GEBIET DER ERFINDUNG

Die Erfindung betrifft eine selbstausrichtende Werkzeugführung und ein

Steuerungsverfahren für die Werkzeugführung.

Abgehängte Decken sind ein häufig anzutreffendes Gestaltungselement in Großgebäuden, insbesondere in Industrie- und Bürogebäuden. Technische Installationen, z.B. Elektroinstallationen, Lüftungsanlagen, Beleuchtung und Schalldämmung, lassen sich zwischen der Decke des Rohbaus und der abgehängten Decke verlegen und sind für eine nachträgliche Inspektion und Wartung zugänglich. Tragende Unterkonstruktionen der Installationen und der abgehängten Decke sind mit in der Decke des Rohbaus verankerten Dübeln, Schrauben oder ähnlichen Elementen befestigt. Zum Aufbauen der abgehängten Decke werden Löcher in die Decke des Rohbaus gebohrt, in welche die Dübel eingesetzt bzw. die Schrauben eingeschraubt werden können. Eine laterale Position der Löcher ist durch die tragende Unterkonstruktion vorgegeben.

Das Bohren der Löcher ist zeitaufwändig. Der Anwender kann die hoch hängende Decke des Rohbaus nur mit einer Leiter oder einem Gerüst erreichen. Die Leiter muss unterhalb der vorgegebenen Position aufgestellt werden, der Anwender steigt die Leiter hinauf, bohrt das Loch, steigt die Leiter ab und verschiebt die Leiter zu der nächsten Position.

DE 33 28 582 A1 beschreibt ein fahrbares Deckenbohr- und Montagegerät für die Montage von Schlagdübeln in einer Zimmerdecke. Das Deckenbohrgerät basiert auf einer Schlagbohrmaschine, welche auf einer Teleskopsäule montiert ist. Die Teleskopsäule ist auf einem Fahrwagen pendelnd aufgehängt. Der Anwender kann das Deckenbohrgerät unterhalb eine gewünschten Stelle fahren, die Schlagbohrmaschine mittels der Säule zu der Zimmerdecke angeben lassen und ein Loch in die Decke bohren lassen. Eine Steuerung der Schlagbohrmaschine kann über einen Schaltschrank erfolgen. Zum Transportieren über Treppenhäuser muss das Gerät in vier Teile - Fahrwagen, Teleskopsäule, Schlagbohrmaschine und Schaltschrank - zerlegt werden.

OFFENBARUNG DER ERFINDUNG Eine Ausgestaltung der Erfindung betrifft eine selbstausrichtende Werkzeugführung. Die Werkzeugführung hat eine Halterung, ein Hebewerk und ein Fahrwerk. Die Halterung ist zum Fixieren einer Handwerkzeugmaschine. Auf dem Hebewerk ist die Halterung montiert. Das Hebewerk hat einen Vortrieb zum vertikalen Anheben der Halterung. Das Fahrwerk hat zwei Räder auf einer Radachse, einen mit den Rädern gekoppelten Antrieb und eine Lenkung. Das Hebewerk ist auf dem Fahrwerk starr montiert. Ein Schwerpunktsensor ist zum Erfassen einer lateralen Auslenkung des Schwerpunkts des Hebewerks gegenüber der Radachse eingerichtet. Die Lenkung ist eingerichtet, den Antrieb anzusteuern, ein der Auslenkung entgegenwirkendes Drehmoment abzugeben. Ein Neigungssensor (37) dient zum Erfassen einer Neigung (36) des Hebewerks (7) gegenüber der Schwerkraft in einer frontalen Ebene. Die frontale Ebene ist parallel zu der Radachse (28) und parallel zu der Hubachse (25). Mittels eines Schwenkgelenks ist das Hebewerk (7) auf dem Fahrwerk (8) montiert, wobei eine Schwenkachse (94) des Schwenkgelenks (93) gegenüber der frontalen Ebene geneigt oder zu der frontalen Ebene senkrecht ist. Ein Schwenkantrieb (100) ist mit dem Schwenkgelenk (93) zum Einstellen einer Neigung (36) der Hubachse (25) gegenüber der Radachse (28) in der frontalen Ebene gekoppelt. Eine Neigungssteuerung (103) ist eingerichtet, den Schwenk-Antrieb (100) derart anzusteuern, dass die Neigung (36) minimiert ist.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Die nachfolgende Beschreibung erläutert die Erfindung anhand von exemplarischen Ausführungsformen und Figuren. In den Figuren zeigen:

Fig. 1 selbstausrichtenden Werkzeugführung von vorne

Fig. 2 selbstausrichtenden Werkzeugführung im Schnitt l-l

Fig. 3 selbstausrichtenden Werkzeugführung bei Bearbeitung einer Decke im Schnitt l-l Fig. 4 Statusdiagramm

Fig. 5 Diagramm zur Erläuterung zum Ausrichten (Gleichgewicht)

Fig. 6 Diagramm zur Erläuterung zum Ausrichten in Vor- Rück Richtung

Fig. 7 Diagramm zur Erläuterung zum Ausrichten in Querrichtung

Fig. 8 Diagramm zur Erläuterung zum Ausrichten in Querrichtung

Fig. 9 Statusdiagramm Gleiche oder funktionsgleiche Elemente werden durch gleiche Bezugszeichen in den Figuren indiziert, soweit nicht anders angegeben. Vertikal bezeichnet in dem Kontext dieser Beschreibung eine Richtung parallel zu der Schwerkraft; horizontal bezeichnet eine zu der Schwerkraft senkrechte Richtung oder Ebene.

AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen eine beispielhafte selbstausrichtende Werkzeugführung 1 für Installationsarbeiten in einem Rohbau. Eine Montage eines Lüftungsrohrs benötigt zum Beispiel mehrere Löcher 2 in einer Decke 3 des Rohbaus. Die Löcher 2 sollen an vorgegebenen Positionen 4 liegen, z.B. in einer Flucht. Ferner sollen die Löcher 2 zueinander parallel sein, z.B. vertikal orientiert. Die Position 4 ist beispielsweise in einem Plan verzeichnet. Ein Vorarbeiter kann die Position 4 durch Farbmarkierungen an der Decke 3 des Rohbaus anzeichnen. Andere Installationsarbeiten an der Decke 3 können das Setzen von Nägeln, Eintreiben von Schrauben, Abschleifen etc. umfassen.

Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch eine Ausführungsform der selbstausrichtenden Werkzeugführung 1. Die Werkzeugführung 1 hat eine Halterung 5 für eine Handwerkzeugmaschine 6, ein motorisiertes Hebewerk 7, eine motorisiertes Schwenkgelenk 8, ein motorisiertes Fahrwerk 9, eine Steuerung 10 und eine Konsole 11.

Der Anwender kann der Anwendung entsprechend die Werkzeugführung 1 mit einer geeigneten Handwerkzeugmaschine 6 und einem geeigneten Werkzeug 12 rüsten. Zum Bohren von Löchern 2 in einen Rohbau wäre dies beispielsweise ein Bohrhammer mit einem Schlagwerk 13 und ein Bohrer mit einer gesinterten Hartmetallspitze. Die Handwerkzeugmaschine 6 ist in die Halterung 5 auf dem Hebewerk 7 einsetzbar. Eine Verriegelung 14 sichert die Handwerkzeugmaschine 6 in der Halterung 5. Die Verriegelung 14 ist vorzugsweise ohne Werkzeug lösbar. In anderen Ausführungen kann die Handwerkzeugmaschine mit der Halterung 5 dauerhaft verbunden sein, z.B. verschraubt sein.

Der Bohrhammer ist nur ein Beispiel für eine Handwerkzeugmaschine 6. Andere Beispiele sind ein Elektroschrauber, ein Nagelsetzgerät, ein Winkelschleifer, eine Klebepistole, eine Lackierpistole, etc.. Ein Typ der Handwerkzeugmaschinen 6 treibt ein austauschbares Werkzeug 12, z.B. den Bohrer, einen Meißel, ein Schrauberbit, eine Trennscheibe, etc. für seine Funktion an. Ein anderer Typ von Handwerkzeugmaschinen 6 verarbeitet direkt ein Verbrauchsmaterial, z.B. Nägel, Schrauben, Farbe, Kleber. Die Handwerkzeugmaschinen 6 zeichnen sich durch einen eigenen Antrieb aus, mit dem das Werkzeug 12 angetrieben bzw. das Verbrauchsmaterial eingetrieben oder aufgebracht wird. Der Anwender muss keine manuelle Kraft für die Nutzung der Handwerkzeugmaschine 6 aufbringen. Die Handwerkzeugmaschinen werden auf als kraftgetriebene Werkzeuge (power tool) bezeichnet. Die Kraftquelle 15 kann elektrisch, brennstoff-getrieben sein. Beispiele sind ein Elektromotor, eine Elektropumpe, eine gas-gespeiste Verbrennungskammer, ein pulver getriebener Kolben, etc.. Die Kraftquelle 15 ist mit einem (Auslöse-) Taster 16 gekoppelt. Bei gedrückten Auslösetaster 16 wird die Kraftquelle 15 aktiviert. Der Auslösetaster 16 ist vorzugsweise fernauslösbar oder arretierbar.

Die Handwerkzeugmaschine 6 kann eine handelsübliche, handgehaltene Handwerkzeugmaschine 6 sein. Die handgehaltene Handwerkzeugmaschine 6 hat einen Handgriff 17 und typischerweise einen Gehäuseabschnitt 18 zum Befestigen eines Zusatzgriffs. Die Handwerkzeugmaschine 6 kann ohne Handgriff ausgebildet sein. Die Halterung 5 kann auch für nicht-handgehaltene Handwerkzeugmaschinen ausgelegt sein.

Die Handwerkzeugmaschine 6 haben eine durch ihren Aufbau definierte Arbeitsachse 19. Eine Spitze des Werkzeugs 12 bzw. eine Spitze des Verbrauchsmaterials liegt auf der Arbeitsachse 19. Die Spitze wird entlang der Arbeitsachse 19 bewegt. Die Spitze berührt als erstes den zu bearbeitenden Untergrund, z.B. die Decke 3.

Ein Statusdiagram der Werkzeugführung 1 ist in Fig. 4 gezeigt. Der Anwender aktiviert die Werkzeugführung 1 mittels der Konsole 11. Die Fahrwerk 9 ist in einem (Fahr-) Modus S1 , in welchem der Anwender die Werkzeugführung 1 auf dem Boden 20 durch den Raum bewegen kann. Die Steuerung 10 aktiviert eine Lenkung 21 der Werkzeugführung 1. Der Anwender kann Fahrtrichtung und Geschwindigkeit über die Konsole 11 vorgeben. Der Anwender lenkt die Werkzeugführung 1 zu einer der markierten Positionen 4. Das Fahrwerk 9 hat einen Antrieb 22, welcher das Fahrwerk 9 aus eigener Kraft über den Boden 20 bewegt. Richtung und Geschwindigkeit der Bewegung des Fahrwerks 9 werden durch die Lenkung 21 der Werkzeugführung 1 gesteuert. Die Lenkung 21 verarbeitet dazu unter Anderem die über die Konsole 11 eingegebenen Vorgaben zu Geschwindigkeit und Fahrtrichtung.

An der markierten Position 4 hält der Anwender die Werkzeugführung 1 an. Über die Konsole 11 versetzt der Anwender das Fahrwerk 9 in einen (Stand-) Modus S2. Die Steuerung 10 sperrt die Lenkung 21 für den Anwender gesperrt oder schaltet die Lenkung 21 inaktiv. Die Lenkung 21 ignoriert über die Konsole 11 eingegebene Vorgaben zu Geschwindigkeit und Fahrrichtung. Die Werkzeugführung 1 verharrt in der momentan eingenommenen Position 4. Die Lenkung 21 kann die momentane Position 4 erfassen. Falls das Fahrwerk 9 die momentane Position 4 verlässt oder aus dieser verschoben wird, erzeugt die Lenkung 21 automatisch Steuersignale, um das Fahrwerk 9 in die erfasste Position 4 zurückzufahren.

Der Anwender kann über die Konsole 11 einen (Hub-) Modus S3 aktivieren, um die Handwerkzeugmaschine 6 mit dem Hebewerk 7 anzuheben. Die Steuerung 10 erzwingt den Standmodus S2 für das Fahrwerk 9 bevor der Hubmodus aktivierbar ist. Die Steuerung 10 kann die Aktivierung des Hubmodus solange verzögern, bis das Fahrwerk 9 steht. In dem Hubmodus ist ein Leitstand 23 für den Anwender freigeschaltet oder aktiviert. Der Anwender kann über die Konsole 11 Bewegungsrichtung 24, d.h. auf oder ab, Hubgeschwindigkeit und Stellung des Hebewerks 7 vorgeben. Die Halterung 5 wird durch das Hebewerk 7 entsprechend bewegt. Der Leitstand 23 steuert einen Vortrieb 25 des Hebewerks 7 unter Berücksichtigung der über die Konsole 11 vorgegebenen vertikalen Bewegungsrichtung und Hubgeschwindigkeit an. Das Hebewerk 7 hebt oder senkt die Halterung 5 und ggf. die in diese eingesetzte Handwerkzeugmaschine 6 entlang einer festen Hubachse 26. Das Hebewerk 7 ist auf eine einachsige, translatorische Bewegung auf der Hubachse 26 beschränkt.

Die Arbeitsachse 19 der Handwerkzeugmaschine 6 ist parallel zu der Hubachse 26. In einer Ausgestaltung erzwingt die Konstruktion der Halterung 5 die parallele Ausrichtung. Die Handwerkzeugmaschine 6 ist beispielsweise aufgrund einer Passform der Halterung 5 zu einem Gehäuse der Handwerkzeugmaschine 6 in nur einer definierten Weise in der Halterung 5 einsetzbar. In einer Ausgestaltung ist die Halterung 5 um eine zur Hubachse 26 geneigte (Schwenk-) Achse schwenkbar, um die Ausrichtung der Arbeitsachse 19 an der Hubachse 26 auszurichten.

Ein Ausrichten der Hubachse 26 und damit der Arbeitsachse 19 gegenüber der Decke 3 erfolgt dynamisch durch das Fahrwerk 9. Das Fahrwerk 9 richtet die Hubachse 26 vertikal aus, d.h. parallel zu der Schwerkraft, zumindest insofern das Fahrwerk 9 auf einem horizontalen Boden 20 steht.

Die Handwerkzeugmaschine 6 lässt sich vorzugsweise über den Leitstand 23 einschalten. Das Werkzeug 12 kann die Decke 3 bearbeiten, z.B. ein Loch 2 bohren. Die Steuerung 10 kann einen (Bearbeitungs-) Modus S4 aufweisen, welcher den Vortrieb 25 des Hebewerks 7 während der Bearbeitung der Decke 3 automatisch steuert. Der Bearbeitungsmodus kann beispielsweise an der Konsole 11 manuell aktiviert werden. Der Leitstand 23 passt in dem Bearbeitungsmodus die Hubgeschwindigkeit des Hebewerks 7 an einen Bearbeitungsfortschritt des Werkzeugs 12 an. Das Hebewerk 7 und das Werkzeug 12 können vor übermäßigen Belastungen geschützt werden. Dem Leitstand 23 kann ein Bearbeitungsziel, z.B. eine Bohrlochtiefe, vorgegeben sein. Nach Erreichen des Bearbeitungsziels kann der Leitstand 23 automatisch den Vortrieb 25 stoppen. Zudem kann der Leitstand 23 das Hebewerk 7 automatisch soweit absenken, dass das Werkzeug 12 außer Eingriff mit der Decke 3 ist.

Der Anwender kann die Werkzeugführung 1 nun zu einer nächsten markierten Position 4 lenken. Der Anwender schaltet die Werkzeugführung 1 in den Fahrmodus S1 um. Der Leitstand 23 wird für den Anwender gesperrt. Die Handwerkzeugmaschine 6 wird zwangsweise abgeschaltet. Die Werkzeugführung 1 kann vor dem Anfahren prüfen, ob das Werkzeug 12 noch im Eingriff mit der Decke 3 steht. Beispielsweise verfährt die Lenkung 21 das Fahrwerk 9 um eine kleine vorgegebene Distanz in eine Richtung 27 und prüft, ob ein entgegenwirkendes Drehmoment auf das Fahrwerk 9 einwirkt. Die Lenkung 21 fährt das Fahrwerk 9 an die vorhergehende Position 4 zurück, wechselt in den Standmodus und veranlasst den Leitstand 23 das Hebewerk 7 abzusenken.

Das Fahrwerk 9 hat zwei mit dem Antrieb 22 gekoppelte Räder 28. Die beiden Räder 28 sind zueinander versetzt auf einer Querachse oder Radachse 29 angeordnet. Die Radachse 29 verläuft durch die Mitte der beiden Räder 28. Die Räder 28 können zueinander parallel sein; oder die Räder 28 sind aufgrund eines Radsturzes und/oder eines Spurwinkels um wenige Grad zueinander geneigt. Die beiden Räder 28 drehen sich im Wesentlichen um die Radachse 29. Jedes der Räder 28 ist mit dem Antrieb 22 gekoppelt. Der Antrieb 22 kann beispielsweise zwei Elektromotoren 30 beinhalten. Die Räder 28 sitzen jeweils unmittelbar auf einem Rotor 31 eines der Elektromotoren 30. Alternativ können die Räder 28 über Kupplungen und Getriebe an einen zentralen Elektromotor 30 gekoppelt sein. Der Antrieb 22 übt auf die Räder 28 ein um die Radachse 29 wirkendes Drehmoment aus. Die drehend angetriebenen Räder 28 bewegen das Fahrwerk 9 über den Boden 20. Das Fahrwerk 9 bewegt sich geradeaus, wenn die beiden Räder 28 sich gleich schnell drehen. Die Räder 28 können von dem Antrieb 22 individuell angetrieben werden. Unterschiedliches Drehmoment und unterschiedliche Drehzahl der Räder 28 lassen das Fahrwerk um eine Kurve fahren. Vorzugsweise können die Räder 28 gegenläufig angetrieben werden, um das Fahrwerk 9 um seine Hochachse zu drehen. Der Antrieb 22 empfängt von der Lenkung 21 Steuersignale für Drehzahl und Drehmoment der beiden Räder 28. Die Lenkung 21 erzeugt die Steuersignale ansprechend auf vorgegebene Lenkbewegungen, z.B. durch den Anwender vorgegebene Lenkbewegungen. Der Antrieb 22 kann eine Sensorik zum Erfassen des abgegebenen Drehmoments und Drehzahl der Räder 28 aufweisen. Die erfassten Messdaten können der Lenkung 21 übermittelt werden, um die Abweichungen von der Lenkbewegung auszuregeln.

Das Fahrwerk 9 und die Werkzeugführung 1 stehen nur mit den zwei Rädern 28 auf dem Boden 20. Die beiden Berührpunkte P1 , P2 liegen auf einer zur Radachse 29 parallelen Linie. Für einen statisch stabilen Stand fehlt ein dritter Berührpunkt mit dem Boden 20 außerhalb der Linie. Die Werkzeugführung 1 würde ohne Gegenmaßnahme umfallen. Die Lenkung 21 erreicht ein dynamisches Gleichgewicht durch permanentes Ausbalancieren des Schwerpunkts G des Hebewerks 7. Basierend auf einer Erfassung des Schwerpunkts G steuert die Lenkung 21 den Antrieb 22 an ein dem Fallen entgegenwirkendes Drehmoment zu erzeugen.

Das Hebewerk 7 ist über das Schwenkgelenk 8 auf dem Fahrwerk 9 montiert. Das Hebewerk 7 kann gegenüber dem Fahrwerk 9 nur um eine einzige Schwenkachse 32 geneigt werden, welche durch das Schwenkgelenk 8 vorgeben ist. Die Schwenkachse 32 ist vorzugsweise senkrecht zu der Radachse 29 orientiert. Das Hebewerk 7 ist in Bezug auf die Ebene senkrecht zu der Radachse 29 gegenüber dem Fahrwerk 9, insbesondere dem Antrieb 22 und der Radachse 29 unbeweglich angeordnet. Das Hebewerk 7 ist vorzugsweise starr mit einem Stator 33 des Antriebs 22 verbunden. Der Antrieb 22 erzeugt prinzipiell paarweise ein Drehmoment und ein rückwirkendes Drehmoment, gleicher Größe und entgegengesetzter Drehrichtung. Das Drehmoment wirkt über den Rotor 31 des Antriebs 22 auf die Räder 28 ein. Das rückwirkende Drehmoment wirkt über den Stator 33 des Antriebs 22 auf das Hebewerk 7 ein.

Das Gewicht der Werkzeugführung 1 setzt sich aus dem Gewicht des Fahrwerks 9 und dem Gewicht des Hebewerks 7 zusammen. Das Gewicht der Handwerkzeugmaschine 6 wird vereinfachend dem Gewicht der Hebewerk 7 zugeschlagen. Der Schwerpunkt des Fahrwerks 9 liegt näherungsweise auf der Radachse 29. Die Räder 28, der Antrieb 22 und Batterien 34 sind symmetrisch um die Radachse 29 angeordnet. Der Schwerpunkt G des Hebewerks 7 liegt oberhalb der Radachse 29. Die Werkzeugführung 1 steht, wenngleich nur metastabil, wenn der Schwerpunkt G vertikal über der Radachse 29 ist (Gleichgewicht, Fig. 5). Eine laterale Auslenkung x ist gleich Null. Die Werkzeugführung 1 fällt, wenn der Schwerpunkt G in lateraler Richtung 35 gegenüber der Radachse 29 versetzt ist, d.h. die laterale Auslenkung x ungleich Null ist (Fig. 6). Die Lenkung 21 hat einen (Schwerpunkt-) Sensor 36 zum Erfassen der lateralen Auslenkung x des Schwerpunkts G des Hebewerks 7. Die laterale Auslenkung x des Schwerpunkts G außerhalb des Gleichgewichts resultiert in verschiedenen messbaren Größen. Das Hebewerk 7 ist gegenüber der Schwerkraft geneigt; der Schwerpunktsensor 36 kann entsprechend einen Neigungssensor beinhalten. Die Fallbewegung führt zu einer charakteristischen Beschleunigung; der Schwerpunktsensor 36 kann einen Gyrosensor, einen Beschleunigungssensor, einen Drehratensensor, etc. zum Bestimmen von Geschwindigkeit, Beschleunigung, Drehrate und/oder Drehbewegung um die Radachse 29 beinhalten. Das geneigte Hebewerk 7 übt ein Drehmoment auf den Antrieb 22 aus; der Schwerpunktsensor 36 kann einen Drehmomentsensor, einen Kraftsensor, etc. zum Erfassen eines Drehmoments, einer nicht-vertikalen Kraft, etc. beinhalten. Die Sensoren können basierend auf mechanischen, optischen, magnetischen oder elektrischen Effekten die oben aufgeführten Größen erfassen.

Die Lenkung 21 beinhaltet einen Steuerungsablauf, der basierend auf der Auslenkung x ein Drehmoment zum Aufrichten des Hebewerks 7 bestimmt. Beispielsweise kann die Lenkung 21 ein zu der Auslenkung x proportionales Drehmoment vorgeben. Die Lenkung 21 übermittelt das Drehmoment in Form eines Steuersignals an den Antrieb 22, welcher das Drehmoment erzeugt. Der Steuerungsablauf kann eine Regelungsschleife beinhalten, die die Auslenkung x auf Null ausregelt. Regelungsparameter wie der Verstärkungsfaktor und der Integralanteil sind vorzugsweise anpassbar, z.B. um den Steuerungsablauf an das unterschiedliche Gewicht der Handwerkzeugmaschinen 6 anzupassen.

Das Hebewerk 7 wird durch die Motorkraft des Antriebs 22 vertikal ausgerichtet. Das Hebewerk 7 kann ausgelöst durch Störungen des Gleichgewichts und in Reaktion auf den Steuerungsablauf mehrfach um die vertikale Ausrichtung pendeln. Nach dem Ausschwingen ist für den Anwender keine Bewegung mehr erkennbar. Dem auf das Hebewerk 7 wirkenden Drehmoment steht das auf die Räder 28 wirkende Drehmoment gegenüber. Die Räder 28 drehen sich entsprechend, wodurch das Fahrwerk 9 in die Richtung 27 der Auslenkung x fährt (Fig. 6). Das Fahrwerk 9 pendelt analog dem Hebewerk 7 um eine mittlere Position. Reibung und Haftung der Räder 28 am Boden 20 dämpfen das Pendeln.

Der statisch instabile Stand des Fahrwerks 9 und das Ausbalancieren werden genutzt, um die Hubachse 26 vertikal auszurichten. In dem dynamischen Gleichgewicht liegt der Schwerpunkt G vertikal über der Radachse 29. Das Hebewerk 7 ist bezogen auf die Radachse 29 derart angeordnet, dass eine Linie, die durch den Schwerpunkt G und die Radachse 29 verläuft, parallel zu der Hubachse 26 ist. Das beispielhafte Hebewerk 7 hat ein Ausgleichsgewicht 37 an der Halterung 5, um die Position 4 des Schwerpunkts G für unterschiedliche Handwerkzeugmaschinen 6 anzupassen. Das Ausgleichsgewicht 37 ist in unterschiedlichen Abständen zu der Hubachse 26 arretierbar. Anstelle eines Ausgleichsgewichts 37 kann die Regelung die Auslenkung x auf einen vorgegebenen Offset ausregeln. Der Offset berücksichtigt vorzugsweise die Stellposition des Hebewerks 7. Unabhängig von der Höhe des Hebewerks 7 richtet das dynamische Balancieren die Hubachse 26 vertikal aus.

Das dynamische Balancieren sorgt für eine vertikale Ausrichtung, wenn die Radachse 29 horizontal liegt. Die Auslenkung x liegt in einer zu der Radachse 29 senkrechten Ebene. Bei einem unebenen Boden 20 oder einem geneigten Boden 20 kann die Radachse 29 zur der horizontalen Ebene geneigt sein (Fig. 7). Die Neigung 38 der Radachse 29 überträgt sich in eine ebensolche Neigung des Hebewerks 7. Die Neigung 38 liegt in der frontalen Ebene der Werkzeugführung 1. Die frontale Ebene wird durch dieRadachse 29 und die Hubachse 26 aufgespannt. Die Neigung 38 der Radachse 29 lässt sich durch das dynamische Balancieren nicht unmittelbar ausgleichen.

Für das Bearbeiten der Decke 3 wird vorzugsweise auch die Neigung 38 kompensiert. Die beispielhafte Steuerung 10 sieht vor, die Neigung 38 beim Aktivieren des Hubmodus S3 auszulösen. Der Anwender oder eine externe Steuerung 10 werden den Hubmodus S3 aktivieren, wenn die Werkzeugführung 1 an der vorgegebenen Position 4 positioniert ist. Die Kompensation kann auch in einem anderen Modus ausgelöst werden. Beispielsweise kann ein spezifischer Modus für die Kompensation vorgesehen sein, welcher beispielsweise bei Erreichen der Position 4 automatisch oder auf Anfrage des Anwenders ausgelöst wird.

Die Werkzeugführung 1 kann die Neigung 38 durch ein gezieltes Verschwenken des Hebewerks 7 gegenüber dem Fahrwerk 9 ausgleichen. Das Hebewerk 7 ist mittels des Schwenkgelenks 8 auf dem Fahrwerk 9 befestigt. Das Schwenkgelenk 8 ermöglicht ein Verschwenken des Hebewerks 7 der frontalen Ebene. Ein Neigungssteuerung 39 und ein (Schwenk-) Antrieb 40 richten das Hebewerk 7 parallel zu der Schwerkraftrichtung aus, indem das Hebewerk 7 um das Schwenkgelenk 8 verschwenkt wird.

Das Schwenkgelenk 8 hat eine einzige Schwenkachse 32, um welche das Hebewerk 7 gegenüber dem Fahrwerk 9 schwenkbar ist. Die Schwenkachse 32 ist vorzugsweise senkrecht zu der frontalen Ebene oder steht in einem Winkel von wenigstens 45 Grad zu der frontalen Ebene. Die Orientierung der Schwenkachse 32 zu der Radachse 29 entkoppelt die Bewegungen senkrecht zu der Radachse 29 für das dynamisch Ausbalancieren des Fahrwerks 9 und die Bewegung für das Ausrichten des Hebewerks 7 längs der Radachse 29.

Der Schwenkantrieb 40 ist vorzugsweise in der Nähe der Schwenkgelenks 8 angeordnet. Der beispielhafte Schwenkantrieb 40 enthält einen Elektromotor 41 und einen Riemenantrieb 42. Der Elektromotor 41 hat einen Stator 43, welcher auf dem Fahrwerk 9 montiert ist, und einen Rotor 44, welcher mit dem Hebewerk 7 gekoppelt ist. Analog kann in einer anderen Ausführungsform der Stator auf dem Hebewerk 7 montiert sein und der Rotor mit dem Fahrwerk 9 gekoppelt sein. Die Ankopplung des Rotors 31 ist durch einen Riemenantrieb 42 gelöst. Der Riemenantrieb 42 überträgt ein Drehmoment des Rotors 44 auf das an dem Schwenkgelenk 8 aufgehängte Hebewerk 7 und auch ein durch das Hebewerk 7 ausgeübtes Drehmoment auf den Rotor 44. Für die Übertragung des Drehmoments ist es im Gegensatz für Getriebe mit Zahnrädern nicht notwendig, dass der Riemenantrieb 42 eine Bewegung ausführt. Ferner ergibt sich kein Zeitversatz zwischen einem von dem Hebewerk 7 ausgehendem Drehmoment und einem von dem Elektromotor 41 ausgehenden Drehmoment. Dies ermöglicht eine robustere und schnellere Ausregelung der Neigung 38. Ein weiterer wesentlicher Aspekt ist, dass ein von dem Hebewerk 7 ausgeübtes Drehmoment auf den Rotor 44 rückwirkt. Getriebe mit Zahnrädern, z.B. Planetengetriebe, können ein Drehmoment nur von einer Antriebs- auf eine Abtriebsspindel übertragen und hemmen eine Bewegung in der umgekehrten Richtung von der Abtriebsspindel zu der Antriebsspindel. Einfache Getriebe mit Zähnrädern eignen sich nicht aufgrund ihres Spiels zum Ausregeln des Schwenkgelenks.

Der beispielhafte Riemenantrieb 42 hat eine Antriebsrolle 45 und einen Riemen 46. Die Antriebsrolle 45 ist starr mit dem Rotor 44 verbunden. Beispielsweise kann die Antriebsrolle 45 auf eine Welle 47 des Rotors 44 aufgesetzt sein. Der Riemen 46 wird über die Antriebsrolle 45 geführt. Ein Drehmoment der Antriebsrolle 45 wird in den Riemen 46 eingeleitet. Der Riemen 46 ist an dem Hebewerk 7 befestigt. Der beispielhafte Riemen 46 ist an zwei Stellen 48 befestigt, um ein Drehmoment in einem Drehsinn um die Schwenkachse 32 und ein Drehmoment in einem gegenläufigen Drehsinn um die Schwenkachse 32 übertragen zu können. Die beiden Stellen können auch zusammenfallen, wobei hierbei der Riemen aus zwei entgegengesetzten Richtungen angreift. Zusätzliche Hilfsrollen 49 können den Riemen führen und spannen.

Die Neigungssteuerung 39 beinhaltet einen Neigungssensor 50. Der Neigungssensor 50 kann die Neigung 38 des Hebewerks 7 gegenüber der Schwerkraftsrichtung 51 in der frontalen Ebene bestimmen. Der Neigungssensor 50 kann beispielsweise durch den Schwerpunktsensor 36 oder analog implementiert sein. Der Neigungssensor 50 kann unmittelbar die Neigung 38 des Hebewerks 7 gegenüber der Schwerkraft oder die Neigung 38 mittelbar über die Neigung der Radachse 29 gegenüber der horizontalen Ebene bestimmen. Die Neigungssteuerung 39 regelt den Schwenkantrieb 40 derart aus, dass die Neigung 38 minimal wird.

Die Lenkung 21 beinhaltet beispielsweise eine Konsole 11 mit Eingabeelementen für Fahrrichtung und Geschwindigkeit. Eine beispielhafte Konsole 11 basiert auf einem zweiachsigen Joystick. Andere Konsolen können beispielsweise ein Lenkrad für die Fahrrichtung und einen Schieber für die Geschwindigkeit aufweisen. Die Konsole 11 ist vorzugsweise von der Werkzeugführung 1 abnehmbar. Eine Übermittlung der von der Konsole 11 erzeugten Steuersignale zu dem Antrieb 22 erfolgt funkbasiert, optisch oder leitungsbasiert. Die Lenkung 21 kann eine von dem Anwender auf das Fahrwerk 9 ausgeübte Schub- oder Zugkraft erfassen. Unter der Einwirkung der Kraft kippt das Fahrwerk 9 in Richtung 27 der Schub- oder Zugkraft. Die Lenkung 21 erfasst die Auslenkung x des Fahrwerks 9. Eine Geschwindigkeit des Fahrwerks 9 kann beispielsweise proportional der Auslenkung x sein.

Das beispielhafte Hebewerk 7 basiert auf einer linearen Schienenführung 52. Zwei parallele Profilschienen 53 sind auf dem Fahrwerk 9 befestigt. Die beiden Profilschienen 53 definieren die Hubachse 26. Ein Läufer 54 greift in die beiden Profilschienen 53 ein. Der Läufer 54 ist auf den Profilschienen 53 entlang der Hubachse 26 verschiebbar. Ein Elektromotor 55 und eine Spindel 56 bilden den Vortrieb 25 für den Läufer 54. Die Spindel 56 ist zwischen den beiden Profilschienen 53 drehbar gelagert. Der Läufer 54 hat ein in die Spindel 56 eingreifendes Gewinde 57. Der Elektromotor 55 dreht die Spindel 56 um ihre Längsachse; das Gewinde 57 setzt die Drehbewegung in eine Bewegung längs der Hubachse 26 um. Das dargestellte Hebewerk 7 ist ein Beispiel für ein teleskopierendes Hebewerk. Anstelle von oder zusätzlich zu Profilschienen und Läufer 54 können in gleicher Weise ineinander gesetzte Rohre verwendet werden. Ein anderer Vortrieb 25 basiert auf einer Zahnstange und einem durch den Motor angetriebenes Ritzel. Alternativ kann auch eine hydraulische oder pneumatische Presse das Hebewerk 7 anheben.

Das beispielhafte Hebewerk 7 kann neben dem kraftgetriebenen Hebewerk 7 eine manuell telekopierbare Plattform 58 beinhalten. Die Plattform 58 kann vergleichsweise kompakt aufgebaut werden. Der kraftgetriebene Abschnitt kann mittels der Plattform auf eine Grundhöhe gebracht werden. Die Plattform 58 kann ein- oder mehrstufig sein. Die beispielhafte Plattform 58 basiert auf einer Schienenführung. Eine beispielhafte Halterung 5 hat eine wannenförmige Schale 59 mit einem Spannband 60. Der Handgriff 17 kann in der Schale 59 positioniert und mit dem Spannband 60 in der Schale 59 fixiert werden. Mit einem zweiten Spannband 61 kann das Gehäuse der Handwerkzeugmaschine 6 an der Halterung 5 angezurrt werden. Die Halterung 5 ist vorzugsweise senkrecht zu der Hubachse 26 verschiebbar. Die Halterung 5 kann beispielsweise auf einer Schwalbenschwanzführung 62 verschiebbar sein. Der Anwender kann die Arbeitsachse 19 vertikal zu der Radachse 29 positionieren. Die Halterung 5 kann eine Winkeleinstellung beinhalten, die ein präzises Ausrichten der Arbeitsachse 19 parallel zu der Hubachse 26 ermöglicht. Die Winkeleinstellung beinhaltet beispielsweise ein Gelenk und eine Stellschraube.

Das Hebewerk 7 ist vorzugsweise mit einem Sensor 63 zum Bestimmen der Anpresskraft an der Decke 3 ausgestattet. Beispielsweise ist die Halterung 5 in vertikaler Richtung 27 auf einer Feder 64 abgestützt. Die Anpresskraft drückt die Feder 64 zusammen. Ein Wegsensor 65, z.B. eine Schiebepotentiometer bestimmt die Wegstrecke, um welche die Feder 64 zusammendrückt ist. Mit bekannter Federkonstante ermittelt der Sensor 63 die Anpresskraft. Andere Sensoren zum Bestimmen der Anpresskraft können auf piezoelektrischen Effekten, Dehnungsstreifen, etc. basieren. Andere Ausgestaltungen bestimmen indirekt die Anpresskraft. Beispielsweise beinhaltet der Sensor 63 eine Auswertung der

Leistungsaufnahme, z.B. der Stromaufnahme, des Vortriebs 25. Eine Korrelation der Leistungsaufnahme und einem Maß für die Anpresskraft sind in einer Tabelle in dem Sensor hinterlegt. Das erstmalige Anpressen des Werkzeugs 12 an die Decke 3 erfasst der Sensor 63 als einen Sprung in der Anpresskraft. Der Sensor 63 meldet dem Leitstand 23 in einem Steuersignal, dass das Werkzeug 12 an der Decke 3 anliegt. Der Leitstand 23 kann ansprechend eine manuelle Steuerung des Hebewerks 7 stoppen und in den

Bearbeitungsmodus wechseln. In einer bevorzugten Variante ist in dem Leitstand 23 ein Sollwert für die Anpresskraft hinterlegt. Der Sollwert kann zuvor von dem Anwender eingegeben oder ausgewählt werden. Der Sollwert ist von dem Werkzeug 12, z.B. einem Durchmesser des Bohrers, abhängig. Der Vortrieb 25 wird auf eine gleichbleibende Anpresskraft ausgeregelt. Der Sensor 63 kann als Teil einer Schutzschaltung 66 einen Messwert für die Anpresskraft bereitstellen. Die Schutzschaltung stoppt 66 ein Anheben des Hebewerks 7, wenn der Messwert einen Schwellwert überschreitet.

In einer Ausgestaltung kann die Werkzeugführung 1 das dynamische Balancieren aussetzen, wenn das Werkzeug 12 die Decke 3 berührt. Mit dem Berührpunkt an der Decke 3 kann die Werkzeugführung 1 statisch stehen. Die Werkzeugführung 1 kann in einen Stoppmodus S5 wechseln, in welchem die Räder 28 durch eine Bremse 67 blockiert sind (Fig. 9). Das Balancieren und die damit einhergehende leichte Pendelbewegung stoppt.

Die Werkzeugführung 1 hat einen (Kontakt-) Sensor 68, welcher einen Kontakt mit der Decke 3 erfasst. Typischerweise berührt das Werkzeug 12, Verbrauchsmaterial oder die Handwerkzeugmaschine 6 die Decke 3. Die Halterung 5 berührt mittelbar die Decke 3. Der Kontaktsensor 68 gibt ein (Kontakt-) Signal an die Steuerung 10 aus, in welchem kodiert ist, ob das Werkzeug 12 in Kontakt mit der Decke 3 ist. Der Kontaktsensor 68 kann beispielsweise die Anpresskraft des Hebewerks 7 oder ein Maß für die Anpresskraft auswerten. Der Kontaktsensor 68 meldet einen Kontakt, wenn die Anpresskraft einen Schwellwert überschreitet oder eine Änderungsrate der Anpresskraft einen Schwellwert überschreitet. Der Schwellwert ist vorzugsweise derart bemessen, dass die zugehörige Anpresskraft ausreichend ist, dass die Werkzeugführung 1 über die beiden Räder 28 und den Kontaktpunkt an der Decke 3 in einem statischen stabilen Stand zu halten. Der Kontaktsensor 68 kann beispielsweise durch den Sensor 63 oder einen analogen Sensor 63 realisiert werden.

Die Steuerung 10 setzt bei Anliegen des Kontaktsignals vorzugsweise das Balancieren des Fahrwerks 9 aus. Die Steuerung 10 kann das Aussetzen verzögern, bis das Kontaktsignal für eine Mindestdauer anliegt. Bei Anliegen des Kontaktsignals prüft die Lenkung 21 , ob das Hebewerk 7 vertikal ausgerichtet ist. Erfasst die Lenkung 21 eine Abweichung von der vertikalen Ausrichtung, senkt darauf ansprechend der Leitstand 23 das Hebewerk 7 ab. Das Absenken kann um einen vorgegebenen Hub, z.B. 1 cm, erfolgen. Alternativ kann der Hub basierend auf der Abweichung von der vertikalen Ausrichtung und/oder der Höhe des Hebewerks 7 bestimmt werden. Beispielsweise ist der Hub proportional zu dem Produkt der Abweichung in einem Winkelmaß und der aktuellen Höhe des Hebewerks 7. Das Werkzeug 12 löst sich von der Decke 3. In Folge meldet der Kontaktsensor 68 keinen Kontakt mehr mit der Decke 3. Die Steuerung 10 aktiviert sofort wieder das Balancieren mittels der Lenkung 21. Die Lenkung 21 richtet das Hebewerk 7 senkrecht aus. Die Steuerung 10 kann das in dem Absatz beschriebene Verfahren iterativ wiederholen, bis das Hebewerk 7 senkrecht ausgerichtet ist. Anschließend hebt die Steuerung 10 das Hebewerk 7 wenigstens vorzugsweise soweit an, bis ein Kontaktsignal anliegt. Die Werkzeugführung 1 steht nun vertikal ausrichtet.

Das Fahrwerk 9 hat vorzugsweise eine Bremse 67. Die Bremse 67 wird vorzugsweise aktiviert, sobald die Werkzeugführung 1 vertikal ausgerichtet ist und das Kontaktsignal anliegt. Die Bremse 67 ist eine Feststellbremse, welche die Räder 28 des Fahrwerks 9 dauerhaft blockiert. Die Bremse 67 ist beispielsweise als Motorbremse realisiert. Die Bremse 67 erzeugt eine elektromagnetische Kraft, die einer Bewegung der Räder 28 entgegenwirkt. Die Bremse 67 kann passiv sein. Die Elektromotoren 30 können gemäß einem generatorischen Prinzip einen elektrischen Strom in dem Stator 33 erzeugen, wenn deren Rotor 31 gedreht wird. Beispiele für die Elektromotoren 30 mit dem generatorischen Prinzip sind Gleichstrommotoren, Universalmotoren, etc.. Der generatorisch erzeugte Strom wird durch die Bremse 67 über einen Lastwiderstand kurzgeschlossen. Das rückwirkende Magnetfeld wirkt der Drehbewegung des Rotors 31 entgegen. Alternativ kann ein Drehzahlsensor oder Bewegungssensor eine Bewegung erfassen. Die Lenkung 21 ermittelt ein entsprechendes Steuerungssignal, um den Vortrieb 25 der Bewegung gegenzulenken. Die Bremse 67 kann auch durch eine mechanische Bremse in dem Fahrwerk 9 realisiert sein, z.B. eine Scheibenbremse, Trommelbremse. Die mechanische Bremse 67 kann die Motorbremse unterstützen.

Die Werkzeugführung 1 hat ein oder mehrere Batterien 34, 69. Die Batterien 69 versorgen die Lenkung 21 , den Leitstand 23, die Elektromotoren 30 des Antriebs 22, den Elektromotor 55 des Vortriebs und ggf. die Handwerkzeugmaschine 6 mit Strom. Die Batterien 69 können eine stationäre Batterie 34 und ein oder mehrere abnehmbare Batterien 69 umfassen. Die stationäre Batterie 34 ist vorzugsweise in dem Fahrwerk 9 integriert. Die Werkzeugführung 1 hat entsprechende elektromechanische Schnittstellen für die abnehmbaren Batterien 69. Die Schnittstellen entsprechen beispielsweise den Schnittstellen von Handwerkzeugmaschinen 6. Der Anwender kann entladene Batterien 69 durch geladene Batterien 69 austauschen und die die entladenen Batterien 69 in einer separaten Ladestation laden. Die Leistungsaufnahme der Handwerkzeugmaschine 6 ist typischerweise deutlich über 200 Watt. Eine entsprechend große Kapazität muss durch die Batterien bereitgestellt werden. Die stationäre Batterie 34 ist mit den anderen Batterien 69 elektrisch verschaltet. Eine Ladereglung 70 lädt die stationäre Batterie 34 mit den anderen Batterien 69 auf. Die Laderegelung 70 hält vorzugsweise einen Ladestand der stationären Batterie 34 oberhalb eines Notwerts. Der Anwender kann die anderen Batterien 69 ohne Gefahr abnehmen. Die stationäre Batterie 34 hat aufgrund des Notwerts einen ausreichenden Ladestand, um das Fahrwerk 9 für wenigstens 10 Minuten, vorzugsweise wenigstens eine halbe Stunde auszubalancieren.

Die Werkzeugführung 1 fällt in einen (Not-) Modus S9, wenn der Ladestand der Batterien 34, 69 unter den Notwert fällt. Der Notmodus gewährleistet einen sicheren Stand der Werkzeugführung 1. Das Fahrwerk 9 und die Lenkung 21 sind mit Strom versorgt. Der Anwender kann die Werkzeugführung 1 zu einer Ladestation oder einem anderen gewünschten Standort fahren. Andere Verbraucher werden vorzugsweise deaktiviert, insbesondere das Hebewerk 7 und die Handwerkzeugmaschine 6 werden deaktiviert. Beispielsweise kann der Leitstand 23 für ein Eingaben des Benutzers gesperrt werden. Der Anwender kann den Leitstand 23 nicht mehr anheben. Die Handwerkzeugmaschine 6 kann mittels eines Schalters von den Batterien getrennt werden. Das Hebewerk 7 kann in dem Notmodus automatisch auf die geringste Höhe eingefahren werden. Die Werkzeugführung 1 kann in dem Notmodus optische oder akustisch auf den Notmodus hinweisen.