Titel

Eingriffs-Schutzsystem für Maschinen

Die Erfindung betrifft ein Eingriffs-Schutzsystem für Maschinen, insbesondere stationäre oder handgeführte, elektrisch betriebene Werkzeugmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Stand der Technik

Aus der Praxis sind Eingriffs-Schutzsysteme für nahezu alle Maschinen bekannt, die für den Benutzer, teilweise auch für Dritte, ein Arbeitsrisiko bedingen. Diese Schutzsysteme sind bei Großmaschinen, so beispielsweise Pressen, teilweise so ausgelegt, dass sie, solange sie nicht außer Kraft gesetzt sind, für den Benutzer als bedienende Person einen Zugriff auf den Arbeitsbereich praktisch unmöglich machen.

Bei stationären oder handgeführten Werkzeugmaschinen, wie sie als Sägen, Schleifer, Fräsen oder dergleichen insbesondere im handwerklichen und im Hobbybereich eingesetzt werden, können so weitgehende Schutzsysteme vor allen Dingen dann nicht umgesetzt werden, wenn die jeweiligen Arbeitswerkzeuge arbeitsbedingt mehr oder minder frei liegen und auch einen freien Zugriff auf unterschiedlichste Werkstücke ermöglichen sollen. Unter Schutzgesichtspunkten stellt bei derartigen Werkzeugmaschinen die für den Betrieb der Maschine er- zwungene beidhändige Führung, insbesondere in Verbindung mit mechanischen

Abschirmungen oft das äußert Mögliche dar. Dies umso mehr, als solche Abschirmungen im Praxisbetrieb nicht selten Einschränkungen mit sich bringen, sei es in der Handhabung oder durch Verringerung der Zugriffsmöglichkeiten auf das jeweilige Werkstück. Da nicht selten, so beispielsweise bei handgeführten Kreis- und Stichsägen, der Sägenaufbau als solcher schon das Blickfeld auf das jeweilige Werkzeug, in diesen Fällen ein Sägeblatt ohnehin einschränkt, der unmittelbare Blick auf das Sägeblatt aber die Verfolgung vorgegebener Arbeitslinien erleichtert, sind häufig seitens der jeweiligen Maschine, insbesondere deren Führungsfußes Markierungen vorgesehen, die die Ausrichtung des Werkzeuges auf die jeweilige Arbeitslinie erleichtern sollen.

Ferner sind auch bereits Systeme bekannt, bei denen optische Hilfseinrichtungen verwendet werden, bei denen Sensor- und/oder Kamerasysteme in Verbindung mit entsprechenden Anzeigevorrichtungen die Ausrichtung des Werkzeugs auf die jeweilige Arbeitslinie erleichtern sollen. Solche Hilfssysteme sind auch bereits in Ausbaustufen bekannt, so beispielsweise durch die DE 10 2006 052 808 A1 , die einen zumindest halbautonomen Betrieb für eine Stichsäge ermöglichen, in dem der Benutzer im Wesentlichen nur die Abstützung der Maschine in Arbeitsrichtung übernimmt, das System aber die Ausrichtung auf die zu verfolgende Arbeitslinie.

Offenbarung der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Eingriffs-Schutzfunktion für Maschinen, insbesondere stationäre oder handgeführte, elektrisch betriebene Werkzeugmaschinen, gegebenenfalls ergänzend zu bisherigen Systemen, in einer Weise zu realisieren, die bei hoher Sicherheit für den Benutzer - wie auch Dritte

- keine Einschränkungen im Betrieb und in der Handhabung der Maschine mit sich bringt.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Anspruches 1 ge- löst. Ergänzende, gegebenenfalls auch eigenständige Lösungen ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen.

Bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung eines Eingriffs-Schutzsystems wird mit einer optischen Abschirmung des Zugriffsbereichs auf das jeweilige Werk- zeug gearbeitet, also primär keine körperliche, Werkstück- oder maschinenseitig anzuordnende Barriere vorgesehen, die den Zugriff auf das Werkzeug behindern würde. Die Abschirmung gestaltet sich vielmehr virtuell, beispielsweise in Gestalt eines für das menschliche Auge sichtbaren, oder auch unsichtbaren Lichtmantels, der einen Bereich um das Werkzeug abgrenzt und innerhalb des abgegrenzten Bereiches liegende Markierungen übergreift, derart, dass, insbesondere dem Lichtmantel folgend, die Markierungen im Erfassungsbereich von zumindest einem Sensor oder einer Kamera liegen und so ein Abgleich mit einem entsprechenden Hintergrundbild möglich ist. Die entsprechende bildliche Erfassung kann sowohl digital wie auch analog erfolgen, und in entsprechender weise auch der Bildabgleich, jeweils rechnergestützt. Wird die Abschirmung durchbrochen und dadurch eine Markierung soweit abgedeckt, dass dies als Bildfehler zum abgespeicherten Hintergrundbild erkannt wird, so werden Schutzmaßnahmen ausgelöst, die beispielsweise darin bestehen können, dass die Maschine abgeschaltet und/oder das Werkzeug durch eine zugeordnete Bremseinrichtung unmittelbar blockiert wird.

Als Markierungen können Maschinenteile als solche, oder Teile oder Ausschnitte solcher Maschinenteile vorgesehen sein, so, beispielhaft wieder auf Stichsägen bezogen, Ecken oder Kanten derer Fußplatte oder die Umgrenzung des frei geschnittenen, vom Werkzeug durchsetzten Bereiches der Fußplatte. In entspre- chender Weise können auch bereits vorhandene Markierungen genutzt werden, so beispielsweise eine an der Fußplatte vorgesehene Markierung zur Ausrichtung der Stichsäge auf eine jeweilige Arbeitslinie. Ferner können Markierungen auch durch spezielle Ausprägungen der Fußplatte oder farbliche Kennzeichnung der Fußplatte gebildet sein.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, werkstückseitige Muster oder Strukturen im Wege der digitalen ode analogen Mustererfassung als Markierungen zu nutzen, wobei eine solche Ausgestaltung eine Ausdehnung der optischen Abschirmung des Zugriffsbereiches über die Maschine hinaus ermöglicht und dadurch die Vorwarnzeit zur Auslösung etwa notwendiger Schutzmaßnahmen verlängert.

Gearbeitet kann für diesen Zweck mit einer Mustererkennung, die mit einer verhältnismäßig groben Rasterung auskommt, was sich für die Abschirmung größerer Zugriffsbereiche als zweckmäßig erweist.

Im Rahmen der Erfindung muss aber keineswegs auf Markierungen zurückgegriffen werden, die seitens der Maschine oder des Werkstückes angebracht oder gegeben sind; vielmehr können die Markierungen auch als optische Markierungen einprojiziert sein, so beispielsweise als Linien- oder Punktraster mit beleuchteten Linien oder Punkten. Wird bei einer solchen Lösung in den überwachten, insbesondere abgeschirmten Zugriffsbereich eingegriffen, so wird zumindest ein Teil der Punkte oder Linien überdeckt, was im entsprechenden Bildvergleich, insbesondere bei sich im Regelfall nicht sprunghaft ändernden oder sehr unregelmäßigen Oberflächenstrukturen, erkannt und zur Auslösung der Schutzmaßnahmen genutzt werden kann.

Im Rahmen der Erfindung liegt es auch, innerhalb eines nur definitionsgemäß vorgegebenen Schutzbereiches nicht zur Maschine gehörige und relativ zur Maschine bewegte Objekte rechnergestützt über Sensor oder Kamerasysteme zu erfassen, aufgrund ihres Bewegungsverhaltens als gefährdende oder gefährdete, also beispielsweise verletzbare Körperteile, zu identifizieren und aufgrund dieses Ergebnisses bei einem als Gefährdung erkannten Tatbestand Schutzmaßnahmen auszulösen.

Entsprechend kann im Rahmen der Erfindung auch auf Basis eines For- menabgleiches zwischen abgespeicherten Musterformen und der Form gefähr- deter und/oder gefährdender Objekte gearbeitet werden, wobei insbesondere bei einer solchen Lösung, aber auch bei den übrigen Lösungen die sensorische Erfassung gefährdeter Objekte, insbesondere Körperteile noch zusätzlich dadurch verbessert werden kann, dass speziell auf für die Erfassung lebender Materie ausgebildete Sensoren - zumindest teilweise - zurückgegriffen wird.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 als Beispiel einer Maschine, die mit einem erfindungsgemäßen Eingriffs-

Schutzsystem arbeitet, eine handgeführte, elektrisch angetriebene Werkzeugmaschine in Form einer Stichsäge,

Fig. 2 den Frontbereich einer ähnlich gestalteten Stichsäge in einer perspekti- vischen Draufsicht auf deren vom Sägeblatt durchsetzten Bereich ihrer Fußplatte mit durch eine optische Abschirmung abgegrenztem Zugriffsbereich und im Zugriffsbereich liegenden Markierungen, und

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung bei in den Zugriffsbereich hineinragendem Finger als gefährdetem und eine der Markierungen abdeckendem Objekt.

Fig. 1 veranschaulicht eine handgehaltene, elektrisch anzutreibende Werkzeugmaschine 1 in Form einer Stichsäge 2. Deren Gehäuse 3 ist über eine Fußplatte 4 auf einem Werkstück 5 verschieblich abgestützt. Im bezogen auf die Arbeitsrichtung 6 vorderen Bereich der Stichsäge 2 ist deren durch ein Sägeblatt 8 gebildetes Werkzeug 7 angeordnet. Dieses greift im Arbeitsbetrieb in das Werkstück 5 ein.

Gehalten ist das Sägeblatt 9 über eine Werkzeugaufnahme 9. Ausgerichtet ist das hubbeweglich entsprechend dem Pfeil 10 anzutreibende Sägeblatt 8 in der Grundstellung, die dem Regelarbeitsbetrieb entspricht und in der längs einer Geraden in Arbeitsrichtung 6 gesägt wird, mit seiner Sägeblattebene parallel zur Längsebene der Stichsäge 2. Abweichend hiervon sind weitere Betriebsarten möglich, so der Pendelhubbetrieb, bei dem das Sägeblatt 8 überlagert zur Hubbewegung um eine quer zur Sägeblattebene verlaufende, nicht gezeigte Schwenkachse verschwenkbar ist. Für eine weitere Betriebsart, nämlich die Nutzung der Stichsäge als sogenannte „Scrolling Jigsaw" ist eine Verdrehung des Sägeblattes 8 entsprechend dem Pfeil 1 1 um eine zur Hubachse parallele Dreh- achse 12 vorgesehen. Die verschiedenen Betriebsarten sind über eine Schalteinrichtung 13 einstellbar, die ebenso wie eine Schaltanordnung 14 zum Ein- und Ausschalten der Stichsäge am Gehäuse 3 vorgesehen ist.

Das Sägeblatt 8 durchsetzt die das Gehäuse 3 gegen das Werkstück 5 abstüt- zende Fußplatte 4 im Bereich einer Ausnehmung 15, die im vom Rand 16 der

Fußplatte 4 teilweise umschlossenen Bodenbereich 17 vorgesehen ist und auch im Hinblick auf die verschiedenen Betriebsarten einen ausreichenden Freiraum zwischen Sägeblatt 8 und Fußplatte 4 gewährleistet.

Teile der Fußplatte 4 sind als Markierungen 18, 19 ausgebildet oder tragen entsprechende Markierungen oder sind als solche Markierungen genutzt, da sie be- reits in einer zur Umgebung sich abhebenden Gestaltung, sei es durch die Strukturierung ihrer Oberfläche oder anderweitig, vorliegen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel liegen die Markierungen 18, veranschaulicht durch Fadenkreuze, beiderseits des gegen den Rand 16 frontseitig auslaufenden Teiles der Ausneh- mung 15. Die Markierung 19 ist durch einen frontseitigen Abschnitt des Randes

16 gebildet, auf den die Ausnehmung 15 ausläuft. Die Positionierung der Markierungen 18, 19 dient lediglich der Veranschaulichtung der verschiedenen Möglichkeiten, Teile der Stichsäge 1 , so insbesondere von deren Fußplatte 4, als Träger für Markierungen oder als Markierungen zu nutzen.

Fig. 2 und 3 veranschaulichen weiter, dass das Gehäuse 3, wie insbesondere aus Fig. 1 ersichtlich, übergreifend zur Werkzeugaufnahme 9 in einem Frontteil 20 endet, das nach unten in einem nasenförmigen, zur Fußplatte 4 in Überdeckung liegenden Vorsprung 21 ausläuft. Der Vorsprung 21 ist im Übergang auf seine untere Begrenzung mit einer Beleuchtungsanordnung 22 und bevorzugt auch mit einer Sensoranordnung 23 versehen, die beispielsweise durch eine Kamera gebildet ist und die ebenso wie die Beleuchtungsanordnung 22 durch die dargestellte Öffnung in der Unterseite des Vorsprunges 21 lediglich symbolisiert ist.

Die Beleuchtungsanordnung 22 kann einmal eine Lichtquelle zur Ausleuchtung des Arbeitsfeldes umfassen und so dazu dienen, die Sichtverhältnisse für den Benutzer im Arbeitsbereich des Sägeblattes 8 zu verbessern. Die Beleuchtungsanordnung kann weiter auch, mit sichtbarem oder unsichtbarem Licht arbeitend, der virtuellen Abschirmungen und Ausleuchtung eines Bereiches dienen, der als

Zugriffsbereich auf das Sägeblatt 8 abgeschirmt werden soll, um beim Eindringen gefährdender oder gefährdeter Objekte in den Arbeitsbereich des Sägeblattes 8 den Sägebetrieb zu unterbrechen und/oder gegebenenfalls schon vorab ein Warnsignal auszulösen, das beispielsweise in einem Anzeigefeld 24 visualisiert werden könnte. In entsprechender Weise wäre auch eine akustische Warnung möglich.

Fig. 3 veranschaulicht an einem Beispiel ein in den abgeschirmten Bereich eindringendes Objekt als Finger 25. Gerät dieser Finger 25 in den Überdeckungsbe- reich zu einer Markierung 18, so ist diese Markierung für die Sensorik 23 nicht mehr erkennbar, und es ist damit eine Abweichung vom Ausgangszustand gege- ben, wie er in Fig. 2 veranschaulicht ist. Werden der Ausgangszustand, der bevorzugt als Hintergrundbild abgelegt ist, und der hierzu abweichende Betriebszustand gemäß Fig. 3 verglichen, so ergibt sich eine Abweichung, die als Signal für eine Gefahrenmeldung und/oder für das Abschalten der Maschine genutzt wer- den kann. Die entsprechende Verarbeitung der über die Sensorik 23 erfassten

Gegebenheiten erfolgt maschinenintern über eine Rechen- und Steuereinheit, wie sie bei 26 angedeutet ist.

In Abhängigkeit von der jeweils verwendeten Sensorik 23 liegt es auch im Rah- men der Erfindung, Gefährdungen durch in den überwachten Zugriffsbereich eindringende Objekte in Abhängigkeit von der Bewegung dieser Objekte relativ zur Stichsäge zu erfassen und entsprechende Schutzmaßnahmen zu ergreifen.

Über die Recheneinheit und entsprechende Algorithmen ist es ferner auch mög- lieh, Gegenstände aufgrund ihrer Form zu identifizieren. Ein entsprechender Vergleich solcher Musterformen mit den Formen von in den überwachten Zugriffsbereich eindringenden und über die Sensorik 23 erfassten Objekten bietet über die vorerwähnten Schutzmaßnahmen hinausgehend die Möglichkeit, sogar objektbezogen auf den jeweiligen Gefährdungszustand zu reagieren. Insbesondere im Hinblick auf eine Verfeinerung der Schutzmaßnahmen im letztgenannten Sinne kann es auch zweckmäßig sein, auf das Erkennen verschiedener Sachverhalte ausgerichtete Sensoriken mit entsprechender Abstützung in der Recheneinheit zum Einsatz zu bringen, so beispielsweise von lediglich die Bewegung erfassenden Sensoren mit Sensoren, die die Formgebung erfassen, sowie gegebenen- falls mit Sensoren, über die sich lebendige von toter Materie unterscheiden lässt.