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Die Erfindung betrifft einen Roboter nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1, ein Verfahren zum Transportieren eines Werkstücks zwischen zumindest zwei Werkzeugmaschinen mittels eines Roboters, ein Werkzeug zum Umformen eines Werkstücks nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 6 sowie ein Verfahren zum Bearbeiten einer Mehrzahl von Werkstücken mittels eines Werkzeugs.
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Bei der Fertigung von Kraftwagenbauteilen werden häufig vollautomatisierte Fertigungsstraßen eingesetzt. Diese umfassen beispielsweise Pressenstraßen, in welchen Blechhalbzeuge in einer Mehrzahl von Umformwerkzeugen mehreren aufeinanderfolgenden Umformschritten unterzogen werden. Die Halbzeuge bzw. Werkstücke werden von Robotern in die Werkzeuge eingelegt und aus diesen entnommen, sowie zwischen den Werkzeugen transportiert, die aufeinanderfolgende Bearbeitungsschritte an den Werkstücken durchführen.
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Die Taktzahl solcher Pressenstraßen, also die Zahl der bearbeitbaren Werkstücke pro Zeiteinheit, wird im Wesentlichen durch die Zeitdauer des Einlegens der Werkstücke in die Werkzeuge, die Zeitdauer des Entnehmens der Werkstücke aus den Werkzeugen sowie die Zeitdauer des Transports eines Werkstückes zwischen zwei Werkzeugen limitiert. Um ein Werkstück zwischen zwei Werkzeugen zu bewegen, muss das Werkstück durch einen Roboter über einen relativ großen Winkel, meist 180° verschwenkt werden. Das Gewicht des Werkstücks limitiert dabei die maximale Schwenkrate des Roboters, da mit zunehmender Schwenkrate höhere Zentrifugalkräfte auf den Roboter wirken.
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An Stelle eines reinen Verschwenkens des Werkstücks zwischen zwei Werkzeugmaschinen kann der Roboter nach Aufnahme des Werkstückes auch linear zwischen den Werkzeugmaschinen verfahren werden, um so den Schwenkradius zu begrenzen. Eine solche Roboteranordnung ist aus der
DE 3 817 117 C2 bekannt. Dies setzt jedoch aufwendige Maßnahmen zum Verfahren des Roboters voraus. Eine derartige Beweglichkeit des Roboters vermindert zudem seine Präzision, so dass zusätzliche Maßnahmen zur Einhaltung der erwünschten Bewegungsgenauigkeit getroffen werden müssen.
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Ein weiterer limitierender Faktor ist das Einlegen und Entnehmen von Werkstücken in die bzw. aus den Werkzeugen. Presswerkzeuge weisen üblicherweise eine obere und untere Werkzeughälfte auf, die sich zum Umformen eines eingelegten Werkstückes schließen, so dass die gewünschten Presskräfte auf das Werkstück ausgeübt werden. Nach dem Umformen des Werkstücks öffnen sich die Werkzeughälften wieder. Bevor ein neues Werkstück in das Werkzeug eingelegt werden kann muss dann zunächst das umgeformte Werkstück aus dem Werkzeug entnommen werden. Dies führt zu einer Totzeit, in der keine neuen Werkstücke nachgeführt werden können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zu Grunde, einen Roboter sowie ein Werkzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen sowie Verfahren zu schaffen, mittels welcher die Taktzahl automatisierte Fertigungsstraßen erhöht werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch einen Roboter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3, ein Werkzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst.
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Ein Roboter zum Transportieren eines Werkstücks zwischen zumindest zwei Werkzeugmaschinen weist wenigstens einen Roboterarm sowie ein Manipulatorwerkzeug zum Handhaben des Werkstücks auf. Dieses ist über eine Mehrzahl beweglicher Achsen mit einem Basisteil des Roboters verbunden. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Roboterarm translatorisch verlängerbar bzw. verkürzbar ist. Der Roboter weist also eine als Arm ausgebildete translatorische Achse auf. Dies ist vorzugsweise die manipulatorwerkzeugseitig letzte Achse. Durch Ausfahren dieser translatorischen Achse kann die Griffreichweite des Roboters erhöht werden. Sobald ein solcher Roboter bei ausgefahrener translatorischer Achse ein Werkstück aufgenommen hat, kann die translatorische Achse wieder eingefahren werden. Dies kann erfolgen, bevor der Roboter das Werkstück in eine neue Position verschwenkt. Oder es ist auch denkbar, die Einfahrbewegung mit der Verschwenkung zu überlagern, was die Taktzeit sehr stark verkürzt. Durch die Einfahrbewegung wird der Schwenkradius reduziert, was auch die auf den Roboter bzw. das Werkstück einwirkenden Zentrifugalkräfte während des Verschwenkens vermindert. Damit ist eine erhöhte Schwenkrate möglich, ohne das eine maximale Kraftbeanspruchung des Roboters durch die Zentrifugalkräfte überschritten wird. Dies ermöglicht ein besonders schnelles Verschwenken eines aufgenommenen Werkstücks zwischen zwei Positionen, insbesondere zwischen einer Entnahmeposition aus einer ersten Werkzeugmaschine und einer Ablageposition des Werkstücks in einer zweiten Werkzeugmaschine. Der Verfahrweg der translatorischen Achse beträgt hierbei vorzugsweise zwischen 400 mm und 600 mm.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Transportieren eines Werkstücks zwischen zumindest zwei Werkzeugmaschinen mittels eines derartigen Roboters. Bei einem solchen Verfahren wird zunächst das Werkstück durch das Manipulatorwerkzeug des Roboters aus einer Entnahmeposition der ersten Werkzeugmaschine bei zumindest im Wesentlichen vollausgefahrener translatorischer Achse aufgenommen. Anschließend wird die translatorische Achse über einen zumindest im Wesentlichen überwiegenden Teil ihres Verfahrwegs eingefahren, um so einen Schwenkradius des Werkstücks zu reduzieren. Das Werkstück wird anschließend oder währenddessen um einen vorgegebenen Schwenkwinkel verschwenkt, woraufhin die translatorische Achse wieder ausgefahren wird, bis das Werkstück in einer Ablageposition in der zweiten Werkzeugmaschine zu liegen kommt. In dieser Position wird das Werkstück schließlich durch das Manipulatorwerkzeug freigegeben. Durch das Einfahren der translatorischen Achse vor dem Verschwenken wird der Schwenkradius reduziert, was eine erhöhte Schwenkrate ermöglicht, wie bereits oben näher geschildert. Das Ausfahren kann ebenfalls in einer Überlagerung mit der Schwenkbewegung, also in der letzten Phase der Verschwenkung, erfolgen, so dass auch damit die Taktzeit zusätzlich verkürzt werden kann.
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Vorzugsweise ist ein Freigeben des Werkstücks durch das Manipulatorwerkzeug mit einer Ausfahrbewegung der translatorischen Achse gekoppelt. Dies beschleunigt die Handhabung des Werkstücks weiter, indem das Werkstück automatisch freigegeben wird, wenn die translatorische Achse einen bestimmten Ausfahrweg überschreitet.
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Es ist weiterhin zweckmäßig, eine Aufnahme des Werkstücks durch das Manipulationswerkzeug mit einer Einfahrbewegung der translatorischen Achse zu koppeln. Analog zur Koppelung des Freigebens mit der Ausfahrbewegung kann so die Handhabung des Werkstücks weiter beschleunigt werden. Sobald die translatorische Achse aus einer ausgefahrenen Position eingefahren wird und einen gewissen Einfahrweg überschreitet, greift das Manipulationswerkzeug automatisch das Werkstück, wobei durch andere Achsen des Roboters gegebenenfalls noch ein Anheben des Werkstückes nach vollendetem Greifen realisiert werden kann.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Werkzeug, insbesondere ein Presswerkzeug zum Umformen eines Werkstücks. Ein solches Werkzeug weist eine obere und untere Werkzeughälfte auf, welche zueinander zwischen einer Öffnungsstellung und einer Schließstellung bewegbar sind. Erfindungsgemäß ist hier vorgesehen, dass die obere Werkzeughälfte Mittel zum Halten des Werkstücks an der oberen Werkzeughälfte in der Öffnungsstellung aufweist. Beim Öffnen der Werkzeughälften bewegt sich also das bearbeitete Werkstück zusammen mit der oberen Werkzeughälfte entgegen der Schwerkraft nach oben, wodurch die untere Werkzeughälfte vollständig freigegeben wird. Dies ermöglicht ein gleichzeitiges Entnehmen des Werkstücks aus der oberen Werkzeughälfte, während in der unteren Werkzeughälfte bereits ein neues, zu bearbeitendes Werkstück oder Halbzeug eingelegt werden kann. Die Totzeit des Werkzeugs zwischen zwei Umformschritten wird dadurch verkürzt, wodurch beim Einsatz solcher Werkzeuge in automatisierten Werkzeugstraßen der Durchsatz der Werkzeugstraße verbessert wird. Als Mittel zum Halten des Werkstücks an der oberen Werkzeughälfte werden zweckmäßigerweise Magnete, Spannzangen oder Ansaugkanäle verwendet.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Bearbeiten einer Mehrzahl von Werkstücken mittels eines Werkzeugs, insbesondere eines Presswerkzeugs mit einer oberen und unteren Werkzeughälfte. Hierbei wird zunächst ein erstes Werkstück mittels des Presswerkzeugs umgeformt, wobei sich während des Umformens die Werkzeughälften in einer geschlossenen Stellung befinden. Nach erfolgtem Umformen des Werkstücks werden die Werkzeughälften geöffnet und das erste Werkstück an der oberen Werkzeughälfte gehalten. Im folgenden Verfahrensschritt wird gleichzeitig das erste Werkstück mittels eines ersten Roboters der oberen Werkzeughälfte entnommen und ein zweites Werkstück mittels eines zweiten Roboters in die untere Werkzeughälfte eingelegt. Anschließend können die Werkzeughälften zum Umformen des zweiten Werkstücks wieder geschlossen werden, worauf das Verfahren wieder von vorne beginnt und ein weiteres Werkstück zugeführt wird.
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Vorzugsweise wird das Werkstück magnetisch, pneumatisch oder mechanisch an der oberen Werkzeughälfte gehalten. Der Zeitaufwand zum Bestücken des Werkzeuges bzw. zum Entnehmen eines bearbeiteten Werkstück aus dem Werkzeug wird durch ein derartiges Verfahren im Wesentlichen halbiert, da beim Bestücken des Werkzeuges nicht mehr auf die Entnahme des bearbeiteten Werkstückes gewartet werden muss.
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Im Folgenden soll die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert werden. Hierbei zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Pressenstraße mit einem Roboter nach dem Stand der Technik,
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2 eine schematische Darstellung einer Pressenstraße mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters,
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3 eine Detailansicht eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Roboters,
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4A, B eine Detailansicht eines Manipulatorwerkzeugs und einer translatorischen Achse eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Roboters im eingefahrenen und ausgefahrenen Zustand der translatorischen Achse,
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5 eine schematische Ansicht einer Pressenstraße mit einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters sowie einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Werkzeugs.
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In einer im Ganzen mit 10 bezeichneten Pressenstraßen nach dem Stand der Technik wird ein Werkstück 12 zunächst in einer ersten Presse 14 umgeformt und anschließend mittels eines Roboters 16 in eine zweite Presse 18 überführt. Der Gesamtüberführungsweg des Werkstücks 12 ist in der Zeichnung mit d1 gekennzeichnet. Das Überführen wird durch eine Schwenkbewegung des Roboters 16 entlang des Pfeils 20 bewerkstelligt, wobei der Schwenkdurchmesser d2 gemessen von der letzten rotatorischen Achse 22 des Roboters 16 im Kantenabstand der beiden Pressen 14 entspricht. Der Schwenkdurchmesser d2 limitiert die Schwenkrate des Roboters 16 da mit größerem Schwenkdurchmesser d2 die auf die Achse 22 einwirkenden Fliehkräfte auf Grund des Gewichts des Werkstücks 12 und des Manipulatorwerkzeugs 24 zunehmen. Dies limitiert die Taktzahl der Pressenstraße 10.
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In der in der 2 gezeigten, insgesamt mit 30 bezeichneten Pressenstraße findet ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters 32 Anwendung. Dieser ist dadurch ausgezeichnet, dass zwischen der letzten rotatorischen Achse 22 des Roboters und dessen Manipulatorwerkzeugs 24 eine weitere, translatorische Achse 34 vorgesehen ist, die entlang des Pfeils 36 verfahren werden kann.
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Zum Entnehmen des Werkstücks 12 aus der Presse 14 wird die translatorische Achse 34 voll ausgefahren. Bevor der Roboter um den Pfeil 20 verschwenkt wird, um das Werkstück 12 in die zweite Presse 18 zu überführen, wird die translatorische Achse 34 vollständig eingefahren, so dass sich ein reduzierter Schwenkdurchmesser d3 ergibt. Durch die Reduktion des Schwenkdurchmessers d3 werden auch die auf den Roboter wirkenden Fliehkräfte reduziert, so dass eine höhere Schwenkrate ermöglicht wird.
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Der Roboter 32 ist in 3 nochmals im Detail dargestellt. Er weist einen Basisbereich 38 auf und besitzt ein Manipulatorwerkzeug 24 mit einer Mehrzahl von Saugelementen 40 zum Ansaugen des Werkstücks 12, der Übersichtlichkeit halber nicht alle bezeichnet sind. Um ein Werkstück 12 zwischen verschiedenen Lage heben zu können, weist der Roboter 38 mehrere rotatorische Achsen 22, 34, 42, 44 und 48 auf, welche das Manipulatorwerkzeug 24 mit dem Basisbereich 38 verbinden. Zwischen der manipulatorwerkzeugseitigen letzten rotatorischen Achse 22 und dem Manipulatorwerkzeug 24 ist schließlich die translatorische Achse 34 angeordnet. Diese ist, wie in den 4A und B gezeigt, zwischen einer ausgefahrenen Position (4A) und einer eingefahrenen Position (4B) beweglich.
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Um die Bewegung zu ermöglichen, weist die translatorische Achse 34 ein pneumatisches Stellglied 50 auf. Alternativ kann auch ein elektrischer Stelltrieb Verwendung finden. Der Stelltrieb 50 wirkt über eine Aktuatorstange 52 auf eine Basisplatte 54 des Manipulatorwerkzeugs 24. Positionsgenauigkeit wird durch zwei Führungsstangen 56 erreicht, die in Hülsen 58 der translatorischen Achse 34 geführt sind.
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Besonders zweckmäßig ist es, das Aufnehmen des Werkstücks 12 durch die Saugeinrichtungen 40 des Manipulatorwerkzeugs 24 mit einer Einfahrbewegung der translatorischen Achse 34 und das Freigeben des Werkstücks 12 durch die Saugelemente 40 des Manipulatorwerkzeugs 24 mit einem Ausfahrend der translatorischen Achse 34 zu koppeln, um ein besonders schnelles Aufnehmen und Ablegens des Werkstücks 12 in der jeweiligen Presse 14, 18 zu ermöglichen.
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5 zeigt schließlich eine weitere, im Ganzen mit 60 bezeichnete Pressenstraße. Neben einem Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Roboters 32 finden hier Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Werkzeugs 62 Anwendung. Wie eine konventionelle Presse 14, 18 weist das Werkzeug 62 eine Werkzeugoberhälfte 64 und eine Werkzeugunterhälfte 66 auf. Im Gegensatz zu den konventionellen Pressen 14, 18 wird ein Werkstück 12 jedoch nicht aus der Werkzeugunterhälfte 66 entnommen. Vielmehr besitzen die Werkzeugoberhälften 64 Vorrichtungen zum Halten des Werkstücks 12 im geöffneten Zustand des Werkzeugs 62. Beim Auseinanderfahren der Werkzeugoberhälfte 64 und Werkzeugunterhälfte 66 wird also das Werkstück 12 mit der Werkzeugoberhälfte 64 bewegt, so dass die Werkzeugunterhälfte 66 gleichzeitig freigegeben wird. Während ein Roboter 32 das Werkstück 12 aus der Werkzeugoberhälfte 64 entnimmt kann gleichzeitig durch einen weiteren Roboter 32 ein weiteres Werkstück 12 in die Werkzeugunterhälfte 66 eingelegt werden. Hierdurch wird die Taktzeit der Pressenstraße 60 weiter erhöht. In Kombination mit dem erfindungsgemäßen Roboter 32, welcher einen besonders schnelles verschwenken eines Werkstückes 12 zwischen zwei Pressen 14, 18 ermöglicht, lässt sich so eine besonders hohe Stückzahl pro Zeiteinheit in der Pressenstraße 60 bearbeiten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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