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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Werkzeugmaschinenroboter zur spanenden bzw. zerspanenden Bearbeitung eines Werkstückes sowie eine Schutzverkleidung zum Schutz eines derartigen Werkzeugmaschinenroboters.
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Hintergrund der Erfindung
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Aus dem Stand der Technik sind Werkzeugmaschinen bekannt, die mit Hilfe einer über mehrere Maschinenachsen positionierbaren werkzeugtragenden Arbeitsspindel spanende bzw. zerspanende Bearbeitungen an einem Werkstück vornehmen können.
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Eine grundsätzliche Aufgabe auf diesem Gebiet ist es die meist fräsenden und/oder bohrenden Bearbeitungsschritte mit hoher Präzision, zuverlässig und möglichst zeiteffizient durchzuführen, um so den Einsatz im Rahmen eines ganz oder teilweise automatisierten Fertigungsprozesses bei hoher Stückzahl der zu bearbeitenden Werkstücke zu ermöglichen.
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Für die Bearbeitung größerer Bauteile bedarf es eines maschinellen Konzepts, welche eine hierfür notwendige Bewegungsflexibilität bzw. Bewegungsfreiheit aufweist. Daraus ergibt sich das Erfordernis teilweise ausladender bzw. großer Verfahrbewegungen der bearbeitenden Einrichtung, die es gilt, in Einklang mit den Anforderungen an die Werkstückbearbeitung hinsichtlich Präzision, Zeiteffizienz etc. zu bringen.
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Solche maschinellen Konzepte, wie beispielsweise in der Druckschrift
DE 10 2016 216 902 A1 offenbart, die einen über mehrere Rotationsachsen schwenkbaren bzw. über Linearachsen verfahrbaren Maschinenarm aufweisen, der eine werkzeugtragende Arbeitsspindel führt, sind besonders gut zur flexiblen und präzisen Bearbeitung von Werkstücken geeignet, da diese die Vorteile eines roboterarmartigen Aufbaus mit einem hohen Maß an Bewegungsflexibilität bzw. Bewegungsfreiheit mit denen einer zur präzisen Bearbeitung ausgelegten Werkzeugmaschine mit einer werkzeugtragenden Arbeitsspindel kombiniert.
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Weiterhin ist in der Druckschrift
DE 20 2013 102 380 U1 ein Roboterarm zur Werkstückbearbeitung offenbart, der von einer quaderförmigen Schutzverkleidung umgeben ist und im Zuge einer Werkstückbearbeitung durch eine seitliche Öffnung der Schutzverkleidung teilweise in einen Arbeitsbereich verfahren werden kann, um dort die Werkstückbearbeitung vorzunehmen.
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Weiterhin ist in der Druckschrift
WO 2014/137 125 A1 der Einsatz von Faltenbälgen als Teil von Schutzverkleidungen von Werkzeugmaschinen offenbart, durch die ein Teil der Werkzeugmaschine vom Arbeitsbereich abgeschirmt werden kann und dabei den Bewegungen einer in den Arbeitsbereich hineinragenden Bearbeitungseinrichtung folgt.
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Weiterhin ist in der Druckschrift
DE 20 2015 106 871 U1 eine Schutzverkleidung für einen Roboterarm zur Werkstückbearbeitung offenbart, die diesen samt dem Arbeitsbereich, in dem die Werkstückbearbeitung erfolgt umschließt. Ein Zugang zum Arbeitsbereich wird dabei über eine verschließbare Öffnung in der Schutzverkleidung ermöglicht.
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In der Druckschrift
DE 10 2015 211 496 A1 ein Roboterarm zur Werkstückbearbeitung offenbart, der eine Reihe aufeinanderfolgender, jeweils aneinander befestigter Armabschnitte umfasst, die gegeneinander um Rotationsachsen in den Befestigungsstellen rotierbar sind, wobei die einzelnen Rotationsachsen parallel zueinander ausgerichtet sind. Ausgehend von dem am Maschinenbett befestigten Armabschnitt trägt der letzte Armabschnitt in der kinematischen Kette eine Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs.
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Weiterhin sind auch in den Druckschriften
DE 10 2017 122 067 A1 ,
DE 10 2016 216 902 A1 ,
DE 20 2015 106 871 U1 jeweils Roboterarme zur Werkstückbearbeitung offenbart, bei denen mehrere Armabschnitte über Drehgelenke in einer kinematischen Kette angeordnet sind, wobei der letzte Armabschnitt eine Arbeitsspindel zur Aufnahme eines Werkzeugs trägt.
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Bei der in der Druckschrift
DE 10 2016 216 902 A1 gezeigten Vorrichtung wird die zur Bearbeitung großer Werkstücke benötigte Bewegungsfreiheit unter anderem durch den Einsatz mehrerer in einer kinematischen Kette hintereinander angeordneter Rotationsachsen zum Schwenken und Drehen eines aus mehreren Elementen aufgebauten, arbeitsspindeltragenden Maschinenarms gewährleistet, wobei der Maschinenarm in einer bevorzugten Variante zusätzlich über eine Linearachse translatorisch verfahren werden kann, um so ein noch höheres Maß an Bewegungsfreiheut mit ausladenden Verfahrbewegungen zur spanenden Bearbeitung großer bis sehr großer Bauteile zu ermöglichen.
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Ein solches maschinelles Konzept eines Werkzeugmaschinenroboters, das die Vorteile eines Roboters mit denen einer Werkzeugmaschine verknüpft und damit ein hohes Maß an Bewegungsfreiheit und Flexibilität bei der Bearbeitung mit der Präzision und der geringen Bearbeitungszeit einer hochgeschwindigkeitswerkzeugführenden, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine herkömmlicher Bauart, wie z.B. CNC-Fräsmaschinen oder Fünf-Achsen-Bearbeitungszentren, eint, stellt eine neuartige Möglichkeit zur Werkstückbearbeitung bereit, woraus sich besonders beim Einsatz in der industriellen Fertigung ein vollständig neues Anforderungsprofil ergibt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen aus dem Stand der Technik, z.B. gemäß Druckschrift
DE 10 2016 216 902 A1 bekannten, zur spanenden Bearbeitung von Werkstücken ausgebildete Werkzeugmaschinenroboter im Hinblick auf damit verbundenen neuartige Anforderungen in sinnvoller Weise weiterzubilden.
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Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Werkzeugmaschinenroboter nach Anspruch 1 sowie eine zum Schutz eines derartigen Werkzeugmaschinenroboters ausgebildete Schutzverkleidung gemäß Anspruch 11 vorgeschlagen.
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Die abhängigen Ansprüche beziehen sich dabei auf bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die jeweils für sich genommen oder in Kombination bereitgestellt werden können.
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Gemäß einem ersten Aspekt wird ein Werkzeugmaschinenroboter zur spanenden Bearbeitung eines Werkstücks bereitgestellt, welcher einen zur Positionierung eines Werkzeugs ausgebildeten verfahrbaren Roboterarm aufweist, wobei dieser ein Basiselement, ein an dem Basiselement um eine erste Rotationsachse drehbar gelagertes erstes Armelement, ein an dem ersten Armelement um eine zweite Rotationsachse drehbar gelagertes zweites Armelement, ein an dem zweiten Armelement um eine dritte Rotationsachse drehbar gelagertes drittes Armelement, ein an dem dritten Armelement befestigtes Endelement mit einer Arbeitsspindel umfasst. Die Arbeitsspindel ist dazu ausgebildet, das zur spanenden Bearbeitung ausgeführte Werkzeug aufzunehmen. Weiterhin umfasst der Werkzeugmaschinenroboter eine Schutzverkleidung, die einen räumlichen Schutzbereich begrenzt, der über eine in die Schutzverkleidung eingebrachte Öffnung an einen Arbeitsbereich angrenzt, in dem die von dem Werkzeugmaschinenroboter durchzuführenden Bearbeitungen an dem Werkstück erfolgen, wobei der durch die Rundachsen verfahrbare Roboterarm in einer Grundstellung ganz oder zumindest größtenteils innerhalb des durch die Schutzverkleidung begrenzten Schutzbereichs liegt und dazu ausgelegt ist, über ein oder mehrere Rotationsachsen mindestens teilweise in den Arbeitsbereich verfahren zu werden. Eine innenseitige Kontur der Schutzverkleidung ist dabei derart gestaltet, dass der Roboterarm in der Grundstellung in den durch die Schutzverkleidung begrenzten Schutzbereich eingepasst ist.
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Der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboter gestattet durch einen solchen Aufbau mit mehreren Rotationsachsen ein hohes Maß an Bewegungsflexibilität bzw. Bewegungsfreiheit des werkzeugtragenden Roboterarms, sodass durch die damit erzielten umfänglichen Verfahrbewegungen im Vergleich zu herkömmlichen Arbeitsmaschinen, wie beispielsweise Vier- oder Fünf-Achs-Fräsmaschinen, ein wesentlich größerer Arbeitsraum, in dem die Bearbeitung des Werkstücks erfolgen kann, zur Verfügung steht. Somit können auch Werkstücke größeren Ausmaßes mit Hilfe des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters bearbeitet werden, ohne deren Position im Arbeitsbereich verändern zu müssen. Zudem kann über hochpräzise ausgelegte Antriebe und Rotationsachsen eine hohe Bearbeitungsgüte hinsichtlich Genauigkeit erzielt werden, die der von Werkzeugmaschinen herkömmlicher Bauweise in Nichts nachsteht.
Das von der Arbeitsspindel aufgenommenen Werkzeug kann in verschiedenen Formen ausgeführt sein und auch ausgetauscht werden, wobei es sich hierbei um ein einziges Werkzeugelement, z.B. ein Fräskopf, bis hin zu einem multifunktionalen Werkzeug mit mehreren materialzerspanenden Elementen, z.B. mehrere Fräskopfe und/oder Bohrer, handeln kann.
Somit vereint der erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenroboter die Vorteile eines flexiblen Roboterarms mit einer zur präzisen Bearbeitung ausgelegten Werkzeugmaschine.
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Bedingt durch das große Maß an Bewegungsfreiheit mit teilweise großen, ausladenden Verfahrbewegungen ergeben sich besonders im Bereich der spanenden Bearbeitung erhöhte Anforderungen hinsichtlich des Schutzes, z.B. vor typischerweise bei der Bearbeitung eines Werkstücks anfallenden Verunreinigungen auch vor weiteren äußeren Einflüssen und/oder Objekten. Besonders das Eindringen von Verunreinigungen, z.B. in Form von bei der Bearbeitung anfallenden Materialspänen, in die für den Betrieb des Werkzeugmaschinenroboters essentiellen Maschinenteile, wie z.B. Antriebseinheiten oder Lagerungseinheiten, kann zu einer Verschlechterung der Bearbeitungspräzision bis hin zu einem Komplettausfall des Werkzeugmaschinenroboters führen, was es unter allen Umständen zu vermeiden gilt.
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Unter diesem Gesichtspunkt ermöglicht es die erfindungsgemäße Vorrichtung, einzelne oder mehrere Teile des Werkzeugmaschinenroboters durch die Schutzbereich begrenzende Schutzverkleidung zu schützen.
Der Roboterarm kann hierbei durch die einzelnen Rotationsaschen in die Grundstellung verfahren werden, in der dieser ganz oder nahezu vollständig von der Schutzverkleidung umgeben ist und somit nicht oder zumindest nur noch teilweise in den Arbeitsbereich hineinragt. Diese Grundstellung, die den bzgl. des Schutzbereichs vollständig bzw. nahezu vollständig eingefahrenen Zustand des Roboterarms beschreibt, kann beispielsweise zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten und/oder bei Disposition des zu bearbeitenden Werkstücks im Arbeitsbereich und/oder bei längeren inaktiven Phasen eingenommen werden.
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Der Rückzug des werkzeugtragenden Roboterarms aus dem Arbeitsbereich und die Einnahme der Grundstellung gestattet im Hinblick auf die durch die erfindungsgemäße Vorrichtung zu bearbeitenden Werkstücke größerer Dimension unter anderem, dass eine Disposition des Werkstücks im Arbeitsbereich ohne oder zumindest nur mit teilweiser Behinderung durch den Roboterarm selbst vorgenommen werden kann. So kann beispielsweise für den Fall besonders sperrig ausgeführter Werkstücke das Risiko einer dispositionsbedingten Kollision mit dem Roboterarm, die zu Schäden am Werkstück und/oder am Roboterarm selbst führen können, stark reduziert werden.
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Die durch die Schutzverkleidung der erfindungsgemäßen Vorrichtung realisierte räumliche Trennung zwischen dem Schutzbereich und dem Arbeitsbereich trägt darüber hinaus zum Schutz einzelner/mehrere Teile des Werkzeugmaschinenroboters vor bei der Bearbeitung anfallenden Verunreinigungen, z.B. in Form von Materialspänen, bei und verhindert, dass diese in den sich an den Roboterarm anschließenden Bereich des Werkzeugmaschinenroboters vordringen. Hierdurch können weitere für Verunreinigungen besonders anfällige Elemente des Werkzeugmaschinenroboters, wie beispielsweise elektrische und/oder hydraulische Leitungen und/oder Anschlüsse, Antriebseinheiten, eine zur Steuerung ausgelegte Steuereinheit, Leistungselektronikeinheiten, Schnittstellen zu externen Energieversorgungseinrichtungen etc. zuverlässig vor anfallenden Verunreinigungen geschützt werden.
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Ein weiterer Vorteil ergibt sich im Falle einer Interaktion der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einer menschlichen und/oder mobilen maschinellen Komponente, z.B. während einer inaktiven Phase des Werkzeugmaschinenroboters. Der Rückzug in den Schutzbereich gibt den Arbeitsbereich ganz oder nahezu vollständig frei, sodass eine Ein- und oder Austreten sowie eine Bewegung eines Objektes im Arbeitsbereich weitestgehend ohne Behinderung durch den Roboterarm erfolgen kann.
Dies kann beispielsweise für Wartungsarbeiten und/oder Reinigungsarbeiten des Arbeitsbereichs und/oder des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters selbst vorteilhaft sein, da ein geringeres Kollisions- bzw. Verletzungsrisiko, im Falle einer menschlichen Komponente, vorliegt als es bei einem im Arbeitsbereich positioniertem Roboterarm der Fall wäre.
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Die Ausgestaltung der innenseitigen Kontur der Schutzverkleidung zur Einpassung des Roboterarms in den Schutzbereich gestaltet sich vorteilhaft, da so der zwischen der Schutzverkleidung und dem Roboterarm vorliegende Freiraum im Vergleich zu den sonstigen Abmessungen der einzelnen Armelemente des Roboterarms vergleichsweise klein ausfällt und damit die Möglichkeit zum Eindringen von Verunreinigungen in den Schutzbereich strak reduziert wird. Unter anderem wird die den Verunreinigungen zur Verfügung stehenden Fläche im Grenzübergang zwischen Schutz- und Arbeitsbereich zwischen
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Darüber hinaus fallen die geometrischen Abmessungen einer derart ausgeführten Schutzverkleidung im Vergleich zu anderen Realisierungsmöglichkeiten vergleichsweise kleiner aus, sodass hierdurch eine weitestgehend material- und damit auch kostensparenden aber auch gewichtseinsparende Ausführung der Schutzverkleidung vorliegt.
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In diesem Sinne bietet sich weiterhin die Verwendung eines dünnwandigen gestalteten Materials, z.B. Stahl- oder Aluminiumbleche, zur Ausführung der Schutzverkleidung an.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind Hauptflächen der Innenseite der Schutzverkleidung im Wesentlichen parallel verlaufend zu den Hauptflächen des Roboterarms in der Grundstellung gestaltet.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die innenseitige Kontur der Schutzbereich begrenzenden Schutzverkleidung zum Arbeitsbereich hin abfallend gestaltet, um in den Schutzbereich eingedrungene Verunreinigungen in den Arbeitsbereich zurückzuführen.
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Eine solche Ausführung bietet den Vorteil, dass Verunreinigungen, bei denen es sich im Falle des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters mehrheitlich um bei der Bearbeitung anfallende Materialspäne handelt, nicht im Schutzbereich verbleiben und sich dort auch nicht ansammeln können.
Eine weitestgehende Reinhaltung des Schutzbereichs verhindert oder reduziert zumindest das Risiko eines Eindringens der Verunreinigungen in zur Realisierung der Verfahrbewegung essentielle Teile des Roboterarms, beispielsweise in Lagerungsstellen einzelner Rundachsen.
Weiterhin würden sich im Schutzbereich ansammelnde Verunreinigungen dazu führen, dass die zwischen Roboterarm und Schutzverkleidung vorliegenden Freiräume sich teilweise oder sogar gänzlich mit Verunreinigungen füllen und somit eine Rückkehr des Roboterarms in die Grundstellung behindern werden würde.
Eine solche Auslegung der innenseitigen Kontur der Schutzverkleidung kann dabei vorteilhafter Weise unter Berücksichtigung der zuvor genannten Einpassung des Roboterarms erfolgen, um so die Vorteile dieser beiden Ausführungsbeispiele zu kombinieren.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Basiselement des Roboterarms des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters über eine steuerbare Linearachse verfahrbar gestaltet.
Dadurch können die Abmessungen des Arbeitsraums in vorteilhafter Weise erweitert werden, da die durch die Rotationsachsen realisierte Bewegungsfreiheit nun mit einer durch die Linearachse realisierten translatorischen Bewegung kombiniert werden können. Dadurch ist der Werkzeugmaschinenroboter im Stande Werkstücke mit noch größeren Abmessungen zu bearbeiten, wie es im Falle einer herkömmlichen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschine keinesfalls möglich wäre.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Schutzverkleidung dazu ausgeführt, zusammen mit dem Basiselement über die Linearachse verfahren zu werden.
Durch eine solche Ausgestaltung wird gewährleistet, dass die zuvor genannten Vorteile der Schutzverkleidung auch für den Fall eines über die Linearachse verfahrbaren Roboterarms erhalten bleiben. Zudem muss bei der formtechnischen Ausgestaltung der Schutzverkleidung keine zu der Schutzverkleidung relative translatorische Bewegung des Roboterarms berücksichtigt werden.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Schutzverkleidung des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters an der Öffnung im Übergang zwischen Schutzbereich und Arbeitsbereich weiterhin einen ersten Rahmen auf, der mit zwei flexiblen Schutzelementen verbunden ist, die in einem zweiten Rahmen eingepasst sind und dazu ausgebildet sind, durch ein Verfahren der Schutzverkleidung über die Linearachse kontrahiert bzw. expandiert zu werden.
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Durch diese Ausgestaltung können in vorteilhafter Weise weitere Elemente des Werkzeugmaschinenroboters auch bei einem über die Linearachse verfahrbaren Roboterarm geschützt werden, ohne dabei mögliche durch die Rotationsachsen realisierte Verfahrbewegungen des Roboterarms zu behindern oder einzuschränken.
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Der Abschluss der Schutzverkleidung mit dem ersten Rahmen und den daran befestigten flexiblen Schutzelementen sowie die Schutzelemente selbst verhindern zuverlässig ein Eindringen in den hinter den Schutzelementen gelegenen, dem Arbeitsbereich abgewandten Bereich des Werkzeugmaschinenroboters, in dem sich weitere für den Betrieb des Werkzeugmaschinenroboters essentielle Elemente, wie beispielsweise die Linearführung samt Linearachse zum Verfahren des Roboterarms befinden können.
Die flexible Ausgestaltung der Schutzelemente bedingt in vorteilhafter Weise, dass diese durch eine zum zweiten Rahmen relative translatorische Bewegung der Schutzverkleidung, bzw. des daran befestigten ersten Rahmens, kontrahiert und expandiert werden, sodass sich durch das Verfahren des Roboterarms keine Öffnung zwischen den Schutzelementen und der Schutzverkleidung ergibt, die ein Eindringen von Verunreinigungen ermöglichen würden.
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Die großen Abmessungen des Arbeitsbereichs in denen der bearbeitungsdurchführende Roboterarm ausladende Verfahrbewegungen vornehmen kann, stehen dabei in großem Gegensatz zu den vergleichsweise kleinen Arbeitsbereichen von herkömmlichen, numerisch gesteuerten Werkzeugmaschinen, bei denen sich ein Schutz der zur Bearbeitung ausgebildeten Vorrichtung bereits äußerst schwierig gestaltet.
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Gerade unter diesem Gesichtspunkt zeigt sich der erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenroboter besonders vorteilhaft, da trotz weiter Verfahrwegen und eines großräumigen Arbeitsbereichs auch in solchen Fällen der Werkzeugmaschinenroboter zuverlässig geschützt werden kann.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die flexiblen Schutzelemente als Faltenbälge mit aufgesetzten Schutzlamellen ausgeführt.
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Die beispielsweise als Stahllamellen ausgeführten, arbeitsbereichsseitig aufgesetzten Schutzlamellen bieten dabei einen Schutz der dahinterliegenden Faltenbälge, die aufgrund der für den zweckmäßigen Einsatz benötigten Flexibilität weniger robuste Eigenschaften aufweisen und ohne die aufgesetzten Schutzlamellen z.B. durch anfallende Materialspäne beschädigt werden könnten.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der erfindungsgemäße Werkzeugmaschinenroboter weiterhin ein an den zweiten Rahmen angrenzendes Gehäuse auf.
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In Ergänzung zu den am zweiten Rahmen angebrachten Schutzelementen kann ein daran angrenzendes Gehäuse, z.B. in Form dreier zusätzlicher Seitenwände, in sinnvoller Wiese zusätzlichen Schutz für die sich an den Roboterarm anschließende Teile des Werkzeugmaschinenroboters bieten. Dieser durch das Gehäuse erzielte räumliche Abgrenzung verhindert nicht nur ein Eindringen von Verunreinigungen, sondern auch von beliebigen anderen Objekten, z.B. von Menschen, Materialdispositionseinrichtungen etc., in den besagten Bereich.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters sind die erste Rotationsachse (R1) und die zweite Rotationsachse (R2) parallel zueinander ausgerichtet und/oder die dritte Rotationsachse (R3) ist senkrecht oder quer zur zweiten Rotationsachse (R2) ausgerichtet.
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Die in dieser Weise angeordneten Rotationsachsen finden sich im Stand der Technik, z.B. wie in der Vorrichtung gemäß Druckschrift
DE 10 2016 216 902 A1 , und bieten ein größtmögliches Maß an Bewegungsfreiheit bei zeitgleicher Wahrung der für die Bearbeitung notwendigen Präzisionsanforderungen.
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In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Endelement des Roboterarms des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters über eine vierte Rotationsachse (R4) an dem dritten Armelement drehbar gelagert.
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Die Bewegungsfreiheit des Roboters kann in dieser Weise vorteilhaft erweitert werden und gestattet so zusätzliche Bearbeitungsmöglichkeiten des Werkstücks.
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Gemäß einem weiteren Aspekt wird eine Schutzverkleidung zum Schutz eines zur spanenden Bearbeitung ausgebildeten Werkzeugmaschinenroboters gemäß dem vorherig beschriebenen ersten Aspekt oder dessen bevorzugten Ausführungsbeispielen bereitgestellt. Die Schutzverkleidung ist dadurch gekennzeichnet, dass diese einen räumlichen Schutzbereich begrenzt, der über eine in die Schutzverkleidung eingebrachte Öffnung an einen Arbeitsbereich angrenzt, in dem die von dem Werkzeugmaschinenroboter durchzuführenden Bearbeitungen an dem Werkstück erfolgen und der durch die Schutzverkleidung begrenzte Schutzbereich derart ausgebildet ist, dass ein verfahrbarer Roboterarm des Werkzeugmaschinenroboters in einer Grundstellung ganz oder zumindest größtenteils innerhalb des Schutzbereichs liegt. Eine innenseitige Kontur der Schutzverkleidung ist dabei derart gestaltet, dass der Roboterarm in der Grundstellung in den durch die Schutzverkleidung begrenzten Schutzbereich eingepasst ist.
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Weitere Aspekte und deren Vorteile als auch speziellere Ausführungsmöglichkeiten der zuvor genannten Aspekte und Merkmale werden im Folgenden unter Zuhilfenahme der in den beigefügten Figuren gezeigten Zeichnungen beschrieben:
- 1: Schematische Perspektivdarstellung eines Werkzeugmaschinenroboters mit Roboterarm und Schutzverkleidung gemäß einem Ausführungsbeispiel
- 2: Schematische Perspektivdarstellung einer Schutzverkleidung eines Werkzeugmaschinenroboters gemäß einem Ausführungsbeispiel
- 3: Schematische Perspektivdarstellung eines Werkzeugmaschinenroboters mit einem über eine Linearachse verfahrbarem Roboterarm gemäß einem Ausführungsbeispiel
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Gleiche bzw. ähnliche Elemente in den Figuren können hierbei mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet sein, manchmal allerdings auch mit unterschiedlichen Bezugszeichen.
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Es wird hervorgehoben, dass die vorliegende Erfindung in keiner Weise auf die nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiele und deren Ausführungsmerkmale begrenzt bzw. eingeschränkt ist, sondern weiterhin Modifikationen der Ausführungsbeispiele umfasst.
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Detaillierte Beschreibung der Figuren und bevorzugter Ausführungsbeisoiele der vorliegenden Erfindung
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1 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Werkzeugmaschinenroboters mit Roboterarm 99 und Schutzverkleidung 201 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der Werkzeugmaschinenroboter weist einen Roboterarm 99 mit vier Rotationsachsen R1, R2, R3 und R4 auf, dessen Basiselement 100 im gezeigten Ausführungsbeispiel an der Unterseite einer Schutzverkleidung 201 angeordnet ist, welche einen räumlichen Schutzbereich begrenzt und zu einer Seite hin geöffnet ist.
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Der Roboterarm 99 umfasst weiterhin eine am Basiselement 100 um die erste Rotationsachse R1 drehbar gelagertes erstes Armelement 101, eines an diesem um die zweite Rotationsachse R2 drehbar gelagertes zweites Armelement 102 und eines an diesem um die dritte Rotationsachse R3 drehbar gelagertes drittes Armelement.
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Desweiteren ist ein Endelement 104 des Roboterarms 99 am dritten Armelement 103 über die Rotationsachse R4 drehbar gelagert und trägt eine Arbeitsspindel 105 zur Aufnahme eines zur zerspanenden Bearbeitung ausgebildeten Werkzeugs, welches in der gegebenen 1 nicht dargestellt ist. Die Rotationsachsen R1 und R2 sind in zueinander parallel Ausrichtung ausgeführt und sind im Wesentlichen dazu geeignet, den Roboterarm 99 aus dem durch die Schutzverkleidung 201 begrenzten Schutzbereich durch die Öffnung in einen Arbeitsbereich zu verfahren bzw. zu schwenken. Der Arbeitsbereich grenzt an der Öffnung der Schutzverkleidung 201 an den Schutzbereich an und ist beispielhaft durch eine Projektion des Arbeitsbereichs PA auf eine unterhalb des Roboterarms 99 liegende, zur Öffnung der Schutzverkleidung rechtwinklig stehenden Ebene gezeigt ist. Die Projektion des Arbeitsbereichs PA repräsentiert hierbei die Grundfläche des räumlichen Arbeitsbereichs, in dem die vom Roboterarm 99 durchgeführten Bearbeitungen an einem Werkstück erfolgen können.
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Die Bearbeitung eines Werkstückes, welches in der gegebenen Figur nicht gezeigt ist, durch ein von der Arbeitsspindel 105 getragenes Werkzeug findet dabei in dem durch die Projektion PA angedeuteten Arbeitsbereich statt.
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Die Rotationsachsen R3, welche senkrecht zur R2 angeordnet ist, und R4, welche wiederum parallel zu R1 und R2 steht, tragen maßgeblich zur Bewegungsfreiheit bzw. Bewegungsflexibilität des Roboterarms 99 hinsichtlich der Positionierung der werkzeugtragenden Arbeitsspindel 105 in Relation zu einem im Arbeitsbereich befindliche zu bearbeitenden Werkstück bei.
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In der beispielhaften Darstellung ist eine mögliche Stellung des Roboterarms 99 gezeigt, bei dem sich die einzelnen Armelemente 101, 102, 103 sowie das Endelement 104 samt Arbeitsspindel 105 ganz oder zumindest teilweise im Arbeitsbereich befinden.
Die Schutzbereich begrenzende Schutzverkleidung 201 ist in der in der Figur gezeigten beispielhaften Ausführung aus dünnwandigen Blechen aufgebaut und geometrisch so gestaltet, dass der Roboterarm 99 durch eine über die Rotationsachsen R1 und R2 ganz oder zumindest größtenteils in den Schutzbereich verfahren werden kann und dabei in die Schutzverkleidung eingepasst ist.
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Der formtechnisch größer ausfallende durch die Schutzverkleidung 201 begrenzte Schutzbereich an der oberen Seite der Schutzverkleidung 201 ist sichtlich an die Außenkontur des Roboterarms 99 im Bereich der zweiten Rundachse R2 mit den an dieser Stelle drehbar verbundenen Armelementen 101 und 102 angepasst.
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An der dem Boden zugewandten Seite der Schutzverkleidung 101 zeigt sich in der beispielhaften Darstellung eine an das erste Armelement 101 angepasste innenseitige Kontur der Schutzverkleidung 101, die jeweils links- und rechtsseitig dicht am ersten Armelement 101 anliegt und vergleichsweise hoch gestaltet ist. Die hierdurch erzielte Einpassung des Roboterarms 99 lässt wenig Freiraum für Verunreinigungen, die z.B. in Form von Materialspänen, in den Schutzbereich eindringen könnten.
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Weiterhin weist besonders die bodenseitige Innenkontur der Schutzverkleidung 201 eine zum Arbeitsbereich hin stark abfallende Geometrie auf, was sich besonders gut unterhalb des ersten Armelements 101 zeig. Hierdurch können in den Schutzbereich eingedrungene Verunreinigungen, z.B. Materialspäne, in den Arbeitsbereich zurückgeführt werden.
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2 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung einer Schutzverkleidung 201 eines Werkzeugmaschinenroboters gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Die in 2 gezeigte Schutzverkleidung 201 entspricht hierbei der aus 1, allerdings ohne einen darin befindlichen Roboterarm 99.
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Die Innenseite der Schutzbereich begrenzenden Schutzverkleidung 201 weist dabei verschiedene Hauptflächen 201a bis 201k auf, die an die Außengeometrie eines in den durch die Schutzverkleidung begrenzten Schutzbereich einfahrenden Roboterarm 99 angepasst sind, wie beispielsweise im Ausführungsbeispiel in 1 gezeigt.
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Die bodenseitige Kontur der Schutzverkleidung wird im Wesentlichen durch die Hauptflächen 201a bis 201f gebildet, welche eine zur vorderen Öffnung der Schutzverkleidung 201 hin abfallende Geometrie aufweisen und damit auch der Rückführung von eingedrungenen Verunreinigungen, z.B. in Form von anfallenden Materialspänen bei der Werkstückbearbeitung, in den an den Schutzbereich angrenzenden Arbeitsbereich dienen. Besonders die dem Arbeitsbereich nahe gelegenen, an die Öffnung der Schutzverkleidung 201 angrenzenden Hauptflächen 201e und 201f weisen dabei einen starken Neigungswinkel auf.
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Die seitlichen Hauptflächen 201g, 201h, 201i sind in der dargestellten Ausführungsform in senkrechter Richtung und parallel zueinander angeordnet. Eine aus perspektivischen Gründen der Hauptfläche 201g gegenüberliegende nicht gezeigte Hauptfläche ist ebenso senkrecht und parallel zu 201g ausgeführt.
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Die rückseitige Hauptfläche 201k grenzt an die seitlichen Hauptflächen 201i und 201h sowie an die bodenseitigen Hauptflächen 201b, 201c und 201d an und schließt die Schutzverkleidung 201 zusammen mit der deckenseitigen Hauptfläche 201j die Schutzverkleidung im hinteren Bereich ab.
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Im unteren Teil weißt die Schutzverkleidung 201 an der linkseitigen Hauptfläche 201g eine Öffnung 201m auf. Ebenso findet sich eine solche Öffnung an der aus perspektivischen Gründen nicht dargestellten, der Hauptfläche 201g gegenüberliegenden Hauptfläche. Die in die Schutzverkleidung 201 eingebrachte Öffnung 201m ist für das Durchführen der ersten Rotationsachse R1 des Roboterarms 99 des erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboters ausgebildet und ermöglicht so eine Verbindung mit dem unterhalb der Schutzverkleidung platzierten Basiselement 100, welches in der beispielhaften Ausführung in 1 gezeigt ist.
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3 zeigt eine schematische Perspektivdarstellung eines Werkzeugmaschinenroboters mit einem über eine Linearachse L1 verfahrbarem Roboterarm 99 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der Roboterarm 99 weist dabei vier Rotationsachsen R1, R2, R3 und R4 auf, wobei die zum Verfahren des Roboterarms 99 ausgelegten Rotationsachsen R1, R2 und R4 im gegebenen Ausführungsbeispiel parallel zueinander ausgerichtet sind und Rotationsachse R3 senkrecht zu diesen verläuft. Im dargestellten Ausführungsbeispiel kann der Roboterarm weiterhin über eine parallel zur Rotationsachse R1 verlaufende Linearachse L1 verfahren werden.
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Durch die im Vergleich zum Ausführungsbeispiel in 1 zusätzliche Verfahrmöglichkeit über die Linearachse L1 ergibt sich ein größerer Arbeitsbereich in dem Bearbeitungen an Werkstücken durch den erfindungsgemäßen Werkzeugmaschinenroboter vorgenommen werden können, was durch die im Vergleich zu 1 flächenmäßig größer ausfallende Projektion des Arbeitsbereichs PA auf eine bodenseitige Ebene gezeigt ist.
An der dem Arbeitsbereich zugewandten Öffnung der Schutzverkleidung 201 ist ein an diese angepasster erster Rahmen 202 angebracht, welcher jeweils auf der rechten und linken Seite des Rahmens in Richtung der Linearachse L1 mit flexiblen Schutzelementen 204, 205 verbunden ist. Die Schutzelemente 204 und 205 sind dabei teilweise beweglich in einen zweiten Rahmen 203 eingepasst. Der erste Rahmen 202 an der Öffnung der Schutzverkleidung 201 liegt dabei innerhalb des zweiten Rahmens 203 und ist zu diesem parallel ausgerichtet. Weiterhin ist der erste Rahmen 202 beweglich gegenüber dem zweiten rahmen 203 ausgebildet und kann sich zusammen mit dem Roboterarm 99 und der Schutzverkleidung 201 entlang der Linearachse L1 translatorisch in Relation zum zweiten Rahmen 203 bewegen.
Durch eine solche verfahrende Bewegung entlang der Linearachse L1 wird in der gezeigten, beispielhaften Ausführung jeweils ein Schutzelement 204 oder 205 kontrahiert und zeitglich das jeweils andere Schutzelement 205 oder 204 expandiert. In diesem Sinne ergibt sich beim Verfahren des Roboterarms 99 entlang der Linearachse L1 keine Öffnung zwischen den Rahmen 202 und 203 sowie den flexiblen Schutzelementen 204 und 205, sodass kein Eindringen von Verunreinigungen, z.B. in Form von Materialspänen, aus dem Arbeitsbereich in den auf der anderen Seite des zweiten Rahmens 203 befindlichen Bereich möglich ist.
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Zusätzlich zeigt die beispielhafte Ausführung ein an den zweiten Rahmen 203 angrenzendes Gehäuse 206, welches in diesem Fall drei Seitenwände aufweist, von denen zwei senkrecht und eine parallel zum zweiten Rahmen 203 angeordnet sind, und zusammen mit den Schutzelementen 204, 205 und der Schutzverkleidung 201 einen räumlichen Bereich abgrenzt, in welchem weitere Elemente des Werkzeugmaschinenroboters, wie beispielsweise eine Steuerungseinheit zur Steuerung des Werkzeugmaschinenroboters, Antriebseinheiten etc., untergebracht sein können. Durch eine solche, im Sinne einer sicherheitstechnischen und/oder schützenden Abgrenzung kann beispielsweise das unbefugte Betreten dieses Bereichs, aber auch das Eindringen von Verunreinigungen verhindert werden, wobei vor allem Letzteres zu Beeinträchtigungen oder sogar teilweiser Schädigung des Werkzeugmaschinenroboters führen können.
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Bezugszeichen
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- 99
- Roboterarm
- 100
- Basiselement
- 101
- erstes Armelement
- 102
- zweites Armelement
- 103
- drittes Armelement
- 104
- Endelement
- 105
- Arbeitsspindel
- 201
- Schutzverkleidung
- 201a - 201k
- innenseitige Hauptflächen der Schutzverkleidung
- 201m
- Öffnung in Schutzverkleidung für erste Rotationsachse
- 202
- erster Rahmen
- 203
- zweiter Rahmen
- 204, 205
- flexible Schutzelemente
- 206
- Gehäuse
- PA
- Projektion des Arbeitsbereichs auf Ebene
- L1
- Linearachse
- R1
- erste Rotationsachse
- R2
- zweite Rotationsachse
- R3
- dritte Rotationsachse
- R4
- vierte Rotationsachse