Im
Bereich von komplexen Herstellungsprozessen bereitet die automatisierte
Handhabung von zu montierenden Kleinteilen, wie zum Beispiel Schrauben,
Muttern oder Bolzen, häufig
Probleme hinsichtlich ihrer sicheren Handhabung. Für eine Serienfertigung
ist es erforderlich, derartige Prozessabläufe mittels Greifern zu automatisieren.
Solche Kleinteile werden herkömmlicherweise
als Schüttgut transportiert
und in entsprechende Einrichtungen anschließend vereinzelt, um über eine
Greifvorrichtung aufgenommen und an die Montageposition transportiert
zu werden. Dabei besteht einerseits das Problem, die meistens metallischen
Kleinteile sicher aufzunehmen und über den Transportweg fest zu
halten. Andererseits müssen
die Kleinteile für
den automatisierten Verarbeitungsvorgang in ihrer Montage-Position
und endgültigen
Lage möglichst
genau platziert werden. Erst nach der endgültigen Montage bzw. Weiterverarbeitung
der Kleinteile kann die Haltekraft der Greifer gelöst werden.
Dieser Vorgang eines Aufnehmens, Transportierens und möglichst
genauen Platzierens muss zudem relativ schnell und störungsfrei
durchgeführt
werden.
Für einen
automatisierten Transport von insbesondere metallischen Kleinteilen,
wie zum Beispiel Muttern oder Schrauben, sind Einrichtungen mit
mechanischen Greifern bekannt. Die mechanischen Greifer sind dabei
regelmäßig als
sogenannte Parallelgreifer mit klauenartigen Armen ausgestattet,
die über
einen Pneumatikzylinder und ein Pneumatikventil betätigbar sind.
Diese mechanischen Greifer weisen an den Enden von Halteklauen einen
auf die zu befördernden
Kleinteile angepassten Abschnitt auf. Nach einem Vereinzeln von
zu montierenden Kleinteilen kann hier über ein Betätigen des pneumatischen Zylinders
der Greifer die Teile zwischen sich festspannen und nach einem Verfahren
zu der Montageposition der Teile diese wieder loslassen. Nachteilig
bei diesen bekannten Greifern ist die Störanfälligkeit und geringe Zuverlässigkeit
in der Aufnahme und dem Festhalten. Es kommt häufig dazu, dass mit den klemmenden
Greifarmen ein zu montierendes Teil nicht ausreichend fixiert ist
und beim Transport verloren geht. Die Greifer sind außerdem an
ihrem Greifabschnitt einer erhöhten
Abnutzung ausgesetzt, sodass es zu wiederholten Wartungs- und Austauscharbeiten
kommen kann. Die pneumatisch betätigten,
mechanischen Greifer sind außerdem
störanfällig aufgrund
der Vielzahl von einem Verschleiß unterliegenden Bauteilen,
wie dem Pneumatikventil, dem Pneumatikzylinder und den Greifarmen.
Nicht zuletzt sind auch die Gesamtkosten einer derartigen Vorrichtung
relativ hoch.
Demgegenüber ist
es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Greifvorrichtung
für den Transport
und ein positionsgenaues Platzieren von Kleinteilen bereitzustellen,
die für
eine automatisierte Serienfertigung besonders angepasst und möglichst wenig
störungsanfällig ist.
Zudem soll die erfindungsgemäße Vorrichtung
möglichst
geringen Verschleißerscheinungen
unterliegen.
Diese
Aufgabe wird mit einer Vorrichtung zum Entnehmen, Transportieren
und positionsgenauen Platzieren von Kleinteilen mit den Merkmalen gemäß Anspruch
1 gelöst.
Vorteil hafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind. Gegenstand
der abhängigen
Ansprüche.
Die
Vorrichtung gemäß der Erfindung
weist eine Verstelleinrichtung sowie eine Greifeinheit mit mindestens
zwei Greifern auf, welche jeweils zum Aufnehmen und Transportieren
von je einem Kleinteil geeignet sind. Die Anzahl der Greifer ist
jedoch nicht beschränkend,
und es können
beispielsweise drei, vier oder mehr Greifer an der Greifeinheit
vorgesehen sein. Die Vorrichtung gemäß der Erfindung ist dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Greifer als elektromagnetische
Greifer ausgebildet sind, welche in vorbestimmten Relativlagen von
zu positionierenden und magnetisierbaren Kleinteilen fest zueinander
angeordnet werden können.
Die Greifer weisen für
ein positionsgenaues Platzieren der Kleinteile eine vorbestimmte
Relativlage mindestens in der Montageposition auf. Die Aufnahmemittel der
Greifvorrichtung gemäß der Erfindung
sind die Magnetwirkung der elektromagnetischen Greifer, welche derart
ausgebildet sind, dass jeweils an einem Greifer ein Kleinteil aufgenommen
und festgehalten werden kann. Die elektromagnetischen Greifer haben
eine feste Relativlage zueinander mindestens in der Montageposition
der zu transportierenden Kleinteile.
Die
elektromagnetischen Greifer sind kaum einem Verschleiß ausgesetzt,
sodass eine lange Betriebsdauer ohne Störung oder Unterbrechung gewährleistet
ist. Die Betätigung
der elektromagnetischen Greifer erfolgt vollständig auf elektronischem Wege,
sodass die aufwendigen Betätigungs-
und Steuereinrichtungen, wie sie für pneumatisch betätigte Greifer
erforderlich sind, entfallen. Die Ansteuerung der elektromagnetischen
Greifer kann auf rein elektronischem Wege, zum Beispiel über eine
zentrale Maschinensteuerung einer Verarbeitungsstation, erfolgen.
Die vorbestimmte Relativlage der elektromagnetischen Greifer zueinander
ist festgelegt, sodass beispielsweise schon beim Ergreifen bzw.
Aufnehmen der Kleinteile diese in einer festgelegten Relativlage
sich befinden. Nach dem Verstellen der Greifeinheit, zum Beispiel über eine
linear verstellbare Vertikaleinheit und/oder einen horizontal betätigbaren
Verstellschlitten, befinden sich die Kleinteile somit genau in ihrer
festgelegten Montage-Endposition. Nach einem Weiterverarbeiten,
beispielsweise einem Verschweißen
oder Verschrauben, kann über ein
einfaches elektronisches Ansteuern der elektromagnetischen Greifer
die Haltekraft abgestellt werden. Die Kleinteile werden dann von
der Vorrichtung losgelassen, und die Greifeinheit kann zur erneuten Aufnahme
von weiteren Kleinteilen zurückgefahren werden.
Die elektromagnetischen Greifer sind nicht zuletzt einfach zu montieren
und wenig Raum einnehmend. Äußere Störungseinflüsse, wie
zum Beispiel ein Verschleiß der
Greifabschnitte von mechanischen Greifarmen, haben keine Auswirkung
auf die Funktion der Vorrichtung.
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die elektromagnetischen
Greifer als Obergreifer ausgebildet, die in ihrer Größe und in
ihrer Magnetisierungswirkung auf die zu verarbeitenden Kleinteile
abgestimmt sind. Unter Obergreifern werden vorliegend elektromagnetische
Elemente verstanden, die ihre Magnetwirkung bzw. Greiffläche in Richtung
nach unten aufweisen. Die Greifer können daher von oben an aufzunehmende
magnetisierbare Kleinteile herangefahren werden. Die magnetisierbaren
Kleinteile weisen vorzugsweise eine ebene oder zumindest bereichsweise
geradlinige Oberfläche
auf, sodass sie sicher und flächig
an der nach unten weisenden Magnetfläche der Greifer beim Transport
fest anliegen. Die Größe der elektromagnetischen
Greifer ist vorzugsweise derart gewählt, dass sie nicht wesentlich
größer sind
als die zu transportierenden Kleinteile. Beispielsweise ist die
Größe der Magnetgreifer
in etwa doppelt so groß wie
die Größe der zu
verarbeitenden Kleinteile, sodass auch etwas größere und kleinere Teile mit
ein und derselben Vorrichtung transportiert und positioniert werden
können.
Die Magnetwirkung der elektromagnetischen Greifer ist derart angepasst,
dass entsprechend der Art von Kleinteilen und ihrer Magnetisierbar keit
eine ausreichend starke Haltekraft durch den Magnetgreifer erzeugbar
ist. Ein Verlust von Teilen über
den Transport oder beim Aufnehmen der Kleinteile wird somit weitestgehend
vermieden. Die Vorrichtung eignet sich daher besonders für einen
automatisierten Serienfertigungsprozess und ist wenig störanfällig.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die
Verstelleinrichtung eine vertikale und eine horizontale Verfahreinheit
auf. Die linearen Verfahrbewegungen zum Transportieren von aufgenommenen
Kleinteilen können
beispielsweise über
eine CNC-Steuerung eingestellt werden. Die rein lineare Verfahrbewegung
kann auch zusätzlich
oder alternativ durch eine drehende Verfahrbewegung ergänzt werden.
Wesentlich für
die Erfindung ist eine Variabilität in der Positionierung und dem
Transportweg, wobei die Greifer der Greifeinheit immer eine vorbestimmte
Relativlage zueinander zumindest in der Montageposition der Kleinteile
aufweisen. Vorzugsweise ist die Relativlage der Greifer über den
gesamten Verfahrweg fest zueinander.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
Positioniereinrichtung zum positionsgenauen Bereitstellen der Kleinteile beim
Aufnehmen durch die Greifer vorgesehen. Die Kleinteile sind somit
schon vor der Aufnahme durch die elektromagnetischen Greifer in
ihrer Relativlage zueinander, das heißt der Montageposition, angeordnet
und werden in dieser Lage von den elektromagnetischen Greifern aufgenommen.
Nach einem Transport an ihre Montageposition sind die Teile schon
in ihrer Position zueinander ausgerichtet. Die Positioniereinrichtung
kann als separate Schablone ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil,
dass die elektromagnetischen Greifer keine Mittel zur Lagefixierung
aufweisen müssen
und die Kleinteile nicht extra mittels der Greifer positioniert
werden müssen.
Die erfindungsgemäße Schablone
zum Vorabpositionieren ist vorzugsweise in einer vorbestimmten Relativlage
bezüglich
der Horizontal- und der Vertikallage der Teile zueinander ausgestaltet.
Sie kann beispielsweise in einer Darbietungseinheit der Kleinteile
integriert sein, in welcher die Teile aus einem Behältnis zunächst vereinzelt
und anschließend
in der Schablone vereinzelt zum Aufnehmen durch die erfindungsgemäßen Greifer
dargeboten werden.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
elektromagnetischen Greifer in ihrer horizontalen und vertikalen
Position einstellbar. Die Greifer, beispielsweise drei Greifer, können so
in verschiedenen Positionen zueinander entsprechend der Montageposition
eingestellt werden sowohl in der Horizontal- als auch in ihrer Vertikallage.
Hierdurch können
verschiedene Montageaufgaben mit ein und derselben Vorrichtung ausgeführt werden.
Die Einstellbarkeit kann automatisch erfolgen oder über einen
manuell schraubbaren Verstellmechanismus. Eine unterschiedliche
Einstellung oder Verstellung der Relativlage von den elektromagnetischen
Greifern zueinander kann beispielsweise auch in ein und demselben
Prozessabschnitt einer Verarbeitung erfolgen, wenn die gleichen
Kleinteile an unterschiedlichen Montagepositionen einzubauen und
zu platzieren sind. Die Anwendungsvielfalt der Vorrichtung ist erhöht.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine
elektronische Steuerung zum Steuern der Verstelleinrichtung und
der elektromagnetischen Greifer vorgesehen. Mittels der elektronischen
Steuerung können
auf einfache Weise die Verstellbewegung und die Haltekraft der Greifer
gesteuert werden. Die elektromagnetischen Greifer können zum
Beispiel in ihrer Haltekraft elektronisch angesteuert werden, sodass
durch Anlegen einer elektrischen Spannung die Magnetwirkung aufgebaut
und durch Unterbrechen der Spannung die Haltekraft wieder abrupt
gestoppt werden kann. Eine zeitaufwendige mechanische Verstellung
von Bauteilen ist somit zum Aufbauen und Stoppen der Haltekraft
der Greifer nicht erforderlich. Mittels der Steuerung kann an vorbestimmten
Positionen und nach vorbestimmten Zeiten eine einmal aufgebaute
Hal tekraft durch die Magnetisierung der elektromagnetischen Greifer
schnell wieder abgestellt werden. Die Verstelleinrichtung ist vorzugsweise
mittels der Steuerung in ihrer horizontalen und ihrer vertikalen
Richtung programmierbar, sodass beliebige Verfahrwege innerhalb
eines komplexen Produktionsprozesses realisierbar sind. Die Bewegungsmöglichkeit
der Verstellrichtung kann zusätzlich
eine Verdrehbewegung beinhalten, welche vorzugsweise ebenfalls programmierbar
ist. Die Einsatzvariabilität
der Vorrichtung ist erhöht.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen
die elektromagnetischen Greifer eine ebene, runde Greiffläche auf
zum Ergreifen von runden Kleinteilen an ihrer Oberseite. Die Oberseite
der Kleinteile, die einem Ergreifen dient, ist vorzugsweise ebenfalls
mit mindestens abschnittsweise flachen oder ebenen Bereichen ausgestattet. Im
Falle von nicht-ebenen oder schrägen
Oberflächen
oder Halteabschnitten von Kleinteilen können die elektromagnetischen
Greifer alternativ oder zusätzlich
verschwenkbar bezüglich
der Greifeinheit und der gesamten Vorrichtung ausgebildet sein.
Die flächige
Ausbildung von Greifflächen
an den elektromagnetischen Greifern hat den Vorteil, dass durch ein
planes Anliegen unter der Anziehungskraft der Magnetwirkung ein
sicherer Halt über
den Transport der Teile gewährleistet
ist.
Nach
einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die
elektromagnetischen Greifer angepasst zum Transportieren und festen Halten
von Schweißmuttern,
welche mittels eines Schweißvorgangs
in der Weiterverarbeitungseinheit befestigt werden. Die elektromagnetischen
Greifer sind hierfür
hitzebeständig
und gegenüber
einem Beschädigen
durch hohe Temperaturen geschützt
ausgebildet. Die Haltekraft kann somit auch während des Schweißvorgangs über die
Greifer aufrecht erhalten werden.
Nach
einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind unterschiedlich
starke Haltekräfte
mit den elektromagnetischen Greifern erzeugbar. Hierdurch können beispielsweise
bei dem Transport erhöhte
Haltekräfte
durch eine verstärkte
Magnetwirkung bereitgestellt werden, wohingegen bei einem anschließenden Halten
für eine
Montage der Teile die Haltekräfte
auf einen geringeren Wert zurückgefahren
werden. Hierdurch können
Beschädigungen und/oder
Montageprobleme in der anschließenden Weiterverarbeitung
der Kleinteile vermieden werden.
Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind der nachfolgenden, detaillierten
Beschreibung zu entnehmen, in welcher die Erfindung mehr im Detail
in Bezug auf das in der beigefügten
Zeichnung dargestellte Ausführungsbeispiel
beschrieben wird.
In 1 ist schematisch in einer
Seitenansicht ein Beispiel für
eine bekannte, mechanische Greifvorrichtung gemäß dem Stand der Technik dargestellt,
wie sie auch eingangs als zugrunde gelegter, nächstkommender Stand der Technik
beschrieben wurde. Die Vorrichtung weist eine Verstelleinrichtung 2 auf,
welche mindestens eine lineare Verstellmöglichkeit in horizontaler und
vertikaler Richtung der Greifeinheit 1 aufweist. Hierdurch
können
die zu transportierenden und weiterzuverarbeitenden Teile 3 von
einer Aufnahmeposition in eine Montageposition gebracht werden.
Letztere ist annähernd
in 1 gezeigt: Die als
Schweißmuttern
beispielhaft einge zeichneten, zu montierenden Teile 3 sind
kurz vor ihrer endgültigen
Montageposition auf dem Montageteil 16, auf welchem sie
auf rohrartigen End-Abschnitten aufgeschweißt werden, in einer anschließenden Verarbeitungsstation
(nicht gezeigt) dargestellt. Die Schweißmuttern 3 wurden
vorher aus einer Aufnahmeposition von der Greifeinheit 1 über eine Öffnung der
Arme der mechanischen Greifer 12, 13 aufgenommen
und festgeklemmt. Die Betätigung
der mechanischen Greifer 12, 13 erfolgt über einen
pneumatischen Zylinder 14 und Pneumatikschläuche 15 sowie
eine elektropneumatische Steuerung und ein Pneumatikventil (nicht
gezeigt). Die Vielzahl von einzelnen Bauteilen dieser Betätigungspneumatik
und ihre jeweilige Anfälligkeit
gegenüber
einem Verschleiß und
Störungen
macht die bekannte Greifvorrichtung mit mechanischen Parallelgreifern 12, 13 anfällig gegenüber Störungen.
Bei nicht richtiger Vorabpositionierung der Schweißmuttern 3 an
ihrer Aufnahmeposition kann es dazu kommen, dass einer oder beide
mechanischen Parallelgreifer 12, 13 die Schweißmuttern 3 nicht
richtig festklemmen und halten. In diesem Fall muss der Vorgang
wiederholt werden, und es kommt zu Störungen im fortlaufenden Produktionsprozess,
beispielsweise einer vollautomatisierten Fertigungsstraße. Außerdem unterliegen die
Greifabschnitte der Parallelgreifer 12, 13 einer
erhöhten
Abnutzung durch Abrieb, und es kann so zu einem Verlust von Schweißmuttern 3 bei
einem Transportieren von der Aufnahmeposition zu der Montageposition
kommen. Auch in diesem Fall muss der Vorgang wiederholt werden,
um erneut Schweißmuttern 3 aufzunehmen
und an ihre Montageposition für
ein Verschweißen
mit angrenzenden Bauteilen zu transportieren. Die bekannte, mechanische
Greifvorrichtung ist relativ unzuverlässig und stellt für eine Serienfertigung
einen maßgeblichen
Störfaktor
dar.
Ein
erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel
einer Greifvorrichtung ist in einer analogen, schematischen Darstellung
in 2 dargestellt. Die Greifvorrichtung 10 gemäß der Erfindung
weist eine Greifeinheit 1 auf, die mit einer Mehrzahl von
elektromagnetischen Greifern 4, 5 versehen ist.
Die elektro magnetischen Greifer 4, 5 sind in diesem
Ausführungsbeispiel
in der Anzahl zwei und sind in ihrer Relativlage auf eine Montageposition
der zu montierenden Schweißmuttern 3 eingestellt.
Die elektromagnetischen Greifer 4, 5 sind als
kreiszylindrische Greifer mit einer ebenen Unterseite ausgebildet,
sie können jedoch
jede beliebige andere Form ebenso aufweisen. Die Greifer 4, 5 werden
erfindungsgemäß über eine
Steuerung 11 betätigt,
die mit den Greifern über elektrische
Leitungen 17 verbunden ist. Die vorbestimmte Relativlage
der Teile 3 wird durch Einstellung der Greifer 4, 5 entsprechend
ihrer Montageposition an dem Montagebauteil 16 festgelegt.
In der 2 ist diese vorbestimmte
Relativlage der Greifer 4, 5 durch die jeweiligen
Abstände
a, b der Greifer und der Teile 3 veranschaulicht. Vorzugsweise
ist die Position der Greifer 4, 5 zueinander gemäß der vorliegenden
Erfindung zueinander einstellbar, einerseits in ihrer Höhe und in
ihrem Abstand sowie in ihrer horizontalen Position.
Die
Einstellbarkeit der elektromagnetischen Greifer 4, 5 kann
durch jedes dem Fachmann bekannte Mittel, wie zum Beispiel elektrisch
betätigte Verstelleinheiten,
realisiert sein. Die Magnetwirkung der elektromagnetischen Greifer 4, 5 ist
auf die jeweils zu verarbeitenden Kleinteile 3 angepasst.
Im vorliegenden Beispiel sind metallische Verschweißschrauben 3 abgebildet,
wobei die Greifer 4, 5 auf die Größe dieser
Schweißmuttern 3 angepasst
sind und eine entsprechend ausreichende Magnetwirkung zum festen
Halten bei Anlegen einer Spannung über die Steuerung 11 bereitstellen.
Gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
werden die Schweißmuttern 3 in
einer Aufnahmeposition (nicht dargestellt in 2) über
eine schablonenartige Vorlage 6 in der Relativlage entsprechend
der jeweiligen Montageposition am Montagebauteil 16 bereitgestellt.
Die Greifeinheit 1 wird über die Verfahrmöglichkeiten
der Verstelleinrichtung 2 über die aufzunehmenden Schweißmuttern 3 positioniert.
Durch Anlegen einer elektrischen Spannung mittels der Steuerung 11 werden
anschließend
zur Aufnahme der Teile 3 die Elektromagnete 4, 5 betätigt. Die
Teile werden so in ihrer jeweils vorbestimmten Relativlage durch
Verfahren der Verstelleinrichtung 2 transportiert. Vorzugsweise
können
gemäß der vorliegenden
Erfindung eine horizontale, eine vertikale und eine Drehverstellmöglichkeit
an der Verstelleinrichtung 2 vorgesehen sein. Nach einem
Erreichen der Montageposition der Schweißmuttern 3 wird die
Verstelleinrichtung nach unten abgesenkt, und eine Weiterverarbeitung
der Schweißmuttern 3 durch
beispielsweise Festschweißen
an Rohrabschnitten eines Montagebauteils 16 wird durchgeführt. Anschließend kann
die Steuerung 11 die elektrische Spannung unterbrechen,
sodass die Magnetwirkung der elektromagnetischen Greifer 4, 5 abgestellt
wird. Dieser Vorgang kann beliebig häufig und ohne Verschleiß der Bauteile
störungssicher durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung
zum Transport und Positionieren von magnetisierbaren Kleinteilen 3,
wie zum Beispiel Schrauben, Muttern, Bolzen, Ringen etc., ist besonders
geeignet für
eine Anwendung in einer automatisierten Serienfertigung von komplexen
Herstellungsprozessen.