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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine handgehaltene
Werkzeugmaschine, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1, sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Werkzeugmaschine.
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Stand der Technik
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Werkzeugmaschinen
in der vorgenannten Art sind bekannt. Die
DE 10 2006 052 808 A1 zeigt eine
solche Werkzeugmaschine in ihrer bevorzugten Ausgestaltung als Stichsäge
mit mehreren Ausbaustufen.
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In
einer ersten Ausbaustufe ist die Stichsäge mit einem lediglich
hubbeweglich angetriebenen, nicht verdrehbaren Sägeblatt
als Werkzeug versehen. In einer weiteren Ausbaustufe, für
den sogenannten Pendelhubbetrieb, ist eine zusätzliche
Verschwenkbarkeit um eine zur Hubachse und zur Sägeblattebene
quer liegende Schwenkachse gegeben. Eine andere, gegebenenfalls
weitere Ausbaustufe sieht eine Verdrehbarkeit des Sägeblattes
um eine zu seiner Hubachse parallele Drehachse vor. Dies macht es
möglich, durch Verdrehung des Sägeblattes die
Arbeitsrichtung zu ändern. Dies wird für den halbautonomen
Betrieb von Stichsägen genutzt, für den die Stichsäge
mit einer Erfassungssensorik, insbesondere einer Kamera, zur Beobachtung
der Arbeitslinie versehen ist und bei der abgeleitet aus den so
gewonnenen Beobachtungsergebnissen das Sägeblatt in seiner
Drehstellung auf die zu verfolgende Arbeitslinie ausgerichtet wird.
Der durch die Kamera gebildeten Sensorik ist hierzu eine rechnergestützte Auswerteeinheit
nachgeordnet, die über eine Steuerelektronik den Stellantrieb
für die Einstellung der Drehstellung des Sägeblattes
ansteuert.
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Die
Vielzahl der zumindest in den höheren Ausbaustufen der
Maschine möglichst werkzeugnah in und an dieser unterzubringenden
Einrichtungen und Sensoriken bedingt beengte Raumverhältnisse. Dies
gilt insbesondere auch für die Kamera, für die zudem
ein freies Blickfeld auf den werkstückseitigen Arbeitsbereich
des Sägeblattes unter normalen Betriebsbedingungen sichergestellt
sein sollte. Einschränkungen lassen sich hierbei nicht
immer vermeiden. Darüber hinaus ergeben sich auch durch
die verschiedenen Stellmöglichkeiten für das Sägeblatt als
Arbeitswerkzeug teilweise Arbeitssituationen, die kritisch sind,
einer Durchführung von maschinenseitig eingeleiteten Stellbewegungen
für das Sägeblatt zumindest hinderlich entgegenstehen
und die sogar zu Schäden am Sägeblatt und/oder
zu einer Beschädigung des Werkstückes führen
können.
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Ähnliche
Probleme sind auch bei anderen Werkzeugmaschinen, wie zum Beispiel
Bohrern, Handkreissägen, Handhobelmaschinen oder Oberfräsen
gegeben.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, für eine Werkzeugmaschine
der genannten Art das Spektrum der maschinenseitigen Eingriffsmöglichkeiten
in den Betriebsablauf zu erweitern, um den Benutzer in der Bedienung
und Nutzung der Maschine zu unterstützen sowie einen störungsfreien
Betriebsablauf zu gewährleisten.
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Erfindungsgemäß wird
dies durch die Merkmale des Anspruches 1 erreicht. Die Unteransprüche hierzu,
sowie das erfindungsgemäße Verfahren, zeigen ergänzende
Möglichkeiten auf.
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Erfindungsgemäß ist
eine zusätzliche Erfassungseinrichtung für maschinenseitige
Bearbeitungs- und/oder Betriebsparameter durch eine Bewegungen und
Stellungen des Werkzeuges erfassende Sensorik geschaffen. Hierdurch
ergeben sich vielfältige Eingriffs- und/oder Stellmöglichkeiten.
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So
zum Beispiel bei Stichsägen die Möglichkeit, die
als Kamera ausgebildete und zur Beobachtung des Arbeitsbereiches
vorgesehene Sensorik nur dann aktiv zu schalten, wenn das Sägeblatt
und die in Verbindung desselben zum Hubantrieb vorgesehene Sägeblattaufnahme
das Blickfeld auf den Arbeitsbereich des Werk zeuges zumindest weitgehend
freigeben, was insbesondere an der oberen Umkehrlage des Hubantriebs
der Fall ist. Damit ist es möglich, auf die Erfassung von
Bildern in Hubbereichen, in denen die Sichtbedingungen für
die Kamera schlecht sind, bewusst zu verzichten und dadurch auch
den zu verarbeitenden Signalumfang entsprechend zu reduzieren.
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Des
Weiteren sind Drehbewegungen für das Sägeblatt
insbesondere bei eingeschaltetem Pendelhub unter Eingriff des Sägeblattes
in das Werkstück unter Umständen kritisch. Die
erfindungsgemäße Erfassung der oberen Umkehrlage
macht es möglich, bei eingeschaltetem Pendelhub Sägeblattkorrekturen
nur dann vorzunehmen, wenn das Sägeblatt bei seiner Abwärtsbewegung
nicht in sägendem Eingriff zum Werkstück steht.
Hierdurch wird sichergestellt, dass die Stellkräfte auf
das Sägeblatt aufgrund des großen Vorschubs nicht
zu groß werden und gegebenenfalls auch die Genauigkeit
der Bahnverfolgung beeinträchtigen.
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Die
entsprechende Erfassung der Umkehrlagen lässt sich im Rahmen
der Erfindung des Weiteren auch für Steuerzwecke nutzen,
so beispielsweise zur Messung und Einstellung der Hubzahl.
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Die
Erfassung der jeweiligen Umkehrlage ist im Rahmen der Erfindung
insbesondere für die obere Umkehrlage, die von besonderem
Interesse ist, in einfacher Weise möglich, wobei die entsprechende Sensorik
zugeordnet zur oberen Umkehrlage maschinenseitig angeordnet wird.
Gegebenenfalls kann aber auch eine entsprechende Hublagenerfassung über
dem Hubantrieb zugeordnete und am Hubantrieb, insbesondere an der
Hubstange, vorgesehene Sensoriken erfolgen. Zweckmäßigerweise
kann eine Sensorik für die jeweilige Erfassung der Umkehrlage durch
einen Hallsensor gebildet sein.
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Eine
weitere Möglichkeit besteht in der indirekten Erfassung
der jeweiligen Hubposition durch die Detektion von Stromschwankungen
im Motorstrom in der jeweiligen oder den jeweiligen Umkehrlagen.
Somit wird durch die Erfindung insbesondere auch ein Verfahren zur
Erfassung mindestens einer Umkehrlage des Hubantriebs als Betriebs-
und/oder Steuerparameter für die Werkzeugmaschine zur Verfügung
gestellt, aus dem sich Stell- und Steuersignale für weitere
Betriebsabläufe in vorteilhafter Weise generieren lassen.
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Weitere
Vorteile und zweckmäßige Ausführungen
sind den weiteren Ansprüchen, der Figurenbeschreibung und
den Zeichnungen zu entnehmen. Es zeigen:
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1 eine
schematisierte Darstellung einer Werkzeugmaschine gemäß der
Erfindung in Form einer handgehaltenen, elektrisch angetriebenen
Stichsäge, die frontseitig eine Sensorik zur Beobachtung des
Arbeitsbereiches ihres Sägeblattes am Werkstück
aufweist, und
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2 und 3 schematisierte
Abbildungen einer Stichsäge gemäß 1,
wobei in 2 die Stichsäge bei
in die obere Umkehrlage angehobenem hubbeweglichem Sägeblatt
und damit weitgehend freiem Blickfeld der Sensorik auf den Arbeitsbereich
des Sägeblattes zeigt, während in 3 eine entsprechende
Situation bei in die untere Umkehrlage ausgefahrenem Sägeblatt
und dadurch durch das Sägeblatt und dessen Aufnahme teilweise
eingeschränktem Sichtbereich der Sensorik dargestellt ist.
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1 zeigt
als Beispiel einer erfindungsgemäßen, handgehaltenen
Werkzeugmaschine 1 eine Stichsäge 2.
Deren Gehäuse 3 ist über eine Fußplatte 4 auf
einem Werkstück 5 verschieblich abgestützt. In
ihrem bezogen auf die Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich
ist die Stichsäge 2 mit einem Sägeblatt 8 als Arbeitswerkzeug 7 versehen.
Das Sägeblatt 8 ist in einer Werkzeugaufnahme 9 gehalten,
die im Übergang vom Sägeblatt 8 zu einer
Hubstange 10 liegt. Die Hubstange 10 ist nur schematisiert
angedeutet und über einen nicht dargestellten Antrieb mit
dem Sägeblatt 8 in Richtung des Pfeiles 11 hubbeweglich verstellbar.
Mit dem Sägeblatt 8 ist die Hubstange 10 ferner
um eine in Richtung ihrer Hubachse sich erstreckende Drehachse 12 über
einen nur schematisch dargestellten maschinenseitigen Stellantrieb verdrehbar.
Angedeutet ist in 1 ferner eine rückseitig
zum Sägeblatt 8 liegende Antriebsvorrichtung 13, über
die das Sägeblatt 8 um eine nicht dargestellte,
quer zur Drehachse und auch quer zur Arbeitsrichtung 6 verlaufende
Schwenkachse verschwenkbar.
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Die
Stichsäge 2 ist aufgrund des vorgeschilderten
Aufbaus in verschiedenen Betriebsarten zu betreiben. Eine davon
ist der Regelarbeitsbetrieb mit bleibend in Arbeitsrichtung 6 ausgerichtem
Sägeblatt. Eine weitere Betriebsweise ist der so genannte Pendelhubbetrieb,
bei dem das Sägeblatt 8 überlagert zur
Hubbewegung gemäß Pfeil 11 um eine nicht gezeigte,
quer zur Drehachse 12 verlaufende Schwenkachse mittels
der Antriebsvorrichtung 14 pendelnd bewegt wird.
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In
einer dritten Betriebsweise wird von der Verdrehbarkeit des Sägeblattes 8 um
die Drehachse 12 Gebrauch gemacht und es ist die Stichsäge 2 als sogenannte „Scrolling
Jigsaw” zu nutzen und damit als halbautonome Stichsäge 2 zu
betreiben. Dies bedeutet, dass der die Stichsäge 2 haltende
Benutzer im Wesentlichen nur die auf eine zu verfolgende Arbeitslinie
grob ausgerichtete Abstützung und den Vorschub der Maschine übernimmt,
die exakte, auf eine Arbeitslinie ausgerichtete und dieser entsprechende
Positionierung der Stichsäge 2 aber durch die
Drehverstellung und Ausrichtung des Sägeblattes 8 auf
die Arbeitslinie erfolgt.
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Die
einzelnen Betriebsarten sind über eine Schalteinrichtung 15 einzustellen.
Ferner ist eine Schaltanordnung 16 zum Ein- und Ausschalten
der Stichsäge 2 angedeutet. Insbesondere der halbautonome
Betrieb der Stichsäge 2 ist ohne eine Beobachtungseinrichtung 17 für
eine jeweils zu verfolgende Arbeitslinie nicht möglich
und nachgeordnet zur Beobachtungseinrichtung 17 bedarf
es entsprechender Hilfseinrichtungen 18, um in Berücksichtigung
der über die Beobachtungseinrichtung 17 erfassten werkstückseitigen
Gegebenheiten, so insbesondere der zu erfassenden Arbeitslinie,
den halbautonomen Betrieb der Stichsäge 2 zu ermöglichen.
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Die
Beobachtungseinrichtung 17 umfasst hierzu eine insbesondere
durch eine Kamera gebildete Sensorik 19, die primär
auf eine vom Sägeblatt 7 durchsetzte Detektionsfläche
ausgerichtet ist, welche im Bereich eines in der Fußplatte 4 umgrenzend zum
Sägeblatt 8 vorgesehenen Ausschnittes 20 liegt, der
nur teilweise sichtbar ist. Auf den Ausschnitt 20 und dessen
Umfeld ist zweckmäßigerweise auch eine Beleuchtungseinrichtung 21 ausgerichtet,
die bevorzugt im Umfeld zur Sensorik 19 liegt und wie diese
unterseitig an einem über die Frontseite 22 des Gehäuses
hinausragenden Vorsprung 23 vorgesehen ist. Oberseitig
ist am Vorsprung 23 zweckmäßigerweise
ein Display 24 vorgesehen. Die an der Frontseite 22 symbolisch
dargestellten Hilfseinrichtungen 18 umfassen eine Recheneinheit 27 und
eine Ansteuerelektronik 28, über die primär
die Ergebnisse der Beobachtungseinrichtung 17 in Stell-
und Steuerbefehle sowie gegebenen falls auch Hinweise umgesetzt werden,
die für den Benutzer im Display 24 dargestellt
werden.
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Schon 1 lässt
erkennen, dass die optische Erfassung der im Bereich des Ausschnittes 20 liegenden
Detektionsfläche über die Sensorik 19 unter
sehr einschränkenden Bedingungen erfolgt, da der frontseitig
im Übergriff zur Fußplatte 4 über
das Sägeblatt 8 auskragende Vorsprung 23 schon
aus Gründen der benutzerseitig notwendigen Sicht auf das
Arbeitsfeld möglichst kurzgehalten sein muss. Verbunden
ist damit, wie aus 2 und 3 ersichtlich,
ein kegelförmiger Beobachtungsbereich 29, in dem
sich zudem noch das Sägeblatt 8 und die Werkzeugaufnahme 9 bewegen.
Die Folge davon ist, dass zumindest in der unteren Umkehrlage des
hubbeweglich angetriebenen Sägeblattes 8 über
dieses und vor allem über die Werkzeugaufnahme 9 ein nicht
unwesentlicher Teil der Detektionsfläche überdeckt
ist und somit über die Sensorik 19 auch nicht erfasst
werden kann. Damit arbeitet die Kamera, ergebnisbezogen, teilweise
umsonst und bedingt in diesen Arbeitsphasen nur unnötige,
Auswertungen und Nachbearbeitungen.
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Das
lässt sich erfindungsgemäß vermeiden, indem
die Kamera in Abhängigkeit von der Hublage des Sägeblattes 8 bzw.
der Werkzeugaufnahme 9 gesteuert wird und nur dann aktiv
geschaltet wird, wenn sich die Werkzeugaufnahme 9 in eine
obere Hubstellung verlagert hat und damit die Sicht auf das Sägeblatt 8 nicht
mehr einschränkt. Die entsprechende Ansteuerung der Sensorik 19 in
Form der Kamera erfolgt über eine Sensorik 30,
die beispielhaft in Zuordnung zu einer gehäuseseitigen
Lagerung 31 veranschaulicht ist. Dargestellt ist die Sensorik 30 der Einfachheit
halber als Sensorring, über den die obere Umkehrlage der
Hubstange 10 erfasst wird. Ein entsprechendes Steuersignal
wird über die Steuereinheit 26 dazu benutzt, in
der oder im Bereich der Umkehrlage bei freier Sicht der Sensorik 19 auf
die Detektionsfläche, die Aufnahme eines Kamerabildes zu triggern.
Als Sensor 30 kann beispielsweise ein Hallsensor genutzt
werden.
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Für
den Hubantrieb des Sägeblattes 7 ist eine elektromotorische
Antriebseinheit 32 vorgesehen, die lediglich im Schema
in 1 angedeutet ist. Über die Antriebseinheit
kann die Hubstange 10 beispielsweise unter Vermittlung
eines Exzenterantriebs in bekannter Weise angetrieben sein, es sind
für die Hubstange 10 aber auch andere Antriebsformen denkbar.
Gemeinsam ist diesen, dass sich in den Umkehrlagen des Hubantriebes
eine Änderung des Drehmomentenverlaufs ergibt, die sensorisch
erfasst werden kann, und zwar bevorzugt und insbesondere über
die Stromaufnahme der Antriebsanordnung 32. Abgeleitet
hiervon lässt sich ebenfalls ein Steuersignal gewinnen, über
das im Bereich der oberen Umkehrlage des Hubantriebs eine bildliche
Aufnahme des Detektionsbereiches ausgelöst wird.
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Die
Erfassung einer jeweiligen Umkehrlage des Hubantriebs, insbesondere
der oberen Umkehrlage, lässt sich im Rahmen der Erfindung
noch für die Erfassung und/oder Beeinflussung weiterer
Betriebsparameter nutzen, so beispielsweise dazu, spezielle Gerätefunktionen
nur während des Betriebes zu aktivieren – nur
dann ergeben sich Umkehrlagen – oder dem Benutzer Informationen über
aktuelle Bearbeitungsparameter, so beispielsweise über
die Hubzahl, zu vermitteln. Damit bietet sich auch die Möglichkeit, Signale
mit entsprechender Aussage, die bislang auf anderem Wege gewonnen
wurden, durch das erfindungsgemäß hublagenabhängig
gewonnene Ausgangssignal zu ersetzen. Wird auf erfindungsgemäßem
Wege die Hubzahl erfasst, so kann, auch in Berücksichtigung
anderer Werte, zum Beispiel in Kenntnis von Materialkennwerten des
jeweils zu bearbeitenden Werkstückes 5 eine jeweils
geänderte Hubzahl eingestellt werden.
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Insgesamt
bietet somit die erfindungsgemäße Lösung,
Bewegungen und/oder Stellungen eines jeweiligen Werkzeugs zu erfassen
und daraus abgeleitet Bearbeitungsparameter zu gewinnen, eine einfache
und ohne wesentlichen Zusatzaufwand zu realisierende Lösung.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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