Werkzeugwechselsysteme sind in modernen programmgesteuerten Werkzeugmaschinen allgemein üblich und dienen zur Übergabe von Werkzeugen zwischen einem Werkzeugmagazin und der vertikalen oder horizontalen Arbeitsspindel der Werkzeugmaschine. Um die ausgewählten und in einer vorgegebenen Wechselposition befindli- chen Werkzeuge aufnehmen zu können, bewegen sich bestimmte Bauteile der Werkzeugwechsler inklusive ihrer zangenförmigen Greifer auf vorbestimmten Bahnen, so daß die Greifer mit ihren Zangen seitlich in die hierzu ausgebildete Ringnut des in der Wech- selposition des Magazins befindlichen Werkzeugkegels eingreifen können. Durch eine Abziehbewegung wird das Werkzeug aus dem Magazin herausgenommen und durch eine Dreh-oder Schwenkbe- wegung des Werkzeugwechslers in eine Position gebracht, in welcher das Einwechseln dieses Werkzeugs in die Arbeitsspindel erfolgen kann. Der Wechselvorgang eines"gebrauchten"Werkzeuges aus der Arbeitsspindel in einen offenen Platz des Werkzeugmagazins erfolgt in gegenläufiger Funktionsfolge.

Aus der DE 35 31 160 A1 ist ein Werkzeugwechsler für eine Werk- zeugmaschine bekannt, dessen Greifer seitlich an den Flansch eines Werkzeugkegels heranbewegt wird und zwei gegeneinander beweg- bare Schenkel enthält, die nach Umgreifen eines Werkzeugkegels mittels einer Vorrichtung verriegelbar sind, um den Werkzeugkegel im Greifer gegen Herausziehen zu sichern. An der Werkzeugmaschi- ne ist eine Kulissenführung vorgesehen, die das Verriegelungs- element axial aus dem Bereich des Flansches am Werkzeugkegel drückt, wenn der Greifer vor die Werkzeugaufnahme bewegt wird.

In der DE 42 15 697 A ist ein anderer Werkzeugwechsler für Werk- zeugmaschinen beschrieben, dessen Greifer an einem zwischen dem Werkzeugmagazin und der Werkzeugaufnahmestelle der Arbeits- spindel verfahrbar ausgebildeten Wechslerarm angeordnet ist. Der Wechslerarm trägt zwei nebeneinander angeordnete Greifer, die in ihrer Grundstellung zum Halten von Werkzeugen achsparallel zu ei- ner Spindelachse ausgebildet sind. Die beiden Greifer sind über eine Schwenkeinrichtung mit dem Wechslerarm verbunden und können relativ zur Spindelachse in Richtung einer Verbindungslinie zwi- schen beiden Greifern synchron parallel verschoben werden.

Ferner ist aus der DE 37 17 201 A ein Greifer für Werkzeuge einer Werkzeugmaschine bekannt, der zwei bewegliche Backen für den formschlüssigen Eingriff in die Nut eines Werkzeugkegels aufweist.

Für den formschlüssigen Eingriff der Greiferschenkel in die Nut am verdickten Ende des Werkzeugkegels enthält der Greifer ein beweg- bares Betätigungselement, das die Schenkel in eine Spreizstellung zum Einführen des Werkzeugkegels bzw. in eine Schließstellung zum formschlüssigen Ergreifen des Werkzeugkegels bewegt. Dieses Betätigungselement wird von einem raumfesten Anschlag der Werk- zeugmaschine betätigt. Ferner enthält der Greifer zwei feste Backen, die koaxial zu den beiden Greiferschenkeln angeordnet sind und beide über die Enden der Greiferschenkel vorstehen. Beide Backen gehen in eine gemeinsame halbkreisförmige Aufnahme über, in der eine Zentriernut ausgebildet ist. Die Verwendung von beweglichen Greiferschenkeln und zusätzlichen festen Backen pro Greifer ist technisch aufwendig und bietet die Möglichkeiten zu Funktionsstö- rungen.

Bei modernen Fräs-und Bohrzentren für die Großserienfertigung von Werkstücken liegen die reinen Bearbeitungszeiten mit einem einzigen Werkzeug häufig im Sekundenbereich. Da nach jedem Be- arbeitungsvorgang ein Werkzeugwechsel erfolgt und jeder Werk- zeugwechsel einige Sekunden dauert, ergibt sich ein relativ ungün- stiges Verhältnis zwischen der Gesamtbearbeitungszeit und der für die entsprechende Anzahl an Werkzkeugwechseln benötigten Zeit- spanne, was sich naturgemäß ungünstig auf die Produktionsleistung der Maschine auswirkt. Dieses Span-zu-Span/Arbeitszeit-Verhältnis wird bei Verwendung von Hochleistungsspindeln, beispielsweise den sogenannten Schnellaufspindeln, aufgrund deren hohen Spanlei- stungen noch ungünstiger.

Aufgabe der Erfindung ist es, die für einen Werkzeugwechsel benö- tigte Zeitspanne mit technisch einfachen Mitteln weiter zu verkür- zen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß minde- stens ein Schenkel der zangenförmigen Greifer des Werkzeugwechs- lers zu einem vorkragenden Haltefinger verlängert ist.

Durch die erfindungsgemäße Ausbildung der in dem neuen Werk- zeugwechsler eingesetzten zangenförmigen Greifer wird die für den Eingriff des zangenförmigen Greifers in die Ringnut am Werkzeugke- gel und für das Lösen des Werkzeugkegels aus seiner Spindelauf- nahme benötigte Zeitspanne dadurch verkürzt, daß die den Werk- zeugkegel fixierende Spannzange etwas früher gelöst werden kann, als dies bei herkömmlichen Greifern der Fall war. Bisher konnte die den Werkzeugkegel in seiner kegelförmigen Spindelaufnahme fixie- rende Spannzange erst dann gelöst werden, nachdem sich der zan- genförmige Greifer mit der Ringnut im Werkzeugkegel in vollem Ein- griff befand. Ein frühzeitigeres Lösen der Spannzange war nicht möglich, weil dann durch die erfolgte Freigabe des Werkzeugkegels ein zuverlässiger Eingriff der zangenförmigen Greifer in die Kegel- ringnut nicht gewährleistet war. Durch die erfindungsgemäße Ver- längerung zumindest eines der beiden Greiferschenkel zu einem vorstehenden Haltefinger wird erreicht, daß dieser Haltefinger, des- sen Profil an den Querschnitt der Ringnut angepaßt ist, bereits wäh- rend der seitlichen Zugriffsbewegung in die Ringnut des zu diesem Zeitpunkt noch festgespannten Werkzeugkegels hineingleitet und dabei den Werkzeugkegel in der kegelförmigen Aufnahme hält. Dies ermöglicht ein früheres Lösen der Spannzange noch während der Bewegung des Greifers zum Werkzeug, d. h. die beiden Vorgänge des Lösens der Spannzange und des Zugriffs durch den zangenförmigen Greifer werden zeitlich zumindest teilweise überlagert, was zu einer Verkürzung der für beide Vorgänge benötigten Gesamtzeit führt.

Obgleich die Zeitersparnis pro Werkzeugwechselvorgang nur relativ gering ist und im Bereich von einigen Zehntel bis zu 1-2, s liegt, er- gibt sich bei der Kurzzeitbearbeitung in der Großserienfertigung doch eine merkbare Verlängerung der möglichen Spanzeiten einer Maschine, und dies durch die technisch äußerst einfache Maßnah- me der Verlängerung eines Zangenschenkels.

Weitere Vorzüge und Besonderheiten des erfindungsgemäßen Werk- zeugwechslers ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung, in der eine Werk- zeugmaschine mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Werkzeug- wechsler schematisch dargestellt ist.

Wenn die Werkzeugwechsel bei einer Maschine durch eine Linear- bewegung entweder der Arbeitsspindel oder aber des Werkzeug- wechslers erfolgt und dabei der Greifer seitlich in die Aufnahme- bzw. Haltenut des Werkzeugkegels eingeschoben wird, ist der vor- kragende Haltefinger an dem einen der Greiferschenkel geradlinig ausgebildet.

Es besteht auch die Möglichkeit, daß der Eingriff des Greifers in die Nut des Werkzeugkegels am Ende einer Drehbewegung des Greifers erfolgt. In diesem Fall ist der an dem einen-Schenkel des Greifers ausgebildete vorkragende Haltefinger bogenförmig, vorzugsweise kreisbogenförmig, ausgebildet, so daß der Finger am Ende einer kreisbogenförmigen Bewegungsbahn in die Aufnahmenut des Werk- zeugkegels eingreift, bevor eine volle Anlage erfolgt. Auch in diesem Fall kann die in der Arbeitsspindel integrierte Spannzange vorzeitig gelöst werden, da der Werkzeugkegel mit dem Werkzeug durch den Eingriff des Haltefingers in die Kegelnut bis zum nachfolgenden vol- len Eingriff des Greifers gehalten wird. Bei derartigen Wechselvor- gängen wird ein gleichartiger Sicherungseffekt erzielt, wenn minde- stens ein Schenkel der Greifer in ein bogenförmiges Halteelement übergeht, das sich vor das Ende des jeweiligen Greiferschenkels er- streckt und die gleiche Sicherungs-bzw. Haltefunktion wie der oben erläuterte Haltefinger hat. Zweckmäßig ist dieses Haltesegment als Kreissegment ausgebildet und am Träger befestigt.

Der durch die Erfindung erreichte Sicherungseffekt eines Werk- zeughalters beim Werkzeugwechsel wird auch bei Greifern erreicht, deren Schenkel starr, d. h. nicht gegeneinander beweglich sind. In diesem Fall ist zweckmäßig am Übergang zwischen dem Haltefinger bzw. dem Haltesegment und dem Innenraum des Greifers ein Siche- rungshalter vorgesehen, der ein vorstehendes federbelastetes Hal- teglied aufweisen sollte, das einen Eingriff des Greifers in die Nut des Werkzeugkegels, z. B. durch federbelastetes Ausweichen gestat- tet und nach erfolgtem Eingriff in seine vorstehende Sicherungspo- sition durch Federwirkung zurückkehrt.

Einen weiter beschleunigten Werkzeugwechsel ermöglicht ein Werk- zeugwechsler, der an einem gemeinsamen Träger vier Greifer paar- weise diametral gegenüberliegende aufweist, wodurch einzuwech- selnde Werkzeuge in einer Standby-Position gehalten werden kön- nen und zum Aus-und Einwechseln eines Werkzeugs jeweils nur eine Drehbewegung von 90° erforderlich ist.

Weiter Besonderheiten und Vorzüge des erfindungsgemäßen Werk- zeugwechslers ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigen : Fig. 1 eine Werkzeugmaschine mit einem erfindungsgemäßen Werk- zeugwechsler in schematischer perspektivischer Darstellung ; Fig. 2 bis 4 weitere Ausführungen des Werkzeugwechslers in per- spektivischer Darstellung.

Bei der in Fig. 1 schematisch dargestellten Werkzeugmaschine han- delt es sich um ein für die Großserienfertigung konzipiertes Horizon- tal-Bearbeitungszentrum mit einem hochsteifen Bett 1 als Träger eines in Richtung des Doppelpfeils (Z-Koordinatenachse) verfahrba- ren Werkstücktisches 2. Die Maschine weist ferner einen in Rich- tung des Doppelpfeils (X-Koordinatenachse) verfahrbaren Ständer 3 auf, dessen beide vertikalen Säulen 4,5 durch ein oberes-nicht dargestelltes-Querhaupt fest miteinander verbunden sind. In dem Zwischenraum zwischen beiden Säulen 4,5 ist ein in Richtung des Doppelpfeils (Y-Koordinatenachse) verfahrbarer Schlitten 6 angeord- net, der eine frontale Abdeckung 7 aufweist und den Spindelkopf 8 einer horizontalen Arbeitsspindel 9 trägt.

In Fig. 1 seitlich neben den dargestellten Grundelementen der Werk- zeugmaschine befindet sich ein Werkzeugwechsler 10, der einen stationären Unterbau 11 und eine Tragkonstruktion 12 für einen Träger 13 aufweist. Wie dargestellt, enthält die Tragkonstruktion 12 einen Teleskoparm 14, der in Richtung seiner Längsachse 15 mittels z. B. eines-nicht dargestellten-Druckmittelzylinders aus-und ein- fahrbar ist. Am freien Ende dieses Teleskoparms 14 ist quer der als Plattenkonstruktion ausgebildete Träger 13 montiert, der an seinen beiden gegenüberliegenden Seiten je einen zangenförmigen Greifer 16 aufweist, wobei in der Zeichnung nur der rechte Greifer darge- stellt ist. Jeder Greifer 16 weist zwei gegenüberliegende Schenkel 17,18 auf, von denen zumindest der Schenkel 17 für den Zugriff gelenkig gelagert ist und beim Angriff an der Ringnut 23 im äußeren Bund 22 des-standardisierten-Werkzeugkegels 19 eine geringfügi- ge Öffnungsbewegung ausführen kann. Zur sicheren Halterung des Werkzeugkegels 19 ist dieser Schenkel 17 in seiner Halteposition verriegelbar. Der in der Zeichnung untere Schenkel 18 ist zu einem vorstehenden Haltefinger 20 verlängert. Dieser Haltefinger 20 weist ein dem Querschnitt der Ringnut im Bund des Werkzeugkegels an- gepaßtes Profil auf.

Ein Werkzeugwechsel läuft bei der vorstehend als Ausführungsbei- spiel beschriebenen Maschine wie folgt ab. Nach einem Bearbei- tungsvorgang mit dem dargestellten Bohrwerkzeug 21 verfährt der Ständer 3 in X-Koordinatenrichtung, und gleichzeitig verfährt der Vertikalschlitten 6 in Y-Koordinatenrichtung, so daß sich die Mitte- lachse der Arbeitsspindel in einer Horizontalebene befindet, in wel- cher auch die Mittelachse des Greifers 16 liegt. Kurz vor dem Ende der Horizontalbewegung des Fahrständers 3 gelangt der verlängerte Haltefinger 20 des Greifers 16 in Eingriff mit der am äußeren Bund 22 des Werkzeugkegels 19 ausgebildeten Ringnut 23. Da dieser Haltefinger 20 starr ist, wird der Werkzeugkegel 19 durch diesen Eingriff sicher und kippfrei festgehalten, so daß unmittelbar danach und noch vor dem vollen Eingriff der beiden Schenkel 17,18 des Greifers 16 der Lösevorgang der im Inneren der Arbeitsspindel 8 an- geordneten Spannzange erfolgen kann. Sobald der Werkzeugkegel 19 von dem zangenförmigen Greifer 16-bei entriegeltem oberen Schenkel 17-ergriffen worden ist und der obere Schenkel 17 in sei- ner Greifstellung durch die Verriegelung fixiert ist, erfolgt eine Ein- ziehbewegung des Teleskoparmes 14, um den zuvor von der Spannzange freigegebenen Werkzeugkegel 19 aus der kegelförmigen Aufnahme im Spindelinneren herauszuziehen. Danach erfolgt eine Verdrehung des Trägers 13 um die Achse 15 um 180°, so daß der mit dem neuen Werkzeug besetzte Greifer in die Übergabestellung des-bisherigen-Greifers 16 gelangt. Das Einsetzen des neuen Werkzeuges mit seinem Werkzeugkegel in die Aufnahme der Ar- beitsspindel 8 erfolgt in entsprechender Weise, wobei das Fixieren des Werkzeugkegels in seiner Aufnahme durch die Spannzange zu einem früheren Zeitpunkt erfolgen kann, d. h., am Beginn der hori- zontalen Abziehbewegung durch Verfahren des Ständers 3, da auch das neue Werkzeug mit seinem Werkzeugkegel 19 durch den etwas verlängerten Eingriff des Haltefingers 20 in der Ringnut 23 gehalten bleibt.

Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten weiteren Ausführungsbeispielen von erfindungsgemäßen Werkzeugwechseln sind für den Einsatz der in Fig. 1 dargestellten Werkzeugmaschine konzipiert. Allerdings können die Werkzeugwechsler nach den Fig. 1 bis 4 auch-in ande- ren Werkzeugmaschinen und Bearbeitungszentren eingesetzt wer- den. In der folgenden Beschreibung sind dem Werkzeugwechsler nach Fig. 1 entsprechende Bauteile mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet. Bei den in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Ausfüh- rungen erfolgt die Werkzeugübergabe vom Magazin in den Werk- zeugwechsler und vom Werkzeugwechsler in die Arbeitsspindel je- weils durch eine Drehbewegung des Trägers 13 um die Längsachse 15 und nicht-wie beim Ausführungsbeispiel nach Fig. 1-durch ei- ne translatorische Linearbewegung der Arbeitsspindel 8.

Die Ausführung nach Fig. 2 entspricht weitgehend dem vorstehend anhand Fig. 1 beschriebenen Werkzeugwechsler. Unterschiedlich ist die Ausbildung der beiden Greifer 26, die am radial äußeren Greifer- schenkel 25 einen verlängerten starren Haltefinger 27 aufweisen, der an seiner kreisbogenförmigen Innenseite einen ebenfalls kreis- bogenförmigen Führungssteg 28 trägt. Der Bogenradius dieses Füh- rungssteges 28 ist an den Flugkreis um die Drehachse 15 angepaßt, so daß bei einer Drehbewegung des Trägers 14 dieser Führungssteg 18 in die Ringnut am Bund 22 des Werkzeugkegels 19 kollisionsfrei eingreift. Die Sicherungswirkung des Haltefingers 27 entspricht derjenigen des geradlinigen Haltefingers 20 der Ausführung nach Fig. 1. Ein weiterer Unterschied der Greifer 26 gegenüber der Aus- führung nach Fig. 1 besteht noch darin, daß die beiden Greifer- schenkel 24,25 starr, d. h. gegeneinander unbeweglich, sind, was eine konstruktive Vereinfachung bedeutet. Um die Lage des ergriffe- nen Werkzeugkegels 19 in dem jeweiligen Greifer 26 zu sichern, ist bei dieser Ausführung an jedem radial inneren Schenkel 24 ein Si- cherungshalter 29 vorgesehen, der hier aus einer vorspringenden federbelasteten Laufrolle besteht, die bei einem Einschubvorgang gegen die Federkraft zurückgedrückt wird und selbsttätig in ihre vorstehende dargestellte Lage zurückkehrt, sobald sich der Werk- zeugkegel vollständig im Greifer befindet. Dieser Sicherungshalter 29 kann über einen elektrischen Schalter mit der Programmsteue- rung bzw. dem Nothalt der Werkzeugmaschine verbunden sein, um bei einem unvollständigen Eingriff die Maschine stillzusetzen. Statt der dargestellten Rollen können als Sicherungshalter 29 auch ande- re geeignete Elemente, wie gegen Federkraft bewegbare Rampen, verwendet werden.

Die Ausführung nach Fig. 3 enthält statt der verlängerten Haltefin- ger 20 bzw. 27 der Ausführungen nach den Fig. 1 und 2 je ein bo- genförmiges Haltesegment 30 pro Greifer, das die Fortsetzung des radial inneren Greiferschenkels 31 bildet und am Träger 13 befestigt ist. Auch bei dieser Ausführung sind die beiden Greiferschenkel 17 und 31 gegeneinander fest. Auf dem jeweiligen Haltesegment 30 be- findet sich ein Führungssteg 31, der bei einem Eingriffsvorgang in die Ringnut 23 am Bund 22 des Werkzeugkegels 19 in Eingriff ge- langt und in ähnlicher Weise wie die verlängerten Finger 20,27 eine Führungs-und Haltefunktion erfüllt, bevor der Werkzeugkegel 19 vom Greifer 17 voll ergriffen ist.

Der in Fig. 4 dargestellte Werkzeugwechsler unterscheidet sich hin- sichtlich der Ausführung nach Fig. 3 nur durch Vorsehen von insge- samt vier Greifern, die paarweise diametral gegenüberliegend, d. h. um einen rechten Winkel gegeneinander versetzt am Träger 13 be- festigt sind. Wie ersichtlich, entspricht die konstruktive Ausbildung der vier Greifer 17 der vorstehend beschriebenen Ausführung nach Fig. 3.

Die vorstehend beschriebenen Werkzeugwechsler können in ver- schiedenartigen Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, wobei kon- struktive und funktionale Abwandlungen zur Anpassung an die je- weilige Maschine möglich sind. Daneben können auch Einzelmerk- male einer der vorstehend beschriebenen Wechslerausführungen bei anderen Werkzeugwechslern eingesetzt werden, d. h. andere Kombi- nationen der beschriebenen und dargestellten Einzelheiten, bei- spielsweise das Vorsehen der Haltefinger 27 bei zwei oder allen vier Greifern der Ausführung nach Fig. 4 sind möglich.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte und vorstehend be- schriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr kann der er- findungsgemäß ausgebildete Werkzeugwechsler bei unterschied- lichsten Typen von Werkzeugmaschinen eingesetzt werden, bei de- nen es auf extrem kurze Wechselzeiten ankommt. Hierzu gehören beispielsweise auch Werkzeugmaschinen, bei denen die für einen Werkzeugwechsel notwendigen Bewegungen vom Werkzeugwechsler ausgeführt werden.