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Die Erfindung betrifft eine Montageeinrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines Bauteils eines Kraftwagens gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
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Eine solche Montageeinrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines in eine Förderrichtung bewegbaren Bauteils eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, ist beispielsweise bereits aus der
DE 10 2010 005 314 A1 bekannt. Das Bauteil ist beispielsweise ein Werkstück, welches im Rahmen eines Fließbetriebs in die Förderrichtung gefördert wird. Ein solcher Fließbetrieb kommt beispielsweise bei einer Fließfertigung beziehungsweise Fließbandfertigung zum Einsatz, wobei der Kraftwagen mittels der Fließfertigung hergestellt wird. Somit kommt die Montageeinrichtung bei der Herstellung des Kraftwagens zum Einsatz. Insbesondere wird die Montageeinrichtung im Rahmen einer Serienfertigung oder Massenproduktion von Kraftwagen genutzt.
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Die Montageeinrichtung umfasst wenigstens eine mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegbare Bearbeitungseinrichtung, mittels welcher das Bauteil bearbeitet wird. Dadurch, dass die Bearbeitungseinrichtung mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegbar ist, kann das Bauteil mittels der Bearbeitungseinrichtung bearbeitet beziehungsweise verarbeitet werden, während das Bauteil und die Bearbeitungseinrichtung in die Förderrichtung bewegt werden. Somit kann eine Unterbrechung der Bewegung des Bauteils in die Förderrichtung vermieden werden, wodurch eine zeit- und kostengünstige Herstellung des Kraftwagens realisiert werden kann.
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Die Montageeinrichtung umfasst ferner wenigstens eine Transporteinrichtung zum Transportieren der Bearbeitungseinrichtung, welche an der Transporteinrichtung in drei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen relativ zu der Transporteinrichtung bewegbar gehalten ist. Dies bedeutet, dass die Bearbeitungseinrichtung an der Transporteinrichtung gehalten, insbesondere gelagert, und dabei in die drei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen relativ zu der Transporteinrichtung bewegbar ist. Hierzu ist die Bearbeitungseinrichtung beispielsweise schwimmend an der Transporteinrichtung gelagert.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Montageeinrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte Herstellung von Kraftwagen realisierbar ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Montageeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Montageeinrichtung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art derart weiterzuentwickeln, dass eine besonders vorteilhafte und insbesondere zeit- und kostengünstige Herstellung von Kraftwagen realisierbar ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Bearbeitungseinrichtung an der Transporteinrichtung über eine Transportplattform zum Transportieren wenigstens einer Person gehalten ist. Dadurch ist es möglich, nicht nur die als Bearbeitungseinheit fungierende Bearbeitungseinrichtung zumindest mittelbar an das Bauteil zu koppeln und mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitzubewegen, sondern es kann sich auch wenigstens eine Person oder eine Mehrzahl von Personen auf der Transportplattform befinden und mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbefördert werden.
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Dadurch kann auf besonders einfache und kostengünstige Weise eine sogenannte Mensch-Roboter-Kooperation (MRK) durchgeführt werden. Beispielsweise wird das Bauteil, welches zum Herstellen des Kraftwagens genutzt wird, im Rahmen eines sogenannten Fließbetriebs beziehungsweise einer Fließmontage oder Fließbandmontage in die Förderrichtung gefördert, sodass der Kraftwagen mittels des Fließbetriebs auf zeit- und kostengünstige Weise hergestellt werden kann. Durch den Einsatz der Transportplattform ist es möglich, eine Mensch-Roboter-Kooperation in dem Fließbetrieb zu ermöglichen. Unter einer solchen Mensch-Roboter-Kooperation ist zu verstehen, dass wenigstens ein erster Arbeitsschritt zum Herstellen des Kraftwagens, insbesondere zum Bearbeiten beziehungsweise Verarbeiten des Bauteils, mittels der beispielsweise als Roboter ausgebildeten Bearbeitungseinrichtung, insbesondere automatisch, durchgeführt wird. Ferner ist es möglich, wenigstens einen zweiten Arbeitsschritt von der Person, welche auf der Transportplattform mit dem Bauteil mitbefördert wird, durchführen zu lassen, sodass der zweite Arbeitsschritt beispielsweise manuell von der Person durchgeführt werden kann. Im Rahmen der Mensch-Roboter-Kooperation ist somit eine Kombination aus manueller Durchführung und automatischer Durchführung von Arbeitsschritten vorgesehen, sodass eine besonders zeit- und kostengünstige sowie qualitativ hochwertige Herstellung darstellbar ist. Insbesondere ist es möglich, dass die Bearbeitungseinrichtung sowie die wenigstens eine sich auf der Transportplattform befindende und über die Transportplattform mit dem Bauteil mitbeförderte Person die jeweiligen Arbeitsschritte, insbesondere an dem Bauteil, durchführen, während das Bauteil und mit diesem die Bearbeitungseinrichtung und die Person entlang der Förderrichtung gefördert werden. Dadurch kann eine Unterbrechung der Bewegung des Bauteils in die Förderrichtung vermieden werden, sodass der Kraftwagen besonders zeit- und kostengünstig hergestellt werden kann.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung; diese zeigt in der einzigen Fig. eine schematische Perspektivansicht auf eine Montageeinrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines Bauteils eines Kraftwagens, mit einer Transporteinrichtung und einer Bearbeitungseinrichtung, welche an der Transporteinrichtung über eine Transportplattform zum Transportieren wenigstens einer Person gehalten ist.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Perspektivansicht eine Montageeinrichtung zum Bearbeiten wenigstens eines in der Fig. nicht gezeigten Bauteils eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens. Das Bauteil ist beispielsweise ein Werkstück und wird genutzt, um den Kraftwagen herzustellen. Mit anderen Worten wird das Bauteil im Rahmen der Herstellung des Kraftwagens bearbeitet beziehungsweise verarbeitet und dabei beispielsweise verbaut, um dadurch den Kraftwagen herzustellen. Dies bedeutet, dass die in der Fig. gezeigte Montageeinrichtung im Rahmen der Herstellung des Kraftwagens zum Einsatz kommt. Insbesondere kommt die Montageeinrichtung im Rahmen einer Serienfertigung oder Massenproduktion von Kraftwagen, insbesondere Personenkraftwagen, zum Einsatz.
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Im Zuge der Herstellung des Kraftwagens wird das Bauteil mittels einer in der Fig. schematisch gezeigten Fördereinrichtung 10 in eine durch einen Pfeil 12 veranschaulichte Förderrichtung bewegt, sodass beispielsweise ein Fließbetrieb beziehungsweise eine Fließmontage oder Fließbandmontage des Kraftwagens dargestellt ist. Durch diesen Fließbetrieb kann das Bauteil beispielsweise bearbeitet beziehungsweise verarbeitet werden, während es mittels der Fördereinrichtung 10 in die Förderrichtung bewegt wird. Dadurch ist eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Kraftwagens realisierbar. Beispielsweise ist ein Montage- oder Produktionsband vorgesehen, entlang welchem das Bauteil mittels der Fördereinrichtung 10 bewegt wird. Beispielsweise ist die Fördereinrichtung 10 als Hängeförderer, insbesondere als C-Gehänge, ausgebildet.
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Die Montageeinrichtung umfasst wenigstens eine mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegbare Bearbeitungseinrichtung 14, welche vorliegend als Roboter ausgebildet ist. Beispielsweise ist der Roboter als Industrieroboter ausgebildet. Vorliegend jedoch ist der Roboter als Leichtbauroboter (LBR) ausgebildet. Unter einem solchen Leichtbauroboter ist ein Roboter zu verstehen, der ein sehr geringes Eigengewicht und eine sehr präzise Steuerung, insbesondere Kraftsteuerung, oder Regelung, insbesondere Kraftregelung, aufweist. Bei einem solchen Leichtbauroboter handelt es sich insbesondere um einen kraftsensitiven Leichtbauroboter, welcher eine prozesssichere und schnelle Durchführung von Prozessen ermöglicht. Der Leichtbauroboter weist dabei integrierte Kraft- und/oder Drehmoment- und/oder Wegsensoren auf, mittels welchen Kräfte, welche entlang und/oder um jeweilige Bewegungsachsen des Roboters wirken, gemessen werden können. Dabei umfasst der Leichtbauroboter beispielsweise eine Mehrzahl von miteinander verbundenen Roboterarmen, welche auch als Achsen oder Roboterachsen bezeichnet werden. Die Roboterachsen sind entlang wenigstens einer Bewegungsachse und/oder um wenigstens eine Bewegungsachse relativ zueinander bewegbar, insbesondere relativ zueinander translatorisch bewegbar und/oder drehbar, wobei mittels der integrierten Sensoren beispielsweise entlang der jeweiligen Bewegungsachse und/oder um die jeweilige Bewegungsachse wirkende Kräfte erfasst werden können.
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Die Montageeinrichtung umfasst ferner wenigstens eine Transporteinrichtung 16 zum Transportieren der Bearbeitungseinrichtung 14, welche zumindest mittelbar an der Transporteinrichtung 16 gehalten, insbesondere gelagert, und dabei in drei senkrecht zueinander verlaufenden Richtungen relativ zu der Transporteinrichtung 16 bewegbar ist. Diese drei Richtungen sind in der Fig. durch jeweilige Doppelpfeile 18, 20 und 22 veranschaulicht.
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Um nun eine besonders zeit- und kostengünstige Herstellung des Kraftwagens beziehungsweise der Kraftwagen zu realisieren, ist die Bearbeitungseinrichtung 14 an der Transporteinrichtung 16 über eine Transportplattform 24 zum Transportieren wenigstens einer Person gehalten. Mit anderen Worten ist die Transportplattform 24, über welche die Bearbeitungseinrichtung 14 an der Transporteinrichtung 16 gelagert ist, zum Transportieren von wenigstens einer oder mehreren Personen ausgebildet, sodass mittels der Transportplattform 24 nicht nur die Bearbeitungseinrichtung 14, sondern auch wenigstens eine Person mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegt werden können, während das Bauteil mittels der Fördereinrichtung 10 entlang der Förderrichtung bewegt wird. Dadurch können sowohl die Bearbeitungseinrichtung 14 als auch die sich auf der Transportplattform 24 befindende Person jeweilige Arbeitsschritte ausführen und dadurch das Bauteil oder jeweilige Bauteile bearbeiten beziehungsweise verarbeiten, während das jeweilige Bauteil in die Förderrichtung bewegt wird. Somit kann eine Unterbrechung der Bewegung des Bauteils in die Förderrichtung vermieden werden.
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Die Transportplattform 24 ist beispielsweise Bestandteil eines im Ganzen mit 26 bezeichneten Montagerahmens, an welchem die Bearbeitungseinrichtung 14 angeordnet ist, wobei sich die Person auf dem Montagerahmen 26 aufhalten kann, sodass die Person mit dem Bauteil mitbefördert werden kann.
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Der Montagerahmen 26 umfasst ferner eine an der Transportplattform 24 angeordnete Koppeleinrichtung 28 mit Mitnehmern 30, welche zumindest mittelbar mit dem Bauteil koppelbar sind, sodass infolge der zumindest mittelbaren Kopplung zwischen dem Bauteil und den Mitnehmern 30 die Montageeinrichtung, insbesondere die Transportplattform 24, mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitgefördert werden. Beispielsweise werden die Mitnehmer 30 direkt mit dem Bauteil oder aber mit der Fördereinrichtung 10 gekoppelt, mit welcher das Bauteil gekoppelt ist. Dadurch werden die Mitnehmer 30 und über diese die Transportplattform 24 und somit die Transporteinrichtung 16 mit dem Bauteil beziehungsweise mit der Fördereinrichtung 10 in die Förderrichtung mitgefördert. Durch das zumindest mittelbare Koppeln der Koppeleinrichtung 28 mit dem Bauteil wird die Bearbeitungseinrichtung 14 unter Vermittlung der Transportplattform 24 und der Koppeleinrichtung 28 mit dem Bauteil gekoppelt und dadurch mit dem Bauteil in die Förderrichtung mitbewegt.
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Dabei ist die Transportplattform 24 mit der Transporteinrichtung 16 über einen Kugeltisch 32 gekoppelt. Der Kugeltisch 32 wird auch als Kugelrollentisch bezeichnet und umfasst eine Tischplatte 34 sowie Kugeln 36, welche an der Tischplatte 34 gehalten sind. Dabei sind die Kugeln 36 relativ zu der Tischplatte 34, insbesondere unbegrenzt, drehbar, jedoch gegen translatorische Bewegungen relativ zur Tischplatte 34 gesichert. Wird die Transportplattform 24 in einer gedachten Ebene relativ zu der Transporteinrichtung 16 und relativ zur Tischplatte 34 translatorisch bewegt, so rollen die Kugeln 36 an der Transportplattform 24, insbesondere an einer den Kugeln 36 zugewandten Unterseite 38 der Transportplattform 24, ab. Die gedachte Ebene wird dabei durch diejenigen der Richtungen aufgespannt, die durch die Doppelpfeile 20 und 22 veranschaulicht sind. Dabei ist die Transportplattform 24 beispielsweise in der genannten Ebene frei relativ zur Transporteinrichtung 16 bewegbar.
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Darüber hinaus ist eine Federeinrichtung 40 mit einer Mehrzahl von Federn 42 vorgesehen, über welche die Transportplattform 24 in die durch den Doppelpfeil 18 veranschaulichte, senkrecht zu der gedachten Ebene verlaufende Richtung gefedert an der Transporteinrichtung 16 abgestützt ist. Hierzu umfasst die Transporteinrichtung 16 eine Mitfahrplattform 44, wobei die Federn 42 einerseits an der Mitfahrplattform 44 und andererseits zumindest mittelbar an der Transportplattform 24 abgestützt sind. Vorliegend sind die Federn 42 andererseits an der Tischplatte 34 abgestützt, sodass die Transportplattform 24 über die Kugeln 36 und die Tischplatte 34 an den Federn 42 abgestützt ist. Somit ist die Transportplattform 24 unter Vermittlung der Kugeln 36, der Tischplatte 34 und der Federn 42 gefedert an der Transporteinrichtung 16, insbesondere an der Mitfahrplattform 44, abgestützt.
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An der Mitfahrplattform 44 sind Rollen 46 der Transporteinrichtung 16 drehbar gehalten, sodass die Transporteinrichtung 16 über die Rollen 46 an einem Boden einer Anlage zum Herstellen des Kraftwagens abrollen kann. Somit können die Transportplattform 24 und über diese die Bearbeitungseinrichtung 14 und die sich auf der Transportplattform 24 befindende Person über die Transporteinrichtung 16 entlang des Bodens gefördert und transportiert werden.
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Dabei ist ferner wenigstens eine Führungsschiene 48 zum Führen der Transporteinrichtung 16 bei deren Bewegung mit dem Bauteil in die Förderrichtung vorgesehen. Beispielsweise greift ein an der Transporteinrichtung 16 angeordnetes und in der Fig. nicht erkennbares Führungselement in die korrespondierende Führungsschiene 48 ein, sodass das Führungselement und über dieses die Transporteinrichtung 16 entlang der Führungsschiene 48 geführt werden, wenn die Transporteinrichtung 16 über die Transportplattform 24 und die Mitnehmer 30 mit dem Bauteil mitgefördert werden.
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Durch den Einsatz der Montageeinrichtung können Festeinbauten vermieden oder die Anzahl an solchen Festeinbauten gering gehalten werden, da beispielsweise die Führungsschiene 48 lediglich als Halbrundprofilschiene ausgebildet sein kann. Dadurch können Stolperkanten für Personen vermieden werden. Darüber hinaus kann eine besonders einfache und passive Technik realisiert werden bei gleichzeitiger Realisierung eines effektiven Genauigkeitsausgleichs durch den als Kugelrollentisch ausgebildeten Kugeltisch, 32 sodass aufwändige und kostenintensive Einrichtungen wie beispielsweise pneumatische Einrichtungen zum Ausgleich von Toleranzen vermieden werden können.
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Vorzugsweise ist eine starre, zumindest mittelbare Kopplung zwischen den Mitnehmern 30 und dem Bauteil vorgesehen, sodass eine starre Kopplung der Bearbeitungseinrichtung 14 mit dem Bauteil realisiert ist. Hierdurch können besonders genaue beziehungsweise präzise Fügeoperationen realisiert werden, wobei diese Fügeoperationen mittels der beispielsweise als mechanische Einrichtung ausgebildeten Bearbeitungseinrichtung 14 durchgeführt werden.
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Beispielsweise ist die als Kleinroboter ausgebildete Bearbeitungseinrichtung 14 auf der Transportplattform 24 montiert, wobei die beispielsweise als Platte ausgebildete Transportplattform 24 auf dem Kugeltisch 32 frei beweglich ist und vorzugsweise starr an die eine Fördertechnik darstellende Fördereinrichtung 10 gekoppelt wird. Hierdurch ist es möglich, die Bearbeitungseinrichtung 14 positionsgenau im Fließbetrieb an ein Montageobjekt darstellenden Bauteil mitzuführen.
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Durch die Federeinrichtung 40 und den Kugeltisch 32 ist beispielsweise eine Schwimmeinheit gebildet, über welche die Transportplattform 24 und somit die Bearbeitungseinrichtung 14 mechanisch mit der Mitfahrplattform 44 gekoppelt sind, um dadurch den Fließbetrieb zu realisieren. Dabei liegt der Montageeinrichtung folgende Erkenntnis zugrunde: Die Hauptproblematik von bandsynchron verfahrenden Arbeitsplattformen und Werkzeugen besteht in der erforderlichen Genauigkeit an die Positionierung während des gesamten Prozesses. Arbeitsplattformen, die auf einer starren Bahn an ein Montageband gekoppelt mitgeführt werden, können keine Lageabweichungen vom Montage- beziehungsweise Produktionsband oder von zu bearbeitenden Werkstücken ausgleichen. Derartige Abweichungen in der Position, welche auf Produktionsbändern häufig entstehen können, können dagegen durch regelungstechnische Systeme aktiv durch Anpassung der Position der Arbeitsplattform ausgeglichen werden. Der Nachteil dieser Methode besteht allerdings in hohen Anschaffungskosten und einem hohe Aufwand für die Einstellung der Sensorik und Aktorik des Regelungssystems. Daraus resultiert ein Bedarf nach einer simplen Lösung, welche ohne komplexe Regelungstechnik etwaig auftretende Lageabweichungen zwischen dem Montageband beziehungsweise dem Bauteil und der mitgeführten Mitfahrplattform 44 passiv toleriert. Diese simple Lösung ist durch die Montageeinrichtung beziehungsweise die Schwimmeinheit geschaffen, mittels welcher etwaige Lageabweichungen passiv und somit einfach und kostengünstig ausgeglichen werden können.
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Die Schwimmeinheit ermöglicht eine schwimmende Lagerung der Transportplattform 24 und somit der Bearbeitungseinrichtung 14 in allen drei Raumrichtungen des Montagerahmens 26, auf welchem mitzuführende Objekte wie die Bearbeitungseinrichtung 14 fest montiert sind, wobei auf der Transportplattform 24 auch Personen mitgeführt werden können. Dadurch kann eine aufwändige aktive Positionierung vermieden werden gleichzeitiger Realisierung einer einfachen aber präzisen Positionierung der Transportplattform 24 und somit der Bearbeitungseinrichtung 14 zum Bauteil. Durch die Schwimmeinheit ist eine schwimmende Lagerung der Transportplattform 24 und somit der Bearbeitungseinrichtung 14 geschaffen. Die Freiheitsgrade der Bewegung in der genannten Ebene können beispielsweise durch den Kugeltisch 32 oder aber einfache Linearführungen realisiert werden. Die Bewegbarkeit der Transportplattform 24 entlang der senkrecht zu der Ebene verlaufenden Richtung geschieht vorliegend durch eine federnde Lagerung mittels der Federeinrichtung 40.
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Der Montagerahmen 26 weist beispielsweise die Mitnehmer 30 zur Anbindung an die Fördereinrichtung 10, insbesondere an ein EHB mit C-Gehänge auf. Der Einsatz mit der Mitfahrplattform 44 ermöglicht die Realisierung mit nur einer Führungsschiene 48 als einzige Festinstallation in Bandnähe.
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Im Rahmen des Fließbetriebs ist beispielsweise folgender Prozessablauf vorgesehen: Die Mitfahrplattform 44 befindet sich mit der Schwimmeinheit neben oder unter dem Montageband in einer Ausgangsposition bis zum Beginn eines neuen Takts. Hierbei nähert sich die Fördereinrichtung 10 in Förderrichtung rückseitig der Schwimmeinheit. Dabei wird der Montagerahmen 26 beispielsweise über trichterförmige Anbauten an den Mitnehmern 30 durch die Fördereinrichtung 10 in eine notwendige Ausgangslage automatisch verschoben. Ist diese Ausgangslage erreicht, werden die Mitnehmer 30 an geeignete Schnittstellen der Fördereinrichtung 10 starr angekoppelt. Dies kann beispielsweise über eine passive, rein mechanische Mimik oder aber aktiv durch geeignete Sensorik und/oder Aktorik realisiert werden. Hierdurch wird der Montagerahmen 26 in Förderrichtung relativ zur Mitfahrplattform 44 bewegt, bis der Montagerahmen 26 beispielsweise an einem vorderen Anschlag der Mitfahrplattform 44 anstößt und diese so mitnimmt.
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Die Schwimmeinheit lässt dabei diese Bewegung des Montagerahmens 26 relativ zur Mitfahrplattform 44, insbesondere in der genannten Ebene, zu. Einerseits wird durch die komplett starre Anbindung an die Fördereinrichtung 10 eine besonders hohe Präzision für die Positionierung des Montagerahmens 26 und somit der Bearbeitungseinrichtung 14 erreicht. Die Bearbeitungseinrichtung 14 umfasst beispielsweise ein Werkzeug, welches an dem Roboter angeordnet und mittels des Roboters im Raum umher bewegbar ist. Durch die starre Anbindung ist eine besonders präzise Positionierung des Roboters zu dem Bauteil realisiert, welches mittels des Werkzeugs bearbeitet beziehungsweise verarbeitet wird. Andererseits wird durch die dreiachsige, schwimmende Lagerung der Ausgleich von Lagetoleranzen beispielsweise zwischen der Führungsschiene 48 und der Führung des Montagebands erzielt. Sobald der Arbeitsschritt abgeschlossen ist, wird der Kopplungsmechanismus geöffnet und ein Eigenantrieb der Mitfahrplattform 44 verfährt die Montageeinrichtung zurück in die Ausgangslage beziehungsweise Ausgangsposition.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010005314 A1 [0002]
