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Die
Erfindung betrifft eine Bedieneinrichtung zur Bedienung einer Maschine
aus der Automatisierungstechnik.
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Handelsüblich bekannte
Bedieneinrichtung zur Bedienung von Maschinen aus der Automatisierungstechnik,
wie z. B. Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder Roboter
weisen üblicherweise
zum Anschluss der Tastatur der Bedieneinrichtung an die Elektronik
der Bedieneinrichtung Silberleitlackbahnen auf. Insbesondere weisen
häufig
Folientastaturen die oben angesprochenen Silberleitlackbahnen auf.
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Gerade
im Bereich der Bedienung von Maschinen aus der Automatisierungstechnik,
die häufig in
einem sehr verschmutzten Umfeld arbeiten, werden hohen Anforderungen
an die Robustheit gegenüber
schädlichen
Umwelteinflüssen,
wie z. B. Schadgasen, Schmutzpartikeln und erhöhten Feuchtigkeitseinwirkungen,
insbesondere Luftfeuchtigkeitseinwirkungen, gestellt. Diese negativen
Umwelteinflüsse
führen
bei handelsüblichen
Bedieneinrichtungen häufig
dazu, dass Kontaktprobleme zwischen der Tastatur und der sonstigen
Elektronik der Bedieneinrichtung auftreten. Deshalb werden die Silberleitlackbahnen,
die zur Verbindung der Tastatur mit der sonstigen Elektronik der
Bedieneinrichtung dienen, häufig
im Kontaktbereich mit einem Überzug
aus Carbon versehen, was jedoch aufwendig ist.
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Es
ist dabei bekannt, z. B. die Verbindungsleitungen zwischen Tastatur
und der Elektronik der Bedieneinrichtung aus Kupferbahnen oder gegebenenfalls
mit vergoldeten Bahnen auszuführen.
Vorteil ist hierbei die durch die spezielle Auswahl des Materials
der Verbindungsleitungen erhöhte
Robustheit gegenüber
Schadgasen und Luftfeuchte. Nachteilig wirken sich aber die hierdurch
entstehenden höheren Kosten
aus.
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Weiterhin
können
auch über
die Tasten selbst Schadgase, Schmutzpartikel und Feuchtigkeit in
das Innere der Bedieneinrichtung eindringen und dort die Elektronik
schädigen,
was zu einem Ausfall der Bedieneinrichtung führen kann.
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Weiterhin
sind auch sogenannte berührungsempfindliche
Displays bekannt, die bei einem Kontakt z. B. eines Fingers mit
dem Display eine Bedienhandlung ausführen. Nachteilig bei einem
Einsatz eines berührungsempfindliche
Displays ist aber, dass ein Bediener beim Betätigen der Taste keine haptische
Rückmeldung,
z. B. in Form einer taktilen mechanischen Rückmeldung, über den Finger gegeben wird,
dass er die Taste betätigt
hat. Insbesondere aber bei der Bedienung von Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen
und/oder Robotern, bei der der Bediener bei der Bedienung der Maschine
nicht unbedingt immer visuell auf die Bedieneinrichtung schaut,
sondern z. B. beim Bedienen gleichzeitig ein zu bearbeitendes Werkstück beobachtet,
ist es unbedingt erforderlich, dass dem Bediener eine solche haptile
Rückmeldung
gegeben wird, so dass er sicher ist, dass die der von ihm gedrückten Taste
zugeordnete Bedienfunktionalität
auch ausgelöst
wurde.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Bedieneinrichtung zu schaffen, die
robust gegenüber schädlichen
Umwelteinflüssen
ist und einem Bediener, ohne das er auf die Bedieneinrichtung schauen muss,
dass Erkennen einer Betätigung
einer Taste der Bedieneinrichtung, ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch eine Bedieneinrichtung zur Bedienung einer Maschine aus der Automatisierungstechnik,
wobei die Bedieneinrichtung eine annäherungsempfindliche Scheibe
aufweist von der die Position eines Fingers eines Bedieners und/oder
eines Bedienstifts, bei Annäherung des
Fingers und/oder des Bedienstifts an die Schreibe, detektierbar
ist, wobei vor der Scheibe eine Tastatur angeordnet ist, die mechanische
Tasten aufweist, welche bei Betätigung
der Tasten eine haptische Rückmeldung
an den Bediener erzeugen, wobei die Bedieneinrichtung derart ausgebildet
ist, dass bei einem Betätigen
einer Taste der Tastatur, infolge der Annäherung des Fingers oder des
Bedienstifts an die Scheibe beim Betätigen der Taste, die Position des
Fingers oder des Bedienstifts von der Scheibe detektierbar ist und
anhand der detektierten Position des Fingers oder des Bedienstifts
die betätigte
Taste ermittelbar ist.
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Vorteilhafte
Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Es
erweist sich als vorteilhaft, wenn die Tastatur von der Bedieneinrichtung
abnehmbar ist, da dann eine verschmutzte oder fehlerhafte Bedieneinrichtung
leicht auswechselbar ist.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Tastatur über eine
Magnetverbindung, eine Schnappverbindung, eine lösbare Klebeverbindung, eine
formschlüssige
Verbindung und/oder eine Klettverbindung mit einer Komponente der
Bedieneinrichtung verbunden ist. Durch die oben genannten Verbindungen
kann auf einfache Art und Weise eine von der Bedieneinrichtung leicht
abnehmbare und auswechselbare Tastatur realisiert werden.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Komponente die Scheibe
ist, da dann die Bedieneinrichtung konstruktiv einfach ausgeführt werden kann.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Scheibe zumindest in einem
Bereich der Scheibe durchsichtig ist und hinter dem Bereich ein
Display angeordnet ist. Hierdurch wird eine einfache konstruktive
Ausführung
der Bedieneinrichtung ermöglicht.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Scheibe eine Aussparung
aufweist und hinter der Aussparung ein Display angeordnet ist. Hierdurch wird
eine einfache konstruktive Ausführung
der Bedieneinrichtung ermöglicht.
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Ferner
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Tastatur als Folientastatur
ausgebildet ist. Eine Folientastatur stellt eine in der Automatisierungstechnik übliche Ausbildung
einer Tastatur dar.
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Weiterhin
erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Tasten beim Betätigen der
Tasten mechanisch eine akustische Rückmeldung an den Bediener erzeugen,
da dann der Bediener zusätzlich
zur haptischen Rückmeldung
auch eine akustische Rückmeldung,
z. B. in Form eines Knackgeräusches,
beim Betätigen
der Taste bekommt, was ein besonders gutes Erkennen einer Betätigung einer
Taste ermöglicht.
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Eine
Ausbildung der Maschine als Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine
und/oder als Roboter stellt eine übliche Ausbildung einer Maschine
aus der Automatisierungstechnik dar. Dabei erweist es sich als vorteilhaft,
eine Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine und/oder einen Roboter
mit der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung
auszubilden.
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Ein
Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden
näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1 eine
Explosionsdarstellung einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung,
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2 eine
Frontansicht der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung,
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3 eine
Rückansicht
der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung
und
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4 ein
Bedienstift
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In 1 ist
in Form einer Explosionsdarstellung schematisiert die zum Verständnis der
Erfindung wesentlichen Elemente einer erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung
dargestellt. Die erfindungsgemäße Bedieneinrichtung 9 weist
als zentrales Element eine annäherungsempfindliche
Scheibe 3 auf, von der eine Annäherung eines Fingers eines
Bedieners und/oder eines Be dienstifts an die Scheibe und die Position
des Fingers und/oder des Bedienstifts bei Annäherung an die Scheibe 3 detektiert
wird. Annäherungsempfindliche
Scheiben sind allgemein bekannter Stand der Technik und detektieren
die Annäherung
eines Fingers und/oder eines Bedienstifts und deren Position in
Bezug auf die Scheibe durch eine durch den Finger oder den Bedienstift
an der Position des Fingers oder des Bedienstifts verursachte Veränderung
eines von der Scheibe erzeugten elektrischen Feldes (kapazitive
Detektion).
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Annäherungsempfindliche
Scheiben werden in vielen technischen Bereichen, beispielsweise
zur Bedienung von Handys eingesetzt. Eine annäherungsempfindliche Scheibe
weist den Vorteil auf, dass eine Bedienung eines Geräts ermöglicht wird, ohne
dass Schmutz durch die Tasten einer Tastatur in das Gerät eindringen
kann. Nachteilig bei Verwendung einer Annäherungsempfindliche Scheibe
ist, dass diese dem Bediener keine haptische Rückmeldung beim Betätigen einer
Taste gibt. Auf dem technischen Gebiet der Bedienung von Maschinen
aus der Automatisierungstechnik, insbesondere bei der Bedienung
von Werkzeugmaschinen, Produktionsmaschinen und/oder Robotern, ist
es sicherheitstechnisch notwendig, dass zur Realisierung einer sicheren
Bedienung der Maschine dem Bediener eine haptile Rückmeldung,
z. B. in Form einer taktilen Rückmeldung
(z. B. in Form eines mechanischen Impulses) über den Finger beim Betätigen einer
Taste gegeben wird. Der Bediener kann dann sicher durch eine haptische
Wahrnehmung erkennen, dass er die entsprechende Taste betätigt hat
und die entsprechende hinter der Tastatur steckende Funktionalität ausgelöst hat.
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Die
haptile Rückmeldung
kann z. B. in Form einer taktilen Rückmeldung, z. B. in Form eines
mechanischen Impulses, der über
die Oberflächensensibilität der Haut
wahrgenommen wird, vorliegen. Der mechanische Impuls kann z. B.
im letzten Teil des Druckvorgangs durch eine plötzliche Änderung der Kraft, die notwendig
ist um den Taster weiter in eine Anschlagstellung zu drücken, erzeugt
werden.
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Zur
Realisierung einer haptilen Rückmeldung
wird erfindungsgemäß in Richtung
des Bedieners vor die annäherungsempfindliche
Scheibe 3 eine Tastatur 4 angeordnet, die im Rahmen
des Ausführungsbeispiels
in Form einer Folientastatur vorliegt. Die Tastatur 4 weist
dabei mehrere mechanische Tasten auf, die in 1 durch
Quadrate dargestellt sind. Der Übersichtlichkeit
halber ist in 1 nur eine Taste 5 mit
einem Bezugszeichen versehen. Die Tastatur 4 ist dabei
unmittelbar vor der Scheibe 3 angeordnet. Die Tasten der
Tastatur 4 sind dabei in Form von mechanischen Tasten ausgebildet,
die z. B. durch Erzeugung eines mechanischen Impulses, wie oben
beschrieben, eine haptische Rückmeldung
in Form einer taktilen Rückmeldung
erzeugen. So wird im Rahmen des Ausführungsbeispiels im Augenblick des
Schließens
der elektrischen Kontakte des Tasters durch eine im Taster angeordnete
Mechanik ein kurzer mechanischer Stoß als taktile Rückmeldung auf
den Finger erzeugt. Beim Betätigen
einer Taste der Tastatur 4 muss dabei der Finger beim Drücken auf
die Taste etwas zur Scheibe 3 hin bewegt werden, so dass
der Finger an der Position der entsprechenden Taste sich an die
Scheibe 3 annähert.
Diese Annäherung
des Fingers an die Scheibe 3 wird von der hinter der Tastatur 4 angeordneten
Scheibe 3 einschließlich
der Position der Annäherung
detektiert.
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Die
solchermaßen
detektierte Position des Fingers des Bedieners wird über ein
Flachbandkabel 10 einer Auswerteeinrichtung 7 zugeführt, die
anhand der detektierten Position des Fingers die betätigte Taste
ermittelt. Dabei weist die Auswerteeinrichtung 7 einen
Speicher auf, in dem die Positionen der Tasten der Tastatur 4 gespeichert
sind, so dass diese leicht über
einen Vergleich der von der Scheibe 3 detektierten Positionen
mit der ihrem Speicher abgespeicherten Position der Tasten der Tastatur 4 verglichen
werden können
und solchermaßen
die gerade betätigte
Taste von der Auswerteeinrichtung 7 ermittelt werden kann.
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Vorzugsweise
ist dabei die Tastatur 4 nicht fest, d. h. unlösbar mit
der Scheibe 3 verbunden, sondern abnehmbar, insbeson dere
leicht abnehmbar mit der Scheibe 3 verbunden. Im Rahmen
des Ausführungsbeispiels
ist dabei die Verbindung zwischen Tastatur 4 und der Scheibe 3 über eine
Magnetverbindung miteinander wieder lösbar verbunden. Hierzu weist
die Scheibe 3 auf der Schreibe 3 angeordnete Magnetstreifen 11 auf,
die eine magnetische Verbindung mit an der Rückseite der Tastatur 4 angeordneten
metallischen Streifen eingehen. Im Falle einer Beschädigung der
Tastatur 4 oder einer Verschmutzung der Tastatur 4 kann
diese dann einfach vom Bediener durch einfaches Ziehen von der Bedieneinrichtung
abgenommen werden und durch eine neue Tastatur 4 ersetzt
werden. Anstatt der Magnetverbindung oder zu zusätzlich zu Magnetverbindung
kann selbstverständlich
die Tastatur 4 auch über
eine Schnappverbindung, lösbarer
Klebeverbindung (z. B. doppelseitiges Klebeband), eine formschlüssige Verbindung
oder eine Klettverbindung mit der Scheibe 3 verbunden sein.
Alle diese Verbindung zeichnen sich dadurch aus, dass sie leicht
lösbar
sind und auch leicht wieder herstellbar sind, so dass eine von der Bedieneinrichtung
abnehmbare Tastatur realisiert wird.
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Selbstverständlich braucht
dabei nicht, wie im Ausführungsbeispiel,
die Tastatur 4 unbedingt mit der Scheibe 3 wieder
leicht lösbar
verbunden sein, sondern kann auch mit einer anderen Komponente der
Bedieneinrichtung 9, wie z. B. einem Rahmen 6 der
Bedieneinrichtung 9, leicht lösbar verbunden sein. Als Tastatur
kann dabei z. B. eine der Bedieneinrichtungen von Maschinen der
Automatisierungstechnik handelsübliche
Tastatur, z. B. eine handelsübliche
Folientastatur, eingesetzt werden, wobei die elektrischen Anschlüsse der
Tastatur entfernt werden und nur die ohnehin vorhandene mechanische
Funktionalität
der Tasten zur Erzeugung einer haptilen Rückmeldung ausgenutzt werden.
Die Tastatur verfügt
dann über
keine elektrische Funktionalität
mehr, so dass das Eindringen von z. B. Feuchtigkeit, Schmutzpartikeln
und Schadgasen in die Tastatur keine elektrischen Störungen mehr
verursachen kann. Da die Tasten keine elektrische Funktionalität mehr haben,
brauchen diese nicht unbedingt schließbare elektrischen Kontakte
aufweisen, sondern müssen
lediglich eine Mechanik auf weisen, die die haptische Rückmeldung
erzeugt und gegebenenfalls vorzugsweise beim Betätigen der Tasten zusätzlich eine akustische
Rückmeldung,
z. B. in Form eines Knackgeräuschs,
erzeugt.
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Die
Betätigung
der Taste braucht dabei nicht unbedingt direkt mit dem Finger erfolgen, über den gegebenenfalls
noch ein Handschuh gestreift sein kann, sondern die Betätigung einer
Taste ist auch über
einen Bedienstift 12 möglich
(siehe 4), der z. B. aus einem Material besteht, dessen
Annäherung
von der annäherungsempfindlichen
Scheibe 3 detektiert werden kann. Die haptische Rückmeldung erfolgt
dann von der Taste über
den Bedienstift 12 an die Finger des Bedieners, die den
Bedienstift 12 halten.
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Weiterhin
wird auch gegenüber
elektromagnetischen Störungen
eine erhöhte
Robustheit bei der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung
erreicht, da die komplette Elektronik im Gehäuseinneren der Bedieneinrichtung
angeordnet ist.
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Die
annäherungsempfindliche
Scheibe 3 ist dabei im Rahmen des Ausführungsbeispiels in vorteilhafter
Weise in einem Bereich 8 durchsichtig, wobei die Scheibe 3 gegebenenfalls
auch vollständig durchsichtig
ausgebildet sein kann. Im Bereich 8 hinter der Scheibe 3 ist
ein Display 2 angeordnet. Im Bereich 8 können dann
von Display 2 visualisierte virtuelle Tasten realisiert
sein, so dass bei einer Annäherung
eines Fingers und/oder eines Bedienstifts an einer bestimmten Position
im Teilbereich 8 eine zu der jeweiligen solchermaßen betätigten virtuellen
Taste zugehörige
Funktionalität
ausgelöst
werden kann, wobei die solchermaßen realisierten virtuellen
Tasten keine haptile Rückmeldung
an den Bediener erzeugen. Es kann dabei z. B. eine Aufteilung der
Bedienung der Maschine derart erfolgen, das wichtige sicherheitsrelevante
Funktionalitäten über die
Tasten der Tastatur 4 bedient werden, während weniger wichtige Funktionalitäten, wie
z. B. die Helligkeitseinstellung des Displays, über die im Bereich 8 realisierten
virtuellen Tasten bedient werden.
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Alternativ
kann die Scheibe 3 aber auch z. B. im Bereich 8 eine
Aussparung aufweisen und das Display 2 hinter der Aussparung
angeordnet sein, wobei zur Realisierung der notwendigen Robustheit gegenüber Verschmutzung
der zwischen Display 2 und der Scheibe 3 zwangsläufig entstehende
Spalt, z. B. mit einer Dichtungsmasse (z. B. Silikon) abgedichtet
sein kann.
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Die
Auswerteeinrichtung 7 ist über ein Flachbandkabel 10 mit
der Scheibe 3 verbunden, wobei im eingebauten Zustand des
Displays, mittels des Flachbandkabels 10, die Auswerteeinrichtung 7 um das
Display 2 herum geführt
ist.
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In 2 ist
eine Frontansicht auf das erfindungsgemäße Display dargestellt, wobei
gleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind wie
in 1.
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In 3 ist
eine Rückansicht
der erfindungsgemäßen Bedieneinrichtung
dargestellt, wobei das Display 2 der Übersichtlichkeit halber nicht
dargestellt ist. Gleiche Elemente sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen wie in 1 und 2. Ein Flachbandkabel 13 dient
zum Anschluss der Auswerteelektronik 7 an gegebenenfalls
vorhandene weitere elektronische Komponenten der Bedieneinrichtung 9.
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In 4 ist
ein Ausführungsbeispiel
eines Bedienstifts 12 dargestellt, der von einem Bediener zur
Betätigung
der Tasten in der Hand gehalten wird, wobei in diesem Fall die haptile
Rückmeldung
von der Taste über
den Bedienstift an die Finger der Hand, die den Bedienstift halten,
erfolgt.