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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Behandeln, insbesondere zum Lackieren, von Gegenständen, insbesondere von Fahrzeugkarosserien, mit
- a) mindestens einem gestaltveränderlichen Arm, dessen freies Ende rechnergesteuert entlang einer vorgegebenen Trajektorie bewegbar ist;
- b) mindestens einer mit dem freien Ende des Arms verbundenen Behandlungseinrichtung, insbesondere einer Lack-Applikationseinrichtung.
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Unter dem Begriff ”Behandeln” wird vorliegend jede Einwirkung auf einen Gegenstand verstanden, sei dies nun mit oder ohne Berührung des Gegenstandes. Als Beispiel für eine Behandlung mit Berührung des Gegenstandes sei hier das Polieren oder Schleifen genannt; ein prominentes Beispiel für die Behandlung ohne Berührung des Gegenstandes ist das Beschichten und hier wieder insbesondere das Lackieren. Unter ”Behandeln” kann aber auch eine Bewegung oder Verformung des Gegenstandes oder eines Teils des Gegenstandes verstanden werden, bei welcher der Gegenstand im Übrigen unverändert bleibt. Auch die Verbindung zweier Teile mittels Klebstoff ist eine ”Behandlung” im vorliegend verrwendeten Sinne dieses Wortes.
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Die vorliegende Erfindung ist insbesondere zur Behandlung größerer Gegenstände gedacht, wobei zur Verdeutlichung der Problematik die Lackierung von Fahrzeugkarosserien herangezogen wird. Bisher geschieht die automatische Lackierung von Fahrzeugkarosserien mit Hilfe von Robotern, häufig von Knickarmrobotern, die beidseits des Bewegungsweges, zuweilen auch oberhalb des Bewegungsweges, der Fahrzeugkarosserien angeordnet sind. Diese Roboter tragen jeweils Applikationseinrichtungen, aus denen bestimmte, ihnen zugeordnete Bereiche der Fahrzeugkarosserien unter dem Einfluss teilweise individueller Robotersteuerungen, teilweise einer übergeordneten Anlagesteuerung mit Lack beaufschlagt werden.
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Jeder dieser Roboter weist einen einzigen Arm auf, der in dem Sinne gestaltveränderlich ist, als er mehrere Teile aufweist, die gegeneinander abgewinkelt oder verdreht werden können. Im Allgemeinen, insbesondere bei den häufig eingesetzten Knickarmrobotern, können dabei benachbarte Teile des Armes nur in einer einzigen, durch die Lage der entsprechenden Schwenkachse definierten Ebene verschwenkt werden.
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Derartige Roboter sind somit bekannte Vorrichtungen der eingangs genannten Art.
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Die Lackierung von Fahrzeugkarosserien mit im Allgemeinen einer Mehrzahl von Robotern ist verhältnismäßig aufwendig. Dies schon deshalb, weil die Steuerungen mehrfach vorgesehen werden müssen, wobei Sorge dafür zu tragen ist, dass die weitgehend unabhängig voneinander agierenden Roboter nicht miteinander kollidieren. In vielen Fällen reicht es auch nicht aus, die Roboter stationär in der Spritzkabine anzuordnen; vielmehr müssen sie dynamisch verfahren werden. Bei Verwendung von Robotern muss ferner eine begehbare Ebene vorgesehen sein, welche die Bewegungsfreiheit in der Spritzkabine stört und zudem immer wieder gereinigt werden muss. Jeder Roboter benötigt ferner einen eigenen Verbindungspunkt zu außerhalb der Kabine liegenden Anlageteilen, insbesondere zu den verschiedenen Farb- und Betriebsmedien sowie elektrischen Leitungen, die zur Ausübung der Lackierfunktion erforderlich sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, bei welcher der apparative und steuerungstechnische Aufwand reduziert ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass
- c) eine Vielzahl von Armen vorgesehen ist, die alle von einem gemeinsamen stationären Anschlussbereich ausgehen und alle mindestens eine Behandlungseinrichtung an ihrem freien Ende tragen;
wobei
- d) die Arme in dem Sinne gestaltveränderlich sind, dass sie mindestens an einer Mehrzahl von Stellen entlang ihrer Längserstreckung rechnergesteuert um unterschiedliche, nicht beschränkt auf in einer einzigen Ebene liegende Winkel abgewinkelt werden können.
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Erfindungsgemäß wird also die Zahl von Anschlussbereichen, die zur Versorgung der Vorrichtung mit Behandlungs- und/oder Betriebsmedien sowie zur Versorgung mit elektrischen Betriebsund/oder Steuerspannungen erforderlich sind, erheblich reduziert. Für alle der vielen Arme, welche die Vorrichtung in sich vereinigt, ist nur ein einziger derartiger Anschlussbereich erforderlich, der im Allgemeinen zentral angeordnet ist. Die Vielzahl von Armen sowie deren Länge und Reichweite wird im einfachsten Falle so gewählt, dass sie den zu behandelnden Gegenstand in einer Weise umgreifen können, bei welcher die Behandlung an allen hierfür vorgesehenen Stellen stattfinden kann.
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Diese Behandlung kann bei stehendem Gegenstand erfolgen; die erforderliche Länge der Arme ergibt sich dann aus einfachen geometrischen Überlegungen. Gegebenenfalls ist es aber auch möglich, größere Gegenstände gegenüber der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu bewegen, wodurch grundsätzlich die Länge der Arme reduziert werden kann. Es ist auch denkbar, dass bei sehr großen Gegenständen mehrere erfindungsgemäße Vorrichtungen eingesetzt werden, die dann jeweils eine Mehrzahl von Armen und einen dieser Mehrzahl zugeordneten Anschlußbereich aufweisen und die Behandlung des Gegenstandes unter sich aufteilen.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann ohne weiteres von einer einzigen Steuerung aus betrieben werden, ohne dass die Gefahr besteht, dass die Arme miteinander kollidieren.
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Sie kann in sehr unterschiedlicher Weise betrieben werden: Im einfachsten Falle führen alle Behandlungseinrichtungen aller Arme dieselbe Behandlung, nur an unterschiedlichen Bereichen, des Gegenstandes aus. Es ist aber auch durchaus denkbar, dass unterschiedlichen Armen oder unterschiedlichen Gruppen von Armen unterschiedliche Funktionen zugewiesen sind. Beispielsweise können ein oder mehrere Arme den Außenbereich eines hohlen Gegenstandes behandeln, während ein oder mehrere Arme denselben Gegenstand von innen behandeln.
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Beim Lackieren von Gegenständen können Gruppen von Armen gebildet werden, die in unterschiedlichen Farben lackieren. Einzelne oder mehrere Arme können auch zur Bewegung des Gegenstandes oder eines Teiles des Gegenstandes eingesetzt werden. So ist es beim Lackieren von Fahrzeugkarosserien üblich, dass beispielsweise die Front- und/oder die Heckklappe und/oder die Türen zum Lackieren geöffnet werden, eine Aufgabe, die einem oder mehreren der Arme zugewiesen werden kann.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es möglich, die wartungsintensiven Komponenten außerhalb der Spritzkabine oder zumindest an einem leicht zugänglichen Ort unterzubringen, so dass sich eine Begehungsebene im Allgemeinen erübrigt.
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Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Größe der dynamisch zu bewegenden Massen klein. Daher sind geringere Sicherheitsmaßnahmen, insbesondere auch keine so großen Sicherheitsabstände, erforderlich wie bei der Verwendung von Robotern.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weisen die Arme eine Mehrzahl von in Abstand voneinander befindlichen Kugelgelenken und zwischen den Kugelgelenken verlaufende Verbindungsstücke auf, wobei kraftbetriebene Einrichtungen vorgesehen sind, welche die beidseits der Kugelgelenke liegende Verbindungsstücke gegeneinander verschwenken können. Alle kraftbetriebenen Einrichtungen können dabei individuell von der Steuerung angesteuert werden, so dass die Arme im Bereich der Kugelgelenke nach Bedarf im Wesentlichen in beliebigen Richtungen abgeknickt werden können.
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Die kraftbetriebenen Einrichtungen können eine Mehrzahl von Kolben-Zylinder-Einheiten umfassen.
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Alternativ ist es möglich, dass die kraftbetriebenen Einrichtungen eine Mehrzahl von fluidbetriebenen künstlichen Muskeln umfassen. Diese künstlichen Muskeln, wie sie beispielsweise in der
DE 299 08 008 171 beschrieben sind, benötigen verhältnismäßig wenig Platz.
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Eine weitere Möglichkeit besteht darin, dass die kraftbetriebenen Einrichtungen jeweils zwei Motoren umfassen, mit deren Hilfe ein auf einer Seite eines Kugelgelenks liegendes Verbindungsstück um zwei senkrecht zueinander liegende Achsen gegenüber dem auf der anderen Seite des Kugelgelenks liegenden Verbindungsstück verschwenkt werden kann.
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Besonders günstig ist diejenige Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, bei welcher die Arme als Rüssel ausgebildet sind, die eine Mehrzahl von Gruppen von Kammern aufweisen, die um die Mittellinie des Arms herum und in axialer Richtung nebeneinander liegend angeordnet sind und individuell durch Beaufschlagung mit einem Fluid expandierbar sind. Ein derartiger rüsselförmiger Arm ähneltfunktional einem solchen, bei dem eine große Vielzahl von Kugelgelenken in geringem Abstand voneinander vorgesehen ist. Er kann sich daher ähnlich einem Elefantenrüssel in seiner Gestalt verändern, woraus sich seine Beschreibung als ”rüsselförmig” erklärt.
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Weitere Ausgestaltungen der kraftbetriebenen Einrichtungen sind Gegenstände der Ansprüche 7 bis 18. Welche dieser Ausgestaltungen im Einzelfall zum Einsatz kommt, entscheidet sich nach Zeckmäßigkeitsgesichtspunkten entsprechend den jeweiligen Umständen.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert; es zeigen
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1 einen vertikalen Schnitt durch eine Spritzkabine für Fahrzeugkarosserien mit einem ersten Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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2 einen Schnitt durch die Spritzkabine der 1 gemäß der dortigen Linie II-II;
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3 in vergrößertem Maßstab einen Abschnitt eines Armes der Vorrichtung der 1 und 2 im Bereich eines Gelenks nach einem ersten Ausführungsbeispiel;
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4 einen Schnitt gemäß Linie IV-IV von 3;
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5 eine Ansicht, ähnlich der 3, eines zweiten Ausführungsbeispieles eines Arms der Vorrichtung;
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6 einen Schnitt gemäß Linie VI-VI von 5;
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7 eine Ansicht, ähnlich den 3 und 5 eines dritten Ausführungsbeispieles eines Armes der Vorrichtung;
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8 einen Schnitt gemäß Linie VIII-VIII von 7;
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9 einen vertikalen Schnitt durch eine Spritzkabine für Fahrzeugkarosserien mit einem zweiten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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10 einen Schnitt gemäß Linie X-X von 9;
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11 die Seitenansicht eines Abschnittes eines Armes der Vorrichtung der 9 und 10;
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12 eine Draufsicht auf den Abschnitt des Armes von 11;
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13 perspektivisch einen Ausschnitt aus einem Arm mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Kugelgelenks;
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14 eine Seitenansicht zur 13;
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15 eine weitere Seitenansicht zu 13;
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16 perspektivisch einen Ausschnitt aus einem Arm mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Gelenks;
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17 den Armausschnitt der 16 in anderer Perspektive;
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18 perspektivisch einen Ausschnitt aus einem Arm mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Gelenks;
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19 den Armausschnitt der 18 in anderer Perspektive;
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20 perspektivisch einen Ausschnitt aus einem Arm mit einem weiteren Ausführungsbeispiel eines Gelenks;
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21 den Armausschnitt der 20 in anderer Perspektive;
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Zunächst wird auf die 1 und 2 Bezug genommen.
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In diesen ist eine insgesamt mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnete Spritzkabine dargestellt, in welcher Fahrzeugkarosserien 2 lackiert werden können. Die Spritzkabine 1 kann dabei beliebige bekannte Bauweise besitzen. Insbesondere weist sie im oberen Bereich ein Luftplenum 3 auf, durch welches konditionierte Luft in den eigentlichen Lackierraum 4 der Spritzkabine 1 strömt. Dort nimmt diese Luft den sogenannten ”Overspray” auf, also die nicht an der Fahrzeugkarosserie 2 haftenden Lackpartikel oder -tröpfchen, und transportiert diesen nach unten durch einen den begehbaren Boden des Lackierraumes 4 bildenden Rost 5 hindurch zu geeigneten Filtern oder Auswaschungen, in denen die Luft von den Lackpartikeln oder -tröpfchen befreit wird, so dass sie gegebenenfalls nach geeigneter Rekonditionierung in das Luftplenum 3 zurückgeführt werden kann. All diese Vorgänge sind bekannt und müssen daher nicht näher beschrieben werden.
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Im vorliegenden Zusammenhang ist es auch gleichgültig, wie die Fahrzeugkarosserien 2 in den Lackierraum 4 der Spritzkabine 1 gelangen. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist in einer Seitenwand der Spritzkabine 1 eine Tür 6 vorgesehen, die zum Ein- und Ausbringen der Fahrzeugkarosserie 2 geöffnet werden kann, während des Lackiervorgangs selbst jedoch verschlossen ist. Das Ein- und Ausbringen der Fahrzeugkarosserie 2 in die zum Lackieren vorgesehene Position kann mit beliebigen Transporteinrichtungen geschehen.
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Alternativ ist es selbstverständlich möglich, Spritzkabinen 1 zu verwenden, die von einer Stirnseite zur anderen Stirnseite von einem Transportsystem durchtreten werden, auf denen die Fahrzeugkarosserien 2 in einer kontinuierlichen oder intermittierenden Bewegung durch den Lackierraum 4 hindurch bewegt werden.
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Interessant im vorliegenden Zusammenhang ist die Vorrichtung 7, mit welcher die Fahrzeugkarosserien 2 behandelt werden. Im dargestellten Ausführungsbeispiel gehören zu den Behandlungen die Lackierung der verschiedenen Oberflächen sowie die Bewegung von Teilen der Fahrzeugkarosserie 2 bei der Vorbereitung und/oder der Durchführung des Lackiervorganges.
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Die Vorrichtung 7 weist einen etwa in der Mitte der Spritzkabine 1 angeordneten stationären Anschlussbereich 8 auf, der im vorliegenden Falle ein zylindrisches Außengehäuse (ohne eigenes Bezugszeichen) umfasst. Von dem Anschlussbereich 8 der Vorrichtung 7 aus läuft ein stationärer Kanal 9 aus der Spritzkabine 1 heraus, über welchen dem Anschlussbereich 8 und über diesen den weiteren Teilen der Vorrichtung 7 die verschiedenen zu deren Betrieb erforderlichen Medien und Spannungen zugeführt werden. Als Medien kommen insbesondere in Frage der aufzubringende Lack, gegebenenfalls in mehreren Farben, Hydraulik- und/oder Pneumatikmedien sowie elektrischer Strom und Steuerungssignale, die von einer entsprechend programmierten Steuerung (nicht dargestellt und nicht näher beschrieben) herrühren.
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Von dem Anschlussbereich 8 der Vorrichtung 7 geht, in der Draufsicht etwa sternenförmig, eine Vielzahl von Armen 10 aus, die an ihren freien Enden jeweils eine Behandlungseinrichtung 11, 12 tragen. Die meisten Behandlungseinrichtungen, die beim Ausführungsbeispiel der 1 und 2 eingesetzt sind, sind Lack-Applikationseinrichtungen 11, also Spritzpistolen oder Rotationszerstäuber, die zum Aufbringen des Lacks auf die Fahrzeugkarosserie 2 dienen und mit den entsprechenden Versorgungsleitungen, die durch die Arme 10, den Anschlussbereich 8 und den Kanal 9 laufen, verbunden sind. Einer der Arme 10, nämlich demjenigen, der in 1 am weitestens links dargestellt ist und das Bezugszeichen 10a trägt, ist mit einer Greifeinrichtung 12 ausgestattet. Diese Greifeinrichtung 12 dient dazu, vor dem Lackieren die Heckklappe 13 der Fahrzeugkarosserie 2 zu öffnen und gegebenenfalls danach auch wieder zu schließen.
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Die tragenden ”Skelette” der Arme 10 der Vorrichtung haben grundsätzlich alle denselben Aufbau, wie er unter Weglassung aller Leitungen, Ventile oder sonstiger Komponenten schematisch in 1 und 2 dargestellt ist. Sie besitzen eine Vielzahl von Kugelgelenken 14, die jeweils durch starre Verbindungsstücke 15 miteinander verbunden sind. Die Größe der Kugelgelenke 14 und die Länge der Verbindungsstücke 15 kann je nach den Bedürfnissen und den Funktionen, die der jeweilige Arm 10 ausführt, variieren.
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Mit Hilfe der Kugelgelenke 14 können die Arme 10 der Vorrichtung 7 nicht nur zweidimensional, also beispielsweise in der Ebene der 1, sondern dreidimensional, also auch aus der Ebene der 1 nach unten oder oben heraus, gekrümmt werden, so dass insgesamt eine im Raum verwundene Struktur entsteht. Alle Kugelgelenke 14 sind durch geeignete Einrichtungen angetrieben, die individuell von der oben schon erwähnten Steuerung in der zur Bearbeitung, insbesondere Lackierung, der Fahrzeugkarosserie 2 erforderlichen Weise elektrisch, pneumatisch oder hydraulisch angesteuert werden können.
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Die 3 und 4 zeigen ein erstes Ausführungsbeispiel einer derartigen Einrichtung in schematischer Weise. In 3 ist in der Seitenansicht, unten, ein erstes Verbindungsstück 15a dargestellt, das über ein Kugelgelenk 14 mit einem oberen Verbindungsstück 15b verbunden ist. Das Kugelgelenk 14 umfasst eine Gelenkkugel 16, die an dem oberen Verbindungsstück 15b befestigt ist, sowie eine kugelkalottenförmige Gelenkpfanne 17, die an dem unteren Verbindungsstück 15a festgelegt ist.
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Von dem unteren Verbindungsstück 15a erstrecken sich in der Draufsicht der 4 in einem Winkelabstand von 90° und in der Seitenansicht der 3 unter einem spitzen Winkel nach oben divergierend vier Kolben-Zylinder-Einheiten 18, die pneumatisch oder hydraulisch betrieben sein können und, wie oben erwähnt, mit Hilfe entsprechender nicht gezeigter Ventile von der Steuerung individuell betätigbar sind. Die äußeren Enden der Kolbenstangen 18a der Kolbenzylinder-Einheiten 18 sind jeweils über eine Stange oder einen Draht 19 mit der Gelenkkugel 16 verbunden.
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In der Stellung des Kugelgelenkes 14, in welcher die beiden Verbindungsstück 15a, 15b geradlinig fluchten, sind alle Kolbenstangen 18a aller Kolben-Zylinder-Einheiten 18 in gleicher Weise ausgefahren, wie dies in den 3 und 4 dargestellt ist.
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Um das obere Verbindungsstück 15b gegenüber dem unteren Verbindungsstück 15a abzuwinkeln, arbeiten gegenüberliegende Kolben-Zylinder-Einheiten 18 paarweise zusammen. Werden beispielsweise die in der Ebene der 3 liegenden Kolben-Zylinder-Einheiten 18 so betätigt, dass die Kolbenstange 18a der einen Kolben-Zylinder-Einheit 18 um einen bestimmten Betrag eingefahren, die Kolbenstange 18a der gegenüberliegenden Kolben-Zylinder-Einheit 18 dagegen um den entsprechenden ausgefahren wird, so verdreht sich die Gelenkkugel 16 um eine Achse, die durch ihren Mittelpunkt geht und senkrecht auf der Zeichenebene der 3 steht. Entsprechend wird das obere Verbindungsstück 15b in der Ebene der 3 mitgeschwenkt.
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Fährt dagegen die Kolbenstange 18a der in 3 auf den Betrachter zuweisenden Kolben-Zylinder-Einheit 18 um denselben Betrag ein oder aus, um den sich die Kolbenstange 18a der gegenüberliegenden, in 3 nicht sichtbaren Kolben-Zylinder-Einheit 18 bewegt, so verdreht sich die Gelenkkugel 16 um eine in 3 horizontale Achse, so dass sich das obere Verbindungsstück 15b aus der Zeichenebene der 3 heraus in einer zur Zeichenebene senkrechten Ebene verschwenkt.
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Im Allgemeinen wird die Bewegung des in 3 oberen Verbindungsstückes 15b gegenüber dem unteren Verbindungsstück 15a eine Überlagerung der beiden oben beschriebenen Bewegungsarten sein.
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In den 5 und 6 ist eine zweite Art der Einrichtung dargestellt, die zur Bewegung eines Verbindungsstückes des Armes 10 gegenüber einem benachbarten Verbindungsstück dient. Entsprechende Teile in den 5 und 6 sind mit denselben Bezugszeichen wie in den 3 und 4 zuzüglich 100 gekennzeichnet.
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Auch bei dem in den
5 und
6 dargestellten Arm
110 ist an dem oberen Verbindungsstück
115b eine Gelenkkugel
116 und an dem unteren Verbindungsstück
115a eine Gelenkpfanne
117 befestigt. Statt der Kolben-Zylinder-Einheiten
18 werden bei dem Ausführungsbeispiel der
5 und
6 sogenannte ”künstliche Muskeln”
118 eingesetzt. Dabei handelt es sich um Betätigungseinrichtungen, wie sie dem Grundsatz nach in der
DE 199 08 008 U1 beschrieben sind, worauf Bezug genommen wird. Vorliegend genügt zu wissen, dass die axiale Abmessung dieser Betätigungseinrichtungen
118 durch Beaufschlagung ihres Innenraumes mit einem unter Druck stehenden Fluid verändert werden kann. Diese Fluids werden individuell den ”künstlichen Muskeln”
118 über die verschiedenen Verbindungsstücke
115 zugeführt, wobei die erforderlichen nicht dargestellten Ventile entweder außerhalb der Spritzkabine
1, in dem Anschlußbereich
8 oder auch in den Verbindungsstücken
115 selbst vorgesehen sein können.
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Eine weitere Möglichkeit, wie die verschiedenen Verbindungsstücke des Armes 10 der Vorrichtung der 1 und 2 gegeneinander verschwenkt werden können, ist in den 7 und 8 dargestellt. Dort sind entsprechende Teile wie in den 3 und 4 mit denselben Bezugszeichen zuzüglich 200 gekennzeichnet.
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In 7 sind wiederum ein unteres Verbindungsstück 215a und ein oberes Verbindungsstück 215b zu erkennen. Die Gelenkkugel 216 ist in zwei Kugelhälften 216a und 216b unterteilt. Die untere Kugelhälfte 216a ist mit dem unteren Verbindungsstück 215a verbunden. Die obere Kugelhälfte 216b lässt sich mit Hilfe eines Motors 220 gegenüber der unteren Kugelhälfte 216a um eine senkrecht zur Trennebene der beiden Kugelhälften 216a, 216b stehende und durch den Kugelmittelpunkt gehende Achse verdrehen.
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Beim Ausführungsbeispiel der 7 und 8 ist das obere Verbindungsstück 215b mit der Gelenkpfanne 217 verbunden, die ihrerseits mit Hilfe eines weiteren Motors 221 um eine durch den Kugelmittelpunkt gehende und auf der ersten Achse senkrecht stehende Achse verdrehbar ist. Zwischen der oberen Kugelhälfte 216b und der Gelenkpfanne 217 besteht eine Dreh-Mitnahmeverbindung, die in der Zeichnung nicht eigens dargestellt ist und dafür sorgt, dass sich die Gelenkpfanne 217 bei der Verdrehung der oberen Kugelhälfte 216b mittels des Motors 220 mit verdreht.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 7 ist wie folgt:
Ist die Fahrzeugkarosserie 2 durch die Tür 6 in den Lackierraum 4 eingebracht, werden die verschiedenen Arme der Vorrichtung 10 aus einer Ruheposition, welche das Einführen der Fahrzeugkarosserie 2 in den Raum oberhalb des Anschlussbereiches 8 gestattet, in ihre Arbeitspositionen gebracht. Jeder Arm 10 bewegt sich nun nach einem in der Steuerung abgelegten Programm unter entsprechender Betätigung der verschiedenen dem jeweiligen Arm zugeordneten Kugelgelenke 14. Diejenigen Arme 10, welche eine Lack-Applikationseinrichtung 11 tragen, bewegen sich so, dass die Lack-Applikationseinrichtungen 11 unter Abgabe des Lackes einen bestimmten Bereich der Fahrzeugkarosserie 2 abfahren. Einzelne dieser Arme 10 können, wie dies in 2 dargestellt ist, dabei auch in den Innenraum der Fahrzeugkarosserie 2 eingreifen.
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Grundsätzlich ist es möglich, dass alle Applikationseinrichtungen 11 dieselbe Farbe abgeben. Je nach Bedarf können aber auch einzelne Arme 10 oder Gruppen von Armen 10 unterschiedliche Farben auf die Fahrzeugkarosserie 2 aufsprühen. Bevor die Heckklappe 13 der Fahrzeugkarosserie 2 insbesondere auf der Unterseite lackiert wird, wird sie mit Hilfe der an dem Arm 10a befestigten Greifereinrichtung 12 angehoben, so dass alle zu lackierenden Flächen zugänglich sind.
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Wie insbesondere der 2 zu entnehmen ist, ist im Lackierraum 4 der Spritzkabine 1 eine Spülstation in Form eines mit einem Abfluss versehenen Behälters 19 vorgesehen. Alle Lack-Applikationseinrichtungen 11 können mit Hilfe der sie tragenden Arme 10 über den Behälter 19 gefahren werden. Wenn nun zur Reinigung der Strömungswege innerhalb der Arme 10 und innerhalb der Lack-Applikationseinrichtungen 11 Lösemittel geleitet wird, wird dieses zusmmen mit den verbliebenen Lackresten über die Applikationseinrichtungen 11 in den Behälter 19 ausgesprüht und von dort aus zur Entsorgung abgezogen.
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In den 9 und 10 ist eine Lackierkabine dargestellt, die eine gegenüber dem Ausführungsbeispiel der 1 und 2 abgewandelte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung aufweist. Entsprechende Teile sind in den 9 und 10 mit denselben Bezugszeichen wie in den 1 und 2 zuzüglich 300 gekennzeichnet. Die Bauweise der Lackierkabine 301 selbst mit ihrem Luftplenum 303, dem Lackierraum 304 und dem begehbaren Rost 305 sowie der Tür 306 stimmt identisch mit derjenigen der 1 und 2 überein. Auch die Vorrichtung 307 der 9 und 10 besitzt einen Anschlussbereich 308, der über einen nach außen führenden Kanal 309 mit den erforderlichen Medien, Versorgungsspannungen und Steuersignalen gespeist werden kann. Erneut ist eine Mehrzahl von Armen 310 vorgesehen, die an ihren Enden entweder Lack-Applikationseinrichtungen 311 oder – im Falle des Arms 10a – eine Greifeinrichtung 312 zum Öffnen der Heckklappe 313 der Fahrzeugkarosserie 302 tragen.
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Anders als die Arme
10 des Ausführungsbeispieles der
1 und
2 sind die Arme
310 jedoch nicht aus geradlinigen Verbindungsstücken mit zwischenliegenden Kugelgelenken zusammengesetzt. Vielmehr handelt es sich hierbei um dreidimensional verwindbare Betätigungsrüssel, die in ihren Bewegungsmöglichkeiten dem Rüssel eines Elefanten nachgebildet sind. Derartige Betätigungsrüssel sind aus dem Stande der Technik, beispielsweise aus der
DE 10 2009 058 653 A1 oder der
DE 10 2009 015 975 A1 , im grundsätzlichen Aufbau bekannt. Ihr schematischer Aufbau ist den
11 und
12 zu entnehmen.
11 zeigt dabei einen Abschnitt von der Seite,
12 die Draufsicht auf den entsprechenden Abschnitt eines Betätigungsrüssels
310.
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Ein derartiger rüsselförmiger Arm 310 umfasst eine Mehrzahl von in Gruppen oder Paketen zusammengefassten Luftkammern 330a, 330b, 330c sowie 331a, 331b, 331c, die im Winkelabstand von 120° um die Mittellinie des Armes 310 herum sowie in Axialrichtung (Längsrichtung) des Armes 310 nebeneinander liegend gruppiert sind. Jede Gruppe dieser Luftkammern 330a, 330b, 330c und 331a, 331b, 331c lässt sich über flexible Leitungen 332, die durch den röhrenförmigen Innenraum zwischen den Luftkammern 330a, 330b, 330c, 331a, 331b, 331c geführt sind, individuell gesteuert mit Druckluft beaufschlagen. Die hierfür erforderlichen Ventile sind in den 11 und 12 nur schematisch dargestellt und mit den Bezugszeichen 333 versehen. Kurze Stichleitungen (ohne Bezugszeichen) führen von den Ventilen 333 zu den einzelnen Gruppen von Luftkammern 330a, 330b, 330c, 331a, 331b, 331c. Durch diese individuelle Beaufschlagung der verschiedenen Gruppen von Luftkammern 330a, 330b, 330c, 331a, 331b, 331c ist es möglich, lokale Verwindungen des Armes 310 nach Bedarf zu bewirken.
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Die Funktionsweise der Vorrichtung 307 der 9 und 10 stimmt vollständig mit derjenigen überein, die oben anhand der 1 und 2 für die Vorrichtung 7 beschrieben wurde.
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Nicht dargestellt in den verschiedenen Figuren sind diejenigen Baukomponenten, die zum Betrieb der verschiedenen Behandlungseinrichtungen 11; 111; 12; 112 erforderlich sind, beispielsweise die verschiedenen Versorgungsschläuche oder -leitungen sowie elektrischen Kabel. Diese werden entlang des dargestellten tragenden ”Skeletts”, ggfs. innerhalb einer schützenden Hülle, nach Zweckmäßigkeitsgesichtspunkten verlegt.
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Die 13 bis 21 zeigen weitere Ausführungsbeispiele von Gelenken, die in den Armen erfindungsgemäßer Vorrichtungen einesetzt werden können und die Funktion eines angetriebenen Kugelgelenks erfüllen, ohne jedoch eine Kugel im strengen geometrischen Sinne als Gelenkteil aufzuweisen.
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Zu erkennen in den 13 bis 15 ist ein Arm, der insgesamt das Bezugszeichen 415 trägt und beispielsweise als Ausschnitt aus einem Robotorarm gedacht werden kann. Der Arm 415 umfasst ein unteres Verbindungsstück 415a sowie ein oberes Verbindungsstück 415b, die über ein Gelenk 414 miteinander verbunden sind. Wenn vorliegend von ”oben” und ”unten” gesprochen wird, so sind hierunter nur die Verhältnisse in der Zeichnung gemeint. Die tatsächliche Lage im praktischen Einsatz kann natürlich anders sein.
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Das Gelenk 414 hat, wie erwähnt, die Funktion eines Kugelgelenks. Dies bedeutet, dass die Verbindungsstücke 415a, 415b innerhalb gewisser bauartbedingter Grenzen in allen Winkeln zueinander verschwenkt werden können; die möglichen Schwenkbewegungen lassen sich als Überlagerung aus Verschwenkungen um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen verstehen. Das Gelenk 414 ist darüber hinaus in dem Sinn ”angetrieben”, dass die Verschwenkungen der beiden Verbindungsstücke 415a, 415b gegeneinander durch Antriebselemente bewirkt werden können, die auf engstem Raum im Bereich des Gelenks 414 selbst angeordnet sind.
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Der genaue Aufbau des Gelenks 414 ist wie folgt:
An das obere Ende des unteren Verbindungsstücks 415a ist eine Gabel 422 angeformt, die symmetrisch zur Mittelebene des unteren Verbindungsstücks 415a insgesamt vier in der Seitenansicht kreisbogenförmige, paarweise parallel zueinander verlaufende, plattenförmige Gabelelemente 422a bis 422d umfasst. Zwischen den gegenüberliegenden Gabelelementen 422a, 422b bzw. 422c, 422d sind in Winkelabständen zueinander insgesamt vier Rollen 423a bis 423d gelagert. Eine dieser Rollen 423, nämlich die Rolle 423a, ist durch einen Elektromotor 424 angetrieben. Außerdem sind in den oberen Endbereichen der Gabel 422 jeweils über Winkel 425 insgesamt vier Führungsrollen 426 in jeweils zwei Paaren gelagert, deren Funktion weiter unten deutlich wird und deren Achsen senkrecht zu den Achsen der benachbarten Rollen 423 stehen.
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Ein Zwischenteil, das insgesamt mit dem Bezugszeichen 427 versehen ist, umfasst ein plattenförmiges Antriebsteil 428 mit einer Antriebsfläche 429, die in der Seitenansicht kreisbogenförmig ist. Tatsächlich erstreckt sich die Antriebsfläche 429 über einen nahezu vollständigen Kreis und ist nur durch einen Schlitz 430 unterbrochen, dessen Funktion weiter unten beschrieben wird. Die Antriebsfläche 429 liegt an den vier Rollen 423a bis 423d reibschlüssig an. Erkennbar kann also das Zwischenteil 427 durch Betätigung des Motors 424 und die Wirkung der angetriebenen Rolle 423a um eine Achse verdreht werden, die senkrecht auf der durch die vier Rollen 423a bis 423d aufgespannten Ebene steht und deren Lage innerhalb der Ebene durch die Position dieser Rollen 423a bis 423b definiert ist. Die Führungsrollen 426 liegen an den gegenüberliegenden Seitenflächen des Antriebsteiles 428 an und führen dieses entsprechend ihrer Bezeichnung.
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Das Zwischenteil 427 umfasst neben dem Antriebsteil 428, mit diesem starr oder gar einstückig verbunden, eine weitere Gabel 431, die ähnlich wie die Gabel 422 kreisbogenförmige, sich paarweise gegenüberliegende Gabelelemente 431a bis 431d aufweist. Zwischen den Gabelelementen 431a bis 431d sind wiederum Rollen 432a bis 432d in Winkelabständen zueinander gelagert, wobei in diesem Falle die Rolle 432d durch einen Elektromotor 433 angetrieben ist. Auch an der Gabel 431 sind über Winkel 434 insgesamt vier Führungsrollen 460 gelagert, die sich jeweils paarweise gegenüberstehen und deren Achsen jeweils senkrecht auf den Achsen der benachbarten Rollen 432 stehen. Der Sinn dieser Führungsrollen 460 wird weiter unten deutlich.
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An das untere Ende des oberen Verbindungsstückes 415b ist eine Antriebsplatte 435 angeformt, die mit einer kreisbogenförmigen Antriebsfläche 436 versehen ist. Das untere Ende des oberen Verbindungsstückes 415b mit der Antriebsplatte 435 ist so in den Schlitz 430 des Zwischenteils 427 eingeführt, dass die Antriebsfläche 436 der Antriebsplatte 435 reibungsschlüssig an den Rollen 432a bis 432d anliegt. Gleichzeitig berühren die Führungsrollen 460 die gegenüberliegenden Seitenflächen der Antriebsplatte 435.
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Es ist ersichtlich, dass durch Betätigung des Elektromotors 433 über die angetriebene Rolle 432d das obere Verbindungsstück 415b um eine Achse verschwenkt werden kann, die senkrecht auf der durch die vier Rollen 432a bis 432d aufgespannten Ebene steht und deren Position in dieser Ebene durch die Anordnung der Rollen 432a bis 432d definiert ist.
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Insgesamt ist also das obere Verbindungsstück 415b mittels des beschriebenen Gelenkes 414 um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen gegenüber dem unteren Verbindungsstück 415a verschwenkbar und ist somit in der Lage, die Funktion eines angetriebenen Kugelgelenks auszuüben.
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In den 16 und 17 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel eines angetriebenen Gelenkes dargestellt, welches dem oben anhand der 13 bis 15 beschriebenen ähnlich ist. Entsprechende Teile sind daher dort mit demselben Bezugszeichen zuzüglich 100 gekennzeichnet.
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Auch der in den 16 und 17 dargestellte Arm 515 umfasst ein unteres Verbindungsstück 515a und ein oberes Verbindungsstück 515b, die durch ein Gelenk 514 um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen verschwenkbar verbunden sind.
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Am oberen Ende des unteren Verbindungsstücks 515a befindet sich, starr verbunden oder einstückig, eine Gabel 522. In den oberen Endbereichen der beiden Gabelarme 522a, 522b ist mittels Gelenkzapfen 537 ein Zwischenteil 527 verschwenkbar gelagert. Das Zwischenteil 527 seinerseits weist ähnlich wie das Zwischenteil 427 der 13 bis 15 ein in der Seitenansicht durch einen nahezu geschlossenen Kreis begrenztes Antriebsteil 528 mit einer kreisbogenförmigen Antriebsfläche 529 auf. Die Antriebsfläche 529 ist wiederum durch einen Schlitz 530 unterbrochen. Auf Abflachungen 529a, 529b der Antriebsfläche 529 sind die gegenüberliegenden Enden eines Antriebsriemens 538 befestigt. Der Antriebsriemen 538 ist um eine Antriebsrolle 539 geführt, die von einem an dem Schenkel 522a der Gabel 522 befestigten Elektromotor 524 angetrieben ist. Der Antriebsriemen 538 ist in geeigneter Weise gespannt, beispielsweise durch geeignete Positionierung des Elektromotors 524.
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Das Zwischenteil 527 besitzt ein kastenartiges, nach oben und unten offenes Teil 531, welches in gewisser Weise der Gabel 431 der 13 bis 15 entspricht. Die gegenüberliegenden Stirnflächen 531a, 531b dieses kastenartigen Teils 531 sind mittels der Gelenkzapfen 537 verschwenkbar an den Schenkeln 522a, 522b der Gabel 522 befestigt.
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Die oben beschriebene Bauweise ist also so, dass durch Bestromung des Elektromotors 524 über die angetriebene Rolle 539 und aufgrund des Antriebsriemens 538 das Zwischenteil 527 um die Achse verschwenkt werden kann, die durch die beiden Gelenkzapfen 537 vorgegeben ist.
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Am unteren Ende des oberen Verbindungsstückes 515b sind in diesem Falle zwei parallele, in der Seitenansicht einen nahezu geschlossenen Kreis bildende Platten 535a, 535b angeformt, von denen im dargestellten Ausführungsbeispiel nur eine, nämlich diejenige mit dem Bezugszeichen 535b, als Antriebsplatte verwendet wird. Auf deren kreisbogenförmiger Antriebsfläche 536 sind in der Nähe des unteren Endes des oberen Verbindungsstücks 515b die beiden Enden eines Antriebsriemens 540 befestigt. Dieser Antriebsriemen 540 ist um eine Antriebsrolle geschlungen, welche in der Zeichnung nicht erkennbar, da durch die Seitenwände des kastenartigen Teils 531 verdeckt, ist. Dieses Antriebsrad wird durch einen Elektromotor 533 angetrieben. Der Antriebsriemen 540 ist in geeigneter Weise gespannt, beispielsweise durch entsprechende Positionierung des Elektromotors 533.
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Die die unteren Enden des oberen Verbindungsstücks 515b bildenden Platten 535a, 535b sind durch Gelenkzapfen 541 (vgl. 17) an den gegenüberliegenden Seitenwänden des kastenartigen Teils 531 verschwenkbar gelagert, wobei die durch die beiden Gelenkzapfen 541 definierte Achse senkrecht auf der durch die beiden Gelenkzapfen 537 definierten Achse steht.
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Die Anordnung ist offensichtlich so, dass durch Betätigung des Elektromotors 533 über das nicht dargestellte Antriebsrad und mit Hilfe des Antriebsriemens 540 das obere Verbindungsstück 515b um die durch die Schwenkzapfen 541 definierte Achse verschwenkt werden kann.
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Insgesamt erfüllt also auch das in den 16 und 17 dargestellte Ausführungsbeispiel eines Gelenks 514 diejenige eines angetriebenen Kugelgelenks.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel, das demjenigen der 16 und 17 weitgehend entspricht, ist in den 18 und 19 dargestellt. Entsprechende Teile erhalten dasselbe, jedoch erneut um 100 erhöhte Bezugszeichen wie in den 16 und 17.
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Wiederzuerkennen sind das untere Verbindungsstück 615 mit der daran starr befestigten Gabel 622, das kastenförmige Zwischenteil 627, das mittels Gelenkzapfen 637 an den Schenkeln 622a, 622b der Gabel 622 verschwenkbar angelenkt ist, das obere Verbindungsstück 615b mit den das untere Ende bildenden, parallelen in der Seitenansicht nahezu kreisförmigen Platten 635a, 635b, das mittels Gelenkzapfen 642 an dem Zwischenteil 627 verschwenkbar befestigt ist.
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Das Antriebsteil 628 des Zwischenteils 627 ist beim Ausführungsbeispiel der 18 und 19 an der Außenseite des kastenartigen Teils 631, fest mit diesem verbunden, angebracht. Die kreisbogenförmige Antriebsfläche 629 trägt eine Aussenverzahnung 642, die mit einem in dem Schenkel 622a der Gabel 622 gelagerten Ritzel 643 kämmt. Das Ritzel 643 wird von dem Elektromotor 624 angetrieben. Aufgrund der Bauweise ist es also möglich, durch Betätigung des Elektromotors 624 über das Ritzel 643 und die Aussenverzahnung 642 das gesamte Zwischenteil 627 um die Achse zu verdrehen, die durch die Gelenkzapfen 637 definiert ist.
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An der Außenfläche der Platte 635b am unteren Ende des oberen Verbindungsstücks 615b ist eine in der Seitenansicht kreisrunde Antriebsplatte 644 drehschlüssig angebracht, die ihrerseits eine Außenverzahnung 645 trägt. Diese Außenverzahnung 645 kämmt mit einem Ritzel 646, das in einer Seitenwand des kastenartigen Teils 631 des Zwischenteils 627 gelagert ist und durch einen Elektromotor 633 angetrieben ist. Durch Betätigung des Elektromotors 633 kann somit über das Ritzel 646 die Antriebsplatte 644 und damit das gesamte obere Verbindungsstück 615b um die Achse verschwenkt werden, die durch die Gelenkzapfen 641 definiert ist und senkrecht zu derjenigen Achse steht, die durch die Gelenkzapfen 637 vorgegeben ist.
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Insgesamt lässt sich also auch durch das Gelenk 614 die Funktion eines angetriebenen Kugelgelenks erzielen.
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In den 20 und 21 ist schließlich ein letztes Ausführungsbeispiel eines angetriebenen Gelenks 714 dargestellt, das demjenigen der 18 und 19 außerordentlich ähnlich ist. Erneut werden daher entsprechende Teile mit demselben Bezugszeichen, gegenüber den 18 und 19 jedoch erneut um 100 erhöht, gekennzeichnet. Es genügt, nachfolgend die Unterschiede zwischen dem Ausführungsbeispiel der 20 und 21 und demjenigen der 18 und 19 zu beschreiben.
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Beim Ausführungsbeispiel der 20 und 21 ist das Antriebsteil 728, welches an dem kastenartigen Teil 731 des Zwischenteils 727 starr befestigt ist, etwas größer ausgebildet und trägt keine Außenverzahnung. Stattdessen ist das Antriebsteil 728 mit einem kreisbogenförmigen Schlitz 747 versehen, dessen radial außenliegende Begrenzungsfläche eine Verzahnung 748 aufweist. Diese Verzahnung 748 ist es, die mit einem von dem Elektromotor 724 angetriebenen Ritzel 743 kämmt.
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In entsprechender Weise ist eine der beiden Platten 735a, 735b am unteren Ende des oberen Verbindungsstücks 715b dadurch als Antriebsplatte 735b ausgebildet, dass sie einen kreisbogenförmigen Schlitz 750 aufweist, der an seiner radial außenliegenden Begrenzungsfläche eine Verzahnung 751 aufweist. Diese Verzahnung 751 kämmt mit einem von einem Elektromotor 733 angetriebenen Ritzel, das in den 20 und 21 nicht erkennbar ist.
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Die Verzahnungen 748 und 751 werden hier aufgrund ihrer Lage innerhalb des Teils, in dem sie sich befinden, als ”Innenverzahnungen” bezeichnet.
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Durch Bestromung der Elektromotoren 724 und 733 lässt sich somit das obere Verbindungsstück 715b gegenüber dem unteren Verbindungsstück 715a um zwei senkrecht zueinander stehende Achsen verschwenken, die einerseits durch die Gelenkzapfen 737 und andererseits die Gelenkzapfen 741 definiert sind.
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Selbstverständlich wäre es auch möglich, nicht die radial außen liegenden sondern die radial innenliegenden Begrenzungsflächen der Schlitze 747 bzw. 750 mit den entsprechenden Verzahnungen zu versehen.
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Ebenfalls möglich wäre es, die verschiedenen Antriebsarten, die oben anhand der 13 bis 21 beschrieben wurden, auch zu ”mischen”, also beispielsweise eine Außenverzahnung mit einer Innenverzahnung oder einen Riemen mit einer Verzahnung oder auch eine angetriebene, auf einer Fläche eines Antriebsteils abrollende Antriebsrolle mit Riemen oder Verzahnungen nach Bedarf zu kombinieren.
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Statt Riemen können auch andere flexible Antriebsmittel, z. B. Zahnriemen, Ketten oder Seile, zur Anwendung kommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29908008171 [0018]
- DE 19908008 U1 [0060]
- DE 102009058653 A1 [0068]
- DE 102009015975 A1 [0068]
