WO2019161915A1

WO2019161915A1 - Flächenportal

Info

Publication number: WO2019161915A1
Application number: PCT/EP2018/054526
Authority: WO
Inventors: Martin BURKHALTER; Alex Fritz Rudnicki; Peter Spitteler
Original assignee: Güdel Group AG
Priority date: 2018-02-23
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29

Abstract

Ein Flächenportal (100) umfasst eine Portalstruktur mit mindestens zwei beabstandet voneinander und parallel zueinander in einer horizontalen Ebene angeordneten Längsträgern (112.1, 112.2) und einem an den Längsträgern (112.1, 112.2) gelagerten in Längsrichtung der Längsträger (112.1, 112.2) verschieblichen Portalbalken (115.1, 115.2) und ein Handhabungsgerät (120.1, 120.2), welches am Portalbalken (115.1, 115.2) in einer Querrichtung, entlang einer Haupterstreckung des Portalbalkens (115.1, 115.2), verschieblich angeordnet ist, wobei das Handhabungsgerät (120.1, 120.2) mindestens einen zusätzlichen Freiheitsgrad aufweist. Das Flächenportal (100) umfasst weiter mehrere Luftkissenelemente, welche derart an der Portalstruktur angeordnet sind, dass die Portalstruktur bei aktivierten Luftkissenelementen als Ganzes von einem tragenden Untergrund abhebbar ist, und mehrere an der Portalstruktur angeordnete, voneinander beabstandete Verankerungsmechanismen zur mechanisch festen, bei Bedarf lösbaren Verbindung der Portalstruktur mit dem tragenden Untergrund. Aufgrund der festen Verbindung werden eine hohe Stabilität des Flächenportals und eine entsprechend hohe Bearbeitungspräzision erreicht. Nach dem Lösen des Flächenportals vom tragenden Untergrund und der Aktivierung der Luftkissenelemente kann die Portalstruktur trotzdem als Ganzes über den Untergrund bewegt werden. Dies ermöglicht die Neupositionierung des Portals an einem weiteren Bearbeitungsplatz und erleichtert die Wegförderung des Werkstücks. Auch bei einem vergleichsweise kleinen Portal können so geringe Wechselzeiten zwischen der Bearbeitung zweier Werkstücke erreicht werden, und der für den Wegtransport benötigte Platz kann minimiert werden.

Description

Flächenportal

Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Flächenportal, umfassend eine Portal Struktur mit mindestens zwei beabstandet voneinander und parallel zueinander in einer horizontalen Ebene angeordneten Längsträgern und einem an den Längsträgern gelagerten in Längsrichtung der Längsträger verschieblichen Portalbalken und ein Handhabungsgerät, welches am Portalbalken in einer Querrichtung, entlang einer Haupterstreckung des Portalbalkens, verschieblich angeordnet ist, wobei das Handhabungsgerät mindestens einen zusätzlichen Freiheitsgrad aufweist. Die Erfindung betrifft weiter eine Bearbeitungsanlage mit einem solchen Flächenportal und Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer solchen Bearbeitungsanlage. Stand der Technik

Flächenportale sind Portalroboter, bei welchen ein Handhabungsgerät entlang eines auf zwei parallelen Schienen gelagerten Portalbalkens linear verschiebbar ist. So kann das Handhabungsgerät in einer von den beiden Schienen aufgespannten Fläche beliebig positioniert werden. Mit Hilfe einer zusätzlichen vertikalen Achse (z-Achse) des

Handhabungsgeräts ergibt sich eine freie Positionierbarkeit in einem dreidimensionalen Arbeitsraum unterhalb der erwähnten Fläche. Das Handhabungsgerät kann zusätzliche lineare und/oder rotative Freiheitsgrade aufweisen, um die notwendigen Bewegungen bei den vorgesehenen Bearbeitungsoperationen zu ermöglichen. Unter "Bearbeitung" werden vorliegend verschiedenste Manipulationen eines Werkstücks verstanden, z. B.

Zusammensetzen, Auseinanderbauen, Formen, Transportieren, Wenden, Lackieren, Beschichten, Reinigen usw.

Üblicherweise sind Flächenportale mit ihren vertikalen Säulen, welche die Schienen tragen, fest im Untergrund verankert. Aufgrund ihrer Bauweise und der Verankerung im Untergrund lassen sich Flächenportale sehr stabil ausführen, so dass eine hohe Bearbeitungspräzision erreichbar ist.

Bei der Bearbeitung grossformatiger Werkstücke, wie z. B. Transformatorkernen oder Komponenten von Windkraftanlagen, stellt sich oft das Problem, dass zur Weiterförderung dar Werkstücke aus dem Arbeitsraum des Flächenportals viel Platz in Anspruch genommen wird, weil der Abtransport aufgrund der Stützen des Flächenportals nur in gewisse Richtungen überhaupt möglich ist. Soll während der Bearbeitung und des Wegtransports eines Werkstücks bereits ein weiteres Werkstück von demselben Flächenportal bearbeitet werden, muss der Arbeitsraum zudem so gross gewählt werden, dass er gleichzeitig beide Werkstücke aufnehmen kann. Das entsprechende Flächenportal weist somit eine grosse Ausdehnung und ein hohes Gewicht auf. Darstellung der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, ein dem eingangs genannten technischen Gebiet zugehörendes Flächenportal zu schaffen, welches den Wegtransport von Werkstücken erleichtert und die aufeinanderfolgende Bearbeitung mehrerer Werkstücke mit demselben Portal vereinfacht.

Die Lösung der Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 definiert. Gemäss der Erfindung umfasst das Flächenportal mehrere Luftkissenelemente, welche derart an der Portalstruktur angeordnet sind, dass die Portalstruktur bei aktivierten Luftkissenelementen als Ganzes von einem tragenden Untergrund abhebbar ist; mehrere an der Portalstruktur angeordnete, voneinander beabstandete Verankerungsmechanismen zur mechanisch festen, bei Bedarf lösbaren Verbindung der Portalstruktur mit dem tragenden Untergrund.

Eine entsprechende, erfindungsgemässe Bearbeitungsanlage umfasst somit mindestens ein solches Flächenportal und einen Arbeitsbereich, welcher eine ebene Bodenfläche aufweist, welche einen tragenden Untergrund für das Flächenportal bildet, und in welchem das Flächenportal in mindestens einer Position mechanisch fest mit dem Untergrund verbindbar ist.

Für die Bearbeitungsoperationen wird das Flächenportal erfindungsgemäss also fest mit dem Untergrund verbunden, die benötigten Freiheitsgrade werden durch die Achsen des Flächenportals und des Handhabungsgeräts bereitgestellt, die Luftkissenelemente sind deaktiviert. Die die Längsträger tragenden Stützen und die Längsträger selbst werden also nicht bewegt. Dies im Gegensatz zu Portalkränen, die in der Regel beweglich ausgebildet sind und zum Erreichen neuer Bearbeitungspositionen (z. B. längs eines ausgedehnten Werkstücks) oder zum Transport von Werkstücken verfahren werden.

Als "feste Verbindung" wird beim erfindungsgemässen Flächenportal eine Verbindung verstanden, die die Übertragung von Kräften zwischen der Portalstruktur und dem Untergrund ermöglicht, die mechanische Stabilität der Portalstruktur erhöht und gegebenenfalls Vibrationen der Portalstruktur verringert. Dadurch werden eine hohe Stabilität des Flächenportals und eine entsprechend hohe Bearbeitungspräzision erreicht. Nach dem Lösen des Flächenportals vom tragenden Untergrund und der Aktivierung der Luftkissenelemente kann die Portalstruktur als Ganzes über den Untergrund bewegt werden. Dies ermöglicht die Neupositionierung des Portals derart, dass ein weiteres, bereitstehendes Werkstück in seinem Arbeitsraum aufgenommen wird und/oder eine Wegbewegung vom bereits bearbeiteten Werkstück in einer Weise, dass dieses ohne Behinderung durch Elemente des Flächenportals in einer bevorzugten Richtung wegbefördert werden kann.

Auch bei einem vergleichsweise kleinen Portal können so geringe Wechselzeiten zwischen der Bearbeitung zweier Werkstücke erreicht werden, und der für den Wegtransport benötigte Platz kann minimiert werden.

Bei der Bearbeitung eines Werkstücks mit einer erfindungsgemässen Bearbeitungsanlage ergibt sich beispielsweise folgende Abfolge von Schritten: a) Bearbeiten eines Werkstücks mit einem an einer Bearbeitungsposition mechanisch fest mit einem tragenden Untergrund verbundenen Flächenportal, wobei das Werkstück von einem Flandhabungsgerät des Flächenportals erfassbar ist; b) Lösen der mechanischen Verbindung zwischen dem Flächenportal und dem tragenden Untergrund; c) Aktivieren von an einer Portalstruktur des Flächenportals angeordneten Luftkissenelementen, so dass die Portalstruktur als Ganzes vom tragenden Untergrund abgehoben wird; d) Bewegen des Flächenportals in eine von der Bearbeitungsposition beabstandete zweite Position, derart, dass das Werkstück in der Bearbeitungsposition vollständig vom Flächenportal freigegeben ist. Dabei umfasst der Arbeitsbereich mit Vorteil einen Bearbeitungsunterbereich, in welchem das Flächenportal fest mit dem Untergrund verbindbar ist, und einen vom Bearbeitungsunterbereich beabstandeten zweiten Unterbereich, in welchen das Flächenportal bewegbar ist. Der zweite Unterbereich ist insbesondere derart vom Bearbeitungsunterbereich beabstandet, dass letzterer bei in den zweiten Unterbereich bewegtem Flächenportal von diesem weitgehend freigegeben ist.

Bevorzugt handelt es sich beim zweiten Unterbereich um einen zweiten

Bearbeitungsunterbereich, in welchem das Flächenportal fest mit dem Untergrund verbindbar ist. Es sind somit zwei Bearbeitungsunterbereiche vorhanden, in welchen im Wechsel Werkstücke bearbeitet werden können. In demjenigen Unterbereich, in welchem gerade keine Bearbeitung stattfindet, kann das Werkstück hinausgefahren, hineingefahren bzw. für die Bearbeitung vorbereitet werden.

Alternativ ist das Flächenportal im zweiten Unterbereich nicht fest mit dem Untergrund verbindbar. Der zweite Unterbereich stellt in diesem Fall eine temporäre Parkposition dar, das Flächenportal wird nach dem Austausch des Werkstücks wieder in den

Bearbeitungsunterbereich bewegt.

Mit Vorteil umfasst die Portalstruktur mindestens vier im Wesentlichen vertikale Stützen, wobei eine erste Stütze und eine zweite Stütze mit einem ersten der mindestens zwei Längsträger und eine dritte Stütze und eine vierte Stütze mit einem zweiten der mindestens zwei Längsträger miteinander verbunden sind. Die Stützen müssen nicht exakt vertikal, d. h. in einem Winkel von 90° zum Untergrund, verlaufen, sie können auch leicht geneigt sein, wobei ein Neigungswinkel 20°, bevorzugt 10°, nicht übersteigen soll.

Bei grosser Ausdehnung des Flächenportals können mehr als vier Stützen vorhanden sein. Bevorzugt sind die Stützen jeweils symmetrisch den beiden Längsträgern zugeordnet. Auch Portalstrukturen mit mehr als zwei Längsträgern und entsprechend mehr als einer Verschiebebahn für Portalbalken sind möglich.

Mit Vorteil sind die erste Stütze und die dritte Stütze in ihren oberen Bereichen mit einer ersten mechanischen Querverbindung und die zweite Stütze und die vierte Stütze in ihren oberen Bereichen mit einer zweiten mechanischen Querverbindung miteinander verbunden. Die mechanische Querverbindung stabilisiert die Portalstruktur, insbesondere für deren Transport, während dessen sie nicht fest mit dem Untergrund verbunden ist. Die Portalstruktur ist also auch ohne Verbindung mit dem Untergrund in sich stabil, wobei aber die Stabilität gegenüber der fixierten Konfiguration in der Regel reduziert ist. Bei herkömmlichen Flächenportalen können solche mechanischen Querverbindungen unterbleiben, weil das Portal aufgrund der Fixierung am Untergrund mechanisch stabil ist.

Durch die Anordnung der Querverbindung im oberen Bereich der Stützen wird erreicht, dass der Durchgang zwischen den in Querrichtung beabstandeten Stützen frei bleibt, das Flächenportal also auch bei im Arbeitsraum aufgenommenem Werkstück frei in Längsrichtung weggefahren werden kann.

Alternativ können solche mechanischen Querverbindungen fehlen, namentlich dann, wenn die beiden Seiten des Flächenportals mit dem jeweiligen Längsträgern auch während des Transports in gleichbleibendem Abstand gehalten werden, z. B. durch eine entsprechende Schienenführung, die Kräfte in Querrichtung aufnehmen kann. Vorzugsweise sind die erste Stütze und die zweite Stütze in ihren unteren Bereichen durch eine erste mechanische Längsverbindung miteinander verbunden, und die dritte Stütze und die vierte Stütze sind in ihren unteren Bereichen durch eine zweite mechanische Längsverbindung miteinander verbunden. Dadurch wird die Stabilität der Portalstruktur, insbesondere in der nicht am Untergrund fixierten Konfiguration, weiter erhöht. Da die Stützen einer Relativbewegung von Werkstück und Portalstruktur in Querrichtung ohnehin Grenzen setzen, ist die Anordnung der Längsverbindung im unteren Bereich der Stützen in der Regel unproblematisch.

Falls die Seitenteile aus Stützen und Längsträgern ausreichend in sich stabil sind und/oder die Portalstruktur beim Transport entsprechend geführt ist, kann auf die mechanischen Längsverbindungen verzichtet werden.

Mit Vorteil ist ein Steuergerät für das Flächenportal und/oder für das Handhabungsgerät an der Portalstruktur angeordnet. Die Portalstruktur ist somit weitgehend autark einsetzbar, sie benötigt lediglich eine Energie-, Daten- und ggf. Druckluft- und/oder Hydraulikzufuhr. Mit Vorteil sind zur mechanisch festen Verbindung an der mindestens einen Position mindestens zwei Verankerungsstellen in der Bodenfläche ausgebildet, welche mit den an der Portalstruktur angeordneten, voneinander beabstandeten Verankerungsmechanismen Zusammenwirken. Bei den Verankerungsstellen kann es sich um in der Bodenfläche versenkte Elemente handeln, die zum Zusammenwirken mit Befestigungselementen wie z. B. Schrauben Zusammenwirken können, also beispielsweise um Gewindelöcher.

Die Elemente können auch über die Bodenfläche hervortreten und beispielsweise mit passenden Ausnehmungen (z. B. in der Form hinterschnittener Nuten) im Gegenstück an der Portalstruktur Zusammenwirken. Mit Vorteil umfassen die Verankerungsmechanismen einen Kompensationsmechanismus zum Ausgleich von relativen Distanzänderungen von Kontaktelementen der Verankerungsmechanismen. Typische Portalstrukturen weisen eine grosse Ausdehnung auf; in einer horizontalen Ebene beträgt diese in der Regel mehrere Meter, oft 10 m oder mehr. Aufgrund thermischer Effekte oder elastischer mechanischer Verformungen führt dies auch beim Vorhandensein von zusätzlichen mechanischen Verstärkungen wie Quer- und Längsverbindungen zu Positionsunterschieden zwischen beabstandet an der Portalstruktur angeordneten Kontaktelementen (wie z. B. Positionierstiften, Löchern für Verschraubungen usw.) von einigen mm bis wenigen cm. Damit trotzdem eine sichere und stabile Befestigung der Portalstruktur am Untergrund auf einfache Weise erfolgen kann, ermöglicht der Kompensationsmechanismus eine Anpassung an die gegebenen Positionen der entsprechenden Gegenstücke im bzw. am Untergrund.

Die Kompensationsmechanismen sind bevorzugt als zweistufige Exzenter ausgebildet. Es sind aber auch lineare Mechanismen oder solche mit anderer Kinematik einsetzbar.

Bevorzugt ist der Kompensationsmechanismus zum Ausgleich von relativen Distanzänderungen von Kontaktelementen der Verankerungsmechanismen an den Verankerungsstellen ausgebildet.

Alternativ ist der Mechanismus an den Gegenstücken der Portalstruktur ausgebildet.

Mit Vorteil umfasst die Bearbeitungsanlage a) mindestens eine in der Bodenfläche ausgebildete Führungsnut; b) mindestens ein an der Portalstruktur angeordnetes Führungselement; wobei das Führungselement zumindest bei aktivierten Luftkissenelementen mit der Führungsnut derart zusammenwirkt, dass eine Bewegung des Flächenportals auf eine vorgegebene Richtung beschränkt ist.

Dies vereinfacht sowohl den Transport des Flächenportals im Arbeitsbereich als auch das Verbinden des Flächenportals mit dem Untergrund, weil dessen Positionierung in einer Richtung im Wesentlichen gegeben ist und nur in der vorgegebenen Richtung justiert werden muss. In einer alternativen Ausführungsform kann die Führungsnut an einer Wandfläche angeordnet sein oder die Führungsmittel für die Portalstruktur sind auf eine andere Weise ausgebildet.

Aus der nachfolgenden Detailbeschreibung und der Gesamtheit der Patentansprüche ergeben sich weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Merkmalskombinationen der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die zur Erläuterung des Ausführungsbeispiels verwendeten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 Ein Schrägbild einer erfindungsgemässen Bearbeitungsanlage;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die erfindungsgemässe Bearbeitungsanlage;

Fig. 3 ein Schrägbild des Flächenportals der erfindungsgemässen

Bearbeitungsanlage;

Fig. 4 eine Seitenansicht des Flächenportals;

Fig. 5 eine Frontansicht des Flächenportals; Fig. 6 eine Schrägansicht von Antriebs- und Verankerungseinrichtungen des

Flächenportals; und

Fig. 7 eine Frontansicht der Antriebs- und Verankerungseinrichtungen.

Grundsätzlich sind in den Figuren gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Die Figur 1 zeigt ein Schrägbild einer erfindungsgemässen Bearbeitungsanlage. In der Figur 2 ist eine Draufsicht dargestellt.

Die Bearbeitungsanlage 1 umfasst ein verschiebbares Flächenportal 100. Dieses wirkt mit einer durchgehenden Schiene 10 sowie mehreren Verankerungsbereichen 20.1 , 20.2, ..., 20.7 zusammen, die jeweils in einem Untergrund 30 eingelassen sind. Die Schiene 10 sowie die Verankerungsbereiche 20.1 ...7 sind in den Figuren 1 und 2 jeweils nur schematisch dargestellt. Beim Untergrund 30 handelt es sich um einen ausgegossenen Boden, der derart plan und eben ist, dass Luftkisseneinrichtungen mit ihm Zusammenwirken können. Derartige Böden sind insbesondere dann ohnehin vorhanden, wenn grossflächige Werkstücke mit luftkissenbasierten Vorrichtungen transportiert werden.

Auf dem Untergrund 30 sind drei symbolisch dargestellte Werkstückträger 40.1 , 40.2, 40.3 angeordnet, auf welchen jeweils ein Werkstück 41. 1 , 41.2, 41.3 positioniert ist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei den Werkstücken 41. 1 ...3 um Transformatorenkerne, welche mit Hilfe der erfindungsgemässen Bearbeitungsanlage aus Transformatorenblechen aufgebaut werden.

Weiter auf dem Untergrund 30 oder an der Gebäudestruktur fest angeordnet sind mehrere Vertikalträger 50.1 , 50.2, ..., 50.8 oder Flallenstrukturträger. An diesen ist eine Trageschiene 5 1 für eine Energiekette angeordnet. Die Energiekette (nicht dargestellt) dient zur Speisung des Flächenportals 1 00 mit elektrischer Energie. Die Figur 3 zeigt ein Schrägbild des Flächenportals der erfindungsgemässen Bearbeitungsanlage. In der Figur 4 ist eine Seitenansicht des Flächenportals dargestellt, in der Figur 5 eine Frontansicht.

Das Flächenportal 100 weist sechs Stützen 110.1, 110.2, ..., 110.6 auf, welche sich in einer im Wesentlichen vertikalen Richtung erstrecken. Die Stützen 110.1...6 haben einen rechteckigen Querschnitt und laufen auf ihrer Aussenseite schräg nach innen zu, so dass sich der Querschnitt von unten nach oben verringert. Jeweils drei Stützen 110.1...3 bzw.

110. ...6 sind auf einem Längsverbindungsbalken 111.1 bzw. 111.2 angeordnet, welcher sich über die gesamte Länge des Flächenportals 100 erstreckt. Die auf demselben Längsverbindungsbalken 111.1 bzw. 111.2 angeordneten Stützen 110.1...3 bzw.

110.4...6 tragen mit ihrem oberen Ende jeweils einen Längsträger 112.1 bzw. 112.2. An beiden Längsenden des Flächenportals 100 sind die beiden Längsträger 112.1, 112.2 in Querrichtung durch Querverbindungsbalken 113.1, 113.2 miteinander verbunden. Es ergibt sich somit eine in sich stabile mechanische Struktur aus den sechs Stützen

110.1...6, den beiden Längsverbindungsbalken 111.1, 111.2, den beiden Längsträgern

112.1, 112.2 und den beiden Querverbindungsbalken 113.1, 113.2.

An den beiden Längsträgern 112.1, 112.2 sind zwei Portalbalken 115.1, 115.2 in an sich bekannter Weise in Längsrichtung verschieblich gelagert. Auf jedem der Portalbalken

115.1, 115.2 ist je eine Flandhabungsvorrichtung 120.1, 120.2 in ebenfalls an sich bekannter Weise in Querrichtung verschiebbar gelagert. Dazu weisen die Flandhabungsvorrichtungen 120.1, 120.2 einen entlang des jeweiligen Portalbalkens

115.1, 115.2 linear verfahrbaren Wagen und eine vertikal dazu bewegbare Einheit auf, an deren unteren Ende ein Tooling 121.1, 121.2 zum Ergreifen von Werkstückteilen über weitere Freiheitsgrade verschwenkbar angeordnet ist. Entsprechende Flandhabungsvorrichtungen zum Einsatz mit (ortsfesten) Flächenportalen sind an sich bekannt und müssen nicht näher beschrieben werden.

Auf der Oberseite eines der Längsträger 112.2 sind zwei Energieketten 116.1, 116.2 zur Versorgung der beiden Portalbalken 115.1, 115.2 angeordnet. Auf einem der Längsverbindungsbalken 111.2 sind Steuer- und Versorgungsschränke 130 angeordnet. Auf der gegenüberliegenden Portalseite ist an der mittleren Stütze 1 10.2 ein

Bedienerterminal 13 1 befestigt.

Das Flächenportal 100 lässt sich bei Bedarf auf einfache Weise über den Untergrund 30 bewegen und an diesem verankern. Die dazu notwendigen Elemente sind in den Figuren 6 und 7 dargestellt. Die Figur 6 zeigt eine Schrägansicht von Antriebs- und

Verankerungseinrichtungen des Flächenportals, die Figur 7 eine Frontansicht.

Unterhalb jeder Stütze 1 10.3 ist auf der Unterseite des entsprechenden

Längsverbindungsbalkens 1 1 1.1 eine Grundplatte 151 mit im Wesentlichen quadratischer Grundfläche angeordnet. Die Grundplatte 15 1 trägt auf ihrer Unterseite eine Luftkissenvorrichtung 150. Derartige Vorrichtungen zum Anheben auch schwerer Lasten sind an sich bekannt. Durch Aktivieren aller sechs Luftkissenvorrichtungen 150 lässt sich das Flächenportal 100 um bis ca. 30 mm vom Untergrund 30 abheben. Der

Verschiebewiderstand wird somit minimiert, und das Flächenportal 100 lässt sich mit geringen Kräften entlang des Untergrunds 30 bewegen. Die Bewegung erfolgt in Längsrichtung des Flächenportals, also parallel zu den

Längsverbindungsbalken 1 1 1 und zu den Längsträgern 1 1 2. Am Flächenportal ist seitlich an einem der Längsverbindungsbalken 1 1 1. 1 an einer Trageplatte ein Antriebsmodul 1 60 vertikal verschiebbar gelagert. Das Antriebsmodul 160 umfasst eine Führungsrolle 161 , die in einer Nut 3 1 im Untergrund 30 geführt ist. Die Breite der Nut beträgt ca. 40 mm. Die Führungsrolle 161 ist auf dem Antriebsmodul 160 um eine horizontale, senkrecht zur Längsrichtung stehende Achse frei drehbar gelagert. Aufgrund seines Gewichts steht das Antriebsmodul 160 stets in Kontakt mit dem Untergrund 30 bzw. der darin verlaufenden Nut 31.

Die Bewegung des Flächenportals 100 entlang der Nut erfolgt über einen Omega- Riemenantrieb des Antriebsmoduls 160. Der Riemen verläuft dabei über die einander zugewandten Innenseiten von zwei frei drehbaren Umlenkrollen 162. 1 , 162.2 und dazwischen um eine mittige Antriebsrolle (hier nicht sichtbar, weil innerhalb eines Antriebsgehäuses angeordnet). Die Antriebsrolle wird von einem Motor 163 über ein Getriebe 164 angetrieben. Der Riemen ist innerhalb der Nut 31 geführt. Beim Riemen kann es sich um einen Zahnriemen handeln, auch der Einsatz eines Reibriemens ist aber möglich.

An jeder der Grundplatten 15 1 ist eine Verankerungsvorrichtung 170 angeordnet. Diese umfasst pro Grundplatte 151 vier in den Eckbereichen der Grundplatte 151 angeordnete Auflagepins 171 sowie zwei Verankerungspins 172, die in zwei senkrecht zur

Bewegungsrichtung des Flächenportals 100 beabstandeten Eckbereichen angeordnet sind.

Die Auflagepins 171 weisen einen sphärisch gelagerten Auflageteller zur Abstützung des Flächenportals 1 00 auf dem Untergrund 30 auf. Eine zentrische Durchgangsöffnung erstreckt sich vom oberen Ende des Auflagepins 1 71 bis in den Auflageteller. In der zentrischen Durchgangsöffnung ist eine Verankerungsschraube 173 aufgenommen, welche sich mit ihrem Schraubenkopf auf der Oberseite des Auflagepins 17 1 abstützt. Der Durchmesser der Verankerungsschraube 173 ist geringer als die zentrische Durchgangsöffnung, so dass eine Relativposition zwischen der Verankerungsschraube 173 und dem Auflagepin 17 1 ein gewisses Spiel aufweist. Die Verankerungspins 1 72 weisen am unteren freien Ende eine konische Aussenform auf.

Die Verankerungsschrauben 173 und die Verankerungspins 172 wirken mit Gegenstücken im Untergrund 30 zusammen, nämlich einerseits mit Gewinden, in welche die Verankerungsschrauben 173 einschraubbar sind und andererseits mit

Verankerungsmechanismen 32, die eine Aufnahmeöffnung mit einer zum unteren Ende des Verankerungspins komplementären konischen Geometrie aufweisen. Die

Aufnahmeöffnung ist im inneren Element eines Doppelexzenters ausgebildet. Der Doppelexzenter und das Spiel zwischen Auflagepin 1 71 und Verankerungsschraube 1 73 ermöglichen eine Anpassung der Position der Kontaktelemente des

Verankerungsmechanismus 1 70 an die präzise, von den Elementen im Untergrund 30 vorgegebene Verankerungsposition.

Aufgrund des bei aktivierter Luftkissenvorrichtung 150 geringen Verschiebwiderstands genügt ein einziges Antriebsmodul. Auf der Antriebsseite des Flächenportals 100 sind die Nut 31 und die bodenseitigen Verankerungs- und Zentrierelemente in einer durchgehenden Schiene 35 ausgebildet, welche über Anker im Untergrund 30 verankert ist. Auf der der Antriebsseite gegenüberliegenden Seite des Flächenportals 100 sind mehrere beabstandete Verankerungsbereiche 20.1 ...20.7 vorhanden, in welchen Grundplatten mit entsprechenden Verankerungsmechanismen 32 und Gewinden analog zur Schiene im Untergrund 30 verankert sind (vgl. auch Figuren 1 und 2). Die Schiene 35 und die Grundplatten der Verankerungsbereiche 20. 1 ...20.7 sind derart in den Untergrund 30 eingelassen, dass die obere Fläche der Schiene 35 bzw. der Grundplatten bündig mit der umgebenden Bodenfläche des Untergrunds 30 ist.

Zum Verankern wird das Flächenportal 1 00 mit aktivierten Luftkisseneinrichtungen 1 50 entlang der Nut 31 , unter Nutzung des Antriebsmoduls 160 an die ungefähre Verankerungsposition gefahren. Der Verankerungspin 172 ist dann ungefähr oberhalb der Aufnahmeöffnung im Doppelexzenter positioniert. Aufgrund der konischen Formgebung der miteinander zusammenwirkenden Elemente erfolgt beim Absenken eine gegenseitige Zentrierung. Das Flächenportal 100 weist sechs derartige Verankerungseinrichtungen 1 70 auf. Sobald alle Verankerungspins 1 72 in den Aufnahmeöffnungen aufgenommen sind, werden die Luftkisseneinrichtungen 150 deaktiviert. Dies führt dazu, dass sich das Flächenportal 100 absenkt, bis es auf den Auflagepins 1 71 zu liegen kommt. Jede Stütze 1 10 ist indirekt über den entsprechenden Längsverbindungsbalken 1 1 1 und eine Grundplatte 15 1 über vier Auflagepins 1 71 auf dem Untergrund 30 abgestützt. Mittels einer oder mehreren Verankerungsschrauben 173 pro Grundplatte 151 (d. h. pro Stütze 1 10) wird dann das Flächenportal 100 fest mit dem Untergrund 30 verschraubt. Das

Einschrauben der Verankerungsschrauben 173 erfolgt im Rahmen des

Ausführungsbeispiels manuell, es können aber auch automatische Einrichtungen zur Fierstellung der Schraubverbindung vorgesehen sein.

Über die Verankerungselemente ist das Flächenportal 100 in allen Richtungen fest am Untergrund 30 verankert.

Die Erfindung ist nicht auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränkt. So kann beispielsweise das Layout mit der Anordnung und Anzahl der Bearbeitungspositionen unterschiedlich sein. Das dargestellte Ausführungsbeispiel weist drei Werkstückträger auf. Es können auch nur zwei oder mehr als drei Werkstückträger vorgesehen sein. Dient das Wegfahren des Flächenportals primär dem leichteren Abtransport des Werkstücks kann auch nur ein einziger Werkstückträger vorgesehen sein.

Auch andere Aspekte können auf andere Weise ausgeführt werden, beispielsweise die Anzahl der Portalbalken, die Art und Freiheitsgrade der Handhabungseinrichtung bzw. der Handhabungseinrichtungen usw. Das Flächenportal kann je nach Grösse und Geometrie eine unterschiedliche Anzahl von Stützen aufweisen. Dasselbe gilt für die Anzahl der Luftkissenvorrichtungen. Statt des Omegariemen-Antriebs kann der Antrieb zur Verschiebung des Flächenportals auch auf andere Weise ausgeführt sein, z. B. als Reibradantrieb. Die Verankerung des Portals am Untergrund kann auch auf andere Weise erfolgen. So kann bei formschlüssigen Aufnahmen und einem hohen Portalgewicht gegebenenfalls auf Verankerungsschrauben zur Sicherung in vertikaler Richtung verzichtet werden.

Schliesslich kann die dargestellte Führung der Bewegung des Flächenportals in einer einzigen Richtung auch auf andere Weise sichergestellt sein oder aber auch ganz fehlen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass die Erfindung ein Flächenportal schafft, welches den Wegtransport von Werkstücken erleichtert und die aufeinanderfolgende Bearbeitung mehrerer Werkstücke mit demselben Portal vereinfacht.

Claims

Patentansprüche

1. Flächenportal, umfassend a) eine Portalstruktur mit mindestens zwei beabstandet voneinander und parallel zueinander in einer horizontalen Ebene angeordneten Längsträgern und einem an den Längsträgern gelagerten in Längsrichtung der Längsträger verschieblichen

Portalbalken; b) ein Handhabungsgerät, welches am Portalbalken in einer Querrichtung, entlang einer Haupterstreckung des Portalbalkens, verschieblich angeordnet ist, wobei das Handhabungsgerät mindestens einen zusätzlichen Freiheitsgrad aufweist; gekennzeichnet durch c) mehrere Luftkissenelemente, welche derart an der Portalstruktur angeordnet sind, dass die Portalstruktur bei aktivierten Luftkissenelementen als Ganzes von einem tragenden Untergrund abhebbar ist; d) mehrere an der Portalstruktur angeordnete, voneinander beabstandete Verankerungsmechanismen zur mechanisch festen, bei Bedarf lösbaren Verbindung der Portalstruktur mit dem tragenden Untergrund.

2. Flächenportal nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Portalstruktur mindestens vier im Wesentlichen vertikale Stützen umfasst, wobei eine erste Stütze und eine zweite Stütze mit einem ersten der mindestens zwei Längsträger und eine dritte Stütze und eine vierte Stütze mit einem zweiten der mindestens zwei Längsträger miteinander verbunden sind.

3. Flächenportal nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stütze und die dritte Stütze in ihren oberen Bereichen mit einer ersten mechanischen Querverbindung und die zweite Stütze und die vierte Stütze in ihren oberen Bereichen mit einer zweiten mechanischen Querverbindung miteinander verbunden sind.

4. Flächenportal nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stütze und die zweite Stütze in ihren unteren Bereichen durch eine erste mechanische Längsverbindung miteinander verbunden sind und dass die dritte Stütze und die vierte Stütze in ihren unteren Bereichen durch eine zweite mechanische Längsverbindung miteinander verbunden sind.

5. Flächenportal nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Verankerungsmechanismen einen Kompensationsmechanismus zum Ausgleich von relativen Distanzänderungen von Kontaktelementen der Verankerungsmechanismen umfassen.

6. Flächenportal nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuergerät für das Flächenportal und/oder für das Flandhabungsgerät an der Portalstruktur angeordnet ist.

7. Bearbeitungsanlage, umfassend a) mindestens ein Flächenportal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, b) einen Arbeitsbereich, welcher eine ebene Bodenfläche aufweist, welche einen tragenden Untergrund für das Flächenportal bildet, und in welchem das Flächenportal in mindestens einer Position mechanisch fest mit dem Untergrund verbindbar ist.

8. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Arbeitsbereich einen Bearbeitungsunterbereich umfasst, in welchem das Flächenportal fest mit dem Untergrund verbindbar ist, und einen vom Bearbeitungsunterbereich beabstandeten zweiten Unterbereich, in welchen das Flächenportal bewegbar ist.

9. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es sich beim zweiten Unterbereich um einen zweiten Bearbeitungsunterbereich handelt, in welchem das Flächenportal fest mit dem Untergrund verbindbar ist.

10. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur mechanisch festen Verbindung an der mindestens einen Position mindestens zwei mit den an der Portalstruktur angeordneten, voneinander beabstandeten Verankerungsmechanismen zusammenwirkende Verankerungsstellen in der Bodenfläche ausgebildet sind.

1 1. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 1 0, dadurch gekennzeichnet, dass an den Verankerungsstellen ein Kompensationsmechanismus zum Ausgleich von relativen

Distanzänderungen von Kontaktelementen der Verankerungsmechanismen ausgebildet ist.

1 2. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 1 1 , gekennzeichnet durch a) mindestens eine in der Bodenfläche ausgebildete Führungsnut; b) mindestens ein an der Portalstruktur angeordnetes Führungselement; wobei das Führungselement zumindest bei aktivierten Luftkissenelementen mit der

Führungsnut derart zusammenwirkt, dass eine Bewegung des Flächenportals auf eine vorgegebene Richtung beschränkt ist.

13. Verfahren zur Bearbeitung eines Werkstücks mit einer Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 7 bis 1 2, gekennzeichnet durch folgende Schritte: a) Bearbeiten eines Werkstücks mit einem an einer Bearbeitungsposition mechanisch fest mit einem tragenden Untergrund verbundenen Flächenportal, wobei das Werkstück von einem Handhabungsgerät des Flächenportals erfassbar ist; b) Lösen der mechanischen Verbindung zwischen dem Flächenportal und dem tragenden Untergrund; c) Aktivieren von an einer Portal Struktur des Flächenportals angeordneten Luftkissenelementen, so dass die Portalstruktur als Ganzes vom tragenden Untergrund abgehoben wird; d) Bewegen des Flächenportals in eine von der Bearbeitungsposition beabstandete zweite Position, derart, dass das Werkstück in der Bearbeitungsposition vollständig vom Flächenportal freigegeben ist.