DE102021202241A1

DE102021202241A1 - Werkzeugsystem, Antriebseinheit und Werkzeugkopf

Info

Publication number: DE102021202241A1
Application number: DE102021202241.3A
Authority: DE
Inventors: Luciano Sgarra
Original assignee: Joiners Bench GmbH; JOINER'S BENCH GmbH
Current assignee: Joiners Bench GmbH; JOINER'S BENCH GmbH
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2022-09-15
Also published as: EP4067003A1

Abstract

Es wird ein Werkzeugsystem (1) aufweisend eine Antriebseinheit (2) und mindestens einen, auf die Antriebseinheit (2) aufsetzbaren Werkzeugkopf (3) vorgeschlagen, wobei die Antriebseinheit (2) einen Antrieb, eine Steuerung, ein Verbindungselement (4) und eine Schnittstelle (5) aufweist, wobei das Verbindungselement (4) dazu konfiguriert ist, den auf die Antriebseinheit (2) aufgesetzten Werkzeugkopf (3) lösbar formschlüssig zu arretieren, wobei der Antrieb dazu konfiguriert ist, eine mechanische Kraft auf den arretierten Werkzeugkopf (3) zu übertragen, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, über die Schnittstelle (5) eine Kennung des Werkzeugkopfes (3) zu identifizieren und in Abhängigkeit von der identifizierten Kennung einen Betriebsmodus des Antriebs aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi auszuwählen. Ferner werden eine Antriebseinheit (2) und ein Werkzeugkopf (3) vorgeschlagen.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Werkzeugsystem aufweisend eine Antriebseinheit und mindestens einen, auf die Antriebseinheit aufsetzbaren Werkzeugkopf. Die Erfindung betrifft ferner eine Antriebseinheit und einen Werkzeugkopf.
Werkzeugsysteme mit wechselbaren Werkzeugköpfen sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungsformen bekannt. Derartige Werkzeugsysteme weisen typischerweise eine, insbesondere als Handgerät ausgebildete, Antriebseinheit auf, auf die verschiedene Werkzeugköpfe aufgesetzt werden können. Sofern ein Werkzeugkopf mit einem individuellen Modus betrieben werden muss, erfolgen die entsprechenden Einstellungen in der Regel manuell durch den Benutzer. Werden die verwendeten Werkzeugköpfe und die damit ausgeführten Arbeiten protokolliert, so erfolgt dies üblicherweise über die Aufzeichnung einer Kennung bzw. Typenbezeichnung der Werkzeuge und der verwendeten Materialien.
Ein Beispiel für derartige Werkzeugsysteme sind Presswerkzeuge, bei denen die Antriebseinheit die für die Bearbeitung aufzubringende Kraft erzeugt und durch eine mechanische Kopplung auf den jeweils eingesetzten Presseinsatz (Pressbacke) überträgt. Üblicherweise ist der Presseinsatz dabei auf eine bestimmte Nennkraft, einen maximalen Hub und einen bestimmten Größenbereich der zu bearbeitenden Werkstücke ausgelegt. Diese Betriebsparameter müssen vor der Inbetriebnahme des Werkzeugs eingestellt werden, wodurch sich nicht nur der Arbeitsablauf verzögert, sondern zusätzlich Störungen oder Schäden durch inkorrekte Einstellungen auftreten können.
Offenbarung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Werkzeugsystem mit wechselbaren Köpfen zur Verfügung zu stellen, bei dem die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Werkzeugsystem gelöst, das eine Antriebseinheit und mindestens einen, auf die Antriebseinheit aufsetzbaren Werkzeugkopf aufweist, wobei die Antriebseinheit einen Antrieb, eine Steuerung, ein Verbindungselement und eine Schnittstelle aufweist, wobei das Verbindungselement dazu konfiguriert ist, den auf die Antriebseinheit aufgesetzten Werkzeugkopf lösbar formschlüssig zu arretieren, wobei der Antrieb dazu konfiguriert ist, eine mechanische Kraft auf den arretierten Werkzeugkopf zu übertragen, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, über die Schnittstelle eine Kennung des Werkzeugkopfes zu identifizieren und in Abhängigkeit von der identifizierten Kennung einen Betriebsmodus des Antriebs aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi auszuwählen.
Durch das erfindungsgemäße Werkzeugsystem ist es vorteilhafterweise möglich, dass ein wechselbarer Werkzeugkopf durch die Antriebseinheit automatisiert erkannt und in einer, spezifisch auf den Werkzeugkopf abgestimmten Art und Weise betrieben werden kann. Dadurch wird nicht nur der Bedienungskomfort erhöht und der Arbeitsablauf verkürzt, sondern zusätzlich eine Fehleinstellung oder unsachgemäße Benutzung des Werkzeugsystems verhindert. Vorzugsweise ist die Antriebseinheit ein Handgerät, insbesondere ein kabelloses Handgerät, das mit einer integrierten Energiespeichereinheit ausgestattet ist. Insbesondere kann es sich bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugsystem um ein Presswerkzeugsystem mit austauschbaren Werkzeugköpfen handeln, wobei jeder Werkzeugkopf mit spezifischen Betriebsparametern, wie Presskraft, Presszeit und/oder maximalem Hub betrieben wird. Denkbar ist auch, dass durch den Betriebsmodus nur bestimmte Grundeinstellungen oder Bereiche der Betriebsparameter festgelegt werden und eine genauere Auswahl durch den Benutzer erfolgt. In diesem Fall erfolgt die Auswahl des Betriebsmodus in Abhängigkeit der Kennung des Werkzeugkopfes und einer zusätzlichen Einstellung des Benutzers. Die automatische Auswahl des Betriebsmodus kann auch in Abhängigkeit der Kennung des Werkzeugkopfes und einer Kennung des zu bearbeitenden Werkstücks erfolgen. Insbesondere weist das Werkzeugsystem neben dem Werkzeugkopf mindestens einen weiteren Werkzeugkopf, vorzugsweise eine Mehrzahl weiterer Werkzeugköpfe auf, die unterschiedliche Kennungen aufweisen und mit jeweils unterschiedlichen Betriebsmodi verbunden sind.
Der Werkzeugkopf wird durch Aufsetzen und Arretieren auf der Antriebseinheit befestigt. Vorzugsweise erfolgt das Arretieren durch einen Rastmechanismus, bei dem der aufgesetzte Werkzeugkopf beispielsweise durch eine Drehbewegung in eine Schließstellung gebracht wird und formschlüssig in dieser Stellung einrastet. In der arretierten Stellung sind die Antriebseinheit und der Werkzeugkopf mechanisch derart gekoppelt, dass eine von der Antriebseinheit erzeugte Kraft auf den Werkzeugkopf übertragen wird. Die Kraftübertragung kann durch ein mechanisches Kopplungselement wie beispielsweise einen Kolben oder Stößel realisiert werden, wobei das mechanische Element durch die Antriebseinheit in Bewegung versetzt wird und die von der Antriebseinheit aufgebrachte Kraft durch mechanischen Kontakt auf den Werkzeugkopf überträgt. Die durch den Kontakt übertragene Kraft ist dabei insbesondere parallel zu einer Längsachse der Antriebseinheit und/oder des Werkzeugkopfes gerichtet und weist von der Antriebseinheit weg. Alternativ kann die Kraft auch zur Antriebseinheit hin weisen oder zwischen beiden Richtungen oszillieren. Denkbar ist auch, dass die Antriebseinheit eine Drehung des mechanischen Kopplungselements antreibt und auf diese Weise ein Drehmoment auf den Werkzeugkopf überträgt, wobei die Drehachse insbesondere parallel zur Längsachse der Antriebseinheit und/oder des Werkzeugkopfes gerichtet ist.
Erfindungsgemäß weist die Antriebseinheit eine Schnittstelle auf, die insbesondere der Informationsübertragung zwischen Werkzeugkopf und Antriebseinheit dient und die es erlaubt, die Kennung des Werkzeugkopfes an die Steuerung der Antriebseinheit zu übermitteln. Auf Grundlage der Kennung wird anschließend durch die Steuerung ein Betriebsmodus der Antriebseinheit festgelegt und der Werkzeugkopf dem Modus entsprechend betrieben. Der Betriebsmodus wird durch die Kennung vorzugsweise vollständig bestimmt, d.h. die Auswahl des Betriebsmodus basiert auf einer festen Zuordnung zwischen Kennung und Betriebsmodus, wobei denkbar ist, dass diese Zuordnung durch den Benutzer konfiguriert werden kann. Insbesondere liegen in einem Speicher der Antriebseinheit, z.B. in einem Register der Steuerung, Daten über die möglichen Kennungen und die zugehörigen Betriebsmodi vor und die Bestimmung des Betriebsmodus erfolgt durch Abruf dieser Speicherinhalte bzw. einen Vergleich der identifizierten Kennung mit den gespeicherten Kennungen. Alternativ ist auch denkbar, dass die Steuerung der Antriebseinheit die identifizierte Kennung des Werkzeugkopfes an eine externe Vorrichtung überträgt und von dieser den in Abhängigkeit von der Kennung ermittelten Betriebsmodus empfängt. Vorzugsweise ist die Steuerung dazu konfiguriert, den Betrieb des Werkzeugkopfes zu blockieren, wenn keine Kennung identifiziert wurde oder die identifizierte Kennung keinem Betriebsmodus zugeordnet werden kann.
Vorzugsweise ist die Schnittstelle eine mechanische Schnittstelle, eine elektronische Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle. Eine mechanische Schnittstelle kann beispielsweise auf Basis eines Schlüssel-Schloss-Prinzips realisiert werden, bei dem ein Strukturelement in eine komplementär geformte Ausnehmung formschlüssig eingreift und die Kennung des Werkzeugkopfes durch diesen formschlüssigen Eingriff identifiziert wird. Insbesondere kann der Werkzeugkopf eine mechanische Codierung in Form eines Profils oder einer Kontur, z.B. einer Mehrzahl von Vorsprüngen und/oder Ausnehmungen, aufweisen, die von einer komplementären Struktur der Antriebseinrichtung durch Kontakt bzw. Abtasten identifiziert wird. Beispielsweise kann beim mechanischen Kontakt der beiden komplementären Strukturen ein Schalter oder eine Mehrzahl von Schaltern der Antriebseinheit betätigt werden. Bei einer elektronischen Schnittstelle wird beim Aufsetzen des Werkzeugkopfes mindestens ein elektrisch leitender Kontakt zur Antriebseinheit hergestellt und die Kennung des Werkzeugkopfes wird durch ein elektrisches Signal ausgelesen. Insbesondere kann der Werkzeugkopf zu diesem Zweck eine integrierte Schaltung, beispielsweise einen Mikrochip enthalten, die dazu konfiguriert ist, mit der Steuerung der Antriebseinheit über ein digitales Spannungssignal zu kommunizieren. Im einfachsten Fall weist der Werkzeugkopf ein oder mehrere elektrische Kontaktelemente auf, deren Anordnung die Kennung des Werkzeugkopfes codiert und die beim Aufsetzen einen von mehreren elektrischen Schaltkreisen der Antriebseinheit schließen und so die Identifizierung der Kennung ermöglichen. Bei einer Funkschnittstelle wird die Kennung des Werkzeugkopfes mittels elektromagnetischer Wellen drahtlos zur Steuerung des Antriebsgeräts übertragen, wobei die Informationsübertragung beispielsweise über einen aktiven oder passiven Transponder, insbesondere über ein RFID- oder NFC-System („radio-frequency identification“ bzw. „near field communication“) erfolgen kann. Weitere Möglichkeiten ergeben sich durch eine Datenübertragung mittels Bluetooth oder WLAN. Vorzugsweise weist der Werkzeugkopf einen entsprechenden Sender zur Übermittelung des elektromagnetischen Signals auf. Weiterhin ist es möglich, die Kennung durch eine externe Kamera (z.B. eines Smartphones), einen externen Scanner oder einen externen Sensor zu identifizieren und drahtlos an die Antriebseinheit zu übertragen. Grundsätzlich ist auch denkbar, Schnittstellen zu verwenden, bei denen die Kennung des Werkzeugkopfes teilweise auf mechanischem Wege und teilweise durch eine elektronisches Signal übermittelt wird. Denkbar ist weiterhin, dass durch eine mechanische Codierung sichergestellt wird, dass nur für den Werkzeugbetrieb geeignete Werkzeugköpfe auf die Antriebseinheit aufgesetzt werden können, während die Kennung getrennt davon über eine elektronische Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle übertragen wird. Die Übertragung der Kennung kann bei all diesen Gestaltungsmöglichkeiten jeweils beim Aufsetzen und/oder beim Arretieren stattfinden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Schnittstelle einen optischen oder akustischen Sensor, einen Magnetfeldsensor oder einen Stromsensor auf.
Vorzugsweise ist der Sensor an der Antriebseinheit, beispielsweise an dem Verbindungselement angeordnet, während der Werkzeugkopf einen Signalgeber oder ein Erkennungsmerkmal aufweist, das durch den entsprechenden Sensor detektiert werden kann. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Lichtquelle, eine reflektierende Fläche oder optische Kennung, einen akustischen Signalgeber, eine Stromquelle, einen elektrischen Widerstand oder einen Magneten bzw. ein Magnetelement handeln. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise um einen Licht- oder Farbsensor handeln und als Erkennungsmerkmal kann eine Lichtquelle, bzw. die Farbe einer Fläche oder einer Lichtquelle dienen, wobei die Kennung des Werkzeugkopfes durch die Farbe bzw. deren RGB-Wert codiert wird. Das Erkennungsmerkmal kann ein zweidimensionaler optischer Code (Barcode, QR-Code) sein, der sich über einen Laserscanner oder über eine Kamera einlesen lässt. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Kennung in einer dreidimensionalen Formgebung zu codieren, die über eine Kamera aufgenommen und beispielsweise durch eine Bilderkennungssoftware der Kennung zugeordnet wird. Die Kennung kann auch durch ein von einem magnetischen Element erzeugtes Feld übermittelt werden, das über einen Magnetfeldsensor detektiert wird. Das Feld kann dabei sowohl von einem Permanentmagneten oder durch Induktion erzeugt werden. Im Falle eines akustischen Sensors kann es sich insbesondere um einen Ultraschallsensor handeln und die Kennung kann entsprechend durch ein Ultraschallsignal codiert werden. Weiterhin kann das akustische Signal über einen Lautsprecher erzeugt und durch ein Mikrofon empfangen werden. Im Falle eines Stromsensors kann die Kennung durch einen inneren Widerstand codiert werden. Die Detektion der Kennung kann weiterhin auf eine induktive oder kapazitive Weise erfolgen oder durch mikroskopische bzw. radiologische Methoden zur Detektion von Nanopartikeln.
Bei dem erfindungsgemäßen Werkzeugsystem ist es darüber hinaus auch möglich, dass die Antriebseinheit neben der Schnittstelle mindestens eine weitere Schnittstelle aufweist. Beispielsweise kann die Kennung des Werkzeugkopfes über die (erste) Schnittstelle erkannt und über die weitere (zweite) Schnittstelle verifiziert werden. Die erste Schnittstelle kann auch dazu dienen, die Kennung des Werkzeugkopfes zu identifizieren, während die zweite Schnittstelle eine Kennung des zu bearbeitenden Werkstücks identifiziert und/oder weitere Betriebsdaten oder Betriebseinstellungen einliest. Grundsätzlich sind hierfür Kombinationen aller der oben beschriebenen Ausgestaltungen möglich. Vorzugsweise handelt es sich bei der zweiten Schnittstelle um eine optische Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle. Insbesondere können die Verifizierung der Kennung des Werkzeugkopfes und/oder die Identifikation der Kennung des Werkstücks durch das Einlesen eines optischen Codes erfolgen. Alternativ kann die Verifizierung und/oder Identifikation über einen drahtlosen Datenaustausch mit einer externen Rechnereinrichtung oder einer mobilen Recheneinheit (Notebook, Tablet, Smartphone) erfolgen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass der Betriebsmodus eine Amplitude der auf den Werkzeugkopf übertragenen mechanischen Kraft und/oder eine Amplitude einer Bewegung des Werkzeugkopfes festlegt und/oder einen zeitlichen Verlauf der mechanischen Kraft und/oder der Bewegung des Werkzeugkopfes festlegt. Unter der Amplitude der Kraft ist insbesondere die von der Antriebseinheit aufgebrachte Maximalkraft bzw. das maximale Drehmoment zu verstehen, während die Amplitude der Bewegung insbesondere dem maximalen Hub des Werkzeugkopfes und/oder des mechanischen Kopplungselements der Antriebseinheit entspricht. Beispielsweise kann für einen Werkzeugkopf eine bestimmte Maximalkraft oder ein bestimmter Kraftbereich vorgesehen sein, der nach der Identifizierung der Kennung automatisch eingestellt wird. Ebenso kann ein bestimmter maximaler Hub oder ein entsprechender Bereich je nach Kennung eingestellt werden. Der Betriebsmodus kann auch Betriebsparameter festlegen, die den spezifischen zeitlichen Verlauf der Kraft bzw. Bewegung beeinflussen. Beispiele sind hier die Zeitdauer, über die die Kraft aufgebracht wird oder die Frequenz einer periodisch aufgebrachten Kraft bzw. Bewegung. Ganz allgemein kann durch den Betriebsmodus die momentane Kraft bzw. Bewegungsamplitude als Funktion der Zeit festgelegt werden, also insbesondere deren zeitlicher Anstieg und Abfall.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Antrieb ein hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Antrieb. Bei einem hydraulischen Antrieb weist der Antrieb eine Pumpvorrichtung auf, die eine Hydraulikflüssigkeit, insbesondere ein Hydrauliköl, mit Druck beaufschlagt und über den Druck ein mechanisches Kopplungselement in Bewegung versetzt, so dass eine mechanische Kraft auf den Werkzeugkopf übertragen wird. Beispielsweise kann die Hydraulikflüssigkeit in einen Druckzylinder gepumpt werden und einen verschiebbaren Kolben antreiben, der die Kraft auf den Werkzeugkopf überträgt. Alternativ kann die Flüssigkeit in einen Hydraulikmotor gepumpt werden und ein Drehmoment erzeugen, das über das Kopplungselement auf den Werkzeugkopf übertragen wird. Bei der Pumpvorrichtung kann es sich dabei insbesondere um eine elektrisch angetriebene Hydraulikpumpe (z.B. eine Axialkolbenpumpe) handeln. Bei einem pneumatischen Antrieb wird analog ein Gas mit einem Kompressor verdichtet und die durch den Gasdruck erzeugte Kraft über das mechanische Kopplungselement auf den Werkzeugkopf übertragen. Alternativ ist auch denkbar, dass die Pumpe bzw. der Kompressor nicht Teil der Antriebseinheit sind und das mit Druck beaufschlagte Medium der Antriebseinheit von außen zu- und wieder abgeführt wird. Bei einem elektrischen Antrieb weist die Antriebseinheit insbesondere einen Elektromotor und eine Getriebeeinheit auf, wobei die von dem Elektromotor erzeugte Kraft über die Getriebeeinheit auf das mechanische Kopplungselement und damit auf die Werkzeugkopf übertragen wird.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist das Verbindungselement einen Verschlussmechanismus, insbesondere einen Bajonettverschluss, auf. Der Verschluss besteht dabei insbesondere aus einem männlichen Verbindungselement und einem komplementär geformten weiblichen Verbindungselement, wobei das weibliche Verbindungselement beispielsweise als Buchse ausgebildet sein kann, die das männliche, beispielsweise zylindrisch ausgebildete, Verbindungselement aufnimmt. Vorzugsweise ist das Verbindungselement der Antriebseinheit das weibliche Verbindungselement, während der Werkzeugkopf ein entsprechendes männliches Verbindungselement aufweist. Denkbar ist auch eine Anordnung, bei denen die Antriebseinheit das männliche und der Werkzeugkopf das weibliche Verbindungselement aufweist. Das männliche Verbindungselement weist dabei insbesondere mindestens einen Vorsprung, beispielsweise einen Stift auf, der beim Aufsetzen bzw. Arretieren des Werkzeugkopfes in eine Ausnehmung des weiblichen Verbindungselements gleitet. Die Ausnehmung ist insbesondere ein L-förmiger Schlitz mit einem Längsschlitz, an dessen Ende sich ein, im Wesentlichen rechtwinkelig oder schräg verlaufender, kurzer Querschlitz anschließt. Vorzugsweise weist der Querschlitz an seinem Ende wiederum ein kurzes Quersegment auf, das eine „Serife“ der L-förmigen Ausnehmung bildet. Der Vorsprung des männlichen Verbindungselements gleitet beim Aufsetzen zunächst in den Längsschlitz, wandert dann durch Drehung in den Querschlitz und rastet schließlich in der Serife ein, wo er beispielsweise durch eine Feder in Position gehalten wird, so dass ein Herausgleiten verhindert wird, bzw. nur durch gezielten Kraftaufwand möglich ist. Auf diese Weise lässt sich durch einen relativ einfachen, robusten Mechanismus eine stabile, lösbare Verbindung zwischen der Antriebseinheit und dem Werkzeugkopf herstellen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass das Verbindungselement dazu konfiguriert ist, bei Erreichen einer Sollstellung des aufgesetzten Werkzeugkopfes einzurasten oder das Verbindungselement einen Sensor oder ein Kontaktelement, insbesondere einen Schalter, zur Detektion der Sollstellung des Werkzeugkopfes aufweist. Insbesondere wird der Werkzeugkopf dabei durch eine Drehung in die Sollstellung gebracht. Ein möglicher Rastmechanismus ist insbesondere der oben beschriebene Bajonettverschluss mit dem serifenförmigen Quersegment, in den der Vorsprung des männlichen Verbindungselements einrastet. Denkbar sind hier jedoch auch andere Rastmechanismen, bei denen ein oder mehrere Vorsprünge in Ausnehmungen einrasten und insbesondere durch ein elastisches Element wie beispielsweise eine Feder in Position gehalten werden. Die Sollstellung des Werkzeugkopfes kann beispielsweise über die Stellung des Rastelements detektiert werden, über einen Sensor, einen Schalter oder über ein entsprechend angeordnetes elektrisch leitendes Element, das bei Erreichen der Sollstellung einen Schaltkreis schließt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung dazu konfiguriert, über das Verbindungselement und/oder die Schnittstelle eine Positionierung des aufgesetzten Werkzeugkopfes zu detektieren und insbesondere eine Fehlstellung oder eine Sollstellung des Werkzeugkopfes zu detektieren. Die Steuerung kann dabei beispielsweise das Vorliegen einer Fehlstellung oder der Sollstellung durch ein optisches oder akustisches Signal anzeigen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Werkzeugkopf dazu konfiguriert, eine Bewegung zum Pressen, Schneiden und/oder Biegen von Werkstücken auszuführen. Insbesondere kann der Werkzeugkopf dazu konfiguriert sein, einen Werkzeugeinsatz aufzunehmen, mit dem sich ein von dem Werkzeugeinsatz umgreifbares oder an den Werkzeugeinsatz ansetzbares Werkstück trennen und/oder verformen lässt. Dabei ist es möglich, dass das Werkzeugsystem eine Mehrzahl von Werkzeugeinsätzen aufweist und ein Werkzeugkopf mit mehreren Werkzeugeinsätzen kompatibel ist. Bei dem Werkzeugsystem kann es sich dabei beispielsweise um ein Presswerkzeugsystem handeln und bei dem Werkzeugeinsatz um einen Presseinsatz (Pressbacke). Die Schnittstelle oder eine weitere Schnittstelle des Werkzeugsystems kann dazu verwendet werden, eine Kennung des Werkzeugeinsatzes zu identifizieren und in Abhängigkeit von der Kennung des Werkzeugkopfes und der Kennung des Werkzeugeinsatzes einen Betriebsmodus des Antriebs auszuwählen.
Vorzugsweise weist die Antriebseinheit eine Energiespeichereinheit, insbesondere einen Lithium-Ionen-Akkumulator auf. Auf diese Weise lässt sich das erfindungsgemäße Werkzeugsystem ohne Stromkabel oder eine sonstige Anbindung an eine externe Energiequelle betreiben.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Antriebseinheit einen elektronischen Datenspeicher (insbesondere eine Speicherkarte, z.B. eine SD-Karte) aufweist und/oder dazu konfiguriert ist, Daten über die Schnittstelle oder eine weitere Schnittstelle an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung (insbesondere einen PC, ein Notebook, Tablet oder Smartphone) zu übertragen. Der interne oder externe Datenspeicher kann insbesondere dazu verwendet werden, den verwendeten Werkzeugkopf, den Betriebsmodus, die bearbeiteten Werkstücke und/oder den ausgeführten Arbeitszyklus in einer Logdatei zu protokollieren. Auf diese Weise lassen sich die ausgeführten Arbeitsschritte rückverfolgen und/oder mit geeigneter Software weiterbearbeiten. Insbesondere ist es möglich den Arbeitszyklus auf der externen Datenverarbeitungseinrichtung grafisch darzustellen. Die Datenübertragung an die externe Einrichtung kann beispielsweise kabelgebunden (z.B. USB-Kabel) oder drahtlos (Bluetooth, WLAN) erfolgen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft eine Antriebseinheit, die einen Antrieb, eine Steuerung, ein Verbindungselement und eine Schnittstelle aufweist, wobei das Verbindungselement dazu konfiguriert ist, einen auf die Antriebseinheit aufsetzbaren Werkzeugkopf lösbar formschlüssig zu arretieren, wobei der Antrieb dazu konfiguriert ist, eine mechanische Kraft auf den arretierten Werkzeugkopf zu übertragen, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, über die Schnittstelle eine Kennung des Werkzeugkopfes zu identifizieren und in Abhängigkeit von der identifizierten Kennung einen Betriebsmodus des Antriebs aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi auszuwählen.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung betrifft einen Werkzeugkopf, der auf eine Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Antriebseinheit aufsetzbar ist, wobei der Werkzeugkopf dazu konfiguriert ist mit dem Verbindungselement der Antriebseinheit derart zusammenzuwirken, dass der auf die Antriebseinheit aufgesetzte Werkzeugkopf lösbar formschlüssig arretierbar ist.
Für die erfindungsgemäße Antriebseinheit und den erfindungsgemäßen Werkzeugkopf ergeben sich dieselben Gestaltungsmöglichkeiten und Vorteile, die in Bezug auf das erfindungsgemäße Werkzeugsystem beschrieben wurden. Insbesondere ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugkopfs vorgesehen, dass der Werkzeugkopf eine Kennung aufweist, die über eine Schnittstelle der Antriebseinheit identifizierbar ist.
Weitere Vorteilhafte Ausgestaltungsmerkmale der Erfindung sind in der folgenden Beschreibung der Figuren enthalten.
Figurenliste
Anhand der in den Zeichnungen dargestellten, bevorzugten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung nun genauer erläutert werden. Dabei zeigt

1 eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugsystems mit einer Antriebseinheit und einem ersten Werkzeugkopf,
2 eine schematische Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels, in der der erste Werkzeugkopf auf die Antriebseinheit aufgesetzt ist,
3 eine schematische Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Werkzeugsystems mit der Antriebseinheit und einem zweiten Werkzeugkopf.
4 eine schematische Perspektivansicht des Ausführungsbeispiels, in der der zweite Werkzeugkopf auf die Antriebseinheit aufgesetzt ist,
5 eine schematische Perspektivansicht der Antriebseinheit ohne Stößel,
6 eine schematische Perspektivansicht der Antriebseinheit mit Stößel.

Ausführungsformen der Erfindung
Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Werkzeugsystems 1, das in diesem Fall als ein akku-hydraulisches Presswerkzeugsystem ausgebildet ist. Das Werkzeugsystem 1 besteht aus der (hier nur teilweise dargestellten) Antriebseinheit 2, auf die der Werkzeugkopf 3 aufgesetzt werden kann. Der Werkzeugkopf 3 weist wiederum eine Aufnahme 11 auf, die einen (nicht dargestellten) Werkzeugeinsatz, insbesondere eine Pressbacke, aufnehmen kann. Der Werkzeugeinsatz kann mit der Verriegelung 12 mechanisch verriegelt werden, so dass die Pressbacke fest mit dem Werkzeugkopf 3 verbunden ist. Je nach gewünschter Presskraft lassen sich verschiedene Werkzeugköpfe 3 auf die Antriebseinheit aufsetzen. Der in 1 dargestellte Werkzeugkopf 3 ist für eine Nennkraft von 19 kN ausgelegt, während der Werkzeugkopf 3 aus den 3 und 4 für eine Nennkraft von 32 kN ausgelegt ist. Die beiden Werkzeugköpfe unterscheiden sich zusätzlich in verschiedenen anderen Größen, wie maximaler Hub, Presszeit und der maximalen Nennweite des zu verarbeitenden Verbindungsmaterials.
Um den Werkzeugkopf 3 auf der Antriebseinheit 2 zu fixieren, weist die Antriebseinheit 2 ein Verbindungselement 4 auf, die hier als eine mit Aussparungen 7,7' versehene zylindrische Buchse 4 ausgebildet ist, die das zylindrische Ende des Werkzeugkopfes 3 aufnimmt und durch einen Bajonettverschluss 6 arretiert. Die Aussparungen 7, 7' sind dazu jeweils L-förmig ausgebildet und bestehen aus einem Längsschlitz, an dessen Ende sich ein, im Wesentlichen rechtwinkelig oder schräg verlaufender, kurzer Querschlitz anschließt. Der Querschlitz weist an seinem Ende wiederum ein kurzes Quersegment 14, 14' (vgl. 5 und 6) auf, das die „Serife“ der L-förmigen Ausnehmung 7,7' bildet. Beim Aufsetzen wird der Werkzeugkopf 3 in die Buchse 4 gesteckt, wobei ein stiftförmiger Vorsprung 8 in den Längsschlitz gleitet. Durch eine Drehung des Werkzeugkopfes 3 wandert der Vorsprung 8 dann in den Querschlitz und rastet schließlich in der Serife 14, 14' ein, wo er beispielsweise durch eine Feder in Position gehalten werden kann, so dass der Werkzeugkopf 3 in seiner Sollstellung fixiert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verbindungselement 4 zwei L-förmige Schlitze 7,7' auf, die mit den zwei Stiften 6 (von denen in der Darstellung nur einer sichtbar ist) zusammenwirken. Das Verbindungselement 4 weist darüber hinaus einen Endschalter oder Sensor 9 auf, über den die Antriebseinheit 2 die Position des Werkzeugkopfes 3 erkennt und sich insbesondere eine korrekte Positionierung (bzw. Fehlstellung) detektieren lässt.
Zur Kraftübertragung zwischen Antriebseinheit 2 und Werkzeugkopf 3 wird durch einen hydraulischen Antrieb ein in Form eines Stößels 10' (vgl. 5) ausgebildetes mechanisches Kopplungselement in Bewegung versetzt, das durch mechanischen Kontakt die von der Hydraulik erzeugte Kraft auf den Werkzeugkopf 3 überträgt. In den 1 bis 4 und 6 ist das Werkzeugsystem 1 der besseren Sichtbarkeit halber ohne den Stößel 10' abgebildet und nur die Öffnung 10 sichtbar, durch die der Stößel 10' aus der Antriebseinheit 2 herausragt.
Erfindungsgemäß weist die Antriebseinheit 2 eine Schnittstelle 5 auf, die hier als an der Bodenfläche der Verbindungsbuchse 4 angeordneter Sensor ausgebildet ist. Über die Schnittstelle 5 wird eine Kennung des Werkzeugkopfes 3 identifiziert und der Betriebsmodus des Antriebs über eine Steuerung der Antriebeinheit in Abhängigkeit von dieser Kennung eingestellt. Insbesondere ist es dadurch bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel möglich, dass die spezifische Betriebsparameter (Nennkraft, maximaler Hub, Presszeit etc.) des Werkzeugkopfes 3 beim Aufsetzen und/oder Arretieren des Werkzeugkopfes 3 automatisiert ausgewählt werden, ohne dass der Benutzer hierfür manuelle Einstellungen vornehmen muss. Auf diese Weise wird nicht nur der Bedienungskomfort erhöht und der Einsatz des Werkzeugsystems 1 effektiver gestaltet, sondern auch eine Einstellung eines falschen Betriebsmodus vorteilhafterweise verhindert.
Bei der Schnittstelle 5 kann es sich beispielsweise um einen optischen oder akustischen Sensor, einen Magnetfeldsensor oder einen Stromsensor handeln. Der Werkzeugkopf 3 weist ein entsprechendes Erkennungsmerkmal oder einen Signalgeber auf, über den sich Kennung identifizieren lässt. Dabei kann es sich beispielsweise um einen optischen oder mechanischen Code handeln, der von dem Sensor 5 eingelesen bzw. abgetastet wird. Die Kennung kann weiterhin durch einen elektrischen Widerstand oder ein magnetisches, kapazitives oder induktives Element codiert werden, wobei die Kennung über einen elektrischen Kontakt zwischen Antriebseinheit 2 und Werkzeugkopf 3 ausgelesen wird.
In der 2 ist das Werkzeugsystem 1 im montierten Zustand abgebildet. Der Werkzeugkopf 3 ist auf die Antriebseinheit 2 aufgesetzt und über den Bajonettverschluss 6 in seiner Sollstellung arretiert. In der Sollstellung ist insbesondere der Schalter 9 des Verbindungselements 4 aktiviert, so dass die Steuerung der Antriebseinheit 2 die korrekte Positionierung des Werkzeugkopfes 3 erkennt. Im aufgesetzten bzw. arretierten Zustand steht das mechanische Kopplungselement (der Stößel 10') der Antriebseinheit 2 in mechanischem Kontakt den beweglichen Teilen des Werkzeugkopfes 3 und kann dadurch die von dem Antrieb erzeugte Kraft auf den Werkzeugkopf 3 übertragen. Handelt es sich bei der Kennung des Werkzeugkopfes 3 insbesondere um eine optische oder mechanische Codierung, so ist der Sensor 5 der Antriebseinheit 2 und die Codierung vorzugsweise so angeordnet, dass sie in der Sollstellung des Werkzeugkopfes 3 einander gegenüber liegen, so dass die Identifizierung der Kennung ausschließlich bei einem korrekt positioniertem Werkzeugkopf 3 erfolgt.
In 3 ist das Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeugsystems 1 mit einem zweiten Werkzeugkopf 3 abgebildet. Der zweite Werkzeugkopf 3 ist für eine Nennkraft von 32 kN ausgelegt und unterscheidet sich von dem in den 1 und 2 dargestellten Werkzeugkopf 3 zusätzlich in verschiedenen anderen Betriebsgrößen, wie maximalem Hub, Presszeit und der maximalen Nennweite des zu verarbeitenden Verbindungsmaterials. Das Aufsetzen und Arretieren erfolgt in der zu 1 beschriebenen Art und Weise. Der Werkzeugkopf 3 weist für die Verbindung mit der Buchse 4 zwei stiftförmige Vorsprünge 5 auf (in der Abbildung ist nur einer von beiden sichtbar), die zusammen mit den L-förmigen Schlitzen 7,7' den Bajonettverschluss bilden. Der zweite Werkzeugkopf 3 weist ebenfalls eine Aufnahme 11 auf, die einen (nicht dargestellten) Werkzeugeinsatz aufnehmen kann. Der Werkzeugeinsatz kann mit der Verriegelung 12 mechanisch verriegelt werden, so dass der Werkzeugeinsatz fest mit dem Werkzeugkopf 3 verbunden ist.
Die Kennung des Werkzeugkopfes 3 wird über den Sensor 5 beim Aufsetzen bzw. Arretieren automatisiert erkannt und der Betriebsmodus des Antriebs wird über die Steuerung der Antriebseinheit 2 entsprechend ausgewählt. Dabei werden die gegenüber dem ersten Werkezugkopf 3 aus den 1 und 2 veränderten Betriebsparameter automatisch berücksichtig, ohne dass hierfür eine manuelle Einstellung des Benutzers notwendig ist.
Die Antriebseinheit 2 des Werkezugsystems 1 kann zusätzlich einen Datenspeicher (z.B. eine SD-Karte) und/oder eine Datenschnittstelle aufweisen, mit der sich Daten an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung (insbesondere einen PC, ein Notebook, Tablet oder Smartphone) übertragen lassen. Auf diese Weise lassen sich die verwendeten Werkzeugköpfe 3, die Betriebsmodi, die bearbeiteten Werkstücke und/oder der ausgeführte Arbeitszyklus in einer Logdatei protokollieren oder grafisch darstellen. Dies ermöglicht eine Rückverfolgung der ausgeführten Arbeitsschritte und eine Zuordnung bzw. einen Nachweis der eingesetzten Werkzeuge und verwendeten Materialien. Die Datenübertragung kann beispielsweise kabelgebunden (z.B. USB-Kabel) oder drahtlos (Bluetooth, WLAN) erfolgen.
In der 4 ist das Werkzeugsystem 1 mit dem zweiten Werkzeugkopf 3 im montierten Zustand abgebildet. Der Werkzeugkopf 3 ist auf die Antriebseinheit 2 aufgesetzt und über den Bajonettverschluss 6 in seiner Sollstellung arretiert. Im aufgesetzten (und korrekt positionierten) Zustand identifiziert die Steuerung der Antriebseinheit 2 die Kennung des Werkzeugkopfes 3 und stellt den auf die Kennung bzw. den Werkzeugkopf 3 abgestimmten Betriebsmodus automatisiert ein.
Die 5 und 6 sind jeweils eine Detailansicht der Antriebseinheit 2. Das Verbindungselement 4 der Antriebseinheit 2 wird durch eine mit Aussparungen 7, 7' versehene zylindrische Buchse 4 gebildet, die das zylindrische Ende des Werkzeugkopfes 3 aufnimmt und durch den Bajonettverschluss 6 arretiert. Die Aussparungen 7, 7' sind dazu jeweils L-förmig ausgebildet und bestehen jeweils aus einem Längsschlitz, an dessen Ende sich ein, im Wesentlichen rechtwinkelig oder schräg verlaufender, kurzer Querschlitz anschließt. Der Querschlitz weist an seinem Ende wiederum ein kurzes Quersegment 14, 14' auf, das die Serife der L-förmigen Ausnehmung bildet. Beim Aufsetzen wird der Werkzeugkopf 3 in die Buchse 4 gesteckt, wobei ein stiftförmiger Vorsprung 8 des Werkzeugkopfs 3 in den Längsschlitz gleitet. Durch eine Drehung des Werkzeugkopfes 3 wandert der Vorsprung 8 dann in den Querschlitz und rastet schließlich in der Serife 14 ein, wo er beispielsweise durch eine Feder in Position gehalten werden kann, so dass der Werkzeugkopf 3 in seiner Sollstellung fixiert wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verbindungselement 4 zwei L-förmige Schlitze 7,7' auf, die mit zwei Stiften 6 des Werkzeugkopfes 3 zusammenwirken.
Zur Kraftübertragung zwischen Antriebseinheit 2 und Werkzeugkopf 3 wird durch einen hydraulischen Antrieb ein in Form eines Stößels 10 ausgebildetes mechanisches Kopplungselement in Bewegung versetzt, das durch mechanischen Kontakt die von der Hydraulik erzeugte Kraft auf den Werkzeugkopf 3 überträgt. In der 6 ist die Antriebseinheit 2 ohne den Stößel 10' abgebildet, so dass nur die Öffnung 10 sichtbar ist, durch die der Stößel 10' aus der Antriebseinheit 2 herausragt. In der 5 ist der Stößel 10' zusammen mit seiner longitudinalen Bewegungsrichtung 13 abgebildet. Die Bewegungsrichtung 13 verläuft insbesondere in axialer Richtung des Werkzeugkopfes 3, d.h. in Richtung seiner Längsachse. Durch den Stößel 10' wird die vom Antrieb erzeugte Kraft durch mechanischen Kontakt auf den Werkzeugkopf 3 übertragen.
Bezugszeichenliste

1: Werkzeugsystem
2: Antriebseinheit
3: Werkzeugkopf
4: Verbindungselement
5: Schnittstelle/Sensor
6: Verschlussmechanismus
7: Ausnehmung
7': weitere Ausnehmung
8: Vorsprung
9: Endschalter/Sensor
10: Öffnung für Stößel
10': Stößel zur Kraftübertragung
11: Aufnahme für Werkzeug
12: Verriegelung
13: Bewegungsrichtung
14: Querschlitz
14': Querschlitz

Claims

Werkzeugsystem (1) aufweisend eine Antriebseinheit (2) und mindestens einen, auf die Antriebseinheit (2) aufsetzbaren Werkzeugkopf (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2) einen Antrieb, eine Steuerung, ein Verbindungselement (4) und eine Schnittstelle (5) aufweist, wobei das Verbindungselement (4) dazu konfiguriert ist, den auf die Antriebseinheit (2) aufgesetzten Werkzeugkopf (3) lösbar formschlüssig zu arretieren, wobei der Antrieb dazu konfiguriert ist, eine mechanische Kraft auf den arretierten Werkzeugkopf (3) zu übertragen, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, über die Schnittstelle (5) eine Kennung des Werkzeugkopfes (3) zu identifizieren und in Abhängigkeit von der identifizierten Kennung einen Betriebsmodus des Antriebs aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi auszuwählen.
Werkzeugsystem (1) nach Anspruch 1, wobei die Schnittstelle (5) eine mechanische Schnittstelle, eine elektronische Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle ist.
Werkzeugsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schnittstelle (5) einen optischen oder akustischen Sensor, einen Magnetfeldsensor oder einen Stromsensor aufweist.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Betriebsmodus eine Amplitude der auf den Werkzeugkopf (3) übertragenen mechanischen Kraft und/oder eine Amplitude einer Bewegung des Werkzeugkopfes (3) festlegt und/oder einen zeitlichen Verlauf der mechanischen Kraft und/oder der Bewegung des Werkzeugkopfes (3) festlegt.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche wobei der Antrieb ein hydraulischer, pneumatischer oder elektrischer Antrieb ist.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (4) einen Verschlussmechanismus (6), insbesondere einen Bajonettverschluss, aufweist.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Verbindungselement (4) dazu konfiguriert ist, bei Erreichen einer Sollstellung des aufgesetzten Werkzeugkopfes (3) einzurasten oder das Verbindungselement (4) einen Sensor (9) oder ein Kontaktelement (9), insbesondere einen Schalter, zur Detektion der Sollstellung des Werkzeugkopfes (3) aufweist.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, über das Verbindungselement (4) und/oder die Schnittstelle (4) eine Positionierung des aufgesetzten Werkzeugkopfes (3) zu detektieren und insbesondere eine Fehlstellung oder eine Sollstellung des Werkzeugkopfes (3) zu detektieren.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkzeugkopf (3) dazu konfiguriert ist, eine Bewegung zum Pressen, Schneiden und/oder Biegen von Werkstücken auszuführen.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit (2) eine Energiespeichereinheit, insbesondere einen Lithium-Ionen-Akkumulator aufweist.
Werkzeugsystem (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antriebseinheit (2) einen elektronischen Datenspeicher aufweist und/oder dazu konfiguriert ist, Daten über die Schnittstelle oder eine weitere Schnittstelle an eine externe Datenverarbeitungseinrichtung zu übertragen.
Antriebseinheit (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebseinheit (2) einen Antrieb, eine Steuerung, ein Verbindungselement (4) und eine Schnittstelle (5) aufweist, wobei das Verbindungselement (4) dazu konfiguriert ist, einen auf die Antriebseinheit (2) aufsetzbaren Werkzeugkopf (3) lösbar formschlüssig zu arretieren, wobei der Antrieb dazu konfiguriert ist, eine mechanische Kraft auf den arretierten Werkzeugkopf (3) zu übertragen, wobei die Steuerung dazu konfiguriert ist, über die Schnittstelle (5) eine Kennung des Werkzeugkopfes (3) zu identifizieren und in Abhängigkeit von der identifizierten Kennung einen Betriebsmodus des Antriebs aus einer Mehrzahl von Betriebsmodi auszuwählen.
Werkzeugkopf (3), dadurch gekennzeichnet, dass der Werkzeugkopf (3) auf eine Antriebseinheit (2) gemäß Anspruch 12 aufsetzbar ist, wobei der Werkzeugkopf (3) dazu konfiguriert ist mit dem Verbindungselement (4) der Antriebseinheit (2) derart zusammenzuwirken, dass der auf die Antriebseinheit (2) aufgesetzte Werkzeugkopf (3) lösbar formschlüssig arretierbar ist.
Werkzeugkopf (3) gemäß Anspruch 13, wobei der Werkzeugkopf (3) eine Kennung aufweist, die über eine Schnittstelle (5) der Antriebseinheit (2) identifizierbar ist.