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Die Erfindung betrifft eine Rundtisch-Werkzeugmaschine, umfassend
- – einen Rundtisch mit wenigstens zwei Werkstückpositionen, wobei der Rundtisch um einen zentralen Träger motorisch rotierbar ist, so dass die Werkstückpositionen in verschiedene, um den Träger angeordnete Stationen einschwenkbar sind,
- – wenigstens eine Be- und/oder Entladestation,
- – und eine oder mehrere Funktionsstationen, an denen jeweils ein Funktionsprozess an einem Werkstück an einer eingeschwenkten Werkstückposition erfolgen kann,
insbesondere wobei der oder die Funktionsprozesse an der oder den Funktionsstationen eine Bearbeitung, Behandlung, Vermessung, Prüfung, Reinigung, Verformung, Montage und/oder einen Fügeprozess am Werkstück umfassen.
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Eine solche Rundtischmaschine ist bekannt geworden durch die Ringtisch-Honmaschine „R12” der Kadia Produktion GmbH + Co., Nürtingen, DE.
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Mit Rundtisch-Werkzeugmaschinen können verschiedene Funktionsprozesse, die an Funktionsstationen der Rundtischmaschine eingerichtet sind, an einem Werkstück in schneller Folge abgearbeitet werden. Das Werkstück wird dazu an einer Werkstückposition des Rundtischs angeordnet, typischerweise eingespannt. Durch Rotieren des Rundtischs kann die Werkstückposition bzw. das dort angeordnete Werkstück nacheinander auf verschiedene Stationen der Rundtisch-Werkzeugmaschine verschwenkt werden. Das Werkstück braucht für die Prozesse an den einzelnen Funktionsstationen nicht neu eingespannt zu werden.
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Die mehreren Werkstückpositionen des Rundtischs erlauben zudem eine Handhabung von entsprechend mehreren Werkstücken gleichzeitig. Während beispielsweise ein Werkstück an einer Fügestation ist und mit einem aufgesetzten Bauteil verpresst wird, ist ein anderes Werkstück gerade an einer Bearbeitungsstation; eine andere Werkstückposition des Rundtischs ist ein eine Be- und Entladestation eingeschwenkt und wird einem Werkstückwechsel unterzogen. Dadurch können die Funktionsstationen sehr hoch ausgelastet werden; insbesondere können Be- und Entladeprozesse hauptzeitparallel erfolgen.
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Rundtischmaschinen können grundsätzlich Funktionsstationen für alle Arten von Prozessen aufweisen. Für manche Funktionsprozesse müssen die Werkstücke sehr exakt ausgerichtet werden. Eine exakte Positionierung des relativ großen und schweren Rundtischs ist jedoch schwierig. Wenn zudem mehrere Funktionsstationen an der Rundtischmaschine vorgesehen sind, kann der Rundtisch grundsätzlich nur für eine der Funktionsstationen exakt ausgerichtet werden.
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Aufgabe der Erfindung
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Rundtisch-Werkzeugmaschine vorzustellen, an der ein Laserschweißprozess mit großer Genauigkeit ausgeführt werden kann.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rundtisch-Werkzeugmaschine der eingangs genannten Art, die dadurch gekennzeichnet ist,
dass die Werkstückpositionen jeweils ausgebildet sind mit
- – einer Werkstückpalette mit einer Werkstückhalterung für ein Werkstück,
- – und einer Palettenhalterung im Rundtisch, in die die Werkstückpalette eingelegt werden kann,
dass wenigstens eine Funktionsstation als Laserschweißstation ausgebildet ist, und dass zumindest die Laserschweißstation eine Handhabungseinrichtung aufweist, mit der eine Werkstückpalette selbstzentrierend ergriffen und für den Funktionsprozess positioniert werden kann.
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Erfindungsgemäß ist an den Werkstückpositionen jeweils eine Palettenhalterung vorgesehen, in die eine Werkstückpalette eingelegt werden kann. Unter Einlegen wird dabei jede Art von Anordnen verstanden, die eine Mitnahme der Werkstückpalette bei Rotation des Rundtischs gestattet und eine zumindest begrenzte Beweglichkeit der Werkstückpalette gegenüber der Palettenhalterung bzw. dem Rundtisch wahrt; typischerweise wird eine (begrenzte) Beweglichkeit der Werkstückpalette zumindest entlang der lokalen Rotationsrichtung des Rundtischs und/oder in vertikaler Richtung nach oben, und bevorzugt in der gesamten horizontalen Ebene und auch in vertikaler Richtung nach oben, gewahrt.
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Beim Ergreifen einer Werkstückpalette durch eine Handhabungseinrichtung wird die Beweglichkeit der Werkstückpalette gegenüber der Palettenhalterung bzw. dem Rundtisch genutzt, um ein unmittelbares Ausrichten (Zentrieren) der Werkstückpalette gegenüber der Handhabungseinrichtung zu gestatten (etwa während die Werkstückpalette auf der Palettenhalterung aufgelegt bleibt), oder um die Werkstückpalette zunächst von der Palettenhalterung abzuheben und dann gegenüber der Handhabungseinrichtung auszurichten (zu zentrieren), oder auch um die Werkstückpalette während des Abhebeprozesses zunehmend auszurichten (zu zentrieren).
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Im Rahmen des Ergreifens der Werkstückpalette wird die Werkstückpalette – und damit auch das darin gehaltene Werkstück – erfindungsgemäß selbsttätig zentriert. Das selbstzentrierende Ergreifen der (typischerweise losen) Werkstückpaletten kann beispielsweise mittels geeigneter (insbesondere keilförmiger, konvexer oder konkaver) Anlageflächen an der Handhabungseinrichtung oder an der Werkstückpalette, und/oder mittels sich verengenden Greiffingern, erfolgen.
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Da die Handhabungseinrichtung der (nicht mit dem Rundtisch rotierenden) Funktionsstation zugeordnet ist, hängt nach dem Ergreifen der Werkstückpalette durch die Handhabungseinrichtung die Position der Werkstückpalette – und damit des auf ihr getragenen (in der Regel aufgespannten) Werkstücks – nicht mehr von der Drehposition des Rundtischs ab. Die Handhabungseinrichtung kann dann eine sehr genaue Positionierung des Werkstücks gegenüber den (ebenfalls nicht mit dem Rundtisch rotierenden) Funktionsbaugruppen der Funktionsstation vornehmen. Insbesondere kann der Funktionsprozess der zugehörigen Funktionsstation mit hoher Genauigkeit ausgeführt werden, auch wenn die Drehposition des Rundtischs nicht genau eingestellt ist.
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Handhabungseinrichtungen, mit denen jeweils eine Werkstückpalette selbstzentrierend ergriffen und für einen Funktionsprozess positioniert werden kann, können im Rahmen der Erfindung beliebig an Funktionsstationen eingesetzt werden; besonders vorteilhaft sind sie an Funktionsstationen, bei denen eine hohe Positionierungspräzision erforderlich ist (insbesondere Laserschweißstationen, aber auch Fügestationen).
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Neben Be- und/oder Entladestationen und Funktionstationen können an der Rundtisch-Werkzeugmaschine auch Wartestationen vorgesehen sein, an denen eine Werkstückpalette einfach bis zum Verbringen in eine andere Station verbleibt. In der Regel entspricht die Zahl der Stationen der Zahl der Werkstückpositionen. Bevorzugt weist der Rundtisch wenigstens drei, besonders bevorzugt wenigstens vier Werkstückpositionen auf.
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Der Rundtisch bildet bevorzugt eine im Wesentlichen ebene, horizontale Tischfläche aus, in welcher die Palettenhalterungen ausgebildet sind, und ist motorisch um eine typischerweise vertikale Achse drehbar, wobei diese vertikale Achse in der Regel mittig im zentralen Träger verläuft.
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Mit der erfindungsgemäßen Rundtisch-Werkzeugmaschine können Werkstückwechsel oder andere Nebenprozesse parallel (zeitgleich) zur Laserschweißbearbeitung erfolgen. Dies ist besonders für kurze Laserschweißbearbeitungsprozesse (etwa kürzer als 10 Sekunden, oder bevorzugt kürzer als 6 Sekunden) nützlich, da in einem solchen Fall nicht-hauptzeitparallele Nebenprozesse die Gesamtbearbeitungsdauer wesentlich erhöhen würden.
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Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung
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Besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, die vorsieht, dass der Rundtisch wenigstens drei Werkstückpositionen aufweist, dass die Rundtisch-Werkzeugmaschine wenigstens zwei Funktionsstationen aufweist, dass wenigstens eine Funktionsstation als Fügestation ausgebildet ist, und dass auch die Fügestation eine Handhabungseinrichtung aufweist, mit der eine Werkstückpalette selbstzentrierend ergriffen und für den Funktionsprozess positioniert werden kann. Sowohl der Fügeprozess an der Fügestation als auch der Laserschweißprozess an der Laserschweißstation erfordern eine hohe Präzision. Durch die Erfindung können diese Prozesse beiden von der Rundtischpositionierung (und auch bezüglich der Werkstückpositionierung voneinander) weitestgehend entkoppelt werden, so dass Werkstücke besonders genau gefügt und verschweißt werden können. In der Regel ist die Fügestation bezüglich der Rotationsrichtung des Rundtischs (bzw. in der Anfahrabfolge) vor der Laserschweißstation angeordnet, und im Laserschweißprozess werden Kontaktlinien, die im Rahmen des Fügeprozesses aus einem Grundkörper eines Werkstücks und einem angefügten (aufgepressten) Bauteil entstanden sind, der Laserschweißbearbeitung unterzogen.
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Vorteilhaft ist eine Weiterbildung dieser Ausführungsform, bei der die Fügestation eine Presseinrichtung aufweist, die mit der Handhabungseinrichtung der Fügestation starr verbunden ist. Bei dieser Ausführungsform ist eine besonders hohe Positioniergenauigkeit des Werkstücks bezüglich der Presseinrichtung möglich. Die starre Verbindung von Handhabungseinrichtung und Presseinrichtung kann über eine Montagefläche des Trägers erfolgen; es ist in Übereinstimmung mit dieser Ausführungsform aber auch möglich, die Fügestation in sich geschlossen auszubilden und etwa an einer Bodenplattform zu verankern, ohne eine Befestigung an einer Montagefläche des zentralen Trägers vorzunehmen.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine sind die Handhabungseinrichtung oder die Handhabungseinrichtungen dazu ausgebildet, die Werkstückpaletten aus den Plattenhalterungen auszuheben. Dadurch wird eine vollständige Entkopplung des Funktionsprozesses vom Rundtisch erreicht, und die Positionierung der Werkstückpaletten kann besonders einfach und genau erfolgen.
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Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der der Träger zu wenigstens einer der Funktionsstationen hin, bevorzugt zu allen Funktionsstationen hin, und besonders bevorzugt zu allen Stationen hin, eine vertikal ausgerichtete, ebene Montagefläche ausbildet. Umfasst eine Funktionsstation mehrere Baugruppen, so können diese Baugruppen alle an der Montagefläche befestigt werden und sind dadurch gegenseitig (zumindest weitgehend) ausgerichtet. Die Montagefläche kann mit Montagehilfen, etwa Gewindebohrungen oder Führungsschienen, versehen sein. Der zentrale Träger ist in dieser Ausführungsform typischerweise im Wesentlichen als gerader Zylinder mit einer polygonalen Grundfläche ausgebildet. Bevorzugt sind insbesondere 3, 4, 5, 6 oder 8 Montageflächen.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung dieser Ausführungsform sieht vor, dass sich die Montagefläche von unterhalb bis oberhalb des Rundtischs erstreckt. Dadurch ist es gut möglich, an Funktionsstationen Handhabungseinrichtungen für die Werkstückpaletten unterhalb des Rundtischs zu platzieren und an der Montagefläche zu befestigen, und ein oder mehrere andere Baugruppen der jeweiligen Funktionsstation an der Montagefläche oberhalb des Rundtischs, von wo aus die Werkstückpaletten bzw. die Werkstücke gut zugänglich sind. Die Handhabungseinrichtung und die eine oder mehreren anderen Baugruppen können über die Montagefläche gegenseitig ausgerichtet werden (insbesondere koaxial), so dass eine besonders hohe Positioniergenauigkeit für das Werkstück relativ zur Funktionsbaugruppe erreicht werden kann.
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Besonders bevorzugt ist eine Weiterbildung der obigen Ausführungsform, die vorsieht, dass zur Laserschweißstation hin eine vertikal ausgerichtete, ebene Montagefläche des Trägers ausgebildet ist,
dass die Handhabungseinrichtung der Laserschweißstation starr an dieser Montagefläche befestigt ist,
und dass die Laserschweißstation eine Schweißeinrichtung aufweist, die starr an dieser Montagefläche befestigt ist. Insbesondere kann an der Laserschweißstation die Handhabungseinrichtung unterhalb, und die Schweißeinrichtung oberhalb des Rundtischs an der Montagefläche befestigt sein. Diese Weiterbildung gestattet eine besonders genaue Laserschweißbearbeitung.
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Vorteilhaft ist auch eine Ausführungsform, bei der die Laserschweißstation eine Schweißbrillenkassette und eine Kassettenhalterung aufweist, in die die Schweißbrillenkassette eingeschoben werden kann,
insbesondere wobei die Schweißbrillenkassette in horizontaler Richtung in die Kassettenhalterung der Laserschweißstation eingeschoben werden kann. Im eingeschobenen Zustand ist eine in der Schweißbrillenkassette angeordnete Schweißbrille für die Schweißbearbeitung eines Werkstücks ausgerichtet, welches auf einer Werkstückpalette eingetragen ist, wobei die Werkstückpalette durch die Handhabungseinrichtung der Laserschweißstation für die Schweißbearbeitung positioniert wurde. Durch die Schweißbrillenkassette ist ein besonders einfacher und schneller Wechsel der Schweißbrille möglich, mit der nicht zu bearbeitende Teile des Werkstücks vor Metalltropfen und Spänen und geschützt werden; die Schweißbrille ist durch die Kassette und die Kassettenhalterung automatisch exakt im Raum positioniert, so dass eine Justierung beim Schweißbrillenwechsel nicht nötig ist.
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Bei einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Werkstückhalterungen der Werkstückpaletten als Spannvorrichtungen ausgebildet, die durch Federkraft in eine ein Werkstück einspannende Stellung vorgespannt sind. Zum Einlegen oder Herausnehmen eines Werkstücks, typischerweise an einer Be- und/oder Entladestation, werden die Spannvorrichtungen durch einen zumindest teilweise an der Station ausgebildeten Lösemechanismus entspannt (geöffnet); beispielsweise kann dafür ein die Spannvorrichtung gegen die Federkraft spreizender Dorn von unten in eine Werkstückpalette eingeschoben werden. Der Federmechanismus zum Spannen benötigt kein Versorgungsmedium (wie Druckluft oder Hydrauliköl) und auch keinen elektrischen Strom, so dass der Rundtischbetrieb besonders einfach (ohne Medien- oder Stromübergabe an die Werkstückpaletten, die dann ohne weiteres lose ausgebildet sein können) ist. Ebenso ist mit dem Federmechanismus ein besonders schnelles Spannen und Entspannen möglich.
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Vorteilhaft ist weiterhin eine Ausführungsform, die vorsieht, dass die Werkstückpaletten jeweils topfförmig mit einem lichtdichten Boden und einer lichtdichten, umlaufenden Seitenabdeckung ausgebildet sind,
und dass die Laserschweißstation eine Palettenaufnahmeöffnung aufweist, in die die Werkstückpaletten zumindest mit einem Teil der Seitenabdeckung eingeschoben werden können, so dass die Palettenaufnahmeöffnung lichtdicht verschlossen wird. Die Öffnung ist typischerweise unterseitig an einer Schweißeinrichtung angeordnet, und ein oberer Teil der Seitenabdeckung wird in die Öffnung eingeschoben. Mit dieser Ausführungsform kann auf einfache Weise ein sicherer (lichtlichter) Laserbetrieb am Werkstück auf der Werkstückpalette eingerichtet werden.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist wenigstens eine der Funktionsstationen als Erwärmungsstation ausgebildet, an der ein Werkstück auf einer eingeschwenkten Werkstückpalette erwärmt werden kann. Durch Einsatz einer Erwärmungsstation kann die Qualität der Laserschweißbearbeitung verbessert werden. Die Erwärmungsstation ist typischerweise benachbart zur Laserschweißstation angeordnet und wird im Bearbeitungsablauf vor der Laserschweißstation angefahren. Die Erwärmung erfolgt beispielsweise induktiv oder magnetisch.
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Bevorzugt ist auch eine Ausführungsform, bei der zwei oder mehr Funktionsstationen als Laserschweißstationen ausgebildet sind. Insbesondere können genau zwei oder drei Laserschweißstationen vorgesehen sein. Dadurch können mehrere, verschiedene Laserschweißprozesse ohne ein Umspannen der Werkstücke auf derselben Rundtisch-Werkzeugmaschine durchgeführt werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht schließlich vor, dass die Werkzeugmaschine eine Bodenplattform aufweist, auf der zumindest der Rundtisch, der Träger, die Be- und/oder Entladestation, die Laserschweißstation und eine Steuerungselektronik für den Rundtisch, die Be- und/oder Entladestation und die Laserschweißstation angeordnet sind, insbesondere wobei die Werkzeugmaschine als eine Kranhakenmaschine ausgebildet ist. Dadurch kann die Werkzeugmaschine als Ganzes leicht gehandhabt werden, insbesondre um die Werkzeugmaschine aufzustellen oder umzupositionieren. Falls die Rundtisch-Werkzeugmaschine auch eine Fügestation umfasst, ist diese bevorzugt ebenfalls auf der Bodenplattform angeordnet (einschließlich zugehöriger Steuerungselektronik).
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Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter ausgeführten Merkmale erfindungsgemäß jeweils einzeln für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung und Zeichnung
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Die Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:
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1a, 1b, 1c eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Rundtisch-Werkzeugmaschine, in Schrägansicht ohne Arbeitsraumverkleidung (1a), in Aufbauplan-Ansicht (1b) und in Schrägansicht mit Arbeitsraumverkleidung (1c);
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2 einen schematischen Querschnitt durch eine Werkstückpalette der Rundtisch-Werkzeugmaschine von 1a;
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3a, 3b einen schematischen Querschnitt durch eine Laserschweißstation einer erfindungsgemäßen Rundtisch-Werkzeugmaschine, vor Ergreifen einer Werkstückpalette (3a) und nach Positionieren der Werkstückpalette für die Schweißbearbeitung (3b);
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4a, 4b einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Werkstückpalette einer erfindungsgemäßen Rundtisch-Werkzeugmaschine, mit gespanntem Werkstück (4a) und mit gelöstem Werkstück (4b).
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Die 1a, 1b und 1c zeigen beispielhaft eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Rundtisch-Werkzeugmaschine 1.
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Die Rundtisch-Werkzeugmaschine 1 weist einen zentralen Träger 2 auf, der hier zylinderförmig mit einer gleichseitig-sechseckigen Grundfläche ausgebildet ist und sechs ebene, vertikal ausgerichtete Montageflächen 3 mit regelmäßig angeordneten Montagelöchern ausbildet. Um den zentralen Träger 2 herum ist ein motorisch drehbarer Rundtisch 4 vorgesehen; seine vertikale Drehachse DA verlauft durch die Mitte des zentralen Trägers 2.
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Auf dem Rundtisch 4 sind hier sechs Werkstückpositionen 5 ausgebildet. An jeder Werkstückposition 5 ist eine Palettenhalterung 6 (hier gestaltet als eine Öffnung im Rundtisch 4) ausgebildet, in die jeweils eine Werkstückpalette 7 eingelegt werden kann. Die losen Werkstückpaletten 7 sind jeweils näherungsweise topfförmig ausgebildet und können jeweils ein Werkstück 8 halten (siehe hierzu auch 2 oder 4a, 4b).
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Durch Rotation des Rundtischs 4 (vgl. Pfeil R in 1b) können die Werkstückpositionen 5 – und damit die dort gehaltenen Werkstücke 8 – zwischen verschiedenen Stationen 9a–9f der Rundtisch-Werkzeugmaschine 1 verfahren werden; der Rundtisch 4 wird typischerweise jeweils nach Ablauf einer bestimmten Zeit (beispielsweise zehn Sekunden) um jeweils 60° gedreht, so dass die Stationen 9a–9f reihum angefahren werden. In der gezeigten Ausführungsform sind insgesamt sechs Stationen 9a–9f vorgesehen, die hier als eine Beladestation 9a, eine Fügestation 9b, eine Erwärmungsstation 9c, eine Laserschweißstation 9d, eine Wartestation 9e und eine Entladestation 9f ausgebildet sind. Die Fügestation 9b, die Erwärmungsstation 9c und die Laserschweißstation 9d sind hierbei Funktionsstationen.
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An der Beladestation 9a kann mittels eines Portalsystems 10 (nur in 1b eingezeichnet) durch eine geeignete Öffnung 11 in einer Arbeitsraumverkleidung 12 (siehe 1c) ein Werkstück 8 auf der Werkstückposition 5 bzw. der Werkstückpalette 7, die in die Beladestation 9a eingeschwenkt ist, angeordnet bzw. eingespannt werden. Man beachte, dass sowohl ein maschineneigenen Portalsystems 10 auch ein externes Portalsystem eingesetzt werden kann.
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An der Fügestation 9b wird auf das Werkstück 8 ein weiteres Bauteil aufgelegt und mit dem Werkstück 8 mittels einer Presseinrichtung 13 verpresst. Hierfür wird die Werkstückpalette 7 der eingeschwenkten Werkstückposition 5 mit einer Handhabungseinrichtung 15, die im Wesentlichen unterhalb des Rundtischs 4 angeordnet ist, zunächst aus der Palettenhalterung 6 (bzw. dem Rundtisch 4) ausgehoben und dabei selbsttätig gegenüber der Handhabungseinrichtung 15 zentriert. Das weitere Bauteil wird über ein Förderbandsystem 14 angeliefert und mit einem (nicht näher dargestellten) Greifsystem auf das Werkstück 8 aufgesetzt. Anschließend werden das Werkstück 8 und das weitere Bauteil mit der Presseinrichtung 13 verpresst; hierbei kann die Handhabungseinrichtung 15 als Gegenhalter eingesetzt werden. Da die Handhabungseinrichtung 15, das Greifsystem und die Presseinrichtung 13 starr miteinander verbunden sind (und sich insbesondere nicht mit dem Rundtisch 4 drehen), sind diese Teile der Fügestation 9b stets korrekt zueinander ausgerichtet. Die Fügestation 9b ist im gezeigten Ausführungsbeispiel auf einer Bodenplattform 16 der Rundtisch-Werkzeugmaschine 1 verankert.
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An der Erwärmungsstation 9c wird das Werkstück 8 induktiv erwärmt, um es für den nachfolgenden Laserschweißprozess vorzubereiten.
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Die Laserschweißstation 9d umfasst eine Handhabungseinrichtung 17 und eine Schweißeinrichtung 18. Mit der im Wesentlichen unterhalb des Rundtischs 4 angeordneten Handhabungseinrichtung 17 kann wiederum die Werkstückpalette 7 aus der Palettenhalterung 6 ausgehoben und selbsttätig zentriert werden. Die Handhabungseinrichtung 17 führt dann die Werkstückpalette 7 in exakter Weise in die Schweißeinrichtung 18 ein (siehe hierzu 3a, 3b). Mittels eines Laserstrahls werden dann an der oder den Kontaktlinien des Werkstücks 8 und des in der Fügestation 9b aufgepressten weiteren Bauteils Schweißnähte gesetzt. Dafür kann im Rahmen der Erfindung vorgesehen sein, dass die Handhabungseinrichtung 17 die Werkstückpalette 7 – und damit das Werkstück 8 – dreht; hierfür muss die Werkstückpalette 7 drehfest von der Handhabungseinrichtung ergriffen sein.
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Die Schweißeinrichtung 18 verfügt über ein für die Wellenlänge des Laserstrahls undurchlässiges („lichtdichtes”) Gehäuse 19. Die untere Öffnung der Schweißeinrichtung 18 wird bei eingeführter Werkstückpalette 7 von dieser ebenfalls lichtdicht verschlossen (vgl. hierzu 3a, 3b). In die Schweißeinrichtung 18 ist eine Schweißbrillenkassette 20 mit einer Schweißbrille horizontal eingeschoben. Mit der Schweißbrillenkassette 20 werden diejenigen Bereiche des Werkstücks 8, die nicht vom Laserstrahl bearbeitet werden müssen, abgedeckt, um sie vor Verschmutzungen zu schützen.
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Die Schweißeinrichtung 18 und die Handhabungseinrichtung 17 sind beide an der zur Laserschweißstation 9d gehörigen Montagefläche 3 des zentralen Trägers 2 befestigt, so dass diese Teile der Laserschweißstation 9d stets korrekt zueinander ausgerichtet sind.
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Die fünfte Station ist in der gezeigten Ausführungsform als Wartestation 9e ausgebildet, an der mit dem Werkstück 8 nichts passiert. Alternativ könnte an dieser Station auch eine Reinigungs- oder Prüfstation oder auch eine weitere Laserschweißstation (etwa für die Bearbeitung anderer Kontaktlinien) eingerichtet sein.
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An der Entladestation 9f wird das Werkstück 8 mittels eines Portalsystems 21 (nur in 1b eingezeichnet) von der Werkstückpalette 7 an der eingeschwenkten Werkstückposition 5 entnommen und durch eine Öffnung 22 in der Arbeitsraumverkleidung 12 weggebracht. Die dann leere Werkstückpalette 7 kann dann als nächstes in die Beladestation 9a eingeschwenkt und mit einem neuen Werkstück 8 bestückt werden. Man beachte, dass an der Entladestation 9f sowohl ein maschineneigenes Portalsystem 21 auch ein externes Portalsystem eingesetzt werden kann.
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Auf der Bodenplattform 16 der Rundtisch-Werkzeugmaschine 1 ist in der gezeigten Ausführungsform auch eine Steuerungselektronik 23 für den Rundtisch 4 und die Stationen 9a–9f angeordnet. Die Rundtisch-Werkzeugmaschine 1 kann bevorzugt als Ganzes mittels eines Kranhakens angehoben werden, wobei entsprechende Halterungen für den Kranhaken direkt oder indirekt an der Bodenplattform 16 befestigt sind (nicht näher dargestellt).
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Die 2 zeigt eine Werkstückpalette (Werkstückaufnahme) 7 der Rundtisch-Werkzeugmaschine 1 von 1a–1c für ein Werkstück 8 in einem schematischen Querschnitt.
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Die Werkstückpalette 7 ist im Wesentlichen topfförmig aufgebaut und verfügt über einen lichtdichten Boden 24 und eine lichtdichte, umlaufende Seitenabdeckung 25. Mittig ist als Werkstückhalterung eine federbeaufschlagte Spannvorrichtung 26 für das Werkstück 8 vorgesehen.
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Mit den 3a und 3b wird am Beispiel einer Laserbearbeitungsstation 9d die selbstzentrierende Wirkung einer Handhabungseinrichtung 17 erläutert.
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In 3a ist ein Rundtisch 4 gerade mit einer Werkstückposition 5 in die Laserbearbeitungsstation 9d eingeschwenkt. Allerdings ist der Rundtisch 4 nicht exakt positioniert, sondern etwas zu weit nach rechts gedreht, so dass die Palettenaufnahme 6 – und damit auch die Werkstückpalette 7 und das Werkstück 8 – nicht mittig über der Handhabungseinrichtung 17 bzw. nicht mittig unter der Schweißeinrichtung 18 sind. Hingegen sind die (nicht mitschwenkende) Handhabungseinrichtung 17 und die (nicht mitschwenkende) Schweißeinrichtung 18 exakt koaxial ausgerichtet.
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In der gezeigten Ausführungsform ist die Werkstückpalette 7 an ihrer der Handhabungseinrichtung 17 zugewandten Unterseite mit Keilflächen 30 ausgestattet, und die Handhabungseinrichtung 17 ist oben mit entsprechenden gegengleichen Keilflächen 31 ausgestattet.
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Wird nun die Handhabungseinrichtung 17 nach oben verfahren, so gleitet die Werkstückpalette 7, nachdem sie ausreichend weit angehoben ist, von selbst in Folge der Schwerkraftwirkung und der Führungswirkung der Keilflächen 30, 31 mittig in die Handhabungseinrichtung 17 hinein.
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3b zeigt die Laserschweißstation 9d mit der Werkstückpalette 7 bzw. dem Werkstück 8 in Bearbeitungsposition. Die nach oben ausgefahrene Handhabungseinrichtung 17 hat die Werkstückpalette 7 mittig in die Schweißeinrichtung 18 eingeschoben, so dass eine umlaufende Seitenabdeckung 25 der Werkstückpalette 7 teilweise in eine unterseitige Palettenaufnahmeöffnung 32 der Schweißeinrichtung 18 einfahren konnte. Die Handhabungseinrichtung 17 durchgreift dabei nicht-mittig die Palettenaufnahme 6.
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Durch einen Boden 24 und die Seitenabdeckung 25 der Werkstückpalette 7 sowie die Wände der Schweißstation 18, insbesondere deren Gehäuse 19, ist ein Laserbearbeitungsraum 33 vollständig lichtdicht für das Licht eines Lasers 34 abgedichtet. Typische Laser, die im Rahmen der Erfindung eingesetzt werden können, sind CO2-Laser oder Nd:YAG-Laser. Man beachte, dass der Laser 34 wie dargestellt im Laserbearbeitungsraum 33 angeordnet sein kann, oder das Laserlicht über geeignete Strahlführungsmittel wie Lichtwellenleiter oder Spiegel in den Laserbearbeitungsraum 33 eingeleitet werden kann.
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Der Laserstrahl wird auf einen zu verschweißenden Bereich des Werkstücks 8, etwa eine Kontaktlinie 35 zwischen einem Grundkörper des Werkstücks 8 und einem aufgepressten, weiteren Bauteil 8a gerichtet. Der Laserstrahl tastet die Kontaktlinie 35 ab, etwa indem das Werkstück 8 bzw. die Werkstückpalette 7 mittels der Handhabungseinrichtung 17 gedreht wird oder indem der Laser verschwenkt wird. Eine aus Kupfer gefertigte Schweißbrille, die hier in eine Schweißbrillenkassette 20 integriert ist, deckt hier die Stirnseite 8b des Werkstücks 8 bzw. des weiteren Bauteils 8a ab, um diese Stirnseite 8b vor Verschmutzungen bei der Laserbearbeitung zu schützen. Man beachte, dass die Schweißbrille alternativ auch die gesamte Oberseite des Werkstücks 8 (einschließlich weiterem Bauteil 8a) eng anliegend mit Ausnahme der Kontaktlinie (für die ein enger Spalt in der Schweißbrille ausgebildet ist) abdecken kann; die Schweißbrillenkassette 20a ist dann in etwa so hoch wie das Werkstück 8 (einschließlich weiterem Bauteil 8a) ausgebildet. Die Schweißbrillenkassette 20 ist in eine Kassettenhalterung 20a (mit beidseitig im Querschnitt C-förmigen Anlegekanten) horizontal eingeschoben. Die Schweißbrillenkassette 20 kann bei Verschmutzung der Schweißbrille oder bei Umrüstung auf einen anderen Werkstücktypus leicht gewechselt werden.
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Man beachte, dass mittels des selbstzentrierenden Ergreifens der Handhabungseinrichtung 17 auch ein horizontales Spiel der Werkstückpalette 7 in der Palettenhalterung 6 ausgeglichen werden kann.
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Die 4a und 4b illustrieren in schematischen Querschnittsdarstellungen eine Werkstückpalette 7 mit einer beispielhaften, federgespannten Spannvorrichtung 26.
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In 4a ist der Grundzustand der Spannvorrichtung 26 dargestellt, in welchem die Spannvorrichtung 26 mit Spannbacken 40 ein Werkstück 8 eingespannt hält. Die Spannbacken 40 werden mittels Druckfedern 41 auf das Werkstück 8 zu (radial nach innen) gedrückt.
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An den Spannbacken 40 sind Keilflächen 42 ausgebildet, mittels derer die Spannbacken 40 zurückgezogen werden können.
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Dazu wird ein Dorn 43 von unten in die Werkstückpalette 7 eingeschoben und an einen Betätigungsstempel 44 gedrückt, vgl. 4b. Der Betätigungsstempel 44, der im Grundzustand durch Druckfedern 45 in eine untere Position vorgespannt ist, wird durch den Dorn 43 nach oben geschoben. Dadurch greifen am Betätigungsstempel 44 ausgebildete Keilflächen 46 an den Keilflächen 42 der Spannbacken 40 an und zwingen diese gegen die Kraft der Druckfedern 41 radial nach außen. Dadurch wird das Werkstück 8 freigegeben.
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Man beachte, dass die Werkstückpalette 7 bei Benutzung des Dorns 43 in der Regel in geeigneter Weise gegen ein Anheben gesichert werden muss (nicht näher dargestellt).
