DE102014201366A1

DE102014201366A1 - Stationäres kabelloses werkzeug

Info

Publication number: DE102014201366A1
Application number: DE102014201366.6A
Authority: DE
Inventors: Manuel Rieger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-07-30
Also published as: CN104802033B; SE1550045A1; SE543004C2; CN104802033A

Abstract

Es ist ein Stationäres Werkzeug (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks bereitgestellt. Das stationäre Werkzeug (10) umfasst eine Batterie (21) zum Versorgen des stationären Werkzeugs (10) mit elektrischer Energie, eine Messeinrichtung (14) zum Messen von Daten beim Betrieb des stationären Werkzeugs (10), und eine Sende-/Empfangseinrichtung (18) zum drahtlosen Senden der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Daten an ein externes Gerät (30) und/oder zum drahtlosen Empfangen von Daten von dem externen Gerät (30).

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein stationäres Werkzeug, das ein kabelloses Werkzeug ist.
Derzeitige stationäre Werkzeuge, wie beispielsweise eine Bohrspindel oder ein Schraubwerkzeug, sind über ein Kabel an eine elektrische Spannungsversorgung anzuschließen, die extern von dem stationären Werkzeug angeordnet ist. Soll das stationäre Werkzeug bei seinem Betrieb Daten messen, so können diese Daten über eine zusätzliche kabelgebundene Datenverbindung an eine übergeordnete Steuereinrichtung gesendet werden.
Problematisch ist, dass die Kabel zum Anschluss an die externe Spannungsversorgung und für die Datenverbindung die Installation der stationären Werkzeuge erschweren. Beispielsweise ist das Kabel zum Anschluss an die externe Spannungsversorgung aufgrund des erforderlichen hohen elektrischen Stroms zur Versorgung des stationären Werkzeugs mit elektrischer Energie relativ dick. Dadurch ist das Kabel zum Anschluss an die externe Spannungsversorgung aufwändig und dadurch teuer zu verlegen. Zudem sind eine Datenleitung und die Anschlusstechnik für die Datenverbindung teuer und bei Einhaltung von bestimmten Datenstandards aufwändig zu verlegen bzw. herzustellen. Bestimmte Datenstandards fordern nämlich eine Einhaltung von bestimmten Biegeradien, einen aufwändigen Anschluss der Adern an speziellen Datenanschlussdosen einschließlich aufwändiger Messungen, und Mindestabstände zu oder eine Trennung von Stromversorgungskabeln. Dadurch steigen die Kosten für Herstellung und Installation des stationären Werkzeugs.
Nachteilig ist auch, dass ein solches stationäres Werkzeug nicht einfach austauschbar ist.
Ein weiteres Problem besteht darin, dass messende Akkuschrauber mit integrierter Steuerung nur als handgehaltenes Werkzeug verfügbar sind und für den stationären Einsatz nicht geeignet sind.
Daher ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein stationäres Werkzeug bereitzustellen, mit welchem die zuvor genannten Probleme gelöst werden können. Insbesondere soll ein stationäres Werkzeug bereitgestellt werden, welches einfacher und kostengünstiger bereitstellbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein stationäres Werkzeug nach Patentanspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen des stationären Werkzeugs sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Mit dem stationären Werkzeug ist ein kabelloser Betrieb möglich, was die Installation des stationären Werkzeugs erleichtert, da keine Kabelverlegung erforderlich ist. Dadurch ist auch ein einfacher Austausch im Störungsfall möglich.
Der Begriff „stationär” im Sinne dieser Anmeldung bedeutet eine feste Installation des Werkzeugs an einem Gegenstand oder Ort, wie einem Werkzeugtisch, einem Roboter, usw. Das stationäre Werkzeug wird also bei der Bearbeitung eines Werkstücks nicht von einer Bedienperson in der Hand gehalten. Das Werkstück muss daher an den Installationsort des stationären Werkzeugs gebracht werden. Dies gilt auch für den Fall einer Installation des stationären Werkzeugs an einem Roboter, auch wenn der Roboter das stationäre Werkzeug in gewissen Umfang gegenüber dem Werkstück bewegen kann.
Das stationäre Werkzeug bildet eine kompakte Einheit. Es sind keine zusätzlichen Fertigungseinrichtungen erforderlich.
Ein weiterer Vorteil des stationären Werkzeugs besteht darin, dass das stationäre Werkzeug direkt an einen Roboter anbaubar ist, der beispielsweise in einer Produktionsanlage, wie einer Fertigungsstraße für Fahrzeuge, Möbel, usw. zum Einsatz kommt. Das stationäre Werkzeug ist auch bei der Produktion in der Luftfahrtindustrie verwendbar.
Das stationäre Werkzeug kann mit anderen kabellosen oder drahtlosen Automatisierungsgeräten im Verbund zum Einsatz kommen. Dies ist insbesondere an der Produktionsanlage von Vorteil.
Zudem ist mit dem stationären Werkzeug ein sicheres Bearbeiten eines Werkstücks möglich, da mit den von einer Messeinrichtung des stationären Werkzeugs gemessenen Daten das Bearbeiten des Werkstücks überprüft und bei Bedarf entsprechend angepasst werden kann. Ist das stationäre Werkzeug beispielsweise ein stationärer Akkuschrauber, ist ein sicheres Verschrauben möglich, indem die Messeinrichtung Drehmoment und Drehwinkel mit einer vorbestimmten Genauigkeit misst und bei Bedarf auswertet. Damit können Vorgaben für die Verschraubung eingehalten werden.
Weitere mögliche Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale oder Ausführungsformen. Dabei wird der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der Erfindung hinzufügen.
Nachfolgend ist die Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung und anhand von Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Ansicht eines externen Geräts und eines stationären Werkzeugs gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel; und
2 eine schematische Ansicht eines externen Geräts und eines stationären Werkzeugs gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel; In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente, sofern nichts anderes angegeben ist, mit denselben Bezugszeichen versehen.
1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel ein stationäres Werkzeug 10 und ein externes Gerät 30, das extern von dem stationären Werkzeug 10 angeordnet ist. Das stationäre Werkzeug 10 und das externe Gerät 30 können über eine Datenverbindung 40 miteinander kommunizieren. Hierbei können Daten in Bezug auf einen Betrieb des stationären Werkzeugs 10 über die Datenverbindung 40 bidirektional ausgetauscht werden.
Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist das stationäre Werkzeug 10 ein stationäres Schraubwerkzeug oder eine stationäre Bohrspindel. Das stationäre Werkzeug 10 kann jedoch auch ein stationäres Nietwerkzeug, ein stationäres Stanzwerkzeug oder ein anderes stationäres Werkzeug sein. Das externe Gerät 30 kann beispielsweise ein Personalcomputer, ein Tablet-PC, ein Mobiltelefon, wie ein Smartphone, usw. sein.
In 1 weist das stationäre Werkzeug 10 eine Abtriebswelle 11, eine Kupplungswelle 12, eine Abtriebseinheit 13, einen Messwertaufnehmer oder eine Messeinrichtung 14, ein Getriebe 15, einen Motor 16, eine Steuereinrichtung 17, eine Sende-/Empfangseinrichtung 18, einen Kondensator 19, eine Batterieelektronik 20, eine Batterie 21, und einen Verbinder 22 auf.
Die Steuereinrichtung 17 steuert das stationäre Werkzeug 10 bei dessen Betrieb. Hierbei misst beispielsweise die Messwerteinrichtung 14 des stationären Werkzeugs 10 Daten der Abtriebswelle 11 und/oder der Kupplungswelle 12. Die Daten geben insbesondere ein Drehmoment an, welches von dem Motor 16 mit Hilfe des Getriebes 15 auf die Abtriebseinheit 13 übertragen wird und von dort über die Kupplungswelle 12 auf die Abtriebswelle 11 übertragen wird. Die Daten können auch einen Drehwinkel angeben, um welchen die Abtriebswelle 11 aufgrund des Antriebs des Motors 16 gedreht wird/ist.
Die Daten können mit der Sende-/Empfangseinrichtung 18 über die Datenverbindung 40 an das externe Gerät 30 gesendet werden. Das Senden kann von dem stationären Werkzeug 10 mit Hilfe der Steuereinrichtung 17 selbstständig initiiert werden. Das Senden kann jedoch auch aufgrund eines Zugriffs des externen Geräts 30 erfolgen. Hierzu kann das externe Gerät 30 über die Datenverbindung 40 eine entsprechende Anweisung an das stationäre Werkzeug 10 senden. Darüber hinaus können die Daten auch in einer nicht dargestellten Speichereinheit der Steuereinrichtung 17 zumindest solange gespeichert werden, bis die Daten erfolgreich an das externe Gerät 30 gesendet wurden. Somit können die Daten zumindest zeitweise gespeichert werden. Zudem kann das externe Gerät 30 auch Sollwerte für insbesondere Drehmoment, Drehwinkel, usw. vorgeben, welche das stationäre Werkzeug 10 gesteuert von der Steuereinrichtung 17 erzielen soll.
Die Messwerteinrichtung 14 und/oder die Steuereinrichtung 17 können die Daten bei Bedarf auswerten. Das Auswerteergebnis kann zusätzlich zu den gemessenen Daten an das externe Gerät 30 gesendet werden.
Bei dem stationären Werkzeug 10 ist die Sende-/Empfangseinrichtung 18 zum drahtlosen Senden oder Empfangen der Daten ausgestaltet. Beispielsweise kann die Sende-/Empfangseinrichtung 18 eine Antenne zum Übertragen der Daten über die Datenverbindung 40 per Funk sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 18 kann auch WLAN-fähig sein.
Die Batterie 21 dient zum Versorgen des stationären Werkzeugs 10 mit elektrischer Energie. Die Batterie 21 des stationären Werkzeugs 10 kann eine ladbare oder eine nicht ladbare Batterie sein. Vorzugsweise ist die Batterie 21 eine ladbare Batterie, wie beispielsweise ein Akkumulator (Akku), da dies Abfall reduziert und Ressourcen schont. Die Batterie 21 wird von der Batterieelektronik 20 gesteuert und überwacht.
Somit ist das stationäre Werkzeug 10 ein drahtloses oder kabelloses stationäres Werkzeug 10. Bei dem stationären Werkzeug 10 sind also keine Kabel mehr erforderlich. Aufgrund der Funktionen der Messeinrichtung 14 und der Steuereinrichtung 17 kann das stationäre Werkzeug 10 auch als ein kabelloses messendes stationäres Werkzeug mit integrierter Steuerung bezeichnet werden. Im Falle einer Bohrspindel kann auch von einer kabellosen messenden stationären Akkuspindel mit integrierter Steuerung gesprochen werden.
Das stationäre Werkzeug 10 bietet demzufolge eine gesamtheitliche Lösung eines stationären drahtlosen oder kabellosen, in Bezug auf elektrischen Strom, Daten/Signal und Luft, Werkzeugs für prozesssichere Verschraubungen mit Ermittlung, Beurteilung und Weitergabe der Prozessdaten über eine integrierte Steuerung, die Steuereinrichtung 17, mit der Sende-/Empfangseinrichtung 18 als beispielsweise WLAN-Funkmodul.
Anders ausgedrückt, ist das stationäre Werkzeug 10 beispielsweise eine Akku-Schraubspindel zum sicheren Verschrauben. Beim Schrauben, also beim Betrieb der Akku-Schraubspindel, werden Drehmoment und Drehwinkel mit einer bestimmten Genauigkeit ermittelt und bewertet. Diese Prozessdaten werden einer übergeordneten Steuerung, der Steuereinrichtung 17, zur Verfügung gestellt. Die Steuereinrichtung 17 ist direkt an der Akku-Schraubspindel, dem stationären Werkzeug 10, angeordnet. Die Schraubspindel kann direkt in ein Netzwerk funken, welches durch die Datenverbindung 40 repräsentiert wird und mit einem Netzwerk, beispielsweise einem lokalen Netzwerk, dem Internet, usw. verbunden sein kann. Bei dem stationären Werkzeug 10 ist die Sende-/Empfangseinrichtung 18 direkt an, insbesondere auf, der Steuereinrichtung 17 angeordnet. Bei Ausfall der Sende-/Empfangseinrichtung 18 und/oder des externen Geräts 30 und/oder der Datenverbindung 40 können sämtliche Daten gespeichert werden und zu einem späteren Zeitpunkt gesendet werden. Eine Kommunikation mit anderen Automatisierungseinrichtungen als weitere externe Geräte 30 wäre ebenfalls möglich.
2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel des stationären Werkzeugs 10, welches in weiten Teilen auf die gleiche Weise aufgebaut ist, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Auch bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist ein externes Gerät 30 vorhanden, welches mit dem stationären Werkzeug 10 über die Datenverbindung 40 bidirektional kommunizieren kann, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Im Unterschied zum ersten Ausführungsbeispiel weist das stationäre Werkzeug 10 bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel zusätzlich eine Anzeigeeinrichtung 25 auf. Mit oder auf der Anzeigeeinrichtung 25 können die Daten angezeigt werden, welche von der Messeinrichtung 14 gemessen wurden. Zudem können mit oder auf der Anzeigeeinrichtung 25 beispielsweise Daten über den Ladezustand der Batterie 21, die Betriebsstunden des stationären Werkzeugs 10 usw. angezeigt werden.
Damit ist eine direkte Betriebs- und/oder Zustandsüberwachung des stationären Werkzeugs 10 möglich. Die Anzeigeeinrichtung 25 kann insbesondere Live-Daten in Bezug auf das stationäre Werkzeug 10 anzeigen.
Ansonsten ist das stationäre Werkzeug 10 auf die gleiche Weise aufgebaut, wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben.
Alle zuvor beschriebenen Ausgestaltungen der Vorrichtung 10 und des Verfahrens können einzeln oder in allen möglichen Kombinationen Verwendung finden. Insbesondere können alle Merkmale und/oder Funktionen der zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiele beliebig kombiniert werden. Zusätzlich sind insbesondere folgende Modifikationen denkbar.
Die in den Figuren dargestellten Teile sind schematisch dargestellt und können in der genauen Ausgestaltung von den in den Figuren gezeigten Formen abweichen, solange deren zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.
Die Batterie 21 kann baugleich mit einer Batterie für ein Handwerkzeug sein. Die Messeinrichtung 14 kann baugleich mit einer Messeinrichtung für ein Handwerkzeug sein. Die Sende-/Empfangseinrichtung 17 kann baugleich mit einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein Handwerkzeug sein. Damit können bereits verfügbare Teile verwendet werden, wodurch ein Entwicklungsaufwand gespart wird und die Logistik zum Bereithalten unterschiedlicher Teile vereinfacht wird.
Es kann somit ein Bausatz bereitgehalten werden, welcher sowohl zur Realisierung eines messenden Akku-Handschraubers, als auch zur Realisierung einer messenden Akku-Schraubspindel geeignet ist. Der messende Akku-Handschrauber verfügt zusätzlich über einen Handgriff und ggf. über einen winkelförmigen Abtrieb.
Die Speichereinheit zur Speicherung der von der Messeinrichtung gemessenen Daten kann beim stationären Werkzeug 10 auch extern von der Steuereinrichtung 17 vorgesehen sein.
Die Anordnung der Teile des stationären Geräts 10 in 1 und 2 ist nur eine von beliebig vielen Möglichkeiten. Die Anordnung der Teile ist beliebig wählbar, soweit die zuvor beschriebenen Funktionen gewährleistet sind.

Claims

Stationäres Werkzeug (10) zum Bearbeiten eines Werkstücks, mit einer Batterie (21) zum Versorgen des stationären Werkzeugs (10) mit elektrischer Energie, einer Messeinrichtung (14) zum Messen von Daten beim Betrieb des stationären Werkzeugs (10), und einer Sende-/Empfangseinrichtung (18) zum drahtlosen Senden der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Daten an ein externes Gerät (30) und/oder zum drahtlosen Empfangen von Daten von dem externen Gerät (30).
Stationäres Werkzeug (10) nach Anspruch 1, wobei das stationäre Werkzeug (10) ein kabelloses Werkzeug ist.
Stationäres Werkzeug (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Batterie (21) baugleich mit einer Batterie für ein Handwerkzeug ist, und/oder wobei die Messeinrichtung (14) baugleich mit einer Messeinrichtung für ein Handwerkzeug ist und/oder wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (18) baugleich mit einer Sende-/Empfangseinrichtung für ein Handwerkzeug ist.
Stationäres Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Anzeigeeinrichtung (25) zur Anzeige der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Daten.
Stationäres Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Steuereinrichtung (17) zur Steuerung der Funktionen des stationären Werkzeugs (10).
Stationäres Werkzeug (10) nach Anspruch 5, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (18) direkt an der Steuereinrichtung (17) angeordnet ist und/oder wobei die Messeinrichtung (14) und/oder die Steuereinrichtung (17) zum Auswerten der gemessenen Daten ausgestaltet sind/ist.
Stationäres Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, zudem mit einer Speichereinheit zur Speicherung der von der Messeinrichtung (14) gemessenen Daten, wobei die Steuereinrichtung (17) zur Steuerung der Sende-/Empfangseinrichtung (18) derart ausgestaltet ist, dass die Sende-/Empfangseinrichtung (18) nach einem Ausfall und anschließender Wiederherstellung einer Datenverbindung (40) zu dem externen Gerät (30) die in der Speichereinrichtung gespeicherten Daten an das externe Gerät (30) sendet.
Stationäres Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Sende-/Empfangseinrichtung (18) WLAN-fähig ist.
Stationäres Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das stationäre Werkzeug (10) eine stationäre batteriebetriebene Schraubspindel ist und die Daten ein Drehmoment und/oder einen Drehwinkel umfassen.
Stationäres Werkzeug (10) nach Anspruch 9, wobei Mittel zur Anordnung eines Handgriffes vorgesehen sind, so daß das Werkzeug (10) zu einem mobilen, batteriebetriebenen Werkzeug unkonfigurierbar ist.
Stationäres Werkzeug (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 8, wobei das stationäre Werkzeug (10) eine stationäre, batteriebetriebene Bohrspindel ist.