DE102014012284A1

DE102014012284A1 - Manuell bedienbares Steuerhebelelement

Info

Publication number: DE102014012284A1
Application number: DE102014012284.0A
Authority: DE
Inventors: Djoeni Volmer
Original assignee: Grammer AG
Current assignee: Grammer AG
Priority date: 2014-08-22
Filing date: 2014-08-22
Publication date: 2016-02-25

Abstract

Die Erfindung betrifft ein manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) zum Ansteuern bewegbarer Elemente (2a, 2b, 2c, 2d) eines Fahrzeugs (3), vorzugsweise einer Aushubmaschine, umfassend ein in einer Längsrichtung (9a) und/oder in einer Breitenrichtung (9b) einer Fahrzeugkabine (4) des Fahrzeugs (3) mittels eines ersten Endes (5a) verschwenkbar angeordnetes Steuerstangenelement (5), mit einem mit einem zweiten Ende (5b) des Steuerstangenelements (5) starr verbundenen Außenringelement (6) und einem innerhalb des Außenringelements (6) drehbar angeordnetes Innenringelement (7), wobei mittels mindestens eines mit dem Innenringelement (7) in Wirkkontakt stehenden ersten Detektionselements (14a) mittels Drehbewegungen des Innenringelements (7) mindestens ein erstes Signal (22a1, 22a2) generierbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein manuell bedienbares Steuerhebelelement zum Ansteuern bewegbarer Elemente eines Fahrzeugs, gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 und ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 13.
Fahrzeuge, die mit mehreren bewegbaren Elementen im Sinne von Funktionsbauteilen oder -baugruppen ausgestattet sind, verfügen herkömmlicherweise über Steuerelemente zur Ansteuerung dieser bewegbaren Elemente. Beispiele für solche Fahrzeuge sind etwa ein Gabelstapler oder ein Traktor. Als ein weiteres Beispiel sei hier noch ein Bagger als Aushubmaschine genannt, wie er bekanntermaßen für Erdaushubarbeiten verwendet wird. Dieser Bagger verfügt (siehe auch 2a und 2b) zum Beispiel über vier bewegbare Elemente: eine Fahrzeugkabine, die nach links und nach rechts verschwenkbar ist, ein an der Fahrzeugkabine verschwenkbar angeordneter erster Auslegerarm, ein am ersten Auslegerarm verschwenkbar angeordneter zweiter Auslegerarm, und schließlich eine am zweiten Auslegerarm verschwenkbar angeordnete Baggerschaufel. Die letztgenannten drei Elemente sind bevorzugt nach oben und nach unten verschwenkbar angeordnet. Es sind also insgesamt pro Element zwei verschieden gerichtete Bewegungen möglich, also insgesamt acht.
Zur Ansteuerung von bewegbaren Elementen bzw. deren Bewegungsfunktionen sind aus dem Stand der Technik sogenannte Joysticks oder auch Steuerknüppel bekannt, welche einem Gangschalthebel aus dem PKW ähneln und vom Benutzer des Fahrzeugs (Fahrzeugführer), beispielsweise eines Baggers (Baggerführer) manuell bedienbar innerhalb der Fahrzeugkabine angeordnet sind. Diese sind von einer Ausgangsstellung nach links und nach rechts sowie nach vorne und nach hinten verschwenkbar angeordnet. Wenn der Baggerführer sowohl mit der linken Hand als auch mit der rechten Hand jeweils einen Joystick bedienen kann, sind also insgesamt acht verschiedene Start- oder Eingangsbewegungen realisierbar, welche anschließend mittels einer geeigneten Steuereinrichtung, welche im Folgenden noch näher erläutert wird, in die oben erläuterten acht Ausgangsbewegungen des Baggers übertragbar sind. Die Norm ISO 10968 befasst sich zum Beispiel mit der Zuordnung der Eingangsbewegungen bzw. Grundfunktionen des Steuerknüppels zu den Ausgangsbewegungen bzw. Maschinenfunktionen des Baggers. Dieser Norm sind auch die Abbildungen gemäß den 2a und 2b entnommen.
Das Problem bei den herkömmlichen Joysticks ist, dass die Bewegung, die der Fahrzeugführer, wie etwa ein Baggerführer, zur Ausübung der Grundfunktionen des Joysticks durchführen muss, immer auch aus der Schulter heraus ausgeübt wird. Dies kann bei mehrstündigen Schichten, wie sie auf Baustellen, der Feldarbeit oder ähnlichem üblich sind, zu Überbeanspruchung, Ermüdungen, Missempfinden und Schmerzen vor allem in der Schulter des Fahrzeugführers führen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also, die herkömmlichen Steuervorrichtungen soweit weiterzuentwickeln, dass damit ein weitgehend ermüdungs- und schmerzfreies Arbeiten möglich ist.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1 und den Merkmalen des Patentanspruches 13.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung liegt darin, dass ein manuell bedienbares Steuerhebelelement zum Ansteuern bewegbarer Elemente eines Fahrzeugs, vorzugsweise einer Aushubmaschine angeordnet ist, umfassend ein in einer Längsrichtung und/oder in einer Breitenrichtung einer Fahrzeugkabine des Fahrzeugs mittels eines ersten Endes verschwenkbar angeordnetes Steuerstangenelement, mit einem mit einem zweiten Ende des Steuerstangenelements starr verbundenen Außenringelement und einem innerhalb des Außenringelements drehbar angeordneten Innenringelement, wobei mittels mindestens eines mit dem Innenringelement in Wirkkontakt stehenden ersten Detektionselements mittels Drehbewegungen des Innenringelements mindestens ein erstes Signal generierbar ist.
Das erste Signal ist hierbei bevorzugt ein elektrisches Signal und gleichzeitig ein Eingangssignal für eine nachfolgend näher beschriebene Steuereinrichtung bzw. Steuereinheit.
Beim erfindungsgemäßen manuellen Steuerhebelelement kann also mittels einer Drehung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement durch das erste Detektionselement mindestens ein erstes Signal generiert werden, wobei bevorzugt das erste Detektionselement geeignet ist, zwischen der Drehung im Uhrzeigersinn und der Drehung gegen den Uhrzeigersinn zu unterscheiden, so dass insgesamt zwei erste Signale generierbar sind.
Diese Drehung ist für den Fahrzeugführer, beispielsweise einem Baggerführer äußerst ergonomisch mit der Hand aus dem Handgelenk heraus ausführbar, so dass die Schulter hier komplett entlastet wird und die oben beschriebenen Nachteile überwunden werden. Dabei kann der Unterarm des Fahrzeugführers bequem auf einer Armlehne abgelegt und somit gestützt werden, wodurch der Ellbogen und das Handgelenk hinsichtlich ihrer Position gesichert werden. Dies führt dazu, dass die auszuführende Bewegung sehr genau ausgeführt werden kann.
Im Sinne der Erfindung wird zwischen den Begriffen Verschwenkung und (Ver-)Drehung insofern unterschieden, als dass eine Verschwenkung eine Rotationsbewegung um eine Achse darstellt, die entweder außerhalb oder an einem Ende des verschwenkten Körpers liegt. Im Gegensatz dazu ist eine Drehung eine Rotationsbewegung um eine Achse, die im Wesentlichen in der geometrischen Mitte bzw. im Zentrum des verschwenkten Körpers liegt.
Vorteilhaft ist hierbei mittels eines mit dem Außenringelement in Wirkkontakt stehenden zweiten Detektionselements mittels Verschwenkbewegungen des Außenringelements in die Längsrichtung der Fahrzeugkabine mindestens ein zweites Signal und/oder mittels eines mit dem Außenringelement in Wirkkontakt stehenden dritten Detektionselements mittels Verschwenkbewegungen des Außenringelements in die Breitenrichtung der Fahrzeugkabine mindestens ein drittes Signal generierbar.
Es versteht sich, dass eine Verschwenkung des Außenringelements auch immer eine Verschwenkung des Steuerstangenelements darstellt, da beide wie oben beschrieben starr miteinander verbunden sind. Dabei muss das Außenringelement nicht ganz geschlossen sein, sondern kann beispielsweise sich über einen Halbkreis erstreckend ausgebildet sein. Es muss lediglich eine mechanische Führung des Innenringelements gewährleisten.
Das Außenringelement führt also eine Rotationsbewegung um eine Achse durch, die am ersten Ende des Steuerstangenelements, mithin also außerhalb des Außenringelements angeordnet ist, was also eine Verschwenkbewegung darstellt. Dabei ist eine Referenzachse einerseits parallel zur Längsausdehnung des Steuerstangenelements bzw. der Baugruppe, die aus Steuerstangenelement und Außenringelement besteht, angeordnet und verläuft durch die Rotationsachse der Verschwenkbewegung und senkrecht zu dieser. Diese Referenzachse wird nachfolgend Steuerstangenmittelachse genannt.
Zur Erhöhung des Bedienkomforts ist es vorteilhaft, wenn das Außenringelement in einer Grundstellung sich in Breitenrichtung und Höhenrichtung oder Längsrichtung und Höhenrichtung der Fahrzeugkabine erstreckend angeordnet ist. Die Grundstellung wird beispielsweise dadurch definiert, dass die Steuerstangenmittelachse senkrecht, mithin also unverschwenkt, gegenüber einer Ebene angeordnet ist, die durch die Längs- und die Breitenrichtung der Fahrzeugkabine ausgebildet wird. So wird ermöglicht, dass der Fahrer das Außenringelement bequem greifen und im Sinne der Erfindung bedienen kann. Es entspricht somit die Richtung der Erstreckung des Außenringelements mindestens einer der beiden Verschwenkrichtungen. Denkbar ist, dass das Außenringelement gegenüber dem Steuerstangenelement von einer ersten Position in eine zweite Position umbaubar ist, wobei ersteres sich in der ersten Position in Längsrichtung und in der zweiten Position in Breitenrichtung der Fahrzeugkabine erstreckt.
Weiterhin ist es möglich, dass die Position der Rotationsachsen höhenverstellbar ist, indem beispielsweise der Teil der Fahrzeugkabine, an dem die Steuerstange angebracht ist, nach unten bzw. nach oben verschoben oder verschwenkt werden kann.
Dabei ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vorteilhaft, wenn zwischen zwei auf einem Innendurchmesser des Innenringelements angeordneten Anschlussstellen ein Griffstabelement angeordnet ist. Dadurch kann der Bedienkomfort nochmals erhöht werden, da eine bequeme Griffmöglichkeit mittels des Griffstabelements ausgebildet ist, welches mit der Hand umschlossen werden kann, wodurch der Fahrzeugführer das Gefühl hat, direkt mit dem Fahrzeug oder der Maschine verbunden zu sein. Bevorzugt entspricht der Innendurchmesser 12 des Innenringelements einem Wert aus einem Bereich von 15 cm bis 25 cm, weiter bevorzugt einem Wert aus einem Bereich von 17 cm bis 23 cm, meist bevorzugt einem Wert von 20 cm. Bevorzugt entspricht der Durchmesser 13a des Griffstabelements 13 einem Wert aus einem Bereich von 1,5 cm bis 5 cm, weiter bevorzugt einem Wert aus einem Bereich von 2,5 cm bis 3,5 cm, meist bevorzugt einem Wert von 3 cm.
Vorteilhaft ist es, wenn das erste Detektionselement, das zweite Detektionselement und/oder das dritte Detektionselement ein magnetischer, optischer oder mechanischer Sensor ist.
Beispielsweise kann die Drehung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement mittels einer Anordnung aus einem inkrementalen Winkelgeber, einer Lichtquelle und einer Fotodiode bzw. einem Fototransistor erfasst werden. Dabei wird der inkrementale Winkelmesser durch eine Drehscheibe ausgebildet, die in lichtdurchlässige und lichtundurchlässige Abschnitte unterteilt ist. Mit Hilfe der Lichtquelle und dem Fototransistor werden rechteckige Impulse erzeugt, die gezählt und anschließend angezeigt werden. Zur Unterscheidung von Rechts- und Linkslauf dient ein zweiter, versetzter Kanal auf der Drehscheibe. Die Unterscheidung erfolgt durch eine spezielle Auswertungselektronik.
Denkbar wäre auch eine Anordnung bestehend aus einer Art Steuerscheibe, die entlang ihrer ersten Stirnfläche mit verschiedenen bis zu ihrer zweiten Stirnfläche durchgehenden Ausnehmungen versehen ist. Diese sind beispielsweise entlang eines virtuellen Kreises angeordnet. Hinter der Steuerscheibe ist ein erster Näherungssensor (je nach erfasstem Werkstoff induktiver oder kapazitiver Ausführung) so angeordnet, dass sein Sensorfeld entweder von der Steuerscheibe oder von einer Ausnehmung derselben abgedeckt wird, so dass dieser entsprechend zwei unterschiedliche Signale generieren kann. Um die Nullstellung der Steuerscheibe zu ermitteln, kann eine weitere einzelne Ausnehmung an einer anderen Position der Steuerscheibe und zwar außerhalb des oben beschriebenen virtuellen Kreises angeordnet sein, hinter welcher analog zum ersten Näherungssensor ein zweiter Näherungssensor angeordnet ist, welcher analog zum ersten ebenfalls von der Steuerscheibe oder von der einzelnen Ausnehmung abgedeckt wird. Ist letzteres der Fall, befindet sich die Steuerscheibe in Grundstellung. Die Steuerscheibe kann nun beispielsweise am ersten Ende des Steuerstangenelements angeordnet sein, so dass der Verlauf ihrer Mittelachse dem Verlauf der Rotationsachse der Verschwenkbewegung des Steuerstangenelements entspricht.
Eine weitere Möglichkeit wäre es, das untere Ende des Steuerstangenelements so auszubilden, dass ein erstes Zahnrad starr an dem unteren Ende angeordnet ist, wobei beispielsweise der Verlauf der Mittelachse dieses Zahnrads dem Verlauf der Rotationsachse der Verschwenkbewegung des Steuerstangenelements entspricht. Eine Verschwenkung des Steuerstangenelements würde hier also eine Drehung des Zahnrads um dessen Mittelachse bewirken. Mit diesem Zahnrad in Eingriff steht beispielsweise ein zweites Zahnrad, das nun bei einer Drehung des ersten Zahnrads sich ebenfalls dreht. Die Drehung des zweiten Zahnrads im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn kann analog zu den beiden oben beschriebenen Möglichkeiten erfasst werden. Dies ist dann sinnvoll, wenn aus Platzgründen direkt am unteren Steuerstangenende keine komplizierten Aufbauten bzw. Sensoranordnungen möglich sind.
Als weitere Möglichkeit gibt es die Anordnung eines zweiten und eines dritten Zahnrads, welche jeweils fest auf einer Welle befestigt sind, wobei auf der Welle beabstandet zu den Zahnrädern jeweils ein weiteres Drehelement zum Beispiel in Form einer Drehscheibe verbunden ist. Eine Drehung des zweiten und/oder dritten Zahnrads bewirkt also immer auch eine Drehung der diesen Zahnrädern zugeordneten Wellen. Diese Drehelemente sind nun gegenüber der Welle jeweils mit einem Freilauf versehen, so dass eine Drehung der Welle in eine erste Richtung, zum Beispiel in Uhrzeigersinn für das dem zweiten Zahnrad zugeordnete Drehelement und gegen den Uhrzeigersinn für das dem dritten Zahnrad zugeordnete Drehelement, auf das Drehelement übertragen wird, aber in eine zweite Richtung, also zum Beispiel gegen den Uhrzeigersinn für das dem zweiten Zahnrad zugeordnete Drehelement und in Uhrzeigersinn für das dem dritten Zahnrad zugeordnete Drehelement, nicht übertragen wird. Die Drehung der Drehelemente im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn kann analog zu den beiden oben beschriebenen Möglichkeiten erfasst werden. Die Fehlerquote bei der Erfassung des Vorhandenseins einer Verschwenkbewegung des Steuerstangenelements und der Erfassung deren Richtung kann somit gesenkt werden. Auch am Außenumfang des Innenringelements können beispielsweise Zähne und am zweiten Ende des Steuerstangenelements entsprechende Zahnräder angeordnet sein.
Die genannten Detektionselemente bzw. Detektionseinheiten können also bei geeigneter Anordnung sowohl zur Erfassung der Drehung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement als auch zur Erfassung der Verschwenkung des Steuerstangenelements bzw. des Außenringelements gegenüber der Fahrzeugkabine dienen.
Zur Weitergabe und Verarbeitung der durch die Eingangsbewegungen erzeugten Signale ist es weiterhin vorteilhaft, wenn eine erste, eine zweite und/oder eine dritte Übertragungseinrichtung vorgesehen sind, welche das erste, das zweite und/oder das dritte Detektionselement und mindestens eine mit dem ersten, dem zweiten und/oder dem dritten Detektionselement verbundene Steuereinheit zum Empfangen der Signale von den Detektionselementen und/oder mindestens eines mittels der Steuereinheit über mindestens ein Ausgangssignal ansteuerbares und mit einem der bewegbaren Elemente in Wirkkontakt stehendes Antriebselement umfassen.
Als Beispiel wird ein Signal, welches das erste Detektionselement aufgrund einer Drehbewegung des Innenringelements gegenüber dem Außenringelement gegen den Uhrzeigersinn generiert, über geeignete Leitungen an eine Steuereinheit als Eingangssignal übertragen. Diese Steuereinheit stellt beispielsweise eine sogenannte SPS (speicherprogrammierbare Steuerung) dar.
Eine SPS weist zum Beispiel Eingänge, Ausgänge, ein Betriebssystem und eine Schnittstelle auf, über die das Anwenderprogramm geladen werden kann. Das Anwenderprogramm legt fest, wie die Ausgänge in Abhängigkeit von den Eingängen geschaltet werden sollen. Das Betriebssystem, auch Firmware genannt, stellt sicher, dass dem Anwenderprogramm immer der aktuelle Zustand aller beteiligten Komponenten zur Verfügung steht. Anhand dieser Informationen kann das Anwenderprogramm die Ausgänge so schalten, dass die Maschine in der gewünschten Weise funktioniert.
Die Detektionseinheiten sind dabei an die Eingänge der SPS geschaltet und übertragen die erläuterten (Eingangs-)Signale an die Steuereinheit. Die Steuereinheit generiert nun jeweils ein entsprechendes Ausgangssignal, welches beispielsweise an einen Aktor übertragen wird. Diese Aktoren sind an den Ausgängen der SPS angeschlossen und stellen die Antriebselemente dar, welche nun den jeweiligen Ausgangssignalen zugeordnete Bewegungen ausführen können. Dieses Antriebselement ist wiederum beispielsweise mit einem bewegbaren Element verbunden, so dass eine Bewegung des Antriebselements immer eine Bewegung des bewegbaren Elements darstellt. Dabei können sowohl die Bewegungen des Antriebselements als auch die Bewegungen des bewegbaren Elements Rotationsbewegungen oder Translationsbewegungen sein.
Es ist beispielsweise vorteilhaft, wenn das mindestens eine Antriebselement ein Elektromotor, ein Hydraulikaktor oder ein pneumatischer Aktor ist. Beispielsweise kann als Antriebselement ein hydraulischer oder pneumatischer Zylinder angeordnet sein.
Weiterhin denkbar ist es, dass mittels der ersten Übertragungseinrichtung die Drehbewegungen des Innenringelements in eine erste und/oder zweite Richtung in eine Bewegung des ersten oder zweiten Elements des Fahrzeugs in jeweils eine erste und/oder zweite Richtung übertragbar sind.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es wiederum vorteilhaft, wenn mittels der zweiten Übertragungseinrichtung die Verschwenkbewegungen des Außenringelements in eine erste und/oder zweite Richtung in eine Bewegung des dritten und/oder des vierten Elements des Fahrzeugs in jeweils eine erste und/oder zweite Richtung übertragbar sind.
Denkbar ist es weiterhin, dass ausgehend von der Grundstellung das Außenringelement mittels der Verschwenkbewegung in die erste Richtung um maximal 60° in Uhrzeigersinn und/oder mittels der Verschwenkbewegung in die zweite Richtung um maximal 60° gegen den Uhrzeigersinn verschwenkbar ist. Diese Limitierung der Verschwenkbewegung des Außenringelementes bzw. des Steuerstangenelementes gegenüber der Fahrzeugkabine kann beispielsweise mittels starr an der Fahrzeugkabine und zwischen dem ersten und dem zweiten Ende des Steuerstangenelements angeordneter Stoppelemente realisiert werden, die bei Erreichen der ersten bzw. zweiten Maximalposition gegenüber dem Steuerstangenelement kontaktierend ausgebildet sind, mithin also eine weitere Verschwenkung des Steuerstangenelements in die entsprechende Richtung nicht zulassen.
Analog dazu ist es denkbar, dass ausgehend von einer Grundstellung das Innenringelement mittels der Drehbewegung in die erste Richtung um maximal 45° in Uhrzeigersinn und/oder mittels der Drehbewegung in die zweite Richtung um maximal 45° gegen den Uhrzeigersinn verdrehbar ist. Auch hier können am Außenringelement geeignete Stoppelemente vorgesehen sein, die mit entsprechend ausgebildeten Positionselementen am Innenring bei Erreichen der Maximalpositionen in Eingriff kommen bzw. mit diesen kollidieren und so eine weitere Drehung des Innenringelements in die entsprechende Richtung nicht zulassen.
Die Grundstellung des Innenringelements könnte beispielsweise durch eine vertikale oder horizontale Anordnung des Griffstabelements definiert sein. Fehlt ein Griffstabelement, könnte die Stellung eines Referenzpunktes, der beispielsweise durch eine Erhebung am Innenringelement dem Fahrer zugänglich ist, die Grundstellung definieren. Beispielsweise könnte diese Erhebung in der Grundstellung am tiefsten Punkt des Innenringelements (in Höhenrichtung der Fahrzeugkabine betrachtet) liegen.
Beide Limitierungen sind sinnvoll, um dem Fahrer keine ergonomisch bedenklichen Bewegungen zumuten zu müssen, und um die Platzverhältnisse in der Fahrzeugkabine zu berücksichtigen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist es vorteilhaft, wenn das erste bewegbare Element die Fahrzeugkabine und/oder das zweite bewegbare Element ein gegenüber dem ersten bewegbaren Element mit einem ersten Ende verschwenkbar angeordneter erster Auslegerarm und/oder das dritte bewegbare Element ein gegenüber einem zweiten Ende des zweiten bewegbaren Elements mit einem ersten Ende verschwenkbar angeordneter zweiter Auslegerarm und/oder das vierte bewegbare Element eine gegenüber einem zweiten Ende des dritten bewegbaren Elements verschwenkbar angeordnete Baggerschaufel ist.
Mit dem erfindungsgemäßen Steuerhebelelement können also gleichzeitig drei Elemente angesteuert werden, da insgesamt sechs verschiedene Eingangsbewegungen (EB) damit erzeugbar sind (Drehbewegung des Innenringelements gegen den Uhrzeigersinn (EB 1) und im Uhrzeigersinn (EB 2), Verschwenkung des Steuerstangenelements in Längsrichtung oder Breitenrichtung jeweils gegen den Uhrzeigersinn (EB 3 und EB 5) und im Uhrzeigersinn (EB 4 und EB 6). Vorteilhaft ist es also, wenn ein Fahrzeug zwei derartige Steuerhebelelemente aufweist, um auch die verbleibenden beiden Eingangsbewegungen EB 7 und EB 8 ausüben zu können.
Es wäre allerdings denkbar, dass mittels der Steuereinheit und einem weiteren Bedienelement, das zum Beispiel in Form eines Bedienknopfs am Außenringelement angeordnet ist, eine Signalvariante realisierbar ist. So könnte gemäß dieser Signalvariante zum Beispiel dann, wenn der Bagger über längere Zeit mit seiner Fahrzeugkabine in einer Richtung ausgerichtet arbeiten muss, also dann, wenn die Funktion des Verschwenkens der Fahrzeugkabine über längere Zeit nicht benötigt wird, per Knopfdruck das Ausgangssignal, das ursprünglich dem Antriebselement zugeordnet war, das das Verschwenken der Fahrzeugkabine auslöst, von der Steuereinheit ausgehend verändert werden, so dass die Steuereinheit nunmehr ein anderes Antriebselement, das das Verschwenken eines weiteren bewegbaren Elements, beispielsweise des ersten Auslegerarms, auslöst, mit einem entsprechenden Ausgangssignal ansteuert. Das würde bedeuten, dass alle derzeit benötigten Ausgangsbewegungen mit einem einzelnen Steuerhebelelement ansteuerbar wären.
Weiterhin wäre denkbar, dass die Eingangsbewegungen miteinander kombiniert werden können. Zum Beispiel könnte, am Beispiel eines Baggers aufgezeigt, das Verschwenken des Steuerstangenelements nach vorne bzw. nach hinten kombiniert werden mit dem Verschwenken des Steuerstangenelements nach links bzw. nach rechts. Es wäre somit bei entsprechender Belegung der Ausgangssignale denkbar, dass ein Verschwenken der Fahrerkabine zum Beispiel nach links kombiniert würde mit einem Einfahren, also einem Verschwenken der Baggerschaufel nach oben; und dass die entsprechende Bewegung des Steuerhebelelements einerseits nach links und auf den Fahrer zu erfolgt. Der Vorteil wäre, dass die Bewegung des Steuerknüppels hier der Bewegung der Schaufel bzw. Kabine entspricht und somit intuitiv ausführbar ist.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch gelöst von einem Fahrzeug, vorzugsweise einer Aushubmaschine, umfassend mindestens ein manuell bedienbares Steuerhebelelement zum Ansteuern bewegbarer Elemente des Fahrzeugs nach einem der Ansprüche 1–12.
Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Vorteile und Zweckmäßigkeiten sind der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung zu entnehmen.
Es zeigen:
1a, 1b in einer Vorderansicht und in einer Draufsicht ein erfindungsgemäßes Steuerhebelelement;
2a, 2b Grundfunktionen eines Baggers;
3a, 3b, 3c verschiedene Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuerhebelemenemts gemäß 1.
In 1a ist ein erfindungsgemäßes Steuerhebelelement 1 zu sehen, welches ein Steuerstangenelement 5 aufweist, das mit einem ersten Ende 5a an der Fahrzeugkabine 4 verschwenkbar angeordnet ist. Die zu dieser Bewegung gehörige Rotationsachse 27 ist entsprechend senkrecht zur Bildebene bzw. in diesem Fall entlang der Fahrzeuglängsrichtung 9a angeordnet. An einem zweiten Ende 5b des Steuerstangenelements 5 ist ein Außenringelement 6 starr angeordnet, welches sich hinsichtlich der Verschwenkung in Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 in seiner Grundstellung 17b befindet (siehe 1b) und sich in Breitenrichtung 9b und Höhenrichtung 9c der Fahrzeugkabine 4 erstreckt.
Dabei entspricht die Grundstellung 17b der Stellung des Steuerhebelelements 1, in dem die Steuerstangenmittelachse 5c parallel zur Höhenrichtung 9c und senkrecht zur Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 angeordnet ist. In 1b sind die Verschwenkbewegungen 6c, 6d des Steuerhebelelements 1 in Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 mittels der Pfeile veranschaulicht. Im Folgenden wird allerdings nur auf die Verschwenkbewegungen 6a, 6b in Breitenrichtung 9b der Fahrzeugkabine 4 eingegangen.
Innerhalb dieses Außenringelements 6 ist ein Innenringelement 7 angeordnet, welches um eine zur Bildebene senkrechte Rotationsachse 28 drehbar gegenüber dem Außenringelement 6 gelagert ist. Zwischen zwei Anschlussstellen 11a, 11b des Innenringelements 7 an dessen Innendurchmesser 12 ist ein Griffstabelement 13 angeordnet, das wie gezeigt von der Hand des Baggerführers umschlossen werden kann.
Angedeutet mittels einer eingezeichneten virtuellen Achse ist ebenfalls die Grundstellung 17a des Steuerstangenelements 5 hinsichtlich der Verschwenkung in Breitenrichtung 9b der Fahrzeugkabine 4, wobei diese Achse bzw. Grundstellung 17a einer Stellung der Steuerstangenmittelachse 5c parallel zur Höhenrichtung 9c und senkrecht zur Breitenrichtung 9b der Fahrzeugkabine 4 entspricht.
Die Grundstellung 19 des Innenringelements 7 hinsichtlich der Drehung gegenüber dem Außenringelement 6 in Uhrzeigersinn 18a oder gegen den Uhrzeigersinn 18b entspricht in diesem Beispiel einer Ausrichtung der Griffstange 13 parallel zum Steuerstangenelement 5.
Schematisch eingezeichnet ist am ersten Ende 5a des Steuerstangenelements 5 ein Detektionselement 14c, das wie erläutert geeignet ist, eine Verschwenkung des Steuerstangenelements 5 gegenüber der Fahrzeugkabine 4 zu erfassen und daraufhin abhängig von der Richtung 6a, 6b der Verschwenkung ein Signal bzw. Eingangssignal 22c1, 22c2 zu generieren, das über eine dafür geeignete Leitung 24a an eine Steuereinheit 20a übermittelt wird.
Ebenfalls schematisch dargestellt ist am oberen Ende des Steuerstangenelements 5 in der Nähe des Innenringelements 7 ein weiteres Detektionselement 14a, das wie erläutert geeignet ist, eine Drehung des Innenringelements 7 gegenüber dem Außenringelement 6 zu erfassen und daraufhin abhängig von der Richtung 7a, 18b bzw. 7b, 18a der Drehung ein Signal bzw. Eingangssignal 22a1, 22a2 zu generieren, das über eine dafür geeignete Leitung 24c an eine Steuereinheit 20a übermittelt wird. Denkbar ist es, dass die Leitung 24c geschützt innerhalb des Steuerstangenelements 5 verläuft.
Aus Sicht des Baggerführers ist nun eine Verschwenkung des Steuerstangenelements 5 um die Rotationsachse 27 jeweils gegenüber der Fahrzeugkabine 4 in eine erste Richtung 6a, mithin gegen den Uhrzeigersinn 18b, sowie in eine zweite Richtung 6b, mithin im Uhrzeigersinn 18a möglich.
Analog dazu ist aus Sicht des Baggerführers eine Drehung des Innenringelements 7 gegenüber dem Außenringelement 6 um die Rotationsachse 28 in eine erste Richtung 7a, mithin gegen den Uhrzeigersinn 18b, sowie in eine zweite Richtung 7b, mithin im Uhrzeigersinn 18a möglich.
Die Steuereinheit 20a generiert daraufhin ein dem Eingangssignal 22c1, 22c2 bzw. 22a1, 22a2 zugeordnetes Ausgangssignal 23c1, 23c2 bzw. 23a1, 23a2, welches wiederum über eine dafür geeignete Leitung 24b bzw. 24d an ein Antriebselement 21c bzw. 21a weitergegeben wird. Dieses Ausgangssignal 23c1, 23c2 bzw. 23a1, 23a2 wird von dem Antriebselement 21c bzw. 21a in eine Bewegung des ganzen oder Teilen des Antriebselements 21c oder 21a umgewandelt, welche wiederum in eine Bewegung 2c1, 2c2 bzw. 2a1, 2a2 des am Antriebselement 21c bzw. 21a angeordneten bewegbaren Elements 2c bzw. 2a resultiert.
Dabei sind die Zuordnungen der Eingangssignale 22a1, 22a2, 22b1 (nicht gezeigt), 22b2 (nicht gezeigt), 22c1, 22c2 zu den Ausgangssignalen 23a1, 23a2, 23b1 (nicht gezeigt), 23b2 (nicht gezeigt), 23c1, 23c2, 23d1 (nicht gezeigt), 23d2 (nicht gezeigt) frei wählbar und alleine von der Programmierung der Übertragungseinheit abhängig. Insofern ist hier natürlich eine beispielhafte Zuordnung abgebildet.
Die 2a und 2b entstammen der Norm ISO 10968, welche sich mit Stellteilen von Erdbaumaschinen befasst, und entsprechen somit dem Stand der Technik, wodurch allerdings eine übersichtliche Darstellung der Grundfunktionen einer Aushubmaschine möglich ist.
Zu sehen ist aus Sicht eines Baggerführers die Kommandoübersicht in einem Bagger aus dem Stand der Technik, in dem ein mit der linken Hand bedienbarer Joystick 25a und ein mit der rechten Hand bedienbarer Joystick 25b angeordnet sind. Beide Joysticks 25a, 25b können von einer Grundstellung, in der die Mittelachse der Joysticks 25a, 25b senkrecht zur Bildebene angeordnet ist, jeweils nach vorne v bzw. nach hinten h sowie nach links l und nach rechts r verschwenkt werden. Diesen Eingangsbewegungen v, h, l, r sind jeweils Ausgangsbewegungen der am Fahrzeug 3 angeordneten bewegbaren Elemente 2a, 2b, 2c, 2d zugeordnet. Dabei entspricht in diesem Fall das bewegbare Element 2a der Fahrzeugkabine 4, das bewegbare Element 2b dem ersten Auslegerarm 15, das bewegbare Element 2c dem zweiten Auslegerarm 16 und das bewegbare Element 2d der Baggerschaufel 26. Der erste Auslegerarm 15 ist mit seinem ersten Ende 15a verschwenkbar an der Fahrzeugkabine 4 angeordnet, wobei am zweiten Ende 15b des ersten Auslegerarms 15 der zweite Auslegerarm 16 mit einem ersten Ende 16a verschwenkbar angeordnet ist. Am zweiten Ende 16b des zweiten Auslegerarms 16 ist wiederum die Baggerschaufel 26 verschwenkbar angeordnet. Während die Fahrzeugkabine 4 um eine Achse verschwenkbar ist, die parallel zur Höhenrichtung 9c des Fahrzeugs 3 angeordnet ist, sind der erste 15 und der zweite Auslegerarm 16 sowie die Baggerschaufel verschwenkbar um Achsen angeordnet, die senkrecht zur Höhenrichtung 9c des Fahrzeugs 3 angeordnet sind.
Eine Grundstellung der Fahrzeugkabine 4 entspricht generell der Stellung, in der die Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 parallel zur Längsausdehnung der gezeigten Ketten und mit Blickrichtung des Fahrers in Fortbewegungsrichtung nach vorne angeordnet ist.
Die folgenden Beschreibungen sind jeweils aus Sicht des Fahrers zu sehen.
Eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach links l löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2a1 der Fahrzeugkabine 4 nach links und eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach rechts r löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2a2 der Fahrzeugkabine 4 nach rechts aus. Erfolgt eine Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach vorne v, wird dem zweiten Auslegerarm 16 eine Verschwenkbewegung 2c1 nach vorne von der Fahrzeugkabine 4 weg auferlegt, während bei einer Verschwenkbewegung des linken Joysticks 25a nach hinten h eine Verschwenkbewegung 2c2 des zweiten Auslegerarms 16 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 4 erfolgt.
Eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach links l löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2d1 der Baggerschaufel 26 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 4 und eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach rechts r löst normgemäß ein Verschwenkbewegung 2d2 der Baggerschaufel 26 nach vorne von der Fahrzeugkabine 4 weg aus. Erfolgt eine Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach vorne v, wird dem ersten Auslegerarm 15 eine Verschwenkbewegung 2b2 nach hinten in Richtung Fahrzeugkabine 4 auferlegt, während bei einer Verschwenkbewegung des rechten Joysticks 25b nach hinten h eine Verschwenkbewegung 2b1 des ersten Auslegerarms 15 nach vorne von der Fahrzeugkabine 4 weg erfolgt.
Erfindungsgemäß können beispielsweise die Ausgangsbewegungen 2a1, 2a2, 2b1, 2b2, 2c1, 2c2, 2d1, 2d2 gleich bleiben, während wie beschrieben die dazugehörigen Eingangsbewegungen nicht mehr den beiden Joysticks 25a, 25b, sondern dem erfindungsgemäßen Steuerstangenelement 1 zugeordnet sind.
Die 3a–3c zeigen verschiedene erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Kombination aus Außenringelement 6 und Innenringelement 7, wobei hier aus Gründen der Übersichtlichkeit weder das Steuerstangenelement 5 noch die Fahrzeugkabine 4 gezeigt sind. In der 3a ist die Variante gezeigt, bei der am Innendurchmesser 12 des Innenringelements 7 zwischen zwei Anschlusspunkten 11a, 11b ein Griffstabelement 13 angeordnet ist. Dabei sind die Anschlusspunkte 11a, 11b bevorzugt so ausgewählt, dass zwischen beiden der maximal mögliche Abstand herrscht, welcher dann dem Wert des Innendurchmessers 12 entspricht. Bevorzugt sind die Längsausdehnung des Griffstabelements 13 und die Längsausdehnung des Innenringelements 7 parallel zueinander angeordnet.
Diese erste Variante ist dazu geeignet, dass der Baggerführer eine Drehbewegung aus dem Handgelenk bzw. aus dem Ellbogen heraus um die Rotationsachse 28 ausübt, um das Innenringelement 7 gegenüber dem Außenringelement 6 zu drehen. Die Schulter bleibt von dieser Bewegung unberührt.
Gemäß der Variante aus 3b ist kein Griffstabelement 13 angeordnet, so dass der Baggerführer Außenringelement 6 und Innenringelement 7 umfasst, um entweder beide miteinander zu verschwenken, wenn gleichzeitig das Steuerstangenelement 5 verschwenkt werden soll, oder um das Innenringelement 7 gegenüber dem Außenringelement 6 zu drehen, indem der Baggerführer gegebenenfalls den Haltedruck auf das Außenringelement 6 entsprechend minimiert. Gezeigt ist hier die Variante, bei der sich das Außenringelement 6 in Höhenrichtung 9c und Breitenrichtung 9b der Fahrzeugkabine 4 erstreckt.
Die Darstellung gemäß 3c entspricht vom Grundaufbau der Darstellung gemäß 3b; allerdings ist hier die Variante gezeigt, bei der sich das Außenringelement 6 in Höhenrichtung 9c und Längsrichtung 9a der Fahrzeugkabine 4 erstreckt. Auch in diesem Fall können die Zuordnungen der Eingangsbewegungen 7a, 7b des Innenringelements 7 gleich bleiben, da die Bewegungen „im Uhrzeigersinn 18a” und „gegen den Uhrzeigersinn 18b” auch bei dieser Anordnung des Außenringelements 6 aus Sicht des Fahrers Gültigkeit haben.
Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, sofern sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.
Bezugszeichenliste

1: Steuerhebelelement
2a–2d: bewegbare Elemente
2a1, 2b1, 2c1, 2d1: erste Bewegungsrichtung
2a2, 2b2, 2c2, 2d2: zweite Bewegungsrichtung
3: Fahrzeug
4: Fahrzeugkabine
5: Steuerstangenelement
5a: erstes Ende
5b: zweites Ende
5c: Steuerstangenmittelachse
6: Außenringelement
6a, 6b: Verschwenkbewegungen
7: Innenringelement
7a, 7b: Drehbewegungen
9a: Längsrichtung
9b: Breitenrichtung
9c: Höhenrichtung
10a, 10b, 10c: Übertragungseinrichtungen
11a, 11b: Anschlussstellen
12: Innendurchmesser
13: Griffstabelement
13a: Durchmesser
14a, 14b, 14c: Detektionselemente
15: erster Auslegerarm
15a, 16a: erstes Ende
15b, 16b: zweites Ende
16: zweiter Auslegerarm
17a, 17b, 19: Grundstellung
18a: In Uhrzeigersinn
18b: gegen den Uhrzeigersinn
20a: Steuereinheit
21a; 21b; 21c; 21d: Antriebselemente
22a1, 22a2, 22b1, 22b2, 22c1, 22c1: Eingangssignale
23a1, 23a2; 23b1, 23b2; 23c1, 23c2; 23d1, 23d2: Ausgangssignale
24a, 24b, 24c, 24d: Leitung
25a, 25b: herkömmliche Joysticks
26: Baggerschaufel
27, 28: Rotationsachse
h: Bewegung nach hinten
l: Bewegung nach links
r: Bewegung nach rechts
v: Bewegung nach vorne

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

Norm ISO 10968 [0003]
Norm ISO 10968 [0057]

Claims

Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) zum Ansteuern bewegbarer Elemente (2a, 2b, 2c, 2d) eines Fahrzeugs (3), vorzugsweise einer Aushubmaschine, umfassend ein in einer Längsrichtung (9a) und/oder in einer Breitenrichtung (9b) einer Fahrzeugkabine (4) des Fahrzeugs (3) mittels eines ersten Endes (5a) verschwenkbar angeordnetes Steuerstangenelement (5), gekennzeichnet durch ein mit einem zweiten Ende (5b) des Steuerstangenelements (5) starr verbundenes Außenringelement (6) und ein innerhalb des Außenringelements (6) drehbar angeordnetes Innenringelement (7), wobei mittels mindestens eines mit dem Innenringelement (7) in Wirkkontakt stehenden ersten Detektionselements (14a) mittels Drehbewegungen des Innenringelements (7) mindestens ein erstes Signal (22a1, 22a2) generierbar ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels eines mit dem Außenringelement (6) in Wirkkontakt stehenden zweiten Detektionselements (14b) mittels Verschwenkbewegungen (6c, 6d) des Außenringelements (6) in die Längsrichtung (9a) der Fahrzeugkabine (4) mindestens ein zweites Signal (22b1, 22b2) und/oder mittels eines mit dem Außenringelement (6) in Wirkkontakt stehenden dritten Detektionselements (14c) mittels Verschwenkbewegungen (6a, 6b) des Außenringelements (6) in die Breitenrichtung (9b) der Fahrzeugkabine (4) mindestens ein drittes Signal (22c1, 22c2) generierbar ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Außenringelement (6) in einer Grundstellung (17a, 17b) sich in Breitenrichtung (9b) und Höhenrichtung (9c) und/oder Längsrichtung (9a) und Höhenrichtung (9c) der Fahrzeugkabine (4) erstreckend angeordnet ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei auf einem Innendurchmesser (12) des Innenringelements (7) angeordneten Anschlussstellen (11a, 11b) ein Griffstabelement (13) angeordnet ist.
Manuell bedienbarer Steuerknüppel (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Detektionselement (14a), das zweite Detektionselement (14b) und/oder das dritte Detektionselement (14c) ein magnetischer, optischer oder mechanischer Sensor ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste (10a), eine zweite (10b) und/oder eine dritte Übertragungseinrichtung (10c) vorgesehen sind, welche das erste (14a), das zweite (14b) und/oder das dritte Detektionselement (14c) und mindestens eine mit dem ersten (14a), dem zweiten (14b) und/oder dem dritten Detektionselement (14c) verbundene Steuereinheit (20a) zum Empfangen der Signale (22a1, 22a2, 22b1, 22b2, 22c1, 22c2) von den Detektionselementen (14a, 14b, 14c) und/oder mindestens eines mittels der Steuereinheit (20a) über mindestens ein Ausgangssignal (23a1, 23a2; 23b1, 23b2; 23c1, 23c2; 23d1, 23d2) ansteuerbares und mit einem der bewegbaren Elemente (2a, 2b, 2c, 2d) in Wirkkontakt stehendes Antriebselement (21a; 21b; 21c; 21d) umfassen.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das mindestens eine Antriebselement (21a; 21b; 21c; 21d) ein Elektromotor, ein Hydraulikaktor oder ein pneumatischer Aktor ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der ersten Übertragungseinrichtung (10a) die Drehbewegungen des Innenringelements (7) in eine erste (7a) und/oder zweite Richtung (7b) in eine Bewegung des ersten (2a) oder zweiten Elements (2b) des Fahrzeugs in jeweils eine erste (2a1; 2b1) und/oder zweite Richtung (2a2; 2b2) übertragbar sind.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der Ansprüche 6–8, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der zweiten Übertragungseinrichtung (10b) die Verschwenkbewegungen des Außenringelements (6) in eine erste (6a) und/oder zweite Richtung (6b) in eine Bewegung des dritten und/oder des vierten Elements (2c, 2d) des Fahrzeugs (3) in jeweils eine erste (2c1; 2d1) und/oder zweite Richtung (2c2; 2d2) übertragbar sind.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von der Grundstellung (17a, 17b) das Außenringelement (6) mittels der Verschwenkbewegung in die erste Richtung (6a; 6c) um maximal 60° in Uhrzeigersinn (18a) und/oder mittels der Verschwenkbewegung in die zweite Richtung (6b; 6d) um maximal 60° gegen den Uhrzeigersinn (18b) verschwenkbar ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer Grundstellung (19) das Innenringelement (7) mittels der Drehbewegung in die erste Richtung (7a) um maximal 45° in Uhrzeigersinn (18a) und/oder mittels der Drehbewegung in die zweite Richtung (7b) um maximal 45° gegen den Uhrzeigersinn (18b) verdrehbar ist.
Manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste bewegbare Element (2a) die Fahrzeugkabine (4) und/oder das zweite bewegbare Element (2b) ein gegenüber dem ersten bewegbaren Element (2a) mit einem ersten Ende (15a) verschwenkbar angeordneter erster Auslegerarm (15) und/oder das dritte bewegbare Element (2c) ein gegenüber einem zweiten Ende (15b) des zweiten bewegbaren Elements (2b) mit einem ersten Ende (16a) verschwenkbar angeordneter zweiter Auslegerarm (16) und/oder das vierte bewegbare Element (2d) eine gegenüber einem zweiten Ende (16b) des dritten bewegbaren Elements (2c) verschwenkbar angeordnete Baggerschaufel (26) ist.
Fahrzeug (3), vorzugsweise eine Aushubmaschine, umfassend mindestens ein manuell bedienbares Steuerhebelelement (1) zum Ansteuern bewegbarer Elemente (2a, 2b, 2c, 2d) des Fahrzeugs (3) nach einem der Ansprüche 1–12.