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Die Erfindung betrifft eine modulare
Bearbeitungsvorrichtung mit wenigstens einem zur Aufnahme wenigstens
eines Prozessmoduls zur Bearbeitung von Werkstücken ausgebildeten Basismodul, das
eine Vorrichtung zur Förderung
von Werkstücken zu
einem benachbarten Modul aufweist.
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Bearbeitungsvorrichtungen dieser
Art werden für
vielfältige
Montageaufgaben eingesetzt. In der Automobilindustrie werden sie
zur Herstellung von Bauteilen und Baugruppen wie Stoßdämpfer, Sicherheitsgurtsysteme,
Airbags oder Verriegelungen benutzt. In der Telekommunikationsindustrie
werden Bearbeitungsvorrichtungen eingesetzt, um Handybaugruppen
sowie elektrische und elektronische Kleinteile herzustellen. Ein
weiteres wichtiges Einsatzgebiet ist die Fertigung von Komponenten
und Baugruppen für
Haushalts- und Freizeitgeräte
sowie für
optische und medizinische Geräte.
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In der
DE 197 29 369 C2 wird ein
autarker Bearbeitungsplatz und eine daraus bestehende Bearbeitungsstraße beschrieben,
wobei der Bearbeitungsplatz durch ein Basismodul gebildet ist, in
das unterschiedliche Prozessmodule einsetzbar sind. Diese Anlage
weist jedoch den Nachteil auf, dass jedes Basismodul eine festgelegte
Anzahl von Einschubaufnahmen für
Prozessmodule aufweist, sodass Veränderungen des Aufbaus des Bearbeitungsplatzes
nur begrenzt möglich
sind.
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Der Erfindung liegt daher das Problem
zugrunde, eine Bearbeitungsvorrichtung zu schaffen, die flexibler
einsetzbar ist und ohne Einschränkungen
erweitert werden kann.
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Zur Lösung dieses Problems ist bei
einer Bearbeitungsvorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen,
dass an das Basismodul zur Bildung der Bearbeitungsvorrichtung eine beliebige
Anzahl von eine Vorrichtung zur Förderung von Werkstücken zu
einem benachbarten Modul aufweisenden Zusatzmodulen anreihbar ist.
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Anders als bei dem im Stand der Technik
bekannten Bearbeitungsplatz kommt kein Basismodul mit einer festgelegten
Anzahl von Aufnahmen für Prozessmodule
zum Einsatz, sondern die einzelnen Zusatzmodule können bei
der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
einzeln an das Basismodul bzw. ein Zusatzmodul angeschlossen werden.
Dadurch unterliegt die Erweiterung der Bearbeitungsvorrichtung praktisch
keinen Beschränkungen.
Vorzugsweise können
an das Basismodul beidseitig Zusatzmodule angereiht werden. An die
freien Seiten der beiden Zusatzmodule lassen sich weitere Zusatzmodule
anreihen, wobei jedes Modul ein Prozessmodul aufnehmen kann, das
einen bestimmten Bearbeitungsvorgang durchführt. Auf diese Weise entsteht eine
flexible, modulare Bearbeitungsvorrichtung, mit der nacheinander
eine Reihe von Bearbeitungsschritten an einem Werkstück durchgeführt wird.
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Vorzugsweise weisen das Basismodul
und das oder die Zusatzmodule eine Aufnahme für einen Prozessmodul auf. Das
Prozessmodul kann mit wenigen Handgriffen in die jeweilige Aufnahme
eingesetzt und bei Bedarf wieder entnommen werden. Das Prozessmodul
weist eine Prozessplatte auf, an der eine oder mehrere Applikationen,
d.h. Vorrichtungen zur Durchführung
von Bearbeitungsschritten, angebracht werden können. Falls die durchzuführenden Bearbeitungsvorgänge geändert werden
sollen oder ein anderes Bauteil gefertigt werden soll, genügt es, lediglich
bestimmte Prozessmodule auszutauschen oder zu entfernen. Einzelnen
Prozessmodule können im
ausgebauten Zustand eingerichtet und getestet werden, wodurch eine
maximale Flexibilität
erzielt wird. Für
den Anwender ergibt sich dadurch der Vorteil, dass derartige Änderungen
schnell und damit kostengünstig
ausführbar
sind, ohne dass es zu längeren
Stillstandszeiten kommt. Außerdem
sind die einzelnen Bestandteile der Bearbeitungsvorrichtung wie
die Basis- oder Zusatzmodule und die Prozessmodule wiederverwendbar,
was ebenfalls zu einer Senkung der Kosten beiträgt. Mit der erfindungsgemäßen modularen
Bearbeitungsvorrichtung lassen sich Klein- und Großserien
wirtschaftlich montieren. Einzelne Bearbeitungsvorgänge oder
-prozesse können
jederzeit ausgetauscht oder ergänzt
werden, ebenso sind Änderungen
oder Erweiterungen der hergestellten Werkstücke jederzeit durchführbar. Da die
einzelnen Basis- und Zusatzmodule standardisiert sind und baukastenartig
zusammengesetzt werden können,
ergeben sich in jeglicher Hinsicht Vorteile im Vergleich zu bisher
eingesetzten Anlagen.
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Es ist auch besonders günstig, dass
Prozessmodule vollkommen unabhängig
von der Vorrichtung zur Förderung
der Werkstücke
aus- und eingebaut werden können.
Die Fördervorrichtung
ist Bestandteil der Basis- bzw. Zusatzmodule und dementsprechend
nicht direkt mit den Prozessmodulen gekoppelt. Es ist daher anders
als bei bisher gebräuchlichen
Bearbeitungsvorrichtungen sogar möglich, ein Prozessmodul während des
laufenden Betriebs auszutauschen.
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Die Modularität wird bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
insbesondere dadurch erzielt, dass das Basismodul einen Grundrahmen aufweist,
der mittels Querverbindern mit Erweiterungsrahmen von Zusatzmodulen
verbindbar ist. Jedes Modul kann eine Aufnahme für ein Prozessmodul aufweisen,
vorzugsweise wird für
das Basismodul und die Zusatzmodule ein festgelegtes Raster gewählt, um
die Austauschbarkeit einzelner Module zu gewährleisten. Vorzugsweise wird
ein Rastermass von 450 mm oder 900 mm oder einem Vielfachen davon
gewählt.
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Ein Erweiterungsrahmen kann mittels
Querverbindern mit dem Erweiterungsrahmen eines Zusatzmoduls verbunden
werden. Damit dienen wenigstens zwei Seitenflächen eines Moduls als Anschlussflächen für Zusatzmodule.
An das Zusatzmodul lassen sich weitere Zusatzmodule über Erweiterungsrahmen
anschließen.
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Es wird bevorzugt, dass das Basismodul eine
Bedienkonsole und/oder eine Wartungseinheit aufweist. An der Bedienkonsole
können
die erforderlichen Eingaben für
die Steuerung und den Betrieb der erfindungsgemäßem Bearbeitungsvorrichtung vorgenommen
werden. Daneben kann das Basismodul eine Sicherheitssteuerung aufweisen,
die die modulare Bearbeitungsvorrichtung im Falle einer Gefahr oder
eines Fehlers abschaltet.
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Eine besonders hohe Zuverlässigkeit
der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
lässt sich
erzielen, wenn das Basismodul und/oder ein Zusatzmodul eine Steuerungseinrichtung
für die
Förderung
der Werkstückträger aufweist.
Da jedes Basis- oder Prozessmodul eine eigene Vorrichtung zur Förderung
von Werkstücken
zu einem benachbarten Modul aufweist, entsteht ein lückenloses,
von den Prozessmodulen unabhängiges
Fördersystem
zur Förderung
der Werkstückträger. Demgegenüber wird die
Positionierung und Indexierung der Werkstückträger von den Prozessmodulen übernommen,
die vollkommen autonom arbeiten.
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Es kann vorgesehen sein, dass das
Basismodul einen ersten Anschluss aufweist, über den elektrische und/oder
pneumatische und/oder mechanische Energie zuführbar ist. Der erste Anschluss dient
als zentrale Energiezuführung
zu der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung.
Daneben können über den
ersten Anschluss Daten und Signale für das Kommunikationsnetzwerk
und die Prozessdatenverarbeitung gesendet werden.
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An das Basismodul lassen sich die
Zusatzmodule besonders leicht anreihen, wenn das Basismodul einen
zweiten Anschluss aufweist, über
den die elektrische und/oder pneumatische und/oder mechanische Energie
an das oder die Zusatzmodule verteilbar ist. Der zweite Anschluss
hat damit die Funktion einer internen Schnittstelle, die zur Kopplung
der einzelnen Module dient. Der erste und der zweite Anschluss können vorzugsweise
als Steckverbindung ausgebildet sein. Die Zuführung von mechanischer Energie
kann beispielsweise über
eine Antriebswelle realisiert werden.
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Ein Basis- oder Zusatzmodul der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
kann ein beliebiges Prozessmodul zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts
aufnehmen. Ein Prozessmodul kann dabei zum Ausführen eines Bearbeitungsschritts
wie Nieten, Pressen, Kleben, Schrauben, Zuführen, Bohren, Fräsen, Schweißen oder
Prüfen
ausgebildet sein.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführung der Erfindung
kann ein Prozessmodul ein Mittel zum Positionieren und Halten eines
Werkstücks
in der Arbeitsposition aufweisen. Ebenso kann ein Prozessmodul eine
Steuerungseinrichtung zum Durchführen eines
Bearbeitungsschritts aufweisen. Diese Steuerungseinrichtung kann separat
programmiert und geprüft
werden, so dass einzelne Prozessmodule außerhalb der Bearbeitungsvorrichtung
eingerichtet werden können.
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Ein besonders großer Vorteil ergibt sich, wenn
ein Prozessmodul bei der erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
einen Werkstückträgerschnelleinzug
und/oder eine Werkstückträgerindexierung
aufweist. Dieses interne Transportsystem ist dabei ein Teil des
Basis- oder eines Zusatzmoduls, so dass jedem Prozessmodul ein Werkstückträgerschnelleinzug
zugeordnet ist.
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Es ist auch möglich, eine Zuführeinrichtung an
ein Basis- oder Zusatzmodul anzuschließen, beispielsweise um Einzelteile
oder Kleinteile zuzuführen.
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Um den durch die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung
erzeugten Lärmpegel
möglichst niedrig
zu halten, kann sie mit einem modularen Gehäuse versehen werden, das aus
einzelnen Gehäuseteilen
besteht, wobei jedem Modul ein Gehäuseteil zugeordnet ist. Die
Zugänglichkeit
eines Moduls kann dadurch erzielt werden, dass ein Gehäuseteil eine
Flügeltür aufweist.
Daneben kann das Gehäuse seitliche
Gehäuseteile
umfassen, die an beiden Enden der Bearbeitungsvorrichtung angebracht
sein können,
so dass die Bearbeitungsvorrichtung weitgehend schalldicht gekapselt
ist.
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Die erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung
kann als hybrides Automationssystem ausgebildet sein und einen oder
mehrere Handarbeitungsplätze
umfassen.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann
die Bearbeitungsvorrichtung mit einem externen Transportsystem koppelbar
sein. Dadurch können
Bauteile oder Baugruppen beispielsweise zu einer weiteren Bearbeitungsvorrichtung
transportiert werden, sodass dort weitere Bearbeitungsschritte durchgeführt werden.
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Die Erfindung betrifft auch eine
Bearbeitungslinie, die erfindungsgemäß mehrere miteinander verbundene
Bearbeitungsvorrichtungen der beschriebenen Art umfasst, die über ein
externes Transportsystem miteinander verbunden sind.
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Weitere Vorteile und Einzelheiten
der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme
auf die Figuren beschrieben. Die Figuren sind schematische Darstellungen
und zeigen:
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1 ein
Basismodul einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung,
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2 ein
Zusatzmodul einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung,
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3 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Bearbeitungsvorrichtung
in einer perspektivischen Darstellung; und
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4 ein
zweites Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäße Bearbeitungsvorrichtung
in einer Draufsicht.
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Das in 1 gezeigte
Basismodul 1 besteht im Wesentlichen aus Grundrahmen 2 und
Querverbindern 3, wobei die Länge der Querverbinder 3 so gewählt ist,
dass die Querverbinder 3 mit dem Grundrahmen 2 in
einem Raster von etwa 450 mm zusammengesetzt werden können. Auf
dem Basismodul 1 befindet sich eine Prozessplatte 4,
die ein beliebiges Prozessmodul aufnehmen kann. Es ist auch möglich, dass
sich auf einer Prozessplatte mehrere Prozessmodule befinden. Unterhalb
der Prozessplatte 4 ist innerhalb des aus dem Grundrahmen 2 und
den Querverbindern 3 gebildeten Rahmens ein Schaltschrank 5 angeordnet,
in dem Hilfsaggregate zur Versorgung des Basismodul 1 und
weiterer anreihbarer Zusatzmodule angeordnet sind. Außerdem kann
der Schaltschrank 5 weitere elektrische oder elektronische
Komponenten wie eine Steuerung oder dergleichen aufnehmen.
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Da das Basismodul 1 modular
aufgebaut ist, kann es sehr einfach durch Anreihen von Zusatzmodulen
baukastenartig erweitert werden.
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2 zeigt
ein Zusatzmodul 6, das aus einem Erweiterungsrahmen 7,
Querverbindern 8, einer Prozessplatte 9 und einem
Schaltschrank 10 besteht, der unterhalb der Prozessplatte 9 angeordnet
ist. Die Abmessungen der Einzelteile des Zusatz moduls 6 sind
dabei so gewählt,
dass das Zusatzmodul 6 seitlich an das Basismodul 1 anreihbar
ist. Der Erweiterungsrahmen 7 entspricht im Wesentlichen
dem Grundrahmen 2 des Basismoduls 1. An der linken oder
rechten Seite des Basismoduls 1 können mehrere Zusatzmodule 6 angebracht
werden, um eine Bearbeitungsvorrichtung zu bilden.
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3 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
Bearbeitungsvorrichtung 11 in einer perspektivischen Darstellung.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 11 besteht
aus dem Basismodul 1, auf deren Prozessplatte 4 ein Prozessmodul 12 montiert
ist, mit dem ein bestimmter Bearbeitungsvorgang durchgeführt wird.
Das Einsetzen und Befestigen des Prozessmoduls 12 erfolgt über eine
in 3 nicht näher dargestellte
Aufnahme der Prozessplatte 4, so dass einzelne Prozessmodule
sehr leicht eingesetzt und ausgetauscht werden können. Die Prozessplatten können so
ausgebildet sein, dass sie eine oder mehrere Applikationen oder Vorrichtungen
zur Durchführung
eines Bearbeitungsschritts tragen können. Die Positionierung und
Indexierung des Werkstückträgers ist
Bestandteil des Prozessmoduls.
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Für
einzelne Bearbeitungsschritte werden jeweils spezielle Prozessmodule
verwendet, die beispielsweise zum Kleben, Schweißen, Nieten, Schrauben, Zuführen, Bohren
oder Prüfen
ausgebildet sein können.
Ebenso kann ein Prozessmodul einen Roboterarm umfassen.
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Wie in 3 zu
erkennen ist, ist an dem Basismodul 1 eine Zuführeinrichtung
13 zum Zuführen von
Einzelteilen angebracht.
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Nach der Durchführung des entsprechenden Bearbeitungsschritts
durch das Prozessmodul 12 wird das entsprechende Werkstück, das
auf einem Werkstückträger liegt,
zum nächsten
Prozessmodul 14 des benachbarten Zusatzmoduls 15 transportiert. Wenn
das Prozessmodul 14 den entsprechenden Bearbeitungsschritt
durchgeführt
hat, wird das Werkstück
weiter zu einem nächsten
benachbarten Modul transportiert, das in 3 nicht dargestellt ist. Zu diesem Zweck
ist eine von den Prozessmodulen autonome Fördereinrichtung vorhanden,
die in demselben Raster wie die Prozessmodule aufgebaut und mit
den Grund- oder Erweiterungsrahmen verbunden ist. Die Fördereinrichtung,
die den Transport von Werkstückträgern von
einem Prozessmodul zu dem nächsten Prozessmodul übernimmt,
ist unabhängig
von den Prozessmodulen, so dass der Austausch eines Prozessmoduls
sogar während
des Betriebs der Anlage möglich
ist.
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Aus 3 ist
ersichtlich, dass jedes Basis- oder Zusatzmodul von einem Gehäuseteil 16, 17 umgeben
ist, das für
einen Schalldämmung
sorgt. Da die Gehäuseteile 16, 17 mit
Flügeltüren versehen
sind, sind die innen liegenden Module nach dem Aufklappen der Flügeltüren leicht
zugänglich.
Die Bearbeitungsvorrichtung wird an beiden Seiten von seitlichen Gehäuseteilen 18, 19 abgeschlossen,
so dass die Bearbeitungsvorrichtung vollständig gekapselt ist.
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Ferner ist in 3 schematisch ein Transportsystem 20 dargestellt,
das die Bearbeitungsvorrichtung 11 mit einer anderen Bearbeitungsvorrichtung
verbindet, so dass eine Bearbeitungslinie oder Stationslinie entsteht.
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4 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel einer
Bearbeitungsvorrichtung in einer Draufsicht.
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Die Bearbeitungsvorrichtung 21 umfasst mehrere
nebeneinander liegende Basis- bzw.
Prozessmodule 22 – 29,
die jeweils mit einem internen Transportsystem 30 versehen
sind. Die interne Transportvorrichtung 30 ist als Schnelleinzug
ausgebildet, wobei jedes der Module 22 – 29 einen Mitnehmen
aufweist, der den Weitertransport der Werkstückträger bewirkt. Die interne Transportvorrichtung ist
als autonome Fördereinrichtung
ausgebildet, in demselben Raster wie die Prozessmodule aufgebaut und
mit dem jeweiligen Grundrahmen verbunden, wodurch ein lückenloses,
von den Prozessmodulen unabhängiges
Transportsystem für
die Werkstückträger geschaffen
wird. Wenigstens eines der Module 22 – 29 ist ein Basismodul,
das einen Anschluss aufweist, über
den elektrische Energie zuführbar
ist. Daneben dient der Anschluss zur Übermittlung von Daten und Steuersignalen.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
ist die Bearbeitungsvorrichtung 21 für die Montage von Handys vorgesehen.
Die zu bearbeitenden Werkstücke 31 werden
der Bearbeitungsvorrichtung 21 zugeführt, von einem Roboterarm 32 entnommen
und auf die Werkstückträger 33 gelegt.
Jedes Prozessmodul ist mit einer eigenen Vorrichtung zum Positionieren und
Halten des Werkstücks 31 in
Arbeitsposition ausgerüstet
und hat eine eigene Prozesssteuerung zur Ausführung des jeweiligen Bearbeitungsschritts.
An den einzelnen Modulen 22 – 29 werden verschiedene Bearbeitungsvorgänge durchgeführt wie
das Einsetzen von Einzelteilen, Verkleben und Ultraschallschweißen der
Komponenten. Die Werkstückträger 33 werden
dabei getaktet bewegt, so das jedes Werkstück nacheinander an den einzelnen
Prozessmodulen vorbeigeführt
wird. Die Positionierung und Indexierung des Werkstückträgers ist
dabei Bestandteil eines Prozessmoduls. Nach dem Abschluss der Bearbeitungsvorgänge werden
die Werkstücke
von einem Roboterarm 34 entladen.
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Aus 4 ist
ersichtlich, dass der weitere Transport der Werkstückträger 33 über ein
externes Transportsystem 35 erfolgt. Das externe Transportsystem 35 kann
entweder innerhalb der Bearbeitungsvorrichtung 21 oder
aber auch außerhalb
der Bearbeitungsvorrichtung angeordnet sein.