DE102020211672A1

DE102020211672A1 - Zentrale Werkzeuglagereinrichtung

Info

Publication number: DE102020211672A1
Application number: DE102020211672.5A
Authority: DE
Inventors: Robert Jung; Michael Trenkle
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2020-09-17
Filing date: 2020-09-17
Publication date: 2022-03-17
Also published as: US20230264308A1; WO2022058417A4; CN116096529A; JP2023541103A; EP4214019A1; WO2022058417A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zentrale Werkzeuglagereinrichtung WL mit einem durch eine Mehrzahl an hintereinander positionierten Radmagazinen S3 beinhaltenden Werkzeuglager S, einem bewegbaren Manipulator S12 sowie einer mit einer verfahrbaren Bereitstellungsleiste S4 versehenen Bereitstellungsstation S4 und einer mobilen Transporteinheit E, welche zur Bereitstellung von Werkzeugen W für eine beabstandete Werkzeugmaschinen WM, Werkzeug W mithilfe des Manipulators S12 aus den Radmagazinen entnimmt und über die Bereitstellungsleiste S4 der Bereitstellungsstation S2 der mobilen Transporteinheit E zum führer- und gleislosen Transport zur jeweiligen Werkzeugmaschine WM übergibt und zur Lagerung von zumindest einer Werkzeugmaschine WM erhaltenem Werkzeug W, das Werkzeug W über die mobile Transporteinheit E der Bereitstellungsleiste S4 der Bereitstellungsstation S2 übergibt und mithilfe des Manipulators S12 von der Bereitstellungsleiste S2 entnimmt und einem Radmagazin S3 des Werkzeuglagers S hinzufügt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zentrale Werkzeuglagereinrichtung mit einem aus Radmagazinen bestehenden Werkzeuglager für den Werkzeugwechsel mit einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen, bei der das zu wechselnde Werkzeug zumindest teilautomatisch durch eine frei verfahrbare mobile Transporteinheit von dem Werkzeuglager zur jeweiligen Werkzeugmaschine und zurück transportiert werden kann.
Hintergrund der Erfindung
Gattungsgemäße aus dem Stand der Technik bekannte Werkzeuglagereinrichtungen für die Einlagerung bzw. Bereitstellung von Werkzeugen von und für Werkzeugmaschinen umfassen zumeist ein oder mehrere Werkzeugmagazine, realisiert durch ein Regalsystem oder sonstige, eine Vielzahl von Werkzeugen fixierende, geordnete Werkzeugaufnahmevorrichtungen, einen in die Werkzeugmagazine integrierten Halterungsmechanismus zur Fixierung und Positionierung der Werkzeuge in das jeweilige Werkzeugmagazin sowie eine bewegbare Wechselvorrichtung, die einen Werkzeugaustausch zwischen den Werkzeugmagazinen und der Werkzeugmaschine ermöglicht.
In der EP 0144912 A2 ist eine Werkzeuglagereinrichtung für eine Fraß- und Bohrmaschine gezeigt, welche Werkzeug in einem horizontal gelagerten Radialmagazin bereitstellt und über eine Gleitschiene mit einer Werkzeugspindel der Werkzeugmaschine verbunden ist. Ein auf der Gleitschiene verfahrbarer Greifkopf ermöglicht ferner die Entnahme, Abgabe und den Transport der Werkzeuge von bzw. zu dem Radialmagazin und der Arbeitsspindel.
In der DE 102011082050 A1 ist zudem ein Werkzeugwechselsystem zum Wechseln und Ein- bzw. Vorlegen von Werkzeugen an einer Werkzeugmaschine gezeigt, welches ebenso ein rotierbares, jedoch in vertikaler Richtung gelagertes Radmagazin beinhaltet. Dabei werden die Werkzeuge entlang ihrer Längsachse derart im Radmagazin gehaltert, dass ein Großteil ihrer Körper radial vom Radmagazin absteht und so für einen ebenso im System enthaltenen Manipulator entnehmbar bleibt. Letzterer ist zudem zusätzlich auf in horizontaler Ebene verschiebbaren, linearen Führungsschienen befestigt, sodass vom Radmagazin entnommenes Werkzeug zur Werkzeugmaschine transportiert und von der Werkzeugmaschine erhaltenes Werkzeug zurück in das Radmagazin eingelagert werden kann.
Aufgrund ihrer Fähigkeit eine hohe Anzahl an Werkzeug zu lagern und bei Bedarf mittels Werkzeugwechseleinrichtung schnell, und in den meisten Fällen automatisiert, für die jeweilige Werkzeugmaschine bereitzustellen, besitzen derzeitige Werkzeuglagereinrichtungen bereits einen hohen Stellenwert für die immer komplexer werdenden und mehr Bearbeitungswerkzeuge fordernden Ablaufprozesse heutiger Werkzeugmaschinen.
Bei den Werkzeuglagereinrichtungen nach dem Stand der Technik tritt jedoch auch das Problem auf, dass die Werkzeuglagerung in den meisten Fällen, gerade aufgrund der steigenden Anzahl an einzulagernden Werkzeuge, nicht mehr effizient genug genutzt werden kann. So speichert eine Werkzeuglagereinrichtung beispielsweise zumeist eine Vielzahl von Werkzeugen nur für eine einzige oder zumindest wenige Werkzeugmaschinen ab, wodurch insbesondere unnötige Lagerzeiten und aufgrund der Mehrfachanschaffung entsprechender Werkzeuge entspringende Mehrkosten entstehen. Auf der anderen Seite stellen sich jedoch auch großflächige Zentralisierungen heutiger Werkzeuglager erfahrungsgemäß als recht anspruchsvoll heraus, insbesondere da sich aufgrund der meist starren und in vielen Fällen sich gegenseitig beeinträchtigenden Verbindungselemente zwischen Werkzeuglagern und mehreren Werkzeugmaschinen (siehe z.B. die Gleitschiene in der EP0144912A2 ), die entsprechenden Werkzeugtransport- und -wechselwege rasch ineffizient gestalten.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es somit, eine möglichst zentrale Werkzeuglagereinrichtung und ein Verfahren zum Wechseln von Werkzeugen mittels einer zentralen Werkzeuglagereinrichtung bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Probleme aus dem Stand der Technik lösen und welche es ermöglichen eingelagerte Werkzeuge möglichst effizient und vereinfacht an eine Mehrzahl von Werkzeugmaschinen zu verteilen bzw. einzulagernde Werkzeuge von einer Mehrzahl von Werkzeugmaschinen zu speichern. Zudem ist es eine Aufgabe die Struktur der zentralen Werkzeuglagereinrichtung so zu optimieren, dass die von der Werkzeuglagereinrichtung eingenommene Fläche im Verhältnis zur oben genannten Werkzeugwechseleffizienz möglichst optimal genutzt werden kann.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Zur Lösung der vorstehend genannten Aufgabe werden die Merkmale der unabhängigen Ansprüche vorgeschlagen. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung.
Die zentrale Werkzeuglagereinrichtung zur Werkzeugbereitstellung für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen kann ein zumindest aus zwei vertikal, parallel und hintereinander angeordneten Radmagazinen bestehendes Werkzeuglager umfassen, in welchem Werkzeuge in den Radmagazinen integrierten und radial ausgerichteten Werkzeugaufnahmeplätzen eingebracht und durch einen Haltemechanismus sicher fixiert bzw. vor schwerkraftbedingtem Abrutschen geschützt werden können. Zur effektiven Entnahme und Einlagerung von Werkzeug in das Werkzeuglager kann zudem, bevorzugt an der Mantelfläche der Radmagazine angrenzend, ein Manipulator positioniert sein, welcher vorzugsweise parallel zur gemeinsamen Rotationsachse der zumindest zwei Radmagazine verfahrbar ist und somit Werkzeuge sowohl für die Werkzeugbereitstellung aus den Werkzeugaufnahmeplätzen der Radmagazine entnehmen bzw. zur Einlagerung in die Werkzeugaufnahmeplätze positionieren kann, als auch ermöglicht diese entlang der oben genannten Achse zu transportieren. Darüber hinaus kann die Werkzeuglagereinrichtung zum effizienten Werkzeugwechsel mit einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen zumindest eine zwischen der Werkzeuglagereinrichtung und der Werkzeugmaschine frei verfahrbare mobile Transporteinheit sowie zumindest eine zur Bereitstellung von Werkzeug für das Werkzeuglager und die mobile Transporteinheit zuständige Bereitstellungsstation vorsehen. Hierbei kann die Werkzeuglagereinrichtung bevorzugt so konfiguriert sein, dass die Bereitstellungsstation zur Übergabe eines Werkzeugs aus dem Werkzeuglager an eine Werkzeugmaschine zunächst zumindest ein aus den Radmagazinen entnommenes Werkzeug von dem Manipulator aufnehmen und der mobilen Transporteinheit zur Verfügung stellen kann. Die mobile Transporteinheit wiederum folgend kann in der Lage sein das von der Bereitstellungsstation vorgelegte Werkzeug durch eine auf der mobilen Transporteinheit integrierten Übergabeeinrichtung auf sich zu übertragen und es schienenlos, d.h. ohne weitere durch ein weitläufiges Schienennetz entstehende Wartezeiten, zu den Werkzeugmaschinen zu transportieren. Gleichermaßen kann der Prozess zur Einlagerung von Werkzeugen in das Werkzeuglager vorzugsweise auch umgekehrt angesteuert werden, sodass die mobile Transporteinheit in der Lage ist Werkzeuge von einer oder mehrerer Werkzeugmaschinen zu entnehmen und durch den Transport und die Übergabe an die Bereitstellungsstation dem Werkzeuglager zugänglich zu machen. Darüber hinaus kann der Manipulator bevorzugt ebenso von der mobilen Transporteinheit übermittelte Werkzeuge z.B. von die Übergabeeinrichtung der Bereitstellungsstation aufnehmen und zur effizienten Einlagerung in die freien Werkzeugaufnahmeplätze der Radmagazine hinzufügen.
Durch diese Ausgestaltung einer zentralen Werkzeuglagereinrichtung wird somit ein effizientes und zugleich kostensparendes Verfahren zur Bereitstellung und Einlagerung von Werkzeugen, speziell für und von einer Mehrzahl von Werkzeugmaschinen bereitgestellt. Insbesondere realisieren hierbei die Übergabe und der Transport des Werkzeugs durch die zumindest eine frei verfahrbare mobile Transporteinheit eine im Vergleich zum Stand der Technik einfachere und zugleich schnellere Methode Werkzeug für eine größere Zahl an Werkzeugmaschinen zur Verfügung zu stellen: Durch das freie Verfahren der mobilen Transporteinheit müssen einzelne Werkzeugübergaben und -transporte beispielsweise nicht mehr, wie bei einem zentralen Schienensystem, nacheinander ausgeführt werden, sondern können nun unabhängig und parallel, z.B. durch mehrere gleichzeitig agierende mobile Transporteinheit, erfolgen. Dies hat ebenso zur Folge, dass zum einen Prozesswartezeiten, insbesondere Werkzeuglagerzeiten, in einer zentralen Werkzeuglagereinrichtung erheblich verkürzt und somit Werkzeuge effizienter genutzt bzw. Kosten aufgrund der normalerweise zusätzlich benötigten Werkzeuge und Werkzeuglager eingespart werden können. Zum anderen besitzt der Werkzeugwechsel durch die mobile Transporteinheit der Werkzeuglagereinrichtung jedoch auch den Vorteil, dass dieser unabhängig von der Anzahl an Werkzeuglagern und -maschinen und vorzugsweise vollautomatisch vollzogen werden kann. Entgegen Systemen mit Schienen- oder ähnlichen Führungseinrichtungen, können somit in Werkzeuglagersystemen mit mobilen Transporteinheiten weitere Werkzeuglager oder -maschinen einfach und modular hinzugefügt oder entfernt werden, ohne ein bereits bestehendes, komplexes Führungsnetzwerk beachten zu müssen. Letztlich kann deshalb auch der für die jeweiligen Werkzeuglager und -maschinen zu nutzende Arbeitsraum durch die hier gezeigte Werkzeuglagereinrichtung optimal genutzt werden.
Um dabei den Schutz von Mitarbeitern und eingelagerten Werkzeugen bzw. Lagerelementen während des Wechselprozesses zu gewährleisten kann das Werkzeuglager, bevorzugt jedoch sowohl die Radmagazine, als auch der Manipulator, zu jeder Zeit von zumindest zwei Seiten von einem mit Wänden versehenen Grundgerüst umgeben sein. Das Grundgerüst kann dabei vorzugsweise das gesamte Werkzeuglager umspannen und zumindest das höchste, innenseitig umschlossene Radmagazin überragen, sodass außenstehende Arbeiter selbst während eines eventuellen Fehlbetriebs der Werkzeuglagereinrichtung vollständig geschützt werden können. Darüber hinaus kann das Grundgerüst sowie dessen Wände aus Leichtmetall, gehärtetem Kunststoff oder anderen leichten, jedoch resistenten Materialien bestehen und die Wände vorzugsweise in einem Stück durch Schrauben-, Nut-Feder- oder sonstigen wieder abnehmbaren Verbindungstechniken an das Grundgerüst befestigt werden. Letzteres besitzt dabei den Vorteil, dass beim Hinzufügen bzw. Entfernen von weiteren Radmagazinen innerhalb des Werkzeuglagers, die von dem Grundgerüst umschlossene Fläche einfach verändert und somit optimal an die benötigte Lagerfläche angepasst werden kann.
Bevorzugt können zudem auch die innerhalb der durch das Grundgerüst umspannten Fläche befindlichen Radmagazine entlang ihrer Längsachse parallel zu einem der Grundgerüstwände, und in einem besonders bevorzugtem Ausführungsbeispielparallel zur Rück- bzw. Vorderwand des Grundgerüsts, positioniert sein. Mit anderen Worten können die Radmagazine aufrecht stehen und sind, bevorzugt von der Vorder- zur Rückseite des Grundgerüsts, hintereinander angeordnet, sodass eine maximale Kompaktheit des Werkzeuglagers erreicht werden kann. Die Anordnung der Radmagazine kann dabei ferner durch in definierten Abständen hintereinander angereihten Lagern, beispielsweise ein zentral gelegenes Radiallager oder eine auf einem Dreieck-Rahmen gelegene Dreipunktlager, sichergestellt werden, wobei ein Radmagazin zur eventuellen Herausnahme bzw. zum Austausch in ein anderes Werkzeuglager stets lösbar arretiert werden kann. Hierbei ist die Lagerung der einzelnen Radmagazine selbstverständlich nicht auf ein Einpunkt- bzw. Dreipunktlagersystem beschränkt, sondern kann gleichermaßen z.B. durch eine Vier- oder Mehrpunktlagerung realisiert werden. Ferner können die jeweilige Lager haltenden Rahmen zusätzlich mit Elementen des Grundgerüsts oder mit bereits existierenden Lagerrahmen verbunden sein, wodurch nicht nur ein stabiler Halt der Radmagazine gewährleistet wird, sondern diese auch als Erweiterung in ein bestehendes Werkzeuglager eingesetzt werden können.
Die Werkzeugaufnahmeplätze eines jeden Radmagazins des Werkzeuglagers können zudem bevorzugt gleichmäßig und radial um die die Rotationsachse des jeweiligen Radmagazins angeordnet sein, d.h. die zur Einführung der Werkzeuge zu nutzenden Aufnahmefassungen zeigen vorzugsweise zu jeder Zeit parallel zum Radialvektor des entsprechenden Radmagazins. Dies hat den Vorteil, dass später eingelagerte Werkzeuge entlang ihrer Längsachse ebenso in radialer Richtung fixiert und somit kompakt in das Lager eingebracht werden können. Ebenso können in den Werkzeugaufnahmeplätzen lösbare Halterungsmechanismen, wie etwa eine Rastverbindung, ein Klinken- oder etwa ein Kupplungsmechanismus integriert sein, sodass das eingelagerte Werkzeug während der Lagerung und insbesondere im Falle des Verfahrens des Radmagazins fest innerhalb des Werkzeugaufnahmeplatzes positioniert bleibt, etwaige Bereitstellungen des Werkzeugs durch Lösen des Mechanismusjedoch ebenso simpel zu verwirklichen sind.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel können die einzelnen Radmagazine zudem auch unabhängig voneinander rotierbar sein und ein Werkzeug vorzugsweise so aufnehmen, dass während der Lagerung zumindest ein Teil des eingelagerten Werkzeugs, die sogenannte Werkzeugschnittstelle, als Entnahmefläche für den Manipulator freiliegt. Auf diese Weise lässt sich somit nicht nur eine einfache Möglichkeit zur Entnahme eines Werkzeugs durch den Manipulator realisieren, sondern gleichzeitig auch ein Werkzeugbereich definieren, an welchem das aufgenommene Werkzeug, beispielsweise durch einen zusätzlichen Sensor, vor Einsatz in das Werkzeuglager oder der Werkzeugmaschinenübergabe identifiziert werden kann.
Vorzugsweise können die oben genannten Werkzeugschnittstellen zudem einen Hohlschaftkegel, einen Steilkegel oder einen Morsekegel ausbilden.
Der Manipulator kann vorzugsweise ebenso innerhalb der durch das Grundgerüst umfassten Fläche, besonders bevorzugt seitlich entlang der Rotationsachse der hintereinander gegliederten Radmagazine, angeordnet werden, wodurch sich insbesondere die Distanz des Manipulators zu den Werkzeugaufnahmeplätzen der jeweiligen Radmagazine, und folglich auch dessen Verfahrzeit während der Werkzeugaufnahme/-abgabe, minimieren lässt. Darüber hinaus ist der Manipulator vorzugsweise auf einer linearen Achse, beispielsweise durch eine pneumatisch, elektrisch oder mechanisch ansteuerbare, lineare Führungsschiene parallel zur Rotationsachse der zugeordneten Radmagazine verfahrbar, sodass sich dieser zur Entnahme bzw. Übergabe von Werkzeug jeweils direkt vor das zu bearbeitende Radmagazin positionieren und somit maximal effizient agieren kann.
Des Weiteren besitzt der Einsatz der linearen Führungsschiene den Vorteil, dass sowohl die Kosten als auch die Dauer des Werkzeugwechsels weiter minimiert werden können. So lassen sich beispielsweise in einer vollautomatisierten Ausführungsform des Radlagers und des bewegbaren Manipulators beide Elemente während des Werkzeugwechselprozesses zeitlich so parallel verfahren bzw. positionieren, dass sich gegenüber herkömmlichen Werkzeugmagazineinrichtungen, wie etwa mit Linearführung versehene Regalmagazine, wesentliche Zeitvorteile ergeben können. Gleichermaßen können die gewonnen Freiheitsgrade des parallelen Prozesses jedoch auch dafür genutzt werden die Struktur wichtiger, zumeist kostenintensiver Elemente, wie z.B. der Manipulator, weiter zu vereinfachen und so die Bereitstellungsausgaben für ein Werkzeuglager auf ein Minimum zu reduzieren. So kann der Manipulator in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beispielsweise lediglich als ein eindimensionaler, parallel zur Radachse der Radialmagazine ausgerichteter, sowie rotatorisch verfahrbarer Manipulator ausgebildet sein, sodass die Kosten gegenüber dem Einbau von komplexeren Manipulatoren erheblich gesenkt werden können ohne die Effizienz des Werkzeugwechselprozesses wesentlich zu beeinflussen.
Darüber hinaus umfasst der Manipulator bevorzugt zumindest eine auf einem verfahrbaren Schwenkarm versehene Greifvorrichtung zur Entnahme bzw. Übergabe von Werkzeug von und zu den Radmagazinen bzw. der Bereitstellungsstation der Werkzeuglagereinrichtung, welche zumindest eine Manipulatoraufnahme zum gleichzeitigen Transport von den Radmagazinen oder der Bereitstellungsstation entnommenen Werkzeugen besitzen kann. Vorzugsweise kann die Greifvorrichtung hierbei als ein Doppelgreifer oder ein mit mehreren Aufnahmen versehener Wechselgreifer ausgebildet sein, welcher die Werkzeuge des Werkezugmagazins bzw. der Bereitstellungsstation an der freigelassenen Werkzeugschnittstelle greifen, bevorzugt durch eine Schwenk- oder Rotationsbewegung aus den Werkzeugaufnahmeplätzen aufnehmen bzw. einsetzen und während des Verfahrens des Manipulators innerhalb der Manipulatoraufnahmen sicher einlagern kann.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann auf dem Manipulator zudem ein Sensor zur Analyse des zu wechselnden Werkzeugs angebracht sein. Dabei kann der Sensor beispielsweise ein optischer, ein akustischer oder mechanischer Sensor sein und aus mehreren Elementen, wie etwa einer Kamera samt zusätzlicher Analysesoftware bestehen. Ein solcher Sensor besitzt den Vorteil, dass einzulagernde bzw. bereitzustellende Werkzeuge vor dem eigentlichen Werkzeugwechselprozess noch einmal auf ihren Zustand überprüft und so verschlissene oder defekte Teile effektiv ausgesondert werden können. Gleichermaßen kann durch einen Sensor die Richtigkeit des entnommenen bzw. bereitzustellenden Werkzeugs bestätigt werden, sodass sich innerhalb des Werkzeugwechselprozesses eine effektive und zugleich zuverlässige Sicherheitsabfrage ergibt.
Bevorzugt kann der Manipulator darüber hinaus so konfiguriert sein, dass er zum Bereitstellen bzw. Einlagern von Werkzeug für oder von einer Werkzeugmaschine mittels der linearen Führungsvorrichtung, zumindest von einer ersten Wechselposition zum Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsstation der Werkzeuglagereinrichtung zu zumindest einer zweiten Wechselposition zum Werkzeugwechsel mit zumindest einen der hintereinander gelagerten Radmagazinen und zurück verfahren kann. Dabei kann der Verfahrprozess vorzugsweise automatisch ausgeübt werden und ermöglicht so einen effizienten Austausch von Werkzeugen zwischen dem Werkzeuglager und der Bereitstellungsstation der Werkzeuglagereinrichtung.
Es lässt sich somit mithilfe des Manipulators eine optimale Zwischenkomponente finden, die von einer Werkzeugmaschine benötigtes Werkzeug aus den zumindest zwei Radmagazinen des Werkzeuglagers entnehmen und der Bereitstellungsstation zur weiteren Bereitstellung an die mobile Einheit übergeben kann oder von der mobilen Einheit an der Bereitstellungsstation erhaltenes Werkzeug aufnehmen und den Radmagazinen hinzufügen kann. Besonders bevorzugt kann dieser Prozess realisiert werden, indem der Manipulator zur Werkzeugbereitstellung für die Werkzeugmaschinen durch die lineare Führungsvorrichtung in zumindest die erste Wechselposition verfährt und zunächst mithilfe seiner integrierten Greifvorrichtung die benötigten Werkzeuge mittels Hubbewegung aus den Werkzeugaufnahmeplätzen der Radmagazine entnimmt. Daraufhin kann der Manipulator vorzugsweise in die erste Wechselposition verfahren, wobei sich die zu nutzenden Werkzeuge stets fest fixiert in den entsprechenden Manipulatoraufnahmen der Greifvorrichtung befinden, und durch abermaliges Nutzen der Greifvorrichtung, z.B. durch Lösen der Werkzeuge aus den Manipulatoraufnahmen, das Werkzeug der Bereitstellungsstation übergeben. Vice Versa kann der Manipulator zur Einlagerung von Werkzeugen in das Werkzeuglager jedoch zunächst auch in die erste Wechselposition gebracht werden, sodass in diesem Fall das von der Bereitstellungsstation bereitgestellte Werkzeug durch die Greifvorrichtung aufgenommen und durch den darauffolgenden Transport zur ersten Wechselposition sowie der Positionierung des Werkzeugs in dem jeweiligen Werkzeugaufnahmeplätzen der Radmagazine, dem Werkzeuglager durch den Manipulator hinzugefügt werden kann.
Zur Übergabe bzw. Entnahme des Werkzeugs zwischen dem Manipulator und der Bereitstellungsstation kann die Bereitstellungsstation zudem bevorzugt eine verfahrbare Bereitstellungsleiste umfassen, welche gleichermaßen auch eine Werkzeugbereitstellungsleiste sein kann. Die Bereitstellungsleiste kann dabei bevorzugt durch zumindest eine integrierte Bereitstellungshalterung Werkzeuge auf der Bereitstellungsleiste positionieren und so dem Manipulator das Werkzeug optimal präsentieren bzw. zur Übergabe an die Bereitstellungsleiste eine optimale Übergabeposition darbieten. Zur Fixierung der Werkzeuge innerhalb der Bereitstellungsleiste können die Bereitstellungshalterungen zudem vorzugsweise Haltevorrichtungen ähnlich der zuvor genannten Halterungsmechanismen der Radmagazine beinhalten, sodass an die Bereitstellungsleiste übergebene Werkzeuge starr und sicher umfasst, zur gleichen Zeit jedoch im Falle einer Werkzeugübergabe wieder auf simple Art freigeben kann.
Gleichermaßen kann die zumindest eine Bereitstellungshalterungen bevorzugt auch so konfiguriert sein, dass sie bei aufgenommenen Werkzeugen ebenso eine Werkzeugschnittstelle, vorzugsweise dieselbe auch für die in den Werkzeugaufnahmeplätzen der Radmagazine geltende freilegt und diese gleichermaßen zur Aufnahme durch den Manipulator, jedoch auch anderer Elemente, wie etwa der mobilen Einheit, genutzt werden kann. Insbesondere letzteres besitzt den Vorteil, dass durch eine in allen Prozessabschnitten gleich definierte Werkzeugschnittstelle eine klar beschriebene Wechselwirkungsfläche desjeweiligen Werkzeugs mit den einzelnen Übergabevorrichtungen entstehen würde, wodurch eine genauere Positionierung der Werkzeuge, beispielsweise für weitere, zur Analyse der Werkzeuge genutzte Sensoren, ermöglicht und somit der Werkzeugwechselprozess weiter optimiert werden kann.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Bereitstellungsleiste ferner zumindest zwischen einer ersten Position zum Werkzeugwechsel mit der mobilen Einheit und einer zweiten Position zum Werkzeugwechsel mit dem am Werkzeuglager positionierten Manipulator verfahrbar. Hierdurch kann nicht nur eine optimale Bereitstellung der vom Werkzeuglager ausgehenden Werkzeuge für die mobile Einheit bzw. der Werkzeuge von der mobilen Einheit zum jeweiligen Werkzeuglager sichergestellt werden, sondern ebenso eventuelle Höhenunterschiede zwischen dem Aufnahmeplatz der mobilen Einheit und der des Manipulators ausgeglichen werden.
Bevorzugt kann die Bereitstellungsleiste deshalb insbesondere vertikal verfahrbar sein, wobei die Bereitstellungsleiste zu diesem Zweck auf einer Bereitstellungsführung, etwa eine Ketten- oder Schienenführung, angeordnet sein kann und so über das Verfahren der Bereitstellungsführung präzise und ansteuerbar zwischen den oben genannten Wechselpositionen bewegbar bleibt.
Gleichermaßen kann die Bereitstellungsleiste in einer besonders bevorzugten Ausführungsform zur optimalen Bereitstellung und Aufnahme der Werkzeuge für den Manipulator zumindest in der zweiten Wechselposition in Richtung des Manipulators geschwenkt bzw. rotiert werden, wodurch sich eventuelle Unterschiede im Werkzeugaufnahmewinkel des Manipulators bzw. der Radmagazine gegenüber der mobilen Einheit optimal korrigieren lassen und somit letzteren Elementen ein größerer Spielraum bezüglich ihrer Konstruktion und Positionierung innerhalb der Werkzeuglagereinrichtung eingeräumt werden kann.
Bevorzugt kann hierbei der durch das Schwenken bzw. Rotieren der Bereitstellungsleiste entstehende Übergabewinkel der Bereitstellungsleiste einen Drehwinkel von 45° bis 120° , in einem besonders bevorzugtem Beispiel zwischen 80° bis 110° , in Richtung des Manipulators entsprechen, wobei der hier angegebene Übergabewinkel als Änderungswinkel der Bereitstellungsleiste von ihrer Ausgangsstellung, d.h. die Stellung in welcher die Bereitstellungsleiste in der zweiten Position verfahren ist, jedoch bevorzugt noch die gleiche Ausrichtung wie etwa in der ersten Position besitzt, und der für den Werkzeugwechsel mit dem Manipulator zu nutzende Übergabestellung angesehen werden kann. In einem ebenso bevorzugten Fall kann die Rotationsachse des Übergabewinkels zudem orthogonal zur Fläche der Bereitstellungsstation gelegen sein, sodass das zu wechselnde Werkzeug lediglich parallel zur Bereitstellungsstation gedreht und somit selbst bei eventuellen Fehlfunktionen nicht durch Elemente der Bereitstellungsstation beschädigt werden kann.
Ferner kann die Bereitstellungsstation der Werkzeuglagereinrichtung vorzugsweise an der Vorder- und/oder Rückseite der Werkzeuglagereinrichtung positioniert und mitsamt der Bereitstellungsleiste orthogonal zur Rotationsachse der Radmagazine ausgerichtet sein. Mit anderen Worten kann die Längsachse der Bereitstellungsstation parallel zur Längsachse der einzelnen Radmagazine gestaltet werden, sodass sowohl die Grundfläche der Radmagazine, die Bewegung des Manipulators als auch die Längsachse der Bereitstellungsstation bzw. der Bereitstellungsschiene alleinig um ein Vielfaches von 90° zueinander ausgerichtet sein können. Durch ein solches Konstrukt lassen sich insbesondere besonders effiziente, d.h. schnelle Prozessabläufe konstruieren, wobei die durch die Werkzeuglagervorrichtung benötigte Fläche auf ein Minimum reduziert werden kann.
Bevorzugt kann die Bereitstellungsstation zudem eine ganze Seite der Werkzeuglagereinrichtung umfassen, wobei die Bereitstellungsleiste samt -führung in diesem Fall mittig an der Bereitstellungsstation eingerichtet sein kann. Darüber hinaus kann die Bereitstellungsstation in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest einen Ausrichtabschnitt zur genauen Positionierung der mobilen Transporteinheit in eine Übergabeposition nahe der Bereitstellungsstation umfassen, sodass die mobile Transporteinheit zum Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsleiste in der ersten Position zunächst an den Ausrichtabschnitt herangeführt werden muss, bevor eine Übergabe bzw. Entnahme von Werkzeug mithilfe der mobilen Transporteinheit initiiert werden kann. Durch eine solche Ausführung können somit mobile Transporteinheiten präzise an die jeweilige Bereitstellungsstation positioniert werden, wodurch nicht nur die Genauigkeit und Geschwindigkeit des Werkzeugwechselprozesses zwischen der Bereitstellungsstation und der mobilen Transporteinheit optimiert werden kann, sondern die mobile Transporteinheit insbesondere bei der Übergabe von schweren Werkzeugen zusätzlich stabilisiert wird.
So kann sich beispielsweise in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel die mobile Transporteinheit ferner durch eine an der mobilen Transporteinheit angeordnete Ausrichtschnittstelle mit dem Ausrichtabschnitt verbinden, wobei die Verbindung mechanisch, etwa durch ein Formschlusselement, elektrisch oder auf weitere wieder zu öffnenden Weisen hergestellt werden kann. Darüber hinaus kann die Verbindung zwischen dem Ausrichtabschnitt der Bereitstellungsstation und der Ausrichtschnittstelle der mobilen Transporteinheit so konfiguriert sein, dass ein Verfahren der mobilen Transporteinheit, insbesondere entlang der Längsachse der Bereitstellungsstation blockiert wird, wodurch ein schadhaftes Verschieben der mobilen Transporteinheit verhindert und zugleich die Gewichtsverteilung auf der mobilen Transporteinheit während des Werkzeugwechselprozesses weiter stabilisiert werden kann.
Ferner kann die mobile Transporteinheit bevorzugt eingerichtet sein durch das Positionieren der Ausrichtschnittstelle an den Ausrichtabschnitt der Bereitstellungsstation ein Signal, beispielsweise elektrisch mittels Induktion oder optisch, von der Bereitstellungsstation zu erhalten, wodurch die Übergabe bzw. Entnahme des Werkzeugs an die Bereitstellungsschiene für die mobile Transporteinheit initiiert werden kann. Insbesondere ermöglicht ein solcher Signalweg eine zusätzliche Sicherheitsfunktion des Werkzeugwechselprozesses, sodass im Falle einer fehlerhaften Positionierung der mobilen Transporteinheit, speziell im automatischen Betrieb der Werkzeuglagereinrichtung, die Werkzeugübergabe gestoppt und vorzugsweise nach einer gewissen Zeit eine Fehlermeldung ausgegeben werden kann.
Für den Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsschiene kann die mobile Transporteinheit zudem bevorzugt eine Übergabeeinrichtung umfassen, welche wiederum zumindest eine verfahrbare Transportleiste, die auch eine Werkzeugtransportleiste sein kann, mit einer Mehrzahl von Transporthalterungen zur Lagerungen der Werkzeuge auf der mobilen Transporteinheit sowie zumindest einen Greifabschnitt zum Umfassen des Werkzeugs während des Werkzeugwechsels aufweist. Dabei kann die Übergabeeinrichtung vorzugsweise in der Übergabeposition der mobilen Transporteinheit zumindest in Richtung der Bereitstellungsstation, d.h. in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel horizontal in Richtung der Bereitstellungschiene, sowie in vertikaler Richtung bewegbar sein und eine vertikale Rotationsachse besitzen. Durch eine solche Anzahl an Freiheitsgrade kann somit eine effiziente Methode zum Aufnehmen bzw. Übergeben von Werkzeugen an der Bereitstellungsschiene realisiert werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel richtet sich die mobile Transporteinheit hierfür zunächst vorzugsweise in Richtung der Bereitstellungsstation frontal mithilfe der Ausrichtschnittstelle an den Ausrichtabschnitt der Bereitstellungsstation aus, wodurch die mobile Transporteinheit präzise in die Übergabeposition positioniert wird. In einem nächsten Schritt kann die Übergabeeinrichtung der mobilen Transporteinheit dann, je nach Werkzeugwechselprozess, die Werkzeugtransportleiste samt Greifabschnitt und eventuell einzulagernden Werkzeugen in Richtung der Bereitstellungsschiene bewegen, sodass der Greifabschnitt bzw. die einzulagernden Werkzeuge letztendlich an den jeweiligen Bereitstellungshalterungen der Werkzeugbereitstellungsleiste positioniert sind. Dabei kann der Greifabschnitt so konstruiert sein, dass es jedes zu wechselnde Werkzeug einzeln, beispielsweise durch einen mehrdimensional bewegbaren Manipulatorarm, oder alle in der Werkzeugtransportleiste befindlichen Werkzeuge simultan transportiert. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann zudem der Greifabschnitt mit den Transporthalterungen der Werkzeugtransportleiste derart gekoppelt sein, dass jede Transporthalterung ein einzelnes, separat ansteuerbares Greifelement umfasst, wodurch, durch die Positionierung der Werkzeugtransportleiste über den Bereitstellungshalterungen der Werkzeugbereitstellungsleiste, auch nur ausgewählte Werkzeuge simultan entnommen bzw. übergeben werden können.
Durch den Greifabschnitt kann das einzulagernde Werkzeug daraufhin an den Werkzeugschnittstellen bevorzugt über ein vertikales Heranfahren der Bereitstellungsleiste (von unten an die Transportleiste) in die Bereitstellungshalterung, eingeführt werden. Der Entnahmehub/Aufnahmehub wird somit von der Eingabeleiste der zentralen Werkzeuglagereinrichtung bzw. der Werkzeugmaschine durchgeführt. In einer bevorzugten Weiterbildung kann bevorzugt auch nur die Transportleiste vertikal von oben an die Bereitstellungsleiste heranfahren oder es können sich in einer besonders bevorzugten Weiterbildung sowohl die Bereitstellungsleiste als auch die Transportleiste (bspw. zeitgleich) annähern. Zur Bereitstellung von Werkzeug für eine Werkzeugmaschine kann der genannte Übergabeprozess zudem auch umgekehrt durchgeführt werden und so zur Entnahme eines Werkzeugs aus der Bereitstellungsleiste und Überführung in die Transportleiste der mobilen Transporteinheit genutzt werden. Vorzugsweise kann dabei die Übergabeeinrichtung auch auf mehreren Seiten gelegene Transportleisten umfassen, sodass durch eine einfache Rotation der Übergabeeinrichtung die zum Werkzeugwechsel zu nutzenden Transportleisten innerhalb des Werkzeugwechselprozesses schnell und effizient variiert werden können. In einem letzten Schritt kann zudem die Übergabeeinrichtung nach dem Werkzeugwechsel bevorzugt erneut in ihre Ausgangsstellung zurückfahren, wodurch zur Bereitstellung an eine Werkzeugmaschine übernommene Werkzeuge in den Transporthalterungen fixiert und somit für den Transport zur jeweiligen Werkzeugmaschine sichergestellt werden können. Gleichermaßen kann die Werkzeugschnittstelle insbesondere so eingerichtet sein, dass durch das Zurückfahren der Transportleiste in ihre Ausgangsstellung die Verbindung mit dem Ausrichtabschnitt der Bereitstellungsstation gelöst werden und so der mobilen Transporteinheit ermöglicht werden kann sich frei in Richtung des nächsten Ziels, insbesondere einer Werkzeugmaschine oder anderen Werkzeuglagereinrichtung. zu bewegen.
Für den freien Transport der zu wechselnden Werkzeuge von dem Werkzeuglager zu zumindest einer Werkzeugmaschine und zurück kann die mobile Transporteinheit zudem vorzugsweise auch ein gleisloses Flurfördergerät, beispielsweise einen Gabelstapler, einen automatisierten Hubwagen oder eine andere mit zumindest einer Gabel versehenen und frei verfahrbare Fahrzeugvorrichtung umfassen, wobei hierbei die Übergabeeinrichtung der mobilen Transporteinheit bevorzugt konnektier- und abnehmbar auf diesem Flurfördergerat aufsitzt. Eine solche Ausführungsform besitzt insbesondere den Vorteil, dass, je nach Beschaffenheit des Werkzeugmaschinen-Werkzeuglagersystems, die Übergabeeinrichtung entkoppelt und z.B. von einem manuellen auf ein automatisiertes Flurfördergerät übertragen werden kann. Zur Realisierung des letzten Falles kann zudem das Flurfördergerät oder die mobile Transporteinheit ebenso eine Steuereinrichtung zum fahrerlosen oder automatisierten Steuern der mobilen Transporteinheit und/oder eine Kommunikationseinrichtung, welche z.B. über eine Drahtlosverbindung, wie etwa W-LAN, Bluetooth oder Infrarotsignale, mit einer externen Steuereinrichtung verbunden ist, umfassen.
Die hier beschriebene Werkzeuglagereinrichtung stellt somit eine Möglichkeit dar Werkzeuge, insbesondere für eine Mehrzahl von Werkzeugmaschinen, äußerst dynamisch und effizient bereitzustellen. Zum einen besitzt dabei die Kombination aus unabhängig rotierbaren Radmagazinen mit einem parallel zum Werkzeuglager verfahrbaren Manipulator gegenüber herkömmlichen Werkzeugmagazinen, z.B. Regalmagazinen, den Vorteil die Einlagerung bzw. Entnahme des Werkzeugs am jeweiligen Radmagazin weitaus schneller und parallelisierter durchführen zu können, was unnötige Wartezeiten innerhalb des Werkzeugwechsels verkürzt. Zum anderen kann durch die Mehrzahl an Bereitstellungs- bzw. Übergabehalterungen an der Bereitstellungsstation und der mobilen Transporteinheit eine größere Anzahl an Werkzeugen zugleich übergeben werden, sodass nicht nur der Werkzeugwechselumsatz gesteigert, sondern die jeweiligen Elemente selbst in Leerlaufzeiten vorbeladen und so effizient für die weiteren Prozessschritte vorbereitet werden können.
Darüber hinaus ermöglicht der Werkzeugwechsel und -transport mittels frei verfahrbarer mobiler Transporteinheit den großen Vorteil die jeweilige Werkzeuglagereinrichtung zentral positionieren zu können. Mit anderen Worten kann die zu nutzende Werkzeuglagereinrichtung in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zu jedweder Werkzeugmaschine (vollkommen) unabhängig und insbesondere beabstandet positioniert werden, sodass eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen möglichst optimal bedient werden können. Auf der anderen Seite kann jedoch, gerade in Hinblick auf ein mit einer Mehrzahl von mit Werkzeugmaschinen und Werkzeuglagereinrichtung versehenes System, durch die unabhängige Positionierung der Werkzeugmaschinen bzw. der Werkzeuglagereinrichtung, der durch diese Elemente beanspruchte Raum möglichst modular und effektiv genutzt werden.
In einem besonders bevorzugtem Ausführungsbeispiel kann die Werkzeuglagereinrichtung zudem auch so eingerichtet sein, dass der gesamte Ablauf des Werkzeugwechsels, d.h. vom Transport des Werkzeugs von bzw. zu der Werkzeugmaschine bis hin zur Einlagerung bzw. Übergabe ebendieses am Werkzeuglager, vollkommen automatisiert durchgeführt werden kann, was die Effizienz des gesamten Prozesses noch einmal steigert. So kann in diesem Fall nicht nur die Prozesse einzelner Elemente einer Werkzeuglagereinrichtung, beispielsweise durch ein externes Steuermodul, parallelisiert und insbesondere synchronisiert werden, sondern ebenso ganze Werkzeuglagereinrichtung-Werkzeugmaschinen-Verbände miteinander interagierbar gemacht werden. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel können beispielsweise die Werkzeuglagereinrichtungen so eingerichtet sein, dass sie vorzugsweise über ein zentrales Netzwerksystem die von einer Werkzeugmaschine als nächstes benötigten Werkzeuge vorzeitig erfragen und somit bereits vor deren Gebrauch bereitstellen können. Gleichermaßen kann die mobile Transporteinheit in diesem Fall bevorzugt beispielsweise auch durch das Netzwerksystem den Werkzeugbedarf einer Werkzeugmaschine vorzeitig erfragen und mit dem Werkzeugbestand der einzelnen Werkzeuglagereinrichtungen vergleichen bzw. den Bereitstellungszeitpunkt der Werkzeuglagereinrichtungen einsehen, sodass die Bewegung der mobilen Transporteinheit von der Werkzeugmaschine zur Werkzeuglagereinrichtung und zurück optimal angepasst werden kann. Bevorzugt können zudem auch die Radmagazine, der Manipulator, die Bereitstellungsstation und die mobile Transporteinheit der Werkzeuglagereinrichtung mit der Werkzeugmaschine sowie untereinander kommunizieren, um den Werkzeugwechselprozess möglichst effizient zu gestalten.
Bevorzugt kann die Bereitstellungsstation ferner durch die Verbindung des Ausrichtabschnitts mit der Ausrichtschnittstelle der mobilen Transporteinheit, oder ebenso durch das zentrale Netzwerksystem, Werkzeugdaten bezüglich der von der mobilen Transporteinheit zu übergebenen oder von zumindest einer Werkzeugmaschine benötigten Werkzeuge, beispielsweise über induktive Transmission zwischen der Ausrichtschnittstelle und dem Ausrichtabschnitt, erhalten und sie in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel in einen internen Datenspeicher übertragen.
Darüber hinaus kann die Bereitstellungsstation vorzugsweise so eingerichtet sein, dass sie die erhaltenen Werkzeugdaten mit einem bevorzugt im internen Datenspeicher enthaltenen Werkzeugbestand der Werkzeuglagereinrichtung vergleichen kann und beim Auffinden des Werkzeugs im eigenen Werkzeugbestand, im Falle einer Werkzeugbereitstellung, das das benötigte Werkzeug enthaltende Radmagazin, den Manipulator und die Bereitstellungsschiene der Bereitstellungsstation ansteuert das benötigte Werkzeug von dem Radmagazin an die mobile Transporteinheit zu übergeben. Gleichermaßen kann es der jeweiligen Bereitstellungsstation bevorzugt möglich sein, im Falle eines von der mobilen Transporteinheit zur Einlagerung in das Werkzeuglager erhaltenen Werkzeugs, die Werkzeugdaten des jeweiligen Werkzeugs in den Werkzeugbestand aufzunehmen und die Radmagazine den Manipulator und die Bereitstellungsschiene ansteuert das erhaltende Werkzeug in den jeweilig dafür vorgesehen Werkzeugaufnahmeplatz zu überführen.
Zur genaueren Beobachtung und Kontrolle des zumindest teilautomatisierten Werkzeugwechselprozesses kann die Bereitstellungsstation zudem vorzugsweise zumindest eine mit einem Display versehene Kontrolleinheit umfassen, wobei ein Mitarbeiter durch diese Kontrolleinheit beispielsweise den aktuellen Werkzeugbestand der Radmagazine, die durch den am Manipulator integrierten Sensor erfasste Werkzeugqualität der einzelnen Werkzeuge oder die nächsten Prozessabläufe einsehen kann. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann durch eine Steuerungskonsole an der Kontrolleinheit auch die Aufnahme bzw. Übergabe von Werkzeugen händisch gesteuert werden, sodass selbst im automatisierten Betrieb, etwa bei Fehlermeldungen oder bei Entnahme von Werkzeugproben aus den Werkzeuglager, der Werkzeugwechselprozess manuell gesteuert oder weitergeführt werden kann. Ebenso kann es möglich sein über die Steuerkonsole zwischen einem manuellen und einem automatisierten Betrieb zu wechseln oder parallel laufen zulassen, sodass, je nach Bedarf, z.B. auch eine manuell gesteuerte mobile Transporteinheit in ein automatisches Werkzeugwechselsystem integriert werden kann.
Figurenliste

1A: zeigt eine erste, dreidimensionale Ansicht der erfindungsgemäßen Werkzeuglagereinrichtung samt mobiler Transporteinheit mit der mobilen Transporteinheit in der Übergabeposition
1B: zeigt die Werkzeuglagereinrichtung der 1A mit der Übergabeeinrichtung der mobilen Transporteinheit herangefahren an die Bereitstellungsleiste der Bereitstellungsstation
1C: zeigt die Werkzeuglagereinrichtung der 1A mit der Übergabeeinrichtung der mobilen Transporteinheit nach Werkzeugentnahme und im 45°-Winkel rotiert
1D: zeigt die Werkzeuglagereinrichtung der 1A mit der Übergabeeinrichtung der mobilen Transporteinheit nach Werkzeugentnahme und rotiert
2A: zeigt ein manuell fahrbares Ausführungsbeispiel der mobilen Transporteinheit
2B: zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der mobilen Transporteinheit
3A: zeigt eine Detailansicht der Bereitstellungsstation der Werkzeuglagereinrichtung
3B: zeigt Detailansicht der Bereitstellungsleiste der Bereitstellungsstation
4A: zeigt die mobilen Transporteinheit der 2B bei der Übergabe von Werkzeug an die Bereitstellungsleiste der Bereitstellungsstation, wobei die Übergabevorrichtung der mobilen Transporteinheit an dem Ausrichtabschnitt der Bereitstellungsstation ausgerichtet ist
4B: zeigt das Transporteinheit-Bereitstellungsleistensystem der 4A, wobei die Bereitstellungsleiste vertikal unter die ausgerichtete Übergabeeinrichtung verfahren wurde
4C: zeigt das Transporteinheit-Bereitstellungsschienensystem der 4B, wobei die ausgerichtete Übergabeeinrichtung horizontal in Richtung der Bereitstellungsleiste verfahren wurde
4D: zeigt das Transporteinheit-Bereitstellungsleistensystem der 4C, wobei die Bereitstellungsleiste zur Einführung der in der Übergabeeinrichtung gelagerten Werkzeuge in die Bereitstellungshalterungen vertikal nach oben in Richtung der Transportleiste verfahren wurde
4E: zeigt das Transporteinheit-Bereitstellungsleistensystem der 4D, wobei die Übergabeeinrichtung nach Positionierung der Werkzeuge horizontal von der Bereitstellungsleiste wegbewegt wurde
5A: zeigt die Werkzeuglagereinrichtung der 1A ohne Wände und mobiler Transporteinheit
5B: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 5A gedreht
6A: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 5B mit Wänden jedoch offener Übergabeseite der Bereitstellungsstation
6B: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 6A gedreht
7A: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 5A mit der Bereitstellungsleiste in der zweiten Position und in Richtung des Manipulators geschwenkt
7B: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 7A gedreht
8A: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 7A mit Wänden jedoch offener Übergabeseite der Bereitstellungsstation
8B: zeigt die Werkzeuglagereinrichtungsdarstellung der 8A gedreht
9: zeigt eine Detailansicht der Bereitstellungsleiste der Bereitstellungsstation in der zweiten Position und geschwenkt mitsamt dem Manipulatorarm kurz vor dem Werkzeugwechsel
10: zeigt ein beispielhaftes Werkzeuglager- und -maschinensystem mit automatisierten mobilen Transporteinheiten zum Wechseln der jeweiligen Werkzeuge zwischen Werkzeugmaschine und Werkzeuglagereinrichtung

Detaillierte Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand beispielhafter Figuren detailliert beschrieben. Die Merkmale der Ausführungsbeispiele sind im Ganzen oder teilweise kombinierbar und die vorliegende Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt.
In 1A ist die von außen zu erkennende Form einer ersten Ausführungsform der Werkzeuglagereinrichtung WL mitsamt des Werkzeuglagers S und einer beispielhaften Ausführungsform der mobilen Transporteinheit E dargestellt. Das Werkzeuglager S umfasst dabei eine Reihe von hintereinander angeordneten und unabhängig voneinander drehbaren Radmagazinen S3, welche durch auf einem Grundgerüst S5 (siehe z.B. 5A) befestigten Wänden S18 zum Schutz von Mitarbeiten von allen Seiten umschlossen ist. Innerhalb der Radmagazine S3 können hierbei in radial ausgerichteten Werkzeugaufnahmeplätzen Werkzeuge W mittels dem neben den Radmagazinen S3 positionierten Manipulator S12 (siehe z.B. 5B) eingeführt und entnommen werden, wobei nach Einlagerung desjeweiligen Werkzeugs W in einen Werkzeugaufnahmeplatz zumindest dessen Werkzeugschnittstelle S7, in den meisten Fällen jedoch auch der Werkzeugkopf im Radmagazin S3 freiliegt, um eine optimierte Zugänglichkeit letzteren zu gewährleisten. Darüber hinaus sind die Radmagazine S3 entlang ihrer Rotationsachse parallel und hintereinander angereiht, wodurch sich ein möglichst kompaktes Werkzeuglager S realisieren lässt.
An der Vorderseite der Werkzeuglagereinrichtung ist ferner die Bereitstellungsstation S2 als kompakte Wandeinrichtung bündig an die Seitenwände des Werkzeuglagers angebracht, sodass insbesondere die Vorderwand der Werkzeuglagereinrichtung WL eine besonders stabile Form aufweist. Dabei ist jedoch darauf zu verweisen, dass die in diesem Ausführungsbeispiel gezeigte Form der Bereitstellungsstation S2 nicht der allgemein gültigen Darstellung oder Position einer später zu realisierenden Bereitstellungsstation S2 folgen muss. So können in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Werkzeuglagereinrichtung WL z.B. auch mehrere, an der Vorder- und Rückseite gelegene Bereitstellungsstationen S2 vorhanden sein oder diese auch nur Teile der Werkzeuglagerwände S18 einnehmen.
Mittig der Bereitstellungsstation S2, und damit direkt vor den jeweiligen Radmagazinen S3 des Werkzeuglagers S, ist ferner die Bereitstellungsleiste S4 in einer in der Bereitstellungsstation S2 eingelassenen und der Bereitstellungsleiste S4 angepassten Einbuchtung positioniert, wodurch diese optimal in die Bereitstellungsstation S2 integriert und durch eine zusätzliche Schiebetür S9 von allen Seiten umschlossen werden kann. Letzteres sichert dabei nicht nur die Bereitstellungsleiste S4 vor jedweden äußeren Einflüssen ab, sondern ist auch in der Lage den gesamten, durch die Wände S18 umschlossenen Bereich der Werkzeuglagereinrichtung WL durch Schließung der in der Bereitstellungsstation S2 befindlichen Einbuchtung zu verriegeln und so, insbesondere bei langen Wartezeiten, die in den Werkzeuglager S befindlichen Werkzeuge W vor Staub oder anderen nahe einer Werkzeugmaschine WM entstehenden Reststoffe zu schützen. Darüber hinaus beinhaltet die Schiebetür S9 eine bevorzugt elektrisch oder optisch agierende Türsensorvorrichtung (nicht dargestellt), sodass erstere die Ankunft bzw. Positionierung einer mobilen Transporteinheit E vor der Bereitstellungsstation S2 registrieren und sich je nach Ablauf des Werkzeugwechselprozesses automatisch öffnen und schließen kann und ein aus beständigem und insbesondere durchsichtigem Material hergestelltes Sichtfenster S15, wodurch selbst im geschlossenen Zustand die bereitzustellenden Werkzeuge W eingehend inspiziert werden können.
Neben der Bereitstellungsleiste S4 sind zudem in der Einbuchtung der Bereitstellungsstation S2 zwei vertikal ausgerichtete Führungsschienen S8, dargestellt durch zwei an der Ober- und Unterseite der Bereitstellungsstation S2 befestigten Linearführungen, angebracht, welche ebenso mit der Bereitstellungsleiste S4 verbunden sind und somit letzterer ermöglicht zur Bereitstellung und Einlagerung von Werkzeug W zwischen einer ersten, niederen Position P1 zum Werkzeugwechsel mit der mobilen Transporteinheit E und einer zweiten, höheren Position P2 zum Werkzeugwechsel mit dem Manipulator S12 zu verfahren. Ferner ermöglicht auch hier eine in der Einbuchtung integrierte Positionssensorik (nicht dargestellt) das Bewegen der Bereitstellungsleiste S4 zu analysieren und gegebenenfalls zu automatisieren, sodass z.B. die Position der Bereitstellungsleiste S4 für den Werkzeugwechsel mit der mobilen Transporteinheit E oder dem Manipulator S12 optimal angepasst oder mit weiteren Mechanismen gekoppelt werden kann.
Auf der in der ersten Position P1 befindlichen Bereitstellungsleiste S4 der 1A lassen sich zudem auch die in einer Reihe angeordneten, Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4 erkennen, in welcher in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft acht unterschiedliche Werkzeuge W positioniert und für die Aufnahme durch die mobile Transporteinheit E oder den Manipulator S12 bereitgestellt werden können. Dabei sind die Bereitstellungshalterungen S6 speziell so konfiguriert, dass, ähnlich zu den Werkzeugaufnahmeplätzen der Radmagazine, die Schnittstellen S7 der einzelnen Werkzeuge W (z.B. in 1A durch einen schwarzen Ring gekennzeichnet) jederzeit offen und zur Entnahme durch die mobile Transporteinheit E und den Manipulator S12 kontaktierbar bleiben, wodurch ein vereinfachter und fehlerfreierer Werkzeugwechselprozess ermöglicht wird. Gleichermaßen besitzt jede der Bereitstellungshalterungen S6 ebenso eine automatisierbare, elektrisch oder mechanisch ansteuerbare Haltevorrichtung, sodass die eingelagerten Werkzeuge W starr innerhalb der Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4 fixiert werden, zur Entnahme durch die mobile Transporteinheit E oder den Manipulator S12 jedoch einfach wieder aus ihrer Halterung gelöst werden können.
Zur Positionierung der mobilen Transporteinheit E an die Bereitstellungsstation S2 sind zudem zwei Ausrichtabschnitte S10 an die Bereitstellungsleiste S4 angebracht. Beispielhaft sind hierbei beide Ausrichtabschnitte S10 mit zu einer konischen Form führenden Andockelementen S20, S21 versehen (siehe auch 3B), durch welche die Ausrichtschnittstellen E11 der mobilen Transporteinheit E durch Heranfahren und Ausrichten an die Ausrichtabschnitte S10 auf einfachste Weise positioniert bzw. ausgerichtet werden können. Darüber hinaus besitzt die Anbringung der Ausrichtabschnitte S10 an die Bereitstellungsleiste S4 insbesondere den Vorteil, dass die Position der Andockelemente durch das vertikale Verfahren der Bereitstellungsleiste S4 der jeweiligen Transporteinheit E angepasst werden kann, wodurch sich nicht nur der Werkzeugwechselprozess weiter vereinfachen, sondern, durch die Kompatibilität mit einer Reihe von verschiedenen mobilen Transporteinheiten, auch kostengünstiger gestalten lassen kann.
Die zu den Ausrichtabschnitten S10 passenden Ausrichtschnittstellen E11 der mobilen Transporteinheit E sind hingegen in diesem Ausführungsbeispiel beispielhaft an der auf zwei Gabeln E6 eines führerlosen und automatisierbaren schienenlosen Flurfördergeräts E8 (z.B. ein Gabelstapler oder eine Hubmaschine) aufliegenden Übergabevorrichtung E4 positioniert (nicht im Bild erkennbar, siehe z.B. 2B). Dabei ist die Übergabevorrichtung E4 in diesem Fall so angeordnet, dass sie zunächst einmal selbst auf einem direkt mit den Gabeln E6 des schienenlosen Flurfördergeräts E8 verbundenen Basiskörper E16 aufliegt und zum gezielten Ausrichten der Ausrichtschnittstellen E11 an den Ausrichtabschnitten S10 der Bereitstellungsstation S2 über eine zur Bereitstellungsstation S2 gerichtete Führungsschiene in Richtung der Bereitstellungsleiste S4 eindimensional verfahren werden kann. Insbesondere ist auch hier die Bewegung der Übergabevorrichtung bevorzugt durch eine in der mobilen Transporteinheit E integrierten Übergabekontrolleinheit (nicht gezeigt) ansteuerbar, sodass die Annäherung bzw. Positionierung der Übergabeeinrichtung E4 an die Bereitstellungsleiste S4 für einen optimierten Werkzeugwechsel vorzugsweise vollständig automatisiert ausgeführt werden kann.
Eine weitere mit dem schienenlosen Flurfördergerät verbundene Transport- und Steuereinheit E7 ermöglicht zudem die Ansteuerung der mobilen Transporteinheit E über eine externe, manuelle oder automatisierte Steuerung. In einem äußerst bevorzugten Beispiel ist diese auch in der Lage Transportbefehle durch ein extern gelagertes Serversystem, beispielsweise über Funk, Infrarot-Signale, WLAN oder ähnliche Schnittstellen, zu erhalten, wobei das externe Serversystem in diesem Fall bevorzugt den Verlauf aller mobilen Transporteinheiten E simultan steuern kann und so einen äußerst effizienten Transportprozess realisiert.
Ein beispielhafter Entnahmeprozess von Werkzeug W durch eine ausgerichtete mobile Transporteinheit E ist zudem in den 1A bis 1 D gezeigt. Hierbei verfährt die mobile Transporteinheit E zunächst, bevorzugt durch die Transport- und Steuereinheit E7 betrieben, in die zum Werkzeugwechsel vorgesehene und längs der Bereitstellungsstation S2 gelegene Übergabeposition, wobei die Bereitstellungsleiste S4 der Bereitstellungsstation vorzugsweise, wie in der 1A gezeigt, bereits in ihre erste Position P1 bewegt wurde.
Im nächsten Schritt wird dann, wie in 1 B dargestellt, die Übergabeeinrichtung E4 entlang der oben genannten Führungsschiene in Richtung der Bereitstellungsleiste S4 verschoben bis die jeweiligen Ausrichtschnittstellen E11 an die Ausrichtabschnitte S10 der Bereitstellungsstation S2 ausgerichtet sind. Zur Entnahme der Werkzeuge W sind dabei auf der Übergabeeinrichtung E4 zwei rotier- und in vertikaler Richtung adjustierbare Transportleisten E2 mit einer mit der Bereitstellungsleiste S4 übereinstimmenden Reihe von Transporthalterungen angebracht, welche zum Erfassen und späteren Fixieren der entnommen Werkzeuge einen der jeweiligen Werkzeugschnittstelle S7 angepassten Greifabschnitt E5 sowie einen integrierten Einspannmechanismus beinhalten. Darüber hinaus sind in diesem Ausführungsbeispiel die Transporthalterungen der Transportleisten E2 und die Bereitstellungshalterung S7 der Bereitstellungsleiste S4 so eingerichtet, dass sie die Werkzeuge W entlang ihrer Längsachse in vertikaler Richtung halten, wobei die zur Entnahme zu nutzende Werkzeugschnittstellen S7 der zu wechselnden Werkzeuge W im Falle der Bereitstellungsleiste S4 am unteren Ende des durch die Bereitstellungshalterungen S7 freiliegenden Werkzeugstücks positioniert sind.
Positioniert sich nun die Ausrichtschnittstelle E11 der mobilen Transporteinheit E an den Ausrichtabschnitt S10 der Bereitstellungsstation S2 an (1B), so ist die Transportleiste E2 samt Transporthalterungen bevorzugt so verfahren (durch vorherige vertikale Translation und Rotation), dass die Greifabschnitte E5 der einzelnen Transporthalterungen einer der Transportleisten E2 bereits während der Ausrichtbewegung der Übergabeeinrichtung E4 bündig in die freiliegenden Werkzeugschnittstellen S7 der zu übernehmenden Werkzeuge W eingefahren sind und diese nun zu großen Teilen, zangenähnlich umschließen. Bevorzugt lässt sich in diesem Zeitpunkt das Werkzeug W zudem auch durch den Einspannmechanismus bereits in die Transporthalterung der Übergabeeinrichtung E4 fixieren, sodass ersteres bereits während des Werkzeugwechsels sicher in die mobile Transporteinheit E übernommen werden kann.
Durch die so entstandene, feste Kontaktierung der Greifabschnitte E5 der Transportleiste E2 lässt sich im Folgenden das zu wechselnde Werkzeug W durch ein einfaches, vertikales Verfahren der Bereitstellungsleiste S4 (mit anderen Worten, eine Hubbewegung der Bereitstellungsleiste S4 relativ zur Transportleiste E2) aus den Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4 entnehmen. Dabei liegt das Werkzeug W zu jeder Zeit an den Werkzeugschnittstellen S7 auf den Greifabschnitten E5 der Transportleiste E2 auf, sodass eine stabile Positionierung der Werkzeuge W sichergestellt werden kann, wobei beispielsweise das Maß/die Höhe der Hubbewegung durch die Geometrie des Ausrichtabschnitts definiert wird. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können zudem die Greifabschnitte E5 bzw. die zugehörigen Einspannmechanismen individuell so angesteuert werden, dass je nach Wahl der zu entnehmenden Werkzeuge W, nur einzelne, bereits in der Bereitstellungsleiste S4 vorliegende Werkzeuge W entnommen werden können, sodass zur optimierten Parallelisierung des Werkzeugwechselprozesses in der Bereitstellungsleiste S4 auch Werkzeuge W für mehrere mobile Transporteinheit E vorliegen können.
Nach Entnehmen der Werkzeuge W kann darauffolgenden über die an der Übergabeeinrichtung E4 angebrachten Führungsschiene die Transportleiste E2 samt entnommenen Werkzeug W wieder in Richtung der mobilen Transporteinheit E verschoben werden, sodass die Übergabeeinrichtung E4 am Ende des Werkzeugwechselprozesses erneut in eine Ausgangs- oder Transportstellung vorzufinden ist. Die 1C und 1D zeigen hier ein mögliches Ausführungsbeispiel, in welcher die Transportleisten E2 nach Zurückfahren der Übergabeeinrichtung E4 zusätzlich noch im Uhrzeigersinn, zunächst um 45° (1C), bis zu einem Winkel von 90° (1 D) rotiert wurden, und so das Werkzeug W für den Transport zur Werkzeugmaschine WM optimal positioniert wird. Zur gleichen Zeit ist es natürlich auch möglich, insbesondere im Fall von zwei oder mehr auf der Übergabeeinrichtung E4 enthaltenen Transportleisten E2, bereits von Werkzeugmaschinen WM entnommenes Werkzeug W der nun leeren Bereitstellungsleiste S4 hinzuzufügen, indem beispielsweise die hierzu zu nutzende Transportleiste E2 in Richtung der Bereitstellungsstation S2 rotiert und erneut an diese herangefahren wird.
Die 2A zeigt zudem ein weiteres Ausführungsbeispiel der mobilen Transporteinheit E, welches insbesondere zum manuellen Gebrauch konstruiert wurde. Anders als das in der 1A bis 1D gezeigten Ausführungsform, besitzt diese eine beispielhaft vereinfachte und dementsprechend leichtere Form, sodass ein Mitarbeiter M die mobile Transporteinheit W mit Leichtigkeit und ohne Zuhilfenahme von weiteren Elementen verfahren kann. Darüber hinaus wurde zu diesem Zweck insbesondere ein Haltesteg E14 an der hinteren Seite der mobilen Transporteinheit E angebracht, an welchen sich der jeweilige Mitarbeiter M stützen und die mobile Transporteinheit E vor sich herschieben kann.
Darüber hinaus ist der Körper der Übergabeeinrichtung E4 in diesem Ausführungsbeispiel derart konstruiert, dass sie in diesem Fall lediglich als eine auf dem Basiskörper E16 aufliegende und als zweidimensionale, in horizontaler Richtung verschiebbare Führungsplatte vorliegt, an welcher am Vorderbereich hier beispielhaft vier Transporthalterungen E2 (Ausführungsform ist jedoch nicht auf vier Transporthalterungen beschränkt) samt Werkzeugen W angebracht wurden. Die Positionierung letzterer an der Vorderseite der mobilen Transporteinheit E erfüllt hierbei den Zweck, dass der Mitarbeiter M die Transportleisten E2 einfacher an die jeweiligen Bereitstellungsstationen S2 Werkzeuglagereinrichtungen verfahren kann, sodass es zu einem optimierten, insbesondere aber präziseren Werkzeugwechselprozess kommen kann. Gleichermaßen sind auch die Ausrichtschnittstellen E11, hier als vier kreisförmig angepasste Elemente, sowie eine weitere Kommunikationsschnittstelle E15 zur Kommunikation und zum Austausch von beispielsweise Werkzeugdaten mittels elektrischen, optischen oder mechanischen Signalen mit der Bereitstellungsstation S2 an der Vorderseite des Basiskörpers E16 angebracht, wodurch der Mitarbeiter die mobile Transporteinheit E nicht nur äußerst effizient und genau an die Ausrichtabschnitte S6 der Werkzeuglagereinrichtung WL positionieren, sondern gleichzeitig auch noch Angaben über die zu überliefernden oder aus dem Werkzeuglager S zu entnehmenden Werkzeuge W an die Werkzeuglagereinrichtung WL übergeben kann. Letztlich ist zudem auch das unter dem Basiskörper E16 angebrachte schienenlose Flurfördergerät E8 zum effizienten, manuellen Transport ausgebildet worden. So schließt in diesem Fall der Körper des Flurfördergeräts E8 zur Sicherheit des Mitarbeiters bündig mit der mit dem Basisköper verbundenen Gabel E6 sowie seinen Reifen E12 ab, sodass das Überfahren oder Einquetschen von Körperteilen praktisch unmöglich gemacht wird.
Die 2B zeigt zudem ein weiteres Ausführungsbeispiel der mobilen Transporteinheit E, welche sowohl als automatisch als auch manuell verfahrbare mobile Transporteinheit E ausgestaltet ist. In diesem Fall sitzt die zur Halterung der Werkzeuge W zu nutzende Transportleiste E2 erneut auf der Übergabeeinrichtung E4 auf, kann jedoch unabhängig von der Übergabeeinrichtung E4 durch zur Vorderseite der mobilen Transporteinheit E gerichtete Führungsschienen E13 in Richtung der Bereitstellungsstation S2 der Werkzeuglagereinrichtung WL verfahren werden. Darüber hinaus sind die Ausrichtschnittstellen E11, ähnlich zur in den 1A bis 1D gezeigten Ausführungsform, an der Übergabeeinrichtung E4, hier erneut vorderseitig, starr positioniert, sodass in diesem Ausführungsbeispiel die mobile Transporteinheit E als solches an die Ausrichtabschnitte S10 der Werkzeuglagereinrichtung WL herangefahren werden muss, um eine Verbindung zwischen Ausrichtabschnitt S10 und Ausrichtschnittstelle E11 zu realisieren. Die zur Datenübertragung zu nutzenden Kommunikationsschnittstellen E15 wurden hier gleichermaßen, in diesem Fall in Form eines an den Ausrichtschnittstellen E11 und mit einer Feder bespannten Anpressknopfvorrichtung, realisiert.
Ferner ist der Basiskörper E16 sowie das mit dem Basiskörper E16 konnektierte Flurfördergerät E8 zum manuellen, als auch automatischen Transport der Werkzeuge optimal angepasst worden. Der Basiskörper E16 ist in diesem Fall als abgeschlossener Körper angebaut, in welcher notwendige Elektronikelemente, wie etwa die zum automatisierten Betrieb zu nutzende Transport- und Steuereinheit, effizient eingelagert werden kann. Gleichzeitig besitzt die Übergabeeinrichtung E4 nun zudem an der Oberseite der Transportleiste E2 Halterungen E18, an welchen sich der Mitarbeiter M stützen und die mobile Transporteinheit E verschieben kann. Das Flurfördergerät E8 ist darüber hinaus erneut als bündig mit der Gabel E6 und den Rädern E12 angepasste Form konstruiert, sodass die bereits beschriebenen Sicherheitsvorteile auch in dieser Ausführungsform zur Geltung kommen.
Zudem sind in dieser Ausführungsform lediglich zwei mit einem Stabilisierungsgetriebe verbundene Reifen E12 vorgesehen, sodass die mobile Transporteinheit E zu Werkzeugwechselzwecken auch gekippt oder schräg verbunden werden kann, was einen zusätzlichen, einfach zu gestaltenden Freiheitsgrad ermöglicht. Die Reifen können dabei bevorzugt auch als Mecanum-Räder vorliegen, sodass beispielsweise keine zusätzliche Achse zum Steuern der mobilen Transporteinheit E genutzt werden muss.
Die 3A und 3B zeigen ferner eine Detailansicht einer weiteren Ausführungsform der Bereitstellungsleiste S4 bzw. der Bereitstellungsstation S2 des Werkzeuglagersystems WL. Dabei sind zum parallelisierten Werkzeugwechsel mit einer Mehrzahl von mobilen Transporteinheiten E in diesem Fall mehrere Ausrichtabschnitte S10 an der Bereitstellungsleiste S4 angebracht, wodurch der Gesamtprozess noch einmal optimiert werden kann. Insbesondere ist es in diesem Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass zwei nebeneinander zu positionierende mobile Transporteinheiten E jeweils zumindest vier Werkzeuge W parallel aus der Bereitstellungsleiste S4 entnehmen oder dieser übergeben können, wobei sich die Anzahl an gleichzeitig zu nutzenden mobilen Transporteinheiten E und zu entnehmenden Werkzeugen W lediglich auf das hier gezeigte Ausführungsbeispiel beziehen und deshalb keineswegs als allgemeingültig zu verstehen sind.
Zur effektiven Positionierung der jeweiligen mobilen Transporteinheiten E sind zu diesem Zweck eine Mehrzahl von Ausrichtabschnitten, in diesem Fall zwei für jede zu bedienende mobile Transporteinheit E, an die Bereitstellungsleiste S4 in regelmäßigen Abständen angebracht, sodass die Transportleisten E2 der jeweiligen mobilen Transporteinheiten E unabhängig und kontaktfrei voneinander mit der Bereitstellungsleiste S4 interagieren können. Ein mit den Ausrichtabschnitten S10 verbundenes Display S16 kann zudem den Status bzw. die Werkzeugdaten der in den Bereitstellungshalteabschnitten S6 gelagerten Werkzeuge W anzeigen sowie darstellen wann und ob eine mobile Transporteinheit E erfolgreich mit der Bereitstellungsstation S2 verbunden ist.
3B zeigt darüber hinaus den Aufbau der Ausrichtabschnitte S10 der Bereitstellungsleiste S4 der 3A noch einmal genauer. Wie auch in den 1A - 1D kann jeder Ausrichtabschnitt am unteren Abschnittsteil eine trichterförmige oder konische Einlassstelle S19 aufweisen, an welcher die Ausrichtschnittstelle E11 der mobilen Transporteinheit E in den Ausrichtabschnitt S10 eingeführt werden kann und so die Bewegung der mobilen Transporteinheit E entlang der Bereitstellungsstation S2 blockieren kann. Die darauffolgende Hubbewegung während der Entnahme oder Übergabe des Werkzeugs W ist eine vertikale Hubbewegung der Bereitstellungsleiste S4 der Bereitstellungsstation S2. Auch hier ist die trichterförmige Form des Ausrichtabschnitts S10 selbstverständlich als nur ein beliebiges Ausführungsbeispiel zur Positionierung und Sicherung der mobilen Transporteinheit E an der Bereitstellungsstation S2 zu verstehen. So lassen sich beispielsweise andere Ausrichtabschnitte S10 realisieren, welche auch in runder oder polygonartiger Form an die Bereitstellungsleiste S4 angebracht sein können und die mobile Transporteinheit E nicht nur mechanisch, sondern auch beispielhaft elektrisch, z.B. durch Induktion bzw. Elektromagneten, hydraulisch oder druckgesteuert, z.B. durch einen Ansaug-/Unterdruck, fixieren können. Zudem ist es möglich die mobile Transporteinheit E zu verwenden wie sie beispielsweise in den 1A bis 1D dargestellt ist. Mit einer solchen Transporteinheit kann eine Ausrichtung und Positionierung der mobilen Transporteinheit ohne direkten physischen Kontakt mit der Werkzeuglagereinrichtung durchgeführt werden. Lediglich bei der eigentlichen Übergabe der Werkzeuge kann es zu einem Kontakt kommen. Auch ein Blockieren der Bewegung der mobilen Transporteinheit E, bspw. für den Werkzeugübergabevorgang, kann dabei ohne direkten Kontakt mit der Werkzeuglagereinrichtung erreicht werden, bspw. durch Blockieren der Räder der präzise vor der Werkzeuglagereinrichtung positionierten mobilen Transporteinrichtung.
Die 4A bis 4E zeigen ferner einen beispielhaften Übergabeprozess von Werkzeugen W mit der in der 2B gezeigten mobilen Transporteinheit E und der bereits in den 3A und 3B dargestellten Bereitstellungsleiste S4. Wie auch bereits in den 1A bis 1D dargestellt verfährt die mobile Transporteinheit E zunächst in die zur Werkzeugwechsel vorgeschriebenen Übergabeposition, wobei erstere zu diesem Zweck frontal vor die jeweilige Bereitstellungsleiste S4 positioniert und langsam an diese angenähert wird, bis die an den Vorderseiten der Übergabeeinrichtung E4 angebrachten Ausrichtschnittstellen E10 bevorzugt unter den Ausrichtabschnitten S10 der Bereitstellungsleiste S4 mit der Bereitstellungsleiste in Kontakt tritt (1A).
Daraufhin wird durch das Absenken der Bereitstellungsleiste S4 die Transportleiste E2 der mobilen Transporteinheit E samt Ausrichtschnittstelle E11 relativ zur Bereitstellungsleiste S4 angehoben, sodass die Ausrichtschnittstelle E11 in die Führungsform des Ausrichtabschnitts S10 fällt und die Bewegung der mobilen Transporteinheit E somit von allen Seiten blockiert wird (4B, zur verbesserten Visualisierung ist die Ausrichtschnittstelle E11 hier vor dem Ausrichtabschnitt S10 dargestellt). Trifft die Ausrichtschnittstelle E11 zudem auf das obere Ende des Ausrichtabschnitts S10 kann auch die Transportleiste S2 mitsamt den zu übergebenen Werkzeugen W nicht weiter heruntergefahren werden, wodurch die zu erzielende Hubmechanik durch die Form und Position des Ausrichtabschnitts S10 blockiert und folglich definiert wird.
Im nächsten Schritt wird anschließend die arretierte Transportleiste E2 durch die in der Übergabeeinrichtung E4 integrierte Führungsschiene E13 in Richtung der Bereitstellungsleiste S4 verfahren bis die in den Transporthalterungen befindlichen Werkzeuge W passgenau über den leeren Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4 positioniert sind (4C). Bevorzugt kann zur genauen Positionierung der Werkzeuge W die Übergabeeinrichtung E4 zudem so konfiguriert sein, dass die Transportleiste E2 zunächst in der hintersten Stellung der Führungsschiene E13 an die Bereitstellungsleiste S4 der Bereitstellungsstation S2 herangefahren wurde und durch Verfahren der Transportleiste E2 in die vorderste Position der Führungsschiene E13, die Werkzeuge W exakt über die Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4 bewegt werden. In einem anderen Ausführungsbeispiel können ferner bevorzugt auch Bewegungs- der Positionssensoren, beispielsweise optische Infrarotsensoren oder akustische Messsensoren, an die Transportleiste E2 angebracht werden, um die Position der Werkzeuge W relativ zu den Bereitstellungshalterungen S6 noch genauer bestimmen zu können.
Nach der Positionierung der Werkzeuge W über die Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4, werden diese über abermaliges Anheben der Bereitstellungsleiste S4 langsam in die Bereitstellungshalterungen S6 eingefügt (4D) bis sie durch Aufsetzen des Werkzeugkörpers auf den Boden der jeweiligen Transporthalterung S6 nicht mehr von der Transporthalterung der Transportleiste E2 getragen werden. Bevorzugt kann bei einem ebenso in der Transporthalterung befindlichen, zusätzlichen Haltemechanismus, letzterer an dieser Stelle auch durch einen integrierten Druckmechanismus oder bevorzugt ebenso durch den oben genannten Positionssensor gelöst werden.
Da in diesem Zustand die Transporthalterung bzw. der dort angebrachte Greifabschnitt E5 nicht mehr durch die Werkzeuge W gewichtet wird, kann die Transportleiste E2 zuletzt problemlos mithilfe der Führungsschiene E13 zurückgezogen werden, wobei die Werkzeuge W in der Bereitstellungsleiste S4 verbleiben (4E). Ein zusätzliches Anheben der Bereitstellungsleiste S4 entlässt die Ausrichtschnittstelle E11 der Übergabeeinrichtung E4 zusätzlich aus der Führung des Ausrichtabschnitts S10, wodurch die mobile Transporteinheit E erneut verfahrbar wird und den nächsten Übergabe- bzw. Entnahmeprozess einleiten kann.
Die 5A zeigt abermals die Werkzeuglagereinrichtung der 1A bis 1D, jedoch in diesem Falle ohne die explizite Darstellung der mobilen Transporteinheit E sowie die zum Schutz um das Werkzeuglager S angeordneten Wände S18. Insbesondere lässt sich in dieser Darstellungsform die Kompaktheit des ebensolchen Werkzeuglagers S erkennen, welche insbesondere durch die spezielle Lagerung der hintereinander angereihten Radmagazine S3 und die damit zusammenhängenden Rahmenstrukturen verwirklicht wird. Dabei sind, um ein besonders kompaktes und modulares Werkzeuglager S zu errichten, die Radmagazine S3 mittels Dreipunktlagerung auf mit dem Grundgerüst S5 des Werkzeuglagers verbundene und parallel zueinander ausgerichteten Dreieck-Rahmen S17 gelagert, wobei ein jedes Radmagazin S3 austauschbar mit dieser Lagerung konnektiert und zum einfachen Wechsel mit anderen Radmagazinen S3 oder zur Reparatur aus dieser entnommen werden kann.
Gleichermaßen besitzt eine solche Rahmengeometrie den Vorteil, dass die Größe der einzelnen Radmagazine S3 keine einheitliche Größe der Radmagazine erfordert. So können, entgegen der in der 5A dargestellten Ausführungsform, beispielsweise auch wesentlich kleinere oder größere Radmagazin S3 in die Dreieckrahmen S17 bzw. dessen Lagerung eingesetzt oder mit bestehenden Radmagazinen S3 vertauscht werden, insofern die Größe des Grundgerüsts S5, der Wände S18 und des vom Manipulator S12 veranschlagten Platzes dies zulässt.
Des Weiteren sind die Rahmen S17 so konstruiert, dass an den beiden Enden des jeweiligen Werkzeuglagers auch weitere Rahmenstrukturen, und damit Radmagazine S3, angebracht werden können, sodass das Werkzeuglager S im besten Fall unendlich erweiterbar ist. Eine derartige Konstruktion erzielt somit die maximale Modularität des Werkzeuglagers, wobei durch die äußerst kompakte und miteinander verbundene Form der einzelnen Rahmenstrukturen S17, die Radmagazine S3 besonders effizient und sicher positioniert werden können.
Die 5B zeigt zudem die Darstellungsform der zentralen Werkzeugeinrichtung WL der 5A erneut, jedoch um 90° in horizontaler Ebene gedreht. Insbesondere lässt sich in dieser Darstellung erstmalig der für den Transport der Werkzeuge W zwischen den Werkzeugmagazinen S3 und der Bereitstellungsleiste S4 zuständige Manipulator S12 erkennen, welcher in diesem Ausführungsbeispiel auf einer parallel zur Rotationsachse der Radmagazine S3 ausgerichteten Führungs- bzw. Laufschiene S13 aufsitzt und durch diese entlang der Radmagazine S3 verfahren kann. Darüber hinaus besitzt der Manipulator S12 in diesem Ausführungsbeispiel einen äußerst kostengünstigen und gleichzeitig effizienten Aufbau, indem an dem mit der Laufschiene verbundenen Manipulatorgrundkörper S30 lediglich eine mit einer Teleskopvorrichtung S28 versehene, und nur mit einer Rotationsachse entlang der Teleskopvorrichtung ausgerichtete, rotierbare Greifvorrichtung S26 mitsamt zwei gegenüberliegend positionierten Manipulatorhalterungen S14, ähnlich zu den Transporthalterungen der mobilen Transporteinheit E, angebracht sind. Auch hier stellt die dargestellte Ausführungsform des Manipulators S12 selbstverständlich nur ein ausgewähltes Beispiel dar und kann in anderen Ausführungsformen von der hier gezeigten abweichen. So kann der Manipulator S12 in anderen Beispielen zum Beispiel auch mehr als nur eine Greifvorrichtung S26 besitzen oder ihn durch weitere Freiheitsgrade in jede Richtung transversal und rotatorisch verfahren. In anderen Beispielen kann der Manipulator S12 auch eigenständig, beispielsweisedurch einen eingebauten Motor samt Laufachse und Rädern, zwischen den Radmagazinen S3 umherfahren, wodurch die Bewegungsmöglichkeiten des ersteren auf ein Maximum optimiert werden können.
Die dargestellte Ausführungsform des Manipulators S12 samt Laufschiene S13 priorisiert hingegen eine möglichst kosten- sowie zeiteffiziente Form. So ist die am Manipulator S12 angebrachte Greifvorrichtung S26 bevorzugt so konfiguriert, dass sie sich in ihrer Ausgangsposition auf der Höhe der durch die Radmagazine S3 horizontal gelagerten Werkzeuge W befindet und durch ihre Grundfläche eine orthogonal zur Längsachse dieser Werkzeuge W entstehende Fläche aufspannt. Mit anderen Worten ist die Längsachse der Greifvorrichtung S26 zu jeder Zeit orthogonal zu den horizontal gelagerten Werkzeugen W der Radmagazine S3, sodass diese das Werkzeug, nach dem Umgreifen der Werkzeugschnittstelle S7 mithilfe einer der Manipulatorhalterungen S14, mit einer einfachen Zugbewegung der Teleskopvorrichtung S28 aus dem Werkzeugaufnahmeplatz des jeweiligen Radmagazins S3 entnehmen kann.
Aus diesem Grund ist zur Entnahme bzw. Übergabe eines Werkzeugs W aus oder an eines der Radmagazine S3 dieses Ausführungsbeispiels die Bewegung des Manipulators S12 samt Laufschiene S13 bevorzugt mit der Rotation der einzelnen Radmagazine S3 über ein automatisiertes System gekoppelt: Da die Greifvorrichtung S26 in ihrer Ausgangsposition, insbesondere aufgrund deren Nähe zu den einzelnen in den Radmagazinen S3 gespeicherten Werkzeugen W, so eingerichtet ist, dass bei horizontaler Ausrichtung der Greifvorrichtung S26 eine der Manipulatorhalterungen S14 durch seitliches Annähern mithilfe der Laufschiene bündig in die Werkzeugschnittstellen S7 des jeweiligen Werkzeugs W eingeführt werden kann, werden die Radmagazine S3 in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zunächst so automatisch verfahren, dass zum Werkzeugwechsel an einem bestimmten Werkzeughalteplatz durch nicht besetzte Werkzeughalterungsplätze eine horizontale Schneise für die die Greifvorrichtung S26 des Manipulators S12 gebildet wird. Fortfolgend kann sich die Greifvorrichtung S26, bevorzugt mit den Manipulatorhalterungen S14 in horizontaler Richtung ausgerichtet, mithilfe der mit dem Manipulator S12 konnektierten Laufschiene S13 durch diese Schneise bewegen und beispielsweise zur Entnahme eines horizontal gelagerten Werkzeugs W an diese zu einer sogenannten zweiten Wechselposition WP2 annähern. Durch die anschließende, bereits zuvor beschriebene Einführung des jeweiligen Werkzeugs W in die Manipulatorhalterung S14 und der darauffolgenden Hubbewegung durch Heranziehen der Greifvorrichtung S26 in Richtung des Manipulatorgrundkörpers S30 kann somit ein Werkzeug W aus seinem Werkzeugaufnahmeplatz innerhalb eines Radmagazin S3 entnommen und dem Manipulator übergeben werden.
Die umgekehrte Eingabe eines Werkzeugs W in einen Werkzeugaufnahmeplatz kann indessen als Umkehrung des bereits beschriebenen Entnahmeprozesses verstanden werden. Durch erneute Schneisenbildung freistehender Werkzeugaufnahmeplätze wird zunächst der das einzulagernde Werkzeug W enthaltende Manipulatorplatz über die Laufschiene S13 zum zur Einlagerung bestimmten, bereits horizontal ausgerichteten Werkzeugaufnahmeplatz verfahren, wobei die jeweilige Greifvorrichtung S26 des Manipulators S12 in diesem Fall zur Sicherung des Werkzeugs W in Richtung des Manipulatorgrundkörpers S30 zurückgefahren und arretiert ist. An dem bestimmten Werkzeugaufnahmeplatz an der zweiten Wechselposition WP2 angekommen wird dann das Werkzeug W über das wiederholte Ausfahren der Teleskopvorrichtung S28, bzw. der mit der Teleskopvorrichtung S28 verbundenen Manipulatorhalterung S14, in Richtung der Radmagazine S3 in den Werkzeugaufnahmeplatz eingeführt bis dieses den gesamten Hohlraum des jeweiligen Werkzeugaufnahmeplatz ausfüllt und die Manipulatorhalterung S14 durch erneutes Verfahren mittels Laufschiene S13 von dem Werkzeug W getrennt werden kann. Bevorzugt kann zur genaueren Einführung des Werkzeugs W zudem am Manipulator S12 ein Sensor, ähnlich zur Übergabeeinrichtung E4 der mobilen Transporteinheit E, beispielsweise ein Druck- oder Positionssensor, angebracht sein, sodass während der Bewegung des Werkzeugs W in Richtung des Radmagazins S3 vorzugsweise die aktuelle Position des Werkzeugs W mit der des Werkzeugaufnahmeplatzes verglichen oder ein Einführungsstopp vollzogen werden kann, wenn der Manipulator S12 einen bestimmten, durch die Rückstellkraft des Werkzeugaufnahmeplatzes entstehenden Gegendruck wahrnimmt oder erfährt. Ein solches Sensorelement hat somit den positiven Effekt den Werkzeugwechsel insbesondere für fragiles Werkzeug W noch schonender und somit sicherer gestalten zu können.
Die 6A und 6B zeigen ferner erneut die Werkzeuglagereinrichtung WL der 1A bis 1D, wobei in diesem Fall ein Teilabschnitt, genauer gesagt der rechte Wandabschnitt, der Bereitstellungsstation S2 entnommen bzw. durchsichtig wirkend gezeigt ist. Insbesondere lässt sich durch diese Perspektive erkennen, dass selbst bei hohen, eingelassenen Werkzeuglagerwänden S18, die in der Bereitstellungsstation S2 vorzufindende und die Bereitstellungsleiste S4 beinhaltende Einbuchtung nicht allseitig mit der weiteren Konstruktion der Bereitstellungsstation S2 verbunden ist, sondern zu beiden Seiten der Bereitstellungsleiste S4, insbesondere jedoch zur Manipulator S12 gerichteten Seite, eine der Bereitstellungsleiste S4 angepasste Öffnung umfasst.
Dabei wird diese Öffnung so genutzt, dass die Bereitstellungsleiste S4 zum Werkzeugwechsel mit dem Manipulator S12 zumindest zunächst mithilfe der vertikal ausgerichteten Führungsschienen S8 von der ersten, bereits genannten Position P1 zum Werkzeugwechsel mit der mobilen Transporteinheit E, aufwärts zu einer zweiten Position P2a gefahren werden und dort zusätzlich um einen bestimmten Übergabewinkel parallel zur Bereitstellungsstation S2 zumindest in Richtung des Manipulators S12 in eine Übergabeposition P2b geschwenkt werden kann. Mit anderen Worten ermöglichen die Öffnungen somit einen direkten Kontakt zwischen der Bereitstellungsleiste S4 und dem Manipulator S12, welcher zu diesem Zweck mithilfe der Laufschiene S13 auf eine zum Werkzeugwechsel vorbestimmte erste Wechselposition gefahren werden kann.
Die 7A und 7B sowie 8A und 8B , in welcher ebenso die zuvor beschriebene Werkzeuglagereinrichtung WL erneut, jedoch in diesem Fall mit der Bereitstellungsleiste S4 in der zweiten, bereits geschwenkten Position P2b, auch Übergabestellung P2b genannt, mit (8A und 8B) und ohne Wandeinsatz (7A und 7B) zeigen, verdeutlichen diesen Übergabeprozess noch einmal genauer. Aufgrund der geometrischen Werkzeughalterungsunterschiede zwischen der Bereitstellungsleiste S4 und der Manipulatorhalterung S14 (in der Bereitstellungsstation S2 und der mobilen Transporteinheit E ist das Werkzeug W bevorzugt vertikal gelagert, im Manipulator S12 hingegen horizontal), ist es zur Bereitstellung optimaler Übergabekonditionen von Vorteil die Werkzeugausrichtung W in einem Zwischenprozess auf das jeweilig zu übergebene Werkzeuglagereinrichtungselement anzupassen. Dies geschieht in diesem Ausführungsbeispiel durch das Schwenken bzw. Rotieren der mit Werkzeugen W beladenen Bereitstellungsleiste S4 in eine zur Interaktion mit dem Manipulator S12 vorgesehene Übergabestellung P2b.
Zu diesem Zweck ist an der Bereitstellungsleiste S4 eine durch eine Radiallagerung verwirklichte und automatisiert ansteuerbare Schwenkvorrichtung S11 angebracht, welche über einen mit der Bereitstellungsleiste S4 konnektierten Schwenkarm erstere um einen bestimmten Übergabewinkel drehen und somit zum Manipulator S12 optimal ausrichten kann. Dabei ist die Schwenkvorrichtung S11 zudem so konstruiert, dass die Bereitstellungsleiste S4 in der Übergabestellung P2b, insbesondere jedoch die auf diesem gelagerten oder zu lagernden Werkzeuge W, in die seitliche Öffnung der Bereitstellungsstation S2 hineinragen und somit zusätzlich durch Wände der Bereitstellungsstation S2 geschützt wird. Das Schwenken der Bereitstellungsleiste S4 besitzt somit den Vorteil das jeweilige Werkzeug W nicht nur für den Werkzeugwechsel mit dem Manipulator S12 optimal auszurichten, sondern dieses auch effizient vor äußeren Einflüssen, wie etwa Staub oder durch Werkzeugmaschinen WM anfallende Restprodukte, sicherzustellen.
Ferner kann der den Rotations- bzw. Schwenkumfang definierende Übergabewinkel der Bereitstellungsleiste je nach Einstellung des Manipulators S12 durch die Schwenkvorrichtung S11 akkurat eingestellt werden. Dabei beträgt dieser in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Drehwinkel von 45° bis 120°, in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sogar 80° bis 110°, wobei die Winkelangabe als der durch die Schwenkvorrichtung S11 erzeugte Drehwinkel der Bereitstellungsleiste S4 von seiner ursprünglichen, vertikal ausgerichteten zweiten Position zur Übergabestellung P2b oder zurück zu verstehen ist.
Die 9 zeigt indes eine beispielhafte Detaildarstellung des Manipulators S12 nahe der ersten Wechselposition sowie Teile eines zum Werkzeuglager S gehörenden Radmagazins S3 und die Bereitstellungsleiste S4 in der Übergabestellung P2b, wodurch der Werkzeugwechsel zwischen Bereitstellungsleiste S4 und Manipulator S12 noch einmal deutlicher demonstriert werden kann. Hierbei ist die Bereitstellungsleiste S4 in der Übergabestellung P2b zunächst so eingerichtet, dass die Werkzeuge W, ähnlich zu den in den Werkzeughalteplätzen der Radmagazine S3, durch seitliches Heranfahren der Greifvorrichtung S26 des Manipulators S12 an die Werkzeuge W, mittels der Manipulatorhalterungen S14 an den Werkzeugschnittstellen S7 umfasst und somit über eine horizontale Hubbewegung durch Einziehen der Greifvorrichtung S26 mittels der Teleskopvorrichtung S28 aus der Bereitstellungshalterung S6 entnommen werden können. Der so entstehende Werkzeugwechselprozess zwischen Manipulator S12 und Bereitstellungsleiste S4 kann somit annähernd äquivalent zu Werkzeugwechselprozess des Manipulators S12 mit einen der Radmagazine S3 verstanden werden.
Zur Annäherung des Manipulators S12 an die Bereitstellungsleiste S4 werden zunächst erneut alle Radmagazine so rotiert, dass sie eine Schneise für die horizontal ausgerichtete Greifvorrichtung S26 des Manipulators S12 ausbilden. Daraufhin verfährt letzterer mittels der Laufschiene S13 zu der zum Werkzeugwechsel vorgesehenen ersten Wechselposition, wodurch, im Falle einer Werkzeugentnahme, zumindest eines der vertikal ausgerichteten und auf Höhe der Greifvorrichtung S26 gelegenen Werkzeuge W der Bereitstellungsleiste S4 durch die Manipulatorhalterung S14 an der Werkzeugschnittstelle kontaktiert und nach dem bereits zuvor beschriebenen Prozess entnommen werden kann. Die Eingabe von Werkzeugen W in die Bereitstellungshalterungen S6 der Bereitstellungsleiste S4 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel zudem ebenso ähnlich zu dem bereits zur Beschreibung der Werkzeuglagereingabe genannten Prozess ab, wobei das an der Manipulatorhalterung S14 kontaktierte Werkzeug W über das Annähern der zuvor eingezogenen Greifvorrichtung S26 in Richtung der Bereitstellungsleiste S4 sicher und effizient in die jeweilige Bereitstellungshalterungen eingeführt werden kann.
Bevorzugt kann die Bereitstellungsleiste S4 dabei auch so konfiguriert sein, dass sie in der Übergabestellung P2b weiterhin durch die vertikal ausgerichtete Führungsschiene S8 zumindest in ihrer Höhe verschoben werden kann, sodass zum optimierten Werkzeugwechsel die zur Entnahme bzw. Übergabe mit dem Manipulator S12 benötigte Höhe von jeder Bereitstellungshalterung S6 angefahren und somit ein unnötiges, wiederholtes Schwenken zur Entnahme verschiedener Werkzeuge W aus der Bereitstellungsleiste S4 vermieden werden kann.
Somit bietet die hier dargestellte Werkzeuglagereinrichtung WL eine zugleich kompakte, vereinfachte, insbesondere aber effiziente Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeug W insbesondere für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen WM dar. Ferner ergibt sich durch die zuvor genannten Elemente der Werkzeuglagereinrichtung WL, sowie die hierdurch entstehenden Werkzeugwechsel- und -transportprozesse, der schwerwiegende Vorteil, dass das Gesamtverfahren zum Wechseln der Werkzeuge W zwischen der Werkzeuglagereinrichtung WL und den ihr zugeordneten Werkzeugmaschinen WM vollkommen automatisch oder zumindest semi-automatisch vollzogen werden kann, wodurch sich, insbesondere im Hinblick auf ein mit zentralen und von mehreren Werkzeugmaschinen WM beabstandetes Werkzeuglagersystem, eine maximale Effizienz erreichen lässt.
Die 10 zeigt hierbei ein ausgewähltes skizziertes Ausführungsbeispiel eines solchen möglichen Werkzeuglagersystems, in welchem sowohl zentrale Werkzeuglagereinrichtungen WL als auch über mobile Transporteinheiten E mit diesen in Verbindung stehenden Werkzeugmaschinen WM eingesetzt werden. Wie zu erkennen ist, werden sowohl die Werkzeugmaschinen WM als auch die Werkzeuglagereinrichtungen WL in dieser besonders bevorzugten Ausführungsform durch auf einer zentralen Transportstraße entlangfahrenden mobilen Transporteinheiten E angefahren, wobei eine jede mobile Transporteinheit E unabhängig, schienen- und vor allem führerlos von einem zum nächsten Ziel gefahren werden kann. Ein solches System vermeidet somit jegliche, durch Transporteinschränkungen zwischen Werkzeuglager WL und Werkzeugmaschine WM entstehende Wartezeiten und ermöglicht zudem einen maximal effizienten, fehlerminimierten und vollständig modular und stetig erweiterbaren Systemaufbau.
Die automatisierte Steuerung der einzelnen Systemelemente wird dabei bevorzugt durch ein externes Serversystem vollzogen, welches mitunter die Ablaufprozesse der einzelnen Werkzeugmaschinen WM einsehen und über an den jeweiligen Elementen angebrachten Steuereinheiten spezifische Werkzeuglagereinrichtungen WL samt mobilen Transporteinheiten E so ansteuern kann, dass die Werkzeugmaschinen WM optimal bedient werden. Hierfür kann beispielsweise auch jedes Werkzeuglager S einen eigenen internen Speicher beinhalten, in welchem der momentane Werkzeugbestand des Werkzeuglagers verzeichnet und für das externe Serversystem zugänglich gemacht werden kann. Gleichermaßen kann das Serversystem bevorzugt Überschreibungsrechte für diese internen Speicher besitzen, diese aktualisieren und insbesondere durch die in dem internen Speicher enthaltenen Informationen die im Werkzeuglager S enthaltenen Radmagazine S3, den Manipulator S12 sowie die Bereitstellungsstation S2 und zumindest eine mobile Transporteinheit E so ansteuern, dass diese, z.B. nach den oben genannten Werkzeugwechselprozessen, ein Werkzeug W autonom von dem Werkzeuglager S zur Werkzeugmaschine WM oder zurück übergeben können.
In einem weiteren Ausführungsbeispiel können zudem auch insbesondere die Ausrichtabschnitte S10 der Bereitstellungsstationen S2 zum Informationsaustausch mit der Werkzeugmaschine WM bzw. der mobilen Transporteinheit E genutzt und als Alternative oder zusätzliche Unterstützung zum externen Serversystem gesehen werden. So ist es vorzugsweise auch möglich, dass durch Positionieren der Ausrichtschnittstelle E11 der mobilen Transporteinheit E an den Ausrichtabschnitt S10 der Werkzeuglagereinrichtung WL, und besonders bevorzugt auch an einem Ausrichtabschnitt an der Werkzeugmaschine WM, beispielsweise Werkzeugdaten bezüglich von der von der Werkzeugmaschine WM benötigten Werkzeuge W von der Bereitstellungsstation S2 entnommen und ebenso mit dem im internen Speicher des Werkzeuglagers S befindlichen Werkzeugbestand verglichen werden kann. Durch einen solchen Informationsaustausch können ferner, bevorzugt erneut durch die Bereitstellungsstation S2, die Radmagazine S3, der Manipulator S12 sowie die Elemente der Bereitstellungsstation S2 und die mobile Transporteinheit E angesteuert werden das von der zumindest einen Werkzeugmaschine WM benötigte Werkzeug W aus dem Werkzeuglager S zu entnehmen und der Werkzeugmaschine WM automatisiert hinzuzufügen. Vice versa kann in diesem Fall selbstverständlich auch von einer Werkzeugmaschine WM einzulagerndes Werkzeug W durch einen ebenso automatisierten Prozess in das Werkzeuglager S eingefügt werden, wobei hierbei die Bereitstellungsstation S2 die durch das Positionieren der mobilen Transporteinheit E an den Ausrichtabschnitt S10 erhaltenen Werkzeugdaten in den Werkzeugbestand des internen Speichers hinzufügt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0144912 A2 [0003, 0006]
DE 102011082050 A1 [0004]

Claims

Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) zur Werkzeugbereitstellung für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen (WM), umfassend: - ein Werkzeuglager (S) zur Lagerung von Werkzeugen (W), wobei das Werkzeuglager (S) zumindest zwei vertikal und hintereinander angeordnete Radmagazine (S3) aufweist und die Radmagazine (S3) jeweils Werkzeugaufnahmeplätze zur Aufnahme von Werkzeug (W) aufweisen; - zumindest eine mobile Transporteinheit (E) zum Transportieren von Werkzeug zur Werkzeugmaschine (WM) und zurück, - zumindest einen verfahrbaren Manipulator (S12) zur Entnahme und Rückgabe von Werkzeug aus den Radmagazinen (S3), und - zumindest eine Bereitstellungsstation (S2) zur Bereitstellung von Werkzeugen (W) für das Werkzeuglager (S) und die mobile Transporteinheit (E). wobei die zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) zur Bereitstellung von Werkzeugen (W) aus dem Werkzeuglager (S) für eine Werkzeugmaschine (WM) so konfiguriert ist, dass der Manipulator (S12) zumindest ein Werkzeug (W) entnimmt und der Bereitstellungsstation (S2) übergibt, und die mobile Transporteinheit (E) das durch den Manipulator (S12) übergebene Werkzeug (W) aus der Bereitstellungsstation (S2) entnimmt, und wobei die zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) zum Einlagern von Werkzeugen (W) in das Werkzeuglager (S) so konfiguriert ist, dass die mobile Transporteinheit (E) der Bereitstellungsstation (S2) zumindest ein Werkzeug (W) übergibt und der Manipulator (S12) das übergebene Werkzeug (W) aus der Bereitstellungsstation (S2) entnimmt und dem Werkzeuglager (S) hinzufügt.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß Anspruch 1, wobei die Bereitstellungsstation (S2) zumindest einen Ausrichtabschnitt (S10) zum Positionieren der mobilen Transporteinheit (E) an der Bereitstellungsstation (S2) umfasst wobei der zumindest eine Ausrichtabschnitt (S10) mit einer an der mobilen Transporteinheit (E) integrierten Ausrichtschnittstelle (E10) verbindbar ist, und wobei der Ausrichtabschnitt (S10) so eingerichtet ist, dass die mobile Transporteinheit (E) zum Positionieren am Ausrichtabschnitt (S10) in einer Übergabeposition positioniert wird.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die mobile Transporteinheit (E) frei beweglich ausgestaltet ist und konfiguriert ist, das Werkzeug (W) von der zentralen Werkzeuglagereinrichtung (WL) zu der zumindest einen Werkzeugmaschine (WM) und zurück zu transportieren, und die mobile Transporteinheit (E) eine Steuereinheit (E7) zum fahrerlosen Steuern der mobilen Transporteinheit (E) und/oder eine Kommunikationseinrichtung zur drahtlosen Verbindung mit einer externen Steuereinrichtung aufweist.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die mobile Transporteinheit (E) eine Übergabeeinrichtung (E4) zum Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsstation (S2) und ein gleisloses Flurfördergerät (E8) mit zumindest einer Aufnahme (E6), wie bevorzugt eine Gabel, zur Aufnahme der Übergabeeinrichtung (E4) umfasst, und die Übergabeeinrichtung (E4) abnehmbar auf dem Flurfördergerät (E8) aufsitzt.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Übergabeeinrichtung (E4) eine verfahrbare Werkzeugtransportleiste (E2) mit einer Mehrzahl von Transporthalterungen (E3) zur Lagerung von Werkzeugen (W) auf der mobilen Transporteinheit (E) und zumindest einen Greifabschnitt (E5) zum Umfassen des Werkzeugs (W) während des Werkzeugwechsels , aufweist, und die Übergabeeinrichtung (E4) in der Übergabeposition der mobilen Transporteinheit (E) zumindest in Richtung der Bereitstellungsstation (S2) und bevorzugt zusätzlich in vertikaler Richtung bewegbar ist.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bereitstellungsstation (S2) eine verfahrbare Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) umfasst, und die Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) von einer ersten Position (P1) zum Werkzeugwechsel mit der mobilen Transporteinheit (E) zu einer zweiten Position (P2) zum Werkzeugwechsel mit dem Manipulator (S12) und zurück verfahrbar ist, und die Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) zumindest in der zweiten Position (P2) in Richtung des Manipulators (S12) schwenkbar ist.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die verfahrbare Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) zumindest eine Bereitstellungshalterung (S6) zur Positionierung von Werkzeugen (W) an der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) umfasst, und die Bereitstellungshalterung (S6) eine Haltevorrichtung beinhaltet, welche das Werkzeug (W) in der Bereitstellungshalterung (S6) starr fixiert und zur Entnahme des Werkzeugs (W) wieder freigeben kann, und die Bereitstellungshalterung (S6) so konfiguriert ist, dass sie zum Wechseln von Werkzeug (W) durch die mobile Transporteinheit (E) eine Werkzeugschnittstelle (S7) am Werkzeug (W) offenlegt.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Übergabeeinrichtung (E4) der mobilen Transporteinheit (E) so konfiguriert ist, dass der Greifabschnitt (E5) der Übergabeeinrichtung (E4) zur Entnahme des Werkzeugs (W) aus der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4), das Werkzeug (W) an der Werkzeugschnittstelle (S7) umschließt und das umschlossene Werkzeug (W) durch eine Hubbewegung der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) und/oder der Werkzeugtransportleiste (E2) an der Werkzeugtransportleiste (E2) aufnimmt, und der Greifabschnitt (E5) der Übergabeeinrichtung (E4) zur Übergabe des Werkzeugs (W) an die Werkzeugbereitstellungsleiste (S4), das Werkzeug (W) an den Werkzeugschnittstellen (S7) über der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) positioniert und durch eine Hubbewegung der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) und/oder der Werkzeugtransportleiste (E2) an die Bereitstellungshalterung (S6) der Bereitstellungsleiste (S4) abgibt.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Manipulator (S12) zumindest von einer ersten Wechselposition zum Werkzeugwechsel mit der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) zu einer zweiten Wechselposition (WP2) zum Werkzeugwechsel mit den Radmagazinen (S3) und zurück verfahrbar ist, und der Manipulator (S12) bevorzugt durch eine parallel zur Rotationsachse der zumindest zwei Radmagazine (S3) angeordneten Führungsschiene (S13) von der ersten Wechselposition zur zweiten Wechselposition (WP2) und zurück verfahrbar ist.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) zumindest in der zweiten Position (P2) zur Bereitstellung der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) für den Werkzeugwechsel mit dem Manipulator (S12) von einer Ausgangsstellung um eine zur Bereitstellungsstation (S2) orthogonal gelegene Rotationsachse um einen Übergabewinkel in eine Übergabestellung (P2b) gedreht wird, wobei der Übergabewinkel, ausgehend von dem Ursprungswinkel der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) in der Ausgangsstellung, einen Drehwinkel zwischen 45° bis 120° , bevorzugt 80° bis 110°, in Richtung des Manipulators (S12) beträgt.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die zumindest zwei Radmagazine (S3) hintereinander gelagert sind und eine gemeinsame, orthogonal zur Bereitstellungstation (S2) orientierten Rotationsachse aufweisen, jedes Radmagazin (S3) zur Entnahme und Beladung von Werkzeugen (W) unabhängig rotiert werden kann, jedes Radmagazin (S3) zur Lagerung der Werkzeuge (W), die Werkzeuge (W) längs der Werkzeuglängsachse in radialer Richtung aufnimmt, und bevorzugt die Radmagazine (S3) über ein Rahmensystem (S17) modular austauschbar sind, und die Anzahl an hintereinander gelagerten Radmagazinen (S3) erweiterbar ist.
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zumindest eine Ausrichtabschnitt (S10) der Bereitstellungsstation (S2) derart konfiguriert ist, zur Sicherung und Positionsausrichtung der mobilen Transporteinheit (E) an der Bereitstellungsstation (S2), die Bewegung der mobilen Transporteinheit (E) über eine mechanische Verbindung, insbesondere längs der Bereitstellungsstation (S2), zu fixieren, wobei die Übergabeeinrichtung (E4) durch Fixierung der mobilen Transporteinheit (E) zum Verfahren in Richtung der Bereitstellungsstation (S2) freigegeben wird oder die mobile Transporteinheit (E) fixiert wird während des Verfahrens der Übergabeeinrichtung (E4) in Richtung der Bereitstellungsstation (S2)..
Zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bereitstellungsstation (S2) durch die Verbindung des Ausrichtabschnitts (S10) mit der Ausrichtschnittstelle (E10) der mobilen Transporteinheit (E) oder durch ein zentrales Serversystem, Werkzeugdaten bezüglich der von zumindest einer Werkzeugmaschine (WM) benötigten Werkzeuge (W) und/oder Werkzeugdaten bezüglich der von der mobilen Transporteinheit (E) übergebenen Werkzeuge (W) erhält, und die Bereitstellungsstation (S2) bevorzugt derart konfiguriert ist, die erhaltenen Werkzeugdaten in einen internen Datenspeicher zu übertragen; und/oder wobei die Bereitstellungsstation (S2) konfiguriert ist, erhaltene Werkzeugdaten mit einem, bevorzugt im internen Datenspeicher enthaltenen, Werkzeugbestand der Werkzeuglagereinrichtung (WL) zu vergleichen, und die Bereitstellungsstation (S2) beim Auffinden eines benötigten Werkzeugs (W) im Werkzeugbestand der Werkzeuglagereinrichtung (WL), das das benötigte Werkzeug (W) enthaltene Radmagazin (S3), den Manipulator (S12) und den Aufnahmeabschnitt (S4) der Bereitstellungsstation (S2) ansteuert, um das benötigte Werkzeug (W) von dem Radmagazin (S3) an die mobile Transporteinheit (E) zu übergeben, und die Bereitstellungsstation (S2) Werkzeugdaten von durch die mobile Transporteinheit (E) erhaltene Werkzeuge (W) in den Werkzeugbestand aufnimmt und die Radmagazine (S3), den Manipulator (S12) und den Aufnahmeabschnitt (S4) der Bereitstellungsstation (S2) ansteuert das erhaltene Werkzeug (W) in die Werkzeugaufnahmeplätze der Radmagazine (S3) einzusetzen.
Verfahren zur Bereitstellung von Werkzeug für eine Vielzahl von Werkzeugmaschinen (WM) mittels einer zentralen Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Übergabe eines Werkzeugs (W) durch den Manipulator (S12) von einem Werkzeugaufnahmeplatz eines Radmagazins (S3) zur Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) der Bereitstellungsstation (S2); - Übergabe des Werkzeugs (W) aus der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) zur mobilen Transporteinheit (E); - Transport des Werkzeugs (W) mittels mobiler Transporteinheit (E) von der zentralen Werkzeuglagereinrichtung (WL) zu zumindest einer der Werkzeugmaschinen (WM).
Verfahren zur zentralen Einlagerung von Werkzeug von einer Vielzahl von Werkzeugmaschinen (WM) mittels einer zentralen Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Transport eines Werkzeugs (W) durch die mobile Transporteinheit (E) von zumindest einer der Werkzeugmaschinen (WM) zu der zentralen Werkzeuglagereinrichtung (WL); - Übergabe des Werkzeugs (W) von der mobilen Transporteinheit (E) zu der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) der Bereitstellungsstation (S2); - Übergabe des Werkzeugs (W) durch den Manipulator (S12) von der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) zu dem Werkzeugaufnahmeplatz eines Radmagazins (S3).
Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, zusätzlich umfassend die Schritte: - Drehen der Werkzeugbereitstellungsleiste (S4) der Bereitstellungsstation (S2) zum Wechseln des Werkzeugs (W) mit dem Manipulator (S12) an der zweiten Position (WP2) in Richtung des Manipulators (S12); - Positionieren oder Entfernen der mobilen Transporteinheit (E) vom Ausrichtabschnitt (S10) der Bereitstellungsstation (S2); - Erfassen der Werkzeugdaten der von dem Werkzeuglager (S) übergebenen oder aufgenommenen Werkzeuge (W) und Übertragung der Werkzeugdaten in einen Datenspeicher.
Produktionssystem umfassend eine zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche und zumindest eine Werkzeugmaschine (WM), wobei die zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) zur Bereitstellung von Werkzeug (W) für die zumindest eine Werkzeugmaschine (WM) derart konfiguriert ist, Werkzeug (W) aus dem Werkzeuglager (S) zu entnehmen und über die Bereitstellungsstation (S2) an eine mobile Transporteinheit (E) zu übergeben, und die mobile Transporteinheit (E) an der Werkzeuglagereinrichtung (WL) und der Werkzeugmaschine (WM) positionierbar ist und konfiguriert ist, das aufgenommene Werkzeug (W) zu der zumindest einen Werkzeugmaschine (WM) zu transportieren und an die Werkzeugmaschine (WM) zu übergeben, und wobei die zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) zur Einlagerung von Werkzeug (W) von der zumindest einen Werkzeugmaschine (WM) in die zentrale Werkzeuglagereinrichtung (WL) derart konfiguriert ist, Werkzeug (W) durch die mobile Transporteinheit (E) von der zumindest einen Werkzeugmaschine (WM) zu entnehmen und, nach dem Transport des Werkzeugs (W) durch die mobile Transporteinheit (E) zur Werkzeuglagereinrichtung (WL), der Bereitstellungsstation (S2) der Werkzeuglagereinrichtung (WL) zu übergeben, und das Werkzeug (W) aus der Bereitstellungsstation (S2) zu entnehmen und dem Werkzeuglager (S) zu übergeben.