STEUERPULT ZUR STEUERUNG VON MASCHINENBEWEGUNGEN

Steuerpult zur Steuerung von

Maschinenbewegungen

Die Erfindung betrifft Steuerpulte zur Steuerung von Maschinen, z. B. Drehmaschinen.

Steuerpulte herkömmlicher Bauart werden üblicherweise durch an parallelen Achsen angeordnete, rotatorisch betätigte Stellelemente, wie z. B. Handräder, gesteuert. Diese Stellelemente haben einen Stellbereich von mehreren Umdrehungen, wobei üblicherweise der Verfahrweg der bewirkten Bewegung proportional zum Drehwinkel des Stellelementes ist. Mit diesen Steuerpulten werden häufig Prozesse gesteuert, die im Falle einer Fehlsteuerung beträchtliche Schäden bewirken können, z. B. an Werkzeugmaschinen. Diese Anordnung der Stellelemente ist historisch bedingt, da ursprünglich mit diesen Handrädern die Energie für die Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges manuell eingebracht wurde. Heute dienen die Stellelemente lediglich zur Informations-Eingabe, die Bewegung des Bearbeitungswerkzeuges erfolgt durch einen Antrieb, z. B. durch Elektromotoren.

Dieses Konzept weist unter dem Gesichtspunkt der Sinnfälligkeit, insbesondere der Richtungssinnfälligkeit, dh der Übereinstimmung von Stellelementen und ihrer Anordnung, gravierende Mängel auf. Zueinander senkrechte translatorische Bewegungen werden durch Drehbewegungen um zueinander parallele Achsen kontrolliert. Das heißt, die Zuordnung von gleichen Stellbewegungen zu den bewirkten Bewegungen erfordert verschiedene widersprüchliche innere Modelle des Maschinenbenutzers. Ein besonderes Problem ergibt sich dabei aus der Zuordnung der Drehrichtung des Stellelements auf die bewirkte Bewegungsrichtung an der Maschine.

Aufgrund der beschriebenen Anordnung entsteht einerseits ein Sicherheitsrisiko bei der Benutzung von Maschinen, insbesondere bei spontanen Reaktionen auf kritische Zustände. Andererseits ergibt sich ein erhöhter Lernaufwand, da nicht sinnfällige Stellteilanordnungen einen erhöhten Trainingsbedarf bedingen.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Steuerpult zu schaffen, das beim Einsatz von rotatorisch betätigten Stellelementen eine einfache, sinnfällige und damit sichere Steuerung von Maschinenbewegungen erlaubt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 15 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Durch die Übereinstimmung der vom Bediener durchgeführten Stellbewegung am Stellteil, insbesondere einem Stellrad, und der dadurch bewirkten Komponenten- bewegung sind keine gedanklichen Umsetzungsvorgänge zwischen Stellbewegung und Komponentenbewegung beim Bediener notwendig, wie bei den früheren Stellrädern, die mittels Gewindespindel eine Komponentenbewegung bewirkten, und den analog später eingesetzten elektromechanischen Stellrädern mit gleicher Wirkrichtung.

Durch eine teilweise Abdeckung der Stellräder durch das Gehäuse des Steuerpultes ist nur ein kleiner Kontaktbereich bzw. Angriffspunkt für den Bediener am Stellrad überhaupt zugänglich, so daß auch die erzeugte Stellbewegung immer eindeutig definiert ist, also nicht durch unterschiedliche Angriffspunkte des Bedieners am Stellrad unterschiedliche Stellbewegungen bzw. deren Tangential- richtungen vorstellbar sind. Durch rechtwinklige Anordnung sowohl der Komponentenbewegungen als auch der Stellbewegungen zueinander ist die Anfahrbarkeit jedes Punktes innerhalb einer Verstellebene bzw. eines dreidimensionalen Verstellraumes durch die zwei bzw. drei möglichen Stellbewegungen ebenfalls sinnfällig ohne die Notwendigkeit eines geometrischen Umdenkvorganges.

Durch das unmittelbare, insbesondere zeitgleiche Bewirken der Komponentenbewegung aufgrund der Stellbewegung wird zusätzlich bei Verwendung eines Stellrades als Stellteil die Vorstellung einer Abrollbewegung ermöglicht, bei der das Stellrad, das virtuell an der zugeordneten Komponente angeordnet sein müßte, mit einem Punkt seines Umfanges auf dem diese zu bewegende Komponente tragenden Bauteil abrollt und auf der gegenüberliegenden Seite vom Bediener in Drehung versetzt wird.

Zur Unterstützung dieser Vorstellung ist es vorteilhaft, wenn das Stellteil um eine volle und vorzugsweise beliebig viele nacheinander erfolgende Umdrehungen drehbar ist.

Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn die einzelnen Stellteile eng benachbart, insbesondere in ein und demselben Gehäuse als Steuerpult zusammengefaßt sind, um eine optische Korrelation der durchgeführten Stellbewegungen und damit auch der bewirkten Komponentenbewegung zu ermöglichen.

Vorteilhaft ist ferner, die parallel gerichtete Stellbewegung und Komponenten- bewegung hinsichtlich ihres gegenseitigen Abstandes so gering wie möglich zu halten, insbesondere möglichst zusammenfallen zu lassen, so daß die Tangential- richtung der rotatorischen Stellbewegung als direktes Schieben an der zu bewegenden, zugeordneten Komponente empfunden wird.

Dazu ist es in aller Regel jedoch notwendig, das jeweilige Stellteil direkt an der zugeordneten, zu bewegenden Komponente anzuordnen, so daß in der Folge die einzelnen Stellteile auf unterschiedliche Komponenten verteilt und nicht in einem gemeinsamen Gehäuse, also an einem gemeinsamen Steuerpult, vereinigt werden können.

Da die Umsetzung von der Stellbewegung in die Komponentenbewegung vorzugsweise elektrisch bzw. elektromechanisch erfolgt, können Verfahrstrecke und Verfahrgeschwindigkeit der zu bewegenden Komponente auf unterschiedliche Art und Weise mit der Art der Stellbewegung korreliert werden:

Die Größe der Auslenkung des Stellteiles bzw. Stellrades kann entweder mit der Geschwindigkeit oder mit der Strecke der zu bewirkenden Komponentenbewegung korreliert sein. Ebenso kann die Geschwindigkeit der Auslenkung des Stellteiles mit der Geschwindigkeit der Komponentenbewegung korreliert sein.

In Anlehnung an die Vorstellung einer virtuellen Abrollbewegung ist dabei folgen- de Korrelation zu bevorzugen:

- Größe der Auslenkung des Stellgliedes entspricht der Strecke der Komponentenbewegung

- Geschwindigkeit der Auslenkung des Stellteiles entspricht der Geschwindigkeit der Komponentenbewegung.

Vorzugsweise ist zusätzlich jeweils eine optische Anzeige der Absolutstellung und/oder zurückgelegten Strecke der zu bewegenden Komponente vorzusehen, insbesondere in Form einer Digitalanzeige.

Dabei sollte bevorzugt das jeweilige Stellrad mit so geringem Kraftaufwand drehbar sein und/oder eine so große eigene Masse aufweisen, daß durch einmaligen Antrieb des Stellrades durch den Bediener am Angriffspunkt eine mehrfache Umdrehung des Stellrades und eine entsprechend große Stellbewegung und dadurch bewirkte Komponentenbewegung erzeugbar ist. Sollte dabei die Stellbewegung und zugeordnete Komponentenbewegung über den maximal zulässigen Verstellbereich hinausgehen, sind zumindest an den zu bewegenden Komponenten automatisch abbremsende Sicherheitselemente, also Endschalter und/oder vorgelagerte Schalter zum Reduzieren der Verfahr- geschwindigkeit vorzusehen.

Ausführungsformen gemäß der Erfindung sind im folgenden beispielhaft näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 : ein Steuerpult mit zwei Stellrädern,

Fig. 2: ein Steuerpult mit zwei nur teilweise zugänglichen Stellrädern,

Fig. 3: ein Steuerpult mit drei jeweils nur teilweise zugänglichen Stellrädern,

Figuren 4: Schnittdarstellungen einer zu bewegenden Komponente mit Stellrad,

Figuren 5: Aufsichten auf eine Drehmaschine mit dem erfindungsgemäßen Steuerpult.

Fig. 1 zeigt ein Steuerpult in dreidimensionaler Darstellung mit einem quader- förmigen Gehäuse. Die Maschine bzw. Maschinenkomponenten, an denen das Steuerpult angeordnet ist, bzw. die mit Hilfe des Steuerpultes bewegt werden sollen, sind nicht dargestellt. Gleiches gilt für die Figuren 2 und 3.

In Fig. 1 sind an zwei zueinander im rechten Winkel stehenden, benachbarten, vertikalen Flächen des quaderförmigen Gehäuses 3 jeweils ein Stellrad 1a, 1b drehbar angeordnet, indem die zylindrischen Stellräder 1 b mit ihrer Stirnseite auf den Seitenwänden des Gehäuses 3 des Steuerpultes 4 aufsitzen.

Die Rotationsachsen 2a, 2b der Steuerräder 1a, 1 b stehen daher senkrecht zu der das jeweilige Stellrad tragenden Seitenwand und auch im rechten Winkel zueinander, so daß die Rotationsachsen 2a, 2b eine horizontale Ebene aufspannen, die insbesondere parallel zur Unterseite und Oberseite des quaderförmigen Gehäuses 3 sind.

Sofern man sich als Stellbewegung ein Berühren der Stellräder 1a, 1 b an deren höchstem Punkt an ihrer Umfangsfläche, und dadurch erfolgendes Drehen der Stellräder vorstellt, ist die jeweilige Stellbewegung 9a die Tangente an den Umfang des Stellrades an dessen höchstem Punkt. Die Stellbewegung 9a bzw. 9b ist dann parallel zur Komponentenbewegung 10a, 10b, also der Bewegung der durch die Bewegung des Stellrades 1a bzw. 1 b erzeugte Bewegung der hiermit gekoppelten Komponente der Drehmaschine, die in Fig. 1 nicht dargestellt ist.

Ob das Erfassen des Stellrades durch die Hand des Bedieners tatsächlich an dessen höchstem Punkt oder an anderen Stellen des Umfanges erfolgt, ist dabei unwesentlich. Die Stellbewegung ist in diesem Fall nur die gedachte Angriffsrichtung am Stellrad 1a, 1 b.

Um diese Vorstellung mit der realen Handhabung des Stellrades 1a bzw. 1 b in Einklang zu bringen, ist vorzugsweise - gemäß Fig. 2 - das Stellrad 1 a, 1 b teilweise - wie in Fig. 2 dargestellt - oder vorzugsweise über seine gesamte axiale Erstreckung über einen Großteil des Umfangs vom Gehäuse 3 des Steuerpults umschlossen, so daß nur ein begrenzter Winkelsektor, der Kontaktbereich 12 an der Oberseite der mit horizontalen Rotationsachsen 2a, 2b positionierten Stellräder 1a, 1 b für den Bediener zughänglich ist. Die tatsächliche Angriffsrichtung der Stellbewegung 9a und 9b stimmt dann wiederum hinsichtlich der Richtung mit den hierdurch zu bewirkenden Komponentenbewegungen 10a, 10b überein.

Fig. 4a zeigt für das Stellrad 1a eine Schnittdarstellung einschließlich der zu bewegenden Komponente 8a. Diese ist entlang des Bettes 6 in Blickrichtung der

Fig. 4a, der Komponentenbewegung 10a, verschiebbar. Diese

Komponentenbewegung 10a wird bewirkt durch Drehung des Stellrades 1 a, dessen Rotationsachse horizontal wie die Verschieberichtung der Koponente 8a, jedoch im rechten Winkel hierzu verläuft. In Fig. 4a ist das Stellrad 2a ebenfalls nur in seinem obersetn Winkelsegment zugänglich, und ansonsten vom Gehäuse 3 des Steuerpultes 4, welches einstückig zusammen mit der Komponente 8a ausgeführt ist, dargestellt. Durch Berühren und Verschieben der oben liegenden Umfangsbereiche des Stilrades 1a in Blickrichtung der Fig. 4, also in Stellbewegungsrichtung 9a, wird eine Verschiebung der Komponente 8a entlang des Bettes 6 in Komponentenbewegungsrichtung 10a erzielt.

Das Stellrad 1a ist dabei nicht über seine gesamte axiale Erstreckung, sondern nur über einen Teilbereich und zusätzlich in einem Kreisbogenabschnitt der Stirnseite her zugänglich, in dem der Großteil der zum Bedienen eingerichteten Stirnseite vom Gehäuse 3 abgedeckt ist, die entgegengesetzte Stirnseite vollständig abgedeckt ist und auch die Mantelfläche auf der vom Bediener abgewandten Seite teilweise vollständig vom Gehäuse 3 umschlossen ist, im restlichen Bereich dagegen nur über einen Großteil des Umfanges.

Im Gegensatz dazu ragt bei der Lösung gemäß Fig. 4b das Stellrad 2a mit seinem höchst liegendem Bereich aus der ebenen Oberseite des Gehäuses 3 hervor, welches einstückig mit der durch das Stellrad 1a zu bewegenden Komponente 8a ausgeführt ist.

Fig. 3 zeigt in perspektivischer Ansicht ähnlich der Fig. 2 ein Steuerpult, welches sich dadurch unterscheidet, daß am quaderförmigen Gehäuse 3 des Steuerpultes 4 ein drittes Stellrad 1 c wiederum drehbar um seine Rotationsachse 2c angeordnet ist. Die Rotationsachse 2c liegt dabei parallel zu einer der Rotationsachsen der beiden anderen Stellräder, beispielsweise der Rotationsachse 2a, und ragt somit lotrecht aus der einen vertikalen Seitenfläche des Gehäuses 4 ab. Die Mantelfläche dieses Stellrades 1c ragt dabei geringfügig über die hierzu benachbarte, ebenfalls lotrecht und im Winkel zur ersten genannten Seitenfläche stehende zweite Seitenfläche hervor, und bildet dadurch hier den Angriffsbereich für den Bediener. Die Angriffsrichtung und damit Stellbewegung ist die Vertikale, und die herdurch bewirkte Komponentenbewegung der nicht dargestellten bewegungsgekoppelten Maschinenkomponente ist die ebenfalls vertikale Bewegungsrichtung 10c.

Fig. 5a stellt eine Aufsicht auf eine Drehmaschine, ausgestattet mit dem erfindungsgemäßen Steuerpult, dar. Auf einem Bett 6 befinden sich am linken Ende der Spindelstock 13 mit dem hieraus stirnseitig vorstehenden Backenfutter 14, welches die bekannten Spannbacken an der freien Stirnfläche aufweist. Demgegenüber am rechten Ende des Maschinenbettes 6 ist der Reitstock 15 mit der hieraus gegen das Spannfutter gerichteten Körnerspitze dargestellt.

Entlang des Bettes 6 verlaufen parallel zueinander horizontale Führungsbahnen 17, auf denen ein Längsschlitten 8a verschiebbar ist.

Auf dem Längsschlitten 8a wiederum verlaufen quer zur Längsrichtung des Bettes gerichtete, zueinander beabstandete, Führungsbahnen 16, entlang deren ein Querschlitten 8b verfahrbar ist, um ein hierauf angeordnetes, nicht näher dargestelltes Werkzeug in die gewünschte Position bezüglich des Bettes 6 der Maschine 7 zu bringen.

Auf dem Querschlitten 8b ist das Steuerpult 4 mit seinem quad3erförmigen Gehäuse aufgesetzt. Aus der Oberseite des Gehäuses 3, die insbesondere horizontal angeordnet ist, ragen zwei Stellräder 1a, 1 b mit ihrer Mantelfläche geringfügig nach oben heraus.

Die Stellräder 1a, 1b sind dabei um horizontal liegende, im rechten Winkel zueinander stehende Rotationsachsen im Gehäuse 3 drehbar, wobei die Rotationsachsen im einen Fall parallel zur Längsrichtung der Maschine, also der Drehmitte, und im anderen Fall im rechten Winkel hierzu, jeweils horizontal, verlaufen. Dabei wird mit Hilfe desjenigen Stellrades 1a, dessen Rotationsachse quer zur Drehmitte der Maschine verläuft, der Längsschlitten 8 bewegt, und mit Hilfe des anderen Stellrades 1 b, dessen Rotationsachse parallel zur Drehmitte liegt, der Querschlitten 8b entlang des Längsschlittens 8a verfahren, so daß die Zuordnungen von Stellbewegungen zu Komponentenbewegungen entsprechend den Figuren 1 und 2 gegeben sind.

Fig. 5b zeigt eine ähnliche Darstellung in gleicher Ansicht mit dem einzigen Unterschied, daß in diesem Fall das Steuerpult 4 mit dem wiederum quaderförmigen Gehäuse 3 nicht an dem auf dem Längsschlitten 8a verfahrbaren Querschnlitten 8b angeordnet ist, sondern an der Frontseite des Längsschlittens 8a, und von diesem horizontal nach vorne, quer zur Drehmitte der Maschine 7, vorsteht.

Die Anordnung der Stellräder 1 a, 1 b im Gehäuse 3, mit Kontaktbereich nur an der Oberseite der Stellräder, leicht hervorragend aus der Oberseite des Gehäuses 3, ist identisch wie bei der Darstellung gemäß Fig. 5a.

Fig. 5c unterscheidet sich wiederum nur durch die Anordnung des Steuerpultes: Dieses befindet sich nunmehr am Bett 6 der Maschine, also unbeweglich. Die Anordnung der Stellräder 1 a, 1 b im Gehäuse 3 des Steuerpultes 4 ist wiederum identisch wie bei den Figuren 5a, 5b, und ebenso wiederum die Zuordnung zu den beweglichen Komponenten 8a, 8b.

BEZUGSZEICHENLISTE

1a, 1 b Stellrad

2a, 2b Rotationsachsen

3 Gehäuse

4 Steuerpult 5 Bewegungsebene

6 Bett

7 Maschine

8a, 8b Komponente

9a, 9b, 9c Stellbewegung 10s i, 10b, 10c Komponentenbewegung

11 Bediener

12 Kontaktbereich/Angriffspunkt

13 Spindelstock

14 Spannfutter 15 Reitstock

16 Führungsebene

17 Führungsebene