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Die Erfindung betrifft ein Handhabungsmodul zum Handhaben von Fahrzeugrädern in einer Anlage zu deren Oberflächenbehandlung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
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Ein Handhabungsmodul ähnlich dem der eingangs genannten Art zum Greifen von Fahrzeugteilen ist aus der
JP 2008 260 110 A bekannt geworden. Dieses Handhabungsmodul umfasst vier Anpressstreben, welche von Lagereinheiten getragen und so verschwenkbar sind, dass sie sich an die Außenkontur eines zu greifenden Gegenstandes anpassen und so diesen einen Gegenstand greifen können.
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Leichtmetallräder von Kraftfahrzeugen, die gebräuchlich als Leichtmetallfelgen bezeichnet werden, werden in Oberflächenbehandlungsanlagen mit einem Pulver oder einem anderen Beschichtungsmaterial beschichtet. Anschließend wird die Beschichtung in einem Ofen eingebrannt. Hierzu müssen die Fahrzeugräder von einer Beschichtungsstation an einen Ofen übergeben werden. Auch Fahrzeugräder aus anderen Materialien, insbesondere Stahlräder, werden in aufeinander folgenden Arbeitsschritten behandelt. Allgemein ausgedrückt müssen Fahrzeugräder unabhängig von ihrem Material von einer Arbeitsstation an eine andere Arbeitsstation übergeben werden.
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Hierzu werden vom Markt her bekannte Handhabungsmodule der eingangs genannten Art verwendet, die zu diesem Zweck an einem mehrachsigen Roboterarm befestigt sind, so dass die Übergabe mit möglichst vielen Bewegungsfreiheitsgraden erfolgen kann.
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Bei bekannten Handhabungsmodulen sind alle hiervon aufgenommenen Fahrzeugräder gegenüber dem Handhabungsmodul stationär gehalten; eine nachträgliche Änderung der Lage der Fahrzeugräder gegenüber beispielsweise der Rahmenstruktur ist nicht möglich.
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Jedes Fahrzeugrad weist jedoch bauliche Toleranzen auf, die dazu führen können, dass die Bauhöhe zweier zugleich von dem Handhabungsmodul gegriffenen Fahrzeugräder unterschiedlich ist. Dies kann zur Folge haben, dass die Übergabe von einem Arbeitsbereich an einen Nächsten nicht so genau erfolgt, wie es wünschenswert ist. Wenn Fahrzeugräder beispielsweise auf horizontale Tragstrukturen abgelegt werden, sollen die Auflagebereiche der Fahrzeugräder, mit denen sie auf diese Tragstrukturen abgelegt werden, im Idealfall in einer gemeinsamen horizontalen Ebene liegen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Handhabungsmodul der eingangs genannten Art zu schaffen, welches diesen Gedanken Rechnung trägt.
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Diese Aufgabe wird bei einem Handhabungsmodul der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass wenigstens eine der Greifeinheiten eine Translationseinrichtung umfasst, mittels welcher die Anpresselemente gegenüber der Rahmenstruktur mit einer Bewegungskomponente bewegbar sind, die parallel zur Rotationsachse eines gegriffenen Fahrzeugrades ist.
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Durch diese Maßnahme kann erfindungsgemäß somit zum einen die Relativlage wenigstens eines Fahrzeugrades entlang seiner Rotationsachse und gegenüber einem weiteren Fahrzeugrad verändert werden, wenn es bereits von dem Handhabungsmodul aufgenommen ist. Zum anderen können die Anpresselemente vor der Aufnahme eines Fahrzeugrades in eine Position gebracht werden, die bauliche Ungleichmäßigkeiten sowohl der Fahrzeugräder als auch des Handhabungsmoduls an sich ausgleicht, so dass alle Fahrzeugräder weitgehend den gleichen Anpressstellen von den Anpresselementen berührt werden. Darüber hinaus können auch zwei oder mehr Fahrzeugräder unterschiedlichen Typs mit dem Handhabungsmodul zugleich gegriffen werden, da auch bauliche Unterschiede, die nicht auf Toleranzen beruhen, ausgeglichen werden können.
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Besonders günstig ist es dabei, wenn die Anpresselemente mittels der Translationseinrichtung gegenüber der Rahmenstruktur koaxial zur Rotationsachse des gegriffenen Fahrzeugrades bewegbar sind. Eine Parallelverschiebung des bewegten Fahrzeugrades ist damit ausgeschlossen. Eine Parallelverschiebung des bewegten Fahrzeugrades ist insbesondere dann unerwünscht, wenn die Fahrzeugräder in verschiedenen Arbeitsstationen in definierten Abständen zueinander abgelegt werden.
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Es ist vorteilhaft, wenn mehrere, vorzugsweise alle, der Greifeinheiten jeweils eine Translationseinrichtung umfassen. Auf diese Weise kann die Axiallage aller von jeweils einer Greifeinheit aufgenommenen Fahrzeugräder verändert und aneinander angepasst werden.
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Vorzugsweise sind die Anpresselemente einer ersten Greifeinheit unabhängig von den Anpresselementen einer zweiten Greifeinheit bewegbar. So kann die jeweilige Axiallage mehrerer von dem Handhabungsmodul aufgenommener Fahrzeugräder individuell eingestellt werden.
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Es ist günstig, wenn die Greifeinheiten derart eingerichtet sind, dass von den Greifeinrichtungen gegriffene Fahrzeugräder bezogen auf ihre Rotationsachse achsparallel zueinander ausgerichtet sind. Auf diese Weise können in einer Ebene angeordnete Fahrzeugräder schnell und effizient von dem Handhabungsmodul aufgenommen werden.
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In der Praxis hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Anpresselemente einer Greifeinheit jeweils von einem Stangenelement getragen und als Anpressteller ausgebildet sind, die mit ihrem Außenrand an eine Außenfläche eines Fahrzeugrades anpressbar sind. Durch das Stangenelement mit dem Anpressteller ist eine Art Kolbeneinheit gebildet, so dass die Lage des Anpresstellers hydraulisch, elektromotorisch oder pneumatisch verstellt werden kann.
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Für eine sichere Handhabung eines Fahrzeugrades umfasst eine Greifeinheit wenigstens drei Stangenelemente mit Anpressteller. Vorzugsweise sind vier solche Einheiten vorhanden.
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Wenn wenigstens eine Lage der Anpresselemente gegenüber der Rahmenstruktur mittels wenigstens einer Sensoreinrichtung erfassbar ist, kann der robotergestützte Bewegungsablauf des Handhabungsgerät und das Greifen sowie das Abgeben eines Fahrzeugrades an die jeweils vorhandenen oder zu erwartenden Fahrzeugräder angepasst werden.
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Dabei ist es besonders günstig, wenn die Sensoreinrichtung derart eingerichtet, das jede Lage der Anpresselemente erfassbar ist. Somit können nicht nur eine oder einige wenige wichtige Stellungen der Anpresselemente erfasst werden, sondern vielmehr alle Stellungen, welche die Anpresselemente einnehmen können.
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Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:
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1 eine Ansicht von oben auf ein Handhabungsmodul zum Handhaben von Fahrzeugrädern;
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2 eine Seitenansicht des Handhabungsmoduls von 1 aus Blickrichtung des dortigen Pfeils II;
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3 eine Seitenansicht des Handhabungsmoduls von 1 aus Blickrichtung des dortigen Pfeils III;
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4 eine Seitenansicht des Handhabungsmoduls von 1 aus Blickrichtung des dortigen Pfeils V, wobei jeweils vier Anpressteller einer Greifeinheit in unterschiedlichen Höhenlagen gezeigt sind;
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5 schematisch einen mehrachsigen Roboterarm, der ein Handhabungsmodul trägt.
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In 1 ist mit 10 insgesamt ein Handhabungsmodul bezeichnet, mit dessen Hilfe lediglich in 5 gezeigte Fahrzeugräder 12 in einer Anlage gehandhabt werden, in der die Oberfläche der Fahrzeugrader 12 behandelt wird. Dort werden Fahrzeugräder 12, insbesondere Leichtmetallräder aus Aluminium, mit Hilfe des Handhabungsmoduls 10 beispielsweise von einer Beschichtungsstation an einen Ofen übergeben.
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Hierzu ist das Handhabungsmodul 10 an einem mehrachsigen Handhabungsroboter 14 befestigt, wie er an und für sich bekannt ist und ebenfalls nur in 5 schematisch veranschaulicht ist, in der das Handhabungsmodul 10 der Übersichtlichkeit halber insgesamt nur mit einigen Bezugszeichen versehen ist.
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Ein jeweils in den 1 bis 4 gezeigtes Koordinatensystem sei drehfest mit dem Handhabungsmodul 10 verbunden, so dass es sich mit diesem im Raum mitbewegt. Hierbei weise die z-Richtung nach oben, die x-Richtung links und die y-Richtung nach vorne. Die jeweils entgegengesetzte Richtung definiere damit unten, rechts und hinten.
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Das Handhabungsmodul 10 umfasst eine Rahmenstruktur 16 mit einem zentral angeordneten Lagerblock 18. Dieser trägt an seiner Oberseite einen Befestigungsflansch 20, über den das Handhabungsmodul 10 mit dem Roboter 14 gekoppelt werden kann.
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Auf der dem Befestigungsflansch 20 abliegenden Unterseite ist der Lagerblock 18 mit einem zentralen Basisabschnitt 22 einer sternförmigen Tragplatte 24 verbunden, die parallel zum Befestigungsflansch 20 in einer xy-Ebene verläuft. Von dem Basisabschnitt 22 ragen zwei Hauptstege 26a, 26b in Richtung nach vorne und nach hinten ab.
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Der Hauptsteg 26a ist zu beiden Seiten von jeweils einem Schmalsteg 28a und einem Schmalsteg 30a flankiert, die radial von dem Basisabschnitt 22 der Tragplatte 24 abgehen. Entsprechend ist der Hauptsteg 26b zur rechten und zur linken Seite von jeweils einem Schmalsteg 28b und einem Schmalsteg 30b flankiert.
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Der Hauptsteg 26a trägt mit den Schmalstegen 28a und 30a eine erste, hier vordere Greifeinheit 32a und der Hauptsteg 26b trägt mit den Schmalstegen 28b und 30b eine zweite, hier hintere Greifeinheit 32b.
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Das Handhabungsmodul 10 ist zu einer nur in 1 gezeigten xz-Ebene S spiegelsymmetrisch, die durch die Längsachse des Lagerblocks 18 verläuft. Nachfolgend wird lediglich auf die vordere Greifeinheit 32a eingegangen. Das hierzu Gesagte gilt sinngemäß entsprechend für die hintere Greifeinheit 32b; deren Komponenten tragen dieselben Bezugzeichen mit dem Kleinbuchstaben b anstelle des Kleinbuchstabens a. Zu der vorderen Greifeinheit 32a genannte Richtungsangaben vorne und hinten sowie rechts und links kehren sich in Bezug auf die hintere Greifeinheit 32b jeweils um.
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Die Schmalstege 28a, 30a tragen auf ihrer Oberseite jeweils Dreiecksrahmen 34a, wodurch die Rahmenstruktur 16 insgesamt versteift ist, um deren Verwindung bei Gebrauch des Handhabungsmoduls 10 entgegenzuwirken.
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An ihren freien Enden gehen die Schmalstege 28a, 30a in jeweils einen Seitensteg 36a und 38a über, die sich parallel zueinander in y-Richtung, also nach vorne, in einer xy-Ebene erstrecken. Diese Seitenstege 36a, 38a tragen auf ihrer Oberseite jeweils eine Seitenwange 40a, 42a, die jeweils in einer yz-Ebene angeordnet sind.
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Die Seitenwangen 40a, 42a lagern zwei Schienenanordnungen, eine vordere Schienenanordnung 44a und eine hintere Schienenanordnung 46a, mit jeweils drei Schienenstäben, die hier nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehen sind und sich senkrecht zu den Seitenwangen 40a, 42a erstrecken. Dabei verlaufen zwei untere Schienenstäbe einer Schienenanordnung 44a, 46a in einer gemeinsamen xy-Ebene, während der dritte Schienenstab in einer darüber liegenden xy-Ebene angeordnet ist. Die beiden jeweils unteren Schienenstäbe der Schienenanordnungen 44a, 46a verlaufen zudem in ein und derselben xy-Ebene.
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Auf den Schienenanordnungen 44a, 46a laufen Schlitten 48a und 50a, wobei jeder Schlitten 48a, 50a mit einem vorderen Lagerabschnitt mit der vorderen Schienenanordnung 44a und mit einem hinteren Lagerabschnitt mit der hinteren Schienenanordnung 46a gekoppelt ist. Die Schlitten 48a, 50a führen jeweils einen Elektromotor 52a mit sich, durch welchen sie motorisch entlang der Schienenanordnungen 44a, 46a verfahren werden können.
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Die beiden Schlitten 48a und 50a sind dabei über ein Zahngestänge 54a derart miteinander gekoppelt, dass stets eine Bewegung beider Schlitten 48a, 50a erfolgt und diese Bewegung stets symmetrisch zu einer yz-Ebene M erfolgt, die durch die die durch die Längsachse des Lagerblocks 18 verläuft. Diese yz-Ebene ist ebenfalls nur in 1 gezeigt.
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An ihren gegenüberliegenden Enden tragen die Schlitten 48a, 50a jeweils eine Lagerbacke 56a. Jede Lagerbacke 56a lagert ihrerseits eine nach unten abragende Stange 58a, die an ihrem unteren Ende koaxial einen Anpressteller 60a trägt, so dass dieser in einer xy-Ebene verläuft. Die Anpressteller 60a können als Anpresselement gegen die als Gegenfläche dienende Radaußenfläche 62 (vgl. 5) eines Fahrzeugrads 12 anpressen.
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Die Anpressteller 60a können je nach Einsatzzweck des Handhabungsmoduls 10 und abhängig davon, wo sie an der Radaußenfläche 62 des Fahrzeugrades 12 angreifen, verschiedene Ausbildungen haben. So können sie aus Kunststoff und verhältnismäßig dick sein, wenn an der Radschulter angegriffen wird. Dagegen werden sie bei einem Kontakt im Bereich des Radsitzes eher flach ausfallen. Wenn ein frisch beschichtetes Fahrzeugrad 12 gegriffen werden soll, wird der Anpressteller 60a einen scharfen Außenrand haben, so dass es nur eine kleine Kontaktfläche zwischen ihm und dem Fahrzeugrad 12 gibt.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel umfass jede Greifeinheit 32a, 32b vier Lagerbacken 56a mit Stange 58a und Anpressteller 60a. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn nur drei dieser Anordnungen pro Greifeinheit 32a, 32b vorhanden sind.
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Jede Stange 58a mit dem Anpressteller 60a ist von der zugehörigen Lagerbacke 56a nach oben und unten verschiebbar in einem nicht eigens mit einem Bezugszeichen versehenen Führungskanal gelagert. Zudem führt jede Lagerbacke 56a einen eigenen Elektromotor 64a mit sich, der mit der jeweiligen Stange 58a gekoppelt ist, so dass diese motorisch nach oben oder unten verschoben werden kann.
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Auf diese Weise bilden die Lagerbacken 56a mit den Stangen 58a mit Anpressteller 60a und den Elektromotoren 64a eine Translationseinrichtung 66a, mittels welcher das von der Greifeinheit 32a gegriffene Fahrzeugrad 12 gegenüber der Rahmenstruktur 16 mit einer Bewegungskomponente bewegbar ist, die parallel zur Rotationsachse R des gegriffenen Fahrzeugrades 12 ist (siehe 5). Hierdurch kann die Axiallage des Fahrzeugrads 12 bezogen auf die Rahmenstruktur 16 eingestellt werden. Konkret kann ein von dem Handhabungsmodul 10 gegriffenes Fahrzeugrad 12 koaxial zu seiner Rotationsachse R bewegt werden.
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Die Rotationsachse R eines von der Greifeinheit gegriffenen Fahrzeugrades 12 verläuft dabei parallel zur z-Richtung.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel ist beiden Greifeinrichtungen 32a, 32b eine Translationseinrichtung 66a, 66b zugeordnet. Gegebenenfalls kann es ausreichen, wenn nur eine Translationseinrichtung 66a oder 66b vorhanden ist.
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Die Rahmenstruktur 16 trägt zudem noch zwei Sensoreinrichtungen 68a und 68b, die jeweils einer Greifeinheit 32a bzw. 32b zugeordnet sind. Mit deren Hilfe kann die Stellung der Anpressteller 60a, 60b einer jeweiligen Greifeinheit 32a, 32b relativ zur Rahmenstruktur 16 und damit relativ zueinander erfasst werden. Hierzu können Sensortechniken verwendet werden, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Beispielhaft seien hier magnetorestriktive Sensoren genannt.
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Dadurch, dass die Sensoreinrichtungen 68a, 68b von den Anpresstellern 60a, 60b und damit auch von den von diesen gegriffenen Fahrzeugrädern 12 entfernt an der Rahmenstruktur 16 angebracht sind, ist die Gefahr einer Verschmutzung der Sensoreinrichtungen 68a, 68b verringert.
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Insgesamt sind bei dem Handhabungsmodul 10 alle schmutzempfindlichen Komponenten, wie insbesondere die Lagerung der beweglichen Bauteile, im von den Anpresstellern 60a, 60b abliegenden Bereich der Rahmenstruktur 16 vorgesehen.
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Mit dem Handhabungsmodul 10 werden jeweils zwei Fahrzeugräder 12 gleichzeitig gegriffen. Hierzu werden die Schlitten 48a, 50a und 48b, 50b jeweils mittels der zugehörigen Elektromotoren 52a, 52b auf den Schienenanordnungen 44a, 46a und 44b, 46b so weit voneinander wegbewegt, dass die Anpressteller 60a, 60b sich ebenfalls voneinander entfernen, bis jeweils vier zusammenarbeitende Anpressteller 60a bzw. 60b ein Fahrzeugrad 12 zwischen sich aufnehmen können. Durch die Sensoreinrichtungen 68a, 68b wird dabei die Stellung der Anpressteller 60a, 60b überwacht, so dass diese in eine Position gebracht werden können, bei der sie unter Einhalten eines minimalen Sicherheitsabstandes über ein Fahrzeugrad 12 geführt werden können.
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Durch die Sensoreinrichtungen 68a, 68b können die Verfahrwege der Anpressteller 60a, 60b bzw. der Schlitten 48a, 48b und 50a, 50b so optimiert werden, dass keine überflüssige Bewegung der beteiligten Komponenten erfolgt.
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Insbesondere kann die Geschwindigkeit der Greifbewegung der Anpressteller 60a, 60b darauf abgestimmt werden, ob ein unbeschichtetes oder ein beschichtetes Fahrzeugrad 12 gegriffen werden soll. Bei einem unbeschichteten Fahrzeugrad 12 kann die hierzu auszuführende Bewegung der Anpressteller 60a, 60b bedeutend schneller ausgeführt werden als im Fall eines beschichteten Fahrzeugrades 12, bei dem die Bewegung entsprechend langsam erfolgt, um die Beschichtung nicht zu beinträchtigen.
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In dem Fall, dass ein leeres Handhabungsmodul 10 zwei Fahrzeugräder 12 aufnehmen soll oder zwei noch nicht behandelte Fahrzeugräder 12 angenommen sind, kann die robotergestützte Bewegung des Handhabungsmoduls 10 sehr rasch erfolgen. Wenn z. B. Fahrzeugräder 12 von dem Handhabungsmodul 10 gegriffen sind, die mit einer frischen Pulverbeschichtung versehen sind, erfolgt die Bewegung des Handhabungsmoduls 10 durch den Roboter 14 dagegen verhältnismäßig langsam, so dass kein Einfluss auf die frische Beschichtung genommen wird.
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Das Handhabungsmodul 10 arbeitet mit einer nicht eigens gezeigten Zentralsteuerung zusammen, von der es Daten über die Art der als nächstes zu greifenden Fahrzeugräder 12 erhält. Hierdurch können die Anpressteller 60a, 60b bereits im Vorfeld in die geeignete Position verfahren werden, wodurch die Zugriffszeit auf die Fahrzeugrädern 12 entsprechend optimiert wird.
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Dann wird das Handhabungsmodul 10 mittels der Roboters 14 über zwei entsprechend positionierte Fahrzeugräder 12 geführt, bis die Anpressteller 60a, 60b jeweils die Außenfläche 62 des jeweiligen Fahrzeugrads 12 in Umfangsrichtung umgeben.
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Sodann werden die Paare aus den Schlitten 48a, 50a und 48b, 50b wieder aufeinander zu bewegt, wobei eine Zentrierung der Fahrzeugräder 12 bezogen auf die Mittelebene M automatisch auf Grund der Zahnstangen 54a, 54b erfolgt.
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Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel sind die Greifeinheiten 32a, 32b somit derart eingerichtet, dass von den Greifeinrichtungen 32a, 32b gegriffene Fahrzeugräder 12 bezogen auf ihre Rotationsachse R achsparallel zueinander ausgerichtet sind.
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Durch die Translationseinrichtungen 66a und 66b kann ein von einer Greifeinheit 32a oder 32b gegriffenes Fahrzeugrad 12 individuell und unabhängig von dem anderen Fahrzeugrad 12 in Richtung seiner Rotationsachse R verschoben werden. Auf diese Weise können Toleranzen bei zwei von dem Handhabungsmodul 10 aufgenommenen Fahrzeugrädern 12 ausgeglichen werden, die dazu führen, dass die Fahrzeugräder 12 verschieden Ablageniveaus vorgeben, in denen sie an eine weitere Arbeitsstation übergeben werden müssen.
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In einer hier nicht eigens gezeigten Abwandlung können mehrere Handhabungsmodule 10 an einer Art Tragrechen befestigt sein, der seinerseits mit dem Roboter 14 gekoppelt ist. Auf diese Weise kann der Roboter 14 zwei, drei, vier oder auch mehr Handhabungsmodule 10 gleichzeitig führen, wodurch vier, sechs, acht bzw. eine entsprechende Anzahl an Fahrzeugräder 12 zugleich gehandhabt werden können. Dabei können ebenfalls alle Fahrzeugräder 12 individuell in eine Position entlang ihrer jeweiligen Rotationsachse R verfahren werden.
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Insgesamt ist das oben beschriebene Handhabungsmodul an sich modulartig aufgebaut. Die Lagerbacken 56a, 56b und alle zugehörige Komponenten sind jeweils baugleich und können somit an allen Stellen als Ganzes ausgetauscht werden. Hierdurch können Instandhaltungs- und Wartungskosten gesenkt werden.
