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STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet des Maschinenbaus und spezieller auf dem Gebiet der Maschinen für einen automatischen Werkzeugwechsel. Sie betrifft eine Vorrichtung nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2.
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Eine Lagerhaltungsvorrichtung gemäß allgemeinem Stand der Technik ohne Bezug zu Werkzeugwechselsystemen ist in der Europäischen Patentschrift
EP 1 636 120 B1 offenbart. Gerüstähnliche Ablagestrukturen sind konzentrisch angeordnet, auf die von einem Greifer zugegriffen werden kann, der im Mittelpunkt der Vorrichtung steht. In nachteilhafter Weise sind die gerüstähnlichen Ablagestrukturen sehr kompliziert aufgebaut und müssen mechanisch sehr stabil ausgeführt sein. Außerdem können zu deren Aufbau keine Standard-Rohteile verwendet werden, die als gängiges Halbzeug kommerziell preisgünstig erhältlich sind.
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In der Deutschen Patentanmeldung
DE 10 2006 037 435 A1 ist eine Werkzeugbevorratungsvorrichtung offenbart, bei der eine gewisse Vielzahl von Werkzeugen in einer ringförmigen Ablagestruktur aus zwei konzentrischen, beweglich gelagerten Ringen abgelegt werden kann. In nachteilhafter Weise sind diese Ablagestrukturen nicht geeignet, eine größere Menge von Werkzeugen platzsparend unterzubringen. Außerdem können zu deren Aufbau ebenfalls keine Standard-Rohteile verwendet werden, die als gängiges Halbzeug kommerziell preisgünstig erhältlich sind.
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In der Europäischen Patentanmeldung
EP 1 364 742 A1 ist eine Werkzeugbevorratungs- und -handhabungsvorrichtung offenbart, bei der eine gewisse Vielzahl von Werkzeugen in einer ringförmigen Ablagestruktur aus drei konzentrischen, beweglich gelagerten Ringen abgelegt werden kann. In nachteilhafter Weise sind auch diese Ablagestrukturen nicht geeignet, eine größere Menge von Werkzeugen platzsparend unterzubringen.
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In der Deutschen Patentanmeldung
DE 10 2009 008 647 A1 ist ein Werkzeugbevorratungs- und -handhabungsvorrichtung offenbart, bei der eine große Vielzahl von Werkzeugen in einer säulenförmigen Ablagestruktur in mehreren Ringebenen übereinander abgelegt werden kann. In nachteilhafter Weise müssen diese Ablagestrukturen mechanisch sehr stabil gebaut sein, denn sie nehmen das Gewicht der Werkzeuge in jeweiligen Werkzeugfächern auf, die eine horizontale Bodenfläche aufweisen. Die Vorrichtung schafft es außerdem nicht, eine noch größere Menge von Werkzeugen platzsparend unterzubringen. Außerdem können zu deren Aufbau keine Standard-Rohteile verwendet werden, die als gängiges Halbzeug kommerziell preisgünstig erhältlich sind.
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Eine gattungsgemäße Vorrichtung zum Bevorraten und Bereitstellen von Maschinenwerkzeugen – im Folgenden auch als „Werkzeugterminal” bezeichnet, ist aus der Europäischen Patentanmeldung
EP 1 375 059 bekannt. Im Bestreben danach, möglichst viele Werkzeuge auf kleinem Raum für den automatisierten Zugriff über einen Greiferarm vorzuhalten, wird dort vorgeschlagen, die Werkzeuge auf wenigstens zwei oder mehr ineinander angeordneten Werkzeugträger-Einrichtungen zu positionieren, die miteinander oder getrennt voneinander bewegbar sind.
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Dabei wird eine Anordnung offenbart, bei der mehrere Scheiben einen in der Horizontalebene liegenden, als Werkzeugträger dienenden „Scheibensatz” bilden, wobei die Scheiben konzentrisch zueinander angeordnet sind, und wobei auch mehrere dieser Scheibensätze übereinander auf einer zentralen Antriebswelle vorgesehen sind.
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Die Kopplung der verschiedenen Scheibensätze an den Antrieb und die Kopplung zum oder Abkoppelung einer einzelnen Scheibe vom Antriebsstrang wird bewirkt über mechanische Verriegelungen, die durch axiale Bewegung der Antriebswelle und über pneumatisch oder hydraulisch arbeitende Zylinder geschlossen oder geöffnet werden können.
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Nachteilhaft an diesem System ist die aufwändige mechanische An- und Abkopplung einzelner Scheibensätze von bzw. an die Antriebswelle über mehrteilige Kolben und die Kopplung einzelner Scheiben über mechanische Mitnehmerelemente. Hier können daher keinerlei preisgünstigen Standardbauteile verwendet werden.
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Ein weiterer Nachteil besteht darin, dass die scheibenförmigen Träger für die Werkzeugträger ebenfalls keine Standardteile sind, die preisgünstig herstellbar sind.
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht daher darin, die gattungsgemäße, eingangs beschriebene Vorrichtung preisgünstiger herstellbar zu machen und technische Voraussetzungen zu schaffen, um die Packungsdichte der Werkzeuge noch erhöhen.
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VORTEILE DER ERFINDUNG
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Die Gegenstände mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 2 lösen diese Aufgabe.
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In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des jeweiligen Gegenstandes der Erfindung.
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Einem sehr breiten Aspekt der Erfindung folgend wird eine Vorrichtung zum Bevorraten und Bereitstellen von Maschinenwerkzeugen – also ein Werkzeugterminal – offenbart, die eingerichtet oder einrichtbar ist für die Entnahme und für das Zurücklegen einer Vielzahl von Werkzeugen durch eine Greifvorrichtung, mit
- a) einer Mehrzahl von Werkzeugträgerplattformen, die übereinander und auf einer rotierbaren Einrichtung angeordnet sind,
- b) wobei eine Werkzeugträgerplattformen jeweils dafür eingerichtet ist, dass eine Mehrzahl von Werkzeugen nebeneinander auf der Plattform angeordnet werden kann, die gekennzeichnet ist dadurch, dass
- c) die Werkzeugträgerplattformen als Trommelkörper mit einem turmartigen Aufbau ausgebildet sind,
- d) wobei mehrere Trommelkörper ineinander angeordnet und um eine jeweilige Turmachse herum drehbar gelagert und motorisch antreibbar sind,
- e) wobei zumindest die radial nach außen gerichteten Turmwandungen jeweils eine Mehrzahl von Werkzeugträgern aufweisen,
- f) und wobei zumindest alle Trommelkörper bis auf den innersten in ihrer Turmwandung eine Durchgriffsöffnung aufweisen, die derart eingerichtet ist, dass die Greifvorrichtung von radial außen kommend durch die eine oder mehrere Durchgriffsöffnungen hindurch führen und Werkzeuge auf weiter innen liegenden Trommelkörpern greifen und an eine Werkzeugmaschine übergeben kann.
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Die Erfindung macht von der Erkenntnis Gebrauch, dass eine senkrecht stehende Trommel sich besonders gut als Tragelement eignet, um viel Fläche zur Verfügung zu stellen, um Werkzeuge zugriffsbereit zu tragen, denn eine solche Trommel besteht ja im Wesentlichen aus einer Zylinderwand, die im vorliegenden Fall vorzugsweise eine senkrecht verlaufende, jedenfalls aber eine nahezu senkrechte Drehachse und Mantelfläche aufweist. Die Trommelwand hat aufgrund der Tatsache, dass sie – im Gegensatz zu den scheibenförmgen, waagerecht stehenden Werkzeugträgerplattformen aus dem eingangs genannten Stand der Technik – senkrecht steht und senkrecht nach unten belastet wird wenn sie Werkzeuge trägt, eine sehr hohe mechanische Stabilität aufweist, selbst wenn sie nur aus relativ schwachem Material gebaut ist, zum Beispiel aus einem Stahlblech mit einer Wandstärke von etwa 3 mm bis 5 mm.
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Besonders vorteilhaft wirkt sich die erfindungsgemäß erzielbare hohe Packungsdichte für Werkzeuge im Verhältnis zum eingangs genannten Stand der Technik aus, denn zum Einen ist die freie Fläche, die für den Zugriff auf innen liegende Werkzeuge notwendig ist, erheblich reduziert, und zum Anderen können aufgrund der senkrecht stehenden Werkzeuträgerplattformen – die Trommelwandungen – beide Seiten der die Werkzeuge tragenden Wände mit Werkzeugen bestückt werden.
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Dass man die Zylindergeometrie als stabile Trägergeometrie grundsätzlich verwenden kann, um auch ineinander verschachtelte Träger zu verwenden und den Raum sehr gut zu nutzen, wird durch die erfindungsgemäß vorgesehenen Durchgriffsöffnungen möglich. Diese sind so gestaltet, dass der Arm der Greifvorrichtung mit ausreichendem Spielraum zu allen Seiten hin hindurchpasst und alle Werkzeuge längs der gesamten Höhe der Trommelwand zum Beispiel auf der innersten Trommelwand von außen kommend gut erreichen kann, da er durch die Durchgriffsöffnungen der äußeren beiden (bei insgesamt drei ineinander stehenden Trommeln) Trommelwände bei winkelmäßig richtiger Position der Öffnungen von außen nach innen hindurchdringen kann.
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Es können zwei, drei, vier oder noch zahlreichere Trommeln ineinander gestellt und mit Werkzeugen bestückt werden. Die Trommelachsen stehen dabei vorzugsweise genau senkrecht. Sie sind vorzugsweise konzentrisch angeordnet. Vorzugsweise gibt es nur eine einzige Achse, die von allen Trommeln verwendet wird. Die Trommelgeometrie ist hinsichtlich Höhe und Durchmesser nahezu beliebig gestaltbar.
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Im bevorzugten Anwendungsfall steht der Greifer außerhalb der äußersten Trommelwand. Der Greifer kann gemäß einer erfindungsgemäßen Variante auch im Inneren der mehreren Trommelkörper stehen und von innen nach außen durch die Trommelwandungen hindurchgreifen. Dazu ist vorzugsweise auch die äußere Trommel mit einer Öffnung ausgeführt.
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Besonders kostensparend kann der Trommelkörper als Zylinderwand aus Stahlblech oder Aluminium hergestellt sein. Er enthält Befestigungselemente für eine Vielzahl von Werkzeugträgern, die als Köcher, Gabeln, Zangen oder anders, wie im Stand der Technik bekannt, ausgebildet sein können. Diese können an der Außenseite, an der Innenseite oder auf beiden Seiten angebracht sein. Die Werkzeugträger können auch für verschiedene Werkzeugaufnahmen je nach Größe und Art der Aufnahmen eingerichtet oder gleich mit diesen ausgestattet sein.
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Bevorzugt weist ein jeder Trommelkörper eine stabil gefertigte und gelagerte Drehachse mit stabilen Verbindungen zu der Trommelwand auf, wird durch einen eigenen Elektromotor angetrieben und um seine Drehachse drehend richtig für die Werkzeugwechsel positioniert, vorzugsweise unabhängig von den Antrieben der anderen Motoren, die für die anderen Trommelkörper vorgesehen sind.
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Um von außen kommend an die innerste von drei Trommelwänden zu gelangen, werden also die Durchgriffsöffnungen der Wände der beiden äußeren Trommelkörper übereinstimmend auf die richtige Winkelposition gedreht, damit der Greifarm für das Werkzeug durch die Öffnungen gut hindurchgreifen kann. Der innerste Trommelkörper wird so verdreht, dass das für den Greiferzugriff vorgesehene Werkzeug nach Zugriff durch die Durchgriffsöffnungen hindurch vom Greifer unmittelbar gegriffen werden kann.
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ZEICHNUNGEN
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansichtsdarstellung eines erfindungsgemäßen Werkzeugterminals, mit drei konzentrisch gelagerten Trommeln als Werkzeugträgerplattformen, eingerichtet für die Entnahme und für das Zurücklegen einer Vielzahl von Werkzeugen durch eine außen angebrachte Greifvorrichtung.
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2 zeigt eine schematische Ansicht auf die Vorrichtung aus 1, aufgeschnitten längs einer Linie II-II in 1, von oben.
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3 zeigt eine geschnittene Ansicht längs der Linie III-III aus 2.
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BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten.
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1 zeigt eine vereinfachte perspektivische Ansichtsdarstellung einer erfindungsgemäßen Werkzeugterminal-Vorrichtung 10 zum Bevorraten und Bereitstellen von Maschinenwerkzeugen, mit drei konzentrisch gelagerten Trommeln 30 als Werkzeugträgerplattformen, die eingerichtet ist für die Entnahme und für das Zurücklegen einer Vielzahl von Werkzeugen durch eine außen angebrachte Greifvorrichtung 22.
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Mit besonderem Bezug zu 1 ist ein Trägergestell 44 aus Stahlträgern mit rechteckförmigen Querschnitten für die Vorrichtung 10 auf dem Boden stehend vorgesehen. Das gesamte Trägergestell 44 enthält ein unterseitiges Untergestell 47 und ein oberseitiges Kopfgestell 49 als Tragelement.
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Mit ergänzendem Bezug zu 3 ist an diesen untenseitigen und obenseitigen Tragelementen jeweils mittig eine Lagerschale 52 vorgesehen, die eine gemeinsam für alle Trommeln vorgesehen Drehachse 50 jeweils umgreifen. Die zentral stehende Drehachse 50 ist ebenfalls untenseitig und obenseitig auf dem Trägergestell befestigt. Jeder Trommelkörper kann um diese Drehachse rotieren, und ist dabei jeweils durch seine obenseitige und untenseitige Lagerung 52 geführt.
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Erfindungsgemäß ist nun an der äußeren Trommel eine Durchgriffsöffnung 38 vorgesehen, die zwischen den beiden Hilfslinien 39 über die gesamte Höhe der Trommel verläuft. Eine ebensolche Durchgriffsöffnung ist auch an der mittleren Trommel 30 vorgesehen, vergleiche 2, damit der Greifarm sowohl durch die äußere Trommelwand als auch durch die mittlere Trommelwand bis zur innersten Trommel 31 hindurchgeführt werden kann, um ein Werkzeug zu greifen.
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Ein Motortragegestell 54 ist oberhalb der Deckflächen der Trommeln an der Rahmenkonstruktion 44 befestigt. An diesem Gestell 54 sind drei Elektromotoren befestigt, mit denen die drei Trommelkörper 29, 30, 31 über nicht dargestellte Antriebskopplungen gezielt angesteuert und um ihre Drehachse 50 gedreht werden können.
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Eine Greifvorrichtung zum automatisierten Greifen und Zurücklegen der Werkzeuge ist an einem Schlitten 56 befestigt, der in vertikaler Richtung auf einem Führungsgestell 58 bewegbar gelagert ist. Das Führungsgestell 58 ist mit der Rahmenkonstruktion fest verbunden.
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Der Greifer selbst ist im Eingriff mit einem Werkzeug dargestellt, das in einem Werkzeugträger 25 steckt, der am mittleren Trommelkörper an dessen äußeren Wandung befestigt ist. Dabei ist der Greifarm durch die Durchgriffsöffnung des äußeren Trommelkörpers 29 hindurchgeführt.
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Soll ein beliebiges Werkzeug von dem innersten Trommelkörper 31 gegriffen werden, so werden beispielhaft folgende wesentlich Schritte durchgeführt:
Der innerste Trommelkörper wird auf die durch den fest montierten Greiferrahmen vorgegebene Referenzposition z. B. bei 0 Grad gedreht, derart, dass das gewünschte Werkzeug bei 0 Grad liegt.
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Der mittlere und der äußere Trommelkörper werden mit ihren Durchgriffsöffnungen ebenfalls auf 0 Grad gedreht.
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Der Greiferarm wird bewegt und greift das Werkzeug bei 0 Grad.
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Die Trommelkörper können gleichzeitig bewegt werden. Je nach Geschwindigkeit der Bewegungen kann auch die Greiferbewegung bereits begonnen werden, wenn die Trommelkörper noch in Bewegung sind.
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2 zeigt zur weiteren Verdeutlichung eine schematische Ansicht auf die Vorrichtung aus 1, aufgeschnitten längs einer Linie II-II in 1, von oben. Der äußere Tragrahmen 45 hat einen Standfuß 47, der in 2 als mehreckige Konturlinie 47 erkennbar ist. An den Wänden der Trommeln 29, 30, 31 sind entlang ihres Außenumfangs eine Vielzahl von Werkzeugköchern 25 dicht an dicht in mehreren Reihen befestigt, von denen in 2 nur jeweils eine dargestellt ist. In 1 sind fünf solche Reihen übereinander auf dem äußeren Trommelkörper angeordnet. Die Reihen können für die Herstellung anderer Ausführungsbeispiele beliebig erweitert, und auch die Fachhöhe kann, um die Lagerdichte zu erhöhen, je nach Bedarf beliebig variiert werden. Der radiale Abstand der Trommelkörper könnte noch enger gewählt werden, als in der Figur der besseren Klarheit wegen dargestellt ist.
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3 zeigt ergänzend eine Ansicht des erfindungsgemäßen Werkzeugterminals aufgeschnitten längs der Linie III-III aus 2.
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Die oberen und unteren Lagerschalen 52 der drei Trommelkörper sind jeweils höhenversetzt zueinander angeordnet.
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Die Antriebsmotoren 42 treiben über eine Zahnrad-Zahnschiene-Kopplung, – Kette oder Zahnriemen können auch verwendet werden – die oben am überstehenden Innenrand der Trommelwandung jeweils vorhanden ist, den jeweiligen Trommelkörper an. Die Antriebe und deren logische Steuerung entsprechen im Allgemeinen dem Stand der Technik.
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Um die äußere Trommel besonders schnell auch bei relativ großer Masse anzutreiben, können in vorteilhafter Weise dort auch zwei elektromotorische Antriebe vorgesehen sein. Dies ist in 3 dargestellt.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Weise modifizierbar.
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Zum Beispiel kann die Antriebskopplung vielfach variiert werden. Auch die Wandstärke der Trommeln, die Breite der Durchgriffsöffnungen, die radialen Abstände der Trommeln bei konzentrischer Achse, die Anzahl der Trommeln, deren Höhe, Form und Durchmesser, die Art der Befestigung der Werkzeugaufnahmen an den Trommelwänden, können je nach Anwendungszweck variiert werden. Für besondere Ausnahmefälle mit sehr ungleich großen Werkzeugen können die einzelnen Trommeln auch separate Drehachsen besitzen, wobei eine Anordnung der Trommeln entsteht, die nicht konzentrisch ist. In den größeren Zwischenräumen zwischen zwei Trommeln finden dann relativ große Werkzeuge Platz. Die Trommeln können dann gegebenenfalls nicht um 360° gedreht werden, sondern nur um einen geringeren Winkelbereich, damit die großen Werkzeuge nicht mit der anderen Trommelwand kollidieren.
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Schließlich können die Merkmale der Unteransprüche im wesentlichen frei miteinander und nicht durch die in den Ansprüchen vorliegende Reihenfolge miteinander kombiniert werden, sofern sie unabhängig voneinander sind.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Vorrichtung zum Bevorraten und Bereitstellen von Maschinenwerkzeugen, Werkzeugterminal
- 22
- Greifvorrichtung
- 25
- Werkzeugköcher
- 26
- Werkzeugträgerplattformen
- 29, 30, 31
- Trommelkörper
- 32
- Turmachse
- 34
- Turmwandungen
- 38
- Durchgriffsöffnung
- 39
- Hilfslinien
- 42
- Antriebsmotor
- 44
- Rahmenkonstruktion, Trägergestell
- 45
- Tragrahmen
- 46
- Innenseite
- 47
- Untergestell
- 49
- Kopfgestell
- 50
- Drehachse
- 52
- Lagerschale
- 54
- Motortragegestell
- 56
- Schlitten
- 58
- Führungsgestell für Greifer