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Die vorliegende Erfindung betrifft einen Materialbereitstellungsspeicher sowie ein Verfahren zum Austauschen und Anordnen von horizontalen Aufnahmeelementen, vorzugsweise für Aufnahmebehälter, in einem ersten Stapel und mindestens einem zweiten Stapel zum Bereitstellen eines mit Materialien befüllten Aufnahmeelementes in der oberen Position des ersten Stapels und mit einer oberen Transporteinrichtung zum Transportieren der oberen Aufnahmeelemente des ersten Stapels auf den mindestens zweiten Stapel und mit einer unteren Transporteinrichtung zum Transportieren der unteren Aufnahmeelemente des mindestens einen zweiten Stapels unter den ersten Stapel.
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Für die Bereitstellung von Materialien zur Weiterverarbeitung, insbesondere durch einen Roboter/Handling, ist es bekannt, Materialbereitstellungsspeicher zur Verfügung zu stellen, die manuell mit den weiter zu verarbeitenden Teilen bestückt werden, die dann der Roboter/Handling aus dem Speicher entnimmt und weiter verarbeitet. Häufig werden zur Aufbewahrung der einzelnen weiter zu verarbeitenden Teile entsprechende tablettartige Aufbewahrungsbehälter benutzt, in denen die einzelnen Teile nebeneinander angeordnet sind. Damit der Roboter/Handling möglichst lange arbeiten kann, ohne dass durch einen Einrichter neue Teile bereitgestellt werden müssen, weisen diese Materialbereitstellungsspeicher mehrere derartige Aufbewahrungsbehälter auf, die ausgetauscht werden müssen, wenn der Roboter/Handling alle Teile entnommen hat. Da üblicherweise der Roboter/Handling die Teile an einer ganz bestimmten Stelle aus den Aufbewahrungsbehältern entnimmt, muss intern in dem Materialbereitstellungsspeicher ständig ein Austausch der leeren Aufbewahrungsbehälter durch befüllte Aufbewahrungsbehälter erfolgen. Erst wenn alle Aufbewahrungsbehälter leer sind, werden diese durch den Bediener neu befüllt.
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Damit zum einen eine für den Bediener akzeptable Menge an Aufbewahrungsbehältern für den Roboter/Handling bereitgestellt werden kann und zum anderen die in dem Materialbereitstellungsspeicher befindlichen Aufbewahrungsbehälter automatisch ausgetauscht werden, ist es bekannt, Materialbereitstellungsspeicher einzusetzen, die ein Volumen aufweisen, um ein Paket von Aufbewahrungsbehältern zu verarbeiten. Durch die erforderliche Umsetzung der Aufbewahrungsbehälter ist das Gesamtvolumen des Materialbereitstellungsspeichers jedoch doppelt so groß. Der bekannte Materialbereitstellungsspeicher weist für die Umsetzung zweimal zwei Kettenantriebe mit Aufnahmen für die Aufbewahrungsbehälter auf. Die Kettenantriebe sind jeweils als Endloskette ausgebildet. Zwischen zwei derartigen vertikal umlaufenden Kettenantrieben befinden sich die Aufbewahrungsbehälter. Sobald der obere Aufbewahrungsbehälter geleert ist, wird mittels einer Transporteinrichtung der Aufbewahrungsbehälter seitlich versetzt dem zweiten Kettenantriebspaar übergeben, und das erste Kettenantriebspaar transportiert den nächsten Aufbewahrungsbehälter in den Zugriffsbereich des Roboters. Sobald dieser ebenfalls leer ist, wird er ebenfalls an das zweite Kettenantriebspaar übergeben, welches in der Zwischenzeit den zuvor übergebenen Aufbewahrungsbehälter weitertransportiert hat. Der Vorgang wird nun so lange wiederholt, bis sämtliche Aufbewahrungsbehälter, die sich zwischen dem ersten Kettenantriebspaar befanden, geleert sind und sich nunmehr zwischen dem zweiten Kettenantriebspaar befinden. Erst jetzt muss der Bediener die Aufbewahrungsbehälter austauschen.
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Bei dieser bekannten Vorrichtung ist das Gesamtvolumen des Materialbereitstellungsspeichers doppelt so groß wie die eigentliche benötigte Materialmenge. Der Antrieb mit den umlaufenden Kettenbändern ist vielfach aufwändig.
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Aus dem Stand der Technik sind auch Materialbereitstellungsspeicher bekannt, bei der das Gesamtvolumen des Materialbereitstellungsspeichers nur geringfügig von der eigentlich benötigten Materialmenge abweicht. Beispielhaft wird auf die japanische Offenlegungsschrift
JP 08 099 723 A und auf das Deutsche Gebrauchsmuster
DE 202 10 838 U1 verwiesen.
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Die Druckschrift
JP 08 099 723 A offenbart eine Handhabungseinrichtung für Werkstückträger einer Siebdruckanlage. Die Handhabungseinrichtung weist einen ersten stationären Bereitstellungsspeicher und eine Andockstation für einen zweiten mobilen Materialbereitstellungsspeicher auf. In dem ersten Materialbereitstellungsspeicher ist eine Anzahl von Werkstückträgern mit vertikalem Abstand zueinander derart übereinander angeordnet, dass eine horizontale Transporteinrichtung der Siebdruckanlage jeweils aus der Mitte des Materialbereitstellungsspeichers einen Werkstückträger mit Werkstück seitlich von der Handhabungseinrichtung weg und nach der Bearbeitung wieder zu dieser hinführen kann. Der zweite Materialbereitstellungsspeicher ist auf einem Transportwagen angeordnet und weist wie der erste Materialbereitstellungsspeicher vertikal voneinander beabstandete Werkstückträger auf, die gegenüber dem ersten Materialbereitstellungsspeicher jedoch in einem geringeren Abstand zueinander angeordnet sind. Die Werkstückträger werden in jedem der beiden Materialbereitstellungsspeicher an den Rändern von Halteschienen getragen, die an vertikal umlaufenden Transportketten angeordnet sind. Sie weisen daher in vertikaler Richtung einen vorbestimmten Abstand zueinander auf. Die Transportketten sind getaktet gesteuert angetrieben, wobei sich die Werkstückträger in dem stationären Materialbereitstellungsspeicher nach oben und in dem mobilen Materialbereitstellungsspeicher nach unten bewegen. Unten und oben weist die Handhabungseinrichtung zusätzlich eine Verschiebeeinrichtung auf, die den jeweils untersten Werkstückträger des zweiten Materialbereitstellungsspeichers zu den untersten Halteschienen des stationären Materialbereitstellungsspeichers und den jeweils obersten Werkstückträger des ersten Materialbereitstellungsspeichers zu den jeweils obersten Halteschienen des mobilen Materialbereitstellungsspeichers abwechselnd nach einem Bewegungstakt der umlaufenden Transportketten verschiebt.
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Die Schrift
DE 202 10 838 U1 lehrt eine Palettiereinrichtung mit mehreren aufeinanderliegenden Paletten, die in zwei Stapeln nebeneinander auf jeweils einem Palettenträger angeordnet sind. Jeder der Stapel ist durch eine unterhalb des Palettenträgers vorgesehene Hubeinrichtung mittels einer Gewindespindel unabhängig von dem anderen Palettenträger anhebbar bzw. absenkbar, wobei die Palettenträger und/oder die Paletten mittels Indexbolzen an Führungen arretierbar sind. Die Palettiereinrichtung weist oberhalb der beiden Palettenträger eine Vorschubeinheit auf, die an die Paletten andockbar und quer zwischen den Palettenträgern entlang von Führungsschienen hin und her verfahrbar ist. Dies ermöglicht einen reihenweise getakteten Durchlauf der Paletten eines Stapels von einem Palettenträger zu dem anderen Palettenträger.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, einen Materialbereitstellungsspeicher zu schaffen, der trotz geringer Befüllungshäufigkeit einfach und mit zuverlässigen Mitteln aufgebaut ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Materialbereitstellungsspeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des nebengeordneten Verfahrensanspruches 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind den jeweiligen rückbezogenen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der Materialbereitstellungsspeicher weist Aufnahmeelemente auf, an deren Seitenwände Ausnehmungen für den Eingriff von bewegbaren Haltemitteln ausgebildet sind, wobei die bewegbaren Haltemittel für den Eingriff in die Ausnehmungen an einem Tragrahmen und/oder an der oberen Transporteinrichtung des Materialbereitstellungsspeichers angeordnet sind. Bei diesen Haltemitteln kann es sich grundsätzlich um in axialer Richtung bewegliche Bolzen oder andere geeignete Haltemittel handeln, die in der Lage sind, einen stabilen Stapel zu gewährleisten. Zweckmäßigerweise sind die bewegbaren Haltemittel an einem Tragrahmen und/oder an der oberen Transporteinrichtung angeordnet, um in die Ausnehmungen an den Aufnahmeelementen einzugreifen.
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Der erfindungsgemäße Materialbereitstellungsspeicher weist einen ersten Stapel derartiger horizontal angeordneter Aufnahmeelemente für Aufbewahrungsbehälter von weiter zu bearbeitenden Materialen und mindestens einen daneben befindlichen zweiten Stapel von solchen horizontalen Aufnahmeelementen auf. Des Weiteren ist eine obere Transporteinrichtung zum Transportieren der oberen Aufnahmeelemente des ersten Stapels auf den mindestens zweiten Stapel und die untere Transporteinrichtung zum Transportieren des unteren Aufnahmeelementes des mindestens einen zweiten Stapels unter den ersten Stapel vorgesehen. Die einzelnen Aufnahmeelemente berühren einander und bilden somit die Stapel. Bei dem ersten Stapel handelt es sich um einen Bereitstellungsstapel, da von dem jeweils oberen Aufnahmeelement Teile oder Materialien entnommen werden können. Sobald die Materialien von dem auf dem oberen Aufnahmeelement befindlichen Aufbewahrungsbehälter entnommen wurden, wird das Aufnahmeelement zu dem zweiten Stapel bewegt. Dieser nimmt das leere Element auf, wobei durch die untere Transporteinrichtung ein noch volles Element unter den ersten Stapel bewegt wird. Dieser Umlauf, der genauer noch nachfolgend beschrieben wird, wird so lange durchgeführt, bis beide Stapel geleert sind. Gegenüber dem Stand der Technik hat diese Ausbildung den Vorteil, dass nunmehr zwei komplette Stapel zur Verfügung stehen und der in dem Materialbereitstellungsspeicher vorhandene Raum vollständig ausgenutzt wird. Darüber hinaus kann ein derartiger Materialbereitstellungsspeicher beliebig durch weitere zweite Stapel erweitert werden, so dass ohne großen Aufwand die Speicherkapazität erhöht und die Wartungsintervalle verlängert wenden.
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Um den Austausch der Aufbewahrungsbehälter zu gewährleisten, weist der Materialbereitstellungsspeicher vorteilhafterweise mindestens eine Einrichtung zum Anheben des ersten Stapels und zum Absenken des mindestens zweiten Stapels auf. Damit wird erreicht, dass die Höhe der beiden Stapel immer gleich bleibt Dies kann durch spezielle Hubeinrichtungen an jedem Stapel realisiert werden. Um die vertikale Bewegung der beiden Stapel sicher durchzuführen, sind die Stapel jeweils zwischen zwei seitlichen Tragrahmen geführt und oberhalb der unteren Transporteinrichtung gehalten. Die Halterung der Stapel kann dabei entweder durch Fixierung jedes einzelnen Aufbewahrungsbehälters oder auch lediglich durch den unteren, auf dem die anderen Aufbewahrungsbehälter ruhen, erfolgen.
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Vorzugsweise weist die untere Transporteinrichtung des Materialbereitstellungsspeichers eine Hubeinrichtung auf, die für die vertikale Bewegung der beiden Stapel eingesetzt wird. Diese wird mit der Transporteinrichtung mit bewegt und dient zum Anheben des ersten Stapels und zum Absenken des mindestens einen zweiten Stapels und ist mit der unteren Transporteinrichtung horizontal bewegbar. Damit wird zum einen der Arbeitsablauf optimiert und darüber hinaus eine optimale Ausnutzung erreicht. Die beiden Stapel befinden sich über der unteren Transporteinrichtung, damit diese den unteren Aufbewahrungsbehälter des zweiten Stapels unter den ersten Stapel transportieren kann.
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Um den Austausch der Aufbewahrungsbehälter möglichst kostengünstig und optimal zu realisieren, ist die Hubeinrichtung eine erste Strecke zum Anheben des jeweiligen Stapels für die Lösung des Eingriffs der bewegbaren Haltemittel und eine zweite Strecke zum weiteren Anheben des ersten Stapels oder zum Absenken des mindestens zweiten Stapels bewegbar. Die Steuerung/Regelung der Hubeinrichtung sowie der beweglichen Haltemittel als auch der Transporteinrichtungen erfolgt über eine entsprechende Steuer/Regeleinrichtung. Die Bewegung der Einrichtungen kann dabei pneumatisch, hydraulisch oder elektrisch erfolgen.
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Grundsätzlich ist es möglich, das obere Aufnahmeelement mittels gesonderter mechanischer Einrichtungen von dem ersten Stapel zu lösen, zum zweiten Stapel zu transportieren und auf diesen zweiten Stapel aufzusetzen. Vorteilhafterweise ist die Hubeinrichtung eine dritte Strecke zum Anheben des jeweiligen Stapels zur Aufnahme bzw. Abgabe des jeweiligen oberen Aufnahmeelements bewegbar.
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Damit kann dann das obere Aufnahmeelement von dem zweiten Stapel übernommen werden, indem dieser so weit angehoben wird, dass das obere leere Aufnahmeelement auf diesem aufsitzt. Entsprechend wird durch Anheben des ersten Stapels das volle obere Aufnahmeelement so weit angehoben, dass es von der Transporteinrichtung selbstständig gehalten werden kann.
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Der Verfahrensablauf für das Austauschen und Anordnen der Aufnahmeelemente erfolgt wie folgt:
Die Aufnahmeelemente werden aufeinander gestapelt mittels beweglichen Haltemittel vom Boden beabstandet in einem Tragrahmen gehalten;
das obere Aufnahmeelement des ersten Stapels wird nach der Entleerung mittels einer oberen Transporteinrichtung über den mindestens einen zweiten Stapel bewegt;
der zweite Stapel wird begrenzt angehoben und für eine Vertikalbewegung von den beweglichen Haltemitteln freigegeben;
anschließend wird der zweite Stapel abgesenkt und mittels der beweglichen Haltemittel mit Ausnahme des unteren Aufnahmeelements wieder gehalten und anschließend begrenzt abgesenkt;
dann wird das untere Aufnahmeelement des zweiten Stapels unter den ersten Stapel bewegt;
der erste Stapel wird über des untere Aufnahmeelement begrenzt angehoben und der gesamte Stapel für eine Vertikalbewegung von den beweglichen Haltemitteln freigegeben;
anschließend wird der erste Stapel angehoben, mittels der beweglichen Haltemittel wieder gehalten und begrenzt abgesenkt.
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Um auch das über dem zweiten Stapel befindliche leere Aufnahmeelement aufzunehmen, wird vorteilhafterweise der zweite Stapel nach der Freigabe der beweglichen Haltemittel bis zum über dem Stapel befindlichen oberen Aufnahmeelement des ersten Stapels bewegt. Nach Freigabe dieses Aufnahmeelements durch die obere Transporteinrichtung kann dieses dann mit dem gesamten zweiten Stapel vertikal bewegt werden.
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Gemäß einer weiteren Ausbildung wird vorteilhafterweise auch der erste Stapel nach der Freigabe der beweglichen Haltemittel bis zu der über dem Stapel befindlichen oberen Transporteinrichtung bewegt und das obere Aufnahmeelement mittels an der oberen Transporteinrichtung befindlichen beweglichen Haltemitteln gehalten.
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Wie bereits vorstehend erwähnt, kann das Prinzip auch mit anderen beweglichen Haltemitteln und mit Fixierung aller Aufnahmeelemente erfolgen. Gemäß einer bevorzugten Ausbildung des Verfahrens werden die Stapel jeweils von der unteren Aufnahme getragen, die von beweglichen Haltemitteln gehalten wird.
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Die vorstehend erläuterten Merkmale sind bei einem Materialbereitstellungsspeicher realisiert, der bei gleicher Große der bisher am Markt üblichen Materialbereitstellungsspeicher ein wesentlich größeres Aufnahmevolumen und damit längere Befüllintervalle aufweist. Darüber hinaus ist dieser Materialbereitstellungsspeicher beliebig erweiterbar und das Verfahren auch auf größere Einheiten anwendbar. Ein derartiger Materialbereitstellungsspeicher kann auch in anderen Anwendungen, beispielsweise in einem Ofen Verwendung finden, um eine vorgegebene Erwärmung bevorzugter Materialien im oberen Aufbewahrungselement des ersten Stapels zu ermöglichen.
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Weitere Vorteile der Erfindung sind anhand der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung in Verbindung mit den Ansprüchen und Zeichnungen erläutert. Es stellen dar:
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1 eine schematische perspektivische Ansicht des Materialbereitstellungsspeichers;
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2 eine schematische perspektivische Ansicht des Materialbereitstellungsspeichers mit Aufbewahrungsbehältern für zu verarbeitende Teile ohne Vorderwand;
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3 eine schematische Frontansicht des Materialbereitstellungsspeichers mit oberer und unterer Transporteinrichtung mit dem oberen Aufnahmeelement des ersten Stapels in der Position, in der die darin befindlichen Teile oder Materialien entnommen werden können;
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4 eine Darstellung gemäß 3 mit dem oberen Aufnahmeelement über dem zweiten Stapel;
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5 die Darstellung gemäß 4 mit angehobenem zweitem Stapel für die Übernehme des leeren oberen Aufnahmeelements;
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6 die Darstellung gemäß 5 mit abgesenktem zweitem Stapel;
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7 die Darstellung gemäß 6, bei der das untere Aufnahmeelement des zweiten Stapels von dem zweiten Stapel entfernt ist;
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8 eine Darstellung gemäß 3, bei der des untere Aufnahmeelement von dem zweiten Stapel sich unter dem ersten Stapel befindet; und
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9 die prinzipielle Darstellung eines Materialbereitstellungsspeichers mit weiteren zweiten Stapeln.
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Die perspektivische schematische Darstellung in 1 zeigt den Materialbereitstellungsspeicher 1 mit zwei Stapeln 2, 3 mit Aufnahmeelementen 4. Die Aufnahmeelemente 4 weisen eine Seitenwand 5 mit Ausnehmungen 6 für den Eingriff von Haltemitteln (Bolzen 8) auf, die an Tragrahmen oder Tragwänden 14 befestigt sind. Die einzelnen Aufnahmeelemente 4 sind aufeinander gestapelt und berühren einander. Die obere Transporteinrichtung 7 ist horizontal verfahrbar und hält ebenfalls ein Aufnahmeelement 4', das sich in der Position befindet, in der beispielsweise ein Roboter/Handling Teile oder Gegenstände entnehmen kann. Das obere Aufnahmeelement 4' wird über in axialer Richtung bewegliche und entsprechend ansteuerbare Bolzen 8', die in die Ausnehmungen 6 eingreifen, gehalten. Die Bolzen 8, 8' wenden über die Steuereinrichtungen 13, 13' bewegt.
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In 2 ist der Materialbereitstellungsspeicher 1 in einer anderen Perspektive gezeigt und zeigt in den Aufnahmeelementen 4 befindliche tablettartige Aufbewahrungsbehälter 9, in die für die Weiterverarbeitung Materialien oder Teile anordenbar sind. In dieser Darstellung befindet sich in dem Rahmen 10 der oberen Transporteinrichtung 7 kein Aufnahmeelement. Unterhalb der beiden Stapel 2, 3 befindet sich die untere Transporteinrichtung 11 mit einer Hubeinrichtung 12.
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Anhand der 3 bis 8 wird nachfolgend die Arbeitsweise des Materialbereitstellungsspeichers beschrieben.
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3 zeigt eine Darstellung entsprechend der 1, bei der das obere Aufnahmeelement 4' sich bereits in dem Rahmen 10 der oberen Transporteinrichtung 7 befindet. Die untere Transporteinrichtung 11 befindet sich mit der Hubeinrichtung 12 noch unterhalb des ersten Stapels 2. Sowohl der Stapel 2 als auch der Stapel 3 wird über vier Bolzen, die in die vorstehend erläuterten Ausnehmungen 6 der jeweils unteren Aufnahmeelemente 4'' eingreifen, gehalten. In den Figuren sind schematisch die Einrichtungen 13 für die Betätigung der in diesen Figuren nicht sichtbaren Bolzen 8 dargestellt.
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In der 4 befindet sich nunmehr das obere Aufnahmeelement 4' mit dem leeren Aufbewahrungsbehälter 9 über dem zweiten Stapel 3 und die untere Transporteinrichtung 11 befindet sich mit der Hubeinrichtung 12 ebenfalls unter dem zweiten Stapel.
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Als nächstes wird nun der zweite Stapel 3 durch die Hubeinrichtung 12 etwas angehoben, damit die Bolzen 8 entlastet werden und mittels der Stelleinrichtungen 13 aus den Ausnehmungen 6 herausbewegt werden können. Dann hebt die Hubeinrichtung 12 den gesamten zweiten Stapel 3 so weit an, dass das obere Aufnahmeelement 4 den zweiten Stapel 3 berührt, wie in 5 dargestellt Nun geben die Stelleinrichtungen 13' an der oberen Transport einrichtung das obere Aufnahmeelement 4' frei, so dass die Hubeinrichtung den gesamten zweiten Stapel 3 senkrecht nach unten bewegt, und zwar so weit, dass die Bolzen der Stelleinrichtungen 13 in die entsprechenden Ausnehmungen des zweituntersten Aufnahmeelements 4''' eingreifen. Dann fährt die Hubeinrichtung 12 weiter nach unten und senkt dabei gleichzeitig den Stapel so weit ab, dass er auf dem Bolzen 8 aufliegt. Das untere Aufnahmeelement 4'' befindet sich nun entfernt von dem zweiten Stapel 3, wie in 7 gezeigt.
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Als nächstes fährt die obere Transporteinrichtung 7 wieder über den ersten Stapel 2 und die untere Transporteinrichtung 11 mit dem unteren, vollen Aufnahmeelement 4'' unter den ersten Stapel 2 (8). Anschließend erfolgt der vorstehend beschriebene, entsprechende Ablauf derart, dass nun die Hubeinrichtung 12 das untere Aufnahmeelement 4'' begrenzt so weit anhebt, dass die den ersten Stapel 2 haltenden Bolzen 8 entlastet sind und durch die Stelleinrichtungen 13 aus den entsprechenden Ausnehmungen 6 herausgenommen werden können. Anschließend hebt die Hubeinrichtung 12 den gesamten Stapel über das untere Aufnahmeelement 4'' so weit an, dass das neue obere Aufnahmeelement 4' mittels der an der oberen Transporteinrichtung 7 befindlichen Bolzen 8' gehalten werden kann. Anschließend wird der gesamte erste Stapel 2 von der Hubeinrichtung 12 so weit senkrecht nach unten bewegt, dass die Bolzen 8 in Eingriff mit den Ausnehmungen 6 des unteren Aufnahmeelements 4'' gelangen können. Durch weiteres Absenken der Hubeinrichtung 12 liegt der erste Stapel 2 auf dem Bolzen 8 auf. Damit ist der in der 3 dargestellte Zustand wieder erreicht.
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Durch permanenten Ablauf dieses Verfahrens wird zuerst der erste Stapel 2 geleert und die geleerten Aufbewahrungsbehälter 9 des ersten Stapels 2 durch volle Aufbewahrungsbehälter 9 des zweiten Stapels 3 gefüllt. Nach einem vollständigen Umlauf sind die Aufbewahrungsbehälter 9 alter beiden Stapel 2, 3 geleert, so dass eine neue Bestückung erforderlich ist. Diese kann erheblich herausgezögert werden, wenn, wie in der 9 schematisch dargestellt, weitere zweite Stapel 3', 3'', 3''', 3'''' vorgesehen werden, die nach dem gleichen Prinzip immer über dem ersten Stapel 2 geleert werden.
