DE4039046A1 - Dreidimensionales modulares, mehrachsiges und mobiles system fuer handhabung und bearbeitung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein mobiles Bewegungs-System und ist gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 für Antrieb-Handhabung und Bearbeitung gedacht.

Dem Stand der Technik entsprechend ist ver­ gleichsweise die Normalausführung des Industrieroboters zu nennen, der mobil und in der Arbeitsachse mit z. B. 7-Achsen hoch­ flexibel ist und für anhaltend räumliche Arbeitsprozesse wie beim Schweißen von Auto­ mobilkarossen oder Farbspritzen derselben sehr effektiv ist, doch für die große Zahl der einfachen Arbeitsabläufe in Bewegung und Ausrüstung überqualifiziert und somit nicht effizient ist.

Mit dem Stand der Technik vergleichbar sind die Fertigungssysteme der Rundschalttische, wie z. B. die Anmeldung G 87 14 508.1 vom 31.10.87, die konventionell fertigt, im Aufbau modular und flexibel und program­ mierbar ist doch die Flexiblität nur sta­ tionär innerhalb des Bearbeitungszentrums nutzbar umgesetzt werden kann.

Ein weiteres Rundtisch - System der Firma "INCA" Engineering Kornwestheim zeigt eine konventionelle Rundtischeinheit mit an der Peripheri zirkular stationierten Belade­ und Bearbeitungseinheiten, die elektrisch­ elektronisch integriert und CNC gesteuert sind.

Ein fortschrittlicher konzipiertes Ferti­ gungssystem ist die in der VDI-Zeitung beschriebene Rundtischtransfermaschine der Firma "JOHN DEERE", die eine Kombination von Aufbaumaschine und Transferstraße dar stellt, im System aufgebaut und gesteuert aus einem ringförmigen Transfer-Rundtisch besteht in den zentral wie an der Peri­ pheri Bearbeitungseinheiten stationiert sind und der ringförmige Rundtisch die Werkstücke bzw. Paletten per Kreisbahn zur Ausgangslage transferiert.

Dem Stand der Technik entsprechen auch die von den Japanern entwickelt und allgemein eingesetzten "SCARA ROBOT", die elektrisch­ elektromagnetisch betrieben und gesteuert für das Bestücken von Leiterplatten mit Komponenten in der Elektronik eingesetzt werden und den Anspruch der flexiblen Bewe­ gungseinheit bzw. Moduls rechtfertigen.

Der Aufgabenstellung liegt die Erfahrung zugrunde, daß in der industriellen Fertigung - und allgemein - der größere Teil aller Bewegungsabläufe linear, zirkular, horizontal und vertikal ablaufen. Der Aufgabenstellung und dem Neuerungsanspruch - gemäß entspricht das Konzept eines 3-dimensionalen beweglichen, mehrachsigen, mobilen; modularen und in der konstruktiven Ausgestaltung wie in der Anwendung relativ unkomplizierten Fertigungssystems, daß in der Grundausstattung aus möglichst wenigen Elemen­ ten besteht und vielfältig integrierbar dem Produkt Potential und Produktionsverlauf angepaßt werden kann.

Der Aufgabenstellung gemäß ist die Neuerung auch eine fertigungstechnische Alternative zu den Roboter­ systemen, Rundschalttischen und Sondermaschinen gedacht und in der Grundausstattung für mittlere Unternehmen mit unterschiedlicher Produktpalette und differen­ zierten Potentialen ein ausbaufähiges Produktions­ mittel zur rationellen Fertigung, vorzugsweise für die dem Preisdruck besonders ausgesetzte - Automobil- Zulieferindustrie, die wegen des geringen Gewinn­ marginals Investitionen vielseitiger und langfris­ tiger nutzen muß als ihre Auftraggeber, die modernste Produktionsmittel und Fertigungsprozesse (CIM) einsetzt und allein aus fiskalischen Gründen Inves­ tition Nutzung und Abschreibung interessant machen.

Die Aufgabenstellung wird erfindungsgemäß gelößt durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Anspruchs 1.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und in den Anwendungs­ wie auch Ausführungsbeispielen dargestellt.

Im folgendem wird die Erfindung näher dargestellt:

Fig. 1 Frontansicht der Bewegungseinheit in der Grundausrüstung.

Fig. 2 Draufsicht und horizontaler Schnitt des Maschinenständers und der Fußeinheit gemäß SCHNITT I-I.

Fig. 3 Schnittbild des Revolverkopfes in vertikaler Richtung gemäß SCHNITT II-II.

Fig. 4 Schnittbild des zentralen vertikalen aa Revolverkopflagers gemäß-SCHNITT II-II.

Fig. 5 Perspektivische Darstellung des Revolver­ kopfes mit der Lagerung und Fixierung des statischen Lagers (42) und horizontaler radialer Aufnahme der Arbeitsachsen als Beispiel einer aus Stanz- und Biegeteilen (50, 51) gefertigten Ausführung.

Fig. 6 Perspektivische Darstellung einer Bewegungseinheit und Fußeinheit mit 3 Stück (von 6) Auflagepunkten sichtbar.

Fig. 7 Beispiel einer austauschbaren, modularen Arbeitsachse.

Fig. 8 und 9 Beispiel von Profilen für Werkstück­ Aufnahme und Paletten aus Leichtmetall­ Extruderprofilen gefertigt gemäß des Unteranspruchs 6.

Fig. 10 Anwendungsbeispiel als Antrieb für Spulen.

Fig. 11 und 12 Anwendungsbeispiel als Antriebsaggregat für Transfer- und Rangierbänder.

Fig. 13 Schutzvorrichtung zum Abschirmen der rotierenden Antriebsachsen.

Nachfolgend wird die Neuerung im Text und anhand Fig. 1-5 der konstruktiven Darstellungen beschrieben.

Die elementaren Baugruppen sind der Maschinenständer mit der Fußeinheit, dem Ständer und der tragenden ver­ tikalen, statischen Säule des Ständers. Fig. 1 und 2. Die Fußeinheit (1) besteht aus einer Stahlplatte (2) im dargestellten Fall vielkantig zugeschnitten um möglichst wenig Verschnitt (Abfall) zu produzieren und mit 6 Auflageelementen (3) (4) verschweißt und verschraubt (5). Die Auflageelemente sind in einem Beispiel (6) 3 vierkantigverformte Hohlprofile (7) mit ineinanderpassenden und wieder vierkantigen Hohl- Profilen, die teleskopartig ausziehbar sind (8) und am äußeren, abstützendem Ende (9) ist ein Auflage (10) mit (Gewinde)-Bohrung (11) zur Aufnahme eines Schraub­ elementes (12) oder auch Hydraulik-Pneumatikzylinders vorgesehen um wahlweise manuell - und auch mittels Medium - die Bewegungseinheit insgesamt fix abzustützen. 3 weitere Bohrungen (13), in der Ausführung wie vorher beschrieben, aber im dargestelltem Fall direkt in die tragende Stahlplatte (2) eingearbeitet sind für achsial bewegliche Rollenelemente (15) vorgesehen, die wiederum mittels Gewinde und manuell oder, wie vorhergehend beschrieben, medial mittels Zylinderelement (16) vertikal verstellbar und feststellbar sind und einmal die Mobilität der Maschineneinheit ermöglichen und im stationären Fall abstützende und dämpfende Funktion ausüben.

Der Maschinenständer Fig. 2 bestehend aus vier stabilen Seitenwänden (17) die an den senkrechten Seiten (17a) im Winkel von 45° (18) abgebogen, überlappt und ver­ schraubt (19) sind. Die Bodenplatte (20) des Maschinen­ ständers ist mit der tragenden Platte der Fußeinheit verschraubt und zentrisch-achsial ausgerichtet, während die Kopfplatte (21) Aufnahme und Lager (22) des "Revolverkopfes" ( ) und der vertikalen Antriebs­ achse (23) ist. (Fig. 1 und 2).

Achsparallel zur vertikalen Anriebsachse (23) ist im Vertikallager eine Mechanische Kupplung Fig. 4 vor­ gesehen, bestehend aus dem konischem Kupplungsring (24) Kupplungshülse (25) mit Flansch (26) Sicherungsring (27) zur achsialen Absicherung, und dem die Kupplung akti­ vierenden Zylinder-Hubelement (28) das im gegebenem Beispiel hydraulisch betrieben und elektrisch gesteuert 6 werden soll. Zweck der Kupplung ist alternative Antriebs­ möglichkeiten des Revolverkopfes und der Arbeitsachsen (32) zu ermöglichen. Z.B. bei Funktionsstellung und angepreßtem Kupplungsring (24) wird der Revolverkopf mit stehenden Arbeitsachsen (32) radial umlaufend getrieben, während bei alternativer Funktionsstellung der Kupplung, das heißt, nicht aktiviertem Kupplungsring, nur die Arbeits­ achsen mittels Winkelgetriebe (29) radial angetrieben werden und bei normalem Arbeitsprogramm eine Radial­ bewegung von 90° - bei stationärem Revolverkopf - ausführt. In Verlängerung der Antriebsachse und mit derselben achsial ausgerichtet, mechanisch direkt gekuppelt (30) ist die Antriebseinheit gelagert, die im beschriebenem Konstruktions­ beispiel hydraulisch betrieben lineare Hubbe­ wegung mittels Hubkurvenelement in umlaufende Radialbewegung umsetzt, aber für Schrittbewegung besonders geeignet ist. Als Alternative können Schrittmotore eingesetzt werden. Alle Verbind­ ungen und Komponenten für Steuerung und Leistung sind zweckmäßigerweise gleichfalls im Maschinen­ ständer installiert und integriert.

Der radial bewegliche und zentrisch im Maschinenständer gelagerte "Revolver­ kopf" (31) ist Träger der horizontalen Arbeitsachsen (32) die, im gegebenem Fall 4 Stück, baugleich und austauschbar sind, aus den Lagerhülsen (33) den Lagerschalen (34) dem Sicherungsring mit der Mutter (35, 36) und der Arbeitsachse (32) mit den Sicherungselementen (38, 39) besteht. Die Arbeitsachsen sind an den freien Enden zur achsialen form- und kraftschlüssigen Verlängerung keilförmig (Splices) aus­ gearbeitet. In die Seitenwände des Revolver­ kopfes sind Gewinde - und Paßlöcher (40, 41) zentrisch zur Achse eingearbeitet, die zur Befestigung und Ausrichtung der statischen Lagerelemente (42) an den Seitenwänden (43) des Revolverkopfes dienen. Zur achsialen und radialen Ausrichtung sind die Lager­ elemente (42) formschlüssig in die ring­ förmigen Kragen (44) der Lagerhülsen (33) eingepaßt. Die Seitenwände (43) sind mit der Bodenplatte (45) und der Kopfplatte (46) horizontal und vertikal ausgerichtet und zu einer tragenden Kastenform durch Schrauben (47) verbunden, die Bodenplatte sollte zu­ sätzlich - in Intervallen - mit den Seitenwänden verschweißt sein.

In der Bodenplatte, zentrisch zu den Arbeits­ achsen (32) ausgerichtet, ist das den Revolver kopf tragende und radial bewegliche Vertikal­ lager (48) mit Lagerhülse (33) Lagerschale (34) und Lagerelement (42) mittels Ver­ schraubung, Zentrierung formschlüssig gela­ gert und dient gleichzeitig der vertikalen Stabilität und Führung der vertikalen Arbeits­ achse.

Claims (6)

1. Mobile, modulare Antriebs-, Handhabungs-, und Bewegungseinheit, die Arbeitsabläufe in 3 Dimensionen auf direktestem Weg ermöglicht, pneumatisch, hydraulisch und elektrisch über eine Achse betrieben einen um seine Lager- und Antriebsachse radial beweglichen Achsenträger, technisch­ mechanisch als "Revolverkopf" bezeichnet, mittels Winkeltrieb die im und am Achsen­ träger horizontal gelagerten Arbeits­ achsen treibt, horizontal, radial um die zentrale, vertikale Antriebsachse bewegt und zentral gesteuert werden kann.

2. Mobile, modulare Antrieb-, Handhabungs-, und Bewegungseinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zentrale, vertikale Antriebsachse des Maschinenständers mit der verti­ kalen, zentralen Achse des "Revolver­ kopfes" steckbar und kraftschlüssig verbunden ist und daß die achsial und radial treibenden und getriebe­ nen Elemente in Form und Dimension baugleich, modular austauschbar sind.

3. Mobile, modulare Antriebs-, Handhabungs-, und Bewegungseinheit nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arbeits­ achsen aus einem tragenden Element beste­ hen, die mit den Seitenwänden des "Revolver­ kopfes" mittels Schrauben, Paßstiften und zentrischer, formschlüssiger Aufnahme kraftschlüssig gelagert, und den trei­ benden Achsen, die steckbar mittels Vielkeil­ verbindung mit dem Antrieb und am freien Ende im tragenden Lagerelement zentrisch geführt und achsial-radial beweglich­ gelagert sind.

4. Mobile, modulare Antriebs-, Handhabungs-, und Bewegungseinheit nach Anspruch 1, 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine - im gegebenem Beispiel 8 seitige/8 kantige - Stahlplatte als Träger eines Maschinen- Aggregats mit 6 Auflageelementen ver­ sehen ist, und 3 Stück aus vierkantigver­ formten Hohlprofilen mit ineinanderpassen­ den Hohlprofilen teleskopartig ausziehbar sind und abstützende Funktion haben, 3 wei­ tere mit Rollen versehene Auflagepunkte abstützende, dämpfende aber vorrangig trans­ portable Funktion ausüben und wahlweise mittels Schraubelement oder Pneumatik/ Hydraulikzylinder vertikal verstellbar und feststellbar sind.

5. Mobile modulare Antriebs-, Handhabungs-, und Bewegungseinheit nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Revolver­ kopf modular austauschbar vier- und mehr­ achsig hergestellt werden kann, die Arbeits­ achsen zentral- und dezentral betrieben und gesteuert werden können, als Antriebs­ mittel hydraulische Bewegungseinheiten und elektrische Schrittmotore - z. B. - verwendet werden können und die Bewegungs­ einheiten im Arbeitsablauf verkettet, die Revolverkopfeinheiten mechanisch vertikal­ achsial gekuppelt werden können.

6. Mobile, modulare Antriebs-, Handhabungs-, und Bewegungseinheit dadurch gekennzeichnet, daß die Werkstückaufnahmen und Paletten­ träger als Leichtmetall-Extruderprofile hergestellt und die Außen-wie Innenkonturen einschließlich der Standard-Führungsnuten und kraftschlüssigen Mitnehmerkeilformen, passend zu den Arbeitsachsen, in einem Arbeitsprozeß geformt sind.