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Die Erfindung betrifft ein industrielles und elektrisch angetriebenes Werkzeug für den mobilen Einsatz, insbesondere ein akkubetriebenes Schraubwerkzeug, wie es beispielsweise in der Schrift
WO 2008/088266 gezeigt ist.
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Die Schrift
WO 2008/088266 offenbart ein tragbares Schraubwerkzeug, welches mittels von einer Schraubsteuerung vorgegebener Betriebsparameter Schraubvorgänge ausführt. Diese Betriebsparameter werden von der Schraubsteuerung per Funk drahtlos an das Schraubwerkzeug übertragen.
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Da es eine Vielzahl von Funkübertragungssystemen gibt, die teilweise auch kundenspezifisch sind, bietet das hier gezeigte Schraubwerkzeug die Möglichkeit, das zur Funkübertragung vom Schraubwerkzeug umfasste Funkmodul auszuwechseln. Ein Benutzer kann somit beispielsweise von WLAN-Betrieb auf Bluetooth-Betrieb wechseln, indem er das WLAN-Modul durch ein Bluetooth-Modul ersetzt.
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Sowohl WLAN als auch Bluetooth als auch andere Betriebsfunkeinrichtungen haben jedoch nur eine begrenzte Reichweite. Befindet sich das Werkzeug außerhalb dieser Reichweite, ist eine Konfiguration und Überwachung durch die Schraubsteuerung nicht mehr möglich.
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Für die Überwachung von Schraubsystemen und Schraubprozessen sind jedoch mittels Nomen und Standards Mindestanforderungen definiert, wobei hierbei unterschiedliche Kategorien betrachtet werden, welche das Risiko für den Fall des Versagens der Schraubverbindung betreffen.
Kategorie A: Mittelbare/unmittelbare Gefahr für Leib und Leben
Kategorie B: Liegenbleiber
Kategorie C: Verärgerung des Kunden
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Diese Kategorien spielen insbesondere in der Automobiltechnik eine wichtige Rolle. Sicherheitsrelevante Schraubverbindungen müssen gezählt, dokumentiert und mit der korrekten Vorspannkraft verschraubt werden. Um dies zu gewährleisten, ist eine intensive Kommunikation zwischen Schraubwerkzeug und Schraubsteuerung erforderlich.
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Die für diese Kommunikation erforderliche Kommunikationsverbindung sollte daher möglichst zuverlässig realisiert sein.
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Die Erfindung definiert ein industrielles und elektrisch angetriebenes Werkzeug für den mobilen Einsatz, insbesondere ein akkubetriebenes Schraubwerkzeug. Jedes andere industriell genutzte Werkzeug, dessen Arbeitsschritte zu dokumentieren sind, wäre ebenfalls denkbar (zum Beispiel Widerstandschweißgeräte, Nietwerkzeuge und dergleichen).
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Das erfindungsgemäße Werkzeug umfasst ein Gehäuse mit einer integrierten Werkzeugsteuerung und einem integrierten ersten Funkmodul zur Kommunikation der Werkzeugsteuerung mit einer vom Werkzeug entfernten Einrichtung innerhalb eines vordefinierten Funkfrequenzbandes.
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Das Gehäuse umfasst ein zusätzliches zweites Funkmodul, welches mittels eines von dem Funkfrequenzbereich des ersten Funkmoduls unterschiedlichen Funkfrequenzbereich arbeitet.
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Fällt ein zum Betrieb des Werkzeuges erforderliches Funknetz aus oder befindet sich das Werkzeug außerhalb der Reichweite des Funknetzes, so kann mittels des zweiten Funkmoduls auf ein anderes und ggf. weiter reichendes Funknetz automatisch umgeschaltet werden, wenn die Sendeleistung zum Betrieb des ersten Funkmoduls nachlässt oder sich das Werkzeug in einem für die Sendefrequenz des ersten Funkmoduls kritischen Funkloch befindet. Die Vereinheitlichung der mittels der Werkzeuge ausgeführten Fertigungsprozesse bei gleichzeitiger Erhöhung der Prozesssicherheit bleibt somit weiterhin gewährleistet.
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Vorzugsweise ist das zweite Funkmodul derart realisiert, dass zur Herstellung einer Kommunikationsverbindung Frequenzen aus dem für den terrestrischen oder den satellitengestützten Mobilfunk vorgesehenen Funkfrequenzbereich verwendet werden, insbesondere gemäß einer der GSM-Standards und/oder dem UMTS-Standard.
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Eine identische Parametrierung für gleiche Schraubfälle kann damit weltweit garantiert werden, selbst an Standorten, wo in sich abgeschossene Betriebsstätten keine ausreichende Funkabdeckung gewährleisten können. So könnten etwa Lenkungen eines an verschiedenen Standorten gefertigten Fahrzeugmodells mit dem gleichen Schraubsystem und denselben Anziehparametern montiert werden. Einzige Vorraussetzung ist das Vorhandensein eines Mobilfunknetzes. Selbst auf eine separate Internetanbindung könnte verzichtet werden, da das Internet auch über das Mobilfunknetz genutzt werden könnte. Für diesen Fall wäre das Werkzeug noch mit einem Mittel auszurüsten, welches die Vergabe einer IP-Adresse ermöglicht, mittels derer die Werkzeugsteuerung zumindest temporär über das Internet mit beispielsweise einer übergeordneten Prozesssteuerung kommunizieren könnte.
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Das zweite Funkmodul nutzt zumindest einen der folgenden Funkfrequenzbereiche oder einen darin enthaltene Zwischenbereich: 876–915 MHz und/oder 921–960 MHz und/oder 1710–1785 MHz und/oder 1805–1880 MHz und/oder 1850 ... 1910 MHz 1930–1990 MHz, um die Anbindung mittels GSM zu gewährleisten (GSM 800/850/900/1800 oder 1900-Standards werden unterstützt).
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Alternativ oder zusätzlich nutzt das zweite Funkmodul zumindest den folgenden Funkfrequenzbereich oder darin enthaltene Zwischenbereiche: 1900–2170 MHz für die UMTS-Kompatibilität. Selbstverständlich können auch Funkmodule vorgesehen werden, welche zukünftig geplante Funkbereiche für die terrestrische und/oder satellitengestützte Mobiltelefonie nutzen.
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Es wird vorzugsweise ein erstes Mittel vorgesehen, mittels dessen die Werkzeugsteuerung erkennt, welche Funkverbindung von der Einrichtung genutzt wird. Zusätzlich wird ein zweites Mittel vorgesehen, mittels dessen die Werkzeugsteuerung in der Lage ist eines der beiden Funkmodule automatisch zu aktivieren. Hierzu könnte beispielsweise die Sendeleistung des verwendeten Funknetzes permanent überwacht werden, wobei bei Unterschreitung eines vordefinierten Sendepegels von dem ersten auf das zweite Funkmodul umgeschaltet wird oder zusätzlich das zweite Funkmodul aktiviert wird und mittels diesem eine alternative oder zusätzliche Verbindung zu der übergeordneten Prozesssteuerung aufgebaut wird. Die Prozesssteuerung kann dann mittels beider oder eines der beiden Funkmodule mit dem Werkzeug kommunizieren.
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Am Werkzeug sind vorzugsweise Mittel vorgesehen, welche eine leichte Austauschbarkeit zumindest eines der Funkmodule gewährleistet, ohne dass das Gehäuse des Werkzeuges geöffnet werden muss. Das Gehäuse könnte für diese Zwecke eine Aussparung mit einer Kontaktanbindung für beide oder eines der beiden Funkmodule umfassen.
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Am Werkzeug ist außerdem ein Mittel vorgesehen, welches eine manuelle Umschaltung zwischen beiden Funkmodulen ermöglicht. Dies dient dem Benutzer dazu ganz bewusst beispielsweise von einer WLAN-Anbindung auf eine UMTS-Anbindung umzuschalten, wenn von vorneherein bekannt ist, dass am Ort der Benutzung des Werkzeuges nur ein UMTS-Netz zur Verfügung steht. Ein am vom Werkzeug umfassten Display anzeigbares Symbol könnte den Benutzer auf die unterschiedlichen vorhandenen Funknetze aufmerksam machen.
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Die Erfindung umfasst weiterhin eine Einrichtung für den mobilen Einsatz, umfassend ein integriertes Funkmodul. Das Funkmodul ist derart realisiert, dass Frequenzen aus einem für den terrestrischen oder für den satellitengestützten Mobilfunk vorgesehenen Funkfrequenzband verwendet werden können. Die Einrichtung umfasst Mittel zur Konfiguration eines Werkzeuges, welche Mittel derart realisiert sind, dass ein Datenaustausch zwischen einer von dem Werkzeug umfassten Werkzeugsteuerung unter Verwendung eines vom Werkzeug ebenfalls umfassten korrespondierenden Funkmoduls realisierbar ist. Als Einrichtung könnten beispielsweise Mobiltelefone verwendet werden, welche es ermöglichen benutzerspezifische Programmmodule auf dem vom Mobiltelefon verwendeten Betriebssystem oder der vom Mobiltelefon verwendeten Firmware ablaufen zu lassen. Auch SMS- oder EMAIL-Dienste könnten zur Kommunikation verwendet werden.
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Die Erfindung stellt somit ein komplettes System zur Durchführung automatisierter industrieller Prozesse, insbesondere Schraubprozesse, dar. Das erfindungsgemäße System umfasst eine Einrichtung und ein Werkzeug und vereint somit die bereits zuvor beschriebenen Vorteile.
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Die Erfindung definiert auch ein Verfahren zum Betrieb eines Werkzeuges mit einer integrierten Werkzeugsteuerung und mit zwei voneinander unabhängig arbeitenden integrierten Funkmodulen mittels einer vom Werkzeug weit entfernten Einrichtung mit ebenfalls integriertem Funkmodul. Das Funkmodul der Einrichtung ist mit zumindest einem Funkmodul des Werkzeuges kompatibel, welches unter Verwendung eines vordefinierten Funkfrequenzbandes innerhalb eines für den terrestrischen oder den satellitengestützten Mobilfunk vorgesehenen Funkfrequenzbereiches.
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Die Einrichtung oder das Werkzeug stellt unter Verwendung des GSM-Dienstes GPRS oder unter Verwendung von anderen Mobilfunkstandards genutzter gleichartiger Dienste eine Verbindung zum Werkzeug her. Mittels der Werkzeugsteuerung werden Daten ausgetauscht. Die Einrichtung kann Daten anfordern und senden. Die mittels der Einrichtung angeforderten Daten werden auf einem von der Einrichtung umfassten Datenspeicher abgespeichert und sind somit dokumentiert. Es kann sich beispielsweise um dokumentationspflichtige Schraubvorgänge handeln, wenn es sich bei dem Werkzeug um einen industriellen Schrauber handelt.
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Die auf dem Datenspeicher abgespeicherten Daten können mittels einer von der Einrichtung umfassten Bedieneinrichtung durch einen Benutzer geändert werden, wenn es sich beispielsweise um Parameter für die Werkzeugsteuerung oder Parameter zur Konfiguration des Werkzeuges (IP-Adresse, GSM-Datenserver, WPA-Schlüssel, GSM-Datenserver) handelt. Das Werkzeug wird damit fernwartbar. Zwischen dem Werkzeug und der Einrichtung können somit sämtliche Daten ausgetauscht werden, welche vom Werkzeug auszuführende Prozesse oder die Konfiguration des Werkzeuges oder Diagnosedaten zur Störungsbeseitigungen am Werkzeug betreffen.
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Das erste oder das zweite Funkmodul wird vollautomatisch und selbsttätig von der Werkzeugsteuerung aktiviert, sobald das für das zweite oder das erste Funkmodul erforderliche Funknetz keine ausreichende Sendeleistung mehr bereitstellt. Somit ist eine redundante Kommunikationsverbindung zwischen Werkzeugsteuerung und übergeordneter Prozesssteuerung zum Austausch von Daten gewährleistet.
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1 zeigt grob schematisch die Funktionsweise der Erfindung.
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2 zweit ein Schraubwerkzeug mit den Merkmalen der Erfindung.
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Keine der nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen schränken die Erfindung auf die erwähnten Konstruktionsdetails ein. Es handelt sich lediglich um mögliche und bevorzugte Ausführungsvarianten. Abweichende Lösungskonzepte unter Verwendung von aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten könnten ebenfalls realisiert werden.
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1 zeigt ein System zur Durchführung automatisierter industrieller Schraubprozesse mit einer Einrichtung 17 und einem Schraubwerkzeug 13. Bei der Einrichtung 17 handelt es sich um ein Mobiltelefon mit einem benutzerspezifischen Programm sowie üblichen Komponenten wie Tastatur, Display, etc. 171–174 zur Konfiguration des Schraubwerkzeugs 13. Das Programm 172 ist derart konzipiert, dass es einen Datenaustausch zwischen einer von dem Werkzeug 13 umfassten Werkzeugsteuerung (nicht gezeigt) unter Verwendung eines vom Werkzeug 13 ebenfalls umfassten korrespondierenden Funkmoduls (nicht gezeigt) realisiert. Das Schraubwerkzeug ist akkubetrieben und umfasst eine Standard-Datenschnittstelle (WLAN, Bluetooth und dergleichen). Mittels der Standard-Datenschnittstelle können unter Verwendung eines sogenannten Access Points 14, welcher auf dem Firmengelände eines Fertigungsbetriebes installiert sein kann, die Schraubwerkzeuge ferngesteuert werden.
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Die Fernsteuerung erfolgt mittels einer übergeordnete Schraubprozesssteuereinheit. Der Access Point 14 definiert die Abdeckung des Betriebsgeländes mittels eines ersten Funknetzes 12. Die übergeordnete Schraubprozesssteuereinheit kann mittels des Funknetzes 12 auf die Schraubwerkzeuge zugreifen und für die Schraubwerkzeuge spezifische Daten auf einem von der Schraubprozesssteuereinheit 15 umfassten Datenspeicher abspeichern. Bei den drahtlos 18 im Mobilfunknetz 11 ausgetauschten Daten handelt es sich vorzugsweise um Daten bezüglich:
- – Schraubparameter;
- – Schraubwerkzeugkonfigurationsdaten;
- – Schraubwerkzeugdiagnosedaten;
- – Schraubergebnisse.
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Mittels der erfindungsgemäßen Modifikationen kann die Kommunikation zwischen einem Schraubwerkzeug und einer Schraubprozesssteuereinheit auch mittels des weltweit verfügbaren Mobilfunknetzes erfolgen, d. h. auch unter Verwendung eines Mobiltelefons, welches in diesem Falle als temporäre Schraubprozesssteuereinheit oder als ausschließliche Schraubprozesssteuereinheit dient.
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2 zeigt einen Teilabschnitt eines industriell und elektrisch angetriebenen Schraubwerkzeuges. Es umfasst ein Gehäuse 21 mit einer integrierten Werkzeugsteuerung 22 und einem integrierten ersten WLAN/Bluetooth-Funkmodul 23 zur Kommunikation der Werkzeugsteuerung 22 mit einer vom Werkzeug weit entfernt angeordneten Einrichtung (nicht gezeigt, siehe hierzu 1) innerhalb vordefinierter Funkfrequenzbereiche. Das Gehäuse 21 umfasst ein zweites GSM/UMTS-Funkmodul 24 und verwendet somit zur Herstellung einer Kommunikationsverbindung Frequenzen, welche für den terrestrischen Mobilfunk vorgesehen sind, insbesondere 876–915 MHz und/oder 921–960 MHz und/oder 1710–1785 MHz und/oder 1805–1880 MHz und/oder 1850–1910 MHz 1930–1990 MHz und/oder alternativ 1900–2170 MHz.
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Eine Funkverbindungsüberwachung 25 ist vorgesehen, mittels derer die Werkzeugsteuerung 22 erkennt, welche Funkverbindung von einer übergeordnete Schraubprozesssteuereinheit derzeit genutzt wird, um das Schraubwerkzeug 21 in den von der Schraubprozesssteuereinheit vorgebbaren Schraubprozess einzubinden.
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Ein Funkmodulumschaltmittel 26 ist ebenfalls vorgesehen, mittels dessen die Werkzeugsteuerung 22 in der Lage ist eines der beiden Funkmodule 23, 24 vollautomatisch und gegebenenfalls unter Verwendung der Funkverbindungsüberwachung 25 zu aktivieren. Das erste oder das zweite Funkmodul 23, 24 können dadurch vollautomatisch und selbsttätig von der Werkzeugsteuerung 22 aktiviert werden, weil das vom Werkzeug 21 umfasste Funkmodulumschaltmittel 26 die Sendeleistung der verwendbaren Funknetze überwacht und erkennt, sobald das für das zweite oder das erste Funkmodul 23, 24 erforderliche Funknetz keine ausreichende Sendeleistung mehr bereitstellt.
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Auch eine Tastatur 28 ist vorgesehen, welche eine manuelle Umschaltung zwischen beiden Funkmodulen 23, 24 ermöglicht.
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Am Werkzeug 21 sind Aussparungen und Steckanschlüsse 27 vorgesehen, welche eine Austauschbarkeit zumindest eines der Funkmodule 23, 24 gewährleisten, ohne dass das Gehäuse 21 des Werkzeuges geöffnet werden muss. Hierzu ist zumindest eine Ausnehmung am Gehäuse 21 vorgesehen, welche elektrische Anschlüsse umfasst, die mit den elektrischen Anschlüssen zumindest eines der Funkmodule 23, 24 korrespondieren. Zumindest eines der Funkmodule 23, 24 kann in der Ausnehmung derart platziert werden, dass die Oberfläche des Funkmoduls 23, 24 und die Oberfläche des Gehäuses 21 eine durchgehende Oberfläche bilden. Die Berührungsstellen der Gehäuse sollten dicht abschließen (z. B. Gummilippe), so dass keine Verschmutzungen oder Feuchtigkeit in die Ausnehmung eindringen kann.
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Die Konfiguration des Schraubwerkzeuges erfolgt per Mobiltelefon. Das Mobiltelefon stellt über den GSM-Dienst GPRS eine Verbindung zum Werkzeug her. Die aktuelle Konfiguration des Werkzeuges wird auf das Mobiltelefon geladen. Der Anwender hat nun die Möglichkeit die Konfiguration anzupassen. Diese beinhaltet allgemeine Einstellungen, wie z. B. die IP-Adresse, WPA-Schlüssel, Telefonnummer eines GSM Datenservers und dergleichen. Eine Konfiguration der Schraubprogramme ist ebenfalls möglich. Nach Abschluss der Änderungen kann die Konfiguration wieder an das Schraubwerkzeug gesendet werden.
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Der Abruf von Schraubprozessdaten erfolgt per Mobiltelefon. Das Mobiltelefon stellt über den GSM-Dienst GPRS eine Verbindung zum Werkzeug her und liest die aktuell verfügbaren Schraubergebnisse aus. Es können wahrend der bestehenden Verbindung neue verfügbare Schraubprozessdaten automatisch an das Mobiltelefon übermittelt werden. In der Konfiguration ist einstellbar, ob die Daten nach Abruf per Mobiltelefon auf dem Schraubwerkzeug gelöscht werden oder erhalten bleiben.
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Zur Übermittlung von Schraubprozessdaten an einen Datenserver werden diese je nach Datenpaketgröße über den GSM-Dienst GPRS oder eine SMS übermittelt. Der Datenserver wandelt die erhaltenen Daten in das vom Betreiber des Schraubwerkzeuges gewünschte Format und leitet diese an eine vorher konfigurierte Kundendatenbank weiter.
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Gegenüber vorbekannten Lösungen ist der Einsatz des erfindungsgemäßen Werkzeuges außerhalb von Fertigungslinien, beispielsweise auch im freien Feld, weitestgehend uneingeschränkt möglich. Bereits belegte Funkfrequenzen bekannter Standards im Umfeld der Fertigungslinien und deren Bandbreiten müssen nicht für den Betrieb des Werkzeuges belegt werden. Demgemäß kann der Betrieb des Werkzeuges diese Funkfrequenzen auch nicht stören oder zum Nachteil anderer per Funk betriebener Geräte blockieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2008/088266 [0001, 0002]
