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Anordnung zur Erkennung der Anwesenheit von Werkzeugen/Instrumenten in einer zugehörigen Sammelablage Es ist bekannt, Werkzeuge und Instrumente mit einem Speicherchip, insbesondere ausgebildet als sogenannter RFID-TAG, zu versehen. In diese RFID-TAGs können gewünschte unveränderbare Daten als auch variabel überschreibbare Daten abgelegt werden. Solcherart ausgestattete Werkzeuge finden vielfältig in automatisierten Produktionsprozessen mit selbsterkennendem Werkzeugwechsel bekanntermaßen Verwendung (siehe z. B.
US 4,742,470 B1 ). Ferner zeigt
US 2009/0071854 A1 eine Lösung zur Anwesenheitskontrolle von unterschiedlichen Werkzeugen, die nicht mit einem RFID-TAG ausgerüstet sind, ohne jedoch eine Lösung anzugeben, die auschließlich die vollständige Anzeige der Anwesenheit aller Werkzeuge in ihren zugehörigen Ablagen signalisiert.
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Aus einem weiter abliegenden Stand der Technik sind auch sogenannte RFID Tamper Tags bekannt (z. B. EM4324 der Fa. EM Microelectronic-Marin SA), die in Sicherheits-Labeln Verwendung finden, wo bspw. eine unberechtigte Öffnung eines Dokuments eine Unterbrechung einer elektrischen Leitbahn bewirkt, die in einem zugehörigen passiven Transponder abgelegt wird und somit registrierbar ist. Das heißt, diese zerstörte elektrische Leitbahn zeigt dann in einer den passiven Transponder auslesenden Auswerteeinheit eine irreversible Schalterstellung „off” an. Auch eine nachträgliche Wiederherstellung der elektrischen Verbindung ändert nichts am Nachweis des unberechtigten Öffnens des Dokuments. Das heißt, als Schalter ist genannte elektrische Leitbahn nicht geeignet oder konzipiert.
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Von besonderem Interesse ist eine solche o. g. Werkzeugausstattung mit RFID-TAGs in sicherheitsrelevanten Arbeitsbereichen, wie in medizinischen Arbeitbereichen (OP-Bereich) (siehe z. B.
US 6,366,206 B1 ) oder bspw. im Flugzeugbau, wo am Ende des Operations- oder Arbeitsprozesses alle Instrumente oder Werkzeuge gesichert wieder in ihren jeweiligen Aufnahmen/Einlagen von Werkzeugschubläden oder – schränken abgelegt sein müssen, um zu verhindern, dass auch nur ein Instrument oder Werkzeug am Arbeitsort verbleibt (siehe z. B.
US 7,209,041 B2 ). Üblicherweise kommuniziert dann der geschlossene Werkzeugbehälter über eine äußere Long-Distanz-Antenne mit einem Kontrollsystem, das die Vollständigkeit oder das Fehlen eines oder mehrerer Werkzeuge individualisiert anzeigt.
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Mit genannten RFID-TAGs ist eine einzelwerkzeugbezogene Individualisierung jedoch nur möglich, wenn am oder im Instrument/Werkzeug ein solcher Tag auch anbringbar ist (wie z. B. auch in
DE 200 11 952 U1 beschrieben). Insbesondere bei kleinteiligen Werkzeugen, wie bspw. einzelnen Bits oder Nüssen, ist dies jedoch nicht möglich. Dies ist ein einschneidender Nachteil im Rahmen der bisher bekannten Überwachungstechnologie.
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Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zur Erkennung der Anwesenheit von Werkzeugen/Instrumenten in einer zugehörigen Sammelablage anzugeben, wobei die Werkzeuge/Instrumente, bspw. aufgrund ihrer Beschaffenheit, nicht mit einem individuellen RFID-TAG einzeln versehbar sind und gleichwohl die Vorteile der RFID-Technik genutzt werden sollen.
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Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der nachgeordneten Ansprüche.
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Zur näheren Erläuterung vorliegender Erfindung dienen folgende Ausführungsbeispiele. Es zeigen:
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1 das Prinzip eines RFID Tamper TAGs für ein Sicherheitlabel;
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2 schematisch ein beispielhaftes Werkzeug und der Art der Anbringung eines RFID-TAGs;
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3 schematische Beispiele für die auch in vorliegender Erfindung zum Tragen kommende induktive oder kapazitive Antenneneinkopplung;
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4 eine erste Ausführungsmöglichkeit vorliegender Erfindung zur Detektion der Anwesenheit metallischer oder nichtmetallischer Werkzeuge;
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5 eine zweite Ausführungsmöglichkeit vorliegender Erfindung zur Detektion der Anwesenheit metallischer oder mit einer metallischen Oberflächenbeschichtung versehener Werkzeuge;
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6 eine Werkzeug-/Instrumentenablage in einer separaten Werkzeugaufnahme und
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7 eine spezielle Ausführung der elektrischen Kontaktierungsleitbahnen zur Werkzeugaufnahme.
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Die 1 bis 3 repräsentieren den bekannten Stand Technik.
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Dabei zeigt 1 das Prinzip eines an sich bekannten RFID Tamper TAGs für ein Sicherheitslabel, im Wesentlichen bestehend aus dem TAG 1 mit Anschlüssen 2 für eine Antenne oder Spule zur RFID Luftschnittstelle 3 und Anschlüssen 4 für eine nur einmal elektrisch unterbrechbare Trennstelle 5. 2 zeigt schematisch ein beispielhaftes metallisches oder nichtmetallisches Werkzeug 7 und der Art der Anbringung eines RFID-TAGs 6 nach dem bekannten Stand der Technik. Die 3 zeigt schematische Beispiele für die auch in vorliegender Erfindung zum Tragen kommende induktive (linke Abbildung) oder kapazitive (rechte Abbildung) Antenneneinkopplung in jeweils auf dem gleichen Chip angeordneten Einkoppelspulen 8 und Long Distance Antenne 9, respektive bei kapazitiver Einkopplung in die Long Distance Antenne 9.
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Alle 4 bis 7 repräsentieren den erfindungsgemäßen Vorschlag bei dem, einem oder insbesondere mehreren kleinteiligen Werkzeugen, die nicht mit einem RFID-Tag versehen werden können, eine spezielle Werkzeugaufnahme zugeordnet ist, die bei Einlegen des Werkzeugs einen elektrischen Schaltvorgang bewirkt, welcher auf einen im Bereich dieser Werkzeugaufnahme vorgesehenen Transponder 1 derart einwirkt, dass dieser über einen separaten Schalteranschluss 4 die Stellung (on/off) eines elektrischen Schaltmittels 13 mit einer elektrisch leitfähigen Bahn 14 mit Unterbrechungen, die durch Werkzeuge mit metallischer Oberfläche kurzschließbar sind, womit lediglich vermittels der kontaktlosen digitalisierten Datenübertragung dieses Zustandes die vollständige Anwesenheit aller kleinteiligen Werkzeuge in ihren jeweiligen Aufnahmen detektiert und bspw. über eine Antenne oder Spule 3, die dem passiven Transponderchip 1 in an sich bekannter Weise zugeordnet ist, das Fehlen eines oder mehrerer der kleinteiligen Werkzeuge an einer übergeordneten, hier nicht dargestellten Auswerteeinheit signalisiert. Vorstehend Beschriebenes gilt für alle 4 bis 7. Über die RFID-Schnittstelle sind somit zumindest die ID-Nr. des jeweiligen Transponders und der Schalterstatus der elektrischen Schaltmittel übermittelbar. Bei Reihenschaltung und UND-Verknüpfung aller einzelnen Werkzeugaufnahmen und Anwesenheit aller einzelnen Werkzeuge wird also der Schaltstatus „on” am Transponder erfasst und an die Auswerteeinheit übermittelt, wohingegen bei Fehlen nur eines einzelnen Werkzeugs der Schaltstatus „off” signalisiert wird.
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Die erste in 4 schematisch dargestellte Ausführung der erfindungsgemäßen Lösung, ein sogenanntes „Mini Tool Tagging”, zeigt im Speziellen die Aufnahme metallischer und/oder nichtmetallischer Werkzeuge 11, welche beim Eindrücken oder Entnahme auf den/die Schaltmittel 13, hier in Form mechanischer Schaltkontakte ausgebildet, einwirken. Der somit als Tamper TAG 15 ausgebildete TAG 1 mit einer vergrößerten Antenne 3 zur Long Distance RFID Kommunikation (> 10 cm) ist in diesem Beispiel direkt in die Werkzeugeinlage 12, in der sich auch die darin integrierten Schaltmittel 13 an den definierten Ablagepositionen der Tools befinden, integriert.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung gelingt es somit problemlos, in bereits bestehenden Systemen mit größeren Werkzeugen/Instrumenten, die jeweils einzeln mit einem TAG individualisiert sind, auch zusätzlich in der gleichen Geräteablage kleinteilige (nicht mit einem individuellen TAG versehbare) Werkzeuge/Instrumente vorzusehen, die einzeln und/oder in Summe eine einzige Schaltfunktion (on/off) auslösen.
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Die Auslösung der Schaltfunktion kann im Rahmen der Erfindung auf unterschiedliche Weise realisiert werden. So kann jede einzelne Werkzeugaufnahme im Bodenbereich mit einem mechanischen betätigbaren elektrischen Schaltkontakt 13 versehen sein, der nur geschlossen wird, wenn das Werkzeug in die Aufnahme eingedrückt ist. Bei einer solchen Ausführung kann es sich bei den in Frage kommenden Werkzeugen 11 sowohl um nichtmetallische als auch metallische Werkzeuge handeln (siehe 4).
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5 zeigt eine weitere Ausführungsform für rein metallische Werkzeuge 11 oder solche, die eine metallische Oberflächenbeschichtung aufweisen. Diese können zur Auslösung des gewünschten Schaltvorgangs selbst genutzt werden, indem innerhalb der Werkzeugaufnahme 12 eine unterbrochene elektrisch leitfähige Leitbahn 14 vorgesehen ist, die bei Werkzeugaufnahme durch dieses Werkzeug selbst kurzgeschlossen wird. Die spezielle Ausbildung der unterbrochenen elektrisch leitfähigen Leitbahn 14 kann im Boden und/oder Seitenbereich der Werkzeugaufnahme vorgesehen sein und richtet sich nach der Form des aufzunehmenden Werkzeugs/Instruments 11 und unterliegt ansonsten den fachgemäßen Kenntnissen des Gestalters der Werkzeugaufnahme, weshalb hierzu keine weiteren Erläuterungen erforderlich sind. Wesentlich bei dieser Ausführung ist lediglich, dass bei Einsatz des metallischen Werkzeugs/Instruments 11 eine leitfähige Verbindung zur Leitbahn 14 geschaffen wird, die bei Nichtanwesenheit des Werkzeugs/Instruments unterbrochen bleibt. Eine besondere Ausführung der Kontakte kann dadurch gebildet sein, dass die leitfähige Schicht 14 lateral so strukturiert ist, dass sie eine Bahn bildet, die an den Werkzeugpositionen unterbrochen ist. Beim Einsetzen der Werkzeuge wird dieser unterbrochene elektrische Leitpfad, wie bereits gesagt, geschlossen. Die leitfähige Schicht kann unter anderem aus einem leitfähigen Schaumstoff gebildet sein.
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Weisen die kleinteiligen Werkzeuge/Instrumente magnetische Eigenschaften auf, können als Schaltmittel auch Reed-Kontakte in der zugehörigen Werkzeugaufnahme 12 vorgesehen sein etc., ohne dass hierzu nähere Erläuterungen erforderlich sind. Wesentlich ist lediglich, dass jedes der aufzunehmenden Werkzeuge/Instrumente im in die Werkzeugaufnahme eingesetzten Zustand einen Schaltkontakt bewirkt.
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Alle vorstehenden Schaltmechanismen für eine Gruppe von kleinteiligen Werkzeugen (bspw. ein Satz Nüsse) sind dabei vorteilhaft in Reihe geschaltet, so dass nur bei Anwesenheit aller dieser Werkzeuge der auf den Transponder 1 in Summe einwirkende Schalter 4 in die Stellung „on” versetzt wird. Dies stellt gegenüber dem bekannten Stand der Technik bereits eine erhebliche Verbesserung des gegenwärtigen Zustands dar, wo solche kleinteiligen Werkzeuge/Instrumente bisher nicht, respektive fehlerbehaftet nur rein visuell erfasst werden konnten. Sind genannte kleinteilige Werkzeuge/Instrumente untereinander aber individualisiert, bspw. durch unterschiedliche Ausformung (z. B. bei Bitformen: Schlitz, Kreuzschlitz, Sechskant etc.), liegt es im Rahmen der Erfindung, die jeweiligen Werkzeugaufnahmen von vornherein so auszubilden, dass das jeweilige Werkzeug nur passgenau in eine einzige der vorgesehenen Werkzeugaufnahmen eingesetzt werden kann und auch nur bei passgenauer und richtiger Einsetzung den jeweiligen Schaltkontakt schließt. Metallische Nüsse weisen mit steigender aufzunehmender Mutterngröße i. d. R. auch unterschiedliche äußere Durchmesser auf, so dass eine Nuss, wenn bspw. durch sie eine in der Aufnahme seitlich vorgesehene, unterbrochen ausgeführte metallische Leitbahn nur kurzschließen kann, wenn die für diese Aufnahme vorgesehene Nuss auch wirklich passgenau eingesetzt ist. Eine Nuss mit zu kleinem Durchmesser könnte die elektrische Leitbahn nicht kurzschließen. Vorstehend angerissene, im Rahmen vorliegender Erfindung vorteilhaft zum Tragen kommende Maßnahmen bedingen zusätzlich, dass nicht nur alle kleinteiligen Werkzeuge/Instrumente anwesend sein müssen, um eine Freigabe des gesamten Werkzeugschrankes zu bewirken, sondern, dass sie auch an dem ihnen eineindeutig zugeordneten Platz zu positionieren sind.
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Es liegt im Rahmen vorliegender Erfindung, dass die Werkzeuge 11, insbesondere Mini Tools, in einer separaten Werkzeugaufnahme 17 angeordnet sind, wie es in 6 schematisch dargestellt ist. Diese Werkzeugaufnahme 17 ist in die erwähnte Werkzeugeinlage 12 als Ganzes einlegbar. Bei einer solchen Ausführung zeigt sich ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung, der darin besteht, dass durch eine besondere Ausführung der Transponderantennen oder Dipole tlw. nur geringe Änderungen an bereits existierenden Werkzeugaufnahmen vorgenommen werden müssen. Zur Verdeutlichung wird noch einmal auf die 3 verwiesen, die zwei übliche Arten der Antennen- oder Dipoleinkopplungen zeigt. Bei allen bisher bekannten Transponderbaugruppen dieser Art, sind alle in 3 gezeigten Bestandteile auf einem einzelnen Chip vorgesehen und unlösbar miteinander verbunden. Durch vorliegende Erfindung, vgl. die beispielhafte Ausführungen nach 6, ist es möglich, die Long Distance Antenne 9 und deren zugehörige Einkoppelspule 8 als eine Baugruppe, im Beispiel nach 6 angeordnet in der Werkzeugeinlage 12, auszuführen, wohingegen der Transponder Chip 1 mit seiner zugehörigen Antenne oder Spule 3 zur RFID Luftschnittstelle Bestandteil der separaten. Werkzeugaufnahme 17 (bspw. ein gesondert und komplett entnehmbarer Nusskasten) sind. Erst bei Einlegen der gesamten Werkzeugaufnahme 17 (Nusskasten) in die Werkzeugeinlage 12 (bspw. Schubfach eines Werkzeugschranks, das für sich nach 4 oder 5 ausgeführt sein kann) ist eine, je nach Ausführung, induktive oder kapazitive Antenneneinkopplung im Short Distance Bereich (< 3 cm) gegeben und die Einkopplung in die Long Distance Antenne, gebildet durch die Baugruppen 8 und 9 ist hergestellt. Somit kann die Vollständigkeit aller in der Werkzeugaufnahme 17 befindlichen Werkzeuge/Instrumente 11 bspw. durch Bulkauslesung im Long Distance Bereich (> 10 cm) außerhalb des gesamten Werkzeugschranks (hier nicht dargestellt) auf einfache Weise realisiert werden.
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Schließlich zeigt 7 eine spezielle, praktisch erprobte Ausführung einer Werkzeugeinlage 12. Konstruktiv ist die Einlage zunächst zweigeteilt ausgeführt, wobei auf dem unteren Teil 12.2 der Werkzeugeinlage sich der TAG 1 mit seinen außen liegenden Tamper TAG Kontaktstellen 20 vorgesehen ist, der von einem oberen Teil 12.1 der Werkzeugeinlage überdeckt wird (in der Zeichnung zur Verdeutlichung in Explosionsdarstellung gezeigt). In eine in 7 ersichtliche Aussparung 16 des oberen Teils 12.1 wird ein passgenaues elektrisch leitfähiges Stück 14.1, das bevorzugt aus einem elektrisch leitfähigem Kunststoff 18 besteht, formschlüssig eingebracht und anschließend werden, z. B. vermittels Stanzung, Ausnehmungen 19 zur Aufnahme der Werkzeuge 11 eingebracht. Anschließend werden die Teile 12.1 und 12.2 miteinander, bspw. durch Verklebung, miteinander verbunden. Da das elektrisch leitfähige Stück 14.1 in seiner Länge so ausgeführt ist, dass es die beiden Kontaktstellen 20 an der Oberfläche des unteren Teils 12.2 erfasst, ist in diesem Fall der elektrische Kreis erst geschlossen, wenn alle betreffenden elektrisch zumindest an ihrer Oberfläche leitfähigen Werkzeuge/Instrumente 11 in die Ausnehmungen 19 eingebracht sind. Der Einfachheit halber ist in der 7 das Stück 14.1 quaderförmig dargestellt. Es ist ersichtlich, dass dieses Stück nebst zugehöriger, passgenauer Aussparungen in beliebigen Ausformungen, z. B. mäanderförmig etc., ausgebildet sein kann, je nach Vorgabe der einzulegenden Werkzeuge/Instrumente. Hier ist die einzige Maßgabe, dass die beiden Kontaktstellen 20 durch die Enden des im Beispiel eingesetzten elektrisch leitfähigen Schaumstoffs 18 erfasst sind.
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Es liegt im Rahmen der Erfindung, dass bspw. in einem Werkzeugschrank mehrere der erfindungsgemäßen Werkzeugeinlagen 12 vorgesehen sind, wobei die den einzelnen Werkzeugeinlagen 12 zugeordneten Transponder-Chips 1 gemäß des Stand der Technik per Bulk-Erfassung erfasst werden können. Dabei ist sofort in einer übergeordneten, hier nicht dargestellten Auswerteeinheit erkennbar, ob auch nur ein Werkzeug/Instrument im gesamten Werkzeugschrank fehlt. Somit ist bei Einsatz nur weniger Transponderchips (bspw. in Werkzeugschränken, die für die Wartung von Luftfahrtgeräten eingesetzt sind) eine kostengünstige und sichere Lösung zur Kontrolle der Vollständigkeit der Werkzeuge/Instrumente geschaffen und das insbesondere bei Werkzeugen/Instrumenten, die nicht mit einem dem einzelnen Werkzeug zuordenbaren RFID-TAG versehbar sind. Gleiches gilt für den medizinischen Bereich zur Kontrolle der Vollständigkeit von OP-Instrumenten.
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Alle in der Beschreibung, der speziellen Ausführungsbeispiele und Zeichnungen dargestellten Mittel können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination untereinander erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Passiver Transponder Chip – TAG
- 2
- Anschlüsse für Antenne oder Spule
- 3
- Antenne oder Spule zur RFID Luftschnittstelle
- 4
- Anschlüsse für Schalterfunktion
- 5
- Einmal elektrisch unterbrechbare Trennstelle
- 6
- TAG für metallische und nichtmetallische Werkzeuge
- 7
- Metallische oder nichtmetallisches Werkzeug
- 8
- Einkoppelspule
- 9
- Long Distance Antenne
- 11
- kleine, vornehmlich metallische Werkzeuge ohne TAG
- 12
- Werkzeugeinlage
- 12.1 und 12.2
- Teile der Werkzeugeinlage 12
- 13
- Elektrisches Schaltmittel (mechanische Schaltkontakte)
- 14
- Elektrisch leitfähige Bahn, unterbrochen für Werkzeugaufnahmen für Werkzeuge mit metallischer Oberfläche
- 14.1
- elektrisch leitfähiges Stück
- 15
- Passiver Tamper TAG mit vergrößerter Antenne in Werkzeugeinlage
- 16
- Aussparung
- 17
- Separate Werkzeugaufnahme
- 18
- Leitfähiger Schaumstoff (als Beispiel)
- 19
- Ausnehmungen im oberen Teil 12.1 der Werkzeugeinlage
- 20
- Kontaktstelle Tamper TAG
