操作元件和操作元件的制造方法 |
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| 申请号 | CN202210925946.3 | 申请日 | 2022-08-03 | 公开(公告)号 | CN115729309A | 公开(公告)日 | 2023-03-03 |
| 申请人 | 爱乐宝两合公司; | 发明人 | F.莫伦特; M.沃特尔; | ||||
| 摘要 | 本 发明 提供一种用于通过操作者操作机器(500)的操作元件(100)，多个用于将操作杆(103)与控制单元连接的控制线路以由第一 线束 (107)和第二线束(109)构成的至少一个成对结构在操作杆(103)上沿着延伸到容纳部(105)，第一线束(107)从第一起始点(111)起延伸到容纳部(105)，第二线束(109)从第二起始点(113)起延伸到容纳部(105)，第一起始点(111)和第二起始点(113)与容纳部(105)间隔开布置，第一线束(107)在第一连接点(117)处与容纳部(105)连接，第二线束(109)在第二连接点(119)处与容纳部(105)连接，第一连接点(117)和第二连接点(119)彼此间隔开地布置在直线的 连接线 (121)上，连接线(121)延伸穿过操作杆(103)的 中轴 线(123)。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于通过操作者操作机器(500)的操作元件(100)，其中，所述操作元件(100)包括： |
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| 说明书全文 | 操作元件和操作元件的制造方法技术领域[0001] 本发明涉及一种用于控制机器的操作元件，例如工业设备或车辆，特别是挖掘机，一种用于制造所提出的操作元件的制造方法，以及一种包括所提出的操作元件的机器，例如挖掘机。 背景技术[0002] 形式为控制杆的用于控制机器的操作元件通常具有壳体，在壳体中布置有能围绕一旋转点或两个万向节轴线相对壳体运动的、特别是以能摆动的方式支承的控制杆和在壳体和控制杆之间作用的机构。所述机构影响各个用于将控制杆从静止位置或起始位置摆动到偏转的位置中所需的操纵扭矩，并且通常提供复位扭矩，以使控制杆从偏转的位置复位回到静止位置或初始位置。 [0003] 用于控制机器的操作元件应当是紧凑的和符合人体工程学的。用于控制机器的操作元件尤其应当在使用于工业环境中时，例如使用在施工现场时，是特别结实耐用的，以便实现很长的使用寿命或很长的使用时间。 发明内容[0004] 本发明尤其用于提供一种操作元件，该操作元件使得能直观地和精确地操作机器，并且最小化机器操作者的疲劳或超负荷。 [0005] 因此，根据本发明的第一个方面，提出一种用于通过操作者来操作机器的操作元件。所述操作元件包括以围绕旋转点可摆动的方式支承的操作杆、多个用于将操作杆与控制单元连接起来的控制线路和用于容纳所述控制线路的容纳部。所述多个控制线路中的各个控制线路以由第一线束和第二线束构成的至少一个成对结构在操作杆上沿着延伸到容纳部，其中，第一线束从第一起始点起延伸至容纳部，并且第二线束从第二起始点起延伸至容纳部。 [0006] 第一起始点和第二起始点与容纳部间隔开地布置。第一线束在第一连接点处与容纳部连接，并且第二线束在第二连接点处与容纳部连接。第一连接点和第二连接点彼此间隔开地布置在直线的连接线上，其中，连接线延伸穿过操作杆的中轴线。 [0007] 本发明将操作元件理解为一种用于操作或控制机器的元件。操作元件尤其用于将控制指令输入到机器中。为此，操作元件可以例如设计成所谓的“操纵杆”。为了将控制指令传递给机器，所提出的操作元件包括控制线路，控制线路可以直接地或者通过耦合元件，如阀、计算单元或接口，与机器连接。 [0008] 线束在本发明的上下文中指的是一定数量的、特别是多个控制线路，它们被一个共同的壳套包围。线束例如可以包括多个电线或电缆，它们也可以被塑料壳套包围。但根据本发明，扁平电缆也可以理解为线束，同样还有液压或气动线路。 [0009] 操作杆的中轴线在本发明的上下文中理解为这样一条轴线，其垂直地、也就是说特别是从操作杆的沿重力方向在上的端部延伸到沿重力方向在下的端部地延伸穿过这个操作杆。在此，中轴线视操作杆的形状而定居中地、也就是说特别穿过操作杆的柱形部分的中点延伸穿过操作杆。在操作杆上也可以设置把手区域形式的用户接口，其中，除了把手区域外，用户接口另外也可以在这个把手区域中具有操作元件，操作元件例如构造成用于输入控制指令的按键、开关或操作区。相应地，操作杆可以借助用户接口即把手区域来移动，其中，操作元件也随着运动。用户接口可以由塑料制成并且具有符合人体工程学的形状。 [0010] 优选操作杆能沿两个轴线或者二维地围绕所提出的操作元件的旋转点摆动。所述中轴线可以是虚拟的辅助轴线，或例如由金属或塑料制成的实体轴。 [0012] 为了布置或容纳控制线路，在所提出的操作元件上设有连接点。一个连接点可以包括一个或多个机械接口，如夹紧元件，各个控制线路或线束可以直接地或者借助配对接口、如配对夹紧元件布置在所述机械接口上。 [0013] 用于布置或容纳根据本发明所设置的控制线路的机械接口尤其可以包括机械的弹簧元件，所述机械的弹簧元件在控制线路布置在机械接口处时可逆地或弹性地变形，并且提供夹紧力以位置固定地将控制线路固定在容纳部上。 [0014] 根据本发明的操作元件基于这样的原理，即操作元件的控制线路被划分成成对的线束。对应地，至少两个线束从根据本发明设置的操作杆上的相应起始点延伸至根据本发明设置的容纳部上的相应连接点。 [0015] 因为控制线路、特别是组合成线束的控制线路，在运动时提供机械阻力，所以机械阻力或扭矩通过控制线路抵消这种运动。为了实现均匀分配通过控制线路作用到操作杆上的扭矩或力，控制线路被划分成成对的线束，所述成对的线束根据本发明这样在相应的连接点处与操作元件的容纳部连接，使得第一连接点和第二连接点彼此间隔开地处在直线的连接线上，其中，所述连接线延伸穿过操作杆的中轴线。第一连接点和第二连接点尤其处在中轴线的对置的侧面上。在此，这条连接线可以在旋转点上方、下方或穿过旋转点延伸。 [0016] 通过连接点、也就是说第一连接点和第二连接点在连接线上的间隔开的布置，通过两个线束作用到操作杆上的扭矩或力被划分和特别均匀地分配。相应地，各个线束的相应扭矩或力彼此平衡或彼此补偿，因而在操作杆运动时避免了扭矩单侧加载操作杆，并避免由此引起偏离预定轨迹或用户期望轨迹，并避免所述轴线的不同偏移。 [0017] 相应地，操作杆保持不变地或者仅最小程度地以单侧作用的扭矩加载，因而操作杆的运动对用户而言是非常直观的或者是可预测的。 [0018] 尤其是，所述连接点在连接轴线上的根据本发明规定的间隔开的布置使得从第二线束作用到操作杆上的拉力反作用于从第一线束作用到操作杆上的拉力，因而拉力可以得到平衡并且操作杆尤其能精确地运动。相同的说明也类似地适用于自我抵消的压力，如果出现这些压力的话。 [0019] 由于通过所述成对的线束所引起的扭矩的彼此平衡作用，可以将特别多数量的控制线路布置在操作杆中，因而也能实现复杂的线路或控制装置，而不会使操作元件的操作手感或精度相比简单的线路或控制装置变差。 [0021] 此外，将所提出的操作元件的控制线路划分成成对的线束还使得所提出的操作元件能用相比带有单个线束的结构更小的扭矩公差或更为精确的控制设定来运行。 [0022] 此外，通过将所提出的操作元件的控制线路划分成成对的线束，还使材料疲劳，例如断股，相比带有单个线束的结构最小化，并且相应地最大化所提出的操作元件的使用寿命或使用时间。 [0023] 在本发明的构造方案中规定，第一线束和第二线束螺旋形地围绕操作杆的中轴线延伸，其中，第一线束和第二线束根据本发明要么在其各自的旋转方向上彼此不同，要么具有相同的旋转方向，后者是优选的。第一线束和第二线束围绕操作杆的中轴线的螺旋形的或螺旋的走向(在此第一线束和第二线束在其旋转方向上彼此不同或者说沿不同的旋转方向延伸)引起相应通过第一线束和第二线束在操作杆运动时作用到操作杆上的扭矩产生对应的扭矩曲线。第一线束和第二线束尤其形成了两个柱形的螺旋线或螺旋(Spiralen bzw.Helices)，它们彼此平衡。为此，螺旋线或螺旋尤其可以180°镜像对称，并且对应地稳定地作用到操作杆上。第一和第二线束尤其螺旋形地和彼此对称地围绕操作杆的中轴线延伸，所述中轴线因此形成了对称轴线。两个线束围绕操作杆的中轴线的螺旋形走向导致了它们的长度大于操作杆的对应的轴向长度，操作杆因此特别是可以运动的，因为线束可以毫无困难地追随操作杆的运动。因此也避免了由于在线束和包围操作杆的波纹管之间的摩擦接触造成的材料疲劳，并且延长了所述设备的使用寿命。以相同的旋转方向延伸的线束同样是符合本发明的并且是优选的，因为它们例如能更为简单地安装并且空间上不那么强烈地受到影响。 [0024] 在本发明的构造方案中规定，中轴线在操作杆的上端部和下端部之间延伸并穿过旋转点。视操作杆的形状而定，中轴线的取向和位置可以改变，其中，中轴线，尤其在操作杆的静止位置或起始位置中，基本上垂直地延伸穿过操作杆，并且将旋转点特别是与操作杆的上端部连接起来。 [0025] 在本发明的构造方案中规定，所述连接线延伸穿过旋转点。 [0026] 延伸穿过所提出的操作元件的旋转点的中轴线使得第一连接点和第二连接点在Z方向上处在所述旋转点的高度上，因而旋转点尤其是力中性的(kraftneutral)或者加载特别小的偏转扭矩，因为作用在连接点处的力因此不具有沿Z方向到旋转点的间距。然而，根据本发明，两个连接点沿Z方向在旋转点上方或下方的布置也是优选的，但优选地也以相同的Z值布置。 [0027] 在本发明的构造方案中规定，控制线路包括电气的线路、气动的线路和/或液压的线路。视有待控制的机器的类型而定，所提出的操作元件可以包括不同类型的控制线路。尤其气动的或液压的控制线路，其具有比电气的线路更厚的壁并且其例如与换向阀连接，在运行中表现出了相当大的机械阻力，因而所提出的操作元件特别有利地适用于直接的气动的或液压的连接。 [0028] 在本发明的构造方案中规定，第一起始点和第二起始点间隔开地布置在连接第一起始点和第二起始点的起始点线上，其中，起始点线延伸穿过操作杆的中轴线。第一起始点和第二起始点尤其这样彼此间隔开地处在起始点线上，使得这些起始点布置在中轴线的对置的侧面上。第一起始点和第二起始点例如是这样的点，在这些点处，相应的控制线路从与所提出的操作元件的操作杆连接的用户接口出来。备选地，第一起始点和第二起始点可以处在所述用户接口内。第一和第二线束可以在第一或第二起始点处分别以相同的起始角过渡为例如螺旋形的结构。备选地，第一线束和第二线束可以以不同的起始角转变为螺旋形的结构，因而例如迫使第一线束的旋转方向与第二线束相反。为此，可以在第一起始点处例如布置第一导引机构，该第一导引机构将第一线束沿第一旋转方向导向第一连接点，并且在第二起始点处布置有第二导引机构，该第二导引机构将第二线束沿与第一旋转方向相反的第二旋转方向导向第二连接点。 [0029] 在本发明的构造方案中规定，通过第一线束作用到操作杆上的扭矩相当于通过第二线束作用到操作杆上的扭矩，因而通过控制线路作用到操作杆上的各个扭矩得到补偿。与之相关的优点已作说明。特别是在第一和第二线束不同地组装时，第一和/或第二线束的走向根据本发明被这样改变，使得扭矩差得到平衡。为此，第一线束尤其可以在连接轴线上布置得比第二线束更为靠近中轴线。 [0030] 在本发明的构造方案中规定，第一线束包括多个电气的控制线路，它们一起优选用唯一一个共同的壳套包封，并且第二线束包括多个电气的控制线路，它们优选一起用唯一一个共同的壳套包封。通过多个、特别是两个单独的线束，其分别包括一定数量的控制线路并且其借助相应的壳套保护免受环境影响，可以使作用到所提出的操作元件的操作杆上的机械的负荷相比单个线束减小，因为有较小横截面的多个线束在操作杆运动时提供比具有相应很大的横截面的单个线束明显更小的机械阻力或反作用力。然而，根据本发明，也可以是线束的单个线股，其一起形成了线束并且不必一定布置在一个共同的壳套中，而是可以取而代之地要么完全没有捆扎，要么仅一次或多次在短的轴向区段上捆扎。根据本发明也可以是扁带。就液压的或气动的控制线路而言，其于是形成根据本发明的线束，即使这个线束仅具有唯一一条控制线路。 [0031] 在本发明的构造方案中规定，第一线束比在第一起始点和第一连接点之间的第一直线更长，并且第二线束比在第二起始点和第二连接点之间的第二直线更长。由此为操作杆的运动提供线路储备，因而操作杆可以沿特别是两个轴线运动，而不会提高通过线束带给操作杆运动的机械阻力。 [0032] 在第二个方面中，本发明涉及一种用于制造操作元件的制造方法。所述制造方法包括准备步骤，在准备步骤中准备以围绕旋转点可摆动的方式支承的操作杆、多个用于将操作杆与控制单元连接起来的控制线路和用于容纳所述控制线路的容纳部。此外，所述制造方法还包括连接步骤，在连接步骤中，所述多个控制管线中的各个控制管线在由第一线束和第二线束构成的至少一个成对结构中朝所述容纳部的方向布设，其中，第一线束从第一起始点起朝所述容纳部的方向布设，并且第二线束从第二起始点起朝所述容纳部的方向布设。第一线束在第一连接点处与容纳部连接，并且第二线束在第二连接点处与容纳部连接。在此，第一连接点和第二连接点间隔开地布置在一条直线的连接线上，并且所述连接线延伸穿过操作杆的中轴线。 [0033] 在第三个方面中，本发明涉及一种机器、特别是挖掘机或带有前端装载机的拖拉机，包括所提出的操作元件的构造方案中的其中一种构造方案。所述机器可以包括控制元件，如挖掘机臂，其能借助操作元件控制。为了控制所述控制元件，操作元件与该控制元件连接。为此，操作元件具有接口，如插头，所述接口与控制元件的配对接口，如插座，相互作用并且特别是提供了用于传输控制指令的通信连接。附图说明 [0034] 接下来参考附图在优选的实施方式中示例性地说明本发明，其中，其他有利的细节由附图的图示得出。 [0035] 附图具体示出： [0036] 图1详细示出了根据本发明的操作元件的一种可能的构造方案的示意图； [0037] 图2在剖面视图中详细地示出了图1的操作元件的另一个示意图； [0038] 图3详细地示出了图1的操作元件的又一个示意图； [0039] 图4详细地示出了根据本发明的制造方法的一种可能的构造方案的示意图； [0040] 图5详细地示出了根据本发明的机器的一种可能的构造方案的示意图。 [0041] 附图标记列表 [0042] 100 操作元件 [0043] 101 旋转点 [0044] 103 操作杆 [0045] 105 容纳部 [0046] 107 第一线束 [0047] 109 第二线束 [0048] 111 第一起始点 [0049] 113 第二起始点 [0050] 115 箭头 [0051] 117 第一连接点 [0052] 119 第二连接点 [0053] 121 连接线 [0054] 123 中轴线 [0055] 125 用户接口 [0056] 127 调整元件 [0057] 129 X轴线 [0058] 131 Y轴线 [0059] 201 波纹管 [0060] 400 制造方法 [0061] 401 准备步骤 [0062] 403 连接步骤 [0063] 500 机器 [0064] 501 接口 [0065] 503 配对接口 [0066] 505 控制单元 具体实施方式[0067] 在图1中示出了操作元件100。该操作元件100包括以围绕旋转点101可摆动的方式支承的操作杆103、多个在此看不到的用于将操作杆103与在此未示出的控制单元连接起来的控制线路和用于容纳所述控制线路的容纳部105。所述多个控制线路中的各个控制线路以由第一线束107和第二线束109构成的成对结构在操作杆上沿着延伸。第一线束107和第二线束109对应地分别包括一定数量的、特别是多个控制线路。 [0068] 通过将操作元件100的控制线路划分成第一线束107和第二线束109，避免了单个线束具有特别大的直径和相应大的机械阻力。第一线束107和第二线束109则分别具有特别小的直径以及相应小的机械阻力。例如可以将20条控制线路划分成第一线束107和第二线束109，因而第一线束107包括十条控制线路并且第二线束109包括另外十条控制线路。 [0069] 第一线束107从第一起始点111起延伸到容纳部105，第二线束109从第二起始点113起延伸到这个容纳部。第一起始点111和第二起始点113与容纳部105间隔开地布置，如通过箭头115所示那样。第一线束107在第一连接点117处与容纳部105连接。第二线束109在第二连接点119处与容纳部105连接。第一连接点117和第二连接点119彼此间隔开地处在延伸穿过操作杆103的中轴线123的直线的连接线121上。因为第一连接点117和第二连接点 119通过中轴线彼此间隔开地相互对置，所以通过两个线束107、109作用到操作杆103上的扭矩或力得到补偿，因而操作杆103与用户预期的运动线的偏差或所谓的“偏移”是最小的。 在所示实施方式中，两个线束107、109沿相同的旋转方向延伸。 [0070] 在操作杆103上布置有用户接口125，该用户接口125包括多个开关和按键，以将控制指令通过控制线路传递给控制单元，并且必要时也传递给符合人体工程学成形的把手区段。 [0071] 在图2中在所述实施方式的剖切的侧视图中可以清楚地看到，第一线束107和第二线束109分别螺旋形地延伸，其中，第一线束107沿一个旋转方向延伸，该旋转方向与第二线束109延伸的旋转方向没有区别。相应地，第一线束107延伸的螺旋线与第二线束109延伸的螺旋线以相同的旋转方向进行旋转。通过第一线束107和第二线束109的螺旋形的走向，实现了操作杆103的特别远的运动，特别是能够沿X方向和/或Y方向偏转25°。在此，线束107和109占据很小的结构空间，因而包围线束107和109的波纹管201可以设计得极为紧凑，并且即使操作杆103的运动也相应地仅克服很小的机械阻力。用户接口形成了图2的上端，容纳部则形成下端，分别如图1中所示那样。容纳部同时构造成用于操作元件的壳体，这个操作元件用该壳体例如固定在车辆或扶手上。用“x”表示图1的旋转点101的位置，该旋转点处在壳体的在此看不到的内部。 [0072] 图3示意性地示出了操作杆103的运动区的X轴线129和Y轴线131。由于螺旋形的线束107和109，操作杆103能够以保持不变的或最小的偏转运动至高达25°的偏转。 [0073] 在图4中示出了制造方法400。所述制造方法400包括准备步骤401，在准备步骤中准备以围绕旋转点可摆动的方式支承的操作杆、多个用于将操作杆与控制单元连接起来的控制线路和用于容纳所述控制线路的容纳部。此外，所述制造方法400还包括连接步骤403，在连接步骤中，所述多个控制线路的各个控制线路以由第一线束和第二线束构成的至少一个成对结构朝所述容纳部的方向布设，其中，第一线束从第一起始点起朝所述容纳部的方向布设，并且第二线束从第二起始点起朝所述容纳部的方向布设。第一线束在第一连接点处与容纳部连接，并且第二线束在第二连接点处与容纳部连接。在此，第一连接点和第二连接点间隔开地布置在直线的连接线上，并且所述连接线延伸穿过操作杆的中轴线。 [0074] 在图5中示出了机器500。机器500是挖掘机或者如所示那样是拖拉机，并且包括按图1的操作元件100。操作元件100在此借助接口501与机器500的配对接口503通信连接，因而借助操作元件100提供的控制指令通过接口501传输给配对接口503并且最终传输给控制单元，如机器500的挖掘机臂505。 |
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