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System zum Transportieren und/oder Positionieren von Werk -
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stücken Beschreibung: Die Erfindung betrifft ein System zum Transportieren
und/oder Positionieren von Werkstücken längs einer Fertigungsstrecke mit einzelnen
aneinanderreihbaren, modular ausgebildeten Stationen, die bedarfsweise Bearbeitungsstationen,
Pufferstationen, Umlenkstationen oder Zwischenstationen sind, wobei jede modulare
Station mit einer in gleicher Höhe angeordneten, ersten Trag- und Führungsvorrichtung
für einen Werkstückträger und mit einer stationseigenen ersten Antriebsvorrichtung
für den Werkstückträger ausgerüstet ist und zwei benachbarte Stationen derart aneinanderreihbar
sind, daß ein Werkstückträger ausschließlich durch die stationseigene Antriebsvorrichtung
in den Transportbereich der benachbarten Station weiterschiebbar ist.
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Mit einem solchen System lassen sich Fertigungs- und Montagestrecken
in einfacher Weise durch Aneinanderreihen von in sich autonomen Bearbeitungsstationen
aufbauen. Die Umgestaltung oder Erweiterung einer solchen Anlage ist relativ einfach,
da
einzelne Bearbeitungsstationen in die vorhandene Kette aneinandergereihter
Stationen eingefügt oder aus ihr herausgenommen werden können, ohne daß hierbei
eine sich durch alle Stationen erstreckende, eine Einheit bildende Transportvorrichtung
neu aufgebaut zu werden braucht, wie dies bei den herkömmlichen mit Förderbändern
arbeitenden Fertigungs- und Transportsystemen der Fall ist.
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Bei einem aus der DE-OS 31 12 911 bekannten Fertigungs- und Transportsystem
besteht das in den Bearbeitungsstationen vorhandene Antriebssystem aus einem Zahnradgetriebe,
wobei antreibende Ritzel fest in der Bearbeitungsstation montiert sind und mit Zahnstangen
zusammenarbeiten, die am Werkstückträger angebracht sind. Der Werkstückträger befindet
sich ständig im Eingriff mit dem antreibenden Zahnrad. Dieser mit rotierenden Teilen
arbeitende Antrieb ist sehr aufwendig und störanfällig. Ferner ist bei dem bekannten
System der Rücklauf der am Ende der Transportstrecke freiwerdenden Werkstückträger
zum Anfang der Transportstrecke nur durch zusätzlich zu den Bearbeitungsstationen
eingesetzte Mittel möglich.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System der eingangs
genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß es bei einfachem Aufbau robuster ist,
zuverlässiger arbeitet und eine zielgenaue Einstellung der Werkstücke ermöglicht.
Ferner soll das System auch hinsichtlich des Rücktransportes der Werkstückträger
in sich autark sein und hierfür keine systemfremden Einrichtungen benötigen.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Antriebsvorrichtung
der jeweiligen modularen Station aus mindestens einem in der Station angeordneten
Ständer eines elektrischen Linearmotors besteht, der mit einem am Werkstückträger
vorhandenen
oder von diesem gebildeten, in Transportrichtung ausgerichteten Induktionskörper
zusammenwirkt. Damit wird ein System geschaffen, das sich durch große Flexibilität
und Betriebssicherheit auszeichnet. Der stationseigene Antrieb arbeitet ohne bewegliche
Teile. Die Induktionsplatte kann derart am Werkstückträger befestigt werden, daß
dieser von allen Seiten gut zugänglich ist. Der Zugänglichkeit von unten kommt große
Bedeutung zu, wenn an den Werkstücken durch Öffnungen im Werkstückträger gearbeitet
werden muß.
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Das erfindungsgemäße System ist aus völlig autarken Stationen, insbesondere
aus Bearbeitungsstationen und entsprechend ausgerüsteten Hilfsstationen zusammengesetzt,
so daß für seine betriebsfertige Installierung keine Hilfseinrichtungen erforderlich
sind. Der Rücktransport der Werkstückträger kann von einer zweiten Trag- und Führungsvorrichtung
mit entsprechenden Antrieben übernommen werden, wobei diese Rückführungstransportstrecke
an eine solche Stelle verlegt werden kann, daß die Zugänglichkeit des Arbeitsplatzes
für Hilfseinrichtungen, Materialzuführung und Bedienungspersonen nicht behindert
wird.
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Da der in jeder Bearbeitungsstation verlaufende Druckluftkanal erfindungsgemäß
mit einem so großen Volumen versehen wird, daß aus diesem Speichervolumen der momentane
Druckluftbedarf einer jeden Station gedeckt werden kann, ist nur ein einziger Druckluftanschluß
für das gesamte System erforderlich, wobei dessen Zuführungsquerschnitte nicht für
einen momentanen Spitzenbedarf an Druckluft ausgelegt zu sein brauchen.
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Für den Aufbau eines erfindungsgemäßen Systems ist lediglich das Aneinanderreihen
einer Anzahl von modularen Stationen erforderlich, wobei die Druckluftkanäle benachbarter
Stationen
miteinander verbunden werden und zwischen den Stationen
aus statischen Gründen eine mechanisch belastbare Verbindung hergestellt werden
muß. Darüber hinaus ist lediglich ein elektrischer Anschluß für die Stationen sowie
ein einziger Anschluß für die Druckluftversorgung erforderlich. Die modularen Bearbeitungsstationen
enthalten zweckmäßigerweise jeweils Steuereinheiten, mit denen der Transport, die
Positionierung und die Bearbeitung der Werkstücke gesteuert werden. Die Steuereinheiten
können erfindungsgemäß über Schnittstellen mit einer zentralen Datenverarbeitungsanlage
verbunden sein.
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Vorteilhafte weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen
gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen näher
erläutert, die in der Zeichnung dargestellt sind.
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Es zeigen: Fig. 1 in schematischer Darstellung die prinzipielle Anordnung
eines erfindungsgemäßen Transport- und/oder Positionierungssystems mit mehreren
Bearbeitungsstationen und je einer Liftstation am Anfang und am Ende des Systems,
Fig. 2a ein Ausführungsbeispiel einer Bearbeitungsstation gemäß Fig. 1 im Vertikalschnitt
senkrecht zur Transportrichtung längs der Linie A-A in Fig. 2b, Fig. 2b einen Schnitt
längs der Linie B-B in Fig. 2a, Fig. 3 einen Schnitt durch eine Liftstation längs
der Linie C-C in Fig. 1
Fig. 4a bis 4c verschiedene Ausführungsformen
für die Anbringung einer Induktionsplatte (Läuferplatte) an dem Werkstückträger
und Fig. 5 einen Längsschnitt durch eine Positioniervorrichtung.
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Das in Fig. 1 gezeigte System besteht aus n modularen Stationen 1a
bis in, die in einer Reihe nebeneinander angeordnet sind. In der Zeichnung ist der
vordere Teil der Stationen 1a bis in weggeschnitten, so daß die Werkstückträger
3, die sich in der Fertigungstransportbahn befinden, im Schnitt erscheinen. Die
Transportrichtung der zu fertigenden Werkstücke wird durch den Pfeil A bezeichnet.
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Bei den Stationen 1a bis in handelt es sich um Bearbeitungsstationen,
Pufferstationen, Umlenkstationen und Zwischenstationen, die in einer dem jeweiligen
Fertigungsverfahren entsprechenden Weise aneinandergereiht sind. Jede Station ist
in einer Montagehöhe, in der beispielsweise auch von Hand gearbeitet werden kann,
mit einer Trag- und Führungsvorrichtung 10 ausgerüstet, die aus zwei Tragschienen
iia und lib sowie seitlichen und oberen Führungsschienen 12a, 12b bzw. 13a und 13
b besteht. Die Trag- und Führungsvorrichtung 10 erstreckt sich über die gesamte
Breite einer Station la bis 1n, und schließt bündig an die Trag- und Führungsvorrichtungen
der benachbarten Stationen an. Auf den Trag- und Führungsvorrichtungen 10 laufen
Werkstückträger 3, auf denen die zu fertigenden oder zu montierenden Werkstücke
angeordnet sind und von einer Station zur nächsten weiterbefördert werden. Die Führungsschienen
können mit Kunststoffleisten belegt sein, um bei gleitendem Transport die Reibung
zwischen Werkstückträger und Führungsschienen zu vermindern. Eine andere Möglichkeit
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Steht darin, den Werkstückträger mit Rollen auszurüsten, die
auf den Führungsschienen laufen, oder aber die Führungsschienen mit Rollen zu versehen.
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Der Transport der Werkstückträger 3 erfolgt durch elektrische Linearmotoren,
von denen in jeder Station mindestens einer vorhanden ist. Der Läufe des Linearmotors
besteht in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aus einer Metallplatte 6, die im rechten
Winkel auf der stationsinneren Seite des Werkstückträgers 3 unterhalb der Tragefläche
des Werkstückträgers 3 angeordnet ist.
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Der Ständer 5 des Lienarmotors ist zweckmäßigerweise parallel zur
Transportrichtung unterhalb der Trag- und Führungsvorrichtung 10 angeordnet, so
daß die aktive Fläche des Ständers 5, also die Fläche, aus welcher das magnetische
Wanderfeld austritt, mit einem möglichst kleinen Luftspalt parallel zur Fläche des
Läufers 6 des Linearmotors liegt.
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Der Ständer 5 jedes Linearmotors hat eine eigene von den anderen Stationen
unabhängige Stromversorgung und Steuereinrichtung. Der Ständer 5 des Linearmotors
ist in jeder Station 1a bis 1n so angeordnet, daß er einen Werkzeugträger 3 in den
Antriebsbereich der Station zu schieben vermag. Ein Werkstückträger 3 kann so von
einer Station zur nächstfolgenden Station 1a bis 1n weitergegeben werden.
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An den Enden der Transportstrecke befinden sich beispielsweise Umlenkstationen,
die als Liftstationen 2a und 2b ausgebildet sind, von denen in Fig. 3 eine im Schnitt
dargestellt ist. Mit Hilfe einer solchen Liftstation wird der Werkstückträger 3
am Ende der Fertigungsstrecke an den Anfang einer Rückführungstransportstrecke befördert.
Zu diesem Zweck ist in den Liftstationen
2a, 2b ein Schlitten
21 oder Wagen vorgesehen, der in seinem oberen Teil eine Trag- und Führungsvorrichtung
23 aufweist, die der Trag- und Führungsvorrichtung 10 der Station angepaßt ist.
Der Schlitten 21 ruht seinerseits auf einer oder mehreren schräg oder waagrecht
verlaufenden nebeneinander angeordneten Trag- und Führungsschienen 22 auf denen
er aus der in Fig. 3 in vollen Linien dargestellten Position in die gestrichelt
dargestellte untere Position beziehungsweise umgekehrt gefahren werden kann. Aus
der letzten Station, z. B.
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einer Prüfstation, wird der Werkstückträger durch den Antrieb dieser
Station auf den Schlitten 21 der Liftstation 2a, 2b geschoben. Von hier wird der
Werkstückträger mit dem Schlitten in die andere Lage gefahren und durch einen Antrieb
der Liftstation horizontal in den Antriebsbereich der zweiten Trag-und Führungsvorrichtung
der Station geschoben. Da in den Liftstationen 2a, 2b nur das Anfahren einer oben
bzw. unten gelegenen Endposition von Interesse ist, kann hier mit einem einfachen
pneumatischen, hydraulischen oder elektromotorischen Antrieb bzw. einer entsprechenden
Bremse gearbeitet werden.
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Die Rückführungstransportstrecke ist aus Trag- und Führungsvorrichtungen
30 und individuellen Antrieben 35 in den einzelnen Stationen aufgebaut, die denen
der oben beschriebenen Fertigungstransportstrecke entsprechen. Die Rückführungstransportstrecke
liegt in dem gezeigten Ausführungsbeispiel tiefer als die Fertigungstransportstrecke,
was den großen Vorteil hat, daß die Stationen von vorne und hinten, also von beiden
Seiten senkrecht zur Transportrichtung zugänglich sind und der Raum zu beiden Seiten
für Bedienungshandlungen, die Unterbringung von Hilfseinrichtungen, wie z.B. halb-
oder vollautomatische Werkzeuge, und/oder für die Materialzuführung zur Verfügung
steht. Zur Positionierung eines Werkstückträgers
iängs der Trag-
und Führungsvorrichtung ist jede Bearbeitungsstation mit einer Positioniervorrichtung
41 versehen, zu der ein in Fig. 2b dargestellter Anschlag 40 gehört, der längs der
Trag- und Führungsvorrichtung verschoben und in beliebiger Position festgesetzt
werden kann. Wenn der Werkstückträger 3 den Anschlag 40 berührt, oder kurz zuvor,
wird die Stromzufuhr zum Ständer 5 des Linearmotors unterbrochen.
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Um den in der Trag- und Führungsvorrichtung 10 frei verschiebbaren
Werkstückträger 3 nach erfolgtem Ausfahren gegen einen Positionierungsanschlag in
einer exakten Lage im Verhältnis zu der Positioniervorrichtung 41 auszurichten und
zu fixieren, enthält die Positioniervorrichtung 41 Fixier- und Justier-Stifte 42,
die in entsprechende im Werkstückträger 3 vorhandene Fixier- und Justierlöcher 43
eingreifen und Führungsschrägen aufweisen. Die Betätigung dieser Fixiervorrichtung
erfolgt vorzugsweise pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch.
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Um den Linearmotor bereits kurz vor dem Anfahren gegen den Positionierungsanschlag
abzuschalten, können geeignete mechanische, optische oder magnetische Fühler in
der jeweiligen Station la bis in und am Werkstückträger 3 angeordnet sein.
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Für die Betätigung der Fixier- und Justierstifte 42, sowie für sonstige
möglicherweise in der jeweiligen Station vorhandene pneumatisch betriebene Werkzeuge,
ist eine Druckluftversorgung der Stationen erforderlich. Diese kann derart in den
Stationen integriert werden, daß außer einem Aneinanderreihen und Verbinden der
Stationen keine zusätzlichen Verlegungs- und Anschlußarbeiten für die Versorgung
der einzelnen Stationen mit Druckluft erforderlich sind. Hierfür ist jede Station
la bis 7n mit einem Druckluftkanal, der z.B. durch ein horizontales Rahmenteil 44
gebildet wird, ausgerüstet, der an den Seiten zu
benachbarten Stationen
Anschlußstellen 45 hat. Diese Anschlußstellen 45 sind räumlich so angeordnet, daß
sie mit den entsprechenden Anschlußstellen der benachbarten Stationen über geeignete,
in den Stationen integrierte Kupplungselemente 46 miteinander verbunden werden können.
Die Rahmenteile 44 bilden mit den Kupplungselementen 46 eine Stichleitung.
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Der Druckluftkanal jeder Station hat ein so großes Volumen, daß innerhalb
des stationseigenen Druckluftkanals genügend Druckluft gespeichert wird, um den
für einen Arbeitsvorgang erforderlichen Druckluftbedarf dieser Station zu decken.
Die Station führt also die vorgesehenen Arbeitsvorgänge aus, ohne daß die Drucklufthöhe
unter einen Grenzwert absinkt, der für die einwancfreie Arbeitsweise notwendig ist.
Dank dieser Zwischenspeicherung von Druckluft in jeder Station brauchen die Druckluftkanäle
der einzelnen Stationen nicht individuell an eine Druckluftverteilerleitung angeschlossen
zu werden, sondern die Kanäle aller Bearbeitungsstationen können in Reihe geschaltet
werden. Es ist daher nur eine einzige Druckluftzuführung erforderlich, die an einer
Stelle des gesamten Fertigungs- und Transportsystems angeschlossen wird.
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In die Kette der nebeneinander aufgereihten Stationen 1a bis in können
an beliebiger Stelle zwischen benachbarten Bearbeitungsstationen Hilfsstationen
eingefügt werden, wie beispielsweise Pufferstationen, in denen die Werkstückträger
3 in Wartestellung gehen, oder Umlenkstationen, durch welche die Richtung der Transportstrecke
des Systems geändert wird. Auch diese Stationen werden vorzugsweise mit Trag- und
Führungsvorrichtungen der gleichen Art wie die Bearbeitungsstationen ausgerüstet.
Gleiches gilt für die Einfügung dieser Hilfsstationen in das Druckluftkanalsystem.
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Der Läufer 6 oder die Läufer des Linearmotors können in jeder beliebigen
anderen Lage im Verhältnis zum Werkstückträger 3 an diesem befestigt sein. Entsprechend
müssen der oder die Ständer 5 des Linearmotors in der Bearbeitungsstation bzw. in
den Hilfsstationen angeordnet sein.
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Die in Fig. 2 gezeigte Ausführungsform ist insofern besonders vorteilhaft,
als bei ihr der Werkstückträger von allen Seiten gut zugänglich ist. Dies kommt
beispielsweise zum Tragen, wenn an dem Werkstück auch von unten her durch Öffnungen
in dem Werkstückträger gearbeitet werden muß. Die Zugänglichkeit des Werkstückes
bzw. des Werkstückträgers kann noch weiter verbessert werden, wenn die Induktionsplatte
in der in Fig. 4a oder 4b dargestellten Weise an dem Werkstückträger befestigt wird.
Eine solche Anordnung empfiehlt sich, wenn von unten her im hinteren, mit B (Fig.
4) bezeichneten Bereich der Werkstückträger für Arbeiten am Werkstück bequem zugänglich
sein mun. Grundsätzlich kann die Läuferplatte 6 in jeder beliebigen Lage parallel
zur Transportrichtung am Werkstückträger 3 befestigt werden. Sie kann beispielsweise
auch unmittelbar an der unteren Ebene des Werkstückträgers angeordnet sein oder
mit der Haupttragfläche des Werkstückträgers 3 in einer Ebene oder zu dieser parallel
liegen (Fig. 4c). Sie muß auch nicht, wie in den Ausführungsbeispielen gezeigt,
an der inneren schmalen Seite des Werkstückträgers befestigt sein.
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Als Läufer kann auch ein metallischer plattenförmiger Werkstückträger
selbst dienen, wobei der Ständer 5 beispielsweise bei horizontaler Lage seiner magnetisch
aktiven Fläche dicht unterhalb der Transportebene des Werkstückträgers angeordnet
sein kann. Um jedoch die Wirbelstromverluste im Läufer klein zu halten, empfiehlt
sich auch bei der letztgenannten Anordnung die Verwendung einer besonderen Platte
aus einem Material
mit geringem spezifischen Widerstand. Die Fig.
4d zeigt strichpunktiert verschiedene Positionen von Läufer 5 und Ständer 4 in Bezug
auf den Werkstückträger 3.
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Die Läuferplatte 6 kann beispielsweise auch unmittelbar an der unteren
Ebene des Werkstückträgers 3 angeordnet sein.
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Die Transportebene der Trag- und Führungsvorrichtung kann auch schräg
zur Horizontalen verlaufen, wenn dies mit Rücksicht auf den Bearbeitungsvorgang
zweckmäßig oder notwendig ist. So ist es beispielsweise denkbar, daß in einer Bearbeitungsstation
die Transportstrecke eine Schräglage durchläuft.
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Die Rückführungstransportstrecke für die Werkstückträger kann grundsätzlich
auch ohne seitliche Versetzung unterhalb (oder oberhalb) der Fertigungstransportstrecke
verlaufen. Die in Fig. 2a gezeigte Anordnung ist jedoch hinsichtlich der Raumausnutzung
besonders vorteilhaft. Der Raum unterhalb der Fertigungstransportstrecke kann für
die Unterbringung der elektrischen Steuer- und Programmiereinrichtung verwendet
werden, die dann leicht von der Vorderseite der Bearbeitungsstation zugänglich ist.
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In Fig. 2b ist schematisch eine Steuereinheit 47 dargestellt, die
zur Steuerung des Transports und gegebenenfalls des Positionierens sowie von Bearbeitungsvorgängen
in der jeweiligen Station bestimmt ist. Die Steuereinheit 47 ist vorzugsweise auf
Mikrorechnerbasis aufgebaut. Über eine Schnittstelle 48 ist die Steuereinheit 47
bedarfweise mit einer übergeordneten Datenverarbeitungsanlage verbunden, die nicht
näher dargestellt ist. Die Steuereinheit 47 veranlaßt die Steuer- und Regelvorgänge
in der jeweiligen Station, während die übergeordnet
Datenverarbeitungsanlage
den Ablauf des gesamten Verfahrens über Meldungen von den Steuereinheiten 47 und
durch Anweisungen an die Steuereinheiten 47 überwacht und beeinflußt.
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Bezugszeichenliste la - 1n modulare Station 2a, b Liftstation 3 Werkstückträger
5 Ständer des Linearmotors 6 Läufer des Linearmotors (= Metallplatte) 10 Trag- und
Führungsvorrichtung 11a, b Tragschiene 12a, b seitliche Führungsschiene 13a, b obere
Führungsschiene 21 Schlitten 22 Trag- und Führungsschiene 23 Trag- und Führungsschiene
30 Trag- und Führungsvorrichtung 35 Antrieb 40 Anschlag 41 Positioniervorrichtung
42 Fixier- und Justierstifte 43 Fixier- und Justierlöcher 44 Rahmenteil 45 Anschlußstelle
46 Kupplungselement 47 Steuereinheit 48 Schnittstelle
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