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Die
Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung mit den Merkmalen
im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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In
der Praxis sind einfache Positioniereinrichtungen für Werkstücke
in Form von Drehtischen bekannt. Diese haben eine eingeschränkte
Kinematik und lassen sich nur für wenige Anwendungszwecke
einsetzen. Andererseits werden bei der Karosseriefertigung in Robotergärten
mehrachsige Industrieroboter, z. B. sechsachsige Gelenkarmroboter,
zum Positionieren von Bauteilen eingesetzt. Ein solcher Robotereinsatz
ist in vielen Fällen kinematisch überqualifiziert
und unwirtschaftlich.
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Die
DE 101 27 743 A1 zeigt
ein zweiachsiges Positioniergerät mit zwei Schwingen, die
aneinander gelagert sind und Drehantriebe aufweisen. Die erste Schwinge
ist am einen Ende an einem Gestell drehbar gelagert und mit einem
Antrieb versehen. Am anderen Ende ist die zweite Schwinge angelenkt
und drehend angetrieben. Die zweite Schwinge ist als Tragbalken
für ein daran angehängtes Werkstück ausgebildet,
das sich mit einer Kante seitlich entlang der Schwinge erstreckt.
Die beiden Schwingen werden als externe Achsen von der Steuerung
eines Roboters beaufschlagt, der ein Schweißwerkzeug führt. Das
Positioniergerät hat zwei Achsen, wobei die zweite Schwinge
das Abtriebselement darstellt.
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Aus
der
US 4,843,904 A ist
ein vierachsiger Werkstückpositionierer mit einem Drehtisch
an einer Lenkeranordnung bekannt. Der Drehtisch ist als Spannplatte
ausgebildet und kann um zwei Achsen gedreht und geschwenkt werden.
Er ist an einem Gestell gelagert, welches zwei lineare Gestellachsen
für eine Horizontal- und Vertikalverstellung des Drehtischs
aufweist. Zwei Lenker dienen als Ausleger für den Drehtisch
und dessen Antrieb, wobei sie höhenverstellbar an zwei
vertikalen Stützen geführt und gemeinsam über
einen Zylinder vertikal verstellt werden können.
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Die
WO 91/04522 A1 offenbart
einen zweiachsigen Drehpositionierer für ein Werkstück,
bei dem ein Ausleger um seine Längsachse drehbar an einem
Gestell gelagert ist. Am Auslegerende ist ein Drehtisch als Abtriebselement
angeordnet.
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Die
DE 92 10 396 U1 betrifft
eine Wechselvorrichtung für Spannrahmen mit glockenförmigem Umgriff
einer Bearbeitungsvorrichtung. Die Wechselvorrichtung hat ein Gestell
und einen drehbaren Rahmen mit einer vertikalen Drehachse, wobei
am Rahmen zwei seitlich ausfahrbare Zustellvorrichtungen für
die Spannrahmen vorhanden sind.
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Die
US 4,894,901 A zeigt
einen mehrarmigen gelenkigen Ständer ohne eigene Antriebe,
dessen Arme von einem Roboter über ein angekuppeltes Werkzeug
bewegt werden und in der gewünschten Endstellung blockiert
werden. Bei der
DE
10 2004 021 388 A1 wird ein mehrachsiger Roboter zum Positionieren
von Werkstücken benutzt.
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Es
ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Positioniereinrichtung
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
beanspruchte Positioniereinrichtung hat den Vorteil einer verbesserten
Kombination von Kinematik und Wirtschaftlichkeit. Gegenüber
Drehtischen sind die Kinematik, die Reichweite und die Einsatzmöglichkeiten wesentlich
vergrößert und verbessert. Im Vergleich mit Gelenkarmrobotern
kann zwar die Kinematik reduziert, zugleich aber über die
Linearachse die Reichweite vergrößert werden.
Auch der Arbeitsbereich lässt sich günstiger gestalten
und außerdem an die jeweiligen Positioniererfordernisse besser
anpassen.
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Durch
eine Achsenreduzierung kann der Bau- und Kostenaufwand verringert
und im Verhältnis zur Kinematik und den Positionieranforderungen verbessert
und optimiert werden. Eine Kostenersparnis ist außerdem
durch eine Fremdsteuerung der Achsantriebe, z. B. über
die Steuerung eines zugeordneten Manipulators oder Roboters möglich.
Die Positionierachsen können hierbei als Zusatzachsen von
der Robotersteuerung aus gesteuert und optimal an die jeweiligen
Bearbeitungs- und Handhabungserfordernisse sowie an die Bedürfnisse
des Roboters oder Bearbeitungsgerätes angepasst werden.
Kostengünstig ist auch die Möglichkeit zur Verwendung einfacher
Achsgeometrien und einfacher Achsantriebe.
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Die
beanspruchte Ausrichtung und Anordnung der Linear- und Drehachsen
hat außerdem Vorteile hinsichtlich des Arbeitsbereichs
und der Positioniermöglichkeiten. Auch die Störbereiche
können vorteilhaft reduziert werden. Durch die Verwendung von
Winkelträgern lassen sich die zu positionierenden Werkstücke,
Werkzeuge oder dergl. in ihrer Lage und Ausrichtung an die vorhandene
Positionierkinematik anpassen.
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Die
Positioniereinrichtung kann ein oder mehrere Positioniergeräte
mit der genannten Ausbildung und Achsgeometrie aufweisen. Mehrere
Positioniergeräte können zur Bildung spezieller
Bauteil- oder Wendepositionierer oder dergl. eingesetzt und synchron
bewegt werden. Hierdurch lassen sich größere Lasten
bewegen und abstützen. Die Positioniergeräte können
miteinander bewegliche Portale bilden, die sich auch an schwierigen
Arbeitsbereichen einsetzen lassen. Insbesondere können
solche Portale Überhebevorgänge durchführen
und sich dabei außerhalb des Bereichs von Bearbeitungseinrichtungen
oder -geräten befinden. Besonders günstige Einsatzmöglichkeiten
eröffnen sich im Bereich der Karosseriefertigung bei der
Handhabung und dem Transport sowie Positionieren von Karosseriebauteilen
und/oder Spannrahmen. Bespielsweise kann eine Handhabungseinrichtung
für Spannrahmen an einer Bearbeitungsstation, insbesondere
einer Framingstation oder einer Ausschweißstation für
Fahrzeugkarosserien, durch die beanspruchten Positioniereinrichtungen
wesentlich verbessert und vereinfacht werden. Dies betrifft sowohl
das Ein- und Auslagern von Spannrahmen an Spannrahmenmagazinen,
den Spannrahmentransport, als auch die Zustellung von Spannrahmen
an der Arbeitsstelle.
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Für
die konstruktive Ausgestaltung der Positioniereinrichtung und der
Positioniergeräte gibt es verschiedene Möglichkeiten.
In den Unteransprüchen sind hierfür vorteilhafte
Ausgestaltungen angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im einzelnen zeigen:
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1 bis 3:
ein Positioniergerät in perspektivischer Ansicht, Frontansicht
und geklappter Seitenansicht,
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4:
eine vergrößerte und abgebrochene Schnittdarstellung
eines kombinierten Dreh- und Schiebelagers nebst Antriebstechnik,
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5:
eine aufgeschnittene Frontansicht eines Arms des Positioniergeräts,
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6 und 7:
verschiedene Ansichten eines Positioniergeräts mit einer
Betriebsmittelkette,
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8:
eine Positioniereinrichtung in Form eines Wendepositionierers mit
zwei Positioniergeräten,
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9 und 10:
eine kinematische und konstruktive Variante der Positioniereinrichtung
und der Positioniergeräte,
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11 bis 13:
eine Bearbeitungsstation mit zwei Positioniereinrichtungen in verschiedenen Ansichten,
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14 und 15:
eine Positioniereinrichtung in der Ausführung als Bauteilpositionierer
an einer Framingstation und
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16 bis 18:
Varianten der Positioniereinrichtungen als Rahmenpositionierer an
einer Framingstation.
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Die
Erfindung betrifft eine Positioniereinrichtung (2) für
unterschiedliche Einsatzzwecke und eine mit ein oder mehreren solcher
Positioniereinrichtungen (2) ausgerüstete Bearbeitungsstation
(1).
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Die
Positioniereinrichtung (2) weist ein oder mehrere Positioniergeräte
(3) auf. 1 bis 5 zeigen
eine erste Variante und 9 und 10 eine
zweite Variante eines solchen Positioniergerätes (3).
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In
den verschiedenen Varianten weist das Positioniergerät
(3) jeweils ein Gestell (8) mit mindestens einem
Arm (11) und mit mindestens einem Abtriebselement (15)
auf. Das Positioniergerät (3) besitzt in den dargestellten
Ausführungsformen drei Bewegungsachsen (18, 19, 20)
mit zugehörigen Antrieben (21, 22, 23).
Dies sind in den gezeigten Varianten zwei Drehachsen (18, 20)
und eine Linearachse (19). Alternativ kann das Positioniergerät
(3) ein oder mehrere Zusatzachsen aufweisen, z. B. eine
zusätzliche Drehachse und/oder Fahrachse für das
Gestell (8).
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In
den gezeigten Varianten sind jeweils die Arme (11) um eine
Drehachse (18) mittels eines Lagers (12) drehbar
am Gestell (8) gelagert und mittels eines Antriebs (21)
drehend oder schwenkbar angetrieben. Die Drehachse (18)
ist im wesentlichen horizontal bzw. parallel zum Untergrund ausgerichtet.
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Das
Abtriebselement (15) weist ebenfalls eine Drehachse (20)
auf und ist mittels eines Lagers (14) drehbar am Arm (11)
gelagert und wird mittels eines Antriebs (23) drehend angetrieben.
Das Antriebselement (15) ist seitlich neben dem Arm (11)
angeordnet, wobei die Drehachse (20) quer zur Armlängsrichtung
ausgerichtet ist. Vorzugsweise ist das Abtriebselement (15)
an der dem Gestell (8) gegenüberliegenden Seite
des Arms (11) angeordnet. Die Drehachsen (18, 20)
des Arms (11) und des Abtriebselements (15) können
parallel ausgerichtet sein.
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Das
Abtriebselement (15) ist z. B. als zylindrischer Drehflansch
(16) ausgebildet und weist an seiner Stirnseite oder an
anderer geeigneter Stelle mindestens einen Anschluss (17)
zum Anbau von ein oder mehreren Werkzeugen (35) auf. Der
Anschluss (17) kann z. B. als Wechselkupplung ausgebildet sein,
die fernsteuerbar ist und einen Werkzeugwechsel ermöglicht.
Der Anschluss (17) kann ferner eine Betriebsmittelversorgung
für die Zuführung von Betriebsmitteln, wie Druckluft,
Kühlflüssigkeit, Leistungs- und Signalströme
etc. zum Werkzeug (35) aufweisen.
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Das
Werkzeug (35) kann plan an der Stirnfläche des
Abtriebselements (15) angeordnet sein. Alternativ kann
der Anschluss (17) einen Winkelträger oder Winkelflansch
(40) aufweisen, der eine gedrehte Ausrichtung und Befestigung
des Werkzeugs (35) ermöglicht. 11 bis 13 zeigen
eine solche Anordnung.
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Das
Werkzeug (35) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein. In den gezeigten Ausführungsbeispielen weist es einen
oder mehrere Greifer oder Spanner (41) auf, mit denen Werkstücke
(4) beliebiger Art, z. B. Karosseriebauteile (48)
gegriffen werden können. Mittels eine solchen Greifwerkzeugs (35)
können alternativ Spanneinrichtungen, z. B. Spannleisten
(44) oder größere Spannrahmen (45) gegriffen
werden. Das Greifwerkzeug (35) kann außerdem als
Spanneinrichtung Verwendung finden, um ein Werkstück an
einer Auflage festzuspannen und ggf. auch mehrere Werkstückteile
aufzunehmen und in einer gewünschten Position und Ausrichtung zueinander
zu spannen.
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Die
Linearachse (19) ist in den gezeigten Ausführungsbeispielen
unterschiedlich ausgebildet. In der Variante von 1 bis 5 ist
der lang gestreckte Arm (11) in seiner Längsrichtung
verschieblich am Gestell (8) mittels eines Schiebelagers
(13) gelagert. Hierbei können das Drehlager (12)
und das Schiebelager (13) in der nachfolgend beschriebenen Weise
kombiniert sein. Hierdurch lässt sich der Arm (11)
drehen und ggf. gleichzeitig verschieben. Das Dreh- und Schiebelager
(12, 13) sind bei dieser Ausführungsform
an einer aufrechten Säule (9) des Gestells angeordnet
und befinden sich mit Abstand über einem Fußteil
(10) des Gestells (8) und dem Untergrund. Der
Arm (11) ist dabei seitlich und fliegend an der Säule
(9) gelagert.
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Das
Positioniergerät (3) kann außerdem eine steuerbare
Feststelleinrichtung (32) für den Arm (11) aufweisen.
Die Feststelleinrichtung (32) kann sowohl die Drehstellung
um die Drehachse (18), wie auch die Verschiebestellung
entlang der Linearachse (19) gesteuert blockieren und verriegeln.
Die Feststelleinrichtung (32) kann hierfür z.
B. als fernsteuerbare kraftschlüssige Klemmeinrichtung,
formschlüssige Rasteinrichtung oder in anderer geeigneter
Weise ausgebildet sein.
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Das
kombinierte Dreh- und Schiebelager (12, 13) greift
im mittleren Armbereich zwischen den Armenden an. 4 verdeutlicht
in einer aufgebrochenen Schnittdarstellung diese Anordnung und den Aufbau
der Lagerungs- und Antriebstechnik.
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Die
Säule (9) besitzt am oberen Ende einen verbreiterten
Kopfbereich, an dem die Lager (12, 13) und der
Antrieb (22) für die Linearachse (19)
angeordnet sind. Das Schiebelager (13) weist ein im Querschnitt
gabelförmiges Lagergehäuse (27) auf,
welches den Arm (11) bereichsweise an drei Seiten umfasst
und mittels ein oder mehrerer Führungen (28) zwischen
den vorstehenden Gabelarmen in Armlängsrichtung führt.
Das Lagergehäuse (27) bildet eine U-förmige
Führungsmanschette und hat eine begrenzte Länge,
die sich z. B. nach den aufzunehmenden Kräften und Momenten
richtet. Das Lagergehäuse (27) weist an der zur
Säule (9) gerichteten Seite eine Hohlwelle (24)
auf, welche die Drehachse (18) definiert und mittels einer
Lagerung (12) im Kopf der Säule (9) drehbar
gelagert ist. Der Antrieb (21) für die Drehachse
(18) befindet sich an geeigneter Stelle, z. B. am Säulenschaft
unterhalb des verbreiterten Kopfbereichs und ist mittels eines ggf.
mehrstufigen Vorgeleges (26) mit der Hohlwelle (24)
treibend verbunden.
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Der
Antrieb (21) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet
sein und ein motorisches Antriebselement und ggf. ein nachgeschaltetes
Getriebe aufweisen. Der Antrieb (21) kann z. B. einen steuerbaren
Elektromotor mit Weggebern und/oder Winkelgebern und mit Brems-
und Verriegelungsmöglichkeiten aufweisen, der vorgegebene
Positionen anfahren und dort verharren kann.
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Der
im Lagergehäuse (27) formschlüssig geführte
Arm (11) wird bei der Drehung des Lagergehäuses
(27) um die Drehachse (18) mitgenommen. Der Antrieb
(22) für die Linearachse (19) ist über
dem Drehantrieb (21) angeordnet und treibt eine durchgehende
Welle (25), die in der Hohlwelle (24) koaxial angeordnet
und mittels geeigneter Lagerelemente drehbar gelagert ist. Der Antrieb
(22) kann ansonsten in gleicher Weise wie der Antrieb (21)
ausgebildet sein. Am Ende der Durchgangswelle (25) befinden sich
Treibelemente (30, 31), die auf den Arm (11) einwirken.
Dies kann z. B. ein Ritzel (30) am Wellenende sein, welches
mit einer Zahnstange (31) an der Rückseite des
Arms (11) kämmt. Die Treibelemente (30, 31)
sind in einem Freiraum zwischen der benachbarten Seitenwand des
Arms (11) und dem Boden des Lagergehäuses (27)
angeordnet. In diesem Bereich befinden sich außerdem Teile
des Schiebelagers (13), die für eine Seitenführung
des Arms (11) sorgen.
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Bei
der in 1 bis 5 gezeigten Ausführungsform
ist das Abtriebselement (15) am einen Armende mittels des
Drehlagers (14) ortsgebunden angeordnet. Sein Antrieb (23)
kann sich an der gleichen Stelle befinden. In der gezeigten Ausführungsform
ist zu Gunsten einer ausgewogenen Gewichtsverteilung der Antrieb
(23) am anderen Armende angeordnet. Der Antrieb (23)
kann in entsprechender Weise wie die anderen Antriebe (21, 22)
ausgebildet sein. Die Antriebskräfte werden mittels einer
Transmission (33) im Inneren des hohlen Armgehäuses
(29) zum Abtriebselement (15) und dessen Welle übertragen. Die
Transmission (33) kann z. B. ein Zahnriementrieb, ein Seiltrieb,
ein Kettentrieb, Schneckentrieb oder dergl. sein.
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In
Abwandlung der gezeigten Ausführungsform können
an beiden Armenden Abtriebselemente (15) angeordnet sein,
wobei die Antriebe (23) in diesem Fall in enger Nachbarschaft
dazu angeordnet sind und z. B. angesteckt sein können. 8 zeigt eine
solche Variante.
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9 und 10 verdeutlichen
ein anderes Ausführungsbeispiel des Positionsgerätes
(3). Der Arm (11) ist an einem Ende mittels eines
Drehlagers (21) um eine Drehachse (18) schwenkbar
an einem Gestell (8) angeordnet. Das Gestell (8)
kann eine niedrige Bauhöhe haben, so dass sich das Drehlager (12)
und die Drehachse (18) in Bodennähe befinden. Die
Linearachse (19) wird in diesem Fall durch eine Längsverstellung
des Abtriebsteils (15) entlang des Arms (11) realisiert.
Das Schiebelager (13) ist hierfür z. B. als Schlitten
ausgebildet und entlang des Arms (11) in geeigneter Weise
an Schienen oder dgl. geführt und wird über einen
vorzugsweise bodennahen Antrieb (22) mittels einer geeigneten
Transmission, z. B. eines Spindeltriebs oder dergl. längs
des Arms (11) verstellt. Das Abtriebselement (15)
kann in ähnlicher Weise wie beim vorbeschriebenen Ausführungsbeispiel
ausgebildet sein und besitzt eine Drehachse oder Abtriebsachse (20).
Für die Drehachsen (12, 20) sind geeignete
Antriebe (21, 23) vorhanden. Der Antrieb (23)
und das Drehlager (14) für das Abtriebselement
(15) können Schiebelager (13) bzw. am
Schlitten mitgeführt werden.
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Die
Positionsgeräte (3) weisen in den verschiedenen
Ausführungsformen jeweils einen einzelnen Arm (11)
auf. Alternativ kann der Einzelarm durch zwei oder mehr parallele
Armteile ersetzt werden, die größere Kräfte
und Momente aufnehmen können.
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Die
Positionsgeräte (3) können einzeln aufgestellt
sein, wie dies z. B. in den nachfolgend erläuterten 11 bis 13 dargestellt
ist.
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8 und 9 verdeutlichen
eine Variante, in der die Positioniereinrichtung (2) jeweils
zwei paarweise gegenüber stehende und synchron bewegbare
Positioniergeräte (3) mit fluchtenden Abtriebsachsen
(20) aufweist. Es können auch mehrere solcher
Positioniergerätepaare (3) vorhanden sein. Die
Positioniergeräte (3) können gemeinsam
mindestens eine Bauteilaufnahme (39), eine Spanneinrichtung
(44, 45) oder ein Werkstück (4)
halten. Sie können auch wie in 9 durch
eine Querstange miteinander verbunden sein, die sich längs
der Drehachse (20) erstreckt und an der das Abtriebselement (15)
ggf. hin und her fahren kann. Die Querstange kann zugleich das stationäre
Stützteil und das bewegliche Lagerelement für
das Drehlager (14) bilden.
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In
den gezeigten Varianten hat die Positioniereinrichtung (2)
mit den Positioniergerätepaaren (3) eine portalähnliche
Form. Diese erlaubt Überhebebewegungen der Abtriebselemente
(15) über Hindernisse. Durch die Verschieblichkeit
der Arme (11) oder der Abtriebselemente (15) kann
hierbei die Auslegelänge variiert und den Gegebenheiten
angepasst werden.
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Die
Synchronisation der Antriebe (21, 22, 23) kann
bei der Doppelanordnung der Positioniergeräte (3)
in beliebig geeigneter Weise erreicht werden. Einerseits können
die Antriebe (21, 22, 23) über
Weg- und/oder Winkelmesssysteme miteinander auf Gleichlauf synchronisiert
werden. Sie können zusätzlich auf gleiche Kräfte
oder Momente geregelt werden.
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Alternativ
sind mechanische Antriebskopplungen möglich. Bei der Variante
von 9 treibt z. B. der am linken Positioniergerät
(3) angeordnete Drehantrieb (21) mittels einer
verlängerten Abtriebswelle die Arme (11) beider
Positioniergeräte (3) an. In entsprechender Weise
gibt es einen gemeinsamen Antrieb (22) für beide
Linearachsen (19). Auch hier treibt ein Motor über
eine verlängerte Abtriebswelle beide Transmissionen an.
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Bei
der Variante von 9 ist z. B. ein einzelnes und
für beide Positioniergeräte (3) gemeinsames Abtriebselement
(15) vorhanden, welches einen einzelnen Drehantrieb (23)
aufweist und ggf. längs der Querstange verschiebbar angeordnet
ist. Für diese Verschiebebewegung kann ebenfalls ein steuerbarer Antrieb
vorhanden sein. In Abwandlung der gezeigten Ausführungsform
können auch mehrere Abtriebselemente (15) auf
der Querstange angeordnet sein. Ferner kann sich das Abtriebselement
(15) über den gesamten Freiraum zwischen den gegenüber
stehenden Armen (11) erstrecken und nur Drehbewegungen
durchführen. In weiterer Abwandlung kann jeder Arm (11)
ein eigenes Abtriebselement (15) aufweisen, wobei die Querstange
ggf. entfällt und die Abtriebselemente (15) eigenständig
und z. B. synchron angetrieben werden.
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8 zeigt
eine Ausführungsvariante zum ersten Ausführungsbeispiel
der 1 bis 5. Die Positioniereinrichtung
(2) ist in diesem Fall als Bauteilpositionierer (37)
und insbesondere als Wendepositionierer (38) ausgebildet.
Die beiden Positioniergeräte (3) stehen einander
mit gleichen Armausrichtungen und mit fluchtenden Abtriebsachsen
(20) gegenüber. Hierbei können an beiden
Armenden beider Arme (11) Abtriebsachsen (20)
mit Abtriebselementen (15) vorhanden sein, die in geeigneter
Weise angetrieben werden. 8 zeigt
hierfür eine Variante, in der am linken Positioniergerät
(3) für beide Abtriebselemente (15) jeweils
ein benachbarter Antrieb (23) vorhanden ist. Beim anderen,
rechten Positioniergerät (3) können die
Abtriebselemente (15) nur jeweils ein Drehlager (14)
haben, wobei auf eigene Antriebe verzichtet wird. Die paarweise
gegenüberstehenden Abtriebselemente (15) sind
jeweils mit einer Bauteilaufnahme (39) drehfest verbunden,
die z. B. aus zwei parallel und mit Abstand zueinander gehaltenen
Aufnahmeplatten oder Aufnahmerahmen besteht. An den Aufnahmeplatten
können mittels geeigneter Greifer, Spanner oder sonstiger
Werkzeuge (nicht dargestellt) Werkstücke lösbar
befestigt werden. Die Längen der Arme (11) und
die Größe der Bauteilaufnahme (39) sind
aufeinander abgestimmt, so dass die Bauteilaufnahme (39)
um die Abtriebsachsen (20) geschwenkt werden können,
wodurch die Aufnahmeplatten abwechselnd von der Außenseite
her zugänglich sind. Durch die starre beidseitige Kopplung
der Bauteilaufnahme (39) mit den Abtriebselementen (15)
genügt jeweils ein einzelner Antrieb für die Drehung.
In diesem Fall können die Drehantriebe (23) voneinander
unabhängig agieren, wobei aus Handlinggründen
vorteilhafterweise die Drehbewegungen aufeinander abgestimmt sein
können. Alternativ können alle Abtriebselemente
(15) einen eigenen Antrieb (23) aufweisen.
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Die
Positioniergeräte (3) erlauben eine Betriebsmittelzuführung
zu den Werkzeugen (35) oder den Werkstücken (4).
Diese Versorgung kann über die Positioniergeräte
(3) und einen stationären Anschluss im Bereich
des Gestells (8) laufen. Wie 6 und 7 verdeutlichen,
können am Arm (11) Betriebsmittelketten (34)
vorhanden sein, die für eine flexible und mit den Armverschiebungen
mitbewegte Betriebsmittelzufuhr vom Gestell (8) zum Abtriebselement
(15) sorgen. Die Betriebsmittelkette (34) kann vom
Dreh- oder Schiebelager (12,13) bzw. dessen Lagergehäuse
(27) ausgehen und in einem gebogenen Leitungsschlepp entlang
des Arms (11) bis zum Abtriebselement (15) verlegt
sein. Über geeignete Drehanschlüsse können
fluidische Betriebsmittel übertragen werden. Ströme
können über Schleifkontakte etc. übertragen
werden. Für die Variante des Positioniergeräts
(3) von 9 und 10 kann
die Betriebsmittelkette (34) entsprechend angepasst sein.
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Die
Positioniergeräte (3) bzw. die hiervon gebildete
Positioniereinrichtung (2) können eine geeignete
Steuerung aufweisen. Diese Steuerung kann in ein oder mehrere Positioniergeräte
(3) integriert sein und die Antriebe (21, 22, 23)
sowie ggf. andere Geräteteile beaufschlagen. In der bevorzugten
Ausführungsform ist die Steuerung ausgelagert und befindet sich
in einer externen Steuerung (36) von ein oder mehreren
Bearbeitungseinrichtungen (5), denen die Positioniereinrichtung
(2) zugeordnet ist. Die einfach oder mehrfach vorhandenen
Bearbeitungseinrichtungen (5) können z. B. mehrachsige Manipulatoren, insbesondere
mehrachsige Industrieroboter sein, die mit geeigneten und ggf. wechselbaren
Werkzeugen, z. B. Fügewerkzeugen, die Werkstücke
(4) bearbeiten. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
sind die Roboter (6) als sechsachsige Gelenkarmroboter
ausgebildet, die ggf. auch ein oder mehrere Zusatzachsen aufweisen
können. Die Manipulatoren oder Roboter (6) besitzen
eine Robotersteuerung (36), die mehrere zusätzliche
Steuerachsen aufweist, die für die Steuerung der zugehörigen
Positioniereinrichtung (2) bzw. des oder der Positioniergerät(e)
(3) über geeignete Leitungsverbindungen herangezogen
werden können. 11 zeigt
eine solche Ausführung.
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In 11 bis 13 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsstation
(1) und einer Einsatzumgebung für eine Positioniereinrichtung
(2) dargestellt. Die Positioniereinrichtung (2)
ist hier als Bauteilpositionierer (37) für ein
oder mehrere gleiche oder ggf. unterschiedliche Werkstücke
(4) ausgebildet und besteht aus zwei einzeln und mit gegenseitigem
Abstand aufgestellten Positioniergeräten (3). Die
Positioniergeräte (3) sind flurgebunden, können alternativ
aber eine beliebige andere Montagelage, z. B. hängend an
einem Portal oder seitlich auskragend an einer Gebäudewand
oder dergl. haben. Die Zahl der Positioniergeräte (3)
kann beliebig nach oben und unten variieren. Die Positioniergeräte
(3) dienen zum Handhaben und Positionieren von Werkstücken (4)
gegenüber den zugeordneten Bearbeitungsgeräten
(5, 6), wobei auch ein Weitertransport der Werkstücke
(4) nach der Bearbeitung realisiert werden kann. Die Positioniergeräte
(3) können gemeinsam gesteuert werden, z. B. über
die Robotersteuerung (36).
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Am
Eingang der Bearbeitungsstation (1) werden die Werkstücke
(4) in geeigneter Weise zugeführt und z. B. von
einem Werker (43) an eine Trommelaufnahme (42) übergeben.
Die Werkstücke (4) können von beliebiger
Art, Größe und Zahl sein. Vorzugsweise handelt
es sich um Karosseriebauteile von Rohkarosserien von Kraftfahrzeugen.
Die Werkstücke (4) können mehrteilig
sein und Baugruppen bilden.
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Nach
der manuellen Werkstückübergabe dreht die Trommelaufnahme
(42) und bringt das Werkstück (4) in
den Arbeitsbereich des Positioniergerätes (3),
welches z. B. in der eingangs erwähnten Weise mit einem
Anschluss (17) mit Winkelträger (40)
und einem Greifwerkzeug (35) mit Greifern oder Spannern
(41) ausgerüstet ist. Das Greifwerkzeug (35)
kann ebenfalls von der Steuerung (36) beaufschlagt werden.
Mittels des Greifwerkzeugs (35) übernimmt und
spannt das Positioniergerät (3) das an der Trommelaufnahme
(42) bereit gestellte Werkstück (4).
Der Arm (11) kann hierfür z. B. auf die gezeigte
maximale Auskraglänge ausgefahren werden. Anschließend
wird der Arm (11) zurückgefahren und ggf. gedreht.
Durch geeignete Bewegungen der angetriebenen Achsen (18, 19, 20)
kann das Werkstück (4) gegenüber dem
zugeordneten Roboter (6) und dessen Werkzeug in eine bearbeitungsgerechte
Position gebracht werden. Die Position kann ggf. während
der Bearbeitung geändert werden. Der Roboter (6)
und das Positioniergerät (3) werden hierbei von der
Steuerung (36) in abgestimmter Weise gesteuert.
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Nach
Beendigung des Bearbeitungsprozesses kann das Positioniergerät
(3) das Werkstück (4) an das in der Prozesskette
nächstfolgende Positioniergerät (3) direkt
oder über eine stationäre Ablage übergeben.
Das Werkstück (4) wird vom zweiten Positioniergerät
(3) wiederum gegenüber einer Bearbeitungseinrichtung
(5) prozessgerecht positioniert und gehandhabt. Am Ende
der Bearbeitung kann eine Werkstückabgabe und ein Abtransport
aus der Bearbeitungsstation (1) folgen. Innerhalb der Bearbeitungsstation
(1) kann die Zahl der Positioniergeräte (3)
und der Bearbeitungseinrichtungen (5) beliebig variieren.
Die Zahl kann kleiner oder größer als in der gezeigten
Ausführungsform sein.
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Wenn
innerhalb einer Bearbeitungsstation unterschiedliche Werkstücke
(4) positioniert und bearbeitet werden, können
die Positioniergeräte (3) mittels der Anschlüsse
(17) und deren Wechselkupplungen die Greifwerkzeuge (35)
bei Bedarf wechseln. Hierfür können ein oder mehrere
Bereitstellungen oder Magazine für unterschiedliche Werkzeuge
(35) vorhanden sein.
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14 und 15 zeigen
eine weitere Einsatzvariante der Positioniereinrichtung (2),
die hier wiederum als Bauteilpositionierer (37) in einer
Bearbeitungsstation (1) ausgebildet ist. In diesem, wie
im vorhergehenden Ausführungsbeispiel sind die Positioniergeräte
(3) entsprechend der ersten Ausführungsvariante
von 1 bis 5 ausgebildet. Sie können
alternativ gemäß 9 und 10 ausgestaltet
sein.
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Im
Ausführungsbeispiel von 14 und 15 sind
zwei Positioniergeräte (3) mit fluchtenden Abtriebsachsen
(20) gegenüberstehend angeordnet und werden synchron
angetrieben und bewegt. Sie haben jeweils ein Abtriebselement (15).
Mit den beidseitigen Abtriebselementen (15) können
ein oder mehrere Spanneinrichtungen (44), z. B. in Form der
gezeigten länglichen Spannleisten gemeinsam gegriffen,
gehandhabt und positioniert werden. Die Spannleisten (44)
weisen steuerbare Greifer und Spanner auf, mit denen Werkstücke
(4), z. B. die als Seitenwand ausgebildeten Karosseriebauteile
(48), gegriffen werden. Die Karosseriebauteile (48)
werden nacheinander von einem Förderer (49) mittels geeigneter
Halterungen bereit gestellt und können mit den Spannleisten
(44) gegriffen und vom Förderer (49)
abgenommen werden. Für verschiedene Karosseriebauteile
(48) können entsprechend angepasste Spannleisten
(44) vorhanden sein, die z. B. in einem benachbarten Magazin
(47) im Arbeitsbereich der Positioniergeräte (3)
gelagert sind.
-
In
der gezeigten Ausführungsform werden z. B. die von einem
hochliegenden Förderer (49) bereit gestellten
Seitenwände (48) vom Bauteilpositionierer (37)
einzeln gegriffen und einer Arbeitsstelle (53) im Stationsgestell
(52) der Bearbeitungsstation (1) zugeführt
und dort an eine geeignete Aufnahme, z. B. an einen bereit stehenden
Spannrahmen (50) übergeben. Der portalartige Bauteilpositionierer
(37) kann mit seinen beiden Armen (11) den Spannrahmen
(50) und auch die davor angeordneten Bearbeitungseinrichtungen
(5) störungsfrei übergreifen und das
Karosseriebauteil (48) an der zur Arbeitsstelle (53)
gewandten Rahmeninnenseite übergeben.
-
Die
Bearbeitungsstation (1) ist z. B. als Montage- oder Fügestation
für Fahrzeugkarosserien ausgebildet. Hierbei kann es sich
insbesondere um eine Framingstation handeln, in der die Grundform
der Rohkarosserie aus mehreren zugeführten Karosseriebauteilen
(48) aufgebaut und mittels ein oder mehrerer Spannrahmen
(50) gehalten wird. Die zugehörige Bodengruppe
(nicht dargestellt) kann z. B. auf einer Palette oder dergl. entlang
einer Transferlinie (54) in die Bearbeitungsstation (1)
mittels eines Förderers eingeführt und positioniert
werden. Ein Spannrahmen (50) kann auf einer oder auf beiden Seiten
der Transferlinie (54) angeordnet sein und sich dabei auf
einer Zustelleinrichtung (51) befinden, die eine quer zur
Transferlinie (54) gerichtete Zustellbewegung vor und zurück
ausführt und den Spannrahmen (50) an die Arbeits-
und Spannstelle an der Transferlinie (54) und der Bodengruppe
bringt. Die Bearbeitungseinrichtungen (5) besitzen geeignete Fügewerkzeuge,
wie Schweiß-, Klebe- oder Lötwerkzeuge oder dgl.
und sind z. B. als Schweißroboter ausgebildet.
-
Bei
dem gezeigten Einsatzbeispiel und auch in anderen Fällen
kann durch eine geeignete Säulenhöhe und Armlänge
die Positioniereinrichtung (2) auf die örtlichen
Gegebenheiten angepasst werden. Hierfür ist es günstig,
wenn die Positioniereinrichtung (2) und das oder die Positioniergerät(e)
(3) modular ausgebildet sind und sich bei Bedarf zu den
gewünschten Konfigurationen zusammenstellen und ggf. umrüsten
lassen. Die Säule (9) kann z. B. aus steckbaren
Säulenelementen bestehen, mit denen die Säulenhöhe
angepasst und ggf. verändert werden kann. Die Arme (11)
können ebenfalls eine austauschbare Baugruppe in verschiedenen
Größen und Konfigurationen bilden.
-
Durch
die portalartige Ausbildung des Bauteilpositionierers (37)
kann der vorhandene Platz optimal genutzt werden, wobei die Karosseriebauteile (48)
durch geeignete Schiebe- und Drehbewegungen der Arme (11)
und der Abtriebselemente (15) vom Förderer (49) über
die Roboter (6) und den Spannrahmen (50) hinweggehoben
und transportiert werden können. Sie können hierbei
z. B. eine Kurven- oder Einfädelbewegung ausführen,
um durch die veränderte Bauteilausrichtung den vorhandenen
Bewegungsfreiraum optimal zu nutzen und an den Störkonturen
vorbei zu kommen. Der Drehwinkel der gezeigten Positioniereinrichtung
(2) und des oder der Arme (11) um die Drehachse
(18) kann fast 360° betragen. Gleiches gilt für
die Abtriebselemente (15). Das Magazin (47) kann
mit Abstand hinter den Bearbeitungseinrichtungen (5, 6)
angeordnet sein. Durch die besondere Kinematik der Positioniereinrichtung (2)
können die Karosseriebauteile (48) auf direktem und
schnellstem Wege vom Förderer (49) zu den Spannrahmen
(50) transportiert werden.
-
16 bis 18 zeigen
eine weitere Einsatzvariante, bei der die Positioniereinrichtungen
(2) in einer Handhabungseinrichtung (58) für
Spannrahmen Verwendung finden. Die Bearbeitungsstation (1) ist
in ähnlicher Weise wie im vorhergehenden Ausführungsbeispiel
ausgebildet und weist ein Stationsgestell (52) mit einer
durchgeführten Transferlinie (54) nebst ein- oder
beidseitig angeordneten Arbeitsstellen (53) auf. In der
gezeigten flexiblen Bearbeitungsstation (1) können
unterschiedliche Karosserietypen bearbeitet werden, wofür
unterschiedliche. Spannrahmen (45) eingesetzt werden. Diese
sind in ein oder mehreren Magazinen (46) bevorratet, die
auf ein oder beiden Seiten der Transferlinie (54) angeordnet
sind und sich vor und/oder hinter der Arbeitsstelle (53)
befinden. Für die Zustellung der Spannrahmen (45)
an der Arbeitsstelle (53) kann wiederum eine Zustelleinrichtung
(51) vorhanden sein, die z. B. als ein quer zur Transferlinie
(54) beweglicher, steuerbarer und angetriebener Schlitten
ausgebildet ist. Am Stationsgestell (52) können
sich Absteckungen zur exakten Positionierung der Spannrahmen (45)
an der Arbeitsstelle (53) befinden.
-
Für
den Spannrahmentransport zwischen der Zustelleinrichtung (51)
und dem oder den Rahmenmagazin(en) (46) ist ein Förderer
(57) vorhanden, der längs der Transferlinie (54)
beweglich ist und z. B. einen flurgebundenen Transportwagen umfasst, der
auf Schienen mit einem geeigneten Antrieb verfahrbar ist. 17 zeigt
diesen Förderer (57) ausschnittsweise. Der Transportwagen
kann auch für die Rahmenzustellung an der Arbeitsstelle
(53) und für die Zustelleinrichtung (51)
verwendet werden.
-
Die
Positioniereinrichtungen (2) können im Rahmen
der Handhabungseinrichtung (58) als Werkzeugpositionierer
oder Rahmenpositionierer (55, 56) in verschiedenen
Konfigurationen eingesetzt werden.
-
In
der Variante von 16 und 17 sind die
portalartigen Positioniereinrichtungen (2) als Rahmenpositionierer
(55) an den Rahmenmagazinen (46) angeordnet. Die
Positioniereinrichtungen (2) bestehen in allen gezeigten
Varianten jeweils aus zwei gegenüberstehenden und synchron
ausgerichteten sowie bewegbaren Positioniergeräten (3)
mit fluchtenden Abtriebsachsen (20) und beidseits angeordneten
Abtriebselementen (15). Die Abtriebselemente (15)
sind wiederum als gegeneinander gerichtete Drehflansche (16)
mit Anschlüssen (17), ggf. in Form von Wechselkupplungen,
ausgebildet, die Werkzeuge (35) mit Greifern (41)
zum Halten und Bewegen der Spannrahmen (45) tragen. Die
Gestelle (8) bzw. Säulen (9) der Positioniergeräte
(3) sind beidseits der Magazine (46) und der dort
bevorrateten Spannrahmen (45) angeordnet, so dass die Spannrahmen
(45) seitlich mit den Werkzeugen (35), ggf. unter
Einschaltung eines zusätzlichen Greifhubs, gegriffen und
transportiert sowie positioniert werden können.
-
Wie
insbesondere 17 verdeutlicht, kann der Rahmenpositionierer
(55) dank seiner Kinematik die Spannrahmen (45)
von den verschiedenen Ablagestellen am Rahmenmagazin (46)
entnehmen, ggf. über andere Spannrahmen (45) und
sonstige Hindernisse hinwegheben und auf dem Förderer (47)
in geeigneter Weise abgeben und positionieren. Dank der Positionierkinematik
können dabei die Spannrahmen (45) auch bei Bedarf
um die Abtriebsachse (20) geschwenkt werden. Die z. B.
vertikale Rahmenausrichtung kann hierdurch während des
Transports und der Positionierung des Spannrahmens (45)
beibehalten oder geändert werden.
-
Auf
umgekehrten Wege kann der Rahmenpositionierer (55) den
nicht mehr benötigten und vom Förderer (57)
zurückgebrachten Spannrahmen (45) aufnehmen und
im Rahmenmagazin (46) wieder einstellen oder einlegen.
-
Dank
der Positionierkinematik können die Spannrahmen (45)
im Rahmenmagazin (46) vertikal stehen oder beliebige Schräglagen
einnehmen. Sie können alternativ liegend angeordnet sein.
Die Spannrahmen (45) sind hierbei mit ihrer Längsachse entlang
der Förderrichtung des Förderers (57)
und der Transferlinie (54) ausgerichtet, wobei die Arme (11)
der Positioniergeräte (3) quer dazu ausgerichtet sind.
-
18 zeigt
eine weiterführende Ausbildung der Bearbeitungsstation
(1) und der Handhabungseinrichtung (58) für
die Spannrahmen (45). In diesem Fall wird der Werkzeug-
oder Rahmenpositionierer (56) auch für die Übergabe
des Spannrahmens (45) an die Zustelleinrichtung (51)
und die Arbeitsstelle (53) eingesetzt. Der wiederum portalartige
Rahmenpositionierer (56) kann hierbei die vom vorerwähnten Förderer
(57) bereit gestellten Spannrahmen (45) ergreifen
und in einer quer zur Transferlinie (54) gerichteten Zustellbewegung
an die Zustelleinrichtung (51) übergeben, die
den Spannrahmen (45) dann an der Arbeitsstelle (45)
positioniert. Ggf. kann die Zustelleinrichtung (51) eingespart
werden, wobei der Rahmenpositionierer (56) den Spannrahmen
(45) direkt an die Arbeitsstelle (53) zustellt
und am Stationsgestell (52) andockt. Dank der Portalform
kann hierbei der Spannrahmen (45) über die an
der Arbeitsstelle (53) befindlichen Bearbeitungseinrichtungen
(5, 6) hinweg gehoben werden.
-
In
der vorerwähnten Variante ist der Rahmenpositionierer (56)
vor der Arbeitsstelle (53) stationär angeordnet.
Alternativ kann der Rahmenpositionierer (56) beweglich angeordnet
sein und auch den Rahmentransport zu ein oder mehreren Rahmenmagazinen
(46) besorgen und dort außerdem den Spannrahmen
(45) übergeben. In diesem Fall hat der Rahmenpositionierer
(55, 56) eine Doppelfunktion.
-
Der
bewegliche oder verfahrbare Rahmenpositionierer (55, 56)
besitzt z. B. ein gemeinsames und als Bodenplatte durchgehendes
Fußteil (10), welches die Positioniergeräte
(3) verbindet und an der Unterseite ein Fahrgestell oder
eine andere Fördertechnik aufweist. Der Rahmenpositionierer
(55, 56) kann z. B. entlang einer Förderlinie
parallel zur Transferlinie (54) flurgebunden verfahrbar
angeordnet sein. Alternativ ist eine hängende Führung
an einem Ständer oder Portal möglich.
-
In
der Variante von 18 können z. B. die zwei
Rahmenpositionierer (55, 56) abwechselnd die Arbeitsstelle
(53) und ihr zugeordnetes Magazin (46) bedienen.
Während beim Rahmenwechsel der eine Rahmenpositionierer
(55, 56) den nicht mehr gebrauchten Spannrahmen
(45) von der Arbeitsstelle (53) entfernt und zu
seinem zugeordneten Rahmenmagazin (46) transportiert, kann
bereits der andere Rahmenpositionierer (56, 55)
mit dem neuen Spannrahmen (45) vor die Arbeitsstelle (53)
fahren und den Spannrahmen (45) übergeben.
-
Abwandlungen
der gezeigten Ausführungsformen sind in verschiedener Weise
möglich. Dies betrifft zum einen die Kinematik und die
konstruktive Ausbildung der Positioniergeräte (3)
und ihrer Komponenten. Ferner sind auch die Einsatzzwecke und die
Ausbildung der Bearbeitungsstation (1) und deren Komponenten,
insbesondere der Handhabungseinrichtung (58) für
Spannrahmen (45) variabel. Die Merkmale der verschiedenen
Ausführungsbeispiele können ferner beliebig untereinander
kombiniert und vertauscht werden.
-
- 1
- Bearbeitungsstation,
Framingstation
- 2
- Positioniereinrichtung
- 3
- Positioniergerät
- 4
- Werkstück
- 5
- Bearbeitungseinrichtung
- 6
- Manipulator,
Roboter
- 7
- Werkzeug
- 8
- Gestell
- 9
- Säule
- 10
- Fußteil
- 11
- Arm
- 12
- Lager,
Drehlager
- 13
- Lager,
Schiebelager
- 14
- Lager,
Drehlager
- 15
- Abtriebselement
- 16
- Drehflansch
- 17
- Anschluss
- 18
- Bewegungsachse
I, Drehachse
- 19
- Bewegungsachse
II, Linearachse
- 20
- Bewegungsachse
III, Drehachse, Abtriebsachse
- 21
- Antrieb
für Achse I
- 22
- Antrieb
für Achse II
- 23
- Antrieb
für Achse III
- 24
- Welle,
Hohlwelle
- 25
- Welle,
Durchgangswelle
- 26
- Vorgelege
- 27
- Lagergehäuse
- 28
- Führung
- 29
- Armgehäuse
- 30
- Treibelement,
Ritzel
- 31
- Treibelement,
Zahnstange
- 32
- Feststelleinrichtung
- 33
- Transmission,
Zahnriemen
- 34
- Betriebsmittelkette
- 35
- Werkzeug,
Greifer
- 36
- Steuerung
- 37
- Bauteilpositionierer
- 38
- Wendepositionierer
- 39
- Bauteilaufnahme
- 40
- Winkelträger
- 41
- Greifer
- 42
- Trommelaufnahme
- 43
- Werker
- 44
- Spanneinrichtung,
Spannleiste
- 45
- Spanneinrichtung,
Spannrahmen
- 46
- Magazin
- 47
- Magazin
- 48
- Karosseriebauteil,
Seitenwand
- 49
- Förderer
- 50
- Spannrahmen
- 51
- Zustelleinrichtung
- 52
- Stationsgestell
- 53
- Arbeitsstelle
- 54
- Transferlinie
- 55
- Werkzeugpositionierer,
Rahmenpositionierer
- 56
- Werkzeugpositionierer,
Rahmenpositionierer
- 57
- Förderer
- 58
- Handhabungseinrichtung
für Spannrahmen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 10127743
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- - US 4843904 A [0004]
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- - DE 102004021388 A1 [0007]