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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Bearbeitungsstation zur Bearbeitung
eines Werkstücks, mit
einem zumindest eine Seitenwand aufweisenden Grundgestell, wobei
die Seitenwand einen Innenraum umgibt, und einer im Innenraum angeordneten Haltevorrichtung,
die zur Aufnahme zumindest eines Prozessmoduls ausgebildet ist und
der eine Steckverbindungseinheit zum elektrischen und/oder pneumatischen
Anschluss eines Prozessmoduls zugeordnet ist.
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Bearbeitungsstationen
sind im Zusammenhang mit einer Fließfertigungsanlage bspw. aus
DE 197 29 369 A1 der
Anmelderin bekannt. Ferner sind Bearbeitungsstationen auch aus
DE 197 41 671 A1 bekannt.
In beiden Veröffentlichungen
ist der Aufbau und die Funktionsweise einer Bearbeitungsstation sowie
eines darin vorgesehenen Prozessmoduls als Teil einer Fließfertigungsanlage
ausführlich
beschrieben, so dass auf weitere Ausführungen hierzu an dieser Stelle
verzichtet werden kann. Eine weitere Veröffentlichung einer Bearbeitungsstation
ist
DE 100 12 579
A1 .
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Neben
der genannten Fließfertigung,
bei der ein Werkstück
von einer Bearbeitungsstation zur nächsten transportiert wird,
gibt es auch sogenannte Stand-alone-Stationen, die manuelle Arbeitsumfänge beinhalten
und die alleine stehen und nicht mit weiteren Bearbeitungsstationen
zusammenarbeiten. Bisher sind diese Stand-alone-Stationen an die
jeweiligen an einem Werkstück
vorzunehmenden Bearbeitungsschritte baulich speziell angepasst,
so dass bei einer Änderung
oder einem Ausbau der Fertigung sehr häufig das Problem auftaucht,
dass die Station nicht weiter verwendet werden kann. Dies ist nicht nur
unter ökonomischen
Gesichtspunkten nachteilig.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Bearbeitungsstation
zu schaffen, der diese Nachteile nicht mehr anhaften. Insbesondere
soll sie flexibel und schnell umgestaltbar bzw. einzelne Komponenten
wiederverwendbar sein.
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Diese
Aufgabe wird von einer Bearbeitungsstation mit den in Anspruch 1
angegebenen Merkmalen gelöst.
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Nachfolgend
werden mit Bezug auf die Zeichnung Ausführungsbeispiele einer solchen
Bearbeitungsstation detailliert beschrieben. Dabei zeigen:
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1 eine perspektivische Darstellung
einer Bearbeitungsstation ohne Prozessmodul mit einer beispielhaften
Ausprägung
des Transportsystems als kreisförmig
umlaufendes Transportsystem;
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2 eine perspektivische Darstellung
der Bearbeitungsstation mit einem eingeschobenen Prozessmodul;
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3 eine perspektivische Darstellung
der Bearbeitungsstation mit insgesamt drei eingeschobenen Prozessmodulen;
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4 eine perspektivische Darstellung
einer Bearbeitungsstation mit noch nicht eingeschobenem Prozessmodul;
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5 eine perspektivische Darstellung
einer Bearbeitungsstation mit einem eingeschobenen und zwei noch
einzubauenden Prozessmodulen;
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6 eine schematische Draufsicht
einer Bearbeitungsstation mit drei Prozessmodulen;
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7a, b jeweils eine schematische Draufsicht
einer Bearbeitungsstation mit zweigeteiltem Grundgestell und einem
bzw. drei Prozessmodulen;
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8a, b jeweils eine schematische Draufsicht
einer Bearbeitungsstation mit zweigeteiltem Grundgestell und einem
breiteren Prozessmodul;
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9a, b jeweils eine schematische Draufsicht
einer Bearbeitungsstation mit einer geänderten Transportvorrichtung;
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10a eine perspektivische
Darstellung der Bearbeitungsstation mit einem eingeschobenen Prozessmodul;
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10b einen entfernten Schaltschrank
der Bearbeitungsstation für
einen Servicezugang; und
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10c eine schematische Draufsicht
einer Bearbeitungsstation mit drei Prozessmodulen.
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In 1 ist eine Bearbeitungsstation
schematisch dargestellt und mit dem Bezugszeichen 10 gekennzeichnet.
Die Bearbeitungsstation 10 umfasst ein Grundgestell 12,
das aus mehreren vertikalen und horizontalen Rahmenprofilen 14 aufgebaut
ist. Die Rahmenprofile sind so zusammengesetzt, dass ein rechteckiger
oder quadratischer Grundriss entsteht. An den Rahmenprofilen 14 sind
Wandelemente 16 angebracht, um einen im wesentlichen geschlossenen
Innenraum 18 zu erhalten.
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In 1 ist zu erkennen, das die
unteren Wandelemente 16a aus einem Lochblech und die oberen
Wandelemente 16b aus einem durchsichtigen Material gefertigt
sind.
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Eine
Seite 20 der Bearbeitungsstation verfügt über ein bogenförmiges Wandelement 22,
wobei sich der Bogen nach außen spannt.
In diesem Wandelement 22 ist eine Öffnung 24 vorgesehen,
so dass ein Zugang in den Innenraum 18 freigegeben wird. Dieser
Zugang ist erforderlich, um einen manuellen Arbeitsplatz an dieser
Seite 20 einzurichten.
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Im
Innenraum 18 der Bearbeitungsstation 10 ist ein
Rundtisch 30 vorgesehen, der zur Aufnahme von Werkstücken bzw.
Werkstückträgern ausgebildet ist.
Der Rundtisch 30 wird von einer Haltevorrichtung abgestützt, die
in 1 jedoch nicht zu
erkennen ist. Dieser Haltevorrichtung ist ein Antriebsmittel zugeordnet,
das den Rundtisch 30 drehen kann. Gut zu erkennen ist in 1, dass der Bogen des Wandelements 22 an
den Radius des Rundtisches angepasst ist, so dass der Rundtisch
mit einem Abschnitt in dem Bereich des Wandelements 22 liegt.
Damit ist es möglich,
dass Werkstücke
auf dem Rundtisch über den
Zugang in dem Wandelement 22 zu handhaben.
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Jedes
der unteren Wandelemente 16a (außer auf der Seite 20) besitzt
einen Bereich 26, der abnehmbar ist, um damit eine Öffnung in
den Innenraum 18 zu schaffen. Diese Öffnung ist so ausgelegt, dass
ein Prozessmodul 50 von außen in die Bearbeitungsstation
eingeschoben werden kann. Wie dies erfolgt ist in den 4 und 5 dargestellt. Im übrigen sei an dieser Stelle
auf die eingangs genannten Druckschriften der Anmelderin hingewiesen,
in denen explizit der Aufbau und die Funktion der Prozessmodule
und deren Einbau beschrieben ist. Der Offenbarungsgehalt dieser
Druckschriften soll durch diese Bezugnahme teil der vorliegenden
Offenbarung werden.
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Wie
in der
DE 197 29 369
A1 bzw.
DE
197 41 671 A1 angegeben, werden die Prozessmodule
50 mit
Hilfe eines Hubwagens in die Bearbeitungsstation gefahren und dort über zwei
Bolzenverbindungen befestigt. Diese Befestigung erfolgt im vorliegenden
Fall über
die Haltevorrichtung, an der solche Bolzen bzw. entsprechende Öffnungen
zur Aufnahme von Bolzen vorgesehen sind. Darüber hinaus sind Steckverbindungen
an der Haltevorrichtung vorgesehen, um Medienverbindungen (Druckluft,
Elektrizität
etc.) zwischen Prozessmodul und Bearbeitungsstation (Basis-Modul) zu ermöglichen.
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Wie
sich aus den 2 und 3 ergibt, sind Prozessmodul-Plätze an der
der Seite 20 gegenüberliegenden
Seite und den benachbarten Seiten vorgesehen. Die Prozessmodule
sind folglich in einem Winkel von 90° zueinander angeordnet (vgl. 3). Die Platzierung und
Befestigung der Prozessmodule in der Bearbeitungsstation erfolgt
so, dass der Bearbeitungsbereich im Bereich des Rundtisches liegt.
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In 7, 8 und 9 sind
weitere Ausführungsbeispiele
von Bearbeitungsstationen gezeigt, wobei insbesondere auf 7 eingegangen werden soll.
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Hier
ist das Grundgestell zweiteilig ausgebildet, wobei beide Teile 32, 34 verschiebbar
sind, um an den Seiten benachbart zu der Seite 20 jeweils eine Öffnung 36 zu
schaffen, durch die ein Prozessmodul 50 eingeschoben werden
kann (vgl. 7b).
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Im
Hinblick auf 9 ist anzumerken,
dass der Rundtisch durch ein umlaufendes Transportsystem ersetzt
wurde.
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In 10a ist eine weitere bevorzugte
Ausführungsform
einer Bearbeitungsstation gezeigt. Diese Bearbeitungsstation weist
im gezeigten Beispiel insgesamt ein an einer Seite des Grundgestells
eingeschobenes Prozessmodul auf. An der gegenüberliegenden Seite des Grundgestells
ist ein Schaltschrank 70 vorgesehen, der mittig einen in
den Innenraum hineinragenden Freiraum 72 besitzt, der zur Ausbildung
eines manuellen (Sitz-) Arbeitsplatzes dient. Oberhalb des Schaltschranks 70 und
des Freiraums 72 ist eine Öffnung in den Innenraum vorgesehen,
die hinsichtlich ihrer Abmessungen und Platzierung so gewählt ist,
dass ein die Bearbeitungsstation durchlaufendes Werkstück erreichbar
und handhabbar ist. Darüber
hinaus umfasst das Grundgestell entsprechende Mittel, wie Auflagen,
Befestigungspunkte etc., um einen solchen manuellen Arbeitsplatz
auszubilden. Hierzu gehört
beispielsweise eine Befestigungsmöglichkeit für eine Trennwand, die aus Sicherheitsgründen zwischen
dem manuellen Arbeitsbereich und dem Arbeitsbereich eines Prozesemoduls
vorgesehen sein muss.
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Wie
sich aus 10b ergibt,
ist der Schaltschrank 70 so ausgebildet, dass er in das
Grundgestell einschiebbar bzw. wieder herausziehbar ist. Dies ermöglicht eine
gute Zugänglichkeit
zu den Prozessmodulen unterhalb der Tischplattenebene (Ebene der
Arbeitsbereiche).
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In 10c ist eine Bearbeitungsstation
gezeigt, die insgesamt drei an einer Seite des Grundgestells nebeneinander
angeordnete Prozessmodule aufweist. Zum Transport eines Werkstücks ist
ein ovalförmig
umlaufenden Transportsystem vorgesehen, das das Werkstück zwischen
einem Arbeitsbereich der Prozessmodule in den Arbeitsbereich eines manuellen
Arbeitsplatzes transportiert. Dieser manuelle Arbeitsplatz liegt
auf der gegenüberlie genden Seite
der Prozessmodule, die durch die eingezeichnete Bedienperson gekennzeichnet
ist.
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Wesentlich
an den in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispielen ist, dass
eine Bearbeitungsstation angegeben ist, die zunächst als Stand-alone-Platz
betrieben, später
jedoch auch Teil einer Fließfertigung
werden kann, ohne hierbei größere Umbaumaßnahmen
treffen zu müssen.
Dies wird ermöglicht
durch die Modularität
des Aufbaus, insbesondere im Hinblick auf die einsetzbaren Prozessmodule
als auch im Hinblick auf den manuellen Arbeitsplatz, der ebenfalls
modulartig auf- bzw. abgebaut werden kann. Die Prozessmodule sind
hierbei als eigenständige
Module ausgebildet, die somit auch in anderen Bearbeitungsstationen
verwendet werden können.
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Nachfolgend
sind die wesentlichen Gesichtspunkte der Erfindung nochmals kurz
zusammengefasst:
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Grundideen:
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- 1 – Das
Konzept beinhaltet eine Bearbeitungsstation mit zumindest einem
Prozessmodul, beispielsweise mit einem Laser/Optik-Prozessmodul. Eine
solche Bearbeitungsstation dient üblicherweise zur Bearbeitung,
Montage, oder Prüfung
von Produkten. Die Stand-alone-Zelle kann von einer Person bedient
werden. Damit wird eine prozessmodulare Mensch-Maschine-Kombination
ermöglicht.
Die Bearbeitungsstation gibt es in den Ausführungen Sitz- und Steharbeitsplatz.
Ziel ist eine wirtschaftliche Lösung
ab 1 Prozessmodul (Fertigungen mit anfangs niedrigen Automatisierungsgraden,
Ersatzteilfertigungen, Produktauslauf, ...).
- 2 – Wirtschaftliche
Vorteile die mit der prozessmodularen Stand-alone-Zelle erzielt werden, liegen unter
anderem in der Inline- und
Stand-alone-Fähigkeit.
Ein Prozessmodul ("Prozesseinschub") kann je nach Automatisierungsgrad
in der Stand-alone-Zelle oder in einer Inline-Fertigungsanlage (siehe
Patent Nr. 197 29 369) betrieben werden. Durch diesen jederzeit
umkehrbaren Wechsel wird die Investition gesichert.
- 3 – Eine
Ausprägung
kann die Stand-Alone-Laserzelle sein. Die Bearbeitung kann insbesondere mit
Laser ausgeführt
werden. Als Laserverfahren sind z. B. Kennzeichnen, Beschriften,
Reinigen, Abtragen, Trimmen, Feinbohren, Feinschneiden, Schweißen, Löten, Aufschmelzen
sowie Härten möglich.
- 4 – Innerhalb
der Bearbeitungsstation kommt jedem Prozessmodul zumindest eine
bestimmte Funktion zu, die am Produkt durchgeführt werden soll. Beispielsweise
kann eine Funktion darin bestehen, die Lage eines Gehäuses auf
dem Werkstückträger mittels
Bildverarbeitung zu erfassen und die korrigierte Lage des Gehäuses auf
dem Werkstückträger an die
Lasersoftware zu übertragen,
um an der korrekten Stelle zu beschriften. Diese Funktionen werden
in der Bearbeitungsstation automatisch durchgeführt. Der Be- und Entladevorgang
kann manuell durchgeführt
werden, je nach Ausprägung
parallel zur Hauptzeit.
- 5 – Die
Produkte werden auf Paletten, einfachen Platten oder Werkstückträgern transportiert.
Der Weitertransport kann mittels Transfersystem, beispielsweise
Transferband, -kette oder über
einen Rundschalttisch erfolgen. Besonderheit: In dem Rundschalttisch
sind Aufnahmen/einfache Ausschnitte zur Aufnahme von Standard-Werkstückträgern vorgesehen.
Neu: Rundtisch kann mit Standardwerkstückträgern betrieben werden. Vorteil:
Werkstückträger können in
eine spätere automatisierte
Inline-Fertigungslinie übernommen werden.
- 6- Neu: Transportring anstatt Rundtisch
Eine besondere
Ausprägung
dieses Rundschalttisches ist die Form des Kreisringes, die in der
freien Mitte Abstützmöglichkeiten
auf der Tischplatte des Prozessmoduls ermöglicht.
Eine Besonderheit
dieses Transportrings ist, dass über
das Öffnen
eines Kreisringausschnittes (ca. 90°) das in dieser Lage befindliche
Prozessmodul, ohne Demontage möglicher
Abstützungen,
mit Hilfe des Prozesshubwagens herausgezogen oder eingeschoben werden
kann. Die Prozessmodule müssen
nicht in C-Bauweise
aufgebaut werden. Die Stand-alone-Zelle ist voll prozessmodulkompatibel.
- Die Rundtaktung während
des normalen Betriebes kann beispielsweise in 90° oder 180° Schritten erfolgen.
- 7 – Aufgrund
des modularen Aufbaus der Prozessmodule lassen sich diese mit sehr
wenig Aufwand in der Bearbeitungsstation einsetzen sowie aus dieser
wieder herausnehmen.
Neben dem Einstecken der notwendigen Verbindungsstecker
für die
Versorgungsmedien, wie Druckluft, elektrische Energie etc. Das zu
dem jeweiligen Prozessmodul zugehörige Steuerungsprogramm kann
in einer zentrale Basis-Steuereinrichtung der Bearbeitungsstation,
oder in einer dezentralen Steuerung des Prozessmoduls, dann autark
auf einem dezentralen Prozessor, ablaufen (die Möglichkeiten sind beschrieben
in der Patentannmeldung der Anmelderin DE 100 12 579 ).
- 8 – Neu:
Prozessmodulare Rundtaktmaschine.
Mit den beschriebenen Konzept
kann eine prozessmodulare Rundtaktmaschine aufgebaut werden. Die
Prozessmodul-Konzeption, bzw. die Vorteile von Prozessmodulen können in
einer bislang nicht vorhandenen Weise mit den Vorteilen einer Rundtischmaschine
kombiniert werden. Der Vorteil der Bearbeitungsstation liegt nun
darin, dass sie universell einsetzbar ist und um eine Rundtakteinrichtung
ein bis drei Prozessmodule aufnimmt.
Die gegenüber der
Bedienseite befindliche Einschubposition kann sowohl Prozessmodule
mit dem Rastermaß 400
mm als auch dem Rastermaß 800
mm aufnehmen.
- 9 – Neu:
Mögliche
Zweiteilung der Stand-Alone-Zelle:
Dadurch, dass die Bearbeitungsstation
in zwei Teile aufgebaut werden kann, ergibt sich eine kompakte Aufstellfläche bei
nur einem Prozessmodul, die nur dann vergrößert wird, wenn weitere Prozessmodule
integriert werden. Wichtig ist, bereits für nur einen Prozessmodul, der
von einer Person be- und entladen wird, eine wirtschaftliche Lösung zu
bieten, jedoch mit Übernahme/Sicherung
der PM-Investition in eine spätere,
höher automatisierte
Inline-Fertigungsanlage. Die seitlich eingesetzten Prozessmodule
schützen
den Bearbeitungsraum der Bearbeitungsstation über Schutzeinrichtungen, die
modular angebracht werden. Bei der Erweiterung durch nur einen Prozessmodul
(gesamt zwei in der Station) wird die offene Einschubposition mit
einer Abdeckung verschlossen.
- 10 – Neu:
Sandwichaufbau:
Die durch die in 7 gezeigte
mögliche
Ausgestaltung der Bearbeitungsstation mit Trennstelle 37 zwischen
Vorder- und Hinterteil können
zwischen dem Vorder- und Hinterteil 34, 32 beliebige Prozessmodule
(beliebige Anzahl und Breite) sandwichartig eingefügt werden.
Das Vorder- und Hinterteil bildet sozusagen den Abschluss auf beiden
Seiten. Dazwischen befinden sich die Prozessmodule. Starre Rastermasse
und Freiplätze bei
Nichtbelegung entfallen. Die Stand-alone-Zelle wächst oder schrumpft je nach
Bedarf. Freier Platz für
später
auf zunehmende PM's
muß nicht vorgehalten
werden. Das Werkstückträger-Transportsystem
wird dann bei mehr als drei Prozessmodulen in der Stand-alone-Zelle zu einem Oval.
- 11 – Aufbaumöglichkeiten:
7–9 zeigen
nochmals die Aufbaumöglichkeiten
im Überblick.
7a, 8a: mit kleinem Transportring, 180 Grad Taktung
und 1 Prozessmodul 400 mm Breite (7a)
oder 1 Prozessmodul 800 mm Breite (8a).
7b, 8b: mit großem Transportring, 90 Grad Taktung
und z.B. 3 Prozessmodulen (alle drei mit 400 mm Breite (7b) oder mit 1 Prozessmodul 800
mm Breite und zwei Prozessmodulen 400 mm Breite (8b)).
9:
mit taktentkoppeltem Transportsystem und Werkstückträgern.