DE19753603A1 - Fertigungszelle zur Aufnahme von Robotern oder sonstigen Handlingsgeräten - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine in den wesentlichen Teilen aus Polymerbeton gefer­ tigten Fertigungszelle zur Aufnahme von Schwenkarm- und Portalrobotern oder sonsti­ gen, automatisch arbeitenden Handlingeräten und deren Peripherieaggregaten.

Stand der Technik

Vor allem im Bereich der Montage- und Automatisierungstechnik werden solche Ferti­ gungszellen als Einzelzellen oder aneinandergereiht und mit Transporteinrichtungen für die zu manipulierenden Werkstücke verbunden, in Fertigungslinien eingesetzt.

Nach bisherigem Stand der Technik werden diese Bearbeitungszellen aus Stahlprofilen geschweißt oder stranggepreßten, genuteten Aluminiumprofilen zusammengeschraubt.

Als Trägerplatten für die Roboter oder Handlingsgeräte werden horizontal Stahl-, Alu­ miniumplatten oder mit Polymerbetonbeton ausgegossene Rahmen aus diesen Materia­ lien eingebaut.

Eine derartige Zelle wird in der VDI-Z 131 (1989) Nr. 8, Seiten 88-92 und in der DE 41 17 439 C2 beschrieben.

Ein Vorteil einer solchen gebräuchlichen Konstruktion ist die Herstellung mit einfachen Mitteln wie Schweißen oder Schrauben.

Neben dem Vorteil der einfachen Herstellung weisen die bekannten Zellen aber den Nachteil einer begrenzten Steifigkeit und daraus resultierenden Eigenschwingungen, vor allem bei der Bewegung von größeren Massen mit hohen Geschwindigkeiten innerhalb der Zelle, auf.

Bei Einbau von stabilisierenden horizontalen und/oder diagonalen Verstrebungen im Unterbau der Zelle wird die Nutzung der dort vorhandenen Raumreserven für die Installa­ tion von Peripheriegeräten und Steuerungselementen stark eingeschränkt.

Ein weiterer Nachteil, vor allem der verschraubten Zellen aus genuteten Profilen, ist deren mangelhafte Reinigungsmöglichkeit aufgrund vieler Toträume im gesamten Aufbau. Eine solche Zelle kann in Bereichen mit erhöhten Anforderungen an Reinigungs­ freundlichkeit und Hygiene, wie z. B. Halbleiterherstellung, Pharmaproduktion und Lebensmittelherstellung nicht eingesetzt werden.

Nach bisherigem Stand der Technik wird Polymerbeton, ein reaktionsharzgebundener Werkstoff auf Basis von Epoxidharz, vermischt mit mineralischen Zuschlagstoffen wie ungebrochene Quarzkörnungen und kalt abgeformt, zur Versteifung von Schweißkon­ struktionen und zur Herstellung von Maschinenkörpern von Werkzeugmaschinen einge­ setzt. (Siehe EP 0 046 272 A2 und CH 612 610 A5).

Zu lösende technische Aufgabe

Aufgabenstellung der vorliegenden Erfindung ist die Konzeption einer Fertigungs­ zelle, deren Grundkörper so extrem steif ausgelegt ist, daß in der Zelle installierte Roboter oder Handlingsgeräte mit ihrer maximal möglichen Leistung und größtmöglicher Genauigkeit betrieben werden können. Der gesamte Zellenaufbau darf sich durch die vom Roboter eingeleiteten horizontalen und vertikalen Kräfte nicht verformen oder in Eigenschwingungen geraten, da sich dies nachteilig auf die Genauigkeit des ablaufen­ den Fertigungsprozesses und die Funktion von evtl. installierten Kamerasystemen zur optischen Werkstückerkennung auswirkt.

Zur Erreichung einer ausreichenden Standfestigkeit sollte die Fertigungszelle ein relativ hohes Eigengewicht besitzen, dies ermöglicht gleichzeitig eine Aufstellung ohne zusätzliche Befestigung mittels Schrauben am Fußboden.

Die Zelle sollte weiterhin so ausgelegt sein, daß der innerhalb der Zelle vorhandene Raum optimal zum Einbau von Peripheriegeräten wie Robotersteuerungen, konventionelle Steuerungen und Pneumatikausrüstungen genutzt werden kann und diese Geräte ergonomisch günstig angeordnet werden können.

Außerdem sollte hauptsächlich der Arbeitsbereich des Roboters, aber auch der gesamte Zellenaufbau möglichst wenig Ecken und Toträume aufweisen, um eine Verwendung in hygienisch sensiblen Bereichen zu ermöglichen. Die Oberflächen sollten möglichst glatt und reinigungsfreundlich ausgeführt sein.

Die innerhalb der Zelle verlaufenden Kabel- und Schlauchverbindungen sind möglichst in Kabelkanälen zu verlegen.

Die für die Sicherheitstechnik erforderlichen Bauelemente, wie Endschalter zur Überwa­ chung der Stellung der Zugangstüren sowie elektrische oder pneumatische Zuhaltungen zur Verriegelung der Türen und deren Anschlußleitungen, sollten möglichst einfach ausgeführt und außerhalb des Arbeitsraumes angeordnet werden.

Die einzubauenden Komponenten sollten unabhängig von statischen Einschränkungen beliebig in der Zelle plazierbar sein.

Die Fertigungszelle sollte aus möglichst wenig Einzelteilen bestehen und in der Endmontage einfach zusammenzubauen sein.

Darstellung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird dies bei einer Fertigungszelle nach obigem Anspruchsprofil dadurch erreicht, indem eine vorzugsweise rechteckige, aus Polymerbeton gegossene Platte mit zwei an den Schmalseiten senkrecht angeordneten, U-förmigen Fußelementen verwendet wird. Dieser Körper kann entweder an einem Stück gegossen oder die Fuß­ elemente separat gefertigt und danach in einem zweiten Arbeitsgang mit der Grundplatte durch Verschrauben und/oder Verkleben zusammengefügt werden.

In der Grundplatte und den Fußelementen sind alle Aussparungen für die benötigten Funktionselemente eingeformt und die entsprechenden Befestigungselemente eingegos­ sen. Durch in die Grundplatte eingelegte, flexible Leerrohre werden die elektrischen und pneumatischen Leitungen geführt und unterhalb der Platte verteilt.

In den 4 Eckbereichen der Platte sind Aufnahmebohrungen eingeformt, die darin ange­ ordneten zylindrischen Stahlrohre dienen gleichzeitig als Trägerelemente und Scharnier­ bolzen für die vorzugsweise transparenten Schutzverkleidungen und -türen.

5) Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung

Da der Werkstoff Polymerbeton über ca. 6-fach höhere Schwingungsdämpfungseigen­ schaften gegenüber Grauguß verfügt und außerdem mit Raumtemperatur bei einem minimalen Schwindungskoeffizienten von 0,01% abgeformt werden kann, eignet sich dieses Material hervorragend zur Herstellung von sehr steifen und genauen Maschinenkörpern.

Durch die gewählte Form der Fertigungszelle als biegesteife Grundplatte mit freistehen­ den seitlichen Fußelementen kann der gesamte Raum zwischen diesen Füßen, im Bereich unterhalb der Grundplatte, für den Einbau von Peripheriegeräten genutzt werden.

Aufgrund des Polymerbeton-Raumgewichtes von ca. 2,3 kg/dm³ ergibt sich ein für Standfestigkeit und Schwingungsdämpfung optimales Zellengewicht von ca. 500 kg/Zelle.

Die hohe Abformgenauigkeit erlaubt außerdem die Einformung von einbaufertigen Führungen und Passungen z. B. für Eckrohre und Verriegelungsbolzen.

Dadurch reduziert sich die Anzahl der Einzelteile und der Aufwand bei der Endmontage auf ein Minimum.

Durch den Einbau von Teleskopführungen unterhalb der Grundplatte und Anordnung der elektrischen Steuerungen mit obenliegender Bedienungsseite in schubladenartig hori­ zontal ausfahrbaren Auszugselementen, sowie seitlich an den Steuerungsschränken montierten Pneumatikelementen, wird eine ausgesprochen bedienerfreundliche Handha­ bung erreicht.

Beschreibung eines Ausführungsbeispieles

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Beispiels mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert, wobei

Abb. 1 in perspektivischer Darstellung eine erfindungsgemäße Fertigungszelle zeigt, bei der die Steuerungselemente seitlich herausgefahren sind und in

Abb. 2 in einen vergrößerten Ausschnitt der hintere obere Eckbereich der Ferti­ gungszelle mit detaillierter Darstellung der erfindungsgemäßen Verriegelungseinrichtung für die Zugangstüren abgebildet ist.

In Abb. 1 sind 2 U-förmige Fußelemente (2) an den Schmalseiten einer recht­ eckigen Grundplatte (1) angeordnet. In den Eckbereichen der Platte (1) sind zylindri­ sche Rohre (3) angeordnet, an denen mittels Klemmstücken (4) transparente Schutz­ verkleidungen (5) befestigt und mittels Scharnierelementen (6, 7) um die Rohrachsen drehbare Schutztüren (9) angebracht sind.

In der Plattenoberseite sind Gewindebuchsen (10) zur Montage von Robotern, Hand­ linggeräten und Zusatzgeräten wie Werkstück-Transporteinrichtungen eingegossen.

Auf der Unterseite der Montageplatte (1) und seitlich an den senkrechten Schenkeln der Fußelemente (2) sind horizontal zwei Paar Teleskop-Führungsschienen (12, 13) angeordnet, an denen ein Schaltschrank (14) für die elektrischen Steuerungselemente des installierten Roboters und ein Schaltschrank (15) für die elektrischen Steuerungs­ elemente der installierten Zusatzaggregate und Sicherheitseinrichtungen befestigt sind. Die Schaltschränke (14, 15) sind so angeordnet, daß deren Türen (16) nach oben geöffnet werden können oder deren Bedienungsseiten (17) nach oben zeigen.

Am Schaltschrank (15) ist an der zur Zellenmitte zeigenden, senkrechten Wand eine Installationsplatte (18) angeordnet, auf der die für die Funktion der Fertigungszelle erforderlichen Pneumatikelemente (19) wie Wartungseinheit, Ventile und Absperror­ gane montiert sind. Die Schaltschrank-Auszüge können frontseitig mit Blenden verse­ hen werden, sie schließen im eingeschobenen Zustand bündig mit den Außenseiten der senkrechten Schenkel der Fußelemente (2) ab.

In der zum Fußboden zeigenden Stirnfläche der Fußelemente (2) sind Gewindehülsen (20) eingegossen, in denen handelsübliche, höhenverstellbare Stellfüße (21) zur Nivellierung der Zelle eingeschraubt werden.

In der Platte (1) sind mehrere flexible Leerrohre (22) zur Verlegung von pneumati­ schen und elektrischen Leitungen eingegossen.

Die um die zylindrischen Eckrohre (3) drehbar angeordneten unteren Türscharniere (7) weisen eine drehfest verbundene Verlängerungshülse (8) auf, die auf ihrer dem Schar­ nier (7) abgewandten Stirnseite in eine zylindrisch in die Platte (1) eingeformte Vertie­ fung (25) ragt. Diese Verlängerungshülse (8) weist in dem in die Platte (1) eintauchenden Bereich stirnseitig und an ihrem Umfang eine Ausnehmung (26) auf, die so ausgebildet ist, daß ein in einer in der Platte (1) eingeformten vertikalen Führung (28) axial beweglich angeordneter Sperriegel (29) in seiner gezeichneten oberen Endstellung genau in die Ausnehmung (26) paßt und damit die Verlänge­ rungshülse (8), das drehfest verbundene Scharnier (7) und die Schutztüre (9) an einer Drehbewegung um das Eckrohr (3) hindert und die Schutztüre (9) in ihrem geschlossenen Zustand blockiert.

In die Fußelemente (2) sind in ihrem oberen, der Platte (1) zugewandten Bereich horizontale Führungsschlitze (30) eingeformt, in die eine Platte (31) eingeschoben ist. Unter der Platte (31) ist das elektrische oder pneumatische Betätigungselement (36) für die vertikale Bewegung des Sperriegels (29) montiert. Die Platte (31) weist einen Durchbruch (32) für die Durchführung des Sperriegels (29) auf. Auf der Oberseite der Platte (31) ist ein Sicherheits-Rollenstößelendschalter (33) so angeordnet, daß seine Betätigungsrolle (34) in eine im Sperriegel (29) angebrachte Schaltvertiefung (35) eintaucht, wenn der Sperriegel (29) in seine gezeichnete obere Endposition ausgefahren wird.

Claims (14)

1. Fertigungszelle, zur Aufnahme von Robotern oder sonstigen Handlingeräten, mit einem durch Sicherheitsverkleidungen abgeschotteten Arbeitsraum und im Unterbau angeordneten Vorrichtungen zum Einbau von Steuerungselementen dadurch gekennzeichnet, daß der Zellengrundkörper als biegesteife, gegossene Platte (1) mit darunter angeformten Fußelementen (2) ausgebildet ist und komplett aus Polymerbeton besteht, einem reaktionsharzgebundenen, mit mineralischen Zuschlagstoffen vermischten Werkstoff.

2. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußelemente (2) separat gegossen und danach mit der Platte (1) verschraubt und/oder verklebt werden.

3. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fußelemente (2) U-förmig ausgebildet und mit ihren offenen Seiten gegeneinander und zur Platten­ mitte zeigend angeordnet sind.

4. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in den unteren Stirnseiten der Fußelemente (2) Gewindehülsen (20) zur Aufnahme von höhen­ verstellbaren Stellfüßen (21) eingegossen sind.

5. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberseite der Platte (1) Gewindebuchsen (10) zur direkten Befestigung von Robotern, Hand­ linggeräten sowie Peripherieaggregaten wie Förderbändern und Werkstückmagazinen eingegossen sind.

6. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in die Platte (1) flexible Leerrohre (22) zur Aufnahme von elektrischen und pneumatischen Leitungen eingossen sind.

7. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberseite der Platte (1) in den Eckbereichen Bohrungen (11) eingeformt, darin zylindrische Rohre (3) zur Befestigung von Verkleidungselementen (5, 9) angeordnet sind und daß die zylindrischen Eckrohre (3) gleichzeitig als Drehzapfen für die Scharniere (6, 7) der oberhalb der Platte angeordneten Schutztüren (9) verwendet werden.

8. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Eckrohre (3) in eingebautem Zustand stirnseitig unten offen und zur Durchführung von elektrischen und pneumatischen Leitungen geeignet sind.

9. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Platte (1) und den Fußelementen (2) Führungen (28) und Befestigungselemente (30) für eine Einrichtung zum Blockieren der Zugangstüren (9) in geschlossenem Zustand eingeformt sind.

10. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der die zylindri­ schen Eckrohre (3) umfassende Teil der unteren Türscharniere (7) in Form einer Hülse (8) drehfest nach unten verlängert ist, die in eine konzentrisch zur Aufnahme­ bohrung der Eckrohre angeordnete Vertiefung (25) in der Platte (1) ragt und an Stirn­ seite und Umfang des der Platte (1) zugewandten Teils mit einer Aussparung (26) zur Aufnahme eines in einer parallel zur Eckrohrbohrung in der Platte (1) eingeformten Führung (28) vertikal beweglichen Sperriegels (29) versehen ist.

11. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das am unteren Ende des Sperriegels (29) angeordnete, pneumatisch oder elektrisch angetriebene Betätigungsorgan (36) an einer vertikal fixierten, und in den Fußelementen eingeform­ ten Führungen (30) horizontal beweglich angeordneten Aufnahmeplatte (31) befestigt ist.

12. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb der Aufnahmeplatte (31) auf dieser ein Rollenstößel-Endschalter (33) angeordnet ist, der vom vertikal beweglichen Sperriegel (29) betätigt und in dessen oberen Endstellung nach Verriegelung der Türscharniere (7) durch eine in den Sperriegel eingearbeitete Schaltvertiefung (35) der Endschalter (33) umschaltet und den Sicherheitsschaltkreis für die entsprechende Türe schließt.

13. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Platte (1) an dieser und an den seitlichen Fußelementen (2) zwei Paare horizontal ausziehbarer Führungsschienen (12, 13) angeordnet sind, an denen nach oben zu öffnende Schaltschränke (14, 15) zur Aufnahme von elektrischen Steuerungselemen­ ten befestigt sind.

14. Fertigungszelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an einem oder beiden horizontal herausziehbaren Schaltschränken (14, 15) an zur Auszugsrichtung parallel verlaufenden, vertikalen Seitenwänden eine oder mehrere senkrecht angeord­ nete Montageplatten (18) zur Befestigung von pneumatischen Steuerungselementen (19) angeordnet sind.