DE102020005412A1

DE102020005412A1 - Alignment aid for hand-held machines

Info

Publication number: DE102020005412A1
Application number: DE102020005412.9A
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-09-04
Filing date: 2020-09-04
Publication date: 2022-03-10

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung, mit der handgeführte Maschinen und Geräte, insbesondere Bohrmaschinen, Akkuschrauber, Akkubohrer, Gewindebohrer, Hobel und Heckenscheren, frei im Raum nach einer Referenzorientierung ausgerichtet werden können. Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass die absolute Orientierung (im dreidimensionalen Raum) einer Maschine durch Messung von Schwere- und Magnetfeld der Erde mit Hilfe geeigneter Sensoren bestimmt werden kann. Die aktuelle Orientierung wird mit einer Referenzorientierung verglichen. Die Abweichung wird durch geeignete Mittel an der Vorrichtung oder Maschine dargestellt. Mit einer Referenzierhilfe kann die Referenzierung der Maschine beispielsweise genau senkrecht zu einer beliebigen Fläche durchgeführt werden. Eine Referenzierung am Schwere- und/oder Magnetfeld der Erde ist ebenfalls möglich. Durch zusätzlich Signale erhält der Anwender ein Feedback über die Ausrichtung ohne die Anzeige an der Maschine ständig im Blick haben zu müssen.The invention relates to a device with which hand-held machines and devices, in particular drills, cordless screwdrivers, cordless drills, screw taps, planes and hedge trimmers, can be aligned freely in space according to a reference orientation. The invention is characterized in that the absolute orientation (in three-dimensional space) of a machine can be determined by measuring the gravitational and magnetic fields of the earth using suitable sensors. The current orientation is compared to a reference orientation. The deviation is represented by suitable means on the device or machine. With a referencing aid, the machine can be referenced exactly perpendicular to any surface, for example. A reference to the earth's gravity and/or magnetic field is also possible. Additional signals give the user feedback on the alignment without having to keep an eye on the display on the machine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a device according to the preamble of claim 1.

Um von Hand geführte Maschinen senkrecht zu einer Oberfläche auszurichten, gibt es verschiedene Möglichkeiten. Zum Beispiel kann eine Bohrmaschine mit Hilfe eines Haarwinkels senkrecht zu einer Oberfläche ausgerichtet werden. DE20109136 beschreibt eine Vorrichtung für eine Bohrmaschine bei der mittels Wasserwaage-Libelle waagerecht oder senkrecht gebohrt werden kann. DE202017000927U1 zeigt wie der Bohrer einer Handbohrmaschine mit Hilfe einer Bohrvorrichtung geführt werden kann. Eine weitere Möglichkeit ist die Verwendung von Taschenspiegeln, wie von SteffenH am 29. August 2011 in https://www.woodworker.de/forum/threads/senkrecht-bohren-u-u-mit-freiem-hand.87060/ beschrieben.There are several ways to align hand-held machines perpendicular to a surface. For example, a drill can be aligned perpendicular to a surface using a sharp angle. EN20109136 describes a device for a drill that can be used to drill horizontally or vertically using a spirit level dragonfly. DE202017000927U1 shows how the drill of a hand drill can be guided with the help of a drilling jig. Another possibility is the use of pocket mirrors, as described by SteffenH on August 29, 2011 in https://www.woodworker.de/forum/threads/senkrecht-bohren-uu-mit-freiem-hand.87060/.

Bei gewölbten, sehr kleinen oder unregelmäßigen Flächen ist der Haarwinkel, die Taschenspiegel und die Bohrvorrichtung aus DE202017000927U1 nur unzureichend oder gar nicht anwendbar. Eine genaue Ausrichtung mit dem Haarwinkel ist zeitaufwändig. Während des Bohrens kann die Ausrichtung nicht kontrolliert werden. Die Taschenspiegel müssen extra befestigt werden. Außerdem müssen die Spiegel immer im Blickfeld sein. Bei der Verwendung von einer oder mehrerer Libellen, ist die Ausrichtung der Maschine auf das Schwerefeld der Erde beschränkt, auch wenn die Libellen einstellbar sind. Die Ausrichtung ist somit nur in 2 Dimensionen möglich. Außerdem kann die Maschine bei waagerechten Bohrungen nicht frei um die Bohrachse gedreht werden. Die Libelle muss immer oben sein.For curved, very small or irregular surfaces, the hair angle, the pocket mirror and the drilling device are off DE202017000927U1 insufficient or not applicable at all. Accurate alignment with the hair angle is time consuming. Alignment cannot be checked while drilling. The pocket mirrors must be attached separately. In addition, the mirrors must always be in the field of vision. When using one or more spirit levels, although the spirit levels are adjustable, the alignment of the machine with the earth's gravitational field is limited. Alignment is therefore only possible in 2 dimensions. In addition, the machine cannot be rotated freely around the drilling axis when drilling horizontally. The level must always be at the top.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine einfache Vorrichtung zu schaffen, die eine schnelle und präzise Ausrichtung handgeführter Maschinen, insbesondere Bohrmaschinen, Akkuschrauber, Akkubohrer, Gewindebohrer, Hobel und Heckenscheren im Raum über alle 3 Dimensionen ermöglicht.The object of the invention is to create a simple device that enables quick and precise alignment of hand-held machines, in particular drills, cordless screwdrivers, cordless drills, screw taps, planes and hedge trimmers in space across all 3 dimensions.

Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruch 1 gelöst.This object is achieved by a device having the features of claim 1.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass eine Maschine, ein Gerät oder eine Hilfsvorrichtung nach einer beliebig im Raum orientierten Fläche ausgerichtet werden kann. Die Ausrichtung kann also frei in 3 Dimensionen erfolgen. Außerdem ist eine beliebig definierte Ausrichtung ohne Bezugsfläche im Raum möglich. So lässt sich beispielsweise eine Gefällebohrung herstellen, ohne sich an einer Fläche orientieren zu müssen. Die Ausrichtung ist während des kompletten Bohr-, Schneid-, oder Schraubvorgangs überwachbar. Somit kann eine Abweichung von der gewünschten Ausrichtung schnell erkannt und ggf. noch korrigiert werden. Das senkrechte Bohren, Gewindeschneiden und Schrauben an kleinen, unregelmäßigen oder gewölbten Flächen ist möglich. Zusätzliche Ausrichthilfen werden nach dem Ansetzen des Bohrers, Geschwindeschneiders oder der Schraube nicht benötigt. Mit Hilfe der Erfindung kann eine Maschine, ein Gerät oder eine Hilfsvorrichtung auch in einem definierten Winkel zu einer Oberfläche ausgerichtet werden. Die Anzeige und Kontrolle der Bohrtiefe ist möglich und verhindert so beispielsweise einen ungewollten Mauerdurchbruch oder ermöglicht definierte Sacklöcher. Beim Gewindescheiden kann der Gewindeschneider koaxial zum Kernloch geführt werden, wodurch der Gewindeschneider nicht abbricht. Die Erfindung ermöglicht es im Trockenbau, die Schaube schnell senkrecht zur Wand auszurichten. Dadurch wird die Deckpappe einer Gipskartonplatte nicht beschädigt und die Schraube ist plan zur Oberfläche. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass bei zu kleinen oder unregelmäßigen Flächen die Referenzierung auch an anderen, aber gleich orientierten, Flächen vorgenommen werden kann. Die Maschine muss also nicht direkt an der zu bohrenden Fläche ausgerichtet werden. Vorteilhaft ist auch, dass die Vorrichtung in eine Maschine integrierbar ist oder als zusätzliches Gerät angebracht werden kann. Für die Ausrichtung ist es außerdem von Vorteil, dass die Maschine beliebig um die Bohrachse gedreht werden kann, ohne den Ausrichtvorgang zu beeinflussen. Durch zusätzlich Signale erhält der Anwender ein Feedback über die Ausrichtung ohne die Anzeige an der Maschine ständig im Blick haben zu müssen. Das ist besonders von Vorteil, wenn die Maschine an schwer zugänglichen Stellen benutzt wird.The advantage of the invention is that a machine, a device or an auxiliary device can be aligned with any spatially oriented surface. The alignment can therefore be done freely in 3 dimensions. In addition, any defined orientation in space is possible without a reference surface. For example, a sloped bore can be produced without having to orientate oneself to a surface. Alignment can be monitored throughout the drilling, cutting or screwing process. In this way, a deviation from the desired alignment can be quickly recognized and, if necessary, corrected. Perpendicular drilling, tapping and screwing on small, irregular or curved surfaces is possible. Additional alignment aids are not required after applying the drill, thread cutter or screw. With the help of the invention, a machine, a device or an auxiliary device can also be aligned at a defined angle to a surface. The display and control of the drilling depth is possible and thus prevents, for example, an unintentional wall breakthrough or allows defined blind holes. When cutting threads, the tap can be guided coaxially to the core hole, which means that the tap does not break off. The invention makes it possible in drywall to quickly align the screw perpendicular to the wall. As a result, the cover cardboard of a plasterboard is not damaged and the screw is level with the surface. A further advantage is that if surfaces are too small or irregular, the referencing can also be carried out on other surfaces that are oriented in the same way. The machine therefore does not have to be aligned directly with the surface to be drilled. It is also advantageous that the device can be integrated into a machine or attached as an additional device. It is also an advantage for the alignment that the machine can be rotated around the drilling axis as required without affecting the alignment process. Additional signals give the user feedback on the alignment without having to keep an eye on the display on the machine. This is particularly advantageous when the machine is used in places that are difficult to access.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are shown in the drawings and are described in more detail below.

Es zeigen

1: eine Akkubohrmaschine mit integrierter Ausrichthilfe, kombiniertem Sensor, großen Display und Vibrationsmotor; und
2: eine kabelgebundene Maschine mit aufgesteckter Ausrichthilfe, einzelnen Sensoren, Fadenkreuzdisplay und Piezo-Summer; und
3: eine Referenzierhilfe für eben Flächen; und
4: eine Referenzierhilfe für schmale Flächen mit rechtwinkliger Hilfsfläche

Show it

1 : a cordless drill with integrated alignment aid, combined sensor, large display and vibration motor; and
2 : a wired machine with attached alignment aid, individual sensors, crosshair display and piezo buzzer; and
3 : a reference aid for flat surfaces; and
4 : a referencing aid for narrow surfaces with a right-angled auxiliary surface

Bei einer Akkubohrmaschine (1) wird eine Ausrichthilfe integriert, die aus mindestens 3 Komponenten besteht: einem Sensor (4) zur Ermittlung der absoluten Orientierung im Raum, einem Taster (3) bzw. (11) um die aktuelle Orientierung als Referenz zu speichern und einer Möglichkeit die Abweisung der aktuellen Orientierung zur Referenzorientierung darzustellen. In 1 ist das ein Display (2) und in 2 einzelne LEDs als Fadenkreuz (7) angeordnet. Als Sensoren zur Bestimmung der absoluten Orientierung im Raum wird ein Beschleunigungssensor (zur Messung der Erdbeschleunigung) und ein Magnetfeldsensor (zur Messung des Erdmagnetfeldes) verwendet. Ein optionaler Rotationssensor stabilisiert die gemessene Orientierung. Die 2 bzw. 3 Sensoren können einzeln (8) oder als ein kombinierter Sensor (4), bei dem die verschiedenen Sensoren integriert sind, verwendet werden. Die Auswertung der Sensorsignale und die Weiterverarbeitung übernimmt ein Mikrocontroller, der entweder schon vorhanden ist oder extra für die Ausrichthilfe installiert wird. In 2 ist die Ausrichtungshilfe (9) nicht integriert, sondern wird als zusätzliches Gerät aufgesteckt. Auch andere Befestigungsformen wie Bajonettverschluss, Aufschrauben, Aufdrehen oder magnetisch anhaften sind mögliche Anwendungsbeispiele.An alignment aid is integrated into a cordless drill (1), which consists of at least 3 components: a sensor (4) for determining the absolute orientation in space, a button (3) or (11) for the current orientation as a reference to save and a possibility to display the rejection of the current orientation to the reference orientation. In 1 is that a display (2) and in 2 individual LEDs arranged as crosshairs (7). An acceleration sensor (to measure the acceleration due to gravity) and a magnetic field sensor (to measure the earth's magnetic field) are used as sensors for determining the absolute orientation in space. An optional rotation sensor stabilizes the measured orientation. The 2 or 3 sensors can be used individually (8) or as a combined sensor (4), in which the various sensors are integrated. A microcontroller, which either already exists or is specially installed for the alignment aid, is responsible for evaluating the sensor signals and for further processing. In 2 the alignment aid (9) is not integrated, but is attached as an additional device. Other forms of attachment such as a bayonet catch, screwing on, turning on or attaching magnetically are possible examples of use.

Um senkrecht zu einer Oberfläche bohren zu können, muss die senkrechte Achse zunächst referenziert werden. Dazu wird entweder die Maschine senkrecht zu der Oberfläche gehalten oder die Ausrichthilfe (9) wird abgesteckt und direkt auf die Oberfläche aufgesetzt. Um die Ausrichtung der Maschine an einer Oberfläche zu erleichtern, können Referenzierhilfen wie in den 3 und 4 verwendet werden. Wobei die Referenzierhilfe (12) für größere Flächen geeignet ist. Die Referenzierhilfe (14) eignet sich für schmale Flächen mit rechtwinkliger Kante, wie beispielsweise die Stirnseite eines Brettes. In beiden Fällen wird die Referenzierhilfe mittels Anschlussstück (13) bzw. (15) direkt in den Bithalter gesteckt oder in das Bohrfutter gespannt. Ist eine Fläche zu klein oder unregelmäßig, kann auch eine andere Fläche mit gleicher Orientierung als Referenzfläche verwendet werden. Die Maschine muss also nicht direkt an der zu bohrenden Fläche ausgerichtet werden. Wird die Ausrichtungshilfe direkt auf eine Oberfläche aufgesetzt, kann auf eine Referenzierhilfe, wie in 3 und 4, verzichtet werden. Eine weitere Möglichkeit um die Referenzorientierung zu bestimmen, ist die Festlegung einer bestimmten Richtung nach dem Schwere- und/oder dem Magnetfeld der Erde. Somit kann festgelegt werden, dass definiert senkrecht, waagerecht oder in einem bestimmten Winkel zur Erdbeschleunigung gebohrt, gefräst oder geschraubt werden soll. Gleiches gilt für das Magnetfeld und die Kombination beider Felder. Ist die Maschine ausgerichtet bzw. die Ausrichtungshilfe positioniert, wird mittels Tastendruck (3) bzw. (11) oder einer anderen Eingabemöglichkeit die aktuelle absolute Orientierung im Raum als Referenzorientierung gespeichert. Alternativ kann die Referenzorientierung auch in einer Datenbank, also mehrere Speicherplätze, organisiert und geladen werden.In order to drill perpendicular to a surface, the perpendicular axis must first be referenced. To do this, either the machine is held perpendicular to the surface or the alignment aid (9) is unplugged and placed directly on the surface. In order to facilitate the alignment of the machine on a surface, referencing aids can be used as shown in the 3 and 4 be used. The referencing aid (12) is suitable for larger areas. The referencing aid (14) is suitable for narrow surfaces with right-angled edges, such as the face of a board. In both cases, the referencing aid is inserted directly into the bit holder or clamped into the drill chuck using the connection piece (13) or (15). If a surface is too small or irregular, another surface with the same orientation can be used as a reference surface. The machine therefore does not have to be aligned directly with the surface to be drilled. If the alignment aid is placed directly on a surface, a reference aid, as in 3 and 4 , be waived. Another way to determine the reference orientation is to define a specific direction according to the earth's gravity and/or magnetic field. It can thus be specified that drilling, milling or screwing should be carried out in a defined vertical, horizontal or at a certain angle to the gravitational acceleration. The same applies to the magnetic field and the combination of both fields. If the machine is aligned or the alignment aid is positioned, the current absolute orientation in space is saved as the reference orientation by pressing a button (3) or (11) or another input option. Alternatively, the reference orientation can also be organized and loaded in a database, i.e. several memory locations.

Ein Mikrocontroller, der hier nicht expliziert dargestellt ist, vergleicht ständig die aktuelle Orientierung im Raum mit der gespeicherten Referenzorientierung. Die Abweichung wird beispielsweise als Fadenkreuz (7) mit einzelnen LEDs oder auf einem Display (2) als virtuelle Libelle, Pfeil und/oder als absolute Abweichung in ° oder % dargestellt. Zur Anzeige kann ein Farbdisplay oder monochromes Display verwendet werden. Auch ein Farbverlauf oder die Änderung der Hintergrundfarbe kann zum darstellen der Abweichung verwendet werden. Mit Hilfe der Beschleunigungssensoren können optional auch die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Bohrtiefe ermittelt werden. Die Referenzierung der „Null-Tiefe“ muss dabei gesondert erfolgen.A microcontroller, which is not explicitly shown here, constantly compares the current orientation in space with the stored reference orientation. The deviation is shown, for example, as crosshairs (7) with individual LEDs or on a display (2) as a virtual dragonfly, arrow and/or as an absolute deviation in ° or %. A color display or a monochrome display can be used for the display. A gradient or changing the background color can also be used to show the deviation. With the help of the acceleration sensors, the feed rate and/or the drilling depth can optionally also be determined. The referencing of the "zero depth" must be done separately.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel werden auch Maschinenparameter wie Akkustand, Drehzahl oder Drehmoment ermittelt und auf dem Display dargestellt. Eine weitere mögliche Option besteht darin, Einstellung wie Grenzdrehzahl oder Grenzmoment über das Display vornehmen zu können.In a further exemplary embodiment, machine parameters such as battery level, speed or torque are also determined and shown on the display. Another possible option is to be able to make settings such as limit speed or limit torque via the display.

Damit der Anwender nicht immer einen direkten Blick auf das Display bzw. die Anzeige haben muss, können auch zusätzliche Hilfskomponenten für ein direktes Feedback in Form von optischen, akustischen und/oder haptischen Signalen integriert werden. Beispielsweise kann immer ein Signal abgegeben werden, wenn die Referenzorientierung in vorgegebenen oder einstellbaren Grenzen erreicht und/oder verlassen wird. Als Signale eignen sich aufblitzen am Display (2), einer zusätzlichen LED oder der Bohrfeldbeleuchtung, falls vorhanden. In 2 dient ein Piezo-Summer (10) als akustisches Signal. Für ein haptisches Feedback kann ein Vibrationsmotor (5) wie in 1 eingesetzt werden. Die oben genannten Signale lassen sich auch als Feedback für andere Eigenschaften wie Bohrtiefe, Drehzahl oder Drehmoment anwenden.So that the user does not always have to look directly at the display or the display, additional auxiliary components can also be integrated for direct feedback in the form of optical, acoustic and/or haptic signals. For example, a signal can always be emitted when the reference orientation is reached and/or left within predetermined or adjustable limits. Flashing lights on the display (2), an additional LED or the drill field lighting, if available, are suitable as signals. In 2 a piezo buzzer (10) serves as an acoustic signal. A vibration motor (5) as in 1 be used. The signals mentioned above can also be used as feedback for other properties such as drilling depth, speed or torque.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, den Antrieb der Maschine erst bei Erreichen einer ausreichend genauen Ausrichtung freizugeben oder beim Verlassen dieser und/oder erreichen einer festgelegten Bohrtiefe abzuschalten.A further possibility is to release the drive of the machine only when a sufficiently precise alignment has been reached or to switch it off when leaving this and/or reaching a specified drilling depth.

In einem weiteren aber nicht dargestellten Anwendungsbeispiel wird die Ausrichtungshilfe über eine drahtlose oder drahtgebundene Verbindung mit einem zusätzlichen Gerät, z. B. Smartphone, Smartwatch, Tablet oder Laptop, gekoppelt. All die zuvor genannten Anzeigen, Einstellungen oder ein Feedback zur Ausrichtung können dann über das gekoppelte Gerät erfolgen. Auch die Festlegung der Referenzorientierung kann über die Sensoren der gekoppelten Geräte erfolgen.In another application example, which is not shown, the alignment aid is connected to an additional device, e.g. g. smartphone, smartwatch, tablet or laptop. All of the aforementioned displays, settings, or alignment feedback can then be done through the paired device. Also the determination of the Refe orientation can take place via the sensors of the connected devices.

Die Anwendung der Ausrichtungshilfe ist auch in weiteren Maschinen und Geräten wie Heckenschere, Gewindebohrmaschinen, Trockenbauschrauber, Akkuschrauber, handgeführte Fräsmaschinen oder Hobel anwendbar. Die Ausrichtungshilfe ist allgemein an kabelgebundenen und akkubetriebenen Maschinen und Geräten einsetzbar.The alignment aid can also be used in other machines and devices such as hedge trimmers, tapping machines, drywall screwdrivers, cordless screwdrivers, hand-held milling machines or planers. The alignment aid can generally be used on corded and battery-powered machines and devices.

In einem weiteren Anwendungsbeispiel ist die Ausrichtungshilfe abnehmbar und kompatibel mit mehreren Geräten und/oder Gerätetypen. Dadurch wird nur eine Ausrichtungshilfe benötigt, die dann wahlweise an der verwendeten Maschine angebracht wird.In another example of use, the alignment aid is removable and compatible with multiple devices and/or device types. As a result, only one alignment aid is required, which can then be optionally attached to the machine used.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

DE 20109136 [0002]
DE 202017000927 U1 [0002, 0003]

Claims

Device with which hand-held machines and devices, in particular drills, cordless screwdrivers, cordless drills, taps, planes and hedge trimmers, can be freely aligned in space according to a reference orientation, characterized in that the absolute alignment of the machine in space, over all 3 dimensions, by means of suitable sensors by measuring the gravity and magnetic fields of the earth.

device after claim 1 , characterized in that the machine can be aligned according to a reference alignment or reference orientation.

device after claim 1 and 2 , characterized in that the deviation of the current orientation from the reference orientation is shown as a number in the form of an angle and/or percentage, as a virtual spirit level and/or as a pointer on a display (2) and/or by arranging individual LEDs (7). .

device after Claims 1 and 2 , characterized in that the device is integrated into the machine or can be attached to the machine as an additional device.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the absolute alignment or orientation of the machine in space is determined by means of individual magnet and acceleration sensors or a combined 9-axis sensor.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference alignment or reference orientation is carried out directly according to the earth's magnetic and/or gravitational field.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the reference alignment or reference orientation is determined by placing the device on a surface or by placing the machine with attached referencing aid (12) or (14) on a surface.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that optical, haptic or acoustic signal transmitters signal when the reference orientation has been reached or left.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that additional information can be read from the machine, entered and/or displayed or processed.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that a change in speed and/or position is determined, displayed or signaled with the aid of the acceleration sensors.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that additional devices can be coupled with suitable sensors and/or display options, which in turn can then be used for referencing, display or position determination.