DE29721362U1 - Manufacturing cell for receiving robots or other handling devices - Google Patents
Manufacturing cell for receiving robots or other handling devicesInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine in den wesentlichen Teilen aus Polymerbeton gefertigten Fertigungszelle zur Aufnahme von Schwenkarm- und Portalrobotern oder sonstigen, automatisch arbeitenden Handlingeräten und deren Peripherieaggregaten.The invention relates to a manufacturing cell, the essential parts of which are made of polymer concrete, for accommodating swivel arm and gantry robots or other automatically operating handling devices and their peripheral units.
Stand der TechnikState of the art
Vor allem im Bereich der Montage- und Automatisierungstechnik werden solche Fertigungszellen als Einzelzellen oder aneinandergereiht und mit Transporteinrichtungen für die zu manipulierenden Werkstücke verbunden, in Fertigungslinien eingesetzt. Nach bisherigem Stand der Technik werden diese Bearbeitungszellen aus Stahlprofilen geschweißt oder stranggepressten, genuteten Aluminiumprofilen zusammengeschraubt. Als Trägerplatten für die Roboter oder Handlingsgeräte werden horizontal Stahl-, AIuminiumplatten oder mit Polymerbetonbeton ausgegossene Rahmen aus diesen Materialien eingebaut.Such manufacturing cells are used in production lines, particularly in the field of assembly and automation technology, as individual cells or in a row and connected to transport devices for the workpieces to be manipulated. According to the current state of the art, these processing cells are made of welded steel profiles or screwed together extruded, grooved aluminum profiles. Horizontal steel or aluminum plates or frames made of these materials cast with polymer concrete are installed as support plates for the robots or handling devices.
Eine derartige Zelle wird in der VDI-Z 131 (1989) Nr. 8, Seiten 88 - 92 und in der
DE 41 17 439 C2 beschrieben.
Ein Vorteil einer solchen gebräuchlichen Konstruktion ist die Herstellung mit einfachen
Mitteln wie Schweißen oder Schrauben.Such a cell is described in VDI-Z 131 (1989) No. 8, pages 88 - 92 and in DE 41 17 439 C2.
An advantage of such a common design is that it can be manufactured using simple means such as welding or screwing.
Neben dem Vorteil der einfachen Herstellung weisen die bekannten Zellen aber den Nachteil einer begrenzten Steifigkeit und daraus resultierenden Eigenschwingungen, vor allem bei der Bewegung von größeren Massen mit hohen Geschwindigkeiten innerhalb der Zelle, auf.In addition to the advantage of simple production, the known cells have the disadvantage of limited rigidity and resulting natural vibrations, especially when larger masses move at high speeds within the cell.
Bei Einbau von stabilisierenden horizontalen und / oder diagonalen Verstrebungen im Unterbau der Zelle wird die Nutzung der dort vorhandenen Raumreseven für die Installation von Peripheriegeräten und Steuerungselementen stark eingeschränkt. Ein weiterer Nachteil, vor allem der verschraubten Zellen aus genuteten Profilen, ist deren mangelhafte Reinigungsmöglichkeit aufgrund vieler Toträume im gesamten Aufbau. Eine solche Zelle kann in Bereichen mit erhöhten Anforderungen an Reinigungsfreundlichkeit und Hygiene, wie z. B. Halbleiterherstellung, Pharmaproduktion und Lebensmittelherstellung nicht eingesetzt werden.When stabilizing horizontal and/or diagonal struts are installed in the substructure of the cell, the use of the space available there for the installation of peripheral devices and control elements is severely restricted. Another disadvantage, especially of the bolted cells made of grooved profiles, is their poor cleaning options due to the many dead spaces in the entire structure. Such a cell cannot be used in areas with increased requirements for ease of cleaning and hygiene, such as semiconductor production, pharmaceutical production and food production.
Nach bisherigem Stand der Technik wird Polymerbeton, ein reaktionsharzgebundener Werkstoff auf Basis von Epoxidharz, vermischt mit mineralischen Zuschlagstoffen wie ungebrochene Quarzkörnungen und kalt abgeformt, zur Versteifung von Schweißkonstruktionen und zur Herstellung von Maschinenkörpern von Werkzeugmaschinen eingesetzt. ( Siehe EP 0 046 272 A2 und CH 612 610 A5 )According to the current state of the art, polymer concrete, a reaction resin-bound material based on epoxy resin, mixed with mineral additives such as unbroken quartz grains and cold-molded, is used to reinforce welded structures and to manufacture machine bodies for machine tools. (See EP 0 046 272 A2 and CH 612 610 A5)
Zu lösende technische AufgabeTechnical task to be solved
Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist die Konzeption einer Fertigungszelle, deren Grundkörper so extrem steif ausgelegt ist, daß in der Zelle installierte Roboter oder Handlingsgeräte mit ihrer maximal möglichen Leistung und größtmöglicher Genauigkeit betrieben werden können. Der gesamte Zellenaufbau darf sich durch die vom Roboter eingeleiteten horizontalen und vertikalen Kräfte nicht verformen oder in Eigenschwingungen geraten, da sich dies nachteilig auf die Genauigkeit des ablaufenden Fertigungsprozesses und die Funktion von evtl. installierten Kamerasystemen zur optischen Werkstückerkennung auswirkt.The purpose of the present invention is to design a manufacturing cell, the base body of which is designed to be extremely rigid so that robots or handling devices installed in the cell can be operated with their maximum possible performance and the greatest possible accuracy. The entire cell structure must not be deformed or start to vibrate due to the horizontal and vertical forces introduced by the robot, as this has a detrimental effect on the accuracy of the ongoing manufacturing process and the function of any camera systems installed for optical workpiece recognition.
Zur Erreichung einer ausreichenden Standfestigkeit sollte die Fertigungszelle ein relativ hohes Eigengewicht besitzen, dies ermöglicht gleichzeitig eine Aufstellung ohne zusätzliche Befestigung mittels Schrauben am Fußboden.To achieve sufficient stability, the production cell should have a relatively high weight, which at the same time allows it to be set up without additional fastening to the floor using screws.
-2--2-
Die Zelle sollte weiterhin so ausgelegt sein, daß der innerhalb der Zelle vorhandene Raum optimal zum Einbau von Peripheriegeräten wie Robotersteuerungen, konventionelle Steuerungen und Pneumatikausrüstungen genutzt werden kann und diese Geräte ergonomisch günstig angeordnet werden können. Außerdem sollte hauptsächlich der Arbeitsbereich des Roboters, aber auch der gesamte Zellenaufbau möglichst wenig Ecken und Toträume aufweisen, um eine Verwendung in hygienisch sensiblen Bereichen zu ermöglichen. Die Oberflächen sollten möglichst glatt und reinigungsfreundlich ausgeführt sein.The cell should also be designed in such a way that the space available within the cell can be used optimally for installing peripheral devices such as robot controllers, conventional controllers and pneumatic equipment and that these devices can be arranged in an ergonomically favorable manner. In addition, the robot's work area in particular, but also the entire cell structure, should have as few corners and dead spaces as possible in order to enable use in hygienically sensitive areas. The surfaces should be as smooth as possible and easy to clean.
Die innerhalb der Zelle verlaufenden Kabel- und Schlauchverbindungen sind möglichst in Kabelkanälen zu verlegen .The cable and hose connections running inside the cell should, if possible, be laid in cable ducts.
Die für die Sicherheitstechnik erforderlichen Bauelemente, wie Endschalter zur Überwachung
der Stellung der Zugangstüren sowie elektrische oder pneumatische Zuhaltungen zur Verriegelung der Türen und deren Anschlußleitungen, sollten möglichst einfach
ausgeführt und außerhalb des Arbeitsraumes angeordnet werden. Die einzubauenden Komponenten sollten unabhängig von statischen Einschränkungen
beliebig in der Zelle plazierbar sein.
Die Fertigungszelle sollte aus möglichst wenig Einzelteilen bestehen und in der Endmontage einfach zusammenzubauen sein.The components required for safety technology, such as limit switches for monitoring the position of the access doors and electrical or pneumatic locking devices for locking the doors and their connecting cables, should be as simple as possible and located outside the work area. The components to be installed should be able to be placed anywhere in the cell, regardless of static restrictions.
The production cell should consist of as few individual parts as possible and be easy to assemble in the final assembly.
Darstellung der ErfindungDescription of the invention
Erfindungsgemäß wird dies bei einer Fertigungszelle nach obigem Anspruchsprofil dadurch erreicht, indem eine vorzugsweise rechteckige, aus Polymerbeton gegossene Platte mit zwei an den Schmalseiten senkrecht angeordneten, U-förmigen Fußelementen verwendet wird. Dieser Körper kann entweder an einem Stück gegossen oder die Fußelemente separat gefertigt und danach in einem zweiten Arbeitsgang mit der Grundplatte durch Verschrauben und / oder Verkleben zusammengefügt werden. In der Grundplatte und den Fußelementen sind alle Aussparungen für die benötigten Funktionselemente eingeformt und die entsprechenden Befestigungselemente eingegossen. Durch in die Grundplatte eingelegte, flexible Leerrohre werden die elektrischen und pneumatischen Leitungen geführt und unterhalb der Platte verteilt. In den 4 Eckbereichen der Platte sind Aufnahmebohrungen eingeformt, die darin angeordneten zylindrischen Stahlrohre dienen gleichzeitig als Trägerelemente und Scharnierbolzen für die vorzugsweise transparenten Schutzverkleidungen und -türen.According to the invention, this is achieved in a production cell according to the above claim profile by using a preferably rectangular plate cast from polymer concrete with two U-shaped foot elements arranged vertically on the narrow sides. This body can either be cast in one piece or the foot elements can be manufactured separately and then joined to the base plate in a second operation by screwing and/or gluing. All recesses for the required functional elements are molded into the base plate and the foot elements and the corresponding fastening elements are cast in. The electrical and pneumatic lines are guided through flexible empty pipes inserted into the base plate and distributed below the plate. Mounting holes are molded into the 4 corner areas of the plate, and the cylindrical steel pipes arranged in them also serve as support elements and hinge pins for the preferably transparent protective panels and doors.
5) Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung5) Advantageous effects of the invention
Da der Werkstoff Polymerbeton über ca. 6-fach höhere Schwingungsdämpfungseigenschaften gegenüber Grauguß verfügt und außerdem mit Raumtemperatur bei einem minimalen Schwindungskoeffizienten von 0,01% abgeformt werden kann, eignet sich dieses Material hervorragend zur Herstellung von sehr steifen und genauen Machinenkörpern.Since polymer concrete has vibration damping properties that are around 6 times higher than gray cast iron and can also be molded at room temperature with a minimum shrinkage coefficient of 0.01%, this material is ideal for producing very rigid and precise machine bodies.
Durch die gewählte Form der Fertigungszelle als biegesteife Grundplatte mit freistehenden
seitlichen Fußelementen kann der gesamte Raum zwischen diesen Füßen, im Bereich unterhalb der Grundplatte, für den Einbau von Peripheriegeräten genutzt
werden.
Aufgrund des Polymerbeton-Raumgewichtes von ca. 2,3 kg/dm3 ergibt sich ein für
Standfestigkeit und Schwingungsdämpfung optimales Zellengewicht von ca. 500 kg/Zelle.Due to the selected shape of the production cell as a rigid base plate with free-standing side foot elements, the entire space between these feet, in the area below the base plate, can be used for the installation of peripheral devices.
Due to the polymer concrete density of approx. 2.3 kg/dm 3, the cell weight is approx. 500 kg/cell, which is optimal for stability and vibration damping.
Die hohe Abformgenauigkeit erlaubt außerdem die Einformung von einbaufertigen Führungen und Passungen z. B. für Eckrohre und Verriegelungsbolzen.The high molding accuracy also allows the molding of ready-to-install guides and fits, e.g. for corner tubes and locking bolts.
Dadurch reduziert sich die Anzahl der Einzelteile und der Aufwand bei der Endmontage auf ein Minimum.This reduces the number of individual parts and the effort required for final assembly to a minimum.
Durch den Einbau von Teleskopführungen unterhalb der Grundplatte und Anordnung der
elektrischen Steuerungen mit obenliegender Bedienungsseite in schubladenartig horizontal
ausfahrbaren Auszugelementen, sowie seitlich an den Steuerungsschränken montierten Pneumatikelementen, wird eine ausgesprochen bedienerfreundliche Handhabung
erreicht.
10Extremely user-friendly handling is achieved by installing telescopic guides below the base plate and arranging the electrical controls with the operating side at the top in drawer-like horizontally extendable pull-out elements, as well as pneumatic elements mounted on the sides of the control cabinets.
10
Beschreibung eines AusführungsbeispielesDescription of an example
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden
Zeichnungen näher erläutert, wobei
15In the following, the invention is explained in more detail by means of an example with reference to the accompanying drawings, in which
15
Abbildung 1 in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Fertigungszelle zeigt, bei der die Steuerungselemente seitlich herausgefahren sind und inFigure 1 shows a perspective view of a production cell according to the invention in which the control elements are moved out to the side and in
Abbildung 2 in einen vergrößerten Ausschnitt der hintere obere Eckbereich der Fertigungszelle mit detaillierter Darstellung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung für die Zugangstüren abgebildet ist.Figure 2 shows an enlarged section of the rear upper corner area of the production cell with a detailed representation of the locking device according to the invention for the access doors.
In Abbildung 1 sind 2 U-förmige Fußelemente (2) an den Schmalseiten einer rechteckigen Grundplatte (1) angeordnet. In den Eckbereichen der Platte (1 ) sind zylindrisehe Rohre (3 ) angeordnet, an denen mittels Klemmstücken (4) transparente Schutzverkleidungen (5 ) befestigt und mittels Scharnierelementen (6,7) um die Rohrachsen drehbare Schutztüren ( 9 ) angebracht sind.In Figure 1, 2 U-shaped foot elements (2) are arranged on the narrow sides of a rectangular base plate (1). Cylindrical tubes (3) are arranged in the corner areas of the plate (1), to which transparent protective covers (5) are attached using clamps (4) and protective doors (9) that can be rotated around the tube axes are attached using hinge elements (6,7).
In der Plattenoberseite sind Gewindebuchsen (10) zur Montage von Robotern, Handlinggeräten und Zusatzgeräten wie Werkstück-Transporteinrichtungen eingegossen.Threaded bushings (10) for mounting robots, handling devices and additional devices such as workpiece transport devices are cast into the top of the plate.
Auf der Unterseite der Montageplatte (1 ) und seitlich an den senkrechten Schenkeln der Fußelemente (2 ) sind horizontal zwei Paar Teleskop - Führungsschienen (12, 13 ) angeordnet, an denen ein Schaltschrank (14) für die elektrischen Steuerungselemente des installierten Roboters und ein Schaltschrank (15) für die elektrischen Steuerungselemente der installierten Zusatzaggregate und Sicherheitseinrichtungen befestigt sind. Die Schaltschränke (14, 15 ) sind so angeordnet, daß deren Türen (16 ) nach oben geöffnet werden können oder deren Bedienungsseiten (17) nach oben zeigen.On the underside of the mounting plate (1) and laterally on the vertical legs of the foot elements (2), two pairs of telescopic guide rails (12, 13) are arranged horizontally, to which a control cabinet (14) for the electrical control elements of the installed robot and a control cabinet (15) for the electrical control elements of the installed additional units and safety devices are attached. The control cabinets (14, 15) are arranged so that their doors (16) can be opened upwards or their operating sides (17) face upwards.
Am Schaltschrank (15 ) ist an der zur Zellenmitte zeigenden, senkrechten Wand eine Installationsplatte (18) angeordnet, auf der die für die Funktion der Fertigungszelle erforderlichen Pneumatikelemente (19 ) wie Wartungseinheit, Ventile und Absperrorgane montiert sind. Die Schaltschrank - Auszüge können frontseitig mit Blenden versehen werden, sie schließen im eingeschobenen Zustand bündig mit den Außenseiten der senkrechten Schenkel der Fußelemente (2) ab.An installation plate (18) is arranged on the vertical wall of the control cabinet (15) facing the center of the cell, on which the pneumatic elements (19) required for the function of the production cell, such as the maintenance unit, valves and shut-off devices, are mounted. The control cabinet pull-outs can be fitted with panels on the front; when pushed in, they are flush with the outside of the vertical legs of the foot elements (2).
In der zum Fußboden zeigenden Stirnfläche der Fußelemente (2 ) sind Gewindehülsen (20 ) eingegossen, in denen handelsübliche, höhenverstellbare Stellfüße (21 ) zur Nivellierung der Zelle eingeschraubt werden.Threaded sleeves (20) are cast into the front surface of the foot elements (2) facing the floor, into which commercially available, height-adjustable feet (21) are screwed to level the cell.
In der Platte (1 ) sind mehrere flexible Leerrohre (22 ) zur Verlegung von pneumatischen und elektrischen Leitungen eingegossen.Several flexible empty pipes (22) for laying pneumatic and electrical cables are cast into the plate (1).
Die um die zylindrischen Eckrohre (3 ) drehbar angeordneten unteren Türscharniere (7) weisen eine drehfest verbundene Verlängerungshülse ( 8 ) auf, die auf ihrer dem Scharnier (7) abgewandten Stirnseite in eine zylindrisch in die Platte (1 ) eingeformte Vertiefung (25 ) ragt. Diese Verlängerungshülse (8 ) weist in dem in die Platte (1 )The lower door hinges (7) arranged to rotate around the cylindrical corner tubes (3) have a rotationally fixed extension sleeve (8) which extends on its end facing away from the hinge (7) into a cylindrical recess (25) formed in the plate (1). This extension sleeve (8) has a
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eintauchenden Bereich stirnseitig und an ihrem Umfang eine Ausnehmung (26 ) auf, die so ausgebildet ist, daß ein in einer in der Platte (1) eingeformten vertikalen Führung (28 ) axial beweglich angeordneter Sperriegel (29) in seiner gezeichneten oberen Endstellung genau in die Ausnehmung {26 ) passt und damit die Verlängerungshülse (8 ), das drehfest verbundene Scharnier (7) und die Schutztüre (9) an einer Drehbewegung um das Eckrohr (3) hindert und die Schutztüre (9) in ihrem geschlossenen Zustand blockiert. In die Fußelemente (2 ) sind in ihrem oberen, der Platte {1 ) zugewandten Bereich horizontale Führungsschlitze (30) eingeformt, in die eine Platte (31) eingeschoben ist. Unter der Platte ( 31 ) ist das elektrische oder pneumatische Betätigungselement ( 36 ) für die vertikale Bewegung des Sperriegels (29 ) montiert. Die Platte (31 ) weist einen Durchbruch (32 ) für die Durchführung des Sperriegels (29 ) auf. Auf der Oberseite der Platte (31) ist ein Sicherheits - Rollenstößelendschalter ( 33) so angeordnet, daß seine Betätigungsrolle ( 34 ) in eine im Sperriegel (29) angebrachte Schaltvertiefung (35) eintaucht, wenn der Sperriegel (29 ) in seine gezeichnete obere Endposition ausgefahren wird.The recess (26) is formed in the front and on the periphery of the immersed area, which is designed in such a way that a locking bolt (29) arranged to be axially movable in a vertical guide (28) formed in the plate (1) fits exactly into the recess (26) in its upper end position shown and thus prevents the extension sleeve (8), the hinge (7) connected in a rotationally fixed manner and the protective door (9) from rotating around the corner tube (3) and blocks the protective door (9) in its closed state. Horizontal guide slots (30) are formed in the upper area of the foot elements (2) facing the plate (1), into which a plate (31) is inserted. The electric or pneumatic actuating element (36) for the vertical movement of the locking bolt (29) is mounted under the plate (31). The plate (31) has an opening (32) for the passage of the locking bolt (29). A safety roller plunger limit switch (33) is arranged on the top of the plate (31) in such a way that its actuating roller (34) dips into a switching recess (35) provided in the locking bolt (29) when the locking bolt (29) is extended to its upper end position shown.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 19980326 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years |
Effective date: 20011128 |
|
R157 | Lapse of ip right after 6 years |
Effective date: 20040701 |