DE69102449T2

DE69102449T2 - Bügel-Positioniervorrichtung.

Info

Publication number: DE69102449T2
Application number: DE69102449T
Authority: DE
Inventors: Peter B Zieve
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1990-02-22
Filing date: 1991-02-19
Publication date: 1995-02-09
Anticipated expiration: 2011-02-20
Also published as: US5033174A; EP0443814B1; EP0443814A3; ATE107209T1; EP0443814A2; DE69102449D1

Description

Die Erfindung betrifft eine Bügelanordnung und im allgemeinen eine Vorrichtung zur Durchführung mechanischer Arbeits-Vorgänge in großem Maße wie z.B. Bohren, Nieten, usw. von Teilen, die typischerweise in einer Montagevorrichtung gehalten sind, und betrifft insbesondere eine Vorrichtung, die relativ zur Stützhalterung entlang mehr als einer Achse bewegt werden kann.
Die bei der Herstellung von Tragflügelholmen für Flugzeuge u.ä. erforderlichen automatisierten mechanischen Montagevorgänge, wie z.B. Nieten usw., erfordern äußerst große und komplexe Maschinen. Die Technik wird von hydraulischen C-Gestell-Pressen dominiert, die so groß und massiv sind, daß das zu montierende Teil mit erheblichen Abständen vom Boden, d.h. 10 Fuß oder mehr, horizontal in dem seitlich offenen Gestell positioniert werden muß. Da viele Montagevorgänge an diesen Teilen durchgeführt werden, während das Teil zunächst in vertikalen Halterungen montiert ist, müssen diese Teile nach vorübergehender Befestigung aus diesen vertikalen Halterungen entnommen und anschließend horizontal auf einem Tisch oder anderen Auflagesystemen positioniert werden, um so die Durchführung der gewünschten Montagevorgänge durch die Hydraulikpressen zu ermöglichen. Derartige Maschinen können aufgrund ihrer Größe und ihres Gewichts nicht an Teilen verwendet werden, die in einer Spannvorrichtung, insbesondere vertikalen Spannvorrichtungen gehalten sind (welches die einzig praktikable Anordnung für einen geeigneten Zugang zu beiden Seiten des Teils ist), da die Bügelstruktur an derartigen Maschinen praktisch nicht über dem Oberteil einer vertikalen Spannvorrichtung positioniert werden kann. Die bestehenden hydraulischen Pressen haben somit zusätzlich zu den in der Maschine selbst liegenden Nachteilen des Aufwandes und Gewichts den Nachteil, zur Unwirtschaftlichkeit des gesamten Montagevorgangs beizutragen.
Bei vielen automatisierten Montagemaschinen, insbesondere zur Durchführung von Nietoperationen, müssen gegenüberliegende Betätigungselemente an gegenüberliegenden Seiten des zu montierenden Teils eingesetzt werden und es ist oftmals schwer, die gegenüberliegenden Betätigungselemente präzise auszurichten und zu steuern, um so die gewünschten Ergebnisse zu erzielen.
Bestehende automatisierte Montagemaschinen enthalten zusätzlich in der Regel eine komplizierte Halterungsstruktur und/oder Steuerungssystem für Arbeiten an gekrümmten Teilen des zu montierenden Teils. Die bestehenden automatisierten Maschinen weisen in vielen Fällen einen wesentlichen Fortschritt gegenüber der Montage von Hand auf, sind allerdings relativ langsam in der Bedienung und oftmals schwer zu warten und zu reparieren.
DE-C 750 038 zeigt eine derartige Einrichtung, bei der ein Flügel innerhalb eines großen Kastens in einer horizontalen Lage gehalten ist. Ein Bügel ist von einem Boden des Kastens gehaltert und wird durch einen Mann innerhalb des Kastens über den Flügel geführt. Die Ausrichtung des Flügels, die Größe der Einrichtung und der Mangel an Flexibilität zur Positionierung des Bügels relativ zum Flügel verursacht Probleme. Darüberhinaus wäre die Automatisierung dieser Einrichtung schwierig.
Die US-A-3 093 017 offenbart eine massive Holmnietmaschine, bei der ein U-förmiger Bügel auf einer beweglichen Plattform angeordnet ist. Der Bügel kann durch ein an die Querstrebe des U-förmigen Bügels angrenzendes Gelenk relativ zur plattform gedreht werden. An den Endflächen des U-förmigen Bügels sind Werkstückköpfe zum Nieten befestigt.
Die GB-A 712 624 als nächstliegender Stand der Technik offenbart eine Nietmaschine mit einem beweglichen, kippbaren U-förmigen Bügel und an den Enden des U-förmigen Bügels befestigen Werkstückköpfen.
Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung vorgesehen mit beweglicher Bügelanordnung zur Ausführung automatisierter mechanischer Arbeitsvorgänge an einem Teil, das von einer Befestigungseinrichtung gehalten ist, die ein Oberteil und zwei von diesem nach unten verlaufende gegenüberliegende Seiten aufweist, mit:
einem im wesentlichen C-förmigen Gestell bzw. Bügel, der zwei gegenüberliegende Schenkel und einen Zwischenbereich aufweist;
Mitteln zur Halterung des Bügels relativ zur Befestigungseinrichtung;
zwei Betätigungssystemen, die zur Ausführung mechanischer Arbeitsvorgänge an dem Teil auf den gegenüberliegenden Schenkeln angeordnet sind;
Mitteln zur Aufeinanderzu- und Voneinanderwegbewegung der Betätigungssysteme;
Mitteln zur Längsbewegung des Bügels relativ zur Befestigungseinrichtung;
Mitteln zur Vertikalbewegung des Bügels relativ zur Befestigungseinrichtung; und
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bügel über das Oberteil der Befestigungseinrichtung erstreckt und die zwei gegenüberliegenden Schenkel des Bügels vom Zwischenbereich entlang der Seiten der Befestigungseinrichtung nach unten verlaufen.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen mit beweglicher Bügelanordnung zur Ausführung automatisierter mechanischer Arbeitsvorgänge an einem Teil, das von einer im wesentlichen vertikal ausgerichteten Befestigungseinrichtung gehalten wird, die ein Oberteil und zwei von diesen nach unten verlaufende gegenüberliegende Seiten aufweist, mit:
einem im wesentlichen C-förmigen durchgehenden Gestell bzw. Bügel, der zwei gegenüberliegende Schenkel und einen Zwischenbereich aufweist;
Mitteln zur Halterung des Bügels relativ zur Befestigungseinrichtung;
zwei Betätigungssystemen, die auf den gegenüberliegenden Schenkeln des Bügels angeordnet sind;
Mitteln zur Aufeinanderzu- und Voneinanderwegbewegung der Betätigungssysteme;
Mitteln zur Vertikalbewegung der Betätigungsysteme entlang der gegenüberliegenden Schenkel des Bügels relativ zur Befestigungseinrichtung und zu dem Teil;
Mitteln zur Längsbewegung des Bügels entlang der Befestigungseinrichtung; und
dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bügel über das Oberteil der Befestigungseinrichtung und nach unten entlang der Seiten der Befestigungseinrichtung erstreckt.
Weitere bevorzugte Merkmale und Ausführungen der Erfindung ergeben sich aus den beigefügten Ansprüchen.
Besondere Ausführungen der Erfindung werden beispielshaft anhand der beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine isometrische Darstellung einer Bügelanordnung, die über einer entsprechenden Befestigungseinrichtung zur Halterung eines zu montierenden Teils angeordnet ist;
Fig. 2 einen Teil der Bügelanordnung von Fig. 1;
Fig. 3 die Vorrichtung zur Bewegung der Bügelanordnung in Langsrichtung entlang der Befestigungseinrichtung im Detail;
Fig. 4 eine Seitenansicht der Bügelanordnung von Fig. 1;
Fig. 5 die Details des Aufbaus zur Erzeugung der Gier- und Rollbewegung für die Bügelanordnung von Fig. 1;
Fig. 6 ein Portalgestell für die Bügelanordnung von Fig. 1; und
Fig. 7 einen Teil des Portalgestells von Fig. 6.
Die Fig. 1, 2 und 4 zeigen eine Bügelanordnung gemäß der Erfindung und ihre strukturelle Beziehung zu einer Halterung bzw. Befestigungseinrichtung, die abwechselnd ein zu montierendes Teil haltert. Die Halterung bzw. Befestigung zur Abstützung des zu montierenden Teils ist im allgemeinen unter dem Bezugszeichen 10 gezeigt. Zur Erläuterung ist die hier beschriebene Halterung 10 für die Abstützung und Montage eines großen Flugzeugteils vorgesehen, wie z.B. eines Tragflügelholms. Die Halterung 10 kann jedoch zur Aufnahme eines zu montierenden sonderteils unterschiedliche Größen und Bauformen aufweisen. Die in den Fig. 1, 2 und 4 gezeigte Halterung bzw. Befestigungseinrichtung 10 enthält zwei aufrechte Stutzteile 12 und 14, die jeweils durch Bodenteile 16 bzw. 18 gehaltert sind. Die Bodenteile (Teil 16 ist exemplarisch) umfassen ein horizontales Tragelement 20 und zwei abgewinkelte Stützwinkel 22 und 24, die das horizontale Tragelement 20 mit dem aufrechten Stützteil 12 verbinden.
Zwischen den aufrechten Stützteilen 12 und 14 erstrecken sich an deren jeweiligen oberen Enden obere Längsträger 26 und 28, die an den vorderen bzw. hinteren Flächen 25 und 26 der aufrechten Stützteile 12 und 14 befestigt sind. In ähnlicher Weise verbinden untere Längsträger 30 und 32 die aufrechten Stützteile 12 und 14 in der Nähe ihrer unteren Enden, etwas oberhalb der entsprechenden Bodenteile 16 und 18. Die Halterung 10 ist somit stabil und ausreichend fest, um das zu montierende Teil zu haltern. Es sollte erwähnt werden, daß Fig. 1 eine Halterung einer bestimmten Länge zeigt. Die Halterung kann unterschiedliche Längen und unterschiedliche Höhen aufweisen, um ein besonderes Teil aufzunehmen. Die Halterung besteht aus Stahl oder einem anderen festen Metall in Form von länglichen Vierkantrohren. Eine typische
Abmessung der aufrechten Stützteile 12 und 14 beträgt 12 Zoll². Die anderen Teile der Halterung 10 sind entsprechend dimensioniert.
Die Bügelanordnung gemäß der Erfindung ist allgemein unter dem Bezugszeichen 40 gezeigt und umfaßt einen durchgehenden C-förmigen Bügel 42. Der C-förmige Bügel 42 verläuft über das Oberteil der Halterung 10 und an den jeweiligen gegenüberliegenden Seiten der Halterung nach unten, wie besonders deutlich aus den Fig. 1 und 4 hervorgeht. Der Bügel 42 enthält zwei vertikal angeordnete gegenüberliegende Schenkel 44, 46, die durch einen horizontalen Zwischenbereich 48 verbunden sind, wenn der Bügel 42 gemäß Fig. 1 vertikal orientiert ist. Der Zwischenbereich 48 ist in typischer Weise lang genug, um einen ausreichenden seitlichen Abstand der Halterung 10 für die zwei Schenkel 44 und 46 zu gewährleisten. Die Schenkel 44, 46 sind in typischer Weise ausreichend lang, um sich nach unten bis in die Nähe der unteren Längsträger 30 und 32 zu erstrecken, wenn der Zwischenbereich 46 des Bügels 42 in der Nähe der unteren Längsträger 26 und 28 ist. Die Schenkel 44, 46 müssen in typischer Weise ausreichend lang sein, damit die unteren freien Enden 50 und 52 der Schenkel 44 und 46 in der untersten Stellung des Bügels 42 nahezu auf derselben Höhe wie die Unterkante des zu montierenden Teils sind, während die unteren Enden 50 und 52 der Schenkel 44 und 46 in der obersten angehobenen Stellung des Bügels 42 nahezu auf derselben Höhe wie die Oberkante des zu montierenden Teils sind. Eine derartige Anordnung ermöglicht der erfindungsgemäßen Einrichtung den erforderlichen Zugang zu allen Bereichen des zu montierenden Teils.
In der gezeigten Ausführung ist der Bügel 42 eine feste, stabile Einheit aus Stahl, Aluminium oder einem anderen hochfesten Material. Der Bügel 42 hat einen Querschnitt von etwa 15 auf 31 Zoll, ist rechteckig und besteht in der gezeigten Ausführung aus verschweißten Aluminiumtafeln. In einer weiteren Ausführung kann der Bügel 42 Verbundwerkstoffe aufweisen. In der gezeigten Ausführung, in der die Halterung 10 eine Gesamthöhe von 12 Fuß und einen Abstand zwischen dem oberen und unteren Längsträger von etwa 8 Fuß aufweist, hat der Bügel 42 etwa eine Höhe von 11 Fuß und eine Breite von 10 Fuß (Fig. 4) von vorne nach hinten. Diese Bügelstruktur ist geeignet für Arbeitsvorgänge mit geringen Reaktionskräften.
An den unteren Enden 50 und 52 jedes Schenkels 44 und 46 des Bügels 42 sind Betätigungssysteme 54 und 56 angebracht. Die Betätigungssysteme 54 und 56 enthalten im allgemeinen Auflagetische 58 und 60, die mit den unteren Enden 50 und 52 der Schenkel 44 und 46 des Bügels 42 beweglich verbunden sind. Die Auflagetische 58 und 60 halten die mechanischen Werkzeuge und zugehörige Einrichtung zur Durchführung der gewünschten mechanischen Arbeitsvorgänge. In einem Beispiel befindet sich auf dem Auflagetisch 58 eine Nietvorrichtung 60, während auf dem Auflagetisch 58 eine dazu passende Nietvorrichtung 64 sowie ein Bohrer 66 mit seinem zugehörigen Motor und ein (nicht gezeigter) Fräskopf zur Entfernung des Nietkopfes nach Beendigung des Nietvorgangs angeordnet ist. Die Nieteinrichtungen können beliebige einer Vielzahl von unterschiedlichen Einheiten sein, könnten jedoch in einem Beispiel Niederspannungs-Nietmaschinen mit geringen Reaktionskräften gemäß der U.S.-Patent-Nr. 4 862 043 sein.
Es sei darauf hingewiesen, daß die hier beschriebenen mechanischen Einrichtungen nur Beispiele darstellen und daß andere mechanische Arbeitsvorgänge mit der Bügelanordnung gemäß der Erfindung unter Verwendung anderer Einrichtungen durchgeführt werden könnten.
Die Betätigungssysteme 54 und 56 sind einander gegenüberliegend ausgerichtet und am Bügel 42 so angeordnet, daß sie unabhängig von der Position des Bügels 42 einander immer direkt gegenüberliegen. Diese Anordnung hat wichtige Funktionsvorteile für die Konstruktion. als ganzes, wie im folgenden näher erläutert wird.
Die Stützkonstruktion für den Bügel 42 relativ zur Halterung 10 ist in den Fig. 1, 2 und 4 sowie ein Teil davon insbesondere in Fig. 3 gezeigt. Die Stützkonstruktion enthält einen im allgemeinen mit 70 bezeichneten ersten Rahmen. Der erste Rahmen 70 enthält ein Paar Vertikalstützen 72 und 74, die zwischen den oberen und unteren Längsträgern 26 und 30 der Halterung 10 verlaufen. Die Vertikalstützen 72 und 74 sind in der Nähe ihrer oberen Enden durch ein oberes Verbindungsteil 76 verbunden. In der gezeigten Ausführung ist das obere Verbindungsteil 76 durch Verbindungsträger 78 und 80 an den Vertikalstützen 72 und 74 befestigt. Das obere Verbindungsteil 76 ist derart ausgebildet, daß es entweder auf oder unmittelbar angrenzend an einem Führungsteil 82 aufsitzt, das in Form eines an der Oberseite des oberen Längsträgers 26 befestigten aufrechten Trägers ausgebildet ist. Diese Anordnung sorgt für eine Stabilität zwischen den Vertikalstützen 72 und 74 und ermöglicht es, daß sich der erste Rahmen 70 in Langsrichtung stabil entlang der Halterung 10 bewegt.
An den unteren Enden der Vertikalstützen 72 und 74 befindet sich ein unteres Verbindungsteil 84. Das untere Verbindungsteil 84 umfaßt zwei Teile, die von den Vertikalträgern 72 und 74 unter einem leichten Winkel nach unten aufeinander zu verlaufen, bis sie sich an einem Punkt etwa in der Hälfte zwischen den Vertikalstützen 72 und 74 treffen. Daher weist das untere Verbindungsteil 84 in der gezeigten Ausführung die Form eines sehr flachen "V" auf.
In der gezeigten Ausführung sind die Vertikalstützen 72 und 74 quadratische Stahlrohre von etwa 8 Zoll an einer Seite, während die oberen und unteren Verbindungsteile 76 und 84 auch quadratische Stahlrohre von etwa 6 Zoll an einer Seite umfassen. Die unteren Enden 86 und 88 der Stützen 72 und 74 sind auf einer Horizontalführung 90 verschiebbar gehaltert, die an der Vorderfläche des unteren Trägers 30 der Halterung 10 angeordnet ist. Die Führung 90 und die Vorrichtung zur Bewegung des ersten Rahmens 70 entlang dieser Führung wird im folgenden im einzelnen erläutert.
Ein zweiter Tragrahmen ist im allgemeinen mit dem Bezugszeichen 94 bezeichnet. Der zweite Tragrahmen 94 ist direkt mit dem Bügel 42 und verschiebbar mit dem ersten Rahmen 70 verbunden, wodurch die gewünschte strukturelle Verbindung zwischen dem Bügel 42 und dem ersten Tragrahmen 70 erreicht wird. Der zweite Tragrahmen 94 weist wie der erste Tragrahmen 70 eine Anzahl von länglichen, quadratischen Rohrelementen auf, die miteinander in einer besonderen Anordnung verbunden sind. Insbesondere enthält der zweite Tragrahmen 94 zwei in Längsrichtung verlaufende primäre Horizontalteile 96 und 98. Die Primären Horizontalteile 96 und 98 sind jeweils ungefähr 5 Fuß lang und quadratische Stahlrohre von ungefähr 6 Zoll an einer Seite. Die primären Horizontalteile 96 und 98 sind ungefähr 12 Zoll voneinander beabstandet und sind relativ zueinander durch vertikale Zwischenträger 100, 102 und 104 gehalten.
Der zweite Tragrahmen 94 umfaßt ferner zwei primäre Vertikalteile 106 und 108. Die primären Vertikalteile 106 und 108 sind jeweils ungefähr 4 1/2 Fuß lang und bestehen aus Stahlrohren von ungefähr 6 Zoll an einer Seite. Die primären Horizontalteile 96 und 98 sind mit den primären Vertikalteilen 106 und 108 durch seitliche Zwischenträger 110 bis 113 verbunden. Die jeweiligen Enden der Primären Horizontalteile 96 sind jeweils durch seitliche Zwischenträger 110 und 112 mit den jeweiligen oberen Enden der primären Vertikalteile 106 und 108 verbunden, während die entsprechenden Enden der primären Horizontalteile 98 durch seitliche Zwischenträger 111 und 113 mit den primären Vertikalteilen 106 und 108 in der Nähe ihrer unteren Enden verbunden sind. Die seitlichen Zwischenträger 110 bis 113 sind ebenfalls rohrförmig und haben einen quadratischen Querschnitt von ungefähr 4 Zoll an einer Seite.
Ein unterer Längszwischenträger 115 verläuft zwischen den unteren Enden der primären Vertikalteile 106 und 108. Der Längszwischenträger 115 umfaßt zwei Abschnitte, die unter einem geringen Winkel nach unten aufeinander zu verlaufen und sich an einem Punkt ungefähr in der Hälfte zwischen den primären Vertikalteilen 106 und 108 treffen, so daß der Längszwischenträger 115 ein sehr flaches "V" zwischen den primären Vertikalteilen 106 und 108 bildet. Der Längszwischenträger 115 ist ebenfalls rohrförmig und weist einen quadratischen Querschnitt von ungefähr 4 Zoll an einer Seite auf.
Von der Rückfläche des primären Horizontalteils 98 erstrecken sich in der Nähe seiner beiden Enden zwei horizontale seitlich verlaufende Rohrrahmenteile 118 und 120 nach hinten. Ein horizontales Längs-Rohrrahmenteil 122 ist direkt an der Rückfläche 121 des Schenkels 44 des Bügels 42 befestigt. Die Enden des Längs-Rahmenteils 122 sind durch ein Kugellager 124 an einem Ende des Längs-Rahmenteils 122 sowie ein Kugellager 126 und eine "Stell/Schlitten-Anordnung" 128 an seinem anderen Ende jeweils mit den rückwärtigen Enden der seitlich verlaufenden Rahmenteile 118 und 120 verbunden, wie Fig. 2 und inbesondere Fig. 5 zeigt. Diese Anordnung wird in den folgenden Abschnitten in Verbindung mit Fig. 5 im einzelnen erläutert.
Die primären Vertikalteile 106 und 108 des zweiten Tragrahmens 94 sind relativ zu den Vertikalstützen 72 und 74 des ersten Rahmens 70 durch Längsführungen 130 und 132 gelagert, die an den jeweiligen Vorderseiten der Vertikalstützen 72 und 74 befestigt sind. Diese Anordnung ermöglicht die Vertikalbewegung des zweiten Tragrahmens 94 und damit des Bügels 42 relativ zu dem ersten Tragrahmen 70 und der Halterung 10. Die besondere konstruktive Anordnung wird im folgenden näher erläutert.
Fig. 3 zeigt im einzelnen den Aufbau zur Verschiebung des ersten Tragrahmens 70 und damit auch des zweiten Tragrahmens 94 und des Bügels 42 längs der Halterung 10. Der untere Teil der Vertikalstütze 74 ist ebenso wie die an der Vorderfläche des unteren Längsträgers 30 der Halterung 10 befestigte Horizontalführung 90 gezeigt. Ein Motor 136 treibt ein Untersetzungsgetriebe 138 an, das seinerseits ein Ritzelgetriebe 140 antreibt. Das Ritzelgetriebe 140 kämmt mit und bewegt sich entlang einer längs verlaufenden Zahnstange 142, die durch einen Bolzen oder eine ähnliche Einrichtung an einer allgemein mit dem Bezugszeichen 146 gezeigten Montagestütze befestigt ist, die durch einen Bolzen oder eine Einrichtung an einem mit dem unteren Längsträger 30 verbundenen Tragrohr 147 befestigt ist.
Für die Stabilität ist die Vertikalstütze 74 durch einen Horizontalarm 150 um eine sphärische Scheibe 152 mit einem linearen Wegelement 154 verbunden, das seinerseits an der Montagestütze 146 befestigt ist. Diese Anordnung ermöglicht einen leichten Versatz zwischen den Vertikalstützen 72 bzw. 74 und dem unteren Horizontalträger 30.
Durch Betätigung des Motors 136 wird im Betrieb der gesamte erste Rahmen 70 und damit der zweite Rahmen 94 und der Bügel 42 in Längsrichtung entlang der Halterung 10 angetrieben. Dies ist die Längsachsenbewegung oder erste Referenzrichtung für den Bügel 42.
Obwohl bei der oben beschriebenen Ausführung der erste Rahmen 70 zur Bewegung entlang der Halterung 10 an dieser selbst befestigt ist, versteht sich, daß der erste Rahmen 70 an einem vollständig getrennten Führungselement gehalten werden könnte, das an der Halterung 10 anliegend oder entlang einer Bahn im Boden angrenzend an die Halterung 10 angeordnet ist.
Fig. 1 zeigt die Einrichtung zur Vertikalbewegung des zweiten Rahmens 94 relativ zum ersten Rahmen 70. Dies erfordert eine Bewegung des Bügels 42 in einer zweiten Referenzrichtung, entlang einer Vertikalachse relativ zur Halterung 10. Wie oben erwähnt, sind die Führungen 130 und 132 jeweils an den Vorderflächen der Vertikalträger 72 und 74 angeordnet. In Eingriff mit den Führungen 130 und 132 stehen verschiebbare Auflagekissen 156 bis 159, die an den hinteren Flächen der primären Vertikalrahmenteile 106 und 108 des zweiten Tragrahmens 94 in der Nähe deren jeweiligen oberen und unteren Enden angeordnet sind.
An der Oberseite jeder Vertikalstütze 72 und 74 (74 ist exemplarisch) ist ein Motor 162 und ein zugehöriges Getriebe 164 angeordnet, welches eine langgestreckte Linear-Kugelumlaufspindel 166 antreibt, die an der Vorderseite des Vertikalträgers 74 bis innerhalb etwa 2 Fuß von seinem unteren Ende nach unten verläuft. Das untere Ende der Linear-Kugelumlaufspindel 166 ist gemäß Fig. 2 an einer Stütze 168 gehalten, die von dem Vertikalträger 74 nach außen verläuft.
Die Linear-Kugelumlaufspindel 166 verläuft durch eine zugehörige Kugelumlaufmutter 170, die auf einer Stütze 172 angeordnet ist, welche ihrerseits an einer Seitenfläche 109 des primären Vertikalteils 108 des zweiten Tragrahmens 94 befestigt ist.
Der Motor 162 treibt im Betrieb die Kugelumlaufspindel 166 an, d.h. dreht diese, wodurch der zweite Tragrahmen 94 in Abhängigkeit von der Drehrichtung der Kugelumlaufspindel vertikal bewegt wird. Da der zweite Tragrahmen 94 an dem Bügel 42 befestigt ist, bewegt sich der Bügel 42 - wie bereits erläutert - vertikal mit dem Rahmen 94 entlang der Vertikalen in einer zweiten Referenzrichtung.
Wie bereits erläutert, sind die entsprechenden Betätigungssysteme 54 und 56 an den unteren Enden der Schenkel 44 und 46 des Bügels 42 beweglich gehalten. In der gezeigten Ausführung stehen sich die Betätigungssysteme direkt gegenüber und sind in ständiger Ausrichtung zueinander für die Bewegung in ausschließlich einer Richtung, d.h. aufeinander zu und voneinander weg, entlang der Führungen 47 bzw. 49 angeordnet. Konventionelle Motoren steuern die Aufeinanderzuund Voneinanderwegbewegung der Betätigungssysteme unter der Steuerung eines Computers. Der Computer steuert ebenso die Abfolge der mechanischen Operationen, d.h. Bohren, Nieten (einschließlich Auf spannen und andere erforderliche Tätigkeiten) und Abfräsen des vorstehenden Nietkopfes.
Fig. 5 zeigt im einzelnen die konstruktive Anordnung desjenigen Teils des zweiten Tragrahmens 94, welcher den zweiten Tragrahmen 94 mit dem Bügel 42, d.h. den Rahmenteilen 118, 120, 122, den Lagern 124, 126 und der Betätigungseinrichtung 128 (Fig. 2) verbindet. Wie bereits kurz erläutert, ist das Längsrahmenteil 122 fest an der Rückfläche 121 des Schenkels 44 vom Bügel 42 befestigt. Ein Ende 182 des Rahmenteils 122 ist durch Kugellager 124 mit dem seitlich verlaufenden Rahmenteil 118 gelagert verbunden. Fig. 5 zeigt, daß das Gehäuseteil 184 des Lagers 124 durch einen Bolzen o.ä. an der Oberseite des Rahmenteils 118 befestigt ist. Ein Kugelelement 185 ist im Gehäuse 184 angeordnet und mit dem Rahmenteil 122 durch einen Lagerarm oder eine Stange 188 verbunden. Das Kugelelement 185 ist in einer kugelförmigen Aushöhlung im Gehäuse 184 aufgenommen, während der Lagerarm 188 durch eine mit der kugelförmigen Aushöhlung verbundene zylindrische öffnung im Gehäuse 184 verläuft. Diese Anordnung ermöglicht eine leichte Seitenbewegung (hin und her) des in Längsrichtung verlaufenden Rahmenteils 122, und ermöglicht ebenso eine leichte Drehung des Rahmenteils 122 aufgrund des sich innerhalb der Gehäuseaushöhlung bewegenden Kugelelements 185.
Eine ähnliche konstruktive Anordnung besteht am anderen Ende 190 des Rahmenteils 122. Das Lager 126 enthält ein Kugelelement 193 zur Bewegung innerhalb einer kugelförmigen Aushöhlung in einem Lagergehäuse 194 sowie einen Verbindungsarm 195. Das Gehäuse 194 ist mit der Oberfläche 197 des horizontalen Rahmenteils 120 durch eine Längsführung 196 verbunden. Eine Linear-Kugelumlaufeinrichtung 128 (Fig. 2) ist direkt zwischen dem Lagergehäuse 194 und der Oberfläche 197 des Rahmenelements 120 zwischen dem Ende der Führung 196 und dem primären Horizontalteil 98 angeordnet. Durch Betätigung der Kugelumlaufspindel 128 wird das Ende 190 des Rahmenteils 122 um das Kugellager 124 am anderen Ende 182 des Rahmenteils 122 herum seitlich bewegt, d.h. in die Zeichenebene der Fig. 5 hinein und aus dieser heraus. Diese Anordnung ermöglicht eine seitliche oder Gierbewegung von ungefähr + 10 º des zweiten Tragrahmens 94 und damit des Bügels 42 relativ zur Halterung 10. Eine zusätzliche Seitenbewegung könnte durch eine Führung/Linearkugelumlaufspindel auf dem Rahmenteil 118 erreicht werden, die ähnlich wie die auf dem Rahmenteil 120 ausgebildet ist.
Gemäß der Fig. 1 bis 3 erfolgt die Bewegung des Bügels 42 in der Rollrichtung durch ein Betätigungsorgan 200. Das Betätigungsorgang 200, welches in der gezeigten Ausführung ein weiterer konventioneller Kugelumlaufspindelantrieb ist, bildet durch einen Gelenkverbinder 203 eine Verbindung zwischen der Oberfläche 201 des primären Längsteils 96 und dem Schenkel 44 des Bügels 42. Die Betätigung der Linear-Kugelumlaufspindel 200 bewirkt eine Veränderung in der Rollposition des Bügels 42 relativ zur Halterung 10 und damit zu dem darin befindlichen Teil.
Die Anordnung gemäß der Erfindung ermöglicht so eine geeignete Bewegung des Bügels 42 in mehrere Referenzrichtungen, einschließlich der Längsrichtung relativ zur Halterung, der Vertikalrichtung relativ zur Halterung, der Gierrichtung, d.h. um eine Vertikalachse relativ zur Halterung, und der Rollrichtung, d.h. um eine horizontale Längsachse relativ zur Halterung. Die vorliegende Anordnung hat den wesentlichen Vorteil, daß die direkte Gegenüberstellung der beiden Betätigungssysteme 54 und 56 unabhängig von der Position des Bügels 42 immer beibehalten wird. Auch die gesamte Bügelanordnung kann immer entlang einer geraden Bahn bewegt werden, während der Bügel und damit die Betätigungssysteme ihre Position zur Aufnahme gekrümmter oder unterschiedlich orientierter Bereiche des Teils verändern. Dieser durch den die Halterung überspannenden Bügel 42 mögliche Bewegungsgrad ermöglicht eine zweckmäßige Einrichtung zur Durchführung von Arbeitsvorgängen an einem Teil, während das Teil in einer Bodenhalterung eingespannt ist.
Die Fig. 6 und 7 zeigen eine weitere Ausführung der Erfindung, bei die Bügelanordnung von oberhalb der Halterung durch ein Portal gehalten wird. Die Portalhalterung ist allgemein unter dem Bezugszeichen 206 gezeigt und umfaßt ein System von festen aufrechten und horizontalen Tragelementen, die ihrerseits ein erstes Portalrahmenteil 207 haltern, welches entlang der portalhalterung längs und damit entlang der Halterung darunter bewegbar ist. Abhängig vom Portalrahmenteil 207 ist ein portalelement 208, das in mehrere unterschiedliche Richtungen bewegt werden kann. Ein Bügel 209 ist mit dem Portalelement 208 durch einen Verbinder 210 verbunden. Der Bügel 209 umfaßt zwei durch ein Zwischenteil 216 verbundene vertikale Schenkel 212 und 214. An den Schenkeln 212 und 214 sind zwei Betätigungssysteme 213 und 215 angeordnet. Für den Einsatz an einem zu montierenden Teil, wie z.B. einer Tragflügelpanele 217, tragen die Betätigungssysteme 213 und 215 mechanische Geräte, wie gegenüberliegende Nietsysteme 216 und 218 und - falls gewünscht - auch andere Einrichtungen (Fig. 7). Die Betätigungssysteme sind auf Führungsschlitten 220, 222 angeordnet, die ihrerseits derart montiert und gesteuert sind, daß sie unabhängig entlang der entsprechenden Schenkel 212 und 214 vertikal bewegbar sind. Die Betätigungssysteme 213, 215 können sich auch unabhängig um Montagestifte 224 und 226 drehen. Damit unterscheidet sich die Ausführung der Fig. 6 und 7 von der Ausführung der Fig. 1 bis 5 dadurch, daß die Betätigungssysteme der Fig. 6 und 7 in Vertikal- und Drehrichtung sowie aufeinander zu und voneinander weg unabhängig bewegbar sind. Das Portalelement 208 kann den Bügel 209 als Einheit ferner sowohl in der Rollrichtung als auch in der Gierrichtung relativ zur Halterung bewegen. Das System der Fig. 6 und 7 kann gekrümmten Oberflächen eines zu montierenden Teils in idealer Weise folgen und eine genaue Relativausrichtung zwischen den Betätigungssystemen beibehalten, obwohl die Ausrichtung der Betätigungssysteme infolge der unabhängigen Bewegungsmöglichkeit des Betätigungssystems relativ zu deren entsprechenden Schenkel etwas komplizierter ist.
Beim Einsatz der Ausführungen nach den Fig. 1 bis 5 oder nach den Fig. 6 bis 7 wird das zu bearbeitende Teil zunächst fest in einer Halterung wie der Halterung 10 positioniert. Die Bügelanordnung wird anschließend über der Halterung positioniert. Für jeden Arbeitsvorgang wird die Bügelanordnung an einer gewünschten Stelle relativ zur Halterung und damit zum montierenden Teil positioniert, gestützt auf vier Arten der Bewegung und zwar der Längsbewegung, der Vertikalbewegung, der Rollbewegung und der Gierbewegung. Die Betätigungssysteme werden anschließend in korrekte Position relativ zueinander bewegt und die gewünschten mechanischen Arbeitsvorgänge werden durchgeführt. Bei einem Nietvorgang wird beispielsweise zunächst ein Bohrer in die Position verfahren und ein Loch wird in das Teil gebohrt. Ein Niet wird dann in das Loch eingesetzt, eine Nietoperation durchgeführt und der verbleibende Nietkopf wird bündig mit der Oberfläche des Teils abgefräst. Im Anschluß daran werden der Bügel und die Betätigungssysteme zum nächsten gewünschten Arbeitspunkt auf dem Teil verfahren. Dieser Prozeß wird fortgesetzt, bis sämtliche gewünschten Arbeitsvorgänge an dem einen Teil in der Halterung durchgeführt wurden. Das fertiggestellte Teil wird anschließend entfernt und das nächste Teil in die Halterung eingesetzt.
Die vorliegende Erfindung schafft somit eine automatisierte Bügelanordnung für die Montage oder die Bearbeitung von Teilen, insbesondere großen Teilen wie Tragflügelholmen, die in typischer Weise eine Traghalterung benötigen. Der Bügel kann relativ einfach gesteuert und manövriert werden und bei einer Ausführung werden die Betätigungssysteme mit den mechanischen Betätigungseinrichtungen unabhängig von der Stellung des Bügels relativ zur Halterung in ständiger gegenseitiger Ausrichtung gehalten. Die gesamte Betätigung der Vorrichtung wird damit vereinfacht und die sich daraus ergebende Struktur ist weniger kompliziert und bei weitem nicht so teuer wie bestehende ähnliche automatisierte Maschinen.
Obwohl eine bevorzugte Ausführung der Erfindung hier zur Erläuterung offenbart wurde, versteht sich, daß eine Vielzahl von Veränderungen, Modifikationen und Substitutionen bei einer derartigen Ausführung angebracht werden können, ohne sich vom Kern der Erfindung zu entfernen, der durch die folgenden Ansprüche definiert wird:

Claims

1. Vorrichtung mit beweglicher Bügelanordnung zur Ausführung automatisierter mechanischer Arbeitsvorgänge an einem Werkstück, das von einer Befestigungseinrichtung (10) gehalten wird, die ein Oberteil und zwei von diesem nach unten verlaufende gegenüberliegende Seiten aufweist, mit:

einem im wesentlichen C-förmigen durchgehenden Bügel (42), der zwei gegenüberliegende Schenkel (44, 46) und einen Zwischenbereich (48) aufweist;

Mitteln (70; 206) zur Halterung des Bügels in Bezug auf die Befestigungseinrichtunng;

zwei Betätigungssystemen (54, 56), die zur Ausführung mechanischer Arbeitsvorgänge am Werkstück auf den gegenüberliegenden Schenkeln (44, 46) angeordnet sind;

Mitteln zur Aufeinanderzu- und Voneinanderwegbewegung der Betätigungssysteme;

Mitteln (136) zur Längsbewegung des Bügels in Bezug auf die Befestigungseinrichtung;

dadurch gekennzeichnet,

daß die Anordnung Mittel (162, 164) zur Vertikalbewegung des Bügels in Bezug auf die Befestigungseinrichtung aufweist, und daß sich der Bügel über das Oberteil der Befestigungseinrichtung erstreckt und die zwei gegenüberliegenden Schenkel (44, 46) des Bügels vom Zwischenbereich entlang der Seiten nach unten verlaufen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Betätigungssysteme (54, 56) in durchgehender gegenüberliegendener Ausrichtung zueinander so angeordnet sind, daß sie nur aufeinanderzu- und voneinanderwegbewegt werden können.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Bügelanordnung an der Befestigungseinrichtung (10) gehalten ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der die Befestigungseinrichtung (10) eine Längsschlittenanordnung (142) in der Nähe ihrer unteren Kante aufweist, und bei der die Bügelanordnung zur Schlittenanordnung passende Mittel (140) umfaßt, um den Bügel dort entlang zu bewegen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Bügelanordnung von oberhalb der Befestigungseinrichtung gehalten ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 5, bei der die Bügelanordnung angrenzend, jedoch getrennt von der Befestigungseinrichtung gehalten ist.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Mittel (128) zur Bewegung des Bügels in einer Gierrichtung in Bezug auf die Befestigungseinrichtung (10) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Mittel (200) zur Bewegung des Bügels in einer Rollrichtung in Bezug auf die Befestigungseinrichtung (10) aufweist.

9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die Mittel zur koordinierten Steuerung der Bewegung der Betätigungssysteme und zur Steuerung der an dem Werkstück ausgeführten mechanischen Arbeitsvorgänge aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der ein mechanischer Arbeitsvorgang Nieten ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, 3, 4, 7, 8 oder 9, bei der die Bügelanordnung einen an der Befestigungseinrichtung (10) angeordneten ersten Rahmen (70) und ferner Mittel (136) zur Bewegung des ersten Rahmens (70) entlang der Länge der Befestigungseinrichtung aufweist.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Bügelanordnung einen zweiten Rahmen (94) aufweist, dessen einer Teil mit dem Bügel verbunden ist, und bei dem der zweite Rahmen (94) Mittel (130, 132) umfaßt, welche den zweiten Rahmen (94) mit dem ersten Rahmen so beweglich verbinden, daß sich der zweite Rahmen und damit der Bügel vertikal in Bezug auf den ersten Rahmen und die Befestigungseinrichtung bewegt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der der erste Teil (106, 108) des zweiten Rahmens (94) beweglich mit dem Rest des zweiten Rahmens so verbunden ist, daß sich der Bügel in einer Gierrichtung in Bezug auf die Befestigungseinrichtung bewegen kann, und bei der der Rest des zweiten Rahmens (94) ferner so beweglich mit dem Bügel (42) verbunden ist, daß sich der Bügel in einer Rollrichtung bezüglich der Befestigungseinrichtung bewegen kann.

14. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Bügelanordnung um einen Schenkel (44) des Bügels (42) herum gehalten ist, und der andere Schenkel relativ dazu auskragt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der eines der Betätigungssysteme (200) wesentlich schwerer als das andere ist und bei der das eine Betätigungssystem (200) an dem einen Schenkel (44) angeordnet ist.

16. vorrichtung mit beweglicher Bügelanordnung zur Ausführung automatisierter mechanischer Arbeitsvorgänge an einem Werkstück, das von einer im wesentlichen vertikal ausgerichteten Befestigungseinrichtung (10) gehalten wird, die ein Oberteil und zwei von diesem nach unten verlaufende gegenüberliegende Seiten aufweist, mit

einem im wesentlichen C-förmigen durchgehenden Bügel (209), der zwei gegenüberliegende Schenkel (212, 214) und einen Zwischenbereich (216) aufweist;

Mitteln (206) zur Halterung des Bügels in Bezug auf die Befestigungseinrichtung;

zwei Betätigungssystemen, die auf den gegenüberliegenden Schenkeln (212, 214) des Bügels angeordnet sind;

Mitteln zur Aufeinander zu und Voneinanderwegbewegung der Betätigungssysteme;

Mitteln (220, 222) zur Vertikalbewegung der Betätigungssysteme entlang der gegenüberliegenden Schenkel des Bügels in Bezug auf die Befestigungseinrichtung und das Werkstück;

Mitteln zur Längsbewegung des Bügels entlang der Befestigungseinrichtung;

dadurch gekennzeichnet, daß sich der Bügel über das Oberteil der Befestigungseinrichtung und nach unten entlang der Seiten der Befestigungseinrichtung erstreckt.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Bügelanordnung an der Befestigungseinrichtung gehalten ist.

18. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Bügelanordnung angrenzend, jedoch getrennt von der Befestigungseinrichtung gehalten ist.

19. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei der die Bügelhalterung (206) Mittel aufweist, die sich über und um sowohl die Befestigungseinrichtung als auch die Bügelanordnung über die Länge der Befestigungseinrichtung erstrecken, und ferner eine Einrichtung (208) zur beweglichen Aufnahme der Bügelanordnung von der Halterung enthält.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, bei der die Aufnahmeeinrichtung Mittel (208) zur Bewegung des Bügels (209) in einer Gierrichtung in Bezug auf die Befestigungseinrichtung und einer Rollrichtung in Bezug auf die Bestigungseinrichtung enthält.

21. Vorrichtung nach Anspruch 16, 17, 18, 19 oder 20, die Mittel (224, 226) zur Aufnahme der Betätigungssysteme auf den Schenkeln so aufweist, daß sich die Betätigungssysteme in einer Vertikalebene drehen können.