Die Erfindung betrifft ein Modul für eine Vorrichtung zur Einstellung einer vorgebbaren Lage eines Werkstückes während eines Fertigungsprozesses.

Weiters bezieht sich die Erfindung auf eine Vorrichtung zur Einstellung einer vorgebbaren Lage eines Werkstückes während eines Fertigungsprozesses

Vorrichtungen der eingangs genannten Art sind spezielle Fertigungsmittel. Mit Ihnen wer¬ den Werkstücke und Werkzeuge in eine bestimmte Lage zueinander gebracht, oder sie führen diesen Vorgang selbsttätig durch. Während einer Montage kann mittels der Vorrich¬ tung die Lage zwischen einem Fügeteil oder Werkzeug und Basisteil aufrechterhalten wer¬ den. Im grundsätzlichen Aufbau einer derartigen Vorrichtung erkennt man Elemente zum Fixieren und Positionieren von Objekten, wie Spannmittel, Anschläge und einen Grundkör¬ per.

hi diesem Dokument wird anstelle von „Vorrichtung zur Einstellung einer vorgebbaren Lage eines Werkstückes während eines Fertigungsprozesses" aus Gründen der einfacheren Schreibweise nur „Vorrichtung" geschrieben.

Unterschiedliche Anforderungen an die einzelnen Produkte (z.B. Schienenfahrzeug- Drehgestell-Rahmen, Komponenten für den Automobil- und allgemeinen Maschinenbau) führen zu konstruktiv unterschiedlich ausgeführten Baugruppen, die eine Vielzahl an produktspezifischen Vorrichtungen bedingen, was besonders bei der Klein- und Mittelse¬ rienfertigung zu erhöhten Stück-Kosten führt.

Aus den unterschiedlichen Formen und Gestalten der einzelnen Bauteile A, B bzw. Bau¬ gruppen unterschiedlicher Fahrwerke ergeben sich notwendigerweise konstruktive Unter¬ schiede bei den benötigten Vorrichtungen VOR', VOR" (Fig. Ia, Ib).

Üblicherweise werden für nicht standardmäßige Bauteile im Einzelfall eigene Vorrichtungen konstruiert (Fig. Ia, Ib). Durch die daraus resultierenden, unterschiedlichen konstruktiven Lösungen der Vorrichtungen können sich auch unterschiedliche Fertigungsabläufe bei der Herstellung "von Fahrwerken ergeben, wodurch sich die Fertigungskosten wesentlich erhö¬ hen können.

Eine andere ebenfalls kostenintensive Möglichkeit der Fertigung besteht darin, die verwen¬ deten Bauteile konstruktiv so zu ändern, dass bereits vorhandene Vorrichtungen bei der Fertigung verwendet werden Jkönnen. Jedoch ist eine Neukonstruktion der Bauteile in den meisten Fällen nicht sinnvoll, da dies zu tief in bereits funktionierende Systeme eingreift und viele und große bauliche Veränderungen mit sich bringt.

Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, welche für eine große Zahl unterschiedlicher Bauteile bzw. Baugruppen verwendet werden kann, ohne dabei bestehende Bauteilkonstruktionen zu verändern.

Diese Aufgabe wird mit einem Modul der eingangs genannten Art erfindungsgemäß da¬ durch gelöst, dass es eine Parallelkinematik mit einem Endeffektor für das Werkstück auf¬ weist.

Unter einer Paralϊelkinematik wird hierbei ein Bewegungsmechanismus mit einer geschlos¬ senen kinematischen Kette verstanden. Die Bewegungsachsen sind nicht hintereinander wie bei einer seriellen Struktur, sondern nebeneinander, wobei alle Bewegungsachsen gleichzei¬ tig, d. h. parallel bewegt werden. Je nach konstruktiver Ausführung können Parallelkinema¬ tiken Bewegungen in mehreren Richtungen realisieren. Diese Bewegungen stehen im Zu¬ sammenhang mit den Freiheitsgraden der Kinematik. Parallelkinematiken mit dem Frei¬ heitsgrad F = 2 lassen Bewegungen in der Ebene zu. Kinematiken mit dem Freiheitsgrad F - 3 ermöglichen räumliche Orientierungen oder kombinierte räumliche Bewegungen (Rotati¬ on, Tanslation). Letztere Bewegungen lassen auch Kinematiken mit F = 4; 5 zu. Alle räumli¬ chen Bewegungen sind mit dem Freiheitsgrad F = 6 möglich.

Als Effektor wird ein Teilsystem des Moduls bezeichnet, welches zur Positionierung, Halten oder Spannen des Werkstückes bzw. zur Führung eines oder mehrerer Werkzeuge vorgese¬ hen ist.

Es ist ein Vorteil der Erfindung, dass durch die Parallelkinematik ein beliebiges Bauteil im wesentlichen unabhängig von seiner Form einfach in eine definierte räumliche Lage gebracht werden kann.

Eine bevorzugte Variante der Erfindung sieht vor, dass das Modul eine Gestellbasis und gelenkig mit dieser und dem Endeffektor verbundene, den Endeffektor stützende Streben aufweist, wobei die Streben längenveränderlich ausgeführt sind. Weiters sind die Streben mit der Gestellbasis und dem Endeffektor so verbunden, dass für die Streben mehrachsige Rotationen ausführbar sind. Hierzu können die Streben beispiels¬ weise über Kugelgelenke bzw. über Kreuz- oder Kardangelenke mit der GesteEbasis und/ oder dem Endeffektor verbunden sein.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform sind die Streben hydraulisch klemmbar, wobei eine Klemmung der Streben prinzipiell auch mechanisch, pneumatisch oder elektromagne¬ tisch erfolgen kann.

Die oben erwähnten Aufgaben werden auch mit einer Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst werden, welche zumindest ein erfindungsgemäßes Modul aufweist, wobei das Modul günstigerweise verschiebbar gelagert ist.

Die Erfindung samt weiterer Vorteile wird im Folgenden anhand einiger nicht einschrän¬ kender Ausführungsbeispiele näher erläutert, welche in der Zeichnung dargestellt sind. In dieser zeigen schematisch:

Fig. 2 eine erste Variante eines erfindungsgemäßen Moduls;

Fig. 3 eine zweite Variante eines erfindungsgemäßen Moduls;

Fig.4 eine Strebe im näheren Detail;

Fig.5a und 5b die Verwendung eines erfindungsgemäßen Moduls;

Fig. 6 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtungssystems aus mehreren Modulen;

Fig. 7 eine weitere Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung und

Fig. 8 die Vorrichtung aus Fig. 7 mit einem Werkstück.

Gemäß Fig. 2 weist ein erfindungsgemäßes Modul MOD einer Vorrichtung eine Gestellbasis GBA und eine Parallelkinematik PKI mit einem Endeffektor EEF auf. Die Parallekinematik kann mittels in ihrer Länge verstellbare Streben STR, die über Gelenke GEL mit der Gestell¬ basis GBA und dem Endeffektor EEF verbunden sind, realisiert werden, wobei die Gelenke GEL mehrachsige Rotationen durchführen können. Der Endeffektor EEF kann, obwohl hier plattenförmig dargestellt, je nach Anforderung jede beliebige Form aufweisen. So kann der Endeffektor EEF, beispielsweise auch kegelförmig, halbkugelförmig, usw., ausgebildet sein.

Weiters kann der Endeffektor EEF auch Aufnahmen für diverse verschiedene Vorrichtungs¬ elemente, wie Auflagen, Anschläge, Spannelemente, die das gewünschte Werkstück positio¬ nieren und spannen, aufweisen.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform zeigt eine Parallelkinematik PKI in Form eines Tripods. Ein Tripod erfüllt vor allem die Forderung nach einem dreidimensionalen Arbeits¬ raum und großer Steifigkeit. Als Arbeitsraum wird in dem vorliegenden Zusammenhang der Raum verstanden, in dem alle für die Erfüllung einer Aufgabe notwendigen Bewegungen durchgeführt werden können.

Bevorzugterweise bestehen die Streben STR des Tripods aus passiv einstellbaren Elementen, die entweder manuell oder maschinell eingestellt werden können. Bei dieser Ausführungs¬ form sind somit keine aufwendigen und teuren Steuerungen notwendig.

Gemäß Fig. 3 kann das Modul MOD auch als Hexapod, also als eine Parallekinematik PKI mit dem Freiheitsgrad sechs, ausgeführt sein. Diese Ausführungsform der Erfindung unter¬ scheidet sich von der oben genannten lediglich durch eine andere Anordnung und Anzahl der Streben STR.

Durch die Parallelkinematik und durch eine vorzugsweise Belastung der Streben in Zug¬ bzw. Druckrichtung eröffnen sich auch neue Möglichkeiten hinsichtlich des Leichtbaus. Prinzipiell sind jedoch auch andere Anordnungen der Streben STR zueinander möglich.

Je nach Anforderungsprofil lassen sich die gewünschten Eigenschaften der Vorrichtung mit verschiedensten Variationen von Parallelkinematiken, wie beispielsweise Tripod, Hexapod, Hexaglide oder Linapod realisieren.

Wie in Fig. 4 dargestellt können die Gelenke GEL, mit welchen die Strebe STR mit dem Endeffektor EEF und mit der Gestellbasis GBA verbunden ist, als Wellengelenk ausgeführt sein. Zur Realisierung der Gelenke GEL können prinzipiell unterschiedliche Gelenksformen bzw. deren Kombinationen zum Einsatz kommen, beispielsweise Kardan- oder Kreuzgelen¬ ke, Kugelgelenke, etc. Die Strebe STR kann ein. geschliffenes zylinderförmiges, bevorzugterweise kreiszylinderför- miges, Rohr ROH aufweisen, welches über ein Betätigungselement BET betätigt werden kann, um die Länge der Strebe STR zu verändern. Das Betätigungselement BET ist in der hier dargestellten Form als hydraulisches Spannelement ausgeführt, bei welchem mittels Druckluft DRU ein Luft- Öldruckübersetzer LUF betätigt werden kann, tun den Längenver¬ änderung der Strebe erforderlichen Arbeitsdruck in dem Spannelement zu erzeugen. Es können aber auch andere Strebenantriebe zum Einsatz kommen.

Wie in den Fig. 5a und 5b gezeigt ist es mit dem erfindungsgemäßen Modul MOD möglich, für unterschiedliche Bauteile A, B eine Positionierung während eines Fertigungsprozesses durchzuführen. Das Modul MOD kann hierbei auf einem Maschinentisch MTI, einer Auf¬ spannpalette usw. angeordnet sein.

Nach Fig. 6 können mehrere der oben beschriebenen Module MOD zur einer erfindungsge- mäßeή Vorrichtung VOR zusammengesetzt werden. Hierzu können die Module MOD beispielsweise auf einer Aufspannpalette ASP der Vorrichtung VOR angeordnet werden.

Gemäß Fig. 7 und 8 lässt sich die Vorrichtung VOR auch durch Kombination der erfin¬ dungsgemäßen Module MOD mit anderen Vorrichtungselementen, wie beispielsweise Lineareinheiten realisieren.

Bei der dargestellten Vorrichtung VOR werden auf einer Grundplatte GPL Lineareinheiten, , bestehend aus einer Schiene SCH, Laufwagen LAW und dazugehörigen Bremselementen, befestigt. Auf den Laufwagen LAW sind Tripods oder auch andere erfindungsgemäße Module MOD angeordnet.

Nachteile der Parallelkinematik, wie kleiner translatorischer Arbeitsraum und kleine Schwenkwinkel, werden mit Hilfe einer zusätzlichen translatorischen Achse, in Form der Lineareinheit, kompensiert. Dadurch können auch lange Bauteile BAU, beispielsweise Stege, positioniert werden.

Trägermodule, bestehend aus Laufwagen und Tripod, können mithilfe von Industrierobo¬ tern stufenlos an die gewünschte Position gebracht und fixiert werden. Eine flexible Werk¬ stückanpassung, die auch automatisiert erfolgen kann, ist somit gewährleistbar. Der Ge¬ samtaufbau der Vorrichtung VOR bleibt dabei erhalten, lediglich die Positionen der einzel¬ nen Module werden beim Umrüsten durch den Industrieroboter verändert. Der hier nicht dargestellte Unterbau der Grundplatte GPL kann sehr starr ausgeführt sein, um große Gewichte und Spannkräfte aufnehmen zu können. Zusätzlich ist eine drehbare Lagerung der Vorrichtung VOR, um eine bessere Zugänglichkeit für einzelne Arbeitsschritte zu gewährleisten, möglich.