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Die Erfindung betrifft einen Querträger für eine Tragstruktur gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.
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Aus der
EP 2 534 020 B1 ist bereits eine Werkzeugvorrichtung mit einer Tragstruktur bekannt, welche mehrere verschiedene Module trägt. Die Module weisen jeweils wenigstens ein Greifsystem auf.
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Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2004 007 226 A1 eine Vorrichtung zum Greifen einer Wabenstruktur aus Papier oder ähnlichem Material bekannt. Diese Wabenstrukturgreifvorrichtung umfasst eine Tragstruktur, an welcher einzelne Greifer angeordnet sind. Die Tragstruktur umfasst je zwei zueinander parallele Schienen, an welchen Greifer verschiebbar gelagert sind.
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In der Serienproduktion von Kraftfahrzeugen, insbesondere Kraftwagen, sind Kraftfahrzeugbauteile mittels Greifvorrichtungen aufzunehmen, während eines Transports zu halten und abzulegen. Diese Greifvorrichtungen sind üblicherweise an einer Tragstruktur gehalten. Diese Tragstruktur kann beispielsweise mittels eines Roboters bewegt werden. Um insbesondere schwere Kraftfahrzeugbauteile besonders sicher aufnehmen und transportieren zu können, ist es wichtig, dass die Tragstruktur besonders stabil ausgebildet ist.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es somit, einen Querträger für eine Tragstruktur zu schaffen, welcher sowohl ein besonders geringes Gewicht als auch eine besonders hohe Stabilität der Tragstruktur ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Querträger für eine Tragstruktur mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs gelöst. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche und der Beschreibung.
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Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft einen Querträger für eine Tragstruktur, mittels welcher eine Greifvorrichtung zu tragen ist. Mittels der Greifvorrichtung ist vorteilhafterweise wenigstens ein Kraftfahrzeugbauteil reversibel aufnehmbar, um das Kraftfahrzeugbauteil zu transportieren. Der Querträger umfasst wenigstens eine Aufnahmeeinrichtung, über welche der Querträger mit wenigstens einem Längsträger der Tragstruktur verbindbar ist. Die Tragstruktur umfasst somit den wenigstens einen Querträger sowie wenigstens einen mit dem Querträger verbundenen Längsträger. Um bei besonders hoher Stabilität der Tragstruktur eine gleichzeitig besonders gewichtsarme Tragstruktur zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass der Querträger aus einem Kunststoff additiv gefertigt ist. Hierbei ist der Querträger insbesondere einstückig ausgebildet. Um den Querträger herzustellen, kann dieser direkt aus dem Kunststoff 3D-gedruckt werden. Kunststoffe weisen im Vergleich zu Metallen eine besonders geringe Dichte auf, wodurch der Querträger besonders gewichtsarm ausgeführt werden kann. Darüber hinaus kann der Querträger aus dem Kunststoff besonders einfach und schnell additiv gefertigt werden.
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Es hat sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn der Querträger aus einem faserverstärkten Kunststoff gefertigt ist. Hierbei kann der Querträger beispielsweise aus einem kohlenstofffaserverstärkten Kunststoff und/oder aus einem glasfaserverstärkten Kunststoff additiv gefertigt sein. Des Weiteren kann es sich bei den den Kunststoff verstärkenden Fasern um Langfasern oder Kurzfasern handeln. Die den Kunststoff verstärkenden Fasern ermöglichen eine besonders hohe Robustheit des Querträgers. Hierdurch ist der Querträger besonders stabil und folglich insbesondere besonders langlebig.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Querträger eine den Querträger umlaufend begrenzende Außendecke aufweist, welche seitlich offen ausgebildet ist. Somit wird der Querträger von einer umlaufenden Bahn nach außen begrenzt, während Seitenflächen des Querträgers offen ausgebildet sein können. Alternativ kann der Querträger eine vollständig geschlossene Außenoberfläche aufweisen. Von der Außendecke wird der Querträger und insbesondere eine innere Struktur des Querträgers zusammengehalten. Hierdurch ist der Querträger besonders stabil ausgebildet.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn wenigstens ein Oberseitenbereich und ein Unterseitenbereich als Bereiche der Außendecke über eine nach außen von den Bereichen überdeckte Leichtbaustruktur des Querträgers miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass von der Außendecke die Leichtbaustruktur des Querträgers umlaufend umschlossen wird. Hierbei kann der Querträger wenigstens eine Seitenfläche aufweisen, welche frei von der Außendecke ist, wodurch die Leichtbaustruktur von außen einsehbar ist. Hierdurch ist der Querträger besonders materialarm und infolgedessen besonders gewichtsarm ausgebildet. Die Leichtbaustruktur ermöglicht zum einen eine besonders gewichtsarme Ausgestaltung des Querträgers und zum anderen eine besonders hohe Stabilität des Querträgers. Insbesondere kann die Leichtbaustruktur derart ausgebildet sein, dass die Leichtbaustruktur und/oder die Außendecke einen Hohlraum beziehungsweise eine nach außen geöffnete Materialaussparung zumindest bereichsweise begrenzen. Die Leichtbaustruktur kann beispielsweise in Form einer Schaumstruktur und/oder einer Gitterstruktur ausgebildet sein.
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Es hat sich als insbesondere vorteilhaft gezeigt, wenn die Bereiche der Außendecke über wenigstens eine Wellenbahn der Leichtbaustruktur miteinander verbunden sind. Das bedeutet, dass die Leichtbaustruktur die wenigstens eine Wellenbahn umfasst. Aneinander angrenzende Amplituden der Wellenbahn stehen insbesondere abwechselnd mit dem Oberseitenbereich und dem Unterseitenbereich der Außendecke in Kontakt. Die wellenförmige Ausgestaltung der Leichtbaustruktur ermöglicht somit eine besonders hohe Stabilität des Querträgers, indem die Wellenbahn besonders viele Verbindungen zwischen dem Oberseitenbereich und dem Unterseitenbereich der Außendecke schafft, wodurch eine besonders hohe Formstabilität des Querträgers gegeben ist. Die Wellenbahn weist insbesondere eine gleiche Breite wie die Außendecke auf, so dass die Außendecke und die Wellenbahn zur Seite hin bündig miteinander abschließen.
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Es hat sich als insbesondere vorteilhaft erwiesen, wenn die Leichtbaustruktur wenigstens zwei sich wenigstens einmal, insbesondere mehrmals, miteinander kreuzende Wellenbahnen umfasst. Insbesondere weisen die Wellenbahnen Transversalwellen auf, wobei die Transversalwellen der Wellenbahnen entlang ihrer Wellenausbreitungsrichtung um eine halbe Wellenlänge relativ zueinander versetzt sind. Hierbei können die Amplituden der sich kreuzenden Wellenbahnen parallel zueinander ausgerichtet sein. Aufgrund der Überkreuzungen können sich die Wellenbahn gegenseitig stützen, wodurch eine besonders hohe Stabilität der Leichtbaustruktur erreicht wird.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Querträger in seiner Längserstreckungsrichtung gebogen ausgebildet ist. Das bedeutet, dass der Querträger um eine sich parallel zur Längserstreckungsrichtung des wenigstens einen Längsträgers erstreckende Achse gekrümmt ausgebildet ist. Hierbei ist der Querträger insbesondere derart gekrümmt, dass dieser in seiner Anordnung an dem Längsträger in der Tragstruktur zu der Greifvorrichtung hin konkav gekrümmt ist. Dies ermöglicht eine besonders vorteilhafte und konturnahe Aufnahme von Kraftfahrzeugbauteilen, welche eine Krümmung aufweisen, mittels der Greifvorrichtung.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn der Querträger wenigstens eine Durchgangsöffnung aufweist, durch welche der Längsträger hindurch zu stecken ist, wodurch der Längsträger an eine die Durchgangsöffnung begrenzende Wandung des Querträgers anzulegen ist. Der Querträger weist somit wenigstens eine Durchgangsöffnung auf, durch welche der Längsträger hindurch steckbar ist, wodurch der Längsträger beispielsweise mit einem weiteren Längsträger über den Querträger quer verstrebbar ist. Der Längsträger ist somit in dessen durch die Durchgangsöffnung durchgesteckten Zustand im Bereich der Durchgangsöffnung von dem Querträger umschlossen, wodurch eine besonders stabile Verbindung zwischen dem Querträger und dem Längsträger herstellbar ist.
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In diesem Zusammenhang hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Wandung durch einen Bereich der Außendecke bereitgestellt wird, welcher eine insbesondere länglich ausgebildete Ausnehmung aufweist, insbesondere an seiner der Durchgangsöffnung abgewandten Seite, in welcher zum lokalen Versteifen des Querträgers eine Versteifungsplatte angeordnet ist. Die Versteifungsplatte erstreckt sich insbesondere über die gesamte Breite der Außendecke und somit entlang einer Längserstreckungsrichtung der Durchgangsöffnung über eine gesamte Höhe der Durchgangsöffnung. Die Versteifungsplatte kann insbesondere wenigstens eine Bohrung aufweisen, welche mit einer Bohrung in der Ausnehmung der Außendecke korrespondiert, so dass über die konzentrisch zueinander angeordneten Bohrungen der Versteifungsplatte und der Außendecke der in die Durchgangsöffnung eingesteckte Längsträger mit dem Querträger verschraubbar ist. Hierdurch kann eine besonders sichere Verbindung zwischen dem Längsträger und dem Querträger geschaffen werden. Insbesondere ist aufgrund der Versteifungsplatte der Querträger im Bereich der Durchgangsöffnung besonders stabil ausgebildet.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. 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.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1a-b eine schematische Perspektivansicht und eine Seitenansicht eines Querträgers für eine Tragstruktur, welcher zwei Durchgangsöffnungen aufweist, durch welche jeweils ein Längsträger der Tragstruktur hindurchsteckbar ist, um die Tragstruktur bereitzustellen; und
- 2 eine schematische Perspektivansicht einer Tragstruktur, welche zwei Längsträger und vier Querträger gemäß 1 umfasst, wobei die Querträger jeweils eine von einer umlaufenden Außendecke umschlossene Leichtbaustruktur aufweisen.
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In den 1a und 1b ist ein Querträger 1 einer Tragstruktur 2 dargestellt. Die Tragstruktur 2 ist in 2 gezeigt. Die Tragstruktur 2 ist dazu eingerichtet, wenigstens eine Greifvorrichtung 3 aufzunehmen, welche in 2 schematisch mit jeweils einem Kästchen gekennzeichnet ist. Mittels der Greifvorrichtungen 3, welche vorliegend an den Querträgern 1 gehalten sind, sind Kraftfahrzeugbauteile 4 aufnehmbar, um die Kraftfahrzeugbauteile 4 zu transportieren. Mittels der Greifvorrichtungen 3 sind somit die jeweiligen Kraftfahrzeugbauteile 4 aufnehmbar. Die Tragstruktur 2 ist insbesondere mittels eines Roboters aufnehmbar und bewegbar, wodurch die an den Greifvorrichtungen 3 gehaltenen Kraftfahrzeugbauteile 4 transportiert werden können. Somit bildet die Tragstruktur 2 einen sogenannten Back-Bone, an welchem die Greifvorrichtungen 3 gehalten werden können. Je schwerer die zu transportierenden Kraftfahrzeugbauteile 4 sind, desto stabiler hat die Tragstruktur 2 zu sein, um ein sicheres Transportieren der Kraftfahrzeugbauteile 4 zu ermöglichen.
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Vorliegend umfasst die Tragstruktur 2 zwei Längsträger 5, welche über vier Querträger 1 miteinander verbunden sind. Die Tragstruktur 2 ist somit als querverstrebtes Gerüst ausgebildet, an welchem die Greifvorrichtungen 3 gehalten sind. Die Querträger 1 bilden mit den Längsträgern 5 eine Flügeltragstruktur.
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Um eine besonders stabile und gewichtsarme Ausgestaltung der Tragstruktur 2 zu ermöglichen, ist es vorgesehen, dass der Querträger 1, welcher in 1a perspektivisch und in 1b in einer Seitenansicht dargestellt ist, aus einem Kunststoff additiv gefertigt ist. Insbesondere ist der Querträger 1 aus einem faserverstärkten Kunststoff, insbesondere aus einem mit Carbonfaser oder Glasfaser verstärkten Kunststoff hergestellt.
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Der Querträger 1 ist einstückig generativ gefertigt. Hierdurch ist der Querträger 1 schnell und flexibel herstellbar. Hierbei kann der Querträger 1 roboterbasiert durch Direktextrusion additiv gefertigt sein. Hierbei kann insbesondere eine besonders hohe Austreibungsleistung von ca. 5 kg/h bei zugleich besonders hohen mechanischen Eigenschaften und einem besonders geringen Materialpreis erreicht werden, wenn der Querträger 1 aus einem Seriengranulat gefertigt wird. Das additive Fertigen des Querträgers 1 aus dem Kunststoff hat den Vorteil, dass die Tragstruktur 2 ein besonders geringes Gewicht aufweist, In der additiven Fertigung ist der Querträger 1 besonders schnell und agil herstellbar. Es kann somit eine besonders geringe Taktzeit bei einer Herstellung von Robotertraglasthandhabungssystemen erreicht werden.
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Im Folgenden wird der Aufbau des Querträgers 1 detailliert beschrieben. Wie in den 1a und 1b erkannt werden kann, ist der Querträger 1 umlaufend durch eine Außendecke 6 begrenzt und zu seinen Seiten 7 offen ausgestaltet. Von der Außendecke 6 umschlossen ist eine Leichtbaustruktur 8. Die Leichtbaustruktur 8 begrenzt innerhalb des von der Außendecke 6 umschlossenen Volumens des Querträgers 1 materialfreie Bereiche des Querträgers 1. Die Leichtbaustruktur 8 umfasst vorliegend zwei Wellenbänder 9, welche sich in regelmäßigen Abständen miteinander kreuzen. Die jeweiligen Wellenbänder 9 stehen entlang ihrer Wellenausbreitungsrichtung 10 jeweils abwechselnd mit einander gegenüberliegenden Bereichen der Außendecke 6, insbesondere einem Oberseitenbereich 11 und einem Unterseitenbereich 12, in Kontakt. Vorliegend sind die Wellenbahnen 9 entlang der Wellenausbreitungsrichtung 10, welche für die beiden Wellenbahnen 9 parallel verläuft, um ca. eine halbe Wellenlänge relativ zueinander versetzt. Darüber hinaus ist der Querträger 1 aufgrund von dessen Leichtbaustruktur 8 aus besonders wenig Material gefertigt und weist gleichzeitig eine besonders hohe Robustheit und Stabilität sowie eine besonders hohe Flexibilität auf. Alternativ zur Ausgestaltung der Leichtbaustruktur 8 aus den sich kreuzenden Wellenbahnen 9 kann die Leichtbaustruktur 8 durch ein Geflecht gebildet werden.
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Der Querträger 1 weist vorliegend zwei Durchgangsöffnungen 13 auf, welche zumindest bereichsweise von der Außendecke 6 begrenzt werden. Die Durchgangsöffnungen 13 sind in ihrer Innenkontur an eine Außenkontur der Längsträger 5 der Tragstruktur 2 angepasst. Bei einem Hindurchstecken der Längsträger 5 durch eine jeweilige zugeordnete Durchgangsöffnung 13 des Querträgers 1 sind somit die die jeweilige Durchgangsöffnung 13 begrenzenden Wandungen zumindest bereichsweise an die Außenkontur des Längsträgers 5 anlegbar. Insbesondere der die jeweilige Durchgangsöffnung 13 begrenzende Bereich der Außendecke 6 liegt in Kontakt mit dem jeweiligen durch die zugeordnete Durchgangsöffnung 13 hindurchgesteckten Längsträger 5. Vorliegend sind die Durchgangsöffnungen 13 in ihrem Querschnitt zumindest im Wesentlichen polygonförmig, vorliegend hexagonförmig ausgebildet. Die Längsträger 5 weisen vorliegend ebenfalls einen polygonförmigen, insbesondere hexagonförmigen Querschnitt auf. Um die Durchgangsöffnungen 13 bereitstellen zu können, ist die Außendecke 6 im Bereich der Durchgangsöffnungen 13 nach außen gewölbt. Um diese nach außen gewölbten Bereiche weist die Außendecke 6 eine jeder der Durchgangsöffnungen 13 zugeordnete Ausnehmung 14 auf. Die Ausnehmung 14 ist als sich über eine gesamte Breite des Querträgers 1 erstreckende Kerbe ausgebildet. In die Ausnehmungen 14 sind jeweilige Versteifungsplatten 15 eingelegt, mittels welchen der Querträger 1 insbesondere im Bereich der Durchgangsöffnungen 13 versteift ist. Die die Durchgangsöffnungen 13 begrenzenden Wandungen des Querträgers 1 bilden eine Aufnahmeeinrichtung für die Längsträger 5.
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Der Querträger 1 ist konkav zu den aufzunehmenden Kraftfahrzeugbauteilen 4 hin gekrümmt ausgebildet. Hierdurch bilden die Querträger 1 mit den Längsträgern 5 eine Flügeltragstruktur mit zu den aufzunehmenden Kraftfahrzeugbauteilen 4 gebogenen Querträgerenden. Die gebogenen Querträger 1 ermöglichen ein besonders einfaches und kontrolliertes Aufnehmen von gekrümmten Kraftfahrzeugbauteilen 4.
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Wie in 1b besonders gut erkannt werden kann, weist der Querträger 1 vorliegend vier Anlageflächen 16 auf, über welche die Greifvorrichtungen 3 an dem Querträger 1 befestigbar sind. Vorliegend sind sämtliche Anlageflächen 16 in dem Unterseitenbereich 12 des Querträgers 1 angeordnet.
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Insgesamt zeigt die Erfindung, wie ein besonders leichter und stabiler Backbone für einen Greifer geschaffen werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Querträger
- 2
- Tragstruktur
- 3
- Greifvorrichtung
- 4
- Kraftfahrzeugbauteil
- 5
- Längsträger
- 6
- Außendecke
- 7
- Seite
- 8
- Leichtbaustruktur
- 9
- Wellenbahn
- 10
- Wellenausbreitungsrichtung
- 11
- Oberseitenbereich
- 12
- Unterseitenbereich
- 13
- Durchgangsöffnung
- 14
- Ausnehmung
- 15
- Versteifungsplatte
- 16
- Anlagefläche
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 2534020 B1 [0002]
- DE 102004007226 A1 [0003]
