DE102021109037A1

DE102021109037A1 - Beladevorrichtung zum wechseln von werkzeug eines werkzeugmagazins an einer werkzeugmaschine und verfahren zum wechseln von werkzeug an einem werkzeugmagazin

Info

Publication number: DE102021109037A1
Application number: DE102021109037.7A
Authority: DE
Inventors: Axel Kienberger; Michael Trenkle
Original assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Current assignee: Deckel Maho Pfronten GmbH
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-13
Also published as: WO2022218628A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Beladevorrichtung BV mit einer ein Manipulatorsegment 16 umfassenden, verfahrbaren Übergabevorrichtung 14 zur Übergabe von Werkzeug W an ein Werkzeugmagazin M einer Werkzeugmaschine WM, einer Bereitstellungsstation 7 zur Bereitstellung von Werkzeugen für die verfahrbare Übergabevorrichtung 14 sowie einer zwischen der Bereitstellungsstation 7 und dem Werkzeugmagazin M an der Beladevorrichtung BV angebrachten Eingreifvorrichtung 20. Dabei ist die Übergabevorrichtung 14 derart eingerichtet, dass sie entlang eines Verfahrweges zwischen einer ersten Werkzeugwechselposition WWP1 zum Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsstation 7 und einer zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 zum Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin M und zurück verfahren kann und während des Verfahrens durch Wechselwirken mit der Eingreifvorrichtung 20 die Ausrichtung des Manipulatorsegments um einen Übergabedrehwinkel ÜW ändert.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine integrierbare Beladevorrichtung für den Werkzeugwechsel an einem Werkzeugmagazin, insbesondere an einem Kettenmagazin einer Werkzeugmaschine, bei der das zu wechselnde Werkzeug zumindest teilautomatisch durch eine verfahrbare Übergabeeinheit und einem an einer Eingreifvorrichtung angebrachten Mitnehmer transportiert und für den Einsatz in das Werkzeugmagazin und/oder einer weiterführenden Transporteinheit um einen vordefinierten Übergabedrehwinkel orientiert wird.
Hintergrund der Erfindung
Aufgrund zunehmend komplexer werdenden Arbeitsprozessen und der daraus entstehenden Anforderung gegenwärtiger Werkzeugmaschinen auf ein Höchstmaß an möglichen, leistungsfähigen Bearbeitungswerkzeuge zurückgreifen zu können, hat sich der dynamische Austausch eingelagerter Werkzeuge innerhalb des jeweiligen Maschinenmagazins, insbesondere aufgrund der meist begrenzten Speicherkapazität, zu einem Prozessschritt höchster Relevanz entwickelt. Infolgedessen besitzen insbesondere automatisierbare Werkzeugbeladevorrichtungen, welche einzuwechselndes Werkzeug sowohl selbständig entnehmen, als auch zielgerecht in ein entsprechendes Magazin einführen können, einen hohen Stellenwert innerhalb vieler gegenwärtig bekannter Verarbeitungsanlagen.
Gattungsgemäß aus dem Stand der Technik bekannte Beladevorrichtungen für die Einlagerung bzw. Bereitstellung von Werkzeugen für Werkzeugmagazine, insbesondere Ketten- und Radmagazine, umfassen hierbei zumeist ein oder mehrere Wechselaktoren, Als Beispiel sei die EP 1 260 754 A2 zu nennen, in welcher ein speziell für die Einfuhr von Bearbeitungs-Einsteckwerkzeug in ein Kettenmagazin konzipierten Werkzeugträger-Schieber beschrieben wird. Dabei lässt sich ein zu wechselndes Werkzeug zunächst manuell auf eine mit einem Scherengelenk-Mechanismus verbundene Werkzeugträger-Halterung positionieren und mit einer Vorschubbewegung an eine entsprechende Aufnahme innerhalb des Kettenmagazins heranführen.
Trotz stetiger Weiterentwicklung bestehender Beladevorrichtung tritt jedoch in den meisten Anlagen nach dem Stand der Technik weiterhin das Problem auf, dass, insbesondere aufgrund der zunehmend komplexer werdenden Anordnungen der Werkzeugmagazine, ein voll-automatisierter und zugleich auf ein jeweiliges Magazin anpassbarer Werkzeugwechselprozess nur selten realisierbar bleibt. So bedingen beispielsweise passgenaue Werkzeugwechsel mit den Aufnahmen eines Magazins, ausgehend von vordefinierten DIN-Vorgaben innerhalb der Werkzeuggeometrie, eine präzise Ausrichtung und somit Umorientierung eines jeden einzuwechselnden Werkzeugs. Zugleich fordern die zumeist kompakt in die Werkzeugmaschine implementierten Magazine für herkömmliche Beladevorrichtungen lange, komplexe und somit insbesondere für große Betriebsanlagen ineffiziente Verfahrwege, sodass in vielen Fällen ein zumindest manueller Werkzeugaustausch, trotz eventuellem Mehraufwand und hinzukommenden Sicherheitsrisiko seitens des betroffenen Bearbeiters, einem vollautomatischen vorgezogen wird.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, eine möglichst anpassbare und voll-automatisierbare Beladevorrichtung und ein Verfahren zum automatisierten Wechseln von Werkzeugen mittels einer anpassbaren Beladevorrichtung bereitzustellen, welche die vorstehend genannten Probleme aus dem Stand der Technik lösen und welche es ermöglichen, einzuwechselndes Werkzeug innerhalb des automatisierten Prozesses möglichst effizient und platzsparend an eine Mehrzahl von Aufnahmen eines Werkzeugmaschinenmagazins zu verteilen bzw. in diesem Magazin eingelagertes Werkzeug für einen geplanten Werkzeugaustausch zu entnehmen. Zudem ist es insbesondere eine Aufgabe der Erfindung, die oben genannte Werkzeugorientierung des einzuwechselnden Werkzeugs so während des Wechselprozesses einzustellen, dass es an der Kontaktstelle zum Magazin bzw. einem weiterverarbeitenden Element, möglichst optimal in die dafür vorgesehene Magazinköcher eingebracht 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 Beladevorrichtung zum Wechsel von Werkzeug mit einem Magazin einer Werkzeugmaschine kann dabei zumindest eine Bereitstellungsstation zur Eingabe und Entnahme von einzuwechselnden bzw. aus dem Magazin ausgewechselten Werkzeugen sowie eine für den Werkzeugaustausch zwischen der Bereitstellungsstation und dem entsprechenden Werkzeugmagazin eingerichtete Übergabevorrichtung umfassen. Die vorliegende Erfindung bildet somit bevorzugt ein zumindest zweiteiliges Vorrichtungssystem, das mithilfe einer ersten Vorrichtung (die Bereitstellungsstation) ermöglicht gewünschtes Werkzeug aus der Beladevorrichtung zu entfernen und/oder hinzuzufügen und aufgrund einer zweiten, vorzugsweise unabhängig agierenden Vorrichtung (die Übergabevorrichtung) einen möglichst effizienten und automatisiert ablaufenden Austausch der von der Bereitstellungsstation und dem Werkzeugmagazin zur Verfügung gestellten Werkzeuge zu realisieren.
Zum effektiven Werkzeugwechsel zwischen der Bereitstellungsstation und dem Werkzeugmagazin kann die Übergabevorrichtung hierfür insbesondere zumindest auf einem vordefinierten Verfahrweg, zum Beispiel entlang einer starr ausgerichteten Führungsschiene, zwischen den beiden zuvor genannten Elementen verfahrbar ausgerichtet sein, sodass einzuwechselnde Werkzeuge mit minimalen Energieaufwand und zuweilen automatisierbaren Steuerungsmechanismen transportiert werden können. Gleichermaßen kann, insbesondere zur präferierten Ausrichtung des oben genannten Verfahrweges, bevorzugt auch die Bereitstellungsstation einen, in einem besonders bevorzugtem Fall, quer zur Bewegungsrichtung der Übergabevorrichtung ausgerichteten Verfahrmechanismus aufweisen, wodurch eine dreidimensionale Positionierung des einzuwechselnden Werkzeugs und somit eine möglichst platzsparende und anpassbare Anbindung der Beladevorrichtung an das jeweilige Werkzeugmagazin ermöglicht wird.
Zusätzlich zu dieser äußerst effizienten und zur Automatisierung des Werkzeugwechselprozesses ausgelegten Vorrichtungsgeometrie, kann die vorliegende Beladevorrichtung zudem, insbesondere um die oben genannten Werkzeugorientierungsprobleme zu lösen, eine Reihe von spezifischen Ausrichtelementen aufweisen, welche dazu eingerichtet sind das zu wechselnde Werkzeug zur genaueren Einführung in die Aufnahmen der Bereitstellungsstation und des Werkzeugmagazins passgenau zu orientieren. So kann vorzugsweise die zuvor genannte Übergabevorrichtung zusätzlich zumindest ein um zumindest eine Manipulatordrehachse schwenkbares Manipulatorsegment, auch Manipulator genannt, aufweisen, welches, beispielsweise über einen in diesem Manipulatorsegmenten integrierten Greifarm, ein oder mehrere in der Bereitstellungsstation oder dem Werkzeugmagazin positionierte Werkzeuge aufnehmen (bzw. an diese Elemente abgeben), sowie durch das Manipulatorsegment aufgenommene Werkzeuge während des Verfahrens der Übergabevorrichtung sicher entlang einer vordefinierten Trajektorie transportieren kann. Eine weitere entlang des Verfahrweges der Übergabevorrichtung angebrachte Eingreifvorrichtung kann zudem in einem besonders bevorzugtem Fall in der Lage sein während des Verfahrens der Übergabevorrichtung mit dem zuvor genannten Manipulatorsegments wechselzuwirken, wodurch, vorzugsweise durch ein so zu erzeugendes Schwenken des Manipulatorsegments entlang der zumindest einen Manipulatordrehachse und um zumindest einen vordefinierten Übergabedrehwinkel, zumindest ein mithilfe des Manipulatorsegments gehaltenes Werkzeug neu orientiert werden kann.
Somit kann die vorliegende Beladevorrichtung bevorzugt derart konfiguriert sein, dass zur Eingabe eines oder mehrerer neu in das entsprechende Werkzeugmagazin hinzuzufügende Werkzeuge, ein jedes dieser Werkzeuge zunächst, zur sicheren Übergabe an die Beladevorrichtung, an die Bereitstellungsstation übergeben und im gegebenen Fall mithilfe eines innerhalb der Bereitstellungsstation integrierten Verfahrmechanismus für die darauffolgende Übergabevorrichtung bereitgestellt werden kann. Ebensolche Übergabevorrichtung kann folgend in der Lage sein in einem bevorzugt zweiten Schritt mittels des integrierten Manipulatorsegments zumindest eines der von der Bereitstellungsstation bereitgestellten Werkzeuge aufzunehmen und durch Verfahren der Übergabevorrichtung entlang des vorgegebenen Verfahrweges in Richtung des Werkzeugmagazins zu transportieren. Darüber hinaus kann indes die an dem zuvor genannten Verfahrweg positionierte Eingreifvorrichtung eingerichtet sein, dass innerhalb des Manipulatorsegments transportierte Werkzeug, vorzugsweise durch spezifische Wechselwirkungen mit dem Manipulatorsegment, in eine neue, zur Einführung in das Werkzeugmagazin benötigte Ausrichtung zu orientieren, sodass die Überführungsvorrichtung ersteres Werkzeug letztendlich passgenau und effizient in die Aufnahme des entsprechenden Magazins überführen kann. Zur Gewährleistung eines beidseitigen Werkzeugwechsel kann der Prozess zur Einlagerung von Werkzeugen in das Werkzeugmagazin natürlich vorzugsweise auch umgekehrt angesteuert werden, sodass die Beladevorrichtung gleichermaßen in der Lage ist Werkzeuge von dem zumindest einem Werkzeugmagazin zu entnehmen und durch den Transport und die Übergabe an die Bereitstellungsstation einem Benutzer für die Weiterverarbeitung, beispielsweise für eine weitere Reparatur oder eine Bestandsanalyse, zugänglich zu machen.
Durch diese Ausgestaltung einer Beladevorrichtung für ein Magazin einer Werkzeugmaschine wird somit ein äußerst effizientes, voll-automatisierbares und mitunter für jedes zumindest extern kontaktierbare Werkzeugmagazin universell anwendbares Verfahren zur Bereitstellung und Einlagerung von Werkzeugen bereitgestellt. Insbesondere realisieren hierbei die Prozessmuster der unabhängig voneinander agierenden Bereitstellungsstation und der Übergabevorrichtung eine im Vergleich der Technik anpassungsfähigere und zugleich für den automatischen Werkzeugwechsel effektiver zu nutzende Methode: Da sich sowohl die Bereitstellungsstation, als auch die Übergabevorrichtung eigenständiger Bewegungsmechanismen bedienen, ist es beispielsweise möglich die Ein- und Ausgabe eines entsprechenden Werkzeugs in bzw. aus der Beladevorrichtung nicht mehr direkt oder in der Nähe des entsprechenden Werkzeugmagazins vollführen zu müssen, sondern diese gleichermaßen dezentral an einem vom Betrieb der jeweiligen Werkzeugmaschine distanzierten Interaktionsort zu verlagern. Dies hat insbesondere zur Folge, dass nicht nur die Sicherheit eines beliebigen, mit der Beladevorrichtung interagierenden Nutzers erheblich vergrößert, sondern gleichermaßen die Konstruktion der Beladevorrichtung so angepasst werden kann, dass sie lediglich eine minimale Arbeitsfläche einnimmt. So kann es beispielsweise möglich sein durch eine zunächst vertikale Ausrichtung der Bereitstellungsstation, den Verfahrweg der Übergabevorrichtung, und die damit zusammenhängende Führungskonstruktion, über die eigentliche Höhe der genutzten Maschinen zu verlagern, sodass die unter dem Verfahrweg liegende Arbeitsfläche weiterhin genutzt werden kann. Darüber hinaus besitzt die vorliegende Beladevorrichtung zudem den Vorteil durch die oben genannte Konstruktion sowie der automatischen Anpassung der Werkzeugausrichtung seitens der zumindest einen zusätzlichen Eingreifvorrichtung, ein auf das jeweilige Werkzeugmagazin anpassbares und somit universell nutzbares Ein- und Ausfuhrsystem zu gewährleisten. Entgegen Systemen, in denen einzuwechselnde Werkzeuge beispielsweise zusätzlich manuell zur genauen Einfuhr in ein Magazin spezifisch ausgerichtet werden müssen, ist es in der vorliegenden Vorrichtung möglich ebensolche Ausrichtungen sowohl automatisch, als auch in Relation zu einem von dem jeweiligen Magazin geforderten Richtmaß zu vollführen, sodass die vorliegende Erfindung mit jedem extern kontaktierbare Werkzeugmagazin kompatibel und anwendbar sein kann. Letztlich kann die vorliegende Beladevorrichtung deshalb aufgrund der oben genannten Eigenschaften auch explizit als Universalbeladevorrichtung genutzt werden, welche insbesondere in mit unterschiedlichen Werkzeugmaschinen versehenen Betrieben eine optimale und kostengünstige Möglichkeit zum einheitlichen und effizienten Austausch von Werkzeugen ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die beanspruchte Beladevorrichtung dabei zunächst zumindest zwei miteinander kontaktierte und aus belastbaren Materialen, wie etwa Stahl, Edelstahl, Aluminium oder kohlefaserbestärktem Kunststoff bestehende Trägerkonstruktionen umfassen, welche vorzugsweise eingerichtet sind die funktionalen Elemente der Beladevorrichtung zu tragen und so maßgeblich die geometrische Form letzteres definieren. Der Begriff „Trägerkonstruktion“ soll dabei unter keinen Umständen als limitierende Eigenschaft zu verstehen sein und sich beispielsweise lediglich auf horizontal orientierte Bauelemente beschränken, sondern im Gegenteil vermitteln, dass das Grundkonstrukt der angesprochenen Beladevorrichtung aus mehreren, in alle möglichen Richtungen ausgerichteten, tragenden Elementen bestehen kann. Dabei können die bestehenden Trägerkonstruktionen insbesondere bevorzugt modular austauschbar und/oder entlang zumindest einer Längsachse größenverstellbar sein, etwa durch eine Teleskop- oder modulierbare Fachwerkkonstruktion, sodass die Beladevorrichtung und die damit einhergehenden Verfahrwege der bereits oben genannten Vorrichtungen optimal an die Vorgaben, das heißt Schnittstellen, Kontaktpunkte oder weitere zur effizienten Werkzeugübertragung an die Beladevorrichtung gerichtete Bedingungen, eines jeweiligen Werkzeugmagazins angepasst werden können. Für einen besonders stabilen und somit energie- und belastungseffizienten Aufbau kann die Trägerkonstruktion zudem so konfiguriert sein, dass zumindest ein vertikales und/oder eine horizontales Verfahren bestehender Elemente der Beladungsvorrichtung ermöglicht wird, wodurch, insbesondere in den besonders bevorzugten Fällen, dass die Beladevorrichtung zusätzlich direkt und stützend an die Werkzeugmaschine oder das Werkzeugmagazin angebracht werden kann, ein zugleich effizient zu konstruierender, als auch zu modifizierender Aufbau ermöglicht wird.
Die Bereitstellungsstation, als einer der wesentlichen Elemente der Beladevorrichtung, kann dabei vorzugsweise an zumindest einem der Trägerkonstruktionen angebracht und zum besonders effektiven automatischen Werkzeugaustausch mit einer Reihe von Steuerungselementen versehen sein. So kann die Bereitstellungsstation zum Beispiel bevorzugt eine Schnittstelle zur Interaktion mit weiteren, vorzugsweise automatisiert betriebenen Werkzeugtransporteinheiten, aufweisen, sodass auch die Werkzeugein- und -ausgabe an der Bereitstellungsstation ohne Zutun eines weiteren Benutzers erfolgen kann. Zu diesem Zweck kann die Bereitstellungsstation beispielsweise eingerichtet sein mit zumindest einem Werkzeug beladene Transportfahrzeuge, sowohl solche, die durch einen Benutzer eigenständig geführt werden, als auch führerlose mithilfe von vordefinierten Interaktionselementen, wie etwa Andockabschnitten, Einrast- oder Nutstrukturen, an die Bereitstellungsstation zu positionieren und über einen vordefinierten Übertragungsmechanismus Werkzeuge wohldefiniert von der Bereitstellungsstation zu dieser Transporteinheit und zurück zu übertragen. Insofern kann es vorzugsweise auch möglich sein die vorgestellte Beladevorrichtung in eine vollautomatische Industrieanlage mit einer Vielzahl miteinander kommunizierenden und Werkzeug-austauschenden Werkzeugmaschinen zu integrieren.
Hinsichtlich des Transports einzuwechselnder Werkzeuge kann die Bereitstellungsstation zudem zumindest eine entlang eines vordefinierten Weges verfahrbare und zumindest ein Werkzeug aufnehmende Werkzeugbereitstellungsleiste umfassen, wodurch es der Bereitstellungsstation ermöglicht wird aufgenommenes Werkzeug dynamisch entlang eines Bereitstellungsverfahrweges zumindest zwischen einer ersten Bereitstellungsposition zur Entnahme und Übergabe von Werkzeugen an der Beladevorrichtung, beispielsweise für einen Benutzer oder die oben genannten Transporteinheiten, und einer zweiten Bereitstellungsposition zum Werkzeugwechsel mit der später genauer spezifizierten Übergabevorrichtung und zurück zu transportieren. Durch die so zusätzlich generierten Freiheitsgrade der Bereitstellungsstation ist die Beladevorrichtung somit in der Lage den Transportweg eines einzuwechselnden Werkzeugs in zumindest zwei unabhängig voneinander ansteuerbare Anteile (einen ersten seitens der Bereitstellungsstation und einen zweiten über das Verfahren der darauffolgenden Übergabevorrichtung) aufzuteilen, wodurch der Werkzeugwechselprozess noch effektiver ausgestaltet werden kann: Zum einen ist es mit diesem zumindest zweiteiligen System möglich die Arbeitszeit aufeinander folgender Wechselprozesse erheblich zu verkürzen, da beispielsweise während des Beladen und Verfahrens der Werkzeugbereitstellungsleiste ein bereits an die Übergabevorrichtung überreichtes Werkzeug zeitgleich durch die Übergabevorrichtung in das Werkzeugmagazin eingeführt bzw. etwas aus diesem entnommen werden kann. Zum anderen ermöglicht das vorliegende Merkmal jedoch auch den Verfahrweg des einzuwechselnden Werkzeugs, wie bereits beschrieben, noch effizienter an die Begebenheiten und Bedingungen der vorliegenden Arbeitsumgebung anzupassen, sodass mithilfe der vorliegenden Erfindung eine maximale Flexibilität bezüglich der räumlichen Ausgestaltung der Beladevorrichtung gewährleistet wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann deshalb die Werkzeugbereitstellungsleiste der Bereitstellungsstation auch derart konfiguriert sein, dass der oben genannte Bereitstellungsverfahrweg vorzugsweise vertikal ausgerichtet ist, wodurch, aufgrund eines in die Höhe verlagerbaren Verfahrweges der Übergabevorrichtung, der darunter liegende Arbeitsplatz weiterhin optimal genutzt werden kann.
Darüber hinaus kann die Werkzeugbereitstellungsleiste in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zum effizienten Austausch von Werkzeugen mit der Übergabevorrichtung bzw. an der Bereitstellungsstation eine Mehrzahl von Bereitstellungshalterungen aufweisen, welche es ermöglichen einzuwechselnde Werkzeuge an der Werkzeugbereitstellungsleiste wohldefiniert zu positionieren und somit die Automatisierung des Werkzeugwechselprozesses aufgrund von bevorzugt festgelegten und somit für ein Automatisierungssystem schnell zu analysierenden Werkzeugstandorten beschleunigt.
Die Bereitstellungshalterungen selbst können dabei vorzugsweise als Fassungsstruktur, in einem weiteren Ausführungsbeispiel jedoch auch lediglich als für die jeweiligen Werkzeugaufnahmen der Werkzeuge passgenau geformte Aushöhlung oder als mit einer speziellen Schließmechanik ausgestatteten Halterungsvorrichtung vorliegen. So können die Bereitstellungshalterungen beispielsweise mit einem Einrastmechanismus versehen sein, welcher ein jeweilig in die Bereitstellungshalterung eingeführtes Werkzeug nach Eingabe in die Werkzeugbereitstellungsleiste sicher fixiert und nach dem Transport zur zumindest ersten oder zweiten Bereitstellungsposition zur vereinfachten Entnahme wieder lösen kann. Darüber hinaus kann es möglich sein, dass auch bereits die Bereitstellungshalterungen mit einem internen Ausrichtesystem versehen sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel können die Bereitstellungshalterungen deshalb eingerichtet sein bereits eingefügte Werkzeuge, beispielsweise mit einer zu der Werkzeugaufnahme des jeweiligen Werkzeugs angepassten Fassungsgeometrie sowie einem integrierten geeigneten Dreh- und Einrastmechanismus, in eine vorbestimmte, vorzugsweise entlang der Längsachse des Werkzeugs drehbare Winkelausrichtung zu orientieren und bei Erhalt einer gewünschten Ausrichtung in den zuvor genannten Sicherungszustand zu verfallen. Durch einen solchen Prozess lässt es sich dementsprechend ermöglichen das in die Bereitstellungsstation eingefügte Werkzeug nicht nur bereits vor Übergabe an die Übergabevorrichtung zu orientieren, sondern diese Orientierung auch noch abhängig von der jeweiligen Aufnahmeart eines einzuwechselnden Werkzeugs (beispielsweise können letztgenannte Werkzeuge einen Steil-, einen Hohlschaftkegel oder jede andere Kegelform besitzen) durchzuführen, wodurch insbesondere eine vereinheitlichte Weitergabe und damit zusammenhängende Beschleunigung des Gesamt-Wechselprozesses bewirkt werden kann.
Zum Werkzeugwechsel zwischen der Werkzeugbereitstellungsleiste und der Übergabevorrichtung können die Bereitstellungshalterungen zudem so konfiguriert sein, dass zumindest eine zur Interaktion mit der Übergabevorrichtung spezifizierte Werkzeugschnittstelle an einem jeweilig zu wechselnden Werkzeug offengelegt oder zumindest ein Teil der entsprechenden Werkzeugaufnahme zur Kontaktierung mit der letztgenannten Übergabevorrichtung bereitgestellt wird. Dies ermöglicht insbesondere den Fall, dass in der Werkzeugbereitstellungsleiste gehaltenes Werkzeug durch effiziente mechanische Wechselwirkungen zumindest mit der Übergabevorrichtung aus der Werkzeugbereitstellungsleiste entnommen und/dieser hinzugefügt werden können.
So kann die Übergabevorrichtung beispielsweise bevorzugt so eingerichtet sein, dass sie zumindest mit einem an der Übergabevorrichtung angebrachten Manipulatorsegment in der Lage ist insbesondere durch Kontaktierung und Aufnahme zumindest eines einzuwechselnden Werkzeugs, ein jeweiliges Werkzeug aus der Werkzeugbereitstellungsleiste zu entnehmen und/oder dieses zielgerecht in eine der entsprechenden Bereitstellungshalterungen zu übergeben. Zu diesem Zweck kann das Manipulatorsegment in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel beispielsweise einen mechanischen, pneumatischen oder elektrischen Greifarm, jedoch auch eine jede andere Art von Effektorelement umfassen, welches eine sichere und zum Werkzeugtransport entlang des Verfahrweges der Übergabevorrichtung geeignete Aufnahme des Werkzeugs gewährleistet. Infolgedessen kann die Übergabevorrichtung vorzugsweise so eingerichtet sein, dass es mithilfe des Manipulatorsegments, genauer gesagt des dort integrierten Greifarms, zur Entnahme eines in der Werkzeugbereitstellungsleiste vorliegenden Werkzeugs ein in der Werkzeugbereitstellungshalterung positioniertes Werkzeug, bevorzugt wenn die Werkzeugbereitstellungshalterung in der zweiten Bereitstellungsposition vorliegt, an der oben genannten Werkzugschnittstelle kontaktiert oder tragend umschließt und durch weiteres, mechanisches Verfahren zumindest des Manipulatorsegments und/oder der Werkzeugbereitstellungsleiste aus der Bereitstellungshalterung entfernt.
Zur effizienten Übergabe von Werkzeugen von und an die Übergabevorrichtung kann das Manipulatorsegment zudem vorzugsweise zumindest um eine Übergabedrehachse drehbar und entlang einer, unabhängig vom Verfahrweg der Übergabevorrichtung agierenden Bewegungsachse translatorisch verfahrbar sein. So kann in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel die Übergabevorrichtung zum Beispiel, zumindest zusätzlich zum oben genannten Manipulatorsegment, einen zur Einstellung des Bewegungsmusters des Manipulatorsegment eingerichteten Übergabegrundkörper aufweisen, welcher, durch Kopplung an das Manipulatorsegment, letzteres weiter beweglich ausrichten und somit zur Positionierung von aufgenommenen Werkzeugen mit zusätzlichen Freiheitsgraden ausstatten kann. Insofern ist es in der vorliegenden Beladungsvorrichtung auch möglich nicht nur dessen gesamtgeometrische Aufbau, sondern auch die zur Werkzeugwechsel spezifizierte Übergabevorrichtung so an die jeweilige Werkzeugmaschine bzw. das Werkzeugmagazin anzupassen, dass der Werkzeugwechsel an einem dem Magazin möglichst optimal durchgeführt werden kann.
Um die Anpassungsfähigkeit der Übergabevorrichtung dabei weiter zu erhöhen, kann das Manipulatorsegment der Übergabevorrichtung ferner vorzugsweise abnehmbar aufsitzend auf dem Übergabegrundkörper positioniert werden. Auf diese Art ist es somit möglich das Manipulatorsegment schnell und effektiv von der Übergabevorrichtung, beispielsweise im Falle einer Reparatur, zur Neuadjustierung bestimmter Steuerungselemente oder gar zum Austausch einer der beiden Elemente, zu lösen. Gleichzeitig kann der Übergabegrundkörper mit einer Reihe von ansteuerbaren Führungselementen, zum Beispiel motorbetriebenen und in horizontal und/oder vertikal ausgerichteten Linearführungen, Schwenkführungen oder weiteren zum Verfahren zumindest von Teilen des Übergabegrundkörpers eingerichteten Bewegungselementen ausgestattet sein, welche es erlauben die so ermöglichten Bewegungsfreiheiten des Übergabegrundkörpers zumindest auch zum Teil an das Manipulatorsegment zu übertragen und somit spezifische und insbesondere zur Automatisierung ansteuerbare Bewegungsmuster des Manipulatorsegments zu realisieren.
Aus dem gleichen Grund kann das Manipulatorsegment der Übergabevorrichtung auch ferner vorzugsweise zumindest während des Austauschs von Werkzeug mit der Bereitstellungsstation in einer durch die Übergabevorrichtung vordefinierten Manipulatororientierung ausgerichtet sein, welche es dem Manipulatorsegment insbesondere erlaubt sich bei spezifischen Ausrichtungen der Werkzeuge innerhalb der Werkzeugbereitstellungsleiste oder beispielsweise aufgrund struktureller Vorgaben innerhalb der Bereitstellungshalterungen optimal zu positionieren.
Erfolgt nun eine Aufnahme zumindest eines einzuwechselnden Werkzeugs mithilfe des oben beschriebenen Manipulatorsegments, so kann die Übergabevorrichtung als Ganzes, das heißt mitsamt des Manipulatorsegments und des zumindest einem in diesem aufgenommenen Werkzeugs, in einem nächsten Schritt vorzugsweise konfiguriert sein, zumindest entlang des bereits genannten Verfahrweges von der zum Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsstation eingerichteten Position, fortführend auch erste Werkzeugwechselposition genannt, zu zumindest einer zweiten Werkzeugwechselposition zum Wechsel des Werkzeugs mit dem jeweiligen Werkzeugmagazin zu verfahren. Zu diesem Zweck kann die Übergabevorrichtung beispielsweise weitere Führungselemente, zum Beispiel motorisierte Roll- oder Schiebeführungen, umfassen, welche es erlauben mithilfe einer zusätzlichen, bevorzugt ebenso auf einer Trägerkonstruktion angebrachten und den Verfahrweg der Übergabevorrichtung definierenden Führungsschiene, die Übergabevorrichtung entlang des zuvor genannten Verfahrweges zu leiten. In einem besonders bevorzugtem Ausführungsbeispiel kann die Übergabevorrichtung selbstverständlich auch eingerichtet sein den oben genannten Verfahrweg durch diese Elemente nicht nur von der ersten zur zweiten Werkzeugwechselposition, sondern auch zurück verfahren zu können.
Der Verfahrweg der Übergabevorrichtung selbst kann hierbei bevorzugt, wie auch beim bereits beschriebenen Bereitstellungsverfahrweg der Werkzeugbereitstellungsleiste, in der vorliegenden Beladungsvorrichtung frei an die Struktur des jeweiligen Werkzeugmagazins anpassbar sein. Vorzugsweise kann dieser Verfahrweg und/oder die den Verfahrweg definierende Führungsschiene jedoch zumindest quer zur Verfahrrichtung der Werkzeugbereitstellungsleiste ausgerichtet sein, sodass sich für das einzuwechselnde Werkzeug als Gesamtweg innerhalb der Beladevorrichtung eine rechtwinklige und somit, wie bereits beschrieben, maximal effiziente Trajektorie ergibt.
Darüber hinaus kann, bevorzugt entlang des Verfahrweges der Übergabevorrichtung, das heißt zwischen der oben genannten ersten und zweiten Werkzeugwechselposition, und, in einem besonders bevorzugtem Fall, an der entsprechenden Führungsschiene kontaktiert, die Eingreifvorrichtung angeordnet sein. Wie bereits beschrieben ist es hierbei Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine anpassbare Beladevorrichtung zum effektiven und zugleich automatisierten Werkzeugwechsel an einem, im besten Fall, beliebigen Werkzeugmagazin zu realisieren. Ein seit jeher bestehendes Problem einer solchen Beladevorrichtung war es jedoch, dass, aufgrund von strukturellen, insbesondere durch DIN-Vorgaben bestimmten Unterschieden innerhalb derzeitiger Werkzeugaufnahmen (siehe z.B. DIN 69893), die Einführung in ein herkömmliches Werkzeugmagazin eine auf die Aufnahmeköcher des jeweiligen Magazins präzise ausgerichtete Neuorientierung des Werkzeugs benötigte. Diese Aufgabe wird nunmehr in der vorliegenden Erfindung durch die Einführung der Eingreifvorrichtung gelöst, indem die Eingreifvorrichtung das mithilfe der Übergabevorrichtung transportierte Werkzeug während des Verfahrens der Übergabevorrichtung zumindest um einen entlang der Längsachse des jeweiligen Werkzeugs ausgerichteten Übergabedrehwinkel dreht oder bevorzugt schwenkt.
Zu diesem Zweck kann die oben genannte Eingreifvorrichtung in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel zumindest einen beweglichen Mitnehmer umfassen, welcher eingerichtet ist die zuvor beschriebene Neuorientierung des einzuwechselnden Werkzeugs zumindest durch Schwenken des dieses Werkzeug haltendes Manipulatorsegments, und der damit zusammenhängenden Mitführung des Werkzeugs, um den gleichen Übergabedrehwinkel durchzuführen. Als Mitnehmer können dabei in diesem Fall insbesondere jene Maschinenteile verstanden werden, welche es ermöglichen, durch zumindest eine von dem Manipulatorsegment unabhängige Bewegung mit dem Manipulator zu wechselwirken und so die oben beschriebene Verschwenkung des Manipulatorsegments zu erzeugen.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der bewegliche Mitnehmer zur Realisierung dieses Mechanismus beispielsweise einen zu einem am Manipulatorsegment angebrachten Schwenkelement kompatiblen Eingreifabschnitt umfassen. Dabei kann der Eingreifabschnitt derart eingerichtet sein, dass beim und/oder durch das Verfahren der Übergabevorrichtung entlang des Verfahrweges, und der dadurch entstehenden Annäherung des Manipulatorsegments bzw. des spezifisch angebrachten Schwenkelements an die Eingreifvorrichtung, das Schwenkelement zunächst in den Eingreifabschnitt des Mitnehmers eingreifen und so eine zumindest zeitweilige Kontaktierung zwischen Eingreifvorrichtung und Manipulatorsegment bewirken kann. Diese Kontaktierung kann vorzugsweise daraufhin genutzt werden, um das Manipulatorsegment, und damit das getragene Werkzeug, um den gewünschten Übergabedrehwinkel zu verschwenken.
So kann der bewegliche Mitnehmer zu diesem Zweck beispielsweise vom beweglichen Mitnehmer selbst ausgehende, mechanische Kräfte nutzen, um das Manipulatorsegment letztendlich neu auszurichten: Zum einen kann es vorzugsweise möglich sein, durch einen eine am Mitnehmer angebrachte und extern ansteuerbare Kraftmaschine, wie etwa einen elektrisch, pneumatisch, thermisch oder chemisch angetriebenen Motor mitsamt den benötigten Gelenken, einzuführen, um entsprechende Schwenkkräfte zu erzeugen. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann der bewegliche Mitnehmer jedoch zum anderen auch, zumindest zusätzlich, die durch die während des Transports des Werkzeugs bewirkte Bewegung der Übergabevorrichtung nutzen, um einen solchen Effekt zu erzielen. Insbesondere in einem solchen Ausführungsbeispiel ist es somit möglich die Neuausrichtung des entsprechenden Werkzeugs in einem besonders effektiven Maße zu realisieren, da im letzteren Fall keine aktiven Ausrichtelemente implementiert und damit die Energie- und Kosteneffizient der vorliegenden Erfindung bei weitem gesteigert werden kann.
Ein solcher Fall kann beispielsweise bevorzugt dadurch erzeugt werden, dass der bewegliche Mitnehmer gleichermaßen um zumindest eine, vorzugsweise quer zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung ausgerichtete, Mitnehmerdrehachse schwenkbar ist. Zudem kann auch die Drehachse des Manipulatorsegments, fortfolgend als Manipulatordrehachse beschrieben, quer zur eben genannten Mitnehmerdrehachse ausgerichtet sowie eingerichtet sein, dass, durch Schwenken des beweglichen Mitnehmers um die Mitnehmerdrehachse, auch das Manipulatorsegment um die Manipulatordrehachse, vorzugsweise direkt um zumindest den einen Übergabedrehwinkel geschwenkt wird. Zur Weitergabe eventueller Kräfte durch die Bewegung der Übergabevorrichtung kann also insbesondere ein, ähnlich zu einem Kegelradgetriebe, um mehrere Achsen kraftübertragendes Drehmomentgetriebe genutzt werden, wodurch eine möglichst flexibel einsetzbares und zur individuellen Anpassung an die jeweilige Übergabevorrichtungsgeometrie anwendbares Kraftübertragungssystem realisiert werden kann.
Die zur Schwenkung des Manipulatorsegments benötigte Kraft kann indes vorzugsweise von diesem System mithilfe von durch das Bewegen der Übergabevorrichtung am beweglichen Mitnehmer erzeugten Rückstellkräften erzeugt werden. So kann bevorzugt beispielsweise zumindest durch die Kontaktierung des Eingreifabschnitts des beweglichen Mitnehmers mit dem Schwenkelement des Manipulatorsegments während des weiteren Verfahrens der Übergabevorrichtung ein ab einem vordefinierten Zeitpunkt der Bewegung der Übergabevorrichtung hinderndes und/oder gar entgegengesetztes Moment erzeugt werden, welches das Fortführen der Transportbewegung zumindest des Manipulatorsegments durch Wechselwirkungen beispielsweise mechanischer, pneumatischer, sterischer oder elektrischer Art, limitieren und entsprechende, für das Schwenken des Manipulatorsegments zu nutzende Gegenkräfte erzeugen kann. Insofern kann die vorliegende Beladevorrichtung somit vorzugsweise eine zur Einstellung des Übergabedrehwinkels ausgerichtete Eingreifvorrichtung beinhalten, welche zumindest Teile der Bewegungsenergie der sich verfahrenden Übergabevorrichtung nutzt und somit passiv, das heißt ohne Verwendung eigener Energie, sowie automatisch eine Schwenkung des in der Übergabevorrichtung enthaltenen Manipulatorsegments und des einzuwechselnden Werkzeugs bewirken kann. Dies ergibt insbesondere den Vorteil, dass eine Ausrichtung des letztgenannten Werkzeugs nicht nur zumindest während des Transports zwischen der ersten und zweiten Werkzeugwechselposition und damit dynamisch, das heißt ohne benötigtes Halten der Übergabevorrichtung, erfolgen kann, sondern gleichermaßen keine weitere Sensorik oder ähnliche Abmessungselemente benötigt werden müssen, da das Schwenkelement ebenso derart eingerichtet werden kann, dass es durch das Anfahren einer bestimmten Position innerhalb des Verfahrweges der Übergabevorrichtung immer in das Schwenkelement eingegriffen und somit die gewünschte Schwenkung erzeugen kann. Insofern kann es in einem besonders bevorzugtem Ausführungsbeispiel auch möglich sein die Eingreifvorrichtung derart zu konfigurieren, dass die Schwenkung des Manipulatorsegments um den zumindest einen Übergabedrehwinkel nicht nur für die Bewegungder Übergabevorrichtung von der ersten zur zweiten Werkzeugwechselposition, sondern auch zurück, vorzugsweise jedoch entgegen der ursprünglichen Schwenkbewegung um die Manipulatordrehachse, realisiert wird.
Darüber hinaus kann die Übergabevorrichtung der vorliegenden Beladevorrichtung vorzugsweise auch eingerichtet sein den Übergabedrehwinkel des Manipulatorsegments, beispielsweise im Falle einer Änderung innerhalb der genutzten Werkzeugaufnahmen, einer Integration der Beladevorrichtung an ein neues Maschinensystem oder einer Feinjustierung des Winkels, bevorzugt für ein jedes zu wechselnde Werkzeug neu zu definieren, wobei die Größe des Übergabedrehwinkels jedoch zumindest in einem Intervall von 15° bis 90°, in einem bevorzugten Fall insbesondere 30 ° bis 60°, liegen kann. Zu diesem Zweck können zum Beispiel an der Übergabevorrichtung und/oder der Eingreifvorrichtung zusätzliche spezielle Justierungselemente angebracht sein, welche, zumindest abhängig von dem Typ des einzuwechselnden Werkzeugs (zu nennen wären hier beispielsweise Fräß-, Bohr oder Schneidewerkzeuge) und dessen ursprünglichen Orientierung, in der Lage sind ein zum Werkzeugwechsel mit dem jeweiligen Werkzeug optimalen Übergabedrehwinkel zu ermitteln und einzustellen. Entgegen bekannter Beladevorrichtung ist es somit möglich die Anpassung der Werkzeugorientierung auf ein jedes einzuwechselnde Werkzeug zu spezifizieren, wodurch die vorliegende Erfindung nicht nur ein maximales Maß an Anpassungsfähigkeiten bzw. Kompatibilität erhält (insbesondere da ein jedes Werkzeug, abhängig vom jeweiligen Maschinensystem, bestimmten strukturellen Voraussetzungen unterlegen sein kann), sondern auch interne, aufgrund von fehlerhaften Anpassungen erzeugte Werkzeugwechselprobleme auf ein Minimum reduziert werden.
Zur Realisierung des oben genannten Justierungssystems können die zuvor beschriebenen Justierelemente vorzugsweise mit einem innerhalb der Beladevorrichtung integrierten Sensorsystem zur genauen Identifikation des jeweilig einzuwechselnden Werkzeugs und der Vermessung von für die Bestimmung des optimalen Übergabedrehwinkels benötigten Werkzeugparameter verbunden sein. So kann in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel das Sensorsystem bereits während der Eingabe, zumindest jedoch während des Transports des zu wechselnden Werkzeugs in der Bereitstellungsstation und/oder der Übergabevorrichtung, essentielle Werkzeugeigenschaften, wie etwa zumindest den oben genannten Werkzeugtyp oder die in der Übergabevorrichtung vorhandene Orientierung des Werkzeugs, identifizieren und diese daraufhin den Justierelementen zur Berechnungdes für den jeweiligen Werkzeugwechsels optimalen Übergabedrehwinkels weiterleiten. Die Identifizierung des zu wechselnden Werkzeugs durch das Sensorsystem kann dabei bevorzugt mechanisch, elektrisch, besonders bevorzugt jedoch optisch durchgeführt werden, sodass eine Wechselwirkung mit dem Werkzeug und daraus potentiell entstehende Schäden auf ein Mindestmaß reduziert werden können. Darüber hinaus kann es ebenso möglich sein durch das Sensorsystem parallel weitere, jedoch primär für den Werkzeugbetrieb benötigte Werkzeugeigenschaften, wie etwa die Beschaffenheit oder den Abnutzungsgrad des Werkzeugs in der Beladevorrichtung zu bestimmen, sodass die vorliegende Erfindung gleichermaßen zur Effektivitätssteigerung des Bearbeitungsprozesses an der Maschine und somit als zusätzliche Verbesserung des Maschinensystems genutzt werden kann.
Hinsichtlich der zur Einstellung des optimalen Übergabedrehwinkels bereitgestellten Justierelemente, kann zudem in der vorliegenden Erfindung als Justierelement jedes derartige Maschinenelement verstanden werden, welches zumindest über Wechselwirkung mit der Übergabevorrichtung und/oder der Eingreifvorrichtung eine Änderung der oben genannten Manipulator-Mitnehmer-Interaktion bewirken und so wiederholend und das gewünschte Ergebnis sicherstellend, den Übergabedrehwinkel beim Verschwenken des Manipulatorsegments auf eine vorgeschriebene Größe realisieren kann. Die Einstellung des Übergabedrehwinkels selbst kann dabei vorzugsweise auf mechanischem, elektrischem oder pneumatischem Weg, jedoch bevorzugt auch aus einer Kombination letzterer durchgeführt werden. Folgend kann beispielsweise, zumindest im Fall, dass die Schwenkbewegung des Manipulatorsegments, wie oben beschrieben, durch das Verfahren der Übergabevorrichtung bewirkt wird, zumindest ein bevorzugt modifizierbarer Übergabeenergiespeicher an der Übergabevorrichtung als Justierelement angebracht sein, welcher eingerichtet ist, den gewünschten Übergabedrehwinkel zumindest abhängig von einer in dem Übergabeenergiespeicher gespeicherten Energie festzulegen. Dabei soll der Begriff „Energiespeicher“ nicht einschränkend auf lediglich eine Energieart, wie etwa elektrische Energie, verstanden werden, sondern als allgemeines, zur Speicherung von jeder Art von Energie, das heißt auch zumindest mechanische, chemische oder Wärmeenergie, zu nutzendes Speichermodul verstanden werden.
Ein solcher Energiespeicher kann dabei insbesondere den Vorteil besitzen den Übergabedrehwinkel für ein jedes einzuwechselnde Werkzeug durch eine präzise und zugleich akkurat anzusteuernde Veränderung der gespeicherten Energie, gleichbedeutend mit einer vorbestimmten Ab- und/oder Zunahme letzterer, auf eine definierte Größe einzustellen. Als ein erstes Beispiel einer solchen bevorzugten Energiezelle sei hier beispielsweise eine Batterie, eine Halbleiterzelle oder jegliche weitere elektrische Speichereinheit zu nennen, welche derart mit dem Manipulatorsegment in Wechselwirkung steht, als das bei einer bestimmten Energie, hier die in der Batterie vorhandenen Ladungsmenge, das Manipulatorsegment (und damit das getragene Werkzeug) durch den beweglichen Mitnehmer lediglich um einen definierten Übergabewinkel geschwenkt werden kann. Darüber hinaus kann es der Beladevorrichtung vorzugsweise auch möglich sein, die in dem Übergabeenergiespeicher gespeicherte Energie wieder zu einem definierten Maß zu entnehmen oder weitere in ihr zu speichern, sodass ein präzises und insbesondere für den Werkzeugwechselprozess anpassbares und automatisierbares Werkzeugorientierungssystem realisiert werden kann.
Als ein zweites, in diesem Fall zur Erklärung einer bevorzugten mechanischen Energiezelle dienendes Beispiel, kann zudem vorzugsweise auch ein mit dem Manipulatorsegment kontaktiertes Druckfedersystem als Energiezelle genutzt werden, welches es erlauben kann, vorzugsweise je nach Ausdehnungsgrad der Feder (gleichbedeutend der gespeicherten potentiellen Energie), das Manipulatorsegment während des Schwenkvorgangs nur um einen vordefinierten Übergabedrehwinkel schwenken zu lassen. Ein solches mechanisches System kann dabei insbesondere den Vorteil besitzen die in ihr gespeicherte Energie durch eine Mehrzahl von Methoden verändern zu können, wodurch ein besonders flexibles und akkurates Justierelement hergestellt werden kann. So kann es beispielsweise möglich sein die in dieser Energiezelle gespeicherte (potentielle) Energie, parallel oder anstelle zu weiteren Änderungsmöglichkeiten, auch durch Änderung der Materialeigenschaften der Energiezelle (hier beispielsweise der Federkonstante oder der voreingestellten Spannung) zu modifizieren.
Ferner kann die vorliegende Beladevorrichtung insbesondere auch zum Werkzeugwechsel mit dem jeweiligen Werkzeugmagazin einen bevorzugt an die Struktur des Werkzeugmagazins anpassbaren und zur genauen Einführung und Entfernung von Werkzeug modifizierbaren Wechselmechanismus aufweisen. Zu diesem Zweck kann die Übergabevorrichtung zunächst eingerichtet sein bis zu der bereits genannten und zum Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin definierten zweiten Werkzeugwechselposition verfahren zu können, wobei letztere aufgrund der überaus flexiblen Struktur der Beladevorrichtung keine zwingend feste Ortsposition, sondern vorzugsweise lediglich jede Position entlang des Verfahrweges der Übergabevorrichtung darstellen kann, in welcher die Übergabevorrichtung zum Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin interagierbar ist. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Beladevorrichtungjedoch zumindest so eingerichtet sein, dass die Übergabevorrichtungfür jeden Werkzeugwechsel die für den Werkzeugwechselprozess effektivste, das heißt zeitlich kürzesten, zweite Werkzeugwechselposition auswählt.
An dieser zweiten Werkzeugwechselposition positioniert kann die Übergabevorrichtung daraufhin eingerichtet sein, vorzugsweise abhängig davon, ob ein Werkzeug in das Magazin eingeführt oder von diesem entnommen werden soll, eine Mehrzahl von fest definierten Bewegungsabläufen durchzuführen. So kann die Übergabevorrichtung beispielsweise zur Einführung eines am Greifarm des Manipulatorsegments gehaltenen Werkzeugs in das Magazin zunächst in einem ersten Schritt konfiguriert sein das einzuwechselnde Werkzeug vor den Aufnahmeköcher des Magazins zielgenau zu positionieren, sodass, unabhängig von der Ausgangsposition der Übergabevorrichtung, das jeweilige Werkzeug nach diesem ersten Schritt zumindest, entlang seiner Längsachse orientiert, vor dem als Lagerstelle zu nutzenden Aufnahmeköcher des Magazins positioniert ist.
Zu diesem Zweck kann, als besonders bevorzugter Mechanismus, der erste Schritt aus einer Schwenkbewegung des das Werkzeug tragenden Manipulatorsegments samt Greifarm, bevorzugt zumindest um eine zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung parallel ausgerichteten Greifarmdrehachse, bestehen. Mit anderen Worten kann das Manipulatorsegment zum Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin somit zumindest von einer ersten, vorzugsweise für den Transport eines Werkzeugs zwischen der ersten und der zweiten Werkzeugwechselposition genutzten Transportposition, wobei diese Transportposition vorzugsweise ebenso zum Halten und Überführen des Werkzeugs an die Bereitstellungsstation genutzt werden kann, und einer zweiten zum Werkzeugwechsel mit dem Magazin orientierten Magazinposition und zurück verschwenkbar angeordnet sein. Dies hat insofern den Vorteil, als dass nach dieser ersten Schwenkung das in dem Greifarm vorliegende, einzuführende Werkzeug bereits, bezogen auf die Orientierung der Magazinköcher des Werkzeugmagazins, passgenau an die Ausrichtungsbedingungen des jeweiligen Werkzeugmagazin angepasst werden kann, sodass das Werkzeug, nach einem bevorzugten ersten Schritt, bereits mit seiner Längsachse parallel zur Einführungsrichtung des zu nutzenden Magazinköchers angeordnet ist. Bezogen auf den oben genannten Bewegungsablauf kann dieser Mechanismus, wie auch folgende zum Werkzeugwechsel zu nennende Bewegungsabläufe, vorzugsweise durch die bereits genannten Führungselemente des Übergabegrundkörpers realisiert werden, wodurch, wie auch bereits beim Werkzeugwechsel mit dem Mitnehmer, die hier beschriebenen Bewegungen des Greifarms bzw. des Manipulatorsegment insbesondere unabhängig von der eigentlichen Verfahrbewegung der Übergabevorrichtung durchgeführt werden können.
In einem zweiten Schritt kann daraufhin das bereits für das Magazin entlang seiner Längsachse ausgerichtete Werkzeug durch zumindest eine weitere, entlang dieser Werkzeuglängsachse ausgerichteten, geradlinigen Bewegung in einen vorbestimmten Köcher des Werkzeugmagazins eingeführt werden. Da hierbei gleichermaßen die für das Einführen in den Köcher benötigte Werkzeugausrichtung um die Längsachse des Köchers bereits durch die zuvor beschriebene Eingreifvorrichtung durchgeführt wurde, ist eine weitere Orientierung oder Adjustierung des Werkzeug nicht mehr nötig und der Werkzeugwechsel mit dem Magazin kann auf nur wenige Verfahrensschritte benötogtes und damit effektiv und zeitsparendes Verfahrensschema beschränkt werden. Vorzugsweise kann jedoch zumindest das Werkzeugtragende Manipulatorsegment auch durch weitere Transversalbewegungen quer zur Längsachse des einzuwechselnden Werkzeugs bewegbar ausgerichtet sein, sodass, insbesondere im Falle, dass der Aufbau des Magazins eine Einführung des Werkzeugs nach der ersten Schwenkbewegung nicht zulässt, das einzuwechselnde Werkzeug dennoch vor den Magazinköcher orientiert und schließlich mit dem im zweiten Schritt beschriebenen Verfahren in das Magazin eingesetzt werden kann. Die Entnahme eines in dem Magazin gelagerten Werkzeugs kann darüber hinaus bevorzugt durch ein dem zuvor beschriebenen Einführmechanismus entgegengesetzten, das heißt rückläufigen, Entnahmemechanismus durchgeführt werden. Dabei kann der Greifarm des Manipulatorsegments vorzugsweise, wie auch bereits beim Werkzeugwechsel mit der Bereitstellungsstation genannt, ein zu entnehmendes Werkzeug an der Werkzeugschnittstelle umgreifen und mit einer (zuvor als zweiten Schritt beschriebenen) geradlinigen Bewegung entlang der Längsachse des Werkzeugs aus dem Magazinköcher entnehmen. Daraufhin kann ferner das Manipulatorsegment, mitsamt dem Werkzeug-tragenden Greifarm, vorzugsweise von der Magazinposition zumindest in die zuvor beschriebene Transportposition schwenken und so die Weitergabe an die Bereitstellungsstation initiieren.
Schlussfolgernd lässt sich erkennen, dass durch die zuvor genannten technischen Merkmale der vorliegenden Erfindung, eine Beladevorrichtungfür ein Werkzeugmagazin bereitgestellt werden kann, welche ein überaus effizienten, automatisierbaren und mitunter an ein jeweilig zu nutzende Magazin individuell anpassbaren Werkzeugwechselprozess ermöglicht. Hinsichtlich des Automatisierungsprozess kann die Beladevorrichtung dabei zusätzlich zumindest eine Steuereinheit umfassen, welche zumindest die zuvor genannten Maschinenelemente, beispielsweise durch einen vordefinierten, in die Steuereinheit implementierten, digitalen Prozessablauf, ansteuern und so einen maximal effizienten Werkzeugwechselprozess ermöglichen.
In einem besonders bevorzugtem Ausführungsbeispiel kann die Beladevorrichtung jedoch neben der besagten Steuereinheit auch zumindest eine für externe Signale zugängliche Empfängereinheit besitzen, welche beispielsweise Steuerungssignale von externen Quellen empfangen und zur externen Steuerung der Beladevorrichtung an die Steuereinheit weitergeben kann.
So kann es vorzugsweise auch möglich sein, dass die vorliegende Beladevorrichtung mit einem, gerade in größeren Prozessabläufen häufig verwendeten, zentralen Steuermodul, beispielsweise ein externes Serversystem, und/oder mit dem Steuerungssystem des zu nutzenden Werkzeugmagazins und/oder der Werkzeugmaschine verbindbar ist, wodurch ein noch effektiverer Werkzeugwechselprozess ermöglicht wird. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann es deshalb auch möglich sein, dass die Beladevorrichtung, durch die Kommunikation mit dem zentralen Steuermodul und/oder dem Steuerungssystem des Werkzeugmagazins bzw. der Werkzeugmaschine, den Werkzeugwechselprozess so automatisiert ansteuert, dass es ein gewünschtes Werkzeug in einer explizit von dieser Steuerungsquelle geforderten Zeit in das Werkzeugmagazin einführt und/oder aus diesem entnimmt. Insofern ist die vorliegende Beladevorrichtung somit in der Lage problemlos und effizient in den Werkzeugwechselprozess einer Werkzeugmaschine eingebunden zu werden, sodass nicht nur Wartezeiten aufgrund von in dem Werkzeugmagazin fehlenden Werkzeugen auf ein Minimum reduziert, sondern gleichermaßen auch ein gerade nicht mehr benötigtes Werkzeug automatisiert wieder, beispielsweise zur Nutzung in parallel arbeitenden Maschinen, bereitgestellt werden kann.
Darüber hinaus kann ein solches Steuersystem auch zur Verbesserung des eigentlichen Werkzeugwechselprozesses genutzt werden. Vorzugsweise kann es zum Beispiel möglich sein, dass neben den eigentlichen Steuerungsbefehlen seitens des zentralen Steuermoduls und/oder der Werkzeugmaschine bzw. des Werkzeugmagazins auch weitere Informationen, wie etwa Werkzeugdaten, Prozessdaten und/oder Systemdaten zu und von der Beladevorrichtung übermittelt werden können. So kann die vorliegende Beladevorrichtung bevorzugt beispielsweise in der Lage sein bereits vor dem Erhalt eines Werkzeugs und/oder bei dem Erhalt an der Bereitstellungsstation bzw. bei Entnahme eines Werkzeugs aus dem Werkzeugmagazin, Werkzeuginformationen in Form von Werkzeugdaten, wie etwa die Art des Werkzeugs, die benötigte oder vorliegende Werkzeugorientierung, -geometrie oder die Werkzeugbeschaffenheit zu erhalten und den Werkzeugwechselprozess auf Basis dieser Daten anzupassen.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel kann die Beladevorrichtung demnach auch derartig eingerichtet sein, dass sie Werkzeugdaten bezüglich eines einzuwechselnden Werkzeugs erhält und infolge, abhängig von den so erhaltenen Informationen über zumindest den Werkzeugtyp und der für das Werkzeugmagazin geforderten und/oder bestehenden Werkzeugorientierung des Werkzeugs, zumindest die zur genauen Einführung in das Werkzeugmagazin benötigte Werkzeugorientierung für ein jedes Werkzeug, insbesondere in Form eines spezifischen, neu zu definierenden Übergabedrehwinkels, automatisch neu einstellt.
Umgekehrt kann es der vorliegenden Beladevorrichtung jedoch auch möglich sein selbst Werkzeugdaten zu generieren und zur Verbesserung des Gesamtbearbeitungsprozesses der Werkzeugmaschine an das externe Serversystem oder die Werkzeugmaschine und/oder das Werkzeugmagazin zu versenden. Bevorzugt kann beispielsweise auch durch das bereits oben genannte, in die Beladevorrichtung implementierte Sensorsystem und die hierdurch zu realisierenden Vermessung eines Werkzeugs, Informationen bezüglich des Werkzeugtyps, der Werkzeugorientierung oder der Werkzeugbeschaffenheit eines momentan einzuwechselnden Werkzeugs erzeugen und zunächst als Werkzeugdaten, beispielsweise in einen internen Speicher der Beladevorrichtung, speichern. Diese können dann ferner, wie bereits beschrieben, zur Anpassung des Werkzeugwechselprozesses in der Beladevorrichtung genutzt, jedoch durch vorzugsweise auch durch das Versenden und Erhalten von Daten mit dem externen Serversystem und/oder der Werkzeugmaschine an letztere, zum Beispiel zu einem zentral nutzbaren Datenspeicher, weitergegeben und dort aktualisiert werden. Letztendlich lässt sich somit mithilfe der vorliegenden Erfindung ein Werkzeugwechselprozess realisieren, welche durch die angegebenen, technischen Merkmale nicht nur einen vollautomatischen und extern steuerbaren Austausch von Werkzeugen aus einem Werkzeugmagazin ermöglicht, sondern gleichermaßen auch den gesamten Bearbeitungsprozess innerhalb der Werkzeugmaschine durch Generierung von Werkzeuginformationen, Koordination mit bestehenden Werkzeugprozessen und dynamischer Werkzeugwechsel zur Minimierung von Standzeiten, wesentlich verbessert.
Figurenliste

1: zeigt eine erste Ansicht der erfindungsgemäßen Beladevorrichtung samt Werkzeugmagazin und Werkzeugmaschine mit der Übergabevorrichtung in der zweiten Werkzeugwechselposition und der Werkzeugbereitstellungsleiste in der zweiten Bereitstellungsposition;
2: zeigt die Beladevorrichtung der 1 in einer Seitenansicht sowie eine Detaildarstellung der Übergabevorrichtung, der Werkzeugbereitstellungsleiste und der Eingreifvorrichtung der Beladevorrichtung;
3A: zeigt die Detailansicht der Beladevorrichtung der 2 mit dem Manipulatorsegment der Übergabevorrichtung in der Magazinposition und dem Greifarm des Manipulatorsegments um ein Werkzeug umschlossen;
3B: zeigt die Detailansicht der Beladevorrichtung der 2 mit dem Manipulatorsegment der Übergabevorrichtung in der Transportposition und ein aus dem Magazin entnommenes Werkzeug tragend;
4A: zeigt die Detailansicht der 3B von einer Aufsicht;
4B: zeigt die Aufsicht der 4A mit der Übergabevorrichtung in der ersten Werkzeugwechselposition und dem Manipulatorsegment um einen im Vergleich zu 4A bestimmten Übergabedrehwinkel geschwenkt und der Übergabevorrichtung in der ersten Werkzeugwechselposition;
5A: zeigt eine Detailansicht der Übergabevorrichtung und der Werkzeugbereitstellungsleiste gemäß 4B als Frontansicht mit der Übergabevorrichtung in der ersten Werkzeugwechselposition und der Werkzeugbereitstellungsleiste in der zweiten Bereitstellungsposition;
5B: zeigt die Detailansicht der 5A mit der Übergabevorrichtung in der ersten Werkzeugwechselposition und der Werkzeugbereitstellungsleiste angehoben zur Übergabe des am Manipulatorsegments getragenen Werkzeugs;
6A: zeigt eine Detailansicht der Übergabevorrichtung und der Eingreifvorrichtung mit dem Manipulatorsegment in einer ersten Manipulatorstellung und den beweglichen Mitnehmer der Eingreifvorrichtung mit einer ersten Mitnehmerstellung;
6B: zeigt die Detailansicht der 6A als Frontansicht;
6C: zeigt die Detailansicht der 6A als Draufsicht;
7A: zeigt eine Detailansicht der Übergabevorrichtung und der Eingreifvorrichtung mit dem Manipulatorsegment in einer, in Relation zur ersten Manipulatorstellung um einen Übergabedrehwinkel geschwenkten, zweiten Manipulatorstellung und den beweglichen Mitnehmer der Eingreifvorrichtung in einer zweiten Mitnehmerstellung;
7B: zeigt die Detailansicht der 7A als Frontansicht;
7C: zeigt die Detailansicht der 7A als Draufsicht;
8: zeigt die Draufsicht der 1;

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 1 ist die zu erkennende Form einer Ausführungsform der Beladevorrichtung BL mitsamt eines Werkzeugmagazins M, welches hier als Kettenmagazin ausgebildet ist, und einer beispielhaften Ausführungsform der zum Werkzeugmagazin M zugehörigen Werkzeugmaschine WM dargestellt. Die Beladevorrichtung BL umfasst dabei als Basis zunächst ein Trägersystem 2, welches aus einer ersten, horizontal ausgerichteten und den Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 definierenden Trägerkonstruktion 4 und einen vertikal ausgerichteten, den Verfahrweg der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 und die erste Trägerkonstruktion 4 haltenden, zweiten Trägerkonstruktion 6 beinhaltet. Die Trägerkonstruktionen 4, 6 sind in diesem Fall als Fachwerk-Konstruktionen ausgebildet, sodass eine optimale Stabilität der Beladevorrichtung BL sowie der hinzugehörenden Elemente zu jeder Zeit gewährleistet werden kann. Darüber hinaus wurde die erste Trägerkonstruktion 4 so ausgerichtet, dass es entlang seiner Längsachse parallel zur Längsachse des Werkzeugmagazins M und somit insbesondere quer zur Längsachse der innerhalb des Werkzeugmagazins M eingeordneten Werkzeuge W liegt, wodurch sich ein besonders akkurater Werkzeugwechselweg eines Werkzeugs W innerhalb der Beladevorrichtung B realisieren lässt. Um gleichermaßen ein möglichst vielseitiges und im bedingten Fall auch möglichst einfach an- und abbaubares Werkzeugwechselsystem gewährleisten zu können, ist das Trägersystem 2 zudem so konstruiert, dass es seine eigene Last tragen und eigenmächtig, das heißt ohne weitere Befestigungs- oder Stützmittel, in der in 1 zu sehenden aufrechten Position verbleiben kann. Aus diesem Grund ist auch die erste in 1 zu sehende Trägerkonstruktion 4 lediglich mit dem Werkzeugmagazin M passgenau kontaktiert, obgleich es für in gewünschten Fällen auch an dieses befestigt oder zumindest lösbar, wie etwa mit einer Nut-Feder-Verbindung, einer Niet-Verbindung, einem Verbindungsbeschlag oder einer Verzahnung, montiert werden kann.
Die Bereitstellungsstation 7 ist in diesem Ausführungsbeispiel an der zweiten Trägerkonstruktion 6 angebracht und umfasst eine parallel zur zweiten Trägerkonstruktion 6 und somit ebenso vertikal ausgerichtete Laufschiene 8 sowie die an dieser Laufschiene 8 verfahrbare Werkzeugbereitstellungsleiste 10, welche in der 1 bereits in der zweiten Bereitstellungsposition BP2, das heißt zum Werkzeugwechsel mit der Übergabevorrichtung 14, positioniert gezeigt ist. Wie bereits genannt kann diese Werkzeugbereitstellungsleiste 10 entlang der Laufschiene 8 zumindest von dieser zweiten, gezeigten Bereitstellungsposition BP2 zu zumindest einer ersten, in diesem Fall weiter unten liegenden Bereitstellungsposition und zurück verfahren werden, sodass zumindest in der ersten Bereitstellungsposition eine Entnahme oder Zugabe von Werkzeugen W an die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 ermöglicht wird. Ein Werkzeugwechsel mit der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 an der ersten Bereitstellungsposition kann dabei manuell, in einem bevorzugten Beispiel jedoch auch automatisiert, insbesondere über eine extern betriebene Transporteinheit bzw. ein speziell zum Werkzeugwechsel an der der Beladevorrichtung BV ausgestaltetes Werkzeugtransportfahrzeug, wie etwa ein flurförderloses Transportfahrzeug, ein fahrerloses Transportfahrzeug oder ein Hubwagen samt integrierten Werkzeugwechselmechanismus, erfolgen. Letzteres besitzt dabei insbesondere den Vorteil, dass mithilfe der gezeigten Beladevorrichtung eine genaue und effiziente Anbindung von Werkzeugmaschinen an ein vollautomatisches Maschinensystem realisiert werden kann.
Neben einem zum Verfahren der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 an der Unterseite angebrachten Motor 11 verführt die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 zudem eine Reihe von parallel ausgerichteten Bereitstellungshalterungen 12, in welchen in diesem Fall zumindest acht einzuwechselnde Werkzeuge W eingebracht und zur Bereitstellung an die Übergabevorrichtung 14 positioniert werden können. Wie in 1 zu sehen, sind dabei die Bereitstellungshalterungen 12 zusätzlich parallel zur Längsachse des ersten Trägerkonstruktion 4 und somit gleichermaßen parallel zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 und der Längsachse des Werkzeugmagazins M ausgerichtet, wodurch sich, insbesondere durch Verfahren der Übergabevorrichtung 14 entlang des Verfahrweges bis zu einer direkt vor dem jeweiligen Werkzeug definierten Position (erste Werkzeugwechselposition WWP1), ein für die Übergabevorrichtung 14 gleicher Arbeitsabstand zu jedem dieser eingelagerten Werkzeuge W realisieren lässt. Die Bereitstellungshalterungen 12 selbst besitzen dabei, wie bereits beschrieben, spezielle Halterungsmechanismen, welche ein eingefügtes Werkzeug W bereits durch die Eingabe in die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 in eine zum Werkzeugwechsel mit der Übergabevorrichtung 14 optimiere Ausrichtung überführen. So forcieren die Bereitstellungshalterungen 12 im vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise eine Ausrichtung der Werkzeuglängsachse in zumindest vertikaler Richtung und sind zumindest so konstruiert, dass, unabhängig von der Art der jeweiligen Werkzeugaufnahme, ein jedes eingelagerte Werkzeug W letztendlich in der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 in einer gleichen, um die Werkzeuglängsachse rotierten Werkzeugorientierung vorliegen muss. Als Beispiel kann hierfür jedes Werkzeug W als Werkzeugaufnahme einen Hohlschaftkegel, einen Steilkegel oder einen Morsekegel besitzen und ist in der Bereitstellungshalterung so durch den Halterungsmechanismus zu orientieren, dass zunächst die Indexkerbe einer jeden Aufnahme quer zur Verfahrrichtung der Übergabevorrichtung 14 ausgerichtet sein muss.
2, welche den Aufbau der Beladevorrichtung BL der 1 erneut in einer detaillierteren Frontansicht zeigt, zeigt diese Merkmale, insbesondere die gleiche Ausrichtung der in der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 eingelagerten Werkzeugaufnahmen (gleiche frontal ausgerichtete Kerbe in jeder Aufnahme, siehe untere Vergrößerung), noch einmal genauer. Der Vorteil eines solchen Halterungsmechanismus' ergibt sich darin, dass sich die in die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 erfolgreich eingeführten Werkzeuge W bereits in einer vordefinierten Orientierung befinden, somit also für die Überführung in das Werkzeugmagazin M und die dafür benötigte Ausrichtung eines jeden Werkzeug W als Startrichtmaß bzw. als anfängliche Eichung der Werkzeugorientierung genutzt werden kann. Mit anderen Worten ermöglicht diese anfängliche Orientierung in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erst die eigentliche Einführung des Werkzeugs W in das Werkzeugmagazin M, da, durch die so bekannte Anfangsorientierung des Werkzeugs W und die letztendlich benötigte Endorientierung innerhalb des Werkzeugmagazin M, der zur Umorientierung benötigte Übergabedrehwinkel ÜW nun in einem besonders genauem Maß ermittelt werden kann. Darüber hinaus lässt sich zudem in 2 erkennen, dass die Bereitstellungshalterung 12, zusätzlich zu den genannten Ausrichtungen, auch zumindest einen Teil der durch die Bereitstellungshalterung 12 umfassten Werkzeugaufnahmen als eine Werkzeugschnittstelle 13 zur Kontaktierung des Werkzeugs W mit dem Manipulatorsegment 16 der Übergabevorrichtung 14 offenlegen, wodurch eine effiziente und zugleich wohldefinierte Methode zur Entnahme und Eingabe von Werkzeug W aus der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 realisiert wird.
Auf der in den 1 und 2 gezeigten rechten Seite der Beladevorrichtung BV, das heißt nahe dem Werkzeugmagazin M und in der zum Werkzeugwechsel mit dem Magazin M eingerichteten zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 positioniert, ist ferner die Übergabevorrichtung 14 dargestellt. Letztere umfasst dabei in diesem Ausführungsbeispiel insbesondere einen an motorisierten Führungsschlitten angebrachten Übergabegrundkörper 18 zum Verfahren der Übergabevorrichtung 14 entlang des vordefinierten Verfahrweges, sowie das an diesen Übergabegrundkörper 18 abnehmbar kontaktierte Manipulatorsegment 16. Der Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 selbst ist dabei durch eine entlang des ersten Trägerkonstrukts 4 angebrachte und mit den Führungsschlitten der Übergabevorrichtung 14 verbundene Führungsschiene 22 vorgeschrieben, wodurch es der Übergabevorrichtung 14 ermöglicht wird zumindest parallel zur Längsachse des Werkzeugmagazins M und somit quer zur Längsachse der in diesem gespeicherten Werkzeuge W sowie der Verfahrrichtung der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 zu verfahren. Der Übergabegrundkörper 18 der Übergabevorrichtung 14 umfasst zudem eine Mehrzahl an unabhängig agierenden und an das Manipulatorsegment 16 gekoppelten Führungselementen, sodass das Manipulatorsegment 16 zumindest eingerichtet ist horizontal, in einem besonderen Fall jedoch gleichermaßen vertikal, zu verfahren, als auch zur präzisen Interaktion mit dem Werkzeugmagazin M um eine parallel zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 ausgerichteten Greifarmdrehachse GAA zu schwenken. Darüber hinaus besitzt das Manipulatorsegment 16 zumindest einen Greifarm 17, welcher insbesondere konfiguriert ist ein in der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 und dem Werkzeugmagazin M gespeichertes Werkzeug W an der zuvor genannten Werkzeugschnittstelle 13 fixierend zu umgreifen und mithilfe der durch die Führungselemente der Übergabevorrichtung 14 ermöglichten Bewegungsmechanismen fortführend zu transportieren. Die für den Werkzeugwechsel zwischen Bereitstellungsstation 7 und Werkzeugmagazin M benötigte Neuausrichtung des einzuwechselnden Werkzeugs W wird ferner durch eine weitere, um die Längsachse des vom Manipulatorsegment 16 getragenen Werkzeugs W definierten Rotationsachse, fortführend auch als Manipulatorachse MPA (siehe z.B. 5B) beschrieben, ermöglicht, welche eine Schwenkung des Manipulatorsegments 14, und somit des das Werkzeug W tragenden Greifarms 17, um den gewünschten Übergabedrehwinkels ÜW realisiert.
Zwischen der Übergabevorrichtung 14 und der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 ist zudem direkt an dem Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 die zur Einstellung des zuletzt genannten Übergabedrehwinkels ÜW eingerichtete Eingreifvorrichtung 20, insbesondere also zwischen der ersten WWP1 und der zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 der Übergabevorrichtung 14, angebracht, welche im weiteren Verlauf spezifiziert werden soll. Dabei soll die Wirkungsweise letzteren nun zunächst durch eine Beschreibung eines typischen, mittels der Beladevorrichtung BV ermöglichten Werkzeugwechsels mit dem vorliegenden Werkzeugmagazin M, erläutert werden. Hinzuweisen sei darauf, dass der hierbei beschriebene Werkzeugwechselmechanismus der vorliegend Beladevorrichtung BV dabei nicht nur auf die Entnahme eines Werkzeugs W aus dem Werkzeugmagazin M beschränkt sein muss, sondern gleichermaßen auch eine Eingabe eines beliebigen Werkzeugs W an dieses Magazin M beinhalten kann. In einem besonders bevorzugten Fall ist dabei insbesondere der rückwärts-ablaufende Prozess der Werkzeugentnahme auch zur Eingabe eines Werkzeugs W in das Werkzeugmagazin M zu nutzen.
Die 3A und 3B zeigen zu diesem Zweck zunächst den mittels der Übergabevorrichtung 14 ermöglichten Prozess der Entnahme eines Werkzeugs W aus dem Werkzeugmagazin M. 3A beschreibt hierbei den Ausgangspunkt, in welchem die Übergabevorrichtung 14 zunächst bereits in der zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 positioniert und mit dem Manipulatorsegment 16 um die Greifarmachse GGA geschwenkt in der Magazinposition MGP vorliegt. Der Greifarm 17 des Manipulatorsegments 16 umgreift bereits haltend das zum Werkzeugwechsel zu nutzende Werkzeug W, sodass dieses durch weitere Bewegungen des Manipulatorsegments 16 aus dem jeweiligen Aufnahmeköcher 19 des Werkzeugmagazins M entfernt werden kann.
Aus diesem Grund sieht ein erster Schritt des Werkzeugwechselprozesses mithilfe der vorliegenden Erfindung vor, das ausgewählte Werkzeug W zunächst mithilfe definierter Bewegungen seitens des Manipulatorsegments 16 von der im Magazin gespeicherten Position in eine für den weiteren Transport mit der Übergabevorrichtung 14 geeignete Transportposition TP (siehe 3B) zu überführen. Zu diesem Zweck ist das Manipulatorsegment 16 zunächst eingerichtet das kontaktierte Werkzeug W mithilfe einer ersten Transversalbewegung entlang der Längsachse des Werkzeugs W aus dem Köcher 19 zu entnehmen und dieses so zu positionieren, dass es lediglich von dem Greifarm 17 umgriffen, frei vor dem zuvor als Speicherplatz genutzten Magazinköcher 19 orientiert ist. Durch die so gewonnen Freiheitsgrade kann das Werkzeug W daraufhin durch eine Schwenkbewegung des Manipulatorsegments 16 um die Greifarmdrehachse GAA so orientiert werden, dass dessen Längsachse bereits parallel zur Längsachse der in der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 gespeicherten Werkzeuge W orientiert ist, wodurch eine fortfolgende Ausrichtung und Weitergabe des Werkzeugs W an letzteren erheblich vereinfacht werden kann. Abhängig von der für die Entnahme aus dem Werkzeugmagazin M benötigten transversalen Ausrichtung des Manipulatorsegments 16, ist die Übergabevorrichtung 14 zudem dazu eingerichtet das Manipulatorsegment 16 schließlich in einem dritten Verfahrensschritt mithilfe der zuvor genannten, zur Transversalbewegung eingerichteten Führungselemente des Übergabegrundkörpers 18, zu einer bestimmten, als Transportposition TP vordefinierten, Position zu verfahren, wodurch die Übergabevorrichtung 14 letztendlich in einen transportbereiten Zustand überführt wird. Der letztgenannte Schritt ist dabei insofern erforderlich, als dass durch das Verfahren des Manipulatorsegments 16 an die Transportposition TP, das Manipulatorsegment 16 insbesondere zur Interaktion mit der Eingreifeinrichtung 20 und somit zur daraus folgenden Ausrichtung des getragenen Werkzeugs W justiert werden kann.
Die 4A und 4B zeigen ferner den nächsten Abschnitt des oben beschriebenen Werkzeugwechselprozesses der Beladevorrichtung BV, in welcher das nun in der Übergabevorrichtung 14 vorliegende Werkzeug W entlang der Führungsschiene 22 von der zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 der Übergabevorrichtung 14 (4A) zur ersten Werkzeugwechselposition WWP1 zum Werkzeugwechsel mit der Werkzeugbereitstellungsschiene 10 der Bereitstellungsstation 7 (4B) verfahren wird. 4A zeigt somit erneut die Ausgangssituation der 3B.
Da es, wie beschrieben, ein Problem vieler bestehender Beladevorrichtungen ist die Ausrichtung eines aus einem Werkzeugmagazin M entnommenen Werkzeugs W so zu orientieren, dass es mit den strukturellen Aufnahmebedingungen der Beladevorrichtungen (hier beispielsweise der Bereitstellungshalterungen 12 der Werkzeugbereitstellungsleiste 10) vereinbar wird, ist zur Lösung dieses technischen Problems in der vorliegenden Erfindung ein in die Beladevorrichtung BV integrierter, automatisierbarer Ausrichtungsmechanismus implementiert. Zu diesem Zweck ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Engreifvorrichtung 20 so eingerichtet, dass durch das Verfahren der Übergabevorrichtung 14 entlang des Verfahrwegs von der ersten zur weiten Werkzeugwechselposition WWP1, WWP2 und zurück, das Manipulatorsegments 16 derartig mit der Eingreifvorrichtung 20 wechselwirkt, dass das Manipulatorsegment 16 (und damit das von diesem getragene Werkzeug W) um die entlang der Längsachse des Werkzeugs W ausgerichtete Manipulatorachse MPA genau um den bestimmten Übergabedrehwinkel ÜW schwenkt, sodass das getragene Werkzeug W lediglich mit darauffolgenden, geradlinigen Bewegungen in die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 eingeführt werden muss.
Die 4A und 4B zeigen diese Schwenkbewegung explizit. In 4 ist die Übergabevorrichtung 14 weiterhin in der zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 gezeigt, sodass in diesem Fall noch keine Wechselwirkung mit der Eingreifvorrichtung 20 realisiert wurde. Das Manipulatorsegment 16 ist jedoch auch in dieser Position bereits um einen vordefinierten Winkel um die Manipulatorachse MPA ausgerichtet (erste Manipulatorstellung MP1), welcher sich insbesondere durch den Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin M ergibt und somit weiterhin für diesen (in einem hypothetischen zweiten Werkzeugwechselprozess) anwendbar ist. Erfolgt nun das Verfahren der Übergabevorrichtung 14 entlang der Führungsschiene 22 in Richtung Werkzeugbereitstellungsleiste 10 und erreicht die Übergabevorrichtung 14 die vorliegende Eingreifvorrichtung 20, so wechselwirkt zumindest das Manipulatorsegment 16 der Übergabevorrichtung 14 so mit der Eingreifvorrichtung 20, dass es zumindest an der erreichten ersten Werkzeugwechselposition WWP1 der Übergabevorrichtung 14 in einer um den Übergabedrehwinkel ÜW geschwenkten Ausrichtung (zweite Manipulatorstellung MP2) vorliegt (siehe auch 4B). Folglich muss in einem letzten Schritt zur Einführung des einzuwechselnden Werkzeugs W in die Werkzeugbereitstellungsleiste 10, letzteres lediglich durch geradlinige, bevorzugt horizontal ausgerichtete Bewegungen seitens des Manipulatorsegments 14 an eine zu nutzende Bereitstellungshalterung 12 herangeführt werden, sodass sich ein finaler, äußerst effektiver und insbesondere für automatische Prozesse geeigneter Übergabeprozess realisieren lässt.
5A und 5B zeigen diesen Übergabeprozess des von der Übergabevorrichtung gehaltenen Werkzeugs W an die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 der Bereitstellungsstation 7 in einer Detailansicht. In dem in 5A gezeigten Prozessschritt liegt das einzuwechselnde Werkzeug W bereits, wie auch in 4B, in einer durch die geradlinigen Bewegungen des Manipulatorsegments 16 an eine Bereitstellungshalterung 12 der Werkzeugbereitstellungshalterung 10 herangefahrenen Position vor. Insbesondere ist das Werkzeug W in dieser Position direkt oberhalb der zu nutzenden Bereitstellungshalterung 12, weiterhin mit der durch die Eingreifvorrichtung 20 generierten Ausrichtung, positioniert, sodass das Werkzeug durch eine weitere Vertikalbewegung in die Werkzeugbereitstellungshalterung 10 eingeführt werden kann. Dabei wird letztere Vertikalbewegung in diesem Ausführungsbeispiel durch das Heranfahren der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 an das weiterhin durch den Greifarm 17 gehaltenen Werkzeug vollführt. Insbesondere ist dabei die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 so eingerichtet, dass sie, nach dem Positionieren eines einzuwechselnden Werkzeugs W oberhalb einer freien Bereitstellungshalterung 12 seitens des Manipulatorsegments 16, sich langsam an das Werkzeug W annähert, bis dieses schließlich, bevorzugt eigenständig, von der Bereitstellungshalterung 12 getragen werden kann. Aufgrund der so erfolgenden Übergabe an die Werkzeugbereitstellungsleiste 10 kann der Greifarm 17 daraufhin die Kontaktierung mit dem Werkzeug W an der Werkzeugschnittstelle 13 lösen und somit die Werkzeugeinführung in die Bereitstellungsstation 7 erfolgreich beenden.
Die 6A bis 6C und 7A bis 7C zeigen zudem die Werkzeugausrichtung mittels der Eingreifvorrichtung 20 noch einmal detailliert. Dabei zeigen die 6A, 6B und 6C die Ausrichtung des Manipulatorsegments 16 kurz vor der Interaktion mit der Engreifvorrichtung (gesehen aus dem vorher beschriebenen Werkzeugentnahmeprozess) bzw. in der für den Werkzeugwechsel mit der Werkzeugmagazin M bestimmten Orientierung in einer dreidimensionalen Sicht (6A), einer zweidimensionalen Frontansicht (6B) und einer zweidimensionalen Draufsicht (6C). Die 7A bis 7C entsprechen hingegen den äquivalenten Darstellung dieses Prozesses nach Wechselwirkung mit der Eingreifvorrichtung 20 bzw. mit dem Manipulatorsegment 16 in der für den Werkzeugwechsel mit der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 orientierten Ausrichtung.
Zur genaueren Spezifizierung der zur Ausrichtung des Manipulatorsegments 16 führenden Wechselwirkung zwischen Eingreifvorrichtung 20 und dem Manipulatorsegment 16 soll zunächst der Aufbau der Eingreifvorrichtung 20 näher beschrieben werden: Die Eingreifvorrichtung 20 des vorliegenden Ausführungsbeispiels umfasst zunächst einen beweglichen Mitnehmer 24, ausgestaltet als parallel zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 ausgerichteter und zumindest eine Mitnehmerdruckfeder 34 beinhaltender Schwenkarm 30, welcher an einem unteren Ende fest mit einem Schienengrundkörper 31 der Eingreifvorrichtung 20 fixiert und an einem anderen Ende einen komplementär zu einem an dem Manipulatorsegment 14 angebrachten Schwenkelement 28 ausgebildeten Eingreifabschnitt 26 beinhaltet. Dabei ist der bewegliche Mitnehmer 24 selbst aufgrund des so ausgebildeten Schwenkarmmechanismus um zumindest eine Mitnehmerdrehachse MDA (siehe z.B. 6C) schwenkbar ausgerichtet und kann aufgrund der Gleichgewichtsverhältnisse der implementierten Mitnehmerdruckfeder 34 zumindest in zwei Gleichgewichtsstellungen vorliegen. Die 6A bis 6C zeigen hierbei den Mitnehmer 24 in einer ersten Gleichgewichtsstellung, auch erste Mitnehmerstellung MS1 genannt, und die 7A bis 7C die zweite Gleichgewichtsstellung, auch zweite Mitnehmerstellung MS2 genannt. Der den Eingreifabschnitt 26 umfassende Teil des Mitnehmers 24 ist zudem in eine mit dem Schienengrundkörper 31 verbundene Mitnehmerführungsschiene 32 eingelassen, welche ebenso parallel zur Verfahrrichtung der Übergabevorrichtung 14 ausgerichtet und zur Aufnahme zumindest des Schwenkelements 28 des Manipulatorsegments 16 eingerichtet ist.
Infolgedessen kann die Wechselwirkung des Manipulatorsegments 16 mit der Eingreifvorrichtung 20 wie folgt beschrieben werden: Fährt die Übergabevorrichtung 14 entlang des Verfahrweges von der ersten WWP1 zur zweiten Werkzeugwechselposition WWP2 oder zurück, so ist das Manipulatorsegment 16 aufgrund der vordefinierten Transportposition TP so eingerichtet, dass während des Verfahrens neben der Eingreifvorrichtung 20 das an dem Manipulatorsegment 16 angebrachte Schwenkelement 28 in die Mitnehmerführungsschiene 32 der Eingreifvorrichtung 20 einfährt und somit eine zeitabhängige Bewegungseinschränkung des Manipulatorsegments 16 bewirkt (Bewegungen des Schwenkelements 28 werden auf Richtungen parallel zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 beschränkt, siehe z.B. 6B). Fährt die Übergabevorrichtung 14 nun weiter entlang des vorgegebenen Verfahrweges, so greift der Eingreifabschnitt 26 des beweglichen Mitnehmers aufgrund der eindimensionalen Führung des Schwenkelements 28 an einer vorbestimmten Position in das Schwenkelement 28 ein und kontaktiert somit den beweglichen Mitnehmer 24 zumindest mit dem Manipulatorsegment 16 der Übergabevorrichtung 14. Diese Kontaktierung hat jedoch zur Folge, dass durch das weitere Verfahren der Übergabevorrichtung 14 entlang des Verfahrweges und die dadurch entstehende Bewegung des Schwenkelements 28 bzw. Schwenkung des Eingriffabschnitts 26 um die Mitnehmerdrehachse MDA, eine zunehmend in der Mitnehmerdruckfeder 34 steigende und der Bewegung des Schwenkelement 28 entgegengesetzte Kraft erzeugt wird. Insofern kann die vorliegende Mitnehmerdruckfeder 34 auch als mechanischer Bewegungsdämpfer des Schwenkelements angesehen werden.
Diesen Umstand folgend kann somit, je nach Eigenschaften der Mitnehmerdruckfeder 34, ab einem bestimmten Position des Schwenkelements 28 und der somit erzeugten Gegenkraft der Mitnehmerdruckfeder 34, eine Einschränkung der Schwenkelementbewegung bewirkt werden, wodurch sich, aufgrund des fortführenden Verfahrens der Übergabevorrichtung, ab diesem Punkt der Übergabegrundkörper 18 der Übergabevorrichtung 14 zunehmend in Relation zum Schwenkelement 28 vorwegbewegt und somit eine Schwenkung des gleichzeitig mit dem Übergabegrundkörper 18 und dem Schwenkelement 28 verbundenen Manipulatorsegments 16 bewirkt. Erreicht die Schwenkung des den Eingreifabschnitt 26 enthaltenen Mitnehmerabschnitts allerdings den Zustand der maximalen Druckfederkontraktion, d.h. den Fall, dass beide Abschnitte des beweglichen Schwenkarms 30 parallel zueinander ausgerichtet sein, so verringert sich bei weiterem Verfahren der Übergabevorrichtung 14 erneut die für die Schwenkung des Manipulatorsegments benötigte Gegenkraft innerhalb der Mitnehmerdruckfeder 34, bis hin zu dem Punkt, in welcher sich das Schwenkelement 28 aufgrund der Fixierung des beweglichen Mitnehmers 24 wieder aus dem Eingreifabschnitt 28 löst und so den beweglichen Mitnehmer 24 durch die sich automatisch einstellende Gleichgewichtsstellung der Mitnehmerdruckfeder 34 in die zweite Mitnehmerstellung MS2 führt.
Die Einstellung des sich so durch die Schwenkung ergebenen Übergabedrehwinkels ÜW wird indes in diesem Ausführungsbeispiel durch einen als zweite Druckfeder, auch Manipulatordruckfeder 36 genannt, realisierter Energiespeicher ermöglicht, welcher das Manipulatorsegment 16, genauer gesagt den Schwenkmittelpunkt des Manipulatorsegments 16, zusätzlich mit dem Übergabegrundkörper 18 der Übergabevorrichtung 14 drehbar und mechanisch wechselwirkend verbindet und derart eingerichtet ist, eine Fixierung der Manipulatorsegmentausrichtung zu bewirken, wenn die Manipulatordruckfeder 36 in eine Gleichgewichtsstellung, d.h. einen Zustand minimaler potentieller Energie, gelangt.
Die Manipulatordruckfeder 36 des vorliegenden Ausführungsbeispiels besitzt hierbei zumindest zwei dieser Gleichgewichtsstellung und ermöglicht somit die zwei bereits beschriebenen Ausrichtungen des Manipulatorsegments 16 zum Werkzeugwechsel mit dem Werkzeugmagazin M und der Bereitstellungsstation 7 (siehe z.B. die 6A bis 6C und 7A bis 7C). Als Beispiel soll die in den 6A bis 6C gezeigte Ausrichtung der Manipulatordruckfeder 36 als erste Gleichgewichtsstellung und die in den 7A bis 7C gezeigte Ausrichtung als zweite Gleichgewichtsstellung definiert werden. Die Überführung der Manipulatordruckfeder 36 von der einen in die andere Gleichgewichtsstellung erfolgt hierbei automatisch als Konsequenz der von der Mitnehmervorrichtung 20 realisierten Manipulatorsegmentausrichtung: Wird beispielsweise das Manipulatorsegment 16 durch den zuvor beschriebenen Mitnehmermechanismus von der in 6A bis 6C gezeigten Ausrichtung aus verschwenkt, so wird weiter auch die Manipulatordruckfeder 36 um einen, durch ihren Kontaktpunkt mit dem Manipulatorsegment 16 definierten, Drehwinkel verschoben und erfährt zunächst diesem Umstand erzwungen eine Abweichung aus ihrem ersten Gleichgewichtszustand, d.h. im mechanischen Sinne, eine zunehmende Kontraktion. Diesen Zustand fortführend kann daraufhin die Manipulatordruckfeder 36 von ihrer ersten Gleichgewichtsstellung in ihre zweite Gleichgewichtsstellung (siehe auch 7A bis 7C) überführt werden, indem durch das fortfahrende Schwenken des Manipulatorsegments 16, die durch diesen Prozess erzeugte maximale Potentialhürde (maximaler Kontraktionspunkt der Manipulatordruckfeder 36 entlang der Schwenkbewegung des Manipulatorsegments 16) innerhalb der Manipulatordruckfeder 36 überwunden wird.
Infolgedessen ist es möglich mithilfe des oben genannten Zwei-Zustandsmechanismus der Manipulatordruckfeder 36 eine äußerst effiziente und zugleich automatisierbare Einstellung des Übergabedrehwinkels ÜW des Manipulatorsegments 14 zu gewährleisten. Aufgrund der Tatsache, dass die Definierung des Übergabewinkels ÜW allein auf der mechanischen Einrichtung zweier einzustellender Gleichgewichtszustände beruht und diese aufgrund der Kontaktierung der Manipulatordruckfeder 36 mit dem Manipulatorsegment 16 passiv, das heißt ohne Zubringen weiterer Steuer- oder Antriebseinheiten, lediglich als Nebeneffekt der Manipulatorsegmentschwenkung ineinander überführt werden können, kann ein insbesondere äußerst anpassbarer und in jedes System integrierbarer Einstellungsmechanismus realisiert werden. Zudem erlaubt eine akkurate Veränderung der Gleichgewichtsbedingungen der Manipulatordruckfeder 36 eine sichere und somit fehlerunanfällige Möglichkeit den Übergabedrehwinkel ÜW zu jeder Zeit frei einstellen zu können. So ist es in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beispielsweise möglich über einen zusätzlichen Steuerungsmechanismus an der Manipulatordruckfeder 36 deren Materialeigenschaften, wie etwa die Federkonstante, die Federspannung oder Federlänge, ansteuerbar zu verändern, sodass sich infolgedessen die Positionen der Gleichgewichtsstellungen der Manipulatordruckfeder 36 und somit die mit diesen Gleichgewichtsstellung zusammenhängenden Manipulatorsegmentausrichtungen bzw. der sich daraus ergebende Übergabedrehwinkel ÜW einstellen lassen, ohne weitere Maschinenelemente oder gar Mechanismen negativ zu beeinflussen. Darüber hinaus erlaubt die oben genannte, Interaktion zwischen Manipulatordruckfeder 36 und Manipulatorsegment 16 sowohl einen ausgesprochen einfachen Austausch als auch eine komplette Modifizierung des Druckfedermechanismus. Infolgedessen kann beispielsweise, neben der hier genannten Manipulatordruckfeder 36, auch eine vollends andere Art von Energiespeicher, beispielsweise eine pneumatische oder durch elektrische Widerstände gesteuerte Maschine, ohne größeren Aufwand in das Manipulatorsegment 16 integriert werden.
Somit bietet die hier dargestellte Beladevorrichtung BV eine zugleich kostengünstige, anpassbare, insbesondere aber effiziente Vorrichtung zum Wechseln von Werkzeug W insbesondere für schwer zugängliche Werkzeugmaschinen WM und Magazine M. Ferner ergibt sich durch die zuvor genannten Elemente der Beladevorrichtung BV, sowie die hierdurch realisierbaren, genannten Werkzeugwechsel- und -transportprozesse, der schwerwiegende Vorteil, dass das Gesamtverfahren zum Wechseln von Werkzeugen W zwischen der Beladevorrichtung BV und dem Werkzeugmagazin M vollkommen automatisch vollzogen werden kann, sodass, insbesondere in Kombination mit der hohen Individualisierbarkeit der Vorrichtung und der so ermöglichten Integration in bisher lediglich manuell bestückbaren Werkzeugmaschinen WM, eine wesentliche Effizienzsteigerungen in letzteren erreicht werden kann.
8, welches erneut eine Gesamtansicht der Beladevorrichtung BV mitsamt dem ausgewählten Werkzeugmagazin M der Werkzeugmaschine M zeigt, verdeutlicht diese Vorteile noch einmal: Aufgrund des Vorteils, dass die vorliegende Beladevorrichtung BV aus zumindest zwei voneinander unabhängigen Transportmechanismen (Verfahren der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 und Verfahren der Übergabevorrichtung 14) besteht, kann die geometrische Struktur der Beladevorrichtung BV, insbesondere die Ausrichtung der Trägerkonstruktionen 4, 6, ganz an die Bedingungen des jeweilig zu beladenden Werkzeugmagazins M angepasst werden, wodurch sich eine möglichst individuell und damit für den jeweiligen Arbeitsbereich maximal effizienter Vorrichtungsaufbau realisieren lässt.
Ferner ermöglichen sowohl die Werkzeugwechselmethode an der der Bereitstellungsstation 7, als auch an der Übergabevorrichtung 14 höchste Individualität bei der Integration der Beladevorrichtung BV. So erlauben beispielsweise die Mehrzahl an Bewegungsfreiheitsgraden, die das Manipulatorsegment 16 aufgrund des Übergabegrundkörpers 18 der Übergabevorrichtung 14 besitzt, einen, je nach Magazinstruktur anpassbaren Werkzeugübergabe- und Entnahmemechanismus, wodurch die vorliegende Beladevorrichtung BV potentiell an allen extern kontaktierbaren Werkzeugmagazinen M genutzt werden kann. So kann beispielsweise in einem anderen Ausführungsbeispiel, bedingt durch die Struktur der Werkzeugmaschine WM, der Verfahrweg der Übergabevorrichtung 14 nicht oberhalb, sondern auf gleicher Höhe, quer ausgerichtet oder gar unterhalb des Werkzeugmagazins WM angebracht sein, und dennoch ließe sich durch entsprechendes Verfahren des Manipulatorsegmentes 16, insbesondere durch die zuvor genannten Ent- und Übernahmemechanismen, ein Werkzeugwechsel mithilfe der vorliegenden Beladevorrichtung BV effektiv durchführen. Darüber hinaus bietet, wie bereits beschrieben, auch die Bereitstellungsstation 7 die Möglichkeit Werkzeug W sowohl manuell, als auch automatisch, zum Beispiel über mit der Werkzeugbereitstellungsleiste 10 interagierbaren Transporteinheiten, an die Beladevorrichtung BV zu übergeben oder aus dieser zu entnehmen, wodurch nicht nur eine vollautomatische Prozessentwicklung begünstigt, sondern auch eine Anbindung einer zuvor eigenständigen Werkzeugmaschine WM in ein automatisches Maschinensystem realisierbar wird.
So kann in einem weiteren Ausführungsbeispiel die vorliegende Beladevorrichtung BV auch zur Integration der Werkzeugmaschine WM in ein solches Maschinensystem genutzt werden, indem Werkzeuge mithilfe von automatisierten Transporteinheiten zwischen einzelnen mit Ausführungsbeispiel der Beladevorrichtung BV verbundenen Werkzeugmaschinen WM transportiert und über die jeweiligen Beladevorrichtungen ausgetauscht werden können. Die Beladevorrichtung BV als solche kann somit gleichermaßen als Bindeglied für ansonsten nur separat funktionierende Werkzeugmaschinen WM genutzt werden.
Ferner kann es bevorzugt auch möglich sein die Beladevorrichtung BV datentechnisch mit einer oder einer Mehrzahl von Werkzeugmaschinen WM zu verbinden. Wie zuvor beschrieben können zu diesem Zweck beispielsweise eine Empfänger- und Sendeeinheit an jeder Beladevorrichtung BV vorhanden sein, welche Werkzeugdaten bezüglich einzuwechselnder Werkzeuge W von der Werkzeugmaschine WM, einer anderen Beladevorrichtung BV oder einer externen Quelle, wie etwa einen zentralen Server, erhalten und diese innerhalb der Beladevorrichtung BV dazu nutzen können den Werkzeugwechselprozess optimal einzustellen oder gar erst möglich zu machen. So kann in einem anderem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein automatisierter Werkzeugwechsel beispielsweise mittels erhaltener Werkzeugdaten derart eingerichtet werden, dass die Beladevorrichtung BV die Werkzeugdaten auswertet und einen für jedes zu wechselnde Werkzeug individuell optimierten Werkzeugwechselprozess berechnet - mitunter durch Identifizierung eines optimalen Übergabedrehwinkels ÜW, einer optimalen Übergabezeit und/oder einer Verweigerung des Werkzeugwechsels, falls dieses nicht entsprechenden Anforderungen der Beladevorrichtung BV genügt. Gleichermaßen kann jedoch auch die Beladevorrichtung BV Werkzeugdaten bezüglich eines einzuwechselnden Werkzeugs W, beispielsweise durch ein integriertes Sensorsystem, aufnehmen und diese an die Werkzeugmaschine, eine andere Beladevorrichtung BV und/oder Werkzeugmaschine WM oder die externe Quelle senden, sodass mithilfe der vorliegenden Erfindung ein interkommunikatives Maschinensystem WS ermöglicht wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1260754 A2 [0003]

Claims

Beladevorrichtung (BV) zum Wechseln von Werkzeug (W) eines Magazins (M) an einer Werkzeugmaschine (WZM), mit: - einer Übergabevorrichtung (14) zur Übergabe von Werkzeug (W) an das Magazin (M), wobei die Übergabevorrichtung (14) entlang eines Verfahrweges verfahrbar ausgestaltet ist und einen um zumindest eine Achse schwenkbaren Manipulator (16) aufweist; und - eine Bereitstellungsstation (7) zur Bereitstellung von Werkzeugen (W) für die verfahrbare Übergabevorrichtung (14); wobei die Beladevorrichtung (BV) zum Werkzeugwechsel am Magazin (M) derart eingerichtet ist, dass die Übergabevorrichtung (14) entlang des Verfahrweges zumindest zwischen einer ersten Werkzeugwechselposition (WWP1) zum Wechseln von Werkzeug (W) mit der Bereitstellungsstation (7) und einer zweiten Werkzeugwechselposition (WWP2) zum Wechseln von Werkzeug (W) mit dem Magazin (M) und zurück verfahrbar ist, und wobei die Beladevorrichtung (BV) eine Eingreifvorrichtung (20) zur Ausrichtung des Manipulators (16) um zumindest einen Übergabedrehwinkel (ÜW) aufweist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß Anspruch 1, wobei die Eingreifvorrichtung (20) eingerichtet ist zur Anpassung der Werkzeugorientierung eines aufgenommenen Werkzeugs den Manipulator (16) während des Verfahrens der Übergabevorrichtung (14) zumindest um den Übergabedrehwinkel (ÜW) zu schwenken.
Beladevorrichtung (BV) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Beladevorrichtung eingerichtet ist das Wechseln des Werkzeugs (W) am Magazin (M) bevorzugt automatisiert durchzuführen; und wobei das Magazin (M) bevorzugt als Kettenmagazin ausgeführt ist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Eingreifvorrichtung (20) einen beweglichen Mitnehmer (24) aufweist, und der bewegliche Mitnehmer (24) eingerichtet ist zur Anpassung der Werkzeugorientierung, den Manipulator (16) beim Verfahren der Übergabevorrichtung (14) zwischen zumindest der ersten Werkzeugwechselposition (WWP1) und der zweiten Werkzeugwechselposition (WWP2) um zumindest den einen Übergabedrehwinkel (ÜW) zu schwenken; und die Achse des Übergabedrehwinkels (ÜW) bevorzugt parallel zur Längsachse des zu wechselnden Werkzeugs (W) ausgerichtet ist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Manipulator (16) zumindest über einen Greifarm (17) zum Umfassen zumindest eines in einem Aufnahmeköcher (19) des Magazins (M) gehaltenen Werkzeugs (W) aufweist, und der Greifarm (17) für den Werkzeugwechsel am Magazin (M) zumindest um eine Greifarmdrehachse (GAA) von einer Transportposition (TP) zum Halten und Überführen des Werkzeugs (W) an zumindest die Bereitstellungsstation (7) zu einer Magazinposition (MGP) zum Werkzeugwechsel des Werkzeugs (W) mit dem Magazin (M) und zurück schwenkbar ist; wobei die Greifarmdrehachse (GAA) bevorzugt quer zur Längsachse des zu wechselnden Werkzeugs (W) ausgerichtet ist; und der Greifarm (17) bevorzugt unabhängig von der Bewegung der Übergabevorrichtung (14) schwenkbar ist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die verfahrbare Übergabevorrichtung (14) derart eingerichtet ist, dass der Greifarm (17) zum Werkzeugwechsel zumindest eines Werkzeugs (W) mit dem Magazin (M), um die Greifarmdrehachse (GAA) von der Transportposition (TP) in die Magazinposition (MGP) schwenkt und zumindest ein Werkzeug (W) an einer Werkzeugschnittstelle (13) umgreift, und der Greifarm (17) eingerichtet ist, nach dem Schwenken in die Magazinposition (MGP) zur Entnahme und Eingabe des umgriffenen Werkzeugs (W) an dem Magazin (M) entlang der Längsachse des Werkzeugs (W) zu verfahren.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bereitstellungsstation (7) zumindest eine verfahrbare Werkzeugbereitstellungsleiste (10) umfasst; und die Werkzeugbereitstellungsleiste (10) entlang eines Bereitstellungsverfahrweges von einer ersten Bereitstellungsposition zur Entnahme und Übergabe von Werkzeug (W) an die Beladevorrichtung (BV) zu zumindest einer zweiten Bereitstellungsposition (BP2) zum Werkzeugwechsel mit der verfahrbaren Übergabeeinheit (14) und zurück verfahrbar ist, und der Bereitstellungsverfahrweg der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) zwischen der zumindest ersten Bereitstellungsposition und der zweiten Bereitstellungsposition (BP2) bevorzugt vertikal ausgerichtet ist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest Anspruch 7, wobei die verfahrbare Werkzeugbereitstellungsleiste (10) eine Mehrzahl von Bereitstellungshalterungen (12) zur Positionierung von Werkzeugen (W) an der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) umfasst, und die Bereitstellungshalterungen (12) derart eingerichtet sind, dass zum Wechseln von Werkzeug (W) mit der Übergabeeinheit (14), die an der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) positionierten Werkzeuge (W) von dem Greifarm (17) des Manipulators (16) an der Werkzeugschnittstelle (13) umgreifbar sind; und wobei die verfahrbare Werkzeugbereitstellungsleiste (10) zur Entnahme und Übergabe von Werkzeug (W) an der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) mit der Übergabevorrichtung (14) einen Verfahrmechanismus entlang des Bereitstellungsverfahrweges aufweist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die verfahrbare Übergabeeinheit (14) entlang einer Führungsschiene (22) translatorisch von der ersten Werkzeugwechselposition (WWP1) zur zweiten Werkzeugwechselposition (WWP2) und zurück verfahrbar ist; wobei die Führungsschiene (22) bevorzugt quer zur Verfahrrichtung der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) ausgerichtet ist; und die Eingreifvorrichtung (20) entlang der Führungsschiene (22), bevorzugt zwischen der ersten Werkzeugwechselposition (WWP1) und der zweiten Werkzeugwechselposition (WWP2), kontaktiert ist.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Übergabevorrichtung (14) einen Mechanismus zur Definierung des zumindest einen Übergabedrehwinkels (ÜW) des Manipulators (16) umfasst; wobei der Übergabedrehwinkel (ÜW) zwischen 15° und 90°, bevorzugt 30° bis 60°, liegt; und wobei die Übergabevorrichtung (14) eingerichtet ist die Definierung des Übergabedrehwinkels (ÜW) zur Werkzeugorientierung des einzuwechselnden Werkzeugs (W) automatisch durchzuführen.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der bewegliche Mitnehmer (24) der Eingreifvorrichtung (20) zumindest einen Eingreifabschnitt (26) zum Kontaktieren mit einem Schwenkelement (28) des Manipulators (16) umfasst; wobei der Eingreifabschnitt (26) der Eingreifvorrichtung (20) derart eingerichtet ist, dass beim Verfahren der Übergabevorrichtung (14) entlang des Verfahrweges das Schwenkelement (28) in den Eingreifabschnitt (26) eingreift, sodass der Manipulator (16) zumindest um den einen Übergabedrehwinkel (ÜW) geschwenkt wird.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der bewegliche Mitnehmer (24) der Eingreifvorrichtung (20) um eine Mitnehmerdrehachse (MDA) schwenkbar ist, welche quer zum Verfahrweg der Übergabevorrichtung (14) angeordnet ist; und wobei der Manipulator (16) eine zumindest zur Mitnehmerdrehachse (MDA) quer ausgerichtete Manipulatordrehachse (MPA) umfasst; wobei der bewegliche Mitnehmer (24) derart eingerichtet ist, dass durch Schwenken des beweglichen Mitnehmers (24) um die Mitnehmerdrehachse (MDA) der Manipulator (16) um den zumindest einen Übergabedrehwinkel (ÜW) geschwenkt wird.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Übergabevorrichtung (14) zumindest einen bevorzugt ansteuerbaren Übergabekraftspeicher (36) zur Einstellung des Übergabedrehwinkels (ÜW) der Übergabevorrichtung (14) umfasst; wobei der Übergabekraftspeicher (36) eingerichtet ist, abhängig von einer in dem Übergabekraftspeicher (36) gespeicherten Energie, den zumindest einen Übergabedrehwinkel (ÜW) des Schwenkprozesses des Manipulators (16) festzulegen.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beladevorrichtung (BV) eingerichtet ist, durch die Werkzeugmaschine (WM), das Werkzeugmagazin (M) oder ein externes Serversystem, Werkzeugdaten bezüglich der von dem Magazin (M) entnommenen Werkzeuge (W) und/oder Werkzeugdaten bezüglich der durch die Beladevorrichtung (BV) zu wechselnden Werkzeuge (W) zu erhalten; und die Beladevorrichtung (BV) derart eingerichtet ist, Werkzeugdaten an die Werkzeugmaschine (WM), das Magazins (M) und/oder das externe Serversystem zu übertragen.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Bereitstellungsstation (7) und/oder die Übergabevorrichtung (14) ein Sensorsystem zur Identifizierung des zu wechselnden Werkzeugs (W) aufweist; und das Sensorsystem derart eingerichtet ist, zumindest den Werkzeugtyp und/oder die Orientierung des einzuwechselnden Werkzeugs (W) zu identifizieren und als Werkzeugdaten zu speichern; und die Identifizierung des zu wechselnden Werkzeugs (W) durch das Sensorsystem bevorzugt optisch durchgeführt wird; und wobei die Beladevorrichtung (BV) einen internen Speicher zur Speicherung der von dem Sensorsystem generierten Werkzeugdaten umfasst.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beladevorrichtung (BV) derart eingerichtet ist, dass sie, abhängig vom Werkzeugtyp und/oder der Werkzeugorientierung des einzuwechselnden Werkzeugs (W), den Übergabedrehwinkel (ÜW) des Manipulators (16) neu einstellt; wobei zur Identifizierung des Werkzeugtyps und/oder der Werkzeugorientierung des einzuwechselnden Werkzeugs (W) zumindest die Werkzeugdaten des Sensorsystems und/oder des externen Serversystems genutzt werden.
Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Beladevorrichtung (BV) eine lösbare Kontaktierung, wie etwa mit einer Nut-Feder-Verbindung, einer Niet-Verbindung, einem Verbindungsbeschlag oder einer Verzahnung, mit dem Magazin (M) und/oder der Werkzeugmaschine (WM) besitzt; und wobei die Beladevorrichtung (BV) mit dem Steuerungssystem des Magazins (M) und/oder der Werkzeugmaschine (WM) verbunden ist, so dass die Beladevorrichtung (BV), abhängig von dem Werkzeugtyp und/oder der Werkzeugorientierung des einzuwechselnden Werkzeugs (W), das Magazin (M) und die Bereitstellungsstation (7) automatisiert ansteuert und dem Magazin (M) und der Bereitstellungsstation (7) das einzuwechselnde Werkzeug (W) automatisiert mit einer vordefinierten Werkzeugorientierung übergibt.
Werkzeugbeladesystem (WS) zum Wechseln von Werkzeug (W) eines Magazins (M) an einer Werkzeugmaschine (WM), umfassend: - die Beladevorrichtung (BV) nach zumindest einem der vorhergehenden Ansprüche; und - zumindest eine mit der Beladevorrichtung (BV) des Magazins (M) kontaktierte Werkzeugmaschine (WM) und/oder zumindest ein zum Transport und zum Wechsel von Werkzeug (W) an die Beladevorrichtung (BV) ausgestaltetes Werkzeugtransportfahrzeug, insbesondere bevorzugt ein Flurförderloses Transportfahrzeug, ein Fahrerloses Transportfahrzeug oder ein Hubwagen.
Verfahren zum Wechseln von Werkzeug (W) eines Magazins (M) an einer Werkzeugmaschine (WZM) mittels einer Beladevorrichtung (BV) gemäß zumindest einem der vorstehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Wechseln zumindest eines Werkzeugs (W) durch den Manipulator (16) der Übergabevorrichtung (14) mit dem Magazin (M) und der Bereitstellungsstation (7); - Verfahren des einzuwechselnden Werkzeugs (W) mittels der Übergabevorrichtung (14) entlang eines Verfahrweges zwischen zumindest einer ersten Werkzeugwechselposition (WWP1) zum Wechseln von Werkzeug (W) mit der Bereitstellungsposition (7) und einer zweiten Werkzeugwechselposition (WWP2) zum Wechseln von Werkzeug (W) mit dem Magazin (M) und zurück; - Schwenken des Manipulators (16) zur Anpassung der Werkzeugorientierung um zumindest einen Übergabedrehwinkel (ÜW).
Verfahren nach Anspruch 19, wobei zusätzlich zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt wird: - Schwenken des Manipulators (16) zum Wechseln von Werkzeug (W) mit dem Magazin (M) um zumindest eine quer zur Längsachse des zu wechselnden Werkzeugs W angeordneten Greifarmdrehachse (GAA); - Verfahren der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) bevorzugt vertikal, zumindest von einer ersten Bereitstellungsposition zur Entnahme und Übergabe von Werkzeug (W) an die Beladevorrichtung (BV) zu zumindest einer zweiten Bereitstellungsposition (BP2) zum Werkzeugwechsel mit der verfahrbaren Übergabevorrichtung (14) und zurück; - Einführen und Entnehmen des Werkzeugs (W) aus dem Magazin (M) durch Verfahren des Greifarms (17) die die Übergabevorrichtung (14) entlang der Längsachse des zu wechselnden Werkzeugs (W); - Einführen und Entnehmen des zu wechselnden Werkzeugs (W) aus zumindest einer Bereitstellungshalterung (12) der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) mittels der verfahrbaren Übergabevorrichtung (14) durch Positionieren des Greifarms (17) des Manipulators (16) über eine gewählte Bereitstellungshalterung (12) und Verfahren der Werkzeugbereitstellungsleiste (10) parallel zur Längsachse des zu wechselnden Werkzeugs (W); - Einstellen des Übergabedrehwinkels (ÜW) des Manipulators (16) anhand von ermittelten und/oder von einem externen System erhaltenen Werkzeugdaten des einzuwechselnden Werkzeugs (W).