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Die Erfindung betrifft eine Arbeitsstation zum Herstellen von unterschiedlichen Baugruppen aus jeweiligen Bauelementen, insbesondere für Kraftfahrzeuge wie beispielsweise Kraftfahrzeuge.
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Die
US 2008/0052895 A1 beziehungsweise die
DE 10 2006 030 427 B3 offenbart eine multiflexible Fertigungsanlage für aus mehreren Bauteilen zu fügende Zusammenbauten von Kraftfahrzeug-Karosserien oder Karosserie-Komponenten, mit einem Drehtisch, auf dem an mehreren Arbeitsplätzen Aufnahme- und Spannvorrichtungen für gleiche und/oder unterschiedliche Typen von Zusammenbauten auswechselbar angeordnet sind. Außerdem ist eine neben dem Drehtisch angeordnete Wechselstation vorgesehen, mit der eine Aufnahme- und Spannvorrichtung für einen ersten Typ eines Zusammenbaus auf dem Drehtisch gegen eine Aufnahme- und Spannvorrichtung für einen anderen Typ eines Zusammenbaus austauschbar ist. Des Weiteren sind mehrere Arbeitsroboter für Fügeaufgaben sowie mehrere mit bauteilspezifischen Greifern bestückbare Arbeitsroboter zur Entnahme von Bauteilen aus Bauteilspeichern und zum Laden der Aufnahme- und Spannvorrichtungen mit diesen Bauteilen und deren Entladen vorgesehen. Die Fertigungsanlage umfasst außerdem Greiferwechselspeicher für die bauteilspezifischen Greifer, wobei sowohl die Wechselstation für die Aufnahme- und Spannvorrichtungen als auch die Greiferwechselspeicher für die Greifer derart am Außenrand der einen Gerätegarten bildenden Komponenten von Drehtisch, Arbeitsrobotern, Greiferwechselspeicher und Bauteilspeichern angeordnet sind, dass sie von außen mit Aufnahme- und Spannvorrichtungen und Greifern beschickbar sind.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Arbeitsstation zu schaffen, so dass auf besonders zeit- und kostengünstige Weise unterschiedliche Baugruppen für Fahrzeuge hergestellt werden können.
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Dieser Aufgabe wird durch eine Arbeitsstation mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.
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Die erfindungsgemäße, auch als mehrstufige flexible Geometriestation bezeichnete Arbeitsstation zum Herstellen von unterschiedlichen Baugruppen aus jeweiligen Bauelementen für Fahrzeuge, insbesondere für Kraftfahrzeuge, umfasst mehrere Roboter, welche jeweils wenigstens eine Verbindungseinrichtung aufweisen. Die Arbeitsstation umfasst ferner neben den Robotern angeordnete Greiferplätze zum Aufnehmen von jeweiligen, wahlweise über die jeweilige Verbindungseinrichtung auswechselbare an dem jeweiligen Roboter befestigbaren und beispielsweise baugruppenspezifischen und/oder bauelementespezifischen Greifern zum Greifen der jeweiligen Bauelemente.
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Des Weiteren sind robotergebundene, reversibel lösbar und somit wahlweise beziehungsweise wechselbar, insbesondere über die jeweiligen Verbindungseinrichtungen ,an den Robotern befestigbare Vorrichtungen vorgesehen, welche um baugruppenspezifische Elemente ergänzt sind. Die baugruppenspezifischen Elemente werden auch als geometriestufenspezifische Elemente bezeichnet, da die Elemente beispielsweise je nach herzustellender Baugruppe beziehungsweise Geometriestufe zum Einsatz kommen. Die jeweilige Vorrichtung weist beispielsweise einen bauelementeübergreifenden beziehungsweise baugruppenübergreifenden Grundkörper auf, welcher mit den geometriestufenspezifischen Elementen bestückt beziehungsweise versehen ist.
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Des Weiteren umfasst die Arbeitsstation wenigstens einen relativ zu den Robotern zumindest translatorisch bewegbaren Basisrahmen, welcher zum Herstellen der jeweiligen Baugruppe unter Fügen der jeweiligen Bauelemente mittels der Roboter, der Vorrichtungen und der Greifer mit den Bauelementen bestückbar beziehungsweise zu versehen ist. Dies bedeutet beispielsweise, dass die jeweilige Baugruppe dadurch an dem Basisrahmen hergestellt werden kann, dass die Bauelemente, insbesondere sukzessive, an dem Basisrahmen angeordnet und miteinander gefügt werden. Dadurch wird beispielsweise die jeweilige Baugruppe an beziehungsweise auf dem Basisrahmen aufgebaut. Nach dem Aufbauen beziehungsweise Herstellen der jeweiligen Baugruppe ist die Baugruppe an dem Basisrahmen gehalten und kann mittels des Basisrahmens transportiert werden. Alternativ ist es denkbar, dass die Baugruppe von dem Basisrahmen entnommen wird. Außerdem sind Roboter der Arbeitsstation dazu ausgebildet, zu kooperieren und dadurch einen austauschbare Vorrichtungen und austauschbare Greifer beziehungsweise austauschbare Vorrichtungs- und Greiferkomponenten umfassenden Vorrichtungsverbund zu bewegen.
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Der Erfindung liegt insbesondere die folgende Erkenntnis zugrunde: Die Geometriebildung in konventionellen Karosserierohbauten erfolgt üblicherweise durch einen sequentiellen Durchlauf eines jeweiligen Zusammenbaus durch unterschiedliche Geometriestationen mit fahrzeugtypspezifischen Vorrichtungen.
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Die Erfindung ermöglicht nun die Rekonfiguration einer herkömmlichen Geometriestation, so dass mehr Einzelteile beziehungsweise Bauelemente und damit mehr Geometriestufen beziehungsweise Baugruppen in einer Station in Form der Arbeitsstation verbaut beziehungsweise gefügt und somit hergestellt werden können als es bisher möglich war. Im Extremfall können alle Einzelteile einer Baugruppen- beziehungsweise alle Geometriestufen in der erfindungsgemäßen, als Geometriestation ausgebildeten Arbeitsstation verbaut beziehungsweise hergestellt werden. Die Rekonfigurierbarkeit der Greifer und Vorrichtungen ermöglicht zudem die Fertigung unterschiedlicher Fahrzeugtypen innerhalb der Geometriestation. Somit sind erfindungsgemäß modulare Greifersysteme und andockbare robotergebundene Vorrichtungen vorgesehen, die durch geometriestufenspezifische Elemente ergänzt werden. Kooperierende Roboter bewegen dabei einen Vorrichtungsverbund, welcher austauschbare Vorrichtungs- und Greiferkomponenten umfasst. Die Erfindung ermöglicht die Realisierung einer stückzahlskalierbaren Produktion, einer hohen Variantenflexibilität auf engem Raum, einer Nachfolgeflexibilität, einer wirtschaftlichen Fertigung von Kleinserien, einer Reduzierung des Flächenbedarfs sowie eines geringeren Investitionsbedarfs bei Verwendung in zwei Lebenszyklen.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
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Die Zeichnung zeigt in:
- 1 eine schematische Draufsicht einer erfindungsgemäßen Arbeitsstation zum Herstellen von Baugruppen für Fahrzeuge, insbesondere Kraftfahrzeuge;
- 2 eine schematische Perspektivansicht eines Basisrahmens der Arbeitsstation;
- 3 eine schematische Explosionsansicht eines modularen und aus Untermodulen aufgebauten Werkzeugs der Arbeitsstation; und
- 4 ein Fahrzeug zum Bestücken eines Drehtisches mit Werkzeugen.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Draufsicht eine als mehrstufige flexible Geometriestation ausgebildete Arbeitsstation zum Herstellen von unterschiedlichen Baugruppen aus jeweiligen Bauelementen für Fahrzeuge. Dies bedeutet, dass die beispielsweise als Kraftfahrzeuge, insbesondere als Kraftwagen oder Personenkraftwagen, ausgebildeten Fahrzeug aus den Baugruppen und somit aus den Bauelementen hergestellt werden. Die Baugruppe unterscheiden sich beispielsweise in ihrer jeweiligen Geometrie, so dass die Baugruppen auch als Geometriestufen bezeichnet werden. Auf diese Weise ist es beispielsweise möglich, unterschiedliche Derivate beziehungsweise Bauvarianten des jeweiligen Fahrzeugs herzustellen, beziehungsweise die Fahrzeuge können somit unterschiedliche Derivate sein, welche zeit- und kostengünstig hergestellt werden können. Hierzu umfasst die Arbeitsstation 10 mehrere, als Industrieroboter ausgebildete Roboter 12, welche jeweils wenigstens eine Verbindungseinrichtung 14 aufweisen.
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Die Arbeitsstation 10 umfasst darüber hinaus neben den Robotern 12 angeordnete Greiferplätze 16 zum Aufnehmen und somit Lagern von jeweiligen, wahlweise und reversibel lösbar über die jeweilige Verbindungseinrichtung 14 auswechselbar an dem jeweiligen Roboter 12 befestigbaren Greifern zum Greifen der jeweiligen Bauelemente. Dadurch ist es möglich, dass die Roboter die jeweiligen Bauelemente über die Greifer greifen und somit im Raum umherbewegen können. Außerdem sind robotergebundene, reversibel lösbar, beispielsweise durch die Verbindungseinrichtung 14, an den Robotern befestigbare Vorrichtungen vorgesehen, welche um baugruppenspezifische Elemente ergänzt sind. Bei einer solchen Vorrichtung handelt es sich beispielsweise um den jeweiligen Greifer oder aber um das beispielsweise aus 3 erkennbare Werkzeug 18, welches modular aufgebaut ist. Die jeweilige Vorrichtung kann reversibel lösbar an dem jeweiligen Roboter 12 befestigt und mittels des Roboters 12 im Raum umherbewegt werden. Außerdem können die Vorrichtungen untereinander ausgetauscht werden, da sie an dem jeweiligen Roboter 12 andockbar sind.
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Wie am Beispiel des Werkzeugs 18 erkennbar ist, weist die jeweilige Vorrichtung beispielsweise einen bauelemente- beziehungsweise baugruppenübergreifenden Grundkörper 20 auf, welcher mit den baugruppenspezifischen Elementen, welche in 3 mit 22 bezeichnet sind, bestückbar beziehungsweise bestückt sind. Die Elemente 22 sind beispielsweise Einzelwerkzeuge und dabei Untermodule, die, insbesondere reversibel lösbar, mit dem Grundkörper 20 verbunden werden können. Dadurch kann der Grundkörper 20 bedarfsgerecht mit, insbesondere unterschiedlichen, Werkzeugen bestückt werden.
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Die Arbeitsstation 10 weist darüber hinaus wenigstens einen relativ zu den Robotern 12 translatorisch bewegbaren und besonders gut aus 2 erkennbaren Basisrahmen 24 auf, dessen translatorische Bewegbarkeit in 1 durch Pfeile 26 veranschaulicht ist. Der Basisrahmen 24 ist zum Herstellen der jeweiligen Baugruppen unter Fügen der jeweiligen Bauelemente mittels der Roboter 12, der Vorrichtungen und der Greifer mit den Bauelementen bestückbar. Die Roboter 12, eine Teilmenge der Roboter 12 oder andere Roboter der Arbeitsstation 10 bilden dabei eine Kooperation, wobei die die Kooperation bildenden Roboter der Arbeitsstation 10 kooperieren und dadurch einen Vorrichtungsverbund bewegen, welcher austauschbare Greifer und Vorrichtungskomponenten umfasst.
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Aus 1 ist anhand der Pfeile 26 erkennbar, dass der Basisrahmen 24 entlang wenigstens zweier, senkrecht zueinander verlaufender Richtungen translatorisch bewegbar ist. Der Basisrahmen 24 ist beispielsweise an einem Fahrgestell gehalten und mittels des Fahrgestells entlang der jeweiligen Richtung translatorisch bewegbar. Insbesondere ist der Basisrahmen 24 reversibel lösbar an dem Fahrgestellt gehalten, so dass der Basisrahmen 24 gegen eine oder mehrere andere Basisrahmen einfach und kostengünstig ausgetauscht werden kann. An der Arbeitsstation 10 kann eine Mensch-Roboter-Kooperation vorgesehen sein, in deren Rahmen Menschen mit den Robotern 12 interagieren. Ferner ist vorzugsweise wenigstens eine Bestückungseinrichtung mit mehreren Magazinen zum Aufnehmen von jeweiligen Nieten vorgesehen. In einem ersten der Magazine kann beispielsweise ein erster Typ von Nieten aufgenommen werden, wobei in einem zweiten der Magazine ein zweiter Typ von Nieten aufgenommen werden kann. Die Typen unterscheiden sich beispielsweise voneinander. Des Weiteren ist wenigstens eine Nietvorrichtung vorgesehen, mittels welcher die jeweiligen Bauelemente durch Nieten miteinander gefügt werden können. Dabei kann die eine Nietvorrichtung mit den jeweiligen Nieten aus den jeweiligen Magazinen versorgt werden. Dadurch können mittels der einen Nietvorrichtung sowohl die Niete des ersten Typs als auch die Niete des zweiten Typs verarbeitet werden.
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Der jeweilige Greiferplatz 16 ist beispielsweise als ein Drehtisch ausgebildet, so dass der jeweilige Roboter 12 die auf beziehungsweise an dem Greiferplatz 16 angeordneten Greifer besonders schnell und einfach greifen kann. Dadurch kann der jeweilige Roboter 12 auf besonders einfache Weise mit dem jeweiligen Greifer ausgestattet werden. Ferner können neben den Robotern 12 Werkzeugplätze 28 angeordnet sein, auf beziehungsweise an welchen jeweilige, wahlweise über die jeweilige Verbindungseinrichtung auswechselbar an den jeweiligen Roboter befestigbare Werkzeuge zum Bearbeiten, insbesondere Fügen, der jeweiligen Bauelemente angeordnet sind. Dabei ist beispielsweise der jeweilige Werkzeugplatz als ein Drehtisch ausgebildet, so dass der jeweilige Roboter 12 auf besonders einfache Weise mit dem jeweiligen Werkzeug verbunden und somit versehen werden kann.
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4 zeigt in einer schematischen Perspektivansicht ein Fahrzeug 30, mittels welchem beispielsweise der jeweilige Werkzeugplatz 28 auf einfache Weise mit jeweiligen Werkzeugen bestückt werden kann. Hierzu umfasst das Fahrzeug 30 eine Fahreinheit 32 und eine an der Fahreinheit 32 gehaltene Robotereinheit 34. Die Robotereinheit 34 kann mit der Fahreinheit 32 gefahren werden. Auf diese Weise kann die Robotereinheit 34 mittels der Fahreinheit 32 beispielsweise zu einem Werkzeuglager und vom Werkzeuglager zurück zu der Arbeitsstation 10 gefahren werden. Die Robotereinheit 34 kann wenigstens ein oder mehrere Werkzeuge aus dem Werkzeuglager greifen, so dass das jeweilige Werkzeug aus dem Werkzeuglager mittels des Fahrzeugs 30 von dem Werkzeuglager zu der Arbeitsstation 10, insbesondere zu dem Werkzeugplatz 28, transportiert werden kann. Die Robotereinheit 34 kann das jeweilige, von dem Werkzeuglager zur Arbeitsstation 10 transportierte Werkzeug auf dem Werkzeugplatz 28 ablegen. Dadurch kann eine besonders hohe Anzahl an Werkzeugen realisiert werden, die an dem Werkzeugplatz 28 von dem jeweiligen Roboter 12 aufgenommen und an dem jeweiligen Roboter 12 reversibel lösbar befestigt werden kann.
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Hintergrund der Arbeitsstation ist, dass beispielsweise dann, wenn eine erste Bauvariante eines Fahrzeugs auf eine zweite Bauvariante folgt und wenn die Bauvarianten vergleichbare Geometrien haben, dass dann die nachfolgende erste Bauvariante mittels desselben Produktionssystems, aber mit der zusätzlichen multiflexiblen Geometriestation hergestellt werden kann, um beispielsweise bauvariantenspezifische Geometrien beziehungsweise Komponenten realisieren zu können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2008/0052895 A1 [0002]
- DE 102006030427 B3 [0002]
