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Die
Erfindung betrifft eine Verarbeitungsanlage, umfassend eine Reihe
von Bearbeitungsstationen, insbesondere Schweißstationen, und ein sich zwischen
den Bearbeitungsstationen bewegendes, gesteuertes Transportsystem
zum Werkstücktransport
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft weiterhin
ein Verfahren zum Betreiben einer Verarbeitungsanlage nach dem Oberbegriff
des Anspruchs 11.
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Das
Bearbeiten, insbesondere das Verschweißen von Werkstücken, beispielsweise
von Einzelteilen und Baugruppen, erfolgt nach dem Stand der Technik
für eine
Serienproduktion meist in Verarbeitungsanlagen mit Bearbeitungsstationen,
die teilespezifisch ausgebildet sind. Insbesondere können dies
teilespezifischen Schweißvorrichtungen oder
Schweißzellen
sein. Dabei werden die zu bearbeitenden, insbesondere zu verschweißenden Werkstücke durch
eine Transporteinrichtung zur Schweißvorrichtung oder Schweißzelle transportiert,
dort in geeigneter Weise fixiert, verschweißt und aus der Schweißzelle abtransportiert.
Die gegenwärtig
dafür vorgesehenen
Schweißeinrichtungen
sind meist fest montiert, auf spezielle Werkstücke sowohl hinsichtlich der
Spannvorrichtung als auch der Schweißvorrichtung, beispielsweise
einer Elektrodengröße oder einer
bestimmten geometrischen Anordnung, angepasst. Daher sind derartige
Schweißzellen
oder Schweißanlagen
vor allem in großen
Serienproduktionen mit großen
Losgrößen vorteilhaft
einsetzbar.
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Kleine
bis mittlere Losgrößen können mit derartigen
Anlagen nicht mit einem vertretbaren wirtschaftlichen Aufwand gefertigt
werden. Das Umrüsten
der üblicherweise
fest konstruierten Schweißzellen
mitsamt den dort installierten Schweißvorrichtungen ist nur mit
einem erheblichen Aufwand an Kosten und Arbeitszeit möglich. Kleine
und mittlere Losgrößen werden
daher bislang manuell geschweißt
und in getrennten Herstellungsschritten weiter bearbeitet, z.B.
geschliffen oder entgratet. Dadurch ist allerdings ein relativ großer Anteil
menschlicher Arbeitskraft erforderlich und die Losgröße kann
nicht so schnell fertig gestellt werden, wie dies bei einer für große Serienproduktionen
vorgesehenen Fertigungsanlage möglich
wäre.
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Es
ergeben sich somit im wesentlichen zwei Aufgaben, die der Erfindung
zugrunde liegen und die durch die Erfindung gelöst werden sollen. Zum einen wird
eine Schweißanlage,
bzw. eine für
Schweißvorgänge eingerichtete
Verarbeitungsanlage benötigt, die
hinreichend schnell und flexibel auf neue Werkstücke umgestellt werden kann,
und daher sowohl für große als auch
für kleine
Losgrößen oder
sogar Einzelfertigungen wirtschaftlich eingesetzt werden kann. Zum
anderen ist eine Verarbeitungsanlage gefordert, bei der aufwändige menschliche
Hand- und Transportarbeiten entfallen, wodurch die herzustellenden Werkstücke schneller,
kostengünstiger
und mit einem nachhaltig minimierten körperlichen Arbeitsaufwand produziert
werden können.
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Diese
Aufgaben werden mit einer Verarbeitungsanlage mit den Merkmalen
des Anspruchs 1 gelöst.
Die Unteransprüche
enthalten zweckmäßige bzw.
vorteilhafte Ausführungsformen
und Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Gegenstandes.
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Die
Verarbeitungsanlage umfasst wie aus dem Stand der Technik bekannt
eine Reihe von Bearbeitungsstationen, insbesondere Schweißstationen,
und ein sich zwischen den Stationen bewegendes gesteuertes Transportsystem
zum Werkstücktransport.
Erfindungsgemäß ist die
Verarbeitungsanlage dadurch gekennzeichnet, dass eine durch das Transportsystem
beförderte
Gesamtheit einzelner Paletten vorgesehen ist, wobei auf jeweils
einer Palette mindestens eine, an die Bearbeitungsstationen, insbesondere
die Schweißstationen,
andockbare Schweißvorrichtung
und eine selbsthaltende, an Beschickungs- und Entnahmestationen
betätigte Spannvorrichtung
angeordnet sind. Weiterhin sind selbsttätig wirkende, an jeder einzelnen
Palette angeordnete Anschlüsse
für eine
Energieversorgung und/oder Einrichtungen für eine Signalübertragung angeordnet,
die insbesondere für
ein anlageninternes Bussystem verwendet werden.
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Erfindungsgemäß ist die
Verarbeitungsanlage somit so gestaltet, dass durch die Paletten
in Verbindung mit dem Transportsystem nicht nur die zu verschweißenden Werkstücke, sondern
vor allem auch die dazu benötigten
Schweißvorrichtungen
an die entsprechenden Bearbeitungsstationen verbracht werden und
dort eingesetzt werden können.
Im Gegensatz zum bloßen,
aus dem Stand der Technik bekannten Transport von Werkstücken zu
ansonsten fest und unveränderlich
aufgebauten Schweißvorrichtungen
an den Schweißstationen
werden erfindungsgemäß durch
das Zusammenwirken von Transportsystem und Palette die Schweißvorrichtungen
in den Schweißstationen
in einfacher Weise selbsttätig
ausgetauscht und können
somit in vergleichsweise kurzer Zeit auf neue Werkstücke umgerüstet werden.
Auf eine derartige Weise können
sogar Einzelstücke
unkompliziert auf der erfindungsgemäßen Verarbeitungsanlage mit
einem minimalen Aufwand produziert werden. Dieses Verfahren erlaubt
insbesondere nicht nur das Rundum-Verschweißen von Werkstücken, sondern
auch die Kombination von verschiedenen Schweißverfahren mit anderen Bearbeitungsverfahren,
insbesondere mechanischen und spanabhebenden Verfahren, wie beispielsweise
einem nachfolgenden Schleifen oder Stoßen, wobei die Werkstücke fest
auf der Vorrichtung gespannt verbleiben.
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Die
Spannvorrichtung ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform als eine selbsthemmende Spannvorrichtung,
insbesondere als eine mechanischpneumatische Spannvorrichtung mit
einem Vorratsdruckluftkessel, ausgebildet. Eine derartige Spannvorrichtung
kann in einfacher Weise gespannt werden, verbleibt während des
Transports im gespannten Zustand und wird an den einzelnen Stationen
entspannt, wobei die gehaltenen Teile freigegeben werden. Insbesondere
erfolgt das Spannen mittels Druckluft, der gespannte Zustand wird über eine hinreichend
lange Zeit mittels des Vorratsdruckluftkessels gehalten und durch
das Öffnen
des Vorratsdruckluftkessels wird die Spannvorrichtung in kurzer Zeit
und auf einfache Weise entspannt.
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Die
einzelne Palette besteht bei einer zweckmäßigen Ausführungsform aus einem auf dem Transportsystem
bewegten Transportuntersatz und einem auf dem Transportuntersatz
an den Beschickungsstationen aufgesetzten und an den Bearbeitungsstationen
sowie den Entnahmestationen abhebbaren Vorrichtungs- und Werkstückrahmen.
Dabei bildet der Transportuntersatz eine verschiebungssichere und
genau positionierbare Arretierungsmöglichkeit, während der
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
als ein Modul verwendet wird, das an den einzelnen Stationen aufgesetzt
bzw. entnommen und den entsprechenden dort auszuführenden
Manipulationen zugeführt
werden kann.
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Die
jeweilige Schweißstation
enthält
eine Schweiß-Übergabeeinheit
für eine
mechanische Übernahme,
Lageveränderung
und/oder Energieankopplung des Vorrichtungs- und Werkstückrahmens. Dadurch
wird der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen von dem Transportuntersatz
gelöst,
in die Schweißstation übernommen,
an eine elektrische Kontaktierung, eine Druckluftzufuhr oder dergleichen Energieeinrichtungen
angeschlossen und in die für den
Schweißvorgang
notwendige Position gebracht. Das Schweißen erfolgt im Anschluss daran
an den auf dem Vorrichtungs- und Werkstückrahmen befestigten Werkstücken. Der
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
wirkt somit an der Schweißstation
als ein die Schweißstation
ergänzendes
Halte- und Manipulationsmodul, das durch die Übergabeeinheit ergriffen und
positioniert wird.
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Die
Schweiß-Übergabeeinheit
ist bei einer zweckmäßigen Ausführungsform
als ein sich in und aus der Schweißstation bewegender Drehtisch
mit einer Aufnahme- und Energieankopplungsmöglichkeit für den Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
ausgebildet.
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Die
jeweilige Entnahmestation weist eine Entnahme-Übergabeeinheit für eine mechanische Übernahme
und Lageveränderung
des Vorrichtungs- und Werkstückrahmens
und/oder eine Entspannung der Spannvorrichtung der Palette auf.
Die Entnahme-Übergabeeinheit
kann somit zum Ausführen
unterschiedlicher Operationen ausgebildet sein. Sie kann entweder
den Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
vollständig übernehmen
und auf nachgeordnete Transport- oder
Lagereinrichtungen ablegen. Sie kann aber auch so ausgebildet sein,
dass durch den Kontakt des Vorrichtungs- und Werkstückrahmens mit
der Übergabeeinheit
die auf diesem befindlichen Spannvorrichtungen gelöst werden,
wobei die Werkstücke
und/oder die Schweißvorrichtungen
freigegeben werden und entnommen werden können. Schließlich ist
auch eine Entnahme-Übergabeeinheit möglich, in
der sowohl der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen übernommen, als auch die Werkstücke bzw.
Schweißvorrichtungen
gelöst
werden. Eine derartige Entnahme-Übergabeeinheit
führt somit
kombinierte Operationen aus.
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Die
Entnahme-Übergabeeinheit
kann insbesondere als eine Greifrobotereinrichtung in Verbindung
mit einem Ablagesystem ausgebildet sein. Die Greifrobotereinrichtung
erfasst gezielt die Werkstücke
und/oder Schweißvorrichtungen
auf dem Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
und legt sie auf dem nachgeordneten Ablagesystem ab.
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Die
jeweilige Beschickungsstation weist eine Beschickungs-Übergabeeinheit
für eine
mechanische Lageveränderung
und/oder ein Aufsetzen des Vorrichtungs- und Werkstückrahmens auf den Transportuntersatz
und/oder ein Besetzen mit bzw. ein Einspannen von Werkstücken auf.
Dadurch wird der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen mit Werkstücken und/oder
Schweißvorrichtungen
bestückt
und in Verbindung damit auf den Transportuntersatz aufgesetzt, wobei
die Werkstücke
bzw. Schweißvorrichtungen
mit Hilfe der selbsthaltenden Spannvorrichtungen eingespannt werden.
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Die
Beschickungsstation ist zweckmäßigerweise
als eine Greifrobotereinrichtung in Verbindung mit einem Magazinsystem
ausgebildet. Dadurch ist mittels der Bewegung des Greifroboters
und einer einfachen Adressierung des Magazinsystems eine umstandsarme
Auswahl des erforderlichen Werkstücks bzw. der geforderten Schweißvorrichtung möglich.
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Zusätzlich zu
den genannten Einrichtungen ist ein Steuer- und Identifikationssystem
zur Positionsverfolgung und Transportwegfestlegung der jeweiligen
Palette vorgesehen. Dadurch ist jede innerhalb der Verarbeitungsanlage
bewegte Palette eindeutig identifizierbar, verfolgbar und hinsichtlich
ihres Weges in der Verarbeitungsanlage steuerbar.
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Ein
Verfahren zum Betreiben einer Verarbeitungsanlage mit den vorgenannten
Merkmalen und Vorrichtungen ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet.
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Es
wird eine Schweißvorrichtung
aus einem Vorrat entnommen und eine palettenartige Transporteinrichtung
mit der Schweißvorrichtung
und einem zu schweißenden
Werkstück
an mindestens einer Beschickungsstation bestückt. Dieser Vorrat kann insbesondere
als ein Palettenbahnhof ausgebildet sein, bei dem verschiedene Palettenarten
in einer magazinartigen Vorrichtung bereitstehen. Sodann erfolgt
ein durch eine übergeordnete
Einheit zur Transportsteuerung gesteuerter Transport der palettenartigen,
nunmehr bestückten
Transportvorrichtung über ein
Transportsystem zu mindestens einer Bearbeitungsstation. An der
Bearbeitungsstation wird eine Übergabe
der bestückten
palettenartigen Transportvorrichtung an eine Übergabeeinheit innerhalb der Schweißstation
mit einem Andocken der Schweißvorrichtung
an eine Energieversorgung und/oder eine Robotereinheit in der Schweißstation
in Verbindung mit einer Lagepositionierung der palettenartigen Transportvorrichtung
und ein Schweißen
des Werkstücks
ausgeführt.
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Nach
dem Abschluss des Verschweißens
erfolgt eine Übergabe
der palettenartigen Transportvorrichtung an das Transportsystem. Über das
Transportsystem erfolgt sodann ein gesteuerter Transport der palettenartigen
Transportvorrichtung unter dem Einfluss der Einheit zur Transportsteuerung
zu mindestens einer Entnahmestation. An der Entnahmestation wird
schließlich
das Werkstück
und/oder die Schweißvorrichtung
aus der palettenartigen Transportvorrichtung entnommen.
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Wie
bereits dargestellt erfolgt somit ein kombinierter Transport von
Schweißvorrichtung
und Werkstück
in Verbindung mit einer eindeutigen Wegeadressierung durch eine
Transportsteuerung in einem Transportsystem und Andockvorgängen von Werkstück und Schweißvorrichtung
an eine Bearbeitungsstation sowie ein Bestücken und Entnehmen an einer
oder mehrerer Beschickungsstationen bzw. einer oder mehrerer Entnahmestationen.
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Zweckmäßigerweise
wird das Werkstück und/oder
die Schweißvorrichtung
auf der palettenartigen Transportvorrichtung mittels eines selbsthaltenden
Spannsystems, insbesondere eines pneumatisch-mechanischen Spannsystems,
gehalten und an der Entnahmestation und/oder der Bearbeitungsstation
freigegeben. Dadurch wird ohne permanente Energiezufuhr ein sicherer,
arretierter Transport bzw. eine sichere Lagerung während der
Bearbeitung gewährleistet, wobei
bei Bedarf eine Freigabe von Werkstück und/oder Schweißvorrichtung
erfolgt.
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Weiterhin
weisen die palettenartigen Transportvorrichtungen jeweils eine Identifizierungseinheit auf,
wobei an vorgesehenen Punkten des Transportsystems, insbesondere
an den Beschickungsstationen, den Bearbeitungsstationen und/oder
den Entnahmestationen, ein Identifizierungssignal aus der Identifizierungseinheit
ausgelesen und an der Einheit zur Transportsteuerung verarbeitet
wird. Somit wird der Ort und der Weg der Transportvorrichtung festgestellt
und verfolgt.
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Das
Identifikationssignal enthält
zweckmäßigerweise
zusätzliche
protokollierte Informationen über
an den Werkstücken
auszuführende
Bearbeitungsschritte und technische Bearbeitungsparameter, beispielsweise
notwendige Schweißspannungen, Schweißgeschwindigkeiten
und dergleichen Parameter. Damit ist nicht nur der Ort der Transportvorrichtung
eindeutig verfolgbar, sondern auch der Fertigungszustand des darauf
befestigten Werkstückes eindeutig
protokolliert und es werden die erforderlichen Fertigungsparameter
für das
betreffende Werkstück
unmittelbar mit der Transportvorrichtung an die Bearbeitungsvorrichtungen
innerhalb der Bearbeitungsstationen übergeben.
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Zweckmäßigerweise
erfolgt das Bestücken der
palettenartigen Transportvorrichtung und/oder das Entnehmen der
Schweißvorrichtungen
bzw. der Werkstücke
von der palettenartigen Transportvorrichtung mittels einer Robotervorrichtung.
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Die
erfindungsgemäße Verarbeitungsanlage soll
nun anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert werden.
Zur Verdeutlichung dienen die beigefügten 1 bis 16.
Es werden für
gleiche oder gleich wirkende Teile die selben Bezugszeichen verwendet.
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Es
zeigt:
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1 eine
beispielhafte Gesamtdarstellung der erfindungsgemäßen Verarbeitungsanlage
in einer Draufsicht,
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2 eine
perspektivische Ansicht eines Abschnittes des Transportsystems mit
einigen sich darauf bewegenden Paletten,
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3 eine
vergrößerte perspektivische
Ansicht eines Gestells des Transportsystems und einer Palette mit
einem Transportuntersatz und einem Vorrichtungs- und Werkstückrahmen,
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4 eine
beispielhafte schematische Darstellung einer Palette mit Transportuntersatz,
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
und einer darauf befestigten Schweißvorrichtung,
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5 eine
beispielhafte Ausführungsform einer
mechanisch-pneumatischen selbsthaltenden Spannvorrichtung,
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6 eine
erste Ausführungsform
einer Palette mit Transportuntersatz und Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
in einer Seitenansicht,
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7 den
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
aus 6 auf einer Übernahmeeinheit,
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8 eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
eines Vorrichtungs- und Werkstückrahmens
mit versenkbarer Schweißvorrichtung
in einer Draufsicht,
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9 eine
beispielhafte Ausführungsform eines
Aufnahmemoduls für
eine Schweißvorrichtung,
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10 eine
weitere beispielhafte Ausführungsform
eines Vorrichtungs- und Werkstückrahmens
mit einer Reihe von Spannvorrichtungen in einer Draufsicht,
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11 die
in 10 gezeigte Ausführungsform des Vorrichtungs-
und Werkstückrahmens
in einer Ansicht von unten,
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12 der
in 8 gezeigte Transportuntersatz in Verbindung mit
einem Bestandteil des Transportsystems,
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13 eine
beispielhafte Übergabeeinheit
in einer Schweißstation,
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14 eine Übergabeeinheit
in einer Schweißstation
in Form eines Drehtisches,
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15 der
in 14 gezeigte Drehtisch in zwei verschiedenen Ansichten,
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16 eine
beispielhafte Entnahmestation.
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1 zeigt
eine beispielhafte Verarbeitungsanlage in einem Überblick. Eine Reihe von Schweißstationen 10,
mehrere Beschickungsstationen 11 und eine Entnahmestation 12 sind über ein
Transportsystem 20 miteinander verbunden. Auf dem Transportsystem 20 bewegen
sich von einer übergeordneten Transportsteuereinheit überwachte
Paletten 30. Diese fahren unter dem Einfluss der Transportsteuerung die
Beschickungsstationen 11, die Schweißstationen 10 bzw.
die Entnahmestation 12 an. Auf der Beschickungsstation 11 werden
die Paletten mit den zu verschweißenden Werkstücken und
den dazu notwendigen Schweißvorrichtungen
bestückt
und eingespannt. Dies kann, wie in 1 gezeigt,
manuell oder halbmaschinell, aber auch durch eine Robotereinrichtung
erfolgen.
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Die
bestückten
Paletten 30 werden auf das Transportsystem 20 entlassen
und fahren die Schweißstationen 10 entweder
unmittelbar direkt oder nach einer Warteschleife auf dem Transportsystem
an. Das Transportsystem kann dazu mehrspurig angelegt sein. Eine
innere Transportspur 20a kann als Park- oder Warteschleifenspur
angelegt sein, während
eine äußere Spur 20b als
Zuführungsspur für die Paletten
zu den Beschickungs-, Schweiß-
und Entnahmestationen dient. In der Umgebung der Stationen 10, 11 und 12 ist
das Transportsystem als Übergabespur 20c ausgebildet.
Die Übergabespur ist
nach den jeweiligen Erfordernissen als Haltebucht oder als Haltespur
ausgelegt. In jedem Fall erfolgt an der Übergabespur ein Stoppen der
Paletten in Verbindung mit einer Übergabe der Paletten von den bzw.
in die Stationen 10, 11 und 12. Die Paletten
verlassen damit mindestens teilweise das Transportsystem und werden
in die Stationen 10, 11 und 12 integriert.
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An
dieser Stelle ist anzumerken, dass die Schweißstationen nicht notwendigerweise
ausschließlich
nur Schweißvorrichtungen
enthalten oder nur für
ein Schweißen
der Werkstücke
genutzt werden. Innerhalb der Schweißstationen können ohne weiteres
Vorrichtungen für
ein weiteres Bearbeiten der Werkstücke vorhanden sein. Dies betrifft
insbesondere spanabhebende Bearbeitungsverfahren, wie Bohren, Fräsen, Stoßen bzw.
Hobeln, aber auch Schleifen. Diese können in Verbindung mit dem Schweißen, beispielsweise
im Rahmen von Vorarbeiten oder Nachbereitungen der Schweißnaht, aber auch
unabhängig
davon erfolgen. Die in den Schweißstationen befindlichen Schweißvorrichtungen
müssen
also nicht unbedingt in Betrieb genommen, sondern können von
Fall zu Fall aktiviert werden.
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2 und 3 zeigen
das Transportsystem und die sich darauf bewegenden Paletten in einer
detaillierteren Darstellung. In dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist das Transportsystem aus einzelnen miteinander verkoppelten Gestelleinheiten 21 modulartig
zusammengefügt,
insbesondere zusammengesteckt und miteinander verkoppelt. Das Transportsystem
kann dabei eine frei planbare geometrische Gestalt annehmen, die über ein
durch die Gestelleinheiten 21 hindurch laufendes Signal-
oder Bussystem von der übergeordneten
Transportsteuerungseinheit ermittelt wird. Insbesondere werden dazu
die jeweilige Anzahl der verkoppelten Gestelleinheiten und die an
jeder Gestelleinheit vorhandenen Verzweigungen erkannt, ausgewertet
und in der Transportsteuerungseinheit gespeichert. Zusätzlich dazu
können
den jeweiligen Gestelleinheiten über die
Transportsteuerungseinheit zentral die logistischen Attribute einer
Haltebucht oder Haltespur, einer Park- oder Warteschleifenspur oder
einer Zuführungsspur
zugewiesen und durch ein Programm zur Transportsteuerung verarbeitet
werden.
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Die
sich auf dem Transportsystem 20 bewegenden Paletten 30 sind
in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel
zweiteilig gestaltet. Die Palette weist einen Transportuntersatz 60 und
einen Vorrichtungs- und Werkstückrahmen 65 auf,
der von dem Transportuntersatz abgehoben bzw. auf diesen aufgesetzt
werden kann. Der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen nimmt die zu verschweißenden Werkstücke in Spannvorrichtungen
auf und enthält
die dazu passende Schweißvorrichtung.
Der Transportuntersatz verbleibt auf dem Transportsystem, während der
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
ein Modul bildet, das bei den jeweiligen Stationen 10, 11 und 12 angedockt
wird.
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4 zeigt
die zweiteilige Palette 30 in einer beispielhaften Großansicht.
Der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
enthält
hier schematisch gezeigte Ablagevorrichtungen 34 für Werkstücke und
eine abgelegte Schweißvorrichtung 35,
beispielsweise ein Schweißaufsatz
für einen
Schweißroboter,
in einer besonderen, für
die zu verschweißenden
Werkstücke zweckmäßigen Form.
Werkstücke
und Schweißvorrichtung
werden somit zusammen transportiert, wobei der Vorrichtungs- und
Werkstückrahmen
in der Schweißstation
zusätzlich
als in die dort vorhandene Schweißeinrichtung integrierbare
Halteeinrichtung fungiert.
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Die
Werkstücke
und die Schweißvorrichtung werden
zweckmäßigerweise
mittels einer selbsthemmenden Spannvorrichtung 40 auf dem
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
fixiert, in einer definierten Position gehalten und gegen ein Verschieben
gesichert. Diese Art Spannvorrichtung kann mit den dazu üblichen
Mitteln, beispielsweise mit einer Kniehebel-Spannvorrichtung, realisiert
werden.
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5 zeigt
eine beispielhafte mechanisch-pneumatisch Spannvorrichtung. Das
Werkstück
bzw. die Schweißvorrichtung
wird bei diesem Beispiel mittels Spannbacken 41 gehalten.
Diese werden mittels einer mit Druckluft beaufschlagten Zylinderanordnung
gegeneinander getrieben und mittels einer Federanordnung 44 voneinander
getrennt. Die Druckluft wird über
Druckluftleitungen 43 aus einem Vorratsdruckluftkessel 55 herangeführt. Dieser enthält ein Ventil 55a, über das
dem Vorratsdruckluftkessel 55 Druckluft zugeführt werden
kann, oder über das
aus dem Vorratsdruckluftkessel die darin enthaltene Druckluft entweicht.
Das Zuführen
bzw. Ableiten der Druckluft erfolgt über eine Druckluftankopplung 56 an
den Stationen 10, 11 und 12. Während des Transports
werden die Spannbacken durch den im Vorratsdruckluftkessel bzw.
in der Zylinderanordnung herrschenden Druck gehalten. Bei der Entlüftung des Vorratsdruckluftkessels,
beispielsweise an der Entnahmestation, treibt die Federanordnung 44 die Spannbacken 41 auseinander
und das Werkstück bzw.
die Schweißvorrichtung
wird freigegeben und kann entnommen werden.
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6 zeigt
einen beispielhaften Verbund aus Transportuntersatz 60 und
Vorrichtungs- und Werkstückrahmen 65 in
einer Seitenansicht. Der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen enthält die vorhergehend
dargestellten Spannvorrichtungen 40, die Schweißvorrichtung 35,
die Vorratsdruckluftkessel 55 sowie Kontaktierungs- und
Aufnahmevorrichtungen 45, beispielsweise Nuten, Kon taktschienen
und dergleichen Mittel für
eine Energiezufuhr, insbesondere eine Spannungszufuhr, und für eine sichere
Arretierung des Rahmens 65 in der Schweißstation.
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Der
Transportuntersatz 60 enthält einen Antriebsmotor 62 mit
einem Laufrad 61 oder ein vergleichbares Antriebsmittel
für eine
Bewegung der Palette innerhalb des Transportsystems 20.
Weiterhin ist eine Identifikationseinrichtung 50 vorgesehen,
die an ein im Transportsystem vorhandenes Bus- und Steuerungssystem
Signale überträgt und von
diesem empfängt.
Die Kontaktierung erfolgt in dem in 6 gezeigten
Beispiel über
ein Kugellager, insbesondere eine Laufkugel 63. Alternativ
dazu können
auch berührungslose Übertragungsmechanismen,
beispielsweise Transponder, zur Anwendung kommen.
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7 zeigt
einen Vorrichtungs- und Werkstückrahmen 65 auf
einer beispielhaften Übergabeeinheit 70.
Die Übergabeeinheit
enthält
ausfahrbare Entlüftungsdorne 71,
die die Ventile in den Vorratsdruckluftkesseln 55 öffnen und
dadurch die Spanneinrichtungen 40 lösen. Sofern die Vorratsdruckluftkessel
gewissen Spanneinrichtungen eindeutig zugeordnet sind, können durch
einzeln ausgefahrene Entlüftungsdorne
einzelne Spanneinrichtungen gelöst
werden. So kann beispielsweise eine Schweißeinrichtung von dem Vorrichtungs-
und Werkstückrahmen
erfasst und entnommen werden, während die
Werkstücke
für das
nachfolgende Schweißen
arretiert auf dem Rahmen verbleiben. Das Ansprechen der Entlüftungsdorne
erfolgt zweckmäßigerweise programmgesteuert.
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Zweckmäßig sind
kombinierte Ausführungsformen
aus Entlüftungsdorn
und Drucklufteinspeisung. Bei dieser hier nicht gezeigten Ausführungsform
kann der jeweilige Vorratsdruckluftkessel und damit die entsprechende
Spanneinrichtung wahlweise entlüftet
oder mit Druckluft beaufschlagt werden. Dies ist insbesondere dann
vorteilhaft, wenn ein Werkstück
oder eine Schweißvorrichtung
von dem Rahmen 65 erst entfernt und später wieder darauf abgelegt
wird. In diesem Fall erfolgt erst eine Entlüftung des Vorratsdruckluftkessels
durch einen das Ventil öffnenden
Dorn und später
eine Druckluftzufuhr durch eine im Dorn angeordnete Öffnung oder Düse, wobei
die Spannvorrichtung dabei wieder gespannt wird.
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8 zeigt
eine weitere beispielhafte Ausführungsform
eines Vorrichtungs- und
Werkstückrahmens 65 in
einer Draufsicht mit einer in eine seitliche Auf nahmehülse 40a eingeschobenen
bzw. teilweise entnommenen Schweißvorrichtung 35. Die
gezeigte Ausführungsform
weist wieder die Spannvorrichtungen 40 sowie die Vorratsdruckluftkesser 55 auf.
Im linken Bild ist die Schweißvorrichtung 35 in
die Aufnahmehülse
eingeschoben. Das rechte Bild zeigt ein an die Schweißvorrichtung 35 angedocktes
Aufnahmemodul 35a, das beispielsweise Bestandteil einer Schweißrobotereinrichtung
ist. Das Aufnahmemodul wird in diesem Fall durch den Schweißroboter
seitlich an den Vorrichtungs- und Werkstückrahmen 65 im Bereich
der Schweißvorrichtung
heranbewegt, kuppelt an die Schweißvorrichtung an und zieht diese heraus.
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9 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
des inneren Aufbaus des Aufnahmemoduls 35a mit einer angedockten
Schweißvorrichtung 35.
Sowohl die Schweißvorrichtung
als auch das Aufnahmemodul sind in der Figur in Form eines Ausschnitts dargestellt.
Die Schweißvorrichtung
und das Aufnahmemodul weisen Kanäle 35b und 35c zum
Hindurchleiten eines Schweißdrahtes 35e in
einer Endlosausführung,
beispielsweise eines Schweißdrahtes
für ein Metall-Aktivgas-Schweißen oder
ein Metall-Inertgas-Schweißen,
auf. Im Kopplungsbereich beider Kanäle sind deren Querschnitte
kegelförmig
erweitert, um das Hindurchleiten und Einfädeln des Schweißdrahtes
von dem Kanal 35c zum Kanal 35b zu ermöglichen.
Innerhalb des Aufnahmemoduls oder kurz dahinter befindet sich ein
elektromechanisch betriebener Drahtschneider 35d, der bei
einem Abkoppeln der Schweißvorrichtung
vom Aufnahmemodul den Schweißdraht 35e kappt.
Der innerhalb der Schweißvorrichtung
verbleibende Drahtrest wird mit der Schweißvorrichtung beim Abkoppeln
entfernt.
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Beim
Ankoppeln einer Schweißvorrichtung schiebt
ein in der Figur nicht gezeigter Drahtvortrieb den Schweißdraht aus
dem Kanal 36c in den Kanal 35b ein und entfernt
durch die Vorschubbewegung einen gegebenenfalls dort verbliebenen
Drahtrest. Die erforderliche Vorschublänge des Schweißdrahtes
zum Entfernen des Drahtrestes kann vorab aus der Länge der
jeweiligen Schweißvorrichtung
in einfacher Weise abgeschätzt
werden. Zusätzlich
enthalten das Anschlussmodul und die Schweißvorrichtung je einen hier
nicht gezeigten Gaskanal zum Zuleiten eines Schutzgases in den Schweißbereich.
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10 zeigt
eine weitere Ausführungsform eines
Vorrichtungs- und Werkstückrahmens 65 mit einer
beispielhaften Verschaltungsmöglichkeit
zwischen den Vorratsdruckluftkesseln 55 und einer Gesamtheit
von Spanneinrichtungen 40. Wie bereits erwähnt, befinden
sich die Vorratsdruckluftkessel auf der Unterseite und die Spanneinrichtungen
auf der Oberseite des Rahmens. Die Druckluftleitungen sind von der
Unterseite zur Oberseite geführt.
Der Figur ist zu entnehmen, dass beispielsweise eine erste Gruppe
A von Spanneinrichtungen durch einen ersten Vorratsdruckluftkessel
geschaltet werden kann, die im wesentlichen zentralsymmetrisch bezüglich einer
zweiten Gruppe B angeordnet ist und mit ihr zusammenwirken kann.
In einer dazu vergleichbaren Weise sind auch Gruppen C und D aus
jeweils einer Spanneinrichtung vorgesehen, die von jeweils einem Vorratdruckluftkessel
geschaltet werden.
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11 zeigt
den Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
aus 10 in einer Ansicht von unten. Diese zeigt die
Vorratsdruckluftkessel 55 und eine beispielhafte Anordnung
der Aufnahmevorrichtungen 45. In dem hier dargestellten
Beispiel sind die Aufnahmevorrichtungen als Nuten ausgebildet, die
eine Reihe von Kontaktierungsstellen 45a aufweisen und somit
den zum Schweißen
erforderlichen Stromfluss ermöglichen.
Die Aufnahmevorrichtungen können ebenso
als Schwalbenschwänze
oder anders geformte Profilnuten ausgebildet sein. Wie aus der Figur
hervorgeht, kann der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen aus verschiedenen
Richtungen durch unterschiedlich orientierte Aufnahmevorrichtungen erfasst
werden. Dadurch ist insbesondere eine zur Zuführungsrichtung senkrechte Übernahmerichtung möglich.
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12 zeigt
anhand einer beispielhaften Ausführungsform
das Zusammenwirken zwischen dem Transportuntersatz 60 und
der Transporteinrichtung 20, insbesondere einer Gestelleinheit 21.
Wie erwähnt
weist der Transportuntersatz ein Laufrad 61 und einen das
Laufrad antreibenden Antriebsmotor 62 auf. Die Identifikationseinrichtung 50 gewährleistet
eine Erkennung des Transportuntersatzes durch eine übergeordnete
Transportsteuerung. Signale zwischen der Identifikationseinrichtung 50 und
der Transportsteuerung werden über
eine Kontaktierung, in diesem Beispiel eine Laufkugel 63,
ausgetauscht.
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Der
Identifikationseinrichtung 50 an dem Transportuntersatz
entspricht eine Gestell-Identifikationseinrichtung 80 an
der Gestelleinheit 21. Diese markiert in einer eindeutigen
Weise den Ort der Gestelleinheit in dem Transportsystem und erfasst
darüber
hinaus die aus der Identifikationseinrichtung 50 ausgegebenen
Identifikationssignale des Transportuntersatzes 60 und
gibt diese an ein internes Bussystem des Transportsystems aus. Der
Ort des Transportuntersatzes und dessen Bewegung werden damit zu
jeder Zeit verfolgt.
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Zusätzlich dazu
tragen die Identifizierungseinrichtungen am Transportuntersatz Daten
und Informationen über
den Bearbeitungszustand des Werkstückes, d.h. insbesondere über bereits
ausgeführte
und noch ausstehende Bearbeitungsschritte und über die dafür notwendigen Fertigungsparameter,
wie beispielsweise Schweißspannungen,
Vorschubgeschwindigkeiten des Schweißdrahtes und dergleichen Betriebsparameter
mehr.
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Bei
einer besonders vorteilhaften Ausführungsform können auch
komplette Programmanweisungen auf den Identifikationseinrichtungen
gespeichert sein, die beispielsweise den Verlauf einer Schweißnaht, die
dafür notwendige
Winkelstellung und Lage des Werkstückrahmens in der Schweißstation
und dergleichen Anweisungen enthalten.
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Schließlich können in
der Identifikationseinrichtung über
den reinen Schweißvorgang
hinaus gehende Informationen, Daten oder Programme enthalten sein,
die eine Nachbearbeitung der Schweißnaht betreffen. So ist es
beispielsweise möglich,
dass die Identifikationseinrichtung Informationen und Programme
zur Aktivierung einer nach dem Schweißvorgang in Aktion tretenden
Schleifeinrichtung zum Versäubern
gewisser Nahtabschnitte oder zum Entgraten von Werkstückkanten
enthält.
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Weiterhin
können
in der Identifikationseinrichtungen Anweisungen, Daten oder Programme zur
Steuerung sonstiger, von einem Schweißvorgang unabhängiger mechanischer
und spanabhebender Bearbeitungseinrichtungen, z.B. Bohr-, Fräs- oder Stoß- bzw.
Hobeleinrichtungen enthalten.
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In
dem in 12 gezeigten Ausführungsbeispiel
rollen die Laufräder 61 auf
Innenflanken 81 der Gestelleinheit ab. Ein Richtungswechsel
der Bewegung des Transportuntersatzes erfolgt dabei an einer Reihe
von Schaltnuten 82, die mittels einer Schaltvorrichtung 85 und
einem innerhalb der Schaltnuten bewegten Schaltstempel 87 geöffnet bzw.
verschlossen werden. Die Ansteuerung der Schaltvorrichtung 85 bzw.
deren Energieversorgung erfolgt über
durch das Transportsystem hindurch geführte Steuerleitungen 86.
In Verbindung damit kann die Bewegungsrichtung der Transportuntersätze durch
eine Änderung
der Rotationsrichtung der Laufräder
verändert werden.
Entsprechende Signale werden an die Identifikationseinrichtung von
der Transportsteuerung übermittelt.
Die Signalübertragung
erfolgt in diesem Beispiel kontaktbehaftet über die erwähnte Laufkugel 63 im
Transportuntersatz 60 und über eine Laufschiene 83 auf
der Gestelleinheit 21.
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Der
Transportuntersatz und mit ihm der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
kann somit über das
Transportsystem geleitet und gezielt positioniert werden.
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13 verdeutlicht
eine Übergabe
einer Palette 30 an einer Schweißstation 10. Die Palette
wird über
das Transportsystem zu einer Haltebucht geleitet und dort an eine Übergabeeinheit 70 übergeben. Die
Palette befindet sich nach der Übergabe
innerhalb der Schweißstation 10.
Die Transportsteuerung signalisiert einer Steuerung für einen
innerhalb der Schweißstation
befindlichen Roboter die logisch mit der Identifikation der Palette
verknüpfte
Art des auf der Palette befestigten Werkstücks. Die Steuereinrichtung
des Roboters 90 aktiviert daraufhin das für dieses
Werkstück
vorgesehene Schweißprogramm. Nach
Ausführen
des Schweißvorgangs
wird das Schweißprogramm
deaktiviert und die Palette von der Übergabeeinheit 70 wieder
auf das Transportsystem übergeben.
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14 zeigt
eine weitere beispielhafte Übergabeeinheit.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
ist die Übergabeeinheit
als eine Drehtischanordnung 75 ausgebildet, die den Vorrichtungs-
und Werkstückrahmen 65 übernimmt.
Bei dieser Ausführungsform wird
die Palette 30 direkt vor oder unter der Drehtischanordnung
vom Transportsystem geparkt. Der Drehtisch ergreift mit einer Andockvorrichtung
die gesamte Palette oder zumindest den Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
und transportiert sie durch eine Dreh- oder Schwenkbewegung in die
Schweißstation hinein.
Nach der Positionierung beginnt der Schweißvorgang, die Schweißvorrichtung
wird vorher gehend von dem Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
aufgenommen, an den Schweißroboter
angedockt und führt
dann das Verschweißen
der Werkstücke
aus.
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Nach
dem Schweißvorgang
wird der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen von dem Drehtisch
aufgenommen und zurück
in das Transportsystem geschleust, insbesondere auf den bereitstehenden Transportuntersatz
aufgesetzt und aus der Schweißstation
hinausbewegt. Die Schweißstation
kann dazu als eine komplett eingehauste Schweißzelle ausgebildet sein.
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15 zeigt
einen beispielhaften Drehtisch 75 in einer Ansicht von
vorn und einer Ansicht von der Seite. Der Drehtisch weist eine Arretierungs-
und Aufnahmeplatte 75a auf, in der der Vorrichtungs- und Werkstückrahmen 65 während des
Schweißvorgangs
fixiert ist. Ein Klappen der Aufnahmeplatte 75a wird durch
ein Gelenk 75b bewirkt, wobei ein in einem der Lager angeordneter
Schrittmotor zur Winkeljustierung vorgesehen ist.
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Die
in 15 gezeigte Ausführungsform weist zwei Standsäulen 75c auf.
In Abhängigkeit
von der konkreten und jeweils erforderlichen Gestaltung der Schweißstation
kann der Drehtisch auch auf nur einer Standsäule angeordnet sein. Dadurch
ist eine horizontale Drehrichtung der Aufnahmeplatte möglich. Sowohl
bei der zweibeinigen wie auch bei der einbeinigen Ausführungsform
des Drehtisches können
die Standsäulen
höhenverstellbar
ausgebildet sein. Dadurch wird das Höhenniveau des Transportsystems
an das in der Schweißstation
gegebene Höhenniveau
bei der Übergabe
des Vorrichtungs- und Werkstückrahmens
angeglichen.
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16 zeigt
eine beispielhafte Entnahmestation mit einem Greifroboter 90a,
der mit einer schematisch dargestellten Greifeinrichtung 91 ausgebildet
ist. Durch das erwähnte
Identifikationssystem der Palette 30 erhält die Steuereinheit
des Greifroboters Informationen über
den genauen Ablageort der Schweißvorrichtung bzw. des Werkstückes auf
dem Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
und steuert die Greifeinrichtung des Greifroboters zu der jeweiligen
Position des zu entnehmenden Teils. Im Bereich der Entnahmestation
sind die bereits beschriebenen Entlüftungsvorrichtungen für die Vorratsdruckluftkessel
an dem Vorrichtungs- und Werkstückrahmen
angeordnet, mit denen die Spannvorrichtungen 40 gelöst werden
können.
-
Die
Erfindung wurde anhand von Ausführungsbeispielen
erläutert.
Es ist klar, dass im Rahmen fachmännischen Handelns eine Reihe
von Änderungen
an den gezeigten Ausführungsbeispiel
vorgenommen werden können,
ohne den erfin dungsgemäßen Grundgedanken
zu verlassen. Weitere Ausführungsbeispiele
ergeben sich insbesondere aus den Unteransprüchen.
-
- 10
- Schweißstation
- 11
- Beschickungsstation
- 12
- Entnahmestation
- 20
- Transportsystem
- 20a
- innere
Transportspur
- 20b
- äußere Transportspur
- 20c
- Übergabespur
- 21
- Gestelleinheit
- 30
- Palette
- 34
- Ablagevorrichtungen
- 35
- Schweißvorrichtung
- 35a
- Aufnahmemodul
- 35b
- Schweißdrahtkanal
- 35c
- Schweißdrahtkanal
- 35d
- Drahtschneider
- 35e
- Schweißdraht
- 40
- Spannvorrichtung
- 41
- Spannbacken
- 43
- Druckluftleitung
- 44
- Federanordnung
- 45
- Kontaktierungs-
und Aufnahmevorrichtung
- 50
- Identifikationseinrichtung
- 55
- Vorratsdruckluftkessel
- 55a
- Ventil
- 56
- Druckluftankopplung
- 60
- Transportuntersatz
- 61
- Laufrad
- 62
- Antriebsmotor
- 63
- Laufkugel
- 65
- Vorrichtungs-
und Werkstückrahmen
- 70
- Übergabeeinheit
- 71
- Entlüftungsdorn
- 75
- Drehtischanordnung
- 75a
- Arretierungs-
und Aufnahmeplatte
- 75b
- Gelenk
mit Schrittmotor
- 75c
- Standsäule
- 80
- Gestell-Identifikationseinrichtung
- 81
- Innenflanken
- 82
- Schaltnut
- 85
- Schaltvorrichtung
- 86
- Steuerleitung
- 87
- Schaltstempel
- 90
- Schweißroboter
- 90a
- Greifroboter
- 91
- Greifeinrichtung