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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fertigungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.
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Eine derartige Fertigungseinrichtung ist aus der älteren, nicht vorveröffentlichten
DE 10 2015 211 925 A1 bekannt. Dort ist eine Fertigungseinrichtung beschrieben, die mehrere Trägerelemente aufweist, die in der Art eines Polygons angeordnet sind. Jedes der Trägerelemente weist eine einer Mitte des Polygons zugewandte Innenseite und eine der Innenseite abgewandte Außenseite auf. Zumindest einzelne der Trägerelemente oder alle Trägerelemente der Fertigungseinrichtung können um eine Schwenkachse um 180° verschwenkt werden. Durch Verschwenken eines Trägerelements wird seine Innenseite zur Außenseite, und umgekehrt. An der Innenseite einzelner oder aller Trägerelemente der Fertigungseinrichtung können zu bearbeitende Werkstücke fixiert sein. Ein Fertigungsmittel, bei dem es sich beispielsweise um einen elektronisch gesteuerten Roboter handeln kann, ist im Bereich der Mitte des Polygons des durch die Trägerelemente gebildeten Polygons angeordnet oder ragt, z. B. von oben her in den Bereich der Mitte des Polygons und ist dazu vorgesehen, die an den Trägerelementen fixierten Werkstücke zu bearbeiten.
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Aufgabe der Erfindung ist es, diese Idee für einen industriellen Einsatz weiter zu entwickeln, derart, dass auf möglichst geringer Fläche eine hocheffiziente Produktion ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
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Der Kern der Erfindung besteht darin, mehrere Fertigungszellen, wie sie in der eingangs erwähnten
DE 10 2015 211 925 A1 erwähnt sind, unmittelbar aneinander angrenzend anzuordnen. Die Fertigungszellen bilden dabei eine Fertigungseinrichtung. In Bezug auf unmittelbar aneinander angrenzende Fertigungszellen bedeutet dies, dass ein Trägerelement beiden aneinander angrenzenden Fertigungszellen zugeordnet ist, d.h. dass das betreffende Trägerelement in einer Draufsicht auf die Fertigungseinrichtung einen Teilabschnitt der Polygone der beiden unmittelbar aneinander angrenzenden Fertigungszellen bildet.
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Einzelne oder alle dieser Fertigungszellen weisen jeweils mehrere Trägerelemente auf, die in der Art eines Polygons angeordnet sind, wobei jedes der Trägerelemente eine einer Mitte des Polygons zugewandte Innenseite und eine der Innenseite abgewandte Außenseite aufweist. Zumindest einzelne der Trägerelemente einer derartigen Fertigungszelle bzw. der Fertigungszellen oder alle Trägerelemente einer solchen Fertigungszelle bzw. der Fertigungszellen sind um 180° schwenkbar um eine Schwenkachse angeordnet. Durch Verschwenken eines solchen Trägerelements wird seine Innenseite zur Außenseite der betreffenden Fertigungszelle, und umgekehrt.
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An der Innenseite und/oder an der Außenseite einzelner oder aller Trägerelemente der Fertigungszellen der Fertigungseinrichtung können zu bearbeitende Werkstücke fixiert sein.
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Ein Fertigungsmittel, das im Inneren oder im Bereich der Mitte des Polygons angeordnet sein kann oder das, z. B. von oben her in das Innere oder in den Bereich der Mitte des Polygons ragt, ist dazu vorgesehen, an der Innenseite einzelner Trägerelemente fixierte, zu bearbeitende Werkstücke zu bearbeiten. Bei dem Fertigungsmittel kann es sich beispielsweise um einen elektronisch gesteuerten Roboter handeln, der einen Roboterarm aufweist, an dem wiederum eine Fertigungseinrichtung, wie z. B. eine Schweißeinrichtung o. ä., angeordnet sein kann.
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Wie oben bereits erwähnt, besteht der Kern der vorliegenden Erfindung darin, dass die Fertigungseinrichtung mehrere, d. h. mindestens zwei derartige Fertigungszellen aufweist, die unmittelbar aneinander angrenzend angeordnet sind. Dies bedeutet, dass zwei aneinander angrenzende Fertigungszellen ein Trägerelement gemeinsam haben. Durch Verschwenken des Trägerelements um 180° können die an dem Trägerelement fixierten Werkstücke von einer Fertigungszelle in eine benachbarte Fertigungszelle gebracht werden, wo die Werkstücke dann durch ein in der benachbarte Fertigungszelle angeordnetes oder in die benachbarte Fertigungszelle ragendes Fertigungsmittel weiter bearbeitet werden können.
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Vorzugsweise sind mehr als zwei derartige Fertigungszellen aneinander angrenzend vorgesehen.
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Durch eine derartige „bienenwabenartige“ Anordnung von Fertigungszellen ist in einem Fertigungsgebäude eine optimale Flächenausnutzung möglich. Zu bearbeitende Werkstücke können durch Verschwenken der Trägerelemente um 180° von einer Fertigungszelle an eine benachbarte Fertigungszelle übergeben und dort weiter bearbeitet werden.
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Eine derartige Fertigungseinrichtung kommt insbesondere für Anwendungen im Automobilbau in Betracht.
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Wie bereits angedeutet, kann es sich bei dem Fertigungsmittel einer derartigen Fertigungszelle beispielsweise um einen elektronisch gesteuerten Schweißroboter handeln, der dazu vorgesehen ist, an zu bearbeitenden Werkstücken Schweißungen durchzuführen. Bei dem Schweißroboter kann es sich insbesondere um einen Laserschweißroboter handeln, d. h. um einen Roboter, an dem eine Laserschweißeinrichtung angeordnet ist, welche dazu vorgesehen ist, berührungslos Schweißungen an den zu Werkstücken, die an einem Trägerelement oder an mehreren Trägerelementen der betreffenden Fertigungszelle fixiert sind, durchzuführen.
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Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mindestens ein Trägerelement mindestens einer der Fertigungszellen jeweils eine Vielzahl, insbesondere mehr als 50 Befestigungselemente oder Befestigungsaufnahmen oder Befestigungslöcher oder Befestigungsbohrungen aufweist, an denen Werkstücke fixierbar sind. Ein derartiges Trägerelement ist somit insbesondere für eine Großserienproduktion geeignet, bei der in einer Fertigungszelle eine Vielzahl von Werkstücken zu bearbeiten sind.
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Die Trägerelemente können z. B. eine gitterartige oder eine lochplattenartige Struktur aufweisen. Eine derartige gitterartige oder lochplattenartige Struktur ermöglicht es, in einfacher Weise zu bearbeitende Werkstücke an einem derartigen Trägerelement zu befestigen.
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Wie bereits erwähnt, sind die Trägerelemente der Fertigungszellen der Fertigungseinrichtung jeweils in der Art eines Polygons angeordnet. Insbesondere kann es sich um ein geometrisch gleichmäßiges Polygon handeln, d. h. um Polygon, bei dem die Polygoninnenwinkel und die Kantenlängen (entspricht der „Breite“ der Trägerelemente) identisch sind. Die Trägerelemente einzelner Fertigungszellen können z. B. in der Art eines Polygons, welches drei Ecken oder vier Ecken oder fünf Ecken oder sechs Ecken oder sieben Ecken oder acht Ecken oder mehr als acht Ecken aufweist, angeordnet sein. Besonders geeignet erscheint eine Anordnung der Trägerelemente in der Art eines regelmäßigen sechseckigen Polygons (Bienenwabe).
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Wie bereits erwähnt, sind zumindest einzelne Trägerelemente der Fertigungszellen schwenkbar um eine Schwenkachse angeordnet. Die Schwenkachsen der schwenkbar angeordneten Trägerelemente können z. B. in einer Vertikalrichtung, d. h. parallel zur Schwerkraft oder in einer Horizontalrichtung, d. h. senkrecht zur Richtung der Schwerkraft verlaufen.
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Im Folgenden wird die Erfindung im Zusammenhang mit der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine einzelne Fertigungszelle einer hier nicht näher dargestellten Fertigungseinrichtung gemäß der Erfindung, mit acht Trägerelementen, die in der Art eines Oktogons angeordnet sind;
- 2 eine Fertigungszelle einer hier nicht näher dargestellten Fertigungseinrichtung mit sechs Trägerelementen, die in der Art eines Hexagons angeordnet sind;
- 3-5 verschiedene Fertigungszellen einer hier nicht näher dargestellten Fertigungseinrichtung in Draufsicht; und
- 6 eine Fertigungseinrichtung gemäß der Erfindung mit mehrerer unmittelbar aneinander angrenzenden Fertigungszellen.
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1 zeigt eine Fertigungszelle 1, mit acht Trägerelementen 2a - 2h, die in der Form eines regelmäßigen Oktogons angeordnet ist. Die einzelnen Trägerelemente 2a - 2h weisen jeweils eine vertikal verlaufende Mittellängsachse 2a' -2h' auf. Die Trägerelemente 2a - 2h können jeweils um ihre Mittellängsachse 2a' - 2h' verschwenkt werden und zwar um 180° bzw. 360°.
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Im Bereich einer Mitte des Polygons (hier Oktogon) ist ein Fertigungsmittel angeordnet, das bei dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel durch einen Roboter 3 gebildet ist, an dem eine Laserschweißeinrichtung 4 angeordnet ist. Mittels des Roboters 3 und der daran angeordneten Laserschweißeinrichtung 4 können an hier nicht näher dargestellten Werkstücken, die an Innenseiten der Trägerelemente 2a - 2h befestigt sein können, Schweißungen durchgeführt werden. Unter dem Begriff „Innenseite“ sind diejenigen Seiten der Trägerelemente zu verstehen, die aktuell, d. h. in ihrer aktuellen Schwenkstellung dem Roboter 3 zugewandt sind. Die dem Roboter 3 abgewandten Seiten der Trägerelemente werden als „Außenseiten“ bezeichnet.
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Zusätzlich zu dem innerhalb des Polygons (hier Oktogon) angeordneten Roboter 3 ist im Außenbereich des Polygons ein weiterer Roboter 3' vorgesehen, an dem ebenfalls eine Laserschweißeinrichtung 4' angeordnet ist. Mittels des Roboters 3' und der daran angeordneten Laserschweißeinrichtung 4', können hier nicht näher dargestellte Werkstücke, die z. B. an der Außenseite des Trägerelements 2a angeordnet sind, bearbeitet bzw. geschweißt werden.
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Nach einer Bearbeitung eines an einer Außenseite eines der Trägerelemente 2a - 2h angeordneten Werkstücks z. B. durch den im Außenbereich angeordneten Roboter 3', kann der jeweilige Trägerelement um 180° verschwenkt werden, was eine anschließende Bearbeitung durch den im Inneren des Polygons angeordneten Roboter 3 ermöglicht.
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2 zeigt eine Fertigungszelle 1, mit sechs Trägerelementen 2a - 2f, die in der Art eines gleichmäßigen Hexagons angeordnet sind. Die Trägerelemente 2a - 2f sind hier als lochplattenartige Trägerelemente ausgeführt. Jedes der Trägerelemente 2a - 2f weist eine Vielzahl von Durchgangslöchern bzw. Durchgangsbohrungen auf, die als Befestigungspunkte bzw. Befestigungsstellen zur Fixierung von Werkstücken 5 dienen. Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind an jedem der Trägerelemente 2a - 2f mindestens zwei, an manchen Trägerelementen auch drei Werkstücke 5 befestigt.
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An Innenseiten der Trägerelemente 2a - 2f befindliche Werkstücke 5 können mittels des im Inneren des Hexagons angeordneten Roboters 3 geschweißt werden. An Außenseiten der Trägerelemente 2a - 2f fixierte Werkstücke können mittels des im Außenbereich des Hexagons angeordneten Roboters 3' geschweißt werden.
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Die 3, 4 bzw. 5 zeigen jeweils in Draufsicht Fertigungszellen 1, bei denen die Trägerelemente in der Art eines Oktogons (3) bzw. in der Art des Hexagons (4) in der Art eines Pentagons (5) angeordnet sind. Gestrichelt dargestellte Halbkreise 6 beschreiben die Schwenkbereich der einzelnen Trägerelemente während ihres Verschwenkens.
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Es ist deutlich ersichtlich, dass je mehr Ecken ein Polygon einer Fertigungszelle aufweist, umso größer der im Inneren des Polygons zur Verfügung stehende Anordnungs- bzw. Arbeitsbereich einer darin angeordneten Fertigungszelle (z. B. Roboter) ist.
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6 zeigt eine Fertigungseinrichtung 7 gemäß der Erfindung. Die Fertigungseinrichtung 7 zeichnet sich dadurch aus, dass sie mehrere unmittelbar aneinander angrenzende Fertigungszellen 1a, 1b, 1c, 1d aufweist. Die Trägerelemente der einzelnen Fertigungszellen 1a, 1b, 1c, 1d sind jeweils in der Art eines regemäßigen Sechsecks angeordnet. Die einzelnen Fertigungszellen 1a, 1b, 1c, 1d sind also analog zu der in 2 gezeigten Fertigungszelle 1 aufgebaut.
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Die Fertigungszelle 1a beispielsweise ist durch die in der Art eines Polygons angeordneten Trägerelemente 2a, 2b, 2c, 2d, 2e und 2f berandet. Das Trägerelement 2a bildet dabei die „Grenze“ der unmittelbar aneinander angrenzenden Fertigungszellen 1a, 1c, d.h. das Trägerelement 2a ist sowohl der Fertigungszelle 1a als auch der Fertigungszelle 1 c zugeordnet. Das Trägerelement 2f bildet die „Grenze“ der unmittelbar aneinander angrenzenden Fertigungszellen 1a, 1b, d.h. d.h. das Trägerelement 2f ist sowohl der Fertigungszelle 1a als auch der Fertigungszelle 1 b zugeordnet. Durch Verschwenken des Trägerelements 2a können die Werkstücke 5, welche sich aktuell in der Fertigungszelle 1a befinden, d. h. welche an der dem Fertigungsmittel zugewandten (Innen-)Seite des Trägerelements 2a fixiert sind, in die Fertigungszelle 1c gebracht werden, wo sie von dem dort angeordneten Fertigungsmittel 3a weiter bearbeitet werden können.
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Durch Verschwenken des Trägerelements 2f ist ganz analog über eine Übergabe von Werkstücken von der Fertigungszelle 1a an die Fertigungszelle 1b möglich.
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Durch eine derartige wabenartige Anordnung der Fertigungszellen 1a -1d kann die in einem Fertigungsgebäude vorhandene Fläche optimal genutzt werden.
