DE102020001963B4

DE102020001963B4 - Fertigungszelle mit Werkstückrückführung und Betriebsverfahren hierzu

Info

Publication number: DE102020001963B4
Application number: DE102020001963.3A
Authority: DE
Inventors: Günther Zimmer; Martin Zimmer
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-03-27
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2021-12-30
Anticipated expiration: 2040-03-28
Also published as: US20240261922A1; WO2021190681A1; BR112022019464A2; EP4126447A1; DE102020001963A1; CA3173595A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Fertigungszelle mit einer mindestens einen Werkstückwagen aufweisenden Werkstückfördervorrichtung, mit mindestens einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung und mit einer Werkstückübergabestation, wobei ein bereitgestelltes Werkstück mittels des Werkstückwagens zu der Werkstückbearbeitungsstation und von dort an die Werkstückübergabestation förderbar ist sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks in einer derartigen Fertigungszelle. Die Fertigungszelle hat eine an der Werkstückübergabestation angeordnete Werkstückkippvorrichtung und weist eine Werkstückrückführvorrichtung mit einem Werkstückzwischenspeicher auf. An der Werkstückübergabestation ist ein Werkstück mittels der Werkstückkippvorrichtung an die Werkstückrückführvorrichtung übergebbar und dieses Werkstück ist in den Werkstückzwischenspeicher förderbar. Das Werkstück ist aus dem Werkstückzwischenspeicher entnehmbar und der Werkstückfördervorrichtung bereitstellbar.
Mit der vorliegenden Erfindung werden die Einsatzmöglichkeiten einer Fertigungszelle erweitert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Fertigungszelle mit einer mindestens einen Werkstückwagen aufweisenden Werkstückfördervorrichtung, mit mindestens einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung und mit einer Werkstückübergabestation, wobei ein bereitgestelltes Werkstück mittels des Werkstückwagens zu der Werkstückbearbeitungsvorrichtung und von dort an die Werkstückübergabestation förderbar ist sowie ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks in einer derartigen Fertigungszelle.
Aus der DE 10 2017 012 077 A1 ist eine derartige Fertigungszelle bekannt, mit der ein Werkstück bearbeitbar ist.
Die DE 10 2014 217 157 A1 offenbart eine Fräsanlage zur beidseitigen Bearbeitung von auf Paletten aufgespannten Aluminiumbarren. Zum Drehen der Aluminiumbarren werden diese mittels einer Zange von der Palette abgehoben.
Gemäß der DE 10 2004 016 071 A1 wird ein einseitig bearbeitetes Werkstück mittels eines Handhabungsroboters von einem Werkstückträger abgehoben und zum Bearbeiten der Rückseite wieder auf demselben Werkstückträger abgelegt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, die Einsatzmöglichkeiten einer Fertigungszelle zu erweitern.
Diese Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches sowie des Nebenanspruches 10 gelöst. Dazu hat die Fertigungszelle eine an der Werkstückübergabestation angeordnete Werkstückkippvorrichtung und weist eine Werkstückrückführvorrichtung mit einem Werkstückzwischenspeicher auf. An der Werkstückübergabestation ist ein Werkstück mittels der Werkstückkippvorrichtung an die Werkstückrückführvorrichtung übergebbar und dieses Werkstück ist in den Werkstückzwischenspeicher förderbar. Das Werkstück ist aus dem Werkstückzwischenspeicher entnehmbar und der Werkstückfördervorrichtung bereitstellbar.
Bei der Bearbeitung wird das Werkstück nach dem ersten Bereitstellen mittels des Werkstückwagens zu der Werkstückbearbeitungsvorrichtung gefördert. An der Werkstückbearbeitungsvorrichtung wird das Werkstück auf seiner Werkstückoberseite bearbeitet. Das Werkstück wird mittels des Werkstückwagens von der Werkstückbearbeitungsvorrichtung an die Werkstückübergabestation gefördert. An der Werkstückübergabestation wird das Werkstück mittels der Werkstückkippvorrichtung an die Werkstückrückführvorrichtung übergeben und dieses Werkstück wird in den Werkstückzwischenspeicher gefördert. Das Werkstück wird aus dem Werkstückzwischenspeicher entnommen. Nach einem zweiten Bereitstellen wird das Werkstück auf seiner Werkstückunterseite bearbeitet.
Die beschriebene Fertigungszelle ermöglicht eine beidseitige Bearbeitung eines z.B. plattenförmigen Werkstücks. Das zunächst aus dem Magazin entnommene Rohteil des Werkstücks wird mittels der Werkstückzuführvorrichtung an die Werkstückfördervorrichtung übergeben. Die Werkstückfördervorrichtung fördert das Werkstück zu mindestens einer Bearbeitungsstation und von dort zur Werkstückübergabestation. Die Werkstückfördervorrichtung hat hierfür Werkstückwagen, die das Werkstück mittels einer Werkstückspannvorrichtung aufnehmen. Anschließend verfahren die Werkstückwagen einzeln oder in Gruppen gesteuert das Werkstück in der Förderrichtung.
In der Werkstückübergabestation kann das zumindest teilweise bearbeitete Werkstück entweder aus der Fertigungszelle entnommen werden oder zur weiteren Bearbeitung zurückgeführt werden. Für den letztgenannten Vorgang ist an der Werkstückübergabestation eine Werkstückkippvorrichtung angeordnet. Die Werkstückkippvorrichtung kippt das Werkstück, sodass seine Unterseite greifbar ist. Das Werkstück wird von der Werkstückrückführvorrichtung übernommen und in den Werkstückzwischenspeicher gefördert. Die Werkstückzuführvorrichtung greift das im Werkstückzwischenspeicher stehende Werkstück und übergibt es an die Werkstückfördervorrichtung. Anschließend kann die Unterseite des Werkstücks an den genannten Bearbeitungsstationen bearbeitet werden.
Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.

1: Fertigungszelle;
2: Detail der Werkstückbereitstellung;
3: Querschnitt der Fertigungszelle;
4: Detail der Werkstückübergabestation;
5: Werkstückkippvorrichtung im Grundzustand;
6: Werkstückkippvorrichtung im gekippten Zustand;
7: Werkstückwagen;
8: Werkstückrückführvorrichtung;
9: Detail der Werkstückrückführvorrichtung;
10: Variante der Werkstückrückführvorrichtung.

Die 1 - 9 zeigen eine Fertigungszelle (10). Derartige Fertigungszellen (10) werden eingesetzt zur teilweisen Bearbeitung oder zur Komplettbearbeitung von Werkstücken (1; 2). Das einzelne, unbearbeitete Werkstück (1; 2) wird einem Magazin (11) entnommen und nach erfolgter Bearbeitung an einer Abholstation (101) einer Werkstückübergabestation (100) abgelegt. Die Abholstation (101) ist im Ausführungsbeispiel räumlich getrennt vom Magazin (11) angeordnet. Es ist aber auch denkbar, die Abholstation (101) neben dem Magazin (11) anzuordnen.
In der dargestellten Fertigungszelle (10) wird das zu bearbeitende Werkstück (1; 2) als Rohteil mittels einer Werkstückzuführvorrichtung (20) aus dem Magazin (11) entnommen und zur Bearbeitung bereitgestellt, vgl. die 1 und 2. Das Magazin (11) kann einen oder mehrere Werkstückstapel aufweisen. Die Werkstückzuführvorrichtung (20) hat im Ausführungsbeispiel einen Handhabungsroboter (21). Dieser Handhabungsroboter (21) ist z.B. um eine vertikal orientierte Achse (22) schwenkbar. Er hat einen um mindestens zwei Achsen schwenkbaren Greifarm (23) sowie einen relativ hierzu schwenkbaren Schwenkkopf (24). Die am Schwenkkopf (24) angeordnete Greifvorrichtung (25) hat im Ausführungsbeispiel vier Saugbalken (26) zum Greifen des Werkstücks (1; 2). Zur Aufnahme eines Werkstücks (1; 2) werden diese Saugbalken (26) mit Unterdruck beaufschlagt. Sie nehmen das Werkstück (1; 2) an der Werkstückoberseite (3) auf. Zum Ablegen des Werkstücks (1; 2) wird der Druck wieder an den Umgebungsdruck angepasst.
Auch eine manuelle oder halbmanuelle Werkstückzuführung ist denkbar. Hierbei hebt ein Bediener ein zu bearbeitendes Werkstück (1; 2) von einem Stapel auf und legt es auf dem Werkstücktisch (32) im Bereitstellungsbereich (12) ab. Dies kann ohne oder mit Hilfe eines Hebezeugs erfolgen.
Das einzelne Werkstück (1; 2) ist in diesem Ausführungsbeispiel plattenartig ausgebildet. Beispielsweise ist es eine Holzplatte für den Möbelbau. Sie hat z.B. eine Länge zwischen einem Meter und drei Metern, eine Breite zwischen 0,5 Metern und 1,5 Metern und eine Dicke zwischen 0,01 Metern und 0,05 Metern. Das Werkstück (1; 2) kann jedoch auch aus einem anderen Werkstoff bestehen. Dies kann ein Verbundwerkstoff, Aluminium, Stahl oder ein anderer mittels spanender Bearbeitung bearbeitbarer Werkstoff sein.
Die Fertigungszelle (10) umfasst eine Werkzeugmaschine (30). Diese hat ein Gestell (31) mit einem Maschinentisch (32), eine Werkstückfördervorrichtung (41) und z.B. zwei Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81, 91). Auch eine Ausführung mit einer oder mit mehr als zwei Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81; 91) ist denkbar. Das Gestell (31) ist im Ausführungsbeispiel eine auf dem Hallenboden stehende Stahlstützkonstruktion. Auf dem Gestell (31) ist der ebene Maschinentisch (32) angeordnet. Im Ausführungsbeispiel besteht der Maschinentisch (32) aus einer Gleitbahn (33) und einer an diese anschließende Rollenbahn (34). Die Rollenbahn (34) kann angetriebene Rollen aufweisen. Gegebenenfalls kann der gesamte Maschinentisch (32) auch als Rollenbahn oder als Bürstenbahn ausgebildet sein. Die Länge des Maschinentischs (32) in der Längsrichtung (5) entspricht der Länge des Gestells (31).
An einer Längsseite des Gestells (31) ist eine Führung (42) der Werkstückfördervorrichtung (41) angeordnet. Die Führung (42) umfasst zwei zueinander parallele, sowohl in der Querrichtung (6) als auch in der Höhenrichtung (7) zueinander versetzte Führungsgruppen (43, 47). Jede der Führungsgruppen (43; 47) hat eine in der Längsrichtung (5) orientierte Werkstückwagen-Führungsschiene (44) und parallel hierzu eine elektrische Leiterbahnengruppe (45). Die jeweilige Werkstückwagen-Führungsschiene (44) hat ein obenliegendes Tragprofil. Parallel zur Werkstückwagen-Führungsschiene (44) ist jeweils eine Zahnstange (46) am Gestell (31) angeordnet.
An beiden Enden der Führung (42) sind Werkstückwagen-Hubvorrichtungen (51; 57) angeordnet. Diese haben jeweils einen Hubschlitten (52), der zwischen der oberen Führungsgruppe (43) und der unteren Führungsgruppe (47) verfahrbar ist. Der Hubschlitten (42) wird beispielsweise mittels einer z.B. elektromotorisch angetriebenen Hubspindel verfahren. Er verfährt hierbei entlang einer Hubrampe (53).
Der einzelne Hubschlitten (52) hat einen Führungsschienenabschnitt (54), einen Zahnstangenabschnitt (56) und einen Abschnitt der elektrischen Leiterbahngruppe (55). Die Länge der jeweiligen Abschnitte (54 - 56) betragen im Ausführungsbeispiel jeweils 2,5 % der Länge der Führung (42). Der Führungsschienenabschnitt (54), der Zahnstangenabschnitt (56) und der Abschnitt der elektrischen Leiterbahnen (55) sind jeweils so ausgebildet wie die entsprechenden Bauteile der Führungsgruppen (43, 47).
Die Werkstückfördervorrichtung (41) umfasst weiterhin eine Vielzahl von Werkstückwagen (61). Diese Werkstückwagen (61) sind beispielsweise einander identisch aufgebaut. Jeder dieser Werkstückwagen (61) ist entlang jeder der Führungsgruppen (43; 47) und der Werkstückwagen-Hubvorrichtungen (51; 57) verfahrbar. Jeder einzelne Werkstückwagen (61) ist einzeln ansteuerbar. Er kann in der Längsrichtung (5) sowohl in der Förderrichtung (15) als auch in die entgegen der Förderrichtung (15) orientierte Rückführrichtung (16) verfahren.
Der einzelne Werkstückwagen (61), vgl. 7, verfügt über eine Führungseinheit (62), eine Antriebseinheit (64) und eine Greifeinheit (71). Diese genannten Einheiten (62, 64, 71) sind in einem gemeinsamen Gehäuse (75) angeordnet. Die Führungseinheit (62) umfasst einen Kugelumlaufschuh (63), der bei an der Werkzeugmaschine (30) montiertem Werkstückwagen (61) die Werkstückwagen-Führungsschiene (44; 54) umgreift.
Die Antriebseinheit (64) verfügt über eine Energie- und Signalversorgung (65). Diese liegt bei an der Werkzeugmaschine (30) eingesetzten Werkstückwagen (61) federbelastet an der jeweiligen gestellseitigen elektrischen Leiterbahngruppe (45; 55) an. Ein im Werkstückwagen (61) angeordneter Antriebsmotor (66) treibt ein Antriebsrad (67) an. Dieses Antriebsrad (67) kämmt bei an der Werkzeugmaschine (30) eingesetztem Werkstückwagen (61) mit der Zahnstange (46; 56).
Die Greifeinheit (71) ist oberhalb der Führungseinheit (62) angeordnet. Sie umfasst eine Parallelgreifvorrichtung (72) mit zwei relativ zueinander beweglichen Klemmbacken (73, 74). Im Ausführungsbeispiel sind beide Klemmbacken (73, 74) relativ zum Gehäuse (75) des Werkstückwagens (61) verfahrbar. Die Öffnungs- und Schließrichtung der Parallelgreifvorrichtung (72) ist in der Höhenrichtung (7) orientiert. Auch eine Höhenverstellung der gesamten Greifeinheit (71) relativ zur Führungseinheit (62) ist denkbar. Hierbei können auch beide Klemmbacken (73, 74) einzeln angetrieben höhenverstellbar sein. Die Greifeinheit (71) kann auch asymmetrisch ausgebildet sein. So kann beispielsweise die untere Klemmbacke (73) einen geringeren Hub aufweisen als die obere Klemmbacke (74).
Die beiden Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81, 91) der dargestellten Werkzeugmaschine (30) sind in der Längsrichtung (5) hintereinander angeordnete Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81, 91). Jede der Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81; 91) hat im Ausführungsbeispiel ein auf dem Hallenboden stehendes Portal (82). Das einzelne Portal (82) hat einen in Querrichtung (6) orientierten u-förmigen Portalträger (83), vgl. 3. Der jeweilige Portalträger (83) hat einen obenliegenden Zentralbalken (84), der beispielsweise zwei Werkzeugeinheiten (92, 93) trägt. Hierfür hat der Zentralbalken (84) in Querrichtung (6) verlaufende Trag- und Führungsschienen (85). Jede der dargestellten Werkzeugeinheiten (92; 93) ist auf diesen Trag- und Führungsschienen (85) mittels eines Kreuzschlittens (94) gelagert. Die einzelne Werkzeugeinheit (92; 93) ist damit in Querrichtung (6) und in der normal zur Förderebene orientierten Höhenrichtung (7) verfahrbar. Es ist auch denkbar, die einzelne Werkzeugeinheit (92; 93) relativ zum Zentralbalken (84) in der Längsrichtung (5) zu verfahren.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellten Werkzeugeinheiten (92; 93) tragen jeweils eine Vielzahl von Werkzeugen (95). Dies sind beispielsweise Bohr-, Fräs- und Sägewerkzeuge verschiedener Nennabmessungen. Mindestens ein Werkzeugwechsler dient zum Werkzeugaustausch. Zum rotatorischen und/oder axial orientierten Werkzeugantrieb verfügt die Werkzeugeinheit über mindestens einen Werkzeugantriebsmotor.
An dem der Werkstückzuführvorrichtung (20) abgewandten Ende der Werkzeugmaschine (30) befindet sich in den Darstellungen der 1 und 4 die Werkstückübergabestation (100). Die Werkstückübergabestation (100) umfasst eine Werkstückkippvorrichtung (111) und die ihr in der Förderrichtung (15) nachgeschaltete Abholstation (101). Die Werkstückkippvorrichtung (111) ist auf der der Werkstückfördervorrichtung (41) abgewandten Seite der Werkzeugmaschine (30) angeordnet.
Die Werkstückkippvorrichtung (111) weist einen neben dem Gestell (31) angeordneten Tragrahmen (112) mit einer Schwenkvorrichtung (113) auf, vgl. die 5 und 6. Der Tragrahmen (112) kann auch am Gestell (31) der Werkzeugmaschine (30) befestigt sein. Auf dem Tragrahmen (112) ist ein in der Querrichtung (6) verfahrbarer Querschlitten (114) gelagert. Dieser Querschlitten (114) wird mittels eines z.B. stufenlos positionierbaren Positionierzylinders (115) angetrieben. Der Querschlitten (114) trägt eine Schwenklagerung (116) und einen Schwenkzylinder (117). Der Schwenkzylinder (117) ist in einem Schwenkzapfen (118) am Querschlitten (114) schwenkbar gelagert. Der z.B. hydraulisch betätigte Schwenkzylinder (117) hat eine Kolbenstange (119), die an einem Schwenkarm (121) der Schwenklagerung (116) gelagert ist. Auch eine andere Ausbildung des Schwenkantriebs ist denkbar. Beispielsweise kann ein Elektromotor eingesetzt werden. Die Schwenkachse (122) der Schwenklagerung (116) ist in der Längsrichtung (5) orientiert.
Die Schwenklagerung (116) trägt einen Schwenkrahmen (131). Dieser ist rechenartig aufgebaut. Er hat normal zur Schwenkachse (122) auskragende Zinken (132), die im Bereich der Schwenklagerung (116) mittels eines Zinkenträgers (133) verbunden sind..Der Zinkenträger (133) bildet eine in der Längsrichtung (5) orientierte Anschlagsleiste (134). In einer waagerechten Endlage (123) des Schwenkrahmens (131), vgl. 5, liegen die Zinken (132) zwischen den Rollen (35) der Rollenbahn (34). In der in den 1, 3, 4, und 6 dargestellten geschwenkten Endlage (124) ist der Schwenkrahmen (131) z.B. um einen Winkel von 110 Grad um die Schwenkachse (122) geschwenkt.
Der Schwenkrahmen (131) kann eine Querfördervorrichtung aufweisen. Dies ist z.B. ein Fördergurt, der beispielsweise an einer zentralen Zinke (132) angeordnet ist. Auch ist es denkbar, z.B. an einer oder mehreren Zinken (132) angetriebene Förderrollen anzuordnen. Die Drehachsen dieser Förderrollen sind dann in der Längsrichtung (5) orientiert. Es ist auch denkbar, an den Zinken (132) einen in Richtung der Schwenkachse (122) wirkenden Werkstückschieber anzuordnen. Auch kann der Schwenkrahmen (131) eine abschwenkbare Anschlagleiste (134) haben.
Zwei auf dem Querschlitten (114) befestigte Anschlagstützen (125) begrenzen die Schwenkbewegung des Schwenkrahmens (131) in der waagerechten Endlage (123). Zwei weitere Anschläge (126) begrenzen die geschwenkte Endlage (124) des Schwenkrahmens (131).
Parallel zum Gestell (31) ist eine Werkstückrückführvorrichtung (140) angeordnet. Die Werkstückrückführvorrichtung (140) ist materialflussmäßig an die Werkstückübergabestation (100) angeschlossen. Die Werkstückrückführvorrichtung (140) hat ein Stützgestell (141) und mindestens zwei hintereinander angeordnete Gurtbandförderer (151; 157). Das Stützgestell (141) ist im Ausführungsbeispiel um einen Winkel von 10 Grad zur Vertikalen geneigt, vgl. die 8 und 9. Es hat eine Vielzahl von Stützrollen (142), deren Drehachsen in dem genannten Winkel zur Vertikalen geneigt sind. Im Stützgestell (141) sind weiterhin Näherungsschalter (143) angeordnet, die z.B. bei beladener Werkstückrückführvorrichtung (140) bedämpft sind.
Der einzelne Gurtbandförderer (151; 157) hat einen Antriebsmotor (152), der eine Antriebstrommel (153) antreibt. Dies ist beispielsweise eine Zahnriemenscheibe (153). Ein Fördergurt (154) in der Bauform eines Zahnriemengurts (154) umschlingt die Antriebstrommel (153) und eine Spanntrommel (155). Zusätzlich können Stütz- und/oder Spannrollen angeordnet sein. Der einzelne Gurtbandförderer (151; 157) hat im Ausführungsbeispiel ein Weg- und/oder Winkelmesssystem. Dies erlaubt beispielsweise eine werkstückabhängige Positionierung des Zahnriemengurts (154). Der einzelne Gurtbandförderer (151; 157) ist damit für unstetiges Fördern einsetzbar. An beiden Seiten des einzelnen Gurtbandförderers (151; 157) sind im Ausführungsbeispiel Führungsleisten (156) angeordnet. Diese überragen den Obertrum beispielsweise um 5 Millimeter.
Der Fördergurt (154) kann auch muldenförmig geführt sein. Hierbei ist die Mulde als in der Längsrichtung (5) orientierte Längsrinne ausgebildet. Im Bereich der Antriebstrommel (153) ist der Obertrum des Fördergurtes (154) als Einmuldung geführt. Die Ausmuldung erfolgt im Obertrum kurz vor dem Erreichen der Spanntrommel (155). Die Innenseite dieses Fördergurts (154) kann eine in Querrichtung unterbrochene Verzahnung aufweisen. Beispielsweise ist der Bereich der stärksten Muldung verzahnungsfrei ausgebildet. Es ist auch denkbar, einen Gurtbandförderer (151; 157) mit zwei V-förmig angeordneten Fördergurten (154) auszubilden.
Bei der Bereitstellung des einzelnen Werkstücks (1; 2) wird dieses so an einen oder mehrere Werkstückwagen (61) platziert, dass es oberhalb der unteren Klemmbacken (73) liegt. Die Parallelgreifvorrichtung (72) wird geschlossen. Hierbei kann die Lage des Werkstücks (1; 2) in der Längsrichtung (5) z.B. mittels einer Prüfvorrichtung ermittelt oder kontrolliert werden. Hieraus ergibt sich die Lage des Werkstücks (1; 2) relativ zu den Werkstückwagen (61).
Der oder die Werkstückwagen (61) verfahren das Werkstück (1; 2) in der in der Längsrichtung (5) orientierten Förderrichtung (15) z.B. zur ersten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81). Hier werden beispielsweise werkstückspezifische Fräs- und Bohrbearbeitungen durchgeführt. Während der Bearbeitung kann das Werkstück (1; 2) mittels der Werkstückwagen (61) in den Längsrichtungen (5) verfahren werden. Die einzelne Werkzeugeinheit (92; 93) ist in der Querrichtung (6) und in der Höhenrichtung (7) relativ zum Werkstück (1; 2) verfahrbar. Beispielsweise bei einer Bohrbearbeitung wird die Eindringtiefe des Werkzeugs in das Werkstück (1; 2) auf 60 % der Werkstückdicke begrenzt. Auch ist es denkbar, für eine Bohrbearbeitung unter dem Werkstück einen Gegenhalter oder eine verlorene Platte einzusetzen.
Sobald das erste Werkstück (1; 2) im Arbeitsbereich der ersten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81) ist, kann ein nächstes Werkstück (2; 1) bereitgestellt werden. Dieses zweite Werkstück (2; 1) wird von weiteren Werkstückwagen (61) aufgenommen und gefördert. Das zweite Werkstück (2; 1) kann andere Abmessungen haben als das erste Werkstück (1; 2). Auch die vorhergesehenen werkstückspezifischen Bearbeitungen können sich von denen des ersten Werkstücks (1; 2) unterscheiden.
Nach Beendigung der Bearbeitung an der ersten Bearbeitungsstation, also an der ersten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81), wird das Werkstück (1; 2) mittels der Werkstückwagen (61) in der Förderrichtung (15) an die zweite Werkstückbearbeitungsvorrichtung (91) gefördert. Die Bearbeitung an der zweiten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (91) erfolgt analog zur Bearbeitung an der ersten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81). Die Fertigungszelle (10) kann auch mit einer oder mit mehr als zwei Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81; 91) ausgerüstet sein. Anstatt an den dargestellten Portalen (82) können die Werkzeugeinheiten (92; 93) auch an Industrierobotern angeordnet sein.
Sobald das erste Werkstück (1; 2) den Arbeitsraum der ersten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81) verlassen hat, kann das zweite Werkstück (2; 1) in den Arbeitsraum der ersten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81) gefördert werden.
Nach Abschluss der Bearbeitung an der zweiten Werkstückbearbeitungsvorrichtung (91) wird das Werkstück (1; 2) an die Werkstückübergabestation (100) gefördert. Falls das Werkstück (1; 2) bereits vollständig bearbeitet ist, wird es an der Abholstation (101) abgelegt. Zum Ablegen des Werkstücks öffnen die Parallelgreifvorrichtungen (72) der Werkstückwagen (61). Die leeren Werkstückwagen (61) verfahren nun in der Förderrichtung (15) weiter in den Führungsschienenabschnitt (54) der Werkstückwagen-Hubvorrichtung (51). Das Werkstück (1; 2) kann z.B. mittels einer Handhabungsvorrichtung aus der Fertigungszelle (10) entnommen werden. Diese Handhabungsvorrichtung kann beispielsweise ein Handhabungsroboter sein. Auch eine manuelle Entnahme oder eine Entnahme mittels eines Hebezeugs ist denkbar. Das Werkstück (1; 2) kann beispielsweise an einer weiteren Fertigungsstation, z.B. an einer weiteren Fertigungszelle (10), weiterbearbeitet werden.
Falls am Werkstück (1; 2) in der Fertigungszelle (10) weitere Bearbeitungsvorgänge vorgesehen sind, wird das Werkstück (1; 2) im Bereich der Werkstückkippvorrichtung (111) abgelegt. Die leeren Werkstückwagen (61) verfahren zur Werkstückwagen-Hubvorrichtung (51), wie oben beschrieben.
Sobald beispielsweise drei Werkstückwagen (61) auf dem Führungsschienenabschnitt (54) der Werkstückwagen-Hubvorrichtung (51) stehen, wird der Hubschlitten (52) abgesenkt. Nach dem Absenken fluchtet der Führungsschienenabschnitt (52) mit der Werkstückwagen-Führungsschiene (44) der unteren Führungsgruppe (47). Nun können die Werkstückwagen (61) entlang der unteren Führungsschiene (44) zur Werkstückbereitstellung (12) verfahren. Hier werden die Werkstückwagen (61) mittels der zweiten Werkstückwagen-Hubvorrichtung (57) wieder auf das Niveau der Werkstückwagen-Führungsschiene (44) der oberen Führungsgruppe (43) gehoben. Die zurückgeförderten Werkstückwagen (61) können nun für den Transport weiterer Werkstücke (1; 2) eingesetzt werden.
Wurde das Werkstück (1; 2) auf der Werkstückkippvorrichtung (111) abgelegt, wird dieses Werkstück (1; 2) zurückgeführt. Die Werkstückkippvorrichtung (111) steht zunächst in der in der 5 dargestellten waagerechten Endlage (123). Die Werkstückkippvorrichtung (111) wird beispielsweise mittels des Positionierzylinders (115) in der von den Werkstückwagen (61) abgewandten Richtung der Querrichtung (6) verfahren. Bei Betätigung des Schwenkzylinders (117) wird der Schwenkrahmen (131) mit dem darauf liegenden Werkstück (1; 2) in die in der 6 dargestellte geschwenkte Endlage (124) gekippt. Das Werkstück (1; 2) gleitet entlang des Schwenkrahmens (131) in Richtung der Werkstückrückführvorrichtung (140). Dies kann schwerkraftgesteuert erfolgen. Gegebenenfalls kann die Bewegung des Werkstücks (1; 2) auch mittels der erwähnten Querfördervorrichtung gesteuert werden.
Das gekippte Werkstück (1; 2) wird auf dem Fördergurt (154) abgesetzt. Das Werkstück (1; 2) zeigt jetzt mit seiner unbearbeiteten Werkstückunterseite (4) in Richtung der Werkstückwagen (61). Die Schwenkvorrichtung (131) setzt die Kippbewegung fort, bis das Werkstück (1; 2) an den Stützrollen (142) des Stützgestells (141) anliegt. Beispielsweise wird der maximale Schwenkwinkel der Werkstückkippvorrichtung (111) erreicht. Das Werkstück (1; 2) ist nun von der Werkstückrückführvorrichtung (140) übernommen. Die Werkstückkippvorrichtung (111) kann nun wieder in ihre z.B. ebene Ausgangsstellung zurückgeschwenkt werden.
Die Werkstückrückführvorrichtung (140) fördert anschließend mittels des ersten Gurtbandförderers (151) das erste Werkstück (1; 2) zumindest um den Betrag der Länge des nachfolgenden Werkstücks (2; 1) in der Rückförderrichtung (16). Beispielsweise sobald das nächste Werkstück (2; 1) auf dem ersten Gurtbandförderer (151) aufgesetzt ist, fördert der erste Gurtbandförderer (151) die beiden erstgenannten Werkstücke (1, 2) mindestens um den Betrag der Länge des nachfolgenden Werkstücks in der Rückförderrichtung (16).
Sobald das erste Werkstück (1; 2) den zweiten Gurtbandförderer (157) erreicht, übernimmt dieser das erste Werkstück (1; 2) und fördert es an das neben der Werkstückbereitstellung (12) liegende Ende der Förderstrecke. Sobald das Werkstück (1; 2) diese Position erreicht, bleibt der zweite Gurtbandförderer (157) stehen. Die Übergabe eines Werkstücks (1; 2) zwischen dem ersten Gurtbandförderer (151) und dem zweiten Gurtbandförderer (157) kann bereits erfolgen, wenn der zweite Gurtbandförderer (157) kein Werkstück (1; 2) trägt.
Der dem Bereitstellungsbereich (12) benachbarte Bereich des zweiten Gurtbandförderers (157) bildet im Ausführungsbeispiel einen Werkstückzwischenspeicher (158). Aus diesem Werkstückzwischenspeicher (158) kann der Handhabungsroboter (21) das Werkstück (1; 2) entnehmen. Der Handhabungsroboter (21) greift das Werkstück (1; 2) auf seiner Werkstückunterseite (4) und legt es im Bereitstellungsbereich (12) auf dem Maschinentisch (32) mit der Werkstückoberseite (3) nach unten ab. Das bearbeitete Werkstück (1; 2) kann auch vom Bediener von Hand oder mittels eines Hebezeugs aus dem Werkstückzwischenspeicher (158) entnommen werden und im Bereitstellungsbereich (12) abgelegt werden.
Es ist auch denkbar, das bearbeitete Werkstück (1, 2) am Werkstückzwischenspeicher (158) aus der Fertigungszelle (10) zu entnehmen. Dies kann mittels des Handhabungsroboters (21), von Hand oder mit Hilfe eines Hebezeugs erfolgen.
Der Werkstückzwischenspeicher (158) kann auch anders als dargestellt ausgebildet sein. So kann beispielsweise das zur Bereitstellung vorgesehene Werkstück (1; 2) vom zweiten Gurtbandförderer (157) abgehoben oder ausgeschleust werden. Bei einer derartigen Ausführung kann mehr als ein Werkstück (1; 2) im Werkstückzwischenspeicher (158) zeitweise gelagert werden.
Das bereitgestellte Werkstück (1; 2) wird von den Werkstückwagen (61) aufgenommen und in der Förderrichtung (15) in Richtung der Werkstückbearbeitungsvorrichtungen (81, 91) gefördert. Hier wird die Werkstückunterseite (4) des Werkstücks (1; 2) bearbeitet. Beispielsweise werden hierbei auch Durchbohrungen des Werkstücks (1; 2) fertiggestellt.
Nach Beendigung der Bearbeitung wird das Werkstück (1; 2) beispielsweise an der Abholstation (101) der Werkstückübergabestation (100) abgelegt.
Die 10 zeigt eine Variante einer Werkstückrückführvorrichtung (140). Diese Werkstückrückführvorrichtung (140) ist bereichsweise mehrspurig aufgebaut. Im Ausführungsbeispiel hat sie sechs zueinander parallel Spuren (161 - 166). Für Werkstücke (1; 2), die an der Werkstückübergabestation (100) in Richtung der Werkstückrückführvorrichtung (140) gefördert werden, ist diese Werkstückrückführvorrichtung (140) der Werkstückübergabestation (100) im Materialfluss nachgeschaltet.
Die Werkstückrückführvorrichtung (140) hat eingangsseitig eine Transfervorrichtung (171). Diese hat einen Transferschieber (172), der entlang von Transferschienen (173) in einer in der Querrichtung (6) orientierten Transferrichtung (17) verfahrbar ist. Der Transferschieber (172) hat ein Stützgestell (174) und einen Gurtbandförderer (175), die beispielsweise so ausgebildet sind wie die im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschriebenen Einheiten. Zum Verfahren des Transferschiebers (172) entlang ein Transferschienen (173) dient ein Transferantrieb. Dieser Transferantrieb ist gegen einen Förderantrieb des Gurtbandförderers (175) verriegelt. Somit kann der Gurtbandförderer erst in Betrieb gesetzt werden, wenn der Transferantrieb stillsteht und umgekehrt.
Die einzelnen Spuren (161 - 166) sind im Ausführungsbeispiel identisch zueinander aufgebaut. Jede der Spuren (161 - 166) hat beispielsweise zwei in der Rückführrichtung (16) hintereinander angeordnete Gurtbandförderer (167, 168) und ein durchgehendes oder mehrteiliges Stützgestell (169). Diese Baugruppen sind z.B. so aufgebaut, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben. Gegebenenfalls kann die einzelne Spur (161 - 166) nur einen oder mehr als zwei Gurtbandförderer (167; 168) aufweisen.
Die Spuren (161 - 166) enden in der Rückführrichtung (16) an einer Rücktransfervorrichtung (181). Diese ausgangsseitige Rücktransfervorrichtung (181) ist beispielsweise spiegelbildlich aufgebaut zur eingangsseitigen Transfervorrichtung (171). Das einzelne Werkstück (1; 2) ist mittels eines entlang von Rücktransferschienen (183) verfahrbaren Rücktransferschiebers (182) in einer Rücktransferrichtung (18) förderbar.
Beim Betrieb der in der 10 dargestellte Werkstückrückführvorrichtung (140) wird das Werkstück (1; 2) an der Werkstückübergabestation (100) von der Werkstückkippvorrichtung (111) an den Transferschieber (172) übergeben. Der Transferschieber (172) steht hierbei in der der Werkstückübergabestation (100) nächstliegenden Position. Nach der Aufnahme des Werkstücks (1; 2) verfährt der Transferschieber (172) entlang der Transferschienen (173), bis sein Gurtbandförderer (175) bündig mit dem ersten Gurtbandförderer (167) einer der Spuren (161 - 166) ist. In dieser Lage des Transferschiebers (172) fluchtet das Stützgestell (174) des Transferschiebers (172) mit dem Stützgestell (169) der Spur (161 - 166). Beim Stillstand des Transferschiebers (172) fördert der Gurtbandförderer (175) das Werkstück (1; 2) in der Darstellung der 10 in die zweite Spur (162). Der mehrspurige Bereich der Werkstückrückführvorrichtung (140) bildet einen Werkstückpuffer (160).
Um aus dem Werkstückpuffer (160) ein Werkstück (1; 2) zu entnehmen, verfährt der Rücktransferschieber (182) an die entsprechende Spur (161 - 166). In der Darstellung der 10 steht der Rücktransferschieber (182) in der Verlängerung der vierten Spur (164). Der z.B. zweite Gurtbandförderer (168) der vierten Spur (164) fördert das Werkstück (1; 2) auf den Rücktransferschieber (182). Dieser Rücktransferschieber (182) ist Teil des Werkstückzwischenspeichers (158). Nach der Übernahme des Werkstücks (1; 2) verfährt der Rücktransferschieber (182) in der Rücktransferrichtung (18) in Richtung der Werkstückbereitstellung (12). Die weitere Bearbeitung und/oder die Entnahme des Werkstücks (1; 2) erfolgen, wie oben beschrieben.
Auch Kombinationen der einzelnen Ausführungsbeispiele sind denkbar.
Bezugszeichenliste

1: Werkstück, erstes Werkstück
2: Werkstück, zweites Werkstück
3: Werkstückoberseite
4: Werkstückunterseite
5: Längsrichtung
6: Querrichtung
7: Höhenrichtung
10: Fertigungszelle
11: Magazin
12: Werkstückbereitstellung, Bereitstellungsbereich
15: Förderrichtung
16: Rückführrichtung
17: Transferrichtung
18: Rücktransferrichtung
20: Werkstückzuführvorrichtung
21: Handhabungsroboter
22: vertikal orientierte Achse
23: Greifarm
24: Schwenkkopf
25: Greifvorrichtung
26: Saugbalken
30: Werkzeugmaschine
31: Gestell
32: Werkstücktisch, Maschinentisch
33: Gleitbahn
34: Rollenbahn
35: Rollen
41: Werkstückfördervorrichtung
42: Führung
43: Führungsgruppe, obere Führungsgruppe
44: Werkstückwagen-Führungsschiene
45: elektrische Leiterbahngruppe
46: Zahnstange
47: Führungsgruppe, untere Führungsgruppe
51: Werkstückwagen-Hubvorrichtung
52: Hubschlitten
53: Hubrampe
54: Führungsschienenabschnitt
55: Abschnitt der elektrischen Leiterbahngruppe
56: Zahnstangenabschnitt
57: Werkstückwagen-Hubvorrichtung
61: Werkstückwagen
62: Führungseinheit
63: Kugelumlaufschuh
64: Antriebseinheit
65: Energie- und Signalversorgung
66: Antriebsmotor
67: Antriebsrad
71: Greifeinheit
72: Parallelgreifvorrichtung
73: Klemmbacke, unten
74: Klemmbacke, oben
75: Gehäuse
81: Werkstückbearbeitungsvorrichtung
82: Portal
83: Portalträger
84: Zentralbalken
85: Trag- und Führungsschienen
91: Werkstückbearbeitungsvorrichtung
92: Werkzeugeinheit
93: Werkzeugeinheit
94: Kreuzschlitten
95: Werkzeuge
100: Werkstückübergabestation
101: Abholstation
111: Werkstückkippvorrichtung
112: Tragrahmen
113: Schwenkvorrichtung
114: Querschlitten
115: Positionierzylinder
116: Schwenklagerung
117: Schwenkzylinder
118: Schwenkzapfen
119: Kolbenstange
121: Schwenkarm
122: Schwenkachse
123: Endlage, waagerecht
124: Endlage, geschwenkt
125: Anschlagstützen
126: Anschläge
131: Schwenkrahmen, Kipprahmen
132: Zinken
133: Zinkenträger
134: Anschlagleiste
140: Werkstückrückführvorrichtung
141: Stützgestell
142: Stützrollen
143: Näherungsschalter
151: Gurtbandförderer, erster Gurtbandförderer
152: Antriebsmotor
153: Antriebstrommel, Zahnriemenscheibe
154: Fördergurt, Zahnriemengurt
155: Spanntrommel
156: Führungsleisten
157: Gurtbandförderer, zweiter Gurtbandförderer
158: Werkstückzwischenspeicher
160: Werkstückpuffer
161: erste Spur von (140)
162: zweite Spur von (140)
163: dritte Spur von (140)
164: vierte Spur von (140)
165: fünfte Spur von (140)
166: sechste Spur von (140)
167: Gurtbandförderer
168: Gurtbandförderer
169: Stützgestell
171: Transfervorrichtung
172: Transferschieber
173: Transferschienen
174: Stützgestell
175: Gurtbandförderer
181: Rücktransfervorrichtung
182: Rücktransferschieber
183: Rücktransferschienen

Claims

Fertigungszelle (10) mit einer mindestens einen Werkstückwagen (61) aufweisenden Werkstückfördervorrichtung (41), mit mindestens einer Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81; 91) und mit einer Werkstückübergabestation (100), wobei ein bereitgestelltes Werkstück (1; 2) mittels des Werkstückwagens (61) zu der Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81; 91) und von dort an die Werkstückübergabestation (100) förderbar ist, dadurch gekennzeichnet, - dass die Fertigungszelle (10) eine an der Werkstückübergabestation (100) angeordnete Werkstückkippvorrichtung (111) hat und eine Werkstückrückführvorrichtung (140) mit einem Werkstückzwischenspeicher (158) aufweist, - dass an der Werkstückübergabestation (100) ein Werkstück (1; 2) mittels der Werkstückkippvorrichtung (111) an die Werkstückrückführvorrichtung (140) übergebbar ist und dieses Werkstück (1; 2) in den Werkstückzwischenspeicher (158) förderbar ist und - dass das Werkstück (1; 2) aus dem Werkstückzwischenspeicher (158) entnehmbar und der Werkstückfördervorrichtung (41) bereitstellbar ist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Werkstückzuführvorrichtung (20) umfasst, wobei das Werkstück (1; 2) mittels der Werkstückzuführvorrichtung (20) der Werkstückfördervorrichtung (41) bereitstellbar ist und mittels der Werkstückzuführvorrichtung (20) aus dem Werkstückzwischenspeicher (158) entnehmbar ist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückzuführvorrichtung (20) einen Handhabungsroboter (21) umfasst.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeder einzelne Werkstückwagen (61) schienengebunden ist und individuell ansteuerbar ist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückfördervorrichtung (41) eine obere Führungsgruppe (43) und eine untere Führungsgruppe (47) aufweist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der einzelne Werkstückwagen (61) mittels mindestens einer Werkstückwagen-Hubvorrichtung (51; 57) zwischen der oberen Führungsgruppe (43) und der unteren Führungsgruppe (47) verfahrbar ist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückkippvorrichtung (111) einen Schwenkrahmen (131) mit einem Schwenkwinkel größer als 90 Grad und kleiner als 150 Grad aufweist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückrückführvorrichtung (140) mindestens zwei unstetig fördernde Gurtbandförderer (151, 157; 175, 167; 167, 168) aufweist.
Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Werkstückrückführvorrichtung (140) zumindest bereichsweise mehrspurig ausgebildet ist.
Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks (1; 2) in einer Fertigungszelle (10) nach Anspruch 1, - wobei das Werkstück (1; 2) nach dem ersten Bereitstellen mittels des Werkstückwagens (61) zu der Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81; 91) gefördert wird, - wobei das Werkstück (1; 2) an der Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81; 91) auf seiner Werkstückoberseite (3) bearbeitet wird, - wobei das Werkstück (1; 2) mittels des Werkstückwagens (61) von der Werkstückbearbeitungsvorrichtung (81; 91) an die Werkstückübergabestation (100) gefördert wird, - wobei an der Werkstückübergabestation (100) das Werkstück (1; 2) mittels der Werkstückkippvorrichtung (111) an die Werkstückrückführvorrichtung (140) übergeben wird und dieses Werkstück (1; 2) in den Werkstückzwischenspeicher (158) gefördert wird, - wobei das Werkstück (1; 2) aus dem Werkstückzwischenspeicher (158) entnommen wird und - wobei das Werkstück (1; 2) nach einem zweiten Bereitstellen auf seiner Werkstückunterseite (4) bearbeitet wird.