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Title:
TRANSPORT DEVICE FOR COMPONENTS FOR TRANSPORTATION WITHIN A WORKSTATION
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2018/224357
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a transport device (10) for different types of components for transportation of the components (1) within a workstation (100), more particularly a workstation (100) for joining the components (1), having a component carrier (20) that has a component receiver (22) corresponding to a contour of the component (1) for receiving the component (1) and having a hold-down device (40) that also corresponds to the contour of the component (1).

Inventors:
KLEMM, Thomas (Auf Kiefern 38, Heimbach, 55779, DE)
MAIER, Josef (In der Grät 9, Wadern, 66687, DE)
Application Number:
EP2018/064046
Publication Date:
December 13, 2018
Filing Date:
May 29, 2018
Export Citation:
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Assignee:
THYSSENKRUPP SYSTEM ENGINEERING GMBH (Weipertstr. 37, Heilbronn, 74076, DE)
THYSSENKRUPP AG (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
International Classes:
B25J15/00; B23K37/04; B23P19/00; B23P21/00; B23Q3/06; B23Q3/08; B23Q7/14; B25B5/06; B32B38/18; B62D65/18; B65G47/90; B65G47/92; B66C1/02; F16B47/00
Domestic Patent References:
WO2016152968A12016-09-29
WO2010125057A22010-11-04
Foreign References:
DE29805000U11999-07-29
FR2843708A12004-02-27
DE102009018618A12010-10-28
DE4111093A11992-10-08
US20150336271A12015-11-26
JP2000176875A2000-06-27
DE19754972A11999-06-24
Attorney, Agent or Firm:
THYSSENKRUPP INTELLECTUAL PROPERTY GMBH (ThyssenKrupp Allee 1, Essen, 45143, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Transportvorrichtung (10) für unterschiedliche Typen von Bauteilen (1) zum Transportieren der Bauteile (1) innerhalb einer Arbeitsstation (100), insbesondere einer Arbeitsstation (100) zum Fügen der Bauteile (1), umfassend

einen Bauteilträger (20), der eine mit einer Kontur des Bauteils (100) korrespondierende Bauteilaufnahme (22) zur Aufnahme des Bauteils (100) aufweist und

einen bezüglich des Bauteils (100) konturunabhängigen Niederhalter (40),

wobei der Bauteilträger (20) und der Niederhalter (40) über eine Kopplungsschnittstelle (50) in eine gekoppelte Stellung zueinander überführbar sind und in der gekoppelten Stellung der konturunabhängige Niederhalter (40) mit der Bauteilaufnahme (22) des Bauteilträgers (20) derart in eine Wirkverbindung tritt, um ein in der Bauteilaufnahme (22) aufgenommenes Bauteil (1) zu halten.

2. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der konturunabhängige Niederhalter (40) über ein oberflächennachgiebiges Andrückelement (42) mit der Bauteilaufnahme (22) des Bauteilträgers (20) in Wirkverbindung tritt.

3. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das oberflächennachgiebige Andrückelement (42) durch ein fluidgefüllten Kissen, einen elastomeren Hohlkörper oder eine Gasfederanordnung gebildet ist.

4. Transportvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplungsschnittstelle (50) mehrere, bevorzugt mindestens drei, Kopplungspunkte zwischen dem Niederhalter (40) und dem Bauteilträger (20) ausbildet.

5. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopplung in den Kopplungspunkten über eine elektromagnetische Aktuatorik der Kopplungsschnittstelle (50) erfolgt.

6. Transportvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetische Aktuatorik eine Kugelspreizmechanik umfasst.

7. Transportvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bauteilträger (20) und/oder der Niederhalter (40) jeweils einen Grundkörper (24, 44) aufweisen, wobei der Grundkörper (24, 44) aus einer Mehrzahl bevorzugt rechtwinklig zueinander ausgerichteter Konturblechen besteht und die Konturbleche in den jeweils zueinander benachbarten Bereichen formschlüssig miteinander verbunden sind.

8. Transportvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die formschlüssige Verbindung aus einer unmittelbaren Verprägung der Konturbleche untereinander besteht.

Description:
Transportvorrichtung für Bauteile zum Transportieren innerhalb einer Arbeitsstation

Die Erfindung betrifft eine Transportvorrichtung für unterschiedliche Typen von Bauteilen zum Transportieren der Bauteile innerhalb einer Arbeitsstation, insbesondere einer Arbeitsstation zum Fügen der Bauteile, mit einem Bauteilträger, der eine mit einer Kontur des Bauteils korrespondierende Bauteilaufnahme zur Aufnahme des Bauteils aufweist und einem bezüglich der Kontur des Bauteils ebenfalls korrespondierenden Niederhalter.

Heutzutage zeichnen sich Produktionsanlagen, auch als Fertigungslinien bezeichnet, für den Karosseriebau insbesondere durch eine hohe Typenflexibilität aus, wobei regelmäßig drei bis vier Typen zeitgleich produziert werden, allerdings in Nischenbereichen auch mehr als vier Typen vorkommen können. Im Karosseriebau kann ein Typ gemeinhin mit einer Karosserievariante gleichgesetzt werden, so dass ein Typ beispielsweise die Variante„Limousine", „Kombi" oder „Coupe" sein kann. Im Vergleich zu einer Produktionsanlage für eine 1-Typen-Produktion benötigen typenflexible Produktionsanlagen wesentlich umfangreichere Bauteiltransporteinrichtungen, was wiederum mit längeren nicht wertschöpfenden Anteilen an der gesamten Produktionszeit einhergeht und typenflexible Produktionsanlagen wesentlich komplexer bauen lässt. Demgegenüber ermöglichen typenflexible Produktionsanlagen jedoch wesentlich flexibler auf Marktschwankungen ohne wesentliche Stückzahleinbußen in ihrer Gesamtheit zu reagieren.

Heute sind Produktionsanlagen, seien sie typenrein oder typenflexibel, regelmäßig als Roboter- Anlagen ausgeführt, in denen roboterbasierte Transporteinrichtungen den Transport und die Handhabung und Fertigungsroboter die eigentliche Bearbeitung der Bauteile übernehmen. Sind Roboter in ihrem Handlungsfeld nicht komplett ausgelastet werden Funktionen auch kombiniert ausgeführt, so dass Roboter neben ihrer Fertigungsaufgabe auch Transportaufgaben übernehmen. Die eigentliche Bearbeitung besteht beispielsweise in fügetechnischen Operationen, wie beispielsweise Schweißen, Löten, Kleben, Schrauben oder Clinchen, und kann dem wertschöpfenden Bereich der Gesamtanlage zugeordnet werden. In Abgrenzung hierzu sind der Transport und die Handhabung der Bauteile dem nicht-wertschöpfenden Bereich der Gesamtanlage zuzuordnen. Eine Produktionsanlage kann in mehrere Arbeitsstationen unterteilt sein, wobei jeder Arbeitsstation sowohl wertschöpfende Teilbereiche als auch nicht-wertschöpfende Teilbereiche zugeordnet sein können. Ein prinzipieller Unterschied zwischen dem wertschöpfenden Bereich und dem nicht-wertschöpfenden Bereich besteht darin, dass im wertschöpfenden Bereich die Positionsgenauigkeit, mit der ein Bauteil bezüglich der Bearbeitungsanlage positioniert werden muss, hoch sein muss, während im nicht-wertschöpfenden Bereich die Positionsgenauigkeit, mit der ein Bauteil bezüglich der Transporteinrichtung positioniert werden muss, gemeinhin deutlich geringer sein kann. In dem nicht-wertschöpfenden Bereich umfassen die Transporteinrichtungen meist einen oder mehrere Roboter, mehrere Greifer und gegebenenfalls mehrere Bauteilträger. Die Greifer sind in den meisten Produktionsanwendungen dazu ausgelegt ein Bauteil unmittelbar aufzunehmen oder sie sind dazu ausgelegt, einen palettenartigen Bauteilträger aufzunehmen, in dem das Bau- teil über eine Bauteilaufnahme abgelegt und positioniert ist. Die Greifer können über eine geeignete Schnittstelle lösbar mit einem Roboterarm verbunden werden. In dem letztgenannten Fall, in dem ein Greifer das Bauteil mittelbar über einen Bauteilträger aufnimmt, sind sowohl der Greifer als auch die Bauteilaufnahme mit der Kontur des Bauteils korrespondierenden Anlageflächen ausgestattet. In diesem Zusammenhang kann die Einheit bestehend aus Greifer und Bauteilträ- ger als Transportvorrichtung bezeichnet werden, die somit im Verbund mit dem beweglichen und gegebenenfalls verfahrbaren Roboter eine Transporteinrichtung ergibt. Die beschriebene Situation führt dazu, dass für die verschiedenen Bauteile jedes produzierten Typs einerseits Greifer und Bauteilträger und andererseits Ablageplatz, zur Ablage der Greifer und der Bauteilträger, wenn diese gerade nicht im Einsatz sind, bereitgehalten werden muss. Außerdem ist für jeden Wechsel eines Greifers an dem Roboterarm ein gewisser Zeitraum erforderlich, so dass dies in dem gesamten Produktionstakt berücksichtigt werden muss. Damit ist die Produktionsanlage zwar insgesamt typenflexibel ausgestaltet, allerdings auf Kosten einer überwiegend typenreinen Ausgestaltung der Transporteinrichtung im nicht-wertschöpfenden Bereich. Ein Beispiel für einen Greifer zeigt die JP 2000 176 875 A. Ein Beispiel für einen Niederhalter, der das Werkstück zur Posi- tionierung sichert, zeigt die DE 197 54 972 C2.

Ausgehend hiervon besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Transportvorrichtung bereitzustellen, die einen weitestgehend typenflexiblen Transport beziehungsweise eine Handhabung der Bauteile ermöglicht.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Transportvorrichtung für unterschiedliche Typen von Bautei- len zum Transportieren der Bauteile innerhalb einer Arbeitsstation, insbesondere einer Arbeitsstation zum Fügen der Bauteile, mit einem Bauteilträger, der eine mit einer Kontur des Bauteils korrespondierenden Bauteilaufnahme zur Aufnahme des Bauteils aufweist und

einem bezüglich des Bauteils konturunabhängigen Niederhalter, wobei der Bauteilträger und der Niederhalter über eine Kopplungsschnittstelle in eine gekoppelte Stellung zueinander überführbar sind und in der gekoppelten Stellung der konturunabhängige Niederhalter mit der Bauteilaufnahme des Bauteilträgers derart in eine Wirkverbindung tritt, um ein in der Bauteilaufnahme aufgenommenes Bauteil zu halten.

Hierbei ist erfindungsgemäß der zuvor beschriebene Greifer als Niederhalter bezeichnet, da ihm die erfindungsrelevante Funktion des Niederhaltens des Bauteils auf die Bauteilaufnahme zu- kommt. Unter konturunabhängig soll eine Eigenschaft verstanden werden, die es dem Niederhalter ermöglicht unter Anwendung eines gewissen Anpressdrucks sich der Oberfläche eines Bauteils anzupassen. Dieser Anpressdruck des Niederhalters auf das Bauteil erfährt eine Reaktionskraft in der Kopplungsschnittstelle zwischen dem Niederhalter und dem Bauteilträger. Die erfin- dungsgemäße Transportvorrichtung gewährleistet ein wiederhohlgenaues Aufnehmen des Bauteilträgers durch den Niederhalter und ein positionsgenaues Halten des Bauteils in der Bauteilaufnahme. Die erfindungsgemäß realisierte typenflexible Niederhaltefunktion über den Niederhalter erübrigt einen fortwährenden Wechsel zwischen den entsprechenden Greifern in typenflexiblen Produktionsanlagen. Hiermit geht ein reduzierter Programmier- und Integrationsaufwand insbesondere beim Nachrüsten weiterer Typen einher.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der konturunabhängige Niederhalter über ein oberflächennachgiebiges Andrückelement mit der Bauteilaufnahme des Bauteilträgers in Wirkverbindung tritt. Hierbei wird es erfindungsgemäß als ausreichend betrachtet, wenn diese Anpassung zumindest an etwa einem Drittel der Oberfläche erfolgt, da dann sichergestellt ist, dass das Bauteil ausreichend gegen die Bauteilaufnahme beaufschlagt wird und gegenüber dieser nicht verrutschen kann. Als Bauteil kann entweder ein Außenhautteil oder auch ein Strukturteil vorgesehen sein. Ein oberflächennachgiebiges Andrückelement gewährleistet in vorteilhafter Weise, dass sich die Anpresskraft gleichmäßig auf die Kontaktfläche zwischen Niederhalter und Bauteilträger verteilt und ein gleichmäßiger Anpressdruck entsteht. In konkreter Ausgestal- tung kann vorgesehen sein, dass das oberflächennachgiebige Andrückelement durch ein fluid- gefülltes Kissen, einen elastomeren Hohlkörper oder eine Gasfederanordnung gebildet ist.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kopplungsschnittstelle mehrere, bevorzugt mindestens drei, Kopplungspunkte zwischen dem Niederhalter und dem Bauteilträger ausbildet. Über mehrere Kopplungspunkte kann eine sichere und verwindungssteife Verbindung zwischen dem Niederhalter und dem Bauteilträger sichergestellt werden.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kopplung in den Kopplungspunkten über eine elektromagnetische Aktuatorik der Kopplungsschnittstelle erfolgt. Über eine elektromagnetische Aktuatorik ist eine besonders energiesparende Kopplung möglich. In konkreter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die elektromagnetische Aktuatorik eine Kugel- spreizmechanik umfasst.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Bauteilträger und/oder der Niederhalter jeweils einen Grundkörper aufweisen, wobei der Grundkörper aus einer Mehrzahl bevorzugt rechtwinklig zueinander ausgerichteter Konturblechen besteht und die Konturbleche in den jeweils zueinander benachbarten Bereichen formschlüssig miteinander verbunden sind. Hier- durch entsteht in vorteilhafter Weise eine steife, kompakte und im Sinne einer Fertigung eine wiederholgenaue Leichtbauausführung. Hierdurch entsteht ein Konturraster, welches in der Lage ist, das Bauteil maßgenau und in einer wiederholbaren Qualität aufzunehmen. In konkreter Ausgestaltung kann vorgesehen sein, die formschlüssige Verbindung aus einer unmittelbaren Verprä- gung der Konturbleche untereinander besteht. Durch die Verprägung ist eine ausreichend hohe Steifigkeit zur Aufnahme des Anpressdrucks durch den Niederhalter gewährleistet.

Die Erfindung wird nachfolgend mit weiteren Merkmalen, Einzelheiten und Vorteilen anhand der beigefügten Figuren erläutert. Die Figuren illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung. Hierin zeigen

Figur 1 eine Arbeitsstation einer Produktionsanlage für den Karosseriebau;

Figur 2 eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung in nicht gekoppelter Stellung;

Figur 3 eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung in gekoppelter Stellung und

Figur 4 eine weitere Ausführung einer erfindungsgemäßen Transportvorrichtung.

Die Figur 1 zeigt exemplarisch und nicht maßstabsgetreu eine Arbeitsstation 100 einer im Übri- gen nicht dargestellten Produktionsanlage für den Karosseriebau, in der Bauteile beispielsweise mittels Fügeoperation zu einer Karosserie oder Teilkarosserie zusammengesetzt werden. Eine Übernahmestation 102 ist derart ausgestaltet, dass sie einen Bauteilträger 20 übernehmen oder bereitstellen kann, je nachdem ob der Bauteilträger 20 mit einem Bauteil 1 bestückt ist oder nicht. Benachbart ist eine Speicherstation 106 zur Zwischenspeicherung leerer, das heißt nicht mit Bauteilen 1 bestückten, Bauteilträger 20 angeordnet. Die Speicherstation 106 kann in unterschiedlicher Konfiguration ausgeführt sein, beispielsweise als Stapelturm, nach dem Prinzip last- in-first-out, oder als Regal- oder Schubladensystem, nach dem Prinzip first-in-first-out. Im Bereich der Übernahmestation 102 und der Speicherstation 106 ist ein Handhabungsroboter 108 platziert, an dessen Roboterarm 110 ein erfindungsgemäßer Niederhalter 40 angekoppelt ist, der zusammen mit dem Bauteilträger 20 eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung 10 ergibt, wie später im Detail beschrieben wird. Der Roboter 108 ist dazu vorgesehen die Bauteilträger 20 in der Übernahmestation 102 und der Speicherstation 106 zu handhaben und einer Zwischenstation 112, die beispielsweise als Schwerkraftförderer ausgeführt ist, zu übergeben. An die Zwischenstation 112 schließt an deren anderen Ende eine weitere Speicherstation 114 an, die mit der Speicherstation 106 vergleichbar ist. Außerdem ist eine Übergabestation 116 vorgesehen, die mit der Übernahmestation 102 vergleichbar ist. Schließlich ist ein weiterer Handhabungsroboter 118 mit einem Roboterarm 120 vorgesehen, der mit dem Roboter 108 vergleichbar ist.

Die Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Transportvorrichtung 10, die über eine nicht näher zu beschreibende, lösbare Schnittstelle 122 an einen Roboterarm 110, 120 angekoppelt ist. Die Transportvorrichtung 10 umfasst strukturell den Bauteilträger 20 und den Niederhalter 40, die über eine Kopplungsschnittstelle 50 in eine miteinander gekoppelte Stellung überführt werden können. Figur 2 zeigt eine nicht gekoppelte Stellung. Sowohl der Bauteilträger 20 als auch der Niederhalter 40 können einen Grundkörper 24 beziehungsweise 44 umfassen. Die jeweiligen Grundkörper 24, 44 können in Leichtbauweise ausgeführt sein, wobei insbesondere bevorzugt ist, dass die Grundkörper 24, 44 aus einer Mehrzahl bevorzugt rechtwinklig zueinander ausgerichteter Konturblechen bestehen und die Konturbleche in den jeweils zueinander benachbarten Bereichen formschlüssig miteinander verbunden sind. Weiterhin ist eine Kopplungsschnittstelle 50 vorgesehen, die sich auf den Bauteilträger 20 und den Niederhalter 40 erstrecken kann. In konkreter Ausgestaltung kann die Kopplungsschnittstelle 50 eine elektromagnetische Aktuatorik umfassen, die beispielsweise eine Kugelspreizmechanik umfasst.

Weiterhin ist zu erkennen, dass auf dem Grundkörper 24 des Bauteilträgers 20 eine Bauteilaufnahme 22 angeordnet ist, auf der vorliegend ein Bauteil 1 aufliegt beziehungsweise positioniert ist. Bei dem Bauteil 1 kann es sich beispielsweise um ein Außenhautteil für eine Karosserie han- dein, das eine gewisse dreidimensionale Kontur ausbildet, die vorliegend als zweidimensional geschwungener Verlauf symbolisiert ist. An dem Grundkörper 44 des Niederhalters 40 ist an dessen Unterseite ein oberflächennachgiebiges Andrückelement 42 angeordnet, das in der Lage ist, mit der Bauteilaufnahme 22 des Bauteilträgers 20, und damit gleichzeitig mit einem auf der Bauteilaufnahme 22 gelagerten Bauteil 1, in eine Wirkverbindung zu treten, wie nun beschrieben wird.

Die Figur 3 zeigt eine Stellung, in der der Bauteilträger 20 und der Niederhalter 40 miteinander gekoppelt wurden und zwar in dem der Niederhalter 40 über den Roboterarm 110, 120 auf dem Bauteilträger 20 abgelegt wurde und Niederhalter 20 und Bauteilträger 20 über die Kopplungsschnittstelle 50 miteinander gekoppelt wurden. In diesem gekoppelten Zustand kann der Robo- terarm 110, 120 sowohl den Niederhalter als auch den Bauteilträger 20 mit dem Bauteil 1 bewegen. Zu erkennen ist nun, dass sich in dieser gekoppelten Stellung das oberflächennachgiebige Andrückelement 42 infolge der Zustellbewegung des Niederhalters 40 und des sich einstellenden Kontakts mit dem Bauteilträger 20 derart verformt hat, dass es sich zumindest teilweise der Kontur des Bauteils 1 angepasst hat. Das oberflächennachgiebige Andrückelement 42 liegt somit weitestgehend flächig auf dem Bauteil 1 an und damit auch mittelbar auf der Bauteilauflage 22. Infolge dieser Anlage übt das oberflächennachgiebige Andrückelement 42 einen Anpressdruck auf das Bauteil 1 in die Bauteilaufnahme 22 aus. Wird nun die Einheit aus Bauteilträger 20 und Niederhalter 40 innerhalb der Arbeitsstation 100 bewegt, wird das Bauteil 1 über das oberflächennachgiebige Andrückelement 42 positionsfest auf der Bauteilauflage 22 gehalten. Die Figur 4 zeigt eine weitere mögliche Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Transportvorrichtung 10, bei der der Niederhalter 40 zwei oberflächennachgiebige Andrückelemente 42χ und 42 2 aufweist, wobei die beiden Andrückelemente 42χ und 42 2 entgegengesetzt zueinander auf einer Oberseite und einer Unterseite des Niederhalters 40 angeordnet sind.

Bezugszeichenliste

1 Bauteil

10 Transportvorrichtung

20 Bauteilträger

22 Bauteilaufnahme

24 Grundkörper

40 Niederhalter

42 Andrückelement

44 Grundkörper

50 Kopplungsschnittstelle

100 Arbeitsstation

102 Übernahmestation

106 Speicherstation

108 Roboter

110 Roboterarm

112 Zwischenstation

114 Speicherstation

116 Übergabestation

118 Roboter

120 Roboterarm

122 Schnittstelle