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Die
Erfindung betrifft ein Eingriffs-Schutzsystem für Maschinen,
insbesondere stationäre oder handgeführte, elektrisch
betriebene Werkzeugmaschinen, gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Stand der Technik
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Aus
der Praxis sind Eingriffs-Schutzsysteme für nahezu alle
Maschinen bekannt, die für den Benutzer, teilweise auch
für Dritte, ein Arbeitsrisiko bedingen. Diese Schutzsysteme
sind bei Großmaschinen, so beispielsweise Pressen, teilweise
so ausgelegt, dass sie, solange sie nicht außer Kraft gesetzt sind,
für den Benutzer als bedienende Person einen Zugriff auf
den Arbeitsbereich praktisch unmöglich machen.
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Bei
stationären oder handgeführten Werkzeugmaschinen,
wie sie als Sägen, Schleifer, Fräsen oder dergleichen
insbesondere im handwerklichen und im Hobbybereich eingesetzt werden,
können so weitgehende Schutzsysteme vor allen Dingen dann nicht
umgesetzt werden, wenn die jeweiligen Arbeitswerkzeuge arbeitsbedingt
mehr oder minder frei liegen und auch einen freien Zugriff auf unterschiedlichste
Werkstücke ermöglichen sollen. Unter Schutzgesichtspunkten
stellt bei derartigen Werkzeugmaschinen die für den Betrieb
der Maschine erzwungene beidhändige Führung, insbesondere
in Verbindung mit mechanischen Abschirmungen oft das äußert
Mögliche dar. Dies umso mehr, als solche Abschirmungen
im Praxisbetrieb nicht selten Einschränkungen mit sich
bringen, sei es in der Handhabung oder durch Verringerung der Zugriffsmöglichkeiten auf
das jeweilige Werkstück.
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Da
nicht selten, so beispielsweise bei handgeführten Kreis-
und Stichsägen, der Sägenaufbau als solcher schon
das Blickfeld auf das jeweilige Werkzeug, in diesen Fällen
ein Sägeblatt ohnehin einschränkt, der unmittelbare
Blick auf das Sägeblatt aber die Verfolgung vorgegebener
Arbeitslinien erleichtert, sind häufig seitens der jeweiligen
Maschine, insbesondere deren Führungsfußes Markierungen vorgesehen,
die die Ausrichtung des Werkzeuges auf die jeweilige Arbeitslinie
erleichtern sollen.
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Ferner
sind auch bereits Systeme bekannt, bei denen optische Hilfseinrichtungen
verwendet werden, bei denen Sensor- und/oder Kamerasysteme in Verbindung
mit entsprechenden Anzeigevorrichtungen die Ausrichtung des Werkzeugs
auf die jeweilige Arbeitslinie erleichtern sollen. Solche Hilfssysteme
sind auch bereits in Ausbaustufen bekannt, so beispielsweise durch
die
DE 10 2006
052 808 A1 , die einen zumindest halbautonomen Betrieb für
eine Stichsäge ermöglichen, in dem der Benutzer
im Wesentlichen nur die Abstützung der Maschine in Arbeitsrichtung übernimmt,
das System aber die Ausrichtung auf die zu verfolgende Arbeitslinie.
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Offenbarung der Erfindung
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingriffs-Schutzfunktion
für Maschinen, insbesondere stationäre oder handgeführte,
elektrisch betriebene Werkzeugmaschinen, gegebenenfalls ergänzend
zu bisherigen Systemen, in einer Weise zu realisieren, die bei hoher
Sicherheit für den Benutzer – wie auch Dritte – keine
Einschränkungen im Betrieb und in der Handhabung der Maschine
mit sich bringt.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen
des Anspruches 1 gelöst. Ergänzende, gegebenenfalls
auch eigenständige Lösungen ergeben sich aus den
weiteren Ansprüchen.
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Bei
der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Eingriffs-Schutzsystems
wird mit einer optischen Abschirmung des Zugriffsbereichs auf das
jeweilige Werkzeug gearbeitet, also primär keine körperliche,
werkstück- oder maschinenseitig anzuordnende Barriere vorgesehen,
die den Zugriff auf das Werkzeug behindern würde. Die Abschirmung
gestaltet sich vielmehr virtuell, beispielsweise in Gestalt eines
für das menschliche Auge sichtbaren, oder auch unsichtbaren
Lichtmantels, der einen Bereich um das Werkzeug abgrenzt und innerhalb
des abgegrenzten Bereiches liegende Markierungen übergreift,
derart, dass, insbesondere dem Lichtmantel folgend, die Markierungen
im Erfassungsbereich von zumindest einem Sensor oder einer Kamera
liegen und so ein Abgleich mit einem entsprechenden Hintergrundbild
möglich ist. Die entsprechende bildliche Erfassung kann
sowohl digital wie auch analog erfolgen, und in entsprechender Weise
auch der Bildabgleich, jeweils rechnergestützt. Wird die
Abschirmung durchbrochen und dadurch eine Markierung soweit abgedeckt,
dass dies als Bildfehler zum abgespeicherten Hintergrundbild erkannt
wird, so werden Schutzmaßnahmen ausgelöst, die
beispielsweise darin bestehen können, dass die Maschine
abgeschaltet und/oder das Werkzeug durch eine zugeordnete Bremseinrichtung
unmittelbar blockiert wird.
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Als
Markierungen können Maschinenteile als solche, oder Teile
oder Ausschnitte solcher Maschinenteile vorgesehen sein, so, beispielhaft
wieder auf Stichsägen bezogen, Ecken oder Kanten derer
Fußplatte oder die Umgrenzung des frei geschnittenen, vom
Werkzeug durchsetzten Bereiches der Fußplatte. In entsprechender
Weise können auch bereits vorhandene Markierungen genutzt
werden, so beispielsweise eine an der Fußplatte vorgesehene
Markierung zur Ausrichtung der Stichsäge auf eine jeweilige
Arbeitslinie. Ferner können Markierungen auch durch spezielle
Ausprägungen der Fußplatte oder farbliche Kennzeichnung
der Fußplatte gebildet sein.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt es auch, werkstückseitige Muster
oder Strukturen im Wege der digitalen ode analogen Mustererfassung
als Markierungen zu nutzen, wobei eine solche Ausgestaltung eine
Ausdehnung der optischen Abschirmung des Zugriffsbereiches über
die Maschine hinaus ermöglicht und dadurch die Vorwarnzeit
zur Auslösung etwa notwendiger Schutzmaßnahmen
verlängert. Gearbeitet kann für diesen Zweck mit
einer Mustererkennung, die mit einer verhältnismäßig
groben Rasterung auskommt, was sich für die Abschirmung
größerer Zugriffsbereiche als zweckmäßig
erweist.
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Im
Rahmen der Erfindung muss aber keineswegs auf Markierungen zurückgegriffen
werden, die seitens der Maschine oder des Werkstückes angebracht
oder gegeben sind; vielmehr können die Markierungen auch
als optische Markierungen einprojiziert sein, so beispielsweise
als Linien- oder Punktraster mit beleuchteten Linien oder Punkten.
Wird bei einer solchen Lösung in den überwachten,
insbesondere abgeschirmten Zugriffsbereich eingegriffen, so wird
zumindest ein Teil der Punkte oder Linien überdeckt, was
im entsprechenden Bildvergleich, insbesondere bei sich im Regelfall
nicht sprunghaft ändernden oder sehr unregelmäßigen
Oberflächenstrukturen, erkannt und zur Auslösung
der Schutzmaßnahmen genutzt werden kann.
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Im
Rahmen der Erfindung liegt es auch, innerhalb eines nur definitionsgemäß vorgegebenen Schutzbereiches
nicht zur Maschine gehörige und relativ zur Maschine bewegte
Objekte rechnergestützt über Sensor oder Kamerasysteme
zu erfassen, aufgrund ihres Bewegungsverhaltens als gefährdende oder
gefährdete, also beispielsweise verletzbare Körperteile,
zu identifizieren und aufgrund dieses Ergebnisses bei einem als
Gefährdung erkannten Tatbestand Schutzmaßnahmen
auszulösen.
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Entsprechend
kann im Rahmen der Erfindung auch auf Basis eines Formenabgleiches
zwischen abgespeicherten Musterformen und der Form gefährdeter
und/oder gefährdender Objekte gearbeitet werden, wobei
insbesondere bei einer solchen Lösung, aber auch bei den übrigen
Lösungen die sensorische Erfassung gefährdeter
Objekte, insbesondere Körperteile noch zusätzlich
dadurch verbessert werden kann, dass speziell auf für die
Erfassung lebender Materie ausgebildete Sensoren – zumindest teilweise – zurückgegriffen
wird.
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Weitere
Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen.
Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles
erläutert. Es zeigen:
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1 als
Beispiel einer Maschine, die mit einem erfindungsgemäßen
Eingriffs-Schutzsystem arbeitet, eine handgeführte, elektrisch
angetriebene Werkzeugmaschine in Form einer Stichsäge,
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2 den
Frontbereich einer ähnlich gestalteten Stichsäge
in einer perspektivischen Draufsicht auf deren vom Sägeblatt
durchsetzten Bereich ihrer Fußplatte mit durch eine optische
Abschirmung abgegrenztem Zugriffsbereich und im Zugriffsbereich liegenden
Markierungen, und
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3 eine
der 2 entsprechende Darstellung bei in den Zugriffsbereich
hineinragendem Finger als gefährdetem und eine der Markierungen abdeckendem
Objekt.
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1 veranschaulicht
eine handgehaltene, elektrisch anzutreibende Werkzeugmaschine 1 in Form
einer Stichsäge 2. Deren Gehäuse 3 ist über eine
Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 verschieblich abgestützt.
Im bezogen auf die Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich der
Stichsäge 2 ist deren durch ein Sägeblatt 8 gebildetes
Werkzeug 7 angeordnet. Dieses greift im Arbeitsbetrieb
in das Werkstück 5 ein.
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Gehalten
ist das Sägeblatt 9 über eine Werkzeugaufnahme 9.
Ausgerichtet ist das hubbeweglich entsprechend dem Pfeil 10 anzutreibende
Sägeblatt 8 in der Grundstellung, die dem Regelarbeitsbetrieb entspricht
und in der längs einer Geraden in Arbeitsrichtung 6 gesägt
wird, mit seiner Sägeblattebene parallel zur Längsebene
der Stichsäge 2. Abweichend hiervon sind weitere
Betriebsarten möglich, so der Pendelhubbetrieb, bei dem
das Sägeblatt 8 überlagert zur Hubbewegung
um eine quer zur Sägeblattebene verlaufende, nicht gezeigte
Schwenkachse verschwenkbar ist. Für eine weitere Betriebsart,
nämlich die Nutzung der Stichsäge als sogenannte „Scrolling Jigsaw” ist
eine Verdrehung des Sägeblattes 8 entsprechend
dem Pfeil 11 um eine zur Hubachse parallele Drehachse 12 vorgesehen.
Die verschiedenen Betriebsarten sind über eine Schalteinrichtung 13 einstellbar,
die ebenso wie eine Schaltanordnung 14 zum Ein- und Ausschalten
der Stichsäge am Gehäuse 3 vorgesehen
ist.
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Das
Sägeblatt 8 durchsetzt die das Gehäuse 3 gegen
das Werkstück 5 abstützende Fußplatte 4 im Bereich
einer Ausnehmung 15, die im vom Rand 16 der Fußplatte 4 teilweise
umschlossenen Bodenbereich 17 vorgesehen ist und auch im
Hinblick auf die verschiedenen Betriebsarten einen ausreichenden Freiraum
zwischen Sägeblatt 8 und Fußplatte 4 gewährleistet.
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Teile
der Fußplatte 4 sind als Markierungen 18, 19 ausgebildet
oder tragen entsprechende Markierungen oder sind als solche Markierungen
genutzt, da sie be reits in einer zur Umgebung sich abhebenden Gestaltung,
sei es durch die Strukturierung ihrer Oberfläche oder anderweitig,
vorliegen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die
Markierungen 18, veranschaulicht durch Fadenkreuze, beiderseits
des gegen den Rand 16 frontseitig auslaufenden Teiles der
Ausnehmung 15. Die Markierung 19 ist durch einen
frontseitigen Abschnitt des Randes 16 gebildet, auf den
die Ausnehmung 15 ausläuft. Die Positionierung
der Markierungen 18, 19 dient lediglich der Veranschaulichtung
der verschiedenen Möglichkeiten, Teile der Stichsäge 1,
so insbesondere von deren Fußplatte 4, als Träger
für Markierungen oder als Markierungen zu nutzen.
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2 und 3 veranschaulichen
weiter, dass das Gehäuse 3, wie insbesondere aus 1 ersichtlich, übergreifend
zur Werkzeugaufnahme 9 in einem Frontteil 20 endet,
das nach unten in einem nasenförmigen, zur Fußplatte 4 in Überdeckung
liegenden Vorsprung 21 ausläuft. Der Vorsprung 21 ist im Übergang
auf seine untere Begrenzung mit einer Beleuchtungsanordnung 22 und
bevorzugt auch mit einer Sensoranordnung 23 versehen, die
beispielsweise durch eine Kamera gebildet ist und die ebenso wie
die Beleuchtungsanordnung 22 durch die dargestellte Öffnung
in der Unterseite des Vorsprunges 21 lediglich symbolisiert
ist.
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Die
Beleuchtungsanordnung 22 kann einmal eine Lichtquelle zur
Ausleuchtung des Arbeitsfeldes umfassen und so dazu dienen, die
Sichtverhältnisse für den Benutzer im Arbeitsbereich
des Sägeblattes 8 zu verbessern. Die Beleuchtungsanordnung
kann weiter auch, mit sichtbarem oder unsichtbarem Licht arbeitend,
der virtuellen Abschirmungen und Ausleuchtung eines Bereiches dienen,
der als Zugriffsbereich auf das Sägeblatt 8 abgeschirmt
werden soll, um beim Eindringen gefährdender oder gefährdeter Objekte
in den Arbeitsbereich des Sägeblattes 8 den Sägebetrieb
zu unterbrechen und/oder gegebenenfalls schon vorab ein Warnsignal
auszulösen, das beispielsweise in einem Anzeigefeld 24 visualisiert werden
könnte. In entsprechender Weise wäre auch eine
akustische Warnung möglich.
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3 veranschaulicht
an einem Beispiel ein in den abgeschirmten Bereich eindringendes
Objekt als Finger 25. Gerät dieser Finger 25 in
den Überdeckungsbereich zu einer Markierung 18,
so ist diese Markierung für die Sensorik 23 nicht
mehr erkennbar, und es ist damit eine Abweichung vom Ausgangszustand
gege ben, wie er in 2 veranschaulicht ist. Werden
der Ausgangszustand, der bevorzugt als Hintergrundbild abgelegt
ist, und der hierzu abweichende Betriebszustand gemäß 3 verglichen,
so ergibt sich eine Abweichung, die als Signal für eine Gefahrenmeldung
und/oder für das Abschalten der Maschine genutzt werden
kann. Die entsprechende Verarbeitung der über die Sensorik 23 erfassten
Gegebenheiten erfolgt maschinenintern über eine Rechen-
und Steuereinheit, wie sie bei 26 angedeutet ist.
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In
Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Sensorik 23 liegt
es auch im Rahmen der Erfindung, Gefährdungen durch in
den überwachten Zugriffsbereich eindringende Objekte in
Abhängigkeit von der Bewegung dieser Objekte relativ zur
Stichsäge zu erfassen und entsprechende Schutzmaßnahmen
zu ergreifen.
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Über
die Recheneinheit und entsprechende Algorithmen ist es ferner auch
möglich, Gegenstände aufgrund ihrer Form zu identifizieren.
Ein entsprechender Vergleich solcher Musterformen mit den Formen
von in den überwachten Zugriffsbereich eindringenden und über
die Sensorik 23 erfassten Objekten bietet über
die vorerwähnten Schutzmaßnahmen hinausgehend
die Möglichkeit, sogar objektbezogen auf den jeweiligen
Gefährdungszustand zu reagieren. Insbesondere im Hinblick
auf eine Verfeinerung der Schutzmaßnahmen im letztgenannten
Sinne kann es auch zweckmäßig sein, auf das Erkennen verschiedener
Sachverhalte ausgerichtete Sensoriken mit entsprechender Abstützung
in der Recheneinheit zum Einsatz zu bringen, so beispielsweise von
lediglich die Bewegung erfassenden Sensoren mit Sensoren, die die
Formgebung erfassen, sowie gegebenenfalls mit Sensoren, über
die sich lebendige von toter Materie unterscheiden lässt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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A1 [0005]