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Die Erfindung betrifft ein Maschinensystem und findet insbesondere für die Montage, Bearbeitung, Handhabung, Transport oder Fertigung von Bauteilen und Werkstücken Anwendung.
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Aus der Druckschrift
DE 41 11 545 A1 ist ein Rundtaktautomat zur automatischen Bearbeitung und Montage von Werkstücken bekannt, wobei der Rundtaktautomat ein Gestell aufweist, an dem ein motorisch schrittweise angetriebener Drehteller angeordnet ist. Der Drehteller weist mehrere in gleichen Winkelabständen angeordnete Werkstückträger auf. Des Weiteren weist der Rundtaktautomat stationär angeordnete Arbeitseinheiten auf, welche gestellfest angeordnet sind. Um einen universellen Einsatz für unterschiedliche Werkstückausbildungen und Bearbeitungsaufgaben zu ermöglichen weisen die Werkstückträger je einen Trägerhalter und der Drehteller mehrere in gleichen Winkelabständen voneinander angeordnete Einspannvorrichtungen zur lösbaren Aufnahme der Trägerhalter auf. Die Trägerhalter weisen vorteilhafter weise einen als Steilkegel ausgebildeten Halte- und Zentrierzapfen auf, während die Einspannvorrichtungen mit einer konischen Zapfenaufnahme versehen sind. Die Flexibilität eines solchen Rundtaktautomaten ist jedoch eher begrenzt.
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Die Druckschrift
DE 195 42 550 A1 offenbart eine Maschine zum automatischen Montieren, Handhaben, Transportieren und Bearbeiten von Gegenständen. Sie weist einen Antriebsblock auf, der mehrere auf einer gemeinsamen, motorisch angetriebenen Welle angeordnete Antriebskurven trägt. Weiter sind mehrere, an einem Maschinengestell angeordnete Montage-, Handhabungs-, Transport- und Bearbeitungsstationen vorgesehen, die mit über die Antriebskurven taktweise betätigbaren Schuborganen bestückt sind. Um Sondermaschinen dieser Art rationell und übersichtlich konstruieren und herstellen zu können, wird gemäß der Erfindung vorgeschlagen, dass zwischen den Antriebskurven und den zugehörigen Schuborganen jeweils mindestens eine Umlenkeinheit angeordnet ist. Die Umlenkeinheiten bilden dabei modulartige Bauelemente, die ein am Maschinengestell starr befestigtes Gehäuse, einen in einer Eingangsschubführung des Gehäuses geführten Eingangsstößel, einen in einer Ausgangsschubführung des Gehäuses geführten Ausgangsstößel und einen den Eingangsstößel und den Ausgangsstößel innerhalb des Gehäuses miteinander verbindenden Umlenkmechanismus aufweisen. Der Eingangsstößel ist dabei mit einem über das Gehäuse überstehenden Teil unmittelbar oder mittelbar mit einem gegen die zugehörige Antriebskurve anliegenden Kurvenstößel verbunden, während der Ausgangsstößel mit einem über das Gehäuse überstehenden Teil unmittelbar oder mittelbar mit dem zugehörigen Schuborgan verbunden ist. Nachteilig ist, dass die einzelnen Montage- Handhabungs- und Bearbeitungsstationen nicht frei im Raum bewegbar sind, was die Flexibilität der Maschine einschränkt.
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Aus der Druckschrift
DE 10 2014 117 150 A1 ist ein XY-Tisch für ein lineares Transportsystem bekannt. Das Transportsystem umfasst eine Schlitten-Führungsschiene mit einem ersten und einem zweiten Schlitten, wobei die Schlitten unabhängig voneinander beweglich an der Schlittenführung angeordnet sind.
Ein XY-Tisch für dieses lineare Transportsystem umfasst eine Tragestruktur und eine erste und eine zweite Linearführung, die mit einem Winkelversatz zueinander ausgeführt sind. Die Linearführungen weisen ein erstes und ein zweites Linearführungselement auf, die entlang der linearen Bahn gegeneinander verschoben werden können. Die Führungselemente sind dabei mittels der Tragstruktur miteinander verbunden.
Das System offenbart lediglich eine Bewegung entlang einer Raumachse für den Transport von Bauteilen oder dergleichen. Anderweitige Aufgabenbereiche wie beispielsweise Montage oder Fertigung und die Handhabung in drei Raumachsen sind nicht möglich.
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Aufgabe der Erfindung ist es, ein Maschinensystem zu für Montage, Handhabung, Transport und Bearbeitung von Werkstücken zu entwickeln, welches einen einfachen konstruktiven Aufbau und eine hohe Flexibilität bei gleichzeitiger hoher Bewegungsfreiheit aufweist.
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Diese Aufgabe wird mit den kennzeichnenden Merkmalen des ersten Patentanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die Erfindung betrifft ein Maschinensystem, welches vorzugsweise für die Montage, Handhabung, Transport und Bearbeitung von Werkstücken Anwendung findet. Das Maschinensystem weist wenigstens eine erste Polschale und ein erstes Tragsegment auf, die mittels wenigstens eines ersten Antriebes relativ zueinander verfahrbar sind. Daraus resultiert eine Positionierung des Tragsegments im Raum.
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Die erste Polschale und das Tragsegment sind über wenigstens eine zwischen diesen angeordnete erste Führung relativ zueinander verfahrbar ausgebildet. Das Tragsegment kann entlang der Führung an der Polschale verfahren werden, alternativ kann auch die Polschale mittels Rotation um die eigene Achse beziehungsweise um die Längsachse des Maschinensystems bewegt werden.
Die erste Führung ist an der ersten Polschale derart ausgebildet, dass das Tragsegment um eine Längsachse der ersten Polschale verfahrbar ist, wobei der Verfahrweg des Tragsegment eine Kreisbahn beschreibt.
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Das Tragsegment ist derart ausgebildet, dass es wenigstens eine Anwendungseinheit aufnimmt, die über wenigstens einen zweiten Antrieb und wenigstens eine zweite Führung relativ zum Tragsegment verfahrbar ist. Die Anwendungseinheit kann mittels eines innenliegenden Schlittens mit dem Tragsegment verbunden sein. Als Anwendungseinheit werden dabei Elemente für die Montage, Fertigung, Handhabung, Transport oder Bearbeitung der Werkstücke vorgesehen. Die Anwendungseinheiten sind frei im Raum über die erste Führung an der Polschale und die zweite Führung an dem Tragsegment positionierbar.
Die zweite Führung ist vorteilhafter weise derart ausgebildet, dass die wenigstens eine Anwendungseinheit in einem definierten Bereich um eine orthogonal zur Längsachse ausgebildeten zweiten Achse schwenkbar ist.
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Das Maschinensystem weist des Weiteren eine zu der Längsachse der ersten Polschale koaxial angeordnete zweite Polschale auf, wobei das dazwischen angeordnete Tragsegment mit der ersten und der zweiten Polschale verbunden und relativ zu diesen verfahrbar ist.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist zwischen dem Tragsegment und der zweiten Polschale eine dritte Führung an der zweiten Polschale angeordnet, wobei die dritte Führung vorzugsweise parallel zu der ersten Führung ausgebildet ist. Die dritte Führung dient der Lagerung des zweiten Endes des Tragsegments. Daraus resultiert eine obere und untere Lagerung sowie Führung des Tragsegments an den jeweiligen Polschalen, wobei die dritte Führung derart ausgebildet ist, dass das Tragsegment um die Längsachse der zweiten Polschale verfahrbar ist, wobei der Verfahrweg des Tragsegments eine Kreisbahn beschreibt. Die Längsachse der zweiten Polschale entspricht aufgrund der Bedingung der Koaxialität zwischen der ersten und zweiten Polschale der Längsachse der ersten Polschale sowie der Längsachse des gesamten Maschinensystems.
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Vorzugsweise weist das Maschinensystem mehrere Tragsegmente auf, die einzeln oder gemeinsam verfahrbar sind. Jedes der einzelnen Tragsegmente weist vorzugsweise eine eigene schwenkbar ausgebildete Anwendungseinheit auf. Die Anwendungseinheiten können gemeinsam oder im einzelnen im Raum positioniert werden, wodurch eine große Variabilität entsteht, da jeder Punkt im Raum angesteuert werden kann.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Tragsegment einen eigenen Antrieb auf, vorzugsweise ein Bremselement, wobei ein oder mehrere Tragsegmente jeweils über ein oder mehrere Bremselemente mit der ersten und/oder zweiten Polschale fixierbar sind.
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Die Polschalen sind in einer besonderen Ausführungsform gegeneinander verdrehbar ausgebildet. Daraus resultiert, dass ein mit der ersten oder zweiten Polschale mittels der Bremseinheit fixiertes Tragsegment mit der Polschale verdrehbar ist, wobei beispielsweise ein erstes Tragsegment mit der ersten Polschale mittels einer Magnetbremse sowie ein zweites Tragsegment mit der zweiten Polschale mittels einer zweiten Magnetbremse fixiert ist. Ein gegenseitiges Verdrehen der Polschalen bewirkt eine Bewegung des jeweiligen Tragsegments in die Drehrichtung der damit fixierten Polschale. Ist ein Tragsegment weder mit der ersten noch der zweiten Polschale fixiert, verbleibt das Tragsegment trotz einer Drehung der ersten und/oder zweiten Polschale in seiner Position. Bevorzugt können die Tragsegmente auch unabhängig von den Polschalen verfahren und positioniert werden.
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Das wenigstens eine, an der ersten Polschale ausgebildete, Tragsegment des Maschinensystems weist wenigstens eine Anwendungseinheit auf, welche an wenigstens einem Tragsegment befestigbar ist, die jeweils wenigstens eins der nachfolgenden Elemente aufnimmt. Die Anwendungseinheit kann vorzugsweise als Spannelement, Werkzeug, Gelenk oder Messmittel ausgebildet sein. Auch ein Greifer oder anderweitige Handhabeeinrichtungen sind denkbar.
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Die Anwendungseinheit ist vorzugsweise mittels eines eigenen Antriebs drehbar um die eigene Längsachse oder linear verfahrbar ausgebildet.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Maschinensystem in den drei Raumachsen x, y und z und um seine Längsachse, welche in Richtung der z-Achse ausgebildet ist, bewegbar. Dazu weist das Maschinensystem eine koaxial zur Längsachse des Systems liegende Positioniereinheit auf, welche eine Drehbewegung des gesamten Maschinensystems um seine Längsachse realisiert.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Polschalen als Magnetelemente für Linearantriebe ausgebildet. In einer alternativen Ausgestaltung können die Polschalen zumindest die Magnetelemente aufweisen.
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Vorzugsweise weist das Maschinensystem einen von der wenigstens einen ersten Polschale und dem ersten Tragsegment zumindest bereichsweise umhüllten Systemkern auf, wobei der Systemkern einen Antrieb und/oder Mess- und/oder Steuereinrichtungen und/oder eine Stromzuführung aufweist. Des Weiteren kann der Systemkern mit der ersten und/oder zweiten Polschale mittels einer Verzahnung verbunden sein.
Der Systemkern ist vorzugsweise in der Form einer Kugel sphärisch gekrümmt ausgebildet, wodurch die Tragsegmente um den Systemkern auf einer Kreisbahn verfahrbar sind. Eine zylindrische Ausprägung des Kerns ist ebenfalls denkbar.
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Erfindungsgemäß können die Antriebe in den Polschalen in Form von Magnetbremsen ausgebildet sind. Auch die weiteren Antriebe in den Anwendungseinheiten, Tragsegmenten und im Systemkern können in Form von Magnetbremsen ausgebildet sein. Jedoch sind auch anderweitige elektrische, hydraulische oder pneumatische Antriebe denkbar.
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Das Maschinensystem ist vorzugsweise in Form einer Kugel mit daraus heraustretenden Anwendungseinheiten ausgebildet. Dabei sind die Tragsegmente entsprechend des Durchmessers des Systemkerns ebenfalls sphärisch gekrümmt bzw. im Falle eines zylindrischen Kerns an diesen entsprechend gekrümmt angepasst. Die Außenseiten der Tragsegmente des Maschinensystems können jedoch auch mittels gerader Flächen realisiert werden.
Jedoch ist auch ein würfelförmiges Maschinensystem denkbar, in dem die Tragsegmente gerade Flächen aufweisen.
Vorteilhafter Weise ist jede Polschale und jedes Tragsegment mittels eines eigenen Antriebs steuerbar. Die Anwendungseinheiten sind vorzugsweise mittels eines Antriebs linear verfahrbar sowie mittels eines weiteren Antriebs rotierbar um ihre Längsachse ausgebildet.
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Die Ansteuerung der einzelnen Elemente des Maschinensystems kann auch mittels eines Antriebs und zugehörigen Getriebesystemen zur Positionierung erfolgen.
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Die Erfindung wird nachfolgend an einem Ausführungsbeispiel und zugehörigen Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung des Maschinensystems,
- 2 eine Explosionsdarstellung des schematisch dargestellten Maschinensystems.
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Die 1 zeigt eine schematische perspektivische Darstellung eines Ausführungsbeispiels des Maschinensystems mit einem in Form einer Kugel ausgebildeten Systemkern 1 und mehrere den Systemkern 1 und seine, sich in Richtung der z-Achse erstreckende, Längsachse A umgebende sphärisch gekrümmte Tragsegmente 2, die außenseitig von zwei mit dem Systemkern 1 verbundenen Polschalen 3, einer oberen ersten Polschale 3.1 und einer unteren zweiten Polschale 3.2, eingefasst sind. Die obere und untere Polschale 3.1, 3.2 weisen eine koaxial liegende Längsachse auf, welche der Längsachse A des Systemkerns 1 und Maschinensystems entspricht und erstreckt sich demnach auch entlang der z-Achse.
Das Maschinensystem ist mittels einer Positioniereinheit 4 um seine Längsachse A drehbar ausgebildet, wobei die Positioniereinheit 4 vorzugsweise durch den Systemkern 1 und die Polschalen 3.1, 3.2 hindurch führt.
Die gemäß 1 drei Tragsegmente 2 werden mittels einer ersten Führung 3.3 an der oberen Polschale 3.1 und einer weiteren Führung 3.4 an der unteren Polschale 3.2 geführt.
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Die Tragsegmente 2 können eigene Antriebe aufweisen und sind um den Systemkern 1 unabhängig voneinander entlang der, zwischen den Polschalen und den Tragsegmenten 2 befindlichen, Führungen 3.3, 3.4 verfahrbar.
Die Polschalen 3 sind ebenfalls unabhängig voneinander und von dem Systemkern 1 drehbar um die Längsachse A angeordnet.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Tragsegmente 2 mittels Bremselementen, vorzugsweise Magnetbremsen, mit den Polschalen 3 verbindbar und fixierbar, wobei eine Drehung einer der Polschalen 3 eine Rotation des mit der Polschale fixierten Tragsegments 2 bewirkt.
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Die Polschalen 3 sind bevorzugt gegeneinander verdrehbar ausgebildet. Daraus resultiert, dass ein mit der ersten 3.1 oder zweiten Polschale 3.2 mittels der Bremseinheit fixiertes Tragsegment 2 mit der Polschale 3 verdrehbar ist, wobei beispielsweise ein erstes Tragsegment 2 mit der ersten Polschale 3.1 mittels einer Magnetbremse sowie ein zweites Tragsegment 2 mit der zweiten Polschale 3.2 mittels einer zweiten Magnetbremse fixiert ist. Ein gegenseitiges Verdrehen der Polschalen 3 bewirkt eine Bewegung des jeweiligen Tragsegments 2 in die Drehrichtung der damit fixierten Polschale 3. Ist ein Tragsegment 2 weder mit der ersten noch der zweiten Polschale 3.1, 3.2 fixiert, verbleibt das Tragsegment 3 trotz einer Drehung der ersten und/oder zweiten Polschale 3.1, 3.2 in seiner Position. Bevorzugt können die Tragsegmente 2 auch unabhängig von den Polschalen verfahren und positioniert werden.
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Gemäß 1 weist jedes Tragsegment 2 eine Führung 2.1, vorzugsweise in Form eines Langlochs auf, die das Befestigen und Verfahren einer Anwendungseinheit 5 entlang der Führung 2.1 gewährleistet.
Die Führung 2.1 verläuft beabstandet parallel zur Längsachse A, aufgrund der sphärischen Krümmung der Tragsegmente 2 wird zusätzlich eine Schwenkbewegung umgesetzt.
Die Anwendungseinheit 5 wird über Verbindungsmittel mit dem zugehörigen Tragsegment 2 fixiert.
Die Mittel zum Befestigen der Anwendungseinheit 5 umfassen im gezeigten Beispiel eine an dem Tragsegment 2 verfahrbare Elevationseinheit 6 mit einer zugehörigen Befestigungseinheit 7. Die Elevationseinheit 6 weist an ihrer dem Tragsegment 2 zugewandten Seite eine konkave Krümmung auf, welche mit der sphärischen Krümmung des Tragsegments 2 korrespondiert.
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Die Befestigungseinheit 7 kann in Form von Schrauben mit einer Unterlegscheibe und einer Mutter zum arretieren der Anwendungseinheit 5 an dem Tragsegment 2 oder anderweitig üblichen Befestigungsmitteln ausgebildet sein.
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Die Positionierung der Anwendungseinheit 5 erfolgt über eine Verschiebung des zugehörigen Tragsegments 2 und/oder der Rotation einer der Polschalen 3 oder des Systemkerns 1. Eine weitere Positionierung der Anwendungseinheit 5 ist mittels der Führung 2.1 in den Tragsegmenten 2 möglich.
Unter Verwendung mehrerer Tragsegmente 2 in Verbindung mit zugehörigen Anwendungseinheiten 5 kann die Flexibilität des Maschinensystems gesteigert werden.
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Die Anwendungseinheiten 5 können je nach Anforderungsprofil unterschiedlich ausgebildet sein. Die Anwendungseinheit 5 kann dabei in Form eines Spannelements, Werkzeugs, Gelenks oder Messmittels vorliegen. Für die Handhabung und den Transport von Bauteilen kann die Anwendungseinheit 5 zudem in Form eines Greifers, Saugnapfes oder dergleichen ausgebildet sein.
Die mindestens eine Anwendungseinheit 5 ist vorzugsweise mittels eines eigenen Antriebs drehbar um die eigene Längsachse B ausgebildet.
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Eine Explosionszeichnung des schematischen Maschinensystems ist in 2 dargestellt. Das Zentrum des Maschinensystems bildet der Systemkern 1, der vorzugsweise einen Antrieb und/oder Mess- und/oder Steuereinrichtungen und/oder eine Stromzuführung aufweist. Der Systemkern 1 weist eine Durchgangsbohrung 1.1 auf, die sich entlang der Längsachse A des Maschinensystems erstreckt. Die Durchgangsbohrung 1.1 führt die Positioniereinheit 4, wobei der Systemkern 1 und die Positioniereinheit 4 miteinander verbindbar sind. Der Systemkern 1 ist an seinem oberen und unteren Ende zumindest bereichsweise von jeweils einer Polschale 3.1, 3.2 umschlossen. Die Längsachsen der Polschalen 3.1, 3.2 sind zueinander und zu der Längsachse A des Systemkerns 1 koaxial angeordnet.
Die obere und untere Polschale 3.1, 3.2 weisen jeweils eine mit der Durchgangsbohrung 1.1 des Systemkerns 1 fluchtende Durchgangsbohrung 3.5, 3.6 auf, durch die ebenfalls die Positioniereinheit 4 geführt ist. Die Polschalen 3 sind gegen den Systemkern 1 und gegeneinander um die Längsachse A drehbar ausgebildet.
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Um den Systemkern 1 sind gemäß 2 drei Tragsegmente 2 angeordnet, welche in eine Führung 3.3 der oberen Polschale 3.1 und eine Führung 3.4 der unteren Polschale 3.2 eingreifen. Erfindungsgemäß ist wenigstens ein Tragsegment 2 montiert.
Die Führungen 3.3, 3.4 sind umfangsseitig an den Polschalen 3 angeordnet und einteilig mit diesen ausgebildet. Jedoch ist auch eine mehrteilige Ausführungsform denkbar.
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Die Tragsegmente 2 weisen jeweils eine Führung 2.1 in Form eines Langloches auf, welche ein Verfahren der darin geführten Anwendungseinheiten 5 gewährleisten.
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Die Anwendungseinheit 5 ist mittels eines, an der zum Systemkern 1 weisenden Seite des Tragsegments 2, verfahrbaren Schlittens 8 mit dem Tragsegment 2 verbunden.
Der Schlitten 8 weist eine sphärische Krümmung auf, welche mit der Kugelform des Systemkerns 1 korrespondiert. Der Schlitten 8 weist eine Bohrung auf, die im Durchmesser dem Durchmesser der Anwendungseinheit 5 entspricht.
Die Anwendungseinheit 5 wird auf der vom Systemkern 1 weg weisenden Seite des Tragsegments 2 mittels Befestigungsmitteln montiert. Diese Mittel umfassen eine Elevationseinheit 6 sowie eine Befestigungseinheit 7. Die Befestigungseinheit 7 entspricht den üblichen Mitteln zum Befestigen der Anwendungseinheit 5, wie beispielsweise Schrauben, Muttern, Hülsen oder dergleichen, wobei auch die Anwendungseinheit 5 korrespondierende Mittel aufweisen kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Systemkern
- 1.1
- Durchgangsbohrung
- 2
- Tragsegment
- 2.1
- Führung
- 3
- Polschalen
- 3.1
- Obere erste Polschale
- 3.2
- Untere zweite Polschale
- 3.3
- Erste Führung
- 3.4
- Führung
- 3.5
- Durchgangsbohrung
- 3.6
- Durchgangsbohrung
- 4
- Positioniereinheit
- 5
- Anwendungseinheit
- 6
- Elevationseinheit
- 7
- Befestigungseinheit
- 8
- Schlitten
- A
- Längsachse Systemkern/Maschinensystem/Polschale
- B
- Längsachse der Anwendungseinheit
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 4111545 A1 [0002]
- DE 19542550 A1 [0003]
- DE 102014117150 A1 [0004]
