WO2012171525A1

WO2012171525A1 - Arbeitskammersystem für die oberflächenbehandlung von werkstücken

Info

Publication number: WO2012171525A1
Application number: PCT/DE2012/100172
Authority: WO
Inventors: Bernhard Busskamp
Original assignee: Wheelabrator Group Gmbh
Priority date: 2011-06-17
Filing date: 2012-06-06
Publication date: 2012-12-20
Also published as: US20140217666A1; EP2720828B1; US9815178B2; EP2720828A1; RU2598016C2; DE102011051168B3; JP2014519409A; BR112013032357A2; ES2552531T3; CN103619539A; RU2014101345A; CN103619539B; JP5921677B2

Abstract

Ein Arbeitskammersystem für die Oberflächenbehandlung von Werkstücken, umfasst wenigstens eine dicht verschließbare Arbeitskammer (101), eine rahmenförmige Werkstückhalterung (10, 20, 30), die auf einer Führungsschiene zwischen einer Bestückungsposition außerhalb der Arbeitskammer (101) und einer Arbeitsposition in der Arbeitskammer (101) verschiebbar ist und einen Manipulator, der im Grundriss gesehen neben der Gruppe von parallelen Führungsschienen innerhalb der Arbeitskammer (101) angeordnet ist. Wenigstens eine der Werkstückhalterungen (10, 20, 30) besitzt einen Außenrahmen (11, 21, 31), über welchen sie in den Führungsschienen geführt ist, und einen Innenrahmen (12, 22, 32), der in einer Transportposition von dem Außenrahmen (11, 21, 31) umgeben ist und der in der Bestückungsposition und/oder der Arbeitsposition in eine Stellung außerhalb der Basisebene des Außenrahmens (11, 21, 31) verschiebbar ist.

Description

Arbeitskammersystem für die

Oberflächenbehandlung von Werkstücken

Die Erfindung betrifft ein Arbeitskammersystem für die Oberflächenbehandlung von Werkstücken, mit wenigstens: einer dicht verschließbaren Arbeitskammer,

einer rahmenförmigen Werkstückhalterung, die auf einer Führungsschiene zwischen einer Bestückungsposition außerhalb der Arbeitskammer und einer Arbeitsposition in der Arbeitskammer verschiebbar ist,

einem Manipulator, der im Grundriss gesehen neben der Gruppe von parallelen Führungsschienen innerhalb der Arbeitskammer angeordnet ist.

Bestimmte Arten der Oberflächenbehandlung von Werkstücken müssen in geschlossenen Arbeitskammern durchgeführt werden, beispielsweise das Lackieren oder das Behandeln mit abrasiven Strahlmitteln. Die Behandlung selbst wird von programmgesteuerten Manipulatoren durchgeführt. Die Zykluszeiten werden aufgrund der hohen Arbeitsgeschwindig^¬ keit der Manipulatoren nicht durch die eigentliche Be- handlungszeit , sondern im Wesentlichen durch das Einbringen der Werkstücke in die Arbeitskammer und das Aufspannen darin bestimmt.

Um die Zykluszeiten zu reduzieren und einen hohen Durchsatz in der Anlage zu erreichen, sieht ein von der Anmelderin vertriebenes Arbeitskammersystem der eingangs genanten Art vor, die Werkstücke schon außerhalb der Ar^¬ beitskammer in Werkstückhalterungen aufzuspannen. Die Oberflächenbehandlung in der Arbeitskammer muss nur sehr kurz unterbrochen werden, um eine der schienengeführten Werkstückhalterungen mit den fertig behandelten Werkstücken aus der Arbeitskammer zu fahren und die andere Werk- stückhalterung mit den vorbereiten Werkstücken dort hinein zu bringen. Die Werkstückhalterungen besitzen endsei- tig jeweils Dichtplatten, die die Durchlässe in der Ar^¬ beitskammer dicht verschließen, sobald eine Werkstückhal- terung entweder in der Bestückungsposition außerhalb der Kammer oder in der Arbeitsposition innerhalb der Kammer angekommen ist.

Dieses Arbeitskammersystem hat sich grundsätzlich bewährt. Ein Nachteil ergibt sich jedoch dadurch, dass die Werkstückhalterungen auf parallelen Schienen geführt sind, so dass eine der Schienen zwangsläufig näher zu dem Manipulator positioniert ist als die andere. Dadurch be^¬ stehen unterschiedliche Abstände des Manipulatorkopfes mit den Lackier- oder Strahldüsen zu den Werkstücken, je nachdem, welche der Werkstückhalterungen gerade in der Arbeitskammer ist, so dass auch das Arbeitsergebnis un^¬ terschiedlich ausfallen kann. Das Problem kann zwar oftmals bei zwei Führungsbahnen dadurch gelöst werden, dass Manipulatoren paarweise einge^¬ setzt werden, die jeweils auf einer Seite der Gruppe ne^¬ beneinander liegender Führungsbahnen angeordnet sind und gegenläufig arbeiten. Diese bearbeiten dann abwechselnd die Vorder- und die Rückseite der Werkstücke. Dies zieht jedoch höhere Investitionskosten nach sich.

Ist der Manipulator ortsfest montiert und besitzt er als erste Achse eine Rotationsachse ohne längsverschieblich entlang der Führungsbahnen zu sein, dann kann es zudem Schwierigkeiten für diesen geben, an ganz außen liegende Bereiche innerhalb des durch den Außenrahmen der Werk- stückhalterung umspannten Arbeitsbereichs zu gelangen, vor allem, wenn ein größerer Abstand zu der Werkstückhal- terung besteht.

Mehr als zwei Werkstückhalterungen werden benötigt, wenn die Taktzeiten der Oberflächenbehandlung im Vergleich zu den Rüstzeiten für das Abnehmen und Aufspannen der Werkstücke sehr kurz sind. In diesem Fall wird das Aufspannen vom Abnehmen getrennt, indem insgesamt drei Werkstückhal^¬ terungen verwendet werden: eine für das Aufspannen der rohen Werkstücke, eine für die Bearbeitung in der Kammer und eine für das Abnehmen der fertig behandelten Werkstücke außerhalb der Kammer. In dieser Konfiguration bleiben die genannten Nachteile selbst beim Einsatz von einem Paar von Manipulatoren auf gegenüber liegenden Seiten bestehen, da es dann zwischen den jeweils äußeren Führungsschienen sogar einen doppelt so großen Abstand gibt wie zwischen zwei direkt benachbarten Führungsschienen. Gerade in engen Arbeitskammern und bei Verwendung von 6- Achsen-Knickgelenk-Robotern als Manipulatoren mit ihrem begrenzten Arbeitsraum können dann nicht mehr alle Punkte der Arbeitsfläche innerhalb der Werkstückhalterung ange^¬ fahren werden, zumindest nicht im richtigen Abstand und in der notwendigen Orientierung des Manipulatorkopfes.

Aus der US-PS 3 149 445 ist ein Arbeitskammersystem mit auf Schienen geführten Außenrahmen bekannt, auf dem

Werkstücke einzeln oder in Transportboxen in die Bearbeitungsposition zu überführen sind. Die schienenförmige Anordnung benötigt jedoch eine große Breite und erlaubt keine vorbereiteten Aufspannungen eines Werkstücks in definierter Lage, die dann nur noch in die Arbeitskammer eingefahren zu werden brauchen.

Aus der DE 27 47 107 AI ist ein Arbeitskammersystem bekannt, bei dem Werkstücke einzeln oder auf Paletten über einen Rollgang in die Bearbeitungsposition überführbar sind und innerhalb der Arbeitskammer über einen Drehtisch positionierbar sind. Eine rahmenförmige Anordnung, die die aufrechte Aufspannung von Werkstücken derart erlaubt, dass sie frontal im Arbeitsbereich eines Manipulators platzierbar sind, ist jedoch nicht vorhanden.

Aufgabe der Erfindung ist es somit, ein Arbeitskammersys^¬ tem der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass unabhängig von der jeweils in der Arbeitskammer befindlichen Werkstückhalterung konstante Abstände der Werkstücke zu den Manipulatoren herstellbar sind.

Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der vorliegenden Erfin^¬ dung dadurch, dass wenigstens eine Werkstückhalterung einen Außenrahmen umfasst, über welchen sie in den Führungsschienen geführt ist, und einen Innenrahmen, der in einer Transportposition von dem Außenrahmens umgeben ist und der in der Bestückungsposition und/oder der Arbeitsposition in eine Stellung außerhalb der Basisebene des Außenrahmens verschiebbar ist.

Das Verschwenken aus der Ebene des Rahmens heraus ergibt innerhalb der Arbeitskammer den Vorteil, dass die in dem Innenrahmen aufgespannten Werkstücke zumindest bis in die Ebene der direkt benachbarten Führungsbahn verschiebbar sind .

Bei vorzugsweise mehreren solcher Werkstückhalterungen, die auf parallelen Schienen geführt sind, können Werkstü^¬ cke in einer Werkstückhalterung auf der mittleren Führungsschiene auf die Ebene einer äußeren Führungsschiene versetzt werden, so dass sie näher am Manipulator positioniert sind. Dies ist bei nur einseitiger Behandlung durch Manipulatoren auf einer Seite vorteilhaft.

Die abgestellte Position kann einen bestimmten Winkel zur Ebene des Werkstückrahmens einnehmen. Besonders bevorzugt ist aber die Abstellung des Innenrahmens in eine planpa^¬ rallele Position, die exakt auf der Position liegt, die ein Innenrahmen der benachbarten Halterung einnimmt. Somit müssen keinerlei Umrechnungen der Bahn im Programmablauf des Manipulators vorgenommen werden.

Werden Werkstücke gleichzeitig von zwei gegenüberliegen^¬ den Seiten aus behandelt, dann ist es vorteilhaft, die Innenrahmen von den auf einer äußeren Führungsbahn eingeschobenen Werkstückhalterungen jeweils in die Ebene der mittleren Führungsbahn zu verschwenken. Dann liegen die Werkstücke bei der Bearbeitung stets in derselben, mittleren Ebene, unabhängig davon, in welcher Ebene sie in die Arbeitskammer eingeschoben wurden. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Arbeitskammersystems ergibt sich dadurch, dass die Innenrahmen auch beim Ein- und Ausrüsten außerhalb der Arbeitskammer seitlich abgestellt werden können. Die Bediener können sich auf diese Weise die Innenrahmen näher zur eigenen Position ziehen, so dass sie vom gewohnten Standort aus die gleichen Handgriffe beim Auf- und Abspannen ausführen können .

Besonders vorteilhaft ist dabei, wenn der Innenrahmen ge^¬ genüber dem Außenrahmen absenkbar ist, wenn er außerhalb der Basisebene des Außenrahmens positioniert wird, so dass die Bediener ohne Trittstufen in einer bequemen Position arbeiten können.

Bevorzugt ist vorgesehen, dass der Innenrahmen über eine Parallelogrammführung schwenkbeweglich mit dem Außenrahmen verbunden ist. Eine Parallelogrammführung ist einfach herstellbar und kann robust ausgebildet werden. Zudem ist die Kinematik so beschaffen, dass beim Herausschwenken aus der Ebene des Außenrahmens zugleich die Absenkung er^¬ folgt. Zudem kann die insbesondere planparallele Abstell^¬ bewegung damit sehr schnell erfolgen.

Die oben dargestellten Vorteile für die Ergonomie, aber auch für die Rüstzeiten werden noch dadurch vergrößert, dass der Innenrahmen mit dem Außenrahmen über eine lösbare Verbindung koppelbar ist. Der Bediener kann beispielsweise den Innenrahmen herausschwenken und auf einem Handkarren absetzen. Es kann dann ein in anderen Arbeitsprozessen durch andere Personen bereits vorbereiter Innerahmen eingesetzt werden. Das Bestücken der Innenrahmen und das spätere Entnehmen der fertigen Werkstücke daraus kön- nen somit auch außerhalb des eigentlichen Arbeitskammersystems erfolgen. Auch bei einem häufigen Wechsel der Werkstücktypen ist eine Entnehmbarkeit vorteilhaft, da jeweils an den Werkstücktyp individuell angepasste Innen^¬ rahmen verwendet werden können.

Eine solche lösbare Verbindung kann beispielsweise in konstruktiv besonders einfacher Weise dadurch erfolgen, dass die Enden der Parallelogrammführungen als gabelförmige Aufnahmen ausgebildet sind und dass an vertikalen Streben des Innenrahmens Zapfen vorgesehen sind, die in die Aufnahmen einhängbar sind.

Vorteilhaft ist weiterhin, wenn die Innenrahmen um eine vertikale Achse rotierbar sind. Außerhalb der Arbeitskam^¬ mer kann das Auf- und Abspannen der Werkstücke dadurch erleichtert werden. Innerhalb der Arbeitskammer kann durch Wenden des Innerahmens auch die jeweilige Rückseite der Werkstücke von demselben Manipulator behandelt werden. Wird die Rotation des Innenrahmens in den Programmablauf des Manipulators mit einbezogen, wird ein zusätz^¬ licher Freiheitsgrad geschaffen, um möglicherweise schwer zugängliche Stellen an einem Werkstück mit dem Manipulatorkopf erreichen zu können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbei^¬ spielen und mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. Die Figuren zeigen im Einzelnen:

Fig. 1, 2 ein Arbeitskammersystem in verschiedenen

Stellungen der Werkstückhalterungen, jeweils in schematischer Draufsicht und Fig. 3, 4 ein Arbeitskammersystem in verschiedenen

Stellungen der Werkstückhalterungen, jeweils in seitlicher Ansicht.

Figur 1 zeigt ein Arbeitskammersystem 100 in Draufsicht. Innerhalb einer Arbeitskammer 101 sind zwei sich gegenü^¬ berstehende Manipulatoren 102, 103 positioniert. Dazwi^¬ schen sind drei Führungsschienen 14, 24, 34 für Werkstückhalterungen 10, 20, 30 angeordnet.

In Figur 1 befinden sich zwei Werkstückhalterungen 10, 20 außerhalb der Arbeitskammer 101. Innerhalb der Arbeits^¬ kammer 101 befindet sich die auf der unteren Führungs^¬ schiene 34 verfahrbare Werkstückhalterung 30 mit deren Außenrahmen 31. Mit 10', 20', 30' sind in Figur 1 die freien Stellplätze der anderen Werkstückhalterungen 10, 20, 30 bezeichnet.

In Figur 2 steht bei der oberen Werkstückhalterung 10, der Innenrahmen 12 noch innerhalb des Außenrahmens 11. Bei der mittleren Werkstückhalterung 20 hingegen ist der Innenrahmen 22 aus dem Außenrahmen 21 herausgeschwenkt. Er befindet sich dann auf einem Stellplatz 30' für die untere Werkstückhalterung 30 und damit im Bereich der unteren Führungsschiene 34. Ein Bediener kommt so leichter an die darin enthaltenen Werkstücke.

Innerhalb der Arbeitskammer 101 ist bei der Werkstückhal^¬ terung 30 der Innenrahmen 22 zur mittleren Führungsschiene 24 hin abgestellt, so dass er den gleichen Abstand zu beiden Manipulatoren 102, 103 besitzt. Der untere Manipulator 103 wirkt durch den offenen Außenrahmen 31 hindurch auf die Werkstücke im Innenrahmen 32. Figur 3 zeigt das Arbeitskammersystem von der Seite her, und zwar von der Stirnseite der Werkstückhalterungen 10, 20, 30 her, so dass die Arbeitskammer 101 im Hintergrund liegt. Alle drei Werkstückhalterungen 10, 20, 30 sind aus der Arbeitskammer 101 herausgeschoben.

Deutlich sichtbar sind die Parallelogrammführungen 13, die am Außenrahmen 11 der linken Werkstückhalterung 10 gelagert sind. Antriebswellen 18 sind an den Schlitten der Führungsbahnen verbunden und ermöglichen die fernbetätigbare, motorische Verstellung der Innenrahmen 12 gegenüber dem jeweiligen Außenrahmen 11.

In Figur 3 ist der als Volllinie dargestellte Innenrahmen 12 der linken Werkstückhalterung 10 gegenüber dem Außenrahmen nicht nur aus der strichpunktiert dargestellten Ausgangsposition horizontal verschoben, sondern er ist gegenüber der strichpunktiert dargestellten Ausgangsposi^¬ tion auch vertikal abgesenkt, so dass er für den Bediener leichter zugänglich wird.

Die besonderen Vorteile des erfindungsgemäßen Arbeitskammersystems ergeben sich aus Figur 4, die wieder eine Sei^¬ tenansicht zeigt. Im Hintergrund erkennbar ist die Ar^¬ beitskammer 101. An den dortigen Durchlässen besitzen die Werkstückhalterungen 10, 20, 30 Dichtplatten 16, 26, 36, die sich von innen an die Durchlässe legen und diese ver^¬ schließen, sobald die Werkstückhalterungen nach außen gezogen bzw. geschoben worden ist.

Bei den jeweils auf den äußeren Führungsbahnen positionierten Werkstückhalterungen 10, 30 sind die Innenrahmen 12, 32 aus Ihrer strichpunktiert dargestellten Ausgangs^¬ lage mittels der Parallelogrammführungen 13, 33 seitlich nach außen und zugleich vertikal nach unten bewegt worden. Dadurch können die Bediener 106, 107 die Innenrahmen 12, 32 auf Handkarren 104, 105 oder sonstigen Hilfsmitteln absetzen und durch Lösen der Verbindung zu den Parallelogrammführungen 13, 33 die Innenrahmen 10, 30 auch ganz entnehmen.

In Figur 4 erkennbar sind auch vertikale Achsen 15, 25, 35 an den Innenrahmen 10, 20, 30, die eine Rotation der Innenrahmen 12, 22, 32 ermöglichen.

Claims

Patentansprüche :

1. Arbeitskammersystem (100) für die Oberflächenbehand^¬ lung von Werkstücken, mit wenigstens:

einer dicht verschließbaren Arbeitskammer (101), einer rahmenförmigen Werkstückhalterung (10, 20, 30), die auf einer Führungsschiene (14, 24, 34) zwischen einer Bestückungsposition außerhalb der Arbeitskammer (101) und einer Arbeitsposition in der Arbeitskammer (101) verschiebbar ist, und einem Manipulator (102, 103), der im Grundriss gesehen neben der Gruppe von parallelen Führungsschienen (14, 24, 34) innerhalb der Arbeitskammer (101) angeordnet ist,

dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens eine Werk^¬ stückhalterung (10, 20, 30) einen Außenrahmen (11, 21, 31) umfasst, über welchen sie in den Führungs^¬ schienen (14, 24, 34) geführt ist, und einen Innenrahmen (12, 22, 32), der in einer Transportposition von dem Außenrahmen (11, 21, 31) umgeben ist und der in der Bestückungsposition und/oder in der Arbeitsposition in eine Stellung außerhalb der Basisebene des Außenrahmens (11, 21, 31) verschiebbar oder

verschwenkbar ist.

2. Arbeitskammersystem (100) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei rahmenförmige, vertikal ausgerichtete Werkstückhalterungen (10, 20, 30), vorgesehen sind, die jeweils auf zueinander pa^¬ rallelen Führungsschienen (14, 24, 34) zwischen einer Bestückungsposition außerhalb der Arbeitskammer (101) und einer Arbeitsposition in der Arbeitskammer (101) verschiebbar sind.

3. Arbeitskammersystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrahmen (12, 22,

32) in der Bestückungsposition und/oder der Arbeitsposition in eine planparallele Stellung außerhalb der Basisebene des Außenrahmens (11, 21, 31) verschiebbar ist .

4. Arbeitskammersystem (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrahmen (12, 22, 32) außerhalb der Basisebene des Außenrahmens (11, 21, 31) gegenüber dem Außenrahmen (11, 21, 31) absenkbar ist.

5. Arbeitskammersystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrahmen (12, 22, 32) über eine Parallelogrammführung (13, 23,

33) schwenkbeweglich mit dem Außenrahmen (11, 21, 31) verbunden ist.

6. Arbeitskammersystem (100) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Enden der Parallelogrammführungen (13, 23, 33) als gabelförmige Aufnahmen ausge^¬ bildet sind und dass an vertikalen Streben des Innenrahmens (12, 22, 32) Zapfen vorgesehen sind, die in die Aufnahmen einhängbar sind.

7. Arbeitskammersystem (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Innenrahmen (12, 22, 32) mit dem Außenrahmen (11, 21, 31) über eine lösbare Verbindung koppelbar ist.

8. Arbeitskammersystem (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass drei Werkstückhalterungen (10, 20, 30) vorgesehen sind, von denen zumindest die äußeren mit nach außen abstellbaren Innenrahmen (11, 31) versehen sind

9. Arbeitskammersystem (100) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Innenrahmen (12, 22, 32) an wenigstens einer Achse rotierbar im Außenrahmen gelagert ist.