DE102004012040A1

DE102004012040A1 - Werkzeugwechseleinheit

Info

Publication number: DE102004012040A1
Application number: DE200410012040
Authority: DE
Inventors: Klaus Hofmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-03-10
Filing date: 2004-03-10
Publication date: 2005-09-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinheit zum Wechseln von Werkzeugen, insbesondere für Werkzeugmaschinen, wobei durch eine positionsabhängige mechanische Zwangsbetätigung eines Auswurfsystems steuerungstechnische Positionsabfragen und Signale sowie eine Ansteuerung und Positions- oder Zustandsabfrage eines Hydraulikzylinders für die Einspannung oder Freigabe eines Werkzeugs überflüssig werden und damit erhebliche Bearbeitungszeit eingespart werden kann.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugwechseleinheit, insbesondere für Werkzeugmaschinen, um nacheinander benötigte Werkzeuge zu wechseln.
Derartige Werkzeugwechseleinheiten sind aus der Praxis entweder als "Pick-up"-Verfahren oder unter Verwendung eines Greifers bekannt.
Nach dem Stand der Technik wird beim Pick-up-Verfahren eine das Werkzeug tragende Einheit (beispielsweise eine Werkzeugspindel) in eine Werkzeugposition verfahren, um dort das zuvor benutzte Werkzeug gegen ein anderes auszutauschen. Die Spindel wird dabei zum Zweck des Werkzeugwechsels bewegt und gibt das alte Werkzeug bzw. nimmt das neue Werkzeug "selber" auf. Durch dieses Verfahren wird ein Greifer eingespart, der die für diesen Fall unbewegte Spindel mit den Werkzeugen versorgt, indem der Greifer die Werkzeuge aus der Spindel entnimmt und in eine Ablageposition verfährt bzw. in umgekehrter Weise die Werkzeuge bereitstellt.
Für das die genannten Verfahren hat sich als nachteilig herausgestellt, dass die einzelnen Bewegungen der Spindel von entsprechenden Überwachungsschritten einer geeigneten Steuerung begleitet werden müssen. So ist beispielsweise zu prüfen, ob die Spindel die vorgesehene Werkzeugposition erreicht hat oder ob ein Werkzeug aufgenommen oder freigegeben wurde. Auch die entsprechenden Steuerbefehle sind zu generieren und an die Antriebe zu leiten, wobei auch hier durch geeignete Sensoren der jeweilige Funktionsablauf bzw. die Position der Werkzeuge oder der Spindel abgefragt und überprüft werden müssen. Hydraulikzylinder oder Stellantriebe müssen angesteuert und deren Bewegung bzw. deren Arbeitszustand überprüft werden. Derartige Steuerungsschritte kosten Zeit, was sich insbesondere bei der Verwendung vieler verschiedener Werkzeuge innerhalb des Herstellungsprozesses negativ auf Herstellungsdauer und die Kosten auswirkt.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Werkzeugwechseleinheit zu schaffen, die das automatische Wechseln von Werkzeugen vereinfacht und beschleunigt und dabei konstruktiv einfach und kostengünstig ausgeführt werden kann.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 1.
Die Erfindung geht dabei von der Erkenntnis aus, dass zeitaufwändige steuerungstechnische Überprüfungsschritte, die den Werkzeugwechsel-Prozess verlangsamen, vorteilhaft vermieden werden können, wenn die Werkzeugwechseleinheit derartige Überprüfungen durch das mechanische Zusammenwirken der betroffenen Komponenten überflüssig macht. Insbesondere macht die Erfindung sich die Tatsache zu nutze, dass die Bewegungsabläufe eines Werkzeugwechsel-Prozesses zumindest teilweise in eine mechanische bzw. positionelle Abhängigkeit zueinander gebracht werden können, so dass insbesondere die Steuerung und Überwachung des Einspannens und der Freigabe des Werkzeugs vereinfacht wird.
Der Kern der Erfindung besteht dabei aus einem Auswurfsystem, welches am Kopf einer ein Werkzeug aufnehmenden Werkzeugaufnahme angeordnet ist. Das Auswurfsystem ist für die Freigabe bzw. Aufnahme von Werkzeugen ausgebildet, welche in der Werkzeugaufnahme gefasst sind und von dieser während der Bearbeitung geführt bzw. angetrieben werden. Das Auswurfsystem ist vorzugsweise konstruktiv mit der Werkzeugaufnahme verbunden bzw. ein Teil derselben und nimmt die Betätigungskraft über ein Einleitungselement auf.
Alternativ können Teile des Auswurfsystems jedoch auch flexibel miteinander verbunden sein. Insbesondere kann das Auswurfsystem eine Hydraulikleitung oder einen Bowdenzug oder eine im entsprechenden Sinne wirkende Kraftübertragungsvorrichtung aufweisen, über die eine Betätigungskraft übertragen bzw. zugeführt werden kann, wobei das Einleitungselement in diesem Fall am "freien" Ende der Kraftübertragungsvorrichtung angeordnet ist.
Vorzugsweise wird über das Auswurfsystem eine in der Werkzeugaufnahme verlaufende Druckstange betätigt, welche (ggf. unter Nutzung eines Hydraulikzylinders) gegen ein Federpaket bewegbar ist. Über geeignete Klauen wird das Werkzeug in einen Aufnahmekonus der Werkzeugaufnahme eingezogen und damit fixiert.
Weiterhin erfindungswesentlich ist eine Betätigungseinheit, mittels derer die Betätigungskraft an das Auswurfsystem übertragen und dieses damit betätigt wird. Diese Betätigungseinheit kann ortsfest oder auch beweglich angeordnet sein, wobei eine Betätigung durch eine Relativbewegung zwischen Betätigungseinheit einerseits und Einleitungselement als die die Kraft aufnehmende Komponenten des Auswurfsystems anderseits zustande kommen soll. Unter "Betätigung" ist dabei im Folgenden der Vorgang zu verstehen, bei dem das Auswurfsystem aus einem das Werkzeug einspannenden Spannzustand in einen das Werkzeug freigebenden Freigabezustand versetzt wird.
Die Betätigungseinheit ist dabei vorzugsweise so ausgebildet bzw. angeordnet, dass die Betätigung des Auswurfsystems durch die Betätigungseinheit bei einer Bewegung der Werkzeugaufnahme aus einer ersten X-Position (X₁) entlang einer ersten Richtung X in eine zweite X-Position (X₂) erfolgt. Dies soll also die Richtung sein, in welcher das Auswurfsystem bzw. dessen Einleitungselement mit der Betätigungseinheit zum Zweck der Werkzeugfreigabe bzw. der Einspannung zusammenwirkt.
Die Betätigungseinheit ist weiterhin so ausgebildet, dass der Freigabezustand, der durch die Betätigung erreicht wird, auch dann beibehalten wird, wenn sich die Werkzeugaufnahme in eine zur Richtung X senkrechten Richtung Y oder Z bewegt. Dies bedeutet, dass die Zusammenwirkung zwischen Betätigungseinheit und Auswurfsystem (bzw. dessen Einleitungselement) derart beibehalten wird, dass sich der Zustand des Auswurf systems (Freigabezustand oder Spannzustand) nicht verändert, wenn die Werkzeugaufnahme in eine oder beide der Richtungen Y bzw. Z bewegt wird.
Der erfindungsgemäße Vorteil ergibt sich unmittelbar dadurch, dass die Werkzeugaufnahme also unter Beibehaltung einer dem Freigabezustand entsprechenden X-Position (X₂) bewegt werden kann und dabei den Freigabezustand aufrecht erhält, solange die Bewegung nur in Y- oder Z-Richtung erfolgt. Diese Bewegungsfreiheit ermöglicht es vorteilhaft, durch ein Verfahren in wenigstens einer dieser beiden Richtungen ein Werkzeug durch ein anderes zu ersetzen, ohne dass dafür der Zustand des Auswurfsystems verändert werden muss. Weiterhin entfallen auf dem Weg von X₁ nach X₂ Steurungsbefehle und Positionsabfragen für eine etwaige auszulösende Werkzeugfreigabe, da diese über die jeweilige Position der Werkzeugaufnahme zwangsweise ausgelöst wird.
In einem einfachsten Fall kann die Werkzeugaufnahme aus einer Position X₁, in der das Werkzeug fest eingespannt ist, in eine Position X₂ bewegt werden, in welcher durch Zusammenwirken des Auswurfsystems mit der Betätigungseinheit das entsprechende Werkzeug freigegeben wird, bewegt werden. Die Bewegung in X-Richtung kann dabei so gesteuert werden, dass die Freigabe des Werkzeugs in einer Position im Raum erfolgt, in der das Werkzeug durch geeignete Mittel in seiner Lage hinsichtlich Y und/oder Z gehalten wird.
Unter Beibehaltung des Freigabezustands kann nun die Werkzeugaufnahme beispielsweise in Z-Richtung bewegt werden, um sich vollständig von dem Werkzeug zu lösen. In Frage kommt hier eine vertikale Bewegung nach oben (Z-Richtung). (Soll der Werkzeugwechsel unter horizontalen Bewegungen erfolgen, so sind die Achsen entsprechend anders zu wählen.)
Da während dieser Bewegung in Z-Richtung das Auswurfsystem bzw. sein Einleitungselement weiterhin mit der Betätigungseinheit zwangsweise zusammenwirkt, sind etwai ge steuerungstechnische Überprüfungen dieses Sachverhaltes überflüssig. Während sich die Werkzeugaufnahme unter Bewegung in Z-Richtung vollständig von dem abgelegten Werkzeug losgelöst hat, kann dieses durch ein an gleicher Stelle zu positionierendes anderes Werkzeug ersetzt werden. Die erfindungsgemäße Werkzeugwechseleinheit erlaubt dabei, dass sich die Werkzeugaufnahme (immer noch unter Beibehaltung des Freigabezustands) wieder in entgegengesetzte Z-Richtung auf das Werkzeug herabsenkt und dieses – ohne es zunächst einzuspannen – umfasst. Sämtliche Bewegungen in Z-Richtung (oder auch zusätzlich in Y-Richtung) erfolgen dabei unter Beibehaltung der zuvor beschriebenen Position X₂.
Unter Bewegung der Werkzeugaufnahme aus der Position X₂ in Richtung auf die Position X₁ wird die über sein Einleitungselement erfolgende Betätigung des Auswurfsystems durch die Betätigungseinheit aufgehoben, so dass das Auswurfsystem aus dem Freigabezustand wieder in den Spannzustand versetzt wird und das Werkzeug fest in die Werkzeugaufnahme eingespannt wird. Auch hier werden vorteilhaft Steuerungen und Positionsabfragen minimiert, wodurch Bearbeitungszeit und Geld gespart wird.
Auf diese Weise ist ein Werkzeugwechsel von statten gegangen, der vorteilhaft mehrere steuerungstechnische Positionsabfragen erübrigt und insbesondere auch eine Steuerung für das Einspannen oder die Freigabe des Werkzeugs erübrigt. Da das Auswurfsystem (oder zumindest sein Einleitungselement) durch die Bewegung der Werkzeugaufnahme in X-Richtung rein mechanisch mit der Betätigungseinheit zusammenwirkt und alleine dadurch bereits ein Einspannen bzw. eine Freigabe des Werkzeugs bewirkt, wird auch die Ansteuerung einer aus der Praxis bekannten Spann-/Freigabevorrichtung (etwa über einen Hydraulikzylinder in der Werkzeugaufnahme) überflüssig. Auch die Schaltzeiten von Ventilen, mit denen eine solche Hydraulik zu kontrollieren wäre, entfallen vollständig. Dadurch verkürzen sich die Wechselzeiten für ein Werkzeug auf ein Minimum gegenüber der bisher bekannten Praxis.
Der Übergang aus dem Spannzustand in den Freigabezustand kann durch konstruktive Maßnahmen im Wesentlichen linear ausgestaltet sein, so dass sich während der Bewegung aus der Position X₁ in die Position X₂ die Spannung um das Werkzeug allmählich löst bzw. im umgekehrten Weg allmählich erhöht. Denkbar ist hier jedoch auch eine durch rein mechanische Mittel zu realisierende Hysterese. In diesem Fall kann der Grad der Einspannung bzw. der Spannkraft, mit der das Werkzeug in der Werkzeugaufnahme gehalten wird, bei gleicher X-Position unterschiedlich sein, je nachdem, ob diese Position aus der Position X₁ oder X₂ angefahren wird. Der Vorteil liegt hier darin, dass das Werkzeug bei einer Bewegung in Richtung auf die Position X₂ bereits relativ früh freigegeben wird, während es bei einer umgekehrten Bewegung aus Position X₂ in Richtung auf die Position X₁ schon relativ früh wieder fest eingespannt ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Betätigungseinheit einen in X-Richtung wirkenden Anschlag aufweist. Dieser Anschlag soll mit dem Einleitungselement, welches im Folgenden auch als Stößel bezeichnet werden soll, zusammenwirken. Der Stößel ist Teil des Auswurfsystems und überträgt die in X-Richtung in den Stößel eingebrachte Betätigungskraft an das Auswurfsystem.
Der Stößel kann beispielsweise seitlich aus der Werkzeugaufnahme herausragen und mit dieser mitbewegt werden. Bei einer Bewegung der Werkzeugaufnahme in Richtung auf die Betätigungseinheit schlägt der Stößel an dieser an. Die X-Position, in der der Stößel an die Betätigungseinheit anschlägt, entspricht dabei der vorbeschriebenen Position X₁. Bewegt sich nun die Werkzeugaufnahme gemeinsam mit dem Auswurfsystem und dem daraus hervorragenden Stößel weiter in Richtung auf die Betätigungseinheit, so verschiebt sich der Stößel relativ zum Auswurfsystem, da er an seinem freien Ende durch die Betätigungseinheit in X-Richtung blockiert wird. Durch diese Relativbewegung wird die Freigabe des Werkzeugs ausgelöst. Diese Ausführungsform zeichnet sich durch ihre konstruktive Einfachheit aus.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Stößel gegen eine Federkraft aus der den Spannzustand bewirkenden Position in die den Freigabezustand bewirkenden Position verschieblich ist. Dadurch wird vorteilhaft sichergestellt, dass unter Entlastung des Stößels (also wenn die Betätigungseinheit nicht als Anschlag für den Stößel wirkt, Position X₁) das Werkzeug immer sicher und stabil in der Werkzeugaufnahme eingespannt ist.
Die Betätigungseinheit kann in einem besonders einfachem Fall eine sich in Y-, Z-Richtung erstreckende Gleitebene aufweisen, die als Anschlag für den vorbeschriebenen Stößel dient. Die Ebene ist dabei insbesondere so ausgebildet, dass der Stößel (wenn er als mitbewegter Teil des an der Werkzeugaufnahme angeordneten Auswurfsystems ausgebildet ist), bei einer Bewegung der Werkzeugaufnahme aus der Position X₂ in eine Y- oder Z-Richtung an der Ebene entlang gleiten kann, um so die Betätigung des Auswurfsystems währenddessen beizubehalten. Von maßgeblicher Bedeutung ist also, dass der Stößel mit der entsprechenden Betätigungskraft beaufschlagt wird, während er sich zusammen mit der Werkzeugaufnahme in Y-Richtung oder Z-Richtung frei bewegen kann. Eine solche Ausführungsform, die eine entsprechend stabile Lagerung bzw. Führung des Stößels innerhalb des Auswurfsystems erfordert, erlaubt damit eine sehr einfache und kostengünstige Form der Betätigungseinheit.
Eine alternative Ausführungsform sieht vor, dass die Betätigungseinheit einen Schlitten aufweist, der als Anschlag für den vorgenannten Stößel dient und in wenigstens eine Richtung Y bzw. Z frei verschieblich ist. Der Stößel wird dabei durch Mitbewegen der planen Öberfläche des Schlittens geführt.
Ergänzend kann der Stößel auch, wenn die Werkzeugaufnahme in die Position X₂ verfahren wird, zur zusätzlichen Führung in eine geeignete Aufnahme des Schlittens wenigstens teilweise so hinein bewegt werden, dass der Schlitten den Stößel bei einer anschließenden Bewegung der Werkzeugaufnahme in Y- oder Z-Richtung noch besser mitführt. Gegenüber der einfachen (und insbesondere der nicht mitbewegten) Gleitflä che des vorbeschriebenen Ausführungsbeispiels treten hierbei keine oder nur geringe Hebelkräfte auf, die bei dem Gleitvorgang des freien Stößelendes auf der Oberfläche in den Stößel eingebracht und von diesem konstruktiv aufgefangen werden müssen. Stattdessen werden hier die Gleitbewegungen durch die geeigneten Führungen des Stößels mitvollzogen und etwaige Reibungskräfte in die dafür geeigneten Führungen verlagert.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass der zuvor genannte Schlitten als Kreuzschlitten ausgeführt wird, so dass eine Führung des Stößels sowohl in Y- als auch in Z-Richtung vorgesehen ist. Der Schlitten vollzieht in diesem Fall (wenn die Werkzeugaufnahme die Position X₂ angesteuert hat) die weiteren Bewegungen der Werkzeugaufnahme in Y- oder Z-Richtung mit.
Im gleichen Sinne wie die zuvor beschriebene zweidimensionale Gleitfläche erlaubt auch ein solcher Kreuzschlitten die Beibehaltung des Freigabezustands bei gleichzeitiger Bewegung der Werkzeugaufnahme in der Y-Z-Ebene. Dabei ergibt sich der besondere Vorteil, dass die Werkzeugaufnahme ein erstes Werkzeug in einer Position (X₂, Y₁) abgeben und ein neues Werkzeug in eine Position (X₂, Y₂) aufnehmen kann. Die Bewegung aus der einen in die andere Position erfolgt dann unter Überlagerung einer Bewegung in Z-Richtung, um das eine Werkzeug vollständig freigeben bzw. das andere vollständig aufnehmen zu können.
Anhand des später beschriebenen Figurenbeispiels wird dieser Vorgang noch deutlicher.
Eine andere Ausführungsform der Erfindung weist ein Auswurfsystem auf, in welches die Betätigungskraft über einen entfernten Stößel eingeleitet wird. Der Stößel ist dabei über ein Kraftübertragungssystem (bspw. über eine Hydraulikleitung oder einen Bowdenzug) mit dem Auswurfsystem verbunden und ist bspw. ortsfest angeordnet. Dagegen bewegt sich die Betätigungseinheit bei der Bewegung der Werkzeugaufnahme in X-Richtung mit, so dass dann wiederum die Relativbewegung zwischen Betätigungseinheit und Einleitungselement (Stößel) erfolgt. Wird der Stößel durch die bewegte Betäti gungseinheit mit der Betätigungskraft beaufschlagt, dann wird diese Kraft über das flexible Kraftübertragungssystem an das bewegte Auswurfssystem bzw. die bewegte Werkzeugaufnahme übertragen. Diese Ausführungsform bringt den Vorteil, dass hydraulische oder vergleichbare Auswurfsystem (weiterhin) genutzt werden können, während gleichzeitig auf die Nachteile der zeitaufwändigen Steuerungen verzichtet werden kann.
Eine Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Auswurfsystem zur Umwandlung der in X-Richtung in den Stößel eingebrachten Betätigungskraft eine in Längsrichtung der Werkzeugaufnahme wirkende Kraft ausgebildet ist. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass der Stößel einen keilförmigen Abschnitt aufweist, der bei einer Relativbewegung zwischen Stößel und Auswurfsystem seine Abmessung in Y- oder Z-Richtung verändert. Insbesondere kann dadurch eine in der Werkzeugaufnahme verlaufende Druckstange betätigt werden, welche ihrerseits gegen ein Federpaket und mit einer geeigneten Klauenkonstruktion das Werkzeug aufnimmt.
Wie einleitend beschrieben, handelt es sich bei der Werkzeugaufnahme vorzugsweise um eine antreibbare Spindel, die das Werkzeug um die Längsachse der Spindel zu rotieren vermag.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand eines Figurenbeispiels erläutert. Die 1 bis 8 zeigen dabei ein Ausführungsbeispiel mit Kreuzschlitten in den unterschiedlichen Positionen, die während eines Werkzeugwechsels angefahren werden. 9 betrifft eine Ausführungsform mit ortsfestem Stößel.
Wie in 1 zu sehen ist, ist eine Werkzeugaufnahme S vorgesehen, die in diesem Fall als rotierbare Spindel ausgeführt ist. Die Spindel S erstreckt sich im Wesentlichen entlang einer vertikalen Richtung Z und ist an ihrem unteren Ende zur Aufnahme eines Werkzeugs W ausgebildet. Die Spindel soll Teil einer Werkzeugmaschine sein, die im Wesentlichen in allen drei zueinander senkrechten Richtungen des Raumes (X, Y und Z) bewegbar ist.
Die Spindel S weist einen Kopf K auf, oberhalb dessen ein Auswurfsystem A angeordnet ist. Das Auswurfsystem A dient zur Freigabe bzw. Einspannung eines am unteren Ende der Spindel S eingesetzten Werkzeugs W. Dazu ist ein Stößel T vorgesehen, der im Wesentlichen in X-Richtung und relativ zum Auswurfsystem A verschieblich angebracht ist. Durch einen keilförmigen Abschnitt des Stößels T erzeugt dieser bei einer Relativbewegung in X-Richtung zwischen dem Stößel T und der Werkzeugaufnahme S eine Bewegungskomponente in Z-Richtung nach unten. Die Details dieser Werkzeugaufnahme am unteren Ende der Spindel S sind nicht näher dargestellt.
Durch die von dem keilförmigen Abschnitt des Stößels T hervorgerufene vertikale Bewegung einer Druckstange kann das Werkzeug jedoch freigegeben bzw. eingespannt werden.
Weiterhin zeigt die 1 eine Betätigungseinheit B. Die Betätigungseinheit B dient zur Betätigung des Auswurfsystems A. Die Betätigung erfolgt insbesondere durch einen Kontakt der Betätigungseinheit B mit dem Stößel T. Eine solche Betätigung kommt zustande, nachdem die Werkzeugaufnahme S mit dem daran angeordneten Auswurfsystem A und dem davon seitlich abstehenden Stößel T in X-Richtung auf die Betätigungseinheit B zubewegt wird und daran anschlägt.
Die Betätigungseinheit B weist einen Kreuzschlitten R, der über zwei Führungen in Y- und Z-Richtung geführt wird. Der Kreuzschlitten R weist eine Ausnehmung E auf, in welche der Stößel T teilweise hineinragen kann. Die Ausnehmung E ist weiterhin als Anschlag G ausgeführt, welcher die Bewegung des Stößels T in Richtung X begrenzt.
Die Betätigungseinheit B ist ortsfest, ebenso wie eine Werkzeughalterung H. Die Werkzeughalterung H dient zur Aufbewahrung bzw. Bereitstellung von Werkzeugen, die durch Bewegung der Werkzeugaufnahme S aus der Werkzeughalterung H entnommen bzw. dort abgelegt werden können.
Relativ zu der ortsfesten Betätigungseinheit B und der ebenfalls ortsfesten Werkzeughalterung H ist die Werkzeugaufnahme S im Raum beweglich. Anhand einer in jeder Figur dargestellten Pfeilfolge sollen die Bewegungen der Werkzeugaufnahme S und die dabei eingenommenen Positionen verdeutlicht werden.
In 1 befindet sich die Werkzeugaufnahme im Arbeitsraum, wobei sie sich in X-Richtung aus einer Position 1 in eine Position 2 (siehe Pfeilfolge) in X-Richtung zum Zweck eines Werkzeugwechsels bewegt.
In 2 hat die Werkzeugaufnahme S die Position 2 eingenommen, wobei der Stößel T mit seinem in Richtung auf die Betätigungseinheit B weisenden freien Ende in die Aufnahme E eingeführt und zugleich am Anschlag G angeschlagen ist. Die in den Figuren dargestellte Position 2 (und entsprechend auch die Position 7) entspricht dabei den zuvor erwähnten Positionen X₁.
Während der Weiterbewegung der Werkzeugaufnahme S aus der Position 2 in die Position 3 (siehe 3) wirkt die Betätigungseinheit B mit dem Auswurfsystem A über den Stößel T zusammen. Der Stößel T wird durch die Bewegung der Werkzeugaufnahme S in X-Richtung relativ zum Auswurfsystem A bewegt, so dass das von der Werkzeugaufnahme S eingespannte Werkzeug freigegeben wird und das Auswurfsystem in Freigabezustand versetzt wird.
Die in der Pfeilfolge mit "3", "4", "5" und "6" bezeichneten Positionen entsprechen den vorbeschriebenen Positionen X₂.
Ausgehend von der Position 3 hat sich die Werkzeugaufnahme S nunmehr in Z-Richtung in eine Position 4 bewegt. Da die Position in X-Richtung dabei unverändert geblieben ist, ist auch der Freigabezustand weiterhin aufrecht erhalten worden. Durch die Bewegung in Z-Richtung wurde das am unteren Ende der Werkzeugaufnahme S gehaltene Werkzeug W vollständig losgelöst. Der Freigabezustand wird unterdessen weiterhin beibehalten.
In einer anschließenden Bewegung aus der Position 4 entlang der Richtung Y in eine Position 5 (siehe 5) hat die Werkzeugaufnahme S eine neue Position der Werkzeughalterung H angesteuert. Dabei ist die Z-Richtung, insbesondere aber auch die X-Richtung der Werkzeugaufnahme S unverändert geblieben, so dass nach wie vor der Freigabezustand des Auswurfsystems beibehalten wurde.
Während der Bewegung aus der Position 3 in die Position 4 und weiter in die Position 5 bzw. 6 wird der Stößel T durch den mitbewegten Kreuzschlitten R geführt und gleichzeitig mit dem im Schlitten ausgebildeten Anschlag G in seiner X-Position gehalten.
Eine daran anschließende Bewegung aus der Position 5 in eine Z-Richtung zur Position 6 (siehe 6) bewirkt das Absenken der Werkzeugaufnahme S auf das neu aufzunehmende Werkstück W in der Werkzeughalterung H. Auch in dieser Position ist der Freigabezustand des Auswurfsystems durch die Beaufschlagung des Stößels T weiterhin aufrecht erhalten. Die Werkzeugaufnahme S umfasst somit das neue Werkzeug W, ohne dass dieses zunächst fest eingespannt wird.
In einer anschließenden Bewegung aus der Position 6 in die Position 7 (siehe 7) bewegt sich die Werkzeugaufnahme S von der Betätigungseinheit B wieder weg, so dass auch der Stößel T dieser Bewegung folgen kann (der Stößel T kann über eine hier nicht dargestellte Federkraft in die dem Spannzustand entsprechende Position gedrückt werden). Durch die nun entgegengesetzte Relativbewegung des Stößels T zum Aus wurfsystem A wird dieses in den Spannzustand versetzt, so dass das zunächst locker in der Werkzeugaufnahme S angeordnete Werkzeug W damit fest eingespannt wird.
Eine weitere Bewegung aus der Position 7 in die Position 8 bringt die Werkzeugaufnahme S wieder in den Arbeitsbereich, in dem das Werkzeug dann eingesetzt werden kann.
In 9 ist die Betätigungseinheit (B) in X-Richtung beweglich und als Teil eines Schlittens ausgeführt, über den die Werkzeugaufnahme (S) mit dem wesentlichen Teil des Auswurfsystems (A) bewegt wird. Die Betätigungseinheit (B) vollzieht also alle Bewegungen der Werkzeugaufnahme (S) in X-Richtung mit, wodurch sich wieder eine Relativbewegung zum ortsfest angebrachten Einleitungselement bzw. Stößel (T) ergibt, der als Teil des mitbewegten Auswurfsystems (A) mit diesem über eine flexible Hydraulikleitung (V) verbunden ist. Die Hydraulikleitung (V) erlaubt dabei eine freie Bewegung der Werkzeugaufnahme bei gleichzeitig stabiler und konstruktiv einfacher Anordnung des Stößels.

Claims

Werkzeugwechseleinheit, insbesondere für Werkzeugmaschinen, a) mit einem Auswurfsystem (A), welches am Kopf (K) einer ein Werkzeug (W) aufnehmenden Werkzeugaufnahme (S) angeordnet ist und zum Auswerfen oder Aufnehmen des Werkzeugs (W) mit dieser Werkzeugaufnahme (S) zusammenwirkt, und b) mit einer Betätigungseinheit (B) zur Betätigung des Auswurfsystems (A), wobei das Auswurfsystem (A) bei der Betätigung aus einem das Werkzeug einspannenden Spannzustand in einen das Werkzeug freigebenden Freigabezustand versetzt wird, und c) wobei die Betätigungseinheit (B) so ausgebildet und angeordnet ist, c₁) dass die Betätigung des Auswurfsystems (A) durch die Betätigungseinheit (B) bei einer Bewegung der Werkzeugaufnahme (S) aus einer ersten X-Position (X₁) entlang einer ersten Richtung (X) in eine zweite X-Position (X₂) erfolgt, und c₂) dass der dadurch bewirkte Freigabezustand bei einer weiteren Bewegung der Werkzeugaufnahme (S) aus der Position (X₂) in wenigstens eine der beiden zur ersten Richtung (X) senkrechten Richtungen (Y, Z) beibehalten wird.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Bewegung der Werkzeugaufnahme (S) aus der Position X₂ in Richtung auf die Po sition X₁ die Betätigung aufgehoben und das Auswurfsystem aus dem Freigabezustand in den Spannzustand versetzt wird.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (B) einen in X-Richtung wirkenden Anschlag (G) für einen Stößel (T) aufweist, der zur Übertragung einer in X-Richtung in den Stößel eingebrachten Betätigungskraft an das Auswurfsystem (A) ausgebildet ist.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel gegen eine Federkraft oder eine gleichwirkende Kraft aus einer den Spannzustand bewirkenden Position in eine den Freigabezustand bewirkenden Position verschieblich ist.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (B) eine im Wesentlichen plane, sich in Y-Z-Richtung erstreckende und mit dem Stößel zusammenwirkende Anschlagebene derart aufweist, dass der Stößel während einer Bewegung der Werkzeugaufnahme (S) aus der Position X₂ in wenigstens eine der Richtungen Y, Z auf der Anschlagebene entlang gleiten kann.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (B) zur Führung des Stößels (T) einen Schlitten aufweist, wobei der Schlitten in wenigstens eine der Richtungen Y, Z verfahrbar ist.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinheit (B) einen in beide Richtungen Y, Z verfahrbaren Kreuzschlitten (R) aufweist.
Werkzeugwechseleinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stößel (T) zur Übertragung der Betätigungskraft an das Auswurfsystem (A) über eine Kraftübertragungsvorrichtung (V) mit dem Auswurfsystem (A) verbunden ist.
Werkzeugwechseleinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftübertragungsvorrichtung (V) ein Bowdenzug oder eine Hydraulikleitung ist.
Werkzeugwechseleinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Position X₂ die X-Position einer Werkzeugwechselposition ist.
Werkzeugwechseleinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Auswurfsystem (A) zur Umwandlung der in den Stößel eingebrachten Betätigungskraft in eine in Längsrichtung der Werkzeugaufnahme (S) wirkende Kraft ausgebildet ist.
Werkzeugwechseleinheit nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkzeugaufnahme (S) eine antreibbare Spindel ist.