DE29805000U1

DE29805000U1 - Spanneinrichtung

Info

Publication number: DE29805000U1
Application number: DE29805000U
Authority: DE
Original assignee: KUKA Schweissanlagen GmbH
Current assignee: KUKA Systems GmbH
Priority date: 1998-03-19
Filing date: 1998-03-19
Publication date: 1999-07-29
Anticipated expiration: 2008-03-20

Description

Anmelder: Firma

KUKA Schweißanlagen GmbH Blücherstraße 144 8 6165 Augsburg

Vertreter: Patentanwälte

Dipl.-Ing. H.-D. Ernicke Dipl.-Ing. Klaus Ernicke Schwibbogenplatz 2b D-8 6153 Augsburg

Datum: 18.03.1998

Akte: 772-860 er/sw

AAl DE-G 298 05 000.5

Anm.: KUKA Schweissanlagen GmbH Akte: 772-860 er/ge 18.06.1999 5

BESCHREIBUNG Spanneinrichtung

Die Erfindung betrifft eine Spanneinrichtung für robotergestützte Bearbeitungsstationen zum Schweißen, Kleben, Nieten, Clinchen oder dergleichen mit den Merkmalen im Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Eine solche Spanneinrichtung ist aus der DE-A-28 10 822 bekannt. Sie besitzt ein oder mehrere Spannrahmen, die an die lose vorgefügte Fahrzeugkarosserie angestellt werden und die Einzelbauteile in die richtige Position bringen und spannen. Hierfür sind an dem Spannrahmen mehrere energiebetätigte Spannzangen oder dergleichen andere Spannwerkzeuge angeordnet. Diese haben jeweils einen eigenen Zylinder, eine Spindel oder dergleichen als Zangenantrieb. Die Spannwerkzeuge sind werkstückbezogen und werden mit hoher Präzision hergestellt. Die vorbekannte Spanneinrichtung hat den Nachteil, daß ein hoher apparativer Aufwand mit vielen Einzelantrieben erforderlich ist. Außerdem sind alle Spannelemente werkstückbezogen und müssen entsprechend genau gefertigt sein. Bei einem Wechsel oder einer Abänderung von Werkstücken sind umfangreiche Umbau- und Umrüstarbeiten erforderlich, die in Verbindung mit der geforderten Präzision einen hohen Herstellungs- und Kostenaufwand bedingen.

Die US-A-5,407,185 und die DE-A-41 24 340 zeigen Spanneinrichtungen mit einer Vielzahl einzeln beweglicher Stößel, die als Spannkäfig oder als Spannigel bezeichnet

werden. Hierbei werden die einzelnen Spannelemente hydraulisch oder auf andere Weise separat angetrieben. Eine ähnliche derartige Spanneinrichtung ist auch aus der Literaturstelle MEINTRUP, Hubert: "Komplexe Werkstücke zeitsparend sichern mit flexiblen Stößel-Spannsystemen", in Maschinenmarkt, Würzburg, 102, _ 1.996^. 36, Seite 38 bis 41, bekannt.

Die DE-C-195 48 618 offenbart eine nur einseitig wirkendende flexible Spanneinrichtung mit einem pneumatischen Andruckschlauch, der eine selektive Anpressung von einzelnen Druckelementen an die Werkstücke erlaubt.

Aus dem DE-U-296 08 556 ist ferner noch eine Spanneinrichtung mit einzeln zustellbaren Schraubspannern bekannt.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere und kostengünstigere Spanneinrichtung aufzuzeigen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.

Die erfindungsgemäße Spanneinrichtung hat den Vorteil, daß sie mit wesentlich weniger Antrieben auskommt und einen deutlich geringeren Herstellungsaufwand erfordert. Der Werkstückbezug und die hierfür erforderliche Präzision ist nur an der Aufnahmevorrichtung erforderlich. Der Spannrahmen kann hingegen mit seinen Druckelementen werkstückneutral sein, was eine wesentlich geringere Präzision erfordert.

Die Aufnahmeelemente an der Aufnahmevorrichtung sind energielos und haben keine mit eigenen Antrieben ausgerüsteten Einzelspanner. Die Spannenergie kommt vielmehr aus der Zuführung und Verbindung von Spannrahmen und Aufnahmevorrichtung. Dadurch können mit ein oder

wenigen Antrieben alle Werkstücke gespannt werden. Die Zuführung erfolgt mittels geeigneter Anschlüsse durch einen Manipulator, insbesondere einen mehrachsigen Industrieroboter. Durch eine steuerbare Verriegelung können der Spannrahmen und die Aufnahmevorrichtung temporär für den Bearbeitungsprozeß zusammengehalten werden, so daß die Spannenergie auch nach Lösen der Zuführung aufrechterhalten bleibt.

Der Spannrahmen und die Aufnahmevorrichtung können in sich mehrteilig und verstellbar sein. Hierbei ist es von Vorteil, wenn die Aufnahmeelemente eine verstellbare Stütze und ein werkstückbezogenes Führungselement aufweisen. Dadurch sind Anpassungen an Werkstückveränderungen mit wenig Aufwand möglich. Es läßt sich eine maximale Flexibilität der Spanneinrichtung mit niedrigem Kostenaufwand erreichen.

Der Spannrahmen kann für den Transport an ein oder mehreren Werkstücken entsprechende Greifer besitzen. Diese können zusätzlich zu den Druckelementen vorhanden sein. Bei einer entsprechenden Ausbildung lassen sich beide Funktionen aber auch miteinander kombinieren.

In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung angegeben.

Die Erfindung ist in der Zeichnung Figur 1 schematisch dargestellt. Sie zeigt eine aus Spannrahmen und Aufnahmevorrichtung bestehende Spanneinrichtung in Betriebsstellung und in Seitenansicht.

Die in Figur 1 gezeigte Spanneinrichtung (1) dient zum Spannen von ein oder mehreren Werkstücken (4,5,6). Sie wird in einer robotergestützten Bearbeitungsstation eingesetzt, in der die Werkstücke (4,5,6) miteinander

&iacgr;&ogr; verbunden werden. Das Verbinden geschieht über Schweißen, Kleben, Nieten, Clinchen oder andere geeignete Verbindungstechniken. Die Bearbeitung wird von externen Bearbeitungsmaschinen, z.B. mehrachsigen Industrierobotern etc., durchgeführt. Die Bearbeitungsstation und die Bearbeitungsmaschinen sind der Übersicht wegen nicht dargestellt.

Bei den Werkstücken (4,5,6) kann es sich um beliebige Bauteile handeln. In der bevorzugten Ausführungsform bestehen sie aus Karosseriebauteilen von Fahrzeugen, z.B. Türblechen.

Die Spanneinrichtung (1) besteht aus einem Spannrahmen (2) und einer Aufnahmevorrichtung (3) , die in sich mehrteilig sein können. Die Aufnahmevorrichtung (3) ist werkstückbezogen, während der Spannrahmen (2) vorzugsweise werkstückneutral ist. Die Aufnahmevorrichtung (3) kann ortsfest angeordnet sein. Der Spannrahmen (2) wird über einen Anschluß (8) von einem Manipulator, vorzugsweise einem Industrieroboter (nicht dargestellt) bewegt und gehandhabt. Zum Spannen der Werkstücke (4,5,6) werden der Spannrahmen (2) und die Aufnahmevorrichtung (3) quer zu ihrer Hauptebene zusammengepreßt. Figur 1 zeigt diese Spannstellung.

Die Aufnahmevorrichtung (3) besitzt ein oder mehrere werkstückbezogene und energielose Aufnahmeelemente (11), die die Werkstücke (4,5,6) und vorzugsweise nesten. Die Aufnahmeelemente (11) bestehen vorzugsweise jeweils aus einer Stütze (12), die am Kopf ein oder mehrere Führungselemente (13) trägt. Die Führungselemente (13) sind an die Formgebung der Werkstücke (4,5,6) mit hoher Bearbeitungspräzision angepaßt. Z. B. es sich hierbei um NC-gefräste Auflage- und Spannbacken, die die Werkstücke

&iacgr;&ogr; (4,5,6) an den vorgesehenen Stellen lagegenau stützen und führen.

Die Aufnahmevorrichtung (3) weist an der Unterseite ein Gestell (14) auf, an dem mehrere Aufnahmevorrichtungen (3) in der benötigten werkstückbezogenen Verteilung gemäß der benötigten Stütz- und Spannpunkte verteilt angeordnet sind. Die Aufnahmeelemente (11) können auch eine unterschiedliche Höhe haben. Sie bilden miteinander eine Art wannenförmige Aufnahme zum Halten, Positionieren und späteren Spannen der Werkstücke (4,5,6).

Die Aufnahmeelemente (11) können verstellbar sein, um leichte Anpassungen an Werkstückänderungen vornehmen zu können. Zu diesem Zweck sind z.B. die Stützen (12) verstellbar am Gestell (14) angeordnet. Das Gestell (14) kann hierzu eine geeignete Rasterführung (nicht dargestellt) mit Spannnuten, Spannlöchern oder dergleichen aufweisen, die eine zweiachsige Verstellung der stelzenartigen Stützen (12) zulassen. Die Stützen (12) können auch in der Höhe veränderlich sein, um die Höhenposition der Führungselemente (13) zu verändern. Die Führungselemente (13) können an·den Stützen (12) lösbar befestigt sein. Für die verschiedenen Verstellmöglichkeiten ist eine Blockiermöglichkeit vorgesehen, um die nach dem Einrichten gefundene Endstellung zu fixieren.

Der Spannrahmen (2) besitzt ebenfalls ein rahmenartiges Gestell mit dem Anschluß (8). An dem Gestell sind ein oder mehrere Druckelemente (9) angeordnet, mit denen die Werkstücke (4,5,6) gegen die Aufnahmeelemente (11) gepreßt und gespannt werden. Die Druckelemente (9) können z.B. aus vorstehenden Stützen mit elastischen Kissen, z.B. Gummipuffern am Ende, bestehen. Sie können ansonsten auch eine beliebig andere geeignete Ausbildung haben. Der Spannrahmen (2) kann außer zum Andrücken und Spannen auch zum Transport von Werkstücken (4,5,6) vorgesehen sein. Zu diesem Zweck kann er ein oder mehrere geeignete Greifer (10) aufweisen. Die Greifer können z.B. Spann- oder Klemmelemente sein. Sie können getrennt von den Druckelementen (9) angeordnet sein.

Alternativ ist es auch möglich, die Druckelemente (9) mit den Greifern (10) zu kombinieren. In diesem Fall können diese Kombielemente z.B. als Saugelemente ausgebildet sein, die einen flexiblen Saugkopf aufweisen, der zugleich das Druckstück darstellt.

Wie Figur 1 zeigt, lassen die Druckelemente (9), Greifer (10) und Aufnahmeelemente (11) zwischen sich einen möglichst großen Freiraum, durch den die Bearbeitungsmaschinen mit ihren Schweißwerkzeugen oder dergleichen greifen und zu den Werkstücken (4,5,6) gelangen können. Insbesondere empfiehlt es sich, die Druckelemente (9) anders als die Aufnahmeelemente (11) zu verteilen, so daß die Schweiß- und Verbindungsstellen freiliegen. Dabei können auch die Auflage- und Führungsstellen an den Aufnahmeelementen (11) zugleich die Verbindungsstellen der Werkstücke ("4,5,6) darstellen. In diesem Fall können die Führungselemente (13) in geeigneter Weise als Verbindungswerkzeug, z. B. als Unterkupfer beim Punktschweißen, ausgebildet sein. Desgleichen können auch die Gestelle (14) des Spannrahmens (2) und der Aufnahmevorrichtung (3) geeignete große Freiräume für den

- 7 freien Zutritt der Bearbeitungsmaschinen aufweisen.

Der Spannrahmen (2) und die Aufnahmevorrichtung (3) können für die Bearbeitungsvorgänge durch das Zuführgerät zusammengepreßt und in der Spannstellung gehalten werden. In der bevorzugten Ausführungsform ist eine steuerbare Verriegelung (7) vorgesehen, die den Spannrahmen (2) und die Aufnahmevorrichtung (3) in der Spannstellung zusammenhält. Die Verriegelung (7) kann z. B. aus

&iacgr;&ogr; Spanngreifern bestehen, die die Gestelle (14) zusammenhalten. Die Verriegelung (7) kann in beliebig geeigneter Weise ausgebildet sein. Sie kann am Spannrahmen (2) und/oder an der Aufnahmevorrichtung (3) angeordnet sein. Die Verriegelung (7) wird von der Zuführeinrichtung oder von anderer Stelle betätigt und angetrieben.

Abwandlungen der gezeigten Ausführungsform sind in verschiedener Weise möglich. Die Aufnahmevorrichtung (3) kann beweglich sein und an einer geeigneten Zuführeinrichtung, z.B. einem Industrieroboter, lösbar angeordnet sein. Darüber hinaus ist es in kinematischer Umkehr auch möglich, den Spannrahmen (2) stationär anzuordnen. Für die gegenseitige Positionierung von Spannrahmen (2) und Aufnahmevorrichtung (3) sind geeignete Führungs- und Positionierelemente (nicht dargestellt) vorhanden.

In Figur 1 sind der Spannrahmen (2) und die Aufnahmevorrichtung (3) jeweils einteilig ausgebildet. Sie können alternativ auch mehrteilig sein und z.B. aus mehreren Rahmengruppen mit den jeweiligen Elementen (9,10,11) bestehen. Dabei ist es auch möglich, eine versetzte Einzelzustellung dieser Gruppen zu erreichen.

Bei einer Gruppenaufteilung des Spannrahmens (2) und einer zeitversetzten Zustellung können z.B. Werkstückverzüge aufgenommen werden, indem die Druckelemente (9) mit einer bestehenden Reihenfolge nacheinander angesetzt werden und

dadurch die Werkstücke (4,5,6) in das von den Aufnahmeelementen (11) gebildete Nest einformen.

In einer weiteren Abwandlung können die Greifer (10) entfallen. Die Werkstücke (4,5,6) werden dann von Hand oder mit anderen geeigneten Zuführvorrichtungen auf die Aufnahmevorrichtung (3) gelegt.

BEZUGSZEICHENLISTE

1	Spanne inr i chtung
2	Spannrahmen
3	Aufnahmevorrichtung
4	Werkstück
5	Werkstück
6	Werkstück
7	Verriegelung
8	Anschluß
9	Druckelement
10	Greifer
11	Aufnahmeelement
12	Stütze
13	Führungselement
14	Gestell

Claims

- 10 SCHUTZANSPRÜCHE

1.) Spanneinrichtung für Bearbeitungsstationen mit ein oder mehreren Robotern zum Schweißen, Kleben, Nieten, Clinchen oder anderweitigen Verbinden von ein oder mehreren Werkstücken, insbesondere Karosseriebauteilen, wobei die Spanneinrichtung einen Spannrahmen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (1) einen Spannrahmen (2) und eine Aufnahmevorrichtung (3) aufweist, die zwischen sich das oder die Werkstück(e) (4,5,6) einspannen, wobei die Aufnahmevorrichtung (3) ein oder mehrere werkstückbezogene, energielose Aufnahmeelemente (11) aufweist und der Spannrahmen (2) mindestens ein Druckelement (9) besitzt und der Spannrahmen (2) und/oder die Aufnahmevorrichtung (3) einen Anschluß

(8) zur Verbindung mit einem Manipulator, insbesondere einem mehrachsigen Industrieroboter, aufweisen.

2.) Spanneinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Druckelement

(9) werkstückneutral ist.

3.) Spanneinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Spanneinrichtung (1) eine steuerbare Verriegelung (7) aufweist, die den Spannrahmen (2) und die Aufnahmevorrichtung (3) temporär zusammenhalt.

4.) Spanneinrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufnahmeelemente (11) eine Stütze (12) und ein werkstückbezogenes Führungselement (13) aufweisen.

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5.) Spanneinrichtung nach Anspruch 4, dadurch

gekennzeichnet, daß die Stütze (12) verstellbar am Gestell (14) der Aufnahmevorrichtung (3) angeordnet sind. 5

6.) Spanneinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Spannrahmen (2) ein oder mehrere Greifer (10) für ein oder mehrere Werkstücke (4,5,6) aufweist.

7.) Spanneinrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckelemente (9) als Greifer (10) ausgebildet sind.