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Die
Erfindung betrifft eine Bearbeitungsanlage zur Herstellung, Montage,
Bearbeitung und/oder Analyse eines Produktes, wobei das Produkt
mittels eines Produktmoduls zur Herstellung, Montage, Bearbeitung
und/oder Analyse zwischen verschiedenen Prozessebenen bewegt wird,
in welchen jeweils Prozessschritte der Herstellung, Montage, Bearbeitung und/oder
Analyse durchführbar
sind. Die Erfindung betrifft außerdem
ein Verfahren zur Montage, Herstellung, Bearbeitung und/oder Analyse,
wie es mit einer solchen Bearbeitungsanlage durchführbar ist.
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Anlagen
zur Montage, Herstellung oder Bearbeitung nach dem Stand der Technik
sind üblicherweise
horizontal angelegt, mit aneinander gereihten, starr verketteten
Arbeitsstationen. Das zu bearbeitende Produkt durchläuft mittels
eines Fördersystems
nacheinander die einzelnen Stationen. Ein wiederholtes Anfahren
zurückliegender
Prozesse ist meist nicht vorgesehen bzw. möglich. Zur Bearbeitung des
Produkts und der dafür
erforderlichen Zuführung
und Positionierung des Werkzeugs verfügt jede Station über ein
eigenes Positioniersystem. Entsprechend weist jede Station ergänzende Vorrichtungen,
wie z. B. Messtechnik, auf. Bei der heute typischen Separierung
der Arbeitsstationen ist jeweils ein Referenzierungsschritt zur
Ausrichtung des Werkzeugs zum Bauteil erforderlich.
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Anlagen
nach dem Stand der Technik sind normalerweise nur von der Vorderseite
zugänglich, was
die Flexibilität
stark einschränkt
und die Wartung und den Service erschwert. Die Integration vorgelagerter
Prozesse, z. B. die Strukturierung, das Reinigen oder das Vermessen
von Aufbauteilen, ist bei der heutigen Auslegung nur eingeschränkt möglich.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Bearbeitungsanlage zu schaffen,
die mit einer geringeren erforderlichen Stellfläche auskommt, eine hohe Flexibilität bezüglich der
zum Einsatz kommenden Prozesse bzw. Prozessmodule aufweist, mit
einem Minimum an erforderlicher Zuführ-, Handhabungs- und Positionierungstechnik
auskommt und eine Einbindung von zusätzlichen vorgelagerten Bearbeitungsschritten
ermöglicht.
Die Anlage soll außerdem
die Zugänglichkeit
in den Arbeitsbereich erleichtern und die Erzeugung und Aufrechterhaltung definierter
Umgebungsbedingungen im Arbeitsraum mit geringem Aufwand ermöglichen.
Die Vorrichtung soll einfach zu konfigurieren und umrüstbar sein.
Die Prozesskette sollte möglichst
variabel sein. Größtmögliche Skalierbarkeit
hinsichtlich der Größe, z. B. für Tischfabriken,
wie auch bezüglich der
Zahl von Prozessen ist erwünscht.
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Die
genannten Aufgaben werden durch die Bearbeitungsanlage nach Anspruch
1 sowie das Verfahren zur Montage, Herstellung, Bearbeitung und/oder
Analyse nach Anspruch 24 gelöst.
Die entsprechenden abhängigen
Ansprüche
geben vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage
und des erfindungsgemäßen Verfahrens
an.
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Erfindungsgemäß wird eine
Bearbeitungsanlage zur Montage, Herstellung, Bearbeitung und/oder Analyse
eines Produktes vorgeschlagen. Die Bearbeitungsanlage ist in Prozessebenen
gegliedert, wobei in jeder der Prozessebenen jeweils ein Verfahrensschritt
der Montage, Herstellung, Bearbeitung und/oder Analyse des Produktes
durchführbar
ist. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
weist zumindest zwei derartige Prozessebenen auf. Bearbeitung im
Sinne der Erfindung kann u. a. Analyse, Prüfung, Handhabung, Zerspanen,
Herstellen, Beschichten und/oder Messen bedeuten. Herstellung kann
u. a. generative Fertigungsverfahren, Montage, Stapeln, Schichten
usw. bedeuten.
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Die
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage ist
außerdem
in Funktionsspalten gegliedert, welche die Prozessebenen kreuzen
bzw. senkrecht zu den Prozessebenen verlaufen. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
weist zumindest eine erste und eine an die erste angrenzende zweite
Funktionsspalte auf. Die verschiedenen Funktionsspalten weisen ein
oder mehrere Module auf, die jeweils bestimmte Funktionen innerhalb
der Bearbeitungsanlage erfüllen.
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Derartige
Module sind in der erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage
zunächst
Prozessmodule, die jeweils zur Durchführung eines Prozessschrittes
eingerichtet sind. Jede Prozessebene weist also ein Prozessmodul
auf, mit dem der entsprechende Prozessschritt durchführbar ist.
Unter einem Prozess wird hier wie im Folgenden ein Herstellungs-,
Montage-, Bearbeitungs- und/oder
Analyseprozess verstanden.
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Die
Prozessmodule sind zumindest in einer ersten der Funktionsspalten
angeordnet. Die Prozessmodule sind also in einer Spalte, der ersten Funktionsspalte, übereinander
angeordnet, wobei jedes Modul in einer eigenen Prozessebene untergebracht
ist. Vorzugsweise sind die Module aneinander angrenzend untergebracht.
Die Module können
quaderförmig
ausgebildet sein, so dass sie über
Seitenflächen
des Quaders aneinandergrenzen.
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Die
Prozessebenen sind horizontal und die Funktionsspalten vertikal
orientiert. Die Prozessmodule einer Funktionsspalte sind also übereinander gestapelt
und ein Produktmodul, wie es unten beschrieben wird, bewegt sich
in vertikaler Richtung seitlich an die Prozessmodule heran. Vertikal
bedeutet hier senkrecht zur Standfläche der Anlage, horizontal
bedeutet parallel zur Standfläche.
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Bevorzugt
ist die Bearbeitungsanlage als rechteckiges Gitter aufgebaut, wobei
Zeilen den Prozessebenen entsprechen und Spalten entsprechend den
Funktionsspalten. Die Prozessmodule sind dann in benachbarten Zellen
der Gitterstruktur untergebracht.
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Die
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage weist
außerdem
in der zweiten Funktionsspalte zumindest ein Produktmodul auf, das
zumindest innerhalb dieser zweiten Funktionsspalte zwischen den Prozessebenen
bewegbar ist. Da die zweite Funktionsspalte im Betrieb benachbart
zur ersten Funktionsspalte, in welcher die Prozessmodule untergebracht
sind, angeordnet ist, kann dadurch das Produktmodul ein Produkt
oder Zwischenprodukt von einem Prozessmodul zu einem anderen Prozessmodul bewegt
werden, wobei es dann jeweils benachbart zu dem entsprechenden Prozessmodul
angeordnet ist.
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Das
Produktmodul ist eingerichtet, um den Transport eines Produktes
und/oder eines Zwischenproduktes, das z. B. bei der Montage des
Produktes entsteht, von einem Prozessmodul zu einem anderen Prozessmodul
zu ermöglichen.
Da sich das Produktmodul entlang der ersten Funktionsspalte von
einem Prozessmodul zum anderen Prozessmodul bewegt, bewegt es sich
vorzugsweise in der zweiten Funktionsspalte parallel zu den Prozessmodulen
bzw. der ersten Funktionsspalte.
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Die Überlagerung
von Funktionsspalten und Prozessebenen bildet ein ebenes Gitter.
Erfindungsgemäß können mehrere
solcher Gitter hintereinander, also mit paralleler Gitterebene angeordnet
sein. In diesem Fall haben die Prozessebenen und Funktionsspalten
eine der Anzahl der hintereinander angeordneten Gitter entsprechende
Tiefe. In diesem Fall kann das Produktmodul vorzugsweise auch innerhalb
einer Prozessebene in Richtung der Tiefe bewegt werden. Prozessmodule,
die in Richtung der Tiefe hintereinander in einer Prozessebene angeordnet
sind, können
verschiedene Prozessschritte ausführen. Das Produktmodul kann
zwischen den Prozessebenen hin und her fahren, so dass Prozessschritte
durch bestimmte Prozessmodule auch mehrfach in beliebiger Reihenfolge
durchführbar
sind.
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Erfindungsgemäß können mehrere
Produktmodule vorgesehen sein, die hintereinander in der zweiten
Funktionsspalte laufen. Es ist dann jedes der Produktmodul benachbart
zu einem unterschiedlichen Prozessmodul angeordnet. Es können auch Prozessmodule
in einer dritten Funktionsspalte angeordnet sein, die auf jener
der ersten Funktionsspalte abgewandten Seite der zweiten, das Produktmodul
aufweisenden, Funktionsspalte angeordnet ist. Hierdurch können im
Produktmodul von beiden Seiten Prozesse durchgeführt werden.
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Es
ist auch möglich,
dass das oder die Produktmodule in einer dritten, zur zweiten Funktionsspalte
benachbart angeordneten Funktionsspalte laufen. Das oder die Produktmodule
können
in diesem Falle in der zweiten Funktionsspalte laufen, um dann am
Rand der zweiten Funktionsspalte in einer Prozessebene oder ober- bzw. unterhalb einer
Prozessebene parallel zu den Prozessebenen in die dritte Funktionsspalte
verschoben zu werden und dann entlang dieser in entgegengesetzter
Richtung zur Bewegung in der zweiten Spalte verschoben zu werden. Auf
diese Weise können
sich das oder die Produktmodule in einem Kreislauf bewegen. Insbesondere können auch
entlang der dritten Funktionsspalte weitere Prozessmodule in den
Prozessebenen angeordnet sein, welche Funktionen ausführen können, die von
den anderen Prozessmodulen verschieden sind. Diese Prozessmodule
wären dann
in einer weiteren Funktionsspalte benachbart zueinander angeordnet.
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Zur
Durchführung
des einem Prozessmodul entsprechenden Prozessschrittes wird das
Produktmodul neben und benachbart dem entsprechenden Prozessmodul
in der Prozessebene dieses Prozessmoduls angeordnet.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
eine weitere Funktionsspalte als Steuerungsfunktionsspalte auf,
welche zumindest ein Steuerungsmodul enthält, mit welchem zumindest eines
der Prozessmodule oder der durch zumindest eines der Prozessmodule
ausgeführte
Prozessschritt steuerbar ist. Es kann hierbei ein für mehrere oder
alle Prozessmodule gemeinsames Steuerungsmodul vorgesehen sein oder
es kann für
eines oder mehrere Prozessmodule jeweils ein Steuerungsmodul vorgesehen
sein. Vorzugsweise ist das einem Prozessmodul entsprechende Steuerungsmodul
in jener Prozessebene angeordnet, in welcher auch das entsprechende
Prozessmodul angeordnet ist. Besonders bevorzugt ist jeder Prozessebene
ein Steuermodul zugeordnet, das in der Steuerungsfunktionsspalte
in dieser Prozessebene angeordnet ist. Die Steuerungsmodule können entfernbar
sein, z. B. als Rack ausgebildet.
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Vorzugsweise
weist die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
außerdem
eine Funktionsspalte als Zuführungs-Funktionsspalte auf,
die zumindest ein Zuführungsmodul
aufweist. Mit diesem Zuführungsmodul
können
dann einem oder mehreren Prozessmodulen Bauteile, Hilfsstoffe, Edukte,
Aufbauteile, Komponenten, Prozesshilfsmittel und anderes zugeführt werden.
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Jede
Prozessebene weist vorzugsweise angrenzend an jedes Prozessmodul
oder jede Prozessspalte ein Zuführmodul
auf, durch das oder von dem aus das entsprechende Prozessmodul oder
die entsprechende Prozessebene mit z. B. Bauteilen, Ausgangsstoffen,
Edukten usw. versorgbar ist.
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Ein
Zuführmodul
kann hierzu z. B. ein Magazin, eine Rolle, die durch das Zuführmodul
geleitet wird, einen Behälter,
ein Förderband
usw. aufweisen.
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Wie
beschrieben führen
die Prozessmodule die Prozessschritte der Montage, Bearbeitung,
Herstellung und/oder Analyse des Produkts aus. Die Prozessmodule
können
dabei einen oder mehrere Prozessschritte ausgewählt aus Bestückung, Mikrodispensen,
Mikroapplizieren, Folienmontage, Folienstrukturierung, Prüfprozesse,
Herstellungsprozesse, Vorbehandlungsprozesse, Bearbeitungsprozesse, generative
Fertigungsprozesse, Montieren, Auftragen, Beschichten, Strukturieren,
Zerspanen, Bearbeiten, Prüfen
und Messen und Fräsprozesse
durchführen.
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Erfindungsgemäß kann besonders
bevorzugt das Produkt während
zumindest einiger der Prozessschritte im Produktmodul hergestellt,
montiert, bearbeitet und/oder analysiert werden, ohne aus diesem
entfernt zu werden. In diesem Falle bleibt das Produkt während des
entsprechenden Prozessschrittes im Produktmodul angeordnet und die
Bearbeitung, Herstellung, Montage und/oder Analyse findet im Produktmodul
und/oder aus dem Prozessmodul statt. Es können hier beispielsweise Bearbeitungsvorrichtungen
aus dem Prozessmodul in das Produktmodul hineingreifen und/oder
Werkzeuge an das Produktmodul übergeben
werden.
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Das
Produkt oder Zwischenprodukt kann in zumindest einem Teil der Prozessschritte
auch außerhalb
des Produktmoduls hergestellt werden. Hierzu kann das Produkt oder
Zwischenprodukt in der entsprechenden Prozessebene aus dem Produktmodul
in das entsprechende Prozessmodul bewegt oder transportiert werden
und dann im Prozessmodul hergestellt, montiert, bearbeitet und/oder
analysiert werden.
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Das
Produktmodul kann zumindest eine Werkstückaufnahme und/oder zumindest
eine Werkzeugaufnahme aufweisen. Die Werkstückaufnahme hält hierbei
das Produkt oder Zwischenprodukt. Die Werkzeugaufnahme hält und/oder
führt bei
einem Prozessschritt ein Werkzeug zur Durchführung des entsprechenden Prozessschrittes.
Das Werkzeug kann dem Produktmodul vor Beginn des Prozessschrittes
von jenem dem Prozessschritt entsprechenden Prozessmodul übergeben
werden und in die Werkzeugaufnahme eingesetzt werden. Es ist bevorzugt,
wenn die Werkstückaufnahme
gegenüber
der Werkzeugaufnahme referenziert und/oder justiert ist.
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Vorzugsweise
weist das Produktmodul zumindest eine Positionierungsvorrichtung
auf, mit welcher die Werkstückaufnahme
positionierbar und justierbar ist. Die Justierung bzw. Positionierung
kann hierbei gegenüber
einer im Produktmodul angeordneten Werkzeugaufnahme geschehen oder
gegenüber
einem Werkzeug des entsprechenden Prozessmoduls. Die Justierung
und Positionierung kann in diesem Fall an jedem Prozessmodul erneut
durchgeführt
werden.
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Damit
das Produktmodul vom Prozessmodul ein Werkzeug empfangen kann, weist
das Prozessmodul vorzugsweise eine Werkzeugzuführung auf, mit welcher zumindest
ein Prozesswerkzeug an das Produktmodul übergebbar ist und/oder aus
dem Produktmodul entfernbar ist.
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Zumindest
eines der Prozessmodule kann auch ein Werkzeug aufweisen, das in
das Produktmodul zur Montage und/oder Herstellung und/oder Bearbeitung
im Produktmodul in das Produktmodul hineingreifen kann.
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Die
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage kann
außerdem
eine Positionierungsvorrichtung aufweisen, mit welcher das Produktmodul
gegenüber den
Prozessmodulen positionierbar ist. Hierbei kann die Positionierung vor
jedem Prozessmodul erneut erfolgen. Zur Ausrichtung des Produktmoduls
gegenüber
einem Prozessmodul kann das Produktmodul vor dem entsprechenden
Prozessmodul auf festen Punkten abgelegt werden. Vorzugsweise wird
es dort zentriert, verriegelt und/oder mit dem Prozessmodul gekoppelt.
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Das
Produktmodul und die Prozessmodule können jeweils ein Interface
aufweisen, durch das das Produktmodul über das entsprechende Prozessmodul
und/oder dessen Steuermodul ansteuerbar ist. Auf diese Weise kann
jeder Prozess in einer Prozessebene vollständig durch das Steuermodul
dieser Ebene gesteuert werden.
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Vorzugsweise
weist zumindest eines der Produktmodule und/oder zumindest eines
der Prozessmodule zumindest eine Messvorrichtung zur Überwachung
und/oder Steuerung der Herstellung, Montage, Bearbeitung und/oder
Analyse auf. Infrage kommen z. B. Positionsmessungen, Reinheitsmessungen,
Beschichtungskontrolle, Bestückungskontrollen,
Funktionsteste. Ist die Messung im Produktmodul angeordnet, reicht
für die
gesamte Prozesskette vorzugsweise eine dieser Vorrichtungen. Durch den
prozessübergreifenden
Einsatz ist eine Kostenreduzierung möglich.
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Erfindungsgemäß kann das
oder die Produktmodule außerdem
eingerichtet sein, um die Schaffung definierter Arbeitsbedingungen
im Arbeitsraum, wie beispielsweise Reinraumbedingungen, zu ermöglichen.
Hierzu kann das entsprechende Produktmodul nach außen abgeschlossen
sein und/oder eine Klima- und/oder Lüftungsvorrichtung aufweisen. Auch
Vorrichtungen zur Einstellung der Temperatur in einem Raum des Produktmoduls,
der Sterilität,
der Helligkeit, des Lichtverhältnisses,
einer Gasatmosphäre,
der Reinheit oder einer Luftfeuchtigkeit sind möglich.
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Erfindungsgemäß können vorgelagerte
Bearbeitungs- und/oder
Fertigungsschritte in zumindest ein Prozessmodul integriert sein.
So zum Beispiel Reinigung, Inspektion, Prüfung, Beschichtung, Strukturierung,
Vormontage usw.
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Die
Produktmodule und/oder die Prozessmodule können eine oder mehrere offene
Seitenflächen
aufweisen. Vorzugsweise weisen sie zumindest eine offene Seite auf,
durch welche eine Interaktion zwischen den Produktmodulen und den
Prozessmodulen möglich
ist. Es können
weitere Seiten offen gestaltet sein, so dass der Eingriff von außen möglich wird.
Seitenflächen
der Produktmodule und/oder Prozessmodule können auch öffenbar oder schließbar gestaltet
sein oder Schleusen aufweisen, so dass eine Bearbeitung unter Aufrechterhaltung
eines eventuell vorhandenen Herstellungs-, Montage-, Bearbeitungs-
und/oder Analyseumgebung möglich
ist. Eine Vorrichtung zur Erzeugung der Umgebung kann an einer Seite
des Produktmoduls angeordnet sein. Hierdurch kann die Prozessumgebung
mit nur einer einzigen Vorrichtung pro Produktmodul geschaffen werden.
Es ist nicht für
jeden Prozessschritt eine eigene Vorrichtung notwendig.
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Es
ist bevorzugt, wenn die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage modular
ausgeführt
ist. Hierzu sind vorzugsweise die Funktionsspalten trennbar ausgeführt, so
dass unterschiedliche Funktionsspalten zusammengefügt oder
getrennt werden können, ohne
dass die Prozessebenen getrennt werden müssten. Die Prozessebenen bzw.
Prozessmodule können
in diesem Falle in einer gegebenen Funktionsspalte zusammenhängen. Möglich ist
auch, dass die Prozessebenen trennbar ausgestaltet sind und die
Funktionsspalten einer Prozessebene zusammenhängen. Es ist aber auch möglich, dass
die Anlage vollständig
modular ausgebildet ist, so dass alle oder mehrere Prozessmodule,
Zuführungsmodule, Steuerungsmodule
und/oder Produktmodule trennbar und zusammenfügbar sind. In allen genannten Fällen können zwischen
den trennbaren oder fügbaren
Ebenen lösbare
Verbindungselemente, wie beispielsweise Schrauben, vorgesehen sein.
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Bevorzugt
können
die Module zumindest einer Funktionsspalte und/oder zumindest einer
Prozessebene in einem für
die entsprechenden Module gemeinsamen Rahmen untergebracht sein.
Die Module können
in dem Rahmen verschiebbar sein.
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Die
Funktionsspalten, Prozessebenen und gegebenenfalls Rahmen zur Herstellung
von Modulen können
in einem gemeinsamen Rahmen untergebracht sein, in dem sie fest
oder verschiebbar sind.
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Es
kann auch ein Rahmen mit zwischen Kanten des Rahmens, vorzugsweise
senkrecht verlaufenden Streben vorgesehen sein. Die Module können dann
durch die Streben im Rahmen gehalten werden.
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Die
Prozessmodule können
bewegliche Komponenten, wie z. B. einen verschiebbaren Boden, aufweisen,
der in einer Richtung, vorzugsweise in Richtung der zweiten Funktionsspalte
aus dem Prozessmodul herausschiebbar ist, bzw. in einen Zwischenraum,
der durch Trennen zweier benachbarter Funktionsspalte erzeugbar
ist.
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Die
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage kann
ein Aufzugssystem, Lift oder Kran im oberen Anlagenbereich vorsehen,
das zwischen den beabstandeten Funktionsspalten positionierbar ist
und die Bestückung
der Prozessebenen mit dem jeweils ausgewählten Funktionsmodul unterstützt. Ein
solches kann als Kran ausgeführt
sein, dessen Läufer
oberhalb der obersten Prozessebene entlang der Prozessebenen läuft und
von dem aus der Kran in die Anlage eingreifen kann, um gezielt Module
auszutauschen oder zu modifizieren.
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Durch
die Erfindung wird eine deutlich verbesserte Ausnutzung des Produktionsraums
erreicht, da der Aufbau insbesondere bei vertikaler Anordnung der
Funktionsspalten eine volle Raumhöhe ausnutzen kann. Die erforderlichen
Stellflächen
können
ressourcenschonend und kostensparend reduziert werden. Der erfindungsgemäße Aufbau
kann die Zugänglichkeit
von mehreren Seiten verbessern, wodurch das Einrichten und eine
Wartung vereinfacht wird, Bauteile kostengünstiger zugeführt werden
können
und die Erzeugung definierter Umgebungsbedingungen in den einzelnen
Arbeitsbereichen vereinfacht wird. Die erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
bedarf vorzugsweise nur eines präzisen
Positioniersystems im Produktmodul für alle Prozessschritte, wodurch
der Aufwand in den einzelnen Prozessmodulen deutlich reduziert wird.
Durch die zum Positionierungssystem referenzierte Werkzeugaufnahme
im Produktmodul kann jedes adaptierte Prozesswerkzeug bereits referenziert
sein. Durch die Möglichkeit,
das Produktmodul prozessübergreifend einzusetzen,
kann die Anzahl der für
die Prozesse erforderliche Werkzeuge und/oder Messvorrichtungen im
Extremfall auf Eins reduziert werden. Es ist eine kostengünstige Kapselung
des Arbeitsraums möglich,
wodurch definierte Umgebungsbedingungen über die vollständige Prozesskette
aufrechterhalten werden können.
Es ist die direkte Integration vorgelagerter Bearbeitungsschritte
in die Prozessmodule und damit in die Anlage möglich.
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Im
Folgenden soll die erfindungsgemäße Herstellungsvorrichtung
anhand einiger Figuren beispielhaft erläutert werden. Dabei bezeichnen
gleiche Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Komponenten.
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Es
zeigt
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1 eine
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
mit einer Unterteilung in Prozessebenen,
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2 eine
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
mit einer Unterteilung in Funktionsspalten,
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3 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage,
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4 eine
schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage mit
einem in zwei Funktionsspalten in einem geschlossenen Weg laufenden
Produktmodul,
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5 Seiten-
und Vorderansicht eines erfindungsgemäßen Produktmoduls,
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6 ein
Produktmodul neben einem Prozessmodul in einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage,
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7 ein
Produktmodul neben einem Prozessmodul in einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsanlage
mit einem aus dem Prozessmodul in das Produktmodul greifenden Werkzeug,
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8 eine
erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
mit verschiebbaren Funktionsspalten, und
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9 eine
mögliche
Ausgestaltung einer Zuführungsfunktionsspalte.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
mit vier Prozessebenen 1a, 1b, 1c, 1d. Jede
Prozessebene weist ein Prozessmodul 2a, 2b, 2c und 2d auf.
Die gezeigte Bearbeitungsanlage weist außerdem ein Produktmodul 3 auf,
welches sich in Prozessebene 1a befindet. Das Produktmodul 3 ist
mittels einer Verschiebungsvorrichtung 4 zwischen den Prozessebenen 1a, 1b, 1c, 1d beweglich. Jedes
der Prozessmodule 2a, 2b, 2c und 2d ist
zur Durchführung
eines Prozessschrittes bei der Herstellung, Montage oder Bearbeitung
eines Produktes eingerichtet. Im vorliegenden Beispiel sind die
Prozessebenen 1a, 1b, 1c, 1d horizontal
angeordnet, so dass die Prozessmodule 2a, 2b, 2c, 2d übereinander gestapelt
vorliegen. Mittels dem Produktmodul 3 ist ein Produkt oder
Zwischenprodukt der Montage bzw. Herstellung oder Bearbeitung von
einem Prozessmodul 2a bzw. einer Prozessebene 1a zu
einem anderen Prozessmodul 2a, 2b, 2c, 2d bzw.
einer anderen Prozessebene 1b, 1c, 1d bewegbar
oder transportierbar.
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2 zeigt
eine erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
sowie deren Unterteilung in Funktionsspalten 6a, 6b, 6c, 6d.
Jede der Funktionsebenen 6a, 6b, 6c, 6d erfüllt eine
bestimmte Funktion in der Hertellungsanlage. Funktionsspalte 6a weist
das Produktmodul 3 sowie eine Verschiebungsvorrichtung 4 zum
Verschieben des Produktmoduls 3 auf. Die Funktion ist hier
der Transport des Produktes oder Zwischenproduktes zwischen den
Prozessebenen 1a, 1b, 1c, 1d.
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Die
Funktionsspalte 2b weist die Prozessmodule 2a, 2b, 2c, 2d auf,
die in der Funktionsspalte 6b übereinander gestapelt vorliegen.
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Im
gezeigten Beispiel weist die Funktionsspalte 6c ein Zuführmodul
auf, mittels welchem den Prozessmodulen 2a, 2b, 2c, 2d Bauteile,
Hilfsstoffe, Edukte, Aufbauteile, Komponenten und/oder Prozesshilfsmittel
zuführbar
ist.
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Die
Funktionsspalte 6d enthält
hier Steuerungsmodule zur Steuerung der Prozesse in den Prozessmodulen 2a, 2b, 2c, 2d. Über die
Steuerungsmodule in der Funktionsspalte 6d ist außerdem das Produktmodul 3 steuerbar.
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Die
in 2 gezeigte Herstellungsvorrichtung weist außerdem einen
freien Bereich 5 auf, in welchem die Funktionsspalten 6a, 6b, 6c und/oder 6d verschiebbar
sind. Auf diese Weise können
die Funktionsspalten 6a, 6b, 6c, 6d voneinander
getrennt werden, so dass die Module zugänglich und bestückbar werden.
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Die
gezeigte Bearbeitungsanlage wird durch einen rechteckigen Rahmen 7 gehalten,
welcher Streben 8a, 8b, 8c, 8d aufweist,
in welche die einzelnen Module eingespannt sind.
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3 zeigt
schematisch eine erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage
mit vier Funktionsspalten 6a, 6b, 6c und 6d.
Funktionsspalte 6a enthält
das Produktmodul 3, welches innerhalb der Funktionsspalte 6a zwischen
Positionen 3a, 3b, 3b und der gezeigten
Position bewegbar ist. Die Funktionsspalte 6b enthält vier
Prozessmodule 2a, 2b, 2c, 2d.
Im gezeigten Beispiel ist durch das Prozessmodul 2a ein Prozessschritt
einer Folienstrukturierung möglich. Durch
Prozessmodul 2b ist eine Folienmontage und durch Prozessmodul 2c Mikrodispensen
möglich. Prozessmodul 2d dient
einer Bestückung.
Im gezeigten Beispiel befindet sich das Produktmodul 3 in
einer Position, in welcher der Prozessschritt des Mikrodispensens
durch das Prozessmodul 2c durchgeführt wird. Die Funktionsspalte 6c enthält vier
Zuführungsmodule 12a, 12b, 12c, 12d.
Dabei kann z. B. das Zuführmodul 12b Folienelemente
zuführen,
das Zuführmodul 12c Klebstoffe,
das Zuführmodul 12d Komponenten
u. ä. Die
Bearbeitungsanlage wird durch die in Funktionsspalte 6d untergebrachten
Steuerungsmodule 9a, 9b, 9c, 9d gesteuert.
Jede Prozessebene weist je ein Steuerungsmodul 12a, 12b, 12c, 12d auf. Andere
Prozesse kommen für
andere Anwendungen infrage.
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4 zeigt
eine Bearbeitungsanlage gemäß der vorliegenden
Erfindung entsprechend der in 3 gezeigten
Bearbeitungsanlage. Die in 4 gezeigte
Bearbeitungsanlage unterscheidet sich von der in 3 gezeigten
Bearbeitungsanlage dadurch, dass das Produktmodul 3 nicht
nur wie in 3 in der Funktionsspalte 6a zwischen
den Positionen 3a, 3b und 3c sowie der
gezeigten Position beweglich ist, sondern zusätzlich in der Funktionsspalte 6e in
den Positionen 3d, 3e, 3f und 3g.
Dabei kann das Produktmodul 3 eine Kreisbewegung durch
die möglichen
Positionen 3a bis 3g durchführen. Hierzu wird das Produktmodul 3 aus
der Position 3a in der Prozessebene 1d aus der
Funktionsspalte 6a in die Funktionsspalte 6e der
gleichen Prozessebene 1d verschoben. Entsprechend wird
in der Prozessebene 1a das Produktmodul 3 aus
der Position 3g der Funktionsspalte 6e in die
Position 3c der Funktionsspalte 6a in der gleichen
Prozessebene 1a verschoben. In der in 4 gezeigten
Vorrichtung ist auch ein Herstellungsverfahren mittels mehrerer
Produktmodule 3 möglich,
die entlang dem gezeigten Kreisweg nacheinander durch die Positionen 3a bis 3g laufen,
so dass jeweils vier Produktmodule sich in Prozessschritten der
Prozessmodule 2a bis 2d befinden, während die
Produktmodule in den Positionen 3d bis 3g in der
Funktionsspalte 6e zurückgeführt werden. Es
können
aber auch weitere Prozessmodule angrenzend an die Positionen 3d bis 3g untergebracht sein,
so dass Produktmodule auch in diesen Positionen Prozessschritten
unterliegen können.
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5 zeigt
links eine Seitenansicht und rechts eine Vorderansicht eines Produktmoduls 3 entsprechend
der vorliegenden Erfindung. Das Produktmodul 3 weist eine
Halterungsstruktur 31 auf, an welcher eine Werkzeugschnittstelle 32 angeordnet ist.
Mittels einer Positionierungsvorrichtung 33 ist ein Werkstück 34 gegenüber der
Werkzeugschnittstelle 32 referenzierbar und justierbar.
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6 zeigt
nun, wie ein beispielhaftes Produktmodul 3 mit einem beispielhaften
Prozessmodul 2 zusammenarbeiten kann. Das Produktmodul 3 ist hierbei
wie in 5 im linken Teilbild in einer Seiteansicht gezeigt.
Aus dem neben dem Produktmodul angeordneten Prozessmodul 2 greift
hier eine Werkzeugzuführung 21 in
das Produktmodul 3 ein und übergibt diesem ein Bearbeitungswerkzeug,
mit welchem dann in dem Produktmodul 3 das Werkstück oder
Zwischenprodukt 34 bearbeitet werden kann. Nach Beendigung
der Bearbeitung kann die Werkzeugzuführung 21 das Werkzeug
von der Werkzeugschnittstelle 32 entnehmen und aus dem
Produktmodul 3 entfernen.
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Im
gezeigten Beispiel weist das Prozessmodul 2 eine Vorbehandlungsvorrichtung 61 auf,
mit welcher z. B. vom Prozessmodul 2 an das Produktmodul 3 zu übergebende
Komponenten oder Werkzeuge vorbehandelbar sind.
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Die
Werkzeugzuführung 21 läuft auf
einer Schiene 62. Die Werkzeugzuführung 21 kann im Prozessmodul 2 ein
Werkzeug 63 aufnehmen und im Produktmodul 3 an
die Werkzeugschnittstelle 32 übergeben. Sie kann das Werkzeug 63 nach
dem entsprechenden Prozessschritt von der Werkzeugschnittstelle 32 abnehmen
und in das Prozessmodul 2 zurückführen.
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Das
Produktmodul 3 weist im gezeigten Beispiel eine Belüftungsvorrichtung 35 auf,
mit welcher im Inneren 36 des Produktmoduls 3 eine
Prozessumgebung oder Bearbeitungs-, Montage-, Herstellungs- oder
Analyseumgebung herstellbar ist. Die anderen gezeigten Merkmale
entsprechen jenen in den vorangegangenen Figuren gezeigten Merkmalen
mit gleichen Bezugszeichen. Eine Mini-Environment-Technik 35 bläst Luft
in den Innenraum 36 des Produktmoduls 3. Die Mini-Environmentvorrichtung
dient zur Erzeugung einer Reinraumatmosphäre im Produktmodul und weist
einen Ventilator, eine Luftaufbereitung und einen Filter auf.
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7 zeigt
ein weiteres Beispiel, wie ein Produktmodul 3 mit einem
Prozessmodul 2 zusammenwirken kann. Wiederum ist ein Werkstück 34 auf einer
Positionierungsvorrichtung 33 in dem Produktmodul 3 angeordnet.
Das Prozessmodul 2 weist hier nun einen Roboterarm 22 mit
einem Werkzeug 23 auf. Der Roboterarm 22 greift
hierbei aus dem Prozessmodul 2 in das Produktmodul 3 und
bearbeitet dort mit dem Werkzeug 23 das Werkstück bzw.
Zwischenprodukt 34. Der Roboterarm kann z. B. ein zweiachsiger
Scara-Roboter sein.
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8 zeigt
eine erfindungsgemäße Bearbeitungsanlage,
in welcher jene das Produktmodul 3 tragende Funktionsspalte 6a von
der Funktionsspalte 6b, welche die Prozessmodule trägt, entfernt
wurde. Die Funktionsspalte 6a befindet sich nun im vormals freien
Bereich 5 der Bearbeitungsanlage. Es wurde hier ein Prozessmodul 2b aus
jener die Prozessmodule aufweisenden Funktionsspalte 6b herausgeschoben.
Durch diese Ausgestaltung der Bearbeitungsanlage ist es besonders
einfach und effizient möglich,
Prozessmodule 2a, 2b, 2c, 2d auszutauschen.
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Die
in 8 gezeigte Bearbeitungsanlage weist eine als Kran 81 ausgestaltete
Bestückungsvorrichtung 81 auf,
mit welcher Prozessmodule 2b, die aus der Funktionsspalte 6b herausgeschoben sind,
gehandhabt werden können.
Der Kran weist hierzu einen Läufer 83 auf,
der in Richtung parallel zu den Prozessebenen verschiebbar ist.
Er weist darüber
hinaus eine Hebevorrichtung 82 auf, die in Richtung parallel
zu den Funktionsspalten beweglich ist und mit welcher ein Prozessmodul 2b anhebbar
und absetzbar ist.
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9 zeigt
beispielhaft eine mögliche
Ausgestaltung einer Funktionsspalte 6c als Zuführfunktionsspalte 6c.
Die Funktionsspalte 6c weist hierbei Zuführmodule 12a, 12b, 12c und 12d auf.
Zuführmodul 12a ist
hierbei ein Magazinzuführungssystem,
mit welchem Magazine 91a und 91b einem Prozessmodul
zuführbar
sind oder Materialien aus einem Magazin einem Prozessmodul zuführbar sind.
Mit dem Zuführmodul 12b sind
Hilfsstoffe 92a, 92b und 92c einem Prozessmodul
zuführbar.
Zuführmodul 12c weist
ein Rollenzuführungssystem
auf, mit welchem aufgerollte Komponenten von einer Rolle 93a abrollbar
sind, dann dem Prozessmodul zuführbar
sind und der Träger
auf einer Rolle 93b aufrollbar ist.
