Modulare Fertigungsanlage

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage, bestehend aus wenigstens einer Handhabungseinrichtung und mehreren modularen Fertigungsstationen.

üblicherweise werden Bearbeitungsmaschinen in Fertigungszellen, bzw. -linien fest aufgebaut und durch Fördereinrichtungen fest miteinander verkettet. Aus der Literatur sind Fertigungssysteme bekannt, die aus Fertigungsstationen bestehen, welche lösbar mit der Anlagenumgebung verbunden sind, wobei die Fertigungsstationen je nach ihrer Aufgabe zumeist stark unterschiedliche Abmessungen und variierende Schnittstellen zur Anlagenumgebung aufweisen.

Als Reaktion auf den aktuellen Trend der Wirtschaft nach fortschreitender Automatisierung sind in jüngerer Zeit zunehmend Produktionsformen wie flexible Transferstraßen oder flexible Fertigungssysteme hervorgegangen. Die Flexibilität solcher Anlagen wird im Allgemeinen durch Umleiten des Werkstückflusses und Umrüstung der einzelnen Produk- tionsmaschinen im Vergleich zu klassischen Systemen erhöht was aber in vielen Fällen dennoch unzureichend ist. Auch ist bekannt, dass der Materialfluss zwischen Fertigungsstationen ganz oder teilweise durch Handhabungsgeräte realisiert werden kann, wobei das Handhabungsgerät bzw. die Handhabungsgeräte wahlweise werkzeuggeführt oder werkstückgeführt betrieben werden können.

Die Verknüpfung von Fertigungsstationen mit Hilfe von Handhabungsgeräten bietet in vielen Fällen eine Flexibilitätssteigerung, da diese einen variableren Materialfluss ermöglichen (beliebige Reihenfolge beim Anfahren von Fertigungsstationen möglich, mehrfaches Anfahren einer Fertigungsstation möglich). Aus der Fertigungstechnik sind verschiedene Spann- und Fixiervorrichtungen für die Aufspannung von Werkstücken auf Werkstückträger bekannt (Schwenkspanner, Zentrier- oder Klemmzylinder, Schwenkzugspanner, ... ).

Die DE 27 56 422 C2 beschreibt eine Fertigungsanlage für in mehreren Schritten herzustellende Bauteile, die aus entlang einem Förderweg angeordneten Bearbeitungs- und Montagestationen zusammengesetzt ist. Jede der Bearbeitungs- und Montagestationen ist jeweils mit einem geradlinigen Förderwegsabschnitt mit seitlichen Längsführungen und mit einer eigenen unabhängigen Antriebs- und Fördereinrichtung für Bauteilträger versehen und bildet eine Baueinheit. Die Längsführung für die Bauteilträger ist durch mit deren Längs-

rändern zusammenwirkende Gleitführungen gebildet. Die Antriebs- und Fördereinrichtung besteht aus einem im Bereich der Längsränder der Bauteilträger angreifenden rotierenden Reibantrieb.

Aus der DE 35 02 820 C2 ist eine Fertigungsanlage mit mehreren Einzelstationen bekannt, die zur Herstellung von aus zwei oder mehreren Einzelteilen zusammengesetzten Werkstücken dienen kann. Die Einzelstationen sind durch aneinander angeordnete Maschinentische gebildet, die über Kupplungsglieder miteinander verbunden sind und Vorrichtungen zum Transport von Werkstückträgern aufweisen. Die Vorrichtungen zum Transport der Werkstückträger sind als Module ausgebildet, die gleichartig angeordnete Kupplungsglieder zur Verbindung mit den Maschinentischen aufweisen, so dass die Module auf den Maschinentischen austauschbar sind. Die Maschinentische sind gleichartig ausgebildet und weisen gleichartig angeordnete und ausgebildete Kupplungsglieder auf, so dass die Maschinentische untereinander austauschbar sind.

Die DE 20 2004 009 415 U1 offenbart ein flexibles Fertigungssystem für die spanabhebende Bearbeitung von Werkstücken. Es sind mehrere Werkzeugmaschinen und Einrichtungen zum Transport der Werkstücke zwischen den Werkzeugmaschinen und zur übergabe bzw. Entnahme der Werkstücke an die bzw. von den Werkzeugmaschinen vorgesehen. Die Werkzeugmaschinen können nebeneinander und/oder einander gegenüberliegend angeordnet sein. Jeder Werkzeugmaschine ist eine Spannvorrichtung mit werkstückspezifischen Spannplätzen für wenigstens zwei Werkstücke mit unterschiedlichen Geometrien zugeordnet. Jeder Werkzeugmaschine ist ein Gelenkarmroboter mit einem auswechselbaren werkzeugspezifischen Greifer für die Entnahme/übergabe der Werkstücke aus den / an die Spannvorrichtung zugeordnet. Zwischen den Werkzeugmaschinen ist jeweils ein Zwischenspeicher zur Ablage der Werkstücke und/oder der Greifer angeordnet. Der Transport der Werkstücke von einer Werkzeugmaschine zur nächsten mittels der Gelenkarmroboter soll durch eine übergabe/Entnahme der Werkstücke an die / aus den Zwischenspeicher(n) durchgeführt werden.

Als Nachteile der bekannten Fertigungsanlagen kann unter anderem genannt werden, dass oftmals eine feste Verknüpfung der Anlagenteile vorgesehen ist, dass viele oftmals sehr aufwändige kundenspezifische Lösungen erforderlich sind (hohe Engineering- Kosten, hohes Entwicklungsrisiko).

Die Dokumentation der Anlagen ist oftmals sehr aufwändig, da diese für jede Anlage individuell zu erstellen ist. Die Systeme sind teilweise nur sehr begrenzt an wechselnde

Aufgaben anpassbar (Aufwändige Anpassarbeiten bei Produktwechsel oder -Veränderung). Beim Kunden entsteht oftmals ein hoher Montage- und/oder Umrüstaufwand.

Der Test von kundenspezifischen Lösungen ist sehr aufwändig und zumeist nur beim Kunden selbst möglich. Zudem existieren meist geringe Testmöglichkeiten von Anlagenergänzungen und -erweiterungen beim Hersteller (insbesondere ein Problem wenn Anlagen nachträglich ergänzt oder erweitert werden sollen).

Es entstehen hohe Rüstzeiten, große Stillstandszeiten bei Wartung, Produktumstellung, Erweiterung oder Modifikation der Anlagen. Die Bearbeitungsstationen sind i.a. auf eine spezielle Anlage hin optimiert und lassen sich i.a. nur mit hohem Aufwand für den alternativen Einsatz in anderen Anlagen umrüsten. Bei geringen Losgrößen und hoher Variantenvielfalt werden häufige Rekonfigurationen notwendig, deren Kosten- und Zeitaufwand die Effizienz der Gesamtanlage vermindern.

Besonders bei der Ergänzung weiterer Fertigungsschritte durch zusätzliche Bearbeitungsmaschinen bzw. durch Einsatz größerer als der ursprünglich vorgesehenen Stationen ist in der Regel ein sehr hoher Aufwand für deren räumliche, mechanische und steuerungsseitige Anbindung/Umgestaltung notwendig.

Suboptimale Ausnutzung des (oftmals sehr begrenzten) Arbeitsraumes des eingesetzten Handhabungsgerätes, da auch Stationen, welche in dem aktuellen Fertigungsprozess nicht gebraucht werden, in der Anlage verbleiben

Quintessenz: Der hohen Flexibilität von Handhabungsgeräten steht oft ein hohes

Maß an Inflexibilität der Fertigungsanlagen entgegen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, eine flexible Fertigungsanlage zur Verfügung zu stellen, die es ermöglicht, dass Produktionsprozesse mit unterschiedlichsten Bearbeitungsschritten bei möglichst geringem Einrichtungs- und Umrüstaufwand - mit dem Ziel geringer Stillstands- und Rüstzeiten - hochgradig automatisiert ablaufen können. Es ist somit eine hochflexible Fertigungsanlage zu entwickeln gewesen, welche es ermöglicht auch bei geringen Losgrößen und geringen Produktlebenszyklen sowie hohen Produktvariationen eine wirtschaftliche Automatisierung zu erreichen.

Hierbei war den Aspekten der Standardisierung, der einfachen Modifizierbarkeit, der individuellen Bestückung der Anlage, einer (Wieder-) Verwendbarkeit von

Fertigungsstationen in unterschiedlichen Anlagen sowie einer einfachen überwachung und Wartung der Anlage ein besonderes Augenmerk zu schenken.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die verfügbare Stellfläche innerhalb des Arbeitsraums der eingesetzten Handhabungsgeräte anhand eines Rasters unterteilt wird, wodurch die zugehörigen Fertigungsstationen über eine entsprechend ausgestaltete Positionier- und/oder Spannvorrichtung dort auf vielfältige Weise anordnenbar sind und dass diese ggf. auch zentral oder auch selbsttätig beim Einsetzvorgang angeschlossen werden, wobei die übergeordnete Fertigungsanlage dabei automatisch über Art und Lage der Stationen informiert werden kann, bzw. sie in einem nachfolgenden Aktualisierungszyklus die Art und Lage der Stationen selbstständig ermittelt und dass Handhabungsgeräte die Stationen flexibel miteinander verketten, wobei sie sowohl Werkzeug- wie werkstück- führend eingesetzt werden können. Eine Standardisierung der mechanischen und oder Energie- und oder informationstechnischen Schnittstellen zwischen der Anlage und den Fertigungsstationen erlaubt es ggf. die Stationen an unterschiedlichen Positionen und ggf. auch in unterschiedlichen Lagen in die Anlage einzubringen. Durch den zusätzlichen Einsatz einer intelligenten Steuerungstechnik sowie ggf. einer zugehörigen Vernetzung der Stationen und/oder des Leitrechners kann eine intelligente und flexible Fertigungseinheit aufgebaut werden.

Die Fertigungsstationen sind rasterförmig angeordnet und lösbar mit der Umgebung verbunden, wodurch sie beliebig aus der Anlage entfernt, durch andere Stationen ersetzt, oder an anderer Stelle wieder eingesetzt werden können. Wird das Rastermaß in mehreren Dimensionen/Richtungen gleich gewählt, so erlaubt es die rasterförmige Anordnung neben der Position auch die Orientierung der Fertigungsstationen zu variieren. Für die Fixierung der

Fertigungsstationen auf dem Untergrund kommt vorzugsweise eine speziell hierfür ausgestaltete Spannvorrichtung zum Einsatz.

Folgende Aspekte können einzeln oder in Kombination vorteilhaft und/oder wichtig für die Erfindung sein, wobei diese Aufzählung lediglich beispielhaft und keinesfalls abschließend zu verstehen ist:

• Stationen getrennt von der Anlage betreibbar;

• Anordnung der Stationen im Raster;

• Stationen getrennt wartbar;

• Stationen flexibel kombinierbar;

• lagegenaues Einsetzen von Stationen;

• Nullpunkt-Spannen von ganzen Stationen;

• Automatische Erkennung von Art und Lage der eingesetzten Fertigungsstationen;

• Automatischer Anschluss von Energie- und Signalleitungen.

Folgende Merkmale können einzeln oder in beliebiger Kombination von Wichtigkeit sein:

1. Lösbare Verbindung mit der Umgebung;

2. Einheitliche/standardisierte Schnittstellen;

3. Rasteranordnung;

4. Materialfluss zwischen den Stationen (Handhabungssystem);

5. Materialfluss zwischen den Stationen (Robotergestützt);

6. Durch Aktoren betätigte Verriegelung der Stationen;

7. Zentrale Betätigung mehrerer Aktoren;

8. Verriegelung mehrerer Stationen durch einen Aktor.

Weitere Details zu möglichen technischen Ausführung des Spannsystems finden sich in den beiliegenden Zeichnungen.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Fertigungsanlage, umfassend wenigstens eine Handhabungseinrichtung und mehrere modulare Fertigungsstationen, welche lösbar mit einer festen Anlagenumgebung verbunden sind, wobei die Anlagenumgebung Befestigungsstellen für die modularen Fertigungsstationen aufweist, die gemäß eines festen ein- oder mehrdimensionalen Rasters angeordnet sind.

Der Abstand der Befestigungspunkte der Fertigungsstationen kann wahlweise ein Einfaches oder Vielfaches eines Rastermaßes der Anlagenumgebung betragen. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass das Rastermaß in jede Dimension der Anlagenausdehnung ein festes Maß einnimmt. Das Rastermaß kann in jede Dimension der Anlagenaus- dehnung ungefähr gleich, insbesondere identisch sein.

Eine vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage kann so ausgestaltet sein, dass die Fertigungsstationen bzgl. ihrer Energieschnittstellen und/oder mechanischen und/oder informationstechnischen Schnittstellen soweit vereinheitlicht sind, dass die Fertigungsstationen an mehreren bzw. an beliebiger Stelle innerhalb des Systems eingesetzt und mit der Anlage verbunden werden können.

Vorzugsweise koppeln sich die Fertigungsstationen beim Einsetzen in die Fixierungspositionen automatisch an eine oder mehrere der Verbindungen zur Anlage (mechanische, elektrische Verbindungen, Druckluft, Signal- und Datenverbindungen, etc.) an.

Wahlweise können die Fertigungsstationen in der Fertigungsanlage ortsfest an diskreten Stellen fixiert werden (und ggf. auch vielfältige Orientierungen einnehmen). Die Fixierung der Fertigungsstationen kann dabei jeweils durch eine oder mehrere Fixiervorrichtungen erfolgen.

Die Fixierung der Fertigungsstationen kann bspw. durch Schwenkspanner, Zentrier- oder Klemmzylinder, Schwenkzugspanner o.a. erfolgen.

Die Lage bzw. Position der Fertigungsstationen in der Fertigungsanlage können durch ein oder mehrere positions- bzw. lagedefinierende Elemente oder Baugruppen festgelegt sein. Die Positions- bzw. Lagefestlegung der Fertigungsstationen kann bspw. durch eine oder mehrere Zentrierzylinder o.a. erfolgen. Wahlweise kann die Positions- bzw. Lagefestlegung der Stationen gemäß dem Prinzip eines Nullpunktspannsystems erfolgen.

Zudem kann die Position der Verriegelungs- und oder Zentrierelemente durch Sensoren überwacht werden. Es kann auch die Anwesenheit der Verriegelungs- und oder Zentrierelemente durch Sensoren überwacht werden.

Eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage kann vorsehen, dass die Fixier- und Zentriervorrichtung in einer Baugruppe oder einem Bauteil zusammengefasst sind. Wahlweise können Zentrierstifte auf der einen Seite der Verbindung in Zentrierlöcher auf der anderen Seite der Verbindung eingeführt werden. Diese Zentrierstifte können bspw. durch ein formschlüssiges Verriegelungselement gesichert werden. Wahlweise können die Zentrierstifte versenkbar ausgeführt sein. Es ist auch möglich, die Zentrierstifte durch elastische Elemente in eine oder mehrere Richtungen vorzuspannen.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Spannkräfte der elastischen Elemente (z.B. Federpakete) einstellbar gestaltet sind. Von Vorteil kann es weiterhin sein, wenn mehrere Fixier- und oder Zentriervorrichtungen zentral betätigt werden.

Die Fixierung der Fertigungsstationen kann bspw. durch mehrere an einem gemeinsamen Wirkkörper („Schieber") befestigten Verriegelungselemente („Klemmplatten") bewirkt werden. Der gemeinsame Wirkkörper kann zentral betätigt werden. Zudem kann der gemeinsame Wirkkörper von einem Gehäuse („Spannschiene") ganz oder teilweise geschützt werden.

Das Gehäuse („Spannschiene") kann ganz oder teilweise als Auflage für die Fertigungsstationen dienen. Die Fixierkräfte können ganz oder teilweise durch das Gehäuse („Spannschiene") geleitet werden.

Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die energetischen und/oder mechanischen und/oder informationstechnischen Anschlüsse der Fertigungsstationen in die bodenseitige Verankerung oder dessen Gehäuse integriert sind. Zudem können die Kabelführungen für die Energie- und informationstechnischen Verbindungen zwischen Anlage und

Fertigungsstationen ganz oder teilweise durch die die bodenseitige Verankerung oder dessen Gehäuse geführt werden.

Von Vorteil kann es zudem sein, wenn die Fertigungsanlage über Erkennungsanschlüsse bzw. Sensoren verfügt, welche eine automatische Erkennung der Art und/oder der Position und/oder Orientierung der eingesetzten Bearbeitungsstation erlaubt. Die o.g. Erkennung der Fertigungsstationen kann insbesondere auch über eine optische Erkennung oder Vermessung erfolgen. Die o.g. Erkennung kann bspw. auch über eine Codierung des energetischen und/ oder des mechanischen Anschlusses erfolgen. Von Vorteil kann in diesem Zusammenhang eine mit der Erkennung gekoppelte automatische Verankerung der Fertigungsstationen sein.

Eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage kann vorsehen, dass die Erkennung der Art und/oder der Position und/oder der Orientierung einer eingesetzten Bearbeitungsstation über eine informationstechnischen Datenaustausch mit der Zentralsteuerung erfolgt. Alternativ kann die Erkennung der Art und/oder der Position und/oder Orientierung der eingesetzten Bearbeitungsstation auch robotergestützt erfolgen, wobei robotereigene Sensoren und/oder robotereigene Aktoren bzw. extra zu diesem Zweck eingesetzte Sensoren und/oder Aktoren zum Einsatz kommen können. Auch kann es sinnvoll sein, die Fertigungsstation nach ihrer Größe hin anzuordnen.

Die Fertigungsanlage kann wahlweise auch Fertigungsstationen zur Lagerung bzw. Pufferung von Werkzeugen bzw. zur Lagerung bzw. Pufferung des Materialflusses beinhalten.

Zur Erhaltung des Materialflusse und/oder als Zuführung zu Füge- und/oder Bearbeitungsprozessen können innerhalb der Fertigungsanlage ein oder mehrere Handhabungsgeräte zum Einsatz kommen. Hierbei kann es sich um ein Handhabungsgerät handeln, dessen erste Achse eine Linearachse ist. Bei dem Handhabungsgerät kann es sich auch um einen Portalroboter handeln.

Die Handhabungsgeräte können so programmiert sein, dass sie einen vorgegebenen Fertigungsablauf unabhängig von der Position und/oder Lage der Fertigungsstationen innerhalb der Anlage durchführen können. Wahlweise können die Handhabungsgeräte werkstück- oder werkzeugführend eingesetzt werden. Der Arbeitsraum des Handhabungsgeräts ist vorzugsweise in mehrere Bereiche unterteilt, wobei dem Handhabungsgerät der Zugriff auf einen Teil des Arbeitsraumes verwehrt werden kann. Der Arbeitsraum, auf weichen das Handhabungsgerät keinen Zugriff hat, kann zur Wartung, zum Austausch oder zur manuellen Bedienung von Fertigungsstationen genutzt werden.

Von Vorteil kann es sein, wenn die unterschiedlichen Arbeitsräume unterschiedliche Anforderungen an die Reinheit erfüllen (Schmutzbereich/Messbereich usw.).

Die Fertigungsstationen können wahlweise über eine eigene Steuerung verfügen, die es ihnen erlaubt, die Fertigungsprozesse der Fertigungsstation zu steuern und oder mit anderen Fertigungsstationen oder einer übergeordneten Steuerung zu kommunizieren. Hierbei kann es vorteilhaft sein, wenn sich die Bearbeitungsstation nach dem Einsetzen und Anschließen in die Anlage automatisch bei den anderen Fertigungsstationen und oder einer zentralen Steuerung anmelden. Die Fertigungsstationen können sich selbst und oder untereinander bzgl. Ihres Systemzustandes diagnostizieren. Die Fertigungsstationen können die übergeordnete Steuerung und umgekehrt bzgl. deren Systemzustandes diagnostizieren.

Eine weitere Variante kann vorsehen, dass die Anlage den Zustand der Fertigungsstationen überwacht und bei Wartungs- oder Reparaturbedarf den Austausch von Fertigungsstationen automatisiert vornimmt bzw. veranlasst. Wahlweise kann bei Ausfall einer der beteiligten Steuerungen deren Funktion durch eine andere beteiligte Steuerung übernommen werden.

Eine weitere Option kann darin bestehen, dass die Anlage und/oder die Fertigungsstationen über eine informationstechnische Schnittstelle fernwartbar sind.

Die Fertigungsstationen können gemäß einer weiteren Variante sowohl innerhalb der Fertigungsanlage als auch außerhalb der Fertigungsanlage betrieben werden (Stand-alone- Lösung ohne die Notwendigkeit einer steuerungstechnischen Verknüpfung mit der Anlagensteuerung).

Die modularen Fertigungsstationen sind vorzugsweise so gestaltet, dass sie zum besseren Transport oder der besseren Lagerbarkeit stapelbar sind.

Eine weiterer vorteilhafte Variante der erfindungsgemäßen Fertigungsanlage kann darin bestehen, dass die Anlage so ausgeführt wird, dass der Austausch der modularen Fertigungsstationen durch das verwendete/die verwendeten Handhabungsgeräte erfolgen kann. Die modularen Fertigungsstationen können darüber hinaus so gestaltet sein, dass sie mit den gängigen Flurförderzeugen auf einfach Weise bewegt werden können.

Zudem kann die Anlage so mit einem führerlosen Transportsystem verknüpft werden, dass der Austausch der modularen Fertigungsstationen automatisiert erfolgen kann.

Die modularen Fertigungsstationen können auch so ausgeführt sein, dass Sie über eine eigene Umhausung verfügen.

I

Die modularen Fertigungsstationen können wahlweise so ausgeführt werden, dass diese hermetisch in eine oder mehrere Richtungen verschlossen oder verschließbar ausgeführt sind. Die modularen Fertigungsstationen können über einen

öffnungsmechanismus verfügen, der es erlaubt die modularen Fertigungsstationen automatisiert und/oder robotergestützt zu öffnen bzw. zu verschließen. Die modularen Fertigungsstationen können so ausgeführt sein, dass sie eine eigene Klimatisierung des Innenraumes erlauben. Die modularen Fertigungsstationen können so ausgeführt sein, dass sie Reinraumbedingungen genügen (Klimaschleuse, über- oder Unterdruck im

Innenraum,...). Die modularen Fertigungsstationen können auch so ausgeführt sein, dass sie eine Lagerung, Handhabung bzw. Fertigung von Bauteilen der Mikrosystemtechnik bzw. den Umgang mit Körpern und Komponenten der Biotechnologie oder mit Gefahrstoffen erlauben.

Es können mehrere redundante modulare Fertigungsstationen für wichtige oder verschleiß- oder ausfallträchtige Funktionen vorhanden sein, wobei die Anlage wahlweise auf diese Zugreifen kann, so dass je eine modulare Fertigungsstation in Funktion ist und ein oder mehrere andere gewartet oder modifiziert werden können (Beispiel: automatischer

Wechsel zur redundanten modularen Fertigungsstation). Die redundanten (nodularen Fertigungsstationen können wahlweise in der Anlage vorgehalten werden oder nur bei Bedarf in die Anlage eingefügt werden.

Die vorliegende Erfindung umfasst weiterhin Verfahren zur Positionierung von Befestigungsstellen der Anlagenumgebung bzw. der Fertigungsstationen, wobei die

Befestigungsstellen in der Anlagenumgebung durch eine als Positionierrahmen ausgeführte Vorrichtung festgelegt werden. Eine Variante des Verfahrens kann vorsehen, dass die stationsseitigen Befestigungsstellen durch eine als Positionierrahmen ausgeführte Vorrichtung festgelegt werden. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Vorrichtung zur Festlegung der stationsseitigen Befestigungsstellen und die Vorrichtung zur Festlegung der umgebungsseitigen Befestigungsstellen in einer Vorrichtung und oder einem Bauteil integriert sind bzw. dass diese Vorrichtungen identisch sind.

Abhängig von der gewählten Ausgestaltung bietet die Erfindung eine oder mehrere der nachfolgend genannten Vorteile, wobei auch diese Aufzählung wieder nicht abschließend zu betrachten ist:

> Module kostengünstig herstellbar da standardisiert und daher viele Gleichteile;

> Geringer Engineering-Aufwand zur Erstellung neuer Fertigungsfunktionalitäten innerhalb einer Anlage (Standardisierung macht Einsatz von Vorrichtungen wirtschaftlich) und dadurch Kosten- und Zeiteinsparung sowie Qualitätsverbesserung;

I > Einsparung von Grundfläche: Im Falle des Einsatzes von geeigneten Robotersystemen - wie z.B. Portalrobotern - kann auf eine Verkettung durch Förderbänder o.a. verzichtet werden, so dass der Flächenbedarf der letztgenannten Einheiten eingespart werden kann

> Standardisierung der Module/ der modularen Fertigungsstationen führt zu hohen Stückzahlen: StandardmoduleMationen können in größeren Losgrößen produziert werden und ggf. so vorgehalten werden, das nach Eingang einer Bestellung für ein spezifische modulare Fertigungsstation ein Standardmodul nur noch für die jeweilige Aufgabe konfektioniert werden muss (Zeitvorteil, Kostenvorteil,...);

> Durch die Standardisierung werden Dokumentationsprozesse vereinfacht (herstellerseitige Dokumenation (z.B. Zeichnungsverwaltung), Anlagendokumentation für Kunden, Durchführung und Dokumentation von Gefährdungsanalysen,...);

> Standardmodule/modulare Fertigungsstationen können (wegen der standardisierten Schnittstellen und Abmessungen) auf einfache Weise beim Hersteller vor dem Versand ausgiebig in einer herstellerseitigen Anlage programmiert, getestet und ggf. optimiert werden;

> Kompletter Test und Parametrierung von Mechanik, Elektrik und Software vor Auslieferung möglich;

> Modifikation, Wartung und Erweiterung können mit minimalen Stillstandszeiten realisiert werden (Neuinstallation = Einsetzen in die Anlage, ggf. Verbindungen herstellen (mechanisch, energie-, informationstechnisch), ggf. Software der modularen Fertigungsstationen/ der zentralen Steuerung anpassen (Software ist ggf. auch modularisierbar!);

> Vereinfachte Wartung durch Fernmonitoring und -Wartung von modularen Fertigungsstationen möglich;

> Rüstzeitoptimierung;

> Verringerung des Risikos bei der Installation bei herstellerfernen Aufstellungsorten (fernes Ausland, schlechte Verfügbarkeit von Werkstätten, Fachkräften,...);

> Einfache Zusammenstellung neuer Anlagen (Baukastensystem); j

> Höhere Sicherheit bei der Kalkulation neue Projekte, da Kosten für Fertigungsstationen aus anderen Anwendungen bekannt;

> Systematische Pflege und Weiterentwicklung von Fertigungsstationen („systematische Produktpflege");

> Zuweisung von Verantwortlichkeiten individuell für jede einzelne, modulare Fertigungsstation möglich (Verantwortlichkeit: beim Hersteller, beim Anwender,...);

> Modularisierung ermöglicht dem Betreiber von Fertigungsanlagen neue Strategien bei der Anlagenkonzeption: schrittweiser Anlagenausbau, bedarfsorientierter Ausbau, erfolgsorientierter Anlagenausbau usw.;

> Modularisierung ermöglicht dem Hersteller von Fertigungsanlagen neue Fertigungsund Verkaufsstrategien:

o Leasing, Vermietung von Modulen/ von modularen Fertigungsstationen;

o Rückkauf und Wiederverkauf von Modulen/ von modularen

Fertigungsstationen (z.B. mit zwischengeschalteter Instandsetzung oder auch Neukonfektionierung);

o modulspezifische bzw. stationsspezifische Wartungs- und Serviceverträge;

o Outsourcing der Entwicklung und oder Produktion einzelner Module/einzelner Fertigungsstationen;

o Entwicklung und Fertigung von Modulen/ von modularen Fertigungsstationen an unterschiedlichen Standorten (z.B.: anspruchsvolle Module werden in der Entwicklungszentrale entwickelt, technisch weniger anspruchsvolle Module werden in einem untergeordneten Entwicklungsstandort erstellt);

o Entwicklung und Fertigung einzelner Systembestandteile an unterschiedlichen Standorten (z.B.: Grundmodule wird an einem untergeordneten Standort besonders kostengünstig hergestellt, der Ausbau bzw. die kundenspezifische Konfektionierung der Module erfolgt im zentralen Entwicklungs- und

Fertigungsstandort);

o Verkauf von Anlage zusammen mit Grundmodulen, die anwendungsspezifische Konfektionierung der Module kann ggf. auch durch den Kunden erfolgen;

> Einfache, schnelle und kostengünstige Wartbarkeit;

> Minimierung der Anlagenstillstandszeiten (Redundanz einzelner modularer Fertigungsstationen (bei Ausfall einer Station kann schnell und mit geringem Aufwand eine Redundanzstation in die Anlage angefahren werden));

> Anstelle eines Servicetechnikereinsatzes bei der Anlage vor Ort, kann ggf. auch ein fehlerhafte oder zu wartende modulare Fertigungsstation zum Hersteller gebracht werden (oder gegen eine funktionierende, modulare Fertigungsstation eingetauscht werden);

> Fertigungsanlage kann für jede Aufgabe optimiert aufgebaut werden (optimale Position und/oder Orientierung, nur die Fertigungsstationen in der Anlage vorhanden die auch tatsächlich gebraucht werden);

> Fertigungsstationen können zwischen verschiedenen Anlagen ausgetauscht werden;

> Steuerung kann Fertigungsstationen erkennen und - auf dieser Information aufbauend - selbständig einen sinnvollen Fertigungsablauf festlegen;

> Verriegelungsaktor ist ggf. an zentralen Schienen angebracht -> ein Aktor für mehrere Stationen einsetzbar, keine Energieversorgung der modularen Fertigungsstationen notwendig (z.B. zum Ver- oder Entriegeln), Aktoren belasten die Fertigungsstationen nicht mit ihrem Eigengewicht / geringe Bauraumanforderungen / Kosten;

> wenn die modularen Fertigungsstationen so ausgeführt werden, dass diese eine eigene Klimatisierung erlauben und/oder über besondere Schutzvorrichtungen verfügen: geeignet für den Umgang mit gefährlichen Stoffen, zur Aufzucht von Tieren und

Pflanzen bzw. zum Einsatz unter Reinraumbedingungen;

> Fertigungsstationen sind flexibel kombinierbar;

> lagegenaues Einsetzen von Fertigungsstationen;

> Nullpunkt-Spannen von ganzen Fertigungsstationen;

> Automatische Erkennung von Art und Lage der eingesetzten modularen Fertigungsstationen;

I

> Automatischer Anschluss von Energie- und Signalleitungen;

> Automatisiertes Spannen von Fertigungsstationen;

> Automatische Integration von Fertigungsstationen in einen Steuerungsablauf.

Zum oben erwähnten sog. „Nullpunkt-Spannen" von ganzen Fertigungsstation ist jedoch zu bemerken, dass diese mögliche Ausführungsform nicht immer sinnvoll anwendbar ist, da sie relativ kostspielig ist, so dass aus Kostengründen bei vielen Ausführungsvarianten darauf verzichtet werden kann.

Ein bisher nicht erwähnter Vorteil kann zudem darin bestehen, dass auf den Spannschienen definierte Positionen vorgegeben sein können, die eine exakte

Lagepositionierung und/oder Initialisierung eines Handhabungssystems und/oder Portalroboters ermöglichen. Ggf. kann durch die Spannschienenpositionen auch nur eine

vorläufige bzw. grobe Vorinitialisierung/-poistionierung gegeben sein, die vor Inbetriebnahme der Anlage durch eine Feinjustierung bzw. Feininitialisierung ergänzt werden kann.

Zu erwähnen ist weiterhin, dass die Begriffe „Fertigungsstation", „Modul", „Box" etc. nicht immer trennscharf unterschieden werden, sondern teilweise synonym zu verstehen sind. Es sei in diesem Zusammenhang darauf hingewiesen, dass der am häufigsten verwendete Ausdruck „Fertigungsstation" für die modular einzusetzenden und zu kombinierenden Module auch durch andere Begriffe ersetzt sein kann, ohne dass damit ein anderer Gegenstand gemeint sein soll.

Zu erwähnen ist schließlich, dass ein Spannaktor nicht nur umgebungsseitig angebracht werden kann, sondern auch modulseitig bzw. fertigungsstationsseitig. Die Erfindung umfasst grundsätzlich beide Varianten, so dass an dieser Stelle nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen werden soll, dass vom Fachmann eine solche kinematische Umkehrung berücksichtigt wird und bei Betrachtung einer der beiden Varianten grundsätzlich als austauschbar „mitgedacht" wird.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter

Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fertigungsanlage.

• Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung von Fertigungsstationen mit einfachem Rastermaß und doppeltem Rastermaß auf einem Spannschienenpaar.

Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Rastergestaltung.

Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine schienenartige Spannvorrichtung.

Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel des modulseitigen Teis einer Spann- und Zentriereinheit.

Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer umgebungsseitigen Spann und

Zentriereinheit.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spann und Zentrierbolzens zusammen mit einer Klemmplatte.

Die schematische Darstellung der Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Fertigungsanlage 2. Gezeigt ist eine Ausführung mit bodenseitig angebrachten Verriegelungsschienen, an denen die regelmäßig gruppierten Fertigungsmodule verankert sind. Der Aufbau zeigt eine beispielhafte Umsetzung einer erfindungs- gemäßen Fertigungsanlage im industriellen Fertigungszusammenhang. Vorteilhaft wird hier ein Portalroboter 4 in (Linear-) Portalbauweise eingesetzt. In der Anlage befinden sich erfindungsgemäß mehrere Fertigungsstationen 6, welche ganz oder teilweise in den Arbeitsraum des Handhabungsgeräts hineinreichen. Die Darstellung zeigt eine Ausstattung mit Standardstationen. Anwendungsspezifische Auf- und Anbauten der Fertigungsstationen 4 sind in der gezeigten Abbildung aus übersichtlichkeitsgründen nicht dargestellt.

Die schematische Darstellung der Fig. 2 zeigt eine beispielhafte Ausführung von Fertigungsstationen 6 mit einfachem Rastermaß (links) und doppeltem Rastermaß (rechts) auf einem Spannschienenpaar (unten). Von Vorteil kann es sein, wenn die (individuellen) Abmessungen der verschiedenen Module auf ein ganzzahliges Vielfaches eines Grundmoduls zurückgehen. Das Grundmodul kann bspw. eine quadratische Grundfläche aufweisen. Dem entsprechend können doppelt große Module eine Grundfläche mit gleicher Schmalseite und doppelt langer Längsseite aufweisen, wie dies in Fig. 2 dargestellt ist. Selbstverständlich sind auch andere Module, bspw. mit dreifacher, vierfacher oder mehrfacher Grundfläche möglich.

Die schematische Darstellung der Fig. 3 zeigt ein Beispiel für eine Rastergestaltung.

In dem gezeigten Beispiel können ein bis drei Fertigungsstationeri auf dem Raster angeordnet werden. Dabei bezeichnet die Bezugsziffer 10 eine Spannschiene, die Bezugsziffer 12 eine weitere, kürzere Spannschiene und die Bezugsziffer 14 eine Box bzw. ein Modul, das seitlich versetzt zu anderen Modulen angeordnet sein kann. Die in der Fig. 3 eingetragenen Längenmaße a und b verdeutlichen die typischen Abmessungen eines

Moduls sowie des Abstands zwischen zwei Modulen. Bei geeigneter Gestaltung der beiden Maße a) und b) können die Module mit unterschiedlichen Orientierungen in die Anlage eingebracht und dort verriegelt werden. Die Befestigungsschienen können z.B. paarweise mit einem Abstand zwischen den Schienenpaaren angeordnet werden. Alternativ können die Schienen aber auch mit einem konstanten Abstand untereinander angeordnet werden, was es dann bei geeigneter Gesamtgestaltung erlaubt, längliche Module auch quer zu den Schienen einzusetzen. Bei Verzicht auf eine Fixierung durch Schienen gilt das hier gesagte äquivalent für die Anordnung der umgebungsseitigen Befestigungen/Fixierungen.

Die schematische Detaildarstellung der Fig. 4 zeigt ein Beispiel für eine schienenartige Spannvorrichtung. Jedes Modul weist im gezeigten Fall vier Standfüße auf, die jeweils von unten mit der Spannschiene verspannt und/oder verschraubt sein können. Vorzugsweise sind sie unverrückbar verspannt, so dass eine definierte Lage gewährleistet ist.

Die Detailschnittdarstellung der Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spann- und

Zentriereinheit zur Fixierung der Fertigungsstationen 6 bzw. deren Module 14 auf den Spannschienen (hier nicht dargestellt). Ggf. können die Spannbolzen unterschiedliche Funktionen in Bezug auf die Lagefestlegung der Fertigungsstationen bereitstellen und entsprechend unterschiedlich gestaltet sein. Dargestellt ist der stationsseitige Teil der Spann- und Zentriereinheit, der unterschiedliche Spannbolzengeometrien (20,22) , eine Fußplatte 24, eine Lagerbuchse 26, eine Tellerfeder 28, eine Schraubenfeder 30, eine Führungsdose 32 und Schrauben 34 für die Führungsdose 32 sowie Schrauben 36 für die Fußplatte 24 umfasst. Die Fußplatte 24 dient zur Auflage auf einer Spannschiene, auf der sie mittels der Spannbolzen 20 positionierbar und fixierbar ist.

Die schematische Darstellung der Fig. 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Spann- und Zentriereinheit. Dargestellt ist eine sog. umgebungsseitige Einheit, d.h. ein Schienensystem, an dem die Füße der Module (vgl. Fig. 5) verankert werden. Die Bezugsziffer 40 der Fig. 5 bezeichnet einen Pneumatikzylinder, die Bezugsziffer 42 einen vom Pneumatikzylinder 40 in Schienenlängsrichtung verschiebbaren Schieber, die Bezugsziffer 44 eine Klemmplatte, die mit einem Spannbolzen 46 und einem Spannfuß 48 zusammenwirkt. Klemmplatte 44, Spannbolzen 46 und Spannfuß 48 sind Bestandteile eines Fußes eines Moduls (nicht dargestellt). Die Bezugsziffer 50 bezeichnet schließlich ein Vierkantrohr, das die stabilisierende Basis für die Bodenschiene bilden kann.

Die Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Spann- und Zentrierbolzens 54 zusammen mit einer Klemmplatte 52. Die Bezugsziffer 56 bezeichnet die beiden Schrauben 56 links und rechts von der Verankerung des Spannbolzens 54.

Die schematischen Darstellungen der Figuren 1 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel für die rastergemäße Ausgestaltung von einer Fertigungsanlage mit Fertigungsstationen in zwei unterschiedlichen Größen, sowie die Aufstellung der Stationen auf bodenseitigen Aufnahmen, hier in Form eines sog. Spannschienenpaars. Die vergrößerte Schnittansicht zeigt eine mögliche Zentriervorrichtung, in welche im gezeigten Fall vorteilhaft zusätzlich eine Fixierfunktion integriert wurde, so dass die eingebrachten Stationen zuverlässig und mit hoher Genauigkeit mit der Anlagenumgebung verbunden werden können.

Der Spannvorgang erfolgt in der gezeigten Ausführung zentral über mit Druckluft beaufschlagte Zylinder, von denen in der gezeigten Ausführungsform an jeder Schiene jeweils einer angebracht ist. Die Zylinder bewegen Schieber, auf denen vorzugsweise eine Klemmplatte je Aufnahme als Verriegelungselement befestigt sind, mit deren Hilfe die stationsseitig montierten Spann- und Positionierbolzen umfasst werden können. Durch den keilförmigen Querschnitt und die entsprechend ausgestaltete Kontur der öffnung in der Klemmplatte ist es möglich, die Bolzen gegen die Kraft von nachgiebigen Elementen - hier Federelementen - zu verspannen und in der Endlage selbsthaltend zu fixieren. Elastische Elemente (hier Spiralfedern) sorgen für eine Vorspannung der Bestimmbolzen; sie ermöglichen aber gleichzeitig auch das Einfahren der Bestimmbolzen beim Abstellen der Stationen außerhalb der Spannvorrichtung (z.B. auf einem ebenen Boden).

Rein vorsorglich sei an dieser Stelle nochmals erwähnt, dass ein Spannaktor bzw. eine Spanneinrichtung nicht nur umgebungsseitig angebracht werden kann, sondern auch modulseitig bzw. fertigungsstationsseitig. Die Erfindung umfasst grundsätzlich beide Varianten, so dass an dieser Stelle nochmals ausdrücklich darauf hingewiesen werden soll, dass vom Fachmann eine solche kinematische Umkehrung berücksichtigt wird und bei Betrachtung einer der beiden Varianten grundsätzlich als austauschbar „mitgedacht" wird.

Bezugszeichenliste

2 Fertigungsanlage

4 Portalroboter

6 Fertigungsstation

10 Spannschiene

12 weitere, kürzere Spannschiene

14 Modul (Box)

20 Spannbolzen Typ A/B

22 Spannbolzen Typ C

24 Fußplatte

26 Lagerbuchse

28 Tellerfeder

30 Schraubenfeder

32 Führungsdose

34 Schraube für 32

36 Schraube für 24

40 Pneumatikzylinder

42 Schieber (Wirkkörper)

44 Klemmplatte (Verriegelungselemente)

46 Spannbolzen

48 Spannfuß

50 Vierkantrohr

52 Klemmplatte

54 Spannbolzen

56 Schraube a Abstand a b Abstand b