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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Transfervorrichtung zur Fertigung und Montage von Produkten sowie einzelne Module und Bestandteile einer solchen Transfervorrichtung.
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Transfervorrichtungen für automatisierte Fertigungslinien werden typischerweise jeweils für ein Produkt oder eine spezielle Produktlinie entworfen und aufgebaut, d. h. der vollständige Fertigungsablauf und auch jeder einzelne Arbeitsvorgang innerhalb der Linie ist für den einzelnen Fertigungsschritt des Produkts entworfen und optimiert. Eine solche Vorgehensweise ist für Großserienfertigungen, bei denen die Produktslinie über einen langen Zeitraum mit nur einem Produkt bzw. Produkttyp kontinuierlich läuft, sinnvoll. Für kleinere Produktionsvolumina und für Produkte mit einem zeitlich stark variierenden Bedarf sind die Investitionskosten für eine derartige automatisierte Fertigungslinie häufig zu hoch.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Transfervorrichtung und hier für geeignete Module und Elemente zu schaffen, mit der flexibel, schnell und preisgünstig eine Fertigungslinie für unterschiedlichste Produkte zusammengestellt werden kann.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des Anspruchs 1 und insbesondere durch eine Transfervorrichtung, die eine Transporteinrichtung aufweist, welche mehrere Bearbeitungsstationen in einer Transportebene verbindet, wobei mehrere Werkstückträger vorgesehen sind, die mit der Transporteinrichtung zwischen den Bearbeitungsstationen verfahrbar sind. Erfindungsgemäß sind die Bearbeitungsstationen als Module mit einem standardisierten Breitenmaß ausgebildet, das insbesondere etwa 500 mm beträgt und vorzugsweise nicht mehr als etwa 450 mm beträgt. Die Bearbeitungsstationen können auch ein Breitenmaß besitzen, das einem ganzzahligen Vielfachen des standardisierten Breitenmaßes entspricht.
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Mit dem erfindungsgemäßen Automatisierungskonzept kann eine Fertigungslinie aus leistungsfähigen Standardmodulen aufgebaut werden, die in beliebiger Reihenfolge und Anzahl miteinander verbunden werden können. Die Standardisierung der Modulbreite erlaubt eine beliebige Aneinanderreihung von Bearbeitungsstationen für manuelle und/oder automatisierte Montage und Fertigung.
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Erfindungsgemäß orientiert sich das standardisierte Breitenmaß an der optimalen Breite einer Arbeitsposition für manuelle Arbeiten, die etwa 880 mm beträgt. Wenn als standardisiertes Breitenmaß die Hälfte dieses Wertes, also etwa 440 mm gewählt wird, lassen sich auf optimale Weise automatisierte und manuelle Bearbeitungsstationen miteinander kombinieren.
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Gegenstand der Erfindung sind auch die nachfolgend beschriebenen Bearbeitungsstationen bzw. die weiteren Bestandteile und Komponenten der beschriebenen Transfervorrichtung, wie beispielsweise Werkstückträger und ergänzende Bearbeitungsmodule oder Werkzeuge.
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Mit der erfindungsgemäßen Transfervorrichtung können produktspezifische Fertigungs- und Montageaufgaben durch spezifische Werkstückträger einerseits, sowie durch Sonderwerkzeuge und Zusatzkomponenten der Bearbeitungsmodule andererseits, realisiert werden. Hierbei können mit Prozesszeit behaftete Vorgänge zugunsten der Produktivität dezentral, d. h. beispielsweise auf den Werkstückträgern ausgeführt werden, die zu diesem Zweck in Lagerstationen zwischengelagert werden können. Beispielsweise können Ausheizprozesse mit Hilfe von in die Werkstückträger integrierten Heizelementen und Temperatursensoren geregelt und protokolliert werden, so dass Durchlauföfen entfallen können.
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Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen beschrieben.
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Nach einer ersten vorteilhaften Ausführungsform kann die Transporteinrichtung in der Transportebene eine lineare Bearbeitungsstrecke und eine lineare Rücktransportstrecke aufweisen, die antiparallel zueinander verlaufen. Auf diese Weise erfolgt die Fertigung bzw. Montage einerseits linear und andererseits nur auf einer Seite der Fertigungsstraße, wodurch die andere Seite frei für Serviceaufgaben ist. Die Produkte und die Materialien können mit Hilfe der Transporteinrichtung, beispielsweise mit Hilfe von Transportbändern, befördert werden, wobei der Vorlauf auf derjenigen Seite der Fertigungsstraße erfolgt, auf der die Prozessschritte durchgeführt werden. Der Rücklauf erfolgt entsprechend auf der Rückseite der Fertigungsstraße.
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Wenn zwischen der Bearbeitungsstrecke und der Rücktransportstrecke Querverbindungsstrecken vorgesehen sind, kann eine einzelne Fertigungszelle bzw. Bearbeitungsstation wiederholt genutzt werden, indem das Produkt über die Rücktransportstrecke und über die Querverbindungsstrecke wieder der Bearbeitungsstation zugeführt wird.
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Wenn zwischen der Bearbeitungsstrecke und der Rücktransportstrecke eine Lagerstation und/oder eine Bearbeitungsstation angeordnet ist, können einzelne Bearbeitungsstationen mehrfach genutzt werden. In diesem Fall können die Werkstückträger über die Rücktransportstrecke zugeführt werden. Auch ist es möglich, oberhalb der Transportebene eine weitere Ebene vorzusehen, in der Werkstückträger in eine Bearbeitungsstation und/oder Lagerstation geführt werden können. Auf diese Weise kann oberhalb der Transportebene und oberhalb der Bearbeitungsstrecke Material zugeführt werden, das in der Bearbeitungsstation benötigt wird.
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Wenn an der Rücktransportstrecke keine Bearbeitungsstation vorgesehen ist, kann diese alleine für den Rücktransport bzw. für das wiederholte Einschleusen von Werkstückträgern in die Bearbeitungsstrecke genutzt werden. Gleichzeitig bleibt der Raum an der Rückseite der Fertigungsstraße frei, um von dort aus Material zuzuführen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann die Transporteinrichtung ein Transportband aufweisen, das sich durch die Bearbeitungsstationen erstreckt und das eine Überlänge von mindestens etwa 30 cm aufweist, die durch eine Spanneinrichtung kompensierbar ist. Bei einem geschlossen umlaufenden Transportband mit einer Überlänge von etwa 30 cm je Trum kann dieses für Service- und Reparaturaufgaben oder für einen Umbau der Anlage um etwa 60 cm ausgezogen werden, wenn die Spanneinrichtung gelöst wird. Wenn die Überlänge beispielsweise etwa 50 cm beträgt, kann die Länge des geschlossen umlaufenden Transportbandes um etwa 1 m verändert werden, indem die Spanneinrichtung gelöst bzw. betätigt wird. Hiermit ist ein sehr schneller Wechsel der einzelnen Bearbeitungsstationen möglich, ohne dass hierfür das Transportband für den Aus- und Einbau zerschnitten werden muss.
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Ein erfindungsgemäßer Werkstückträger kann als Metallplatte ausgebildet sein, die eine Oberseite, eine Unterseite und vier Stirnseiten aufweist, wobei an jeder Stirnseite mindestens eine Indexfläche zur Positionierung des Werkstückträgers vorgesehen ist. Ein solcher Werkstückträger kann standardisierte Außenabmessungen aufweisen und für sämtliche Ausstattungsvarianten des Werkstückträgers identisch sein. Hierbei stellen die vier Indexflächen definierte Spannpunkte dar, gegen die mit einer genau definierten Kraft gedrückt werden kann, wodurch eine sehr genaue Positionierung erreichbar ist. Es kann in diesem Zusammenhang vorteilhaft sein, wenn die Indexflächen als Rücksprung an der Stirnseite ausgebildet sind, wodurch diese durch Versetzung nach innen mechanisch geschützt sind, um eine Beschädigung oder Abnutzung während des Betriebs und während der Handhabung der Werkstückträger zu verhindern und somit eine hohe Positioniergenauigkeit über eine lange Betriebszeit hinweg zu gewährleisten.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform können in den Werkstückträger Fluidanschlüsse sowie eine Vielzahl von elektrischen Kontakten integriert sein, beispielsweise 20, 50 oder 60 elektrische Kontakte. Diese Kontakte können dann zur Energieversorgung, zum Auslesen von Sensorsignalen und zur Kommunikation mit einzelnen Komponenten auf dem Werkstückträger verwendet werden. Durch die in den Werkstückträger integrierten Fluidanschlüsse lassen sich bereits während der Montage Dichtigkeitstests durchführen. Außerdem kann das in den Werkstückträger übertragene Fluid zur Betätigung von Stellelementen verwendet werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann in den Werkstückträger eine elektronische Steuerung integriert sein, die insbesondere zumindest ein Steuerprogramm für auf dem Werkstückträger ablaufende Fertigungsprozesse enthält. Die Steuerung kann auch einen Mikroprozessor aufweisen, der in jeder Bearbeitungsstation erneut gebootet werden kann. Hierdurch können in jeder Bearbeitungsstation einzelne Prozesse auf dem Werkstückträger gesteuert, erfasst und geregelt werden, ohne dass der Werkstückträger während des Transports mit Energie versorgt werden muss.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann jeder Werkstückträger mit einer elektronisch auslesbaren Seriennummer versehen sein, die beispielsweise in der elektronischen Steuerung abgelegt ist oder die über einen Barcode oder dergleichen auf dem Werkstückträger angebracht und mit Hilfe üblicher Barcodeidentifikation ausgelesen werden kann.
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Nach weiteren vorteilhaften Ausführungsformen kann der Werkstückträger mit Aktoren, Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, Heizelementen, Presseinrichtungen, Schaltern, Kontrollleuchten und dergleichen versehen sein.
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Durch das Vorsehen von Heizelementen auf dem Werkstückträger können teure Durchlauföfen entfallen, die zudem für viele Ausheizvorgänge oft auch mit langer Prozesszeit behaftet sind. Je nach benötigter Ausheizzeit kann der Ausheizschritt entweder während des Transports des Werkstückträgers oder für längere Prozessschritte in einer Lagerstation erfolgen. Auch hier können die Heizprozesse über eine im Werkstückträger integrierte Elektronik geregelt werden.
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Bei dem erfindungsgemäßen Konzept wird ein und derselbe Werkstückträger sowohl für die zu bearbeitenden Produkte als auch für die für die Bearbeitung notwendigen und zugeführten Materialien und Ausgangsstoffe verwendet werden. Durch einen solchen für Produkte und Materialzufuhr identischen Standard ergeben sich für alle Materialien und Produkte die gleichen Transportwege und Handhabungsmechanismen. Hierdurch wird die Komplexität der Produktionslinie auf ein Minimum reduziert und die für das jeweils zu bearbeitende Produkt benötigten Materialzufuhrkomponenten sind unabhängig von der Anzahl der unterschiedlichen, für die Produktionslinie benötigten Materialien.
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Außerdem ist es auch möglich, den Werkstückträger als Basis für Vorrichtungen und Kleinmaschinen zu verwenden, die an oder in Bearbeitungsstationen aufgestellt und so in die Fertigungslinie integriert werden können.
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Die Kommunikation der einzelnen Baugruppen mit einer Zentralsteuerung erfolgt über die vorstehend erwähnten elektrischen Kontakte. Zudem können die Werkstückträger über die Medienübergaben mit Druckluft, Vakuum, Hydraulikflüssigkeit und sonstigen Medien mit Drücken von bis zu 1500 bar beaufschlagt werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann eine Werkstückträgeraufnahme vorgesehen sein, in welcher der Werkstückträger von einer kraft- und positionsüberwachten Halteeinrichtung in allen drei Raumrichtungen positioniert wird, und insbesondere auch von der Transporteinrichtung angehoben wird.
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Durch das Einspannen des Werkstückträgers an definierten Positionen und mit einer genau definierten Kraft ist eine sehr genaue Positionierung möglich, wobei die erreichbare Positioniergenauigkeit in allen drei Raumrichtungen besser als 0,02 mm sein kann. Wenn der Werkstückträger in der Werkstückträgeraufnahme von der Transporteinrichtung angehoben wird, lässt sich durch das Anheben des Werkstückträgers gleichzeitig eine elektrische Kontaktierung herstellen und es lassen sich die Verbindungen für die Übergabe von Gasen und Flüssigkeiten herstellen, wobei die Transporteinrichtung ungehindert unter dem angehobenen Werkstückträger weiterlaufen kann. Zur Prozesssteuerung kann es vorteilhaft sein, wenn die Werkstückträgeraufnahme eine Leseeinrichtung aufweist, mit der eine elektronisch lesbare Seriennummer des Werkstückträgers auslesbar ist.
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Weiterhin können Vorrichtungen, die nicht auf dem Werkstückträger integriert sind, ortsfest an Befestigungspunkten an der Werkstückträgeraufnahme angebracht sein, wodurch der jeweilige Prozessschritt mit derselben Genauigkeit durchgeführt werden kann, mit welcher auch der Werkstückträger positioniert wird, ohne dass hierfür zusätzliche Sensoren oder Mechanismen zur Positionierung erforderlich sind.
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Wenn die Werkstückträgeraufnahme zusätzlich eine Ausschleuseinrichtung aufweist, mit welcher der Werkstückträger quer zur Förderrichtung der Transporteinrichtung transportierbar ist, können einzelne Werkstückträger aus der Bearbeitungsstrecke ausgeschleust und beispielsweise in einer Lagerstation zwischengespeichert werden.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist eine solche Lagerstation einen Lift und mehrere übereinander angeordnete Lagerplätze für Werkstückträger auf. Der Lift kann aus mehreren einzelnen Stellzylindern mit unterschiedlicher Länge aufgebaut sein, wobei sich die Länge der einzelnen Zylinder beispielsweise um den Faktor 2 unterscheidet. Bei Verwendung von drei unterschiedlich langen Zylindern lässt sich der Lift hierdurch in acht gleichmäßig beabstandeten Ebenen in der Höhe verstellen.
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Wenn eine solche Lagerstation zusätzlich mit einem Abzug versehen wird, kann diese auch für Prozesse eingesetzt werden, bei denen Stoffe und Chemikalien ausgasen und/oder verdampfen.
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Nach einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Lift zu beiden Seiten der Lagerplätze eine vertikale Stellzylinderanordnung aufweisen, wobei die beiden Stellzylinderanordnungen in Draufsicht gesehen quer zur Förderrichtung der Transporteinrichtung versetzt angeordnet sind. Auf diese Weise lassen sich entlang der Transportrichtung mehrere Lagerstationen sehr nahe beieinander anordnen, ohne dass die seitlich vorgesehenen Stellzylinderanordnungen stören.
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Wenn in der Lagerstation zumindest eine Heizeinrichtung und ein Temperatursensor vorgesehen sind, lassen sich in dieser überwachte Ausheizprozesse durchführen.
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Nachfolgend wird die vorliegende Erfindung rein beispielhaft anhand verschiedener Ausführungsformen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben. Es sei darauf hingewiesen, dass die beschriebenen Ausführungsformen rein beispielhaften Charakter haben und miteinander beliebig kombiniert werden können. Auch werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung solche Gegenstände als zur Erfindung gehörig angesehen, bei denen nicht sämtliche beschriebenen Merkmale der jeweiligen Ausführungsform realisiert sind.
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In den Figuren zeigen:
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1 eine perspektivische Ansicht einer Transfervorrichtung;
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2A eine Draufsicht und
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2B und C Schnittansichten eines Werkstückträgers;
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3A eine Draufsicht und
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3B eine Schnittansicht einer Werkstückträgeraufnahme;
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4 eine perspektivische Ansicht einer ersten Ausführungsform einer Lagerstation;
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5A eine Seitenansicht und
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5B eine Schnittansicht einer weiteren Ausführungsform einer Lagerstation;
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6 eine perspektivische Ansicht eines Bearbeitungsmoduls;
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7 eine perspektivische Ansicht einer Spanneinrichtung;
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8 ein Werkzeug zum Setzen von O-Ringen in verschiedenen Arbeitspositionen;
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9 ein Werkzeug zum Setzen von Federn in verschiedenen Arbeitspositionen; und
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10 ein Werkzeug zum Setzen eines O-Ring-Mantels.
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Die Fertigungslinie
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1 zeigt perspektivisch eine rein beispielhafte Darstellung einer Transfervorrichtung zur Fertigung und Montage von Produkten. Die Transfereinrichtung umfasst mehrere, Bearbeitungsstationen, die mit einer Transporteinrichtung in einer Transportebene miteinander verbunden sind. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst die Transporteinrichtung in der Transportebene eine lineare Bearbeitungsstrecke B und eine lineare Rücktransportstrecke R, die beide durch parallele aber gegensinnig angetriebene Transportbänder gebildet sind. Hierbei sind die Transportbänder der Bearbeitungsstrecke und der Rücktransportstrecke an verschiedenen Stellen über Querverbindungsstrecken Q miteinander verbunden, die sich quer zu der Bearbeitungsstrecke und der Rücktransportstrecke erstrecken.
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Entlang der Bearbeitungsstrecke B sind mehrere Bearbeitungsstationen H1, H2, M1 und M2 vorgesehen, die in Transportrichtung nebeneinander angeordnet sind. Ferner befinden sich an der Rückseite der Bearbeitungsstrecke B mehrere Lagerstationen L, die als Materiallager oder als Zwischenlager dienen, in denen jedoch auch Fertigungsschritte durchgeführt werden können wie beispielsweise das Durchführen von Ausheizprozessen.
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Sämtliche entlang der Bearbeitungsstrecke angeordneten Bearbeitungsstationen und Lagerstationen sind als Module mit einem standardisierten Breitenmaß ausgebildet, das bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 438 mm oder ein ganzzahliges Vielfaches davon beträgt. Wie 1 erkennen lässt, besitzen die Lagerstationen L eine einfache Breite des standardisierten Breitenmaßes (eine Zelle) während die Bearbeitungsmodule M1, M2 und H2 eine doppelte Zellenbreite, d. h. das Zweifache standardisierte Breitenmaß aufweisen. Das Bearbeitungsmodul H1 besitzt eine Breite von drei Zellen, d. h. insgesamt eine Breite von etwa 1314 mm. Es sei darauf hingewiesen, dass der genaue Betrag des standardisierten Breitenmaßes nicht erfindungswesentlich ist, dass allerdings ein Breitenmaß von nicht mehr als 500 mm, vorzugsweise nicht mehr als 450 mm aus ergonomischen Gründen vorteilhaft ist. Wie 1 nämlich erkennen lässt, besitzen die Bearbeitungsstationen M1 und M2 für manuelle Bearbeitung jeweils das doppelte Breitenmaß, so dass das an diesen Arbeitsplätzen tätige Montagepersonal optimale ergonomische Bedingungen vorfindet.
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Zur Fertigung und Montage von Produkten werden in 2 näher dargestellte Werkstückträger W verwendet, die von der Transporteinrichtung entlang der Bearbeitungsstrecke B transportiert werden. Für eine Zwischenlagerung im Bereich der Lagerstationen L sind entlang der Bearbeitungsstrecke B jeweils vor einer Lagerstation L Verschiebemodule V vorgesehen, die jeweils die Breite einer Einheitszelle besitzen und dazu dienen, die Werkstückträger aus einer an der Bearbeitungsstrecke B befindlichen Werkstückträgeraufnahme (vgl. 3) herauszunehmen und quer zur Laufrichtung des Transportbandes zu verschieben. Jedes Verschiebemodul fasst den Werkstückträger mit einem Greifer, hebt ihn zunächst an und verschiebt ihn dann quer zur Bewegungsrichtung des Transportbands. Die Verschiebung der Werkstückträger, deren Position in der Werkstückträgeraufnahme mittels Endschaltern erfasst wird, erfolgt durch Stellzylinder, beispielsweise Pneumatikzylinder. Hierbei kann der Werkstückträger in horizontaler Richtung in drei Positionen verschoben werden, nämlich von einer Position oberhalb des Transportbandes in eine Zwischenposition zwischen Transportband und Lagerstation und in eine Endposition, in der sich der Werkstückträger in der Lagerstation befindet. Erreicht wird dies durch eine Kombination eines Einfachzylinders mit einem Doppelzylinder.
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Wie 1 verdeutlicht, sind nicht nur gegenüber von den Lagerstationen L vier Verschiebemodule V angeordnet sondern es befindet sich auch im Bereich der Handhabungsstation H1 und im Bereich der Handhabungsstation H2 ein Verschiebemodul V, das Werkstückträger in hinter der Bearbeitungsstrecke B angeordnete Lagerstationen L fördern kann.
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Der Aufbau der Lagerstationen L wird im Zusammenhang mit den 4 und 5 näher beschrieben.
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Die Handhabungsstation H1 weist eine in allen drei Raumrichtungen verfahrbare Einheit auf, die an einem oberen Rahmen des Grundgestells der Handhabungsstation H1 in hängender Bauweise befestigt ist. Die Handhabungsstation kann mit Seitenwänden und/oder Automatiktüren versehen sein, um für entsprechende Arbeitssicherheit zu sorgen, wenn innerhalb des Systems mit gefährdenden Stoffen gearbeitet wird, die z. B. Abluft benötigen, oder gefährdende Prozesse und Arbeitsschritte zum Einsatz kommen, z. B. bei der Bearbeitung mit Lasern. Ein in der Handhabungsstation H1 befindliches 3-Achs-Handhabungssystem ist mit einer standardisierten Werkzeugschnellwechselvorrichtung ausgestattet, die eine präzise und feste Arretierung verschiedener Werkzeuge ermöglicht. Auf einem Vertikalschlitten befinden sich bis zu drei Werkzeuge, von denen immer nur eines in die Arbeitsstellung gebracht wird. Die auf der Rückseite der Bearbeitungsstrecke im Bereich der Handhabungsstation H1 vorgesehene Lagerstation dient zur Bereitstellung und Übergabe der innerhalb des 3-Achs-Handhabungssystems benötigten Materialien. Die zu bearbeitenden Produkte und auch die dafür benötigten Materialien werden beide auf den nachfolgend noch näher beschriebenen Werkstückträgern bereitgestellt. Die Werkstückträger dienen also gleichzeitig als Materialträger.
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Mit den im Bereich der Bearbeitungsstrecke B vorgesehenen Verschiebemodulen V können die Werkstückträger W mit den zu bearbeitenden Produkten zu der Lagerstation L transferiert werden. Zusätzlich ist oberhalb des in der Transportebene befindlichen Verschiebemoduls V ein weiteres Verschiebemodul V vorgesehen, das in einer oberen Ebene Werkstückträger mit zusätzlich benötigten Materialien aus der Lagerstation herausholen bzw. in dieser einlagern kann, damit das 3-Achs-Handhabungssystem die benötigten Materialien im Bereich der Handhabungsstation H1 entnehmen kann.
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Die Handhabungsstation H2 ist in ähnlicher Weise aufgebaut und weist ebenfalls ein 3-Achs-Handhabungssystem auf, das an einem oberen Rahmen der Handhabungsstation aufgehängt ist. Die Handhabungsstation H2 besitzt jedoch nur ein in der Transportebene angeordnetes Verschiebemodul V. Es versteht sich, dass bei der erfindungsgemäßen Fertigungslinie Handhabungsmodule mit den verschiedensten Bearbeitungswerkzeugen und/oder Fertigungswerkzeugen bestückt sein können.
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Schließlich sind am Ende der Bearbeitungsstrecke B zwei manuelle Bearbeitungsstationen M1 und M2 vorgesehen, an denen Montagepersonal manuelle Prozesse wie beispielsweise Löten, Justage oder dergleichen vornehmen können. Hierzu befinden sich an jeder manuellen Bearbeitungsstation auf der Rückseite der Bearbeitungsstrecke jeweils Regale, die Werkstückträger, Material oder Werkzeuge sowie Messinstrumente aufnehmen können.
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Zur Fertigung und Montage von Produkten werden diese bei der in 1 dargestellten Fertigungslinie auf Werkstückträgern entlang der Bearbeitungsstrecke B transportiert und dabei montiert bzw. bearbeitet. Nach Durchlaufen der Bearbeitungsstrecke B werden die Werkstückträger über die am Ende der Bearbeitungsstrecke vorgesehene Querverbindungsstrecke Q auf die Rücktransportstrecke gefördert und von dort zurückgefördert. Durch die dargestellten Querverbindungsstrecken Q, die auch zwischen einzelnen Bearbeitungsstationen vorgesehen sein können, können Produkte wiederholt der Bearbeitungsstrecke zugeführt werden, so dass die Werkstückträger die Bearbeitungsstrecke oder einen Teil der Bearbeitungsstrecke mehrfach durchlaufen.
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Wie 1 ferner verdeutlicht, sind entlang der Rücktransportstrecke R, d. h. an der Außenseite der Rücktransportstrecke R keinerlei Bearbeitungsstationen oder Lagerstationen vorgesehen. Dies eröffnet die Möglichkeit, die zwischen Bearbeitungsstrecke und Rücktransportstrecke befindlichen Lagerstationen von der Rückseite aus mit Material zu versorgen.
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Nachfolgend werden einzelne Bestandteile und Elemente der erfindungsgemäßen Transfervorrichtung näher beschrieben, wobei im Rahmen dieser Offenbarung auch die nachstehend beschriebenen einzelnen Module bzw. Elemente als unabhängige Erfindungen angesehen werden:
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Die Transporteinrichtung
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7 zeigt einen Teil der Transporteinrichtung und genauer gesagt das vordere Ende der Bearbeitungsstrecke B. Wie zu erkennen ist, weist die Bearbeitungsstrecke B zwei parallele Transportbänder 10 und 12 auf, die parallel zueinander beabstandet geschlossen umlaufen. In 7 ist zur vereinfachten Darstellung lediglich das obere Trum der beiden Transportbänder 10 und 12 dargestellt, deren jeweilige Oberflächen eine Transportebene bilden. Die beiden Trums der Transportbänder 10 und 12 sind über eine Transportbandumlenkung 14 geführt, die mit Hilfe eines Stellzylinders 16 in und entgegen der Transportrichtung (siehe Pfeile in 7) linear verstellbar ist. Die Transportbandumlenkung 14 ist dabei auf einer Linearführung 18 verschieblich geführt. Mit Hilfe der in 7 dargestellten Vorrichtung können die Transportbänder 10 und 12 nicht nur gespannt werden, sondern es kann durch vollständiges oder teilweises Einfahren des Stellzylinders 16 auch ein Bandlos erzeugt werden, dessen Länge dem doppelten Hub des Stellzylinders 16 entspricht. Da die Transportbänder beide eine Überlänge aufweisen, die je Trum beispielsweise etwa 50 cm beträgt, kann durch vollständiges Einfahren des Stellzylinders ein Bandlos von ca. 100 cm erzielt werden, so dass die Transportbänder bei Reparatur oder Austausch eines Moduls entlang der Bearbeitungsstrecke nicht zerschnitten werden müssen.
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Wie 1 im Übrigen verdeutlicht, werden die Transportbänder durch einen am Ende der Bearbeitungsstrecke B vorgesehenen Antriebsmotor angetrieben. Die Rücktransportstrecke R ist auf gleiche Weise ausgebildet, wobei sich dort die in 7 dargestellte Spanneinrichtung am Anfang der Rücktransportstrecke R und der Antriebsmotor am Ende der Rücktransportstrecke befinden.
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Der Werkstückträger
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Die 2A bis 2C zeigen einen erfindungsgemäßen Werkstückträger W, der als Basis eine Grundplatte 20 aus Metall aufweist, die standardisierte Außenabmessungen besitzt und für alle Ausstattungsvarianten des Werkstückträgers identisch ist. Die Grundplatte 20 besteht aus Metall und weist eine Länge von etwa 340 mm und eine Breite von etwa 240 mm auf. Die Dicke beträgt etwa 10 mm. Die Basisplatte 20 weist eine Oberseite 22, eine Unterseite 23 und vier Stirnseiten 24, 25, 26 und 27 auf und an den Stirnseiten sind definierte Indexflächen zur Positionierung des Werkstückträgers vorgesehen. An der in 2A rechten und linken Stirnseite 25 und 27 ist jeweils eine Indexfläche 28 und 30 in der Mitte der Basisplatte 20 vorgesehen, wohingegen an den beiden Stirnflächen 24 und 26 jeweils zwei Indexflächen 31, 32 sowie 33 und 34 vorgesehen sind. Alle Indexflächen 28 bis 34 sind als Rücksprung in einer jeweiligen Stirnseite ausgebildet, um die Indexfläche vor Beschädigungen zu schützen. Ein weiterer Rücksprung 35 befindet sich in der Mitte der Stirnseite 24. Im Bereich dieses Rücksprungs 35 ist eine Kennzeichnung des Werkstückträgers in Form einer Nummer, eines Barcodes oder dergleichen geschützt angebracht. Ferner ist im Bereich der rückwärtigen Stirnseite 27 in der Mitte der Indexfläche 30 eine halbkreisförmige Aussparung 36 vorgesehen, die in Transportrichtung gesehen das rückseitige Ende des Werkstückträgers markiert.
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Weiterhin ist die Basisplatte 20 mit mehreren Medienkanälen 40 versehen, die sich zur Oberseite, zur Unterseite und/oder zu den Stirnseiten der Basisplatte 20 hin öffnen und mit deren Hilfe beliebige flüssige oder gasförmige Medien dem Werkstückträger zugeführt werden können, beispielsweise um mit Druckluft oder Hydraulikfluid Dichtigkeitstests durchzuführen oder um Klebstoffe oder andere Flüssigkeiten oder Gase zuzuführen.
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In einer Aussparung 42 der Basisplatte 20 ist eine elektronische Baugruppe 44 vorgesehen, die eine elektronische Steuerung mit einem Mikroprozessor enthält und die eine Schnittstelle zu einer zentralen Steuerelektronik aufweist. Die Kommunikation mit der zentralen Steuerelektronik sowie die Spannungsversorgung erfolgt über in den Werkstückträger integrierte elektrische Kontakte, wobei bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel sechzig Einzelkontakte vorgesehen sind, die dann in jeder Werkstückträgeraufnahme kontaktiert werden.
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Bei dem in 2 beispielhaft dargestellten Werkstückträger, der als Montageplattform für ein Dosierventil 50 dient, ist in einer weiteren Aussparung eine zusätzliche elektronische Baugruppe 52 angeordnet, die zur Ansteuerung des Dosierventils und zur Erzeugung der hierfür erforderlichen Spannung dient. Hierbei ist das Dosierventil 50 in einem aufklappbaren Montageschlitten 54 fixiert, der über einen von einem Aktor 56 betätigbaren Hebel 58 geöffnet und geschlossen werden kann. Der Montageschlitten 54 ist dabei mit Hilfe einer Schraube 59 auf der Basisplatte 20 verschraubt. Weiterhin ist jeder Werkstückträger mit einer elektronisch auslesbaren Seriennummer versehen, die beispielsweise in der elektronischen Baugruppe 44 abgespeichert sein kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass der Werkstückträger W je nach Montage und Fertigungsanforderung mit einer Vielzahl von Halterungen, Sensoren, insbesondere Temperatursensoren, Heizelementen, Presseinrichtungen, Schaltern oder auch Kontrollleuchten versehen sein kann, wobei diese Bauteile entweder von der Zentralsteuerung oder aber von der integrierten elektronischen Baugruppe 44 angesteuert und koordiniert werden.
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Nach einer anderen vorteilhaften Ausführungsform kann auch ein Heizschlitten vorgesehen werden, der zusätzlich mit Heizelementen und Temperatursensoren ausgestattet ist, wodurch in Zusammenhang mit der integrierten elektronischen Baugruppe 52 eine gesteuerte Temperaturregelung möglich ist.
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Die Werkstückträgeraufnahme
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3A und 3B zeigen eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht einer Werkstückträgeraufnahme A. Diese besitzt ebenfalls die standardisierte Breite von 438 mm und ist innerhalb der Fertigungslinie an denjenigen Positionen montiert, an denen der Werkstückträger in einer genau definierten Position fixiert werden muss. Die Werkstückträgeraufnahme A ist innerhalb der Bearbeitungsstrecke B und unterhalb der Transportbänder 10 und 12 angeordnet, die in 3 nicht dargestellt sind, jedoch zwischen äußeren und mittleren Rollen 84 laufen, auf denen sich der Werkstückträger bewegen kann. Die Werkstückträgeraufnahme A weist als Basis eine Metallplatte 86 auf, an der insgesamt vier Halteelemente 88, 90, 92 und 94 vorgesehen sind, die den Werkstückträger an seinen Indexflächen mit einer genau definierten Kraft einspannen und damit eine sehr genaue Positionierung des Werkstückträgers ermöglichen. Die erreichbare Positioniergenauigkeit ist in allen drei Raumrichtungen besser als 0,02 mm. Zur Fixierung des Werkstückträgers W in der Werkstückträgeraufnahme A werden einerseits die Halteelemente 92 und 94 mit Hilfe von Stellzylindern 93 und 95 in Richtung der Halteelemente 88 und 90 bewegt. Gleichzeitig werden an der Unterseite der Metallplatte 86 angebrachte Stellzylinder 89, 96, 97 und 98 aktiviert, die den Werkstückträger W von der Unterseite her anheben und vertikal gegen die Halteelemente 88, 90, 92 und 94 nach oben drücken. Bei der Arretierung des Werkstückträgers wird dieser mit Hilfe von vier an den Stellzylindern 89, 96, 97 und 98 angeordneten Bolzen nach oben bewegt, die den Werkstückträger gegen die Halteelemente drücken. Diese Bolzen werden gleichzeitig auch für eine Medienübergabe verwendet.
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Die Werkstückträgeraufnahme A verfügt hierzu über vier voneinander unabhängige Medienübergabepunkte 99, 100, 101 und 102, an denen Luft, Vakuum und Flüssigkeiten mit einem Druck von bis zu 1500 bar abgedichtet an den Werkstückträger übergeben werden können. Zur Kontaktierung der elektrischen Kontakte 46 des Werkstückträgers W dienen entsprechende Kontakte 106, die an der Metallplatte 86 vorgesehen sind. Das Bezugszeichen 108 bezeichnet eine elektronische Baugruppe, die unter anderem dazu dient, den auf jedem Werkstückträger vorgesehenen Mikroprozessor zu booten, wenn der Werkstückträger W ordnungsgemäß in der Werkstückträgeraufnahme gehalten ist.
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Durch das Anheben des Werkstückträgers bleibt das zwischen Werkstückträger und Metallplatte 86 durchlaufende Transportband frei beweglich.
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Neben der elektrischen Kontaktierung des Werkstückträgers und der Versorgung des Werkstückträgers mit Medien dient die Werkstückträgeraufnahme A dazu, den auf dem Transportband laufenden Werkstückträger vom Transportband anzuheben. Mittels eines Barcodelesers identifiziert die Werkstückträgeraufnahme jeden Werkstückträger und ermöglicht so eine Nachverfolgung der einzelnen Werkstückträger und eine genaue Kontrolle der Prozessabläufe innerhalb der Produktionslinie. Jede Werkstückträgeraufnahme verfügt über einen Endschalter zur Anwesenheitskontrolle. Vorrichtungen für einzelne Prozessschritte, die nicht auf dem Werkstückträger integriert sind, können ortsfest an Befestigungspunkten an der Werkstückträgeraufnahme angebracht sein, d. h. der jeweilige Prozessschritt kann mit derselben Genauigkeit, mit der auch der Werkstückträger positioniert wird, durchgeführt werden, ohne dass zusätzliche Sensoren oder Mechanismen zur Positionierung notwendig sind. Zusätzlich kann die Werkstückträgeraufnahme auch mit einer Befestigungsmöglichkeit für das Verschiebemodul V versehen sein, d. h. die Werkstückträgeraufnahme A ist zugleich auch die Basiseinheit für das Verschiebemodul V.
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Die Lagerstation
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Lagerstation L, die einen Aufnahmekorpus 60 aufweist, der beim dargestellten Ausführungsbeispiel insgesamt acht Lagerplätze 62 für Werkstückträger aufweist. Der Aufnahmekorpus 60 ist dabei über einen Lift 64 mit Seitenwangen 66 und 68 der Lagerstation L verbunden, so dass der gesamte Aufnahmekorpus 60 in vertikaler Richtung angehoben und abgesenkt werden kann. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst der Lift auf jeder Seite des Aufnahmekorpus 60 eine Zylindereinheit, die jeweils aus drei einzelnen Pneumatikzylindern mit unterschiedlicher Länge aufgebaut ist. Die Längen der einzelnen Zylinder, die mechanisch in Reihe verknüpft sind, unterscheiden sich jeweils um den Faktor 2. Hierdurch ist der Aufnahmekorpus 60 auf acht Ebenen höhenverstellbar. Sieben von diesen acht Ebenen bzw. Lagerplätzen 62 sind für die Lagerung von Werkstückträgern nutzbar. Das Be- und Entladen der Werkstückträger W erfolgt durch die in Zusammenhang mit 1 beschriebenen Verschiebemodule V. Optional kann die Lagerstation L auch mit einem Abzug oder mit Türen versehen werden. Hierdurch kann die Lagerstation auch für Prozesse eingesetzt werden, bei denen Stoffe und Chemikalien ausgasen und/oder verdampfen.
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Wie 4 verdeutlicht, sind die vertikalen Stellzylinderanordnungen 64 zu beiden Seiten des Aufnahmekorpus 60 angeordnet, wobei diese beiden Stellzylinderanordnungen 64 in Draufsicht gesehen versetzt angeordnet sind und zwar quer zur Förderrichtung der Transporteinrichtung bzw. quer zur Längserstreckung der Lagerstation. Entsprechend bildet auch jede Seitenwange eine vertikale Rinne 68 aus, in der die vertikale Stellzylinderanordnung einer benachbarten Lagerstation eingefügt werden kann, so dass der Platzbedarf minimiert ist.
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5A und 5B zeigen eine alternative Ausführungsform einer Lagerstation L', die als Puffer mit einer Breite von zwei Einheitszellen ausgebildet ist und die je nach zur Verfügung stehender Raumhöhe und Werkstückträgerhöhe eine unterschiedliche Anzahl an Lagerplätzen 72 aufweisen kann, die für Werkstückträger W zur Verfügung stehen. Die einzelnen Werkstückträger W liegen auf Halterungen 74, die an umlaufenden Bändern befestigt sind. Hierbei ist ein äußeres umlaufendes Band 76 vorgesehen, das an seiner Innenseite die Halterungen 74 aufweist. Im Inneren des äußeren umlaufenden Bandes 76 ist ein inneres umlaufendes Band 78 vorgesehen, das entsprechend an seiner Außenseite die Halterungen 74 aufweist. Der Transport der Werkstückträger W in vertikaler Richtung erfolgt mit Hilfe der umlaufenden Bänder 76 und 78, die von angetriebenen Rollen 79 und 80 bewegt werden. Die Rollen 79 sowie die nicht angetriebenen Rollen des äußeren umlaufenden Bandes 76 weisen im Bereich der Halterungen 74 Aussparungen auf.
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Ein horizontaler Transfer der Werkstückhalterungen W erfolgt mit Hilfe von insgesamt vier Verschiebemodulen V, die am oberen und am unteren Ende der Lagerstation L angeordnet sind. Wie 5B zeigt, weist jedes Verschiebemodul V einen Greifer 82 auf, der den Werkstückträger W zunächst leicht anhebt und ihn anschließend auf die andere Seite der Lagerstation verschiebt. Hierzu sind die umlaufenden Bänder 76 und 78 mit Aussparungen versehen, die es ermöglichen, den Werkstückträger im Bereich oberhalb der Halterungen 74 durchzuschieben. Die Lagerstation L arbeitet folglich nach Art eines Paternosters und ermöglicht die Zwischenlagerung von Werkstückträgern innerhalb der Produktionslinie für Prozessschritte, bei denen aufgrund einer zu langen Prozesszeit, wie z. B. Trocknung oder Aushärtung die Kapazität einer vorstehend beschriebenen Lagerstation L nicht ausreichen würde. Zudem erlaubt die beschriebene Lagerstation L' die schnelle Einschleusung größerer Mengen von innerhalb der Produktionslinie benötigten Materialien, d. h. die Materialzufuhr von außen ist nur in großen zeitlichen Abständen notwendig und eine voll automatisierte Produktion über lange Zeiträume hinweg ist ermöglicht. Auch hier kann optional ein Abzug angebaut werden, wodurch auch Prozesse realisierbar sind, bei denen Stoffe und Chemikalien ausgasen und/oder verdampfen. Das Be- und Entladen der Lagerstation L' erfolgt wie bei den Lagerstationen L mit Hilfe von Verschiebemodulen V, mit deren Hilfe die Werkstückträger W in 5A senkrecht zur Zeichenebene be- und entladen werden können.
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Das fahrbare Gestell
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Ein in den Figuren nicht dargestelltes fahrbares Gestell kann vorgesehen werden, das die Breite von ein oder zwei Einheitszellen hat und das eine Vielzahl von übereinander angeordneten Werkstückträgern in den zur Verfügung stehenden Ebenen aufnehmen kann. Das Gestell kann mit Rollen ausgestattet sein und mit Hilfe einer an der Produktionslinie befestigten Aufnahme angedockt werden. Das komplette fahrbare Gestell kann mit Hilfe von Pneumatikzylindern in der Höhe verfahren werden und im angedockten Zustand, d. h. wenn sich das fahrbare Gestell in seiner Aufnahme befindet, ist eine automatische End- und Beladung des fahrbaren Gestells möglich, d. h. es kann hierdurch automatisiertes Material der Produktionslinie zugeführt oder auch entnommen werden. Das Be- und Entladen erfolgt wiederum über Verschiebemodule, welche die Werkstückträger aus dem fahrbaren Gestell herausnehmen und auf das Transportband legen bzw. vom Transportband aufnehmen und in das fahrbare Gestell laden. Nach dem Abdocken kann das fahrbare Gestell manuell verschoben werden und somit einer anderen Produktionslinie zugeführt werden, an welcher das Gestell wiederum angedockt und dann automatisch be- und entladen werden kann. Die Werkstückträger können auch manuell in das fahrbare Gestell eingelegt werden. Hierdurch ist eine äußerst schnelle Befüllung des Gestells möglich.
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Die Ausheizstation
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Nach einer weiteren Ausführungsform kann eine Ausheizstation vorgesehen sein, deren Bauform im Wesentlichen gleich mit der in 4 dargestellten Lagerstation L ist. Eine solche Ausheizstation ist für die Aufbewahrung von Werkstückträgern nutzbar und sie ist zusätzlich mit elektrischen Anschlüssen und einer elektronischen Steuerung ausgestattet, mit der die einzelnen Werkstückträger elektrisch kontaktiert werden können. Hierdurch kann der Temperaturverlauf während des Ausheizprozesses durch auf den Werkstückträgern angeordnete Heizelemente ausgelöst und von der Steuerung überwacht und individuell gesteuert werden. Beim Einsetzen der Werkstückträger in die Ausheizstation werden die elektrischen Kontakte der Werkstückträger automatisch mit den Kontakten der jeweiligen Lagerebene der Ausheizstation verbunden. Die elektronische Steuerung der Ausheizstation erkennt mittels des in der elektronischen Baugruppe des jeweiligen Werkstückträgers abgelegten Identifikationsnummer den Werkstückträger und startet mit dem für diesen Werkstückträger vorgesehenen Heizvorgang. Hierfür werden die vorstehend bereits erwähnten Heizelemente und Temperatursensoren verwendet, die sich auf dem Werkstückträger befinden. Optional kann wiederum ein Abzug vorgesehen werden.
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Die ortsfeste Bearbeitungsstation
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Eine in 6 dargestellte ortsfeste Bearbeitungsstation O kann an der Grenze von einzelnen Einheitszellen eingebaut werden und besitzt einen standardisierten Bauraum, der für zusätzliche Werkzeuge, Vorrichtungen und Prozesse genutzt werden kann. Eine solche ortsfeste Bearbeitungsstation O kann so wie bei der dargestellten Ausführungsform zwei auf einer Grundplatte 110 angeordnete Zentrierwerkzeuge 112 und 114 aufweisen, die eine Positionierung von mit Toleranz behafteten Bauteilen ermöglichen. Zur Zentrierung wird das zu zentrierende bzw. auszurichtende Bauelement mit Hilfe eines Greifers in das Zentrierwerkzeug eingebracht und mit Hilfe von vier Federbacken 116 gehalten und ausgerichtet. Die Zentrierung erfolgt dadurch, dass die Federbacken 116 mit einer für alle Federbacken gleichen und definierten Kraft auf das Bauelement 115 drücken.
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Durch eine feststehende Kamera 118 in X-Richtung und eine feststehende Kamera 120 in Z-Richtung können einzelne Prozesse überwacht und kontrolliert werden. Zum Beispiel kann mit den Kameras mittels automatischer Bilderkennung die Menge eines aufgebrachten Klebstoffs, d. h. die Größe des Klebstofftropfens, überwacht werden die sich nach einem Tauchprozess an einem Bauelement befindet. Für derartige Tauchprozesse kann an der ortsfesten Bearbeitungsstation O ein Klebstoff-Tauchgefäß 122 mit Füllstandsregelung 124 vorgesehen werden. Weiterhin kann ein Abstreichtisch 126 mit einem Papierrollenvorschub 128 vorgesehen werden, um eine sehr genaue und reproduzierbare Klebstoffbedeckung zu realisieren. Hierbei wird mittels einer Dosiernadel eine definierte Menge an Klebstoff in einer für das jeweilige Bauelement geeigneten Form und Fläche auf das Papier aufgebracht. Anschließend wird das Bauelement mit Hilfe eines kraftüberwachten Greifers auf die mit Klebstoff benetzte Papierfläche gedrückt und am Papier abgestrichen. Wichtig für eine hohe Genauigkeit und Reproduzierbarkeit der Klebstoffmenge ist, dass das Andrücken und Abstreichen des Bauelements mit einer überwachten und genau definierten Kraft erfolgt. Hierdurch ist die aufgebrachte Klebstoffmenge im Vergleich zu einem positions- und wegüberwachten Verfahren unabhängigen von Längentoleranzen des Bauelements. Für einzelne Prozessschritte erforderliche Charakterisierungs- und Messaufgaben (z. B. die Impedanzmessung von Ultraschallsensoren) werden in Messkammern durchgeführt, die an die ortsfeste Bearbeitungsstation O angeschlossen sind. Verschiedene Kleinteile können auf der ortsfesten Bearbeitungsstation O aus einem Rütteltopf zugeführt werden.
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Die Werkzeuge
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Die oben beschriebenen Handhabungssysteme und verfahrbaren Einheiten bzw. Werkstückträger können je nach Bedarf mit verschiedenen zusätzlich für den jeweiligen Prozessschritt benötigten Werkzeugen ausgestattet werden. Hierbei kommen neben Lasern zur Materialbearbeitung und Dosiernadeln und Dosierventilen zur Aufbringung von flüssigen Medien auch verschiedene Greifer zum Einsatz. So kann ein Sauggreifer mit einem Kraftsensor vorgesehen werden, der ein genaues und überwachtes Ertasten der Berührung ermöglicht. Piezogreifer, die als in X-Achse oder als in Y-Achse greifend realisiert sind, erlauben ein hochgenaues Fassen der einzelnen Materialien und Elemente. Drehbewegungen können mit Pneumatikgreifern ausgeführt werden, die um 180° drehbar sind. Für die selektive Beschichtung von elektrischen Baugruppen können 3-Achs-Handhabungssysteme je nach Anforderung mit einzelnen Dosierventilen oder auch mit mehreren verschiedenen Dosierventilen ausgestattet werden. Für eine hochgenaue Beschichtung kleiner Flächen und für das Unterfüllen von Bauelementen können Piezo-Jet-Ventile mit einer Düse verwendet werden, die eine genaue und gleichzeitig sehr schnelle Dosierung einzelner Punkte erlauben, während für großflächige Beschichtungen Ventile verwendet werden können, die Mehrfachdüsen besitzen. Bei Mehrfachdüsen können aus allen einzelnen Düsen gleichzeitig Medienpunkte abdosiert werden. Diese verlaufen bei geeigneter Dosiermenge und geeignetem Abstand auf der zu behandelnden Fläche zu einem Beschichtungsfilm bzw. Lackfilm. Hierdurch können größere Flächen in kurzer Zeit mit einer definierten Lackdicke abgedeckt werden. Für die Bearbeitung von UV-härtenden Beschichtungslacken kann das Beschichtungsmodul mit einer UV-Belichtungszelle erweitert werden.
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8 zeigt die Verwendung eines Werkzeugs zum Setzen von O-Ringen auf oder in mechanische Werkstücke, wodurch der automatisierte Einbau von O-Ringen mit Hilfe eines 3-Achs-Handhabungssystems möglich ist. Wie 8 verdeutlicht, umfasst das dargestellte Werkzeug zum Setzen von O-Ringen im Wesentlichen drei gegeneinander verschiebbare und konzentrisch ineinander eingesetzte Zylinder 130, 132 und 134. Ein oder mehrere O-Ringe 136 werden zunächst in eine O-Ring-Aufnahme 138 gelegt bzw. werden auf einem Werkstückträger bereitgestellt, auf dem sich ein Array von O-Ringaufnahmen befindet. Zunächst wird der innerste Zylinder 130 in eine Bohrung 140 der O-Ringaufnahme 138 eingeschoben. Der Außendurchmesser dieses Zylinders, der an seinem unteren bzw. vorderen Ende etwas verbreitert ist, ist ein wenig größer als der Innendurchmesser der O-Ringe. Die O-Ringe werden beim Herunterfahren des inneren Zylinders 130 über dessen vorderes Ende geschoben und anschließend durch die Verbreiterung am unteren Ende des Zylinders gehalten und aus der Aufnahme 138 herausgenommen (8A und B). Anschließend werden die O-Ringe mit Hilfe einer Verschiebevorrichtung 142 vom inneren Zylinder 130 auf den mittleren Zylinder 132 geschoben. Die Vorrichtung 142 besteht im Wesentlichen aus mehreren Hebeln 144, die an ihrem unteren Ende drehbar gelagert sind und die mittels einer Feder 146 gegen den inneren Zylinder 130 und auch teilweise gegen den mittleren Zylinder 132 gedrückt werden. Diese Hebel 144 verschieben beim Herunterfahren des inneren und mittleren Zylinders die O-Ringe 136 vom inneren Zylinder 130 auf den mittleren Zylinder 132. Die O-Ringe werden hierdurch auf das erforderliche Maß gedehnt um später über ein Bauteil 150 geschoben werden zu können und die O-Ringe sitzen unter Spannung auf dem mittleren Zylinder 132. Anschließend (vgl. 8E) wird der innere Zylinder 130 nach oben hochgefahren und das Werkzeug mit den O-Ringen wird über das zu bearbeitende Bauteil 150 gefahren. Anschließend wird der mittlere Zylinder 132, dessen Innendurchmesser etwas größer als der Außendurchmesser des Bauteils 150 ist, bis zu der Position nach unten geschoben, an welcher der O-Ring am Bauteil 150 angebracht werden soll. Anschließend wird der äußere Zylinder 132, dessen Außendurchmesser wiederum größer als der Außendurchmesser des O-Rings 136 ist, nach unten gefahren. Hierdurch wird der zuunterst liegende O-Ring vom mittleren Zylinder 132 herunter und auf das Bauteil 150 geschoben. Durch die Verwendung von unterschiedlichen Werkzeugaufsätzen, die sich auf einem Vertikalschlitten befinden und die mit einer standardisierten Werkzeugschnellwechselvorrichtung gewechselt werden, können unterschiedliche O-Ringe mit nur einem 3-Achs-Handhabungssystem automatisiert gesetzt werden.
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In ähnlicher Weise ermöglicht die Verwendung des in 10 dargestellten Werkzeugs den automatisierten Einbau eines O-Ring-Mantels 152. Das Werkzeug umfasst im Wesentlichen zwei gegeneinander verschiebbare Zylinder 154 und 156, wobei der innere Zylinder 154 ähnlich dem inneren Zylinder 130 des im Zusammenhang mit 8 beschriebenen Werkzeugs ist. Dieser Zylinder besitzt an seinem unteren bzw. vorderen Ende eine Verbreiterung und ist zusätzlich mit einem Saugmechanismus ausgestattet, der es ermöglicht, eine Glocke 158 nach dem Prinzip eines Vakuumsaugers aufzunehmen. Der äußere Zylinder 156 ist mit Hebeln 160 versehen, die an ihrem rückwärtigen Ende drehbar gelagert sind und mittels Federn 162 an den inneren Zylinder 154 gedrückt werden. Ein O-Ring-Mantel 152 oder auch mehrere O-Ring-Mäntel werden zunächst in eine Mantelaufnahme 162 gelegt bzw. auf einem Werkstückträger bereitgestellt, auf dem sich ein Array von O-Ring-Mantel-Aufnahmen befindet. Zum Aufnehmen des O-Ringmantels 152 wird der innere Zylinder 154 in die Mantelaufnahme 164 heruntergefahren und der O-Ringmantel wird über den inneren Zylinder, dessen Außendurchmesser an der breitesten Stelle am unteren Ende etwas größer als der Innendurchmesser des O-Ring-Mantels 152 ist, auf den Zylinder aufgeschoben. Anschließend nimmt der innere Zylinder 154 mittels des Saugmechanismus die Glocke 158 auf, die sich in einem Ölbad 166 in einer Glockenaufnahme 168 befindet. Die Zwischenlagerung der Glocke 158 im Ölbad und der dadurch bedingte Ölfilm auf der Oberfläche der Glocke erleichtert den späteren Einbau des O-Ring-Mantels 152, d. h. das Aufschieben des O-Ring-Mantels über die Glocke auf das Bauteil. Nach der Aufnahme der Glocke 158 wird das Werkzeug über das Bauteil 150 gefahren und der innere Zylinder 154 mit der Glocke 158 wird so weit über das Produkt geschoben, bis sich das untere Ende der Glocke 158 an der Stelle befindet, an welcher der O-Ring-Mantel 152 über einen O-Ring des Bauteils 150 angebracht werden soll. Anschließend kann der äußere Zylinder 156 nach unten gefahren werden. Hierbei wird der O-Ring-Mantel durch die Hebel 160 so weit nach unten geschoben, bis der unterste O-Ring-Mantel über den O-Ring des Bauteils 150 geschoben wird.
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Ein weiteres Werkzeug zum Setzen von Federn ist in 9 dargestellt und ermöglicht den automatisierten Einbau von unterschiedlichen Federn auf oder in mechanische Werkstücke oder Produkte innerhalb einer Handhabungszelle. Das Werkzeug zum Greifen besteht im Wesentlichen aus einem Piezo-Greifer 170 mit mehreren, typischerweise drei Greifarmen 172, wobei der Piezo-Greifer 170 je nach Federtyp, Federgröße und Einbauposition die einzelnen Federn entweder von außen (9A) oder von innen (9B) greift und in oder auf ein Bauteil 174 setzt. Eine Feder 176, die in eine Aussparung des Bauteils 174 eingesetzt werden muss, wird mit einem Greifer 170 aufgenommen, der die Feder 176 innerhalb der Feder durch nach außen wirkende Greifarme 172 hält. Eine Feder 178, die über ein zylindrisches Element des Bauteils 174 geschoben werden muss, wird mit Hilfe eines Greifers 170 aufgenommen, der die Feder mit von außen nach innen drückenden Greifarmen 172 hält.
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Die Steuerelektronik
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Durch die Verwendung von modularen Steuerkomponenten, die mit jeweils baugleichen elektronischen Baugruppen versehen sind, kann auch die Steuerelektronik modular aufgebaut werden. Die Kommunikation mit den einzelnen Baugruppen erfolgt über standardisierte Schnittstellen. Die Ansteuerelektronik ist entsprechend den einzelnen Modulen der Produktionslinie in einzelne elektronische Module unterteilt. Die Ansteuerelektronik kann somit analog bzw. zusammen mit den einzelnen Modulen der Produktionslinie flexibel modifiziert und erweitert werden.
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Die Steuersoftware
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Die erfindungsgemäß verwendete Steuersoftware setzt auf dem modularen Prinzip der Produktionslinie und der entsprechenden Steuerelektronik auf, d. h. auch hier sind die einzelnen Blöcke der Softwarestruktur an die Modulstruktur angepasst. Die Softwareblöcke zur Steuerung der einzelnen Module können flexibel und modular zu einer Gesamtstruktur zusammengesetzt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 10, 12
- Transportbänder
- 14
- Transportbandumlenkung
- 16
- Stellzylinder
- 18
- Linearführung
- 20
- Basisplatte
- 22
- Oberseite
- 23
- Unterseite
- 24 bis 27
- Stirnseiten
- 28 bis 34
- Indexflächen
- 35
- Rücksprung
- 36
- Aussparung
- 40
- Medienkanal
- 42
- Aussparung
- 44
- elektronische Baugruppe
- 46
- elektrische Kontakte
- 50
- Dosierventil
- 52
- elektronische Baugruppe
- 54
- Montageschlitten
- 56
- Aktor
- 58
- Hebel
- 59
- Schraube
- 60
- Aufnahmekorpus
- 62
- Lagerplätze
- 64
- Lift
- 66
- Seitenwange
- 68
- Rinne
- 72
- Lagerplätze
- 74
- Halterung
- 76, 78
- umlaufendes Band
- 79, 80
- Rolle
- 82
- Greifer
- 84
- Rollen
- 86
- Metallplatte
- 88
- Halteelement
- 89
- Stellzylinder
- 90, 92
- Halteelement
- 93
- Stellzylinder
- 94
- Halteelement
- 95 bis 98
- Stellzylinder
- 99 bis 102
- Medienübergabepunkte
- 106
- elektrische Kontakte
- 108
- elektronische Baugruppe
- 110
- Grundplatte
- 112, 114
- Zentrierwerkzeuge
- 115
- Bauelement
- 116
- Federbacken
- 118, 120
- Kamera
- 122
- Tauchgefäß
- 124
- Füllstandsregelung
- 126
- Abstreichtisch
- 130
- innerer Zylinder
- 132
- mittlerer Zylinder
- 134
- äußerer Zylinder
- 136
- O-Ring
- 138
- O-Ringaufnahme
- 140
- Bohrung
- 142
- Verschiebevorrichtung
- 144
- Hebel
- 146
- Feder
- 150
- Bauteil
- 152
- O-Ring-Mantel
- 154
- innerer Zylinder
- 156
- äußerer Zylinder
- 158
- Glocke
- 160
- Hebel
- 162
- Feder
- 164
- Mantelaufnahme
- 166
- Ölbad
- 168
- Glockenaufnahme
- 170
- Piezo-Greifer
- 172
- Greifarm
- 174
- Bauteil
- 176, 178
- Feder
- A
- Werkstückträgeraufnahme
- B
- Bearbeitungsstrecke
- H1, H2
- Handhabungsstation
- L, L'
- Lagerstation
- M1, M2
- manuelle Bearbeitungsstation
- O
- ortsfeste Bearbeitungsstation
- Q
- Querverbindungsstrecke
- R
- Rücktransportstrecke
- V, V'
- Verschiebemodul
- W
- Werkstückträger
