DE102006020923A1

DE102006020923A1 - Fertigungsanlage für komplexe Bauteile insbesondere einer Kraftfahrzeugkarosserie

Info

Publication number: DE102006020923A1
Application number: DE200610020923
Authority: DE
Inventors: Josef Kipping; Thomas Klemm
Original assignee: ThyssenKrupp Drauz Nothelfer GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2006-05-05
Filing date: 2006-05-05
Publication date: 2007-11-22
Anticipated expiration: 2026-05-06
Also published as: DE102006020923B4; WO2007128664A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage zum Bearbeiten komplexer Bauteile, insbesondere einer Kraftfahrzeugkarosserie. Sie weist mehrere gleichartige Einheiten (T1, T2, T3, T4) einer Transport- und Positioniervorrichtung für das Bauteil und mehrere um diese Einheiten (T1, T2, T3, T4) herum angeordnete Bearbeitungsstationen (B1, B2, B3, B4, C1, C2, C3, C4, D1, D2, D3, D4, E1, E2, E3, E4) auf, denen das von einem Bauteilhalter (H1, H2, H3, H4) der Einheiten (T1, T92, T3, T4) der Transport- und Positioniervorrichtung gehaltene Bauteil in bearbeitungsgerechter Lage zuführbar ist. Um den Transport des Bauteils von einer Bearbeitungsstation (2) zu den anderen Bearbeitungsstationen (B1, B2, B3, B4, C1, C2, C3, C4, D1, D2, D3, D4, E1, E2, E3, E4) unter Beanspruchung einer möglichst kleinen Fläche zu bewerkstelligen, werden die Bauteilhalter (H1, H2, H3, H4) auf geschlossenen Umlaufbahnen mit mindestens zwei Scheitelpunkten an den Bearbeitungsstationen (B1, B2, B3, B4, C1, C2, C3, C4, D1, D2, D3, D4, E1, E2, E3, E4) und dazwischen liegenden Freiräumen bewegt, in denen die Bearbeitungsroboter (R1, R2, R3, R4, R5) platziert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage für komplexe Bauteile, insbesondere einer Kraftfahrzeugkarosserie, mit einer Transport- und Positioniervorrichtung für das Bauteil und daneben stationär angeordneten Bearbeitungsrobotern.
Bei einer bekannten Fertigungsanlage dieser Art ( DE 197 13 860 A1 ) sind seitlich einer Transferlinie für das komplexe Bauteil mit mehreren hintereinander angeordneten Bearbeitungsstationen stationäre Bearbeitungsroboter angeordnet. Mittels geeigneter Transportmittel werden die Bauteile von einer Bearbeitungsstation in die andere transportiert, wo sie auf stationären Bauteilhaltern in bearbeitungsgerechter Lage gehalten werden.
Eine solche Fertigungsanlage hat wegen der in den Bearbeitungsstationen stationären Bauteilhalter, die nur dazu dienen, die Bauteile zu halten, und wegen der nur für Transport vorgesehenen Transportmittel einen hohen Platzbedarf. Außerdem erlaubt sie nur in ganz beschränktem Maße eine Anpassung an vorgegebene räumliche Verhältnisse, wie Tragsäulenraster einer Halle am Aufstellungsort.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fertigungsanlage für aus mehreren Teilen zusammenzusetzende Bauteile zu schaffen, die bei vergleichsweise geringem Platzbedarf und unter optimaler Raumausnutzung an vorhandene Räumlichkeiten anpassbar und vielfältig ausbaubar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Fertigungsanlage der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Transport- und Positioniervorrichtung von mehreren gleichartigen Einheiten gebildet wird, die jeweils einen Bauteilhalter aufweisen, der von einem Antrieb der Einheit auf einer geschlossenen Umlaufbahn mit mindestens zwei Scheitelpunkten und dazwischen liegenden Freiräumen um die Einheit herum bewegbar ist, und dass die Bearbeitungsroboter zwischen den Einheiten und in deren Freiräumen derart positioniert sind, dass mit diesen das vom Bauteilhalter in bearbeitungsgerechter Lage an im Bereich der Scheitelpunkte gelegenen Bearbeitungsstationen gehaltene Bauteil bearbeitbar ist.
Die erfindungsgemäße Fertigungsanlage zeichnet sich durch eine optimale Flächenausnutzung aus, weil der Bauteilhalter mit dem Bauteil nicht auf einem Kreis, sondern auf einer speziellen Kurvenbahn mit Scheitelpunkten umläuft. Die maximale radiale Position erreicht er in den an den Scheitelpunkten liegenden Bearbeitungsstationen, während er in den dazwischen liegenden Bereichen radial nach innen verlagert wird, so dass Freiräume entstehen, die für die Platzierung von Bearbeitungsrobotern, Werkzeugablagen und anderen Vorrichtungen dienen können. Die mögliche optimale Platzierung der gleichartigen Einheiten unter Berücksichtigung ihrer individuellen, ggf. voneinander unterschiedlichen Kurvenbahnen mit zwei oder auch mehr Scheitelpunkten schafft auch genügend Frei- und Fahrfläche für fahrbare Transportgeräte, wie Gabelstapler, mit denen zwischen den Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung aufgestellte Bearbeitungsroboter oder andere Vorrichtungen erreicht und abtransportiert werden können. Wegen der verbleibenden Freiräume lässt sich die erfindungsgemäße Fertigungsanlage auch optimal den örtlichen Verhältnissen am Aufstellungsort anpassen, indem die gleichartigen Einheiten zwischen Säulen eines Gebäudes, z.B. einer Fertigungshalle, platziert werden, wobei dann die Säulen in den Freiräumen liegen. So kann die Fertigungsanlage in bestehende Fertigungshallen mit vorgegebenen engen Platzverhältnissen unter optimaler Raumausnutzung integriert werden.
Die Bearbeitungsroboter können nicht nur mit Werkzeugen für die Bearbeitung bestückt werden, sondern auch mit Werkzeugen zum Greifen, so dass sie auch Verwendung finden für die Bestückung der Bauteilhalter mit Bauteilen und/oder den Transport der Bauteile von einer Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung zur nächsten Einheit. Deshalb entfallen bei der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage sowohl die zusätzlichen Transportmittel als auch die stationären Bauteilhalter, wie sie aus dem beschriebenen Stand der Technik bekannt sind.
Unter gleichartigen Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung werden nicht notwendigerweise Einheiten mit identischen Kurvenbahnen, sondern lediglich solche mit geschlossenen Kurvenbahnen mit Scheitelpunkten verstanden. In diesem Sinne ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung neben der einen Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung zumindest eine weitere gleichartige Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung aufgestellt, mit der zumindest dem Nahbereich einer Bearbeitungsstation der einen Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung ein vom Bauteilhalter der weiteren Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung gehaltenes Bauteil in bearbeitungsgerechter Lage zuführbar ist. Bei dieser Ausgestaltung kann bzw. können bei einem Geringstmaß an Platz an derselben Bearbeitungsstation bzw. in deren Nahbereich von einem Bearbeitungsroboter oder mehreren Bearbeitungsrobotern verschiedene Bearbeitungen nacheinander oder gleichzeitig durchgeführt werden. Während ein Bauteil von der einen Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung in bearbeitungsgerechter Lage an einer ersten Bearbeitungsstation gehalten wird, hält die andere Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung ein anderes Bauteil an einer anderen Bearbeitungsstation in bearbeitungsgerechter Lage, so dass es nicht zu Kollisionen kommt. Wird die erste Bearbeitungsstation dann vom ersten Bauteil freigegeben, kann das andere Bauteil aus der anderen Bearbeitungsstation in die erste Bearbeitungsstation bewegt werden. Die erste Bearbeitungsstation kann auch von zwei Bearbeitungsrobotern erreichbar sein, die nacheinander oder gleichzeitig an dem zugeführten Bauteil ihre Bearbeitungen durchführen. So wird erreicht, dass bei geringem Platzbedarf in kurzer Bearbeitungszeit an verschiedenen Bearbeitungsstationen gleichzeitig und an derselben Bearbeitungsstation nacheinander, aber auch gleichzeitig, Bearbeitungen durchgeführt werden können.
Die geschlossenen Umlaufbahnen der Bauteilhalter können unterschiedlich gestaltet sein, um die besonderen Verhältnisse zwischen den einzelnen Teilen der Fertigungsanlage zu berücksichtigen. Insbesondere können sie für eine elliptische bis zykloide Kurvenbahn ausgelegt sein. So können bei einer elliptischen Kurvenbahn zwei diametral gegenüberliegende Bearbeitungsstationen bedient werden, wobei der für die Bewegung erforderliche Flächenbedarf wegen der schmalen Ellipse klein ist. Bei zykloiden Bahnen können drei oder mehr Bearbeitungsstationen bedient werden. Die besonderen Kurvenbahnen mit Scheitelpunkten, z.B. Zykloiden und Ellipsen, haben den weiteren Vorteil, dass der Bauteilhalter auf den Bahnabschnitten zwischen den Scheitelpunkten mit vergleichsweise schneller Bahngeschwindigkeit bewegt wird, während er im Bereich der Scheitelpunkte mit der kleinsten Bahngeschwindigkeit bewegt wird, so dass er hier leicht in den für die Bearbeitung notwendigen Stillstand gebracht und nach der Bearbeitung wieder in Bewegung gesetzt werden kann.
Konstruktiv lässt sich jede Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung verwirklichen mit einem Rotor und einem darauf exzentrisch gelagerten und entgegengesetzt zum Rotor um eine zur Rotorachse parallele Achse angetriebenen, den Bauteilhalter tragenden Schwenkarm, wobei die Drehbewegungen von Rotor und Schwenkarm derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Bauteilhalter die geschlossene Kurvenbahn mit den Scheitelpunkten und den dazwischen liegenden Freiräumen beschreibt. Diese Lösung ist mechanisch bzw. getriebetechnisch robust. Dabei kann der Rotor und der Schwenkarm einen eigenen Antrieb haben. Wichtig ist nur, dass die Drehbewegungen aufeinander abgestimmt sind. Durch eine entsprechende Steuereinrichtung lässt sich dies bei motorischen Antrieben von Rotor und Schwenkarm ohne weiteres realisieren.
Ohne eigene Antriebe für Rotor einerseits und Schwenkarm andererseits kommt die Erfindung nach einer Ausgestaltung aus, wenn der Rotor und der Schwenkarm getriebetechnisch über ein Rädergetriebe miteinander gekuppelt sind. Dabei können die Räder durch Verzahnung, Reibung oder Riemen miteinander gekuppelt sein. So kann ein Rädergetriebe aus einem drehfest auf einem stationären Sockel des Rotors gehaltenen Zahnkranz, einem damit kämmenden und auf dem Rotor drehbar gelagerten Zwischenrad und einem mit dem Zwischenrad kämmenden Abtriebsrad des Schwenkarms bestehen. Über das Übersetzungsverhältnis (Zähnezahl) dieser Zahnräder sowie den Achsabstand der Drehachsen von Rotor und Schwenkarm und die Länge des Hebelarms des Schwenkarms lassen sich die gewünschten Kurvenbahnen bestimmen.
Da die gleichartigen Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung für verschiedene Kurvenbahnen ausgelegt sein können, lassen sich Einheiten mit gleichen und/oder unterschiedlichen Kurvenbahnen und dazwischen angeordneten Bearbeitungs- und/oder Transportrobotern zu einer die räumlichen Verhältnisse am Aufstellungsort berücksichtigenden, Platz sparenden Fertigungsanlage kombinieren. In manchen Fällen kann es gleichwohl sinnvoll sein, eine solche Fertigungsanlage auch mit herkömmlichen, Bauteilhalter tragenden Drehtischen zu ergänzen bzw. zu kombinieren.
Solche Fertigungszellen bildende Fertigungsanlagen lassen sich untereinander, aber auch mit anderen Fertigungsanlagen, die z.B. statt der erfindungsgemäßen Transport- und Positioniervorrichtung ausschließlich oder überwiegend Drehtische aufweisen, zu noch größeren Anlagen kombinieren.
Der Schwenkarm einer Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung kann doppelarmig ausgebildet sein, um an seinem gegenüber dem Arm mit dem Bauteilhalter tragenden anderen Arm ein Werkzeug, z.B. einen Kappenfräser zu tragen, mit dem die Elektroden eines Schweißwerkzeuges eines Bearbeitungsroboters für das zu schweißende Bauteil bearbeitet werden können.
Für die Bearbeitung des Bauteils in den Bearbeitungsstationen ist es wichtig, dass der Bauteilhalter das Bauteil möglichst präzise in bearbeitungsgerechter Lage hält, weil anderenfalls ein Werkzeug eines Bearbeitungsroboters die zu bearbeitenden Stellen nicht exakt erreichen kann. Diese Forderung lässt sich nach einer Ausgestaltung der Erfindung mit relativ einfachen Mitteln dadurch erreichen, dass in den Bearbeitungsstationen Zentriereinheiten für den Bauteilhalter vorgesehen sind. Diese Zentriereinheiten sind so ausgebildet, dass sie den Bauteilhalter durch seine vertikale und seitliche Abstützung lagegerecht positionieren.
Um mit der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage verschiedene Bauteile bearbeiten zu können, kann der Bauteilhalter auswechselbar sein. Für einen solchen Wechsel eines Bauteilhalters weist die Fertigungsanlage oberhalb der Transport- und Positioniervorrichtung einen Speicher auf, der verschiedenartige Bauteilhalter an ausgezeichneten Positionen der Umlaufbahn des Bauteilhalters, insbesondere an deren Scheitelpunkten, bereithält, wo mit wenigstens einer Wechselvorrichtung ein vom Schwenkarm getragener Bauteilhalter durch einen vom Speicher getragenen Bauteilhalter austauschbar ist. Die Wechselvorrichtung kann ein Bearbeitungsroboter mit geeignetem Greifer sein oder eine spezielle Hubeinheit des Speichers. In jedem Fall können mit dieser Platz sparenden Ausgestaltung der Erfindung die Bauteilhalter schnell gewechselt werden.
Die Zufuhr von Energie und Steuerbefehlen zu der Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung erfolgt vorzugsweise von oberhalb der Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung über einen auf dem Schwenkarm in dessen Drehachse angeordneten Drehverteiler. Für die Zufuhrleitungen von Energie und Steuerbefehlen kann über dem Drehverteiler nach Art einer Pleuelstange ein Leitungsbaum mit einer zentral in der Achse des Rotors angeordneten Quelle verbunden sein.
Sofern auch Bearbeitungen mittels Laser durchgeführt werden sollen, sollte die Vorrichtung mit einem Strahlenschutz ausgerüstet sein. Dieser Strahlenschutz lässt sich nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung dadurch realisieren, dass die Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung jeweils in einer Kabine mit Schleusentoren an den Arbeitsstationen untergebracht sind. Eine solche Kabine nimmt wenig Platz in Anspruch, da der Bauteilträger nur für die Aufnahme und Bearbeitung des Bauteils radial weit zu den zum abgeschirmten Bearbeitungsroboter zu öffnenden Schleusentoren vorbewegt wird, während sein Transport zwischen den Schleusentoren auf den Platz sparenden Kurvenabschnitten zwischen den Scheitelpunkten erfolgt.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel schematisch darstellenden Zeichnung näher erläutert. Im Einzelnen zeigen:
1 eine Fertigungsanlage mit mehreren Einheiten einer Transport- und Positioniervorrichtung und mehreren dazwischen angeordneten Bearbeitungsrobotern für ein zu fertigendes Bauteil in Draufsicht,
2 eine Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung und mehreren zugeordneten Bearbeitungsrobotern der Fertigungsanlage gemäß 1 im Ausschnitt und in Draufsicht,
3 die Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung und die zugeordneten Bearbeitungsroboter gemäß 2 in Seitenansicht,
4a-c die Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung und die zugeordneten Bearbeitungsroboter gemäß 2 in verschiedenen Phasen der Umpositionierung von einer ersten Bearbeitungsstation in eine dazu um 90° versetzte zweite Bearbeitungsstation bei einer zykloiden Kurvenbahn mit vier Scheitelpunkten,
5a-c die Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung und die zugeordneten Bearbeitungsroboter gemäß 2 in verschiedenen Phasen der Umpositionierung von einer ersten Bearbeitungsstation in eine dazu um 120° versetzte zweite Bearbeitungsstation bei einer zykloiden Kurvenbahn mit drei Scheitelpunkten,
6a-c die Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung und die zugeordneten Bearbeitungsroboter gemäß 2 in verschiedenen Phasen der Umpositionierung von einer ersten Bearbeitungsstation in eine dazu um 180° versetzte zweite Bearbeitungsstation bei einer elliptischen Kurvenbahn mit zwei Scheitelpunkten und
7 die Bearbeitung und den Transport von einem Bauteil in benachbarten Bearbeitungsstationen.
Die Fertigungsanlage gemäß 1 zum Bearbeiten von Bauteilen ist aus mehreren stationären Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ einer Transport- und Positioniervorrichtung für das Bauteil und daneben stationär angeordneten Bearbeitungsrobotern R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ aufgebaut. Mit dem Bearbeitungsroboter R₅ werden zu bearbeitende Bauteile einem Speicher A, B, C entnommen und an eine der benachbarten Einheiten T₃, T₄ zur Bearbeitung übergeben, wie später nach detaillierter Beschreibung einer Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung und der ihr zugeordneten Bearbeitungsroboter noch im einzelnen erläutert werden wird.
Bei der in 1 dargestellten Fertigungsanlage weist die Transport- und Positioniervorrichtung gleichartige Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ auf. In eine solche Fertigungsanlage kann aber auch eine andersartige Einheit, z.B. ein Drehtisch integriert werden, wenn die räumlichen Verhältnisse am Aufstellungsort oder andere Gründe dies als vorteilhaft erscheinen lassen. Die Anpassungsfähigkeit der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage ermöglicht auch Kombinationen gleichartiger und ungleichartiger Fertigungsanlagen zu größeren Anlagen.
Entsprechend 2 und 3 sind um eine Einheit 1 der Transport- und Positioniervorrichtung herum Bearbeitungsstationen 2, 3, 4, 5 angeordnet. Zwischen den Bearbeitungsstationen 2, 3, 4, 5 gibt es Freiräume 6, 7, 8, 9, die für verschiedene Zwecke benutzt werden können, insbesondere für die Platzierung von Bearbeitungsrobotern, Werkzeugablagen usw. Die Vorrichtung kann auch so platziert werden, dass in den Freiräumen 6, 7, 8, 9 die tragenden Säulen einer Fertigungshalle stehen. So kann man eine optimale Anpassung an die örtlichen Verhältnisse erreichen. Im Ausführungsbeispiel der 2 sind die Freiräume 6, 7 für die Platzierung von nur schematisch als Kästen dargestellten Bearbeitungsrobotern 10, 11, 12, 13 genutzt.
Die Einheit 1 der Transport- und Positioniervorrichtung weist einen auswechselbaren Bauteilhalter 14, z.B. einen bekannten Spannrahmen für das nicht dargestellte, zu bearbeitende Bauteil, auf. Dieser Bauteilhalter 14 wird durch die Einheit 1 der Transport- und Positioniervorrichtung auf einer zykloiden Kurvenbahn 15 mit Scheitelpunkten 16, 17, 18, 19 zu den Bearbeitungsstationen 2, 3, 4, 5 bewegt. In den Scheitelpunkten 16, 17, 18, 19 wird der Bauteilhalter 14 und damit auch das gehaltene Bauteil in einer für die Bearbeitung durch mindestens einen der benachbarten Bearbeitungsroboter 10, 11, 12, 13 passenden Lage gehalten. In der in 1 dargestellten Lage des Bauteilhalters 14 kann sowohl der Bearbeitungsroboter 10 als auch der Bearbeitungsroboter 13 am Bauteil eine Bearbeitung durchführen. Die besondere Kurvenbahn 15 schafft die Voraussetzung dafür, dass die Vorrichtung mit der Einheit 1 der Transport- und Positioniervorrichtung und den Bearbeitungsrobotern 10, 11, 12, 13 sehr kompakt baut, also einen möglichst geringen Flächenbedarf hat.
Die beschriebene zykloide Kurvenbahn 15 mit vier Scheitelpunkten 16, 17, 18, 19 gemäß 2 oder 4a-c, aber auch andere zykloide Kurvenbahnen mit einer anderen Anzahl von Scheitelpunkten gemäß 5a-c oder eine elliptische Kurvenbahn gemäß 6a-d werden beim Ausführungsbeispiel der Erfindung mit einem besonderen Aufbau und Getriebe der Einheit 1 des Transport- und Positioniervorrichtung erreicht. Wie 3 zeigt, weist die Einheit 1 der Transport- und Positioniervorrichtung auf einem stationären Sockel 20 einen Rotor 21 mit einem im Einzelnen nicht dargestellten Drehantrieb auf. Auf dem Rotor 21 ist exzentrisch zu dessen Rotorachse 22 ein Schwenkarm 23 um eine zur Rotorachse 22 parallele Achse 24 drehbar gelagert. Der Schwenkarm 23 ist antriebsmäßig mit dem Rotor 22 über ein Rädergetriebe in der Weise gekuppelt, dass die Drehrichtungen von Rotor 22 und Schwenkarm 23 entgegengesetzt sind. So ist z.B. auf dem Sockel 20 ein außen verzahnter Zahnkranz drehfest gehalten, der mit einem vom Rotor 22 getragenen Zwischenzahnrad im Eingriff steht. Das Zwischenzahnrad kämmt mit einem Abtriebszahnrad, das am freien Ende des Rotors 22 drehbar gelagert ist und mit einer Antriebswelle des Schwenkarms 23 drehfest verbunden ist. Über das Verhältnis der Zähnezahl der verschiedenen Zahnräder und die wirksamen Hebelarmlängen von Rotor 22 und Schwenkarm 23 lassen sich die gewünschten unterschiedlichen Bahnkurven erzeugen, von denen die 4a bis 6d drei charakteristische Beispiele zeigen.
Der Schwenkarm 23 trägt an seinem freien Ende auswechselbar einen Bauteilhalter 14, insbesondere einen Spannrahmen, mit dem das zu bearbeitende Bauteil in einer exakt vorgegebenen bearbeitungsgerechten Lage gehalten werden kann. Zur Unterstützung der Positionierung in dieser Lage kann in den Bearbeitungsstationen 2, 3, 4, 5 jeweils eine Zentriereinheit 2a, 3a, 4a, 5a vorgesehen sein, die aus einem vertikal gelagerten Stützrad 2a* am Schwenkarm 23 oder Bauteilhalter 14 und einer stationären Kulissenführung 2a**, 3a**, 4a**, 5a** besteht, in die das Stützrad 2a* bei der im Wesentlichen radialen Bewegung des Bauteilhalters 14 einläuft.
Auf dem Schwenkarm 23 ist in dessen Drehachse 24 ein Drehverteiler 26 für die Zufuhr von Energie und Steuerbefehlen angeordnet, der mit einem ortsfesten Anschlusspunkt z.B. an der Hallendecke verbunden ist.
An der Hallendecke ist ein sternförmiger, insbesondere kreuzförmiger Speicher 30 für mehrere verschiedenartige Bauteilhalter 31, 32, 33 mit Hubeinheiten 35, 36, 37 gehalten, derart, dass an den Bearbeitungsstationen 2, 3, 4, 5 der Bauteilhalter 14 mittels der zugehörigen Hubeinheit 35, 36, 37 in eine für den Austausch günstige Position gebracht werden kann. So erfolgt zunächst die Übergabe des nicht mehr benötigten Bauteilhalters 14 an die leere Hubeinheit und dann nach Relativdrehung von Speicher 30 und Einheit 1 der Transport- und Positioniervorrichtung die Übergabe eines neuen Bauteilhalters z.B. 31 vom Speicher 30 an die Einheit 1. Der Austausch selbst erfolgt z.B. durch die Einheit 1 gegebenenfalls auch mit Hilfe eines Bearbeitungsroboters.
In den 4a-c, 5a-c und 6a-d sind für getriebetechnisch unterschiedlich ausgelegte Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung verschiedene, charakteristische Kurvenbahnen beispielhaft dargestellt, auf denen der Bauteilhalter der Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung von einer Bearbeitungsstation zur nächsten bewegt wird. In allen Fällen gilt die Beziehung
Winkelsumme – Taktwinkel = Eigendrehwinkel des Rotors, wobei die Winkelsumme = 360° beträgt, der Taktwinkel der Winkel zwischen den benachbarten Bearbeitungsstationen = dem Winkel der Eigenrotation des Bauteilhalters zwischen den benachbarten Bearbeitungsstationen ist und der Eigendrehwinkel des Rotors = dem Winkel des Rotors zwischen den benachbarten Bearbeitungsstationen ist.
Gleiche und/oder unterschiedlich ausgelegte Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung der erfindungsgemäßen Art können miteinander, aber auch mit solchen herkömmlicher Art, wie z.B. Drehtischen, und mit zwischen ihnen angeordneten Bearbeitungs- und/oder Transportrobotern zu einer Platz sparenden großen Fertigungsanlage zusammengestellt werden, wie sie in 1 dargestellt ist. Eine solche Fertigungsanlage kann mit gleichartigen oder anderen Fertigungsanlagen zu einer noch größeren Anlage kombiniert werden.
Bei der in 1 dargestellten Fertigungsanlage sind vier Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung im Raster angeordnet. Um die Einheit T₁ der Transport- und Positioniervorrichtung herum sind vier Bearbeitungsstationen B₁, B₂, B₃, B₄ angeordnet. In entsprechender Weise sind um die Einheit T₂ der Transport- und Positioniervorrichtung vier Bearbeitungsstationen C₁, C₂, C₃, C₄ angeordnet, wobei die Bearbeitungsstation B₃ der ersten Einheit T₁ der Transport- und Positioniervorrichtung deckungsgleich mit oder im Nahbereich der Bearbeitungsstation C₁ der zweiten Einheit T₂ der Transport- und Positioniervorrichtung angeordnet ist, was in der Zeichnung durch den gemeinsamen Rahmen schematisch dargestellt ist. In entsprechender Weise sind den weiteren Einheiten T₃, T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung Bearbeitungsstationen D₁, D₂, D₃, D₄ bzw. E₁, E₂, E₃, E₄ zugeordnet, wobei die Bearbeitungsstationen C₄, D₂ einerseits und D₁, E₃ andererseits und B₄, E₂ weitererseits deckungsgleich oder nah nebeneinander angeordnet sind. Die Bauteilhalter H₁, H₂, H₃, H₄ der einzelnen Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung mit ihren Antrieben überstreichen den schraffierten Bereich. In nicht von den Bauteilhaltern H₁, H₂, H₃, H₄ überstrichenen Freiräumen sind die Bearbeitungs- und/oder Transportroboter R₁, R₂, R₃, R₄, R₅ positioniert. Sofern ein Bearbeitungs- und/oder Transportroboter zentral zwischen den Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung angeordnet ist, wie es im Ausführungsbeispiel für den Transport- und Bearbeitungsroboter R₁ der Fall ist, kann dieser Bearbeitungen an acht Bearbeitungsstationen B₃, C₁, C₄, D₂, D₁, E₃, E₂, B₄ vornehmen, die verschiedenen Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung zugeordnet sind, wobei die jeweils unmittelbar benachbarten Bearbeitungsstationen B₃, C₁ bzw. C₄, D₂ bzw. D₁, E₃ bzw. E₂, B₄ auch deckungsgleich sein können, aber von verschiedenen Einheiten T₁, T₂, T₃, T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung bedient werden. Die äußeren Transport- und Bearbeitungsroboter R₂, R₃, R₄, R₅ können dagegen Bearbeitungen nur an den ihnen zugewandten vier Bearbeitungsstationen vornehmen, beispielsweise der Roboter R₃ nur an den Bearbeitungsstationen B₂, B₃, C₁, C₂, es sei denn, dass sich an die dargestellte Fertigungsanlage eine weitere gleichartige, in 1 aber nicht dargestellte Fertigungsanlage anschließt.
Während jede Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung nur dazu dient, das zu bearbeitende Werkstück aufzunehmen und in bearbeitungsgerechter Position für die Bearbeitung durch das Werkzeug des Transport- und/oder Bearbeitungsroboters zu halten, dient der Transport- und/oder Bearbeitungsroboter, wie schon die Bezeichnung aussagt, sowohl dazu, Bearbeitungen am Bauteil vorzunehmen und das Bauteil in der Fertigungsanlage zu transportieren, als auch nur zum Transport oder nur zur Bearbeitung. Jede Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung ist deshalb mit einem auf das zu bearbeitende Bauteil abgestimmten auswechselbaren Bauteilhalter bestückt, während der Bearbeitungs- und/oder Transportroboter mit Werkzeugen und/oder Haltern/Greifern für die Bauteile bestückt werden kann.
In 7 ist dargestellt, wie ein zu bearbeitendes Bauteil W₁ von der Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung T₁ zur nächsten Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung T₂ transportiert wird und an den einzelnen Bearbeitungsstationen bearbeitet wird. In der Phase I wird das mittels des Halters H₁ der ersten Einheit T₁ der Transport- und Positioniervorrichtung in bearbeitungsgerechter Lage an der ersten Bearbeitungsstation B₄ gehaltene Bauteil W₁ von dem mit einem Werkzeug Z₁ z.B. einer Schweißzange, bestückten Bearbeitungsroboter R₁ bearbeitet. Nach dieser Bearbeitung wird in der Phase II das Werkzeug Z₁ des Bearbeitungsroboters R₁ gewechselt. Das Werkzeug Z₁ wird am Lagerort L₁ abgelegt und gegen einen am Lagerort L₂ abgelegten Greifer G₁ ausgetauscht. In der Phase III übergibt der Bearbeitungsroboter R₁ das Bauteil W₁ an die zweite Einheit T₂ der Transport- und Positioniervorrichtung. Dessen Bauteilhalter H₂ hält in der Phase IV das Werkstück W₁ an der weiteren Bearbeitungsstation C₄ in bearbeitungsgerechter Lage für die weitere Bearbeitung. In der Phase V erfolgt dann wieder ein Werkzeugwechsel, und zwar vom Greifer G₁ zum Werkzeug Z₁. In der Phase VI erfolgt dann mittels des Bearbeitungsroboters R₁ die weitere Bearbeitung, z.B. die Schweißung, am Bauteil W₁. Bei der beschriebenen Phasenfolge von Bearbeitungen und Transporten sind nur die Bearbeitungsstationen B₄, C₄ bedient worden. Es versteht sich, dass auch die zwischen den Einheiten T₁, T₂ der Transport- und Positioniervorrichtung nahe benachbart liegenden Bearbeitungsstationen B₃, C₁ von dem Bearbeitungs- und Transportroboter R₁ hätten bedient werden können. Das bedeutet, dass jeder Bearbeitungs- und Transportroboter R₁ zwei Bearbeitungsstationen B₁, B₃ bzw. B₂, B₄ einer jeden in seinem Wirkungsbereich liegenden Einheit T₁, T₂ der Transport- und Positioniervorrichtung bedienen kann, also bei mittiger Anordnung acht und bei Anordnung am Rande einer Anlage vier Bearbeitungsstationen.
Der Fluss der Bauteile durch die beschriebene Fertigungsanlage kann verschieden sein. Er hängt vom Bauteil und den Bearbeitungen ab. In 1 sind Speicher A, B, C mit verschiedenen Typen von Bauteilen dargestellt. In einem ersten Fall entnimmt der Bearbeitungs- und Transportroboter R₅ mit einem geeigneten Greifer G₅ ein Bauteil dem Speicher A und ein weiteres Bauteil dem Speicher B und übergibt sie an den Bauteilhalter H₄ der Einheit T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung, der die Bauteile in gewünschter räumlicher Zuordnung für die Bearbeitung festspannt und sie zu einer oder mehreren der zugeordneten Bearbeitungsstationen transportiert und hier in bearbeitungsgerechter Lage hält. Nach abgeschlossener Bearbeitung werden die z.B. zusammengeschweißten Bauteile von einem der Bearbeitungs- und Transportroboter R₁, R₂ an die nächste Einheit T₁ der Transport- und Positioniervorrichtung weitergereicht, wo sie an den zugeordneten Bearbeitungsstationen weiter bearbeitet werden. Abschließend werden sie von dem Bearbeitungs- und Transportroboter R₃ übernommen und aus der Fertigungsanlage heraus oder zu weiteren Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung gefördert.
Andere Kombinationen von Bauteilen können einen weiteren Weg durch die Fertigungsanlage nehmen, um andere oder mehr Bearbeitungen an den Bauteilen vornehmen zu können. So kann der Bearbeitungs- und Transportroboter R₅ mit einem geeigneten Greifer Bauteile den Speichern A, B, C zur Bearbeitung entnehmen. Die Bauteile übergibt der Bearbeitungs- und Transportroboter R₅ zunächst an den Bauteilhalter H₄ der Einheit T₄ der Transport- und Positioniervorrichtung. Dann erfolgt die Übergabe der Bauteile mit einem der Bearbeitungs- und Transportroboter R₁, R₅ an die Einheit T₃ der Transport- und Positioniervorrichtung. Dann geht es weiter über die Einheit T₂ der Transport- und Positioniervorrichtung zur Einheit T₁ der Transport- und Positioniervorrichtung, von wo es dann weiter wie bei den aus den Speichern A und B entnommenen Bauteilen geht. Mit ein und derselben Fertigungsanlage lassen sich so verschiedene Bearbeitungsprogramme fahren.

Claims

Fertigungsanlage für aus mehreren Teilen zusammenzusetzende Bauteile für eine Kraftfahrzeugkarosserie, mit einer Transport- und Positioniervorrichtung (1, T₁, T₂, T₃, T₄) für das Bauteil und daneben stationär angeordneten Bearbeitungsrobotern (10, 11, 12, 13, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅), dadurch gekennzeichnet, dass die Transport- und Positioniervorrichtung (1, T₁, T₂, T₃, T₄) von mehreren gleichartigen Einheiten gebildet wird, die jeweils einen Bauteilhalter (14, H₁, H₂, H₃, H₄) aufweisen, der von einem Antrieb der Einheit auf einer geschlossenen Umlaufbahn (15) mit mindestens zwei Scheitelpunkten (16, 17, 18, 19) und dazwischen liegenden Freiräumen (6, 7, 8, 9) um die Einheit herum bewegbar ist, und dass die Bearbeitungsroboter (10, 11, 12, 13, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅) zwischen den Einheiten und in deren Freiräumen (6, 7, 8, 9) derart positioniert sind, dass mit diesen das vom Bauteilhalter (14, H₁, H₂, H₃, H₄) in bearbeitungsgerechter Lage an im Bereich der Scheitelpunkte (16, 17, 18, 19) gelegenen Bearbeitungsstationen (2, 3, 4, 5) gehaltene Bauteil bearbeitbar ist.
Fertigungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest an einigen der zwischen benachbarten Einheiten der Transport- und Positioniervorrichtung (1, T₁, T₂, T₃, T₄) liegenden Bearbeitungsstationen (2, 3, 4, 5) jeweils zwei benachbarte Bearbeitungsroboter (10, 11, 12, 13, R₁, R₂, R₃, R₄, R₅) arbeiten können.
Fertigungsanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Antrieb einer jeden Einheit für eine elliptische bis zykloide Kurvenbahn (15) ausgelegt ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass jede Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung (1, T₁, T₂, T₃, T₄) aus einem Rotor (21) und einem darauf exzentrisch gelagerten, und entgegengesetzt zum Rotor (21) um eine zur Rotorachse (22) parallele Achse (24) angetriebenen, den Bauteilhalter (14) tragenden Schwenkarm (23) besteht, wobei die Drehbewegungen von Rotor (21) und Schwenkarm (23) derart aufeinander abgestimmt sind, dass der Bauteilhalter (14) die geschlossene Kurvenbahn (15) mit den Scheitelpunkten (16, 17, 18, 19) und den dazwischen liegenden Freiräumen (6, 7, 8, 9) beschreibt.
Fertigungsanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Rotor (21) und der Schwenkarm (23) getriebetechnisch über ein Rädergetriebe miteinander gekuppelt sind.
Fertigungsanlage nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkarm (23) doppelarmig ausgebildet ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass in den Bearbeitungsstationen (2, 3, 4, 5) Zentriereinheiten (2a*, 3a*, 4a*, 5a*) für den Bauteilhalter (14) vorgesehen sind.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass oberhalb mindestens einer Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung (1) ein Speicher (30) angeordnet ist, der die verschiedenartigen Bauteilhalter (14, 31, 32, 33) an ausgezeichneten Positionen der Umlaufbahn bereithält, wo mit mindestens einer Wechselvorrichtung (35, 36, 37) ein vom Schwenkarm (23) getragener Bauteilhalter (14) gegen einen vom Speicher (30) getragenen andersartigen Bauteilhalter (31, 32, 33) austauschbar ist.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Zufuhr von Energie und Steuerbefehlen zu der Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung (1) von oberhalb der Einheit über einen auf dem Schwenkarm (23) in dessen Drehachse (24) angeordneten Drehverteiler (26) erfolgt.
Fertigungsanlage nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einheit der Transport- und Positioniervorrichtung (1) in einer Strahlenschutzkabine mit Schleusentoren an den Bearbeitungsstationen (2, 3, 4, 5) untergebracht ist.