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Die Erfindung betrifft eine Anlagenzelle
für die
Fertigung von Fahrzeugen, insbesondere für den Karosseriebau, mit den
Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Eine derartige Anlagenzelle ist aus
der Praxis bekannt. Sie besteht aus ein oder mehreren Bearbeitungsgeräten, z.B.
mehrachsigen Industrierobotern mit wechselbaren Werkzeugen, die
ein oder mehrere Bauteile bearbeiten und ggf. auch handhaben. Das
oder die Bauteile werden von einer Vorrichtung mittels Spann-Absteckvorrichtungen
und dgl. in bearbeitungsgerechter Lage aufgenommen und gehalten.
Die Vorrichtung ist auf einen bestimmten Typ der Bauteile bezogen
und angepasst. Unterschiedliche Bauteiltypen können z.B. Seitenwandvarianten mit
ein oder zwei Türen
für die
Limousinen- und Coupe-Version einer Fahrzeugkarosserie sein. Die
Vorrichtung ist an einem Vorrichtungsträger angeordnet, der seinerseits
beweglich gelagert ist und bei einem Wechsel des Bauteiltyps ausgetauscht
werden kann. Dieser Austausch erfolgt in Neben- oder Stillstandszeiten
der Anlagenzelle. Der Umbau und die Bestückung des Vorrichtungsträgers mit
einer anderen typbezogenen Vorrichtung erfolgt an besonderen Rüstplätzen außerhalb
der Anlagenzelle. Es ist auch möglich,
mehrere vorbereitete Vorrichtungsträger mit typbezogenen Vorrichtungen
zu magazinieren und bei Bedarf auszuwechseln. Dies verlangt zusätzliche Förderer und
Positioniereinrichtungen für
den Austausch des Vorrichtungsträgers.
Außerdem
wird der Platzbedarf erhöht.
Dem steht entgegen, dass die Automobilindustrie vermehrt hochflexible
Anlagen verlangt, in denen eine große Anzahl unterschiedlicher
Typen im freien Mix mit geringeren Stillstandszeiten und niedrigeren
Kosten gefahren werden sollen.
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Die gattungsfremde
DE 40 27 895 A1 zeigt eine
Werkzeugmaschine ohne Bezug auf Anlagenzellen und die Fertigung
von Fahrzeugen im Karosseriebau. Die Werkzeugmaschine hat eine Bearbeitungseinheit
mit einer unterschiedlich bestückbaren Werkzeugspindel
und außerdem
einen Spanntisch zur Aufnahme von zwei Werkstücken. Der Spanntisch ist um
eine quer zur Rotationsachse der Spindel verlaufende Schwenkachse
verschwenkbar. Der Spanntisch ist als üblicher Drehtisch ausgebildet,
der zwischen einem Bearbeitungsbereich und einem örtlich getrennt
angeordneten Bestückungsbereich
positioniert ist. Im Bestückungsbereich
findet die Zuführung
und Abführung
von Werkstücken
statt. Hierbei handelt es sich um gleiche Werkstücke, wobei auch die Aufnahmeflächen oder – vorrichtungen
des Spanntischs beidseitig identisch sind. Der Spanntisch selbst
ist ein reiner Werkstückträger ohne
Tragefunktion für
die Vorrichtung. Ferner sind Hilfsspanntische vorhanden, die untereinander
gleichartig und nicht typbezogen sind.
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Aus der
DE 296 23 055 U1 ist ein ähnlicher Drehtisch
mit Spann- und Bearbeitungsstelle wie der vorerwähnte Stand der Technik bekannt.
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Die
DE 201 02 144 U1 betrifft einen Maschinentisch
für eine
Bearbeitungsmaschine. Der Maschinentisch besitzt ein oder mehrere
drehbare Tischelemente, die mehrere Aufspannseiten zum Aufspannen
unterschiedlicher Werkstücke
oder Arbeitshilfsmittel aufweisen. Die Werkstücke bzw. Arbeitshilfsmittel
können
von unterschiedlicher Art bzw. Typs sein. Mit dem Tischelement lassen
sich dadurch mehrere unterschiedliche Werkstücke oder Arbeitshilfsmittel
haltern und über
die Drehbarkeit bei Bedarf in die Arbeitsposition bringen. Die Arbeitstische
haben keine Trennfunktion zwischen Bearbeitungs- und Rüstbereich.
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Die
DE 200 07 697 U1 entspricht den beiden eingangs
genannten Schriften und offenbart wiederum einen Drehtisch zur Trennung
von Bearbeitungs- und Rüstbereich,
wobei am Drehtisch gleichartige Werkstücke aufgenommen werden.
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Es ist daher Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, eine bessere Anlagenzelle bereit zu stellen.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen
im Hauptanspruch.
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Die beanspruchte Anlagenzelle kann
durch den beidseitig bestückbaren
Vorrichtungsträger
eine höhere
Flexibilität
als bisher erhalten. Hierbei kann insbesondere die zum Typenwechsel
erforderliche Änderung
der Vorrichtung und die Neubestückung des
Vorrichtungsträgers
innerhalb der Anlagenzelle und während
des normalen Arbeitsbetriebs erfolgen. Dies spart erheblich Zeit
und Kosten. Der Wechsel der Vorrichtung bei einem Typentausch kann
innerhalb der Anlagenzelle geschehen und lässt sich wahlweise manuell
durch einen Werker oder automatisch durch ein Bestückungsgerät bewerkstelligen.
In der bevorzugten Ausführungsform
braucht der schwenkbar gelagerte Vorrichtungsträger nur von einer Wendevorrichtung
gedreht werden, was sehr wenig Zeit beansprucht und zwischen den
Arbeitstakten geschehen kann. Der Typenwechsel geht dadurch sehr
schnell und mit geringem Aufwand vonstatten.
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Mit dem erfindungsgemäßen Vorrichtungsträger und
der hiermit ausgerüsteten
flexiblen Zelle sind eine sehr hohe Flexibilität der gesamten Anlage bei uneingeschränkter Typenanzahl
möglich.
Der Typenwechsel bringt keine Ausfallzeiten mehr mit sich wie beim
Stand der Technik. Zudem kann eine Anlagenzelle der beanspruchten
Art standardisiert sein und innerhalb der Gesamtanlage mehrfach
vorhanden sein. Mit solchen gleichen Anlagenzellen können innerhalb
der Anlage mehrere unterschiedliche Bauteiltypen parallel nebeneinander
und gleichzeitig gefertigt werden. Überdies bietet sich der Vorteil,
dass durch die hohe Kompatibilität
der standardisierten Anlagenzelle bei Ausfall einer Anlagenzelle
sofort andere Anlagenzellen ersatzweise eingesetzt werden können. Dies
hat den Vorteil, dass lokale Störungen im
Fertigungsprozess nicht mehr zum Ausfall oder einem längeren Stillstand
der Anlage führen,
sondern durch die hohe Flexibilität aufgefangen und kompensiert
werden können.
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Um den typbezogenen Umbau der Vorrichtungen
zu erleichtern, empfiehlt sich eine Unterteilung der Vorrichtung
in mehrere Funktionssegmente in standardisierter Grundform. Bei
den unterschiedlichen Bauteiltypen gibt es häufig große Ähnlichkeiten, die nur an einzelnen
Stellen eine Anpassung und Änderung
der Vorrichtung erfordern. Durch eine entsprechende Segmentierung
der Vorrichtung braucht dann nur ein einzelnes Vorrichtungssegment
ausgetauscht zu werden, wobei die anderen Segmente verbleiben können. Dies
senkt den Zeit-, Arbeits- und Bauaufwand. Die verschiedenen Vorrichtungssegmente
können
sich hierbei außerdem
baukastenartig ergänzen,
so dass nur eine relativ kleine Zahl von Vorrichtungssegmenten zum
Bau unterschiedlichster Vorrichtungen ausreicht. Durch die Standardisierung der
Vorrichtung und auch des hierfür
eingesetzten Vorrichtungsträgers
können
auch alle unterschiedlichen typbezogenen Vorrichtungen innerhalb
der gleichen Anlagenzelle hergestellt und gewechselt werden.
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Innerhalb der Anlagenzelle können die
verschiedenen Vorrichtungen oder Vorrichtungssegmente an ein oder
mehreren geeigneten Vorrichtungsspeichern angeordnet sein. Die Speicher
sind beweglich, so dass sie einerseits an mehreren Seiten bestückt werden
können
und somit eine hohe Aufnahmekapazität haben. Andererseits können die
Vorrichtungsspeicher auch komplett ausgetauscht werden, so dass
die Zahl der typbezogenen unterschiedlichen Vorrichtungen und Vorrichtungssegmente grundsätzlich unbeschränkt ist.
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In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen
beispielsweise und schematisch dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1 eine
schematische Draufsicht auf eine Anlagenzelle,
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2 und 3: einen Vorrichtungsträger und einen
Vorrichtungsspeicher mit in der Grundform dreieckigen Vorrichtungssegmenten
und
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4 und 5: eine Variante des Vorrichtungsträgers und
Vorrichtungsspeichers von 2 und 3 mit im Wesentlichen rechteckigen
Vorrichtungssegmenten.
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1 zeigt
in der Draufsicht eine flexible Anlagenzelle (1), die für die Fertigung
von Fahrzeugen, insbesondere für
den Karosseriebau vorgesehen ist. Die Anlagenzelle (1)
ist Bestandteil einer Gesamt-Fertigungsanlage (nicht dargestellt)
und kann innerhalb dieser Anlage mehrfach mit im Wesentlichen der
gleichen Grundform vorhanden sein. Die verschiedenen Anlagenzellen
(1) sind untereinander in geeigneter Weise verbunden, um
den gewünschten
Materialfluss und die Abfolge der Fertigungsprozesse zu gewährleisten.
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In der Anlagenzelle (1)
werden typbezogene Bauteile (9) bearbeitet, die ihrerseits
ein- oder mehrteilig sein können.
Die Bauteile (9) sind vorzugsweise Karosseriebauteile,
insbesondere Rohbauteile, z.B. Seitenwandkomponenten, Motorhauben
oder dgl. Die unterschiedlichen Bauteile (9) können in
der Anlagenzelle (1) im freien Mix bearbeitet und gehandhabt
werden. Die typbezogenen Bauteile (9) können Bauteile von an sich gleicher
Art sein, z.B. Seitenwandkomponenten, die sich innerhalb einer Fahrzeugbaureihe
nach dem jeweiligen Typ, z.B. zwei- oder viertürigen Karosserievarianten,
unterscheiden. Darüber
hinaus ist es auch möglich,
Bauteile (9) von unterschiedlichen Fahrzeugbaureihen, z.B.
Klein- und Mittelklasse-PKW's, Vans etc. zu fertigen.
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Ein bevorzugter Einsatzbereich ist
die Fertigung von Karossieren für
Lastkraftwagen und Lieferwagen. Hier gibt es z.B. eine breite Vielfalt
von unterschiedlichen Fahrzeugaufbauten, die sich nach der Art und
der Größe unterscheiden.
Auch bei den Fahrerhäusern
ist eine breite Palette unterschiedlicher Bauformen vorhanden, die
allesamt innerhalb der nachfolgend beschriebenen Anlagenzellen (1)
im freien Mix und mit geringem Wechselaufwand gefertigt werden können.
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Die Anlagenzelle (1) hat
in der bevorzugten Ausführungsform
eine im Wesentlichen rechteckige Grundform. Die Form kann allerdings
variieren. Sie kann auch kleiner oder größer sein. Die Rechteckform
eignet sich besonders für
eine Verkettung mehrerer Anlagenzellen (1). Die Anlagenzelle
(1) kann hierfür
einen standardisierten Boden mit geeigneten Aufnahmen für die Positionierung
der Zellenkomponenten, mit geeigneten Betriebsmittelzuführungen mit
Strom, Kühlwasser,
Druckluft, etc. haben.
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Die Anlagenzelle (1) kann
ein oder mehrere Teileförderer
(13) aufweisen, mit denen ein oder mehrere Bauteile (9),
aber auch Kleinteile oder dgl. in die Anlagenzelle (1)
gebracht und wieder entfernt werden können. Alternativ kann eine
eigenständige Bauteilzuführung (nicht
dargestellt) vorhanden sein, die z.B. aus einem oberhalb der Anlagenzelle
(1) angeordneten Bauteilförderer besteht, mit dem die
Bauteile (9) zellenweise im Takt transportiert werden können.
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Die Anlagenzelle (1) beinhaltet
einen Bearbeitungsbereich (2) und einen Bestückungsbereich (3),
wobei die Bereiche (2,3) durch einen Vorrichtungsträger (4)
getrennt sind. Für
die Bereichstrennung können
bei Bedarf weitere Trennelemente, wie Zäune oder dgl. vorhanden sein.
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Im Bearbeitungsbereich (2)
befinden sich ein oder mehrere Bearbeitungsgeräte (10), die in beliebig
geeigneter Weise ausgebildet sind. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
handelt es sich um mehrachsige Bearbeitungsroboter, insbesondere
sechsachsige Gelenkarmroboter, die mit vorzugsweise wechselbaren
Werkzeugen (11) ausgestattet sind. Für die Werkzeuge (11)
sind im Arbeitsbereich der Roboter (10) ein oder mehrere
Magazine (12) angeordnet. Im gezeigten Ausführungsbeispiel
von 1 ist das obere
Werkzeug (11) z.B. ein Bauteilgreifer, der vom oberen Roboter
(10) bedient wird und mit dem das Bauteil (9)
von dem rückseitig
in die Anlagenzelle (1) ragenden Bauteilförderer (13)
aufgenommen und wieder abgegeben werden kann. Das untere Werkzeug
(11) ist beispielsweise eine Punktschweißzange,
die vom unteren Roboter (10) bedient wird. Daneben können weitere
beliebig ausgebildete Werkzeuge (11) vorhanden sein.
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Im Bearbeitungsbereich (2)
findet die Handhabung und Bearbeitung des oder der typbezogenen Bauteile
(9) statt. Für
deren bearbeitungsgerechte Aufnahme und Positionierung ist ein Vorrichtungsträger (4)
mit einer Vorrichtung (14) vorhanden. Die Vorrichtung (14)
ist mit geeigneten Spannvorrichtungen, Absteckvorrichtungen oder
dgl. (nicht dargestellt) für die
Bauteilaufnahme ausgerüstet.
Die Vorrichtung (14) ist dabei typbezogen und an die unterschiedlichen
jeweils aufzunehmenden Bauteile (9) angepasst.
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Die Vorrichtung (14) kann
einteilig sein. In der bevorzugten Ausführungsform besteht sie jedoch aus
mehreren Vorrichtungssegmenten (15,16,17,18), die
in einander ergänzender
Anordnung und nebeneinander am Vorrichtungsträger (4) in geeigneter Weise
montiert sind.
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Der Vorrichtungsträger (4)
kann an mindestens zwei Seiten mit einer Vorrichtung (14)
bestückt werden,
wobei die Vorrichtungen (14) an den Seiten unterschiedlich
ausgebildet sein können.
In der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform ist der Vorrichtungsträger (4)
als plattenförmiger
Vorrichtungsrahmen mit einer im Wesentlichen rechteckigen Grundform
ausgebildet. Die beiden Breitseiten bilden die Vorderseite (7)
und die Rückseite
(8) zur Aufnahme der erwähnten beiden Vorrichtungen
(14). Der Vorrichtungsträger (4) hat vorzugsweise
eine im Wesentlichen stehende senkrechte Ausrichtung, wobei sich
seine Längsachse
horizontal erstreckt. Der Vorrichtungsträger (4) ist dabei
an der Trennstelle zwischen dem Bearbeitungsbereich (2)
und dem Bestückungsbereich
(3) angeordnet. Seine Vorderseite (7) weist in
der dargestellten Ausführungsform
zum Bearbeitungsbereich (2) und trägt mit ihrer Vorrichtung (14)
das oder die Bauteile) (9). Die Rückseite (8) ist zum
Bestückungsbereich
(3) gewandt. Durch diese Anordnung kann der Vorrichtungsträger (4)
während der
Bearbeitung des oder der Bauteil e) (9) an der Vorderseite (7)
an seiner Rückseite
(8) mit einer neuen Vorrichtung (4) bzw. neuen
Vorrichtungssegmenten (15,16,17,18)
bestückt
werden.
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Wenn ein Typenwechsel der Bauteile
(9) ansteht, was rechtzeitig vor der Durchführung bekannt ist,
wird der Vorrichtungsträger
(4) auf der Rückseite (8)
mit der an die neuen Typen angepassten Vorrichtung (14)
bzw. den Vorrichtungssegmenten (15,16,17,18)
bestückt.
Dies kann manuell oder mechanisch/automatisch geschehen. Beim Typen- und Bauteilwechsel
wird dann der Vorrichtungsträger
(4) gewendet, so dass die neue angepasste Vorrichtung (14)
zum Bearbeitungsbereich (2) weist. Die alte Vorrichtung
(14) befindet sich nun im Bestückungsbereich (3)
und kann für
einen späteren
Rückwechsel der
Typen belassen werden. Wenn ein dritter anderer Bauteiltyp zum Wechsel
ansteht, kann die alte Vorrichtung (14) in der vorbeschriebenen
Weise geändert
und neu bestückt
oder umbestückt
werden.
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In der bevorzugten Ausführungsform
ist der Vorrichtungsträger
(4) in etwa im mittleren Bereich der Anlagenzelle (1)
angeordnet. Er ist hierbei beweglich an einer Trägeraufnahme (5) angeordnet,
die im einfachsten Fall ein Lagerbock und eine Wendeeinrichtung
sein können.
In diesem Fall hat der Vorrichtungsträger (4) eine horizontale
und in der Höhe im
Wesentlichen mittige Schwenkachse (6), um die er zum Vorrichtungswechsel
gedreht werden kann.
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Im Bestückungsbereich (3)
befindet sich in der gezeigten Zellenvariante mindestens ein vollautomatisches
Bestückungsgerät (20),
welches in beliebiger Weise ausgebildet sein kann. In der bevorzugten
Ausführungsform
handelt es sich um einen mehrachsigen Bestückungsroboter, vorzugsweise
einen sechsachsigen Gelenkarmroboter mit einem entsprechenden Bestückungsprogramm.
Alternativ kann im Bestückungsbereich
(3) ein manueller Arbeitsplatz für ein oder mehrere Werker eingerichtet sein.
Das Bestückungsgerät (20)
kann auch an einem manuellen Arbeitsplatz vorhanden sein und von den
Werkern händisch
gesteuert werden. Es kann in diesem Fall teilautomatisch sein und
als fernsteuerbare Montagehilfe oder Hebezeug fungieren.
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Ferner befinden sich im Bestückungsbereich (3)
ein oder mehrere Vorrichtungsspeicher (19), an denen unterschiedliche
Vorrichtungen (14) oder Vorrichtungssegmente (15,16,17,18)
lösbar
angeordnet sind.
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Die Vorrichtungsspeicher (19)
sind vorzugsweise beweglich und können sich um eine Achse, z.B.
ihre Hochachse drehen. Außerdem
können
die Vorrichtungsspeicher (19) fahrbeweglich sein und aus
dem Bestückungsbereich
(3) herausgefahren sowie gegen andere Vorrichtungsträger (19)
getauscht werden. Vorzugsweise haben die Vorrichtungsträger (19)
eine prismatische, z.B. rechteckige Grundform und bieten hierdurch
mehrere Seitenflächen
zur Aufnahme von Vorrichtungen (14) bzw. Vorrichtungssegmenten
(15,16,17,18).
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2, 3 und 4, 5 zeigen
verschiedene Ausbildungsvarianten einer Vorrichtung (14).
In beiden Fällen
besteht die Vorrichtung (14) aus mehreren, z.B. vier Vorrichtungssegmenten
(15,16,17,18). Die Vorrichtungssegmente
(15,16,17,18) haben untereinander
komplementäre
Grundformen, die eine raumdichte Anordnung der Segmente nebeneinander
am Vorrichtungsträger
(4) ermöglichen.
Im Ausführungsbeispiel
von 2 und 3 ist diese Grundform im
Wesentlichen dreieckig oder trapezförmig. In der Variante von 4 und 5 ist die Grundform rechteckig. Die besagten
Grundformen können
aus entsprechend geformten Grundplatten bestehen, die auf dem Vorrichtungsträger oder
Vorrichtungsrahmen (4) in geeigneter Weise montiert werden
können.
Die Grundplatten werden jeweils mit typbezogenen und unterschiedlichen
Vorrichtungsteilen, d.h. Spannvorrichtungen, Absteckvorrichtungen
oder dgl. bestückt. Durch
die untereinander gleichen Grundformen können bei einer neuen Vorrichtungsbestimmung
wahlweise alle oder nur einzelne Vorrichtungssegmente (15,16,17,18)
gewechselt werden. In vielen Fällen haben
typbezogene Vorrichtungen (14) zumindest teilweise gleiche
Vorrichtungssegmente (15,16,17,18),
die dementsprechend nur einmal an den Vorrichtungsspeichern (19)
bevorratet werden müssen.
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Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform
sind in verschiedener Weise möglich.
Zum einen können
die vorbeschriebenen Komponenten der Anlagenzelle (1) mehrfach
und in geeigneter Anordnung nebeneinander vorhanden sein. Z.B. kann
es mehrere nebeneinander angeordnete Vorrichtungsträger (4)
und Vorrichtungen (14) geben. Desgleichen können auch
mehr oder weniger Bearbeitungs- und
Bestückungsgeräte (10,20)
vorhanden sein, die auch eine andere als die gezeigte Anordnung
und Ausbildung haben können.
Im Weiteren ist es möglich,
dem Vorrichtungsträger
(4) eine im Wesentlichen kubische Form zu geben, wodurch
mehr als die beschriebenen zwei Bestückungsseiten (7,8)
entstehen. Der Vorrichtungsträger
(4) kann außerdem
für die
Bauteilzuführung
in eine horizontale aufnahmegerechte Lage gebracht und nach der
Bauteilübernahme
wieder in die im Wesentlichen vertikale Bearbeitungs- und Bestückungsposition
gebracht werden. Die Bearbeitungs- und Bestückungsgeräte (10,20) weichen
hierzu entsprechend aus.
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In einer weiteren nicht dargestellten
Variante ist es möglich,
den Vorrichtungsträger
(4) innerhalb der Anlagenzelle (1) auf einer Transportbahn
zu bewegen und z.B. in eine Bestückungslage
am seitlichen Zellenrand oder ggf. auch außerhalb der Anlagenzelle (1)
zu bringen. In diesem Fall findet beim Typenwechsel auch ein Austausch
des Vorrichtungsträgers
(4) statt. Zu diesem Zweck ist es möglich, in der Anlagenzelle
(1) oder auch außerhalb
ein Trägermagazin
unterzubringen. Der Vorrichtungsträger (4) kann dann
nicht nur um seine Schwenkachse (6) gedreht, sondern auch
seitlich verfahren werden. Ggf. kann er auch durch einen geeigneten
Förderer
angehoben und dann erst seitlich abtransportiert werden. Für einen
solchen instationären
Vorrichtungsträger (4)
sind entsprechende Positioniervorrichtungen in der Anlagenzelle
(1) vorhanden, um ihn in die richtige Betriebsposition
zu bringen und zu arretieren.
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BEZUGSZEICHENLISTE
- 1
- Anlagenzelle
- 2
- Bearbeitungsbereich
- 3
- Bestückungsbereich
- 4
- Vorrichtungsträger, Vorrichtungsrahmen
- 5
- Trägeraufnahme
- 6
- Bewegungsachse,
Schwenkachse
- 7
- Vorderseite
Rahmen
- 8
- Rückseite
Rahmen
- 9
- Bauteil
- 10
- Bearbeitungsgerät, Bearbeitungsroboter
- 11
- Werkzeug
- 12
- Magazin
- 13
- Teileförderer
- 14
- Bearbeitungsvorrichtung
- 15
- Vorrichtungssegment
- 16
- Vorrichtungssegment
- 17
- Vorrichtungssegment
- 18
- Vorrichtungssegment
- 19
- Vorrichtungsspeicher
- 20
- Bestückungsgerät, Bestückungsroboter