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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ausrichtungshilfe, welche einen Anwender unterstützt senkrecht in einen Untergrund zu bohren. Weiters betrifft die Anmeldung ein zugehöriges Verfahren.
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Handbohrmaschinen werden aufgrund ihrer flexiblen Einsatzmöglichkeiten bevorzugt, um Löcher in einen Untergrund zu bohren. Eine senkrechte Ausrichtung der Handbohrmaschine und des Bohrers erweist sich jedoch ohne Hilfsmittel, wie z. B. einen Bohrständer, als aufwändig.
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US 6,328,505 B lehrt eine Scheibe auf den Bohrer aufzustecken. In der Scheibe ist eine Lichtquelle integriert, deren Lichtstrahl beim Drehen des Bohrers einen Kreis auf den Untergrund zeichnet. Der Kreis verformt sich zu einer Ellipse, wenn der Bohrer verkippt, d. h. nicht senkrecht, zu dem Untergrund ist. Bei kleinen Kippwinkeln ist jedoch die sich ergebende Ellipse kaum von einem Kreis zu unterscheiden.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Eine Aufgabe besteht in einer augenfälligeren Anzeige eines zum Untergrund verkippten Bohrers.
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Diese Aufgabe wird durch die erfindungsgemäße Ausrichtungshilfe gelöst. Die Ausrichtungshilfe hat einen um eine Drehachse drehbaren Rotor, an dem ein oder mehrere Lichtquellen angeordnet sind. Die Lichtquelle oder die Lichtquellen erzeugen insgesamt wenigstens zwei ungeführte Lichtstrahlen, die beim Drehen des Rotors unterschiedliche Rotationskörper beschreiben.
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Die erzeugten Rotationskörper sind Kegelstümpfe, Doppelkegel oder Zylinder. Deren Schnittfiguren mit dem Untergrund sind Kreise oder Ellipsen. Sofern die Drehachse senkrecht zu dem Untergrund steht, zeichnen beide Lichtstrahlen Kreise. Bei der Anwendung als Ausrichtungshilfe sind die Kreise konzentrisch um den Bohrer. Falls die Drehachse gegenüber dem Untergrund verkippt ist, ergeben sich zwei Ellipsen. Die Besonderheit der vorliegenden Ausrichtungshilfe liegt darin, dass die beiden Ellipsen verschieden sind.
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Die Ausrichtungshilfe lässt sich als flaches Element konzipieren. Eine Handwerkzeugmaschine wird in Arbeitsrichtung nicht wesentlich länger oder es wird nur ein kurzer Abschnitt eines Werkzeugschafts zum Befestigen der Ausrichtungshilfe benötigt.
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Die Ausrichtungshilfe zeigt eine Neigung in beliebiger Richtung mit gleichbleibend hohem Kontrast der beiden gezeichneten Ellipsen durch die Lichtstrahlen an.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass die Lichtquellen beabstandet zu der Drehachse angeordnet sind. Die Lichtstrahlen können unterschiedlich zu der Drehachse orientiert sein.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass einer der Lichtstrahlen auf die Drehachse zuläuft. Der andere der Lichtstrahlen kann parallel oder gar von der Drehachse weglaufend sein. Die maximal unterschiedlichen Neigungen führen zu leicht unterscheidbaren Ellipsen.
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Eine Ausgestaltung sieht vor, dass der drehbare Rotor eine Halterung zum Befestigen an einer Welle aufweist. Der Rotor kann eine zu der Drehachse koaxiale und durchgehende axiale Öffnung aufweisen. Die Ausrichtungshilfe kann mit der Halterung an einem drehenden Werkzeug, einer Werkzeugaufnahme oder einer Spindel einer Handwerkzeugmaschine befestigt werden.
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Eine Handwerkzeugmaschine hat eine Spindel zum Drehen eines Werkzeugs. Der Rotor der Ausrichtungshilfe ist mit der Spindel mechanisch gekoppelt. Die Kopplung kann durch unmittelbaren Schluss mit der Spindel oder mittelbar durch eine Werkzeugaufnahme oder ein Werkzeug erfolgen.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum lotrechten Ausrichten einer Achse zu einem Untergrund werden ein erster Rotationskörper und ein von dem ersten verschiedener zweiter Rotationskörpers mittels zweier um die Achse rotierender Lichtstrahlen erzeugt. Die Achse wird ausgerichtet, bis die von den Lichtstrahlen auf einen Untergrund gezeichneten Figuren selbstähnlich sind. Das Ausrichten der Achse kann manuell oder durch eine Steuerung erfolgen. Eine Bilderfassungseinrichtung vergleicht die beiden projizierten Schnittfiguren der Rotationskörper. Falls eine einfache Skalierung die beiden Schnittfiguren nicht ineinander überführt, ist die Achse geneigt. Ein Ausrichten der Achse erfolgt in einer Ebene, in der die langen Halbachsen der Ellipsen liegen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:
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1 eine Handwerkzeugmaschine;
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2 eine Ausrichtungshilfe in Draufsicht;
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3 die Ausrichtungshilfe im Längsschnitt;
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4 gezeichnetes Muster bei senkrechter Haltung der Ausrichtungshilfe;
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5 gezeichnetes Muster bei schräger Haltung der Ausrichtungshilfe;
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6 eine weitere Ausrichtungshilfe im Längsschnitt;
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7 eine weitere Ausrichtungshilfe im Längsschnitt;
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8 und 9 eine weitere Ausrichtungshilfe im Längsschnitt und in Draufsicht.
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Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben.
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AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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1 zeigt einen schematischen Aufbau einer drehenden Handwerkzeugmaschine 10, z. B. einer Bohrmaschine, eines Elektroschraubers. Die Handwerkzeugmaschine 10 hat einen Motor 11, der eine Spindel 12 antreibt. Ein Antriebsstrang zwischen dem Motor 11 und der Spindel 12 kann ein Getriebe 13, eine Rutschkupplung 14 etc. enthalten. Der Motor 11 ist vorzugsweise ein Elektromotor.
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Eine Werkzeugaufnahme 15 kann ein Werkzeug 16, z. B. einen Bohrer, einen Bohrmeißel, ein Schrauberbit, haltern und mit der Spindel 12 drehfest koppeln, um das Werkzeug 16 um eine Achse 17 zu drehen. Die Werkzeugaufnahme 15 kann integraler Bestandteil der Handwerkzeugmaschine 10 oder lösbar an einer Halterung befestigt sein.
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Eine beispielhafte Ausrichtungshilfe als Bohrhilfe 20 ist in der 1 an dem Werkzeug 16 lösbar befestigt dargestellt. Beim Bohren wird die Ausrichtungshilfe 20 mit dem Werkzeug 16 um die Achse 17 gedreht.
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Eine beispielhafte Ausgestaltung der Ausrichtungshilfe 20 wird anhand einer Draufsicht in 2 und im Längsschnitt in der Ebene A-A in der 3 beschrieben. Die Ausrichtungshilfe 20 kann einen scheibenförmigen Rotor 21 aufweisen. Zentriert um die Mitte 22 oder den Schwerpunkt des Rotors 21 ist eine hülsenförmige Halterung 23 angeordnet. Die Halterung 23 kann auf das Werkzeug 16 aufgeschoben und daran befestigt werden. Eine Drehachse 24, um welche die Ausrichtungshilfe 20 bei einer Anwendung gedreht wird, ist im Wesentlichen durch die Halterung 23 vorgegeben und ist koaxial zu der Achse 17 des Werkzeugs 16.
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Die dargestellte beispielhafte Ausrichtungshilfe 20 hat eine erste Laserdiode 25 und eine zweite Laserdiode 26, die an dem Rotor 21 versetzt zu einer Drehachse 24 der Ausrichtungshilfe 20 befestigt sind. In der beispielhaften Anordnung sind die erste Laserdiode 25 in einem ersten Abstand 27 und die zweite Laserdiode 26 in einem zweiten Abstand 28 versetzt zu der Drehachse 24 angeordnet. Die beiden Abstände 27, 28 sind gleich groß. Ferner ist die erste Laserdiode 25 zu der zweiten Laserdiode 26 um einen Winkel 29 von 180° um die Drehachse 24 versetzt angeordnet. Die beiden Laserdioden 25, 26 können gemeinsam in einer Ebene 30 senkrecht zu der Drehachse 24 liegen.
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Die beiden Laserdioden 25, 26 emittieren einen ersten Lichtstrahl 31 bzw. einen zweiten Lichtstrahl 32. Die Laserdioden 25, 26 sind bezüglich der Drehachse 24 unterschiedlich orientiert. Aufgrund der Rotation der Ausrichtungshilfe 20 beschreibt der erste Lichtstrahl 31 einen Zylinder und der zweite Lichtstrahl 32 einen Doppelkegel. Auf einem Untergrund 33 zeichnen beide Lichtstrahlen 31, 32 entsprechende Schnittfiguren durch die jeweiligen Rotationskörper. Die Form der Schnittfiguren ist abhängig von dem Winkel 34 der Drehachse 24 zu dem Untergrund 33. Nur zur Erläuterung der Erfindung wird ein ebener Untergrund 33 angenommen.
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Falls die Drehachse 24 senkrecht auf dem Untergrund 33 steht, zeichnet der erste Lichtstrahl 31 einen ersten Kreis 35 und der zweite Lichtstrahl 32 einen zweiten Kreis 36 auf den Untergrund 33 (4). Die beiden Kreise 35, 36 sind konzentrisch. Ein Anwender nimmt einen konstanten Abstand der beiden Kreise 35, 36 entlang derer Umfänge wahr.
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Falls die Drehachse 24 zu dem Untergrund 37 verkippt ist, d. h. der Winkel 34 ungleich 180° ist, zeichnet der erste Lichtstrahl 31 eine erste Ellipse 38 und der zweite Lichtstrahl 32 eine zweite Ellipse 39 auf den Untergrund 37 (5). Die beiden Ellipsen 38, 39 sind nicht selbstähnlich, d. h. ihre jeweiligen Verhältnisse von langer Halbachse zu kurzer Halbachse sind verschieden. Ein Anwender oder eine Bilderfassungseinrichtung kann die Neigung des Bohrers anhand der relativen Verzerrung der beiden Ellipsen 38, 39 zueinander wahrnehmen.
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Die Orientierung des ersten Lichtstrahles 31 zu der Drehachse 24 ist durch einen ersten Winkel zwischen dem Lichtstrahl 31 und einem Lot 41 von der ersten Laserdiode 25 auf die Drehachse 24 bestimmt. Eine Projektion des ersten Winkels auf eine Ebene 30 aufgespannt durch die Drehachse 24 und die erste Laserdiode 25 (Zeichenebene von 3) wird als radialer Anteil des ersten Winkels oder radialer, erster Winkel 40 bezeichnet. In dem dargestellten Beispiel ist der radiale, erste Winkel 90°. Eine Projektion des ersten Winkels auf eine Ebene senkrecht zu einem Lot von der ersten Laserdiode 25 auf die Drehachse 24 wird als azimutaler Anteil des ersten Winkels oder azimutaler, erster Winkel bezeichnet. In dem dargestellten Beispiel hat der azimutale, erste Winkel 0°.
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Die Orientierung des zweiten Lichtstrahls 32 zu der Drehachse 24 wird analog der Orientierung des ersten Lichtstrahls 31 durch einen zweiten Winkel angegeben. In dem dargestellten Beispiel ist der radiale, zweite Winkel 42 kleiner als 90°, damit der zweite Lichtstrahl 32 auf die Drehachse 24 zuläuft. Ferner ist der azimutale, zweite Winkel 43 ungleich 0°, z. B. zwischen 5° und 20°, damit der zweite Lichtstrahl 32 nicht auf ein zu der Drehachse 24 konzentrisch angeordnetes Werkzeug 16 trifft.
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6 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Ausrichtungshilfe 50. Die Ausrichtungshilfe 50 hat zwei Laserdioden 25, 26. Die von den beiden Laserdioden 25, 26 erzeugten Lichtstrahlen 31, 32 sind gleich zu der Drehachse 24 orientiert, d. h. er erste Winkel 40 und zweite Winkel 42 sind identisch. Die von den Lichtstrahlen 31, 32 beschriebenen Rotationskörper sind zueinander ähnlich. Damit die durch die Lichtstrahlen 31, 32 beschriebenen Rotationskörper verschieden sind, sind die Laserdioden 25, 26 in verschiedenen großen Abständen 27, 28 zu der Drehachse 24 angeordnet.
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7 zeigt eine weitere Ausgestaltung einer Ausrichtungshilfe 60. Die Ausrichtungshilfe 60 hat nur eine Laserdiode 61. Der von der Laserdiode 61 primär erzeugte Lichtstrahl 62 wird in einen ersten Lichtstrahl 63 und einen zweiten Lichtstrahl 64 aufgeteilt. Das Teilen des primären Lichtstrahls 62 kann beispielsweise durch einen Strahlteiler 65 mit einer teildurchlässigen Fläche erfolgen. Die Orientierung des ersten und zweiten Lichtstrahls 63, 64 zu der Drehachse 24 ist verschieden.
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8 und 9 zeigen eine weitere Ausgestaltung einer Ausrichtungshilfe 70. Die Ausrichtungshilfe 70 hat eine Laserdiode 71. Ein primärer Lichtstrahl 72 wird durch Lichtleiter 73, 74 zu einem ersten Austrittspunkt 75 und einem zweiten Austrittspunkt 76 geführt. Ausgehend von dem ersten Austrittspunkt 75 verläuft ungeführt ein erster Lichtstrahl 77 und ausgehend von dem zweiten Austrittspunkt 76 verläuft ungeführt ein zweiter Lichtstrahl 78 in Richtung zum Untergrund 33, 37. Die Orientierung des ersten und des zweiten Lichtstrahls 77, 78 bezüglich der Drehachse 24 kann verschieden sein. Vorteilhaft sind die beiden Austrittspunkte 75, 76 zwischen in einem Winkel 29 von 150° und 180° zueinander um die Drehachse 24 versetzt angeordnet. Ferner können Abstände 27, 28 der beiden Austrittspunkte 75, 76 zu der Drehachse 24 verschieden sein.
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Die Laserdiode ist ein Beispiel für vielfältige Lichtquellen zum Erzeugen eines Lichtstrahls. Anstelle der Laserdiode können auch inkohärente Lichtquellen, z. B. eine LED, eine Glühbirne, verwendet werden. Eine nachgeschaltete Optik aus Linsen und/oder Blenden erzeugt einen Lichtstrahl geringer Divergenz oder geringen Strahldurchmessers auf dem Untergrund 33, 37.
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Der Rotor 21 kann in vielfältiger Weise ausgeführt werden, um die eine oder mehreren Laserdioden 25, 26 zu haltern und starr mit einer gedrehten Welle zu koppeln.
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Die in den einzelnen Ausführungsformen dargestellten Details können miteinander zu weiteren Ausführungsformen kombiniert werden. Insbesondere können Lichtleiter, Orientierungswinkel der ungeführten Lichtstrahlen, Anzahl der Laserdioden in weiteren Variationen kombiniert werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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