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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrowerkzeug, insbesondere einen Elektroschrauber, umfassend einen Gyrosensor zur Ermittlung von Translationsbeschleunigungen und Rotationsbewegungen des Elektrowerkzeuges, eine Datenverarbeitungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Abweichung einer Ist-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges von einer Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges zu ermitteln, und eine Anzeigevorrichtung, welche ausgebildet ist, die ermittelte Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung anzuzeigen.
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In vielen technischen Bereichen werden Elektrowerkzeuge verwendet. So werden beispielsweise im Kraftfahrzeugbau Elektroschrauber verwendet, um Verschraubungen zu setzen. Problematisch ist es, wenn Verschraubungen schief angesetzt werden, da dann das Gewinde im Werkstück, wie beispielsweise einem Karosserieteil, beschädigt werden kann. Dies hat oft die Notwendigkeit der Nachbearbeitung des Werkstücks zur Folge. Die Nacharbeitung bedeutet einen Mehraufwand in der Fertigung und damit Kosten für das herstellende Unternehmen. Zudem ist es bei manchen Montageverfahren notwendig, dass eine bestimmte Reihenfolge der Verschraubungen eingehalten wird.
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Die
DE 10 2009 007 977 B4 offenbart eine Handwerkzeugmaschine mit einem Drehratensensor zur Erfassung eines Drehwinkels der Handwerkzeugmaschine. Die Handwerkzeugmaschine weist zudem eine Steuerelektronik zur Speicherung eines aktuell erfassten Drehwinkelwertes als Referenzwert auf eine benutzerseitige Eingabe auf. Die Steuerelektronik ist zum anschließenden fortlaufenden Vergleich eines aktuell erfassten Drehwinkelwertes mit dem Referenzwert ausgebildet. Ferner weist die Handwerkzeugmaschine eine Anzeigevorrichtung zur Anzeige des Vergleichsergebnisses als Maß der Winkelabweichung auf.
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Die
EP 1 908 542 A1 offenbart einen Elektroschrauber. Der Elektroschrauber ist ausgebildet, einen Winkelversatz des Elektroschraubers bezüglich einer Flächennormale eines Werkstückes zu bestimmen. Überschreitet der Winkelversatz einen vorbestimmten Winkel, wird der Elektroschrauber abgeschaltet.
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Aus der
WO 2006/020571 A2 ist ein Werkzeug bekannt, welches eine Bewegungs- und Orientierungsanzeige zur Anzeige der Position und Ausrichtung des Werkzeugs in Bezug auf einen Referenzort aufweist.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Elektrowerkzeug bereitzustellen, mit welchem eine mangelhafte Durchführung von Bearbeitungsschritten verhindert wird, und welches einen Werker bei der Einhaltung einer Reihenfolge von durchzuführenden Werkschritten unterstützt.
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Zur Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe wird ein Elektrowerkzeug, insbesondere ein Elektroschrauber, umfassend einen Gyrosensor zur Ermittlung von Translationsbeschleunigungen und Rotationsbewegungen des Elektrowerkzeuges, eine Datenverarbeitungseinheit, welche ausgebildet ist, eine Abweichung einer Ist-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges von einer Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges zu ermitteln, und eine Anzeigevorrichtung, welche ausgebildet ist, die ermittelte Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung anzuzeigen, vorgeschlagen, wobei das Elektrowerkzeug einen Lagesensor aufweist, und wobei die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges unter Verwendung von Sensorsignalen des Gyrosensors und des Lagesensors zu ermitteln.
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Bei dem Elektrowerkzeug kann es sich um einen Elektroschrauber, insbesondere um einen Elektroschrauber mit einem elektrisch kommutierten Elektromotor, handeln. Es kann sich jedoch auch um einen Drehmomentschlüssel, um eine Bohrmaschine oder um jedes weitere geeignete Elektrowerkzeug handeln.
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Unter einem Gyrosensor wird im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein Sensor verstanden, welcher in der Lage ist, Translationsbeschleunigungen sowie Rotationsbewegungen und Rotationsbeschleunigungen zu ermitteln. Die Sensorsignale des erfindungsgemäß vorgesehenen Gyrosensors können somit Aufschluss über Translations- und Rotations- bzw. Drehbewegungen des Elektrowerkzeuges im Raum geben. Der Gyrosensor misst somit bevorzugt ausschließlich Beschleunigungen. Unter einem Lagesensor wird ein Sensor verstanden, welcher ausgebildet ist, eine Ausrichtung des Elektrowerkzeuges im dreidimensionalen Raum zu ermitteln. Der Lagesensor misst dafür bevorzugt direkt die Ausrichtung des Elektrowerkzeuges und misst dabei weiter bevorzugt keine Beschleunigungen.
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Die Datenverarbeitungseinheit des Elektrowerkzeuges ist ausgebildet, eine Abweichung einer Ist-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges von einer Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges zu ermitteln und die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung auf einer Anzeigevorrichtung anzuzeigen.
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Hierdurch wird ein Werker bei der Durchführung von Bearbeitungsschritten eines Werkstückes unterstützt. Insbesondere wird es möglich, einen Ist-Kraftvektor zu ermitteln, oder eine Abweichung des Ist-Kraftvektors von einem Soll-Kraftvektor zu ermitteln und die Abweichung dem Werker anzuzeigen oder den ermittelten Ist-Kraftvektor für eine spätere Auswertung abzuspeichern.
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Im Falle eines als Elektroschrauber ausgebildeten Elektrowerkzeuges können mangelhafte Verschraubungen bei einem Werkstück durch einen schief angesetzten Elektroschrauber vermieden werden. Hierdurch wird die Notwendigkeit von Nachbearbeitungen an dem Werkstück verringert. Der Werker kann auf der Anzeigevorrichtung des Elektrowerkzeuges die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung, insbesondere des Ist-Kraftvektors vom Soll-Kraftvektor, ablesen und entsprechend das Elektrowerkzeug neu ausrichten, bis die Ist-Ausrichtung im Wesentlichen der Soll-Ausrichtung entspricht.
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Erfindungsgemäß ist nun vorgesehen, dass das Elektrowerkzeug zusätzlich zu dem Gyrosensor einen Lagesensor umfasst, und dass die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges unter Verwendung von Sensorsignalen des Gyrosensors und des Lagesensors zu ermitteln.
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Im Stand der Technik ist es bekannt, einen Referenzwert für die Ausrichtung eines Elektrowerkzeuges in einem Kalibrationsschritt festzulegen und anschließend anhand der Sensorsignale von einem Drehratensensor ausgehend von dem Referenzwert die aktuelle Ist-Ausrichtung zu berechnen. Nachteilig ist jedoch, dass eine fehlerhafte Kalibration der Ausrichtung zu Beginn zu einer kontinuierlich falschen Bestimmung der Ist-Ausrichtung führt.
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Der erfindungsgemäß verwendete Lagesensor ist bevorzugt dazu ausgebildet, die Ausrichtung des Elektrowerkzeuges direkt zu ermitteln. Hierdurch werden Kalibrationsfehler und deren Auswirkungen vermieden. Zudem bietet sich durch den Lagesensor die Möglichkeit der Überprüfung der über die Beschleunigungswerte des Gyrosensors ermittelbaren Ist-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges.
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Durch die Verwendung eines Gyrosensors und eines Lagesensors kann zudem in bevorzugter Weise eine räumliche Bewegung beziehungsweise eine räumliche Trajektorie des Elektrowerkzeuges ermittelt werden. So kann auf Basis der aus den Sensordaten des Lagesensors gewonnenen Ist-Ausrichtung und unter Hinzunahme der Beschleunigungswerte des Gyrosensors eine Bewegung des Elektrowerkzeuges im dreidimensionalen Raum sowie eine Änderung der Ausrichtung des Elektrowerkzeuges im dreidimensionalen Raum ermittelt werden. Für die Änderung der Ausrichtung können sowohl die Daten des Lagesensors als auch die des Gyrosensors herangezogen werden. Insbesondere bei Bearbeitungsverfahren, bei denen es auf die Reihenfolge der Bearbeitungsschritte, wie beispielsweise auf die Reihenfolge von zu setzenden Schraubverbindungen, ankommt, kann somit die tatsächlich vom Werker ausgeführte Reihenfolge der Bearbeitungsschritte überprüft und dokumentiert werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Gyrosensor ein 6-Achsen-Beschleunigungssensor ist und/oder dass der Lagesensor ein 3-Achsen-Lagesensor ist, und/oder dass der Gyrosensor und der Lagesensor einen 9-Achsen-Ausrichtungssensor bilden.
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Der Gyrosensor ist insbesondere ausgebildet, Translationsbeschleunigungen entlang der drei räumlichen Achsen, beispielsweise der X-, Y- und Z-Achse, sowie Rotationsbewegungen und Rotationsbeschleunigungen um die drei räumlichen Achsen, insbesondere um die X-, Y- und Z-Achse zu ermitteln. Der Lagesensor ist ausgebildet, eine Ausrichtung des Elektrowerkzeuges bezüglich der drei räumlichen Achsen, insbesondere der X-, Y- und Z-Achse, zu ermitteln. Bevorzugt können der Gyrosensor und der Lagesensor in einer Sensoreinheit, insbesondere in einem 9-Achsen-Ausrichtungssensor zusammengefasst sein.
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Ebenso kann der Gyrosensor aus zwei Sensoreinheiten bestehen, wobei eine erste Sensoreinheit Translationsbeschleunigungen misst, und wobei eine zweite Sensoreinheit Rotationsbewegungen und Rotationsbeschleunigungen misst.
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Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass der Lagesensor ein Magnetometer ist. Der Lagesensor kann somit die Ausrichtung des Elektrowerkzeuges bezüglich des Erdmagnetfeldes oder künstlicher Magnetfelder bestimmen. Insbesondere ist der Lagesensor ein 3-Achsen-Magnetometer.
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Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass der Gyrosensor ein Piezo-Element umfasst.
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Gyrosensoren auf Basis von Piezo-Technik sind äußerst präzise und daher besonders geeignet für den Einsatz in einem erfindungsgemäßen Elektrowerkzeug.
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Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Elektrowerkzeug eine Positionsbestimmungsvorrichtung aufweist.
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Die Positionsbestimmungsvorrichtung ist bevorzugt dazu ausgebildet, eine absolute Position des Elektrowerkzeuges im dreidimensionalen Raum zu bestimmen. In Kombination mit der Bestimmung der Ausrichtung des Elektrowerkzeuges auf Basis des Lagesensors und/oder des Gyrosensors sowie unter Verwendung der aus den Sensordaten ermittelten Bewegung des Elektrowerkzeuges im Raum kann somit die absolute Trajektorie des Elektrowerkzeuges im Raum kontinuierlich ermittelt werden.
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Die Positionsbestimmungsvorrichtung kann eine funkbasierte Positionsbestimmungsvorrichtung sein. Beispielsweise können Wifi-Signale oder Bluetooth-Signale für die Positionsbestimmung verwendet werden.
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Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass die Anzeigevorrichtung ein Display und/oder eine Vielzahl von LEDs aufweist, wobei die LEDs bevorzugt in zwei im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordneten Reihen angeordnet sind.
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Liegt eine Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges vor, so kann dem Werker durch Anzeige auf dem Display oder durch entsprechendes Ein- und Ausschalten von LEDs die Fehlausrichtung mitgeteilt werden. Sind die LEDs in zwei im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordneten Reihen angeordnet, so kann dem Werker auf einfache Weise eine Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtungen angezeigt werden.
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Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass eine Freigabevorrichtung, insbesondere ein Relais, vorgesehen ist, wobei die Datenverarbeitungseinheit und die Freigabevorrichtung ausgebildet sind, eine Bedienung des Elektrowerkzeuges zu verhindern, wenn die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet.
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Weicht die Ist-Ausrichtung und/oder der Ist-Kraftvektor des Elektrowerkzeuges zu stark von der Soll-Ausrichtung und/oder dem Soll-Kraftvektor ab, so kann durch Abschaltung des Elektrowerkzeuges mittels der Freigabevorrichtung verhindert werden, dass ein Bearbeitungsschritt durchgeführt wird. Dies verhindert eine kostenintensive Nachbearbeitung der Werkstücke.
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Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass eine Speichervorrichtung vorgesehen ist, wobei die Datenverarbeitungseinheit bevorzugt ausgebildet ist, weiter bevorzugt nach Betätigung eines Bedienelements durch einen Benutzer, die Ist-Ausrichtung, und bevorzugt eine Ist-Position, in der Speichervorrichtung zu speichern.
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Das Bedienelement kann beispielsweise als ein Taster am Werkzeug abgebildet sein.
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Die Ist-Position kann dabei entweder mittels der Positionsbestimmungsvorrichtung oder durch Kombination der Sensordaten des Gyrosensors und/oder des Lagesensors ermittelt werden. Beispielsweise kann ein Werker jeden Bearbeitungsschritt mittels des Bedienelements bestätigen. Die Ist-Ausrichtung und bevorzugt die Ist-Position des Elektrowerkzeuges kann dann in einer Speichervorrichtung abgespeichert werden und später mit einer Soll-Ausrichtung und gegebenenfalls einer Soll-Position verglichen werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass in der Speichervorrichtung eine Vielzahl von Soll-Ausrichtungen, und bevorzugt den Soll-Ausrichtungen zugeordneten Soll-Positionen, abspeicherbar oder abgespeichert ist.
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Die Soll-Ausrichtungen und/oder die zugeordneten Soll-Positionen können beispielsweise vorab in der Speichervorrichtung abgelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, die Soll-Ausrichtungen beziehungsweise Soll-Positionen durch Durchführung der vorgesehenen Bearbeitungsschritte mit dem Elektrowerkzeug zu ermitteln und abzuspeichern. Beispielsweise können bei der ersten Durchführung der vorgesehenen Bearbeitungsschritte jeweils die Ist-Ausrichtungen und gegebenenfalls die Ist-Positionen, bevorzugt durch Betätigung eines Bedienelements, abgespeichert werden. Die abgespeicherten Ist-Ausrichtungen und gegebenenfalls die abgespeicherten Ist-Positionen können dann für die erneute Durchführung der Bearbeitungsschritte als Soll-Ausrichtungen und gegebenenfalls als Soll-Positionen verwendet werden.
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Bevorzugt ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, unter Verwendung der Sensorsignale des Gyrosensors und des Lagesensors eine Ist-Position des Elektrowerkzeugs zu ermitteln.
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So kann eine erste Ist-Position beispielsweise händisch abgespeichert oder mittels einer Positionsbestimmungsvorrichtung ermittelt werden. Auf Basis der Ist-Position und durch Integration von vom Gyrosensor gemessenen Beschleunigungswerten und gegebenenfalls unter Zuhilfenahme der Sensorinformationen des Lagesensors kann dann kontinuierlich die Ist-Position ermittelt werden.
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Mit weiterem Vorteil ist vorgesehen, dass die Datenverarbeitungseinheit ausgebildet ist, eine Abfolge von Ist-Ausrichtungen, und bevorzugt von den Ist-Ausrichtungen zugeordneten Ist-Positionen, mit Soll-Ausrichtungen, und bevorzugt von den Soll-Ausrichtungen zugeordneten Soll-Positionen, zu vergleichen und/oder zu dokumentieren.
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Mit weiterem Vorteil kann vorgesehen sein, dass das Elektrowerkzeug einen Drehmomentsensor aufweist.
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Durch die Verwendung eines Drehmomentsensors wird es möglich, ein vom Drehmomentsensor gemessenes Drehmoment mit der Ist-Ausrichtung und gegebenenfalls einer Ist-Position zu verbinden. Damit wird es möglich, Handhabungen von unterschiedlichen Elektrowerkzeugen, insbesondere Elektroschraubern zu reduzieren, bei denen das Drehmoment unterschiedlich, aber der Schraubkopf oder die Mutter gleich sind. Ferner wird es hierdurch möglich, Schraubfälle aus unterschiedlichen Tätigkeiten zusammenzulegen und Einsparungen im Prozess bei der Anzahl der Schrauber zu erreichen.
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Eine weitere Lösung der der Erfindung zugrundeliegenden Aufgabe besteht in der Verwendung eines vorbeschriebenen Elektrowerkzeuges in einem Fertigungsverfahren, insbesondere im Kraftfahrzeugbau.
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Die Erfindung wird nachstehend näher anhand der beigefügten Figuren erläutert. Es zeigen
- 1 eine schematische Aufsicht auf ein Elektrowerkzeug,
- 2 eine Verwendung des Elektrowerkzeuges bei falscher Ist-Ausrichtung, und
- 3 eine Verwendung des Elektrowerkzeuges bei korrekter Ist-Ausrichtung.
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1 zeigt eine schematische Aufsicht auf ein Elektrowerkzeug 100, welches als Elektroschrauber 10 ausgebildet ist. Das Elektrowerkzeug 100 umfasst einen Gyrosensor 11 zur Ermittlung von Translationsbeschleunigungen und Rotationsbewegungen des Elektrowerkzeuges 100 sowie eine Datenverarbeitungseinheit 12. Ferner umfasst das Elektrowerkzeug 100 einen Lagesensor 13, welche im vorliegen Fall als Magnetometer 14 ausgebildet ist. Der Lagesensor 13, beziehungsweise das Magnetometer 14, ist ausgebildet, die Ausrichtung des Elektrowerkzeuges 100 im Raum zu bestimmen, indem die Ausrichtung in Bezug auf das Erdmagnetfeld oder zu künstlichen Magnetfeldern ermittelt wird.
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Die Datenverarbeitungseinheit 12 kann auf Basis der Sensorsignale des Gyrosensors 11 und des Lagesensors 13 kontinuierlich die Ist-Ausrichtung und deren Veränderung sowie gegebenenfalls die Ist-Position des Elektrowerkzeuges 100 im Raum bestimmen. Die Datenverarbeitungseinheit 12 ist ferner ausgebildet, die ermittelten Ist-Ausrichtungen und gegebenenfalls Ist-Positionen mit in einer Speichervorrichtung 15 des Elektrowerkzeuges 100 gespeicherten Soll-Ausrichtungen und gegebenenfalls Soll-Positionen zu vergleichen. Überschreitet die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung einen vorbestimmten Grenzwert, so kann diese Abweichung einem Werker, wie in den 2 und 3 gezeigt, auf einer Anzeigevorrichtung 16 des Elektrowerkzeugs 100 angezeigt werden, wie nachstehend erläutert wird.
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2 zeigt eine Verwendung des Elektrowerkzeuges 100 in einem Bearbeitungsschritt, bei dem die Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung des Elektrowerkzeuges 100 abweicht. Im gezeigten Fall ist das Elektrowerkzeug 100 zu tief angesetzt. Die Anzeigevorrichtung 16 wird durch zwei im Wesentlichen senkrecht zueinander ausgerichteten Reihen 17a, 17b von LEDs 18 gebildet. Durch Aufleuchten der einzelnen LEDs 18 kann dem Werker der Grad der Fehlerausrichtung angezeigt werden. Wenn der Werker, wie in 3 gezeigt, die Ist-Ausrichtung korrigiert, so leuchtet im gezeigten Fall eine zentrale LED 18a der kreuzförmigen Anordnung der LEDs 18 auf. Durch Aufleuchten der zentralen LED 18a wird dem Werker angezeigt, dass das Elektrowerkzeug 100 korrekt ausgerichtet ist.
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Zurückkehrend zur 1 weist das Elektrowerkzeug 100 ferner eine als Relais 19 ausgebildete Freigabevorrichtung 20 auf. Ist die Abweichung der Ist-Ausrichtung von der Soll-Ausrichtung zu groß, so schaltet die Freigabevorrichtung 20 das Elektrowerkzeug 100 ab. Hierdurch wird verhindert, dass Bearbeitungsschritte, zum Beispiel das Setzen von Verschraubungen, mangelhaft durchgeführt werden.
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Die Datenverarbeitungseinheit 12 ist zudem ausgebildet, auf Basis der Sensorinformation des Gyrosensors 11 und des Lagesensors 13 eine dreidimensionale Trajektorie des Elektrowerkzeuges 100 im Raum sowie dessen jeweilige Ist-Ausrichtung zu ermitteln. Hierdurch wird es möglich, komplexe Bearbeitungsschritte, wie zum Beispiel die Vornahme von Verschraubungen in einer bestimmten Reihenfolge, zu verfolgen und zu dokumentieren. Hierfür können in der Speichervorrichtung 15 des Elektrowerkzeuges 100 Soll-Ausrichtungen und gegebenenfalls Soll-Positionen abgespeichert werden, welche dann mit den ermittelten Ist-Ausrichtungen und gegebenenfalls Ist-Positionen verglichen werden. Um eine Ist-Position oder eine Ist-Ausrichtung abzuspeichern, kann zudem ein als Taster 21 ausgebildetes Bedienelement 22 an dem Elektrowerkzeug 100 vorgesehen sein. Durch Betätigung des Bedienelementes 22 wird die ermittelte Ist-Ausrichtung und gegebenenfalls die Ist-Position in der Speichervorrichtung 15 für die spätere Verarbeitung abgespeichert. Zur Verbesserung der Bestimmung der Ist-Position kann zusätzliche eine Positionsbestimmungsvorrichtung 23 vorgesehen sein, welche beispielsweise funkbasiert ist und auf WLAN- oder Bluetooth-Signalen beruht.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Elektrowerkzeug
- 10
- Elektroschrauber
- 11
- Gyrosensor
- 12
- Datenverarbeitungseinheit
- 13
- Lagesensor
- 14
- Magnetometer
- 15
- Speichervorrichtung
- 16
- Anzeigevorrichtung
- 17a
- Reihe
- 17b
- Reihe
- 18
- LED
- 18a
- Zentrale LED
- 19
- Relais
- 20
- Freigabevorrichtung
- 21
- Taster
- 22
- Bedienelement
- 23
- Positionsbestimmungsvorrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102009007977 B4 [0003]
- EP 1908542 A1 [0004]
- WO 2006/020571 A2 [0005]
