地下采矿机器的人机接口操作装置的制作方法

1.本发明涉及一种地下采矿机器的人机接口操作装置以及一种配备有这种人机接口操作装置的地下采矿机器。


背景技术：

2.地下采矿机器由于其操作环境在操作期间受到高的潜在危险。特别地，地下采矿机器通常用于存在甲烷的具有潜在爆炸性大气的环境中。因此，这种系统必须满足关于防爆的严格监管要求，以避免任何点火源在操作期间暴露于采矿机器周围的潜在爆炸性大气。
3.大型地下采矿机器，诸如长壁采矿机器，配备有控制柜，其具有用于接收来自操作者的输入的人机接口设备，基于该人机接口设备来控制采矿机器的功能。这些控制柜通常暴露于潜在爆炸性大气中，因此，必须满足防爆方面的严格监管要求。
4.已知地下采矿机器的控制柜配备有由多个单独提供的控制元件形成的人机接口，用于控制采矿机器及其部件的功能。这些控制元件可以以可平移致动的按钮的形式设置，即，其在被操作者推动时被致动。可替代地或附加地，可以采用在被操作者旋转或枢转时被致动的控制元件。


技术实现要素：

5.从现有技术出发，本发明的目的是提供一种用于地下采矿机器中的改进的人机接口操作装置。本发明的目的还在于提供一种特别地具有改进的用户可操作性并且同时满足这种应用的监管要求的人机接口操作装置。此外，本发明的目的是提供一种配备有这种人机接口操作装置的地下采矿机器。
6.这些目的通过根据独立权利要求的人机接口操作装置和地下采矿机器来解决。在本说明书，附图以及从属权利要求中阐述了优选实施例。
附图说明
7.当结合附图考虑时，通过参考以下详细描述将更容易地理解本发明，其中：
8.图1示意性地示出了安装在地下采矿机器中的控制柜的人机接口的正视图；
9.图2示意性地示出了图1中所描绘的人机接口的操作装置的截面视图；以及
10.图3示意性地示出了图1和2中所描绘的操作装置的分解图。
具体实施方式
11.在下文中，将参考附图更详细地解释本发明。在附图中，相同的元件由相同的附图标记表示，并且可以省略其重复描述以避免冗余。
12.图1示出了安装在地下采矿机器(未示出)诸如长壁采矿机器的控制柜中的人机接口(hmi)12，以下称为
″
采矿机器
″
。具体地，控制柜可以设置在采矿机器中，使得hmi 12布置
在其外表面上，以便操作者容易接近。这样，hmi 12暴露于采矿机器的环境中，并且因此在操作期间可能受到潜在爆炸性大气的影响。
13.通常，hmi 12指的是采矿机器的接口，操作者经由该接口与采矿机器(即，其控制柜(未示出))交互，用于控制功能或用于监测其操作条件。
14.在所示的配置中，hmi 12包括人机接口操作装置14形式的输入单元，用于接收来自操作者的用户输入，响应于该输入单元，采矿机器的功能将被控制。此外，hmi 12包括显示单元16，用于向操作者提供关于采矿机器的操作条件或参数的信息，例如反馈信息。换言之，通过hmi 12，操作人员可以控制和监督采矿机器的操作。
15.为了接收用户输入，操作装置14设置有控制元件18形式的物理部件，控制元件18旨在和经配置由操作者即操作者的手来致动。这样，操作装置14使得操作者能够向控制采矿机器的控制柜给出输入。具体地，通过致动操作装置14的控制元件18，操作者可以控制采矿机器的功能，诸如设置操作参数、设置操作条件、读出操作参数、读取状态消息、执行测试功能等。更具体地，为了这样做，操作者可以使用控制元件18以便导航，例如滚动，通过由显示单元16向用户显示的菜单列表并从菜单列表中选择单独的菜单项，从而使控制柜或采矿机器执行与所选菜单项相关的功能。
16.为此，显示单元16可以是触敏显示单元，即具有触摸屏，并且可以构成另外的输入单元，即除了操作装置14之外。在这种配置中，hmi 12被提供有冗余以增加其可靠性。换言之，操作者可以通过使用操作装置14或显示单元16的触摸屏来控制采矿机器的功能。
17.下面，参照图2和3说明构成人机接口操作装置的操作装置14的结构配置。
18.操作装置14经配置和设计使得在操作装置14的安装状态下，其中操作装置14被固定到如图2中所描绘的控制柜的壳体20，操作装置14形成根据iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准的防火外壳，用于从控制柜的外部密封内部。换言之，所示出的操作装置14形成了符合iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准中提出的要求的控制柜的防火外壳。为此，操作装置14经配置和设计使得在安装状态下，其具有大于5巴，例如10巴的耐压性。换言之，操作装置14经设计承受控制柜的壳体20的内部和外部之间的压力差，例如5巴或大于5巴。这种压力差可能由于故障，特别地是控制柜内的意外爆炸而产生。
19.通过这样的配置，当用于预期应用时，控制柜的内部可以从其外部充分密封。换言之，即使在采矿机器的操作期间在控制柜的壳体20内发生非故意的爆炸，也可以防止控制柜周围存在的潜在爆炸性大气由此特别地是通过穿过壳体20、操作装置14或它们之间的接合处传播的火焰而发生燃烧。
20.关于其结构配置，操作装置14包括固定到控制柜的壳体20的基体22。基体22支撑部分容纳在其中的控制元件18。具体地，基体22包括沿操作装置14的纵向轴线l延伸的通孔23，控制元件18容纳在通孔23内。通孔23从操作装置14的内端24朝向外端26延伸，并通向设置在外端26处的凹部28。在本发明的上下文中，术语
″
内端
″
是指操作装置14的端部，在操作装置14固定到控制柜的壳体20的安装状态下，该端部容纳在控制柜的内部。因此，术语
″
外端
″
是指操作装置14的端部，其经布置与内端24相对，并且其在安装状态下暴露于控制柜的外部，即采矿机器的环境大气。
21.基体22的圆周外表面包括三个相邻的具有不同直径的圆柱形部分。特别地，在外端26处，基体22包括螺纹部分30，其通过螺纹连接可释放地固定到壳体20。具体地，壳体20
设有孔，该孔的内表面设有另一螺纹部分32，螺纹部分32经设计与基体22的螺纹部分30互补并与其接合。
22.邻近另一部分30，基体22包括突出部分34，其在基体的径向方向上，即垂直于纵向轴线l，延伸超过螺纹部分30。具体地，突出部分34经设计和配置使得在安装状态下，侧向外表面(即面向外端26)抵靠在壳体20的侧向内表面(即面向控制柜的内部)上。
23.此外，在内端24处，基体22还包括直径比螺纹部分32小的下部分36。如图2和3所示，三个间隔螺钉38固定在下部分36的端表面上，操作装置14的电路板40通过该螺钉固定在相对于基体22的预定位置上。具体地，电路板40通过如图3所示的另外的螺钉紧固到间隔螺钉38，其中，出于概述的原因，未示出电路板40。
24.如上所述，基体22通过螺纹连接固定到壳体20。在该配置中，设置基体22和壳体20之间的联接，使得其形成根据iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准的防火外壳。为此，基体22和壳体20之间的螺纹连接经设计满足iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准中提出的相应要求。特别地，为了形成防火外壳，在基体22的接合螺纹部分30、32和壳体20之间形成的间隙具有一定的间隙宽度和一定的间隙长度。在所示的配置中，基体22和壳体20之间的螺纹连接具有m95的尺寸、1.5的螺距和6g/6h的配合。此外，螺纹连接沿纵向轴线l延伸超过23mm。换言之，螺纹连接具有23mm的长度l1。
25.如图2所示，操作装置14的纵向轴线l与控制元件18的纵向或旋转轴线重合。控制元件18由多个分离的部件构成，这些部件可释放地彼此固定以便于操作装置14的组装和拆卸。实质上，控制元件18包括轴42，其延伸穿过基体20的通孔23，使得其外端部44伸入凹部28中。如图2所示，轴42包括两个相邻的具有不同直径的圆柱形部分。具体地，轴42包括接合部分46，接合部分46容纳在基体22的通孔23内并与之互补设计。在内端24处，轴42包括加宽部分48，加宽部分48的直径大于轴42的接合部分46的直径。换言之，加宽部分48在控制元件18的径向方向上突出超过接合部分46。控制元件18还包括旋钮50，旋钮50通过连接螺钉52可释放地和力配合地安装到轴42的外端部44。旋钮50的直径大于轴42的接合部分46的直径。此外，旋钮50容纳在凹部28内。这样，控制元件18被保护不被施加非故意的大力。例如，通过这种布置，当在矿井中使用时，控制元件18被屏蔽以防止岩石从矿井的顶板落下。此外，为了改善其可操作性，旋钮设有滚花表面，特别地是在其圆周外表面上。
26.控制元件18还包括围绕轴42的外表面，特别地是围绕其外端部44布置的螺旋弹簧元件54。具体地，弹簧元件54插入在旋钮50和操作装置14的外表面之间，特别地是在基体的凹部28的内底部之间。
27.在所示配置中，控制元件18以可旋转和轴向可致动的控制元件的形式设置，用于控制地下采矿机器的功能。换言之，控制元件18经配置和设计使得其可以由操作者在旋转控制元件18时致动。此外，控制元件18经配置和设计使得其可以由操作者在平移地移动控制元件18时致动。因此，当旋转地或轴向地致动控制元件18时，操作者可以导航通过显示在显示单元16上的菜单列表并选择单独的菜单项以执行采矿机器的相关功能。例如，在旋转控制元件18时，操作者可以导航菜单列表以便加亮期望的菜单项。然后，在推动即平移致动控制元件18时，操作者可以选择加亮显示的菜单项以便执行与其相关的功能。
28.更具体地，控制元件18经设计和配置使得其围绕其纵向轴线l旋转地可致动并且沿其纵向轴线l轴向地可致动。为此，控制元件18通过滑动轴承56旋转地并且平移地支撑在
操作装置14的基体22中。通过该配置，控制元件18可以在被操作者旋转致动时相对于基体22围绕其纵向轴线l旋转。此外，控制元件18在由操作者平移致动即推动时可以相对于基体22沿其纵向轴线l平移或轴向移动。控制元件18的轴向运动受到限制。这意味着控制元件18可以在预定区域内在基体22中平移移动。具体地，如图2所示，控制元件18和基体22之间的相对平移运动在一侧由轴42的加宽部分48限定，在另一侧由旋钮50限定。这种结构配置可以有助于操作装置14的耐压性。
29.操作装置14的滑动轴承56由彼此接合的轴42(即其接合部分46)和基体22的通孔23形成。为了允许控制元件18能够以对于操作者方便的方式相对于基体20致动，在轴42(即其接合部分46)和基体22的通孔23之间设置限定的间隙。这样，在轴42(即其接合部分46)和基体22的通孔23之间设置了平配合。滑动轴承56形成根据iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准的防火外壳。这样，可以避免在控制柜内部发生非故意的爆炸的情况下，火焰或任何其他能够使控制柜外部存在的潜在爆炸性大气燃烧的介质通过轴42和槽孔23之间的间隙传播。为此，轴42和操作装置14的基体22之间的间隙经设计满足iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准中提出的相应要求。特别地，在所提出的滑动轴承56中，轴42和基体22之间的间隙具有一定的间隙宽度和一定的长度。在所示的配置中，轴42和通孔23之间的平配合具有大致14mm的标称尺寸范围和h8/d9的配合。换言之，在轴42和通孔23之间，间隙配合可以具有在0和 70μm之间的公差。此外，滑动轴承56沿纵轴延伸超过25mm。换言之，滑动轴承56具有25mm的长度l2。
30.为了支持设置在轴42和通孔23之间的间隙的密封效果，密封环58布置在轴42和通孔23之间。具体地，密封环58设置在基体22内的通孔23的内表面处设置的凹槽内，从而在轴42和基体22的通孔23之间形成密封接合。
31.进一步地，在内端24处，控制元件18，特别地是经由轴42的加宽部分48，被力配合或形状配合地连接到安装在电路板40上的传感器单元60。传感器单元60经配置感测或确定控制元件18相对于基体22围绕其纵向轴线l的旋转运动。此外，传感器单元60经配置感测或确定控制元件18沿其纵向轴线l相对于基体22的平移运动。基于感测或确定的控制元件18的运动，传感器单元60产生电信息信号，该电信息信号被传送到控制柜的数据处理器，该数据处理器处理和解释接收到的信息信号，以便控制采矿机器的功能。
32.如上所述，控制元件18包括插入在旋钮50和基体22之间的弹簧元件54。这样，控制元件18被朝向如图2中所描绘的中间位置偏置，其中控制元件18的轴向位置或取向中的至少一个相对于操作装置14的基体22预定。换言之，当操作者致动并随后释放控制元件18时，由于通过弹簧元件56施加到控制元件18的弹性力，控制元件18从其致动位置返回到其中间位置。
33.对于本领域技术人员显而易见的是，这些实施例和项目仅描绘了多种可能性的示例。因此，这里所示的实施例不应被理解为形成对这些特征和配置的限制。可以根据本发明的范围选择所述特征的任何可能的组合和配置。
34.这特别地是关于以下可选特征的情况，该可选特征可以以任何技术上可行的组合与之前提到的一些或全部实施例、项目和/或特征组合。
35.可以设置地下采矿机器的人机接口操作装置，在下文中称为
″
操作装置
″
。操作装置可以包括可旋转和轴向可致动的控制元件，用于控制地下采矿机器的功能，在下文中称
为
″
采矿机器
″
。
36.通过设置控制元件，该控制元件可以由操作者在旋转和平移移动时致动，采矿机器的所建议的操作装置可以以更直观和更方便的方式操作。与设置旋转地或平移地可致动的控制元件的已知操作装置相比，所建议的操作装置使得操作者能够将其输入提供给单个控制元件，同时允许更高的自由度来与之交互。结果，所建议的操作装置具有改进的可操作性。
37.所建议的操作装置可以用于地下采矿机器的控制柜中，诸如长壁采矿机器，但不限于这种应用。更确切地说，它可以用在防爆方面的严格监管要求的任何应用中。
38.具体地，该操作装置可以经配置和设计使得在该操作装置被固定到控制柜的壳体上的安装状态下，该操作装置形成根据iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准的防火外壳。此外，操作装置可以经配置和设计使得在安装状态下，其具有5巴或大于5巴，例如10巴的抗压强度或耐压性。
39.在进一步的发展中，该控制元件可以是围绕该操作装置和该控制元件中的至少一个的纵向轴线旋转地可致动的并且是沿该纵向轴线轴向可致动的。为此，操作装置可以包括经配置固定到地下采矿机器的控制柜的壳体的基体。在该配置中，控制元件旋转地并且平移地支撑在基体中。更具体地，控制元件可以通过滑动轴承旋转地并且平移地支撑在基体中。滑动轴承可以由控制元件的轴和设置在基体上的通孔形成。轴和基体可以彼此接合以形成滑动轴承。
40.进一步地，滑动轴承可以形成根据iec 60079-1标准，特别地是iec 60079-1：2014标准的防火外壳。换言之，滑动轴承可以形成具有根据iec 60079-1标准的保护等级
″d″
的防火外壳。
41.具体地，滑动轴承可以经配置使得轴和通孔相对于彼此具有平配合。通过设置平配合，轴和通孔之间的间隙设置有密封效果，该密封效果可以有助于防火外壳。例如，设置在轴和通孔之间的平配合可以具有大致14mm的标称尺寸范围和h8/d9的平配合。此外，滑动轴承可以沿纵向轴线延伸超过至少15mm，例如超过至少20mm。在一种配置中，滑动轴承可以沿纵向轴线延伸超过大致25mm。所建议的操作装置不限于这种配置。更确切地说，本领域技术人员理解，满足iec 60079-1标准中提出的要求的任何滑动轴承可以落入所建议的操作装置的范围内。
42.在进一步的发展中，例如在滑动轴承的内端的范围内，密封环可以设置在轴和基体之间，即其通孔。在本发明的上下文中，术语
″
滑动轴承的内端
″
可以指其在操作装置的安装状态下面向控制柜的壳体内部的端部。
43.控制元件可以连接到传感器单元。该传感器单元可以经配置感测或确定该控制元件的旋转和轴向运动。具体地，传感器单元可以经配置感测或确定控制元件围绕其纵向轴线的旋转运动和控制元件沿其纵向轴线的轴向运动。
44.在进一步的发展中，该控制元件可以朝向一个中间或非致动位置偏置，在该中间或非致动位置中该控制元件相对于该基体的轴向位置或实际取向中的至少一个是预定的。为此，操作装置可以设置有弹簧元件，该弹簧元件插入在基体和控制元件之间。
45.进一步地，控制元件在内端部处可以设置有加宽部分，该加宽部分在控制元件的径向方向上突出超过轴的接合部分，即与基体的通孔接合。此外，控制元件在与它的内端部
相对的外端部处可以设置有可释放地安装到轴上的旋钮。在该配置中，弹簧元件可以插入在旋钮和基体的外表面之间。
46.此外，可以设置一种配备有上述人机接口操作装置的地下采矿机器。由于所建议的地下采矿机器配备有上述人机接口操作装置，因此结合本发明中的操作装置描述的技术特征也可以涉及并应用于地下采矿机器。
47.工业实用性
48.参考附图，提出了一种人机接口操作装置14和配备有这种操作装置14的地下采矿机器。如上所述提出的操作装置14可以应用于地下采矿机器的任何控制柜中。进一步地，操作装置14可以替换传统的人机接口操作装置，并且可以用作替换或改进部分。