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Die
Erfindung betrifft eine Arbeitsmaschine, beispielsweise einen Bagger,
mit einem Bedienelement zur Steuerung eines beweglichen Arbeitsarms. Eine
solche Arbeitsmaschine weist ein Basisteil auf, gegebenenfalls einen
relativ dazu drehbaren Aufbau sowie mindestens einen beweglichen
Arbeitsarm, an dem sich ein Werkzeug wie eine Baggerschaufel befinden
kann.
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Um
die Bedienung des Arbeitsarms mit dem Werkzeug intuitiv und leicht
erlernbar zu gestalten, gibt es zahlreiche Ansätze. Beispielsweise
werden Joysticks zur Steuerung des Arbeitsarms verwendet. Die
EP 1 775 254 A2 offenbartein
Bedienelement, das als Bedienpult mit einem Daumenjoystick und Funktionstasten
ausgestaltet ist.
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Aus
der
GB 2 385 111 A ist
ein Bedienelement bekannt, das die Geometrie des Arbeitsarms nachbildet,
wobei durch eine Auslenkung des Bedienelements eine entsprechende
Auslenkung des Arbeitsarms bewirkt wird.
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Mit
den bekannten Ansätzen ist es jedoch oft nicht möglich,
eine intuitive Steuerung aller Funktionen der Arbeitsmaschine gleichermaßen
zu verwirklichen.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Arbeitsmaschine mit einem Bedienelement
anzugeben, die in ihren Funktionen besonders leicht und intuitiv steuerbar
ist, so dass die Bedienung leicht erlernt werden kann.
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Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind
Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Eine
erfindungsgemäße Arbeitsmaschine mit einem Basisteil,
einem relativ zum Basisteil drehbaren Aufbau und mindestens einem
beweglichen Arbeitsarm weist zur Bedienung der Arbeitsmaschine ein
Bedienelement mit mindestens einem Drehrad zur Drehung des Aufbaus
und ein elektronisches Steuergerät zur Umsetzung einer
Stellung des Drehrades in ein elektronisches Signal auf.
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Unter „Bedienung” der
Arbeitsmaschine wird dabei hier und im Folgenden insbesondere die
Positionierung eines Referenzpunktes an der Arbeitsmaschine verstanden,
also die Positionierung und Ausrichtung des Arbeitsarms und/oder
eines Werkzeugs.
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Dabei
dient das Drehrad zur Einstellung eines Drehwinkels a und gegebenenfalls
auch einer Drehgeschwindigkeit ω des Aufbaus, wobei die
Drehachse im Allgemeinen im wesentlichen senkrecht zum Untergrund
ausgerichtet ist, auf dem das Basisteil der Arbeitsmaschine steht.
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In
einer Ausführungsform umfasst das Bedienelement ein erstes
Drehrad und ein zweites Drehrad, wobei das erste Drehrad zur Einstellung
einer Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Aufbaus und das
zweite Drehrad zur Einstellung eines Drehwinkels a des drehbaren
Aufbaus vorgesehen ist, so dass wahlweise der Winkel a oder die
Geschwindigkeit ω steuerbar sind. In einer Ausführungsform
weist das Bedienelement eine Einrichtung auf, die das zweite Drehrad
bei der Bedienung des ersten Drehrades beispielsweise über
einen Motor mitdreht, so dass der am Drehrad eingestellte Winkel
a stets dem des drehbaren Aufbaus entspricht.
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Dabei
können das erste Drehrad und das zweite Drehrad konzentrisch
zueinander angeordnet sein, was einerseits den Vorteil der Platzersparnis und
andererseits den Vorteil einer leichten Bedienbarkeit hat.
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Das
erste Drehrad für die Drehgeschwindigkeit ω kann
dabei eine Ausgangsstellung aufweisen, in die es nach der Bedienung
beziehungsweise nach erfolgter Auslenkung des Arbeitsarms zurückkehrt.
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In
einer Ausführungsform weist das Drehrad zumindest eine
erste und eine zweite Arbeitsstellung auf, wobei es in der ersten
Arbeitsstellung zur Einstellung eines Drehwinkels a des drehbaren
Aufbaus und in der zweiten Arbeitsstellung zur Einstellung einer
Drehgeschwindigkeit ω des drehbaren Aufbaus vorgesehen
ist. Bei dieser Ausführungsform sind also nicht ein erstes
Drehrad und ein zweites Drehrad vorgesehen, über die Winkel
und Geschwindigkeit getrennt eingestellt werden, sondern beide Funktionen sind
in einem einzigen Drehrad verwirklich, das dazu von einer Arbeitsstellung
in die andere umschaltbar ist.
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Das
Umschalten zwischen den Arbeitsstellungen erfolgt dabei beispielsweise
durch Herunterdrücken und/oder Herausziehen des Drehrades.
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Das
Bedienelement weist in einer Ausführungsform ein Eingabeelement
und ein Speicherelement zur Eingabe und Speicherung von Drehwinkeln a
auf. Das hat den Vorteil, dass Grenzen für den Drehwinkel
vorgegeben werden können oder dass teilautomatisierte Drehungen
beispielsweise für einen immer wieder benötigten,
festen Winkel zwischen einem Ort des Aushubs und einem Schüttguthaufen
oder einem LKW verwirklicht werden können.
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In
einer Ausführungsform umfasst das Bedienelement zusätzlich
mindestens einen Eingabearm, wobei der Eingabearm eine Geometrie
aufweist, die der Geometrie des Arbeitsarms entspricht.
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Dazu
weist der Eingabearm beispielsweise bewegliche Abschnitte auf, die
beweglichen Abschnitten des Arbeitsarms entsprechen, wobei durch Bewegungen
der Abschnitte des Eingabearms auch Abschnitte des Arbeitsarms bewegt
werden, so dass durch eine Auslenkung des Eingabearms eine Auslenkung
des Arbeitsarms einstellbar ist.
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Somit
entsprechen die Freiheitsgrade des Eingabearms denjenigen des Arbeitsarms,
und es ist eine besonders intuitive Bedienung des Arbeitsarms möglich.
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Der
Eingabearm kann mit Aktuatoren ausgestattet sein, so dass dieser über
eine Positionsregelung die aktuelle Position des Arbeitsarms wiedergeben
kann. Zusätzlich können die Aktuatoren für
haptische Assistenzsysteme („force feedback”)
verwendet werden.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung weist das Bedienelement, gegebenenfalls
zusätzlich zu dem bereits beschriebenen Bedienelement mit
dem Drehrad, mindestens einen Eingabehebel zur Bedienung des Arbeitsarms
auf, dessen Längsachse im wesentlichen waagerecht, also
parallel zum Basisbauteil, ausgerichtet ist, und ein elektronisches
Steuergerät zur Umsetzung einer Stellung des Eingabehebels
in ein elektronisches Signal.
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Dabei
kann der Eingabehebel für eine sogenannte X-Y-Steuerung
vorgesehen sein, so dass ein Drücken des Eingabehebels
nach vorne auch eine Bewegung der Aufhängung des Werkzeugs
oder eines anderen Referenzpunktes am Arbeitsarm nach vorne bewirkt.
Das Gleiche gilt für die Bewegung nach oben und unten über
ein Anheben bzw. Ansenken des Eingabehebels. Hierfür ist
die waagerechte Ausrichtung des Eingabehebels besonders vorteilhaft,
weil in diesem Fall die Bewegungsrichtung des Eingabehebels derjenigen
des Referenzpunktes am Arbeitsarm entsprechen kann. Dadurch ist
die Bedienung besonders intuitiv.
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Ein
derartiger Eingabehebel in Form eines „liegenden Joysticks” hat
den Vorteil, dass er eine besonders einfache Bedienung mit einem
oder wenigen Fingern ermöglicht und gleichzeitig sehr gut
beispielsweise zusammen mit einem Drehrad in ein Bedientablett oder
ein Bedienpad integrierbar ist. Dadurch kann er vorteilhaft mit
dem Drehrad kombiniert werden, wodurch sich ein Bedienelement ergibt,
mit dem die Bewegungen des Arbeitsarms und dessen Funktionen insgesamt
besonders einfach und intuitiv steuerbar sind.
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Bei
der Integration in ein Bedienpad ergibt sich der weitere Vorteil,
dass dieses als mobiles Bedienelement mit einer kabelgebundenen
oder kabellosen Verbindung zur Arbeitsmaschine ausgestaltet sein
kann, wobei in letzterem Fall als Funknetzwerke beziehungsweise
Schnittstellen USB, FireWire, Bluetooth, WLAN oder Ethernet in Frage
kommen. Ein derartiges Bedienpad kann besonders vielseitig verwendet
werden, weil es sowohl auf dem Oberschenkel oder eine Oberfläche
abgelegt als auch an einem Tragegurt getragen werden kann. Dabei
können auch zwei Eingabehebel verwendet werden, wobei jede
Achse einen Zylinder der Arbeitsmaschine ansteuert, oder es kann
eine X-Y-Steuerung vorgesehen sein.
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In
einer Ausführungsform weist der Eingabehebel ein Drehelement
zur Bedienung eines dem Arbeitsarm zugeordneten Werkzeugs auf. Dieses
Drehelement kann beispielsweise als Teil eines Griffs des Eingabehebels
ausgestaltet und damit leicht greifbar und beispielsweise mit dem
Daumen bedienbar sein. Das Drehelement bewirkt eine Bedienung des
Werkzeugs, also beispielsweise ein Öffnen und Schließen
des Löffels.
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Da
das Drehelement der Bedienung des Werkzeugs zugeordnet ist, kann
es auch in der Form des Werkzeugs, gegebenenfalls stilisiert, ausgebildet sein.
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In
einer Ausführungsform weisen zumindest Bereiche des Bedienelements
einen Rand auf, der derart ausgestaltet ist, dass ein Bediener eine
Hand darauf ablegen kann. Beispielsweise kann das Bedienelement
dazu in Form eines Bedientablettes ausgestaltet sein.
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In
einer Ausführungsform ist das Bedienelement an zumindest
einer Armlehne eines Sitzes für den Bediener befestigt.
Dabei kann das Bedienelement als Bedientablett ausgestaltet sein,
das aus einer Ruhestellung in eine Bedienstellung bewegt werden
kann, beispielsweise, um in der Ruhestellung dem Bediener das Einsteigen
in den Sitz zu erleichtern.
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Da
die Eingabe des Bedieners am Bedienelement in ein elektronisches
Signal umgesetzt wird, entfällt eine direkte Rückmeldung
der Maschine an den Bediener. Um die Bedienung trotzdem intuitiv
zu gestalten, kann das Bedienelement eine Anzahl von Aktuatoren
zur Erzeugung einer Force-Feedback-Kraft aufweisen.
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Das
Bedienelement kann ferner ein Anzeigeelement und/oder Anzahl von
Funktionstasten aufweisen, die die Anwahl gespeicherter Funktionen
ermöglichen.
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Das
Bedienelement eignet sich zum Einsatz in Arbeitsmaschinen wie beispielsweise
Baggern, Teleskopladern, Baggerladern, Radlader, Ladekränen oder
Forstmaschinen.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung werden im folgenden anhand der beigefügten
Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
schematisch eine als Bagger ausgebildete Arbeitsmaschine;
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2 zeigt
schematisch ein Bedienelement gemäß einer ersten
Ausführungsform der Erfindung zum Einsatz in der Arbeitsmaschine
gemäß 1;
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3 zeigt
schematisch eine Montagemöglichkeit für das Bedienelement
gemäß 2 und
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4 zeigt
schematisch ein Bedienelement gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zum Einsatz in der Arbeitsmaschine
gemäß 1.
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Gleiche
Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt
schematisch eine als Bagger ausgebildete Arbeitsmaschine 1.
Die Arbeitsmaschine 1 weist ein Basisteil 2 (Unterwagen)
auf, auf dem ein Aufbau 3 (Oberwagen) angeordnet ist. Der
Aufbau 3 ist um eine Achse 4, die senkrecht zum
Untergrund 5 angeordnet ist, gegen das Basisteil drehbar.
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Die
Arbeitsmaschine weist weiter einen Arbeitsarm 6 auf, der
in der gezeigten Ausführungsform einen ersten Abschnitt 7,
einen zweiten Abschnitt 8 (Ausleger) und einen dritten
Abschnitt 9 (Stiel) umfasst. Die Abschnitte 7, 8 und 9 sind
gelenkig miteinander verbunden und um den ersten Drehpunkt 10 beziehungsweise
den zweiten Drehpunkt 11 drehbar. Dabei ist der Winkel
zwischen dem ersten Abschnitt 7 und dem zweiten Abschnitt 8 mit β1, und der Winkel zwischen dem zweiten Abschnitt 8 und
dem dritten Abschnitt 9 mit β2 bezeichnet.
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Am
Ende des dritten Abschnitts 9 ist ein Werkzeug 13 angeordnet,
das ebenfalls beweglich ist und in der gezeigten Ausführungsform
um einen dritten Drehpunkt 12 um den Winkel β3 gedreht werden kann. Dieses Werkzeug 13 ist
beispielsweise eine Schaufel, ein Löffel, ein Greifer oder
ein Hammer und kann in seiner Bewegung auch mehr oder andere Freiheitsgrade
aufweisen als den Winkel β3.
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In
einer nicht gezeigten Ausführungsform ist auch der erste
Abschnitt 7 gegenüber dem Aufbau 3 beweglich
und insbesondere um eine senkrechte oder waagerechte Achse drehbar.
In diesem Fall wird der erste Abschnitt 7 im Allgemeinen
als Ausleger und der zweite Abschnitt 8 als Verstellausleger
bezeichnet.
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2 zeigt
schematisch ein Bedienelement 14 gemäß einer
ersten Ausführungsform der Erfindung zum Einsatz in der
Arbeitsmaschine 1 gemäß 1.
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Insbesondere
ist das Bedienelement 14 zur Steuerung des Werkzeugs 13 vorgesehen.
Die Stellung dieses Werkzeugs 13 im Raum ist durch den Winkel
a bestimmt, um den der Aufbau 3 aus einer Ruhestellung
um die Achse 4 gedreht wurde, und durch die Winkel β1, β2 und β3.
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Das
Bedienelement 14 weist ein Drehrad 15 zur Steuerung
der Drehung des Aufbaus 3 auf, wobei das Drehrad 15 ein
erstes Drehrad 16 und ein konzentrisch dazu angeordnetes
zweites Drehrad 17 umfasst.
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Dabei
ist das erste Drehrad 16 zur Einstellung der Drehgeschwindigkeit ω vorgesehen.
Das zweite Drehrad 17 ist dagegen zur Einstellung eines Drehwinkels
a des Aufbaus 3 vorgesehen.
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Das
Bedienelement 14 weist weiter einen Eingabehebel 18 auf,
der in der Art eines „Joysticks” ausgebildet,
jedoch liegend, d. h. im wesentlichen parallel zum Basisteil 2 und
damit in den meisten Fällen auch parallel zum Untergrund 5,
angeordnet ist. Mit anderen Worten: Die Längsachse 20 des
Eingabehebels 18 liegt im Wesentlichen in der Ebene des
Bedienelements 14. Der Eingabehebel 18 ist in
einer Ausnehmung 31 oder alternativ in einer Vertiefung des
Bedienelements 14 angeordnet, so dass der Bediener ihn
leicht greifen kann. Zur Bedienung wird der Eingabehebel 18 bei
festgehaltenem Fußpunkt 30 bewegt, wodurch die
Position des Arbeitsarms 6 und damit der Winkel β1 und 12 festgelegt wird.
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Im
Ergebnis steuert demnach der Bediener mittels des Eingabehebels 18 bei
festgelegten Winkel a des Aufbaus 3 die Lage einer Befestigung
des Werkzeugs 13 am Arbeitsarm 6.
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Die
Position des Werkzeugs 13 selbst und damit der Winkel β3 wird dagegen mittels eines Drehelements 19 am
Eingabehebel 18 festgelegt, das um die Längsachse 20 des
Eingabehebels 18 in beide Richtungen drehbar ist. Das Drehelement 19 kann
in einer Ausführungsform in einer bestimmten Position federzentriert
sein.
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Somit
kann mittels des Drehrads 15 und des Eingabehebels 18 mit
dem Drehelement 19 die Position des Werkzeugs 13 im
Raum festgelegt und auf intuitive, leicht zu erlernende Weise gesteuert
werden.
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Das
Bedienelement 14 weist in der gezeigten Ausführungsform
ferner ein Anzeigelement 22 in Form eines Displays auf,
auf dem dem Bediener beispielsweise die aktuelle Position des Werkzeugs 13 oder
andere Funktionsinformationen angezeigt werden können.
Außerdem weist das Bedienelement 14 mehrere Funktions tasten 23 auf, über
die beispielsweise bestimmte Arbeitsabläufe programmiert
werden können. Die Funktionstasten 23 können
auch vorbelegt sein mit Funktionen wie beispielsweise Planieren,
Schwimmstellung, Schaufelnivellierung, voreingestellten Winkeln
insbesondere für den Böschungsbau, einstellbaren
Maschinendynamiken oder einer Not-Aus-Funktion.
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Durch
Umstecken des Bedienelements 14 ist es möglich,
das Bedienelement 14 seitenverkehrt auszugestalten und
somit die Benutzung für Linkshänder zu erleichtern.
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3 zeigt
schematisch eine Montagemöglichkeit für das Bedienelement 14 gemäß 2.
In dieser Ausführungsform ist das Bedienelement 14 an den
Armlehnen 24 eines Sitzes 25 für den
Bediener befestigt. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, dass
das Bedienelement 14 an einer der beiden Armlehnen 24 lösbar
befestigt ist, so dass es zum Einsteigen des Bedieners seitlich
weggeklappt werden kann.
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4 zeigt
schematisch ein Bedienelement gemäß einer zweiten
Ausführungsform der Erfindung zum Einsatz in der Arbeitsmaschine 1 gemäß 1.
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Bei
dieser Ausführungsform sind Teile des Bedienelements 14 an
einer Armlehne 24 des Sitzes 25, und weitere Teile
des Bedienelements 14 an der anderen Armlehne 24 angebracht.
Das Bedienelement 14 weist in dieser zweiten Ausführungsform
wie in der ersten Ausführungsform gemäß den 2 und 3 ein
Drehrad 15 mit einem ersten Drehrad 16 und einem
konzentrisch dazu angeordneten zweiten Drehrad 17 auf,
das in die Armlehne 24 des Sitzes 25 integriert
ist.
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Darüber
hinaus weist das Bedienelement 14 noch einen Eingabearm 26 auf,
dessen Geometrie weitgehend der des Arbeitsarms 6 der Arbeitsmaschine 1 entspricht,
da der Eingabearm 26 für jeden beweglichen Abschnitt
des Arbeitsarms 6 einen Abschnitt 27 aufweist,
der diesen nachbildet. Eine Auslenkung des Arbeitsarms 6,
insbesondere die Winkel β1 und β2, wird durch den Bediener durch eine entsprechende
Auslenkung des Eingabearms 26 festgelegt. Dadurch ist eine
besonders intuitive und einfach zu erlernende Bedienung des Arbeitsarms 6 möglich.
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Der
Eingabearm 26 weist an dem Ende, an dem beim Arbeitsarm 6 das
Werkzeug 13 angebracht ist, einen Griff 28 mit
einem Drehelement 29 auf. Über das Drehelement 29 wird
wie bei der ersten Ausführungsform eine Position des Werkzeugs 13, beispielsweise
der Winkel β3 gesteuert.
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Auch
bei dieser Ausführungsform lässt sich das Bedienelement
durch Vertauschen der beiden Teile seitenverkehrt ausgestalten.
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- 1
- Arbeitsmaschine
- 2
- Basisteil
- 3
- Aufbau
- 4
- Achse
- 5
- Untergrund
- 6
- Arbeitsarm
- 7
- erster
Abschnitt
- 8
- zweiter
Abschnitt
- 9
- dritter
Abschnitt
- 10
- erster
Drehpunkt
- 11
- zweiter
Drehpunkt
- 12
- dritter
Drehpunkt
- 13
- Werkzeug
- 14
- Bedienelement
- 15
- Drehrad
- 16
- erstes
Drehrad
- 17
- zweites
Drehrad
- 18
- Eingabehebel
- 19
- Drehelement
- 20
- Längsachse
- 21
- Rand
- 22
- Anzeigeelement
- 23
- Funktionstasten
- 24
- Armlehne
- 25
- Sitz
- 26
- Eingabearm
- 27
- Abschnitt
- 28
- Griff
- 29
- Drehelement
- 30
- Fußpunkt
- 31
- Ausnehmung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 1775254
A2 [0002]
- - GB 2385111 A [0003]