DE4039480C2 - Vorrichtung zur Demontage bzw. zum Lösen von Verbindungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Demontage und/oder zum Lösen von Verbindungen zwischen Elementen nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Im Gegensatz zu bereits weitgehend automatisierten Mon­ tagevorgängen wurde das Lösen von Verbindungen bislang weitgehend unter Benutzung von Spezialwerkzeugen manu­ ell durchgeführt. Ein derartiges Auftrennen von Verbin­ dungen kann zum einen mit Hilfe von einfachen Werkzeu­ gen, beispielsweise Schraubendrehern, Brecheisen, Feilen oder Sägen, erfolgen. Darüber hinaus sind hier­ für handgeführte Werkzeuge bekannt, wie Elektro- oder Druckluftschrauber und Handbohrmaschinen. Neben diesen einfachen Werkzeugen, die zu dem zu bearbeitenden Werk­ stück geführt werden, ist es auch möglich, ortsfeste Maschinen, beispielsweise Bandsägen oder Ständerbohr­ maschinen, zu verwenden, in deren Bereich das zu bear­ beitende Werkstück positioniert wird.

Einer Übertragung der aus dem Bereich der Montage be­ kannten flexiblen Automatisierung auf das Lösen von Verbindungen stand bislang jedoch entgegen, daß geeig­ nete Werkzeuge nicht verfügbar sind. Die im Bereich der Montage verwendeten Werkzeuge sind teilweise aufgrund ihres Konstruktionsprinzips ungeeignet für Demontagear­ beiten oder weisen aufgrund von Unterschieden in Tech­ nologie und Schnittstellenauslegung keine ausreichenden Integrationseigenschaften auf. Ferner sind diese Werk­ zeuge nicht in einfacher Weise an unterschiedliche De­ montageaufgaben anpaßbar und können während eines durchgeführten Bearbeitungsvorganges nicht in aus­ reichender Weise einem Fortschritt des Demontagevor­ ganges nachgeführt werden.

Aus der DD-Z: Maschinenbautechnik, Berlin 34 (1985), Nr. 7 Seiten 307 bis 311 ist eine modular aufgebaute Vorrichtung bekannt, die mit unterschiedlichen Werk­ zeugen aus einem Werkzeugsatz automatisch konfigurier­ bar ist. Die Werkzeuge können in Abhängigkeit von jeweils vorliegenden Anwendungsanforderungen eingesetzt werden. Hierdurch ist es insbesondere möglich, modular aufgebaute Einheiten für Montagehände zur Verfügung zu stellen, die eine weitgehend automatische Produktion im Bereich der metallverarbeitenden Indu­ strie ermöglichen.

Aus der DE 30 29 962 C2 ist eine spanabhebende Werk­ zeugmaschine bekannt, die eine numerische Steuerung aufweist. Ein Antrieb für ein verwendetes Schneidwerk­ zeug ist mit einer drehmomentabhängigen Steuerung ver­ bunden, um an jeweilige Einsatzbedingungen angepaßte Kraftentfaltungen zu ermöglichen. Das verwendete Werk­ zeug wird vorgegeben und bleibt während des gesamten Arbeitsablaufes mit der Vorrichtung verbunden. Zum An­ trieb des Werkzeuges sind ein Spindelmotor sowie ein Vorschubmotor vorgesehen.

In der DE-OS 21 31 079 wird eine Vorrichtung beschrie­ ben, die in Abhängigkeit von Vorgaben einer Steuerein­ heit einen automatischen Werkzeugwechsel ermöglicht. Zur Gewährleistung eines optimalen Schneidverhaltens ist eine Meßeinrichtung zur Erfassung der jeweiligen Schneidbelastung vorgesehen. Bei dieser spanabhebenden Werkzeugmaschine werden einem jeweiligen Werkzeug zuge­ ordnete Daten bevorratet, anhand derer die Werkzeugaus­ wahl sowie die Einstellung der jeweiligen Arbeitsbedin­ gungen erfolgt.

In der US-PS 48 83 939 wird ebenfalls eine Vorrichtung beschrieben, die mit einem Werkzeugmagazin versehen ist, das einen automatischen Werkzeugwechsel erlaubt. Die verwendeten Werkzeuge sind für Schweißanwendungen geeignet.

Ein handgeführtes Blindnietwerkzeug wird in der GB-PS 14 84 259 beschrieben. Zur Aufnahme des verwendeten Werkzeuges ist eine Spannvorrichtung eingesetzt, die mit zwei Spannbacken versehen ist. Entsprechend der jeweiligen Positionierung der Spannbacken wird entweder ein Wechsel des Werkzeuges oder ein Festhalten des Werkzeuges ermöglicht.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vor­ richtung der einleitend genannten Art so zu verbessern, daß ein Lösen von Verbindungen mit geringem Aufwand und ohne wesentliche manuelle Einflußnahmen durchführbar ist, wobei auch eine anwendungsorientierte automatische Konfiguration der Werkzeug- und Vorrichtungsmodule erfolgen soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst.

Durch die Bereitstellung von unterschiedlichen im Werk­ zeugsatz bevorrateten Werkzeugen, die jeweils von der Aufnahmeeinrichtung geführt werden, ist es in einfacher Weise möglich, die Vorrichtung an unterschiedliche zu lösende Verbindungen anzupassen. Insbesondere ist es somit möglich, ohne wesentliche Veränderungen wahlweise einen Schraubvorgang oder Trennvorgang durchzuführen. Bei einer Ausbildung des Antriebes als ein das Werkzeug rotationsfähig beaufschlagender Motor ist es in ein­ facher Weise möglich, das Werkzeug sowohl rotatorisch als auch translatorisch zu bewegen. Eine Koordinierung der Bewegung des Werkzeuges kann mit Hilfe der vom Meß­ wertaufnehmer detektierten Meßinformationen erfolgen. Insbesondere ist daran gedacht, mit Hilfe des Meßwert­ aufnehmers Drehmoment- und Drehwinkel zu erfassen, bzw. Weg- und Kraftmeßwerte zu detektieren. Mit Hilfe dieser Meßwerte kann somit ein zuverlässiges Lösen der aufzu­ trennenden Verbindung gewährleistet werden, ohne eine ungewollte Beschädigung der miteinander verbundenen Elemente befürchten zu müssen. Zur Bereitstellung einer sich weitgehend selbst an konkrete Arbeitsanforderungen adaptierenden Vorrichtung ist vorgesehen, daß die Steuerungseinheit für eine Selbstrüstung eines Gesamt­ werkzeuges durch das Handhabungsgerät mit einer sowohl Art als auch Anordnung von erforderlichen Modulen fest­ legenden Komponentenvorgabe versehen ist.

Zur Gewährleistung einer weitgehenden Anpaßbarkeit an anwendungsspezifische Besonderheiten wird vorgeschla­ gen, daß ein Toleranzausgleichssystem zur Adaption von verfahrensspezifische Anforderungen zwischengeschaltet ist.

Ein einfaches Einsetzen des Werkzeuges in die Aufnahme­ einrichtung wird dadurch ermöglicht, daß die Spannvor­ richtung aus zwei Spannbacken gebildet ist. Durch diese Ausbildung wird eine robuste Ausführungsform ermög­ licht, die auch bei rauhen Einsatzbedingungen lange Betriebszeiten ermöglicht.

Zur Durchführung eines vollautomatisierten Lösens von Verbindungen wird ein Flanschteil vorgeschlagen, das zur Kopplung an das Handhabungsgerät ausgebildet ist.

Eine preiswerte Fertigung der Vorrichtung unter Gewähr­ leistung einer hohen Flexibilität und Zuverlässigkeit wird dadurch ermöglicht, daß das Handhabungsgerät als Industrieroboter ausgebildet ist.

Ein kurzfristiger Zugriff auf Sollwertvorgaben für eine Vielzahl von Arbeitsvorgängen wird dadurch ermöglicht, daß die Steuerungseinheit mit einer Prozeßdaten bereit­ stellenden sowie aufnehmenden Speichereinheit verbunden ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist anhand der Zeich­ nung nachfolgend erläutert. Die Vorrichtung besteht hierbei aus einem durch mehrere Werkzeuge gebildeten Werkzeugsatz, der in eine Aufnahmeeinrichtung einsetz­ bar ist.

Die Vorrichtung zum Lösen besteht im wesentlichen aus einem Antrieb (1), einem Getriebe (2) sowie einem Meß­ wertaufnehmer (3). Zur Anpassung an verfahrensspezi­ fische Anforderungen ist ein Toleranzausgleichssystem (4) vorgesehen und das Getriebe (2) ist über eine Vor­ schubeinheit (5) mit einer Aufnahmeeinrichtung (6) ver­ bunden, die Spannbacken (7) zur Aufnahme eines Werk­ zeuges (8) aufweist. Zur Handhabung der Vorrichtung ist ein Flanschteil (9) vorgesehen, das insbesondere eine Ankopplung an ein Handhabungsgerät (10) ermöglicht. Als Handhabungsgerät (10) wird beispielsweise ein Indu­ strieroboter verwendet.

Zur Koordinierung der Bewegungen der Vorrichtung ist eine Steuerungseinheit (11) vorgesehen, die als ein Digitalrechner ausgebildet sein kann. Insbesondere ist zur Gewährleistung einer hohen Flexibilität daran ge­ dacht, einen Personalcomputer zu verwenden. Zur Bereit­ stellung und Aufnahme von Prozeßdaten ist die Steue­ rungseinheit (11) mit einer Speichereinheit (12) ver­ bunden. Mit Hilfe der Werkzeuge (8) können unterschied­ liche Funktionen durchgeführt werden. Es ist möglich, das Werkzeug (8) als Bohrer (13, 14), als Schraubein­ richtungen (15, 16, 17) oder als Fräseinrichtung (18) auszubilden. Darüber hinaus ist es aber auch möglich, Sägen, Stanzeinrichtungen, Schneideinrichtungen oder Preßeinrichtungen vorzusehen. Zur universellen Hand­ habung bilden die an spezielle Anwendungsfälle ange­ paßten Werkzeuge (8) einen Werkzeugsatz (19). Die in diesem Werkzeugsatz (19) enthaltenen Werkzeuge (18) ermöglichen je nach Bedarf entweder eine Umkehrung eines zuvor durchgeführten Montageprozesses, beispiels­ weise durch Aufschränken oder Lösen eines Preßsitzes, oder können eine definierte spanende Zerstörung eines jeweiligen Verbindungselementes bzw. einer Verbindungs­ stelle durchführen. Dieses erfolgt durch Aufbohren von Nietverbindungen, Schrauben, Clinchpunkten oder Schweißpunkten. Es ist aber auch möglich, Schweiß- oder Klebenähte abzufräsen und Schränk- bzw. Schnappverbindungen aufzusägen. Schließlich ist es auch ohne weiteres durchführbar, durch Schneid- oder Stanzvor­ gänge ein Auftrennen zu erzielen.

Als Antrieb (1) ist insbesondere ein Motor geeignet, der die Aufnahmeeinrichtung (6) mit einer rotatorischen Bewegung beaufschlagt. Der Antrieb (1) wird hierzu bei­ spielsweise als EC-Motor oder als pneumatischer Motor ausgebildet. Die Auswahl des Motortyps erfolgt in Ab­ hängigkeit von zu erwartenden Einsatzbedingungen und berücksichtigt beispielsweise Explosionsgefährdungen oder andere Einsatzeinschränkungen. Insbesondere ist es möglich, sämtliche wesentlichen Komponenten der Vorrichtung als modulare Komponenten auszubilden, die in Abhängigkeit von einem angestrebten Einsatzzweck miteinander kombinierbar sind. Bei Verwendung eines Sortimentes von jeweils aufgabenspezifischen Modulen wird durch die Steuerungseinheit (11) vorgegeben, welche Module für eine bestimmte Aufgabe zu verwenden sind. Bei einer Ausbildung des Handhabungsgerätes (10) als flexibles Handhabungssystem ist es möglich, eine selbstrüstende Arbeitungseinrichtung bereitzustellen, die in Abhängigkeit von einer konkret zu lösenden Auf­ gabenstellung selbst das benötigte Gesamtwerkzeug be­ reitstellt und den Arbeitsvorgang durchführt. Die ein­ zelnen Module können durch einfach zu lösende Verbin­ dungen miteinander kombiniert werden. Hierzu können Schraubverbindungen oder klemmbare Bajonettverschlüsse verwendet werden.

In Abhängigkeit von einem konkret vorliegenden Anwen­ dungsfall kann auch auch das Getriebe (2) als Planeten­ getriebe oder als Stirnradgetriebe ausgebildet sein. Mit Hilfe des Meßwertaufnehmers (3) werden Drehmoment- und Drehwinkelinformationen erfaßt. Bei einer Durch­ führung von translatorischen Bewegungen mit Hilfe der Vorschubeinheit (5) werden alternativ oder ergänzend auch Weg- und Kraftmeßwerte erfaßt. Der Meßwertauf­ nehmer (3) kann hierzu als eine Kombinationsmeßein­ richtung ausgebildet sein. Insbesondere ist es aber auch möglich, jeweils für jeden Meßwert spezielle Sen­ soren vorzusehen, die mit der Steuerungseinheit (11) verbunden sind. Die Ermittlung von Drehmoment und Dreh­ winkel wird dabei durch ein streckgrenzenorientiertes Lösen von Schraubverbindungen ermöglicht, bei dem ein Abreißen von Schraubenteilen mit hoher Zuverlässigkeit vermieden werden kann. In gleicher Weise werden auch durchgeführte Trennverfahren überwacht. Ferner ist es durch diese sensorgestützte Überwachung möglich, Beschädigungen des Werkzeugs (8), wie einen Bohrer­ bruch, zu ermitteln und einen Austausch des Werkzeuges (8) zu veranlassen.

Die Vorschubeinheit (5) wird pneumatisch, hydraulisch oder elektromotorisch realisiert. Bei einfachen Lösungsvorgängen, wie beim Lösen einer Schraubverbin­ dung, kann auch ein ungesteuerter Vorschub über eine Feder erfolgen.

Zur Durchführung eines Trennvorganges wird bei einem modularen System zunächst von der Steuerungseinheit (11) vorgegeben, welche Vorrichtungsmodule zur Reali­ sierung der Gesamteinrichtung benötigt werden. Die Steuerungseinheit (11) gibt die erforderlichen Steue­ rungsinformationen an das Handhabungsgerät (10) weiter, das die benötigten Module einem Magazin entnimmt und geeignet zusammenfügt. Nach der Durchführung dieses Rüstvorganges wählt die Steuerung (11) ein Werkzeug (8) aus und das Handhabungsgerät (10) setzt das Werkzeug (8) in den Bereich der Aufnahmeeinrichtung (6) ein. Es ist daran gedacht, im Bereich der Werkzeuge (8) stan­ dardisierte Schnittstellen, wie Außensechskante, vor­ zusehen, die ein einfaches Einsetzen in die Aufnahme­ einrichtung (6) ermöglichen. Nach dem Einsetzen in die Aufnahmeeinrichtung (6) erfolgt eine Fixierung des Werkzeuges (8) mit Hilfe der Spannbacken (7). Die Spannbacken (7) werden über ein Zahnstangengetriebe nach dem Keilprinzip gekoppelt verfahren. Es ist auch möglich, ein Spannfutter entsprechend einer Dreh­ maschine vorzusehen. Nach dieser Komplettierung des Rüstvorganges ergreift das Handhabungsgerät (10) das Gesamtwerkzeug im Bereich des Flanschteiles (9) und führt es in den Bereich der zu lösenden Verbindung. In Abhängigkeit von der Art der zu trennenden Verbindung und dem ausgewählten Werkzeug (8) wird dieses mit erforderlichen rotatorischen oder translatorischen Bewegungen beaufschlagt. Auch eine Kombination von rotatorischen und translatorischen Bewegungen über eine koordinierte Ansteuerung des Antriebes (1) sowie der Vorschubeinheit (5) ist ohne weiteres realisierbar. Während des gesamten Bearbeitungsvorganges werden die den jeweiligen Bearbeitungszustand kennzeichnenden Meß­ informationen vom Meßwertaufnehmer (3) erfaßt und an die Steuerungseinheit (11) übertragen. In Abhängigkeit von diesen Meßinformationen und von vorgegebenen Soll­ wertverläufen koordiniert die Steuerungseinheit (11) die Bewegung des Antriebes (1), der Vorschubeinheit (5) sowie des Handhabungsgerätes (10).

Claims (6)

1. Vorrichtung zur Demontage und/oder zum Lösen von Ver­ bindungen zwischen Elementen, die an einem Hand­ habungsgerät betreibbar ist und ein zur Beauf­ schlagung mindestens eines der Elemente vorgese­ henes Werkzeug an einer Aufnahmeeinrichtung aufweist, das mit einem Antrieb ver­ bunden ist, wobei die Aufnahmeeinrichtung eine dem Werkzeug zugeordnete Spannvorrichtung aufweist und mit einer sie posi­ tionierenden Vorschubeinheit verbunden ist, deren Bewegungen über eine Steuerungseinheit koordinier­ bar sind, die auch die von mindestens einem Meß­ wertaufnehmer detektierten Meßinformationen aus­ wertet, wobei die Vorrichtungskomponenten als vor­ gebbar miteinander kombinierbare Module ausgebildet sind und das Werkzeug durch die Steuerungseinheit vorgegeben aus einem Werkzeugsatz auswählbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungseinheit (11) für eine Selbstrüstung der gesamten Vorrich­ tung mit einer in Abhängigkeit von den jeweils ermittelten Anforderungen sowohl Art als auch Anordnung von erforderlichen Modulen festlegenden Komponentenvorgabe versehen ist und die derart ausgewählten modularen Vorrichtungskomponenten durch das Handhabungsgerät (10) automatisch zu einer anwen­ dungsspezifischen Anordnung kombinierbar sind, wozu im Bereich der jeweils einem anderen Modul zuwendbaren Begrenzungen der einzelnen Module leicht lösbare Verbindungselemente angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Toleranzausgleichssystem (4) zur Adap­ tion von verfahrensspezifischen Anforderungen zwischengeschaltet ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Spannvorrichtung aus zwei Spannbacken (7) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da­ durch gekennzeichnet, daß ein Flanschteil (9) zur Kopplung an das Handhabungsgerät (10) ausgebildet ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da­ durch gekennzeichnet, daß das Handhabungsgerät (10) als Industrieroboter ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs­ einheit (11) mit einer Prozeßdaten bereitstellenden sowie aufnehmenden Speichereinheit (12) verbunden ist.