DE10340426B4

DE10340426B4 - Handgeführte Werkzeugmaschine

Info

Publication number: DE10340426B4
Application number: DE2003140426
Authority: DE
Inventors: Hans Martin
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-09-02
Filing date: 2003-09-02
Publication date: 2005-12-22
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: DE10340426A1

Abstract

Handgeführte Werkzeugmaschine, umfassend:
a) ein der Bearbeitung eines Materials (20) dienendes Werkzeug (3) oder nur eine Halteeinrichtung (2) für solch ein Werkzeug (3), wobei das Werkzeug (3) für die Bearbeitung relativ zu einer Bearbeitungsfläche des Materials (20) auszurichten ist,
b) mehrere voneinander beabstandete Sender (11) zum Senden von Signalen,
c) wenigstens drei voneinander beabstandete Empfänger (12) für den Empfang der von dem Material (20) reflektierten Signale der Sender (12),
d) eine Auswerteeinrichtung (13), die aus den empfangenen Signalen die Ausrichtung des Werkzeugs (3) relativ zu dem Material (20) und/oder die Eindringtiefe des Werkzeugs (3) in das Material (20) ermittelt,
e) und eine Anzeigeeinrichtung (18, 19) zum Anzeigen der ermittelten Ausrichtung und/oder Eindringtiefe,
dadurch gekennzeichnet, dass
f) wenigstens drei Sender (11) zum Senden von gegen die Bearbeitungsfläche gerichtete Signalen vorgesehen sind,
g) und jedem der Sender (11) nur einer der Empfänger (12) und...

Description

Die Erfindung betrifft die Erkennung der Ausrichtung eines Werkzeugs einer handgeführten Werkzeugmaschine relativ zu einem zu bearbeitenden Material und/oder die Erkennung der Eindringtiefe des Werkzeugs in das Material. Die Erfindung betrifft dementsprechend eine handgeführte Werkzeugmaschine mit einer entsprechenden Erkennungsvorrichtung und auch eine Erkennungsvorrichtung als solche, die mit einer handgeführten Werkzeugmaschine verbindbar ist. Die handgeführte Werkzeugmaschine kann insbesondere eine Bohrmaschine sein, für die die Ausrichtung ihres Bohrers oder die Bohrtiefe oder beides in Kombination ermittelt wird.

Bohrmaschinen mit Vorrichtungen zur Ermittlung und Anzeige der Bohrtiefe sind aus der DE 197 51 209 A1 und der DE 28 55 217 A1 bekannt. Nach der DE 197 51 209 A1 wird die Bohrtiefe mit einem axial gegen eine Federkraft verschieblichen Abstandsfühler mechanisch gemessen, während die Bohrtiefe nach der DE 28 55 217 A1 berührungslos mit einem Sender und einem Empfänger ermittelt wird. Problematisch ist bei dieser Art der reinen Bohrtiefenmessung die allein vom Augenmaß abhängige Ausrichtung des Bohrers.

Die DE 198 06 032 A1 beschreibt eine Erkennungsvorrichtung für eine exakte Ausrichtung des Bohrers senkrecht zu einer Bohrfläche. Die Erkennungsvorrichtung ist als Winkeltastkopf gebildet und umfasst eine Parallelscheibe, Drucktaster und eine optische Kontrollanzeige. Die Erkennungsvorrichtung ist mit einem Haltegriff verbunden, der mit der Bohrmaschine verbunden wird. Für die Ausrichtung des Bohrers werden der Haltegriff mit dem Winkeltastkopf an der Bohrmaschine befestigt und die Parallelscheibe des Winkeltastkopfs an die Bohrfläche angelegt. Entsprechend der Ausrichtung der Bohrachse werden von der Parallelscheibe die Drucktaster betätigt und dadurch die Ausrichtung ermittelt. Für die Ausrichtung muss somit eine Parallelscheibe an die Bohrfläche angelegt werden. Der Winkeltaster ist auf die exakt senkrechte Ausrichtung der Bohrachse zur Bohrfläche oder doch zumindest auf eine im Wesentlichen senkrechte Ausrichtung beschränkt. Ferner müssen die Führungen der relativ zueinander bewegbaren Teile der Erkennungsvorrichtung sehr genau gefertigt sein, um eine entsprechend genaue Ausrichtung zu ermöglichen.

Eine aus der DE 100 13 943 A1 bekannte Vorrichtung zur Erkennung der Ausrichtung einer Bohrmaschine umfasst einen Lasersender, einen Reflektorspiegel und eine Mattscheibe. Der Lasersender und die Mattscheibe sind mit der Bohrmaschine verbunden. Der Reflektorspiegel wird auf der Oberfläche des zu bearbeitenden Materials in der Nähe des Bohrlochs angebracht. Der Lasersender und die Mattscheibe sind relativ zueinander so angeordnet, dass der vom Lasersender gesendete Laserstrahl durch eine Bohrung der Mattscheibe hindurch parallel zur Bohrachse auf den Reflektorspiegel gerichtet ist. Bei exakt senkrechter Ausrichtung der Bohrachse tritt der reflektierte Laserstrahl durch die Bohrung der Mattscheibe. Die Mattscheibe ist mit einem Koordinatensystem versehen mit der Bohrung als Koordinatenmittelpunkt. Bei nicht exakt senkrechter Ausrichtung der Bohrachse ist der reflektierte Laserstrahl in dem Koordinatensystem der Mattscheibe als Lichtpunkt sichtbar, so dass der Benutzer aus der Lage des Lichtpunkts im Koordinatensystem der Mattscheibe auf die Ausrichtung der Bohrmaschine schließen und diese gegebenenfalls danach ausrichten kann. Umständlich ist, dass ein Reflektorspiegel auf der Bohrfläche angebracht werden muss. Die Vorrichtung dürfte darüber hinaus auch nur bei kleinen Neigungswinkeln, gemessen zur Senkrechten auf die Bohrfläche, geeignet sein, da das Koordinatensystem und damit die Mattscheibe mit zunehmendem Neigungswinkel unhandlich groß wird.

Berührungslos arbeitende Erkennungsvorrichtungen, die auch ohne auf der Bohrfläche anzubringende Komponenten auskommen, sind aus der DE 100 37 019 A1 und der DE 43 36 730 A1 bekannt.

Die Vorrichtung der DE 100 37 019 A1 umfasst einen Ultraschallsender und zwei Ultraschallempfänger, die an der Bohrmaschine je mit einem radialen Abstand zur Bohrachse und winklig zueinander angebracht sind. Das von dem Sender gesendete Ultraschallsignal wird von der Bohrfläche reflektiert und von den Empfängern empfangen. Durch eine Laufzeitmessung und/oder eine Interferenzerfassung wird eine Winkelstellung der Bohrmaschine zur Bohrfläche ermittelt. Eine eindeutige Erkennung der Ausrichtung dürfte schwierig sein.

Die aus der gattungsgemäßen DE 43 36 730 A1 bekannte Vorrichtung weist zwei Sender und drei Empfänger auf. Je einer der Sender ist mit je zwei der Empfänger entlang einer geraden Linie angeordnet, wobei einer der Empfänger den Kreuzpunkt der beiden Linien bildet, d.h. er ist beiden der Sender zugeordnet. Die beiden Linien weisen rechtwinklig zueinander und definieren eine Ebene, z.B. XY eines kartesischen Koordinatensystems. Der Aufsetzpunkt der Werkzeugspitze auf das Werkstück ist in dieser Ebene frei wählbar, aber zu Beginn des Ausrichtvorgangs des Werkzeuges bekannt, und bildet den Schnittpunkt des kartesischen Koordinatensystems, wobei die Rotationsachse des Werkzeuges die Z-Achse bildet. Durch die Koordinaten werden folglich drei Ebenen ZX, ZY, XY definiert, von denen eine Ebene, die Bearbeitungsebene (XY) vorgegeben ist. Bei aufgesetztem Werkzeug verbleiben daher nur zwei variable Ebenen (XZ und YZ), die die Ausrichtung des Werkzeuges im Verhältnis zur dritten Ebene (XY) bestimmen. Zur Bestimmung der Neigung einer Ebene des kartesischen Koordinatensystems genügt es, zwei endlich beabstandete Schnittpunkte der Ebene ZX oder ZY mit der XY Ebene zu bestimmen. Eine diese beiden Punkte verbindende Linie auf die Ebene XY projiziert zeigt an, um welches Maß die Ebene ZX oder ZY zum Aufsetzpunkt in X- und/oder Y-Richtung verschoben ist, d.h. den Neigungswinkeln des Werkzeuges in die jeweilige Richtung. Da zwei variable Ebenen zu bestimmen sind, bedarf es zwei solcher Anordnungen. Um zu einem Ergebnis bezüglich der Ausrichtung des Werkzeuges zu gelangen, bedarf es nach der DE 43 36 730 A1 zweier aufeinander folgender Messungen. Dabei wird einmal die Verschiebung der Ebene ZX und einmal die Verschiebung der Ebene ZY gemessen. Daraus wird der Wert der „charakteristischen Größe" ermittelt, der durch die zeitlich unterschiedlichen Aufnahmen der beiden Ausgangswerte immer nur ein Näherungswert zur Ist-Situation sein kann.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die Ausrichtung eines Werkzeugs einer handgeführten Werkzeugmaschine relativ zu einem damit zu bearbeitenden Material und/oder die Ermittlung einer Eindringtiefe des Werkzeugs in das Material auf einfache und eindeutige Weise zu ermöglichen.

Die Erfindung betrifft eine handgeführte Werkzeugmaschine, die wenigstens die folgenden Komponenten umfasst: Ein der Bearbeitung eines Materials dienendes Werkzeug oder nur eine Halteeinrichtung für das Werkzeug, die wenigstens eine, vorzugsweise genau eine, auszurichtende Bearbeitungsachse des Werkzeugs vorgibt, mehrere Sender zum Senden von gegen die Bearbeitungsfläche des Materials gerichteten Signalen, wenigstens drei Empfänger für den Empfang der von dem Material reflektierten Signale der Sender, eine Auswerteeinrichtung und eine Anzeigeeinrichtung. Mittels des Werkzeugs wird das Material entlang wenigstens einer Bearbeitungsachse bearbeitet, die für eine korrekte Bearbeitung relativ zu der Bearbeitungsfläche des Materials ausgerichtet werden muss. Die Sender sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie ihre Signale parallel zu der Bearbeitungsachse senden. Grundsätzlich kann die Senderichtung jedoch auch winkelig zu der Bearbeitungsachse weisen. Die Empfänger sind vorzugsweise so ausgerichtet, dass sie die reflektierten Signale bestmöglich, d.h. mit größtmöglicher Intensität, empfangen. Die empfangenen Signale werden von den Empfängern an die Auswerteeinrichtung ausgegeben. Die Auswerteeinrichtung ermittelt aus den Ausgangssignalen der Empfänger die Ausrichtung der Bearbeitungsachse relativ zu der Bearbeitungsfläche des Materials, oder die Eindringtiefe des Werkzeugs oder beides in Kombination. In Abhängigkeit von der ermittelten Ausrichtung und/oder Eindringtiefe bildet die Auswerteeinrichtung ein Ausgangssignal und gibt es an die Anzeigeeinrichtung aus. Die Anzeigeeinrichtung zeigt die ermittelte Ausrichtung und/oder Eindringtiefe an, vorzugsweise optisch. Die Ausrichtung wird vorzugsweise in einem zweidimensionalen Koordinatensystem symbolisch angezeigt. Die Anzeige der Eindringtiefe erfolgt vorzugsweise alphanumerisch.

Die Werkzeugmaschine ist vorzugsweise eine Handbohrmaschine. Sie kann jedoch auch beispielsweise eine Handfräse, ein Handschleifgerät, eine Handsäge, vorzugsweise Stichsäge, grundsätzlich aber auch Kreissäge, sein. Entsprechend ist das Werkzeug in der bevorzugten Ausbildung ein Bohrer und in den beispielhaft genannten anderen Ausführungen eine Fräse, ein Schleifkopf oder ein Sägeblatt. Die auszurichtende Bearbeitungsachse fällt im Allgemeinen mit einer für die gesamte Maschine maßgeblichen Maschinenachse zusammen, im Falle einer Bohr- oder Fräsmaschine mit der Bohrachse oder allgemeiner einer Ausgangsdrehachse der Maschine oder noch allgemeiner mit der für die Bearbeitung maßgeblichen Ausgangsachse der Maschine, um die das Ausgangsdrehmoment oder/und eine Ausgangskraft ausgeübt wird oder werden.

Die Sender sind voneinander beabstandet und die Empfänger sind voneinander beabstandet. Die Abstände der Sender untereinander, die Abstände der Empfänger untereinander und die Anordnung der wenigstens drei Sender/Empfänger-Paare zueinander sind so gewählt, dass die Auswerteeinrichtung auf der Basis des empfangenen Reflexionsmusters den Neigungswinkel, den die Bearbeitungsachse zu einer Senkrechten auf die Bearbeitungsfläche aufweist, ermitteln kann. Der Begriff "Reflexionsmuster" ist nicht einschränkend bezüglich der Messmethode gemeint. Er bezieht sich auf die empfangenen Signale im Hinblick auf den von der Auswerteeinrichtung vorzunehmenden Signalvergleich. Für die Ermittlung der Ausrichtung wird es sich ausschließlich oder zumindest im wesentlichen um den Vergleich des zu einem Zeitpunkt empfangenen Signals von jedem der Empfänger mit dem zum gleichen Zeitpunkt empfangenen Signal jedes anderen der Empfänger handeln. Für die Ermittlung der Eindringtiefe handelt es sich allein oder zusätzlich um den Vergleich der zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Bearbeitung empfangenen Signale.

Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung für die Erkennung der Ausrichtung oder Eindringtiefe des Werkzeugs oder beider Parameter in Kombination, soweit solch eine Vorrichtung separat, d.h. ohne Werkzeugmaschine, hergestellt, vertrieben oder angeboten wird. In bevorzugter Ausführung ist die Vorrichtung als Zubehörteil für handgeführte Werkzeugmaschinen konzipiert. In bevorzugter Ausführung ist die Vorrichtung integraler Bestandteil eines Zubehörteils, das einen Haltegriff bildet. Der Haltegriff dient als zusätzlicher Haltegriff für die Werkzeugmaschine, um deren Führung bei der Materialbearbeitung zu verbessern. Solche Führungshaltegriffe sind weithin in Gebrauch, werden aber nach der Erfindung um die Funktion der Erkennung der Ausrichtung und/oder Eindringtiefe des Werkzeugs erweitert. Es muss jedoch festgestellt werden, dass die Erfindung nicht auf die Integration in einem Zubehörteil beschränkt ist, sondern alternativ, obgleich weniger bevorzugt, auch fester Bestandteil der Werkzeugmaschine sein kann.

Nach der Erfindung weist die Werkzeugmaschine oder die als Zubehörteil konzipierte Erkennungsvorrichtung wenigstens drei der genannten Sender auf. Die wenigstens drei Sender und wenigstens drei Empfänger sind einander paarweise so zugeordnet, dass je einem der wenigstens drei Sender einer der wenigstens drei Empfänger und jedem der wenigstens drei Sender ein anderer der wenigstens drei Empfänger zugeordnet ist, wobei durch die paarweise Zuordnung erreicht wird, dass jeder der Empfänger zumindest im Wesentlichen nur das Signal des ihm zugeordneten Senders empfängt. In diesem Sinne werden wenigstens drei Sender/Empfänger-Paare gebildet. Vorzugsweise ist die paarweise Zuordnung derart, das jeder der wenigstens drei Sender genau nur das Signal des ihm zugeordneten der wenigstens drei Empfänger empfängt und keines der reflektierten Signale der jeweils zwei anderen der Sender. Falls diese Trennung in der Praxis nicht gänzlich gelingen sollte, so sollte der von den jeweils zwei anderen Sendern empfangene Signalanteil gegenüber dem Signalanteil des jeweils zugeordneten Senders vernachlässigbar klein sein in dem Sinne, dass eine Signalverrechnung durch die Auswerteeinrichtung nicht erforderlich oder zumindest mit gegenüber dem Stand der Technik vergleichsweise geringem Aufwand möglich ist. In diesem Sinne empfangen die wenigstens drei Empfänger zumindest im Wesentlichen das Signal des jeweils zugeordneten der wenigstens drei Sender.

Indem die Erfindung Überkreuzzuordnungen vermeidet oder zumindest ohne Überkreuzzuordnungen auskommt, wird der für die Signalverarbeitung von der Auswerteeinrichtung zu betreibende Aufwand deutlich gegenüber dem Stand der Technik verringert.

Die paarweise Zuordnung von Sendern und Empfängern kann zwar grundsätzlich durch eine geeignete zeitliche Sequenzierung der Sendesignale und/oder durch unterschiedliche Wellenlängen der Sendesignale und/oder auch durch unterschiedliche Signalarten, beispielsweise Schallwellen und elektromagnetische Wellen, erhalten werden. In bevorzugter Ausführung wird die paarweise Zuordnung jedoch durch die Geometrie der Anordnung der Sender und Empfänger erhalten. Andere Möglichkeiten der Zuordnung können grundsätzlich ergänzend eingesetzt werden. Vorzugsweise wird die paarweise Zuordnung jedoch allein durch die Geometrie der Anordnung erhalten, so dass nur Sender und auf die Sender abgestimmte Empfänger einer einzigen Art und eines einzigen Typs verwendet werden können, die ihre Signale darüber hinaus zur gleichen Zeit senden und empfangen können. Die Geometrie der Anordnung ist vorzugsweise so, dass jeder der Sender zu dem ihm zugeordneten Empfänger einen geringeren Abstand aufweist als zu jedem der wenigstens zwei anderen Empfänger.

In bevorzugten Ausführungen sind pro Sender/Empfänger-Paar der wenigstens eine Sender und der wenigstens eine Empfänger entlang einer Linie, die bevorzugt gerade ist, nebeneinander angeordnet und die Linien weisen voneinander weg, vorzugsweise sternförmig von einer gemeinsamen zentralen Achse, die insbesondere die Bearbeitungsachse sein kann.

Die Sender oder die Empfänger oder sowohl die Sender als auch die Empfänger sind vorzugsweise auf je einem Kreis um die gemeinsame, zentrale Achse angeordnet. Der Kreis für die Sender und der Kreis für die Empfänger kann der gleiche sein, bevorzugt handelt es sich jedoch um zwei konzentrische Kreise mit unterschiedlichen Radien. Pro Sender/Empfänger-Paar ist vorzugsweise stets der Sender oder stets der Empfänger näher bei der gemeinsamen, zentralen Achse angeordnet.

Die Sender/Empfänger-Paare sind vorzugsweise in gleichen oder zumindest im Wesentlichen gleichen Winkelabständen um die gemeinsame, zentrale Achse angeordnet (gleichmäßige Winkelteilung). Falls mehr Paare als die wenigstens drei Sender/Empfänger-Paare vorgesehen sind, gelten die Ausführungen zu den wenigstens drei Paaren in sinngemäßer Erweiterung auch für die mehr als drei Paare, insbesondere die Zuordnung der Sender zu den Empfängern. Bezüglich der Winkelteilung gilt dementsprechend, dass bei Verwendung von nur drei Sender/Empfänger-Paaren, wie dies bevorzugt wird, der Winkelabstand je zwei benachbarten Paaren Idealerweise 120° beträgt. Bei vier Paaren beträgt der Winkelabstand von Paar zu Paar Idealerweise 90° und verringert sich bei noch mehr Paaren entsprechend der Anzahl der Paare. Falls von der gleichmäßigen Winkelteilung abgegangen wird, beispielsweise aufgrund konstruktiver Gegebenheiten der Werkzeugmaschine, sollte die Abweichung der Winkelabstände untereinander unter 20 % bleiben, d.h. bei beispielsweise den bevorzugten genau drei Sender/Empfänger-Paaren sollte der Winkelabstand von Paar zu Paar nicht mehr als 140° und nicht weniger als 100° betragen.

Des Weiteren entspricht es bevorzugten Ausführungen, dass die Empfänger in Schächten angeordnet sind. Indem die Empfänger je in einem eigenen Schacht angeordnet sind, wird in Verbindung mit der Anordnung der Empfänger in räumlicher Nähe zum jeweils zugeordneten Sender die Eindeutigkeit der Zuordnung nochmals verbessert, da durch die zurückgesetzte Anordnung durch die in Richtung auf das Material vorragenden Schachtwände zusätzlich eine Abschattung gegen reflektierte Signale von nicht zugeordneten Sendern erzielt wird. In anderen bevorzugten Ausführungen sind auch die Sender je in einem eigenen Schacht angeordnet. Die Anordnung entweder der Empfänger oder der Sender oder besonders bevorzugt der Sender und Empfänger je hinter der jeweiligen Schachtöffnung hat neben der Verbesserung der Trennung der Paare durch Abschattung auch den Vorteil, dass die Empfänger und/oder Sender gegen Beschädigungen besser geschützt sind als bei einer bündigen oder gar erhabenen Anordnung in Bezug auf die unmittelbar umgebende Oberfläche an oder auf der sie in solch einer weniger bevorzugten, alternativen Anordnung angeordnet wären.

Die Sender sind vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet, die vorteilhafterweise zu der Bearbeitungsachse senkrecht weist. Das gleiche gilt vorzugsweise für die Empfänger. Besonders bevorzugt sind die Sender und die Empfänger in der gleichen Ebene angeordnet.

Obgleich im Vorstehenden stets von Sender/Empfänger-Paaren die Rede ist, so ist die Erfindung hierauf jedoch nicht beschränkt, solange die paarweise oder im erweiterten Sinne wenigstens paarweise Zuordnung besteht. Ein Sender/Empfänger-Paar kann um einen weiteren Sender und/oder einen weiteren Empfänger ergänzt sein. Bei Ergänzung durch einen weiteren Sender ist dieser weitere Sender jedoch in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben dem Empfänger des jeweiligen Paars zugeordnet. Bei Ergänzung durch einen weiteren Empfänger ist der weitere Empfänger in gleicher Weise wie vorstehend beschrieben, dem Sender des jeweiligen Paars zugeordnet. Wird die Zuordnung, wie bevorzugt, durch die geometrische Anordnung erzielt, so sind bei zwei Empfängern, die einem gemeinsamen Sender zugeordnet sind, diese Empfänger vorzugsweise an zwei gegenüberliegenden Seiten des Senders angeordnet. Sinngemäß das gleiche gilt, falls zwei Sender einem gemeinsamen Empfänger zugeordnet sind.

Die Signale sind vorzugsweise Ultraschallsignale, d.h. es handelt sich bei den Sendern und Empfängern um Ultraschallsender und Ultraschallempfänger. Auch elektromagnetische Signale kommen in Frage, beispielsweise Lichtsignale aus dem Infrarotbereich oder auch dem sichtbaren Bereich sowie Lasersignale und grundsätzlich auch andere Signale aus dem elektromagnetischen Spektrum, soweit eine ausreichende Reflexion durch das Material, vorzugsweise bereits an der Oberfläche bzw. im oberflächennahen Bereich des Materials gegeben ist. Ultraschallsignale eignen sich jedoch nicht zuletzt wegen ihrer Ausbreitungscharakteristik am besten.

Für die Ermittlung der Ausrichtung wird vorzugsweise die Intensität der reflektierten Signale gemessen und auf der Basis des mittels der Empfänger gewonnenen Reflexionsmusters die Ausrichtung ermittelt. Eine Laufzeitmessung ist ebenfalls geeignet. Für die Ermittlung der Eindringtiefe eignet sich eine Laufzeitmessung in besonderer Weise. Hier ist die Intensität aber auch geeignet. Grundsätzlich ist die Ermittlung der Ausrichtung und/oder der Eindringtiefe auch mittels der Messung der Phasenverschiebung möglich. Sowohl für die Ermittlung der Ausrichtung als auch für die Ermittlung der Eindringtiefe kann auch eine Kombination mehrerer Messverfahren, beispielsweise von zwei der vorgenannten oder von allen drei vorgenannten Messverfahren, zur Anwendung gelangen.

Die als Zubehörteil konzipierte Erkennungsvorrichtung umfasst zumindest ein Gestell, das die Sender und Empfänger lagert und mit der Werkzeugmaschine verbindbar ist, vorzugsweise wieder lösbar. In bevorzugter Weiterbildung lagert das Gestell auch die Auswerteeinrichtung oder die Anzeigeeinrichtung oder besonders bevorzugt beide Einrichtungen. In noch einer Weiterbildung lagert das Gestell eine Energiequelle für die Auswerteeinrichtung und/oder die Anzeigeeinrichtung und/oder die Sender und Empfänger. In der bevorzugten Ausführungsform eines Zubehörteils lagert das Gestell sämtliche Komponenten, die der Erkennung der Ausrichtung und/oder Eindringtiefe dienen. In dieser Ausführung kann jede herkömmliche Werkzeugmaschine, insbesondere Bohrmaschine, mittels der Erkennungsvorrichtung zu einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine ergänzt werden.

Für die als Zubehörteil konzipierte Erkennungsvorrichtung gelten im Übrigen die Ausführungen zur erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine gleichermaßen.

Die erfindungsgemäße Werkzeugmaschine oder die erfindungsgemäße Erkennungsvorrichtung kann um einen oder mehrere Sensoren erweitert sein, mit dessen oder deren Hilfe die Ausrichtung der Maschine nicht nur relativ zur Bearbeitungsfläche des zu bearbeitenden Materials, sondern zusätzlich auch absolut in Bezug auf das Schwerefeld und/oder das Magnetfeld der Erde ermittelt werden kann. Die Ausgangssignale solch eines Sensors oder der mehreren Sensoren werden vorteilhafterweise ebenfalls der Auswerteeinrichtung aufgegeben, die die Signale zusätzlich zu denen der Sender/Empfänger-Paare für die Ermittlung und Anzeige der Ausrichtung und/oder Eindringtiefe berücksichtigt.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden auch in den Unteransprüchen und durch die Anspruchskombinationen beschrieben.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Figuren erläutert. An dem Ausführungsbeispiel offenbar werdende Merkmale bilden je einzeln und in jeder Merkmalskombination die Gegenstände der Ansprüche und die vorstehend beschriebenen Ausführungsformen vorteilhaft weiter. Es zeigen:

1 einen Teil einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine bestehend aus einer herkömmlichen Maschine und einer als Zubehörteil konzipierten, erfindungsgemäßen Erkennungsvorrichtung;

2 die Erkennungsvorrichtung der 1 in einer Ansicht in Richtung einer Bearbeitungsachse der Werkzeugmaschine; und

3 den Schnitt A-A der 2.

1 zeigt einen vorderen Abschnitt einer Werkzeugmaschine 1. Eine Halteeinrichtung bzw. Werkzeugaufnahme 2 ist aus einem Gehäuse der Werkzeugmaschine 1 herausgeführt und dient der festen Halterung eines Werkzeugs 3. Die Werkzeugaufnahme 2 wird um eine Bearbeitungsachse B des Werkzeugs 3 drehangetrieben. Bei der Werkzeugmaschine 1 handelt es sich im Ausführungsbeispiel um eine Bohrmaschine. Die Werkzeugaufnahme 2, das Werkzeug 3 und die Bearbeitungsachse B sind dementsprechend ein Bohrfutter, ein Bohrer und dessen Bohrachse. Ein mit der Werkzeugmaschine zu bearbeitendes Material ist mit dem Bezugszeichen 20 versehen und liegt der Werkzeugmaschine 1 mit seiner Oberfläche, der Bearbeitungsfläche, im Ausführungsbeispiel der Bohrfläche, gegenüber. Die Bearbeitungsfläche ist plan, und es ist der Fall dargestellt, dass zum Bohren eines Lochs die Bearbeitungsachse B senkrecht zu der Bearbeitungsfläche, im Ausführungsbeispiel Bohrfläche, ausgerichtet werden soll. In 1 ist die Bearbeitungsachse B bereits exakt senkrecht zu der Bearbeitungsfläche ausgerichtet.
Die Werkzeugmaschine 1 ist zum Zwecke der Ausrichtung, beispielsweise für die senkrechte Ausrichtung der Bearbeitungsachse B, mit einer Erkennungsvorrichtung 4 ausgerüstet. Die Erkennungsvorrichtung 4 ist als Zubehörteil konzipiert, das mit der Werkzeugmaschine 1 zwar fest, aber dennoch lösbar verbunden ist. Das Zubehörteil ist ein Führungshaltegriff dessen integraler Bestandteil die Erkennungsvorrichtung 4 ist. Die Erkennungsvorrichtung 4 umfasst ein Gestell 6, das eine Spanneinrichtung bildet, mittels der es an dem vorderen Ende eines Gehäuses der Werkzeugmaschine 1 relativ zu dem Gehäuse nicht bewegbar klemmend befestigt ist. Das Gestell 6 dient als Träger für sämtliche Komponenten der Erkennungsvorrichtung 4, die dadurch an und in dem Zubehörteil autark von der Werkzeugmaschine 1 gebildet ist. Zur erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine wird die Werkzeugmaschine 1 erst in Kombination mit der Erkennungsvorrichtung 4. Komponenten der Erkennungsvorrichtung 4 sind insbesondere drei Paare von Ultraschallsendern 11 und Ultraschallempfängern 12. Von der Erkennungsvorrichtung 4 ist als weitere Komponente in 1 eine Anzeigeeinrichtung bestehend aus einem von Lichtquellen 18 gebildeten Koordinatenkreuz und einer alphanumerischen Leuchtanzeige 19. Das Gestell 6 ist radial zu der Bearbeitungsachse B an einer Seite unter Ausbildung eines Haltegriffs 5 verlängert. Gestell 6 und Haltegriff 5 sind einstückig, könnten grundsätzlich aber auch separat gefertigt und aneinander befestigt sein. Von der Erkennungsvorrichtung 4 abgesehen ist das Zubehörteil in der Art eines für handgeführte Werkzeugmaschinen üblichen Führungshaltegriffs ausgebildet.
Die 2 und 3 zeigen die Erkennungsvorrichtung 4 einzeln. Wie in dem Längsschnitt der 3 erkennbar, nimmt der hohle Haltegriff 5 die weiteren Komponenten der Erkennungsvorrichtung 4, nämlich eine Auswerteeinrichtung 13 und eine Energiequelle 14 schützend auf. Die Energiequelle 14 versorgt sämtliche Komponenten der Erkennungsvorrichtung 4 mit der benötigten Energie, vorzugsweise elektrische Energie. Die Energiequelle 14 kann insbesondere eine elektrische Batterie sein.
In der Draufsicht der 2, in der die Bearbeitungsachse B senkrecht zur Figur weist, ist insbesondere die geometrische Anordnung der insgesamt drei Sender 11 und drei Empfänger 12 zu erkennen. Die Anordnung ist derart, dass jeder der Empfänger 12 zu genau einem der Sender 11 radial zu der Bearbeitungsachse B gemessen einen geringeren Abstand d (2) als zu jedem der beiden anderen Sender 11 aufweist. Durch die geometrische Anordnung werden drei Sender/Empfänger-Paare 11/12 gebildet. Die Sender/Empfänger-Paare 11/12 sind in einer gemeinsamen Ebene, die radial zu der Bearbeitungsachse B weist, und in einer gleichmäßigen Winkelteilung um die Bearbeitungsachse B angeordnet. Pro Sender/Empfänger-Paar 11/12 sind der Sender 11 und der Empfänger 12 entlang einer Radialen zu der Bearbeitungsachse B nebeneinander angeordnet. Die Sender 11 sind jeweils radial weiter außen als die Empfänger 12 angeordnet, was jedoch ohne weiteres umkehrbar wäre. Die Radialen sind im Uhrzeigersinn mit R₁, R₂ und R₃ durchnumeriert. Sie weisen zueinander je den gleichen Winkelabstand α von 120° auf. Die Radiale R₁ bildet eine Längsachse des Haltegriffs 5. Die Sender 11 sind auf einem gemeinsamen, zu der Bearbeitungsachse B konzentrischen äußeren Kreis und die Empfänger 12 sind auf einem gemeinsamen, zu der Bearbeitungsachse B ebenfalls konzentrischen inneren Kreis angeordnet sind. Die Anordnung ist ferner so, dass die Sender 11 ihre Signale parallel zu der Bearbeitungsachse B bzw. senkrecht zu der gemeinsamen, zu der Bearbeitungsachse B radialen Ebene, d.h. der Bearbeitungsfläche abstrahlen.
In 3 ist ferner erkennbar, dass jeder der Sender 11 in einem eigenen Schacht 8 und jeder der Empfänger 12 in einem eigenen Schacht 9 einzeln angeordnet ist. Das Gestell 6 bildet die Schächte 8 und 9. Die Sender 11 und Empfänger 12 sind in den Schächten 8 und 9 gegenüber der dem zu bearbeitenden Material 20 zugewandten Unterseite des Gestells 6 zurückversetzt angeordnet. Die Seitenwände der Schächte 8 und 9 sind gerade und zu der Bearbeitungsachse B parallel. Die Schächte 8 und 9 sind zu der Bearbeitungsfläche offen.
Die Sender 11 und Empfänger 12 sind auf einem gemeinsamen Plattenteil 10 befestigt. Das Plattenteil 10 ist auf der planen Oberseite des Gestells 6 befestigt wie eine Art Deckel, beispielsweise mittels Klebeverbindung, Schweißverbindung oder Schraubverbindung. Das Gestell 6 bildet die Schächte 8 und 9 als Durchgangsschächte, so dass durch Befestigung des Plattenteils 10 gleichzeitig auch die Sender 11 und Empfänger 12 in den Schächten 8 und 9 angeordnet sind.
Die Spanneinrichtung für die klemmende Befestigung der Erkennungsvorrichtung 4 an der Werkzeugmaschine 1 wird von einer in Richtung der Bearbeitungsachse B weisenden, für die Sender/Empfänger-Paare 11/12 zentralen Durchgangsbohrung 7 durch das Gestell 6 und das Plattenteil 10 sowie einen sich von einer Seite der Erkennungsvorrichtung 4 bis in die Durchgangsbohrung 7 erstreckenden Schlitz 16 und eine Anziehschraube 17 gebildet. Wegen des Schlitzes 16 bilden das Gestell 6 und das Plattenteil 10 zwei um die Durchgangsbohrung 7 aufeinander zu bewegbare Arme, die mittels der Anziehschraube 17 im Bereich des Schlitzes 16 elastisch aufeinander zu gespannt werden können und dadurch den Durchmesser der Durchgangsbohrung 7 verkleinern. Durch Anziehen der Anziehschraube 17 und die damit einhergehende Verkleinerung der Durchgangsbohrung 7 wird somit in an sich bekannter Weise die Erkennungsvorrichtung 4 auf der Werkzeugmaschine 1 klemmend befestigt. Die Erkennungsvorrichtung 4, insbesondere deren Spanneinrichtung, ist so gebildet, dass sie mit jeder handelsüblichen Bohrmaschine oder gegebenenfalls anderen handgeführten Werkzeugmaschine verbunden werden kann.
Die Auswerteeinrichtung 13 umfasst einen Mikroprozessor, der die Sender 11 ansteuert und dem die aus den empfangenen Signalen der Empfänger 12 gebildeten Ausgangssignal zugeleitet werden. Obgleich eine Softwareprogrammierung bevorzugt wird, kann grundsätzlich stattdessen auch ein fest verdrahtetes Schaltwerk vorgesehen sein. Aus dem sich aus den Ausgangssignalen der Empfänger 12 ergebenden Reflexionsmuster, beispielsweise Intensitätsmuster, ermittelt die Auswerteeinrichtung 13 die Neigung der Bearbeitungsachse B zu einer durch die Kontaktstelle des Werkzeugs und der Bearbeitungsfläche, im Ausführungsbeispiel die Bohrspitze, verlaufenden Senkrechten auf die Bearbeitungsfläche. Die Auswerteeinrichtung 13 bildet entsprechend der ermittelten Neigung ein Steuersignal, mit dem sie die Anzeige 18 für die Ausrichtung und die Anzeige 19 für die Eindringtiefe ansteuert, die ihrerseits entsprechend den erhaltenen Steuersignalen die Ausrichtung und Eindringtiefe anzeigen.
Die Anzeigeeinrichtung 18, 19 ist auf der Oberseite des Gestells 6 dem Haltegriff 5 diametral gegenüberliegend angeordnet. Die Anzeige 18 für die Ausrichtung wird von fünf Lichtquellen, beispielsweise Leuchtdioden unterschiedlicher Farbe, gebildet, die zu einem Koordinatenkreuz angeordnet sind. Im Mittelpunkt des Koordinatenkreuzes ist eine Lichtquelle einer ersten Farbe, beispielsweise grün, und an der Peripherie sind vier Lichtquellen einer zweiten Farbe, beispielsweise rot, angeordnet, die zusammen ein rechtwinkliges Kreuz ergeben. Die Ansteuerung durch die Auswerteeinrichtung 13 ist so, dass bei exakt senkrechter Ausrichtung der Bearbeitungsachse B nur die zentrale Lichtquelle leuchtet. Entsprechend der Richtung der Neigung leuchtet eine oder leuchten zwei der peripheren Lichtquellen und zeigen so die Richtung einer gegebenenfalls vorhandenen Neigung der Bearbeitungsachse B an. Diese symbolische Anzeige der Ausrichtung kann um eine alphanumerische Anzeige für den Neigungswinkel ergänzt werden. Stattdessen können in der Peripherie des Koordinatenkreuzes entlang den Koordinatenachsen je mehrere periphere Leuchtquellen angeordnet sein, um auf diese Weise den Neigungswinkel dem Betrage nach grob anzuzeigen. Die Anzeige 19 für die Eindringtiefe wird im Ausführungsbeispiel durch den Buchstaben „E" für Eindringtiefe und eine nachfolgende Ziffer für die Eindringtiefe in beispielsweise mm angezeigt. Die alphanumerische Anzeige 19 könnte auch zu einer Anzeige für den Neigungswinkel weitergebildet sein, beispielsweise indem der Neigungswinkel in Schritten von je n° mit vorgestelltem Kennbuchstaben, beispielsweise "N" wie Neigung, gleichzeitig angezeigt wird.
Mittels der Erkennungsvorrichtung 4 kann insbesondere bei senkrechter Ausrichtung der Bearbeitungsachse B die Eindringtiefe sehr genau ermittelt werden, indem aus den empfangenen Signalen das arithmetische Mittel, beispielsweise Intensitäts- und/oder Laufzeitmittel, gebildet wird. Die drei Sender/Empfänger-Paare 11/12 bilden für die Erkennung der Eindringtiefe eine ihrer Zahl entsprechende Verstärkung, im Ausführungsbeispiel eine Verstärkung gegenüber einem Einzelsignal um den Faktor 3. Gleichzeitig ermöglichen sie die exakte Ausrichtung der Bearbeitungsachse B und Einhaltung der Ausrichtung während der Bearbeitung. Grundsätzlich ermöglicht die Erkennungsvorrichtung 4 jedoch auch die exakte Ausrichtung unter einer bestimmten Neigung und auch die Ermittlung der Eindringtiefe im Falle einer Neigung der Bearbeitungsachse B, d.h. im Falle einer zur Senkrechten auf die Bearbeitungsfläche schrägen Ausrichtung.
Die Erkennungsvorrichtung 4 verfügt ferner über einen Auslöseknopf 21, durch dessen Betätigung der Mess- und Anzeigevorgang der Erkennungsvorrichtung 4 aktiviert wird. Der Auslöseknopf 21 ist ebenfalls am Gestell 6 angeordnet. Durch erneutes Betätigen des Auslöseknopfs 21, beispielsweise durch die gleiche Art der Betätigung oder auch eine andere An als bei der Aktivierung, beispielsweise einen Doppelklick, wird der Mess- und Anzeigevorgang beendet. Vorzugsweise wird mit der Beendigung durch den Auslöseknopf 21 auch gleichzeitig die Energiequelle 14 vom Rest der Erkennungsvorrichtung getrennt. Um Energie zu sparen, kann vorteilhafterweise eine automatische Abschaltung vorgesehen sein, die die Energiequelle 14 nach einer vorgegebenen Zeit, innerhalb der üblicherweise ein einzelner Bearbeitungsvorgang beendet ist, abgeschaltet wird. Durch Betätigung des Auslöseknopfs 21 kann der Mess- und Anzeigevorgang selbstverständlich wieder erneut aktiviert werden.

Claims

Handgeführte Werkzeugmaschine, umfassend: a) ein der Bearbeitung eines Materials (20) dienendes Werkzeug (3) oder nur eine Halteeinrichtung (2) für solch ein Werkzeug (3), wobei das Werkzeug (3) für die Bearbeitung relativ zu einer Bearbeitungsfläche des Materials (20) auszurichten ist, b) mehrere voneinander beabstandete Sender (11) zum Senden von Signalen, c) wenigstens drei voneinander beabstandete Empfänger (12) für den Empfang der von dem Material (20) reflektierten Signale der Sender (12), d) eine Auswerteeinrichtung (13), die aus den empfangenen Signalen die Ausrichtung des Werkzeugs (3) relativ zu dem Material (20) und/oder die Eindringtiefe des Werkzeugs (3) in das Material (20) ermittelt, e) und eine Anzeigeeinrichtung (18, 19) zum Anzeigen der ermittelten Ausrichtung und/oder Eindringtiefe, dadurch gekennzeichnet, dass f) wenigstens drei Sender (11) zum Senden von gegen die Bearbeitungsfläche gerichtete Signalen vorgesehen sind, g) und jedem der Sender (11) nur einer der Empfänger (12) und jedem der Sender (11) ein anderer der Empfänger (12) zugeordnet ist, so dass drei Sender/Empfänger-Paare (11/12) derart gebildet werden, dass jeder der Empfänger (12) zumindest im Wesentlichen nur das Signal des ihm zugeordneten der Sender (11) empfängt.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuordnung durch die geometrische Anordnung der Sender (11) und Empfänger (12) erzielt wird.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Sender/Empfänger-Paar (11/12) der Sender (11) zu dem Empfänger (12) des gleichen Sender/Empfänger-Paars (11/12) einen geringeren Abstand (d) aufweist als zu jedem der Empfänger (12) der anderen Sender/Empfänger-Paare (11/12).
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender/Empfänger-Paare (11/12) sternförmig um eine gemeinsame, zentrale Achse (B) angeordnet sind.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die gemeinsame, zentrale Achse (B) eine Bearbeitungsachse (B) des Werkzeugs (3) ist.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Sender/Empfänger-Paar (11/12) der Sender (11) und der Empfänger (12) entlang einer Linie (R₁, R₂, R₃) nebeneinander angeordnet sind und die Linien (R₁, R₂, R₃) der Sender/Empfänger-Paare (11/12) sternförmig voneinander weg weisen.
Werkzeugmaschine nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Linien (R₁, R₂, R₃) Radialen zu einer gemeinsamen, zentralen Achse (B) der Sender/Empfänger-Paare (11/12) sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Empfänger (12) in Schächten (9) angeordnet sind, in die das reflektierte Signal des jeweils zugeordneten Senders (11) eindringen kann.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (11) in Schächten (8) angeordnet sind, durch die die Signale zu dem zu bearbeitenden Material (20) gesendet werden.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale Ultraschallsignale sind.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (18, 19) für eine Anzeige der Ausrichtung des Werkzeugs (3) Lichtquellen (18) aufweist, die ein Koordinatenkreuz bilden.
Werkzeugmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (18, 19) für eine Anzeige der Eindringtiefe des Werkzeugs (3) eine alphanumerische Leuchtanzeige (19) aufweist.
Vorrichtung für die Erkennung der Ausrichtung eines Werkzeugs (3) einer handgeführten Werkzeugmaschine (1) relativ zu einer Bearbeitungsfläche des zu bearbeitenden Materials (20) und/oder der Eindringtiefe des Werkzeugs (3) in das Material (20), die Vorrichtung (4) umfassend: a) ein Gestell (6), das mit der Werkzeugmaschine (1) verbindbar ist, b) mehrere von dem Gestell (6) voneinander beabstandet gelagerte Sender (11) zum Senden von Signalen, c) wenigstens drei von dem Gestell (6) voneinander beabstandet gelagerte Empfänger (12) für den Empfang der von dem Material (20) reflektierten Signale der Sender (11), dadurch gekennzeichnet, dass d) wenigstens drei Sender (11) zum Senden von gegen die Bearbeitungsfläche gerichteten Signalen vorgesehen sind, e) und jedem der Sender (11) nur einer der Empfänger (12) und jedem der Sender (11) ein anderer der Empfänger (12) zugeordnet ist, so dass drei Sender/Empfänger-Paare (11/12) derart gebildet werden, dass jeder der Empfänger (12) zumindest im Wesentlichen nur das Signal des ihm zugeordneten der Sender (11) empfängt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (6) einen Haltegriff (5) für die Werkzeugmaschine (1) bildet.
Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (6) eine Energiequelle (14) für die Sender (11) und Empfänger (12) lagert.
Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (4) eine Abschalteinrichtung für die Energiequelle (14) umfasst, mittels der die Energiequelle (14) im Falle der Aktivierung der Vorrichtung (4) nach einem vorgegebenen Zeitintervall automatisch abgeschaltet wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (6) eine Auswerteeinrichtung (13) lagert, die aus den empfangenen Signalen der Empfänger (12) die Ausrichtung und/oder die Eindringtiefe des Werkzeugs (3) ermittelt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (6) eine Anzeigeeinrichtung (18, 19) zum Anzeigender Ausrichtung und/oder der Eindringtiefe des Werkzeugs (3) lagert.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Gestell (6) eine Spanneinrichtung (7, 16, 17) aufweist, mittels der das Gestell (6) mit der Werkzeugmaschine (1) verbunden werden kann.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Sender (11) und Empfänger (12) von dem Gestell (6) in der Anordnung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 9 gelagert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzeigeeinrichtung (18, 19) gemäß einem der Ansprüche 11 und 12 ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Signale Ultraschallsignale sind.