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Automatisierte Bearbeitungsstationen sind bekannt, welche die
Arbeitsvorgänge des Zusammenfügen und -schweißen von fertig
bearbeiteten Metalltafeln und ähnlichem zur Herstellung
monolithischer Gefüge ausführen, wie sie beispielsweise
Kraftfahrzeugkarosserien, Führerstände von Lastkraftwagen und
andere Gefüge, beispielsweise aus dem Bereich der
Elektrohaushaltsgeräte, darstellen.
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Die Bearbeitungsstationen verwenden Vorrichtungen, sogenannte
"Konfiguratoren", welche ein Gestell umfassen, das
Positionierungs- und Klemmvorrichtungen sowie gegebenenfalls
Schweißvorrichtungen trägt, wobei letztere so angeordnet
sind, daß sie ein einzelnes Gebilde aus Metalltafeln sicher
befestigen und schweißen können.
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Art und Anordnung der Vorrichtungen, die von den
Konfiguratoren getragen werden, hängen von den einzelnen Werkstücken
ab, für welche die Bearbeitungsstation eingesetzt wird.
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Um die Bearbeitungsstationen vielseitiger zu gestalten, waren
aus diesem Grund bei bekannten Verfahren die Konfiguratoren
entkoppelbar und austauschbar, und zwar mit Hilfe eines
kleinen, automatischen Magazins, welches sich innerhalb der
Schweißstation befand, so daß sie sich recht schnell an eine
neue Ausführung anpassen ließen.
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Bei der Herstellung von Kraftfahrzeugkarosserien ermöglicht
dies beispielsweise die Bearbeitung unterschiedlicher
Ausführungen oder Wagentypen an derselben Fertigungsstraße.
Um die Anlage noch vielseitiger zu gestalten, wurden
Bearbeitungsstationen mit Vorrichtungen zum Bewegen der
Konfiguratoren konstruiert, welche diese automatisch austauschen
können, indem sie diese einem zusätzlichen, außerhalb der
Bearbeitungsstation befindlichen Magazin entnehmen, wodurch
an der Fertigungsstraße zwischen verschiedenen Ausführungen
gewechselt werden kann, und zwar zwischen Ausführungen,
welche jeweils ein spezielles Paar an Konfiguratoren
erfordern (im allgemeinen erfordert die Bearbeitung einen
Konfigurator pro Seite der Fertigungsstraße). WO 86/04871
dient als Beispiel für diesen Stand der Technik. EP-O-147 910
offenbart eine automatisierte Bearbeitungsstation mit
Roboterarmen.
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Diese Lösungen weisen jedoch verschiedene Nachteile auf, wie
beispielsweise große Abmessungen, insbesondere in Hinblick
auf das Magazin, sowie eine beträchtliche Komplexität
hinsichtlich der Konstruktion, da sie beträchtliche Lasten
(sowohl bezüglich des Gewichts als auch der Größe) bewegen
und mit größter Präzision positionieren müssen, und zwar mit
einer verhältnismäßig mechanischen Vorrichtung, welche immer
außerordentlich komplex ist und einen wichtigen Teil der
Bearbeitungsstation darstellt. Des weiteren kann bei solchen
bekannten Anlagen das Bewegen der Konfiguratoren, und zwar
sowohl innerhalb des Magazins als auch zum und vom
zusätzlichen, externen Magazin, eine beträchtliche Zeitspanne in
Anspruch nehmen und die Fertigungsstraße verlangsamen, wenn
nicht die Möglichkeit des Bereitlegens gegeben ist.
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Beispielsweise offenbart die Patentschrift DE-A1-3 144 686
eine Montagevorrichtung mit zwei drehbaren Elementen, wobei
jedes auf beiden Seiten Spannwerkzeuge trägt.
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Findet ein Wechsel der Wagenwerkzeuge statt, drehen sich die
beiden Elemente, so daß die richtige Seite der
Fahrzeugkarosserie zugekehrt wird, welche sich zwischen den
beiden Elementen befindet. Die Vorrichtung kann nur zwei
Ausführungen einer Fahrzeugkarosserie bearbeiten, und selbst
wenn einige Spannwerkzeuge bei beiden Wagentypen eingesetzt
werden könnten, müßte auf beiden Seiten des Elements ein
Duplikat vorhanden sein.
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Zusätzlich lastet die inhärente Komplexität der Anlage sehr
schwer auf den Konstruktions- und Wartungskosten. Gemäß dem
allgemeinen Erfindungsgedanken der Erfindung sollen die
erwähnten Nachteile mit Hilfe einer automatischen Anlage zum
Zusammenfügen von fertig bearbeiteten Metalltafeln und
ähnlichem beseitigt werden, welche eine einfache und kompakte
Konstruktion aufweist, obwohl sie unterschiedliche
Ausführungen von Fertigwaren bearbeiten kann und die Möglichkeit
bietet, schnell zwischen den verschiedenen Typen zu wechseln
und so die Produktionsleistung zu erhöhen.
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Dieser Erfindungsgedanke wird erzielt, indem innerhalb einer
Bearbeitungsstation eine Anlage zum Schweißen von
Metallgefügen, und zwar insbesondere von
Kraftfahrzeugkarosserien, zur Verfügung gestellt wird, wobei die
Bearbeitungsstation
mit Werkzeugen zur Fertigung der Gefüge
versehen ist, welche Positionierungs- und Klemmvorrichtungen
sowie gegebenenfalls Schweißvorrichtungen umfassen, wobei die
Werkzeuge von einem Paar gegenüberliegender Einheiten
getragen werden, deren gegenüberliegende Arbeitsflächen
zwischen sich einen Raum festlegen, in den die Gefüge der
Reihe nach befördert werden, dadurch gekennzeichnet, daß es
sich bei jeder Einheit um ein vertikales Seitenelement
handelt, welches um seine horizontale, obere Seite so drehbar
ist, daß es sich von einer Ruhestellung, während der ein
Gefüge in den Raum zwischen den Einheiten eingeführt wird,
durch eine schrägstellende Bewegung in eine Arbeitsstellung
begibt, in der die Werkzeugsätze das Gefüge bearbeiten
können, wobei jedes Seitenelement auf einer Arbeitsfläche,
die dem anderen Element gegenüberliegt, mehrere Werkzeuge
trägt, wobei jedes Werkzeug einzeln von einer zurückgezogenen
Ruhestellung, in der es das Gefüge nicht behindert, in eine
Arbeitsstellung bewegt werden kann, in der es das Gefüge
bearbeitet, wobei die Werkzeuge insgesamt so angeordnet sind,
daß sie Sätze aus Werkzeugen bilden, wobei jeder Satz
mindestens zwei unterschiedliche Werkzeuge umfaßt, und die
Werkzeugsätze entlang der Außenfläche des Seitenelements
angebracht sind, wobei die Werkzeuge jedes Satzes fächerartig
angeordnet sind und in Richtung des Gefüges, welches sich
zwischen den Einheiten befindet, zusammenlaufen.
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Die erfinderischen Grundsätze dieser Erfindung und ihre
Vorteile im Vergleich zum Stand der Technik werden anhand der
nachfolgenden Beschreibung einer möglichen exemplarischen
Ausführung, die diese Grundsätze anwendet, leichter
verständlich, wobei Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
genommen wird, in denen
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- Figur 1 einen schematischen, seitlichen Aufriß einer
Station zeigt, welche die erfinderischen Grundsätze anwendet ;
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- Figur 2 einen schematischen Querschnitt gemäß Linie II-II
der Figur 1 zeigt ;
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- Figur 3 eine schematische Ansicht einer Einzelheit der
Bearbeitungsstation zeigt ;
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- Figur 4 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführung
eines Werkzeughalterarms der Figur 3 zeigt ;
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- Figur 5 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführung
eines Werkzeughalterarms der Figur 3 zeigt.
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Mit Bezug auf die Figuren umfaßt die Anlage einer
Bearbeitungsstation, welche allgemein durch die Kennziffer 10
bezeichnet und gemäß den erfinderischen Grundsätzen angefertigt
ist, auf die hierin Anspruch erhoben wird, wie es in den
Figuren 1 und 2 dargestellt ist, ein Gestell 11, welches ein
Paar sich gegenüberliegender Einheiten 12, 12' trägt, welche
von einer ersten Stellung, bei der es sich um eine
Ruhestellung handelt (als gestrichelte Linien in Figur 2
dargestellt), in eine zweite Stellung, bei der es sich um eine
Arbeitsstellung handelt (als durchgezogene Linien in Figur 2
dargestellt), bewegt werden können.
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Die Einheiten 12, 12' sind so angefertigt, daß sie sich mit
Hilfe eines beliebigen, bekannten Systems (beispielsweise
einem Elektromotor und einer kinematischen Kette des Typs mit
Schraube und Schraubenmutter) um ihre obere Seite drehen
können, welches aus diesem Grund nicht in Einzelheiten
dargestellt oder genauer beschrieben wird.
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Wie Figur 2 deutlich entnehmbar ist, befinden sich die
Einheiten 12, 12' in einer zweckmäßigen Entfernung zueinander,
so daß ein Montageband, welches generell durch die Kennziffer
13 gekennzeichnet ist, zum Zwecke der programmierten
Zuführung von Kraftfahrzeugkarosserien 14 in die Station
zwischen ihnen hindurch verlaufen kann (aus Gründen der
Einfachheit wird die Station im folgenden mit Bezug auf das
Schweißen von Karosserien beschrieben, ohne daß hieraus
hinsichtlich der Anwendbarkeit der hierin beanspruchten
erfinderischen Grundsätze bei Stationen, die zum Schweißen
von Gegenständen unterschiedlichster Art verwendet werden,
ein Rechtsnachteil entstünde).
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Die Station umfaßt des weiteren mehrere, auf dem Boden
montierte Schweißroboter 17 sowie am Portal montierte Roboter
18, welche vom Gestell 11 getragen werden, und zwar oberhalb
der Karosserie und zwischen den gegenüberliegenden Einheiten.
Die Fertigungsstraße 13 und die Vielzahl an Robotern
(gegebenenfalls auf Gleitstücken verschiebbar) gehören als
solche zum bekannten Typ und werden folglich nicht näher
beschrieben.
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Jede Einheit 12, 12' trägt mehrere Sätze 15 von Elementen 16,
welche geeignet sind, Schweißarbeiten an einer Karosserie 14
auszuführen, die sich zwischen den Einheiten befindet.
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Die Elemente 16 sind jedes gemäß seiner Achse fächerartig
angeordnet und einzeln steuerbar.
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In der hier dargestellten Ausführung umfaßt jeder Satz 15
(wie der Figur 3 deutlich entnehmbar ist) drei Elemente 16,
wobei die Achsen eines jeden dieser Elemente so angeordnet
sind, daß sie in Richtung der Karosserie zusammenlaufen.
Jedes Element ist für die Bearbeitung eines anderen
Karosserietpys vorgesehen, wie es in Figur 3 schematisch
dargestellt ist.
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Wie Figur 2 eindeutiger entnommen werden kann, besteht jedes
Element 16 aus einer an der Einheit befestigten Grundfläche
19 und einem beweglichen Arm 20, welcher Positionierungs-,
Klemm- oder Schweißvorrichtungen 21 trägt.
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Jeder bewegliche Arm 20 kann mit Hilfe verschiedener
Mechanismen bewegt werden, von denen ein Fachmann sich problemlos
eine Vorstellung machen kann. Wie aus Figur 4 ersichtlich
ist, umfaßt eine mögliche Ausführung eines Elements 16
beispielsweise eine mit einer Einheit 12 verbundene
Grundfläche 119 sowie einen Arm 120, welcher ein Werkzeug 121
trägt, das von einer Betätigungsvorrichtung 22 bedient wird.
Der Arm dreht sich um eine Achse an einem seiner Enden, und
zwar mit Hilfe eines linearen Stellglieds 23 (wobei es sich
um einen beliebigen bekannten Typ handeln kann, z.B. linear,
pneumatisch, hydraulisch etc.), dessen Gleitstück 24 mehrere
Zähne 25 aufweist, die in ein Zahnrad 26 einrücken, welches
integral mit Arm 120 verbunden ist, so daß ein Zahnwerk
gebildet wird. Auf diese Art läßt sich bei Betätigung des
Stellglieds der Arm von einer Position, in der er sich in der
Ruhestellung befindet (in Figur 4 durch die gestrichelte
Linie dargestellt), in eine Arbeitsstellung (in Figur 4 als
durchgezogene Linie dargestellt) bewegen, um Arbeiten an der
zwischen den Einheiten befindlichen Karosserie auszuführen.
Eine zweite, mögliche Ausführung eines Elements 16 ist in
Figur 5 dargestellt. Die Ausführung umfaßt eine mit einer
Einheit 12 verbundene Grundfläche 219 sowie einen Arm 220,
welcher ein Werkzeug 221 trägt, welches mit Hilfe eines
Stellglieds 222 betätigt wird. Der Arm dreht sich um eine
Achse an einem seiner Enden, und zwar mit Hilfe eines
linearen Stellglieds (eines beliebigen bekannten Typs, z.B.
elektrisch, hydraulisch oder pneumatisch), dessen Gleitstück 224
auf eine Kniehebelvorrichtung 225 wirkt, welche mit dem Arm
220 und der Grundfläche 219 verbunden ist. Auf diese Art läßt
sich bei Betätigung des Stellglieds 23 der Arm aus einer
Ruhestellung (in Figur 5 durch die gestrichelte Linie
dargestellt) in eine Arbeitsstellung (in Figur 5 durch die
durchgezogene Linie dargestellt) drehen, in der er Arbeiten an der
zwischen den gegenüberliegenden Einheiten befindlichen
Karosserie ausführt.
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Die Arbeitsweise der oben beschriebenen Anlage wird im
folgenden erläutert.
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Eine zu bearbeitende Kraftfahrzeugkarosserie wird durch die
Fördervorrichtung 13 zwischen die Einheiten 12, 12'
befördert, wobei letztere sich in der Ruhestellung befinden, in
der keines der an ihnen befestigten Elemente die Bewegung der
Karosserie behindert.
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Von den verschiedenen Elementen 16 eines jeden Satzes werden
nur diejenigen Elemente zur Karosserie gedreht, die dem
zwischen den Einheiten befindlichen Kraftfahrzeugkarosserietyp
entsprechen, während die übrigen in der Ruhestellung
verbleiben.
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Befindet sich die Karosserie in der zweckmäßigen Position
zwischen den gegenüberliegenden Einheiten, bewegen letztere
sich in ihre Arbeitsstellung, so daß die Elemente 16, deren
Arbeitsseite zur Karosserie gewendet ist, die Karosserie
erreichen und sie bearbeiten können, so wie es bei
Bearbeitungsstationen üblich ist.
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Ist die Bearbeitung der Karosserie beendet, begeben sich die
gegenüberliegenden Einheiten zurück in die Ruhestellung, und
die Fördervorrichtung entfernt die Karosserie und ersetzt sie
gleichzeitig durch die nächste Karosserie, die bearbeitet
werden soll.
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Entspricht dieses Modell dem vorhergehenden Modell, wird der
oben beschriebene Arbeitsgang mit denselben
Bearbeitungselementen 16 wiederholt; handelt es sich jedoch um
ein anderes Modell, werden die Arme der Elemente 16, die für
die Bearbeitung der neuen Karosserie geeignet sind, in
Richtung des Förderbandes gedreht, und die ungeeigneten
Elemente werden nach außen in die Ruhestellung gedreht, und
zwar während des Zeitraums, der zwischen der Entfernung der
Karosserie, die gerade bearbeitet wurde, und der Ankunft der
nächsten Karosserie verstreicht.
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Somit sind die gegenüberliegenden Einheiten bei der Ankunft
der Karosserie mit den Positionierungs-, Klemm- und
Schweißvorrichtungen ausgerüstet, die für diese geeignet
sind.
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Die Vorteile einer Bearbeitungsstation der beschriebenen Art
sind offensichtlich.
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Obwohl die Bearbeitungsstation unterschiedliche
Karosseriemodelle bearbeiten kann, ist ihr Gesamtumfang beschränkt, da
keine Magazine für Konfiguratoren oder relative
Handhabungssysteme vorhanden sind.
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Des weiteren wird die Arbeitsdauer, die für das Anpassen der
Ausrüstung der Arbeitsstation an das Modell erforderlich ist,
verringert und in dem zeitlichen Rahmen gehalten, den das
Förderband benötigt, um die zwischen den gegenüberliegenden
Einheiten befindliche Karosserie auszutauschen, wodurch eine
Verzögerung oder eine Wartedauer an der Fertigungsstraße
vermieden wird.
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Zusätzlich erhöht die spezielle Anordnung der Arme der
Elemente 16, welche vom äußeren Umfang der Konfiguratoren fort
führt, den für die am Boden montierten Roboter zur Verfügung
stehenden Raum, wodurch diese zweckmäßiger angeordnet werden
können und über einen leichteren Zugang zu den zu
schweißenden Bereichen verfügen. Insbesondere ermöglicht es
die fächerartige Anordnung, welche der Vielzahl an Werkzeugen
den gesamten Raum außerhalb des Gestells zur Verfügung
stellt, daß die Werkzeuge entsprechend ihren spezifischen
Abmessungen angeordnet werden können, wodurch die Arbeit der
Roboter vereinfacht wird und die Bewegungen weniger
kurvenreich und kompliziert ablaufen, da es nicht mehr erforderlich
ist, die Hindernisse zu umgehen, die sich an den
Konfiguratoren befinden, die dem Stand der Technik
entsprechen.
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Aus diesem Grund ist es möglich, weniger hochentwickelte
Roboter zu verwenden, höhere Produktionsraten zu erzielen
und, dank der vereinfachten Bewegungen, die Abnutzung und
Wartung zu verringern.
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Auch die Arme der Roboter lassen sich verkürzen, wodurch
weniger Schwingungen auftreten, die Präzision der
Schweißarbeiten sich erhöht und die Anwendung von schwereren oder
größeren Klemmvorrichtungen ermöglicht wird.
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Wie es sich Fachleute problemlos vorstellen können, lassen
sich beispielsweise die beweglichen Elemente 20 mit einer
Form und mit kinematischen Vorrichtungen anfertigen, die von
denjenigen abweichen, die oben hinsichtlich der Bewegung von
der Arbeitsstellung in die Ruhestellung beschrieben wurden.
Die Bewegung, welche die vorgenannten Elemente 20 voll führen,
um sich in diese beiden Positionen und aus ihnen heraus zu
begeben, wird in jedweder Position als Drehbewegung um einen
tatsächlichen oder einen angenommenen Drehpunkt angesehen,
insbesondere mit einem unbegrenzten Mittelpunkt, so daß eine
reine Translationsbewegung erzielt wird.