Handlingsystem für formverwandte Bauteile, insbesondere KarosSeriebauteile für Kraftfahrzeuge

Die Erfindung betrifft ein Handlingsystem für formverwandte Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile für Kraftfahrzeuge, bei dem ein Greifer am Arm eines Roboters mit mehreren, den Bauteilen angepasste Konturstücke aufweisenden Spannvorrichtungen bestückt ist, mit denen das jeweilige Bauteil an räumlich gegeneinander versetzten Stellen greifbar ist.

Beim Karosseriebau von Kraftfahrzeugen werden bekannte Handlingsysteme (DE 202 19 713 Ul) eingesetzt, bei denen mittels eines Greifers am Arm eines Roboters das zu handlende Bauteil, z.B. eine Kraftfahrzeugtür erfasst wird und passgenau an die Stelle der Karosseriestruktur gebracht wird, wo sie angebaut werden soll. Zur sicheren und präzisen Erfassung des Bauteils ist der Greifer mit mehreren Spannvorrichtungen bestückt, die ihrerseits jeweils eine Spannzange aufweisen, die mit dem Bauteil angepassten Konturstücken das Bauteil an mehreren räumlich versetzten Stellen erfassen. Voraussetzung für das positionsgerechte Greifen ist, dass für jeden Bauteiltyp die Spannvorrichtungen am Greifer entsprechend positioniert und mit passenden Konturstücken bestückt werden. Eine solche Einrichtung und Umrüstung der Greifer ist auch erforderlich, wenn formverwandte Bauteile gehandled werden sollen. Unter „formverwandt" werden Bauteile verstanden, die an mehreren Stellen zwar

deckungsgleich sind, sich aber in der Höhenlage voneinander unterscheiden. Alternativ könnte für einen anderen Bauteiltyp auch ein weiteres entsprechend eingerichtetes Handlingsystem eingesetzt werden, was allerdings mit einer wesentlichen Erhöhung des vorrichtungstechnischen Aufwandes verbunden wäre.

Um Spannzangen von Handlingsystemen zu öffnen und zu schließen, sind mechanische Antriebe bekannt (US 6 428 071 B2), die einen Zahnstangenantrieb aufweisen. Die antreibende Zahnstange ist als Teil einer hydraulisch beaufschlagbaren Zylinder-Kolben-Anordnung ausgebildet und über ein festes Ritzel mit den beweglichen Spannbacken der Spannzange gekuppelt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Handlingsystem für formverwandte Bauteile, insbesondere Karosseriebauteile für Kraftfahrzeuge zu schaffen, bei dem mit ein und demselben Greifer ohne aufwendige Umrüstung und Einrichtung diese Bauteile gehandled werden können .

Diese Aufgabe wird mit einem Handlingsystem der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass jede Spannvorrichtung zwei Spannzangen aufweist, deren Spannbacken aus einer Ruheposition in eine Greifposition verschwenkbar sind, wobei die Spannbacken der einen Spannzange in ihrer Ruheposition gehalten werden, wenn die Spannbacken der anderen Spannzange in ihre Greifposition verschwenkt werden und umgekehrt.

Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass es bei

formverwandten Bauteilen Stellen gibt, die zwar nicht von derselben Spannzange mit denselben Konturstücken, wohl aber von der anderen Spannzange mit anderen Konturstücken ergriffen werden können. Voraussetzung ist allerdings, dass das Ergreifen des Bauteils durch die eine Spannzange nicht durch die störend im Weg liegenden Spannbacken der anderen Spannzange behindert wird. Erfindungsgemäß ist dies durch die wechselseitige Verriegelung der Spannzangen in der außerhalb der Greifbewegung der jeweils anderen Spannzange liegenden Ruheposition gewährleistet .

Um einen Greifer auf die formverwandten Bauteile einzurichten, ist nach einer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Spannvorrichtungen von in der Länge angepassten Tragarmen des Greifers gehalten sind. Durch Verschwenken und Längseinstellen der Tragarme lässt sich jede Spannvorrichtung auf die deckungsgleichen Bereiche der formverwandten Bauteile einstellen, an denen die Bauteile ergriffen werden sollen. Die Spannbackenpaare einer jeden Spannvorrichtung werden dann jeweils mit den passenden Konturstücken für die beiden formverwandten Bauteile bestückt. So lassen sich auch unterschiedliche Höhenlagen ausgleichen.

Vorzugsweise weisen die Spannzangen einer jeden Spannvorrichtung jeweils einen Zahnstangen umfassenden Antrieb auf. Die Zahnstangen von zwei nebeneinander angeordneten Spannzangen derselben Spannvorrichtung sind vorzugsweise abwechselnd an denselben Mitnehmern des

Antriebes kuppelbar. Der Mitnehmer selbst wird von einem Kurbelschwingengetriebe angetrieben .

Nach einer alternativen Ausgestaltung des Antriebs der Spannzangen können die Spannbacken der beiden Spannzangen auf gemeinsamen Lagerzapfen verschwenk- und axial verschiebbar und mit Antriebsritzeln abdeckend an eine gemeinsame angetriebene Zahnstange kuppelbar sein.

Die besonderen Vorteile dieses anderen Antriebs bestehen in dem einfacher gestalteten Antrieb, der mit einer einzigen Zahnstange für beide Spannzangen auskommt. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass für beide Spannzangen dieselbe Betriebsstellung vorgesehen ist.

Um die Spannbacken der einen Spannzange aus ihrer Parkposition in die Betriebsstellung und die in Betriebsstellung befindlichen Spannbacken der anderen Spannzange in ihre Parkposition zu bringen und umgekehrt, sind die Spannbacken an einem gemeinsamen Verschiebeantrieb gekuppelt. Der Verschiebeantrieb kann ein parallel zu den Lagerzapfen verschiebbar gelagertes und von einem Stellmotor angetriebenes Stellglied aufweisen, das über Mitnehmer mit den Spannbacken verbunden ist. Vorzugsweise ist der Stellmotor eine beidseitig mit einem Druckmittel beaufschlagbare Zylinder-Kolben-Anordnung, an deren Kolbenstange das Stellglied angeschlossen ist. Die Mitnehmer können Stifte sein, die in koaxialen Ringnuten der Antriebsritzel der Spannbacken eingreifen.

Da bei der Erfindung für beide Spannzangen dieselbe Betriebsstellung vorgesehen ist, gestaltet sich auch die Führung der gerade aktiven Spannzange und die Arretierung

der inaktiven Spannzange einfach, indem für die Spannbacken jeder aktiven Spannzange, deren Antriebsritzel gerade mit der Zahnstange in Eingriff stehen, bei ihrer Verschwenkbewegung wirksame, beidseitige Führungsflanken vorgesehen sind, und indem für die Spannbacken jeder dann inaktiven Spannzange, deren Antriebsritzel dann nicht mit der Zahnstange in Eingriff stehen, seitliche Haltetaschen vorgesehen sind.

Da nur eine gemeinsame Zahnstange für beide Spannzangen vorgesehen ist, kann die Zahnstange ständig mit dem Antrieb gekuppelt sein. Nach einer Ausgestaltung der Erfindung ist sie über ein Ritzel und einen damit gekuppelten Kniehebel mit der Kolbenstange einer Zylinderkolbenanordnung antriebsmäßig verbunden.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer zwei Ausführungsbeispiele darstellenden Zeichnung näher beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 Konturen von zwei formverwandten Bauteilen, und zwar einer vorderen und einer hinteren Tür einer Kfz . -Karosserie nebeneinander,

Fig. 2 die Konturen der formverwandten Bauteile der Fig. 1 übereinander,

Fig. 3 ein Handlingsystem mit einem Greifer in Seitenansicht,

Fig. 4 den Greifer des Handlingsystems aus der Sicht des Pfeiles Z der Fig. 3 mit mehreren auf die

deckungsgleichen Konturen der vorderen und hinteren Tür eingerichteten Spannvorrichtungen,

Fig. 5 den Greifer der Fig. 3 und 4 in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 eine der Spannvorrichtung des Greifers nach Fig. 3 in ihrem konstruktiven Aufbau in perspektivischer Darstellung, wobei eine Hälfte ihres zweischaligen Gehäuses abgenommen ist,

Fig. 7 ein Detail der Spannvorrichtung der Fig. 6, und zwar eine Spannzange mit ihrem Antrieb in perspektivischer Darstellung,

Fig. 8 ein Detail der Spannzange der Fig. 7 in schematisch vereinfachter Darstellung,

Fig. 9 eine der Spannvorrichtungen der Fig. 3 in einer zu Fig. 6 bis 8 alternativen Ausführung in perspektivischer Darstellung, wobei eine Seite ihres zweischaligen Gehäuses abgenommen ist,

Fig. 10 die Spannvorrichtung gemäß Fig. 9 in Seitenansicht,

Fig. 11 die Spannvorrichtung gemäß Fig. 10 im Teilschnitt nach Linie I-I,

Fig. 12 die Spannvorrichtung gemäß Fig. 10 im

Teilschnitt nach Linie II-II der Fig. 10.

In Fig. 1 ist links die Kontur eines ersten Bauteils, und zwar einer vorderen Tür eines Kraftfahrzeuges, und rechts die Kontur eines formverwandten zweiten Bauteils, und zwar der hinteren Tür, dargestellt. In Fig. 2 sind die beiden Konturen übereinander gezeichnet. In dieser Darstellung sind die deckungsgleichen Bereiche punktiert dargestellt. Diese deckungsgleichen Bereiche eignen sich zum Ergreifen des Bauteils mit ein und derselben Spannvorrichtung .

Das in Fig. 3 dargestellte Handlingsystem weist einen Roboter 1 auf, der an seinem Arm 2 einen Greifer 3 trägt. Dieser Greifer 3 kann vom Roboter 1 im Raum um eine Vielzahl von Achsen bewegt werden. Der Greifer 3 weist eine Basis 4 mit darauf verschwenkbar angeordneten und in ihrer Länge angepassten Armen 5, 6 auf, die an ihrem Ende jeweils eine Spannvorrichtung 7, 8 tragen. Die Positionierung der Spannvorrichtungen 7, 8 erfolgt entsprechend Fig. 4 auf die nochmals punktiert gekennzeichnet deckungsgleichen Bereiche der zu handlenden formverwandten Bauteile. Mit dieser Positionierung ist es möglich, die in Fig. 3 links dargestellte vordere Tür 9, aber auch die rechts dargestellte hintere Tür 10, zu erfassen, obwohl die hintere Tür 10 auch in den deckungsgleichen Bereichen eine andere Höhenlage hat als die vordere Tür 9. Die unterschiedliche Höhenlage und Kontur der Bauteile in den zu erfassenden Bereichen wird durch besondere Konturstücke ausgeglichen. Dabei kann der Greifer 3 die Bauteile sowohl von deren konkaver Seite (Bauteil 9) als auch von deren konvexer Seite (Bauteil 10) aus erfgreifen .

Sämtliche Spannvorrichtungen 7, 8 des Greifers 3 haben den gleichen Aufbau. Wie Fig. 6 zeigt, weist jede Spannvorrichtung 7, 8 zwei Spannzangen 11, 12 mit jeweils um 90° verschwenkbaren Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b auf. Diese Spannbacken IIa bis 12b sind mit nicht dargestellten Konturstücken bestückbar, die der Kontur des zu greifenden Bauteils angepasst sind. Das Paar Spannbacken IIa, IIb ist z.B. für das Bauteil A, z.B. die vordere Tür 9, bestimmt, während das andere Paar Spannbacken 12a, 12b für das Bauteil B, z.B. die hintere Tür 10, bestimmt ist. Während sich das Paar Spannbacken 12a, 12b in Greifposition befindet, befindet sich das Paar Spannbacken IIa, IIb in Ruheposition, in der es durch Verriegelungsmittel, z.B. eine Kugelrast aus einer federbelasteten Kugel im Gehäuse und einer Ausnehmung in den Spannbacken IIa, IIb, gehalten wird. In Fig. 6 und 8 sind diese Ausnehmungen 12a* und 12b* nur für die Spannbacken 12a, 12b zu sehen. Andere Verriegelungsmittel pneumatischer, hydraulischer, elektromagnetischer Art oder Kombinationen daraus sind möglich. Für die 90°- Verschwenkung der beiden Paare Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b dient jeweils eine Zahnstange 13, 14, die mit Zahnsegmenten 14a, 14b, 15a, 15b der verschwenkbaren Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b kämmt. Die beiden Zahnstangen 13, 14 werden von einem gemeinsamen Antrieb angetrieben, der aus einem Drehzylinder 16 und einem Kurbelschwingengetriebe 17 besteht. Um die beiden Zahnstangen 13, 14 wechselweise mit dem

Kurbelschwingengetriebe 17 zu kuppeln, ist zwischen den beiden Zahnstangen 13, 14 ein in Fig. 7 und 8 dargestellter, mit der Kurbel des Kurbelschwingengetriebes 17 gekuppelter Mitnehmer 18 mit

einem als eine doppelseitig beaufschlagbare Zylinder- Kolben-Anordnung ausgebildeten, ansteuerbaren Kupplungselement 19 angeordnet. Das ansteuerbare Kupplungselement 19 ermöglicht es, mit Zapfen 20 seines Kolbens 21 entweder die Zahnstange 13 oder die Zahnstange 14 an die Kurbel des Kurbelschwingengetriebes 17 zu kuppeln. Da bei der Spannvorrichtung 7, 8 somit gewährleistet werden kann, dass bei in Greifposition befindlichen Spannbacken 12a, 12b die Spannbacken IIa, IIb in Ruheposition sich befinden und damit nicht in deren Bewegungsweg liegen, kann das Bauteil problemlos erfasst werden. Soll das andere Bauteil erfasst werden, dann werden die Spannbacken 12a, 12b um 90° in die Ruheposition zurückgeschwenkt, während die Spannbacken IIa, IIb in die Greifposition verschwenkt werden. Das bedeutet, dass mit ein und derselben Spannvorrichtung 7, 8 formverwandte Bauteile an den deckungsgleichen Bereichen erfasst werden können, ohne dass die für das eine Bauteil vorgesehenen Spannbacken das Erfassen des anderen Bauteils durch die anderen Spannbacken behindern und umgekehrt.

Wie beim beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel der Figuren 6 bis 8, haben auch beim zweiten Ausführungsbeispiel der Figuren 9 bis 12 sämtliche Spannvorrichtungen 7, 8 des Greifers 3 den gleichen Aufbau. Unterschiedlich ist jedoch der Antrieb ihrer Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b und ihre Verriegelung in der Parkposition. Während sich das Paar Spannbacken 12a, 12b in Greifposition befindet, befindet sich das Paar Spannbacken IIa, IIb in Parkposition, in der es bei dem zweiten Ausführungsbeispiel durch seitliche Haltetaschen 21a, 21b, 22b gehalten wird.

Zum Verschwenken der Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b einer jeden Spannzange 11, 12 dient eine beidseitig verzahnte Zahnstange 23, die über ein Ritzel 24 und einen damit gekuppelten Kniehebel 25 mit einer Kolbenstange 26a einer Zylinder-Kolben-Anordnung 26 antriebsmäßig verbunden ist. Diese Zahnstange 23 dient den Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b beider Spannzangen 11, 12 als Antrieb. Anders als beim Hauptpatent können die Spannzangen 11, 12 abwechselnd mit den Antriebsritzeln 27a, 27b, 28a, 28b) ihrer Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b mit der Zahnstange 23 in Eingriff gebracht werden. Dafür sind die auf ihren Lagerzapfen 29a, 29b verschwenkbar gelagerten Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b auf diesen Lagerzapfen 29a, 29b auch axial verschiebbar. Für die gemeinsame axiale Verschiebung der Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b ist ein pneumatischer Antrieb vorgesehen, der eine Zylinder- Kolben-Anordnung 30 mit einem beidseitig beaufschlagbaren Kolben 30a und eine Kolbenstange 30b aufweist, die über ein Querhaupt 31 mit zwei axial verschiebbaren Zapfen 32a, 32b gekuppelt ist. Jeder Zapfen 32a, 32b weist als Mitnehmer zwei Stifte 32b*, 32b**, 32a* auf, die in Ringnuten der Antriebsritzel 27a, 27b, 28a der Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b eingreifen.

Die Umstellung der Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b erfolgt auf folgende Art und Weise: Alle Spannbacken IIa, IIb, 12a, 12b befinden sich in der geöffneten Stellung. In dieser Stellung lässt sich das in den Haltetaschen 21a, 21b in der seitlichen Parkposition befindliche Paar Spannbacken IIa, IIb in die Mittelposition, die Betriebsposition, verstellen, während das andere Paar Spannbacken 12a, 12b in die anderen seitlichen

Haltetaschen 21a, 22b in Parkposition überführt und hier sicher gehalten werden kann. Bei dieser Umstellung wird das erste Paar Spannbacken IIa, IIb mit seinen Antriebsritzeln 27a, 27b in Eingriff mit der Zahnstange 23 gebracht, während das andere Paar Spannbacken 12a, 12b mit seinen Antriebsritzeln 28a, 28b außer Eingriff mit der Zahnstange 23 gebracht wird. Das so in mittlerer Position, also in Betriebsstellung gebrachte Paar Spannbacken IIa, IIb kann nun durch die Zahnstange 23 verschwenkt werden, wobei es seitlich durch vom Gehäuse gebildete Führungsflanken geführt wird, während das andere Paar Spannbacken 12a, 12b formschlüssig in den zugeordneten Haltetaschen 22b gehalten wird.