Verfahren und Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks mit automatischer Handhabung

Abstract

 Gemäß der Erfindung werden
a) das Werkstück in eine vorgegebene oder vorgebbare Uinfortnlage in wenigstens einen Arbeitsbereich wenigstens einer Umformmaschine zwischen zwei zugehörigen Werkzeugen positioniert,
b) während wenigstens eines Umformschrittes die Werkzeuge der Umformmaschine relativ aufeinander zu bewegt und das Werkstück zwischen den Werkzeugen umgeformt,
c) während jedes Umformschrittes das Werkstück von wenigstens zwei Handhabungsgeräten in seiner Umformlage festgehalten,
d) wobei die Bewegungen und Positionen der Handhabungsgeräte von wenigstens einer Kontrolleinrichtung automatisch und aufeinander abgestimmt gesteuert oder geregelt.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks.

[0002] Zum industriellen Schmieden von Werkstücken sind, insbesondere schlagende, Umformmaschinen wie Hämmer, Kurbelpressen und Spindelpressen, insbesondere Schwungrad-Spindelpressen, bekannt. Schlagende Umformmaschinen umfassen einen Arbeitsbereich, in dem zwei Werkzeuge, im Allgemeinen geradlinig, relativ zueinander bewegbar sind. Das Werkstück wird zwischen den beiden Werkzeugen angeordnet und dann durch die Schlagkraft oder Stoßenergie beim Auftreffen der Werkzeuge auf dem Werkstück und die dadurch bewirkte Umformenergie umgeformt wird.

[0003] Gemäß VDI-Lexikon "Produktionstechnik Verfahrenstechnik", Herausgeber Prof. Dr. Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 1107 bis 1113 unterteilt man Schmiedehämmer in Schabottehämmer, diese wiederum unterteilt in Fallhämmer und Oberdruckhämmer, und Gegenschlaghämmer. Ein Schabottehammer umfasst eine Schabotte (oder: einen Träger, einen Amboss) als relativ zum Werkstück feststehendes Werkzeug und einen Schlagbären oder kurz Bären als relativ zum Werkstück und zur Schabotte, in der Regel vertikal, bewegtes Werkzeug. Ein Gegenschlaghammer weist zwei gegeneinander und jeweils relativ zum Boden oder zum Hammergestell, vertikal oder auch waagrecht, bewegte Schlagbären auf. Die Antriebe für die Bären von Schmiedehämmern sind im Allgemeinen hydraulisch oder pneumatisch. Bei dem eigentlichen Umform-oder Arbeitsvorgang sind das Hammergestell sowie die Hammerantriebe eines Schmiedehammers von der Umformkraft entlastet, so dass Schmiedehämmer nicht überlastbar sind. Bei Spindelpressen heißt das bewegte Werkzeug meist Stößel. Der Stößel wird zu dem ortsfesten Werkzeug durch eine Spindel geradlinig bewegt. Der Antrieb der Spindel und damit des Stößels erfolgt über einen Antriebsmotor und/oder ein Schwungrad als Energiespeicher (VDI-Lexikon a.a.O.)

[0004] Die Umformdruckkraft sowie die Umformtemperatur sind abhängig von dem Werkstoff, aus dem das Werkstück besteht, sowie von den Anforderungen an die Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität. Schmiedbare Werkstoffe sind grundsätzlich alle knetbaren Metalle und Metalllegierungen, und dabei sowohl eisenhaltige Werkstoffe wie Stähle als auch nicht eisenhaltige Metalle, wie Magnesium, Aluminium, Titan, Kupfer, Nickel und Legierungen daraus. Die beim Schmieden auftretenden Temperaturen können bei einer sogenannten Kaltumformung im Bereich von Raumtemperatur, bei einer Halbwarmumformung zwischen 550°C und 750°C und bei einer sogenannten Warmumformung oberhalb 900°C liegen. Die Umformtemperatur wird üblicherweise auch in einen Temperaturbereich gelegt, in dem die zum Umformen erforderliche Umformbarkeit oder Fließfähigkeit des Werkstoffes vorliegt sowie Erholungs- und Rekristallisationsvorgänge im Werkstoff ablaufen können und auch unerwünschte Phasenumwandlungen vermieden werden.

[0005] Es ist gemäß VDI-Lexikon "Produktionstechnik Verfahrenstechnik", Herausgeber Prof. Dr. Hiersig, VDI-Verlag, 1995, Seiten 848 und 849 sowie 1214, bekannt, zur automatisierten Handhabung von Werkstücken beim Pressen oder Schmieden Handhabungsgeräte wie Manipulatoren und Industrieroboter einzusetzen, die Greifer zum Ergreifen und vorübergehenden Halten der Werkstücke aufweisen und die Werkstücke in die Schmiedemaschine einlegen oder aus dieser entnehmen. Manipulatoren sind manuell gesteuerte Bewegungseinrichtungen mit in der Regel konkreten prozessspezifischen Steuerungen oder Programmierungen. Industrieroboter sind universell einsetzbare Bewegungsautomaten mit einer hinreichenden Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden, realisiert durch eine entsprechende Zahl (5 bis 6) von Bewegungsachsen, und einer frei programmierbaren Steuerung zur Realisierung praktisch beliebiger Bewegungstrajektorien des Werkstücks innerhalb des vom Industrieroboter abfahrbaren oder erreichbaren Raumgebietes.

[0006] Ein Problem beim Einsatz solcher Handhabungsgeräte stellen die hohen Schlagkräfte bei einer schlagenden Umformmaschine dar, die das Handhabungsgerät beim Umformschlag erheblich belasten und beschädigen können, wenn das Handhabungsgerät beim Schlag des Bären oder Stößels das Werkstück hält.

[0007] Zur Lösung des Problems der Rückwirkung des Schlages des Bären oder Stößels der Umformmaschine sind in DE 42 20 796 A1 und DE 100 60 709 A1 Handhabungsgeräte vorgeschlagen worden, die während des Schlages nachgiebig gestellt werden können zur Dämpfung der vom Werkstück übertragenen Schlagstöße und -vibrationen zum Antrieb hin und die bei dem Transport des Werkstücks starr gestellt werden.

[0008] Aus DE 42 20 796 A1 ist ein Handhabungsgerät zum Halten eines Schmiedeteils beim Schmiedevorgang bekannt, bei dem ein Fahrwerk über eine Manschette eine Greifereinrichtung trägt, die eine das Schmiedeteil beim Schmiedevorgang erfassende Klemmzange aufweist. Die Manschette ist hydraulisch wahlweise in einen nachgiebigen Zustand und einen starren Zustand bringbar.

[0009] Aus DE 100 60 709 A1 ist ein als Manipulator oder als Roboter ausgebildetes Handhabungsgerät zum Handhaben eines Schmiedeteiles beim Schmiedevorgang bekannt mit einer Greifzange und einem die Greifzange tragenden Greiferarm, der über ein nachgiebiges Blockstück aus einem elastisch verformbaren Material mit einem Armbereich verbunden ist, der sich mittels eines ersten Elektromotors auf und ab drehschwenken lässt und mittels eines zweiten Elektromotors heben und senken lässt. Diese beiden Bewegungen des Armbereichs werden synchronisiert von einer Steuereinrichtung. Durch die Flexibilität des Blockstücks ist der vordere Bereich des Greifers mit dem Greiferarm und der Greifzange gegenüber dem hinteren Bereich mit dem Armbereich und den Antriebsmotoren in dem Blockstück als eine Art Gelenk schwenkbar. Wenn nun der Greifer ein Schmiedewerkstück auf ein Gesenk eines Schmiedehammers legt und der Schlagbär auf das Werkstück von oben schlägt, können dadurch erzeugte Vibrationen oder Stöße in dem elastischen Blockstück gedämpft und abgefangen werden, so dass die Antriebe entlastet werden. Zum Handhaben des Werkstücks vor oder nach dem eigentlichen Umformvorgang im Schmiedehammer wird das elastische Blockstück mittels einer Startstellstange überbrückt, die eine starre Verbindung zwischen dem Greiferarm und dem Armbereich über das Blockstück hinweg herstellt. Die Starrstellstange ist fixiert bei paralleler Stellung von vorderem Greiferarm und hinterem Armbereich und lösbar bei Aufliegen des Werkstücks auf dem Gesenk des Schmiedehammers durch Anheben des hinteren Armbereichs.

[0010] Problematisch beim automatisierten Schmieden gemäß dem Stand der Technik sind Werkstücke, die zum Abknicken neigen, insbesondere langgestreckte Werkstücke. Der Mensch ist aufgrund seines motorischen Feingefühls und seiner Erfahrung auch in der Lage, ein Abknicken des Werkstücks beim Schmieden durch die Handhabung auszugleichen oder zu verhindern, obwohl er das Werkstück nur an einer Seite hält. Die bekannten Handhabungsgeräte erlauben dagegen kein automatisiertes Schmieden, bei dem ein Abknicken des Werkstücks sicher vermieden werden kann.

[0011] Schließlich stellt es bei der Handhabung der Schmiedeteile ein weiteres Problem dar, dass die Schmiedeteile aufgrund von Fertigungs- oder Bearbeitungstoleranzen in vorhergehenden Form- oder Umformschritten zum Teil erhebliche Abweichungen in ihrer Gestalt aufweisen können, insbesondere auch an den Enden, die von dem Handhabungsgeräte ergriffen werden. Deshalb kann es beim Greifen mit den bekannten automatischen Greifeinrichtungen zu erheblichen Abweichungen der Stellung des Schmiedeteils relativ zum Handhabungsgerät und damit auch relativ zum Werkzeug der Umformmaschine kommen, was einen hohen Ausschuss und im Extremfall sogar eine Beschädigung der Werkzeuge zur Folge haben kann.

[0012] Die Position des Werkstücks im Werkzeug der Umformmaschine könnte nun beispielsweise durch eine Bilderkennung erfasst werden und das Handhabungsgerät entsprechend gesteuert werden, um eine Abweichung der Lage des Werkstücks relativ zum Werkzeug von einer Solllage zu korrigieren. Dies ist aber recht aufwendig und funktionierende Systeme stehen für die Praxis noch nicht zur Verfügung.

[0013] Aufgrund der genannten Probleme hat sich in der Praxis eine Automatisierung der Handhabung von Werkstücken bei Schmiedeprozessen mit schlagenden Umformmaschinen noch nicht entscheidend durchsetzen können. Vielmehr wird in der Praxis das Werkstück immer noch von einem Menschen manuell mit einem Greifwerkzeug in den Schmiedehammer gehalten, da entsprechend ausgebildete Menschen die richtige Handhabung des Werkstücks beim Auftreffen des Bären mit dem Schlagwerkzeug beherrschen.

[0014] Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, die vorgenannten Probleme beim Stand der Technik wenigstens teilweise zu verringern oder ganz zu vermeiden.

[0015] Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 11.

[0016] Das Verfahren gemäß Anspruch 1 ist zum Umformen, insbesondere Schmieden, wenigstens eines Werkstücks geeignet und bestimmt und umfasst die folgenden Verfahrensschritte:

a) Positionieren des Werkstücks in eine vorgegebene oder vorgebbare Umformlage in wenigstens einen Arbeitsbereich einer, insbesondere schlagenden, Umformmaschine zwischen zwei Werkzeugen der Umformmaschine (Positionierschritt),

b) Bewegung der Werkzeuge der Umformmaschine relativ aufeinander zu und Umformen des Werkstücks zwischen den Werkzeugen während wenigstens eines Umformschrittes,

c) Festhalten des Werkstücks in seiner Umformlage durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte während jedes Umformschrittes, und somit auch während des Auftreffens des oder der Werkzeuge auf dem Werkstück,

d) automatisches und aufeinander abgestimmtes Steuern oder Regeln der Bewegungen und Positionen der wenigstens zwei Handhabungsgeräte durch wenigstens eine Kontrolleinrichtung.

[0017] Die Vorrichtung gemäß Anspruch 11 ist zum Umformen wenigstens eines Werkstücks und insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren gemäß der Erfindung oder zur Durchführung eines Verfahrens gemäß der Erfindung geeignet und bestimmt und umfasst

a) wenigstens eine, insbesondere schlagende, Umformmaschine mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Werkzeugen zum Umformen eines Werkstücks in einer vorgegebene oder vorgebbaren Umformlage während wenigstens eines Umformschrittes,

b) wenigstens zwei Handhabungsgeräte zum Festhalten des Werkstücks in der Umformlage während des Umformschrittes,

c) wenigstens eine Kontrolleinrichtung zum Steuern oder Regeln der Bewegungen und Positionen der Handhabungsgeräte.

[0018] Die Bewegung der Werkzeuge in der Umformmaschine relativ aufeinander zu beinhaltet natürlich sowohl den Fall, dass sich nur eines der beiden Werkzeuge relativ zum Erdboden oder Maschinengestell oder einem anderen externen Bezugssystem bewegt und das andere zu diesem externen System ortsfest bleibt, beispielsweise bei einem Oberdruckhammer oder einem Fallhammer oder einer Spindelpresse, als auch den Fall, dass sich beide Werkzeuge relativ zum externen Bezugssystem bewegen, beispielsweise bei einem Gegenschlaghammer. Die Umformlage des Werkstücks bezieht sich auf dessen absolute und einstellbare geometrische Lage im Raum bezüglich eines externen Koordinatensystems. Eine Änderung der Umformlage setzt sich also im Allgemeinen aus translatorischen und/oder rotatorischen Lageänderungen oder Bewegungen zusammen, d.h. das Werkstück kann verschoben und/oder gedreht werden. Der Arbeitsbereich der Umformmaschine(n) ist der Bereich zwischen den Werkzeugen, in dem die eigentliche Umformung stattfindet. Es können auch mehrere Arbeitsbereiche zwischen zwei Werkzeugen gebildet sein, die beispielsweise durch verschiedene Gravuren in einem Gesenk definiert sein können. Beim Steuern der Handhabungsgeräte läuft die Bewegung gemäß einem vorgegebenen oder vorgebbaren Bewegungsablauf oder Bewegungsprofil oder einem entsprechend hinterlegten Steuerprogramm ab (keine Rückkopplung "open-loop-control"), während beim Regeln die Bewegungen der Handhabungsgeräte messtechnisch erfasst und an vorgegebenen Sollbewegungen (Führungsgrößen der Bewegung) angepasst oder geregelt werden (Rückkopplung, "closed-loop-control"). Automatisch bedeutet, dass zumindest beim Umformschritt selbst kein menschliches Eingreifen oder Festhalten des Werkstücks mehr erforderlich ist, sondern dies automatisiert durch die Handhabungsgeräte (oder: Bewegungsautomaten) unter Kontrolle der Kontrolleinrichtung erfolgt. Aufeinander abgestimmt sind die Bewegungen oder Positionen der Handhabungsgeräte, um das Werkstück exakt handhaben zu können, insbesondere um es beim Schlag der Umformmaschine in der Umformlage fixieren zu können. Es ist also eine kinematische Kopplung zwischen den beiden Handhabungsgeräten vorgesehen beim Handhaben des Werkstücks während dessen Umformung.

[0019] Die Erfindung beruht auf der Überlegung, das Werkstück zumindest während des Auftreffens des oder der Werkzeuge(s), insbesondere Schlagwerkzeuge(s), der Umformmaschine beim Umformschritt an wenigstens zwei Stellen mit jeweils einem Handhabungsgerät festzuhalten oder gegriffen zu halten.

[0020] Dies hat zunächst den Vorteil, dass das Werkstück beim Auftreffen des oder der Werkzeuge(s) an zwei Stellen fixiert ist und damit sicherer vor einem Verspringen oder Verrutschen in den Werkzeugen bewahrt werden kann.

[0021] Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass ein Abknicken eines längeren Werkstücks an einer Seite verhindert werden kann, da die Handhabungsgeräte das Werkstück an beiden Seiten fixieren und beim Umformen stabilisieren können.

[0022] Ein besonderer Vorteil der Erfindung ist die Möglichkeit eines Ausgleichs einer Abweichung der Lage des Werkstücks relativ zu den Werkzeugen infolge einer entsprechende Abweichung der Gestalt eines Werkstücks in einem Bereich, in dem ein erstes der Handhabungsgeräte angreift. Dies wird bewerkstelligt, indem das Werkstück mittels des zweiten Handhabungsgerätes in einem zweiten Bereich gegriffen und festgehalten wird. Das Werkstück wird durch die Maßnahmen gemäß der Erfindung zwischen den beiden Handhabungsgeräten in eine Art Mittellage gebracht, während es bei dem Ergreifen mit nur einem Handhabungsgerät wie bei den Handhabungsgeräten beim Stand der Technik aufgrund der Toleranzen verschoben oder verdreht wird. Bei einer manuellen Handhabung des Werkstücks durch einen Menschen ist dieses Problem der Vorfertigungstoleranzen nicht relevant, da der Mensch eine Abweichung der Lage des Werkstücks ohne Weiteres korrigiert und das Werkstück richtig einlegt. Eine automatische Korrektur der Lage des Werkstücks durch den Einsatz einer automatischen Bilderkennung zur Bestimmung der Lage des Werkstücks ist somit gemäß der Erfindung nicht erforderlich. Bei der Erfindung werden Abweichungen sozusagen mechanisch korrigiert, indem die beiden Handhabungsgeräte das Werkstück durch die Fixierung oder das Ergreifen an zwei Stellen in die Solllage zwingen, gegebenenfalls unter einer entsprechenden Verformung des Werkstücks.

[0023] Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens und der Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks gemäß der Erfindung ergeben sich aus den vom Anspruch 1 bzw. Anspruch 11 jeweils abhängigen Ansprüchen.

[0024] Die kinematische Kopplung der Handhabungsgeräte kann mechanisch bewerkstelligt werden, wird vorzugsweise aber elektronisch oder steuer- oder regelungstechnisch über eine Kopplung der Ansteuerung von deren Antriebssystemen realisiert.

[0025] Neben dem Festhalten des Werkstücks beim Umformen können die Handhabungsgeräte auch weitere Handhabungen vornehmen, insbesondere eine oder mehrere der folgenden Handhabungen:

• Lüften des Werkstücks unmittelbar nach dem Umformstoß oder -schlag
• Umsetzen des Werkstücks von einem Arbeitsbereich einer Umformmaschine zu einem nächsten oder einer Gravur eines Werkzeugs zu einer nächsten oder von einer Umformlage zu einer nächsten
• Drehen oder Schwenken des Werkstücks, insbesondere zur Änderung einer Umformlage
• Umgreifen am Werkstück zur Berücksichtigung von dessen Gestaltänderung nach einem Umformschritt
• Aufnehmen des Werkstücks von einer Bereitstellungseinzichtung
• Transport des Werkstücks zur Umformmaschine oder von der Umformmaschine weg, insbesondere zu einer Ablage

[0026] In einer vorteilhaften Ausführungsform werden wenigstens bei einem Teil der Handhabungen des Werkstücks durch zwei Handhabungsgeräte die beiden Handhabungsgeräte synchron und/oder entlang zueinander im Wesentlichen konstant beabstandeter Trajektorien und/oder mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit bewegt

[0027] Die Kontrolleinrichtung steuert oder regelt die beiden Handhabungsgeräte, insbesondere deren jeweilige Antriebseinrichtungen, in einer Ausführungsform nach einem Master-Slave-Steuerprinzip, wobei ein als Slave dienendes Handhabungsgerät einem als Master dienenden Handhabungsgerät in den Bewegungen folgt.

[0028] In einer alternativen bevorzugten Ausführungsform steuert die Kontrolleinrichtung die beiden Handhabungsgeräte, insbesondere deren jeweilige Antriebseinrichtungen, unabhängig voneinander, it jeweiligen aneinander angepassten Steuerabläufen.

[0029] Im Allgemeinen fährt jedes Handhabungsgerät oder dessen Angriffspunkt am Werkstück während einer Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks entlang einer vorab ermittelten Trajektorie mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf und/oder folgt gespeicherten aufeinander folgenden Trajektorienpunkten in regelmäßigen Zeitabständen.

[0030] Die zugehörige Trajektorie des Handhabungsgeräts oder dessen Angriffspunktes am Werkstück wird vorzugsweise vorab eingelernt, kann aber auch berechnet oder simuliert werden.

[0031] In einer besonderen Ausführungsform wird (nur) die Trajektorie eines der wenigstens zwei Handhabungsgeräte oder dessen Angriffspunktes am Werkstück eingelernt und die Trajektorie des wenigstens einen weiteren Handhabungsgerätes oder dessen Angriffspunktes am Werkstück wird aus der eingelernten Trajektorie des ersten Handhabungsgerätes vorab berechnet und abgespeichert oder in Echtzeit berechnet.

[0032] Beim Einlernen der Trajektorie eines Handhabungsgerätes oder dessen Angriffspunktes am Werkstück wird im Allgemeinen die zugehörige Trajektorie, abgefahren und in regelmäßigen Zeitabständen werden die Trajektorienpunkte nacheinander erfasst und abgespeichert. Der Geschwindigkeitsverlauf beim Einlernen ist vorzugsweise vorgegeben entsprechend dem späteren Geschwindigkeitsverlauf beim Prozess. Bei beliebigem Geschwindigkeitsverlauf beim Einlernen kann der tatsächliche Geschwindigkeitsverlauf beim Betrieb auch nachträglich noch berücksichtigt werden und neue Trajektorienpunkte errechnet und gespeichert werden. Das Handhabungsgerät oder dessen Angriffspunkt am Werkstück bei der Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks folgt in jedem Fall den beim Einlernen, ggf. nach Geschwindigkeitskorrektur, gespeicherten Trajektorienpunkten in denselben Zeitabständen und in derselben Reihenfolge wie beim Einlernen.

[0033] Bei Handhabungen an der Umformmaschine befinden sich die beiden Handhabungsgeräte vorzugsweise an gegenüberliegenden Seiten des Arbeitsbereiches oder der Werkzeuge der Unformmaschine. Ferner können die Handhabungsgeräte vorzugsweise auch in eine Parkposition bewegt werden, um den oder die Arbeitsbereich(e) der Umformmaschine(n) zugänglich zu machen

[0034] In einer vorteilhaften Ausführungsform der Vorrichtung weist jedes Handhabungsgerät

a) wenigstens eine Greifeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Greifelementen zum Greifen des Werkstücks,

b) wenigstens eine Trägereinrichtung, an der die Greifeinrichtung befestigt oder befestigbar ist und

c) wenigstens eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Trägereinrichtung mit der Greifeinrichtung

auf.

[0035] Die Vorrichtung wird nun vorzugsweise dadurch weitergebildet, das eine flexible Verbindung von Trägereinrichtung und Transporteinrichtung in einem flexiblen Zustand zumindest teilweise Stöße oder Schwingungen, die beim Umformvorgang vom Werkstück in der Umformmaschine auf das Handhabungsgeräte übertragen werden, absorbiert und damit die Transporteinrichtung vor diesen mechanischen Belastungen schützt und dass eine starre Verbindung oder Stellung von Trägereinrichtung und Transporteinrichtung in einem starren Zustand wird dagegen beim Handhaben des Werkstücks beim Transport oder beim Drehen oder Schwenken vor oder nach Umformschtitten eingesetzt.

[0036] Eine bevorzugte Anwendung der Erfindung ist mit einem Schmiedehammer oder einer Spindelpresse als Umformmaschine.

[0037] Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen weiter erläutert. Dabei wird auf die Zeichnung Bezug genommen, in deren

FIG 1

eine Vorrichtung mit zwei Handhabungsgeräten beim Ergreifen eines Werkstücks in einer Seitenansicht,

FIG 2

die Vorrichtung gemäß FIG 1, bei der die zwei Handhabungsgeräte das in eine Umformmaschine gelegte Werkstück halten, in einer Seitenansicht,

FIG 3

ein Querschnitt durch eines der Handhabungsgeräte gemäß FIG 1 in der mit III-III bezeichneten Schnittebene und

FIG 4

ein Schnitt gemäß FIG 3 mit geschwenkter Greifeinrichtung bzw. Betätigungseinrichtung,

FIG 5

die Vorrichtung gemäß FIG 1 oder FIG 2, bei der die zwei Handhabungsgeräte das in der Umformmaschine befindliche Werkstück nach dem Umformschlag lüften, in einer Seitenansicht,

FIG 6

eine Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks mit zwei Handhabungsgeräten, die das Werkstück entlang vorgegebener Bewegungsbahnen handhaben, in einer schematischen perspektivischen Ansicht,

FIG 7

eine Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks mit zwei Handhabungsgeräten bei einer Handhabung des Werkstücks in einer Draufsicht und

FIG 8

eine Vorrichtung zum Umformen eines Werkstücks mit zwei in Parkposition befindlichen Handhabungsgeräten in einer Draufsicht

[0038] jeweils schematisch dargestellt sind. Einander entsprechende Größen und Teile sind in den FIG 1 bis 8 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen.

[0039] Es sind ein erstes Handhabungsgerät mit 2 und ein zweites Handhabungsgerät mit 2' bezeichnet. Jedes der Handhabungsgeräte 2 und 2' kann als Manipulator oder Roboter ausgebildet sein. In den in FIG 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispielen sind die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' im Wesentlichen baugleich ausgebildet und umfassen jeweils eine Greifeinrichtung (oder: Greifzange) 3 bzw. 3', eine Trägerwelle 4 bzw. 4', eine Stützeinrichtung (oder: Starrstellungseinrichtung) 5 bzw. 5', ein Lagerteil 6 bzw. 6', ein flexibles Element 7 bzw. 7', einen Schwenkantrieb (oder: Rotationsantrieb) 8 bzw. 8', ein Gelenk 9 bzw. 9', eine Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11' und eine Transporteinrichtung 16 bzw. 16'.

[0040] Jede Greifeinrichtung 3 bzw. 3' umfasst zwei jeweils eine zugehörige Greifbacke (oder: Greifelement, Zangenbacke) 30 bzw. 31 bzw. 30' und 31' aufweisende Greifhebel 32 und 33 bzw. 32' und 33' auf, die mittels der Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11' zueinander um eine Schwenkachse E bzw. E' in einem Schwenklager 34 bzw. 34' schwenkbar sind zum Öffnen und Schließen der Greifeinrichtung 3 bzw. 3'. Die Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11' greift in einem Angreiflager 35 bzw. 35' am Greifhebel 33 bzw. 33' an und ist in einem Schwenklager 14 bzw. 14' um eine Schwenkachse D bzw. D' schwenkbar an einem Halteteil 61 bzw. 61' des Lagerteils 6 bzw. 6' gelagert

[0041] Der Greifhebel 32 bzw. 32' der Greifeinrichtung 3 bzw. 3' ist über die Trägerwelle 4 bzw. 4' mit einem Zwischenteil 60 bzw. 60' des Lagerteils 6 bzw. 6' koaxial entlang einer Achse M verbunden. Zwischen dem Zwischenteil 60 bzw. 60' und dem mit dem Gelenk 9 bzw. 9' entlang einer zweiten Achse N verbundenen Schwenkantrieb 8 bzw. 8' ist das flexible Element 7 bzw. 7' angeordnet, das und über jeweils einen Flansch 67 und 87 bzw. 67' und 87' mit dem Zwischenteil 60 bzw. 60' und dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8' verbunden ist und aus einem elastischem Material, vorzugsweise einem Elastomer, besteht.

[0042] In dem flexiblen Element 7 bzw. 7' sind nun die vordere Einheit des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2', nämlich die Greifeinrichtung 3 bzw. 3', die Trägerwelle 4 bzw. 4' und das Lagerteil 6 bzw. 6' sowie die Betätigungseinrichtung 11 bzw. 11', einerseits und die hintere Einheit des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2', nämlich der Schwenkantrieb 8 bzw. 8' und das Gelenk 9 bzw. 9' sowie die Transporteinrichtung 16 bzw. 16', und damit auch deren Achsen M und N zueinander verschwenkbar.

[0043] FIG 3 und 4 zeigen in einer geschnittenen Ansicht durch den Hubzylinder der Betätigungseinrichtung 11 und die Trägerwelle 4 sowie die Stützeinrichtung 50 des Handhabungsgeräts 2 gemäß FIG 1 ein Ausführungsbeispiel für eine Schwenkbewegung.

[0044] FIG 3 zeigt eine vertikale Stellung, bei der eine Mittelachse B des Stützteils 50 der Stützeinrichtung 5 und eine Mittelachse C der Betätigungseinrichtung 11 sowie des Lagerteils 6 zusammenfallen, die Betätigungseinrichtung 11 also in Richtung der Schwerkraft G gesehen oberhalb des Zwischenteils 60 des Lagerteils 6 angeordnet ist.

[0045] In FIG 4 ist nun die vordere Einheit des Handhabungsgerätes 2 um einen Schwenkwinkel β nach rechts im Uhrzeigersinn verschwenkt oder gedreht. Die Trägerwelle 4 rotiert dabei um die Rotationsachse R in ihrem Stützlager 54 der Stützeinrichtung 5. Die Mittelachse C der vorderen Einheit, insbesondere des Lagerteils 6 und der Betätigungseinrichtung 11, und somit auch die Greifeinrichtung 3 sind nun um den Schwenkwinkel β gegenüber der Mittelachse B der Stützeinrichtung 5 verschwenkt. Damit lässt sich ein Werkstück 10 um den entsprechenden Schwenkwinkel β drehen.

[0046] Die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' der Handhabungsgeräte 2 und 2' gemäß FIG 1 und 2 umfasst eine längsverlaufende Verbindungsstange 53 bzw. 53', an der ein quer nach oben verlaufendes erstes Befestigungsteil 51 bzw. 51' zum Verbinden der Verbindungsstange 53 bzw. 53' mit dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8' und weiter hinten ein quer nach oben verlaufendes zweites Befestigungsteil 52 bzw. 52' zur Verbindung der Verbindungsstange 53 bzw. 53' mit dem Gelenk 9 bzw. 9' sowie im vorderen Bereich ein quer zur Verbindungsstange 53 bzw. 53' nach oben ragendes Stützteil 50 bzw. 50' zum Fixieren oder Stützen der Trägerwelle 4 bzw. 4' angeordnet sind. Das Stützteil 50 bzw. 50' weist einen Einschnitt als Stützlager (oder: einen Wellensitz) 54 bzw. 54' für die Trägerwelle 4 bzw. 4' auf (siehe FIG 3 und 4).

[0047] Im in FIG 1 gezeigten Zustand werden die Handhabungsgeräte 2 und 2' von beiden Seiten auf ein Werkstück 10 bzw. 10' in Richtung der dargestellten Pfeile zu bewegt, wobei die Achsen M und N koaxial zueinander und horizontal, d.h. senkrecht zur Schwerkraft G, verlaufen und wobei das flexible Element 7 bzw. 7' im Wesentlichen unverformt ist. Die Verbindungsstange 53 bzw. 53' verläuft nun parallel zu den Achsen M und N und das Stützteil 50 bzw. 50' stützt die Trägerwelle 4 bzw. 4' und damit die mit ihr verbundene Greifeinrichtung 3 bzw. 3' in seinem Stützlager 54 bzw. 54' ab. Die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' stellt also eine mechanische Überbrückung über das flexible Element 7 bzw. 7' dar und beseitigt somit in der Stellung gemäß FIG 1 die Flexibilität des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2' in dem flexiblen Element 7 bzw. 7' zumindest in der Raumrichtung der Schwerkraft G und in den nach unten gerichteten seitlichen Richtungen zwischen der Schwerkraft G und der horizontalen Richtung. Die starre Verbindung wird allein durch das Eigengewicht der Teile des Handhabungsgerätes 2 bzw. 2' aufrechterhalten. Die Greifeinrichtungen 3 und 3' stehen in ihren vertikalen Stellungen und sind geöffnet.

[0048] Bei Erreichen des Werkstücks 10 werden die Greifeinrichtungen 3 und 3' geschlossen und somit das Werkstück 10 an seinen Enden 10A und 10B ergriffen und mittels der Transporteinrichtungen 16 und 16' zu einer Umformmaschine transportiert und dort in die Umformposition zum Umformen auf ein Werkzeug gelegt. Dabei wird über die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' das Handhabungsgerät 2 bzw. 2' im starren Zustand gehalten.

[0049] FIG 2 zeigt das Werkstück 10 im aufgelegten Zustand auf dem unteren Werkzeug oder Gesenk 12 eines Schmiedehammers. Durch Anheben der hinteren Einheiten der Handhabungsgeräte 2 und 2', also Neigen der Mittelachse N bzw. N' von Schwenkantrieb 8 bzw. 8' und Gelenk 9 bzw. 9' um den Neigungswinkel α gegenüber der Mittelachse M bzw. M' der vorderen Einheit um das flexible Element 7 bzw. 7', wird die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' aus dem Eingriff mit der Trägerwelle 4 bzw. 4' bracht, da die Stützeinrichtung 5 bzw. 5' mit dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8' und dem Gelenk 9 bzw. 9' entlang der Achse N bzw. N' ausgerichtet bleibt und damit das Stützteil 50 bzw. 50' sich ausreichend von der Trägerwelle 4 bzw. 4' entfernt. Bei der Neigungsbewegung um den Winkel α bzw. α' dient dabei das Gesenk 12 über das Werkstück 10 als Widerlager.

[0050] Nun schlägt das Schlagwerkzeug 13 am - nicht weiter dargestellten - Schlagbären des Schmiedehammers in der Schlagrichtung A auf das Werkstück 10. Bei der Schlagbewegung entstehen erhebliche Stoß- und Vibrationsbelastungen, die über das Werkstück 10 auf die Handhabungsgeräte 2 und 2' übertragen werden. Die elastischen Elemente 7 und 7' entkoppeln nun jedoch diese Stöße oder Vibration weitgehend von der Transporteinrichtung 16 bzw 16' und dem Schwenkantrieb 8 bzw. 8', so dass diese Antriebsvorrichtungen vor Überlastung geschützt werden.

[0051] Abhängig vom Werkstück 10 und dem gewünschten Umformvorgang kann es jedoch in vielen Umformprozessen erforderlich sein, das Wetkstück 10 vor dem Auflegen auf das Gesenk 12 zu drehen, insbesondere um eine durch das Werkstück 10 verlaufende Drehachse, beispielsweise seine Längsachse. Für eine solche Dreh- oder Schwenkbewegung werden die Greifeinrichtungen 3 und 3' mit dem ergriffenen Werkstück 10 im gestützten Zustand, d.h. bei im Eingriff in die Trägerwelle 4 befindlicher Stützeinrichtung 5, um den gewünschten Schwenkwinkel β im gleichen Umlaufsinn und mit der gleichen Dreh- oder Winkelgeschwindigkeit geschwenkt, um das Werkstück ohne Torsion in seine gewünschte Umformlage zu drehen. Dazu wird eine Drehbewegung einer Abtriebswelle eines in dem Antriebsgehäuses 80 bzw. 80' des Schwenkantriebs 8 bzw. 8' angeordneten Antriebsmotors, ggf. über ein Getriebe, über den Antriebsflansch 87 bzw. 87' und das flexible Element 7 bzw. 7' auf den Verbindungsflansch 65 bzw. 65' übertragen, der wiederum das Zwischenteil 60 bzw. 60', die Trägerwelle 4 bzw. 4' und die Greifeinrichtung 3 bzw. 3' mitdreht. Solche Schwenkbewegungen treten beispielsweise beim Biegen eines Werkstücks in einem ersten Schmiedevorgang oder Schmiedeschritt und beim anschließenden Flachformen oder Schmieden auf. Die Drehbarkeit der Greifeinrichtungen 3 und 3' kann entfallen, falls eine Drehung nicht erwünscht ist.

[0052] FIG 5 zeigt nun, ausgehend von FIG 2, die Situation kurz nach dem Auftreffen des Schlagwerkzeuges 13 auf das Werkstück 10 und die umliegenden Bereiche des Werkzeuges 12. Das Schlagwerkzeug 13 ist durch den Rückstoß sowie ggf. durch einen Antrieb wieder in einer vom Werkzeug 12 weggerichteten Aufwärtsbewegung in einer Rückholrichtung RH. Es wird nun das Werkstück 10 von dem Werkzeug 12 um einen Abstand d angehoben oder gelüftet. Diese Lüftbewegung der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' und des von ihnen gehaltenen Werkstückes 10 folgt somit dem nach oben sich bewegenden Schlagwerkzeug 13 richrungsgleich mit der Rückholrichtung RH. Die Handhabungsgeräte 2 und 2' bleiben dabei in der Regel in der flexiblen Stellung, wie in FIG 5 dargestellt. Bei oder nach dieser Lüftbewegung wird Zundermaterial aus dem unteren Werkzeug 12 mittels eines Gebläses ausgeblasen. Das Lüften verkürzt zudem die Berührzeit des Werkstückes 10 mit dem unteren Werkzeug oder Gesenk 12.

[0053] Nach dem Lüftvorgang kann nun entweder das Werkstück 10 erneut auf das Werkzeug 12 oder auf ein anderes Gesenk oder eine andere Gravur des Werkzeuges 12 aufgelegt werden und erneut mit dem Schlagwerkzeug 13 umgeformt werden. Es kann aber auch der Umformvorgang beendet werden und das Werkstück 10 aus der in FIG 5 dargestellten gelüfteten Stellung von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' aus dem Arbeitsbereich der Umformmaschine zwischen den beiden Werkzeugen 12 und 13 herausbewegt und zu einer Ablageeinrichtung transportiert werden.

[0054] FIG. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Handhabung eines Werkstückes 10 mit zwei Handhabungsgeräten 2 und 2', ausgehend von dem Aufnehmen an einer Bereitstellungseinrichtung 41 bis hin zum Auflegen auf einem Werkzeug 12 einer schlagenden Umformmaschine. Die Bewegungsbahnen oder Trajektorien der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' sind mit S und S' bezeichnet, die Bewegungsrichtungen mit Pfeilen gekennzeichnet.

[0055] Die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' werden jeweils zu einem Zeitpunkt t0 aus einer Park- oder Ausgangsstellung S(t0) und S'(t0) gestartet und bewegen sich auf das Werkstück 10 auf der Bereitstellungseinrichtung 41 zu. Zu einem Zeitpunkt ti erreichen die Handhabungsgeräte 2 und 2' jeweils die Enden 10A und 10B des Werkstückes 10 an den jeweiligen Positionen S(ti) und S'(ti). Nun ergreifen die Greifeinrichtungen 3 und 3' das jeweilige Ende 10A bzw. 10B des Werkstückes 10 und die Handhabungsgeräte 2 und 2' transportieren nun das Werkstück 10 entlang der Trajektorien S und S'. Die beiden Trajektorien S und S' verlaufen dabei parallel zueinander und die Handhabungsgeräte 2 und 2' werden synchron zueinander bewegt. Dadurch wird das Werkstück 10 im Wesentlichen nur translatorisch und nicht rotatotisch bewegt. Zu einem beliebigen Zeitpunkt tj ist also der Differenzvektor Δ = S'(tj) - S(tj) immer gleich. Gegen Ende der Trajektorien S und S' führen die Handhabungsgeräte 2 und 2' das Werkstück 10 in den Arbeitsbereich zwischen den Werkzeugen 12 und 13 der schlagenden Umformmaschine ein und bewegen das Werkstück 10 nach unten in eine vorgegebene Umformlage auf das Werkzeug 12 in eine Endposition S(tn) für das Handhabungsgerät 2 sowie S'(tn) für das Handhabungsgerät 2' zu einem Endzeitpunkt tn auf entgegengesetzten Seiten des Arbeitsbereichs oder Werkzeugs 12 der Umformmaschine. Das gestrichelt eingezeichnete Werkstück 10 liegt nun in der Umformlage auf dem Werkzeug 12 auf und kann umgeformt werden.

[0056] Beim Umformen halten die ebenfalls gestrichelt eingezeichneten Handhabungsgeräte 2 und 2' wieder die Enden 10A und 10B des Werkstückes 10 fest. Nach einem Umformen des Werkstückes 10 durch Stoß oder Schlag des Schlagwerkzeuges 13 auf das Werkstück 10 kann nun wie in FIG 5 eine Lüftbewegung durch die Handhabungsgeräte 2 und 2' erfolgen. Ferner kann das Werkstück 10 zusätzlich oder alternativ umgesetzt werden von einer Gravur des Werkzeuges in eine andere oder auch von der Umformmaschine wegtransportiert werden zu einer Ablage- oder Abführeinrichtung.

[0057] Die Werkzeuge 12 und 13 sind in der Regel formgebende Werkzeuge, sogenannte Gesenke mit entsprechend der gewünschten Form des Werkstückes angepassten Gravuren. Die Handhabungsgeräte halten im Allgemeinen das Werkstück 10 während des gesamten Schmiedezyklus und führen alle für den Schmiedeprozess notwendigen Handhabungsbewegungen gemeinsam und synchron aus. Als Handhabungsbewegungen kommen unter anderem Lüftbewegungen innerhalb einer Gravur sowie Umsetzbewegungen von der Zuführeinrichtung in die erste Gravur des Gesenkes, Umsetzbewegungen zwischen Gravuren des Gesenkes und Umsetzbewegungen von einer Gravur des Gesenkes in eine Abführeinrichtung vor.

[0058] Weiterhin werden bevorzugt auch Werkstücke geschmiedet, deren Enden, an denen die Handhabungsgeräte das Werkstück während der Handhabung halten, nicht symmetrisch zur Werkstückachse sind. Diese Werkstücke werden in vorhergehenden Arbeitsschritten gereckt, wobei es vorkommt, dass die Enden des Werkstückes unsymmetrisch ausgebildet werden. Dadurch, dass das Werkstück 10 an beiden Enden 10A und 10B durch jeweils ein Handhabungsgerät 2 und 2' gefasst wird, wird das Werkstück 10 automatisch ausgerichtet, so dass das Werkstück 10 lagerichtig in seiner Umformlage in die Gravur oder das Werkzeug 12 eingelegt wird.

[0059] Das gemeinsame und synchrone Fahren der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' wird über eine elektrische Kopplung zwischen den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' erreicht, wobei die Kopplung über den Master-Slave-Betrieb von elektrischen Antrieben oder aber durch das gleichzeitige Starten von unabhängig arbeitenden Antrieben erreicht wird. Das Startsignal für die einzelnen Handhabungsschritte wird von einer Kontrolleinrichtung geliefert, die den Ablauf zwischen der schlagenden Umformmaschine und den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' steuert. Diese Kontrolleinrichtung kann zusätzlich den kompletten Signalaustausch durchführen. In der Regel arbeitet die Kontrolleinrichtung mit Hilfe wenigstens eines digitalen Prozessors, insbesondere eines Mikroprozessors oder einer digitalen Signalprozessors, und entsprechender Speicher, in denen die Ablaufprogramme, Steueralgorithmen und Daten für die Bewegungen gespeichert sind. Für einen Master-Slave-Betrieb sind an sich bekannte Master-Slave-Steuereinheiten verwendbar. Bei unabhängig arbeitenden Antrieben sind gleiche Wegstrecken und Geschwindigkeiten sowie Fehlerrückmeldungen und Fehlerreaktionen zwischen den unabhängigen Antrieben vorgesehen, um einen exakten und im Fehlerfall sicheren Betrieb zu gewährleisten.

[0060] Bei einem typischen Schmiedezyklus wird ein Werkstück mittels einer Zuführeinrichtung oder Bereitstellungseinrichtung zugeführt. Anschließend greifen beide Handhabungsgeräte 2 und 2' das Werkstück 10 und legen das Werkstück 10 gemeinsam und synchron in eine Gravur des Gesenkes der schlagenden Gesenk-Umformmaschine ein. Nun wird die schlagende Gesenk-Umformmaschine zu einem variablem Zeitpunkt während oder am Ende der Handhabungsbewegung ausgelöst und nach Schlagauslösung wird die weitere Handhabung des Werkstückes zu einem variablen Zeitpunkt während oder am Ende der Schlagbewegung eingeleitet. Diese weitere Handhabung ist wieder gemeinsam und synchron durch beide Handhabungsgeräte 2 und 2' und kann eine Lüftbewegung des Werkstückes in der gleichen Gravur sein, ein gemeinsames und synchrones Umsetzen des Werkstückes in eine weitere Gravur oder das gemeinsam und synchrone Umsetzen des Werkstückes in eine Ablageeinrichtung für das fertig umgeformte Werkstück.

[0061] Ist das Werkstück 10 so ausgebildet, dass die ersten Handhabungs- und Schmiedeschritte mit nur einem Handhabungsgerät ausgeführt werden können, so greift das zweite Handhabungsgerät 2' zu einem späteren Zeitpunkt des Schmiedezyklusses ebenfalls das Werkstück 10 und beide Handhabungsgeräte 2 und 2' schmieden ab diesem Zeitpunkt gemeinsam und synchron wie bereits beschrieben. Das teilweise Umsetzen oder Schmieden mit nur einem Handhabungsgerät ist insbesondere sinnvoll, wenn mehr als zwei Handhabungsgeräte eingesetzt werden, da hierbei das oder die weiteren Handhabungsgeräte ein neues Werkstück bereits aufnehmen und ggf. schon schmieden können, wenn die beiden anderen Handhabungsgeräte das vorherige Schmiedeteil fertig schmieden bzw. in eine Abführeinrichtung einlegen.

[0062] Durch diese Ausführung mit wenigstens drei Handhabungsgeräten sind kürzere Taktzeiten realisierbar.

[0063] FIG 7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Handhaben eines Werkstücks während eines Schmiedevorganges. Diese Vorrichtung umfasst wieder zwei Handhabungsgeräte 2 und 2' mit jeweiligen Greifeinrichtungen 3 und 3', die schematisiert als Industrieroboter dargestellt sind. Die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' nehmen ein Werkstück 10 von einer Bereitstellungseinrichtung 41, beispielsweise einem Zuführtransportband oder einer anderen automatisierten Zuführeinrichtung auf und setzen das Werkstück in eine erste Gravur 17 eines Werkzeuges 12 einer schlagenden Gesenk-Umformmaschine. Das Gegenwerkzeug oder Schlagwerkzeug dieser Gesenk-Umformmaschine ist nicht dargestellt und würde sich in der dargestellten Draufsicht oberhalb der Zeichenebene befinden. Während oder am Ende der Handhabungsbewegung oder Umsetzbewegung von der Bereitstellungseinrichtung 41 in die erste Gravur 17 des Werkzeuges 12 wird das Schlagwerkzeug der Umformmaschine ausgelöst. Nach der Schlagauslösung wird ein neuer Ablauf für die weitere Handhabung des Werkstückes 10 um einem Zeitpunkt während oder am Ende der Schlagbewegung des Schlagwerkzeuges eingeleitet. Zunächst wird bis zum Auftreffen und während des Auftreffens des Schlagwerkzeuges das Werkstück 10 in seiner Umformlage auf der Gravur 17 von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' fixiert und an beiden Enden festgehalten. Nach dem Auftreffen und Lösen des Schlagwerkzeuges vom Werkstück 10 wird das Werkstück 10 von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' gemäß der hinterlegten weiteren Handhabungsroutine gemeinsam und synchron gehandhabt. Zunächst wird das Werkstück 10 gelüftet, wie anhand von FIG 5 bereits erläutert, und anschließend entweder nochmals in der ersten Gravur 17 bearbeitet oder gleich in die zweite Gravur 18 des Werkzeuges 12 umgesetzt. Nach der Umsetzung des Werkstückes 10 in die zweite Gravur 18 erfolgt wieder ein Umformschritt mit Auslösung der Umformmaschine und deren Schlagwerkzeugs zu einem variablen Zeitpunkt während oder am Ende der Handhabungsbewegung zwischen der ersten Gravur 17 und der zweiten Gravur 18. Nach der Schlagauslösung wird wieder die weitere gemeinsame synchrone Handhabung des Werkstückes 10 zu einem einstellbaren Zeitpunkt während oder am Ende der Schlagbewegung eingeleitet. Es kann nun wieder gemeinsam und synchron das Werkstück von den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' gelüftet werden in der zweiten Gravur 18 und ggf. wieder in die Gravur 18 zu einer nochmaligen Bearbeitung eingelegt werden oder das Werkstück 10 kann gleich in die Ablageeinrichtung 42 für das fertig umgeformte Werkstück 10 umgesetzt werden.

[0064] FIG 8 zeigt eine Park- oder Ruhestellung der beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' in einer Vorrichtung gemäß FIG 7. In der Parkstellung der Handhabungsgeräte ist ein Zugang zu den Werkzeugen 12 und 13 der Umformmaschine zum Werkzeugwechsel, zur Nachbearbeitung oder füt einen manuellen Testbetrieb der schlagenden Umformmaschine möglich.

[0065] Die Bewegung der Handhabungsgeräte 2 und 2' und somit die Handhabungsbewegungen für das Werkstück 10 werden in der Regel eingelernt. Dazu wird in einem Einlernprozess das Werkstück 10 mit den beiden Handhabungsgetäten 2 und 2' entlang der vorgesehenen Trajektorie und ggf. Rotationsbewegungen geführt und die einzelnen Raumpunkte oder die entsprechenden Bewegungsparameter im Bewegungssystem der Handhabungsgeräte 2 und 2' werden in regelmäßigen Zeitabständen, typischerweise 16 ms, gespeichert. Im Ausführungsbeispiel von FIG 6 werden beispielsweise die Trajektoren S und S' der Handhabungsgeräte 2 und 2' jeweils in Form von diskreten Datensätzen, die jeweils zu einem Punkt auf den Trajektorien gehören, beginnend von den Bahnpunkten S(t0) und S'(t0) über S(ti) bzw. S'(ti), S(tj) bzw. S'(tj) bis hin zum Endpunkt S(tn) bzw. S'(tn). Bei dem späteren Prozess wird die Bewegung entlang der gespeicherten Trajektorien S und S' geführt.

[0066] Wenn beim Einlernprozess bereits der reale Geschwindigkeitsverlauf eingestellt war, so können die beim Einlernprozess erfassten Raumpunkte S(tm) bzw. S'(tm) für 0 ≤ m ≤ n unmittelbar durch schrittweises Abfahren der Zeitpunkte t0 bis tn in den vorgegebenen Zeitintervallen Δt = tm+1 - tm von zum Beispiel 16 ms abgefahren werden. Falls der Geschwindigkeitsverlauf beim Einlernprozess nicht dem realen späteren Geschwindigkeitsverlauf entspricht, so werden die beim Einlernprozess gespeicherten Bahnpunkte noch durch eine entsprechende Transformation oder Abbildung in die für den späteren Prozess vorgesehenen Bahnpunkte umgerechnet. Diese Art des Einlernens von Roboterbewegungen ist an sich bekannt und bedarf deshalb keiner detaillierteren Beschreibungen.

[0067] Anstelle einer Führung eines Referenzwerkstückes während des Einlernprozesses mit beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' kann wegen der aufeinander abgestimmten und in der Regel synchronen Bewegung der Handhabungsgeräte 2 und 2' auch nur die Bewegung eines der Handhabungsgeräte 2 oder 2' eingelernt werden und die Bewegung des anderen Handhabungsgerätes 2' bzw. 2 an die Bewegung des eingelernten Handhabungsgerätes angepasst werden.

[0068] Dies kann insbesondere durch einen Master-Slave-Betrieb erreicht werden, bei dem insbesondere das zweite, nicht eingelernte Handhabungsgerät schrittweise den Bewegungen des eingelernten Handhabungsgerätes folgt.

[0069] Alternativ kann für die Teile der Handhabungsbewegungen, in denen die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' synchron und gemeinsam bewegt werden, beispielsweise wie im Ausführungsbeispiel gemäß FIG 6, nur ein Handhäbungsgerät, beispielsweise das Handhabungsgerät 2, eingelernt werden und die zugehörige Bewegungstrajektorie S oder, allgemeiner, der zugehörige Bewegungsablauf, der sich aus translatorischen und rotatorischen Bewegungen zusammensetzen kann, abgespeichert werden und dann durch eine einfache Translationsabbildung über den Translationsvektor Δ gemäß FIG 6 die Trajektorie S' des zweiten Handhabungsgerätes 2' errechnet werden. Somit können die Handhabungsgeräte 2 und 2' unabhängige Antriebssysteme und Steuersysteme von der Hardware her aufweisen, sind jedoch elektrisch oder elektronisch gekoppelt durch die aneinander angepassten Steuerprogramme und Abläufe, die die synchronen Bewegungen ermöglichen. Diese Ausführungsform hat gegenüber einem Master-Slave-Betrieb den Vorteil, dass kein Schleppabstand zwischen den beiden Handhabungsgeräten 2 und 2' durch das schrittweise Nachfolgen wie beim Master-Slave-Betrieb mehr entsteht, sondern die beiden Handhabungsgeräte 2 und 2' zu jedem Zeitpunkt tm sich auf zueinander synchronen oder parallelen Bahnpunkten befinden.

[0070] Für die Handhabungsgeräte 2 und 2' können neben den anhand der FIG 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen auch andere Manipulatoren oder Industrieroboter verwendet werden, wobei vorzugsweise eine gute Dämpfung der Bewegungsgelenke und anderen Bewegungsmechanismen vorgesehen wird, um die Antriebe von dem Rückstoß und den Vibrationen beim Auftreffen des Schlagwerkzeuges der Umformmaschine zu entlasten. Beispielsweise können auch die eingangs genannten Handhabungsgeräte gemäß DE 42 20 796 A1 oder DE 100 60 709 A1 verwendet werden.

[0071] Neben den beschriebenen Handhabungsbewegungen können zusätzlich oder alternativ auch weitere Handhabungsbewegungen durch die Handhabungsgeräte 2 und 2' mit oder ohne Werkstück 10 vorgesehen sein.

[0072] Der Abstand der Greifeinrichtungen, beispielsweise der Abstandsvektor Δ in FIG 6, ist in der Regel abhängig von der Länge oder entlang dieses Abstandes gemessenen Abmessung des Werkstückes und bleibt während der synchronen gemeinsamen Handhabung in der Regel konstant.

[0073] Es kann aber auch eine Volumen- oder Gestaltsänderung des Werkstückes nach dem Umformprozess, insbesondere eine Längung des Werkstückes, berücksichtigt werden, indem die Handhabungsgeräte 2 und 2' ihre Angriffspunkte am Werkstück verändern, bei einer Längung des Werkstückes beispielsweise weiter außen greifen. Dazu kann insbesondere der Greifdruck der Greifeinrichtungen 3 und 3' reduziert werden und - ohne loszulassen oder dei Greifeinrichtungen 3 und 3' zu öffnen - können die Greifeinrichtungen 3 und 3' der Handhabungsgeräte 2 und 2' entlang des Werkstücks 10 weiter nach außen gezogen werden

[0074] Ferner können die Bewegungstrajektorien der beiden Handhabungsgeräte auch in einander angepasster Weise voneinander abweichen, beispielsweise in einen Offset oder eine Korrektur aufweisen, beispielsweise wenn die Werkstücke unterschiedliche Grate oder andere unterschiedliche Gestalt an den Angriffsbereichen aufweisen.

[0075] In einer weiteren Ausführungsform ist es möglich, anstelle eines Einlernprozesses auch einen Industrieroboter mit einem innerhalb eines von ihm erreichbaren Raumbereiches gezielt steuerbaren Bewegungsverlauf zu verwenden, bei dem also die Transformationsbeschreibung in seinem dreidimensionalen Koordinatensystem eine beliebige Bewegung innerhalb des Raumbereiches erlaubt, ohne die Bewegung zuvor durchfahren zu haben. Dies kann insbesondere im Rahmen einer 3-D-Simulation erfolgen.

[0076] Das Werkstück kann auch um eine Drehachse gedreht werden, insbesondere mit Hilfe der anhand der FIG 1 bis 4 beschriebenen Ausführungsformen der Handhabungsgeräte. Ferner sind natürlich auch Drehbewegungen oder Anteile von Drehbewegungen zum Transport des Werkstückes 10 möglich, beispielsweise um durch enge Bereiche auf dem Transportweg zu gelangen.

[0077] Die Fehlerkommunikation über die in FIG 7 und 8 dargestellte Kontrolleinrichtung erlaubt es, bei einer unzulässigen Abweichung eines der Handhabungsgeräte von der vorgeschriebenen Trajektorie zu einem bestimmten Zeitpunkt den Prozess zu unterbrechen, insbesondere die Handhabungsgeräte zu stoppen.

Bezugszeichenliste

[0078] 

2, 2'

Handhabungsgerät

3, 3'

Greifeinrichtung

4,4'

Trägerwelle .

5, 5'

Stützeinrichtung

6, 6'

Lagerteil

7, 7'

flexibles Element

8, 8'

Rotationsantrieb

9, 9'

Gelenk

10

Werkstück

11, 11'

Betätigungsvorrichtung

12

Gesenk

13

Schlagwerkzeug

14, 14'

Schwenklager

15, 15'

Hubzylinder

16, 16'

Transporteinrichtung

17,18

Gravur

30, 31, 30', 31'

Greifbacke

32, 33, 32', 33'

Greifhebel

34, 34'

Schwenklager

35, 35'

Angreiflager

41

Bereitstellungseinrichtung

42

Ablageeinrichtung

43

Kontrolleinrichtung

50, 50'

Stützteil

51, 52, 51', 52'

Befestigungsteil

53, 53'

Verbindungsstange

54, 54'

Stützlager

60, 60'

Zwischenteil

61,61'

Halteteil

65, 65'

Verbindungsflansch

80, 80'

Antriebsgehäuse

87, 87'

Antriebsflansch

M

vordere Achse

N

hintere Achse

A

Schlagrichtung

B, C

Achse

D, E

Schwenkachse

F

Schwenkachse

G

Schwerkraft

R

Rotationsachse

Ansprüche

1. Verfahren zum Umformen wenigstens eines Werkstücks, bei dem

a) das Werkstück (10) in eine vorgegebene oder vorgebbare Umformlage in wenigstens einen Arbeitsbereich wenigstens einer Umformmaschine zwischen zwei zugehörigen Werkzeugen (12, 13) positioniert wird,

b) während wenigstens eines Umformschrittes die Werkzeuge der Umformmaschine relativ aufeinander zu bewegt werden und das Werkstück zwischen den Werkzeugen umgeformt wird,

c) während jedes Umformschrittes das Werkstück von wenigstens zwei Handhabungsgeräten (2, 2') in seiner Umformlage festgehalten wird,

d) wobei die Bewegungen und Positionen der Handhabungsgeräte von wenigstens einer Kontrolleinrichtung (43) automatisch und aufeinander abgestimmt gesteuert oder geregelt werden,

e) bei dem als Werkzeuge der Umformmaschine formgebende Gesenkwerkzeuge zum gebundenen Umformen des Werkstückes vorgesehen werden oder sind und

f) bei dem als Umformmaschine eine schlagende Umformmaschine, insbesondere ein Schmiedehammer oder eine Spindelpresse, oder eine Kurbelpresse vorgesehen ist oder wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Werkstück in wenigstens zwei Umformschritten umgeformt wird, bei dem insbesondere das Werkstück in wenigstens zwei Umformschritten in demselben Arbeitsbereich und/oder derselben Umformlage umgeformt wird
und/oder
bei dem insbesondere das Werkstück in wenigstens zwei Umformschritten in unterschiedlichen Arbeitsbereichen einer oder mehrerer Umformmaschine(n) und/oder in unterschiedlichen Umformlagen umgeformt wird, wobei insbesondere das Werkstück zwischen zwei aufeinanderfolgenden Umformschritten von wenigstens einem Handhabungsgerät von einem Arbeitsbereich zum nächsten Arbeitsbereich bzw. von einer Umformlage zur nächsten Umformlage bewegt und in dieser Umformlage positioniert wird
und/oder
bei dem insbesondere das Werkstück zwischen einer Umformlage und einer nächsten Umformlage, vorzugsweise um eine durch das Werkstück verlaufende Drehachse, gedreht wird, insbesondere um einen Drehwinkel von etwa 90°.

3. Verfehlen nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem jedes Werkstück vor dem Umformschritt oder dem ersten Umformschritt von wenigstens einem Handhabungsgerät von einer Bereitstellungseinrichtung zu dem bzw. dem ersten Arbeitsbereich der Umformmaschine(n) transportiert wird
und/oder
bei dem jedes Werkstück nach dem Umformschritt oder nach dem letzten Umformschritt von wenigstens einem Handhabungsgerät von dem Arbeitsbereich bzw. dem letzten Arbeitsbereich der Umformmaschine(n) zu einer Ablageeinrichtung transportiert wird.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Werkstück von wenigstens zwei Handhabungsgeräten in die oder jede Umformlage oder wenigstens eine der Umformlagen positioniert wird, bei dem insbesondere das Werkstück von denselben zwei Handhabungsgeräten sowohl in die Umformlage positioniert als auch während des wenigstens einen Umformschrittes festgehalten wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4 in einer Rückbeziehung auf Anspruch 3, bei dem das Werkstück von denselben zwei Handhabungsgeräten sowohl von der Bereitstellungseinrichtung zu dem bzw. dem ersten Arbeitsbereich der Umformmaschine(n) transportiert als auch in die jeweilige Umformlage positioniert wird
und/oder
bei dem das Werkstück von denselben zwei Handhabungsgeräten sowohl in die bzw. die letzte Umformlage positioniert als auch von dem Arbeitsbereich bzw. dem letzten Arbeitsbereich der Umformmaschine(n) zu einer Ablageeinrichtung transportiert wird
und/oder
bei dem das Werkstück von denselben zwei Handhabungsgeräten sowohl in jede der Umformlagen positioniert als auch in jeder der Umformlagen gehalten als auch zwischen den Umformlagen bewegt wird.

6. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Werkstück in seiner Umformlage in oder auf einem der Werkzeug der Umformmaschine liegt oder in seiner Umformlage in oder auf das Werkzeug ein- bzw. aufgelegt wird
und/oder
bei dem die wenigstens zwei Handhabungsgeräte nach dem Auftreffen der Werkzeuge und/oder während einer Relativbewegung der Werkzeuge voneinander weg das Werkstück von dem oder den Werkzeugen lüften oder abheben
und/oder
bei dem die Handhabungsgeräte das Werkstück während dessen Handhabung und Bewegung durchgehend ergriffen halten
und/oder
bei dem das Werkstück, zumindest während jedes Umformschrittes, an voneinander abgewandten Seiten oder Enden von jeweils einem Handhabungsgerät gehalten wird.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem während einer Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte die Handhabungsgeräte oder deren Angriffspunkte am Werkstück entlang zueinander im Wesentlichen konstant beabstandeter Trajektorien S(t0) bewegt werden
und/oder
bei dem während einer Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte die Handhabungsgeräte oder deren Angriffspunkte am Werkstück synchron zueinander bewegt werden
und/oder
bei dem während einer Bewegung des Werkstücks durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte die Handhabungsgeräte oder deren Angriffspunkte am Werkstück mit im Wesentlichen gleicher Geschwindigkeit bewegt werden
und/oder
bei dem bei einer Handhabung des Werkstücks durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte die Handhabungsgeräte das Werkstück im Wesentlichen synchron aufnehmen oder loslassen
und/oder
bei dem die Handhabungsgeräte jeweils wenigstens eine Antriebseinrichtung mit jeweils wenigstens einem elektrischen Antriebsmotor aufweisen.

8. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem zur Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte die Kontrolleinrichtung die beiden Handhabungsgeräte, insbesondere deren jeweilige Antriebseinrichtungen, nach einem Master-Slave-Steuerprinzip ansteuert, wobei ein als Slave dienendes Handhabungsgerät einem als Master dienenden Handhabungsgerät in den Bewegungen folgt
und/oder
bei dem zur Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks durch wenigstens zwei Handhabungsgeräte die Kontrolleinrichtung die beiden Handhabungsgeräte, insbesondere deren jeweilige Antriebseinrichtungen, unabhängig voneinander ansteuert
und/oder
bei dem jedes Handhabungsgerät oder dessen Angriffspunkt am Werkstück während einer Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks einer vorab ermittelten Trajektorie mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf folgt
und/oder
bei dem das Handhabungsgerät oder dessen Angriffspunkt am Werkstück bei der Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks gespeicherten aufeinander folgenden Trajektotienpunkten in regelmäßigen Zeitabständen folgt
und/oder
bei dem für wenigstens ein Handhabungsgerät zu jeder Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks durch dieses Handhabungsgerät die zugehörige Trajektorie des Handhabungsgeräts oder dessen Angriffspunktes am Werkstück vorab eingelernt wird oder wurde, wobei insbesondere die Trajektorie eines der wenigstens zwei Handhabungsgeräte oder dessen Angriffspunktes am Werkstück eingelernt wird oder wurde und die Trajektorie des wenigstens einen weiteren Handhabungsgerätes oder dessen Angriffspunktes am Werkstück aus der eingelernten Trajektorie des ersten Handhabungsgerätes rechnerisch bestimmt wird oder wurde
und/oder
wobei insbesondere zum Einlernen der Trajektorie eines Handhabungsgerätes oder dessen Angriffspunktes am Werkstück die zugehörige Trajektorie mit einem vorgegebenen Geschwindigkeitsverlauf abgefahren wird oder wurde und in regelmäßigen Zeitabständen die Trajektorienpunkte nacheinander erfasst und abgespeichert werden bzw. wurden
und/oder
wobei insbesondere zum Einlernen der Trajektorie eines Handhabungsgerätes oder dessen Angriffspunktes am Werkstück die zugehörige Trajektorie abgefahren wird oder wurde und in regelmäßigen Zeitabständen die Trajektorienpunkte nacheinander erfasst und abgespeichert werden bzw. wurden und aus diesen Trajektorienpunkten und aus einem vorgegebenen späteren Geschwindigkeitsverlauf neue Trajektorienpunkte berechnet werden
und/oder
wobei insbesondere das Handhabungsgerät oder dessen Angriffspunkt am Werkstück bei der Bewegung und/oder Handhabung des Werkstücks den beim Einlernen gespeicherten Trajektorienpunkten in denselben Zeitabständen und in derselben Reihenfolge wie beim Einlernen folgt,
wobei insbesondere die regelmäßigen Zeitabstände zwischen 1 ms und 50 ms, insbesondere 16 ms, betragen.

9. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Handhabungen und/oder Bewegungen der Handhabungsgeräte direkt in einem dreidimensionalen Koordinatensystem berechnet werden und/oder durch eine Simulation oder dergleichen erstellt und gespeichert werden.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in Sicherheitsschritten überprüft wird, ob das oder die Handhabungsgetät(e) ihre von der Kontrolleinrichtung vorbestimmten Bewegung und/oder Position einhalten und bei einer unzulässigen Abweichung die Bewegung der Handhabungsgeräte gestoppt wird
und/oder
bei dem die Handhabungsgeräte in eine Parkposition bewegbar sind oder bewegt werden, um den oder die Arbeitsbereich(e) der Umformmaschine(n) zugänglich zu machen
und/oder
bei dem die wenigstens zwei Handhabungsgeräte zumindest während eines Umformschrittes an entgegengesetzten Seiten des Arbeitsbereichs der Umformmaschine angeordnet oder positioniert werden oder sind.

11. Vorrichtung zum Umformen wenigstens eines Werkstücks, insbesondere zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 oder zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend

a) wenigstens eine Umformmaschine mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Werkzeugen zum Umformen eines Werkstücks in einer vorgegebene oder vorgebbaren Umformlage während wenigstens eines Umformschrittes,

b) wenigstens zwei Handhabungsgeräte zum Festhalten des Werkstücks in der Umformlage während des Umformschrittes,

c) wenigstens eine Kontrolleinrichtung zum Steuern oder Regeln der Bewegungen und Positionen der Handhabungsgeräte.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der zwei Handhabungsgeräte zumindest beim Festhalten des Werkstücks während des Umformschrittes an entgegengesetzten Seiten des Arbeitsbereichs der Umformmaschine angeordnet sind.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11 oder Anspruch 12, bei der jedes Handhabungsgerät

a) wenigstens eine Greifeinrichtung mit wenigstens zwei relativ zueinander bewegbaren Greifelementen zum Greifen des Werkstücks,

b) wenigstens eine Trägereinrichtung, an der die Greifeinrichtung befestigt oder befestigbar ist und

c) wenigstens eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Trägereinrichtung mit der Greifeinrichtung, umfasst.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der die Trägereinrichtung und die Transporteinrichtung in einem flexiblen Zustand miteinander flexibel verbunden sind und in einem starren Zustand, zumindest in einer Raumrichtung und/oder in jeder Drehstellung der Greifeinrichtung und/oder des oder der Greifelemente, im Wesentlichen miteinander starr verbunden sind oder zueinander starr gestellt sind, wobei jedes Handhabungsgerät wenigstens einen Rotationsantrieb zum Drehen der Greifeinrichtung um eine durch die Greifeinrichtung verlaufende Drehachse und/oder zum Drehen wenigstens eines der Greifelemente um eine durch das Greifelement verlaufende Drehachse umfasst
und/oder
wobei insbesondere die Trägereinrichtung und die Transporteinrichtung über wenigstens ein Verbindungselement miteinander verbunden sind, das in dem flexiblen Zustand flexibel ist und in dem starren Zustand starr ist
und/oder
wobei insbesondere die Trägereinrichtung und die Transporteinrichtung über wenigstens ein flexibles Element miteinander verbunden sind und in dem flexiblen Zustand nur über das flexible Element verbunden sind und in dem starren Zustand über wenigstens eine Stützeinrichtung unter Überbrückung des flexiblen Elements im Wesentlichen aneinander oder gegeneinander abgestützt sind
und/oder
wobei insbesondere wenigstens ein Rotationsantrieb zum Drehen der Grieifeinrichtung auf der von der Greifeinrichtung und der Trägereinrichtung abgewandten Seite des Verbindungselements oder des flexiblen Elements angeordnet ist.

Zeichnung