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Title:
MACHINE TOOL FOR ROBOT-ASSISTED MACHINING OF WORKPIECES, COMPRISING TWO ROTATABLE TOOLS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2022/117568
Kind Code:
A1
Abstract:
Various embodiments relate to a machine tool, in particular for the robot-assisted machining of workpieces. The machine tool comprises a drive and a first shaft with a mounting point for a first tool and a second shaft with a mounting point for a second tool. The drive is coupled to the first shaft directly or indirectly via a first freewheel coupling and to the second shaft directly or indirectly via a second freewheel coupling such that the drive drives the first or second shaft on the basis of the rotational direction. The invention additionally relates to a corresponding method for the robot-assisted machining of a workpiece using a machine tool.

Inventors:
NADERER RONALD (AT)
Application Number:
PCT/EP2021/083583
Publication Date:
June 09, 2022
Filing Date:
November 30, 2021
Export Citation:
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Assignee:
FERROBOTICS COMPLIANT ROBOT TECH GMBH (AT)
International Classes:
B24B41/04; B23Q39/02; B24B47/10
Domestic Patent References:
WO2018055189A12018-03-29
Foreign References:
EP0455853A11991-11-13
US20190232502A12019-08-01
Attorney, Agent or Firm:
WESTPHAL MUSSGNUG & PARTNER, PATENTANWÄLTE MBB (DE)
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Claims:
PATENTANSPRÜCHE

1. Eine Werkzeugmaschine, die folgendes aufweist: eine Halterung (32); eine erste Welle (46), die an der Halterung (32) gelagert ist und die eine Aufnahme für ein erstes Werkzeug (12) aufweist; eine zweite Welle (56), die an der Halterung (32) gelagert ist und die eine Aufnahme für ein zweites Werkzeug (13) aufweist; eine erste Antriebswelle (34, 34‘), die mit der ersten Welle (46) direkt oder indirekt über eine erste Freilaufkupplung (45) mechanisch gekoppelt ist und die mit der zweiten Welle (56) direkt oder indirekt über eine zweite Freilaufkupplung (55) mechanisch gekoppelt ist.

2. Die Wellenkupplung gemäß Anspruch 1, wobei die erste Freilaufkupplung (45) und die zweite Freilaufkupplung (55) so konstruiert sind, dass die erste Welle (46) angetrieben wird, wenn sich die erste Antriebswelle (34, 34‘) in eine erste Richtung dreht und die zweite Welle (56) angetrieben wird, wenn sich die erste Antriebswelle (34, 34‘) in eine zweite Richtung dreht.

3. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1 oder 2, die weiter aufweist: einen Motor (10), der mit der ersten Antriebswelle (34, 34‘) direkt oder indirekt gekoppelt ist und diese antreiben kann.

4. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 3, wobei die erste Antriebswelle (34) die Motorwelle ist, welche mit mittels der ersten Freilaufkupplung (45) mit der ersten Welle (46) und mittels der zweiten Freilaufkupplung (55) mit der zweiten Welle (56) gekoppelt ist.

5. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die erste Antriebswelle mittels eines ersten und eines zweiten Riementriebs mit der ersten und der zweiten Welle (46, 56) gekoppelt ist, und wobei die Freilaufkupplungen (45, 55) auf den Antriebs Seiten oder den Abtriebsseiten der Riementriebe angeordnet sind.

6. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 1, die weiter aufweist: einen Motor (10), der mit einer zweiten Antriebswelle (33) verbunden ist, und mindestens einen Riemen (41, 51), der die zweite Antriebswelle (33) und die erste Antriebswelle (34, 34‘) koppelt.

7. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 6, wobei die zweite Antriebswelle (33) eine Teleskopwelle ist.

8. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die erste Antriebswelle zwei Teilwellen (34, 34‘) aufweist, die jeweils mittels eines Riemens (41, 51) angetrieben werden.

9. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, die weiter aufweist: einen Aktor (20), der mit der Halterung (32) gekoppelt ist und der dazu ausgebildet ist, eine Kraft auf die Halterung (32) auszuüben.

10. Die Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, die weiter aufweist: ein von der zweiten Welle (56) unsymmetrisch abstehendes erstes Element (62) und ein in Bezug auf die Halterung (32) unbewegliches zweites Element (58), welches dazu geeignet ist, das erste Element (62) und damit auch die zweite Welle (56) in einer Referenzposition zu halten, wenn diese nicht aktiv angetrieben wird.

11. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 10, wobei das erste Element (62) ferromagnetisch ist und das zweite Element (58) ein Magnet ist, oder umgekehrt.

12. Die Werkzeugmaschine gemäß Anspruch 10, wobei das zweite Element einen Reibbelag oder eine Rastrolle aufweist,

13. Eine Werkzeugmaschine, die folgendes aufweist: einen Antrieb; eine erste Welle mit einer Montagestelle für ein erstes Werkzeug und eine zweite Welle mit einer Montagestelle für ein zweites Werkzeug; wobei der Antrieb direkt oder indirekt über eine erste Freilaufkupplung mit der ersten Welle und über eine zweite Freilaufkupplung mit der zweiten Welle derart gekoppelt ist, sodass der Antrieb drehrichtungsabhängig die erste oder die zweite Welle antreibt.

14. Ein Verfahren zum robotergestützten Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugmaschine gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12; das Verfahren umfasst:

Bearbeiten des Werkstücks mit einem ersten rotierenden Werkzeug (12), das an der ersten Welle (46) montiert ist;

Umdrehen der Werkzeugmaschine und Ändern der Drehrichtung des Antriebs bzw. der ersten Antriebswelle (34, 34‘); und

Bearbeiten des Werkstücks mit einem zweiten rotierenden Werkzeug (13), das an der zweiten Welle (46) montiert ist.

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Description:
WERKZEUGMASCH IN E FÜR ROBOTERGESTÜTZTES BEARBEITEN VON WERKSTÜCKEN MIT ZWEI ROTIERBAREN WERKZEUGEN

TECHNISCHES GEBIET

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Werkzeugmaschine für robotergestütztes Bearbeiten von Oberflächen.

HINTERGRUND

[0002] Bei der robotergestützten Oberflächenbearbeitung wird eine Werkzeugmaschine (z.B. eine Schleifmaschine, eine Bohrmaschine, eine Fräsmaschine, eine Poliermaschine und dgl.) von einem Manipulator, beispielsweise einem Industrieroboter, geführt. Dabei kann die Werkzeugmaschine auf unterschiedliche Weise mit dem sogenannten TCP (Tool Center Poinf) des Manipulators gekoppelt sein; der Manipulator kann in der Regel Position und Orientierung des TCP praktisch beliebig einstellen, um eine Werkzeugmaschine auf einer Trajektorie z.B. parallel zu einer Oberfläche eines Werkstücks zu bewegen. Industrieroboter sind üblicherweise positionsgeregelt, was eine präzise Bewegung des TCP entlang der gewünschten Trajektorie ermöglicht.

[0003] Um beim robotergestützten Schleifen, Polieren oder bei anderen Oberflächenbearbeitungsprozessen ein gutes Ergebnis zu erzielen, ist in vielen Anwendungen eine Regelung der Prozesskraft (z.B. Schleifkraft) nötig, was mit herkömmlichen Industrierobotern oft nur schwer mit hinreichender Genauigkeit zu realisieren ist. Die großen und schweren Armsegmente eines Industrieroboters besitzen eine zu große Massenträgheit, als dass ein Regler (closed-loop controller) rasch genug auf Schwankungen der Prozesskraft reagieren könnte. Um dieses Problem zu lösen, kann zwischen dem TCP des Manipulators und der Werkzeugmaschine ein im Vergleich zum Industrieroboter kleiner (und leichter) Linearaktor angeordnet sein, der den TCP des Manipulators mit der Werkzeugmaschine koppelt. Der Linearaktor regelt während der Oberflächenbearbeitung lediglich die Prozesskraft (also die Anpresskraft zwischen Werkzeug und Werkstück), während der Manipulator die Werkzeugmaschine samt Linearaktor positionsgeregelt entlang der gewünschten Trajektorie bewegt. Durch die Kraftregelung kann der Linearaktor Ungenauigkeiten in der Lage und der Form des zu bearbeitenden Werkstücks sowie auch Ungenauigkeiten der Trajektorie des Manipulators (innerhalb gewisser Grenzen) ausgleichen. Nichtsdestotrotz gibt es Roboter, die in der Lage sind, auch ohne den erwähnten Linearaktor mittels Kraft-/Mo- menten-Regelung die Prozesskraft einzustellen. Bei manchen Vorrichtungen sind der vergleichsweise schwere Antrieb (z.B. ein Elektromotor oder ein Druckluftmotor) der Werkzeugmaschine und das eigentliche Werkzeug (z.B. Schleifscheibe) mechanisch entkoppelt. Das heißt, der vergleichsweise schwere Antrieb der Schleifmaschine ist mit dem Manipulator fest verbunden und nur der vergleichsweise leichte Teil der Werkzeugmaschine, an dem das (rotierende) Werkzeug montiert ist, wird von dem Linearaktor (kraftgeregelt) bewegt. Zu diesem Zweck kann das rotierende Werkzeug über eine Teleskopwelle mit dem Antrieb verbunden sein, wie es beispielsweise in der Publikation US 2019/0232502 Al beschrieben ist, deren Inhalt in seiner Gesamtheit hiermit mittels Bezugnahme in diese Beschreibung mit aufgenommen wird.

[0004] Bei vielen Oberflächenbearbeitungsprozessen ist es notwendig, das Werkzeug zwischen verschiedenen Prozessschritten zu wechseln. Ein Werkzeugwechsel kann robotergestützt halb- oder vollautomatisch durchgeführt werden. Zu diesem Zweck sind Werkzeugwechselstationen bekannt, die beispielsweise ein automatisches Ersetzen eines verschlissenen Werkzeugs ermöglichen oder auch das Tauschen von z.B. einer Schleifscheibe gegen eine Polierscheibe ermöglichen. Trotz der Möglichkeit eines automatischen, robotergestützten Wechsels des Werkzeuges, kann ein häufiges Wechseln des Werkzeugs dennoch die Bearbeitungsdauer erhöhen.

[0005] Der Erfinder hat sich die Aufgabe gestellt, eine verbesserte Werkzeugmaschine zu entwickeln, die es ermöglicht, mit weniger Werkzeugwechseln auszukommen und insbesondere mehrere Prozessschritte (z.B. Schleifen und anschließendes Polieren) ohne Austausch des Werkzeugs durchführen zu können.

ZUSAMMENFASSUNG

[0006] Die oben genannte Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäß Patentanspruch 1 gelöst. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.

[0007] Im Folgenden wird eine Werkzeugmaschine beschrieben, die für robotergestütztes Bearbeiten von Werkstücken verwendet werden kann. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst die Werkzeugmaschine eine Halterung, eine erste Welle, die an der Halterung gelagert ist und die eine Aufnahme für ein erstes Werkzeug aufweist, sowie eine zweite Welle, die an der Halterung gelagert ist und die eine Aufnahme für ein zweites Werkzeug aufweist. Die Werkzeugmaschine umfasst weiter eine Antriebswelle, die mit der ersten Welle (direkt oder indirekt) über eine erste Freilaufkupplung mechanisch gekoppelt ist und die mit der zweiten Welle über eine zweite Freilaufkupplung mechanisch gekoppelt ist. In einem bestimmten Ausführungsbeispiel können die erste Freilaufkupplung und die zweite Freilaufkupplung so angeordnet sein, dass die erste Welle angetrieben wird, wenn sich die Antriebswelle in eine erste Richtung dreht, und die zweite Welle angetrieben wird, wenn sich die Antriebswelle in eine zweite Richtung dreht.

[0008] Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine einen Antrieb, sowie eine erste Welle mit einer Montagestelle für ein erstes Werkzeug und eine zweite Welle mit einer Montagestelle für ein zweites Werkzeug auf. Der Antrieb ist direkt oder indirekt über eine erste Freilaufkupplung mit der ersten Welle und über eine zweite Freilaufkupplung mit der zweiten Welle derart gekoppelt, dass der Antrieb drehrichtungsabhängig die erste oder die zweite Welle antreibt. Des Weiteren wird ein entsprechendes Verfahren zum robotergestützten Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugmaschine beschrieben.

KURZE BESCHREBIBUNG DER ZEICHNUNGEN

[0009] Verschiedene Implementierungen werden nachfolgend anhand von den in den Abbildungen dargestellten Beispielen näher erläutert. Die Darstellungen sind nicht zwangsläufig maßstabsgetreu und die Erfindung beschränkt sich nicht nur auf die dargestellten Aspekte. Vielmehr wird Wert daraufgelegt, die den dargestellten Ausführungsbeispielen zugrunde liegenden Prinzipien darzustellen.

[0010] Figur 1 ist eine perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Werkzeugmaschine zur robotergestützten Bearbeitung von Oberflächen, wobei die Werkzeugmaschine an zwei gegenüberliegenden Seiten zwei rotierende Werkzeuge aufnehmen kann.

[0011] Figur 2 zeigt eine vereinfachte Schnittansicht (Längsschnitt) einer Werkzeugmaschine gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. [0012] Figur 3 zeigt eine Modifikation und Erweiterung des Beispiels aus Fig. 2, wobei die Werkzeuge mittels Exzenterwellen angetrieben werden.

[0013] Figur 4 zeigt eine Modifikation des Beispiels aus Fig. 2.

[0014] Figur 5 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem ein Motor direkt die Wellen antreibt, an denen die Werkzeuge montiert sind.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG

[0015] Roboter und Manipulatoren zum Bewegen von Werkzeugmaschinen entlang einer Trajektorie, um beispielsweise die Oberfläche eines Werkstücks automatisiert zu bearbeiten, sind an sich bekannt. Da bei der robotergestützten Bearbeitung eines Werkstücks die Prozesskraft eine wichtige Rolle spielt, wurden verschiedene Konzepte zur Kraftregelung entwickelt. Die Prozesskraft ist die Kraft zwischen dem rotierenden Werkzeug und dem Werkstück während des Bearbeitungsprozesses, beispielsweise die Kraft zwischen einer Schleifscheibe und der Werkstückoberfläche während eines Schleifprozesses.

[0016] Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele sind unter anderem für die Kraftregelung mittels eines Linearaktors geeignet, wie es beispielsweise in der Publikation

LIS 2019/0232502A1 beschrieben ist. In manchen Ausführungsbeispielen ist das rotierende Werkzeug an einer Vorderseite der Werkzeugmaschine gelagert, wohingegen der Antrieb (z.B. Elektromotor) für das rotierende Werkzeug an der Rückseite der Werkzeugmaschine montiert ist. Die Rückseite der Werkzeugmaschine ist auch mit dem Roboter/Manipulator verbunden. Zwischen der Vorderseite und der Rückseite befindet sich der erwähnte Linearaktor. Zur Übertragung der Drehbewegung ist zwischen dem Motor an der Rückseite der Werkzeugmaschine und dem Werkzeug an der Vorderseite der Werkzeugmaschine eine Teleskopwelle angeordnet, welche Veränderungen der Auslenkung des Aktors ausgleichen kann. In anderen Ausführungsbeispielen ist der Motor an der Vorderseite der Werkzeugmaschine angeordnet. In diesem Fall wird keine Teleskopwelle benötigt.

[0017] An dieser Stelle sei angemerkt, dass die hier beschriebenen Konzepte auch bei Werkzeugmaschinen ohne integrierten Linearaktor verwendet werden können. Ohne integrierten Linearaktor ist auch keine Teleskopwelle nötig. In diesen Fällen wird die Kraftre- gelung direkt vom Roboter/Manipulator selbst durchgeführt (Roboter mit KrafL/Momen- ten-Regelung), oder der Linearaktor ist nicht in die Werkzeugmaschine integriert, sondern zwischen Roboter und Werkzeugmaschine angeordnet. Die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele betreffen im Wesentlichen die Kopplung der vom Motor angetriebenen Welle (Teleskopwelle oder eine normale Welle oder die Motorwelle) mit zwei verschiedenen rotierbaren Werkzeugen.

[0018] Fig. 1 illustriert ein Beispiel einer Werkzeugmaschine mit integriertem Linearaktor und Teleskopwelle, wobei nur die Vorderseite der Werkzeugmaschine dargestellt und der Linearaktor nur schematisch gezeichnet ist. Die Vorderseite der Werkzeugmaschine umfasst im Wesentlichen eine Halterung 32, die beispielsweise eine Montageplatte, ein Montagerahmen, ein Gehäuseteil oder ähnliches sein kann. Die Halterung 32 kann aus mehreren Teilen bestehen, welche starr miteinander verbunden sind (und zusammen beispielsweise einen Montagerahmen bilden). In dem in Fig. 1 dargestellten Beispiel sind z.B. die Platte 32‘ und die Zylinderstifte 32“ Teile der Halterung 32. Die Rückseite der Werkzeugmaschine kann ebenfalls eine Montageplatte (nicht dargestellt) aufweisen, welche z.B. mit dem TCP (Tool-Center-Poinf) eines Roboters/Manipulators verbunden ist. Der nur schematisch dargestellte Linearaktor 20 koppelt die Rückseite der Werkzeugmaschine, an der auch der Motor 10 montiert ist, mit der Halterung 32 an der Vorderseite der Werkzeugmaschine. Der Linearaktor 20 kann z.B. einen doppeltwirkender Pneumatik-Zylinder und eine Linearführung beinhalten.

[0019] Die in Fig. 1 dargestellte Teleskopwelle 33 ist an einem Wellenende an der Halterung 32 (Montageplatte) gelagert, beispielsweise mittels eines Kugellagers. Das andere Wellenende der Teleskopwelle ist direkt oder indirekt mit der Motorwelle des Motors 10 gekoppelt. Die Teleskopwelle 33 treibt über die Riemen 41 und 51 die Wellen 34 und 34‘ an, welche in dem dargestellten Beispiel im Wesentlichen parallel zu der Teleskopwelle 33 angeordnet sind (Wellen sind parallel, wenn deren Drehachsen parallel sind). Die Wellen 34 und 34‘ sind an der Halterung 32 gelagert (z.B. an der Platte 32‘ und der Montageplatte der Halterung 32). Die Teleskopwelle 33 sowie auch die Wellen 34 und 34‘ sind Antriebswellen, welche die Werkzeuge 12 und 13 antrieben können.

[0020] Die Wellen 34 und 34‘ sind mit einem ersten Werkzeug 12 und einem zweiten Werkzeug 13 gekoppelt, um diese anzutreiben. Die beiden Werkzeuge 12 und 13 können z.B. zwei verschiedene Schleifscheiben, eine Schleifscheibe und eine Polierscheibe, ein Fräser und eine Schleifscheibe, oder ein anderes Werkzeugpaar sein. Da beide Wellen 34 und 34‘ mittels Riemen von der Welle 33 angetrieben werden, bewegen sich die Wellen 34 und 34‘ immer synchron, können jedoch bei unterschiedlichen Übersetzungsverhältnissen der Riementriebe unterschiedliche Drehzahlen aufweisen. Daher kann in manchen Ausführungsbeispielen statt den Wellen 34 und 34‘ auch eine einzige Welle vorgesehen sein, welche mit einem einzigen Riemen angetrieben wird. Die Kopplung der Welle 34 mit den rotierenden Werkzeugen 12 und 13 ist in Fig. 2 schematisch dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.

[0021] Fig. 2 zeigt das Lager 331 (z.B. ein Kugellager oder ein Nadellager), mit dem die Teleskopwelle 33 (mi dem Motor 10 verbundene Antriebswelle) an der Halterung 32 drehbar gelagert ist. Fig. 2 zeigt auch die Lager 342 und 341 mit der die Welle 34 an der Halterung 32 bzw. der Platte 32‘ gelagert ist. Wie oben erwähnt ist in diesem Fall nur ein einziger Riemen 41 nötig, um die Wellen 33 und 34 zu koppeln. Koaxial zu der Welle 34 sind die Wellen 46 und 56 angeordnet, wobei die Welle 46 und ein erstes Ende der Welle 34 mittels einer ersten Freilaufkupplung 45 gekoppelt sind und wobei die Welle 56 und ein zweites Ende der Welle 34 mittels einer zweiten Freilaufkupplung 55 gekoppelt sind. An den außen (d.h. den Freilaufkupplungen 45 und 55 gegenüber) liegenden Enden der Wellen 46 und 56 können die Werkzeuge 12 bzw. 13 montiert sein (siehe auch Fig. 1).

[0022] Die Freilaufkupplungen (freewheeling/overrunning clutches) 45 und 55 können beispielsweise als Hülsenfreiläufe/Freilaufhülsen (drawn cup roller clutch) ausgebildet sein. Hülsenfreiläufe sind Einwegkupplungen (one-way clutches), üblicherweise bestehend aus dünnwandigen, spanlos geformten Außenringen (non-cut outer cups) mit Klemmrampen, Kunststoffkäfigen, Andrückfedern und Nadelrollen. Sie übertragen Drehmomente in nur eine Richtung und sind radial raumsparend. Die Freiläufe gibt es ohne und mit Lagerung. Hülsenfreiläufe haben in der Regel ein relativ geringes Leerlauf-Reibungsmoment (overrunning frictional torque). Hülsenfreiläufe und andere Freilaufkupplungen sind an sich bekannt und kommerziell von verschiedenen Herstellern erhältlich (z.B. von der Firma Schaeffler). Sie werden daher hier nicht weiter beschrieben.

[0023] Die Freilaufkupplungen 45 und 55 sind so montiert, dass bei einer Linksdrehung der Wellen 33 und 34, die Welle 46 (erste Werkzeugwelle) über die Freilaufkupplung 45 angetrieben wird, während die Freilaufkupplung 55 im Leerlauf ist und kein nennenswertes Drehmoment auf die Welle 56 (zweite Werkzeugwelle) überträgt. Bei einer Rechtsdrehung der Wellen 33 und 34 ist es umgekehrt; die Welle 56 wird über die Freilaufkupplung 55 angetrieben, während die Freilaufkupplung 45 im Leerlauf ist und kein nennenswertes Drehmoment auf die Welle 46 überträgt. Im Leerlauf können die Freilaufkupplungen 45, 55 lediglich ein Drehmoment bis zur Höhe des Reibungsmoments übertragen.

[0024] Bei der robotergestützten Bearbeitung eines Werkstücks kann das Werkstück zuerst mit einer ersten Schleifscheibe (z.B. Werkzeug 12) bearbeitet werden, welche an der Welle 46 montiert ist. Der Motor 10 (siehe Fig. 1) und damit auch die Wellen 33 und 34 sind dabei im Linkslauf. Um das Werkzeug zu wechseln und das Werkstück z.B. mit einer zweiten Schleifscheibe (z.B. Werkzeug 13) zu bearbeiten, welche an der Welle 56 montiert ist, muss der Roboter die Werkzeugmaschine lediglich umdrehen (180° Drehung um eine Drehachse, die in einer Ebene liegt, welche orthogonal zur Drehachse der Welle 33 ist) und die Drehrichtung des Motors 10 umkehren. Während der Bearbeitung des Werkstücks mit der zweiten Schleifscheibe ist der Motor 10 dann im Rechtslauf. In anderen Ausführungsbeispielen können alle Drehrichtungen umgekehrt sein. Wie erwähnt kann die Welle 34 zweigeteilt sein. In diesem Fall werden zwei Riemen benötigt (wie in dem Beispiel aus Fig. 1). In diesem Fall können die Übersetzungsverhältnisse der beiden Riementriebe unterschiedlich sein.

[0025] Fig. 3 zeigt eine Modifikation/Erweiterung des Beispiels aus Fig. 2. Diese Modifi- kation/Erweiterung betrifft gleichermaßen die Wellen 46 und 56. Der Einfachheit halber ist in Fig. 3 nur der Teil der Werkzeugmaschine mit der Welle 56 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Welle 56 an ihrem äußeren Ende mit einer Exzenterwelle 57 gekoppelt, wie es beispielsweise bei einem Exzenterschleifer oder bei einer Orbitalschleifmaschine üblich ist. Schleifmaschinen mit Exzenterwellen sind an sich bekannt und werden daher hier nicht weiter diskutiert.

[0026] Des Weiteren ist in dem Beispiel aus Fig. 3 mit der Welle 56 eine Lasche (taZ>), einer Fahne (lug) oder ein anderes, unsymmetrisch von der Welle 56 abstehendes Element 61 verbunden. Das Element 61 kann insbesondere an einem Ring 62 oder einer Hülse angeordnet sein, der um die Welle 56 herum verläuft. Der Ring 62 kann an der Welle 56 in einer beliebigen Winkelposition geklemmt werden, um die Winkel Stellung des Elements 61 einstellen zu können. In der Nähe des Elements 61 (der Fahne) kann ein Magnet 58, insbesondere ein Permanentmagnet angeordnet sein. Wenn das Element 61 aus ferromagneti- schem Material (z.B. ferritischer Werkzeugstahl) ist, dann zieht der Magnet 58 das Element 61 an und damit die Welle 56 in eine definierte Winkel Stellung, die auch als Referenzposition betrachtet werden kann (siehe Diagramm (a) der Fig. 3, die Fahne 61 und der Magnet 58 liegen einander direkt gegenüber). Die Anordnung aus Magnet 58 und Element 61 kann auch so dimensioniert sein, dass das Leerlauf-Reibungsmoment der Freilaufkupplung 55 nicht ausreicht, um die Welle aus dieser definierten Position herauszudrehen. Dadurch wird sichergestellt, dass bei einer Linksdrehung des Motors 10, die Welle 56 stillsteht und nicht durch das Leerlauf-Reibungsmoment der Freilaufkupplung 55 mitgenommen wird. Ein unbeabsichtigtes Mitrotieren der Welle 56 bei Linkslauf des Motors 10 kann beispielsweise dazu führen, dass an dem Werkzeug 13 anhaftendes Material (z.B. Staubpartikel, Poliermittel, etc.) von diesem weggeschleudert wird. Dies wird durch den Magneten 58 verhindert. Gleiches gilt für die Welle 46 und das Werkzeug 12 bei Rechtslauf des Motors. Die Anordnung aus Magnet 58 und Element 61 kann auch bei Maschinen ohne Exzenterwelle sinnvoll sein.

[0027] Zusätzlich oder alternativ zu dem Permanentmagneten 58 kann die Werkzugmaschine einen Sensor 60 aufweisen, der so angeordnet ist, dass er eine bestimmte Winkelposition der Welle 56 detektieren kann. Der Sensor 60 kann z.B. ein optischer Sensor sein (z.B. eine Reflexlichtschranke) oder ein anderer Näherungssensor (proximity sensor), der im Wesentlichen detektiert, dass das Element 61 bzw. die Welle 56 in der Referenzposition sind. Wenn die Welle 56 sich in der Referenzposition befindet, dann befindet sich auch die Exzenterwelle 57 in der Referenzposition, was beim automatischen Austausch des Werkzeugs 13 vorteilhaft sein kann.

[0028] Auch die Welle 46 (in Fig. 3 nicht dargestellt) kann einen Ring mit einem unsymmetrisch abstehenden Element aufweisen, welches von einem Magneten angezogen wird, um die Welle in eine Referenzposition zu ziehen und um zu verhindern, dass beim Leerlauf der Freilaufkupplung 45 die Welle 46 durch das Leerlauf-Reibungsmoment mitgenommen wird. Auch ein Sensor zur Detektion der Referenzposition kann vorgesehen sein. Um unnötige Wiederholungen zu vermeiden, wird auf obige Beschreibung zur Fig. 3 verweisen. In anderen Ausführungsbeispielen sind statt dem Magnet 58 ein Reibbelag (friction lining) oder eine oder mehrere Rastrollen (latching roller) vorgesehen, welche dafür sorgen können, dass die jeweilige Welle 46, 56 nicht von dem Leerlauf-Reibungsmoment der jeweiligen Freilaufkupplung mitgenommen wird. [0029] Fig. 4 zeigt eine Modifikation des Beispiels aus Fig. 2. In diesem Beispiel werden wie in Fig. 1 zwei Riemen 41 und 51 verwendet, jedoch sind die Freilaufhülsen 45 und 55 auf der anderen Seite der Riementriebe angeordnet als in dem Beispiel aus Fig. 1. Die Funktion des Mechanismus ist jedoch im Wesentlichen gleich wie in den weiter oben diskutierten Beispielen. Die Freilaufkupplungen 45 und 55 sind so auf der Welle 33 (z.B. Teleskopwelle oder normale Antriebswelle oder eine Motorwelle) montiert, dass bei einer Linksdrehung der Welle 33 die Freilaufhülse 45 Drehmoment übertragen kann und folglich die Welle 46 (erste Werkzeugwelle) über den Riemen 41 angetrieben wird, während die Freilaufhülse 55 im Leerlauf ist. Bei einer Rechtsdrehung der Welle 33 ist es umgekehrt; in diesem Fall kann nur die Freilaufhülse 55 Drehmoment übertragen und die Welle 56 wird über den Riemen 41 angetrieben, während die Freilaufhülse 45 im Leerlauf ist. Auf den Freilaufhülsen 45 und 55 kann außen eine Riemenscheibe angeordnet sein. Je nach Drehrichtung der Welle 33 wird entweder die eine oder die andere Riemenscheibe von der Welle 33 „mitgenommen“. Es versteht sich, dass in dem Beispiel aus Fig. 4 die Wellen 33, 46 und 56 nicht nur an einem Ende gelagert sind (siehe Fig. 4, Lager 331, 341 und 342), sondern auch an einer weiteren Stelle gelagert sein können, auch wenn das der Einfachheit halber in Fig. 4 nicht explizit gezeigt ist.

[0030] Fig. 5 illustriert ein weiteres Ausführungsbeispiel, welches als eine Modifikation des Beispiels aus Fig. 2 angesehen werden kann. In diesem Beispiel wurde die Antriebswelle 33 und der Riementrieb durch einen Motor 10 ersetzt, der die Werkzeugwellen 46 und 56 direkt (ohne Getrieben) antreibt. In diesem Fall ist die Welle 34 die Motorwelle, die an beiden Seiten des Motorgehäuses aus diesem herausragt. Die Enden der Motorwelle sind mittels Freilaufkupplungen 45 und 55 mit den Werkzeugwellen 46 und 56 gekoppelt, an denen die Werkzeuge montiert sind. Die Freilaufkupplungen 45 und 55 arbeiten in diesem Beispiel gleich wie in dem Beispiel aus Fig. 2 und es wird auf die diesbezügliche Beschreibung weiter oben verwiesen.

[0031] Wie man in Fig. 5 sehen kann, ist eine Teleskopwelle in diesem Beispiel nicht nötig. Der Motor 10 ist an der Vorderseite der Werkzeugmaschine montiert/gelagert. Nichtsdestotrotz kann ein Linearaktor 20 zwischen der Vorderseite der Werkzeugmaschine (Halterung 32) und der Rückseite der Werkzeugmaschine (nicht explizit dargestellt) sein. Die Rückseite der Werkzeugmaschine kann an dem TCP eines Roboters montiert sein. [0032] Im Folgenden werden einige Aspekte der hier beschriebenen Ausführungsbeispiele zusammengefasst, wobei es sich um keine abschließende Aufzählung, sondern nur um eine exemplarische Zusammenfassung handelt. Ein Ausführungsbeispiel betrifft eine Werkzeugmaschine, die für robotergestütztes Bearbeiten von Werkstücken verwendet werden kann. Die Werkzeugmaschine umfasst eine Halterung, eine erste Welle (siehe Fig. 2, Welle 46), die an der Halterung gelagert ist und die eine Aufnahme für ein erstes Werkzeug (z.B. Schleifscheibe 12) aufweist, sowie eine zweite Welle (siehe Fig. 2, Welle 56), die an der Halterung gelagert ist und die eine Aufnahme für ein zweites Werkzeug (z.B. Polierscheibe 13) aufweist. Die Werkzeugmaschine umfasst weiter (mindestens) eine Antriebswelle (siehe Fig. 2, Teleskopwelle 33, und Welle 34, oder Fig. 1, Teilwellen 34 und 34‘), die mit der ersten Welle (direkt oder indirekt) über eine erste Freilaufkupplung mechanisch gekoppelt ist und die mit der zweiten Welle über eine zweite Freilaufkupplung mechanisch gekoppelt ist (siehe Fig. 2, Hülsenfreiläufe 45 und 55).

[0033] Die Antriebswelle kann mittels eines ersten und eines zweiten Riementriebs (siehe z.B. Fig. 4, Riemen 41, 51) mit der ersten und der zweiten (Werkzeug-) Welle gekoppelt sein. Dabei können die Freilaufkupplungen auf den Antriebseiten (vgl. Fig. 4) oder den Abtriebseiten (vgl. Fig. 2) der Riementriebe angeordnet sein.

[0034] Die erste Freilaufkupplung und die zweite Freilaufkupplung sind gegensinnig orientiert mit der Antriebswelle gekoppelt. Das heißt, eine der Freilaufkupplungen ist immer im Leerlauf. Die beiden Freilaufkupplungen können demnach so angeordnet sein, dass die erste Welle angetrieben wird, wenn sich die Antriebswelle in eine erste Richtung dreht, und die zweite Welle angetrieben wird, wenn sich die Antriebswelle in eine zweite Richtung dreht. In einem Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine einen Motor (siehe Fig. 1, Motor 10) auf, der mit der ersten Antriebswelle direkt oder indirekt gekoppelt ist und diese antreiben kann. In den Fig. 1 und 2 kann die Teleskopwelle 33 als Antriebswelle gesehen werden. Diese kann z.B. koaxial mit der Motorwelle mechanisch verbunden sein. Indirekt über die Riemen (oder ein beliebiges anderes Getriebe) ist der Motor 10 auch mit der Welle 34 (oder den Teilwellen 34 und 34‘) gekoppelt, sodass auch die Welle 34 als Teil des Antriebs und demnach als Antriebswelle gesehen werden kann.

[0035] In einem Ausführungsbeispiel ist der Motor mit einer Antriebswelle direkt mechanisch verbunden (vgl. Fig. 1, Antriebswelle 33 ist koaxial zu der Motorwelle), und diese Antriebswelle ist wiederum über ein Getriebe, insbesondere einen Riementrieb, mit mindestens einer weiteren Antriebswelle verbunden (vgl. Fig. 2, Welle 34, oder Fig.1, Teilwellen 34 und 34‘). Diese weitere Antriebswelle kann zwei Teilwellen (siehe Fig. 1, Teilwellen 34, 34‘) haben, die beide vom Motor angetrieben werden. Der Motor treibt beide Werkzeuge 12 und 13 an. Die Auftrennung des Antriebsstrangs kann bei verschiedenen Ausführungsbeispielen an unterschiedlichen Stellen erfolgen. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann die Welle 34 die Motorwelle sein (z.B. eines Elektromotors oder eines Druckluftmotors, vgl. Fig. 5).

[0036] In einem Ausführungsbeispiel ist mit der Halterung der Werkzeugmaschine ein Linearaktor verbunden. In diesem Fall kann eine der Antriebswellen als Teleskopwelle ausgebildet sein (vgl. Fig. 1). Der Aktor dient insbesondere zur Einstellung der Prozesskraft. Die Teleskopwelle ist nicht notwendig, wenn der Motor an der Vorderseite der Werkzeugmaschine gelagert/montiert ist, an der auch die Werkzeugwellen gelagert/mon- tiert sind (vgl. z.B. Fig. 5).

[0037] Gemäß einem Ausführungsbeispiel weist die Werkzeugmaschine ein von der zweiten Welle (siehe Fig. 3, Welle 56) unsymmetrisch abstehendes erstes Element (z.B. eine ferromagnetische Fahne) sowie ein in Bezug auf die Halterung unbewegliches zweites Element (z.B. ein Magnet) auf, welches dazu geeignet ist, das erste Element und damit auch die zweite Welle in einer Referenzposition zu halten, wenn diese nicht aktiv angetrieben wird (d.h. wenn die zugehörige Freilaufkupplung im Leerlauf ist). Alternativ kann auch das erste (mit der Welle verbundenes und mitrotierendes) Element ein Magnet und das zweite (in Bezug auf die Halterung ruhendes) Element ferromagnetisch sein. In manchen Ausführungsbeispielen weist das zweite Element einen Reibbelag oder eine Rastrolle auf.

[0038] Ein weiteres Ausführungsbeispiel betrifft ein Verfahren zum robotergestützten Bearbeiten eines Werkstücks mit einer Werkzeugmaschine, bei der ein Motor drehrichtungsabhängig mittels zwei Freilaufkupplungen entweder ein erstes oder ein zweites Werkzeug antrieben kann. Das Verfahren umfasst das Bearbeiten des Werkstücks mit einem ersten rotierenden Werkzeug, das an einer ersten Welle der Werkzeugmaschine montiert ist, das Umdrehen der Werkzeugmaschine und Ändern der Drehrichtung einer Antriebswelle der Werkzeugmaschine, und das Bearbeiten des Werkstücks mit einem zweiten rotierenden Werkzeug, das an einer zweiten Welle der Werkzeugmaschine montiert ist.