DE19731374A1 - Vorrichtung zur drahtlosen Steuerung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur drahtlosen Steuerung von ein- oder mehrachsigen proportional ar­ beitenden Maschinen der Förder- und Hebetechnik in Form eines Handsenders.

Aus dem Stand der Technik sind zur Steuerung von einer Zeigermaus im PC Hall-Sensoren bekannt, die auf eine Änderung eines Magnetfeldes reagieren. Durch Schräg­ stellen einer Bedieneinrichtung verändert sich ein in unmittelbarer Umgebung der Hall-Sensoren angeordnetes Magnetfeld, was zu entsprechenden Steuersignalen führt und wodurch die Zeigermaus proportional gesteuert wer­ den kann.

Ein Nachteil dieser Hall-Sensoren ist vor allem ihr hoher Preis. Weiterhin ist nachteilig, daß bei Einsatz von Steuerungsvorrichtungen, in die diese Sensoren eingebaut sind, der Betrieb der Maschine bei einem eventuellen Ausfall der Bedienperson nicht zuverlässig unterbunden wird.

Bei der drahtlosen Steuerung von Maschinen, insbeson­ dere von proportional arbeitenden Maschinen der För­ der- und Hebetechnik, ist es sehr zweckmäßig, daß bei einem Ausfall der Bedienperson eine sofortige Abschal­ tung der Maschine erfolgt, um Gefahren durch einen unkontrollierten Betrieb zu vermeiden. Dieses Abschal­ ten beim Ausfall der Bedienperson wird als "Totmann- Sicherung" bezeichnet.

Weiterhin ist es wünschenswert, daß die jeweilige Ma­ schine exakte proportionale Steuersignale erhält, um eine genaue und geradlinige Bewegung zu erhalten.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur drahtlosen Steuerung zu schaffen, welche eine sogenannte "Totmann-Sicherung" aufweist, und mit der gleichzeitig exakte proportiona­ le Steuersignale ausgesendet werden können, wobei ei­ ner Bedienperson eine einfache Möglichkeit gegeben werden soll, zu erkennen, in welcher Schaltstellung sich die Vorrichtung befindet.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Durch den erfindungsgemäßen, in zwei Stufen schaltba­ ren Tasterbetätiger ist sichergestellt, daß eine mit der Vorrichtung drahtlos gesteuerte Maschine beim Aus­ fall der Bedienperson zuverlässig abschaltet. Die er­ ste Stufe dient dabei der Aktivierung des Tasterbetä­ tigers bzw. einer ersten Selektfunktion. Die zweite Stufe dient der proportionalen Steuerung der zu steu­ ernden Maschine in wenigstens einer Achse. Durch das in dem Tastergehäuse unter bzw. hinter dem Tasterbetä­ tiger angeordnete Schnappschaltelement ergibt sich der Vorteil, daß die Bedienperson durch die taktile Rück­ meldung des Schnappschaltelements genau erkennt, in welcher Schaltstellung sich der Tasterbetätiger befin­ det.

Durch den elastischen Proportionalbetätiger, der rechtwinklig zu dem Schnappschaltelement auf dem Ta­ sterbetätiger angeordnet ist, sowie durch die um den Proportionalbetätiger angeordneten Sensoren, kann eine exakte proportionale Bewegung der zu steuernden Ma­ schine erreicht werden.

Durch das Führungselement, in dem der Tasterbetätiger in seinem unteren Ende angeordnet ist, wird eine exak­ te Führung und ein exaktes Schaltgefühl für die Bedie­ nungsperson ermöglicht.

Für die zweite Schaltstufe erfolgt also nicht mehr eine weitere axiale Verschiebung des Tasterbetätigers, sondern eine dazu im wesentlichen senkrechte Bewegung mit einem Drehpunkt um das Führungselement. Bei den Vorrichtungen zur drahtlosen Steuerung üblichen Aus­ lenkungen von maximal 10° des Tasterbetätigers, liegt jedoch im Prinzip eine rechtwinklige Verschiebung vor.

In einer erfindungsgemäßen Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Sensoren auf der Platine als Kraftsensoren mit Druckaufnehmern ausgebildet sind, die auf Veränderung der Auflagefläche und/oder des Auflagedruckes reagieren.

Von diesen Kraftsensoren können in einfacher und zu­ gleich zuverlässiger Art und Weise von dem Proportio­ nalbetätiger auf die Druckaufnehmer der Sensoren aus­ geübte Druckkräfte aufgenommen werden. Durch diese Druckkräfte ändert sich der elektrische Widerstand der Druckaufnehmer, was anschließend zu einer entsprechen­ den Signalverarbeitung ausgenützt werden kann.

Die Sensoren können in vorteilhafter Weise als induk­ tive, kapazitive, ölhydraulische, piezoelektrische oder widerstandsändernde Sensoren ausgebildet sein.

Durch Sensoren dieser Art ist eine sichere Druckkraft­ aufnahme oder Wegaufnahme und eine entsprechende Mög­ lichkeit der Weiterverarbeitung dieser Druckkräfte oder Wege gewährleistet.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß zwischen dem Sendergehäuse und dem Tasterbetätiger eine Membrandichtung angeord­ net ist.

Auf diese Weise wird eine Dichtheit, insbesondere eine sehr hohe Wasserdichtheit und Feuchtigkeitsdichtheit erzielt.

In einer konstruktiven Ausgestaltung der Erfindung kann ferner vorgesehen sein, daß die Aussparung als Vierkantaussparung ausgebildet ist, in der vier Senso­ ren derart angeordnet sind, daß sich jeweils zwei Sen­ soren gegenüberliegen.

Dadurch, daß die Aussparung als Vierkantaussparung ausgebildet ist wird eine besonders einfache Herstel­ lung ermöglicht. Durch die in der Vierkantaussparung angebrachten vier Sensoren läßt sich eine optimale Steuerung in zwei Richtungen erzielen.

Von Vorteil ist es außerdem, wenn der Proportionalbe­ tätiger auf seiner der Sensoren zugewandten Seite ela­ stisch nachgiebig ist, und wobei in Abhängigkeit von einer Betätigungsrichtung des Tasterbetätigers eine Auflagenveränderung zwischen dem Proportionalbetätiger und den Sensoren erfolgt.

Dadurch, daß der Proportionalbetätiger auf seiner den Sensoren zugewandten Seite elastisch nachgiebig ist, läßt sich eine besonders vorteilhafte Auflagenverände­ rung zwischen dem Proportionalbetätiger und den Senso­ ren erzielen. Mit Hilfe dieser Auflagenveränderung kann ein Signal weitergegeben werden.

Erfindungsgemäß kann ferner vorgesehen sein, daß zwi­ schen dem Proportionalbetätiger und den Sensoren ein zu dem Kopf des Tasterbetätigers sich vergrößernder Spalt vorhanden ist.

Dadurch, daß sich der Proportionalbetätiger in Rich­ tung zu dem Kopf des Tasterbetätigers verjüngt und dadurch ein sich vergrößernder Spalt zwischen dem Pro­ portionalbetätiger und den Sensoren vorhanden ist, ergibt sich eine besonders große Fläche, die beim Aus­ lenken des Tasterbetätigers als Anlagefläche zur Mes­ sung zur Verfügung steht.

Von Vorteil ist es, wenn das Führungselement in der der Tasterbetätiger geführt ist als Führungskugel aus­ gebildet ist.

Durch eine Ausbildung des Führungselementes als Füh­ rungskugel läßt sich eine optimale Beweglichkeit des Tasterbetätigers erzielen. Darüber hinaus ist die Füh­ rungskugel konstruktiv einfach und günstig herzustel­ len.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen und in der Figurbeschreibung beschrieben.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben. Die einzige Figur zeigt einen Längsschnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung.

Die Vorrichtung zur drahtlosen Steuerung besteht aus einem nicht näher dargestellten Sendergehäuse 1 mit einem Deckel, das mittels einer Membrandichtung 2 mit einem Tasterbetätiger 3 verbunden ist. Die Befestigung der Membrandichtung 2 an dem Sendergehäuse 1 erfolgt durch einen Membranring 4. Dieser Membranring 4 wird durch eine Kontermutter 5 nach unten gezogen. Dadurch wird die Membrandichtung 2 zwischen dem Membranring 4 und dem Sendergehäuse 1 eingeklemmt. Auf diese Weise wird in hohem Maße eine Dichtheit, insbesondere Was­ serdichtheit und Feuchtigkeitsdichtheit erzielt. Die Membrandichtung zentriert auch den Tasterbetätiger 3.

Der Tasterbetätiger 3 ist an seinem unteren Ende in einer Führungskugel 6 als Führungselement beweglich gelagert. Unter der Führungskugel 6 befindet sich ein Schnappschaltelement 7. Bei Druck auf den Tasterbetä­ tiger 3 wird zuerst der Totmann mit der ersten Schaltstufe in axialer Richtung betätigt, wobei das Schnappschaltelement 7 eine taktile Rückmeldung er­ gibt.

Soll nun von einer Bedienperson ein Bedienvorgang aus­ geführt werden, so muß zunächst der Tasterbetätiger 3 solange gedrückt werden, bis nach einer Linearbewegung der Führungskugel 6 das Schnappschaltelement 7 mit der Leiterplatte 13 kontaktiert.

Diese Position des Tasterbetätigers 3 stellt die erste Schaltstufe dar und wird der Bedienperson durch die Ausbildung des Schnappschaltelementes 7 taktil zurück­ gemeldet. Es ist nun ein Stromfluß vorhanden, wodurch die Steuerung einer Maschine ermöglicht wird. Der Ta­ sterbetätiger 3 muß demnach stets nach unten gedrückt werden, bevor eine weitere Steuerung erfolgen kann, und kehrt beim Loslassen sofort wieder in seine Aus­ gangsstellung zurück.

Diese als "Totmann-Sicherung" bezeichnete Sicherung ist für den Fall, daß eine Bedienperson ausfällt, vor allem bei Kränen oder ähnlichen Gerätschaften mit schweren Schweblasten vorteilhaft, da bei derartigen Maschinen der Ausfall einer Bedienperson eine große Gefahrensituation darstellen kann.

Die erste Schaltstufe hat somit eine Einschalt-/Aus­ schaltfunktion und ist zudem mit einer Vorauswahl- bzw. Se­ lektfunktion belegbar, wenn beispielsweise nur eine Bewegung in einer bestimmten Ebene erwünscht ist.

An dem Tasterbetätiger 3 ist ein Proportionalbetätiger 8 angeordnet, dessen Betätigungsrichtung rechtwinklig zu der Betätigungsrichtung des Schnappschaltelementes 7 verläuft. Um den Proportionalbetätiger 8 sind Senso­ ren 9 an den Wänden einer Vierkantaussparung 10 ange­ ordnet.

Der Proportionalbetätiger 8 verjüngt sich im oberen Bereich in Richtung zu einem Kopf 18 des Tasterbetäti­ gers 3, so daß zwischen dem Proportionalbetätiger 8 und den Sensoren 9 eine sich vergrößernde Freifläche entsteht. Beim Auslenken des Tasterbetätigers 3 kann somit eine größere Fläche des Proportionalbetätigers 8 als Anlagefläche zur Messung benutzt werden. Die im unteren Bereich des Proportionalbetätigers 8 angeord­ nete Freifläche, die aufgrund der Wölbung des Propor­ tionalbetätigers 8 entsteht, ist im wesentlichen zur Verdrängung des elastischen Materials vorgesehen.

Zum Steuern kann der Tasterbetätiger 3 in eine belie­ bige Richtung gekippt werden, wodurch die den Sensoren 9 zugewandte elastische Seite des Proportionalbetäti­ gers 8 die Sensoren 9 berührt. Die Sensoren 9 sind in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel als Kraftsensoren mit Druckaufnehmern ausgebildet und reagieren auf Flä­ chendruck, indem sie ihren elektrischen Widerstand ändern. Durch nicht näher dargestellte Einrichtungen wird diese Widerstandsänderung in bekannter Weise in eine 5 Bit-Auflösung umgewandelt und über ein Funksi­ gnal weitergeleitet.

Wird nun z. B. ein Druck in Schrägrichtung auf den Ta­ sterbetätiger 3 ausgeübt, so werden bestimmte Druck­ aufnehmer belastet, während die Druckaufnehmer bei einer Ruhestellung des Tasterbetätigers entlastet sind und somit kein Signal weitergegeben wird.

Je nach Steuerungsaufgabe ist es selbstverständlich möglich die den Sensoren 9 zugewandte elastische Seite des Proportionalbetätigers 8 in einer anderen Form, insbesondere einer anderen Kurven- bzw. Wölbungsform auszubilden und somit die verschiedensten Kennlinien zu erreichen.

Die Führungskugel 6 ist in einer zweiteiligen Ringfüh­ rung gelagert und geführt. Diese Ringführung besteht aus einem oberen Ring 11 und einem unteren Ring 12. Der obere Ring 11 weist einen geringfügig kleineren Durchmesser als die Führungskugel 6 auf. Auf diese Weise wird ein Herausziehen des Tasterbetätigers 3 verhindert.

Zur Übertragung des Signales der Sensoren zu einer unterhalb des Schnappschaltelementes 7 angebrachten Leiterplatte 13 dient eine Anschlußleiterplatte 14. Die Verbindung der Anschlußleiterplatte 14 mit der Leiterplatte 13 erfolgt über Anschlußstifte 15. Diese Anschlußstifte 15 sind jeweils zweipolig und ermögli­ chen eine optimale Übertragung des Signales.

Die Sensoren 9 sind auf einer Sensorauflage 16 befe­ stigt. Zur Führung und zur Befestigung der Sensorauf­ lage 16 und der Anschlußleiterplatte 14 dient ein Deckelteil 17, das am Sendergehäusedeckel 1 anliegt. Durch das Deckelteil 17 erhalten die darunterliegenden Teile eine entsprechende Führung. Das Deckelteil 17 stellt außerdem einen Abschluß dar.

Claims (14)

1. Vorrichtung zur drahtlosen Steuerung von ein- oder mehrachsigen proportional arbeitenden Maschinen der Förder- und Hebetechnik in Form eines Handsen­ ders mit einem Sendergehäuse, in dem wenigstens eine Schalteinrichtung mit

• a) einem im Inneren des Sendergehäuses (1) koa­ xial auf einen manuell bedienbaren Tasterbetä­ tiger (3) folgend angeordneten Schnappelement (7),
• b) einem elastischen Proportionalbetätiger (8), dessen Betätigungsrichtung rechtwinklig zu der des Schnappschaltelementes (7) auf dem Taster­ betätiger (3) angeordnet ist,
• c) um den Proportionalbetätiger (8) an Wänden ei­ ner Aussparung (10) angeordneten Sensoren (9), wobei mindestens zwei Sensoren (9) sich gegen­ überliegend angeordnet sind,
• d) einem Führungselement (6), in dem der Taster­ betätiger (3) an seinem unteren Ende geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoren (9) auf der Sensorauflage als Kraftsensoren mit auf Flächendruck reagierenden Druckaufnehmern ausgebildet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Sensoren (9) induktive, kapazitive, ölhydrau­ lische, piezoelektrische oder widerstandsändernde Sensoren vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Sendergehäuse (1) und dem Tasterbetä­ tiger (3) eine Membrandichtung (2) zur Zentrierung angeordnet ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membrandichtung (2) durch einen Membranring (4) fixiert ist, der durch ein Anpreßglied (5) an die Membrandichtung gepreßt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Anpreßglied als Kontermutter (5) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Aussparung als Vierkant-Aussparung (10) ausge­ bildet ist, in der vier Sensoren (9) derart ange­ ordnet sind, daß sich jeweils zwei Sensoren (9) gegenüberliegen.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Proportionalbetätiger (8) auf seiner den Sen­ soren (9) zugewandten Seite elastisch nachgiebig ist und wobei in Abhängigkeit von einer Betäti­ gungsrichtung des Tasterbetätigers (3) eine Aufla­ genveränderung zwischen dem Proportionalbetätiger (8) und den Sensoren (9) erfolgt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Proportionalbetätiger (8) und den Sensoren (9) ein in Richtung zu einem Kopf (18) des Tasterbetätigers (3) sich vergrößernder Spalt vorhanden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Führungselement, in der der Tasterbetätiger (3) geführt ist als Führungskugel (6) ausgebildet ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Führungskugel (6) in einer zweiteiligen Ring­ führung (11, 12) gelagert ist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiteilige Ringführung (11, 12) aus einem unteren Ring (12) und einem oberen Ring (11) be­ steht, wobei der obere Ring (11) einen geringfügig kleineren Durchmesser als die Führungskugel (6) aufweist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß eine Anschlußleiterplatte (14) zur Übergabe des Signales von den Sensoren (9) auf eine Leiterplat­ te (13) vorgesehen ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbindung zwischen der Anschlußleiterplatte (14) und der Leiterplatte (13) Anschlußstifte (15) vorgesehen sind.