DE102016205520A1

DE102016205520A1 - Wendevorrichtung, Bearbeitungsvorrichtung und Verfahren zum Handhaben eines Werkstücks

Info

Publication number: DE102016205520A1
Application number: DE102016205520.8A
Authority: DE
Inventors: Frank-Andreas Bauer; Robert Näb
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-04-04
Filing date: 2016-04-04
Publication date: 2017-10-05

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Wendevorrichtung (100) und eine Bearbeitungsvorrichtung (110) für ein Werkstück (50), insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie oder für ein Teil davon, welche ausgebildet sind mit mindestens einem Hubsäulenpaar mit einer ersten Hubsäule (1) und einer zweiten Hubsäule (2), wobei jede Hubsäule (1, 2) einen Säulenabschnitt (10), einen Aufnahmeabschnitt (30) zum lösbaren Haltern des Werkstücks (50) und dazwischen einen Schwenkabschnitt (20) zum Schwenken des Aufnahmeabschnitts (30) aufweist, wobei die Hubsäulen (1, 2) relativ zueinander bewegbar sind und der Säulenabschnitt (10) mindestens einer der Hubsäulen (1, 2) in seiner Länge anpassbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Wendevorrichtung, eine Bearbeitungsvorrichtung sowie ein Verfahren zum Handhaben eines Werkstücks. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere auch eine Wendevorrichtung für ein Werkstück, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie oder für einen Teil davon, sowie eine Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks, insbesondere einer Fahrzeugkarosserie oder eines Teils davon.
Bei der Bearbeitung von Werkstücken, z. B. von Fahrzeugkarosserien oder Teilen davon, müssen die Werkstücke oder deren Bestandteile für unterschiedliche Verarbeitungsprozesse an unterschiedlichen Positionen und/oder in unterschiedlichen Orientierungen positioniert und gehalten werden. Dies gilt insbesondere auch in Bezug auf bestimmte Bearbeitungseinrichtungen und/oder auch in Bezug auf andere Werkstücke oder dergleichen.
Dazu sind entsprechende Handhabungsmittel zum Positionieren und Orientieren erforderlich. So werden z.B. im Karosseriebau herkömmlicherweise so genannte Drehtrommeln verwendet.
Nachteilig bei bekannten Handhabungsmitteln zum Positionieren und/oder Orientieren von Werkstücken ist deren vergleichsweise starre und dennoch komplexe Ausgestaltung, ihre eingeschränkte Flexibilität hinsichtlich der Aufnahme unterschiedlicher Werkstücke sowie die Notwendigkeit, zusätzliche Fördermittel bereitstellen zu müssen, die den Zu- und Abtransport der jeweils zu handhabenden Werkstücke gewährleisten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine Wendevorrichtung für ein Werkstück und eine Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks zu schaffen, bei welchen auf besonders flexible, aber gleichwohl zuverlässige Weise ein Positionieren und/oder Orientieren eines oder mehrerer Werkstücke mit besonders einfachen Mitteln möglich ist.
Die der Erfindung zu Grunde liegende Aufgabe wird bei einer Wendevorrichtung für ein Werkstück erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1, bei einer Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruchs 12 und bei einem Verfahren zum Handhaben eines Werkstücks erfindungsgemäß mit den Merkmalen des unabhängigen Patenanspruchs 13 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweiligen abhängigen Ansprüche.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Handhabungs- oder Wendevorrichtung für ein Werkstück geschaffen, insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil davon, mit mindestens einem Hubsäulenpaar mit einer ersten Hubsäule und einer zweiten Hubsäule, wobei jede Hubsäule einen Säulenabschnitt, einen Aufnahmeabschnitt zum lösbaren Haltern des Werkstücks und dazwischen einen Schwenkabschnitt zum Schwenken des Aufnahmeabschnitts aufweist, wobei die Hubsäulen relativ zueinander bewegbar sind und der Säulenabschnitt mindestens einer der Hubsäulen in seiner Länge anpassbar ist.
Durch die Kombination von (a) Positionierbarkeit der Hubsäulen in Bezug aufeinander, (b) Verschwenkbarkeit des gehalterten Werkstücks über einen jeweiligen Schwenkabschnitt und (c) Anpassbarkeit der Länge der Säulenabschnitte der Hubsäulen ist es auf einfache Weise möglich, ein an Aufnahmeabschnitten gehaltertes Werkstück, z.B. eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil davon, in Bezug auf eine externe Bearbeitungseinrichtung und/oder in Bezug auf andere Werkstücke oder Werkstückkomponenten besonders flexibel zu positionieren und zu orientieren und im Extremfall z.B. von einer waagerechten Stellung in Bezug auf ein vorgegebenes Bezugssystem in eine senkrechte Stellung zu wenden.
Obwohl bereits ein Hubsäulenpaar mit einer ersten Hubsäule und einer zweiten Hubsäule und also zwei Hubsäulen in vielen Fällen für ein sicheres Handhaben eines Werkstücks ausreichend sind, insbesondere dann, wenn die Werkstücke quer zu einer Verbindungslinie der Hubsäulen keine besondere Ausdehnung besitzen oder in einem Rahmen oder dergleichen vorgespannt sind, ist es bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wendevorrichtung für eine besonders stabile Handhabung des Werkstücks vorgesehen, dass zwei – insbesondere identische – Hubsäulenpaare ausgebildet sind. Auf diese Weise lässt sich ein zu handhabendes Werkstück an vier Auflagepunkten haltern, wodurch bei gleichbleibender Flexibilität in Positionierung und Orientierung die Stabilität bei der Handhabung gewährleistet wird.
Dabei können die Hubsäulen sämtlicher Hubsäulenpaare in Bezug auf ihren Aufbau und/oder ihre Funktion unterschiedlich und an die jeweilige Situation angepasst zueinander ausgebildet sein.
Eine besonders einfach steuerbare Anordnung der Handhabungs- oder Wendevorrichtung ergibt sich, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Wendevorrichtung die Säulenabschnitte der Hubsäulen zueinander parallel ausgerichtet und/oder auf gleicher Montagehöhe, insbesondere mit einer Basis der jeweiligen Hubsäule zu einem Montagegrund, angeordnet sind.
Zur steuerbaren Änderung oder Anpassung der Länge eines jeweiligen Säulenabschnitts einer Hubsäule können verschiedene Mittel zur Längenänderung eingesetzt werden.
Hinsichtlich der Genauigkeit der Positionierung und der aufzubringenden Hebekräfte ist es von besonderem Vorteil, wenn ein Säulenabschnitt einen ersten steuerbar antreibbaren Teleskopabschnitt zur Längenänderung der Hubsäule aufweist oder bildet.
Ein besonders hohes Maß an Flexibilität ergibt sich, wenn gemäß einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Wendevorrichtung eine Schwenkachse aufweist oder bildet.
Grundsätzlich können allein durch die Bewegung der Hubsäulen in Bezug aufeinander – d.h. durch Abstandsänderung – und durch die Längenänderung der Säulenabschnitte unter Wirkung des Gewichts eines zu handhabenden Werkstücks im Schwerefeld der Erde Schwenkbewegungen durch entsprechende Zwangskräfte am Schwenkabschnitt erzwungen werden. Dies würde einem passiven Schwenken oder Kippen entsprechen.
Unter bestimmten Umständen ist es jedoch von Vorteil, wenn der Schwenkabschnitt selbst ein steuerbares Antriebsmittel aufweist oder bildet, um von sich aus und aktiv eine Schwenkbewegung einzuleiten, durchzuführen und/oder zu unterstützen. Das Antriebsmittel kann auch eine die passive Schwenkbewegung bremsende oder dämpfende Wirkung entfalten.
In vielen Fällen ist es ausreichend, wenn allein die Säulenabschnitte in ihrer Länge und damit z.B. die Höhe des Aufnahmeabschnitts und/oder eines Abschnitts eines Werkstücks über einem Montagegrund geändert werden. In diesen Fällen reicht allein die Längenänderung der Säulenabschnitte in Koordination und im Zusammenwirken mit dem variierenden Abstand der Hubsäulen in Bezug aufeinander aus, um eine Positionierung und/oder Orientierung eines zu handhabenden Werkstücks zu bewirken.
In anderen Fällen jedoch, z.B. bei extremen Bewegungs- und Wendemanövern und z.B. beim Übergang von einer horizontalen Orientierung eines Werkstücks in eine vertikale Orientierung des Werkstücks, ist es von Vorteil, wenn ein Aufnahmeabschnitt einen zweiten – ggf. steuerbar antreibbaren – Teleskopabschnitt zur Längenänderung aufweist oder bildet. Durch die Längenänderung im Bereich des Aufnahmeabschnitts lassen sich extremale Kippbewegungen generieren, welche über eine reine Verfahrbarkeit der Hubsäulen in Bezug aufeinander mit Änderungen der Länge der Säulenabschnitte nicht erreichbar wären. Es handelt sich dabei z.B. um so genannte Über-Kopf-Manöver und dergleichen.
Durch die horizontale und kippbare Werkstücklage in ein und derselben Station wird die Zugänglichkeit der robotergeführten oder manuellen Arbeitsgeräte – z.B. Bolzenpistolen, Brenner, etc. – in einer ergonomisch optimalen bzw. in einer erforderlichen Lage sichergestellt. Sowohl das Ausheben oder Ablegen des Werkstücks aus dem Fördermittel, als auch das Wenden des Werkstücks in Arbeitsstellung werden mittels der Achsen appliziert.
Für eine flexible Be- und Entladung der Handhabungs- oder Wendevorrichtung mit einem zu handhabenden Werkstück wird vorteilhafterweise ein Aufnahmeabschnitt ein Aufnahmemittel zum lösbaren Haltern des Werkstücks aufweisen, insbesondere mit einem Aufnahmedorn und/oder in steuerbar antreibbarer Art.
Grundsätzlich sind genormte Aufnahmemittel von Vorteil, weil sich in diesem Fall die erfindungsgemäße Handhabungs- oder Wendevorrichtung in bestehende Produktionsanlagen integrieren lässt.
Zur Realisierung der relativen Bewegbarkeit der Hubsäulen der Hubsäulenpaare in Bezug aufeinander ist es von besonderem Vorteil, wenn die Wendevorrichtung ausgebildet ist mit einer Bewegungseinrichtung, mit welcher Hubsäulen relativ steuerbar zueinander bewegbar sind, insbesondere in linearer Weise und/oder entlang einer Verbindungslinie zwischen Hubsäulen.
Im Hinblick auf eine möglichst umfassende Automatisierung und/oder Überwachung der Handhabung durch die erfindungsgemäße Handhabungs- oder Wendevorrichtung ist es von Vorteil, wenn Daten erhoben werden können, die repräsentativ sind für die Position und/oder die Orientierung der Hubsäulen und ihrer Komponenten. Dies gilt auch für die Hubsäulen und ihre Komponenten zueinander, zu anderen Hubsäulen und deren Komponenten, zu einem zu handhabenden Werkstück und/oder zur Umgebung, z.B. zu Werkzeugeinrichtungen oder dergleichen.
Demzufolge ist es von besonderem Vorteil, wenn gemäß einer anderen Ausgestaltungsform der erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung diese ausgebildet ist mit mindestens einer Sensoreinrichtung, welche ihrerseits ausgebildet ist, eine Position, eine Orientierung und/oder einen Betriebszustand einer Hubsäule oder eines Teils davon und/oder eine Position, eine Orientierung oder dergleichen des Werkstücks zu erfassen und insbesondere dafür repräsentative Signale auszugeben.
Zur Koordinierung des Betriebs der erfindungsgemäßen Wendevorrichtung bietet es sich bei einer Weiterbildung der Erfindung an, diese auszustatten mit einer Auswerte- und Steuereinheit. Diese kann ausgebildet sein, die Einstellung einer Position, einer Orientierung und/oder eines Betriebszustandes einer oder mehrerer Hubsäulen oder von deren Teilen und/oder einer Position, einer Orientierung oder dergleichen des Werkstücks zu bewirken und/oder zu veranlassen. Dies kann insbesondere auf der Grundlage von Signalen der mindestens einen Sensoreinrichtung und/oder durch Steuerung der Position, der Orientierung und/oder des Betriebszustandes eines jeweiligen Säulenabschnitts, des Schwenkabschnitts und/oder des Aufnahmeabschnitts erfolgen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Bearbeitungsvorrichtung geschaffen für die Bearbeitung eines Werkstücks. Diese weist eine erfindungsgemäße Handhabungs- oder Wendevorrichtung auf. Die Handhabungs- oder Wendevorrichtung ist dabei ausgebildet, ein gehaltertes Werkstück vor, während und/oder nach einem Bearbeitungsschritt gesteuert zwischen einer ersten Position und/oder Orientierung und einer zweiten Position und/oder Orientierung zu bewegen.
Ferner wird durch die vorliegende Erfindung auch ein Verfahren zum Handhaben eines Werkstücks geschaffen, bei welchem insbesondere eine erfindungsgemäße Handhabungs- oder Wendevorrichtung eingesetzt wird und bei welchem durch aufeinander abgestimmte Einstellung (i) der Position der Hubsäulen in Bezug aufeinander, (ii) der Längen der Hubsäulen, (iii) der Schwenkwinkel der Schwenkabschnitte und (iv) der Längen der Aufnahmeabschnitte die Positionierung und/oder Orientierung eines gehalterten Werkstücks im Raum und/oder in Bezug auf externe Bearbeitungseinrichtungen oder andere Werkstücke erfolgt.
Kurzbeschreibung der Figuren
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren.
1A bis 2 zeigen in schematischer Seitenansicht Details von Hubsäulen, die bei Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung Anwendung finden können.
3 zeigt in schematischer und perspektivischer Seitenansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung.
4 bis 7 zeigen in schematischer Seitenansicht verschiedene Zwischenzustände, die beim Handhaben eines Werkstücks durch eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung erreicht werden.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die 1A bis 7 Ausführungsbeispiele der Erfindung im Detail beschrieben. Gleiche und äquivalente sowie gleich oder äquivalent wirkende Elemente und Komponenten werden mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. Nicht in jedem Fall ihres Auftretens wird die Detailbeschreibung der bezeichneten Elemente und Komponenten wiedergegeben.
Die dargestellten Merkmale und weiteren Eigenschaften können in beliebiger Form voneinander isoliert und beliebig miteinander kombiniert werden, ohne den Kern der Erfindung zu verlassen.
Die 1A und 1B zeigen in schematischer Seitenansicht eine einzelne Hubsäule 1, 2, wie sie bei Hubsäulenpaaren einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Wendevorrichtung 100 für ein Werkstück 50 Anwendung finden kann.
In der 1A ist die jeweilige Hubsäule 1, 2 in einem ersten Zustand und in der 1B in einem zweiten Zustand dargestellt.
Die jeweilige Hubsäule 1, 2 ist mit einer Basis 12, die auch als Fuß bezeichnet wird, auf einem Montagegrund 101 angebracht. Es kann sich dabei um eine feste Montage handeln.
Der Montagegrund liegt hier horizontal und parallel zur xy-Ebene. Die Hubsäulen stehen im Wesentlichen senkrecht auf dem Montagegrund 101, zumindest mit einem Säulenabschnitt 10.
Bevorzugt ist eine bewegliche Montage, bei welcher eine jeweilige Hubsäule 1, 2 in der xy-Ebene oder zumindest in einer linearen Richtung davon verschiebbar ist. Dazu ist am Montagegrund 101 eine Bewegungseinrichtung 102 für die Hubsäule 1, 2 in Kopplung mit der Basis 12 ausgebildet. Die Bewegungseinrichtung 102 besteht in diesem Fall aus einer Schiene 103, in welcher ein Beweger 104 einerseits eingreift und andererseits mit der Basis 12 gekoppelt ist. Durch Verschieben des Bewegers 104 in der Schiene 103 ist die Basis 12 der Hubsäule 1, 2 und mithin die Hubsäule 1, 2 als Ganzes entlang der Schiene 103 verschiebbar.
In den 1A und 1B erfolgt die Verschiebung parallel zur x-Richtung. Es sind jedoch auch andere Schienenorientierungen, auch in nicht linearer Schienenform denkbar.
Auch kann darüber hinaus an Bewegungen in der Ebene – also mit zwei Freiheitsgraden – gedacht werden. Dies kann ggf. durch Verschwenken oder Drehen der Schiene 103 erfolgen. Alternativ dazu sind auch in der xy-Ebene autonom bewegbare Basen 12 mit daran angebrachten Säulenabschnitten 10 der Hubsäulen 1, 2 denkbar.
Aus einem Vergleich der 1A und 1B ergibt sich, dass sich die Hubsäule 1, 2 im Zustand gemäß 1A an einer Position x1 und in der Situation gemäß 1B nach rechts verschoben an einer Position x2 befindet.
Die Hubsäule 1, 2 als Ganzes besteht neben der zu Grunde liegenden Basis 12 als Teil des Säulenabschnitts 10 auf der der Basis 12 abgewandten Seite des Säulenabschnitts 10 aus einem Schwenkabschnitt 20, an welchen sich, abgewandt vom Säulenabschnitt 10, ein Aufnahmeabschnitt 30 anschließt, welcher ausgebildet ist, ein Werkstück 50 aufzunehmen und lösbar zu haltern.
Der Säulenabschnitt 10 besteht aus einem ersten Teleskopabschnitt 11, der in der Lage ist, gesteuert angetrieben seine Länge zu ändern.
In dem in 1A gezeigten Zustand besitzt der Säulenabschnitt 10 gemäß einem ersten Zustand des Teleskopabschnitts 11 eine Länge l1. Im Übergang zum Zustand gemäß 1B nimmt der Säulenabschnitt 10 durch entsprechende Änderung des Zustands des ersten Teleskopabschnitts 11 eine größere Länge l2 ein, so dass sich die daran anschließenden Schwenk- und Aufnahmeabschnitte 20 bzw. 30 in einer gesteigerten Höhe über dem Montagegrund 101 befinden.
Der Schwenkabschnitt 20 ist in der Lage, verschiedene Schwenkpositionen oder Schwenkwinkel einzunehmen. Diese können z.B. in Relation zu der Normalen des Montagegrunds 101 gesetzt werden.
In dem in 1A gezeigten Zustand ist der Schwenkabschnitt 20 so orientiert, dass der sich daran anschließende Aufnahmeabschnitt 30 parallel ausgerichtet ist zum Säulenabschnitt 10, welcher seinerseits senkrecht auf der durch den Montagegrund 101 definierten Ebene und der xy-Ebene steht.
Im Übergang zu dem in 1B gezeigten Zwischenzustand ist der Schwenkabschnitt 20 in der in 1A gezeigten Schwenkrichtung 21 in der xz-Ebene um 90° im Uhrzeigersinn verschwenkt, so dass der sich an den Schwenkabschnitt 20 anschließende Aufnahmeabschnitt 30 in einer Orientierung parallel zur x-Richtung und damit senkrecht zur Orientierung des Säulenabschnitts 10 befindet.
Die Verschwenkbewegung des Schwenkabschnitts 20 kann durch entsprechende Zwangskräfte, das heißt in mechanischer Kopplung mit der Bewegung und der Höhenänderung der Hubsäule 1, 2 oder anderer Hubsäulen 1, 2 und gekoppelt über das gemeinsam gehalterte Werkstück 50 erfolgen.
Alternativ dazu ist es denkbar, dass der Schwenkabschnitt 20 ein eigenes Antriebsmittel aufweist, welcher eine aktive Verschwenkbewegung initiiert oder unterstützt.
Das Verschwenken des Schwenkabschnitts 20 ist nicht auf die in den 1A und 1B gezeigte Art beschränkt. Der Schwenkabschnitt 20 kann vielmehr kugelgelenkartig ausgeführt sein und einen fast vollumfänglichen Raumwinkel überstreichen.
An den Schwenkabschnitt 20 schließt sich der Aufnahmeabschnitt 30 an. Dieser besitzt neben dem Aufnahmemittel 32, z. B. in Form eines Aufnahmedorns, ggf. einen zweiten Teleskopabschnitt 31. Dies ist nicht zwingend, jedoch vorteilhaft.
Der zweite Teleskopabschnitt 31 besitzt ein Antriebsmittel zur steuerbaren Längenänderung. In dem in 1A gezeigten Zustand besitzt der zweite Teleskopabschnitt 31 des Aufnahmeabschnitts 30 eine Länge l3. Im Übergang zu dem in 1B gezeigten Zwischenzustand nimmt der zweite Teleskopabschnitt 31 des Aufnahmeabschnitts 30 eine größere Länge l4 an.
Insgesamt ergibt sich im Vergleich der in den 1A und 1B gezeigten Zwischenzustände (a) eine Verschiebung der Hubsäule 1, 2 insgesamt von einer Position x1 zu einer Position x2 (b), eine Höhenänderung des Aufnahmedorns 32 von einer Höhe l1 + l3 zu einer Höhe l2 – l4 und eine Verschwenkung des Aufnahmeabschnitts 30 von einer Position mit 0° zu einer Position mit 90° im Uhrzeigersinn.
2 zeigt in schematischer Seitenansicht eine ähnliche Konfiguration für eine Hubsäule 1, 2, wie sie im Zusammenhang mit den 1A und 1B dargestellt ist. Es sind hier jedoch zusätzlich eine Auswerte- und Steuereinheit 108 im Zusammenwirken mit einer Mehrzahl von Sensoreinrichtungen 105 und entsprechenden Mess- und Steuerleitungen 106 dargestellt. Des Weiteren sind Mess- und Steuerleitungen 107 ausgebildet, welche einen Zugriff der Auswerte- und Steuereinheit 108 auf Antriebseinrichtungen der Bewegungseinrichtung 102, des ersten Teleskopabschnitts 11, des Schwenkabschnitts 20 und des zweiten Teleskopabschnitts 31 ermöglichen.
Über die Sensoreinrichtungen 105 kann über die Anbindung über die Mess- und Steuerleitungen 106 die Auswerte- und Steuereinheit 108 den Zustand, die Position und/oder die Orientierung einer jeden Hubsäule 1, 2 im Raum und in Bezug auf andere Hubsäulen 1, 2 einer zu Grunde liegenden Handhabungs- oder Wendevorrichtung 100 detektieren und bewerten.
Als Ausfluss der Bewertung der über die Sensoreinrichtung 105 erfassten Daten ist dann über die Mess- und Steuerleitung 107 ein Ansteuern sämtlicher Antriebsmittel der Hubsäule 1, 2 möglich, um den Handhabungsprozess durch entsprechende Wahl des Zustands, der Position und/oder der Orientierung der Hubsäule 1, 2 und ihrer Komponenten zu bewirken.
3 zeigt in schematischer und perspektivischer Seitenansicht eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung 100 unter Verwendung zweier Hubsäulenpaare mit Hubsäulen 1, 2.
Die Hubsäulen 1, 2 sind mit ihren Füßen 12 in Schienen 103 verankert, die sich in x-Richtung erstrecken, parallel zueinander verlaufen und bei gleicher Länge in x-Richtung zueinander fluchtend ausgerichtet sind. Das bedeutet, dass jeweilige Hubsäulen 1 einerseits und jeweilige Hubsäulen 2 andererseits zueinander in y-Richtung einen festen Abstand einnehmen.
Die mit ∆x1 bis ∆x4 bezeichneten Doppelpfeile kennzeichnen die relative Positionierbarkeit der beiden Hubsäulen 1 und 2 der beiden Hubsäulenpaare entlang der x-Richtung. Die mit ∆z1 und ∆z2 bezeichneten Doppelpfeile kennzeichnen eine mögliche Längenänderung der Säulenabschnitte 10 der ersten und zweiten Hubsäulen 1, 2 und insbesondere von deren ersten Teleskopabschnitten 11 in der z-Richtung.
Durch die insgesamt vier Hubsäulen 1, 2 der beiden Hubsäulenpaare der erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung 100 gemäß 3 wird an deren hier verdeckten Aufnahmeabschnitten 30 gemeinsam ein Werkstück 50 lösbar gehaltert.
Der Vorgang des Halterns und insbesondere des Verschwenkens eines gehalterten Werkstücks 50 durch eine erfindungsgemäße Wendevorrichtung 100 wird durch die Abfolge der 4 bis 7 erläutert.
In 4 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Handhabungs- oder Wendevorrichtung 100 mit einem einzelnen Säulenpaar mit einer ersten Hubsäule 1 und einer zweiten Hubsäule 2 dargestellt. Jede der Hubsäulen 1, 2 besteht aus einem Säulenabschnitt 10, der mit seinem Fuß 12 in einer Schiene 103 am Montagegrund 101 verankert ist, um in einer x-Richtung verschiebbar zu sein.
Dem Fuß 12 des Säulenabschnitts 10 gegenüberliegend entspringt ein erster Teleskopabschnitt 11, durch den eine variable Länge des Säulenabschnitts 10 generierbar ist. An dem dem Fuß 12 abgewandten Ende des ersten Teleskopabschnitts 11 befindet sich jeweils ein Schwenkbereich 20 nach Art eines Kugelgelenks, an dessen Ende sich der Aufnahmeabschnitt 30 anschließt, welcher ausgebildet ist, ein von oben und entgegen der z-Richtung zugeführtes Werkstück 50 aufzunehmen und lösbar zu haltern.
In dem in 4 gezeigten Zustand wird das Werkstück 50 entgegen der z-Richtung in Absenkrichtung 51 an die Aufnahmeabschnitte 30 der ersten und zweiten Hubsäulen 1, 2 herangeführt.
In dem in 5 gezeigten Zwischenzustand ist das Werkstück 50 durch die Aufnahmeabschnitte 30 der ersten und zweiten Hubsäulen 1, 2 gehaltert.
In 5 befindet sich die erste Hubsäule an der Position x1 und die zweite Hubsäule an der Position x2. Die Längen der ersten Teleskopabschnitte 11 beider Hubsäulen 1, 2 sind identisch bei einem Wert l1 = l2.
Im Übergang zu dem in 6 dargestellten Zwischenzustand ist die zweite Hubsäule 2 bei in x-Richtung bei x1 festgehaltener erster Hubsäule 1 näher an die erste Hubsäule 1 zur Position x3 herangefahren. Gleichzeitig wird der erste Teleskopabschnitt 11 der ersten Hubsäule 1 auf die Länge l3 verlängert, wogegen der erste Teleskopabschnitt 11 der zweiten Hubsäule 2 auf die Länge l4 verkürzt wird. Dadurch ergibt sich ein Verschwenken des Werkstücks 50 um einen entsprechenden Schwenkwinkel in der xz-Ebene. Das Verschwenken erfolgt über die Schwenkabschnitte 20 und die daran angebrachten Aufnahmeabschnitte 30.
Im Übergang zu dem in 7 gezeigten Zwischenzustand wird die zweite Hubsäule 2 bei in x-Richtung bei weiterhin bei x1 festgehaltener erster Hubsäule 1 an die erste Hubsäule 1 zur Position x4 herangeführt. Gleichzeitig verlängert sich der erste Teleskopabschnitt 11 der ersten Hubsäule 1 auf die Länge l5, wogegen der erste Teleskopabschnitt 11 der zweiten Hubsäule 2 weiterhin reduziert wird auf die Länge l6. Dabei wird das Werkstück 50 von der geneigten Ausrichtung der 6 in eine senkrechte Orientierung verschwenkt. Dies wird bewirkt durch weiteres Verschwenken der Aufnahmeabschnitte 30 über die Schwenkbewegung der Schwenkabschnitte 20. Dies erfordert wegen des endlichen Mindestabstandes der Hubsäulen 1, 2 ein Ausfahren der zweiten Teleskopabschnitte 31 der Aufnahmeabschnitte 30 zu deren Verlängerung.
Diese und weitere Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung werden an Hand der folgenden Darlegungen weiter erläutert:
Derzeit werden zum Wenden von zu handhabenden Bauteilen oder Werkstücken 50, z.B. einer Karosserie oder ihren Elementen, Drehtrommeln verwendet.
Das Beladen einer derartigen Drehtrommel mit einem Werkstück erfordert zusätzliche Fördermittel, z.B. Roboter, Portale oder dergleichen.
Nachteilig sind dabei

– die relativ starre und komplexe Ausführung der Drehtrommel,
– die eingeschränkte Flexibilität hinsichtlich der Aufnahme unterschiedlicher Werkstücke und
– der Einsatz zusätzlicher Fördermittel.

Diese herkömmlichen Maßnahmen sind kostenintensiv.
Die vorliegende Erfindung schlägt unter anderem die Verwendung einer Mehrzahl von Linearachsen in Form von Hubsäulen 1, 2 jeweils mit Wendekopf als Schwenkabschnitt 20 vor. Voraussetzung ist der Einsatz von mindestens zwei und vorzugsweise vier Dreiachsern. Der Wendekopf – zur Aufnahme von Werkstücken 50 mit einem Aufnahmeabschnitt 30 erweitert – wird in seiner Schwenkbewegung durch die Schwerkraft unterstützt.
Über die synchrone Bewegung der Achsen der Hubsäulen 1, 2 mit differenziertem Hub wird das jeweilige Werkstück 50 z.B. von einer waagrechten in eine senkrechte Position gebracht, um anschließend bearbeitet zu werden, z.B. mittels Bolzenschweißen, MAG-Schweißen, Prüfen und/oder durch manuelle Arbeitsgänge.
Dieses Vorgehen ermöglicht die Übernahme von Werkstücken aus herkömmlichen Fördermitteln, z.B. aus Gurtförderern, HSF², SKID-Systemen, und ohne gesonderte Roboter oder Portale.
Insbesondere ergibt sich eine fahrzeugunabhängige Möglichkeit der Karosserieaufnahme.
Bezugszeichenliste

1: (erste) Hubsäule
2: (zweite) Hubsäule
10: Säulenabschnitt
11: (erster) Teleskopabschnitt
12: Basis, Fuß
20: Schwenkabschnitt
21: Schwenkrichtung
30: Aufnahmeabschnitt
31: (zweiter) Teleskopabschnitt
32: Aufnahmemittel, Aufnahmedorn
50: Werkstück
51: Absenkrichtung
100: Wendevorrichtung
101: Montagegrund
102: Bewegungseinrichtung
103: Schiene
104: Beweger
105: Sensoreinrichtung
106: Mess- und Steuerleitung
107: Mess- und Steuerleitung
108: Auswerte- und Steuereinheit
x: Raumrichtung
y: Raumrichtung
z: Raumrichtung

Claims

Wendevorrichtung (100) für ein Werkstück (50), insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil davon, – mit mindestens einem Hubsäulenpaar mit einer ersten Hubsäule (1) und einer zweiten Hubsäule (2), – wobei jede Hubsäule (1, 2) einen Säulenabschnitt (10), einen Aufnahmeabschnitt (30) zum lösbaren Haltern des Werkstücks (50) und dazwischen einen Schwenkabschnitt (20) zum Schwenken des Aufnahmeabschnitts (30) aufweist, – wobei die Hubsäulen (1, 2) relativ zueinander bewegbar sind und – der Säulenabschnitt (10) mindestens einer der Hubsäulen (1, 2) in seiner Länge anpassbar ist.
Wendevorrichtung (100) nach Anspruch 1, welche zwei – insbesondere identische – Hubsäulenpaare aufweist.
Wendevorrichtung (100) nach Anspruch 1 oder 2, bei welcher die Säulenabschnitte (10) der Hubsäulen (1, 2) zueinander parallel ausgerichtet und/oder auf gleicher Montagehöhe, insbesondere mit einer Basis (12) der jeweiligen Hubsäule (1, 2) zu einem Montagegrund (101), angeordnet sind.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Säulenabschnitt (10) einen ersten steuerbar antreibbaren Teleskopabschnitt (11) zur Längenänderung der Hubsäule (1, 2) aufweist oder bildet.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Schwenkabschnitt (20) ein Kugelgelenk oder eine Drehachse aufweist oder bildet.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Schwenkabschnitt (20) ein steuerbares Antriebsmittel aufweist oder bildet.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Aufnahmeabschnitt (30) einen zweiten – insbesondere steuerbar antreibbaren – Teleskopabschnitt (31) zur Längenänderung aufweist oder bildet.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welcher ein Aufnahmeabschnitt (30) ein Aufnahmemittel (32) zum lösbaren Haltern des Werkstücks (50) aufweist, insbesondere mit einem Aufnahmedorn und/oder in steuerbar antreibbarer Art.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Bewegungseinrichtung (102), mit welcher Hubsäulen (1, 2) relativ steuerbar zueinander bewegbar sind, insbesondere in linearer Weise und/oder entlang einer Verbindungslinie zwischen Hubsäulen (1, 2).
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit mindestens einer Sensoreinrichtung (105), welche ausgebildet ist, eine Position, eine Orientierung und/oder einen Betriebszustand einer Hubsäule (1, 2) oder eines Teils davon und/oder eine Position, eine Orientierung oder dergleichen des Werkstücks (50) zu erfassen und insbesondere dafür repräsentative Signale auszugeben.
Wendevorrichtung (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, mit einer Auswerte- und Steuereinheit (108), welche ausgebildet ist, die Einstellung einer Position, einer Orientierung und/oder eines Betriebszustandes einer oder mehrerer Hubsäulen (1, 2) oder von deren Teilen und/oder einer Position, einer Orientierung oder dergleichen des Werkstücks (50) zu bewirken und/oder zu veranlassen, insbesondere auf der Grundlage von Signalen der mindestens einen Sensoreinrichtung (105) und/oder durch Steuerung der Position, der Orientierung und/oder des Betriebszustandes eines jeweiligen Säulenabschnitts (10), Schwenkabschnitts (20) und/oder Aufnahmeabschnitts (30).
Bearbeitungsvorrichtung für die Bearbeitung eines Werkstücks (50), insbesondere für eine Fahrzeugkarosserie oder ein Teil davon, – welche eine Wendevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 aufweist, – wobei die Wendevorrichtung (100) ausgebildet ist ein gehaltertes Werkstück (50) vor, während und/oder nach einem Bearbeitungsschritt gesteuert zwischen einer ersten Position und/oder Orientierung und einer zweiten Position und/oder Orientierung zu bewegen.
Verfahren zum Handhaben eines Werkstücks (50), – bei welchem eine Wendevorrichtung (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 11 verwendet wird und – bei welchem durch aufeinander abgestimmte Einstellung (i) der Position der Hubsäulen (1, 2), (ii) der Längen der Hubsäulen (1, 2), (iii) der Schwenkwinkel der Schwenkabschnitte (20) der Hubsäulen (1, 2) und/oder (iv) der Längen der Aufnahmeabschnitte (30) der Hubsäulen (1, 2) die Positionierung und/oder Orientierung eines gehalterten Werkstücks (50) im Raum, in Bezug auf externe Bearbeitungseinrichtungen und/oder in Bezug auf andere Werkstücke erfolgt.