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Die Erfindung betrifft eine Fertigungsanordnung
mit mindestens zwei Roboterzellen und mit mindestens zwei Spannvorrichtungen
zum Aufnehmen eines zu bearbeitenden Werkstückes.
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4 zeigt
eine Roboterzelle 1 des Standes der Technik, die einen
Bearbeitungsroboter aufweist, der in diesem Fall ein Schweißroboter 2 ist,
der einen Roboterarm 3 aufweist. Ferner weist die Roboterzelle 1 des
Standes der Technik einen Wechselpositionierer 4 auf, der
eine Spannmittelaufnahme 5, eine erste Spannvorrichtung 6,
eine zweite Spannvorrichtung 7 und ein Schutzschild 8 aufweist.
Der Wechselpositonierer 4 hat einen Drehkreis 9.
Die Spannvorrichtungen können
ebenfalls mit Bewegungsmechanismen versehen sein, die zum Positionieren
oder Nachführen
des jeweiligen Werkstücks
gegenüber
dem Roboter während
der Bearbeitung dienen. Hierfür
sind Dreh- als auch Dreh-Kippmechanismen bekannt. Jede Spannvorrichtung 6, 7 ist
jedoch unbeweglich an der Spannmittelaufnahme befestigt.
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In der Draufsicht beschreibt der
Roboter 2 mit seinem Roboterarm 3 einen Arbeitskreis 10,
der die Breite 11 seines Arbeitsbereiches definiert. Ferner
weist die Roboterzelle 1 des Standes der Technik eine Roboterzellenwand 12 auf,
in die eine Tür 13, eine
Lichtschranke 14 und weitere Türen 15 und 16 integriert
sind. Eine Peripheriesteuereinrichtung 17 ist über die
Tür 15 zugänglich und
eine Robotersteuereinrichtung 18 ist über die Tür 16 zugänglich.
Die Robotersteuereinrichtung 18 steuert sowohl den Roboter 2,
als auch beide Spannvorrichtungen 6, 7, sowie
die Spanmittelaufnahme 5 gemeinsam.
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Die Roboterzelle 1 des Standes
der Technik weist ferner eine Stromquelle 19 auf. Zum Programmieren
des Roboters 2, zum Warten des Schweißbrenners und der Brennerreinigung,
sowie um die Stromquelle 19 erreichen zu können, ist
mittels der Tür 13 ein
Zugang zu den entsprechend hinter dem Schutzschild 8 der
Roboterzelle 1 des Standes der Technik befindlichen Komponenten
möglich.
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In 5 wird
insbesondere der Aufbau des Wechselpositonierers 4 in seitlicher
Ansicht gezeigt. Dabei wird deutlich, wie die Spannmittelaufnahme 5 die
erste und zweite Spannvorrichtung 6, 7 sowie das Schutzschild 8 trägt. Ferner
wird die Drehachse 20 des Wechselpositionierers 4 gezeigt.
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Während
ein Werkstück
der ersten Spannvorrichtung 6 bearbeitet wird, wird in
die zweite Spannvorrichtung 7 ein neues Werkstück eingespannt.
Nachdem das Werkstück
der ersten Spannvorrichtung 6 fertigbearbeitet ist, dreht
sich die Drehanordnung mit der Spanmittelaufnahme 5 und führt dem
Bearbeitungsroboter 2 mit der zweiten Spannvorrichtung 7 ein
neues Werkstück
zur Bearbeitung zu. Währenddessen
kann in die erste Spannvorrichtung 6 ein neues Werkstück eingelegt
werden. Mit dem Wechselpositionierer soll erreicht werden, dass
der Fertigungsroboter möglichst
gut ausgelastet wird und Stillstandzeiten vermieden werden.
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Nachteilig ist dabei, dass vor und
nach dem Einlegen eines neuen Werkstückes für die jeweilige Spannvorrichtung
lange Totzeiten entstehen. Hierdurch ist für die Fertigungsanordnung als
solche und pro Spannvorrichtung nur eine geringe Bearbeitungsleistung
erzielbar. Ferner erfordern Wechselpositionierer ein hohes Investitionsvolumen,
das einer dementsprechend unzureichenden Produktivität gegenübersteht.
Außerdem
ist für
das Drehen des Wechselpositionierers stets eine Drehzeit erforderlich,
die ebenfalls unproduktiv ist.
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Eine Störung an einer der vielfältigen technischen
Komponenten des Wechselpositionierers bedeutet einen Ausfall der
gesamten Fertigungsanordnung. Dies beeinträchtigt die Produktivität der Fertigungsanordnung
erheblich.
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Aus der
DE 35 38 720 A1 ist eine
Fertigungsanlage mit Bearbeitungsstationen bekannt, wobei eine Mehrzahl
von Spanneinrichtungen mit Hilfe von Fördermitteln umläuft. Jede
Spanneinrichtung wird mit Hilfe eines Rechteckförderers auf einem Spannrahmen
sitzend einem Roboter zugeführt
und von diesem abgeführt.
Im Bereich der Roboter wird der Spannrahmen mitsamt der Spanneinrichtung
von einem Hub- und Verschiebetisch aufgenommen und gegenüber dem
Roboter bewegt. Der Hub- und Verschiebetisch kann Hub-, Verschiebe-
und Kippbewegungen ausführen.
Auch bei dieser Fertigungsanlage kann ein Ausfall einzelner technischer
Komponenten einen Ausfall der gesamten Anlage bedeuten, was die
Produktivität
der Anlage erheblich beeinträchtigt. Insbesondere
ist die Anlage vom Funktionieren des Fördersystems abhängig.
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Aufgabe der Erfindung ist es, auf
möglichst einfache
Weise eine Fertigungsanordnung zu schaffen, bei der die Bearbeitungsleistung
der Fertigungsanordnung deutlich verbessert ist.
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Diese Aufgabe wird gelöst mit einer
Fertigungsanordnung mit den Merkmalen des Anspruches 1.
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Gegenüber dem Stand der Technik,
bei dem bei einer der beiden Spannvorrichtungen stets unproduktive
Totzeiten auftreten, während
das von der jeweils anderen Spannvorrichtung gehaltene Teil gerade
bearbeitet wird, gehen bei der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung bei
jeder der beiden Spannvorrichtungen stets Schweiß- und Einlegevorgänge nahtlos
ineinander über.
Da die beiden Spannvorrichtungen der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung
ferner in jeweils separaten Roboterzellen von drehfest gelagerten
Spannmittelaufnahmen getragen werden, entfallen gegenüber dem
Stand der Technik zusätzlich
die unproduktiven Drehzeiten. Somit ist bei der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung
die Bearbeitungsleistung pro Spannvorrichtung und für die Fertigungsanordnung
insgesamt gegenüber
dem Stand der Technik deutlich erhöht.
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Darüber hinaus verringern sich
die Stillstandskosten der Fertigungsanordnung um ca. die Hälfte. Bei
einer Störung,
bei Wartungsarbeiten, bei Nachteach- und Programmierarbeiten oder
bei Rüstarbeiten
ist jeweils nur eine Spannmittelaufnahme mit ihrer Spannvorrichtung
und somit nur eine Roboterzelle betroffen. Alle weiteren Roboterzellen
können
unbeeinflusst weiterfertigen.
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Ferner ist es vorteilhaft, dass erstellte
Programme ohne großen
Zusatzaufwand auf jede der Roboterzellen angewendet werden können.
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Außerdem ist die gesamte Fertigungsanordnung
und jede Roboterzelle störungsunanfälliger,
da auf komplizierte Wechsel- und Wendetechnik verzichtet werden
kann. Die einzelnen Roboterzellen sind mit wesentlich geringerem
Platzbedarf realisierbar.
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In einer besonderen Ausführungsform
der Endung kann die Spannvorrichtung eine Bestückungsseite und eine von der
Bestückungsseite
verschiedene Roboterbearbeitungsseite aufweisen. Hierdurch wird
ein schnelleres und einfacheres Einlegen und Entnehmen von Werkstücken möglich. Insbesondere
kann auf die Schaffung eines entsprechenden Zugriffes auf die Roboterbearbeitungsseite der
Spannvorrichtung zum Zwecke des Einlegens verzichtet werden.
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Besonders vorteilhaft kann die Bestückungsseite
gegenüberliegend
der Roboterbearbeitungsseite angeordnet sein. Dies ermöglicht eine
besonders einfache Handhabung beim Einlegen und Herausnehmen von
Werkstücken
sowie eine günstige
Gestaltung der Roboterzelle.
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Vorzugsweise kann jede der Spannvorrichtungen
einer eigenen, separaten Steuerung zugeordnet sein. Dies ermöglicht insbesondere,
dass jede Roboterzelle unabhängig
von den übrigen
Roboterzellen arbeiten, gewartet werden und gerüstet werden kann.
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In einer weiteren, günstigen
Ausführungsform
der Erfindung kann die von der Spannmittelaufnahme und der Spannvorrichtung
während
eines vollständigen
Bearbeitungszyklus eingenommene Breite kleiner oder gleich der Breite
des Arbeitsbereiches des Fertigungsroboters sein. Damit können besonders
geringe Abmessungen der Roboterzellen realisiert werden.
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In einer besonders vorteilhaften
Ausführungsform
der Erfindung kann wenigstens zwischen einer Roboterzellenwand und
der Spannmittelaufnahme mit der Spannvorrichtung ein Durchgang bestehen,
der für
den Durchgang eines Menschen geeignet ist. Hierdurch ist es möglich, einen
Zugang für Personen
zu den hinter der Spannvorrichtung liegenden Komponenten der Roboterzelle
zu realisieren.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
ist in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend erläutert. Es
zeigen:
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1 eine
Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Fertigungsanordnung, bestehend
aus zwei Roboterzellen,
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2 ausschnittsweise
Seitenansicht auf die in den in 1 dargestellten
Roboterzellen enthaltenen Komponenten,
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3 einen
prinzipiellen Vergleich der Hauptprozessphasen einer Roboterzelle
des Standes der Technik gegenüber
zwei Roboterzellen einer erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung,
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4 eine
Roboterzelle des Standes der Technik in einer Draufsicht und
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5 eine
ausschnittsweise Seitenansicht auf die in der Roboterzelle der 4 gezeigten Komponenten.
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1 zeigt
eine erfindungsgemäße Fertigungsanordnung 21,
bestehend aus einer ersten Roboterzelle 22 und aus einer
zweiten Roboterzelle 23. In diesem Ausführungsbeispiel sind die erste
und die zweite Roboterzelle 22, 23 gleich. Beide
weisen einen Bearbeitungsroboter auf, der in diesem Ausführungsbeispiel
jeweils ein Schweißroboter 24, 25 ist. Beide
Schweißroboter 24, 25 weisen
einen Roboterarm 26, 27 auf, der in der Draufsicht
einen Arbeitskreis 28, 29 beschreibt. Der Durchmesser
des jeweiligen Arbeitskreises 28, 29, der der
Breite des jeweiligen Arbeitsbereiches des jeweiligen Schweißroboters 24, 25 entspricht,
ist in diesem Ausführungsbeispiel
jeweils gleich der inneren Breite 30, 31 der jeweiligen
Roboterzelle 22, 23. Wie in diesem Ausführungsbeispiel
gezeigt, kann der Schweißroboter 24, 25 dreh-
und verschiebefest in der Roboterzelle 22, 23 angeordnet
sein.
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In den Roboterzellen 22, 23 sind
Spannvorrichtungen 32, 33 angeordnet, die jeweils
eine Bestückungsseite 34, 35 und
eine davon verschiedene Roboterbearbeitungs seite 36, 37 aufweisen.
Die Roboterbearbeitungsseite 36; 37 liegt in diesem
Ausführungsbeispiel
der Bestückungsseite 34, 35 jeweils gegenüber.
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Wie aus dem Stand der Technik bekannt
ist, können
die Spannvorrichtungen 32, 33 diverse Dreh-, Wende-
und Verschiebemechanismen zum Positionieren oder Nachführen von
Werkstücken
gegenüber
dem Roboter 24, 25 aufweisen. Dabei bewegen sich
die Spannvorrichtungen 32, 33 selbst weder gegenüber der
sie tragenden Spannmittelaufnahme 46, 47 noch
gegenüber
dem Roboter 24, 25. Die Spannmittelaufnahme 46, 47 ist
dreh- und verschiebefest in der Roboterzelle 22, 23 angeordnet.
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In den Roboterzellen 22, 23 befinden
sich ferner Steuerschränke 38, 39,
mit deren Hilfe die Steuerung und Energieversorgung der Roboterzellen 22, 23 realisiert
wird. Dabei ist jede Roboterzelle 22, 23 ihrer
eigenen, separaten Steuerung zugeordnet.
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Die Roboterzellen 22, 23 sind
jeweils von einer Roboterzellenwand 40, 41 umgeben.
Zum Ermöglichen
des Zuführens
und Einlegens eines Werkstückes
weisen die Roboterzellen 22, 23 jeweils eine Zugangsseite 53, 54 auf.
Im Bereich der Zugangsseiten 53, 54 der Roboterzellen 22, 23 befinden
sich jeweils Zugangsöffnungen 55, 56 in
der Roboterzellenwand 40, 41. In die Zugangsöffnungen 55, 56 sind
jeweils Sicherheitsschranken 42, 43 integriert.
Die Sicherheitsschranken 42, 43 können Roboterzellentore sein,
die folglich an die Zugangsseite 53, 54 des Arbeitsraumes
der jeweiligen Roboterzelle 22, 23 grenzen.
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Die Aufstellung der Roboterzellen 22, 23 erfolgt
direkt nebeneinander, so dass in diesem Bereich die entsprechenden
Abschnitte der Roboterzellenwände 40, 41 direkt
aneinandergrenzen. Ein derart zueinander angeordnetes Paar von Roboterzellen 22, 23 kann
beispielsweise in einer Produktionshalle mit den Roboterzellenwänden 40, 41 direkt
an Wände
oder andere Objekte anstoßend
aufgestellt werden, so dass lediglich die Zugangsseiten 53, 54 zugänglich bleiben.
Bei den Roboterzellen 22, 23 der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung
ist nur ein Zugang von der Zugangsseite 53, 54 der
Roboterzellen 22, 23 erforderlich, Zwischen den
Roboterzellenwänden 40, 41 und
den Spannvorrichtungen 32, 33 besteht jeweils
ein Gang 44, 45, der den Zugang zu den Steuerschränken 38, 39 für Personen
ermöglicht.
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In der ausschnittsweisen Seitenansicht
des Innenbereiches der Roboterzellen 22, 23 in 2 ist zu erkennen, wie jede
der Spannvorrichtungen 32, 33 von einer eigenen
Spannmittelaufnahme 46, 47 aufgenommen ist. Die
Spannmittelaufnahmen 46, 47 sind drehfest gelagert
an dem Untergrund der Roboterzelle.
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In 3 sind
die Hauptprozessphasen der in den 4 und 5 dargestellten Roboterzelle 1 des Standes
der Technik im oberen Bereich und die Hauptprozessphasen der ersten
und zweiten Roboterzellen 22, 23 der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 im
unteren Bereich der Figur dargestellt. Hieraus werden gleichzeitig
die Grundfunktionsprinzipien der Roboterzelle 1 des Standes
der Technik und der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 deutlich.
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Bei der Roboterzelle 1 des
Standes der Technik treten die Hauptprozessphasen Schweißen 48,
Drehen 49 des Wechselpositionierers 4 und Einlegen 50 eines
neuen Werkstückes
auf. Das Einlegen 50 eines neuen Werkstückes beinhaltet auch das Herausnehmen
eines fertig bearbeiteten Werkstückes. Der
das Einlegen 50 durchführende
Bediener kann ein Mensch oder ein automatisierter Bediener sein.
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Während
der Schweißroboter 2 ein
von der Spannvorrichtung 6 gehaltenes Werkstück schweißt 48,
wird in die Spannvorrichtung 7 von einem Bediener ein neues
Werkstück
eingelegt 50. Das Einlegen 50 eines neuen Werkstückes nimmt
erheblich weniger Zeit in Anspruch als das Schweißen 48 eines Werkstückes durch
den Roboter 2. Daher entsteht für die Spannvorrichtung 7 in
der verbleibenden Zeit eine Totzeit, nämlich zu einem ersten Teil
in der Zeit zwischen Abschluss des Drehens 49 und Beginn
des Einlegens 50 und zu einem zweiten Teil ab Beenden des
Einlegens 50 bis zum Beenden des jeweiligen Schweißens 48 im
Bereich der Spannvorrichtung 6. Nach Beendigung des Schweißens 48 des
von der Spannvorrichtung 6 gehaltenen Werkstückes erfolgt das
Drehen 49 des Wechselpositionierers 4 der Roboterzelle 1 des
Standes der Technik. Nun befindet sich die Spannvorrichtung 7 mit dem
neuen, von ihr gehaltenen Werkstück
im Zugriffsbereich des Roboters 2, so dass nun das Schweißen 48 des
neuen Werkstückes
erfolgt. Währenddessen
wird vom Bediener in die Spannvorrichtung 6 ein neues Werkstück eingelegt
50. Wiederum dauert das Einlegen 50 eines neuen Werkstückes weniger
lang als das Schweißen 48.
Somit entsteht nunmehr für
die Spannvorrichtung 6 eine entsprechende Totzeit. Nach
Beendigung des Schweißvorganges 48 erfolgt das
Drehen 49 des Wechselpositionierers, so dass nun wieder
ein von der Spannvorrichtung 7 gehaltenes Werkstück geschweißt wird.
Diese Vorgänge wiederholen
sich.
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Im Gegensatz hierzu, wie im unteren
Bereich der 3 dargestellt,
erfolgt das Schweißen 48 und das
Einlegen 50 eines neuen Werkstückes bei den erfindungsgemäßen Roboterzellen 22 und 23 zeitlich versetzt.
Während
in der ersten Roboterzelle 22 das Schweißen 48 eines
Werkstückes
vollzogen wird, wird vom Bediener in die Spannvorrichtung 33 der zweiten
Roboterzelle 23 das Einlegen 50 eines neuen Werkstückes vollzogen.
Sofort danach beginnt das Schweißen 48 des von der
Spannvorrichtung 33 gehaltenen Werkstückes in der zweiten Roboterzelle 23.
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Während
des Verlaufes des Schweißens 48 in
der zweiten Roboterzelle 23 wird der Schweißvorgang 48 in
der ersten Roboterzelle 22 beendet. Sofort danach wird
vom Bediener in die Spannvorrichtung 32 der ersten Roboterzelle 22 ein
neues Teil eingelegt 50. Anschließend wird in der Roboterzelle 22 das
Schweißen 48 des
hier neu eingelegten Teiles vollzogen.
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Während
des Schweißens 48 in
der ersten Roboterzelle 22 wird das Schweißen 48 in
der zweiten Roboterzelle 23 beendet und der Bediener vollzieht
erneut das Einlegen 50 eines neuen Werkstückes in
die Spannvorrichtung 33. Ein solcher Bearbeitungszyklus
wiederholt sich entsprechend.
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Durch das wechselseitige und sich überschneidende
Schweißen 48 und
Einlegen 50, können die
Spannvorrichtungen der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 effizienter
betrieben werden. Da die Roboterzellen 22, 23 auf
einen Wechselpositionierer mit zwei Spannvorrichtungen verzichten und
jeweils nur eine Spannvorrichtung 32, 33 aufweisen,
entfällt
ferner das Drehen eines Wechselpositionierers.
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Darüber hinaus können die
Roboterzellen 22, 23 hierdurch mit verringerten
Abmaßen
ausgeführt
werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann
auch stets ein Gang 44, 45 zwischen den Roboterzellenwänden 40, 41 und
den Spannvorrichtungen 32, 33 realisiert werden,
der einen Zugang zu den hinter den Robotern 24, 25 angeordneten
Schaltschränken 38, 39 von
vorne durch die Sicherheitsschranke (42, 43) ermöglicht.
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Wie 3 ferner
zu entnehmen ist, weist die erfindungsgemäße Fertigungsanordnung 21 gegenüber der
Roboterzelle 1 des Standes der Technik eine deutlich höhere Produktivität auf. Vom
Beginn 51 einer Zeitspanne bis zum Ende 52 einer
Zeitspanne werden von der Roboterzelle 1 des Standes der Technik
lediglich fünf
vollständige
Schweißvorgänge 48 vollzogen,
während
von der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 acht
vollständige
Schweißvorgänge 48 durchgeführt werden
können.
Die angenommenen Schweißvorgänge 48 und
die angenommenen Einlegevorgänge 50 der
Roboterzelle 1 des Standes der Technik und der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 sind
dabei als solche gleich.
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Somit wird für die erfindungsgemäße Fertigungsanordnung 21 und
pro Spannvorrichtung 32, 33 der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 eine
deutlich höhere
Bearbeitungsleistung erzielt.
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In weiteren Ausführungsformen der Erfindung
können
die Bearbeitungsroboter der erfindungsgemäßen Fertigungsanordnung 21 auch
Roboter sein, die zum Farbgeben, Kleben, Montieren oder Bestücken oder
anderen Vorgängen
geeignet sind. Dabei können
die Roboter der einzelnen Roboterzellen auch für unterschiedliche Vorgänge geeignet
sein.