DE10111378C1 - Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern - Google Patents

Abstract

Bestehende Transportsysteme für Werkstückträger bieten jedes für sich Vorteile bei einzelnen Aufgaben. Für große Werkstücke und Werkstückträgergewichte von ca. 10 kg besteht aber kein System, welches die Geschwindigkeit festvertakteter Transportsysteme mit der Flexibilität freilaufender Werkstückträger verbindet. Die neue Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern soll diese Lücke schließen, indem entsprechende Werkstückträger (4, 4', 4'') schlupffrei mit Riementrieben (9, 9'') verbunden werden und die Flexibilität durch aktive Kupplungselemente (8, 8') sowie parallele, unabhängig voneinander angetriebene Vorschubeinheiten (2, 2'') erlangen. DOLLAR A In Schnittbereichen (11) werden die Werkstückträger (4, 4', 4'') im Stillstand von einem zum anderen Riementrieb (9, 9'') umgekuppelt, wobei die Schnittbereiche (11) mit einer unterschiedlichen Zahl von Anhaltepositionen (10, 10') für Werkstückträger (4, 4', 4'') zur Bildung bzw. Auflösung von Werkstückträgergruppen (28) gestaltet werden können. Durch das definierte An- und Abkuppeln der Werkstückträger (4, 4', 4'') mittels Kupplungselementen (8, 8') an den Werkstückträgern (4, 4', 4'') und Betätigungselementen (22) an den Anhaltepositionen (10, 10') können mit den unabhängigen Vorschubeinheiten (2, 2'') unterschiedliche Zahlen von Werkstückträgern (4, 4', 4'') über unterschiedliche Wege transportiert werden. Gleichzeitig können die einzelnen Vorschubeinheiten (2, 2'') in größeren Montageanlagen mit mehreren Segmenten (1, 1'') ...

Description

Die Erfindung betrifft ein Transfersystem mit Werkstückträgern, das die im Oberbegriff des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale aufweist.

Solche Systeme sind als Vorrichtungen in verschiedenen Ausführungen im Stand der Technik zu finden. Sie werden hauptsächlich in der Montagetechnik als Transporteinrichtungen zwischen einzelnen Bearbeitungsstationen eingesetzt.

Die Systeme teilen sich im wesentlichen in solche mit freilaufenden Werkstückträgern, welche durch Kraftschluß auf einem Antriebsmittel stehend bewegt werden und solche mit festvertakteten Werkstückträgern, welche mit dem Antriebsmittel durch Form- oder Kraftschluß schlupffrei gekuppelt werden.

Die Erfindung betrifft die zweite Gruppe von Systemen, mit welchen kurze Wechselzeiten von Anhalteposition zu Anhalteposition erreicht werden können.

Die Anmeldung DE 40 06 312 (vergl. US-Patent US 50 62 368) beschreibt ein solches System mit einem seitlichem Zahnriementrieb als Antriebsmittel für Werkstückträger, welche auf horizontalen Führungsbahnen laufen. Die Ankopplung der Werkstückträger an den Zahnriementrieb erfolgt über ein Zahnstangenelement am Werkstückträger.

Die Länge eines Zahnriementriebes ist dabei durch den ausgewählten Zahnriemen und das Lastmoment der eingekuppelten Werkstückträger begrenzt.

Muß ein Transfersystem aufgrund der Anzahl an Bearbeitungspositionen aus mehreren Zahnriementrieben aufgebaut werden, erfolgt der Übergang der Werkstückträger von Zahnriementrieb zu Zahnriementrieb im Schnittbereich zweier Vorschubeinheiten direkt. Dabei muß das Zahnstangenelement die Lücke zwischen den Umlenkungen der Zahnriementriebe in der Bewegung überbrücken.

Alle Zahnriementriebe müssen deswegen synchron, mit gleicher Geschwindigkeit und gleichem Abstand der Anhaltepositionen arbeiten, um einen reibungslosen Übergang der Werkstückträger von Zahnriementrieb zu Zahnriementrieb zu gewährleisten.

Diese Lösung weist bei direktem Antrieb der Zahnriementriebe über Getriebemotore und Anlagen mit einer großen Zahl an Bearbeitungspositionen und somit großer bewegter Masse einen sehr hohen Anlaufstrom auf, da alle Motore gleichzeitig eingeschaltet werden müssen. Die Synchronisation der Motore, auch unter dem Begriff elektrische Welle bekannt, erfordert zusätzlich hohen Schaltungsaufwand.

Die starre Kupplung der Zahnriementriebe und Werkstückträger läßt außerdem gegenüber den Transfersystemen mit freilaufenden Werkstückträgern keine flexible Zusammenstellung von Werkstückträgergruppen zu. Die Gruppenbildung wird zum Beispiel genutzt, wenn Bearbeitungsvorgänge mit unterschiedlichen Zykluszeiten innerhalb eines Transfersystemes ausgeführt werden müssen. Längere Vorgänge werden dann an einer Gruppe aus mehreren Werkstückträgern parallel ausgeführt, während andere kurze Bearbeitungen aber an jedem Werkstückträger einzeln erfolgen.

DE 198 10 224 C1 zeigt eine Anordnung zur Lösung dieses Problems auf, in dem freilaufende Werkstückträger zu Gruppen gestaut und dann über einen Zahnriementrieb gemeinsam vorgezogen werden können. Die Werkstückträger sind für ein kombiniertes System ausgelegt und weisen auf der Unterseite ein Kupplungselement für einen Zahnriemen auf. Zur Ankupplung wird ein Teil des mehrteiligen, gekoppelten Zahnriementriebes vertikal verschoben und am Werkstückträger zum Eingriff gebracht. Die komplexe Verstellmechanik muß die Kräfte aus dem Zahnriementrieb aufnehmen und für eine ausreichende Riemenvorspannung sorgen.

In der Praxis wurde dies System vom Anmelder bisher mit kleinen, leichten Werkstückträgern vorgeführt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern mit kurzen Wechselzeiten für die Werkstückträger anzugeben, welche für größere Werkstücke und Werkstückträgergewichte mit ca. 10 kg geeignet ist, einen asynchronen Vorschub der Werkstückträger in unterschiedlichen Segmenten beinhaltet sowie die Bildung von Werkstückträgergruppen mit einfachen Mitteln ermöglicht und damit die Vorteile der Transfersysteme mit freilaufenden Werkstückträgern auf solche mit insbesonders formschlüssig gekuppelten Werkstückträgern überträgt.

Das in Patentanspruch 1 angegebene Transfersystem erfüllt diese Anforderungen durch eine parallele Anordnung der Antriebseinrichtungen in den Schnittbereichen zweier Vorschubeinheiten. Der Schnittbereich umfaßt mindestens eine Anhalteposition für die Werkstückträger, kann sich aber auch über ein vielfaches eines Vorschubweges und somit mehrere Anhaltepositionen erstrecken.

Der erfindungsgemäßen Anordnung der Vorrichtung liegt die Lehre zugrunde, eine Synchronisation der einzelnen Vorschubeinheiten im Stillstand zu erlangen und so zeitgleich zu den Arbeitszyklen die Werkstückträger von einem Riementrieb zum anderen umzukuppeln. Als Antriebsmittel wird vorzugsweise ein Zahnriemen verwendet, der eine formschlüssige Verbindung zwischen Werkstückträger und Riementrieb erlaubt. Als Alternative sind auch kraftschlüssige Verbindung an Reibriemen denkbar.

Der Antrieb der Vorschubeinheiten kann somit unabhängig erfolgen, so daß diese mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten oder Vorschubwegen betrieben werden können. Durch eine Zuordnung von einem Kupplungselement an den Werkstückträgern zu den einzelnen Riementrieben im Schnittbereich werden die Werkstückträger mit Hilfe eines Betätigungselementes definiert eingekuppelt.

Im Zusammenspiel der Vorschubeinheiten mit den Werkstückträgern kann so in einem sich über mehrere Segmente hinweg erstreckenden Transfersystem eine raupenförmige Bewegung lose aneinandergereihter Werkstückträger verwirklicht werden. Bei einer geschlossenen Reihe werden zuerst die Werkstückträger von der letzten Vorschubeinheit vorgezogen. Sind diese Werkstückträger in Bewegung wird die vorletzte Vorschubeinheit gestartet, dann die drittletzte usw. bis auch der Werkstückträger an der ersten Bearbeitungsposition vorgetaktet ist. Durch den versetzten Anlauf der Antriebe wird die Belastung der Energieversorgung verringert.

Ebenso kann der Energieverbrauch unter Verwendung von Servomotoren zum Antrieb der Vorschubeinheiten durch entsprechende Auslegung des Geschwindigkeitsprofiles unter Berücksichtigung der Bearbeitungs- und angestrebten Gesamtzykluszeiten positiv beeinflußt werden.

Erstreckt sich ein Schnittbereich zwischen zwei Vorschubeinheiten über mehrere Anhaltepositionen, so wird jeder Anhalteposition mindestens ein Betätigungselement zugeordnet. Die Werkstückträger können so einzeln oder zeitgleich von einer Vorschubeinheit auf die nachfolgende umgekuppelt werden. Werden mehrere Werkstückträger zeitgleich in der nachfolgenden Vorschubeinheit eingekuppelt, können sie auch als Gruppe mit einem Vorschubweg größer oder gleich der Länge des Schnittbereiches vorgetaktet werden. Für eine Zweiergruppe steht dann nahezu die doppelte Taktzeit bei paralleler Bearbeitung der Werkstückträger einer Gruppe zur Verfügung. Die Gruppe kann ebenso wie sie gebildet worden ist wieder aufgelöst werden.

Setzt man die Lehre in einem kompletten Transfersystem gemäß Patentanspruch 3 um und führt mindestens zwei Vorschubeinheiten auf der ganzen Strecke parallel, so entsteht ein System mit flexiblen Transportzeiten und Wegen, in dem trotz der festen Verkettung nicht benötigte Arbeitspositionen abgeschaltet und durchfahren werden können.

Die Fig. 1 und 2 zeigen einen Ausschnitt aus einer beispielhaften Ausführung der Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern. Fig. 3 zeigt eine Variante der beispielhaften Ausführung eines Schnittbereiches, welcher sich aber über zwei Anhaltepositionen erstreckt.

Fig. 1 und 3 zeigen dabei in räumlicher Darstellung einen Schnittbereich zweier Vorschubeinheiten, welcher alle wesentlichen Merkmale der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2 aufweist. Fig. 2 zeigt den Schnittbereich in einen Querschnitt und verdeutlicht eine beispielhafte Anordnung der einzelnen Merkmale sowie deren Zusammenwirken.

Das Transfersystem dient dem Transport von Werkstückträgern 4, welche zum Beispiel für die Montage und Kontrolle von Baugruppen für Automobile in automatischen Fertigungsanlagen genutzt werden. Transfersysteme bestehen zumeist aus verschiedenen Segmenten 1, von denen zwei teilweise in Fig. 1 abgebildet sind. Jedes Segment 1 weist eine zugehörige Vorschubeinheit 2 auf, die aus einem Riementrieb 9 und einer Kombination aus Motor 16, Getriebe 17 sowie Kupplung 18 besteht. Jeder Riementrieb 9 setzt sich aus dem Zahnriemen 21 als Kraftübertragungselement zu den Werkstückträgern 4, der Riemenführung 14 sowie der Antriebsriemenscheibe 12 und Umlenkriemenscheibe 13 zusammen, wobei die Umlenkriemenscheibe 13 an einer Spannvorrichtung 15 montiert ist. Kupplung 18, Getriebe 17 und Motor 16 sind direkt mit der Riemenführung 14 verbunden. Kupplung 18, Getriebe 17 und Motor 16 ragen durch eine Ausnehmung in der Tischplatte 19 nach unten. Die komplette Baugruppe liegt mit Stützen 20 auf der Tischplatte 19 auf und kann mit einfachen Mitteln gelöst und von der Tischplatte 19 heruntergezogen werden, um Wartungsarbeiten oder einen Tausch des Zahnriemens 21 vorzunehmen.

Die Riementriebe 9 und 9' sind parallel zur Transportachse angeordnet, liegen jedoch räumlich getrennt, hier beispielsweise in zwei Ebenen.

Das besondere Kennzeichen der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist der Schnittbereich 11 zweier Segmente 1 und 1'. Im Schnittbereich 11 mit, hier beispielhaft dargestellt, einer Anhalteposition 10, verlaufen die Riementriebe 9 und 9' übereinander. Eine alternative Lösung kann aber auch die gegenüberliegede Anordnung im Schnittbereich 11 darstellen. Zwischen den Riementrieben 9 und 9' besteht im Schnittbereich 11 keine Verbindung. Die Riementriebe 9 und 9' können daher unabhängig voneinander angetrieben werden.

Parallel zur Transportachse verlaufen die Führungen 3 für Werkstückträger 4 über die gesamte Vorrichtung. Hier können, wie beispielsweise gezeigt, geschliffenen Stahlwellen, Führungsschienen oder Flachführungsbahnen verwendet werden.

Im Vordergrund ist ein beispielhafter Werkstückträger 4 der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf den Führungen 3 abgebildet. Er ist über Führungsbuchsen 5 mit den Führungen 3 verbunden. Unterhalb der Aufnahmeplatte 6, auf welche eine werkstückspezifische Aufnahme (ohne Abbildung) aufgesetzt werden kann, weist der Werkstückträger 4 an der, den Vorschubeinheiten 2 und 2' zugewandten Seite eine Kupplungsaufnahme 7 mit Kupplungselementen 8 und 8' auf. Die Kupplungselemente weisen auf der Außenseite das negative Profil der Zahnriemen 21 und 21' auf. Durch das Zusammenwirken von den Kupplungselementen 8 und 8' und den Riementrieben 9 und 9' erfolgt beispielsweise der formschlüssige Vortrieb der Werkstückträger 4. Das untere Kupplungselement 8 befindet sich auf der Abbildung im Eingriff in den Riementrieb 9 des vorderen Segmentes 1.

Der Werkstückträger 4 wird in Richtung des oberen Bildrandes vertaktet. Im nächsten Takt der Vorschubeinheit 2 wird der Werkstückträger 4 in die Anhalteposition 10 innerhalb des Schnittbereiches 11 vorgezogen.

Der Schnittbereich 11 weist ein in der Tischplatte 19 zwischen der Führung 3 und den Riementrieben 9 und 9' montiertes Betätigungselement 22 für die Kupplungselemente 8 und 8' des Werkstückträgers 4 auf. Der Werkstückträger 4 gleitet bei dem Takt in die Anhalteposition 10 auf dieses Betätigungselement 22 auf.

Die Fig. 2 als Schnittzeichnung verdeutlich eine Möglichkeit des Zusammenwirkens von Betätigungselement 22, Kupplungselementen 8 und 8' sowie den Zahnriemen 21 und 21'. Das Betätigungselement 22 greift am Werkstückträger 4 in das geschlitzte Wellenende 23 der Betätigungswelle 24 für die Kupplungselemente 8 und 8'. Der Schlitz des Wellendes 23 sowie der korrospondierende Teil des Betätigungselementes 22 sind im Ruhezustand parallel zur Transportachse orientiert. Die Drehachsen der Betätigungswelle 24 am Werkstückträger 4 und des Betätigungselementes 22 werden in der Anhalteposition 10 zur Deckung gebracht. Die Betätigung der Kupplungselemente 8 und 8' erfolgt in diesem Beispiel durch eine 180° Drehung der Betätigungswelle 24, welche mit zwei übereinanderliegenden, um 180° versetzten Exzenterabschnitten gearbeitet ist. Jedes der Kupplungselemente 8 und 8' wird in der Kupplungsaufnahme 7 von einem Exzenterabschnitt geführt. Das Exzentermaß entspricht dem Abstand zwischen dem Kupplungselement 8 in der hinteren Endlage und dem Zahnriemen 21. Die identischen Kupplungselemente 8 und 8' weisen das negative Profil der Zahnriemen 21 und 21' auf, wobei jeweils ein Zahn eines Kupplungselementes 8 oder 8' gemeinsam mit einer Zahnlücke am Zahnriemen 21 oder 21' auf der Bewegungsachse der Kupplungselemente 8 oder 8' liegt. Schwenkt das Betätigungselement 22, hier beispielsweise angetrieben von einem pneumatischen Drehmodul 25, die Betätigungswelle 24, werden die Kupplungselemente 8 und 8' zwangsweise von den Exzenterabschnitten bewegt. Diese vorzugsweise Anordnung stellt sicher, daß sich in jeder Ruhestellung der Betätigungswelle 24 eines der Kupplungselemente 8 oder 8' nach einer Drehung des Betätigungselementes 22 in einem der zugeordneten Zahnriemen 21 oder 21' im Eingriff befindet.

In Fig. 2 ist gegenüber Fig. 1 das obere Kupplungselement 8' im Eingriff, so daß das Betätigungselement 22 nach dem Eintakten des Werkstückträgers 4 in die Anhaltepositon 10 bereits mittels des pneumatischen Drehmodules 25 um 180° gedreht worden ist. Der Werkstückträger 4 steht nun im oberen Zahnriemen 21' im Eingriff, um weitergetaktet zu werden.

Dieser Umschaltvorgang kann parallel zu einer Bearbeitung eines Werkstückes (nicht abgebildet) auf dem Werkstückträger 4 erfolgen.

Desweiteren zeigt die Fig. 2 eine beispielhafte Lösung zur Rückführung der Werkstückträger auf, welche zunächst nur linear in Transportrichtung bewegt werden. Im Grundgestell 26 des Segmentes 1 ist ein Doppelgurt-Förderband 27 dargestellt, auf welchem der Werkstückträger 4 um 180° gedreht auf der Aufnahmeplatte 6 aufliegend entgegen der Transportrichtung zurückgefördert wird. Eine entsprechende Umsetzvorrichtung muß bei einem linearen Aufbau an jedem Ende des Transfersystems vorgesehen werden.

Eine zweite beispielhafte Ausführung einer Schnittstelle 11 ist in Fig. 3 abgebildet. Diese Ausführung mit zwei Anhaltepositionen 10' und 10" im Schnittbereich 11 läßt die Bildung von Werkstückträgergruppen 28 aus zwei Werkstückträgern 4' und 4" zu.

Die vordere Vorschubeinheit 2 bewegt den Werkstückträger 4 bei dieser Anordnung beispielsweise um jeweils den Abstand zwischen zwei Anhaltepositionen 10' und 10" vor, während die hintere Vorschubeinheit 2" die Werkstückträger 4' und 4" als Werkstückträgergruppe 28 um den doppelten Weg pro Takt vorzieht.

Die zwei Anhaltepositionen 10' und 10" innerhalb des Schnittbereiches 11 weisen beide ein Betätigungselement 22 für die Kupplungselemente 8 und 8' auf. Für die Bildung einer Werkstückträgergruppe 28 besteht beispielsweise folgender Ablauf.

Der Werkstückträger 4 wird aus der abgebildeten Stellung zunächst in die letzte Anhalteposition 10" des vorderen Segmentes 1, welche in der Fig. 3 ohne Werkstückträger 4 ist, vorgetaktet. Parallel dazu folgt ein weiterer, noch außerhalb der Darstellung in Fig. 3 befindlicher Werkstückträger 4''' in die in der Fig. 3 mit dem Werkstückträger 4 belegte Anhalteposition 10'. Diese beiden sich jetzt in dem Schnittbereich 11 befindlichen Werkstückträger 4 und 4''' werden nun gleichzeitig, wie zuvor bereits dargestellt, von dem Zahnriemen 21 des vorderen Riementriebes 9 ab- und in den Zahnriemen 21" des hinteren Riementriebes 9" eingekuppelt.

Dieser Riementrieb 9" taktet die Werkstückträger nachfolgend gemeinsam um den doppelten Weg in diejenigen in der Fig. 3 mit Werkstückträgern 4' und 4" belegten Anhaltepositionen 10''' und 10"" vor. Die jetzt leeren Anhaltepositionen 10' und 10" werden nachfolgend in zwei Einzeltakten wieder belegt. In einer vertakteten Montageanlage kann somit beispielsweise an den Anhaltepositionen 10''' und 10"" eine Bearbeitung für die Zeit von zwei Einzeltakten erfolgen. Um jeden Werkstückträger 4 bearbeiten zu können, muß die Bearbeitungseinrichtung aber zweimal vorhandensein. In der industriellen Praxis muß dieses Prinzip der Gruppenbildung in automatischen Anlagen oft im Bereich der Prüftechnik verfolgt werden, da beispielweise für Dichtigkeitsprüfungen Druck-Haltezeiten über mehrere Maschinentakte hinweg gefordert werden.

Bezugszeichenliste

1

Segment

2

Vorschubeinheit

3

Führungen

4

Werkstückträger

5

Führungsbuchsen

6

Aufnahmeplatte

7

Kupplungsaufnahme

8

Kupplungselement

9

Riementrieb

10

Anhalteposition

11

Schnittbereich

12

Antriebsriemenscheibe

13

Umlenkriemenscheibe

14

Riemenführung

15

Spannvorrichtung

16

Motor

17

Getriebe

18

Kupplung

19

Tischplatte

20

Stütze

21

Zahnriemen

22

Betätigungselement

23

Wellenende

24

Betätigungswelle

25

Drehmodul

26

Grundgestell

27

Förderband

28

Werkstückträgergruppe

Claims (4)

1. Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern (4, 4', 4"), bestehend aus Segmenten (1, 1', 1") mit jeweils mindestens einem Riementrieb (9, 9', 9") als Vorschubeinheit (2, 2', 2") sowie Führungen (3) für die Werkstückträger (4, 4', 4"), dadurch gekennzeichnet, daß
ein Schnittbereich (11) zweier Segmente (1, 1', 1") besteht, welcher mindestens eine Anhalteposition (10, 10', 10", 10''', 10"") für Werkstückträger (4, 4', 4") umfaßt und in welchem mindestens zwei unabhängig voneinander angetriebene Riementriebe (9, 9', 9") in Förderrichtung verlaufen.
die Werkstückträger (4, 4', 4") mindestens zwei, einzeln einem Riementrieb (9, 9', 9") zugeordnete Kupplungselemente (8, 8') aufweisen, von welchen jeweils eines mit einem der Riementriebe (9, 9', 9") gekuppelt ist.

2. Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern (4, 4', 4") nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schnittbereich (11) zweier Segmente (1, 1', 1") mindestens ein, einer Anhalteposition (10, 10', 10", 10''', 10"") zugeordnetes Betätigungselement (22) aufweist, mit welchem ein oder mehrere Kupplungselemente (8, 8') der Werkstückträger (4, 4', 4") angetrieben und an den zugeordneten Riementrieb (9, 9', 9") an- oder abgekuppelt werden.

3. Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern (4, 4', 4"), bestehend aus einem oder mehreren Segmenten (1, 1', 1") mit Vorschubeinheiten (2, 2', 2") sowie Führungen (3) für die Werkstückträger (4, 4', 4"), dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens zwei, unabhängig voneinander angetriebene Riementriebe (9, 9', 9") in Förderrichtung verlaufen.
die Werkstückträger (4, 4', 4") mindestens zwei, einzeln einem Riementrieb (9, 9', 9") zugeordnete Kupplungselemente (8, 8') aufweisen, von welchen jeweils eines mit einem der Riementriebe (9, 9', 9") gekuppelt ist.

4. Vorrichtung zum Transport von Werkstückträgern (4, 4', 4") nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung im Bereich mindestens einer Anhalteposition (10, 10', 10", 10''', 10"") mindestens ein zugeordnetes Betätigungselement (22) aufweist, mit welchem ein oder mehrere Kupplungselemente (8, 8') der Werkstückträger (4, 4', 4") angetrieben und an den zugeordneten Riementrieb (9, 9', 9") an- oder abgekuppelt werden.