DE102017104143A1

DE102017104143A1 - Fortschrittanzeige für eine Bohrmaschine

Info

Publication number: DE102017104143A1
Application number: DE102017104143.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Klingbeil
Original assignee: Ergobionik GmbH
Current assignee: Ergobionik GmbH
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-08-30
Also published as: CN108500347A; CN108500347B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fortschrittanzeige für eine Bohrmaschine, vorzugsweise eine elektrisch angetriebene Bohrmaschine.
Um eine Möglichkeit zur Anzeige des Bohrfortschritts anzugeben, welche mit günstigen technischen Mitteln realisierbar ist, soll die Fortschrittanzeige einerseits einen Ultraschallsender sowie einen dazu passenden Ultraschallempfänger und andererseits eine Anzeige umfassen, die jeweils mit einer ebenfalls vorgesehenen elektronischen Baugruppe elektrisch verbunden sind und mit dieser zusammenwirken, wobei die elektronische Baugruppe dazu eingerichtet ist, zum einen den Ultraschallsender kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern, so dass der Ultraschallsender ein Ultraschallsignal, welches durch eine zu bohrende Fläche reflektiert wird, aussendet, und zum anderen anhand der reflektierten, von dem Ultraschallempfänger empfangenen und in die elektronische Baugruppe eingespeisten Ultraschallsignal den Phasenwinkel Phi zwischen gesendetem Ultraschallsignal und empfangenem Ultraschallsignal zu bestimmen und anhand dieses Werts dann den Bohrfortschritt zu ermitteln und an die Anzeige weiterzugeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fortschrittanzeige für eine Bohrmaschine, vorzugsweise eine elektrisch angetriebene Bohrmaschine.
Aus der Praxis ist das Problem bekannt, dass beim Bohren von Löchern nicht über eine gewisse Tiefe hinaus gebohrt werden soll oder darf. Um dies zu verhindern, sind zunächst mechanische Tiefenanschläge als Hilfsmittel entwickelt worden. Die Akzeptanz bei den Nutzern entsprechender Bohrmaschinen ist jedoch nicht besonders gut. Stattdessen behelfen sich viele Anwender mit einem Stück Klebeband oder einer farbigen Markierung, welche an angeeigneter Stelle am Bohrer vorgesehen wird, so dass man hierdurch erkennen kann, wenn die gewünschte Bohrtiefe erreicht wird.
Ein aufwändigeres Verfahren mit technischen Hilfsmitteln ist in der Druckschrift DE 10 2005 049 130 A1 offenbart. Dort wird ein Radarsensor zur Abstandsbestimmung eingesetzt wird, was jedoch alleine aufgrund der damit verbundenen Kosten keine Verbreitung gefunden hat.
Alternativ wurde auch eine Entfernungsmessung mittels Ultraschall beschrieben (vgl. DE 28 55 217 A1 ), wobei die Entfernung mittels einer Laufzeitmessung eines Ultraschallsignals bestimmt wird.
Nachteilig hierbei ist, dass die Laufzeitmessung eines Ultraschallsignals nur dann praktikable Ergebnisse im Nahbereich liefert, wenn der Ultraschallimpuls eine Trägerfrequenz von mehr als 100 kHz besitzt. Die hierzu erforderlichen Ultraschallwandler sind jedoch ebenfalls recht kostspielig.
Aufgabe der Erfindung ist es, die vorgenannten Nachteile zu vermeiden und eine Möglichkeit zur Anzeige des Bohrfortschritts anzugeben, welche mit günstigen technischen Mitteln realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine gattungsgemäße Fortschrittanzeige, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fortschrittanzeige einerseits einen Ultraschallsender sowie einen dazu passenden Ultraschallempfänger und andererseits eine Anzeige umfasst, die jeweils mit einer ebenfalls vorgesehenen elektronischen Baugruppe elektrisch verbunden sind und mit dieser zusammenwirken, wobei die elektronische Baugruppe dazu eingerichtet ist, zum einen den Ultraschallsender kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern, so dass der Ultraschallsender ein Ultraschallsignal, welches durch eine zu bohrende Fläche reflektiert wird, aussendet, und zum anderen anhand der reflektierten, von dem Empfänger empfangenen und in die elektronische Baugruppe eingespeisten Ultraschallsignal den Phasenwinkel Phi zwischen gesendetem Ultraschallsignal und empfangenem Ultraschallsignal zu bestimmen und anhand dieses Werts dann den Bohrfortschritt zu ermitteln und an die Anzeige weiterzugeben.
Dabei ist der Phasenwinkel Phi über die Schallgeschwindigkeit c und die Frequenz f mit der Länge l durch die Formel I = Phi*c/(2*Pi*f) verknüpft. Ermittelt man bei zwei aufeinander folgenden Messungen die Längen l1 und l2, dann entspricht die Hälfte der Differenz l1 - l2 dem Bohrfortschritt zwischen den Messungen.
Vorzugsweise kann die elektronische Baugruppe weiterhin dazu ausgebildet sein, in regelmäßigen zeitlichen Abständen den Phasenwinkel Phi zu bestimmen und die dabei ermittelten Bohrfortschritte aufzuaddieren. Die Summe der Bohrfortschritte ergibt dann die aktuelle Bohrtiefe, die in der Anzeige angezeigt wird.
Erfindungsgemäß kann die elektronische Baugruppe weiterhin so ausgebildet sein, dass die zeitlichen Abstände in Abhängigkeit von der Frequenz f so kurz ausgebildet sind, dass der Bohrfortschritt während eines zeitlichen Abstandes kleiner als eine Viertelwellenlänge des Ultraschallsignals ist. Dadurch ist erkennbar, wenn der Phasenwinkel Phi ein erstes Intervall der Länge 2*Pi verlassen hat und in das nächste Intervall der Länge 2*Pi eingetreten ist. Dies ist vorliegend erforderlich, damit sicher beurteilt werden kann, ob ein Bohrfortschritt erzielt wurde oder aber der Bohrer stattdessen etwas zurückgezogen wurde.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird weiterhin auch gelöst durch eine gattungsgemäße Fortschrittanzeige, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass die Fortschrittanzeige einerseits einen Ultraschallsender sowie einen dazu passenden Ultraschallempfänger und andererseits eine Anzeige umfasst, die jeweils mit einer ebenfalls vorgesehenen elektronischen Baugruppe elektrisch verbunden sind und mit dieser zusammenwirken, wobei die elektronische Baugruppe dazu eingerichtet ist, zum einen den Ultraschallsender kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern, welches mit einem niederfrequenten Signal in der Amplitude moduliert wird, so dass der Ultraschallsender ein Ultraschallsignal, welches durch eine zu bohrende Fläche reflektiert wird, aussendet und zum anderen anhand des reflektierten, von dem Ultraschallempfänger empfangenen und in die elektronische Baugruppe eingespeisten Ultraschallsignals den Phasenwinkel Phi zwischen dem aufmodulierten Niederfrequenzsignal des gesendeten und des empfangenen Ultraschallsignals zu bestimmen und anhand dieses Wertes dann den Bohrfortschritt zu ermitteln und an die Anzeige weiterzugeben.
Erfindungsgemäß kann das Niederfrequenzsignal eine Wellenlänge haben, welche größer ist als das Doppelte des größten zu erwartenden Abstandes zwischen Fortschrittsanzeige und Fläche. Hierdurch kann der bei der ersten erfindungsgemäßen Lösung beschriebene Intervallwechsel nicht auftreten.
Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Fortschrittanzeige weiterhin mit einer Eingabevorrichtung, vorzugsweise in Form eines Tasters, ausgestattet sein, wobei die Eingabevorrichtung mit der elektronischen Baugruppe elektrisch verbunden ist, und wobei die elektronische Baugruppe weiterhin so ausgebildet ist, dass bei Betätigung der Eingabevorrichtung die elektronische Baugruppe den bislang aufsummierten Bohrfortschritt auf null setzt.
Erfindungsgemäß kann die Fortschrittanzeige in eine Bohrmaschine integriert sein.
Alternativ kann die Fortschrittanzeige als ein an einer Bohrmaschine lösbar anbringbares Zusatzgerät ausgebildet sein. Dabei kann das Zusatzgerät vorteilhafterweise als ein Zusatzhandgriff ausgebildet sein.
Im Folgenden werden in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert. Es zeigen:

1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fortschrittanzeige in einem Zustand „1“,
2 den Gegenstand nach 1 in einem Zustand „2“ und
3 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fortschrittanzeige

In allen Figuren werden für gleiche bzw. gleichartige Bauteile übereinstimmende Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt eine Fortschrittanzeige 1 für eine in der Zeichnung nicht dargestellte Bohrmaschine.
Die Fortschrittanzeige 1 weist einen Ultraschallsender 3 sowie einen dazu passenden Ultraschallempfänger 4 auf. Auch ist eine Anzeige 6 vorgesehen, welche den Bohrfortschritt anzeigt. Der Ultraschallsender 3, der Ultraschallempfänger 4 und die Anzeige 6 sind jeweils mit einer ebenfalls vorgesehenen elektronischen Baugruppe 2 elektrisch verbunden und wirken mit dieser zusammen.
Dabei ist die elektronische Baugruppe 2 dazu eingerichtet, zum einen den Ultraschallsender 2 kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern. Somit sendet der Ultraschallsender 3 ein Ultraschallsignal 7 aus, welches durch eine zu bohrende Fläche 9 reflektiert wird.
Zum anderen ist die elektronische Baugruppe 2 dazu eingerichtet, anhand des reflektierten, von dem Ultraschallempfänger 4 empfangenen und in die elektronische Baugruppe eingespeisten Ultraschallsignals 8 den Phasenwinkel Phi zwischen gesendetem Ultraschallsignal 7 und empfangenem Ultraschallsignal 8 zu bestimmen und anhand dieses Wertes dann den Bohrfortschritt zu ermitteln und diesen an die Anzeige 6 weiterzugeben.
Verwendet werden kann ein preiswerter und leicht erhältlicher Ultraschallsender 3 mit einer Resonanzfrequenz f von zum Beispiel 40 kHz und ein dazu passender Ultraschallempfänger 4. Üblicherweise sollte die Fläche 9 weitgehend plan sein. Der Phasenwinkel Phi ist über die Schallgeschwindigkeit c und der Frequenz f mit einer Länge l durch die Formel I = Phi*c/(2*Pi*f) verknüpft.
In 1 ist die Fortschrittanzeige 1 in einer Entfernung x1 von der planen Fläche 9, die zum Beispiel eine Wand sein kann, gezeigt. In 2 befindet sich die Fortschrittanzeige 1 in Folge des Bohrfortschritts nun in einer geringeren Entfernung x2 zu der planen Fläche 9.
In 1 beträgt der Phasenwinkel Phi1, und in 2 beträgt der Phasenwinkel Phi2, die jeweils einer Länge l1 und einer Länge l2 entsprechen. Die Hälfte der Differenz l1 - l2 entspricht dabei dem Bohrfortschritt. Die elektronische Baugruppe 2 bestimmt in regelmäßigen zeitlichen Abständen den Phasenwinkel Phi und addiert die dabei ermittelten Bohrfortschritte auf. Die Summe der Bohrfortschritte ergibt die aktuelle Bohrtiefe, die in einer Anzeige 6 angezeigt wird.
Die zeitlichen Abstände werden dabei so kurz gewählt, dass ausgeschlossen werden kann, dass während dieser Zeit ein Bohrfortschritt von einer Viertelwellenlänge oder mehr des Ultraschallsignals 7, 8 erzielt werden kann. Dadurch ist erkennbar, ob der Phasenwinkel Phi ein erstes Intervall der Länge 2*Pi verlassen hat und in das nächste Intervall der Länge 2*Pi eingetreten ist. Das ist erforderlich, um sicher beurteilen zu können, dass ein Bohrfortschritt erzielt wurde und der Bohrer nicht stattdessen ein Stück zurückgezogen wurde.
In einer weiteren Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, ist die elektronische Baugruppe 2 abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, den Ultraschallsender 3 kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern, welches mit einem niederfrequenten Signal 10 in der Amplitude moduliert wird.
Zudem ist die elektronische Baugruppe 2 abweichend vom ersten Ausführungsbeispiel dazu eingerichtet, bei dem von dem Empfänger empfangenen und in die elektronische Baugruppe eingespeisten Ultraschallsignal den Phasenwinkel Phi des aufmodulierten Niederfrequenzsignals 10 zwischen gesendetem Ultraschallsignal 7 und empfangenem Ultraschallsignals 8 zu bestimmen und daraus den Bohrfortschritt zu ermitteln und an die Anzeige 6 weiterzugeben.
Das Niederfrequenzsignal 10 hat dabei eine Wellenlänge, die größer ist als das Doppelte des größten zu erwartenden Abstandes zwischen Fortschrittanzeige 1 und Fläche 9. Gemessen wird nun nicht die Phasenverschiebung des Ultraschallsignals 7, 8, sondern die Phasenverschiebung des aufmodulierten Niederfrequenzsignals 10, die wiederum proportional zu einer Länge ist.
Da der Abstand zwischen Fortschrittanzeige 1 und Fläche 9 zu Beginn des Bohrens unbestimmt ist, weil er u. a. von der Länge des verwendeten Bohrers abhängt, ist die Fortschrittanzeige 1 mit einer Eingabevorrichtung 5 ausgestattet, bei deren Betätigung die elektronische Baugruppe 2 den bislang aufsummierten Bohrfortschritt auf null setzt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102005049130 A1 [0003]
DE 2855217 A1 [0004]

Claims

Fortschrittanzeige (1) für eine Bohrmaschine, vorzugsweise eine elektrisch angetriebene Bohrmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortschrittanzeige (1) einerseits einen Ultraschallsender (3) sowie einen dazu passenden Ultraschallempfänger (4) und andererseits eine Anzeige (6) umfasst, die jeweils mit einer ebenfalls vorgesehenen elektronischen Baugruppe (2) elektrisch verbunden sind und mit dieser zusammenwirken, wobei die elektronische Baugruppe (2) dazu eingerichtet ist, zum einen den Ultraschallsender (3) kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern, so dass der Ultraschallsender (3) ein Ultraschallsignal (7), welches durch eine zu bohrende Fläche (9) reflektiert wird, aussendet, und zum anderen anhand der reflektierten, von dem Ultraschallempfänger (4) empfangenen und in die elektronische Baugruppe (2) eingespeisten Ultraschallsignal (8) den Phasenwinkel Phi zwischen gesendetem Ultraschallsignal (7) und empfangenem Ultraschallsignal (8) zu bestimmen und anhand dieses Werts dann den Bohrfortschritt zu ermitteln und an die Anzeige (6) weiterzugeben.
Fortschrittanzeige (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Baugruppe (2) weiterhin dazu ausgebildet ist, in regelmäßigen zeitlichen Abständen den Phasenwinkel Phi zu bestimmen und die dabei ermittelten Bohrfortschritte aufzuaddieren.
Fortschrittanzeige (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Baugruppe (2) weiterhin so ausgebildet ist, dass die zeitlichen Abstände in Anhängigkeit von der Frequenz f so kurz ausgebildet sind, dass der Bohrfortschritt während eines zeitlichen Abstandes kleiner als eine Viertelwellenlänge des Ultraschallsignals (7, 8) ist.
Fortschrittanzeige (1) für eine Bohrmaschine, vorzugsweise eine elektrisch angetriebene Bohrmaschine, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortschrittanzeige (1) einerseits einen Ultraschallsender (3) sowie einen dazu passenden Ultraschallempfänger (4) und andererseits eine Anzeige (6) umfasst, die jeweils mit einer ebenfalls vorgesehenen elektronischen Baugruppe (2) elektrisch verbunden sind und mit dieser zusammenwirken, wobei die elektronische Baugruppe (2) dazu eingerichtet ist, zum einen den Ultraschallsender (3) kontinuierlich mit einem Signal der Frequenz f anzusteuern, welches mit einem niederfrequenten Signal (10) in der Amplitude moduliert wird, so dass der Ultraschallsender (3) ein Ultraschallsignal (7), welches durch eine zu bohrende Fläche (9) reflektiert wird, aussendet, und zum anderen anhand des reflektierten, von dem Ultraschallempfänger (4) empfangenen und in die elektronische Baugruppe (2) eingespeisten Ultraschallsignals (8) den Phasenwinkel Phi zwischen dem aufmodulierten Niederfrequenzsignal (10) des gesendeten Ultraschallsignals (7) und des empfangenen Ultraschallsignals (8) zu bestimmen und anhand dieses Werts dann den Bohrfortschritt zu ermitteln und an die Anzeige (6) weiterzugeben.
Fortschrittanzeige (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Niederfrequenzsignal (10) eine Wellenlänge hat, welche größer ist als das Doppelte des größten zu erwartenden Abstandes zwischen Fortschrittanzeige (1) und Fläche (9)
Fortschrittanzeige (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortschrittanzeige (1) weiterhin mit einer Eingabevorrichtung (5), vorzugsweise in Form eines Tasters, ausgestattet ist, welche mit der elektronischen Baugruppe (2) elektrisch verbunden ist, wobei die elektronische Baugruppe (2) weiterhin so ausgebildet ist, dass bei Betätigung der Eingabevorrichtung (5) die elektronische Baugruppe (2) den bislang aufsummierten Bohrfortschritt auf null setzt.
Fortschrittanzeige (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortschrittanzeige (1) in eine Bohrmaschine integriert ist.
Fortschrittanzeige (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Fortschrittanzeige (1) als ein an einer Bohrmaschine lösbar anbringbares Zusatzgerät ausgebildet ist.
Fortschrittanzeige (1) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass das Zusatzgerät als ein Zusatzhandgriff ausgebildet ist.