereby triggered. It is therefore not necessary for an operator to look at the actuating element and observe or take into account the angle of rotation covered.
  • the further course of the actuation force or the corresponding actuation torque is evaluated and if the torque falls below a predefined threshold value, this is recognized or used as a clear switch-off or deactivation criterion.
  • a practical measure for determining the actuating force applied by the operator or for determining the actuating torque introduced into the actuating member and varying depending on time or angle of rotation is specified in claim 4.
  • each angular position of the actuator can function as a starting or zero position for the specified toggle switch function.
  • the measures according to claim 7 are also useful, as this enables efficient, time-saving and also comfortable operation of the rotary actuator control element. In particular, it is not necessary to manually turn the rotary actuator control element back into a predefined starting position or zero position after executing a control command, for example after issuing a movement control command.
  • the measures according to claim 9 make it possible to effectively implement or replicate a three-stage toggle switch.
  • the operator can be given clear haptic feedback about the achievement and presence of the activation switching state.
  • the slow drift with regard to the rotatability of the actuating element during the activation switching state of the actuating element also favors the measurement or determination of the actuating torque applied in each case or the determination of the required braking torque that counteracts this.
  • the measures according to claim 11 allow a relatively slow rotation speed while the activation switching state is present, which also means relatively long-lasting control or switching commands, it is not absolutely necessary for the operator to grip the actuator or to reach around.
  • a practical, time-dependent or angle-dependent course of the braking torque relative to the actuating element which course can be clearly defined and easily implemented by the rotational resistance generating means and by the evaluation and control device, is specified in claim 10.
  • the operator can be given particularly clear, haptic feedback regarding the achievement or presence of the activation switching state.
  • a locking behavior can be simulated, which clearly and unmistakably signals to the operator that the predefined angle of rotation of the actuator has been covered and thus an activation switching state has just occurred or is present.
  • the hardware or mechanical structure can be further simplified, whereby the manufacturing and implementation costs can be kept low. In addition, this minimizes the risk of incorrect operation and the resulting destruction of the turntable control element. In particular, by avoiding predefined mechanical end stops, it is not necessary to provide particularly massive pivot bearings or other mechanical components.
  • Embodiments of electrotechnical or electronic control systems 1 are shown, which can be used for the automation or control of industrial systems.
  • Such an industrial plant or its control system 1 comprises at least one electronic control device 2, 2' or a plurality of distributed electronic control devices 2, 2' can also be provided.
  • a corresponding system includes at least one machine 3 or a plurality of possibly interacting machines 3 or machine components.
  • the at least one electronic control device 2, 2' is preferably designed to be software-controlled and serves primarily to implement the respective control functions of the respective industrial machine 3 or to be able to monitor, influence and/or program the processes of the machine 3.
  • Such an industrial machine 3 is formed by at least one industrial robot 4.
  • Such an industrial robot 4 can be part of an assembly or manufacturing system. Through data networking of the respective control devices 2, 2' it can be provided that the industrial robots 4 can interact in terms of control technology.
  • Such a data or control network between several industrial robots 4 can also include a central master computer 5.
  • a central, decentralized, hierarchical or otherwise structured control architecture and networking a wide variety of embodiments are conceivable, which can be selected according to the respective requirements.
  • At least one human-machine interface 6 is assigned or can be assigned to at least one control device 2 'in at least one machine 3.
  • HMI human-machine interface 6
  • control-related human-machine interface 6 is formed by a mobile or portable hand-held control device 8.
  • human-machine interface 6 is defined by a stationary control panel 9.
  • the respective human-machine interfaces 6 can therefore also be referred to as operator interfaces.
  • a generic handheld control device 8 or control panel 9 has at least one input device 10, such as a touch-sensitive screen 11, input keys 12, switches, or other electrical or electromechanical input means. In addition, visually and/or acoustically detectable output means can be provided.
  • the previously mentioned touch-sensitive screen 11, as well as lighting elements or signaling lamps can be provided to display system-relevant data or states.
  • the scope of functions and the embodiment of the respective input device or the respective output device depend heavily on the respective application, in particular on the technical complexity of the machine 3 or system to be controlled. What is important here is that the operator 7 can control or monitor, influence and/or program the required control processes using the input device 10 and a suitable output device, in particular using the aforementioned touch-sensitive screen 11.
  • the control device 2 implemented in the human-machine interface 6, in particular in the hand-held control device 8 or in the control panel 9, and the control device 2 ' assigned to a machine 3 can interact in terms of data technology or control technology via wired and / or wireless communication interfaces.
  • controllable, in particular at least activable and deactivatable, movement drives 13 are provided, which are connected by cables to the respective control device 2 '.
  • Such movement drives 13 can often also be adjusted or changed as required with regard to their drive speed and/or drive power or driving force.
  • Such movement drives 13 can, as in Fig. 2 or. Fig. 4 illustrated, by motors 14, by hydraulic cylinders, by proportional solenoid valves 15, or by other elements for active or controllable movement of machine components.
  • the corresponding movement drives 13 also include actuators with which an adjustment movement of a machine component can be generated or initiated.
  • Such a movement drive 13 and the respective machine component can also be referred to as a machine axis.
  • a controllable machine component or machine axis can be understood, for example, as an articulated arm of an industrial robot 4, a feed unit, a processing unit of a machine tool, an actuator of a production machine, and the like.
  • a plurality of sensors, limit switches and/or transmitters can typically also be connected to such a machine control device 2 ', as is generally known and in Fig. 4 is shown as an example.
  • movement or functional sequences of the respective machine can be carried out fully automatically or at least partially automatically or monitored automatically.
  • At least one control element 16 is provided on the respective human-machine interface 6 for manually influencing or specifying adjustment movements of at least one of the machine components or machine axes.
  • This manual influencing or specification of adjustment movements by an operator 7 preferably includes the possibility of changing the speed and / or power of the movement drive 13 to be controlled or selectively controllable.
  • operating elements in particular touch or switching elements, can be designed, which are used to activate and deactivate a selected or controllable movement drive 13 are provided.
  • At least one of the control elements 16 on the human-machine interface 6 is designed as a rotary control control element 17 with an endlessly or stop-free rotatable actuator 18.
  • Endless rotation means that the rotary actuator control element 17 or its actuator 18 is designed in such a way that there are no mechanical end stops or no permanent limitation with regard to the rotational mobility of the actuator 18. This is in contrast to a typical potentiometer or adjustable ohmic resistor, which has a rotation or adjustment range of usually around 270°.
  • the rotary actuator control element 17 as claimed is rather comparable to a so-called override potentiometer or can be the rotary actuator control element 17 can be designed as an endlessly rotatable incremental encoder. It is advantageous if the rotary actuator control element 17 enables endless rotation of its, for example, disk or wheel-shaped actuating member 18 or an associated, unlimited delivery of sensor pulses or increments.
  • the actuating member 18 can include at least one marking 19, with which the respective rotation angle position of the actuating member 18 can be displayed to an operator 7.
  • a marking 19 on the actuating member 18, which can preferably be rotated endlessly or rotated without stopping, is not mandatory.
  • the turntable control element 17 is connected to an electronic evaluation and control device 20 or such an evaluation and control device 20 can be a component of the turntable control element 17.
  • signals or actuation states of the rotary actuator control element 17 can be detected and evaluated by the evaluation and control device 20.
  • the evaluation and control device 20 can be designed as an independent or separate unit, or can be implemented by the control device 2, 2 '.
  • the control device 2, 2 ' can take over at least partial tasks of the evaluation and control device 20. This is primarily because the functionalities of the evaluation and control device 20 can be implemented predominantly in software or program technology and can therefore represent a functional scope of the control device 2, 2 'in a simple manner. A combinatorial interaction is therefore also possible in order to implement the evaluation and control device 20.
  • the evaluation and control device 20 can also - as described above - be an integral part of the rotary actuator control element 17.
  • the rotary actuator control element 17 comprises at least one sensor-technical detection means 21 for determining the rotational operations carried out by an operator 7 relative to the actuating element 18.
  • the sensor-technical detection means 21 it is possible to use the sensor-technical detection means 21 to determine at least the angle of rotation traveled, i.e. the change in angle, and the direction of rotation of the actuating element 18 to detect.
  • a sensor technology detection means 21 Incremental encoders or absolute value encoders are preferably suitable, which are connected to the evaluation and control device 20 and thus provide the respective sensor signals or values for further processing or evaluation.
  • the operating behavior exercised by the operator 7 relative to the actuating member 18 can be determined via the evaluation and control device 20.
  • the operating behavior includes parameters such as direction of rotation, angle of rotation, speed of rotation, course of actuation or rotation, angular acceleration and the like. It follows that the rotational movements exerted by an operator 7 on the actuating element 18 or relative to its axis of rotation 22 are evaluated by the electronic evaluation and control device 20 and corresponding control commands for the controlled machine 3 or machine component are derived therefrom.
  • the actuating element 18 or its axis of rotation 22 is in mechanical interaction with a controlled variable rotational resistance generating means 23 or the rotational resistance generating means 23 is motion-coupled with the axis of rotation 22 of the actuating element 18.
  • the evaluation and control device 20 is connected to the rotational resistance generation means 23 and is designed for the controlled, variable setting of rotational resistances of the rotational resistance generation means 23.
  • the rotational resistance generating means 23 can comprise an electrorheological or magnetorheological fluid whose viscosity can be influenced by the action of electrical energy in the form of electric or electromagnetic fields.
  • FIG. 8 A schematic representation of an exemplary rotary control control element 17, which can provide at least one toggle switch operating mode, is shown in Fig. 8 shown.
  • a rotary control control element 17 on the handheld control device 8 ( Fig. 1 ) or on the control panel 9 ( Fig. 3 ) can have a switching function and/or a key function relative to a motion drive 13 to be controlled in the toggle switch operating mode described in detail below.
  • the quasi three-stage toggle switch operating mode with virtual zero or inactive position provided by the rotary control control element 17 has or can implement both a push-button switching function and a latching switching function.
  • a push-button switching function can be triggered and when the actuating member 18 is rotated to the left, a tactile switching function can be implemented - or vice versa.
  • the rotation angle position last assumed defines a new starting position or a virtual zero position for a subsequent toggle switch operating mode or for a next toggle switch operating action by the operator after the actuation torque Mu exerted by the operator has ceased relative to the control element 18.
  • the specified rotary control control element 17 there is no physical reset of the actuator 18 to a predefined rest or zero position.
  • neither a spring reset nor a motor or other reset of the actuating member 18 is provided after manual rotation. Rather, the actuating member 18 always remains in those rotation angle positions that were actively produced or effected by the operator through a rotary actuation.
  • the rotary actuator control element 17 does not have a fixed predefined starting position or zero position, but rather a large number of virtual or control-related starting positions or zero positions, which are defined by different or variable rotation angle positions of the actuating member 18.
  • Examples of a plurality of virtual zero positions or variable initial positions and examples of switching or active positions that can be activated via a twist angle + ⁇ 1 or - ⁇ 1 or for switching or active positions that are remote from this are given in Fig. 8 shown schematically by directional arrows.
  • the temporarily acting active or switching position of the rotary actuator control element 18 following one be a new starting position or a virtual zero position for a next operating action or for a subsequent actuation or for further activation of the rotary actuator control element 17 by the operator.
  • the rotational resistance generation means 23 can be controlled by the evaluation and control device 20 in such a way that the rotational resistance generation means 23 applies a brake after or shortly before covering a predefined twist angle + ⁇ 1 or - ⁇ 1 of the actuating member 18 - and/or blocking torque M BR , M BL builds up or generates, as described in the Fig. 5 to 7 was exemplified. This depends on the rotation distance or angle of rotation + ⁇ 1 or - ⁇ 1 . dependent braking and/or blocking torque M BR , M BL causes a certain inhibition, an increased or increasing inhibition, or a blocking in relation to the rotatability or further rotatability of the actuating member 18.
  • the twist angle + ⁇ 1 or - ⁇ 1 is preferably predefined and can have a value within a value range between 10° and 90°. According to a practical embodiment, the predefined twist angle - ⁇ 1 or - ⁇ 1 is in a range between approximately 30° and approximately 60°, for example approximately 45°, in order to enable the rotary actuator control element 17 to be operated as conveniently and intuitively as possible.
  • the control-technically predefined twist angle + ⁇ 1 or - ⁇ 1 can, for example, be stored in the evaluation and control device 20 and detected or controlled by the evaluation and control device 20 by means of the sensor technology detection means 21, for example via a corresponding incremental encoder.
  • the rotary actuator control element 17 goes into operation the active switching state or then signals the rotary control control element 17 of the control device 2, 2 '( Fig. 1 to 4 ) an active or actively operated switching state.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben für Maschinenkomponenten, insbesondere für gesteuert bewegbare Maschinenachsen, wie dies in den Ansprüchen angegeben ist.
  • Aus dem Stand der Technik sind eine Vielzahl von Drehsteller-Bedienelementen zu manuellen Bedienung bzw. Steuerung von Bewegungsantrieben bekannt. Unter anderem sind elektromechanische Knebelschalter im Einsatz, welche entweder zwei oder drei vordefinierte Schaltstufen aufweisen können. Dabei ist eine Null- bzw. Ruhestellung vorgesehen, welche auch als Inaktivstellung bezeichnet werden kann. Bei einer Drehbetätigung des Betätigungsorgans des Knebelschalters um einen bestimmten Drehwinkel in eine erste Drehrichtung, beispielsweise nach rechts, bis zu einem mechanischen Anschlag wird ein erster Aktiv- bzw. Schaltzustand ausgelöst bzw. erkannt. Die Rückstellung des Betätigungsorgans ausgehend von diesem mechanischen Anschlag in die physisch vordefinierte Null- bzw. Ruhestellung wird durch eine Rückstellfeder bewerkstelligt. Bei einem dreistufigen Knebelschalter ist ausgehend von der vordefinierten Null- bzw. Ruhestellung auch eine Drehbetätigung in die entgegengesetzte bzw. in eine zweite Drehrichtung, insbesondere nach links, ermöglicht und ist so die manuelle Einleitung eines zweiten Aktiv- bzw. Schaltzustandes erzielbar. Das Betätigungsorgan wird dabei durch die Betätigungskraft der Bedienperson solange gegen den ersten oder zweiten Anschlag gedrückt, solange eine Aktivierung des jeweiligen Schaltzustandes bzw. des davon angesteuerten Bewegungsantriebes gewünscht ist. Beim Loslassen des Betätigungsorgans wird dieses durch die permanent wirkende Vorspann- bzw. Federkraft automatisch in die Null- bzw. Ruhestellung zurückgestellt.
  • Aus der EP 1 403 619 B1 ist ein elektronisches Bediensystem bekannt, welches als Teil eines Fahrerinformationssystems in Kraftfahrzeugen vorgesehen ist. Zudem soll dieses Bediensystem als Anzeige- und Bedienvorrichtung in Zusammenhang mit der Steuerung von Maschinen, zum Beispiel in der industriellen Fertigung, genutzt werden können. Dieses Bediensystem umfasst eine elektronische Steuereinheit, welche über eine Recheneinheit verfügt, eine Anzeigeeinheit, welche zur Visualisierung grafischer Darstellungen geeignet ist, und eine Bedieneinheit, mit welcher manuelle Eingriffe bezüglich der Funktionalitäten des jeweiligen Systems vorgenommen werden können. Zur Veränderung von Parametern des Systems ist dabei vorgesehen, dass eine Anzeigemarke in Art eines Cursors über die Anzeigefläche der Anzeigeeinheit bewegt wird und dadurch eine zur Verfügung stehende Funktion angewählt wird. Nach entsprechender Anwahl der gewünschten Funktion durch cursorartige Verschiebung der Anzeigemarke wird ein weiteres Bedienelement betätigt, um damit Parameter verändern zu können. Dieses zweite Bedienelement ermöglicht beispielsweise eine Veränderung von Parameterwerten in Verbindung mit der zuvor über ein erstes Bedienelement ausgewählten Funktion. Die in dieser Druckschrift beschriebenen Maßnahmen sind für die Steuerung bzw. Beeinflussung von Maschinen mit Bewegungsantrieben nur bedingt geeignet. Die beschriebenen Maßnahmen eignen sich vielmehr für eine Anwendung in Verbindung mit relativ unkritischen Funktionalitäten, wie sie in Fahrerinformationssystemen von Kraftfahrzeugen vorkommen. Eine Bedienung von industriellen Maschinen mit Bewegungsantrieben wäre mit dieser vorbekannten Ausführung nur bedingt zufriedenstellend.
  • Die EP 1 075 979 B1 beschreibt ein Verfahren zum Betreiben einer Multifunktionsbedieneinrichtung, welche ebenso in Verbindung mit Kraftfahrzeugen vorteilhaft einsetzbar ist. Bei dieser Multifunktionsbedieneinrichtung werden Menüs und/oder Bedienfunktionen auf einer Anzeigeeinheit dargestellt und die besagten Menüs und/oder Funktionen über Tastelemente und zumindest ein Drehbetätigungselement betätigt. Zumindest eines dieser Drehbetätigungselemente ist dabei hinsichtlich seiner Drehrichtungen und Drehstellungen und/oder Raststellungen und/oder Betätigungsanschläge frei programmierbar. Diese freie Programmierung erfolgt dabei derart, dass haptische Rückmeldungen im Drehbetätigungsweg erzeugt werden, die den jeweils abgerufenen Menüs oder Funktionen zugeordnet sind. Jeder Betätigungsfunktion ist dabei ein Satz haptischer Daten zugeordnet, die dynamisch an eine Funktionsdatenänderung angepasst werden. Damit ist eine intuitive Bedienung ermöglicht, nachdem der Bedienperson haptische Rückmeldungen gegeben werden, die in Abhängigkeit der jeweiligen Menüs bzw. Funktionen automatisch angepasst werden. Eine Bedienung von industriellen Maschinen mit Bewegungsantrieben ist mit der angegebenen Vorrichtung jedoch nur bedingt praktikabel.
  • Die CN 104 908 046 B beschreibt eine manuell zu betätigende Eingabevorrichtung mit einem Drehsteller-Bedienelement zur Bewegungssteuerung von Roboterarmen. Das Drehsteller-Bedienelement ermöglicht durch eine Drehbewegungs-Kopplung mit einem Elektromotor haptische Rückmeldungen an die Bedienperson.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, mittels derer ein Benutzer in der Lage ist, eine möglichst praktikable Bedienung von industriellen Maschinen mit Bewegungsantrieben vorzunehmen.
  • Insbesondere liegt eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, die Bedien- bzw. Programmierbarkeit von Maschinen mit gesteuert verfahrbaren Komponenten bzw. aktiv verstellbaren Maschinenachsen zu verbessern.
  • Diese Aufgabenstellung wird durch eine Vorrichtung gemäß den Ansprüchen gelöst.
  • Demnach ist eine Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben für Maschinenkomponenten vorgesehen, welche Steuervorrichtung zumindest eine Mensch-Maschine-Schnittstelle, insbesondere steuerungstechnische Ein- und Ausgabemittel, umfasst. Dabei ist wenigstens ein Bedienelement zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten, beispielsweise in Art von gesteuert verstellbaren Maschinenachsen, ausgeführt. Zumindest eines dieser Bedienelemente ist dabei als Drehsteller-Bedienelement mit einem um eine Drehachse drehbar gelagerten Betätigungsorgan ausgebildet, welches Betätigungsorgan durch Aufbringen eines Betätigungsmoments einer Bedienperson verdrehbar ist.
  • Die entsprechende Steuervorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass das Betätigungsorgan oder dessen Drehachse mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel in mechanischer Wechselwirkung steht oder damit bewegungsgekoppelt ist, wobei eine elektronische Auswerte- und Steuervorrichtung zur veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungsmittels ausgebildet ist. Die Auswerte- und Steuervorrichtung ist zur Bereitstellung von zumindest einem Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet, in welchem das Drehwiderstand-Generierungsmittel von der Auswerte- und Steuervorrichtung derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel nach Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels des Betätigungsorgans ein Brems- oder Blockiermoment aufbaut oder erzeugt, welches eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans hemmt, verstärkt hemmt oder unterbindet.
  • Ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements ist dabei aktiviert oder gilt als aktiv, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment wirkendes Betätigungsmoment der Bedienperson das Blockiermoment beträgt bzw. dem Blockiermoment entspricht, oder einen vergleichsweise niedrigeren Deaktivierungs-Schwellwert überschreitet. Demgegenüber gilt der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements als inaktiv oder als deaktiviert, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment den Deaktivierungs-Schwellwert unterschreitet oder Null beträgt.
  • Durch die angegebenen Maßnahmen ist eine verbesserte manuelle Bedienung bzw. Kontrolle von Bewegungsantrieben bzw. von damit bewegten Maschinenkomponenten ermöglicht. Insbesondere ist dadurch für eine Bedienperson eine Bedienungssystematik geschaffen, welche eine rasch verständliche bzw. eine intuitive manuelle Bedienung von verfahrbaren Maschenkomponenten, insbesondere von sogenannten Maschinenachsen, ermöglicht. Die entsprechenden Bedienhandlungen können dabei relativ komfortabel und zugleich fehlervermeidend ausgeführt werden. Durch die eindeutigen Bedienhandlungen bzw. durch die damit einhergehende bewusste Abgabe von Bewegungs-Steuerbefehlen kann das Beschädigungsrisiko gegenüber einer gesteuerten Maschine minimiert und die Personensicherheit gesteigert werden Insbesondere kann die von manuell angesteuerten Maschinen ausgehende Gefahr reduziert werden, nachdem unbeabsichtigte bzw. ungewollte Steuerbefehle vermieden bzw. hintangehalten werden können.
  • Diese vorteilhaften Wirkungen können unter anderem dadurch erreicht werden, dass ein im mechanischer Hinsicht vereinfachter Knebelschalter geschaffen ist. Insbesondere können separate Rückstellfedern bzw. aktive Rückstellmittel für das Betätigungsorgan erübrigt werden, wodurch das davon ausgehende Risiko eines technischen Gebrechens bzw. Versagens reduziert ist. Darüber hinaus können die Aufbaukosten durch die angegebenen Maßnahmen vor allem in Verbindung mit größeren Stückzahlen relativ gering gehalten werden. Auch der benötige Einbauraum bzw. Platzbedarf kann durch die angegebenen Maßnahmen relativ gering gehalten werden. Das steuerbare Drehwiderstand-Generierungsmittel in Verbindung mit der Auswerte- und Steuervorrichtung ermöglicht also in effizienter Art und Weise die Nachbildung eines Knebelschalter-Bedienverhaltens bzw. einer Knebelschalter-Funktionalität. Zudem kann dadurch das Drehsteller-Bedienelement wechselnde Funktionen erfüllen und so auch als zentrales bzw. multifunktionales Bedien- bzw. Eingabeelement fungieren. Insbesondere ist dadurch ein ablaufbezogenes bzw. programmgesteuertes, an die jeweilige Situation relativ flexibel anpassbares Bedien- bzw. Steuerverhalten umsetzbar.
  • Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 2, da dadurch mit relativ hoher Dynamik gesteuert variierbare Drehwiderstände erzeugt werden können. Insbesondere können dadurch in relativ kurzer Zeit bzw. mit relativ hoher Impulsivität Verdrehwiderstände gegenüber dem Betätigungsorgan aufgebaut und wieder reduziert bzw. aufgehoben werden. Die programm- bzw. softwaretechnische Steuerbarkeit ausgehend von der Auswerte- und Steuervorrichtung eröffnet dabei eine hohe Flexibilität bzw. einen hohen Variantenumfang in Bezug auf ein für eine Bedienperson erzeugbares, haptisches Feedback im Zuge der Bedienung des Drehsteller-Bedienelementes.
  • Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 3 wird in vorteilhafter Art und Weise der Drehmomentverlauft bzw. der Verlauf der Betätigungskraft der Bedienperson gegenüber dem Betätigungsorgan evaluiert und zur Nachbildung einer Knebelschalter-Funktionalität herangezogen. Insbesondere wird der Bedienperson durch den gesteuert eingeleiteten Anstieg des Bremsmoments haptisch signalisiert, dass der Aktivierungsschwellwert erreicht wurde und damit einhergehend die gewünschte Schalt- bzw. Bewegungsfunktion ausgelöst wird. Für eine Bedienperson ist es somit auch nicht erforderlich, auf das Betätigungsorgan zu blicken und den jeweils zurückgelegten Verdrehwinkel zu beobachten bzw. zu berücksichtigen. Zudem wird hierbei der weitere Verlauf der Betätigungskraft bzw. des entsprechenden Betätigungsmoments evaluiert und im Falle einer Unterschreitung eines vordefinierten Drehmoment-Schwellwertes wird dies als eindeutiges Abschalt- bzw. Deaktivierungskriterium erkannt bzw. genutzt.
  • Eine praktikable Maßnahme zur Bestimmung der von der Bedienperson jeweils aufgebrachten Betätigungskraft bzw. zur Ermittlung des in das Betätigungsorgan jeweils eingeleiteten, zeitlich bzw. drehwinkelabhängig variierenden Betätigungsmoments ist in Anspruch 4 angegeben. Insbesondere ist es dadurch nicht erforderlich, gesonderte Sensoren zur Bestimmung von Kräften bzw. Drehmomenten vorzusehen, wodurch der Gesamtaufbau möglichst einfach und kostengünstig gehalten werden kann.
  • Von Vorteil sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 5, da dadurch eine vordefinierte Ausgangs- bzw. Ruhestellung für das Betätigungsorgan, also eine fixe Nullposition des Betätigungsorgans erübrigt ist. Insbesondere kann dadurch jede Drehwinkelstellung des Betätigungsorgans als Ausgangs- bzw. Nullstellung für die angegebene das Knebelschalter-Funktion fungieren.
  • Praktikabel ist auch eine Ausführung nach Anspruch 6. Dadurch kann auf jegliche Rückstellmittel für das Betätigungsorgan, beispielsweise auf vorgespannte Federn oder motorische Antriebe, verzichtet werden. Dennoch ist die Umsetzung einer Knebelschalter-Funktionalität in zuverlässiger Weise ermöglicht.
  • Zweckmäßig sind auch die Maßnahmen gemäß Anspruch 7, da dadurch eine effiziente bzw. zeitsparende und auch komfortable Bedienung des Drehsteller-Bedienelementes ermöglicht ist. Insbesondere ist es nicht erforderlich, das Drehsteller-Bedienelement nach der Ausführung eines Steuerbefehls, beispielsweise nach der Abgabe eines Bewegungs-Steuerbefehls, manuell in eine vordefinierte Ausgangsposition bzw. Nullstellung zurückdrehen zu müssen.
  • Eine praktikable Umsetzung bzw. Nachbildung eines zweistufigen Knebelschalters ist in Anspruch 8 angegeben.
  • Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 9 ist die Umsetzung bzw. Nachbildung eines dreistufigen Knebelschalters in effektiver Weise ermöglicht.
  • Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 10 kann der Bedienperson eine eindeutige haptische Rückmeldung über das Erreichen und das Vorliegen des Aktivierungs-Schaltzustandes gegeben werden. Der langsame Drift hinsichtlich der Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans während des Aktivierungs-Schaltzustandes des Betätigungsorgans begünstigt dabei auch die Messung bzw. Ermittlung des jeweils aufgebrachten Betätigungsmoments bzw. die Bestimmung des benötigten, hierzu entgegen wirkenden Bremsmoments.
  • Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 11, wird eine relativ langsame Verdrehgeschwindigkeit während des Vorliegens des Aktivierungs-Schaltzustandes zugelassen, wodurch auch bei relativ lange andauernden Steuer- bzw. Schaltbefehlen ein Nachgreifen am Betätigungsorgan bzw. ein Umgreifen von Seiten der Bedienperson nicht zwingend erforderlich ist.
  • Eine praktikabler, zeit- bzw. drehwinkelabhängiger Verlauf des Bremsmomentes gegenüber dem Betätigungsorgan, welcher Verlauf vom Drehwiderstand-Generierungsmittels sowie von der Auswerte- und Steuervorrichtung klar definierbar und gut umsetzbar ist, ist in Anspruch 10 angegeben. Insbesondere kann dadurch der Bedienperson ein besonders eindeutiges, haptisches Feedback in Bezug auf das Erreichen bzw. Vorliegen des Aktivierungs-Schaltzustandes gegeben werden. Gewissermaßen kann dadurch ein Einrast-Verhalten nachgebildet werden, welches der Bedienperson klar und unmissverständlich signalisiert, dass der vordefinierte Verdrehwinkel des Betätigungsorgans zurückgelegt wurde und damit ein Aktivierungs-Schaltzustand soeben eingetreten ist bzw. vorliegt.
  • Durch die Maßnahmen gemäß Anspruch 13 kann der hardwaretechnische bzw. mechanische Aufbau weiter vereinfacht werden, wodurch die Herstellungs- bzw. Implementierungskosten gering gehalten werden können. Zudem wird dadurch die Gefahr einer Fehlbedienung und einer daraus resultierenden Zerstörung des Drehsteller-Bedienelementes minimiert. Insbesondere ist es durch die Vermeidung von vordefinierten, mechanischen Endanschlägen nicht erforderlich, besonders massive Drehlagerungen bzw. sonstige mechanische Komponenten vorzusehen.
  • Zum besseren Verständnis der Erfindung wird diese anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert.
  • Es zeigen jeweils in stark vereinfachter, schematischer Darstellung:
    • Fig. 1
    eine aus mehreren Maschinen, insbesondere Industrierobotern, gebildete technische Anlage und ein dabei eingesetztes, elektronisches Steuerungssystem, welches Steuerungssystem mehrere Steuervorrichtungen und eine Mensch-Maschine-Schnittstelle in Art eines tragbaren Handbediengerätes umfasst;
    Fig. 2
    eine Produktionsmaschine, insbesondere eine Spritzgießmaschine, welche eine elektronische Steuervorrichtung und eine daran angebundene Mensch-Maschine-Schnittstelle in Art eines stationären Bedienpanels umfasst;
    Fig. 3
    das Bedienpanel der Produktionsmaschine nach Fig. 2;
    Fig. 4
    eine Steuervorrichtung für industrielle Maschinen mit einem Drehsteller-Bedienelement, welches zur Bedienung oder Beeinflussung von Bewegungsantrieben dient;
    Fig. 5
    einen ersten Kennlinienverlauf hinsichtlich Betätigungsmoment und Verdrehwinkel eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements mit einem Hemmungs- und einem Blockierverhalten gegenüber dem Betätigungsorgan;
    Fig. 6
    einen zweiten Kennlinienverlauf hinsichtlich Betätigungsmoment und Verdrehwinkel eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements mit einem Hemmungs- und einem Blockierverhalten gegenüber dem Betätigungsorgan;
    Fig. 7
    einen dritten Kennlinienverlauf hinsichtlich Betätigungsmoment und Verdrehwinkel eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedienelements mit einem Hemmungsverhalten, einem Blockierverhalten und einem kombinierten Hemmungs- und Blockierverhalten gegenüber dem Betätigungsorgan;
    Fig. 8
    eine schematische Darstellung eines Betätigungsorgans eines Drehsteller-Bedien- elements, welches zur Nachbildung einer Knebelschalter-Funktion vorgesehen ist und eine virtuelle Rückstellfunktion besitzt.
  • Einführend sei festgehalten, dass in den unterschiedlich beschriebenen Ausführungsformen gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen versehen werden, wobei die in der gesamten Beschreibung enthaltenen Offenbarungen sinngemäß auf gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen bzw. gleichen Bauteilbezeichnungen übertragen werden können. Auch sind die in der Beschreibung gewählten Lageangaben, wie z.B. oben, unten, seitlich usw. auf die unmittelbar beschriebene sowie dargestellte Figur bezogen und sind diese Lageangaben bei einer Lageänderung sinngemäß auf die neue Lage zu übertragen.
  • In den Fig. 1 bis 3 sind Ausführungsbeispiele von elektrotechnischen bzw. elektronischen Steuerungssystemen 1 gezeigt, die für die Automatisierung bzw. Steuerung von industriellen Anlagen eingesetzt werden können. Eine solche industrielle Anlage bzw. dessen Steuerungssystem 1 umfasst wenigstens eine elektronische Steuervorrichtung 2, 2' bzw. kann auch eine Mehrzahl von verteilt angeordneten elektronischen Steuervorrichtungen 2, 2' vorgesehen sein. Eine entsprechende Anlage umfasst zumindest eine Maschine 3 bzw. eine Mehrzahl von gegebenenfalls interagierenden Maschinen 3 bzw. Maschinenkomponenten. Die zumindest eine elektronische Steuervorrichtung 2, 2' ist vorzugsweise softwaregesteuert ausgeführt und dient primär dazu, die jeweiligen Steuerungsfunktionen der jeweiligen industriellen Maschine 3 umzusetzen bzw. die Abläufe der Maschine 3 überwachen, beeinflussen und/oder programmieren zu können.
  • Entsprechend der Ausführung nach Fig. 1 ist eine solche industrielle Maschine 3 durch wenigstens einen Industrieroboter 4 gebildet. Ein solcher Industrieroboter 4 kann Bestandteil einer Montage- bzw. Fertigungsanlage sein. Durch eine datentechnische Vernetzung der jeweiligen Steuervorrichtungen 2, 2` kann vorgesehen sein, dass die Industrieroboter 4 steuerungstechnisch interagieren können. Eine solche daten- bzw. steuerungstechnische Vernetzung zwischen mehreren Industrierobotern 4 kann auch einen zentralen Leitrechner 5 umfassen. Hinsichtlich einer zentralen, dezentralen, hierarchischen oder anderweitig aufgebauten Steuerungsarchitektur und Vernetzung sind dabei vielfältigste Ausführungsformen denkbar, welche entsprechend den jeweiligen Erfordernissen gewählt werden können.
  • Zumindest einer Steuervorrichtung 2' in zumindest einer Maschine 3 ist dabei zumindest eine Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 (HMI) zugeordnet bzw. zuordenbar. Mittels dieser Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 sind steuerungsrelevante Interaktionen zwischen einer Bedienperson 7 und der jeweiligen Maschine 3 ermöglicht.
  • Beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 ist die steuerungstechnische Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 durch ein mobiles bzw. tragbares Handbediengerät 8 gebildet. Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 ist die Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 durch ein stationäres Bedienpanel 9 definiert. Die jeweiligen Mensch-Maschine-Schnittstellen 6 können somit auch als Bedienerschnittstellen bezeichnet werden.
  • Ein gattungsgemäßes Handbediengerät 8 bzw. Bedienpanel 9 weist wenigstens eine Eingabevorrichtung 10, wie zum Beispiel einen berührungssensitiven Bildschirm 11, Eingabetasten 12, Schalter, oder sonstige elektrische oder elektromechanische Eingabemittel auf. Zudem können visuell und/oder akustisch erfassbare Ausgabemittel vorgesehen sein. Bei einem gattungsgemäßen Handbediengerät 8 bzw. Bedienpanel 9 können insbesondere der zuvor erwähnte berührungssensitive Bildschirm 11, sowie Leuchtelemente bzw. Signalisierungslampen zur Anzeige von systemrelevanten Daten bzw. Zuständen vorgesehen sein. Der Funktionsumfang und die Ausführungsform der jeweiligen Eingabevorrichtung bzw. der jeweiligen Ausgabevorrichtung hängen dabei stark von der jeweiligen Anwendung, insbesondere von der technischen Komplexität der zu steuernden Maschine 3 bzw. Anlage ab. Wesentlich ist dabei, dass die Bedienperson 7 mittels der Eingabevorrichtung 10 und einer geeigneten Ausgabevorrichtung, insbesondere mittels dem zuvor genannten berührungssensitiven Bildschirm 11, die benötigten steuerungstechnischen Abläufe kontrollieren bzw. überwachen, beeinflussen und/oder programmieren kann.
  • Die in der Mensch-Maschine-Schnittstelle 6, insbesondere im Handbediengerät 8 bzw. im Bedienpanel 9 ausgeführte Steuervorrichtung 2 und die einer Maschine 3 zugeordnete Steuervorrichtung 2' können dabei über kabelgebundene und/oder drahtlos ausgeführte Kommunikationsschnittstellen in datentechnischer bzw. steuerungstechnischer Wechselwirkung stehen.
  • Wie an sich bekannt, sind zur Automatisierung der jeweiligen Maschinen 3 steuerbare, insbesondere wenigstens aktivier- und deaktivierbare Bewegungsantriebe 13 vorgesehen, welche mit der jeweiligen Steuervorrichtung 2' leitungsverbunden sind. Häufig sind solche Bewegungsantriebe 13 auch hinsichtlich ihrer Antriebsgeschwindigkeit und/oder Antriebsleistung bzw. Antriebskraft bedarfsabhängig einstell- bzw. veränderbar. Derartige Bewegungsantriebe 13 können, wie in Fig. 2 bzw. Fig. 4 veranschaulicht, durch Motoren 14, durch Hydraulikzylinder, durch Proportional-Magnetventile 15, oder durch sonstige Elemente zur aktiven bzw. steuerbaren Bewegung von Maschinenkomponenten gebildet sein. Unter den entsprechenden Bewegungsantrieben 13 sind auch Aktoren zu verstehen, mit welchen eine Verstellbewegung einer Maschinenkomponente erzeugt bzw. eingeleitet werden kann. Ein solcher Bewegungsantrieb 13 und die jeweilige Maschinenkomponente können dabei auch als Maschinenachse bezeichnet werden. Unter einer steuerbaren Maschinenkomponente bzw. Maschinenachse kann zum Bespiel ein Gelenksarm eines Industrieroboters 4, eine Vorschubeinheit, ein Bearbeitungsaggregat einer Werkzeugmaschine, ein Stellantrieb einer Produktionsmaschine, und dergleichen verstanden werden. An eine solche Maschinen-Steuervorrichtung 2' können typischerweise auch eine Mehrzahl von Sensoren, Endschalter und/oder Geber angeschlossen sein, wie dies allgemein bekannt ist und in Fig. 4 beispielhaft gezeigt ist. Dadurch können Bewegungs- bzw. Funktionsabläufe der jeweiligen Maschine vollautomatisch oder zumindest teilautomatisch ausgeführt werden bzw. automatisiert überwacht werden.
  • Zur manuellen Beeinflussung bzw. zur Programmierung der jeweiligen Bewegungsantriebe 13 bzw. Maschinenkomponenten ist an der jeweiligen Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 zumindest ein Bedienelement 16 zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten bzw. Maschinenachsen vorgesehen. Diese manuelle Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen durch eine Bedienperson 7 umfasst vorzugsweise die Möglichkeit einer Geschwindigkeits- und/oder Leistungsveränderung des anzusteuernden bzw. selektiv ansteuerbaren Bewegungsantriebes 13. Zudem können Bedienelemente, insbesondere Tast- oder Schaltelemente, ausgeführt sein, welche zur Aktivierung und Deaktivierung eines ausgewählten bzw. ansteuerbaren Bewegungsantriebes 13 vorgesehen sind.
  • Zumindest eines der Bedienelemente 16 an der Mensch-Maschine-Schnittstelle 6 ist dabei als Drehsteller-Bedienelement 17 mit einem endlos bzw. anschlaglos verdrehbaren Betätigungsorgan 18 ausgeführt. Endlose Verdrehbarkeit bedeutet dabei, dass das Drehsteller-Bedienelement 17 bzw. dessen Betätigungsorgan 18 derart ausgeführt ist, dass es keine mechanischen Endanschläge bzw. keine dauerhafte Begrenzung hinsichtlich der Drehbeweglichkeit des Betätigungsorgans 18 gibt. Dies im Unterschied zu einem typischen Potentiometer bzw. einstellbaren, ohmschen Widerstand, bei welchem ein Verdreh- bzw. Einstellbereich von üblicherweise etwa 270° gegeben ist. Das anspruchsgemäße Drehsteller-Bedienelement 17 ist vielmehr mit einem sogenannten Override-Potentiometer vergleichbar bzw. kann das Drehsteller-Bedienelement 17 als endlos drehbeweglicher Inkrementalgeber ausgeführt sein. Vorteilhaft ist es dabei, wenn das Drehsteller-Bedienelement 17 eine endlose Rotierbarkeit seines beispielsweise scheiben- oder radförmigen Betätigungsorgans 18 bzw. eine damit einhergehende, unbegrenzte Abgabe von Sensorimpulsen bzw. Inkrementen ermöglicht.
  • Optional kann das Betätigungsorgan 18 wenigstens eine Markierung 19 umfassen, mit welcher einer Bedienperson 7 die jeweilige Drehwinkelstellung des Betätigungsorgans 18 angezeigt werden kann. Eine solche Markierung 19 am vorzugsweise endlos verdrehbaren bzw. anschlaglos rotierbaren Betätigungsorgan 18 ist jedoch nicht zwingend.
  • Das Drehsteller-Bedienelement 17 ist mit einer elektronischen Auswerte- und Steuervorrichtung 20 verbunden bzw. kann eine solche Auswerte- und Steuervorrichtung 20 ein Bestandteil des Drehsteller-Bedienelementes 17 sein. Insbesondere sind Signale bzw. Betätigungszustände des Drehsteller-Bedienelementes 17 durch die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 erfass- und evaluierbar.
  • Die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 kann dabei als eigenständige bzw. separate Einheit ausgeführt sein, oder aber durch die Steuervorrichtung 2, 2' umgesetzt werden. Insbesondere kann die Steuervorrichtung 2, 2' zumindest Teilaufgaben der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 übernehmen. Dies vor allem deshalb, weil die Funktionalitäten der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 überwiegend softwaretechnisch bzw. programmtechnisch realisierbar sind und daher in einfacher Art und Weise einen Funktionsumfang der Steuervorrichtung 2, 2` darstellen können. Es ist somit auch ein kombinatorisches Zusammenwirken möglich, um eine Umsetzung der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 zu erzielen. Die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 kann aber auch - wie vorstehend beschrieben - integraler Bestandteil des Drehsteller-Bedienelementes 17 sein.
  • Das Drehsteller-Bedienelement 17 umfasst wenigstens ein sensortechnisches Erfassungsmittel 21 zur Ermittlung der von einer Bedienperson 7 jeweils vorgenommenen Drehbetätigungen gegenüber dem Betätigungsorgan 18. Insbesondere ist es möglich, via das sensortechnische Erfassungsmittel 21 zumindest den zurückgelegten Drehwinkel, also die Winkeländerung, und die Drehrichtung des Betätigungsorgans 18 zu detektieren. Als sensortechnisches Erfassungsmittel 21 eigtien sich vorzugsweise Inkrementalgeber oder auch Absolutwertgeber, welche mit der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 leitungsverbunden sind und so die jeweiligen Sensorsignale bzw. Werte zur weiteren Verarbeitung bzw. Auswertung bereitstellen. Insbesondere kann via die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 das von der Bedienperson 7 gegenüber dem Betätigungsorgan 18 ausgeübte Bedienverhalten ermittelt werden. Das Bedienverhalten umfasst dabei Parameter wie Drehrichtung, Drehwinkel, Drehgeschwindigkeit, Betätigungs- bzw. Drehverlauf, Winkelbeschleunigung und dergleichen. Daraus folgt, dass die von einer Bedienperson 7 am Betätigungsorgan 18 respektive gegenüber seiner Drehachse 22 ausgeübten Drehbewegungen von der elektronischen Auswerte- und Steuervorrichtung 20 evaluiert werden und daraus entsprechende Steuerbefehle für die angesteuerte Maschine 3 bzw. Maschinenkomponente abgeleitet werden.
  • Das Betätigungsorgan 18 oder dessen Drehachse 22 steht mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 in mechanischer Wechselwirkung bzw. ist das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 mit der Drehachse 22 des Betätigungsorgans 18 bewegungsgekoppelt. Die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 ist dabei mit dem Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 leitungsverbunden und zur gesteuert veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 ausgebildet. Das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 kann dabei eine elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit umfassen, deren Viskosität durch Einwirkung elektrischer Energie in Form von elektrischen oder elektromagnetischen Feldern beeinflussbar ist. Dadurch kann der Bedienperson 7 in steuerungstechnisch einfacher und zuverlässiger Art und Weise ein variantenreiches bzw. situationsgerecht anpassbares, haptisches Feedback in Zusammenhang mit der Bedienung des Betätigungsorgans 18 gegeben werden. Ein derartiges Feedback kann Raststufen und/oder gesteuert variierende Betätigungs- bzw. Verdrehwiderstände umfassen.
  • Die zumindest teilweise softwaretechnisch umgesetzte Auswerte- und Steuervorrichtung 20 ist unter anderem zur Bereitstellung eines Knebelschalter-Betriebsmodus des Drehsteller-Bedienelementes 17 bzw. der Steuervorrichtung 2, 2' eingerichtet. Ein beispielhaftes Verhalten des Drehsteller-Bedienelementes 17 in diesem Knebelschalter-Betriebsmodus ist in den Fig. 5 bis 7 schematisch veranschaulicht. Das Drehsteller-Bedienelement 17 kann durch den dargelegten Aufbau und durch die softwarebasierende Auswerte- und Steuervorrichtung 20 aber auch anderweitige Betriebsmodi aufweisen bzw. umsetzen. Beispielsweise kann das angegebene Drehsteller-Bedienelement 17 zwischen dem nachstehend beschriebenen Knebelschalter-Betriebsmodus und einem Betriebsmodus zur Proportionalsteuerung bzw. manuellen Geschwindigkeits- und/oder Positionsregulierung von Bewegungsantrieben 13 bzw. Maschinenkomponenten - und umgekehrt - umgeschaltet werden. Diese entweder manuell oder automatisiert umgesetzten Umschaltungen zwischen diversen Betriebsmodi hängen von der Art des von der Bedienperson manuell zu steuernden bzw. zu kontrollierenden Bewegungsantriebes 13 bzw. Aktors ab. Je nach Art des zu kontrollierenden Bewegungsantriebes 13 bzw. je nach auszuführendem technischen Prozess kann dabei auch eine durch die Steuervorrichtung 2, 2' automatisierte Auswahl und Bereitstellung des jeweiligen Betriebsmodus des Drehsteller-Bedienelements 17 erfolgen.
  • Eine schematische Darstellung eines beispielhaften Drehsteller-Bedienelements 17, welches zumindest einen Knebelschalter-Betriebsmodus bereitstellen kann, ist in Fig. 8 gezeigt. Ein solches Drehsteller-Bedienelement 17 am Handbediengerät 8 (Fig. 1) bzw. am Bedienpanel 9 (Fig. 3) kann in dem nachfolgend im Detail beschriebenen Knebelschalter-Betriebsmodus eine Schaltfunktion und/oder eine Tastfunktion gegenüber einem anzusteuernden Bewegungsantrieb 13 aufweisen.
  • Die Schaltfunktionen des Drehsteller-Bedienelementes 17 können somit als Rast-Schalfunktionen und/oder als Tast-Schalfunktionen umgesetzt sein. Zudem kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 zur Bereitstellung eines ersten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet sein, in welchem eine Drehbetätigung bzw. Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18 in nur eine Drehrichtung freigegeben ist. Dies entspricht einer Nachbildung eines zweistufigen Knebelschalters mit virtueller Null- bzw. Inaktiv-Stellung und einer dazu um einen Verdrehwinkel ---ui bzw. -α1 distanzierten Schalt- bzw. Aktivstellung.
  • Alternativ oder in Kombination dazu kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 zur Bereitstellung eines zweiten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet sein, in welchem eine Drehbetätigung des Betätigungsorgans 18 in beide Drehrichtungen zugelassen bzw. ermöglicht ist, wie dies in Fig. 8 angedeutet wurde. Dies entspricht der Nachbildung eines dreistufigen Knebelschalters, welcher eine virtuelle Null- bzw. Inaktiv-Stellung und zwei Schalt- bzw. Aktivstellungen aufweist, welche durch eine Bedienperson jeweils durch Verdrehung des Betätigungsorgans 18 nach links oder rechts anwähl- bzw. aktivierbar sind. Ein solcher dreistufiger Knebelschalter-Betriebsmodus kann beispielsweise für bidirektional betreibbare Bewegungsantriebe 13 genutzt werden. F:s ist aber auch möglich, dass der vom Drehsteller-Bedienelement 17 bereitgestellte, quasi dreistufige Knebelschalter-Betriebsmodus mit virtueller Null- bzw. Inaktivstellung sowohl eine Tast-Schalfunktion, als auch eine Rast-Schaltfunktion aufweist bzw. umsetzen kann. Beispielsweise kann bei Verdrehung des Betätigungsorgans 18 nach rechts eine Rast-Sclialftinktion ausgelöst werden und bei Verdrehung des Betätigungsorgans 18 nach links eine Tast-Schaltfunktion umgesetzt werden - oder umgekehrt.
  • Wesentlich ist dabei, dass die zuletzt eingenommene Drehwinkelstellung nach einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments Mu gegenüber dem Bedienelement 18 eine neue Ausgangsposition bzw. eine virtuelle Nullstellung für einen nachfolgenden Knebelschalter-Betriebsmodus bzw. für eine nächste Knebelschalter-Bedienhandlung durch die Bedienperson definiert. Beim angegebenen Drehsteller-Bedienelement 17 erfolgt also keine physische Rückstellung des Betätigungsorgans 18 in eine vordefinierte Ruhe- bzw. Nullstellung. Insbesondere ist weder eine Federrückstellung, noch eine motorische oder sonstige Rückstellung des Betätigungsorgans 18 nach erfolgter, manueller Drehbetätigung vorgesehen. Vielmehr verbleibt das Betätigungsorgan 18 stets in jenen Drehwinkelstellungen, welche von der Bedienperson durch eine Drehbetätigung aktiv hergestellt bzw. bewirkt wurden. Demnach weist das erfindungsgemäße Drehsteller-Bedienelement 17 bzw. dessen Betätigungsorgan keine fix vordefinierte Ausgangsposition bzw. Null stellung auf, sondern eine Vielzahl von virtuellen bzw. steuerungstechnisch bestimmten Ausgangspositionen bzw. Nullstellungen, welche durch unterschiedliche bzw. variable Drehwinkelstellungen des Betätigungsorgans 18 definiert sind. Beispiele für eine Mehrzahl von virtuellen Nullstellungen bzw. variablen Ausganspositiotien und Beispiele für über einen Verdrehwinkel +α1 bzw. - α1 aktivierbare bzw. für hierzu entfernt liegende Schalt- bzw. Aktivstellungen sind in Fig. 8 durch Richtungspfeile schematisch dargestellt.
  • Insbesondere dann, wenn das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18 bzw. von dessen Drehachse 22 nach dem Erreichen des steuerungstechnisch vordefinierten Verdrehwinkels +α1 oder - α1 blockiert, kann die temporär wirkende Aktiv- bzw. Schaltstellung des Drehsteller-Bedienelements 18 nachfolgend eine neue Ausgangsposition bzw. eine virtuelle Nullstellung für eine nächste Bedienhandlung bzw. für eine anschließende Betätigung oder für eine weitere Aktivierung des Drehsteller-Bedienelementes 17 von Seiten der Bedienperson sein.
  • Grundsätzlich ist vorgesehen, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 nach Zurücklegung bzw. kurz vor Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 des Betätigungsorgans 18 ein Brems- und/oder Blockiermoment MBR, MBL aufbaut oder erzeugt, wie dies in den Fig. 5 bis 7 beispielhaft veranschaulicht wurde. Dieses vom zurückgelegten Verdrehweg bzw. Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1. abhängige Brems- und/oder Blockiermoment MBR, MBL bewirkt eine bestimmte Hemmung, eine verstärkte bzw. zunehmende Hemmung, oder eine Blockierung in Bezug auf die Verdrehbarkeit bzw. weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18.
  • Der Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 ist vorzugsweise vordefiniert und kann einen Wert innerhalb eines Wertebereiches zwischen 10° und 90° aufweisen. Entsprechend einer praktikablen Ausführung liegt der vordefinierte Verdrehwinkel -α1 bzw. -α1 in einem Bereich zwischen etwa 30° und etwa 60°, beispielsweise bei etwa 45°, um eine möglichst komfortable bzw. intuitive Betätigung des Drehsteller-Bedienelementes 17 zu ermöglichen. Der steuerungstechnisch vordefinierte Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 kann beispielsweise in der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 hinterlegt sein und mittels dem sensortechnischen Erfassungsmittel 21, beispielsweise via einen entsprechenden Inkrementalgeber, von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 erfasst bzw. kontrolliert werden.
  • Um eine Verdrehung bzw. eine Drehwinkeländerung des Betätigungsorgans 18 bewirken zu können, wird von der Bedienperson eine Betätigungsmoment MU aufgebracht, welches dem vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 generierten bzw. gesteuert generierbaren Brems- und/oder Blockiermoment MBR, MBL entgegenwirkt bzw. das jeweils einwirkende Bremsmoment MBR überwindet. Beispiele für ein variierendes Betätigungsmoment MU, welches sich in Bezug auf eine Zeitspanne bzw. in Bezug auf einen sich zeitlich verändernden Verdrehwinkel α verändert, sind in den Fig. 5 bis 7 schematisiert bzw. stark vereinfacht dargestellt.
  • Das von der Bedienperson aufgebrachte bzw. aufzubringende Betätigungsmoment MU bzw. dessen drehwinkelabhängiger Verlauf ist dabei in den Fig. 5 bis 7in vollen Linien veranschaulicht. Das vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 aufgebrachte bzw. aufzubringende, dem Betätigungsmoment MU entgegen wirkende Bremsmoment MBR bzw. das gegebenenfalls erzeugte Blockiermoment MBL ist in punktierten Linien dargestellt. Um eine Verdrehung des Betätigungsorgans 18 und damit eine Änderung bzw. Beeinflussung des Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 bewirken zu können, muss das Betätigungsmoment MU, der Bedienperson zumindest geringfügig größer sein, als das vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 jeweils erzeugte, steuerungstechnisch kontrollierte bzw. variierende Bremsmoment MBR. Je größer der Unterschied bzw. Überhang zwischen dem Betätigungsmoment Mu und dem von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 bestimmten bzw. vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 generierten Bremsmoment MBR ist, desto schneller kann das Betätigungsorgan 18 verdreht werden und desto schneller kann der vordefinierte Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 erreicht bzw. eingenommen werden.
  • Das von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 gegebenenfalls vorgegebene bzw. veranlasste und vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 generierte Blockiermoment MBL ist vorzugsweise derart hoch, dass für die Bedienperson klar erkennbar ist, dass eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18 nicht vorgesehen ist bzw. die Verdrehbarkeit als gesperrt zu betrachten ist. Dabei ist zu berücksichtigen, dass das steuerbare Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 selbstverständlich nur ein endliches bzw. begrenztes Blockiermoment MBL erzeugen bzw. bereitstellen kann. Das Blockiermoment MBL des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 gegenüber dem Betätigungsorgan 18 ist jedoch derart hoch, dass es im Zuge der Bedienhandlungen von der Bedienperson deutlich wahrnehmbar bzw. eindeutig spürbar ist.
  • Wie aus den Betätigungsmoment- zu Drehwinkel-Verläufen Mu (Nm) / α (°, rad) der beispielhaften Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist, ist ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements 17 aktiv bzw. gilt dessen Schaltzustand als aktiviert, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment MBR, MBL des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 wirkendes Betätigungsmoment MU der Bedienperson gegenüber dem Betätigungsorgan 18 das Blockiermoment MB beträgt bzw. dem Blockiermoment MB entspricht, oder einen vergleichsweise niedrigeren, vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert MD überschreitet. Im Gegensatz dazu ist der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements 17 inaktiv bzw. gilt dessen Schaltzustand als deaktiviert, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment MU den vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert MD unterschreitet oder Null beträgt. Das Betätigungsmoment MU beträgt Null, wenn von der Bedienperson keine Verdrehkraft auf das Betätigungsorgan 18 ausgeübt wird. Das Betätigungsmoment Mu sinkt ab, wenn die Bedienperson gegenüber dem Betätigungsorgan 18 vergleichsweise weniger Drehmoment ausübt, weil beispielsweise ein angesteuerter Bewegungsantrieb 13 gestoppt oder verlangsamt werden soll.
  • Der Deaktivierungs-Schwellwert MD kann somit in einem Wertebereich zwischen Null und kleiner dem Wert des maximal möglichen bzw. aufbringbaren Blockiermoments MBL sein. Zweckmäßigerweise liegt der Deaktivierungs-Schwellwert MD in einem Bereich zwischen 10% und 90%, vorzugsweise zwischen 10% und 60% des maximal aufbringbaren Blockiermoments MBL .
  • Wie vorhergehend dargelegt, liegt der vordefinierte Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 zweckmäßigerweise bei einem Wert zwischen 10° und 90°, bevorzugt zwischen 20° und 60°, besonders bevorzugt zwischen 30° und 50°. Dadurch wird eine möglichst ergonomische Bedienung des Betätigungsorgans 18 erreicht.
  • Zweckmäßig ist es, wenn für das Erreichen bzw. bis zum Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 ein definierter Verdrehwiderstand, d.h. eine definiertes Gegen- bzw. Bremsmoment MBR aufgebaut ist, wie dies den Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist. Insbesondere kann es zweckmäßig sein, wenn keine völlig freie Drehbeweglichkeit des Betätigungsorgans 18 vorliegt. Dadurch wird der Bedienperson ein aktives Betätigungs- bzw. Schaltverhalten vermittelt, durch welches die Intuitivität bzw. die Ergonomie der Bedienung verbessert werden kann. Dieses initiale Bremsrnornent MBR bis zur Erreichung des vordefinierten, absolut gemessenen Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 kann dabei zumindest annähernd linear steigend ausgeführt sein, stufen- bzw. rampenartig definiert sein (Fig. 5), oder nach einer definierten Kurvenform allmählich ansteigend ausgeführt sein (Fig. 6, 7). Beim Erreichen bzw. nach dem Zurücklegen des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 liegt dann ein definierter Aktivierungs-Schwellwert MA vor, dessen Widerstandsmoment bzw. Bremsmoment MBR von der Bedienperson gut wahrnehmbar ist. Dieser definierte Aktivierungs-Schwellwert MA kann auch kurz vor dem Erreichen oder kurz nach dem Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 aufgebaut sein.
  • Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 5 ist der Aktivierungs-Schwellwert, MA des Drehsteller-Bedienelements 17 niedriger definiert als dessen Deaktivierungs-Schwellwert MD. Beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 6 sind der Aktivierungs-Schwellwert MA und der Deaktivierungs-Schwellwert MD gleich oder zumindest annähernd gleich festgelegt. Hingegen ist beim Ausführungsbeispiel nach Fig.7 der der Aktivierungs-Schwellwert MA höher festgelegt, als der Deaktivierungs-Schwellwert MD des Drehsteller-Bedienelements 17.
  • Wie den Fig. 5 bis 7 weiters zu entnehmen ist, ist es zweckmäßig, wenn im Zuge des Erreichens bzw. beim Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 des Betätigungselements 18 vom Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 ein Bremsmoment MBR zumindest in Höhe dieses vordefinierten Aktivierungs-Schwellwerts MA aufgebaut wird, welches Bremsmoment MBR niedriger ist als dessen maximales bzw. maximal mögliches Blockiermoment MBL. Der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements 17 ist dabei aktiviert oder gilt als aktiviert, während und solange das von der Bedienperson aufgebrachten Betätigungsmoment MU den vordefinierten Aktivierungs-Schwellwert MA oder den vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert MD überschreitet. Wird also von der Bedienperson der vordefinierte, absolute Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 mit dem Betätigungsorgan 18 zurückgelegt und hierfür das erforderliche Betätigungsmoment MU zumindest in Höhe des vordefinierten Aktivierungs-Schwellwertes MA aufgebracht, so geht das Drehsteller-Bedienelement 17 in den Aktiv-Schaltzustand über bzw. signalisiert daraufhin das Drehsteller-Bedienelement 17 der Steuervorrichtung 2, 2' (Fig. 1 bis 4) einen aktiven bzw. aktiv betätigten Schaltzustand.
  • Bei Wegfall oder starkem Abfall des Betätigungsmoments Mu, wie dies in den Fig. 5 bis 7 durch fallende Flanken auf der rechten Seite der diversen Betätigungsmoment- und Bremsmoment-Kennlinien MU und MBR (α) dargestellt ist, wird der definierte Deaktivierungs-Schwellwert MD erreicht bzw. unterschritten und daraufhin das Drehsteller-Bedienelement 17 in den inaktiven Schaltzustand versetzt bzw. signalisiert das Drehsteller-Bedienelement 17 der übergeordneten Steuervorrichtung 2, 2' (Fig. 1 bis 4) sodann einen inaktiven bzw. deaktivierten Schaltzustand, woraufhin der angesteuerte Bewegungsantrieb gestoppt wird oder zumindest abgeschaltet wird, woraufhin ein Bewegungsstopp eintritt.
  • Wesentlich ist, dass das Betätigungsorgan 18 bei einem Wegfall des von der Bedienperson aufgebrachten Betätigungsmoments Mu an der jeweiligen Stelle verbleibt, d.h. seinen Drehwinkel nicht verändert sondern beibehält. Insbesondere erfolgt keine automatische Rückstellung, beispielsweise durch Federwirkung oder durch Motoren, sondern verbleibt das Betätigungsorgan 18 an der zuletzt geltenden Aktiv- bzw. Schaltstellung nach einer zuvor erfolgten Zurücklegung des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1, d.h. nach einem Aufbringen der hierfür erforderlichen Betätigungskraft bzw. Betätigungsenergie durch eine Bedienperson. Insbesondere definiert die zuletzt eingenommene Drehwinkelstellung nach einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments Mu eine Ausgangsposition oder eine virtuelle Nullstellung für eine nachfolgende Verwendung als simulierter Knebelschalter bzw. für einen anschließenden, erneut nachgeahmten Knebelschalter-Betriebsmodus, wie dies in Fig. 8 beispielhaft veranschaulicht wurde. Demzufolge ist der zum Erzielen bzw. Bewirken einer aktiven Schaltstellung steuerungstechnisch vordefinierte Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 ein absolut gemessener bzw. festgelegter Drehwinkel des Betätigungsorgans 18, also ein Drehwinkel der unabhängig von einer bestimmten Ausgangswinkelstellung des Betätigungsorgans 18 bemessen ist. Demnach liegt beim angegeben Drehsteller-Bedienelement 17 keine fix vorgegebene Nullstellung bzw. keine fixe Ruhe- oder Ausganswinkelstellung für das Betätigungsorgan 18 vor bzw. sind derartige Referenzpunkte beim angegebenen Drehsteller-Bedienelement 17 nicht erforderlich.
  • Entsprechend einer praktikablen Maßnahme kann vorgesehen sein, dass das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment Mu gegenüber dem Betätigungsorgan 18 durch Messen oder Berechnen jener elektrischen Energiemenge oder Leistung detektiert oder ermittelt ist, welche aufzuwenden oder aufzubringen ist, um das in Korrelation zum zurückgelegten Verdrehwinkel +α1 bzw. -α1 des Betätigungsorgans 18 jeweils benötigte oder aufzubringende Bremsmoment MBR erzeugen zu können. Insbesondere ist der durch die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 vordefinierte Brems- oder Blockiermoment-Verlauf, wie er in den Fig. 5 bis 7 beispielhaft dargestellt wurde, ein Maß für die erforderliche elektrische Energie bzw. Leistung, welche zum definierten Bremsen bzw. Blockieren des Betätigungsorgans 18 erforderlich ist, also ein Maß für den elektrischen Energieverbrauch des von der Auswerte- und Steuervorrichtung 20 angesteuerten bzw. kontrollierten Drehwiderstand-Generierungsmittels 23.
  • Wie den Fig. 5 bis 7 weiters zu entnehmen ist, kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 dazu eingerichtet sein, das Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 derart anzusteuern, dass nach Zurücklegung des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 des Betätigungsorgans 18 und dem damit einhergehenden Vorliegen einer Drehwinkelstellung, in welcher das Drehsteller-Bedienelement 17 einen aktiven Schaltzustand signalisiert oder einnimmt, das Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 in einem Drift-Wertebereich 24 oder auf einem Drift-Schwellwert gehalten ist, welcher ein vergleichsweise langsameres oder schwergängigeres Weiterdrehen des Betätigungsorgans 18 entgegen dem vorherrschenden Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 zulässt bzw. ermöglicht. Dieser Drift-Wertebereich 24 liegt im Wertebereich zwischen dem Deaktivierungs-Schwellwert MD und dem Blockiermoment MBL, wie dies auch den Fig. 5 bis 7 zu entnehmen ist.
  • Wir vor allem den Fig. 6 und 7 anhand der jeweiligen punktierten Kennlinien-Verläufe zu entnehmen ist, ist es auch möglich, dass das Drehsteller-Bedienelement 17 bzw. dessen Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 beim Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. - α1 bzw. im Zuge des Erreichens des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1, oder kurz nach dem Erreichens des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1 das maximale Bremsmoment, insbesondere das Blockiermoment MBL aufbaut, welches eine weitere Verdrehung des Betätigungsorgans 18 vermeidet bzw. hintan hält. Sobald dann die Bedienperson die aufgebrachte Betätigungskraft bzw. das dementsprechende Betätigungsmoment MU ausreichend abgesenkt hat bzw. das Betätigungsmoment MU durch Loslassen des Betätigungselements 18 auf Null fällt, wird der definierte Abschalt-Schwellwert MD erreicht bzw. unterschritten und daraufhin ein inaktiver bzw. deaktivierter Schaltzustand erkannt und signalisiert bzw. bereitgestellt. Diese Abläufe bzw. technischen Maßnahmen sind den beiden in punktierten Linien dargestellten, impulsartigen bzw. nadelförmigen Kennlinien-Abschnitten in den Fig. 6 und 7 zu entnehmen. Wie in Fig. 7 mit strichlierten Linien dargestellt, ist auch ein Betätigungsmoment- zu Drehwinkel-Verlauf MU / α (t) möglich, der eine Kombination aus einem driftenden Bremsmoment MBR innerhalb des Drift-Wertebereiches 24, dem Erreichen des Blockiermoments MBL und dem anschließenden Abfall des Betätigungsmoments MU auf Null darstellt.
  • Der Drift-Wertebereich 24 oder der Drift-Schwellwert kann derart gewählt sein, dass ein Weiterdrehen des Betätigungsorgans 18 mit einer Verdrehgeschwindigkeit von weniger als 5 °/s (Winkelgrad pro Sekunde), vorzugsweise von weniger als 1 °/s ermöglicht bzw. steuerungstechnisch zugelassen ist.
  • Wie am besten dem Kennlinien-Verlauf gemäß Fig. 6 zu entnehmbar ist, kann die Auswerte- und Steuervorrichtung 20 auch dazu eingerichtet sein bzw. derart programmiert sein, dass Drehwiderstand-Generierungsmittel 23 derart angesteuert wird, dass unmittelbar vor der Erreichung des vordefinierten Verdrehwinkels +α1 bzw. -α1, oder aber im Zuge des Erreichens des vordefinierten Verdrehwinkels bzw. -α1 des Betätigungsorgans 18, das Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 innerhalb eines Drehwinkelbereiches von bis zu etwa 10° (Winkelgrade) zumindest abgesenkt oder aufgehoben bzw. deaktiviert wird. Zudem kann vorgesehen sein, dass das Bremsmoment MBR des Drehwiderstand-Generierungsmittels 23 unmittelbar anschließend, insbesondere relativ impulsartig, auf einen Wert angehoben wird, der eine Blockierung ergibt oder eine vergleichsweise stärkere Hemmung bewirkt, d.h. nur eine relativ langsame bzw. schwergängige Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans 18 ermöglicht.Diese impulsartige Absenkung und Anhebung des dem Betätigungsmoment Mu entgegen wirkenden Bremsmoments MBR simuliert eine Einrastung bzw. eine Raststufe, wodurch der Bedienperson ein eindeutiges haptisches Feedback in Bezug auf das Erreichen bzw. Einnehmen des aktiven Schaltzustandes bereitgestellt werden kann.
  • Die Ausführungsbeispiele zeigen mögliche Ausführungsvarianten, wobei an dieser Stelle bemerkt sei, dass die Erfindung nicht auf die speziell dargestellten Ausführungsvarianten derselben eingeschränkt ist, sondern vielmehr auch diverse Kombinationen der einzelnen Ausführungsvarianten untereinander möglich sind und diese Variationsmöglichkeit aufgrund der Lehre zum technischen Handeln durch gegenständliche Erfindung im Können des auf diesem technischen Gebiet tätigen Fachmannes liegt.
  • Der Schutzbereich ist durch die Ansprüche bestimmt. Die Beschreibung und die Zeichnungen sind jedoch zur Auslegung der Ansprüche heranzuziehen. Einzelmerkmale oder Merkmalskombinationen aus den gezeigten und beschriebenen unterschiedlichen Ausführungsbeispielen können für sich eigenständige erfinderische Lösungen darstellen. Die den eigenständigen erfinderischen Lösungen zugrundeliegende Aufgabe kann der Beschreibung entnommen werden.
  • Sämtliche Angaben zu Wertebereichen in gegenständlicher Beschreibung sind so zu verstehen, dass diese beliebige und alle Teilbereiche daraus mitumfassen, z.B. ist die Angabe 1 bis 10 so zu verstehen, dass sämtliche Teilbereiche, ausgehend von der unteren Grenze 1 und der oberen Grenze 10 mit umfasst sind, d.h. sämtliche Teilbereiche beginnen mit einer unteren Grenze von 1 oder größer und enden bei einer oberen Grenze von 10 oder weniger, z.B. 1 bis 1,7, oder 3,2 bis 8,1, oder 5,5 bis 10.
  • Der Ordnung halber sei abschließend darauf hingewiesen, dass zum besseren Verständnis des Aufbaus Elemente teilweise unmaßstäblich und/oder vergrößert und/oder verkleinert dargestellt wurden.
    • Bezugszeichenaufstellung
  • 1 Steuerungssystem α1 Verdrehwinkel
    2, 2' Steuervorrichtung Mu Betätigungsmoment
    3 Maschine MBR Bremsmoment
    4 Industrieroboter MBL Blockiermoment
    5 Leitrechner MA Aktivierungs-Schwellwert
    6 Mensch-Maschine-Schnittstelle MD Deaktivierungs-Schwellwert
    7 Bedienperson
    8 Handbediengerät
    9 Bedienpanel
    10 Eingabevorrichtung
    11 berührungssensitiver Bildschirm
    12 Eingabetaste
    13 Bewegungsantrieb
    14 Motor
    15 Magnetventil
    16 Bedienelement
    17 Drehsteller-Bedienelement
    18 Betätigungsorgan
    19 Markierung
    20 Auswerte- und Steuervorrichtung
    21 Erfassungsmittel
    22 Drehachse
    23 Drehwiderstand-Generierungsmittel
    24 Drift-Wertebereich

Claims (13)

  1. Steuervorrichtung (2, 2') für industrielle Maschinen mit gesteuerten Bewegungsantrieben (13) für Maschinenkomponenten, umfassend eine Mensch-Maschine-Schnittstelle (6) mit wenigstens einem Bedienelement (16) zur manuellen Beeinflussung oder Vorgabe von Verstellbewegungen von zumindest einer der Maschinenkomponenten, wobei zumindest ein Bedienelement (16) als Drehsteller-Bedienelement (17) mit einem um eine Drehachse (22) drehbar gelagerten Betätigungsorgan (18) ausgebildet ist, welches Betätigungsorgan (18) durch Aufbringen eines Betätigungsmoments (MB) einer Bedienperson verdrehbar ist,
    wobei dass das Betätigungsorgan (18) oder dessen Drehachse (22) mit einem gesteuert veränderlichen Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) in mechanischer Wechselwirkung steht oder damit bewegungsgekoppelt ist, wobei eine elektronische Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur veränderlichen Einstellung von Drehwiderständen des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet,
    dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur Bereitstellung von zumindest einem Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) von der Auswerte- und Steuervorrichtung (20) derart ansteuerbar ist, dass das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) nach Zurücklegung eines vordefinierten Verdrehwinkels (α1) des Betätigungsorgans (18) ein Brems- oder Blockiermoment (MBR, MBL) aufbaut oder erzeugt, welches eine weitere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans (18) hemmt, verstärkt hemmt oder unterbindet, wobei ein Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) aktiviert ist oder als aktiviert gilt, solange ein gegen das Brems- oder Blockiermoment (MBR, MBL) wirkendes Betätigungsmoment (Mu) der Bedienperson das Blockiermoment (MB) beträgt respektive dem Blockiermoment (MB) entspricht oder einen vergleichsweise niedrigeren Deaktivierungs-Schwellwert (MD) überschreitet, und dass der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) inaktiv ist oder als deaktiviert gilt, wenn das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment (Mu) den Deaktivierungs-Schwellwert (MD) unterschreitet oder Null beträgt.
  2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) eine elektrorheologische oder magnetorheologische Flüssigkeit umfasst deren Viskosität durch Einwirkung elektrischer Energie in Form von elektrischen oder elektromagnetischen Feldern beeinflussbar ist.
  3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Erreichen des vordefinierten Verdrehwinkels (α1) des Betätigungselements (18) vom Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) ein Bremsmoment (MBR) zumindest in Höhe eines vordefinierten Aktivierungs-Schwellwerts (MA) aufgebaut wird, welches Bremsmoment (MBR) niedriger ist als dessen maximales Blockiermoment (MBL), wobei der Schaltzustand des Drehsteller-Bedienelements (17) aktiviert ist oder als aktiviert gilt, während und solange das von der Bedienperson aufgebrachten Betätigungsmoment (Mu) den vordefinierten Aktivierungs-Schwellwert (MA) oder den vordefinierten Deaktivierungs-Schwellwert (MD) überschreitet.
  4. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das von der Bedienperson ausgeübte Betätigungsmoment (Mu) gegenüber dem Betätigungsorgan (18) durch Messen oder Berechnen jener elektrischen Energiemenge oder Leistung detektiert oder ermittelt ist, welche aufzuwenden oder aufzubringen ist, um das in Korrelation zum zurückgelegten Verdrehwinkel (α1) des Betätigungsorgans (18) jeweils benötigte oder aufzubringende Bremsmoment (MBR) erzeugen zu können, welches gemäß dem durch die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) vordefinierten Brems- oder Blockiermoment-Verlauf des Betätigungsorgans (18) erforderlich ist, respektive vom Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) bereitzustellen ist.
  5. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der vordefinierte Verdrehwinkel (α1) ein absoluter Drehwinkel ist, der unabhängig von einer Ausgangswinkelstellung des Betätigungsorgans (18) bemessen ist.
  6. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) bei einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments (Mu) die zu diesem Zeitpunkt eingenommene Drehwinkelstellung beibehält.
  7. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zuletzt eingenommene Drehwinkelstellung nach einem Wegfall des von der Bedienperson ausgeübten Betätigungsmoments (Mu) eine Ausgangsposition oder eine virtuelle Nullstellung für eine nachfolgende Verwendung als simulierter Knebelschalter definiert.
  8. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur Bereitstellung eines ersten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem eine Drehbetätigung des Betätigungsorgans (18) in nur eine Drehrichtung freigegeben ist.
  9. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) zur Bereitstellung eines zweiten Knebelschalter-Betriebsmodus eingerichtet ist, in welchem eine Drehbetätigung des Betätigungsorgans (18) in beide Drehrichtungen zugelassen ist.
  10. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) derart anzusteuern, dass bei erfolgter Zurücklegung oder nach Zurücklegung des vordefinierten Verdrehwinkels (α1) des Betätigungsorgans (18) und dem damit einhergehenden Vorliegen einer Drehwinkelstellung, in welcher das Drehsteller-Bedienelement (17) einen aktiven Schaltzustand signalisiert oder einnimmt, das Bremsmoment (MBR) des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) in einem Drift-Wertebereich (24) oder auf einem Drift-Schwellwert gehalten ist, welcher ein vergleichsweise langsameres oder schwergängigeres Weiterdrehen des Betätigungsorgans (18) entgegen dem Bremsmoment (MBR) des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) zulässt oder ermöglicht.
  11. Steuervorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Drift-Wertebereich (24) oder der Drift-Schwellwert derart gewählt ist, dass ein Weiterdrehen des Betätigungsorgans (18) mit einer Verdrehgeschwindigkeit von weniger als 5 °/s (Winkelgrad pro Sekunde), vorzugsweise von weniger als 1 °/s ermöglicht ist.
  12. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuervorrichtung (20) dazu eingerichtet ist, das Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) derart anzusteuern, dass vor der Erreichung oder im Zuge der Erreichung des vordefinierten Verdrehwinkels (α1) des Betätigungsorgans (18) und des damit einhergehenden Vorliegens einer Drehwinkelstellung, in welcher das Drehsteller-Bedienelement (17) einen aktiven Schaltzustand signalisiert oder einnimmt, das Bremsmoment (MBR) des Drehwiderstand-Generierungsmittels (23) in Bezug auf einen Drehwinkelbereich von bis zu 10° (Winkelgrade) abgesenkt oder deaktiviert wird und daran anschließend auf einen Wert angehoben wird, der eine Blockierung oder eine vergleichsweise langsamere Verdrehbarkeit des Betätigungsorgans (18) ermöglicht.
  13. Steuervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsorgan (18) mechanisch anschlaglos gelagert und endlos verdrehbar ist, wenn oder solange vom Drehwiderstand-Generierungsmittel (23) kein Blockiermoment (MBL) generiert ist.
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