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Die Erfindung betrifft eine Fertigungsstation zur Bearbeitung von Bauteilen, mit mehreren auswechselbaren Geometrievorrichtungen zum Aufspannen von unterschiedlichen Bauteilvarianten.
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Aus der
WO 92/19486 A1 ist bereits eine Fertigungsstation für Werkstücke, insbesondere Fahrzeugkarosserien, in einer Transferlinie bekannt. Zu beiden Seiten einer Bearbeitungsvorrichtung sind drehbare Trommelmagazine zur Aufnahme von unterschiedlichen als Spannrahmen ausgebildeten Geometrievorrichtungen zum Aufspannen der Werkstücke angeordnet. Durch eine den beiden Trommelmagazinen zugeordnete Transportvorrichtung wird ein in der Bearbeitungsvorrichtung verwendeter Spannrahmen in eines der beiden Trommelmagazine, welches eine freie Ladestelle aufweist, verfrachtet und anschließend wird aus dem anderen Magazin ein anderer Spannrahmen in die Bearbeitungsvorrichtung gebracht.
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Als nachteilig erweist sich hierbei der erhöhte Platz-/ Flächenbedarf für die beiden Trommelmagazine und für die für den Transport der Spannrahmen erforderliche Transporteinrichtung. Darüber hinaus lässt sich durch die beiden Trommeleinrichtungen nur eine begrenzte Anzahl an unterschiedlichen Spannrahmen bevorraten. Hierbei steht die Anzahl der bevorrateten Spannrahmen in unmittelbarem Zusammenhang mit dem erforderlichen Platzbedarf für die gesamte Fertigungsstation. Je mehr unterschiedliche Spannrahmen gespeichert werden sollen, desto mehr Flächenbedarf ist vorhanden. Außerdem erweist sich die unproduktive Stillstandzeit der Bearbeitungsvorrichtung während des Wechsels der Spannrahmen, also während des Transports des bisher verwendeten Spannrahmens in eines der Trommelmagazine, des Verfahrens der Transporteinrichtung zwischen den Trommelmagazinen und des anschließenden Transports eines neuen Spannrahmens in die Bearbeitungsvorrichtung ebenfalls als nachteilig.
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Die
DE 199 17 908 A1 beschreibt eine Anlage für den flexiblen Zusammenbau von Kfz-Karosserien, welche eine Bearbeitungsstation und eine Vielzahl von unterschiedlichen Spannrahmen umfasst, welche auf umlaufenden Transportbahnen verfahr- und der Bearbeitungsstation zuführbar sind.
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Hierbei erweist sich ebenfalls der erhöhte Platz- und Flächenbedarf für die auf Transportbahnen umlaufenden Spannrahmen als nachteilig. Darüber hinaus werden aufwendige und kostenintensive Transportsysteme, wie beispielsweise Elektrohängebahnen, Kettenförderer oder sonstige fahrerlose Transportsysteme benötigt, welche neben den hohen Anschaffungskosten auch einen hohen Energiebedarf haben.
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Eine weitere Montagestation zur Fertigung von Fahrzeugkarosserien, welche mehrere auswechselbare Spannrahmen umfasst, ist aus der
DE 696 21 443 T2 bekannt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Fertigungsstation der eingangs genannten Art zur Verfügung zu stellen, mittels welcher der Flächenbedarf und die Betriebsmittelinvestitionen sowie die Stillstandzeiten der Fertigungsstation bei einem Wechsel der zu bearbeitenden Bauteilvariante reduziert werden. Gleichzeitig soll die Flexibilität der Fertigungsstation im Hinblick auf die Anzahl an unterschiedlichen Bauteilvarianten erhöht werden.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Fertigungsstation gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
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Erfindungsgemäß ist also eine Fertigungsstation zur Bearbeitung von Bauteilen, mit mehreren auswechselbaren Geometrievorrichtungen zum Aufspannen von unterschiedlichen Bauteilvarianten vorgesehen, bei welcher die jeweiligen Geometrievorrichtungen mittels eines Drehtisches zwischen einer das jeweilige Bauteil lagegenau fixierenden Arbeitsposition und einer Bereitschaftsposition verfahrbar sind, wobei der Drehtisch zur gleichzeitigen Aufnahme einer in der Arbeitsposition angeordneten Geometrievorrichtung und einer in der Bereitschaftsposition angeordneten Geometrievorrichtung ausgestaltet ist und bei welcher die jeweiligen Geometrievorrichtungen mittels einer Regalbedieneinrichtung zwischen der Bereitschaftsposition und einer Lagerposition in einem Regal verfahrbar sind, wobei in dem Regal mehrere Geometrievorrichtungen vertikal übereinander anordbar sind.
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Durch die Kombination des Drehtisches mit dem Regal und der Regalbedieneinrichtung sind im Vergleich zu dem eingangs genannten Stand der Technik ein geringerer Flächenbedarf, ein geringerer Energiebedarf und geringere Investitionen für Betriebsmittel erforderlich. Durch den insgesamt zwei Geometrievorrichtungen aufnehmenden Drehtisch kann bei einem Wechsel der Bauteilvariante der Austausch der Geometrievorrichtung durch ein Verschwenken des Drehtisches besonders schnell, insbesondere innerhalb von wenigen Sekunden erfolgen. Dabei kann die Anordnung einer Geometrievorrichtung in der Bereitschaftsposition erfolgen, während sich eine andere Geometrievorrichtung in der Arbeitsposition auf dem Drehtisch befindet bzw. während das Bauteil in der Fertigungsstation bearbeitet wird. Hierdurch kann die Stillsandzeit der Fertigungsstation bei einem Wechsel der zu bearbeitenden Bauteilvariante erheblich verkürzt bzw. die Anlagenverfügbarkeit erhöht werden. Gleichzeitig kann die Flexibilität der Fertigungsstation im Hinblick auf die Anzahl an unterschiedlichen Bauteilvarianten erhöht werden, da die unterschiedlichen Geometrievorrichtungen in dem als Hochregal ausgebildeten Regal vertikal übereinander anordbar sind. Diese Flexibilität kann dadurch gesteigert werden, dass das Regal modular erweitert werden (kann) und dadurch zusätzliche Geometrievorrichtungen aufnehmen kann. Darüber hinaus können die in dem Regal angeordneten Geometrievorrichtungen während des Betriebs der Fertigungsstation durch andere Geometrievorrichtungen zur Bearbeitung weiterer Bauteilvarianten ausgetauscht werden. Weitere Vorteile der erfindungsgemäßen Fertigungsstation gegenüber den aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannten Fertigungsstationen sind die geringere Störanfälligkeit sowie ein wesentlich geringerer Steuerungsaufwand.
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Hierbei erweist es sich als besonders vorteilhaft, dass der Drehtisch um eine vertikale Achse verschwenkbar ist. Hierdurch bildet der Drehtisch eine horizontale Ablagefläche für die in der Bereitschaftsposition und der Arbeitsposition angeordneten Geometrievorrichtungen. Diese liegen schwerkraftbedingt auf der Ablagefläche des Drehtisches auf, wobei zur definierten Positionierung der jeweiligen Geometrievorrichtungen auf dem Drehtisch entsprechende Positioniereinrichtungen an den Geometrievorrichtungen und/oder an dem Drehtisch vorgesehen sein können.
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Eine besonders zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass die beiden auf dem Drehtisch angeordneten Geometrievorrichtungen einander diametral gegenüberliegend angeordnet sind. Durch die diametrale Anordnung der Geometrievorrichtungen in der Arbeitsposition und der Geometrievorrichtung in der Bereitschaftsposition kann der Wechsel der Geometrievorrichtungen zwischen der Arbeitsposition und der Bereitschaftsposition durch ein Verschwenken des Drehtisches um 180° erfolgen. Hierdurch kann ein Wechsel der Geometrievorrichtung bei einem Wechsel der zu fertigenden Bauteilvariante besonders schnell, insbesondere innerhalb weniger Sekunden erfolgen, sodass die Zeit für einen Geometrievorrichtungswechsel im Vergleich zu den bekannten Fertigungsstationen erheblich reduziert werden kann.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass das Regal mehrere vertikal übereinander angeordnete und voneinander beabstandete Ablagen für jeweils zumindest eine Geometrievorrichtung aufweist. Hierbei ist der Abstand der Ablagen relativ zueinander derart bemessen, dass die jeweilige Geometrievorrichtung mittels des Regalbediengeräts ohne Kollision mit dem Regal, mit einer anderen Ablage oder mit einer auf der Ablage angeordneten anderen Geometrievorrichtung auf einer unbesetzten Ablage des Regals abgelegt bzw. entnommen werden kann. Das Regal ist als Hochregal ausgebildet und umfasst ein Stahlgerüst, welches insbesondere in der Höhe erweiterbar ist. Die Ablagen werden beispielsweise durch am Regal angeordnete Kragträger gebildet, wobei jede Ablage zumindest zwei Kragträger umfasst. Alternativ können die Ablagen auch als Flächenelement bzw. Regalboden ausbildet sein.
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Hierbei hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, dass während des Transports der Geometrievorrichtung zwischen der Bereitschaftsposition und der Lagerposition zumindest eine von den mehreren vertikal übereinander angeordneten Ablagen des Regals unbesetzt ist. Hierdurch ist gewährleistet, dass eine in der Bereitschaftsposition auf dem Drehtisch angeordnete Geometrievorrichtung von dem Regalbediengerät aufgenommen und prozesssicher und schnell in dem Regal abgelegt werden kann, sodass das Regalbediengerät unmittelbar anschließend eine für die Bearbeitung einer anderen Bauteilvariante vorgesehene Geometrievorrichtung von einer anderen Ablage des Regals entnehmen und in der Bereitschaftsposition auf dem Drehtisch positionieren kann.
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Weiterhin ist vorgesehen, dass die Regalbedieneinrichtung ein horizontal und vertikal verfahrbares und die Geometrievorrichtung aufnehmendes Aufnahmeelement umfasst. Das Aufnahmeelement kann gabelförmig ausgebildet sein und zumindest zwei Gabelzinken aufweisen, auf welchen die jeweilige Geometrievorrichtung während des Transports zwischen der Bereitschaftsposition und der jeweiligen Lagerposition aufliegt. Die Regalbedieneinrichtung kann als vertikal verfahrbarer Hubbalken ausgebildet sein, welcher mit dem horizontal verfahrbaren Aufnahmeelement verbunden ist.
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Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal besteht darin, dass das Regal zumindest zwei separate Regaleinheiten umfasst, welche jeweils mehrere übereinander angeordnete Ablagen für jeweils zumindest eine Geometrievorrichtung aufweisen, wobei den beiden Regaleinheiten eine gemeinsame Regalbedieneinrichtung zugeordnet ist. Hierdurch kann die Anzahl an bevorrateten Geometrievorrichtungen erhöht werden, und zwar ohne dass weitere Investitionen im Hinblick auf eine weitere Regalbedieneinrichtung oder andere Transport- oder Förderelemente erforderlich sind.
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In diesem Fall erweist es sich als besonders zweckmäßig, dass die beiden separaten Regaleinheiten derart einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass sich zwischen diesen ein Zwischenraum ausbildet, in welchem die gemeinsame Regalbedieneinrichtung angeordnet ist. Hierdurch können die Geometrievorrichtungen besonders schnell auf den jeweiligen Ablagen der beiden Regaleinheiten abgelegt bzw. von diesen entnommen werden.
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Eine besonders praxisnahe Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass der Drehtisch derart relativ zu dem Regal angeordnet ist, dass die in der Bereitschaftsposition auf dem Drehtisch angeordnete Geometrievorrichtung fluchtend zu den vertikal übereinander angeordneten Geometrievorrichtungen im Regal ausgerichtet ist. Hierdurch wird gewährleistet, dass die jeweilige Geometrievorrichtung mittels des Regalbediengeräts in der Bereitschaftsposition auf dem Drehtisch abgelegt bzw. von diesem entnommen werden kann. Für den Transport der Geometrievorrichtungen zwischen dem Drehtisch und dem Regal sind also keine weiteren zwischengeschalteten Transport- oder Handhabungseinrichtungen erforderlich.
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Erfindungsgemäß ist außerdem vorgesehen, dass sämtliche der in der Arbeitsposition, in der Bereitschaftsposition und in der Lagerposition angeordnete Geometrievorrichtungen horizontal ausgerichtet sind. Hierdurch sind während des Verfahrens der Geometrievorrichtungen zwischen der Arbeitsposition, der Bereitschaftsposition und der jeweiligen Lagerposition keine Schwenkbewegungen der Geometrievorrichtungen um eine horizontale Achse, durch welche ein erhöhter Raumbedarf benötigt wird, erforderlich. Die Geometrievorrichtungen umfassen jeweils eine Grundplatte mit mehrere Spann- und Fixierelementen zum Aufspannen der zu bearbeitenden Bauteile bzw. Bauteilvarianten, wobei die Grundplatten der jeweiligen Geometrievorrichtung bei einer horizontalen Ausrichtung großflächig auf dem Drehtisch, auf der Ablage im Regal und auf dem Aufnahmeelement der Regalbedieneinrichtung aufliegen, sodass zusätzliche Fixierungen der Geometrievorrichtungen während des Transports oder der Lagerung nicht erforderlich sind.
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Alternativ können auch sämtliche der in der Arbeitsposition, in der Bereitschaftsposition und in der Lagerposition angeordnete Geometrievorrichtungen vertikal ausgerichtet sein. Auch hierbei sind während des Verfahrens der Geometrievorrichtung zwischen der Arbeits-, der Bereitschafts- und der jeweiligen Lagerposition keine Schwenkbewegungen um eine horizontale Achse erforderlich. Durch die vertikale Ausrichtung der Grundplatten der Geometrievorrichtungen wird der erforderliche Platzbedarf für die in der Lagerposition angeordneten Geometrievorrichtungen reduziert.
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Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
- 1 eine Fertigungsstation in einer perspektivischen Darstellung;
- 2 die in 1 dargestellte Fertigungsstation in einer Seitenansicht;
- 3 die in 1 dargestellte Fertigungsstation in einer Draufsicht;
- 4 ein Regal der Fertigungsstation in einer perspektivischen Darstellung;
- 5 ein Regalbediengerät in einer perspektivischen Darstellung.
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Anhand der 1 bis 5 wird nachfolgend die erfindungsgemäße Fertigungsstation 1 zur Bearbeitung von Bauteilen, welche eine Vielzahl von auswechselbaren Geometrievorrichtungen 2 zum Aufspannen von unterschiedlichen Bauteilvarianten umfasst, näher erläutert. Die Geometrievorrichtungen 2 weisen jeweils eine Grundplatte 3 auf, welche mit unterschiedlich angeordneten und ausgebildeten Positionier-, Spann- und Fixierelementen 4 zum Aufspannen der unterschiedlichen Bauteilvarianten ausgestattet sind. Die auch als Spannrahmen oder Spannvorrichtungen bezeichneten Geometrievorrichtungen 1 dienen der lagegenauen geometrischen Anordnung und Fixierung der Bauteile bzw. der das Bauteil bildenden Einzelteile während der Bearbeitung der Bauteile.
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Die Fertigungsstation 1 ist Bestandteil einer Fertigungsstraße, welche weitere nicht abgebildete Fertigungsstationen umfasst. Die dargestellte Fertigungsstation 1 ist als Fügestation ausgebildet und dient dazu, zugeführte Bauteile bzw. das Bauteil bildenden Einzelteile, insbesondere Seitenteile einer Fahrzeugkarosserie, mittels Schweißrobotern 5 zu verschweißen. Für den Transport der Bauteile zwischen der dargestellten Fertigungsstation 1 und nicht dargestellten benachbarten Fertigungsstationen ist in einer durch einen Richtungspfeil dargestellten Fertigungsrichtung 6 der Fertigungslinie vor und hinter der Fertigungsstation 1 jeweils ein Transportroboter 7 mit entsprechend ausgebildeten Greifeinrichtungen 8 für die Bauteile vorgesehen. Die Transportroboter 7 können in zugeordneten Schienen 9 translatorisch in Fertigungsrichtung 6 verfahren werden.
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Die in der Fertigungsstation 1 zu bearbeitenden Bauteile werden durch einen der beiden Transportroboter 7 in einer entsprechend ausgebildeten Geometrievorrichtung 2, welche in einer Arbeitsposition 10 angeordnet ist, abgelegt und von den Positionier-, Spann und Fixierelementen 4 der Geometrievorrichtung 2 aufgenommen und fixiert. Nach der Bearbeitung des fixierten Bauteils durch die Schweißroboter 5 wird das Bauteil mittels der Greifeinrichtung 8 des anderen der beiden Transportroboter 7 aus der Geometrievorrichtung 2 entnommen und der nachfolgenden Fertigungsstation zugeführt.
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Mittels der Fertigungsstation 1 können unterschiedliche Bauteile bzw. Bauteilvarianten, insbesondere unterschiedliche Seitenteile für unterschiedliche Fahrzugtypen bearbeitet bzw. geschweißt werden. Hierfür weist die Fertigungsstation 1 eine Vielzahl von Geometrievorrichtungen 2 auf, welche sich insbesondere hinsichtlich der Anordnung und Ausgestaltung der Positionier-, Spann- und Fixierelemente 4 unterscheiden.
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Für einen schnellen und prozesssicheren Wechsel der Geometrievorrichtungen 2 weist die Fertigungsstation 1 neben einer Vielzahl von Geometrievorrichtungen 2 einen Drehtisch 11, zumindest ein Regal 12 und eine Regalbedieneinrichtung 13 auf.
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Der um eine vertikale Achse 14 verschwenkbare Drehtisch 11 weist eine Ablagefläche 15 zur gleichzeitigen Aufnahme der in der Arbeitsposition 10 angeordneten Geometrievorrichtung 2 und einer in einer Bereitschaftsposition 16 angeordneten Geometrievorrichtung 2 für eine andere Bauteilvariante auf, wobei die beiden Geometrievorrichtungen 2 in der Arbeitsposition 10 und in der Bereitschaftsposition 16 einander diametral gegenüberliegend auf der Ablagefläche 15 des Drehtisches 11 angeordnet sind. Durch ein Verschwenken des Drehtisches 11 um die vertikale Achse 14 um 180° sind die beiden Geometrievorrichtungen 2 auf dem Drehtisch 11 zwischen der das Bauteil für die Bearbeitung lagegenau fixierenden Arbeitsposition 10 und der Bereitschaftsposition 16 verfahrbar, sodass der Wechsel der Geometrievorrichtungen 2 bei einem Wechsel der in der Fertigungsstation 1 zu bearbeitenden Bauteilvariante besonders schnell erfolgen kann. Die Schwenkbewegung 17 des Drehtisches 11 um die vertikale Achse 14 ist in den Figuren durch einen Richtungspfeil dargestellt.
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Mittels der dem Regal 12 zugeordneten Regalbedieneinrichtung 13 können die jeweiligen Geometrievorrichtungen 2 zwischen der Bereitschaftsposition 16 auf der Ablagefläche 15 des Drehtisches 11 und einer Lagerposition 18 in dem Regal 12 verfahren bzw. transportiert werden. Das Regal 12 besteht aus einem Stahlgerüst und ist zur Aufnahme einer Vielzahl von Geometrievorrichtungen 2 für unterschiedliche Bauteilvarianten ausgestaltet, wobei diese vertikal übereinander in dem Regal 12 anordbar sind. Hierfür weist das als Hochregal ausgebildete Regal 12 mehrere vertikal übereinander angeordnete Ablagen 19, insbesondere Kragträger, auf, auf welchen die Geometrievorrichtungen 2 in der Lagerposition 18 aufliegen.
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Die durch Verschwenken des Drehtisches 11 aus der Arbeitsposition 10 in die Bereitschaftsposition 16 überführte Geometrievorrichtung 2 kann anschließend durch die Regalbedieneinrichtung 13 von dem Drehtisch 11 aufgenommen und auf einer unbesetzten Ablage 19 des Regals 12 abgelegt werden. Hierfür weist die als Hubgerät bzw. Hubbalken ausgebildete Regalbedieneinrichtung 13 ein horizontal und vertikal verfahrbares Aufnahmeelement auf, auf welchem die jeweilige Geometrievorrichtung 2 während des Transports zwischen der Bereitschaftsposition 16 und der Lagerposition 18 aufliegt.
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Nach dem Ablegen der Geometrievorrichtung 2 auf einer unbesetzten Ablage 19 des Regals 12 wird eine andere Geometrievorrichtung 2 für eine weitere Bauteilvariante aus der Lagerposition 18 im Regal 12 aufgenommen und durch eine vertikale und horizontale Bewegung in der Bereitschaftsposition 16 auf dem Drehtisch 11 angeordnet, sodass diese bei einem erneuten Wechsel der zu bearbeitenden Bauteilvariante in die Arbeitsposition 10 verschwenkt werden kann.
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Der Drehtisch 11 ist hierbei derart relativ zu dem Regal 12 angeordnet, dass die in der Bereitschaftsposition 16 auf dem Drehtisch 11 angeordnete Geometrievorrichtung 2 fluchtend zu den vertikal übereinander angeordneten Geometrievorrichtungen 2 im Regal 12 ausgerichtet ist.
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Das Regal 12 kann, wie insbesondere in 4 gut zu erkennen ist, zwei separate Regaleinheiten 20 umfassen, welche jeweils mehrere übereinander angeordnete und als Regalböden ausgebildete Ablagen 19 für jeweils zumindest eine Geometrievorrichtung 2 aufweisen. Die beiden Regaleinheiten 20 sind dabei derart einander gegenüberliegend angeordnet, dass sich zwischen diesen ein Zwischenraum 21 ausbildet, in welchem die in 5 dargestellte Regalbedieneinrichtung 13 angeordnet ist.
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Wie in den 1 bis 5 dargestellt, sind sämtliche der in der Arbeitsposition 10, in der Bereitschaftsposition 16 und in der Lagerposition 18 angeordneten Geometrievorrichtungen 2 horizontal ausgerichtet. Hierdurch müssen die Geometrievorrichtungen 2 während des gesamten Prozesses lediglich um eine vertikale Achse 14 verschwenkt werden. Ein Verschwenken der Geometrievorrichtungen 2 um eine horizontale Achse ist nicht erforderlich.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fertigungsstation
- 2
- Geometrievorrichtung
- 3
- Grundplatte
- 4
- Positionier-, Spann- und Fixierelement
- 5
- Schweißroboter
- 6
- Fertigungsrichtung
- 7
- Transportroboter
- 8
- Greifeinrichtung
- 9
- Schiene
- 10
- Arbeitsposition
- 11
- Drehtisch
- 12
- Regal
- 13
- Regalbedieneinrichtung
- 14
- Achse
- 15
- Ablagefläche
- 16
- Bereitschaftsposition
- 17
- Schwenkbewegung
- 18
- Lagerposition
- 19
- Ablage
- 20
- Regaleinheit
- 21
- Zwischenraum
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 9219486 A1 [0002]
- DE 19917908 A1 [0004]
- DE 69621443 T2 [0006]
