EP4190497A1 - System mit einer werkzeugmaschine und einer energieversorgungsvorrichtung, verbindungsverfahren, sowie schnittstelle - Google Patents

System mit einer werkzeugmaschine und einer energieversorgungsvorrichtung, verbindungsverfahren, sowie schnittstelle Download PDF

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EP4190497A1
EP4190497A1 EP21211551.3A EP21211551A EP4190497A1 EP 4190497 A1 EP4190497 A1 EP 4190497A1 EP 21211551 A EP21211551 A EP 21211551A EP 4190497 A1 EP4190497 A1 EP 4190497A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
interface
machine tool
supply device
energy supply
contact
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP21211551.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Ralf Meixner
Johannes Stempfhuber
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
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Priority to PCT/EP2022/081935 priority patent/WO2023099204A1/de
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F1/00—Combination or multi-purpose hand tools
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • B25F5/02—Construction of casings, bodies or handles

Definitions

  • the present invention relates to a system comprising a machine tool and an energy supply device, the energy supply device being provided for supplying the machine tool with electrical energy.
  • the energy supply device can be detachably connected to the machine tool via an interface, the interface comprising at least one female contact partner and one male contact partner.
  • the interface has a magnet on each of the two connection partners to produce a magnetic coupling between the connection partners.
  • the proposed interface which has a magnet on each of the connection partners involved, can advantageously prevent significant or damaging relative movements occurring between the power contacts.
  • the invention relates to a method for connecting an energy supply device to a machine tool via an interface, there being a magnetic coupling between the connection partners of the interface, and an interface.
  • So-called cordless machine tools such as cordless screwdrivers, drills, saws, grinders, or the like, can be connected to an energy supply device for energy supply.
  • the energy supply device can, for example, be in the form of a rechargeable battery (“rechargeable battery”) or include one.
  • Accumulators usually have a large number of energy storage cells, also called accumulator cells, with the help of which electrical energy can be absorbed, stored and released again. If the accumulator is connected to a machine tool, the electrical energy stored in the energy storage cells can be supplied to the consumers (eg a brushless electric motor) of the machine tool.
  • the accumulator is connected to a charging device, such as a charging device, so that electrical energy can reach the energy storage cells.
  • the energy supply device and the machine tool are connected to one another via a positive connection, for example via a lock or a latching mechanism.
  • a positive connection for example via a lock or a latching mechanism.
  • Such form-fitting connections are generally subject to play, with the play enabling undesirable relative movements between the energy supply device and the machine tool.
  • severe wear can occur, which can significantly shorten the service life of the interface between the energy supply device and the machine tool.
  • the interface between the machine tool and the energy supply device represents a particular technical challenge.
  • the electrical contacts of the machine tool and the electrical contacts of the energy supply device (“contact partners") are connected to one another in such a way that the electrical energy stored in the energy storage cells can be drawn from the accumulator the machine tool can reach.
  • the vibrations and shocks on the machine tool and on the energy supply device connected to the machine tool can lead to a relative movement and even to an actual interruption of the contact connection.
  • the relative movement should be avoided, as this can lead to wear or premature wear of the contacts.
  • a break in the contact connection can lead to unwanted sparking or even an arc at the contacts.
  • the temperature in the contact area between the electrical contacts or in the area of the interface can rise to an undesirable extent.
  • the object on which the present invention is based is to overcome the above-described deficiencies and disadvantages of the prior art and to provide an interface, a system of machine tool and energy supply device and a method for connecting an energy supply device to a machine tool with which the The power density of the interface can be improved and its service life can be extended.
  • experts would welcome it if higher currents than hitherto could be transmitted from the energy supply device to the machine tool using the interface.
  • a robust, wear-resistant connection solution for a machine tool and energy supply device is to be provided.
  • a system comprising a machine tool and an energy supply device
  • the energy supply device being designed to supply the machine tool with electrical energy.
  • the energy supply device can be detachably connected to the machine tool via an interface, the energy supply device and the machine tool forming connection partners of the interface, the interface comprising at least one female contact partner on one of the connection partners and a male contact partner on the other connection partner.
  • the interface has a magnet on each of the two connection partners to produce a magnetic coupling between the connection partners. By providing the magnets on the connection partners, the interface can advantageously prevent significant or damaging relative movements from occurring between the power contacts.
  • the magnets are preferably arranged in spatial proximity to the contact partners and hold them in their intended place when the energy supply device is attached to the machine tool.
  • the contact partners do not slip relative to one another due to the magnetic coupling that exists between them.
  • fretting ⁇ fretting>>
  • the wear and tear on the male and female contact partners can be significantly reduced by the magnetic coupling between connection partners. This advantageously results in the service life of the interface being considerably extended.
  • the magnets can preferably be permanent magnets.
  • Permanent magnets preferably have a stationary north pole and a stationary south pole. It is preferred within the meaning of the invention that the magnets on the connection partners of the interface are aligned with one another in such a way that opposite poles of the magnets face each other and are in contact with one another when the interface is in a connected state.
  • this preferably means that the machine tool can have a first magnet, which is designed, for example, with a north pole in the direction of the energy supply device, while the energy supply device has a second magnet, which is aligned with a south pole in the direction of the machine tool.
  • the wording «be formed in the direction of a connection partner>> preferably means that the corresponding pole of the magnet is in close proximity to a contact area of the interface between the connection partners, so that the opposite poles of the opposing magnets ⁇ feel> >, so that an attraction - due to the dissimilarity - arises between the magnets of the connection partners of the interface.
  • this attraction can preferably also be referred to as magnetic coupling.
  • the first magnet of the machine tool is designed with a south pole in the direction of the energy supply device, while the second magnet of the energy supply device is aligned with a north pole in the direction of the machine tool.
  • the use of permanent magnets is particularly preferred in the context of the present invention because their use does not require any electrical energy. As a result, the range of the power supply device of the machine tool can be spared or extended.
  • the magnets can, of course, also be formed by electromagnets, in which case the electromagnets can be arranged and energized in such a way that opposite poles of the magnets are opposite and create an attraction between the involved connection partners of the interface.
  • electromagnets is particularly preferred when the machine tool is a metalworking machine tool. If, for example, metal shavings are produced when working with the machine tool, the electromagnets can be switched off so that the metal shavings are not attracted by the machine tool or the energy supply device. Instead, the metal shavings can simply be tapped or shaken off the machine tool or machine tool tool.
  • the magnets are arranged in close proximity to the power contacts, the first magnet, which is preferably arranged on the machine tool, being integrated, for example, in a contact holder of the machine tool.
  • the at least one male contact partner can preferably be arranged in a contact holder, wherein the first magnet, which is arranged in spatial proximity to the male contact partner, can be arranged in the contact holder.
  • the second magnet which is preferably arranged on the energy supply device, can be present, for example, integrated in a receiving device of the energy supply device.
  • the interface preferably includes a receiving device for receiving the at least one female contact partner, it being possible for the second magnet to be integrated in the receiving device.
  • the magnetic coupling between the machine tool and the energy supply device prevents a relative movement between the male contact partner and the female contact partner.
  • the proposed interface which has a magnet on each of the connection partners involved, allows significant or harmful relative movements to occur between the power contacts, i.e. the female and male contact partners.
  • vibrations and shocks acting on the contact partners can be compensated for in a simple manner, which can lead to a relative movement and even to an actual interruption of the contact connection between the accumulator and the machine tool.
  • a relative distance between the male and female contact partners of the interface can be significantly reduced, so that mechanical friction losses and electrical current conduction losses between the contact partners can be reduced to a considerable extent.
  • a first effect relates to the relative movements or the relative distances between the contact partners, which produce the positive connection between the machine tool and the energy supply device.
  • These relative movements or the relative paths can undesirably increase the contact resistance of the interface, this increase being initially independent of the state of wear of the interface.
  • this preferably means that the increased transition resistances can also occur even when a system made up of machine tool and energy supply device is new, if undesired relative movements of the contact partners of the interface occur in the interface between the system components.
  • the relative movements between the contact partners can lead to wear and oxidation, so that the contact resistance of the interface can disadvantageously increase further.
  • the invention makes a significant contribution to the fact that particularly large electrical currents can be transmitted from the energy supply device to the machine tool with the proposed interface.
  • the invention reduces undesired wear and tear on the contact partners and thus makes an equally valuable contribution to increasing the service life of the interface.
  • the invention can also effectively prevent an undesirable increase in temperature in the contact area between the male contact partner and the female contact partner.
  • the grade and the quality of the contact between the contact partners can be significantly improved with the invention, ie by providing the magnetic coupling.
  • the temperature reduction advantageously means that the service life of the components of the interface between the machine tool and the energy supply device can be extended, since plastic parts in particular are less able to withstand higher temperatures than low temperatures.
  • the temperature reduction is advantageously brought about by the fact that the contact resistance between the machine tool and the energy supply device can be significantly reduced due to the closer contact between the contact partners.
  • the closer contact is advantageously brought about by the magnetic coupling between the connection partners of the interface.
  • the at least one male contact partner is arranged on the machine tool.
  • the male contact partners can include swords that can be inserted into a female contact partner of the interface or the other connection partner.
  • the male contact partners are in the form of pin-like plugs or swords and the female contact partners of the interface are designed in the form of clamps with elastically deformable legs to accommodate the pin-like plug or swords.
  • the male contact partner can be formed by a protruding area and a stop, with the protruding area being inserted into one of the female contact partners when the interface is in a plugged-in state, in which the power supply device is connected to the machine tool (hence: “connected state”) present. In the unconnected state, the machine tool and the energy supply device can be independent and separate from one another. This can be the case, for example, when the energy supply device is being charged and is in a charger for charging.
  • Electrical energy is delivered from the energy supply device to the machine tool in particular in the connected state, in which the machine tool is connected to the energy supply device via the interface.
  • the female and male contact partners engage in one another in the connected state, so that electrical current or electrical energy can flow between the contact partners via a contact area.
  • Tests have shown that the use of magnets, which cause magnetic coupling between the connection partners, means that significantly higher currents can be transmitted than with conventional contact systems, as is the case with the prior art.
  • the invention enables the transmission of currents in a range of more than 70 amperes, preferably more than 80 amperes or particularly preferably more than 100 amperes.
  • the energy supply device can preferably have an accumulator or a preferably rechargeable battery. It is of course also possible within the meaning of the invention for the energy supply device to have two or more rechargeable batteries and/or batteries.
  • the accumulators and/or batteries can have so-called battery packs, which include conventional cylindrical cells, for example. These cylindrical cells can contain, for example, a chemical substance comprising lithium ions.
  • the at least one female contact partner is arranged on the energy supply device.
  • the at least one female contact partner can preferably be formed by a receiving clamp which is designed to receive the sword of the male contact partner.
  • the female contact partner can have two legs made of an elastic material, the legs being pressed apart when the male contact partner is inserted, so that the male contact partner comes to rest in an interior space of the female contact partner or the receiving clamp.
  • the connected or plugged-in state of the interface is spoken of.
  • the legs of the receiving clip of the female contact in this connected state press against the blade or protruding portion of the male contact so that a contact area is created between the contacts .
  • Electrical current or electrical energy is preferably exchanged between the contact partners via this contact area, so that current or electrical energy can flow from the energy supply device in the direction of the machine tool.
  • the legs of the female contact partner can preferably comprise or be made of spring steel.
  • spring steel In addition to spring steel, other metals, metal alloys or plastics with elastic properties can also be used to produce the female contact partner. Materials with good conductivity, a high yield point and/or low relaxations, such as CuFe2P or CuCrSiTi, can be very particularly preferred.
  • the legs of the female contact partner or the receiving clamp have a minimum spacing in the contact area in order to enable particularly good contact with the male contact partner.
  • the female contact partner preferably has a taper in the contact area with the male contact partner, which is defined by the minimum distance between the thighs of the female contact partner.
  • the legs of the female contact partner have copper or are coated with a copper layer in the contact area or in the area of the taper or in the area of the minimum distance between the legs. Additionally, coatings including but not limited to nickel and/or silver may be used.
  • the current flow or the flow of electrical energy from the energy supply device can be prevented by the coating material, which is preferably present in the contact area between the male and female contact partners of the proposed interface be further optimized to the machine tool, so that in particular high currents, such as 70 amps, 80 amps or 100 and more amps can flow through the interface.
  • the female contact partner can comprise a preferably spring-loaded clamp or receiving clamp, while the male contact partner can have an insertion element that can be inserted into the clamp or the receiving clamp.
  • the interface has one to eight, preferably two to six and most preferably four female contact partners.
  • the interface preferably has a corresponding number of male contact partners, so that one male contact partner and one female contact partner can form a contact pair. It is preferred within the meaning of the invention that the male contact partners are arranged on the machine tool, while the female contact partners are arranged on the energy supply device.
  • the interface comprises a receiving device for receiving at least one female contact partner.
  • the recording device can be set up to record at least one female contact partner.
  • the receiving device can receive at least one female contact partner.
  • the recording device can form a drawer or a cassette in which the at least one female contact partner can be accommodated. In this way, a contact block can advantageously be provided, so that the female contact partners move together or can be moved together.
  • the recording device one up to eight, preferably two to six and most preferably four female contact partners.
  • the interface comprises four power contacts and two communication elements.
  • the power contacts and the communication elements can be arranged together in a receiving device. It can be preferred within the meaning of the invention that the communication elements are integrated in the receiving device. In other words, the receiving device can have at least one communication element for transmitting data between the machine tool and the energy supply device.
  • the communication elements can preferably also be referred to as “communication plugs”, in particular when the communication connection is in the form of a cable.
  • the receiving device has two communication elements, wherein the communication elements can preferably be arranged centrally within the receiving device. For example, two female contact partners can be arranged on one side of the preferably centrally arranged two communication elements and two female contact partners on the other side of the communication elements.
  • the communication elements can be arranged one above the other, for example.
  • the invention in a second aspect, relates to an interface for transmitting electrical energy between a machine tool and an energy supply device.
  • the terms, definitions and technical advantages introduced for the system made up of machine tool and energy supply device preferably apply analogously to the interface and the method described later for connecting an energy supply device to a machine tool with an interface.
  • the interface is characterized in that the interface has at least one male contact partner and at least one female contact partner, with the interface having a magnet on each of the two connection partners to produce a magnetic coupling between the connection partners.
  • the invention relates to a method for connecting an energy supply device to a machine tool with an interface, which is characterized in that the interface has at least one male contact partner and at least one female contact partner, the interface having at least one male contact partner and at least one female Contact partner has, with the connection the energy supply device with the machine tool there is a magnetic coupling between the machine tool and the energy supply device.
  • figure 1 shows a possible embodiment of the system 100 from the machine tool 10 and the energy supply device 20.
  • the machine tool 10 is shown on the left half of the figure and the energy supply device 20 on the right half of the figure.
  • Machine tool 10 has two male contact partners 50, with swords 52 in particular in 1 are shown.
  • the male contact partners 50 are part of an interface 30 , the interface 30 also having female contact partners 40 .
  • in the in 1 illustrated embodiment of the invention are the female contact partners 40 arranged on the energy supply device 20 before.
  • the female contact partners 40 can represent individual contacts or - as in 1 and 2 shown - integrated into a block or a drawer.
  • the block or drawer containing the female contacts 40 is referred to as the receptacle 80 .
  • the machine tool 10 and the energy supply device 20 are present separately from one another.
  • the machine tool 10 and the energy supply device 20 can together form a system 100, the energy supply device 20 being set up to supply the machine tool 10 with electrical energy.
  • Both the energy supply device 20 and the machine tool 10 each comprise a magnet 60 , 62 , with a first magnet 60 being able to be present on the machine tool 10 and a second magnet 62 being able to be present on the energy supply device 20 .
  • magnets 60, 62 There is preferably a magnetic coupling between the magnets 60, 62, which is brought about in particular by the fact that the magnets 60, 62 are aligned with one another in such a way that opposite poles of the magnets 60, 62 are opposite and in a connected state of the interface 30 in contact with one another present.
  • the magnetic coupling can result in a particularly close contact between the contact partners 40, 50.
  • Such contact will 3 shown.
  • the close contact between the contact partners 40, 50 means that particularly high currents can flow from the energy supply device 20 to the machine tool. This follows in particular from the fact that the contact resistance between the contact partners 40, 50 can be significantly reduced with the invention, so that in particular the contact area 32 (see 3 ) between the contact partners 40, 50 measured temperatures rise less than in conventional interfaces, as they are known from the prior art. Due to the reduced contact resistance and the reduced temperatures in the contact area Fortunately, 32 of the interface 30 extend the service life of the proposed interface 30.
  • FIG. 2 shows another possible embodiment of the system 100 of machine tool 10 and energy supply device 20 with communication elements 90.
  • Corresponding communication elements 90 can be arranged on the machine tool 10 and on the energy supply device 20, with a communication connection 92 being able to exist between the communication elements 90. It is preferred within the meaning of the invention that the magnets 60, 62 and the communication elements 90 are arranged relative to one another in such a way that the magnets 60, 62 do not impede the communication between the communication elements 90.
  • FIG. 3 shows a possible embodiment of a unit from a female contact partner 40 and a male contact partner 50.
  • an interface 30 which has a female contact partner 40 and a male contact partner 50 .
  • FIG. 3 shows 3 a connected state in which the energy supply device 20 and the machine tool 10 are connected to one another, so that current or electrical energy can flow from the energy supply device 20 in the direction of the machine tool 10 .
  • the blade 52 of the male contact partner 50 is located in the receiving clamp 44 or the legs 44 of the female contact partner 40, with the contact partners 40, 50 forming a contact area 32 with one another, via which the current or the electrical energy from the energy supply device 20 can be transmitted to the machine tool 10.
  • the contact area 32 is formed in particular in the area of a taper 42 of the female contact partner 40, in which the legs 44 or the components of the receiving clamp 44 of the female contact partner 40 assume a minimum distance from one another. As a result, the legs 44 of the female contact partner 40 lie particularly tightly against the sword 52 of the male contact partner 50 .
  • FIG 4 shows another possible embodiment of the system 100 from the machine tool 10 and the energy supply device 20.
  • the system 100 of machine tool 10 and energy supply device 20 is shown in the unconnected state.
  • the machine tool 10 and the energy supply device 20 can be connected to one another via an interface 30 , the machine tool 10 and the energy supply device 20 representing connection partners of the interface 30 .
  • in the in 4 illustrated embodiment of the invention are the male contact partner 50 arranged on the machine tool 10 and the female contact partner 50 in the Power supply device 20.
  • the male contact partners 50 can be held by a contact holder 70, while the female contact partners 40 can be received by a receiving device 80.
  • the magnets 60, 62 can be integrated in the contact holder 70 and in the receiving device 80, with the magnets 60, 62 being aligned with respect to one another in relation to their poles N, S such that an attraction between the magnets 60, 62 on the one hand and the connection partners 10, 20 of the interface 30 on the other hand is effected.
  • this attraction can preferably be referred to as "magnetic coupling”.
  • figure 5 shows a view of different preferred orientations of the poles N, S of the magnets 60, 62 to each other.
  • a machine tool 10 and an energy supply device 20 are shown in the upper half of the figure, with the machine tool 10 comprising the first magnet 60 and the energy supply device 20 comprising the second magnet 62 .
  • the first magnet 60 is oriented with its north pole N in the direction of the energy supply device 20 .
  • the second magnet 62 is aligned with its south pole S in the direction of the machine tool 10 . Due to the opposite poles N, S, which are spatially close to one another, there is an attraction between the magnets 60, 62, which advantageously produces a magnetic coupling.
  • the first magnet 60 is aligned with its south pole S in the direction of the energy supply device 20
  • the second magnet 62 is aligned with its north pole N in the direction of the machine tool 10 .

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Details Of Connecting Devices For Male And Female Coupling (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein System (100) umfassend eine Werkzeugmaschine (10) und eine Energieversorgungsvorrichtung (20), wobei die Energieversorgungsvorrichtung zur Versorgung der Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie vorgesehen ist. Die Energieversorgungsvorrichtung kann über eine Schnittstelle (30) lösbar mit der Werkzeugmaschine verbunden werden, wobei die Schnittstelle mindestens einen weiblichen Kontaktpartner (40) und einen männlichen Kontaktpartner (50) umfasst. Die Schnittstelle weist an jedem der beiden Verbindungspartner einen Magneten (60, 62) zur Herstellung einer magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern auf. Dadurch kann die vorgeschlagene Schnittstelle, die an jedem der beteiligten Verbindungspartner einen Magneten aufweist, vorteilhafterweise verhindern, dass es zu nennenswerten oder schädlichen Relativbewegungen zwischen den Leistungskontakten kommt. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer Energieversorgungsvorrichtung mit einer Werkzeugmaschine über eine Schnittstelle, wobei zwischen den Verbindungspartnem der Schnittstelle eine magnetische Kopplung (60, 62) besteht, sowie eine Schnittstelle (30).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein System umfassend eine Werkzeugmaschine und eine Energieversorgungsvorrichtung, wobei die Energieversorgungsvorrichtung zur Versorgung der Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie vorgesehen ist. Die Energieversorgungsvorrichtung kann über eine Schnittstelle lösbar mit der Werkzeugmaschine verbunden werden, wobei die Schnittstelle mindestens einen weiblichen Kontaktpartner und einen männlichen Kontaktpartner umfasst. Die Schnittstelle weist an jedem der beiden Verbindungspartner einen Magneten zur Herstellung einer magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern auf. Dadurch kann die vorgeschlagene Schnittstelle, die an jedem der beteiligten Verbindungspartner einen Magneten aufweist, vorteilhafterweise verhindern, dass es zu nennenswerten oder schädlichen Relativbewegungen zwischen den Leistungskontakten kommt. In weiteren Aspekten betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer Energieversorgungsvorrichtung mit einer Werkzeugmaschine über eine Schnittstelle, wobei zwischen den Verbindungspartnem der Schnittstelle eine magnetische Kopplung besteht, sowie eine Schnittstelle.
    • Hintergrund der Erfindung:
  • Sogenannte kabellose Werkzeugmaschinen, wie beispielsweise Akku-Schrauber, Bohrmaschinen, Sägen, Schleifgeräte, oder dergleichen, können zur Energieversorgung mit einer Energieversorgungsvorrichtung verbunden werden. Die Energieversorgungsvorrichtung kann beispielsweise als Akkumulator ("Akku") ausgebildet sein oder einen solchen umfassen. Akkumulatoren weisen üblicherweise eine Vielzahl an Energiespeicherzellen auf, auch Akku-Zellen genannt, mit deren Hilfe elektrische Energie aufgenommen, gespeichert und wieder abgegeben werden kann. Wenn der Akkumulator mit einer Werkzeugmaschine verbunden ist, kann die in den Energiespeicherzellen gespeicherte elektrische Energie an die Verbraucher (z.B. ein bürstenloser Elektromotor) der Werkzeugmaschine zugeführt werden. Zum Aufladen, d.h. Befüllen der Energiespeicherzellen mit elektrischer Energie, wird der Akkumulator mit einer Ladevorrichtung, wie einem Ladegerät, verbunden, sodass elektrische Energie zu den Energiespeicherzellen gelangen kann.
  • Bei der Verwendung bzw. beim Arbeiten mit einer akku-betriebenen Werkzeugmaschine kann es zu nicht-unerheblichen Vibrationen und Erschütterungen an der Werkzeugmaschine sowie an der mit der Werkzeugmaschine verbundenen Energieversorgungsvorrichtung kommen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn es sich bei der Werkzeugmaschine um ein Abrisswerkzeug, wie z.B. ein Meißel- oder Abbruchhammer, handelt. Durch die Vibrationen und Erschütterungen während der Verwendung der Werkzeugmaschine werden nahezu sämtliche Komponenten und Baugruppen der Werkzeugmaschine, sowie des Energieversorgungsvorrichtung mehr oder weniger stark belastet. Diese Belastungen können schließlich zu Beschädigungen an den jeweiligen Bauteilen oder sogar zu einem Totalausfall der ganzen Werkzeugmaschine führen.
  • In den meisten Fällen sind die Energieversorgungsvorrichtung und die Werkzeugmaschine über eine formschlüssige Verbindung miteinander verbunden, beispielsweise über eine Verriegelung oder einen Rast-Mechanismus. Solche formschlüssigen Verbindungen sind in der Regel mit einem Spiel behaftet, wobei das Spiel unerwünschte Relativbewegungen zwischen der Energieversorgungsvorrichtung und der Werkzeugmaschine ermöglicht. Insbesondere dann, wenn diese Relativbewegungen auf die Kontaktpartner von Energieversorgungsvorrichtung und Werkzeugmaschine, übertragen werden, die die formschlüssige Verbindung erzeugen, kann ein starker Verschleiß auftreten, der die Lebenszeit der Schnittstelle zwischen Energieversorgungsvorrichtung und Werkzeugmaschine erheblich verkürzen kann.
  • Eine besondere technische Herausforderung stellt insofern die Schnittstelle zwischen Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung dar. An der Schnittstelle sind die elektrischen Kontakte der Werkzeugmaschine und die elektrischen Kontakte der Energieversorgungsvorrichtung ("Kontaktpartner") so miteinander verbunden, dass die in den Energiespeicherzellen gespeicherte elektrische Energie von dem Akkumulator zu der Werkzeugmaschine gelangen kann.
  • Die Vibrationen und Erschütterungen an der Werkzeugmaschine sowie an der mit der Werkzeugmaschine verbundenen Energieversorgungsvorrichtung können zu einer Relativbewegung und sogar zu einer tatsächlichen Unterbrechung der Kontaktverbindung führen. Die Relativbewegung ist zu vermeiden, da durch diese es zu einer Abnutzung bzw. zu einem frühzeitigen Verschleiß der Kontakte kommen kann. Eine Unterbrechung der Kontaktverbindung kann zu einer unerwünschten Funkenbildung oder sogar zu einem Lichtbogen an den Kontakten führen. Darüber hinaus kann die Temperatur im Kontaktbereich zwischen den elektrischen Kontakten bzw. im Bereich der Schnittstelle in einem unerwünschten Maß ansteigen.
  • Die Aufgabe, die der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, die vorstehend beschriebenen Mängel und Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und eine Schnittstelle, ein System aus Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung und ein Verfahren zum Verbinden einer Energieversorgungsvorrichtung mit einer Werkzeugmaschine bereitzustellen, mit denen die Leistungsdichte der Schnittstelle verbessert und ihre Lebensdauer verlängert werden kann. Insbesondere würde es die Fachwelt begrüßen, wenn mit der Schnittstelle höhere Ströme als bisher von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine übertragen werden könnten. Insbesondere soll eine robuste, verschleißresistente Verbindungslösung für eine Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung bereitgestellt werden.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen zu dem Gegenstand der unabhängigen Ansprüche finden sich in den abhängigen Ansprüchen.
    • Beschreibung der Erfindung:
  • Erfindungsgemäß ist ein System umfassend eine Werkzeugmaschine und eine Energieversorgungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Energieversorgungsvorrichtung zur Versorgung der Werkzeugmaschine mit elektrischer Energie ausgebildet ist. Die Energieversorgungsvorrichtung kann über eine Schnittstelle lösbar mit der Werkzeugmaschine verbunden werden, wobei die Energieversorgungsvorrichtung und die Werkzeugmaschine Verbindungspartner der Schnittstelle bilden, wobei die Schnittstelle mindestens einen weiblichen Kontaktpartner an einem der Verbindungspartner und einen männlichen Kontaktpartner an dem anderen Verbindungspartner umfasst. Die Schnittstelle weist an jedem der beiden Verbindungspartner einen Magneten zur Herstellung einer magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern auf. Durch die Vorsehung der Magneten an den Verbindungspartnern kann die Schnittstelle vorteilhafterweise verhindern, dass es zu nennenswerten oder schädlichen Relativbewegungen zwischen den Leistungskontakten kommt. Die Magneten sind vorzugsweise in räumlicher Nähe zu den Kontaktpartnern angeordnet und halten diese, wenn die Energieversorgungsvorrichtung an der Werkzeugmaschine befestigt vorliegt, an ihrem vorgesehen Platz. Insbesondere verrutschen die Kontaktpartner aufgrund der zwischen ihnen bestehenden magnetischen Kopplung nicht zueinander. Dadurch kann ein Auftreten der als besonders schädlich betrachteten Reibkorrosion (<<fretting>>) zwischen den Kontaktpartnern besonders wirksam verhindert werden. Insbesondere kann durch die magnetische Kopplung zwischen Verbindungspartnern der Verschleiß bzw. der Abrieb an den männlichen und weiblichen Kontaktpartner erheblich reduziert werden. Dies führt vorteilhafterweise dazu, dass sich die Lebensdauer der Schnittstelle erheblich verlängert.
  • Es stellt einen wesentlichen Vorteil der Erfindung dar, dass die mit der formschlüssigen Verbindung zwischen Energieversorgungsvorrichtung und Werkzeugmaschine, die vorteilhafterweise von der magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern unterstützt wird, besonders große elektrische Ströme von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine übertragen werden können. Darüber hinaus können die Relativwege zwischen den Kontaktpartnern besonders kurz gehalten, wenn nicht gar auf ein Minimum reduziert werden. Dadurch kann vorteilhafterweise die Lebensdauer der Schnittstelle zwischen Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung erheblich verlängert werden. Die weiblichen und die männlichen Kontaktpartner der Schnittstelle können im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als «Leistungskontakte» der Schnittstelle bezeichnet werden.
  • Bei den Magneten kann es sich vorzugsweise um Dauermagneten handeln. Dauermagnete weisen vorzugsweise einen ortsfesten Nordpol und einen ortsfesten Südpol auf. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Magnete an den Verbindungspartnern der Schnittstelle so zueinander ausgerichtet sind, dass sich ungleichnamige Pole der Magnete gegenüberliegen und in einem verbundenen Zustand der Schnittstelle in Kontakt miteinander vorliegen. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Werkzeugmaschine einen ersten Magneten aufweisen kann, der beispielsweise mit einem Nordpol in Richtung der Energieversorgungsvorrichtung ausgebildet ist, während die Energieversorgungsvorrichtung einen zweiten Magneten aufweist, der mit einem Südpol in Richtung der Werkzeugmaschine ausgerichtet ist. Die Formulierung «in Richtung eines Verbindungspartners ausgebildet sein>> bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der entsprechende Pol des Magneten in räumlicher Nähe zu einem Kontaktbereich der Schnittstelle zwischen den Verbindungspartnern vorliegt, so dass sich die ungleichnamigen Pole der gegenüberliegenden Magnete <<spüren>>, so dass eine Anziehung - aufgrund der Ungleichnamigkeit - zwischen den Magneten der Verbindungspartner der Schnittstelle entsteht. Diese Anziehung kann im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als magnetische Kopplung bezeichnet werden. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass der erste Magnet der Werkzeugmaschine mit einem Südpol in Richtung der Energieversorgungsvorrichtung ausgebildet ist, während der zweite Magnet der Energieversorgungsvorrichtung mit einem Nordpol in Richtung der Werkzeugmaschine ausgerichtet ist. Die Verwendung von Dauermagneten ist im Kontext der vorliegenden Erfindung besonders bevorzugt, weil ihr Einsatz keine elektrische Energie erfordert. Dadurch kann die Reichweite der Energieversorgungsvorrichtung der Werkzeugmaschine geschont bzw. verlängert werden.
  • Die Magnete können selbstverständlich auch von Elektromagneten gebildet werden, wobei die Elektromagnete derart angeordnet und bestromt werden können, dass sich ungleichnamige Pole der Magnete gegenüber vorliegen und eine Anziehungskraft zwischen den beteiligten Verbindungspartnern der Schnittstelle erzeugen. Die Verwendung von Elektromagneten ist besonders bevorzugt, wenn die Werkzeugmaschine eine metallbearbeitende Werkzeugmaschine ist. Wenn beispielsweise Metallspäne bei der Arbeit mit der Werkzeugmaschine anfallen, können die Elektromagnete abgeschaltet werden, so dass die Metallspäne nicht von der Werkzeugmaschine oder der Energieversorgungsvorrichtung angezogen werden. Stattdessen können die Metallspäne einfach von der Werkzeugmaschine oder dem Werkzeug der Werkzeugmaschine abgeklopft oder abgeschüttelt werden.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Magnete in räumlicher Nähe zu den Leistungskontakten angeordnet vorliegen, wobei der erste Magnet, der vorzugsweise an der Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt, beispielsweise in einem Kontakthalter der Werkzeugmaschine integriert vorliegen kann. Vorzugsweise kann der mindestens eine männliche Kontaktpartner in einem Kontakthalter angeordnet vorliegen, wobei der erste Magnet, der in räumlicher Nähe zu dem männlichen Kontaktpartner angeordnet vorliegt, in dem Kontakthalter angeordnet vorliegen kann. Der zweite Magnet, der vorzugsweise an der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet vorliegt, kann beispielsweise in einer Aufnahmevorrichtung der Energieversorgungsvorrichtung integriert vorliegen. Vorzugsweise umfasst die Schnittstelle eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme des mindestens einen weiblichen Kontaktpartner, wobei der zweite Magnet in der Aufnahmevorrichtung integriert vorliegen kann.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die magnetische Kopplung zwischen der Werkzeugmaschine und der Energieversorgungsvorrichtung eine Relativbewegung zwischen dem männlichen Kontaktpartner und dem weiblichen Kontaktpartner verhindert. Insbesondere ermöglicht die vorgeschlagene Schnittstelle, die an jedem der beteiligten Verbindungspartner einen Magneten aufweist, dass es zu nennenswerten oder schädlichen Relativbewegungen zwischen den Leistungskontakten, d.h. den weiblichen und den männlichen Kontaktpartnern, kommt.
  • Durch die Vorsehung de der magnetischen Kopplung können auf einfache Art und Weise an den Kontaktpartnern wirkende Vibrationen und Erschütterungen ausgeglichen werden, die zu einer Relativbewegung und sogar zu einer tatsächlichen Unterbrechung der Kontaktverbindung zwischen dem Akkumulator und der Werkzeugmaschine führen können.
  • Mit der Erfindung, insbesondere durch die Vorsehung der magnetischen Kopplung, kann ein Relativweg zwischen dem männlichen und dem weiblichen Kontaktpartner der Schnittstelle erheblich reduziert werden, so dass mechanische Reibungsverluste und elektrische Stromführungsverluste zwischen den Kontaktpartner in einem erheblichem Umfang vermindert werden können.
  • Die Reduzierung der Relativbewegungen bzw. die Verkürzung der Relativwege der Kontaktpartner der Schnittstelle hat mehrere vorteilhafte Effekte. Ein erster Effekt betrifft die Relativbewegungen bzw. die Relativwege zwischen den Kontaktpartnern, die die formschlüssige Verbindung zwischen Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung erzeugen. Diese Relativbewegungen bzw. die Relativwege können unerwünschterweise den Übergangswiderstand der Schnittstelle erhöhen, wobei diese Erhöhung zunächst unabhängig von dem Verschleißzustand der Schnittstelle ist. Das bedeutet im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die erhöhten Übergangswiderstände auch bereits im Neuzustand eines Systems aus Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung auftreten können, wenn es in der Schnittstelle zwischen den Systembestandteilen zu unerwünschten Relativbewegungen der Kontaktpartner der Schnittstelle kommt. Darüber hinaus können die Relativbewegungen zwischen den Kontaktpartnern zu Verschleiß und Oxidation führen, so dass der Übergangswiderstand der Schnittstelle nachteiligerweise weiter steigen kann. Indem die Erfindung die Relativbewegungen zwischen den Kontaktpartnern und damit den Übergangswiderstand erheblich vermindert, leistet sie einen wesentlichen Beitrag dazu, dass mit der vorgeschlagenen Schnittstelle besonders große elektrische Ströme von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine übertragen werden können. Außerdem vermindert die Erfindung einen unerwünschten Verschleiß der Kontaktpartner und leistet somit einen ebenso wertvollen Beitrag zur Erhöhung der Lebensdauer der Schnittstelle.
  • Tests haben gezeigt, dass mit der Erfindung auch ein unerwünschtes Ansteigen der Temperatur im Kontaktbereich zwischen dem männlichen Kontaktpartner und dem weiblichen Kontaktpartner wirkungsvoll vermieden werden kann. Beispielsweise kann die Güte und die Qualität des Kontakts zwischen den Kontaktpartner mit der Erfindung, d.h. durch die Vorsehung der magnetischen Kopplung, erheblich verbessert werden kann. Die Temperatur-Reduktion führt vorteilhafterweise dazu, dass die Lebensdauer der Komponenten der Schnittstelle zwischen der Werkzeugmaschine und der Energieversorgungsvorrichtung verlängert werden kann, da insbesondere Kunststoffteile höhere Temperaturen weniger gut aushalten können als tiefe Temperaturen. Bewirkt wird die Temperatur-Reduktion vorteilhafterweise dadurch, dass der Übergangswiderstand zwischen der Werkzeugmaschine und der Energieversorgungsvorrichtung durch den engeren Kontakt zwischen den Kontaktpartner erheblich verringert werden kann. Der engere Kontakt wird vorteilhafterweise durch die magnetische Kopplung zwischen den Verbindungspartnern der Schnittstelle bewirkt.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der mindestens eine männliche Kontaktpartner an der Werkzeugmaschine angeordnet vorliegt. Die männlichen Kontaktpartner können Schwerter umfassen, die in einen weiblichen Kontaktpartner der Schnittstelle bzw. des anderen Verindungspartners eingeführt werden können. Entsprechend einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann vorgesehen sein, dass die männlichen Kontaktpartner in Form von stiftartigen Steckern oder Schwertern und die weiblichen Kontaktpartner der Schnittstelle in Form von Klemmen mit elastisch verformbaren Schenkeln zur Aufnahme der stiftartigen Stecker oder Schwerter ausgestaltet sind. Der männliche Kontaktpartner kann von einem vorstehenden Bereich und einem Anschlag gebildet werden, wobei der vorstehende Bereich in einem gesteckten Zustand der Schnittstelle, in dem die Energieversorgungsvorrichtung mit der Werkzeugmaschine verbunden vorliegt (daher auch: «verbundener Zustand»), in einem der weiblichen Kontaktpartner eingeführt vorliegt. Im unverbundenen Zustand können die Werkzeugmaschine und die Energieversorgungsvorrichtung unabhängig und voneinander getrennt vorliegen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn die Energieversorgungsvorrichtung aufgeladen wird und sich in einem Ladegerät zum Aufladen befindet.
  • Die Abgabe von elektrischer Energie von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine erfolgt insbesondere im verbundenen Zustand, in dem die Werkzeugmaschine über die Schnittstelle mit der Energieversorgungsvorrichtung verbunden vorliegt. Die weiblichen und männlichen Kontaktpartner greifen im verbundenen Zustand ineinander, so dass über einen Kontaktbereich zwischen den Kontaktpartner elektrischer Strom bzw. elektrische Energie fließen kann. Tests haben gezeigt, dass durch die Verwendung der Magnete, die eine magnetische Kopplung zwischen den Verbindungspartnern bewirken, deutlich höhere Ströme übertragen werden können als bei konventionellen Kontaktsystemen, wie sie aus dem Stand der Technik der Fall ist. Beispielsweise ermöglicht die Erfindung die Übertragung von Strömen in einem Bereich von mehr als 70 Ampère, bevorzugt mehr als 80 Ampère oder besonders bevorzugt mehr als 100 Ampère.
  • Die Energieversorgungsvorrichtung kann vorzugsweise einen Akkumulator oder eine bevorzugt wiederaufladbare Batterie aufweisen. Selbstverständlich ist es im Sinne der Erfindung auch möglich, dass die Energieversorgungsvorrichtung zwei oder mehr Akkus und/oder Batterien aufweist. Die Akkus und/oder Batterien können sog. Batteriepacks aufweisen, die beispielsweise konventionelle zylindrische Zellen umfassen. Diese zylindrischen Zellen können beispielsweise eine chemische Substanz umfassend Lithium-Ionen enthalten.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass der mindestens eine weibliche Kontaktpartner an der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet vorliegt. Der mindestens eine weibliche Kontaktpartner kann vorzugsweise von einer Aufnahmeklemme gebildet werden, die dazu eingerichtet ist, das Schwert des männlichen Kontaktpartners aufzunehmen. Der weibliche Kontaktpartner kann dazu zwei Schenkel aus einem elastischen Material aufweisen, wobei die Schenkel bei der Einführung des männlichen Kontaktpartners auseinandergedrückt werden, so dass der männliche Kontaktpartner in einem Innenraum des weiblichen Kontaktpartners bzw. der Aufnahmeklemme zu liegen kommt. In diesem Fall wird im Sinne der Erfindung von dem verbundenen oder gesteckten Zustand der Schnittstelle gesprochen. Aufgrund der Elastizität des Materials, aus dem die Schenkel des weiblichen Kontaktpartners gebildet sind, drücken sich die Schenkel der Aufnahmeklemme des weiblichen Kontaktpartners in diesem verbundenen Zustand an das Schwert bzw. den vorstehenden Bereich des männlichen Kontaktpartners, so dass ein Kontaktbereich zwischen den Kontaktpartner geschaffen wird. Vorzugsweise wird elektrischer Strom bzw. elektrische Energie über diesen Kontaktbereich zwischen den Kontaktpartnern ausgetauscht, so dass Strom bzw. elektrische Energie von der Energieversorgungsvorrichtung in Richtung der Werkzeugmaschine fließen kann.
  • Die Schenkel des weiblichen Kontaktpartners können vorzugsweise Federstahl umfassen oder auf diesem gefertigt sein. Neben Federstahl können auch andere Metalle, Metalllegierungen oder Kunststoffe mit elastischen Eigenschaften zur Herstellung der weiblichen Kontaktpartner verwendet werden. Ganz besonders bevorzugt können Materialien mit einer guten Leitfähigkeit, einer hohen Streckgrenze und/oder geringen Relaxationen sein, wie beispielsweise CuFe2P oder CuCrSiTi.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Schenkel des weiblichen Kontaktpartners bzw. der Aufnahmeklemme im Kontaktbereich einen minimalen Abstand aufweisen, um einen besonders guten Kontakt zu dem männlichen Kontaktpartner zu ermöglichen. Vorzugsweise weist der weibliche Kontaktpartner im Kontaktbereich zum männlichen Kontaktpartner eine Verjüngung auf, die durch den minimalen Abstand zwischen den Schenkeln des weiblichen Kontaktpartners definiert wird. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Schenkel des weiblichen Kontaktpartners im Kontaktbereich bzw. im Bereich der Verjüngung bzw. im Bereich des minimalen Schenkelabstands Kupfer aufweisen oder mit einer Kupferschicht beschichtet sind. Darüber hinaus können Beschichtungen verwendet werden, die Nickel und/oder Silber umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein. Durch das Beschichtungsmaterial, das vorzugsweise im Kontaktbereich zwischen männlichen und weiblichen Kontaktpartner der vorgeschlagenen Schnittstelle vorliegt, kann der Stromfluss bzw. der Fluss von elektrischer Energie von der Energieversorgungsvorrichtung an die Werkzeugmaschine weiter optimiert werden, so dass insbesondere auch hohe Ströme, wie beispielsweise 70 Ampère, 80 Ampère oder 100 und mehr Ampère durch die Schnittstelle fließen können.
  • Dadurch, dass die Energieversorgungsvorrichtung lösbar durch die Schnittstelle mit der Werkzeugmaschine verbunden ist, liegen die jeweiligen elektrischen Kontakte der Werkzeugmaschine sowie der Energieversorgungsvorrichtung vorzugsweise kraftschlüssig aneinander an. Der weibliche Kontaktpartner kann dabei eine bevorzugt federnd gelagerten Klammer oder Aufnahmeklemme umfassen, während der männliche Kontaktpartner ein in die Klammer oder die Aufnahmeklemme einführbares Einschubelement aufweisen kann.
  • Tests haben gezeigt, dass durch die Vorsehung der magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern der Schnittstelle die Reibkorrosion («fretting») zwischen den Kontaktpartnern der Schnittstelle erheblich reduziert werden kann. Dadurch kann beispielsweise entweder auf weniger hochwertige, kostengünstige Beschichtungen der Kontaktpartner zurückgegriffen werden, oder der Einsatz der Magnete führt zu einer längeren Lebensdauer der Schnittstelle und zu einer höheren Leistungsdichte, wobei eine höhere Leistungsdichte im Sinne der Erfindung bevorzugt bedeutet, dass höhere elektrische Ströme durch die Schnittstelle aus männlichem und weiblichem Kontaktpartner übertragen werden können.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Schnittstelle einen bis acht, bevorzugt zwei bis sechs und am meisten bevorzugt vier weibliche Kontaktpartner aufweist. Vorzugsweise weist die Schnittstelle eine korrespondieren Anzahl von männlichen Kontaktpartner auf, so dass je ein männlicher Kontaktpartner und ein weiblicher Kontaktpartner ein Kontaktpaar bilden können. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die männlichen Kontaktpartner an der Werkzeugmaschine angeordnet vorliegen, während die weiblichen Kontaktpartner an der Energieversorgungsvorrichtung angeordnet vorliegen.
  • Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Schnittstelle eine Aufnahmevorrichtung zur Aufnahme von mindestens einem weiblichen Kontaktpartner umfasst. Mit anderen Worten kann die Aufnahmevorrichtung dazu eingerichtet sein, mindestens einen weiblichen Kontaktpartner aufzunehmen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Aufnahmevorrichtung mindestens einen weiblichen Kontaktpartners aufnehmen. Die Aufnahmevorrichtung kann eine Schublade oder eine Kassette bilden, in der der mindestens eine weibliche Kontaktpartner aufgenommen werden kann. Es kann auf diese Weise vorteilhafterweise ein Kontaktblock bereitgestellt werden, so dass sich die weiblichen Kontaktpartner gemeinsam bewegen bzw. gemeinsam bewegt werden können. Vorzugsweise kann die die Aufnahmevorrichtung einen bis acht, bevorzugt zwei bis sechs und am meisten bevorzugt vier weibliche Kontaktpartner aufnehmen.
  • In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst die Schnittstelle vier Leistungskontakte und zwei Kommunikationselemente. Die Leistungskontakte und die Kommunikationselemente können gemeinsam in einer Aufnahmevorrichtung angeordnet vorliegen. Es kann im Sinne der Erfindung bevorzugt sein, dass die Kommunikationselemente in der Aufnahmevorrichtung integriert vorliegen. Mit anderen Worten kann die Aufnahmevorrichtung mindestens ein Kommunikationselement zur Übertragung von Daten zwischen der Werkzeugmaschine und der Energieversorgungsvorrichtung aufweisen. Die Kommunikationselemente können im Sinne der Erfindung bevorzugt auch als «Kommunikationsstecker» bezeichnet werden, insbesondere dann, wenn die Kommunikationsverbindung leitungsgebunden ausgebildet ist. Es ist im Sinne der Erfindung ganz besonders bevorzugt, dass die Aufnahmevorrichtung zwei Kommunikationselemente aufweist, wobei die Kommunikationselemente vorzugsweise mittig innerhalb der Aufnahmevorrichtung angeordnet vorliegen können. Beispielsweise können auf der einen Seite der bevorzugt zentral angeordneten zwei Kommunikationselemente zwei weibliche Kontaktpartner angeordnet vorliegen und auf der anderen Seite der Kommunikationselemente ebenfalls zwei weibliche Kontaktpartner. Die Kommunikationselemente können beispielsweise übereinander angeordnet vorliegen.
  • In einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung eine Schnittstelle zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Werkzeugmaschine und einer Energieversorgungsvorrichtung. Die für das System aus Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung eingeführten Begriffe, Definitionen und technischen Vorteile gelten vorzugsweise für die Schnittstelle und das später beschriebene Verfahren zum Verbinden einer Energieversorgungsvorrichtung mit einer Werkzeugmaschine mit einer Schnittstelle analog. Die Schnittstelle ist dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle mindestens einen männlichen Kontaktpartner und mindestens einen weiblichen Kontaktpartner aufweist, wobei die Schnittstelle an jedem der beiden Verbindungspartner einen Magneten zur Herstellung einer magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern aufweist.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verbinden einer Energieversorgungsvorrichtung mit einer Werkzeugmaschine mit einer Schnittstelle, das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Schnittstelle mindestens einen männlichen Kontaktpartner und mindestens einen weiblichen Kontaktpartner aufweist, wobei die Schnittstelle mindestens einen männlichen Kontaktpartner und mindestens einen weiblichen Kontaktpartner aufweist, wobei bei der Verbindung der Energieversorgungsvorrichtung mit der Werkzeugmaschine eine magnetische Kopplung zwischen der Werkzeugmaschine und der Energieversorgungsvorrichtung besteht.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. Die Figuren, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • In den Figuren sind gleiche und gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert.
  • Es zeigen:
    • Fig. 1
    Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung des Systems aus Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung
    Fig. 2
    Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung des Systems aus Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung mit Kommunikationselementen
    Fig. 3
    mögliche Ausgestaltung einer Einheit aus weiblichem und männlichem Kontaktpartner
    Fig. 4
    weitere Ansicht einer bevorzugten Ausgestaltung des Systems aus Werkzeugmaschine und Energieversorgungsvorrichtung
    Fig. 5
    Ansicht von verschiedenen bevorzugten Ausrichtungen der Pole der Magnete zueinander
    Ausführungsbeispiele und Figurenbeschreibung:
  • Figur 1 zeigt eine mögliche Ausgestaltung des Systems 100 aus Werkzeugmaschine 10 und Energieversorgungsvorrichtung 20. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Werkzeugmaschine 10 auf der linken Bildhälfte abgebildet und die Energieversorgungsvorrichtung 20 auf der rechten Bildhälfte. Die Werkzeugmaschine 10 weist zwei männliche Kontaktpartner 50 auf, wobei insbesondere die Schwerter 52 in Fig. 1 dargestellt sind. Die männlichen Kontaktpartner 50 sind Bestandteil einer Schnittstelle 30, wobei die Schnittstelle 30 darüber hinaus auch weibliche Kontaktpartner 40 aufweist. In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen die weiblichen Kontaktpartner 40 an der Energieversorgungsvorrichtung 20 angeordnet vor. Die weiblichen Kontaktpartner 40 können Einzelkontakte darstellen oder - wie in Fig. 1 und 2 dargestellt - in einem Block oder eine Schublade integriert vorliegen. Der Block oder die Schublade mit den weiblichen Kontaktpartnern 40 wird als Aufnahmevorrichtung 80 bezeichnet. In Fig. 1 ist insbesondere der Fall dargestellt, dass die Werkzeugmaschine 10 und die Energieversorgungsvorrichtung 20 getrennt voneinander vorliegen. Die Werkzeugmaschine 10 und die Energieversorgungsvorrichtung 20 können zusammen ein System 100 bilden, wobei die Energieversorgungsvorrichtung 20 dazu eingerichtet ist, die Werkzeugmaschine 10 mit elektrischer Energie zu versorgen. Sowohl die Energieversorgungsvorrichtung 20, als auch die Werkzeugmaschine 10 umfassen je einen Magneten 60, 62, wobei ein erster Magnet 60 an der Werkzeugmaschine 10 und ein zweiter Magnet 62 an der Energieversorgungsvorrichtung 20 vorliegen kann. Vorzugsweise besteht eine magnetische Kopplung zwischen den Magneten 60, 62, die insbesondere dadurch zustande kommt, dass die Magnete 60, 62 so zueinander ausgerichtet sind, dass sich ungleichnamige Pole der Magnete 60, 62 gegenüberliegen und in einem verbundenen Zustand der Schnittstelle 30 in Kontakt miteinander vorliegen.
  • Durch die magnetische Kopplung kann ein besonders enger Kontakt zwischen den Kontaktpartnern 40, 50 entstehen. Ein solcher Kontakt wird in Fig. 3 gezeigt. Der enge Kontakt zwischen den Kontaktpartnern 40, 50 führt dazu, dass besonders hohe Ströme von der Energieversorgungsvorrichtung 20 an die Werkzeugmaschine fließen können. Dies folgt insbesondere daraus, dass sich der Übergangswiderstand zwischen den Kontaktpartnern 40, 50 mit der Erfindung erheblich reduziert werden kann, so dass insbesondere auch die in einem Kontaktbereich 32 (siehe Fig. 3) zwischen den Kontaktpartnern 40, 50 gemessene Temperaturen weniger stark ansteigen als bei konventionellen Schnittstellen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Durch den reduzierten Übergangswiderstand und die reduzierten Temperaturen im Kontaktbereich 32 der Schnittstelle 30 verlängern sich erfreulicherweise die Lebensdauer der vorgeschlagenen Schnittstelle 30.
  • Fig. 2 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung des Systems 100 aus Werkzeugmaschine 10 und Energieversorgungsvorrichtung 20 mit Kommunikationselementen 90. Korrespondiere Kommunikationselemente 90 können an der Werkzeugmaschine 10 und an der Energieversorgungsvorrichtung 20 angeordnet vorliegen, wobei zwischen den Kommunikationselementen 90 eine Kommunikationsverbindung 92 bestehen kann. Es ist im Sinne der Erfindung bevorzugt, dass die Magnete 60, 62 und die Kommunikationselemente 90 derart zueinander angeordnet werden, dass die Magnete 60, 62 die Kommunikation zwischen den Kommunikationselementen 90 nicht behindern.
  • Fig. 3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer Einheit aus einem weiblichem Kontaktpartner 40 und einem männlichem Kontaktpartner 50. Dargestellt ist in Fig. 3 insbesondere eine Schnittstelle 30, die einen weiblichen Kontaktpartner 40 und einen männlichen Kontaktpartner 50 aufweist. Insbesondere zeigt Fig. 3 einen verbundenen Zustand, bei dem die Energieversorgungsvorrichtung 20 und die Werkzeugmaschine 10 miteinander verbunden vorliegen, so dass Strom bzw. elektrische Energie von der Energieversorgungsvorrichtung 20 in Richtung der Werkzeugmaschine 10 fließen kann. Das Schwert 52 des männlichen Kontaktpartners 50 befindet sich in der Aufnahmeklemme 44 bzw. den Schenkeln 44 des weiblichen Kontaktpartners 40 angeordnet vor, wobei die Kontaktpartner 40, 50 miteinander einen Kontaktbereich 32 bilden, über den der Strom bzw. die elektrische Energie von der Energieversorgungsvorrichtung 20 an die Werkzeugmaschine 10 übertragen werden kann. Der Kontaktbereich 32 bildet sich insbesondere im Bereich einer Verjüngung 42 des weiblichen Kontaktpartners 40 aus, in dem die Schenkel 44 bzw. die Komponenten der Aufnahmeklemme 44 des weiblichen Kontaktpartners 40 einen minimalen Abstand zu einander einnehmen. Dadurch legen sich die Schenkel 44 des weiblichen Kontaktpartners 40 besonders eng an das Schwert 52 des männlichen Kontaktpartners 50 an.
  • Fig. 4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung des Systems 100 aus Werkzeugmaschine 10 und Energieversorgungsvorrichtung 20. Auf der linken Seite von Fig. 4 ist das System 100 aus Werkzeugmaschine 10 und Energieversorgungsvorrichtung 20 im unverbundenen Zustand abgebildet. Die Werkzeugmaschine 10 und die Energieversorgungsvorrichtung 20 können über eine Schnittstelle 30 miteinander verbunden werden, wobei die Werkzeugmaschine 10 und die Energieversorgungsvorrichtung 20 Verbindungspartner der Schnittstelle 30 darstellen. In dem in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung liegen die männlichen Kontaktpartner 50 an der Werkzeugmaschine 10 angeordnet vor und die weiblichen Kontaktpartner 50 in der Energieversorgungsvorrichtung 20. Die männlichen Kontaktpartner 50 können von einem Kontakthalter 70 gehalten werden, während die weiblichen Kontaktpartner 40 von einer Aufnahmevorrichtung 80 aufgenommen werden können. In dem Kontakthalter 70 und in der Aufnahmevorrichtung 80 können die Magnete 60, 62 integriert vorliegen, wobei die Magnete 60, 62 in Bezug auf ihre Pole N, S so zueinander ausgerichtet sind, dass eine Anziehung zwischen den Magneten 60, 62 einerseits und den Verbindungspartnern 10, 20 der Schnittstelle 30 andererseits bewirkt wird. Diese Anziehung kann im Sinne der Erfindung bevorzugt als «magnetische Kopplung>> bezeichnet werden.
  • Fig. 5 zeigt eine Ansicht von verschiedenen bevorzugten Ausrichtungen der Pole N, S der Magnete 60, 62 zueinander. In der oberen Bildhälfte ist eine Werkzeugmaschine 10 und eine Energieversorgungsvorrichtung 20 dargestellt, wobei die Werkzeugmaschine 10 den ersten Magneten 60 umfasst und die Energieversorgungsvorrichtung 20 den zweiten Magneten 62 umfasst. Der erste Magnet 60 ist mit seinem Nordpol N in Richtung der Energieversorgungsvorrichtung 20 ausgerichtet. Der zweite Magnet 62 ist mit seinem Südpol S in Richtung der Werkzeugmaschine 10 ausgerichtet. Aufgrund der ungleichnamigen Pole N, S, die in räumlicher Nähe zueinander vorliegen, kommt es zu einer Anziehung zwischen den Magneten 60, 62, die vorteilhafterweise eine magnetische Kopplung erzeugt.
  • In der unteren Bildhälfte ist der erste Magnet 60 ist mit seinem Südpol S in Richtung der Energieversorgungsvorrichtung 20 ausgerichtet, während der zweite Magnet 62 ist mit seinem Nordpol N in Richtung der Werkzeugmaschine 10 ausgerichtet ist.
    • Bezugszeichenliste
    • 10
    Werkzeugmaschine
    20
    Energieversorgungsvorrichtung
    30
    Schnittstelle
    32
    Kontaktbereich
    40
    weiblicher Kontaktpartner
    42
    Verjüngung
    44
    Schenkel des weiblichen Kontaktpartners
    50
    männlicher Kontaktpartner
    52
    Schwert
    60
    erster Magnet
    62
    zweiter Magnet
    70
    Kontakthalter
    80
    Aufnahmevorrichtung
    90
    Kommunikationselement
    92
    Kommunikationsverbindung
    100
    System
    N
    Nordpol eines Magneten
    S
    Südpol eines Magneten

Claims (11)

  1. System (100) umfassend eine Werkzeugmaschine (10) und eine Energieversorgungsvorrichtung (20) zur Versorgung der Werkzeugmaschine (10) mit elektrischer Energie, wobei die Energieversorgungsvorrichtung (20) über eine Schnittstelle (30) lösbar mit der Werkzeugmaschine (10) verbindbar ist, wobei die Energieversorgungsvorrichtung (20) und die Werkzeugmaschine (10) Verbindungspartner der Schnittstelle (30) bilden, wobei die Schnittstelle (30) mindestens einen weiblichen Kontaktpartner (40) an einem der Verbindungspartner (20 oder 10) und einen männlichen Kontaktpartner (50) an dem anderen Verbindungspartner (10 oder 20) umfasst,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schnittstelle (30) an jedem der beiden Verbindungspartner einen Magneten (60, 62) zur Herstellung einer magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern aufweist.
  2. System (100) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der mindestens eine männliche Kontaktpartner (50) an der Werkzeugmaschine (10) angeordnet vorliegt und dass der mindestens eine weibliche Kontaktpartner (40) an der Energieversorgungsvorrichtung (20) angeordnet vorliegt.
  3. System (100) nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Magnete (60, 62) so zueinander ausgerichtet sind, dass sich ungleichnamige Pole der Magnete (60, 62) gegenüberliegen und in einem verbundenen Zustand der Schnittstelle (30) in Kontakt miteinander vorliegen.
  4. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die magnetische Kopplung zwischen der Werkzeugmaschine (10) und der Energieversorgungsvorrichtung (20) eine Relativbewegung zwischen dem männlichen Kontaktpartner (50) und dem weiblichen Kontaktpartner (40) verhindert.
  5. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der männliche Kontaktpartner (50) in einem Kontakthalter (70) angeordnet vorliegt. wobei auch der Magnet (60), der in räumlicher Nähe zu dem männlichen Kontaktpartner angeordnet vorliegt, in dem Kontakthalter angeordnet vorliegt.
  6. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schnittstelle (30) Kommunikationselemente (90) zum Austausch von Daten zwischen der Werkzeugmaschine (10) und der Energieversorgungsvorrichtung (20) umfasst.
  7. System (100) nach Anspruch 6
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Kommunikationselemente (90) eine Kommunikationsverbindung bilden, wobei die Kommunikationsverbindung drahtgebunden oder drahtlos ausgebildet ist.
  8. System (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schnittstelle (30) eine Aufnahmevorrichtung (80) zur Aufnahme des mindestens einen weiblichen Kontaktpartner (40) umfasst.
  9. System (100) nach Anspruch 8
    dadurch gekennzeichnet, dass
    mindestens ein Kommunikationselement (90) In der Aufnahmevorrichtung (80) integriert vorliegt.
  10. Schnittstelle (30) zur Übertragung von elektrischer Energie zwischen einer Werkzeugmaschine (10) und einer Energieversorgungsvorrichtung (20)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schnittstelle (30) mindestens einen männlichen Kontaktpartner (50) und mindestens einen weiblichen Kontaktpartner (40) aufweist, wobei die Schnittstelle (30) an jedem der beiden Verbindungspartner einen Magneten (60, 62) zur Herstellung einer magnetischen Kopplung zwischen den Verbindungspartnern aufweist.
  11. Verfahren zum Verbinden einer Energieversorgungsvorrichtung (20) mit einer Werkzeugmaschine (10) mit einer Schnittstelle (30)
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Schnittstelle (30) mindestens einen männlichen Kontaktpartner (50) und mindestens einen weiblichen Kontaktpartner (40) aufweist, wobei bei der Verbindung der Energieversorgungsvorrichtung (20) mit der Werkzeugmaschine (10) eine magnetische Kopplung zwischen der Werkzeugmaschine (10) und der Energieversorgungsvorrichtung (20) besteht.
EP21211551.3A 2021-12-01 2021-12-01 System mit einer werkzeugmaschine und einer energieversorgungsvorrichtung, verbindungsverfahren, sowie schnittstelle Withdrawn EP4190497A1 (de)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2012161399A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-29 Smart Power Solutions, Inc. Magnetic connecting device
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