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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Transfer eines Werkstücks zwischen einem Werkstückspeicher und einer Bearbeitungsmaschine, wobei die Vorrichtung eine Hubeinrichtung und eine von dieser bewegbare Aufnahmeeinheit, durch die das Werkstück aus einer Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers durch ein Anheben der Aufnahmeeinheit durch die Hubeinrichtung entnehmbar und durch ein Absenken derselben in eine Werkstückaufnahme der Bearbeitungsmaschine einsetzbar ist, sowie ein Verfahren zum Transfer eines Werkstücks zwischen einem Werkstückspeicher und einer Bearbeitungsmaschine, bei dem das zur Bearbeitungsmaschine zu bewegende Werkstück in einer Aufnahmeeinheit einer Vorrichtung aufgenommen wird, die Aufnahmeeinheit von einer Hubeinrichtung angehoben und samt dem ihr befindlichen Werkstück zur Bearbeitungsmaschine bewegt und dort abgesenkt wird
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Eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren sind bekannt und werden weit verbreitet zum Transfer eines in einem Werkstückspeicher abgelegten Werkstücks zu einer Bearbeitungsmaschine verwendet. Die Vorrichtung muss hierbei das in dem Werkstückspeicher aufgenommene Werkstück entgegen der Wirkung der Schwerkraft bis zu einer gewünschten Höhe anheben, um das Werkstück aus dem Werkstückspeicher entnehmen zu können. Die von der Vorrichtung hierbei bereitzustellende Hubkraft muss dabei größer sein als das Gewicht des anzuhebenden Werkstücks, um auch unter Berücksichtigung von Systemverlusten, wie z. B. der Reibung, ein zuverlässiges Anheben des Werkstücks zu gewährleisten. Typischerweise wird dieser „Kraftüberschuss” im Bereich von kleiner als ungefähr 150 N gewählt. Damit soll erreicht werden, dass bei einer Kollision zwischen der sich bewegenden Aufnahmeeinheit und einem Bediener der Bearbeitungsmaschine die Gefahr von schweren Verletzungen reduziert wird. Aus Gründen der Arbeitssicherheit ist daher notwendig, dass die von der Vorrichtung erzeugte Hubkraft das Gewicht des anzuhebenden Werkstücks nicht wesentlich übersteigt, da ansonsten aufwendige und auf den Arbeitsablauf störende Sicherungseinrichtungen, wie z. B. eine Umhausung erforderlich sind. Um die für das anzuhebende Werkstück erforderliche Hubkraft zu bestimmen, wurde bis jetzt vorgesehen, dessen Gewicht entweder manuell oder mittels eines in dem Werkstückspeicher eingebauten Gewichtssensors zu ermitteln und dann die Hubkraft der die Aufnahmeeinheit bewegenden Hubeinrichtung derart einzustellen, dass sie dem derart ermittelten Gewicht des Werkstücks zuzüglich der vorgenannten 150 N entspricht. Die manuelle Ermittlung des Gewichts ist zeitaufwendig und führt daher zu geringen Taktraten. Die Verwendung von Gewichtssensoren ist relativ kostenaufwendig und störungsanfällig.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass in einfacher Art und Weise eine zuverlässige Einstellung der von der Vorrichtung bereitgestellten Hubkraft auch bei unterschiedlich schweren Werkstücken ermöglicht wird.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die erfindungsgemäße Vorrichtung vor, dass die Hubkraft der die Aufnahmeeinheit bewegenden Hubeinrichtung zu Beginn eines Transfervorgangs so lange erhöht wird, bis ein Anheben des in der Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers aufgenommenen Werkstücks erfolgt, dass die Vorrichtung einen unteren Endschalter aufweist, der den Beginn des Anhebevorgangs der Aufnahmeeinheit erfasst und ein Signal zu einer Steuereinrichtung der Vorrichtung sendet, dass von der Steuereinrichtung aus der zu diesem Zeitpunkt gegebenen Hubkraft der Hubeinrichtung das zu bewegende Gewicht des Werkstücks bestimmt wird, dass einem darauf folgenden Abschnitt des Transfers die Steuereinrichtung die Hubkraft der Hubeinrichtung um einen vorgegebenen Betrag erhöht, der derart bestimmt ist, dass die Summe aus der wie vorstehend bestimmten Hubkraft und der weiteren Kraft unterhalb eines vordefinierten Grenzwertes liegt, dass der weitere Hubvorgang des Werkstücks bis zum Erreichen einer oberen Endlage mit der derart ermittelten Hubkraft durchgeführt wird, dass beim Erreichen der oberen Endposition der Aufnahmeeinheit das Werkstück von der Vorrichtung unter Beibehaltung der vorgenannten Hubkraft zu der Bearbeitungsmaschine bewegt wird, und dass zum Einsetzen des Werkstücks in eine Werkstückaufnahme der Bearbeitungsmaschine die Hubkraft der Hubeinrichtung reduziert wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass die Hubkraft der die Aufnahmeeinheit bewegenden Hubeinrichtung zu Beginn eines Transfervorgangs so lange erhöht wird, bis ein Anheben des in der Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers aufgenommenen Werkstücks durch die Aufnahmeeinheit erfolgt, dass der Beginn des Anhebevorgangs und die zu diesem Zeitpunkt gegebene Hubkraft der Hubeinrichtung erfasst wird, dass im darauf folgenden Abschnitt des Transfers die Hubkraft der Hubeinrichtung um einen vorgegebenen Betrag erhöht wird, wobei dieser Betrag derart bestimmt wird, dass die Summe aus der wie vorstehend bestimmten Hubkraft und der weiteren Kraft unterhalb eines vordefinierten Grenzwerts liegt, dass der weitere Anhebevorgang des Werkstücks bis zum Erreichen einer oberen Endlage mit der derart ermittelten Hubkraft durchgeführt wird, dass beim Erreichen einer oberen Endposition der Aufnahmeeinheit das Werkstück von der Vorrichtung unter Beibehaltung der vorgenannten Hubkraft zur Bearbeitungsmaschine bewegt wird, und dass zum Einsetzen des Werkstücks in eine Werkstückaufnahme der Bearbeitungsmaschine die Hubkraft der Hubeinrichtung wieder reduziert wird.
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Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen wird in vorteilhafter Art und Weise eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Transfer eines Werkstücks zwischen dem Werkstückspeicher und der Bearbeitungsmaschine geschaffen, welche sich dadurch auszeichnen, dass die wie vorstehend beschriebene Hubkraft der Vorrichtung auch bei unterschiedlich schweren Werkzeugen stets unterhalb eines Grenzwerts, der das jeweilige Gewicht des transferierten Werkstücks nun einen definierten Betrag überschreitet, liegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich somit dadurch aus, dass bei ihnen keine aufwendigen Sicherheitseinrichtungen erforderlich sind, um eine hinreichende Arbeitssicherheit während des Werkstück-Transfers zu erreichen.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sind dem Ausführungsbeispiel zu entnehmen, das im folgenden anhand der Figuren beschrieben wird. Es zeigen:
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1: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung,
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2: eine schematische Darstellung des Transfervorgangs, und
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3: ein Weg-Kraft-Diagramm.
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In 1 ist nun schematisch ein Ausführungsbeispiel einer allgemein mit 1 bezeichneten Vorrichtung zum Anheben und Absetzen eines in einem Werkstückspeicher 2 (2) aufgenommenen Werkstücks W dargestellt, die eine Hubeinrichtung 10 mit einem Hubzylinder 11 aufweist, in dessen Kolbenkammer 12 ein Kolben 13 aufgenommen ist, dessen Kolbenstange 14 mit einer Aufnahmeeinheit 20 verbunden ist, welche bei einem Transfer zwischen dem Werkstückspeicher 2 und einer Bearbeitungsmaschine 3 (siehe 2) das Werkstück W befördert. Die Aufnahmeeinheit 20 weist ein an und für sich bekanntes und nicht näher dargestelltes Aufnahmeelement auf, welches derart ausgebildet ist, dass es ein in dem Werkstückspeicher 2 aufgenommenes Werkstück W ergreifen und darauf folgend in der Bearbeitungsmaschine 3 freigeben kann. Da eine derartige Aufnahmeeinheit 20 allgemein bekannt ist, ist es nicht erforderlich, diese hier im Detail zu beschreiben.
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Der Hubzylinder 11 der Hubeinrichtung 10 ist vorzugsweise als doppelt-wirkender Hubzylinder ausgeführt, dessen Kolbenkammer 12 durch eine Kolbenplatte 15 des Kolbens 13 in zwei Teile 12a und 12b geteilt wird. Durch eine Beaufschlagung des ersten Teils 12a der Kolbenkammer 12 mit einem über einem Druckeingang 12a' zugeführten Druckmedium wird eine Aufwärtsbewegung der Kolbenstange 14 und somit der Aufnahmeeinheit 20 bewirkt. Entsprechend bewirkt eine Druckbeaufschlagung des zweiten Teils 12b der Kolbenkammer 12 mit einem über einen Druckeingang 12b' zugeführten Druckmedium ein Absenken des Kolbens 13. Es ist aber auch möglich, dass nur der Teil 12a der Kolbenkammer 12 druckbeaufschlagbar ist, so dass dann das Absenken der Aufnahmeeinrichtung 20 und somit des Werkstücks W dadurch erreicht wird, dass der Druck im Teil 12a der Kalbenkammer 12 reduziert wird.
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Im folgenden wird davon ausgegangen, dass die Hubeinrichtung 10 als eine hydraulische oder pneumatische Hubeinrichtung ausgebildet ist. Dies ist aber nicht zwingend erforderlich, vielmehr ist es auch möglich, die Hubeinrichtung 10 z. B. als elektromotorische Hubeinrichtung auszubilden. Die genaue Ausgestaltung der Hubeinrichtung 10 ist für die vorliegende Erfindung ohne Bedeutung, wesentlich ist nur, dass mit der Hubeinrichtung 10 der nachfolgend beschriebene Verlauf ihrer Hubkraft realisiert werden kann.
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Bevor nun die Funktionsweise der Vorrichtung 1 im Detail beschrieben wird, soll dieser Beschreibung eine kurze Erläuterung des Transfervorgangs des Werkstücks W zwischen dem Werkstückspeicher 2 und der Bearbeitungsmaschine 3 vorangestellt werden. Dieser ist in 2 skizziert. Das zu der Bearbeitungsmaschine 3 zu befördernde Werkstück W ist in einer Werkstückablage des Werkstückspeichers 2 eingesetzt und derart in einer genau positionierten Lage im Werkstückspeicher 2 angeordnet. Um das Werkstück dieser Werkstückaufnahme zu entnehmen, muss dieses angehoben werden. Hierzu ergreift das Aufnahmeelement der Aufnahmeeinheit 20 das Werkstück W und die Hubeinrichtung 10 der Vorrichtung 1 hebt die Aufnahmeeinheit 20 an, wobei typischerweise die hierbei durchzuführenden Hübe im Bereich von ungefähr 50 mm liegen. Die angehobene Position ist in den rechten Darstellungen der 2 strichliert dargestellt. Die Vorrichtung 1 transportiert dann das Werkstück W zur Bearbeitungsmaschine 3 und das Werkstück W wird wieder abgesenkt, um in eine Werkstückaufnahme der Bearbeitungsmaschine 3 eingesetzt zu werden. Die abgesetzte Position ist in der linken oberen Darstellung der 2 wieder strichliert dargestellt.
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Zum Transfer des von der Bearbeitungsmaschine 3 bearbeiteten Werkstücks zum Werkstückspeicher 2 wird – wie in der unteren Zeichnung der 2 dargestellt – das Werkstück W wiederum von dem Aufnahmeelement der Aufnahmeeinheit 20 ergriffen und von der Aufnahmeeinheit 20 angehoben, um es der Werkstückaufnahme der Bearbeitungsmaschine 3 zu entnehmen. Dann transportiert die Vorrichtung 1 das Werkstück W zum Werkstückspeicher 2 zurück, wo die Aufnahmeeinheit 20 durch die Hubeinrichtung 10 abgesenkt und derart das Werkstück in die Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers 2 abgesetzt wird. Ein derartiger Transfervorgang ist an und für sich bekannt und muss daher nicht mehr näher im Detail beschrieben werden.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 1 wird nun anhand der 3 erläutert, wobei das obere Diagramm den von der Aufnahmeeinheit 20 zurückgelegten Weg und das untere Diagramm die Hubkraft der Hubeinrichtung 10 zeigt. Die Abszisse der beiden Diagramme ist jeweils die Zeitachse.
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Während des im Kraft-Diagramm der 3 mit 1 bezeichneten Zeitabschnitts eines Transfervorgangs zwischen dem Werkstückspeicher 2 und der Bearbeitungsmaschine 3 befindet sich die Aufnahmeeinheit 20 samt dem von ihr aufgenommenen Werkstück W in ihrer unteren Ausgangslage, welche von einem unteren Endschalter 31a überwacht wird, dessen Ausgangssignal zu einer Steuereinrichtung 30 geleitet wird.
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Dann wird, wie sich aus dem Kraftverlauf im Zeitabschnitt 2 des Kraft-Diagramms der 3 ersehen lässt, die von der Hubeinrichtung 10 auf die Aufnahmeeinheit 20 ausgeübte Kraft erhöht. Dies wird im hier beschriebenen Ausführungsbeispiel dadurch bewerkstelligt, dass dem unteren Teil 12a der Kolbenkammer 12 das mit einem entsprechenden Druck beaufschlagte pneumatische oder hydraulische Druckmedium zugeführt wird. Wie sich aus dem entsprechenden Zeitabschnitt des Weg-Diagramms der 3 ergibt, bewegt sich während dieses Aufbaus der Hubkraft der Hubeinrichtung die Aufnahmeeinheit 20 und somit das Werkstück W nicht, da die Hubkraft geringer als das Gewicht des Werkstücks W ist. Am Ende des Abschnitts 2 ist dann die von der Hubeinrichtung 10 auf die Aufnahmeeinrichtung 20 ausgeübte Kraft gleich dem Gewicht des Werkstücks W zuzüglich der bei dem Anhebevorgang auftretenden Verluste wie Reibung, etc. Im folgenden wird daher von einem „zu bewegenden Gewicht G” gesprochen, welches sich aus dem tatsächlichen Gewicht des Werkstücks W und den vorstehend angesprochenen Systemverlusten zusammensetzt.
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Zu Beginn des Zeitabschnitts 3 des Kraft-Diagramms bewegt sich – wie aus dem Weg-Diagramm ersichtlich – die Aufnahmeeinheit 20 nach oben und das Werkstück W wird angehoben. Dies wird vom unteren Endschalter 31a registriert. Die zu diesem Zeitpunkt von der Hubeinrichtung 10 auf die Aufnahmeeinrichtung 20 ausgeübte Kraft entspricht somit dem zu bewegenden Gewicht G des Werkstücks W. Die Verwendung des unteren Endschalters 31a erlaubt somit in Verbindung mit der Messung der zum Zeitpunkt des Ansprechens des unteren Endschalters 31a herrschenden Hubkraft der Hubeinrichtung 10 die Ermittlung der zum Bewegen des Werkstücks W aufzuwendenden Hubkraft.
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Bei dem Weg-Diagramm der 3 im Abschnitt 3 wird berücksichtigt, dass der untere Endschalter 31a nicht sofort anspricht, sobald das Werkstück W von der Hubeinrichtung 10 angehoben wird, sondern dass bei in der Praxis verwendeten Endschaltern 31a diese erst dann schalten, wenn das Werkstück W bereits einige Millimeter angehoben wurde. Die Hubkraft steigt daher aufgrund dieser „Messungenauigkeit” des Endschalters 31a geringfügig über den zum Anheben des zu bewegenden Gewichts G des Werkstücks W unbedingt erforderliche Betrag an. Dem Fachmann ist klar ersichtlich, dass die Zeitdauer des Abschnitts 3 umso kleiner wird, je kleiner die Ansprechempfindlichkeit des unteren Endschalters 31a ist und bei einem sofort reagierenden unteren Endschalter 31a gegen Null geht. Bei idealen Verhältnissen – also bei einem sofort reagierenden Endschalter 31a – ist die am Ende des Abschnitts 2 herrschende Hubkraft somit gleich dem zu bewegenden Gewicht G des Werkstücks W.
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Wie sich aus dem Abschnitt 4 des Kraft-Diagramms der 3 entnehmen lässt, wird während dieses einen Zeitraum Δt andauernden Abschnitts die Hubkraft der Hubeinrichtung 10 bis auf einen Wert HK = G + Δk weiter erhöht, und zwar so lange, bis ein definierter Kraftüberschuss Δk gegeben ist, der ein sicheres Anheben des zu bewegenden Gewichts G des Werkstücks W gewährleistet. Vorzugsweise wird hierbei dieser Kraftüberschuss Δk derart gewählt, dass er unter einem vorgegebenen Grenzwert, z. B. unter den eingangs angesprochenen 150 N, bleibt, bei dem vorzugsweise eine hinreichende Arbeitssicherheit ohne aufwendige Sicherheitsmaßnahmen wie z. B. eine Umhausung gegeben ist.
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Nach dem Erreichen dieser Hubkraft HK = G + Δk wird – wie sich aus Abschnitt 5 des Kraft-Diagramms der 2 entnehmen lässt – das Werkstück W von der Aufnahmeeinheit 20 mit der dann konstanten Hubkraft HK weiter angehoben und derart das Werkstück W aus der Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers 2 weiter herausbewegt, bis am Ende des Abschnitts 5 die von einem oberen Endschalter 31b überwachte obere Endposition der Vorrichtung 1 erreicht wird, in der das Werkstück W vollständig aus der Werkstückaufnahme herausbewegt ist und somit zur Bearbeitungsmaschine 3 bewegt werden kann.
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Während des darauf folgenden Zeitabschnitts 6, in dem der Transfer des Werkstücks vom Werkstückspeicher 2 zur Bearbeitungsmaschine 3 stattfindet, wird die Hubkraft HK der Vorrichtung 1 weiterhin konstant gehalten.
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Zum Absenken des Werkstücks W in eine Werkstückaufnahme der Bearbeitungsmaschine 3 wird im Zeitabschnitt 7 des Kraft-Diagramms der 3 die Hubkraft der Vorrichtung 1 um den Wert Δk reduziert. Die Aufnahmeeinheit 20 senkt sich daher zuerst noch nicht ab, da herrschende Hubkraft der Hubeinrichtung 10 noch größer als das zu bewegende Gewicht G des Werkstücks W ist und erst am Ende des Abschnitts 7 auf das Gewicht G des nunmehr abzusenkenden Werkstücks W reduziert ist.
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In dem dem Abschnitt 7 folgenden Abschnitt 8 wird die Hubkraft weiter abgesenkt und erreicht somit einen Wert, der unter dem Gewicht G des Werkstücks W ist. Wie dem Weg-Diagramm der 2 zu entnehmen ist, bewegt sich die Aufnahmeeinheit 20 samt dem Werkstück W nach unten.
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Diese Abwärtsbewegung wird vom oberen Endschalter 31b erfasst. Entsprechend dem Erfassungsvorgangs des Gewichts G des sich aufwärts bewegenden Werkstücks W wird vom Endschalter 31b wird nun das Gewicht G des nunmehr abzusetzenden Werkstücks W ermittelt. Die Verwendung des oberen Endschalters 31b erlaubt somit wiederum in Verbindung mit der Erfassung der zum Zeitpunkt dessen Ansprechens herrschenden Hubkraft der Hubeinrichtung 10 die Ermittlung des Gewichts G des nun abwärtsbewegenden Werkstücks W.
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Um das Werkstück W zuverlässig abwärts bewegen zu können, wird – entsprechend der Erhöhung der Hubkraft um den Wert Δk im Zeitabschnitt 4 – die Hubkraft der Hubeinrichtung 10 während des einen Zeitraum Δt' andauernden Zeitabschnitts 9 der Diagramme der 3 um einen Betrag Δk' reduziert, der wiederum unter einem vorgegebenen Grenzwert liegt, so dass die Differenz zwischen dem abwärts treibenden Gewicht G des Werkstücks W und der entgegengesetzt hierzu wirkenden Hubkraft HK' = G – Δk' kleiner als der vorgegebene Grenzwert ist. Somit ist gewährleistet, dass auch bei der Abwärtsbewegung des Werkstücks W eine hinreichend große Arbeitssicherheit gegeben ist, da bei einer eventuellen Kollision zwischen dem Werkstück W und/oder der dieses bewegende Aufnahmeeinheit 20 die dabei auf die kollidierende Person und/oder das kollidierende Objekt einwirkende Kraft kleiner als der vorgenannte Grenzwert, vorzugsweise also kleiner 150 N, ist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass Δk = Δk' gewählt wird, wobei dies aber nicht zwingend ist.
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In diesem Zeitabschnitt 10 wird – beim beschriebenen Ausführungsbeispiel – wird die Verringerung der Hubkraft durch Reduzierung des den ersten Teil 12a der Kolbenkammer 12 erreicht.
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Während des Abschnitts 11 erfolgt dann ein weiteres Absenken der Aufnahmeeinrichtung 20 und somit des Werkstücks W, welches bewirkt, dass das Werkstück W wiederum in die Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers 2 eingebracht wird.
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Im Zeitabschnitt 11 erreicht die Aufnahmeeinheit 20 den Erfassungsbereich des unteren Endschalters 31b und die Hubkraft der Vorrichtung wird weiter reduziert, um ein zuverlässiges Absetzen des Werkstücks W in die Werkstückaufnahme des Werkstückspeichers 2 zu erreichen.
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Durch die vorgenommene Maßnahme ist in vorteilhafter Art und Weise eine Vorrichtung 1 und ein Verfahren zum Transfer eines Werkstücks W zwischen einem Werkstückspeicher 2 der Bearbeitungsmaschine 3 ausgebildet, welches sich dadurch auszeichnet, dass die wie vorstehend beschrieben bestimmte Hubkraft der Vorrichtung auch bei unterschiedlich schweren Werkstücken stets unterhalb eines Grenzwertes, der das jeweilige Gewicht des transferierten Werkstücks nur um einen definierten Betrag beim Aufwärtshub überschreitet bzw. beim Abwärtshub unterschreitet, liegt. Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren zeichnen sich somit dadurch aus, dass sie keine aufwendigen Sicherheitseinrichtungen wie z. B. eine Umhausung benötigt, um eine hinreichende Arbeitssicherheit während des Werkstück-Transfers zu erreichen.
