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Die Erfindung betrifft eine Oberfräse mit einer Steuer- und/oder Regeleinheit.
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Stand der Technik
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Offenbarung der Erfindung
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Die erfindungsgemäße Oberfräse mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs hat den Vorteil, besonders leistungsfähig zu sein. Es wird vorgeschlagen, dass eine Steuer- und/oder Regeleinheit mittels eines Sollwert-Istwert-Vergleichs mindestens eines Wertes eines die Oberfräse betreffenden Parameters mindestens ein Ansteuersignal für den elektromotorischen Antrieb errechnet.
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Unter einem die Oberfräse charakterisierenden Parameter soll mindestens einer der folgenden Parameter der Oberfräse verstanden werden:
- • Eine Kapazität einer wiederaufladbaren Batterie
- • Ein Überlastzustand der Oberfräse, insbesondere des elektromotorischen Antriebs, einer Elektronik und/oder der wiederaufladbaren Batterie
- • Eine Drehzahl des elektromotorischen Antriebs und/oder einer Werkzeugspindel
- • Ein Strom, eine Spannung und/oder eine Temperatur des elektromotorischen Antriebs
- • Eine Temperatur des elektromotorischen Antriebs 12 und/oder der Elektronik
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Um eine hohe Bedienerfreundlichkeit zu erreichen, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine optische Anzeigevorrichtung am ersten Gehäuseteil angeordnet ist, um einem Bediener mindestens einen die Oberfräse charakterisierenden Parameter anzuzeigen. Die optische Anzeigevorrichtung kann aber auch an der Werkzeugaufnahme angeordnet sein.
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Um die Bedienerfreundlichkeit weiter zu verbessern, wird vorgeschlagen, dass mindestens eine Beleuchtungsvorrichtung an einem ersten Gehäuseteil angeordnet ist, um beispielsweise einen Arbeitsbereich auszuleuchten. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Beleuchtungsvorrichtung an und/oder um einer Werkzeugaufnahme angeordnet. Mit dieser Konstruktion wird das Arbeitsfeld besonders effektiv ausgeleuchtet.
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Vorteilhafterweise ist der elektromotorische Antrieb als elektronisch kommutierter Elektromotor ausgeführt. Elektronisch kommutierte Elektromotoren zeichnen sich durch einen hohen Wirkungsgrad bei Verschleißfreiheit aus.
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In einer vorteilhaften erfindungsgemäßen Ausführungsform ist der elektronisch kommutierte Elektromotor ein Innenläufermotor. Dadurch sind hohe Drehzahlen und eine hohe Leistungsdichte erreichbar.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der elektronisch kommutierte Elektromotor ein Außenläufermotor. Ist der elektronisch kommutierte Elektromotor ein Außenläufermotor, ist der elektromotorische Antrieb robust ausgelegt und kann aus dem Stand heraus hohe Drehmomente liefern. Ein solcher Antrieb eignet sich demnach besonders für Anwendungen, bei denen hohe Drehmomente insbesondere bei geringen Drehzahlen gefordert sind.
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Damit der elektromotorische Antrieb effizient arbeitet, kann in einer vorteilhaften Ausführungsform die Oberfräse in einem Energiesparmodus oder einem Boostmodus betrieben werden und zwischen diesen beiden Modi insbesondere umgeschaltet werden.
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Bevorzugt ist die Oberfräse als batteriebetriebene Oberfräse ausgebildet. Dadurch, dass die batteriebetriebene Oberfräse mindestens eine wiederaufladbare Batterie aufweist, ist ein mobiler Einsatz der Oberfräse möglich.
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Es wird vorgeschlagen, dass die Oberfräse zumindest eine Schnittstelle aufweist, die dazu vorgesehen ist, mit zumindest einer externen Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit Daten, insbesondere elektronischen Daten, auszutauschen. Unter elektronischen Daten sollen insbesondere Betriebsdaten der Oberfräse, Benutzerdaten eines Benutzers der Oberfräse beziehungsweise Umgebungsdaten verstanden werden. Der Datenaustausch erfolgt bevorzugt kabellos, beispielsweise mit Hilfe einer Bluetoothverbindung, einer WLAN-Verbindung, einer NFC-Verbindung, einer Infrarotverbindung oder dergleichen.
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Es wird vorgeschlagen, dass eine geometrische Abmessung entlang einer y-Richtung der Oberfräse zwischen 100 und 300 mm, besonders zwischen 150 und 200 mm liegt, bevorzugt aber 175 mm beträgt.
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Vorteilhafterweise liegt eine geometrische Abmessung der Oberfräse entlang einer x-Richtung der Oberfräse zwischen 40 und 200 mm, besonders zwischen 50 und 150 mm liegt, bevorzugt aber 90 mm beträgt.
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In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform liegt eine geometrische Abmessung der Oberfräse entlang einer z-Richtung der Oberfräse () zwischen 40 und 200 mm, besonders zwischen 50 und 150 mm liegt, bevorzugt aber 94 mm beträgt.
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Es wird vorgeschlagen, dass der elektromotorische Antrieb ein Bearbeitungswerkzeug direkt antreibt. Unter „direkt“ soll verstanden werden, dass der elektromotorische Antrieb mit dem Bearbeitungswerkzeug ohne Zwischenschaltung eines konventionellen Getriebes verbunden ist. Dadurch wird eine hohe Effizienz bei Minimierung des Verschleißes erreicht.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform treibt der elektromotorische Antrieb das Bearbeitungswerkzeug über ein konventionelles Getriebe an. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform treibt der elektromotorische Antrieb das Bearbeitungswerkzeug über einen Riementrieb an.
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Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.
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Zeichnungen
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In den Zeichnungen sind Ausführungsbeispiele einer erfindungsgemäßen Oberfräse gezeigt.
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Es zeigen:
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1 die erfindungsgemäße Oberfräse in schematischer Darstellung,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfräse in schematischer Darstellung,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfräse in schematischer Darstellung,
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4 ein viertes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfräse in schematischer Darstellung,
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5 ein fünftes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfräse in schematischer Darstellung,
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6 ein sechstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfräse in schematischer Darstellung,
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7 ein siebente Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Oberfräse in schematischer Darstellung.
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Beschreibung
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Für die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorkommenden gleichen Bauteile werden dieselben Bezugszahlen verwendet.
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1 zeigt eine Oberfräse 10. Ein elektromotorischer Antrieb 12 ist in einem ersten Gehäuseteil 14 angeordnet. Der elektromotorische Antrieb 12 ist mit einer Abtriebswelle 16 verbunden. Die Abtriebswelle 16 setzt sich in einer Werkzeugspindel 18 fort. Es ist aber auch denkbar, dass die Abtriebswelle 16 über eine Kupplung mit der Werkzeugspindel 18 verbunden ist. Es ist aber auch denkbar, dass die Abtriebswelle 12 über ein konventionelles Getriebe oder einen Riementrieb mit der Werkzeugspindel 18 verbunden ist. Die Werkzeugspindel 18 trägt einen nicht näher dargestellten Werkzeughalter. Der Werkzeughalter ist beispielsweise eine Spannzange. In die Spannzange wird ein Bearbeitungswerkzeug gesteckt und mittels einer Überwurfmutter festgespannt. Das Bearbeitungswerkzeug 22 ist beispielsweise ein Fräswerkzeug. Die Oberfräse 10 ist beispielsweise geeignet zum Fräsen von Nuten beziehungsweise zum Kantenfräsen.
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Eine Elektronikeinheit 23 ist unter anderem dazu vorgesehen, den elektromotorischen Antrieb 12 zu bestromen. Ein Schaltelement 26 schaltet den elektromotorischen Antrieb 12 ein. Das Schaltelement 26 ist im Ausführungsbeispiel als Rastschalter ausgeführt. Das Schaltelement 26 kann aber auch als Schaltschieber, Totmannschalter, Gasgebeschalter, Drehschalter, elektronischer Schalter, Sensorschalter oder dergleichen ausgeführt sein.
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Die Elektronikeinheit 23 wertet einen Wert eines Parameters, der die Oberfräse 10 charakterisiert oder mehrere die Oberfräse 10 charakterisierenden Parameter aus. Die zur Oberfräse 10 zugehörigen Parameter sind mindestens folgende:
- • Eine Kapazität einer wiederaufladbaren Batterie 30
- • Ein Überlastzustand der Oberfräse 10, insbesondere des elektromotorischen Antriebs 12, der Elektronik 23 und/oder der wiederaufladbaren Batterie 30
- • Eine Drehzahl des elektromotorischen Antriebs 12 und/oder des Abtriebs
- • Ein Strom, eine Spannung und/oder eine Temperatur des elektromotorischen Antriebs 12
- • Eine Temperatur des elektromotorischen Antriebs 12 und/oder der Elektronik 23
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Es können ein oder mehrere der Parameter gemessen und ausgewertet werden. Weicht ein Istwert eines der Parameter in unzulässiger Weise von dessen Sollwert ab, wird insbesondere ein Ansteuersignal für eine Spannung des elektromotorischen Antriebs 12 derart gewählt, dass eine Leistungsabgabe an den elektromotorischen Antriebs 12 reduziert wird.
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Im Ausführungsbeispiel ist der elektromotorische Antrieb 12 als elektronisch kommutierter Elektromotor 12 ausgeführt. Elektromotoren dieser Art können als Innenläufermotoren oder Außenläufermotoren ausgeführt sein. Im Ausführungsbeispiel in 1 ist der elektronisch kommutierte Elektromotor 12 ein Innenläufermotor. Bei Motoren dieser Art befindet sich ein Stator, der die stromführenden Wicklungen trägt, an einem Motorgehäuse 24. Ein Rotor, der die Permanentmagnete trägt, ist mit der Abtriebswelle 16 verbunden.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausführungsform der Oberfräse 10 ist in 2 dargestellt. Wie in 2 ersichtlich, ist der elektronisch kommutierte Elektromotor 12 ein Außenläufermotor. Bei Motoren dieser Art wird der Stator, der die Wicklungen trägt vom Rotor umschlossen. Das Magnetfeld wird durch Permanentmagnete erzeugt, die im Rotor angeordnet sind. Der Rotor ist an der Abtriebswelle 16 befestigt, während der Stator auf einem Statorträger angeordnet ist.
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Es ist aber auch möglich, dass der elektromotorische Antrieb als Bürstenmotor oder dergleichen ausgeführt ist.
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Der elektronisch kommutierte Elektromotor 12 weist in der erfindungsgemäßen Ausführungsform einen Durchmesser d1 auf, der zwischen 25 und 60 mm, besonders zwischen 32 und 55 mm, bevorzugt aber zwischen 37 und 51 mm liegt. Diese Werte berücksichtigen keine im Motorfertigungsprozess auftretenden Fertigungstoleranzen.
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Wie in den 1 und 2 ersichtlich, wird die Abtriebswelle 16 an ihrer dem Werkzeug zugewandten Seite in einem ersten Lager 27 drehbar aufgenommen und auf ihrer dem Werkzeug abgewandten Seite in einem zweiten Lager 28 drehbar aufgenommen.
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Die Oberfräse 10 ist, wie in den 1 und 2 ersichtlich, als batteriebetriebene Oberfräse 10 ausgeführt. Am ersten Gehäuseteil 14 ist zumindest teilweise eine wiederaufladbare Batterie 30 angeschlossen. Dabei ist ein Großteil einer Batterielänge lB in das erste Gehäuseteil 14 integriert. Die Einschubrichtung der wiederaufladbaren Batterie 30 erstreckt sich entlang einer y-Richtung der Oberfräse 10.
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Die Batteriespannung liegt in einem Bereich zwischen 3,6 und 36 V, insbesondere zwischen 7,2 und 18 V. Bevorzugt beträgt die Batteriespannung aber 10,8 V. Die Werte der Batteriespannung berücksichtigen nicht mögliche Batteriespannungsschwankungen. Die wiederaufladbare Batterie 32 besteht insbesondere aus Lithium Ionen Batteriezellen. Die wiederaufladbare Batterie 32 umfasst dabei eine oder mehrere Reihen von Batteriezellen, die wiederum parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltet sind. Jede einzelne Zelle weist eine Länge von ungefähr 65 mm und einen Durchmesser von ungefähr 18 mm auf. Es ist aber auch denkbar, dass eine Zelle eine Länge von 65 bis 70 mm und einen Durchmesser von 14 bis ungefähr 20 mm aufweist. Diese Angaben berücksichtigen keine möglichen Fertigungstoleranzen. Lithium Ionen Akkus zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte und eine thermische Stabilität auch bei hohen Belastungen aus, was eine hohe Leistung bedeutet. Ein weiterer großer Vorteil ist die geringe Selbstentladung, die bewirkt, dass auch die Akkus auch bei längeren Standzeiten einsatzbereit sind. Aus diesen Vorteilen ergeben sich die Vorteile der erfindungsgemäßen Anwendung, insbesondere dass die batteriebetriebene Oberfräse 10 in ihren Abmessungen einerseits klein und kompakt werden kann und andererseits hohe Leistungen bringt.
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Es ist aber auch denkbar, dass die wiederaufladbare Batterie 30 aus Lithium-Luft-Zellen, aus Lithium-Schwefel-Zellen, Lithium-Polymer-Zellen oder dergleichen besteht. Des Weiteren kann die wiederaufladbare Batterie 30 in einer anderen als der gezeigten geometrischen Ausführung realisiert sein, wie zum Beispiel einer eckigen Ausführung.
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Die wiederaufladbare Batterie 30 kann als auswechselbare wiederaufladbare Batterie 30 ausgeführt sein. Es ist aber auch denkbar, dass die wiederaufladbare Batterie 30 als integrierte Einheit ausgeführt ist.
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Eine geometrische Abmessung entlang der y-Richtung der Oberfräse 10 liegt zwischen 100 und 300 mm, besonders zwischen 150 und 200 mm. Bevorzugt beträgt die geometrische Abmessung entlang der y-Richtung der Oberfräse 10 aber 175 mm. Die geometrische Abmessung in y-Richtung der Oberfräse 10 schließt die Batterielänge lB der wiederaufladbaren Batterie 30 mit ein. Die Werte berücksichtigen keine im Fertigungsprozess auftretenden Fertigungstoleranzen.
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Eine geometrische Abmessung entlang einer x-Richtung der Oberfräse 10 liegt zwischen 40 und 200 mm, besonders zwischen 50 und 150 mm. Bevorzugt beträgt die geometrische Abmessung entlang der x-Richtung der Oberfräse 10 aber 90 mm. Die Werte berücksichtigen keine im Fertigungsprozess auftretenden Fertigungstoleranzen.
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Eine geometrische Abmessung entlang einer z-Richtung der Oberfräse 10 liegt zwischen 40 und 200 mm, besonders zwischen 50 und 150 mm. Bevorzugt beträgt die geometrische Abmessung entlang der z-Richtung der Oberfräse 10 aber 94 mm. Die Werte berücksichtigen keine im Fertigungsprozess auftretenden Fertigungstoleranzen.
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Eine Stellvorrichtung ist dazu vorgesehen, eine Drehzahl und/oder einen Betriebsmodus, wie beispielsweise einen Energiesparmodus oder einen Boostmodus zu stellen. Die Drehzahl der erfindungsgemäßen Oberfräse 10 liegt zwischen 8000 und 35000 min–1, besonders zwischen 10000 und 25000 min–1. Bevorzugt beträgt die Drehzahl 20000 min–1.
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Des Weiteren ist die Oberfräse 10 in einem Automatikmodus betreibbar. Im Automatikmodus wird die Drehzahl automatisch in Abhängigkeit eines bearbeitungswerkzeug- und/oder anwendungsspezifischen Parameters geregelt. Ein bearbeitungswerkzeug- und/oder anwendungsspezifischer Parameter ist beispielsweise eine Vorschubgeschwindigkeit, ein Durchmesser und/oder eine geometrische Abmessung des Bearbeitungswerkzeugs beziehungsweise ein Material eines Bearbeitungswerkstücks.
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Im Ausführungsbeispiel in 1 ist an einem zweiten Gehäuseteil 31 der Oberfräse 10 eine Beleuchtungsvorrichtung 32 angeordnet. Die Beleuchtungsvorrichtung 32 kann aber auch am ersten Gehäuseteil 14 angeordnet sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 32 kann aber auch am Werkzeughalter angeordnet sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 32 kann ein Arbeitsfeld ausleuchten, aber auch optische Informationen auf eine Umgebung projizieren. Die Beleuchtungsvorrichtung 32 kann sowohl eine einzelne LED, als auch mehrere LEDs aufweisen. Die LEDs können in verschiedenen Bauformen und Größen vorgesehen sein. Die Beleuchtungsvorrichtung 32 kann aber auch als punktförmige Lichtquelle ausgeführt sein. Es ist aber auch denkbar, dass die Beleuchtungsvorrichtung 32 als Projektionsvorrichtung ausgeführt ist. Die Beleuchtungsvorrichtung 32 kann Beleuchtungselemente aufweisen, die verschiedengestaltig am ersten Gehäuseteil 14 und/oder am zweiten Gehäuseteil 31 angeordnet sein können.
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3 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberfräse 10. Hierbei ist die Beleuchtungsvorrichtung 32 als geschlossener Leuchtring 32a ausgebildet. Der Leuchtring 32a ist am zweiten Gehäuseteil 31 angeordnet. Der Leuchtring 32a kann aber auch am ersten Gehäuseteil 14 angeordnet sein. Der Leuchtring 32a kann aber auch am Werkzeughalter angeordnet sein. Der Leuchtring 30a kann mit dem zweiten Gehäuseteil 31 durch Kleben, Rasten, Klemmen, Clipsen oder dergleichen verbunden sein. Der Leuchtring 32a kann als Lichtleiter ausgeführt sein. Das vom Leuchtring 32a ausgesendete Licht kann unterschiedliche Farben aufweisen. Das vom Leuchtring 32a ausgesendete Licht kann in der Helligkeit variieren. Das vom Leuchtring 32a ausgesendete Licht kann ein Blinklicht sein, das periodisch die Helligkeit ändert.
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4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberfräse 10. Hierbei ist die Beleuchtungsvorrichtung 32 als Lauflicht 32b ausgebildet. Das vom Lauflicht 32b ausgesendete Licht kann insbesondere in Abhängigkeit eines die Oberfräse 10 charakterisierenden Parameters unterschiedliche Farben aufweisen. Das vom Lauflicht 32b ausgesendete Licht kann insbesondere in Abhängigkeit eines die Oberfräse 10 charakterisierenden Parameters in der Helligkeit variieren. Das Lauflicht 32b kann mit dem ersten Gehäuseteil 14 durch Kleben, Rasten, Klemmen, Clipsen oder dergleichen verbunden sein. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberfräse 10. Hierbei ist die Beleuchtungsvorrichtung 32 eine optische Anzeigevorrichtung 32c. Die optische Anzeigevorrichtung 32c ist dazu vorgesehen, dem Bediener der Oberfräse 10 eine die Parameter der Oberfräse 10 betreffende Anzeige bereitzustellen.
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Die Anzeige der Parameter der Oberfräse 10 kann beispielsweise durch folgende Anzeigemöglichkeiten realisiert werden:
- • Eine Änderung der Lichtfarbe
- • Eine Änderung der Lichtintensität
- • Lichtpulse unterschiedlicher Länge
- • Lichtpulse unterschiedlicher Helligkeit
- • Lauflicht mit Änderung der Laufrichtung des Lichts
- • Lichtpulse, variierend in Pulsfrequenz und/oder Helligkeit
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Des Weiteren sind weitere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Anzeigen der Parameter der Oberfräse 10 möglich.
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6 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Oberfräse 10. Die Oberfräse 10 ist mit einer Schnittstelle 34 ausgestattet, die dazu vorgesehen ist, einen Datenaustausch, insbesondere einen elektronischen Datenaustausch zwischen der Oberfräse 10, insbesondere der Elektronikeinheit 23 der Oberfräse 10 und einer externen Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit 36 zu ermöglichen. Der Datenaustausch zwischen der Elektronikeinheit 23 und der externen Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit 36 erfolgt bevorzugt kabellos, beispielsweise mit Hilfe einer Bluetoothverbindung, einer WLAN-Verbindung, einer NFC-Verbindung, einer Infrarotverbindung oder dergleichen. Die Elektronikeinheit 23 steuert und/oder regelt den elektromotorischen Antrieb 12 bevorzugt in Abhängigkeit der Parameter der Oberfräse 10.
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Die externe Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit 36 ist vorzugsweise als Smartphone ausgebildet, das eine App zu einer Kommunikation mit der Schnittstelle 34 aufweist. Es ist jedoch auch denkbar, dass die externe Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit 36 als externe, transportable Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit, als fest installierte Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit oder als weitere, einem Fachmann als sinnvoll erscheinende zentrale oder dezentrale Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist. Es kann somit vorteilhaft eine Synchronisation von elektronischen Daten ermöglicht werden. In der externen Kommunikations- und/oder Datenverarbeitungseinheit 36 hinterlegte Einstellungen können beispielsweise direkt auf die Oberfräse 10 übertragen werden, wie beispielsweise eine eingestellte Drehzahl, eine maximale Leistung oder dergleichen.
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Da bei Oberfräsen 10 mit elektronisch kommutierten Elektromotoren 12 die Elektronikeinheiten 23 leistungsfähiger und von Größe und Volumen größer ausgelegt ist als bei Bürstenmotoren, spielt die Kühlung eine immer wichtigere Rolle und hat die Notwendigkeit einer optimalen Kühlung zur Folge. Die Kühlung kann passiv oder aktiv ausgeführt sein. Bei der passiven Kühlung erfolgt der Abtransport der thermischen Energie durch Konvektion. Bei aktiver Kühlung wird die thermische Energie der zu kühlenden Komponente mit Hilfe eines Kühlsystems abtransportiert.
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Wie in 1 ersichtlich, ist das Kühlsystem ein Lüfter 38. Der Lüfter 38 ist auf der Abtriebswelle 16 angebracht und zwischen dem elektronisch kommutierten Elektromotor 12 und der Werkzeugspindel 18 angeordnet. Es ist aber auch denkbar, dass der Lüfter 38 nicht auf der Abtriebswelle 16 angebracht ist, sondern über Elemente wie Riemen oder Zahnräder mit der Abtriebswelle 16 verbunden ist. Genauso gut ist es denkbar, dass andere Kühlsysteme wie Peltierelemente, Kühlkörper, zusätzliche Aktoren mit Luftführungselementen oder dergleichen zum Einsatz kommen.
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Die Oberfräse 10 kann auch als netzbetriebene Oberfräse 10 ausgeführt sein, wie es in 7 dargestellt ist.
