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Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares, flexibles Werkzeugmaschinensystem mit mindestens einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung, in der bestimmte Bearbeitungsaufgaben, wie beispielsweise Stanzen, Biegen, Montageschritte und dergleichen, an individuell zuführbaren Werkstücken ausgeführt werden sollen.
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Zum Hintergrund der Erfindung sind verschiedene bekannte Grundkonzepte flexibler Werkzeugmaschinensystem zu erörtern. Bislang umgesetzte Maschinenkonzepte basieren auf einem modularen Baukasten-Prinzip und ermöglichen dadurch eine gewisse Anpassungsfähigkeit an das jeweilige Anforderungsprofil der herzustellenden Produkte. Diese sind z.B. aus der Patentschrift
EP 2 762 271 B1 bekannt. Diese Maschinen wurden, speziell im Bereich des Sondermaschinenbaus rund um ein Produkt herum kreiert und zugeschnitten auf dieses konzipiert. Kernbestandteile dieses Modulsystems sind quaderförmige Halterungsmodule zur Anbringung von Bearbeitungsmodulen, wobei ein vorbestimmtes Raster für die Bearbeitungsmodule vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das System wenigstens einen an dem Halterungsmodul befestigten Montageadapter mit einer Montageplatte zur Anbringung weitere Bearbeitungsmodule. Insgesamt ist eine gewisse Flexibilisierung für den Aufbau eines Werkzeugmaschinensystems mit diesem bekannten Konzept erzielbar, was jedoch im Hinblick auf die ständig steigenden Anforderungen an die Variabilität von Produktionsanlagen insbesondere im Sondermaschinenbau und eine erhöhte Individualisierung von Produkten bis zu sehr niedrigen Losgrößen noch erheblich verbesserungsbedürftig ist.
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Aus der
DE 100 073 380 A1 ist ein modulares, flexibles Werkzeugmaschinensystem bekannt, das ein Grundgestell, mindestens einen um eine vertikale Maschinenachse angetriebenen Werkzeug-Modulträger auf dem Grundgestell, an jedem Werkzeug-Modulträger mindestens zwei über die Umfangsrichtung um die Maschinenachse peripher verteilt angeordnete, auswechselbare Werkzeug-Module sowie eine unter dem Werkzeug-Modulträger angeordnete Werkstück-Transporteinrichtung mit einer um die Maschineachse peripher verlaufenden Werkstück-Transportbahn aufweist.
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Dieses Werkzeugmaschinensystem ist hinsichtlich Flexibilität und Anpassbarkeit an unterschiedliche Bearbeitungsaufgaben verbesserungsbedürftig.
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Das Weiteren sind grundsätzlich Linearmotorfördersysteme bekannt, welche einen unabhängigen Produkttransport ermöglichen. Diese sind z.B. in
EP 3 149 840 B1 beschrieben. Ferner sind auf diesem Konzept beruhende Linearfördersysteme bekannt, welche in ihrem Aufbau individuell gestaltet werden können. Hierbei werden, ähnlich wie bei einem Schienensystem einer Eisenbahn, durch unterschiedliche Geraden-, Kurvensegmente und Weichen individuelle Umlaufsysteme gestaltet. Angepasste Werkstückträger können in Vielfach-Reihung entlang dieser Linearfördersysteme beispielsweise individuell und separat voneinander angesteuert transportiert, von einer entsprechenden Förderbahn auf eine andere Förderbahn übergeführt oder an eine Bearbeitungsstation übergeben werden. Derartige Linearmotorfördersysteme haben ein bislang ungenutztes Potenzial zum Aufbau individuell anpassbarer modularer, flexibler Werkzeugmaschinensystem.
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Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein modulares, flexibles Werkzeugmaschinensystem mit mindestens einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung bereitzustellen, was sich durch eine gegenüber bekannten Systemen erheblich verbesserte Flexibilität und Anpassbarkeit an individuelle Anforderungen bei jeweiligen Werkstück-Bearbeitungsschritten auszeichnet.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Werkzeugmaschinensystem mit mindestens zwei Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen, welche umfassen:
- - ein Grundgestell,
- - mindestens einen, um eine vertikale Basishauptachse rotatorisch angetriebenen Werkzeug-Modulträger auf dem Grundgestell,
- - an dem mindestens einen Werkzeug-Modulträger mindestens zwei über die Umfangsrichtung um die Basishauptachse peripher verteilt angeordnete, auswechselbare Werkzeug-Module, sowie
- - eine über oder unter dem mindestens einen Werkzeug-Modulträger angeordnete Werkstückträger-Transporteinrichtung mit einer horizontalkoaxial um die Basishauptachse peripher umlaufenden Werkstückträger-Transportbahn, mit welcher Werkstückträger-Transporteinrichtung
- = einzelne Werkstückträger individuell gesteuert von einer Werkstückträger-Zuführung des Werkzeugmaschinensystems auf die Werkstückträger-Transporteinrichtung übernehmbar und auf die Werkstückträger-Zuführung rückführbar sind,
- = jeder Werkstückträger individuell gesteuert entlang der Werkstückträger-Transportbahn an eine Bearbeitungsposition eines Werkzeug-Moduls verfahrbar ist, und/oder
- = bei einem stationär in einer Position entlang der Werkstückträger-Transportbahn an der Werkstückträger-Transporteinrichtung positionierten Werkstückträger mindestens eines der Werkzeug-Module des mindestens einen Werkzeug-Modulträgers durch dessen Rotation in die Position des stationären Werkstückträgers verbringbar ist.
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Diese Basisanordnungen sind durch eine wiederum frei programmierbare Werkstückträger-Linearfördereinrichtung verbunden, mit der jeder Werkstückträger individuell gesteuert entlang der Werkstückträger-Linearfördereinrichtung zu unterschiedlichen Bearbeitungspositionen von Werkzeug-Modulen der unterschiedlichen Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen oder Übergabepositionen zu den Werkstückträger-Transporteinrichtungen der unterschiedlichen Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen verfahrbar ist.
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Durch die erfindungsgemäße Kombination des unabhängig angetriebenen Werkzeug-Modulträgers mit der ebenfalls individuell ansteuerbaren Werkstückträger-Transporteinrichtung können die einzelnen Werkstückträger angepasst an den jeweiligen Bearbeitungszweck des Werkzeugmaschinensystems mit einer Vielzahl von Bewegungsfreiheitsgraden gezielt manipuliert werden.
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Dadurch ist es zum einen möglich, die an den Werkzeug-Modulträgern befestigten Werkzeugmodule und die damit verbundenen Werkzeuge zu beispielsweise einem an der Werkstückträger-Transporteinrichtung feststehenden Werkstückträger hin schwenken zu lassen. Dabei können die unterschiedlichen Bearbeitungsstationen, sowie die damit einhergehenden unterschiedlichen Prozesse individuell, auf einem Punkt konzentriert, zum Einsatz gebracht werden. Somit können z.B. Prozesse die nur selten für eine bestimmte Produktvariante benötigt werden, platzsparend bevorratet werden. Außerdem ist es dadurch möglich, Stationen während laufender Produktionen zu rüsten, indem die Stationen auf dem gerade nicht zum Einsatz kommendem Bereich des jeweiligen Werkzeug-Modulträgers montiert werden. Die restliche Maschine kann ungehindert weiter produzieren.
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Zum anderen können Werkstückträger auch entlang der peripher umlaufenden Werkstückträger-Transportbahn sukzessive zu entlang des Werkzeug-Modulträgers peripher verteilt angeordneten Werkzeug-Module verfahren und somit aufeinanderfolgenden, durch die jeweiligen Werkzeug-Module umgesetzten Bearbeitungsschritten unterzogen werden. Dieses umlaufende und frei programmierbare Transportsystem bietet dadurch die Möglichkeit, dass sich auf diesem befindliche Werkstückträger die einzelnen Bearbeitungsstationen, welche in ringförmiger Anordnung an dem danebenliegenden Werkzeug-Modulträger verteilt sind, anzufahren und entsprechende Bearbeitungsschritte abzuarbeiten. Durch diese Flexibilität ergibt sich eine Vielzahl an Kombinationsmöglichkeiten in Bezug auf die Bearbeitungsstationen bzw. Prozesse und die Werkstückträger, vorzugsweise im Bereich von Stanzen, Biegen und Montieren.
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Die vorliegende Erfindung bietet die Möglichkeit, Produktionsanlagen auf kleinstem Raum zu gestalten, durch den ringförmigen, turmähnlichen Aufbau der Werkzeugmaschinen-Basisanordnung lassen sich verschiedene Bearbeitungsstationen direkt nebeneinander platzieren, ohne dass diese sich gegenseitig beeinflussen. Somit können alle für die Herstellung einzelner Produkte benötigten Prozesse auf wesentlich kleinerem Raum angeordnet werden. Entscheidend hierfür ist, dass der turmähnliche Aufbau unterschiedliche Größen aufweist, somit kann die Größe der Bearbeitungsstationen variieren und an den jeweiligen Prozess angepasst werden.
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Dieses erfindungsgemäße Verbindungssystem bietet damit schließlich die Möglichkeit, einzelne Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen individuell miteinander zu verbinden und zu koppeln. Damit ergeben sich wiederum ungeahnte Kombinationsmöglichkeiten im Bereich der automatisierten Produktherstellung. So sind z.B. Montagereihenfolgen nicht mehr starr an einen bestimmten Maschinenaufbau gekoppelt, sondern die herzustellenden Produkte können individuell jede Station bzw. jeden Prozess zu jeder Zeit erreichen. Dabei müssen identische Bearbeitungsstationen, sofern deren Arbeitsschritt während der Produkterzeugung mehrfach gefordert wird, nicht mehr vervielfältigt werden, sondern können individuell angefahren und abgearbeitet werden. Darüber hinaus ist es aber wiederum möglich, zu Kapazitätssteigerung einzelne Stationen zu vervielfältigen und damit die langsamsten Prozesse parallel zu erledigen.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind zwei übereinander, um eine gemeinsame vertikale Basishauptachse unabhängig voneinander rotatorisch angetriebene Werkzeug-Modulträger vorgesehen sind, zwischen denen die Werkstückträger-Transporteinrichtung (13) angeordnet ist.
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Dies erhöht den Flexibilisierungsgrad und die Variabilität der Bearbeitungsschritte und -abläufe, denen ein Werkstück unterzogen werden kann, nochmals erheblich.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist das Grundgestell aus schwingungsdämpfender, massiver Maschinensockel ausgeführt. Dieser kann beispielsweise aus schwergewichtigen Platten bestehen, die zur Erzielung der benötigten Verwindungssteifheit und Schwingungsresonanzfestigkeit verschweißt sind. Darüber hinaus können unterhalb des Grundgestells schwingungsdämpfende Maschinenfüße eingesetzt werden. Das Grundgestell könnte aber ebenfalls z.B. aus Gusseisen, Beton oder ähnlichem bestehen. Des Weiteren lässt sich das Grundgestell an die jeweiligen Gegebenheiten der Maschine frei und flexibel anpassen und gestalten.
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Vorzugsweise kann das Grundgestell einen separaten Drehlagerantrieb für die beiden darauf unabhängig voneinander drehbar gelagerten Werkzeug-Modulträger aufweisen. Damit wird ein weiterer Freiheitsgrad in die Werkzeugmaschinen-Basisanordnung integriert, was zu einer weiteren Flexibilisierung und Anpassbarkeit an unterschiedlichste Bearbeitungszwecke führt. Vorzugsweise kann eine Drehlagerung mit separatem NC-Antrieb vorgesehen sein. Dieser ist insbesondere mit einer profilierten Verzahnung zu versehen. Möglich wären beispielsweise aber auch ein Riemen- oder ein Direktantrieb. Somit wird bei der Werkzeugmaschinen-Basisanordnung ein zusätzlicher Rotationsfreiheitsgrad um deren globale Mittelachse erreicht.
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In einer weiteren Fortbildung der Erfindung kann jeder Werkzeug-Modulträger mit mindestens zwei, vorzugsweise vier, sechs, acht, zehn, zwölf oder mehr individuell auslegbaren Werkzeug-Modulen mit jeweils eigenem Antriebsaggregat oder Handlingsystem versehen sein, die vorzugsweise als NC-Steueraggregat oder pneumatisches oder hydraulisches Handlingsystem ausgelegt sind und deren Wirkrichtung zu den anzufahrenden Werkstückträgern weist. Auch ungerade Anzahlen von Werkzeug-Modulen sind denkbar. Die Werkzeug-Module mit den jeweiligen Antriebsaggregaten oder Handlingsystemen werden vorzugsweise durch ein Schnellspannsystem fest mit dem jeweiligen Werkzeug-Modulträger verbunden und bilden standardisierte Ableitungen von Antriebsbewegungen für spezifische Werkzeuge. Ebenso sind die Anzahl und Anordnung dieser Werkzeug-Module frei zu bestimmen und jederzeit anpassbar. Dabei ist darauf zu achten, dass die Antriebselemente zur Mitte, also beidseitig in Richtung der frei programmierbaren Werkstückträger-Transporteinrichtung zwischen dem oberen und unteren Werkzeug-Modulträger gerichtet sind. Dies ermöglicht eine Bearbeitung von herzustellenden Produkten von oben und von unten und bietet dadurch mehr Gestaltungsfreiheit für abzubildende Prozesse.
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Gemäß einer anderen bevorzugten Ausführungsform können Werkzeug-Module, insbesondere die des oberen Werkzeug-Modulträger, mit einem automatisierten Werkzeug-Wechselsystem gekoppelt werden. Damit ist es möglich, an jeweiligen Werkzeug-Modulen befindlichen Werkzeuge automatisiert zu rüsten. Hierbei befindet sich z.B. oberhalb des Werkzeug-Modulträgers vorzugsweise mindestens ein revolverähnliches Magazin. Dieses kann aber ebenfalls an jeder anderen erreichbaren Stelle um eine Werkzeugmaschinen-Basisanordnung angeordnet sein. In diesem Magazin befinden sich die zum Einsatz kommenden Werkzeuge, welche wiederum automatisch in jedes an einem Werkzeug-Modulträger befindliches Werkzeug-Modul eingesetzt werden können.
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Dabei ist das Magazin vorzugsweise mit mindestens einer Rotationsachse ausgestattet. Dies ermöglicht ein Rotieren der darin befindlichen Werkzeuge zum jeweiligen Bestimmungsort rund um den Werkzeug-Modulträger. Über ein separates Handling werden die einzelnen Werkzeuge mannlos ausgetauscht, da diese wiederum ein automatisiertes Schnellspannsystem aufweisen können. Dieser Austausch ist an jedem Werkzeug, während eines gesamten Grundmaschinenaufbaus möglich.
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Das erwähnte Werkzeugmagazin könnte aber z.B. ebenfalls als Kettenmagazin ausgelegt sein, das über mehrere Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen übergreift.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung können zu verschiedenen Übergabepositionen der Werkstückträger-Transporteinrichtung und/oder Bearbeitungspositionen bei Werkzeug-Modulen der Werkzeugmaschinen-Basisanordnung an den Funktionszweck angepasste Werkstück-Zuführungen, -Bereitstellungssysteme, -Vorratstrichter oder dergleichen führen. Damit bietet das flexible Maschinenkonzept bei der Montage nahezu grenzenlose Möglichkeiten. Insbesondere bei der Anbindung weiterer Peripheriegeräte können dank der ringförmigen Bauart der Werkzeugmaschinen-Basisanordnung z.B. Zuführungen, Bereitstellungssysteme oder Magazine rund um das Grundmaschinenkonzept angeordnet werden. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, Einzelkomponenten wie z.B. Schrauben, Nieten, Drähte oder Bolzen von oben direkt in eine Bearbeitungsstation bei einem Werkzeug-Modul zu leiten. Dabei steht das Magazin entweder starr an einer Stelle, während der Werkzeug-Modulträger mit seinen Werkzeug-Modulen sich zur Bearbeitung unter dasselbe dreht, oder die Verbindung zwischen Magazin und Bearbeitung weist eine gewisse Flexibilität auf z.B. durch einen Schlauch auf, damit die Versorgung der Bearbeitungsstation der Rotationsbewegung des Werkzeug-Modulträgers folgt.
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Insbesondere durch den Rotationsantrieb der Werkzeug-Modulträger lassen sich Peripheriegeräte an Positionen anordnen, die wiederum bestens für die automatisierte Versorgung derselben geeignet sind. Dadurch wird ein optimaler Materialfluss ermöglicht und der Nachschub kann automatisiert bereitgestellt werden.
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Dabei kann beispielsweise der jeweilige Werkzeug-Modulträger die benötigte Bearbeitungsstation mit dem entsprechenden Werkzeug-Modul direkt vor den Auslauf der Zuführung positionieren. Die Bearbeitungsstation verrichtet in Folge dessen ihre Aufgabe, anschließend schwenkt der Werkzeug-Modulträger wieder in eine Ausgangsposition zurück.
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Des Weiteren können in einem als Montagestation ausgelegten Werkzeug-Module die unterschiedlichsten Einzelkomponenten montiert werden, indem z.B. über ein flexibles Bereitstellungsystem mehrere Einzelteile in der richtigen Montagereihenfolge zur Verfügung gestellt werden. Das Rotieren der Werkzeug-Modulträger ermöglicht währenddessen den Einsatz der unterschiedlichen Montagewerkzeuge, welche gerade für das jeweilige Einzelteil benötigt werden. Dadurch lassen sich Sondermaschinenkonzepte enorm effizient und platzsparend gestalten.
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Nachträgliche Integrationen von Peripheriegeräten lassen sich ebenfalls bewerkstelligen, indem sie an jeder beliebigen Stelle entlang der frei programmierbaren Werkstückträger-Transporteinrichtung angebracht werden. Hierbei kann ein Werkstückträger selbst sogar als Transportmittel von Einzelteilen dienen. Diese werden unter die jeweiligen Bearbeitungsstationen befördert und anschließend mit dem herzustellenden Produkt zusammengebracht. Dabei ist es möglich, dass entweder zusätzliche Werkstückträger als Transportmittel für Einzelteile eingesetzt, oder die Werkstückträger so gestaltet werden, dass sowohl Einzelteile als auch Produkte in unterschiedlichen Fertigungszuständen darin eingesetzt und transportiert werden.
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Eine weitere bevorzugte Fortbildung der Erfindung ist durch eine individuelle, vorzugsweise gezielt ansteuerbare Korrektureinrichtung bei mindestens einem der Werkstückträger gegeben, die zum Ausgleich der Werkstück-Position in der Bearbeitungsebene vorgesehen ist. Dies ermöglicht eine Korrektur direkt im und am Prozess während laufender Maschine, vorzugsweise während der Prozesse Stanzen, Biegen und Montieren.
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Durch die individuell korrigierbaren Bearbeitungsstationen, z.B. durch den Einsatz eines NC-gesteuerten Kurven-Schlitten-Aggregates, in Kombination mit der frei programmierbaren, umlaufenden Werkstückträger-Transporteinrichtung lassen sich digital Veränderungen oder Korrekturen an den jeweiligen Prozessen gestalten, ohne dass mechanische Anpassungen vorgenommen werden müssen.
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Durch diese digitale Anpassungsfähigkeit während der Ausrichtung der Produkte in Verbindung mit der Flexibilität der Antriebselemente, insbesondere deren Werkzeuge, sind Rüstvorgänge jederzeit möglich. Die einzelnen Parameter jeder gesteuerten Bewegung werden in der Maschinensteuerung hinterlegt und verwaltet. So kann zu jeder Zeit z.B. ein Typenwechsel mannlos stattfinden und Einstellwerte eines bestimmten Produktes sind jederzeit vollautomatisch reproduzierbar, bzw. an andere Grundmaschinenkonzepte übertragbar. Somit weist das flexible Grundmaschinekonzept eine gewisse KI (künstliche Intelligenz) auf, indem Prozesse selbstständig optimiert und an andere Maschinen übertragen werden können.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann die vorgenannte Korrektureinrichtung mit Messsensoren zur Erfassung von Werkstück- und/oder Werkzeug-Kenngrößen, wie Formdaten oder Toleranzen versehen sein.
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So wird beispielsweise im Bereich des Stanzens eine Werkzeugkorrektur ermöglicht, indem die erzeugte Stanz-Kontur z.B. mittels einer Durchlichtmessung erfasst wird. Diese Messung wird anschließend durch die Maschinensteuerung ausgewertet und direkt an die digital verfahrbare Achse der Korrektureinrichtung übermittelt. Somit kann eine Korrektur der Position der herzustellenden Produkte in der Bearbeitungsebene (X-Y-Ebene) erzeugt werden. Das Kurven-Schlitten-Aggregat kompensiert hingegen Werkzeugverschleiß in der Z-Achse. So kann das Werkzeug bei auftretendem Verschleiß um das nachgesetzte Maß korrigiert werden. Das Eintauchverhalten der Schneidstempel in die Matrize bleibt daraufhin immer gleich.
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Im Bereich des Biegens lassen sich Konturen digital und flexibel verändern und gestaltet, indem z.B. die Biegung durch eine sensortechnische Einrichtung erfasst und über die Maschinensteuerung ausgewertet wird. Anschließend wird das Maß einer Biegung mittels der frei programmierbaren Werkstückträger-Transporteinrichtung durch die digitale Positionsänderung der darauf befindlichen Werkstückträger (X-Y-Achse) automatisch umgesetzt. Da der Antrieb des Biegestempels in dessen Zustellbewegung gerichtet ist (Achse Z) und z.B. durch ein NC-Kurven-Schlitten-Aggregat abgebildet ist, kann diese Zustellbewegung und damit die Biegung ebenfalls automatisch während der Produktion angepasst und korrigiert werden.
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Im Bereich der Montage können mittels messtechnischer Einrichtungen z.B. Prüfmaße, Qualitätsmerkmale oder Produktionsindexe während der Produktion bestimmt werden. Durch die Auswertung der Ergebnisse mit der zum Einsatz kommenden Maschinensteuerung werden wiederum Parameter der Montagestation digital angepasst und beeinflusst. Eine Korrektur der Werkstückträger in den X-Y-Achsen wird dadurch fortlaufend während der Produktion durchgeführt. Sofern alle an der Bearbeitungsstation befindlichen Antriebe parametrierbar sind, werden auch diese fortwährend an die Qualitätsmerkmale der herzustellenden Produkte angepasst. Dadurch ergibt sich insgesamt ein Produktionsprozess, bei dem ausschließlich komplett kontrollierte Ware hergestellt wird.
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Schließlich ist es im Zusammenhang mit der erwähnten Korrektureinrichtung möglich, durch einen geschlossenen Regelkreislauf frühzeitig einen Werkzeugverschleiß erkennbar zu machen. So kann ein gewisser Bereich einer Kenngröße als Toleranzfeld festgelegt werden. Wird dieses überschritten, gibt die Maschinensteuerung automatisch einen Warnhinweis zur bevorstehenden Wartung aus. Dadurch ist die Wartung wiederum planbar und führt zu weniger unvorhergesehenen Maschinenausfällen.
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Ferner ist gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Möglichkeit gegeben, anstelle der frei programmierbaren Werkstückträger-Linearfördereinrichtung oder kombiniert damit einen Roboter für ein Einzelteilhandling einzusetzen. Dabei können unterschiedliche flexible Grundmaschinenkonzepte in dessen Aktionsradius angeordnet werden. Durch die daraus resultierenden Variationen kann eine Vielzahl von Prozessen auf kleinstem Raum abgebildet werden, die jederzeit digital anpassbar und veränderbar sind.
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Zusammenfassend wird bei der vorliegenden Erfindung mit ihrem Maschinensystem-Grundkonzept und seinen bevorzugten Weiterbildungen durch das enorm hohe Maß an Standardisierung vom Aufbau der Maschinen-Basisanordnung über die Werkzeugmodule bis hin zu den Werkzeugen eine Struktur geschaffen, die bei Produktwechsel bzw. -ergänzungen nur den Austausch oder die Anpassung von Aktivteilen der Werkzeuge erfordert. Die Wiederverwendbarkeit des Grund-Maschinenkonzepts für verschiedenste Einsatzzwecke ist dadurch außerordentlich hoch. In Folge dessen wird eine schnelle Verfügbarkeit des Maschinensystems erreicht. Die Wirtschaftlichkeit zur Herstellung von kleinen bis mittlere Losgrößen steigt enorm. Auch können durch die Flexibilität dieser Erfindung Null-Serien im Bereich des Prototypings optimal und kurzfristig erzeugt, genauso aber auch während laufender Produktion angepasst werden. Die Markteinführungsphase von Neuprodukten („Time-to-Market“) wird deutlich verkürzt und ermöglicht einen enormen Wettbewerbsvorteil, insbesondere von Beginn an mit Originalmaterialien gearbeitet werden kann. Dies ermöglicht eine frühere Prüfung, sowie Zulassung einzelner Produkte, bevor sie fest am Markt etabliert sind. Lagerbestände, insbesondere für Consumer-Artikel, lassen sich reduzieren und Kleinserien werden direkt auftragsbezogen produziert.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:
- 1 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung,
- 2 eine perspektivische Ansicht einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung in einer weiteren Ausführungsform,
- 3 eine ausschnittsweise, perspektivische Detailansicht einer Korrektureinrichtung an einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung,
- 4 eine perspektivische Darstellung eines modularen, flexiblen Werkzeugmaschinensystems in einer ersten Konfiguration,
- 5 eine perspektivische Darstellung eines modularen, flexiblen Werkzeugmaschinensystems in einer zweiten Konfiguration, sowie
- 6 und 7 eine perspektivische Darstellung und Draufsicht eines modularen, flexiblen Werkzeugmaschinensystems in einer dritten Konfiguration.
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Anhand der 1 soll zuerst eine Ausführungsform einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung 1 erläutert werden, wie sie im erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinensystem gegebenenfalls vielfach - siehe 5 bis 7 - zum Einsatz kommen kann. So weist die Basisanordnung 1 ein massives, im wesentlichen quaderförmiges Grundgestell 2 auf, das aus einem Maschinensockel aus zusammengeschweißten Metallplatten besteht. Diese Grundgestell 2 ruht auf schwingungsdämpfenden Füßen 3.
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Auf der Oberseite des Grundgestells 2 sind über ein separat angetriebenes Drehlager 4 in Form eines um eine vertikale Achse drehbar gelagerten Zahnkranzes 5, mit dem ein NC-gesteuertes Antriebszahnrad 6 in Eingriff steht, übereinander zwei Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 auf dem Grundgestell 2 gelagert. Durch nicht näher dargestellte separate Drehantriebe im Inneren der Anordnung sind die beiden Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 um eine gemeinsame vertikale Basis Hauptachse BA unabhängig voneinander rotatorisch angetrieben. Die Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 weisen über ihren horizontal umlaufenden Umfang peripher verteilte Schnellspannsysteme 8 auf. Beim unteren Werkzeug-Modulträger 7.1 sind in 1 zwölf solcher Schnellspannsysteme 8 gezeigt. Der obere Werkzeug-Modulträger 7.2 weist demgegenüber weniger solcher Schnellspannsysteme 8 auf. An diesen sind verschiedene Werkzeug-Module 9 befestigt, wie etwa ein NC-Handlingsystem 10 oder ein pneumatisches bzw. hydraulisches Handlingsystem 11, 12.
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Zwischen den beiden Werkzeug-Modulträgern 7.1, 7.2 ist eine Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 mit einer horizontal koaxial um die Basishauptachse BA peripher umlaufenden Werkstückträger-Transportbahn 14 vorgesehen, die von der Firma ATS Automation Tooling Systems, Inc., Cambridge, Ontario N3H 4R7 (CA) kommerziell erhältlich und in ihrer Funktionsweise aus der eingangs erwähnten
EP 3 149 840 B1 bekannt ist. Damit ist es möglich, einzelne Werkstückträger 15 individuell gesteuert von einer in
1 nicht näher dargestellten Werkstückträger-Zuführung an beliebiger Stelle auf die Transportbahn 14 zu übernehmen und darauf wieder zurückzuführen sowie entlang dieser Transportbahn 14 individuell gesteuert zu verfahren, sodass jeder Werkstückträger 15 individuell in eine Bearbeitungsposition bei einem der Werkzeugmodule 9 verbringbar ist.
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Ebenso kann bei einem beispielsweise in der in 1 gezeigten Position stationär stehenden Werkstückträger 15 durch eine Rotation des oberen Werkzeug-Modulträger 7.2 um die Basishauptachse BA eines der Handlingsysteme 10, 11, 12 über dem Werkstückträger 15 positioniert werden. Die Handlingsysteme 10, 11, 12 haben dabei eine Wirkrichtung WR, die auf den anzufahrenden Werkstückträger 15 zu gerichtet ist, sodass ein (nicht gezeigtes) Werkstück auf dem Werkstückträger 15 einem entsprechenden Bearbeitungsprozess analog der Funktion des jeweiligen Werkzeug-Moduls 9 unterzogen wird. Wie eingangs in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert wurde, ergeben sich durch diese Grundkonfiguration der Werkzeugmaschinen-Basisanordnung vielfältige Freiheitsgrade bei Positionierung und Zugriff von Werkstück und Werkzeug zueinander.
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Bei der in 2 gezeigten Ausführungsform einer Werkzeugmaschinen-Basisanordnung 1 sind wiederum Grundgestell 2, Drehlagerantrieb 4, untere bzw. obere Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 und eine Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 zur Manipulation von Werkstückträgern 15 vorgesehen. An den Werkzeug-Modulträgern 7.1, 7.2 sind hier jeweils lediglich vier über deren Umfang verteilte Schnellspannsysteme 8 für entsprechende (nicht dargestellte) Werkzeug-Module 9 vorgesehen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist bei dieser Basisanordnung 1 noch für den oberen Werkzeug-Modulträger 7.2 ein automatisiertes Werkzeug-Wechselsystem 16 in Form eines unabhängig um die Basishauptachse BA rotatorisch angetriebenen Revolvermagazins 17 vorgesehen, mit dem unterhalb davon angeordnete Werkzeug-Module 9 mit wechselnden Werkzeugen automatisch bestückt werden können.
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In 3 ist eine individuell ansteuerbare Korrektureinrichtung 18 dargestellt, die im Zusammenhang mit einem Werkstückträger 15 zum Einsatz kommt. Diese Zeichnung zeigt ausschnittsweise einen Teil der Transportbahn 14 und ein darüber angeordnetes Werkzeug-Modul 9 des oberen Werkzeug-Modulträgers 7.2. Das Werkzeug-Modul 9 weist ein individuell ansteuerbares Antriebselement 19 auf, das über ein NC-Kurven-Schlitten-Aggregat 20 eine Werkzeugbewegung in Z-Richtung bereitstellt. In Kombination mit der frei programmierbaren Positionierung des Werkstückträgers 15 entlang der Transportbahn 14 - dies definiert die rotatorische Bewegungsachse B - lassen sich digital Veränderungen oder Korrekturen an den jeweiligen Bearbeitungsprozessen des Werkzeug-Moduls 9, das ein (nicht dargestelltes) Bearbeitungswerkzeug trägt, bewerkstelligen, ohne dass mechanische Anpassungen vorgenommen werden müssen. Dazu läuft der Werkstückträger 15 in einer Kulisse 21, die wiederum auf einem Kugelgewindetrieb 22 befestigt ist. Letzterer ist von einem Servomotor 23 angetrieben. Durch die Korrektur der Kulisse 21 in der translatorischen Achse Y und des Werkstückträger 15 auf der rotatorischen Achse B ergibt sich direkt eine Positionsanpassung des gefederten Werkstückträgeraufbaus und der darauf fixierten Werkstücke 24 in den translatorischen Achsen X und Y in Bezug auf ein kartesisches Koordinatensystem.
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Anhand der 4 bis 7 sind nun verschiedene modulare Werkzeugmaschinensystem beispielhaft zu erläutern, die unter Einsatz einer oder mehrerer, jeweils flexibel angepasster Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen zu realisieren sind. So zeigt 4 eine Werkzeugmaschinen-Basisanordnung 1 in der vorher beschriebenen Konfiguration, wobei die beiden Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 jeweils für sechs Werkzeugmodule ausgelegt sind, die beispielsweise die Montage eines Bauelements, wie etwa eines elektronischen Steckers, aus mehreren Bauteilen realisiert. Dabei sind der Basisanordnung 1 von verschiedenen Seiten heranreichende Peripherieeinrichtungen zur Einspeisung von Bauteilen zugeordnet, wie ein Zuführmechanismus 25 für ein erstes Bauteil und ein Bereitstellungssystem 26 für ein zweites Bauteil. Ferner werden Einzelkomponenten, wie zum Beispiel Schrauben, Nieten, Drähte oder Bolzen von oben durch eine Magazinanordnung 27 mit einem Trichter 28 dem jeweils unter den Trichterauslauf stehenden Werkzeug-Modul 9 zugeführt werden. Der Zuführmechanismus 25 und das Bereitstellungssystem 26 bestücken einen vor ihrem Abgabeende auf der Transportbahn 14 stehenden Werkstückträger 15, wobei in 4 nur einer dieser Werkstückträger 15 dargestellt ist. Nach einer Bestückung der Werkstückträger 15 können diese individuell durch die freie Programmierung der Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 entlang der Transportbahn 14 verfahren und damit gezielt an eine jeweilige Bestückungs- oder Bearbeitungsposition vor einer Bauteil-Einspeisung oder bei einem entsprechenden Werkzeug-Modul 9 verbracht werden.
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Ein komplexeres Werkzeugmaschinensystem mit zwei Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen 1.1, 1.2 ist in 5 gezeigt. Diese Basisanordnungen 1.1, 1.2 weisen ein gemeinsames, durchgehendes Grundgestell 2 in Form eines massiven, das gesamte Maschinensystem tragenden Sockels auf. Die Basisanordnungen 1.1, 1.2 entsprechen der anhand der vorherigen Figuren erörterten Bauweise. Die Basisanordnung 1.1 weist bei ihren Werkzeug-Modulträgern 7.1, 7.2 jeweils vier Werkzeug-Module 9 und eine dazwischen angeordnete, umlaufende Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 auf. Bei der Basisanordnung 1.2 sind die Werkzeug-Module 9 achtfach vorgesehen, wobei durch den größeren Durchmesser der Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 auch Platz für noch weitere Werkzeug-Module 9 vorhanden wäre.
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Die umlaufenden Werkstückträger-Transporteinrichtungen 13 für die Werkstückträger 15 der beiden mit Abstand voneinander stehenden Basisanordnungen 1.1, 1.2 sind durch verschiedene, schienenartige Werkstückträger-Linearfördereinrichtungen 29 miteinander verbunden, die wiederum kommerziell von der oben erwähnten Firma ATS Automation Tooling Systems Inc. erhältlich sind. Werkstückträger 15 können somit von der Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 beispielsweise der Basisanordnung 1.1 vom Zweig 30 der Linearfördereinrichtung 29 übernommen, dem Zweig 31 der Linearfördereinrichtung 29 übergeben und dort entlang weiterer Werkzeugmaschinen-Basisanordnungen 32, 33, 34 zur Vornahme von Bearbeitungsschritten mithilfe dort angeordneter Werkzeug-Module 35 verfahren werden. Die Basisanordnungen 32, 33, 34 entsprechen - bis auf die fehlende zentrale Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 - dem Grundkonzept der Basisanordnungen 1, indem untere und obere Werkzeug-Modulträger 7.1, 7.2 hier mit jeweils zwei Werkzeug-Modulen 35 vorgesehen sind. Weitere solcher Basisanordnungen 36, 37 finden sich an der Rückseite des Grundgestells 2, die wiederum durch entsprechende Zweige 38, 39, 40 der Werkstückträger-Linearfördereinrichtung 29 angefahren werden können.
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Im Zusammenhang mit den Basisanordnungen 32, 33, 34 ist noch im Hinblick auf eine Effizienzsteigerung bei solchen erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinensystemen darauf hinzuweisen, dass die dem Betrachter der 5 zugewandten Werkzeug-Module 9, die aktuell ja nicht am Fertigungsprozess beteiligt sind, außerhalb einer nicht gezeigten Einhausung des Werkzeugmaschinensystems stehen, während die nach innen dem Zweig 31 der Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 zugewandten Werkzeug-Module 9 aktiv und somit geschützt durch die Einhausung abgedeckt sind. Damit können auf rationelle Weise im laufenden Produktionsprozess ohne Sicherheitseinbußen die nach außen gewandten Werkzeug-Module 9 für eine nächste Produktionsaufgabe umgerüstet werden. Bei Umstellung auf diese nächste Produktionsaufgabe genügt es, die Basisanordnungen 32, 33, 34 jeweils um 180° um die vertikale Basishauptachse BA zu schwenken.
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Ein nochmals komplexeres Werkzeugmaschinensystem ist in 6 und 7 dargestellt. Hier sind auf mehreren Grundgestellen 2 mehrere Basisanordnungen 1.1, 1.2, 1.3, 1.4, 1.5 und 1.6 der beschriebenen Bauart mit unterschiedlichsten Arten und Anzahlen von angeflanschten Werkzeug-Modulen 9 und jeweils einer zentralen, umlaufenden Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 zu einem komplexen Bearbeitungszentrum zusammengestellt. Als Besonderheit dabei ist bei den beiden nebeneinanderstehenden Basisanordnungen 1.5 und 1.6 darauf hinzuweisen, dass diese eine gemeinsame, um beide Basisanordnungen 1.5, 1.6 umlaufende Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 aufweisen. Verschiedene Zweige 30, 31, 38, 39, 40 der Linearfördereinrichtung 29 verbinden wieder in geeigneter Weise die einzelnen Basisanordnungen 1.1 bis 1.6 sowie weitere, vereinfachte Basisanordnungen 32, 33, 34, die ohne zentrale Werkstückträger-Transporteinrichtung 13 ausgeführt sind.
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Zusammenfassend ermöglicht die vorliegende Erfindung erkennbar eine völlig flexible Maschinensystemgestaltung. So ist es möglich, die auf den frei programmierbaren Werkstückträger-Transporteinrichtungen 13 und - Linearfördereinrichtungen 29 befindlichen Werkstücke um die rund angeordneten Bearbeitungsstationen an den Basisanordnungen 1.1, 1.3, 1.4 umlaufen zu lassen. Es ist aber auch möglich, die einzelnen Bearbeitungsstationen um einen feststehenden Werkstückträger rotieren zu lassen, wie dies bei der Basisanordnung 1.2 der Fall ist. Dies wird bevorzugt dann genutzt, wenn z.B. einzelne Stationen bzw. Prozesse nur sehr selten für eine bestimmte Produktvariation zum Einsatz kommen, aber auch wenn Stationen bzw. Prozesse während laufender Produktion gerüstet werden sollen. Diese Stationen beispielsweise bei den Basisanordnungen 32, 33 können außerhalb einer Sicherheitsumhausung geschwenkt und dadurch umgebaut werden, wie dies oben anhand der 5 bereits erläutert wurde. Damit kann die Stillstandszeit und der damit verbundene Ausfall der Maschinen verringert werden. Somit ergibt sich für einen Werkstückträger 15 kein zwanghafter Ablaufplan innerhalb des gesamten Herstellprozesses eines Produktes, jede Station bzw. jeder Prozess können zu jederzeit abgearbeitet und erledigt werden.
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Dank der Flexibilität des Maschinenkonzepts und des frei programmierbaren Verbindungssystems können mithilfe von Weichen 41, Abzweigungen 42 und Pufferbereichen Maschinenlayouts kreiert werden, die individuell anpassbar und jederzeit veränderbar sind. Bei auch im Nachgang problemlos Ergänzungen von weiteren Basisanordnungen oder Maschinenelementen vorgenommen, wofür beispielsweise bei der Konfiguration gemäß den 6 und 7 ein schraffiert angedeuteter Freiraum 43 zwischen den Grundgestellen 2 der Basisanordnungen 1.3, 1.4, 1.5 offengehalten ist.
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In Verbindung mit den beiden in den 5 bis 7 dargestellten Werkzeugmaschinensystem-Konfigurationen ist noch zu ergänzen, dass auch weitere nicht-erfindungsgemäße Bausteine und Komponenten, wie die ebenfalls von der Anmelderin hergestellten und vertriebenen Pressenmodule 44 und Linearbausteine 45, dem System beigeordnet werden können.
