Die vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Handhabung von Gegenständen mit einer Werkzeugmaschine zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Werkzeug, insbesondere ein Fräswerkzeug, mit einer eine Arbeitsspindel aufweisende Werkzeugschnittstelle, wobei die Werkzeugschnittstelle eine Zuführung für Druckluft zu einem in der Werkzeugschnittstelle angeordneten Werkzeug auf weist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Daneben betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Handhabung von Gegenständen.

Im Stand der Technik bekannt sind Werkzeugmaschinen zur Bearbei tung von Werkstücken wie beispielsweise Fräsmaschinen zur Bear beitung von Metall. Üblicherweise weisen derartige Werkzeugma schinen eine zusätzliche Handhabungsvorrichtung auf, welche die zu bearbeitenden Werkstücke in die Werkzeugmaschine einbringt o- der diese nach der Bearbeitung aus der Werkzeugmaschine ent fernt .

Beispielsweise ist ein Verfahren zum Bearbeiten einer Glas scheibe aus der Druckschrift DE 2015 207 933 Al bekannt.

Ferner ist eine Werkzeugmaschine und eine Verfahren zum Bearbei ten eines Werkstücks aus der Druckschrift DE 10 2010 002 019 Al bekannt . Nachteilig im Stand der Technik ist, dass bekannte Werkzeugma schinen zum automatisierten Bearbeiten von Werkstücken eine zu sätzliche Handhabungsvorrichtung umfassen, welche zum Bewegen der Werkstücke benötigt wird. Derartige Handhabungsvorrichtungen weisen einen von der Werkzeugmaschine unabhängigen Antrieb auf und sind daher kostenintensiv. Ferner benötigen sie zusätzlich räumliche Kapazitäten, welche bei der Planung und der Auslegung der Werkzeugmaschinen berücksichtigt werden müssen.

Um die Nachteile aus dem Stand der Technik zu überwinden wird eine Handhabungsvorrichtung auf Basis einer Werkzeugmaschine vorgeschlagen, welche die Aufgaben einer Handhabungsvorrichtung möglichst effizient übernehmen kann.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe im Hinblick auf das System zur Handhabung von Gegenständen durch den Gegenstand des An spruchs 1, im Hinblick auf das Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Handhabung von Gegenständen durch den Gegenstand des Anspruchs 10 gelöst.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemä ßen Systems sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung beruht auf dem Gedanken, dass an der Werkzeug schnittstelle eine mit Druckluft betreibbare Unterdruck-Halte- vorrichtung angeordnet ist und Druckluft über die Zuführung für Druckluft an die Unterdruck-Haltevorrichtung zuführbar ist.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Systems besteht darin, dass die Werkzeugschnittstelle, welche im Betrieb der Werkzeugmaschine zur Anbindung eines Werkzeugs genutzt wird, zur Anbindung für eine Unterdruck-Haltevorrichtung eingesetzt wird. Hierbei wird die Zuführung für Druckluft unmittelbar an die Un terdruck-Haltevorrichtung angeschlossen und zu deren Betätigung als Arbeitsmedium eingesetzt.

Unter einer Werkzeugmaschine ist im Stand der Technik eine Ma schine zu verstehen, welche mittels Werkzeugen Werkstücke fer tigt, wobei die Maschine die relative Bewegung zwischen Werk stück und Werkzeug vorgibt oder steuert. Beispiele einer derar tigen Werkzeugmaschine sind Fräsmaschinen oder Drehmaschinen.

Eine Arbeitsspindel beschreibt ein wichtiges ein Kernelement der Werkzeugschnittstelle. Sie umfasst eine Welle, welche steif ge nug sein muss, um sich durch auftretende Radialkräfte möglichst wenig zu verbiegen. Üblicher Weise hängt die Steifigkeit von Durchmesser, Material und Länge der Welle ab. Ein größerer

Durchmesser führt zu einem höheren Massenträgheitsmoment, was den Energieaufwand für die Beschleunigung erhöht. Das dynamische Verhalten der Welle hat eine große Bedeutung. Zusätzlich stellt die rotierende Welle mit Antrieb und Lagerung ein schwingungsfä higes System dar, welches bei Erreichen seiner kritischen Dreh zahl instabil werden kann. Im Betrieb auftretende Temperaturen werden üblicher Weise durch Kühlmittel oder durch Kühlschmier mittel reduziert, indem die Mittel durch eine Drehdurchführung oder eine axiale Bohrung in der Welle bis zum Werkzeug zugelei tet werden. Das Werkzeug selbst weist hierbei ebenfalls kleine Bohrungen auf, durch welche das Kühlmittel austreten und dadurch das Werkzeug und das Werkstück kühlen kann. Zusätzlich wird auch das Einbringen von Druckluft notwendig um beispielsweise Späne, Kühlmittel oder Schmiermittelrückstände zu entfernen. Die Zufüh rung für Druckluft zum Betreiben der Unterdruck-Haltevorrichtung kann hierbei entweder durch eine separate Leitung, durch eine bestehende Bohrung in der Welle oder durch eine Drehdurchführung erfolgen. Beispielsweise können bekannte Hohlschaftkegel (HSK) oder Capto-Halter in die Werkzeugschnittstelle eingefutter wer den. Derartige Halterungen weisen, wie auch die Arbeitsspindel selbst, Drehdurchführungen für Druckluft oder Kühlschmierstoff auf, welche zur Versorgung und zum Betreiben der Unterdruck-Hal- tevorrichtung mit Druckluft genutzt werden können.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist die Unterdruck-Halte vorrichtung dazu ausgebildet ist, eine nach dem Bernoulli-Prin- zip wirkende Haltekraft zum Festhalten eines Gegenstands zu er zeugen. Aufgrund der konkreten Arbeitsumgebung in Werkzeugma schinen, welche sich insbesondere durch Kühlmittelrückstände und Spanbildung kennzeichnen, kommen Venturidüsen und Saugvorrich tungen nicht in Frage da diese sämtliche Rückstände ansaugen würden. Zusätzlich weisen sie den Nachteil auf, dass lediglich geschlossene Oberflächen gegriffen oder gehalten werden können. Eine nach dem Bernoulli-Prinzip arbeitende Unterdruck-Haltevor richtung, auch als Bernoulli-Greifer bezeichnet, bietet sich in der bezeichneten Arbeitsumgebung einer Werkzeugmaschine in be sonderem Maße an, da mit Überdruck gearbeitet wird. Der Über druck kann auch zum Wegblasen von Kühl- oder Schmiermittel-Rück ständen sowie von Spänen eingesetzt werden. Der Bernoulli-Grei- fer wird an der Werkzeugschnittstelle angeordnet. Dadurch kann die Spindel zwar nicht mehr verdreht werden, jedoch kann die Werkzeugschnittstelle im Arbeitsraum verfahren werden. Hierbei kann ein Werkstück beliebig aufgenommen und abgelegt werden. Beispielsweise kann das Werkstück in einer Spannvorrichtung, auf einem Förderband oder an einer Ausschleus-Position abgelegt wer den .

Um auch Gegenstände mit porösen oder unregelmäßigen Oberflächen zu halten, weist die Unterdruck-Haltevorrichtung zumindest zwei parallel angeordnete Halteköpfe zum Festhalten eines Gegenstands nach dem Bernoulli-Prinzip auf. Hierbei wird zusätzlich der Vor teil erreicht, dass ein Festhalten eines Gegenstands ohne Ver formung des Gegenstands selbst möglich ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform, weist die Un- terdruck-Haltevorrichtung eine nachgiebig ausgebildete Kontakt schicht auf, welche einem festzuhaltenden Gegenstand entgegenge richtet ist. Dadurch wird beispielsweise der Vorteil erreicht, dass unregelmäßige Oberflächen eines zu haltenden Gegenstands besser ausgeglichen werden können und somit eine Haltekraft zu verlässiger ausgebildet werden kann. Beispielsweise ist die Kon taktschicht reversibel elastisch ausgebildet. Dies kann bei spielsweise mit einem schaumstoffartigen Material erreicht wer den .

Um das Anhaften eines Gegenstands zu verbessern, ist die Kon taktschicht aus einem rutschfesten Kunststoffmaterial ausgebil det. Beispielsweise eignet sich ein gummiartiges Material, da ein Verrutschen eines Gegenstands durch die gummiartige Oberflä che erschwert wird.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, weisen die parallel angeordneten Halteköpfe der Unterdruck-Haltevorrichtung jeweils eine Schnittstelle zum Zuführen von Druckluft auf.

Dadurch wird beispielsweise der Vorteil erreicht, dass die Saug kraft der beiden Halteköpfe getrennt voneinander gesteuert wer den kann. Dies kann die Handhabung eines Gegenstands erleich tern, indem beispielsweise das Aufnehmen und das Ablegen präzise gesteuert werden kann. Um das Steuern der Handhabung zusätzlich zu verbessern, weist das System ferner ein Druckluftventil zum Steuern der Unter druck-Haltevorrichtung auf. Beispielsweise kann zumindest ein 3/2-Wegeventil zur Steuerung des Systems eingesetzt werden.

Gemäß einer zusätzlichen Ausführungsform, umfasst das System ein Werkzeugmagazin, wobei die Unterdruck-Haltevorrichtung in dem Werkzeugmagazin angeordnet werden kann. Dadurch ist es möglich, die Unterdruck-Haltevorrichtung wie ein gewöhnliches Werkzeug in einem Werkzeugmagazin anzuordnen. Wenn beispielsweise ein Werk stück mittels eines Fräswerkzeugs in der Werkzeugmaschine bear beitet worden ist, dann kann die Werkzeugmaschine im Anschluss selbstständig das Fräswerkzeug von der Werkzeugschnittstelle entfernen. Anschließend kann die Unterdruck-Haltevorrichtung aus dem Werkzeugmagazin entnommen und an der Werkzeugschnittstelle angeordnet werden. Damit wird die Werkzeugmaschine zu einer Handhabungsvorrichtung und kann das Werkstück mittels Druckluft reinigen und abtransportieren. Eine gesonderte Handhabungsvor richtung ist nicht länger notwendig. Zur vollständigen Automati sierung des Prozesses, weist das System eine Werkzeugwechselvor richtung auf.

Hinsichtlich des Verfahrens zum Betreiben eines Systems zur Handhabung von Gegenständen, wird die Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruchs 10 gelöst. Ein derartiges erfindungsgemäßes Verfahren umfasst ein System gemäß einer der vorausgehenden Aus führungsformen. Ferner umfasst das Verfahren die Schritte Be reitstellen einer Werkzeugmaschine mit einer eine Arbeitsspindel aufweisenden Werkzeugschnittstelle, Anordnen einer mit Druckluft betreibbaren Unterdruck-Haltevorrichtung an die Werkzeugschnitt stelle und Betreiben der Unterdruck-Haltevorrichtung durch Zu führen von Druckluft über die Zuführung. Es ergeben sich dadurch ähnliche Vorteile, wie diese bereits im Zusammenhang mit dem er findungsgemäßen System erläutert wurden.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform, wird vor dem Anordnen der mit Druckluft betreibbaren Unterdruck-Haltevorrich tung die Werkzeugmaschine mittels Druckluft durch die Zuführung von Verunreinigungen und Spänen gereinigt .

Beispielsweise wird die Unterdruck-Haltevorrichtung mittels ei nes Druckluftventils, insbesondere mit einem 3/2-Wegeventil ge steuert .

Um die Bearbeitung eines Werkstücks zu optimieren, wird die Ar beitsspindel der Werkzeugschnittstelle zum Aufnehmen und zum Ab legen eines Werkstücks in einem Arbeitsraum verfahren. Wenn ein Werkstück mittels eines Fräswerkzeugs in der Werkzeugmaschine bearbeitet worden ist, dann kann die Werkzeugmaschine im An schluss mittels der Werkzeugwechselvorrichtung das Fräswerkzeug von der Werkzeugschnittstelle entfernen und in dem Werkzeugmaga zin anordnen. Danach entnimmt die Werkzeugmaschine die Unter druck-Haltevorrichtung aus dem Werkzeugmagazin und ordnet diese an der Werkzeugschnittstelle an. Damit wird die Werkzeugmaschine zu einer Handhabungsvorrichtung und kann das Werkstück bei Be darf mittels Druckluft reinigen und anschließend abtransportie ren. Das Werkstück kann beliebig aufgenommen und abgelegt wer den. Beispielsweise kann das Werkstück in eine Spannvorrichtung, auf ein Förderband oder an eine Ausschleus-Position gelegt wer den. Eine gesonderte Handhabungsvorrichtung ist nicht länger notwendig weil die Werkzeugmaschine den Gesamtprozess in Verbin dung mit der Unterdruck-Haltevorrichtung selbstständig durchfüh- ren kann . Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dar gestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine aus dem Stand der Technik;

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit Unterdruck-HalteVorrichtung;

Fig. 3 eine perspektivische Darstellung einer Unterdruck-Hal- tevorrichtung, und

Fig. 4 eine weitere perspektivische Darstellung einer Unter- druck-Haltevorrichtung .

Die Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Werkzeug maschine 200 aus dem Stand der Technik. Die Werkzeugmaschine 200 umfasst einen verschließbaren Arbeitsraum 202, in welchem sich die Werkzeugschnittstelle 220 mit einem Werkzeug 210 befindet. Das Werkzeug 210 ist in eine Arbeitsspindel 230 eingefuttert und kann im Arbeitsraum 202 beliebig verfahren werden.

Das Werkzeug 210 fertigt oder bearbeitet Werkstücke 260, welche innerhalb des Arbeitsraums 202 angeordnet werden. Ein Werkstück 260, welches fertig bearbeitet ist, muss anschließend wieder aus dem Arbeitsraum 202 entfernt werden. Dies erfolgt entweder manu ell oder mittels einer Handhabungsvorrichtung (nicht gezeigt) .

In kostenintensiven Werkzeugmaschinen werden zum Entfernen der bearbeiteten Werkstücke beispielsweise auch Roboter und Förder bänder eingesetzt. Sowohl Roboter als auch Förderbänder nehmen regelmäßig viel Platz ein, was zusätzliche Kosten verursacht.

Die Arbeitsspindel 230 beschreibt ein wichtiges Element der Werkzeugschnittstelle 220. Im Betrieb der Werkzeugmaschine 200 entstehen hohe Temperaturen, welche üblicher Weise durch Kühl mittel oder durch Kühlschmiermittel reduziert werden, indem die Mittel durch eine Drehdurchführung oder eine axiale Bohrung in der Arbeitsspindel 230 bis zum Werkzeug 210 geleitet werden. Das Werkzeug 210 selbst weist beispielsweise kleine Bohrungen (nicht gezeigt) auf, durch welche das Kühlmittel austreten und dadurch das Werkzeug 210 und das Werkstück 260 kühlen kann. Zusätzlich wird auch das Einbringen von Druckluft notwendig, um beispiels weise Späne, Kühlmittel oder Schmiermittelrückstände zu entfer nen .

Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Werkzeug maschine 200 mit Unterdruck-Haltevorrichtung 250. Zum Betreiben der Unterdruck-Haltevorrichtung 250, wird entweder durch eine für Kühlflüssigkeit vorgesehene Bohrung in der Arbeitsspindel 230 oder durch eine zur Kühlung eingesetzte Drehdurchführung Druckluft an die Unterdruck-Haltevorrichtung 250 angelegt. Hier müssen zuvor Kühlmittelrückstände aus den Zuführungen ausgebla sen werden. Alternativ oder zusätzlich, kann die Zuführung von Druckluft an die Unterdruck-Haltevorrichtung 250 durch eine se parate Leitung erfolgen. Hierbei kann das Ausblasen von Kühlmit telrückständen ausbleiben. Beispielsweise kann sich im Arbeitsraum 202 eine Werkzeugwech selvorrichtung (nicht gezeigt) befinden. Die Werkzeugwechselvor richtung ist dazu vorgesehen ein Werkzeug 210 aus der Werkzeug schnittstelle 220 zu entfernen und durch ein anderes Werkzeug 210 zu ersetzten. Hierbei befindet sich beispielsweise ein Werk zeugmagazin in dem Arbeitsraum 202, welches zur Aufnahme und zur Abgabe mehrerer Werkzeuge geeignet ist. Die Unterdruck-Haltevor- richtung 250 kann wie ein gewöhnliches Werkzeug in dem Werkzeug magazin angeordnet und somit von der Werkzeugwechselvorrichtung an der Werkzeugschnittstelle 220 eingefuttert werden. Damit wird die Werkzeugmaschine 200 zu einer Handhabungsvorrichtung 100 und kann das Werkstück 260 bei Bedarf mittels Druckluft reinigen und anschließend abtransportieren. Das Werkstück 260 kann beliebig aufgenommen und abgelegt werden. Beispielsweise kann das Werk stück 260 in eine Spannvorrichtung, auf ein Förderband oder an einer Ausschleus-Position abgelegt werden.

Die Figur 3 zeigt eine perspektivische Darstellung einer Unter- druck-Haltevorrichtung 250. Die Unterdruck-Haltevorrichtung 250 erzeugt eine nach dem Bernoulli-Prinzip wirkende Haltekraft zum Festhalten eines Gegenstands (Bernoulli-Greifer) . Der Bernoulli- Greifer arbeitet mit Überdruck und kann deshalb neben der Greif funktion auch zum Wegblasen von Kühl- oder Schmiermittel-Rück ständen sowie von Spänen eingesetzt werden. Die Unterdruck-Hal tevorrichtung 250 hat zwei parallel angeordnete Halteköpfe 252, wodurch auch Gegenstände mit porösen oder unregelmäßigen Ober flächen festgehalten werden können. Durch die beiden parallelen Halteköpfe 252 entstehen beim Festhalten zwei beabstandete

Kräfte, welche ein verformungsfreies Anheben und Transportieren des Gegenstands ermöglichen. Jeder der parallel angeordneten Halteköpfe 252 der Unterdruck- Haltevorrichtung 250 hat eine eigene Schnittstelle zum Zuführen von Druckluft 256. Dadurch lässt sich die Saugkraft der beiden Halteköpfe 252 getrennt voneinander steuern. Dies kann die Hand habung eines Gegenstands erleichtern, indem beispielsweise das Aufnehmen und das Ablegen präzise durch unterschiedliche Halte kräfte der Halteköpfe 252 gesteuert werden kann. Beispielsweise kann die Unterdruck-Haltevorrichtung 250 ein Druckluftventil, beispielsweise ein 3/2-Wegeventil, zur Steuerung der Unterdruck- Haltevorrichtung 250 aufweisen.

Die Unterdruck-Haltevorrichtung 250 hat eine nachgiebig ausge bildete Kontakt _S chicht 254. Die Kontakt _S chicht 254 ist einem festzuhaltenden Gegenstand entgegengerichtet und verbessert das Festhalten von unregelmäßigen Oberflächen. Durch die nachgiebige Kontakt _S chicht 254 werden unregelmäßige Oberflächen besser aus geglichen, wodurch eine Haltekraft zuverlässiger ausgebildet wird. Beispielsweise kann das Festhalten eines Gegenstands ver bessert werden, indem die Kontakt _S chicht 254 zusätzlich aus ei nem rutschfesten Kunststoffmaterial ausgebildet ist. Dadurch wird die Reibung eines anhaftenden Gegenstands relativ zu der Kontaktschickt 254 erhöht und ein Verrutschen wird erschwert.

Die Figur 4 zeigt eine weitere perspektivische Darstellung einer Unterdruck-Haltevorrichtung 250. Auf eine wiederholte Beschrei bung identischer Merkmale der vorausgehenden Figur wird verzich tet .

Alle in Verbindung mit einzelnen Ausführungsformen der Erfindung erläuterten und gezeigten Merkmale können in unterschiedlicher Kombination in dem erfindungsgemäßen Gegenstand vorgesehen sein, um gleichzeitig deren vorteilhafte Wirkungen zu realisieren. Der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die An sprüche gegeben und wird durch die in der Beschreibung erläuter ten oder den Figuren gezeigten Merkmale nicht beschränkt.

BEZUGSZEICHENLISTE

100 System zur Handhabung von Gegenständen 200 Werkzeugmaschine

202 Arbeitsraum

210 Werkzeug

220 Werkzeugschnittstelle

230 Arbeitsspindel

250 Unterdruck-Haltevorrichtung

252 Halteköpfe

254 Kontakt _S chicht

256 Schnittstelle zum Zuführen von Druckluft 260 Werkstück