DE102006018674A1

DE102006018674A1 - Verfahren und Anordnung zum Transport und zur Positionierung von Werkstückträgern

Info

Publication number: DE102006018674A1
Application number: DE102006018674A
Authority: DE
Inventors: Bernd Gebhardt; Michael Schuchardt; Hans-Werner Mohn
Original assignee: RUHLAMAT AUTOMATISIERUNGSTECHN; RUHLAMAT AUTOMATISIERUNGSTECHNIK GmbH
Current assignee: Ruhlamat GmbH
Priority date: 2006-04-11
Filing date: 2006-04-21
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2026-04-22
Also published as: DE102006018674B4

Abstract

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung anzugeben, mit der der Werkstückträgertransport trotz großer Flexibilität der Anlage mit geringen Verlustzeiten und hoher Positioniergenauigkeit erfolgen kann. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren, bei dem die Werkstückträger mit einer Zahnriementransporteinrichtung transportiert werden und an den jeweiligen Bearbeitungsstationen etwas aus der Verzahnung herausgehoben werden, so dass ihre Lage gegenüber dem Zahnriemen korrigiert werden kann und eine Lagefixierung der Werkstückträger in drei Koordinatenrichtungen erfolgt und durch eine Vorrichtung, bei der die Werkstückträger eine Platte enthalten, welche - an ihrer Unterseite mit einer Verzahnung versehen ist, die mittels einer selbstsperrenden Verzahnung mit dem Zahnriemen der Transporteinrichtung koppelbar ist, - an den Seiten Leisten aufweist, die beim Auffahren auf einen gestellfesten Führungselement die Höhenposition des Werkstückträgers definieren - und an den Seitenflächen Anschlagelemente zur Sicherung einer Drei-Punktanlage der seitlichen Stirnflächen des Werkstückträgers enthält.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Transport und zur Positionierung von Werkstückträgern in technischen Anlagen, insbesondere in automatischen Bearbeitungsanlagen.
In Automationsanlagen werden in der Regel Werkstücke auf einem Träger durch die Anlage zu verschiedenen Bearbeitungsstationen, z. B. Montage- oder Prüfstationen, transportiert. Der Werkstückträger soll das Werkstück sicher tragen, also von einer zur nächsten Bearbeitungsstation transportieren, Bearbeitungskräfte aufnehmen und die Genauigkeit für die Bearbeitung in einer Bearbeitungsstation gewährleisten. Da während des Transports am Werkstück keine Arbeiten ausgeführt werden, entstehen Pausenzeiten, in denen die Arbeit der Stationen ruht. Diese Zeiten stellen Verlustzeiten dar, die minimiert werden sollen.
Im Stand der Technik sind Transportsysteme für Werkstückträger bekannt, die den so genannten Friktionstransport nutzen, d. h. die Mitnahme erfolgt durch Reibkräfte. Die Positionierung erfolgt in der Regel durch Abheben vom Transportband und Lagefixierung mittels gestellfester Bauteile, die mit dem Werkstückträger gekoppelt werden. Da der Reibkoeffizient zwischen Werkstückträger und Transportelement begrenzt ist sind der Beschleunigung des Werkstückträgers Grenzen gesetzt. Diese Systeme besitzen zwar den Vorteil, dass der Werkstückträger frei beweglich ist, es sind aber zusätzliche Einrichtungen zur Begrenzung der Freiheitsgrade und schließ lich zur exakten Positionierung des Werkstückträgers zur Bearbeitung notwendig. Nachteilig ist ferner, dass der Werkstückträger gegen die Schwerkraft ausgehoben werden muss und der Raum unterhalb des Werkstückträgers nicht für Bearbeitungsstationen genutzt werden kann. Außerdem ist die Transportgeschwindigkeit durch den Reibkoeffizient begrenzt.
Es sind auch Transportsysteme für Werkstückträger bekannt, die einen Zwangstransport verwenden, indem der Werkstückträger formschlüssig mit einem Transportband verbunden ist. Der Werkstückträger ist dabei fest in einem Führungselement eingespannt und wird über einen Mitnehmer von einem Antriebsorgan mitgenommen. Nachteilig bei diesen Anordnungen ist, dass mit diesen Systemen der Werkstückträger nur Bewegungen mit einem Freiheitsgrad ausführen kann oder aufwendige konstruktive Maßnahmen erforderlich sind, um den Werkstückträger in eine für die jeweilige Bearbeitung erforderliche Lage zu bringen. Außerdem sind die hierfür erforderlichen Führungselemente meist unterhalb des Werkstückträgers angebracht und behindern deshalb die Bearbeitung des Werkstückes von unten bzw. ein Loslösen des Werkstückträgers von den Führungselementen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der der Werkstückträgertransport trotz großer Flexibilität der Anlage mit geringen Verlustzeiten und hoher Positioniergenauigkeit erfolgen kann.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren, welches die in die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist, und mit einer Vorrichtung, welche die in die im Anspruch 3 angegebenen Merkmale aufweist, gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Lösung werden die Werkstückträger mit einer Zahnriementransporteinrichtung transportiert und an den jeweiligen Bearbeitungsstationen etwas aus der Verzahnung herausgehoben, so dass ihre Lage gegenüber dem Zahnriemen Position korrigiert werden kann und eine Lagefixierung der Werkstückträger in drei Koordinatenrichtungen erfolgt.
Damit können auch bei Anwendung des Zwangstransports, der eine genaue Lagepositionierung und hohe Geschwindigkeiten ermöglicht, weitestgehende Bewegungsfreiheiten des Werkstückträgers gewährleistet werden. Für den Zwangstransport wird die Wirkpaarung einer ineinander greifenden Verzahnung genutzt. Dabei wird eine Geradverzahnung mit einem Flankenwinkel verwendet, der eine selbstsperrende Kopplung gewährleistet, es den Wirkpartnern demzufolge nicht erlaubt, sich trotz größter Beschleunigung voneinander zu lösen. Die Verzahnung ist auf einer Platte aufgebracht und ermöglicht dem Werkstückträger Bewegungen mit zwei Freiheitsgraden. Damit sind Bewegungen quer zur Transportrichtung und Abhebebewegungen möglich.
Um die mit diesem Transportmittel erreichte Positionsgenauigkeit noch zu erhöhen, wird der Werkstückträger in den Bearbeitungsstationen etwas aus seiner Verzahnung herausgehoben. Der Werkstückträger ist dann mit der dem Zahnriemen innewohnenden Genauigkeit positioniert, ist in Transportrichtung frei von der Verzahnung und kann zur Bearbeitung in seiner Position zusätzlich korrigiert werden.
An den Seiten angebrachte Leisten dienen der Indexierung, also Positionierung zur Bearbeitung. Das Auffahren auf einen Amboss erzeugt die richtige Z-Position, eine Drei-Punktanlage der seitlichen Stirnflächen des Werkstückträgers sorgt für die korrekte x-y-Lage. Die Korrekturbewegung kann durch einen präzise geführten, in ein Prisma einfahrenden Bolzen erzielt werden.
Die Erfindung zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus. Hierzu zählen insbesondere:

1. Durch die formschlüssige Paarung von Transportmittel und Werkstückträger mittels ineinander greifender Verzahnung erfolgt eine schlupffreie Bewegung, bei der die Position der Werkstückträger schnell und mit hoher Genauigkeit erreicht wird. Die Position des Werkzeugträgers ist jederzeit exakt be stimmbar. Der Transport erfolgt ohne Abrieb, so dass die Anordnung reinraumtauglich ist.
2. Der Formschluss besteht nur in Transportrichtung, der Werkstückträger ist deshalb in zwei Koordinatenrichtungen frei beweglich und kann vom Transportelement gelöst werden. Dadurch wirken sich Toleranzen und Ungenauigkeiten der Transportsysteme nicht auf die Positioniergenauigkeit aus.
3. Da nur einfache Bauelemente und standardisierte, kostengünstige Kraftübertragungselemente wie Zahnriemen, Zahnstangen und dergleichen zum Aufbau der Anordnung erforderlich sind, kann die Anordnung kostengünstig hergestellt werden.
4. Durch Beschichtung des Transportelementes mit Kunststoffgewebe wird ein spielfreies und geräuscharmes Aufsetzen des Werkstückträgers ermöglicht.
5. Die Gestaltung des Werkstückträgers kann so erfolgen, dass eine Bearbeitung des Werkstücks von unten möglich ist.
6. Die Bearbeitungsstationen können in beliebiger Weise angeordnet werden, es sind sowohl Anordnungen entlang einer geraden sowie entlang einer gekrümmten Bahn oder in räumlichen Anordnungen die sich über mehrere Ebenen erstrecken, möglich.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert.
In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Transportsystems mit Werkstückträgern,
2 eine Anordnung mit Lagefixierung an der Unterseite des Werkstückträgers,
3 eine Anordnung mit Zwangstransport,
4 eine Anordnung, bei der ein Werkstückträger mittels Zahnriemen transportiert wird,
5 die Position bei angehobenem Werkstückträger,
6 eine perspektivische Darstellung eines Werkstückträgers,
7 die Lagefixierung eines Werkstückträgern mittels Dreipunktanlage,
8 die Höhenfixierung eines Werkstückträgers,
9 die Anordnung von Kraftübertragungselementen am Werkstückträger,
10 eine Anordnung mit einseitiger Reibmitnahme,
11 eine schematische Darstellung einer räumlichen Transportanordnung
und
12 eine Transportanordnung in Rundtaktausführung.
In 1 ist der Transport von Werkstückträgern WT zu einzelnen Bearbeitungsstationen, wie Montagestationen, Prüfstationen o.ä., die in räumlichen Abstand zueinander stehen, dargestellt.
2 erläutert das Prinzip eines Werkstückträger-Transportsystems mittels Friktionstransport. Der Werkstückträger liegt hierbei auf einem Förderband auf, mit dem er transportiert wird. Der Werkzeugträger WT ist frei beweglich und erfordert zusätzliche Einrichtungen zur Begrenzung der Freiheitsgrade und zur exakten Positionierung in den Bearbeitungsstationen. Diese Positionierung erfolgt hier durch Abheben vom Band und Fixierung mittels Positionierbolzen 1, die beweglich gegenüber dem Gestell angeordnet sind und in zwei entsprechende Positionierbohrungen 2 am Werkstückträger eingreifen.
Eine Anordnung mit Zwangstransport zeigt 3. Der Werkstückträger WT ist hier fest in einem Führungselement eingespannt und wird über einen Mitnehmer, z. B. einer Zahnriemennocke, von einem Antriebsorgan mitgenommen, das im dargestellten Fall an einer Schiene 4 geführt wird. Die Positionierung für die Bearbeitung erfolgt ebenfalls durch Einfahren von Positionierbolzen 1 oder bolzenähnlichen Gebilden in entsprechend gestaltete Positioniernuten 3 oder Bohrungen an der Seite oder an der Unterseite des Werkstückträgers WT. Vorteilhaft ist hierbei, dass eine höhere Geschwindigkeit erreicht werden und kein Schlupf auftritt. Durch das durchgängige Führungssystem kann eine recht genaue Bewegung des Werkstückträgers realisiert werden. Nachteilig ist aber, dass die Werkstückträger nicht ohne weiteres von diesem System gelöst werden können, um in eine bestimte Solllage oder -richtung gebracht zu werden. Die Gesamtgenauigkeit der Werkstückträgerposition wird durch die Führungsgenauigkeit bestimmt.
Mit der in 4 dargestellten Anordnung wird trotz Anwendung eines Zwangstransports eine gegenüber der vom Zahnriemen vorgegeben Lagegenauigkeit eine weitere Verbesserung der Positioniergenauigkeit ermöglicht. Die Zahnpaarung zwischen Zahnriemen 5 und Werkstückträger WT weist eine Geradverzahnung mit einem solchen Flankenwinkel auf, der es den Wirkpartnern nicht erlaubt, sich trotz größter Beschleunigung voneinander zu lösen. Die Verzahnung ist auf einer Platte aufgebracht und erlaubt Bewegungen mit zwei Freiheitsgraden in Richtung y und z. Damit sind Bewegungen quer zur Transportrichtung und ein Abheben möglich.
5 erläutert das Herausheben des Werkstückträgers WT aus der Verzahnung. Der Werkstückträger WT wird mit der Teilungsgenauigkeit des Zahnriemens 5 vorpositioniert. Um eine noch genauere Positionierung zu ermöglichen, wird die Platte an der Bearbeitungsstation etwas aus seiner Verzahnung herausgehoben. Der Werkstückträgers WT ist nun in Transportrichtung frei von der Verzahnung und kann in seiner Position um einen Weg Δx korrigiert werden.
In 6 ist eine Ausführungsform des Werkstückträger WT perspektivisch dargestellt. Er enthält eine Platte 6, an deren Unterseite eine Verzahnung angebracht ist, und eine Auflagefläche 7 für das Werkstück. In der Mitte des Werzeugträgers WT ist eine Freimachung 8 angebracht, so dass bei seitlich angeordneten Transportelementen eine Bearbeitung von unten möglich ist. Seitlich angeordnete Leisten 9 mit prismatischen Enden 9.1 erlauben ein Auffahren des Werkstückträgers WT auf einen Amboss 10, so dass bereits in der Transportphase die Genauigkeit der Höhenposiion, also in z-Richtung, erzeugt wird. Das Werkstück kann mit einer Klemmeinrichtung 11 am Werkstückträger WT gesichert werden.
Wie aus der in 7 gezeigten schematischen Darstellung ersichtlich ist, erfolgt die Lagefixierung des Werkstückträgers WT in der Transportebene, also in x- und y-Richtung mit Hilfe einer Dreipunktanlage. Hierzu liegt eine Schiene an zwei gestellfesten Siften 1 an und an der gegenüberliegenden Schiene greift ein präzise geführter Bolzen 12 in eine V-förmige Nut dieser Schiene ein.
8 erläutert Möglichkeiten der Anordnung des Ambosses 10, auf den die Leisten 9 des Werkstückträgers WT in den Bearbeitungsstationen auflaufen. Der Amboss 10 wird vorzugsweise seitlich separat auf beiden Seiten neben dem Transportsystem angebracht. Es ist aber auch möglich, den Amboss unterhalb der Laufbahn der Werkstückträger WT anzuordnen.
Ausführungsformen für die Anordnung der Kraftübertragungselemente sind in 9 angegeben. Als Kraftübertragungselemente werden vorzugsweise doppelseitige Zahnriemen 5 verwendet, die mittig oder seitlich in eine an der Unterseite des Werkstückträgers WT angeordnete Verzahnung eingreifen.
10 zeigt eine Ausführung, bei der auf einer Seite die Kraftübertragung mit einer formschlüssigen Paarung, beispielsweise einem Zahnriemen 5 und auf der anderen Seite eine kraftschlüssige Paarung durch Reibschluss erfolgt. Da bei großen Längen die Toleranzen und Ungenauigkeiten der Kraftübertragungselemente zunehmen, kann durch diese Anordnung die Wirkung von Zwangskräfte zwischen beiden Kraftübertragungselementen vermieden werden
In 11 sind verschiedene räumliche Transportanordnungen dargestellt. Grundsätzlich sind beliebige Anordnungen der Berabeitungsstationen möglich. Als Beispiele sind hier Anordnungen in Karrees, Parallelstrecken und reine Montagelinien gezeigt. Um räumliche Transportanordnungen zu erreichen können die Werkstückträger durch Abheben aus der Verzahnung auch Transportlinien bilden, die nach oben und unten verzweigen.
12 zeigt eine Rundtaktausführung, bei der die Werkstückträger von einem Band auf ein zweites übergeben werden.

1: Positionierbolzen
2: Positionierbohrung
3: Positioniernut
4: Schiene
5: Zahnriemen
6: Platte
7: Anlagefläche
8: Freimachung
9: Leiste
9.1: prismatisches Ende der Leiste
10: Amboss
11: Klemmeinrichtung
12: geführter Bolzen

Claims

Verfahren zum Transport und zur Positionierung von Werkstückträgern (WT) in technischen Anlagen bei dem die Werkstückträger (WT) mit einer Transporteinrichtung verschiedenen Bearbeitungsstationen zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträger (WT) mit einer Zahnriementransporteinrichtung (5) transportiert werden und an den jeweiligen Bearbeitungsstationen etwas aus der Verzahnung herausgehoben werden, so dass ihre Lage gegenüber dem Zahnriemen (5) korrigiert werden kann und eine Lagefixierung der Werkstückträger (WT) in drei Koordinatenrichtungen erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Positionierung der Werkstückträger (WT) in einer Koordinatenrichtung dadurch erfolgt, dass der Werkstückträger (WT) in eine gestellfeste Schiene (10) einfährt und die Lagefixierung in den beiden anderen Koordinatenrichtungen mittels einer Drei-Punktanlage zwischen Werkstückträger (WT) und gestellfesten Anschlagelementen erfolgt.
Anordnung zum Transport und zur Positionierung von Werkstückträgern (WT) in technischen Anlagen bei dem die Werkstückträger (WT) mit einer Zahnriemen-Transporteinrichtung (5) verschiedenen Bearbeitungsstationen zugeführt werden, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückträger (WT) eine Platte (6) enthalten, welche – an ihrer Unterseite mit einer Verzahnung versehen ist, die mittels einer selbstsperrenden Verzahnung mit dem Zahnriemen (5) der Transporteinrichtung koppelbar ist, – an den Seiten Leisten (9) aufweist, die beim Auffahren auf einen gestellfesten Führungselement (10) die Höhenposition des Werkstückträgers (WT) definieren – und an den Seitenflächen Anschlagelemente zur Sicherung einer Drei-Punktanlage der seitlichen Stirnflächen des Werkstückträgers (WT) enthält.
Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Transportzahnriemen (5) doppelseitig mit einer Verzahnung versehen ist.
Anordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Korrekturbewegung durch einen präzise geführten Bolzen (12) oder einen präzise geführten Hebel mit Bolzenende erzielt wird.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Leisten (9) zur Höhenpositionierung in den Bearbeitungsstationen an gestellfesten Führungselementen (10) flächenhaft anliegen und mit an ihrer Vorderseite mit einer Schräge (9.1) zum leichteren Auffahren auf die Führungsschienen versehen sind.
Anordnung nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Drei-Punktanlage der seitlichen Stirnflächen des Werkstückträgers (WT) durch eine Fläche an einer Seite und eine V-Nut auf der Gegenseite der Platte (6) gebildet wird, wobei die Fläche an zwei gestellfesten Stiften (1) anliegt und die V-Nut durch einen präzise geführten Bolzen (12) in Position gebracht wird.