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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wechselsystem und ein Verfahren
für eine
Metallformanlage gemäss
dem Oberbegriff des entsprechenden unabhängigen Patentanspruchs 1 und
8 (siehe
US-A 5 887
472 ).
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Bei
der Herstellung von vielen metallischen Produkten, z. B. bei der
Herstellung von Metallprofilteilen oder -rohren, muss das Metall
geformt werden, um die gewünschte
Form zu erhalten. Insbesondere in Rohrfabriken zur Produktion von
nahtgeschweissten Rohren wird ein zusammenhängender Metallstreifen durch
verschiedene Arbeitsstationen, die eine Linie von Arbeitsstationen
bilden, gezogen. In diesen Arbeitsstationen wird der Streifen so
geformt, dass er eine röhrenförmige Form
aufweist mit einer offenen sich der Länge nach erstreckenden Nahtstelle,
gebildet durch die aneinandergrenzenden Kanten des zu formenden
Streifens. Die Nahtstelle wird anschliessend zugeschweisst und falls
ein unerwünschter
Wulst gebildet wurde, kann ein Abschärfverfahren angewendet werden,
um den Wulst zu entfernen. Selbstverständlich können bei der Produktion von
anderen als nahtgeschweissten Rohren die Schritte Schweissen und
anschliessendes Abschärfen
weggelassen werden.
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Rohre
verschiedener Durchmesser und/oder verschiedener Querschnitte müssen in
derselben Fabrik hergestellt werden, weil eine Fabrik dieses Typs eine
Anzahl massiver Präzisionsmaschinen
umfasst, die einen erheblichen technischen und finanziellen Aufwand
darstellen. Um in der Lage zu sein, Rohre mit verschiedenen Durchmesser
und/oder verschiedenen Querschnitten herzustellen, werden verschiedene
Werkzeuge in der Linie von Arbeitsstationen benötigt. Andererseits, da dieselbe
Formanlage gebraucht werden soll, ist ein Wechsel oder eine Modifikation
der Werkzeuge von mindestens einer Arbeitsstation erforderlich,
um einen Wechsel der Produktion von einem Rohrtyp zu einem anderen
Typ zu erlauben. Manchmal ist sogar ein Wechsel oder eine Modifikation
der Werkzeuge von mehr als einer Arbeitsstation notwendig.
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In
der Vergangenheit war eine der Möglichkeiten,
den oben erwähnten
Wechsel oder die Modifikation vorzunehmen, die Produktionslinie
stillzulegen und das entsprechende Werkzeug zu entfernen und auszuwechseln
oder wo möglich,
die montierten Werkzeuge zu modifizieren. Danach musste das neue
oder modifizierte Werkzeug genau in der Linie ausgerichtet und eingestellt
werden, bevor die Produktion wiederaufgenommen werden konnte. Die komplette
Wechselprozedur konnte eine beachtliche Zeitspanne beanspruchen,
z. T. einige Stunden, wodurch ein beachtlicher Aufwand an Zeit und
Geld hervorgerufen wird. Demzufolge war es notwendig, übertrieben
grosse Lagerbestände
an fertigen Erzeugnissen zu unterhalten, entgegengesetzt dem aktuellen
Trend in Richtung Unterhalt minimaler Lagerbestände und häufigem Wechseln der Produktion
eines Produkts zu einem anderen.
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Eine
alternative Möglichkeit,
die Werkzeuge für
das nächste
zu produzierende Produkt zu montieren, war ausserhalb der Linie,
so dass die Produktion solange fortgesetzt werden konnte, bis die
Werkzeuge für
das nächste
Produkt montiert und bereit waren für einen Wechsel.
US-A 5 887 472 zeigt ein
Ausführungsbeispiel
dieses Wechsels von der Produktion eines ersten Produkts zur Produktion
eines zweiten Produkts mit verschiedenem Durchmesser oder Form.
In dem dort beschriebenen Ausführungsbeispiel
bleiben die Antriebe der verschiedenen Arbeitsstationen entlang
der Linie immer an Ort und Stelle. Zu der Zeit, zu der der Wechsel
vollzogen werden soll, wird die Produktionslinie gestoppt, abnehmbare Kassetten,
welche die Werkzeuge tragen, werden von deren Antrieben getrennt,
die Kassetten werden entfernt (geführt von Schienen im Boden)
und die Wechsel-Kassetten, welche die Werkzeuge tragen, die für die Produktion
des neuen Produkts benötigt werden,
werden an ihren Platz in der Produktionslinie gebracht. Die neuen
Kassetten werden dann mit den Antrieben verbunden und die Produktion
des neuen Produkts kann beginnen.
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Während diese
Möglichkeit,
den Wechsel zu vollziehen, einen erheblichen Fortschritt in Bezug
auf Effizienz darstellt, so hat sie immer noch einige Nachteile.
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Sowohl
die mechanische als auch die elektrische Trennung und Wiederverbindung
der Kassetten ist vergleichsweise komplex und zeitaufwändig. Bei dem
Ausführungsbeispiel,
welches in der oben erwähnten
US-A 5 887 472 beschrieben
wird, werden die Kassetten mit Hilfe von im Boden vorhandenen Schienen
und in der Tragplattform der Kassetten vorhandenen Räder entfernt,
wobei die besagten Räder auf
den Schienen laufen und dadurch ein Verschieben der Kassetten durch
die Maschinenhalle entlang der Produktionslinie und quer dazu ermöglichen.
Ein Schienensystem, welches solches Verschieben ermöglicht,
ist sehr raumgreifend und auch das Verschieben der Kassetten durch
die Maschinenhalle von und zu der Produktionslinie ist zeitaufwändig. Des
Weiteren erfolgt das Ver schieben der Kassetten von und zu der Produktionslinie
gewöhnlich
auf der Seite des Produktionsbedieners, wodurch die Fortsetzung
des Produktionsprozesses während
der Vorbereitung eines Wechsels behindert wird.
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Obwohl
nicht in
US-A 5 887
472 gezeigt, wurden anstelle von Schienen/Rädern (fahrbare)
Deckenlaufkräne
eingesetzt, um die auszuwechselnden Kassetten von der Produktionslinie
zu entfernen und um die neuen Kassetten, welche mit der Produktionslinie
verbunden werden sollen, an Ort und Stelle zu bringen. Grundsätzlich bedeutet
ein Deckenlaufkran beachtlichen Aufwand und wird oft für verschiedene Zwecke
in der Maschinenhalle oder Fabrik eingesetzt, so dass er zu der
Zeit, zu der er für
den Wechsel der Kassetten benötigt
wird, nicht verfügbar
sein kann. Manchmal ist ein Deckenlaufkran überhaupt nicht vorhanden. Bedeutend
wichtiger aber ist, dass ein Deckenlaufkran es nur ermöglicht jeweils
zu einer Zeit lediglich eine Kassette von und zu der Produktionslinie
zu bringen, so dass die Kassetten nur nacheinander ausgewechselt
werden können.
Dementsprechend ist das Wechseln der Kassetten mit einem Deckenlaufkran
ziemlich zeitaufwändig.
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Unter
Berücksichtigung
dieser Nachteile ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ein verbessertes Wechselsystem vorzuschlagen.
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Diese
Aufgabe wird durch das erfindungsgemässe Wechselsystem gelöst, wie
es durch die Merkmale des unabhängigen
Anspruchs charakterisiert ist. Ausführungsvarianten des erfindungsgemässen Wechselsystems
können
den Eigenschaften der abhängigen
Patentansprüche
entnommen werden.
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Insbesondere
umfasst das erfindungsgemässe
Wechselsystem für
eine Metallformanlage, im speziellen für eine Rohrformende Metallformanlage, gemäss der vorliegenden
Erfindung, mindestens ein Paar von Arbeitsmodulen, die so ausgebildet
sind, dass sie in die Linie von Arbeitsstationen der Formanlage
hinein- und herausschwenkbar sind. Jedes Arbeitsmodul hat seinen
eigenen Antrieb oder Antriebe, um die Elemente des entsprechenden
Arbeitsmoduls anzutreiben. Innerhalb eines Paars von Arbeitsmodulen
sind die zwei Arbeitsmodule so angeordnet, dass wenn ein Arbeitsmodul
in der Linie der Arbeitsstationen angeordnet ist, das andere ausserhalb
der Linie angeordnet ist.
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Hinein-
und herausschwenken eines Arbeitsmoduls (welches unter anderem einige
Werkzeuge trägt)
in die Linie von Arbeitsstationen ist eine sehr einfache, schnelle,
zuverlässige
und präzise
Art, um einen Wechsel vorzunehmen, speziell im Vergleich zu den
vordem existierenden Lösungen.
Hinein- und herausschwenken
eines Arbeitsmoduls in die Linie von Arbeitsstationen kann mit oder
ohne Antrieb ausgeführt
werden. Es benötigt
kein umfangreiches raumgreifendes Schienensystem, auch wird kein
Deckenlaufkran benötigt,
um den Wechsel auszuführen und
ermöglicht
so, beachtlich Aufwand und Zeit einzusparen. Weil jedes Arbeitsmodul
seinen eigenen Antrieb oder Antriebe hat, ist kein elektrisches
oder mechanisches Trennen und Wiederverbinden von und zu den Antrieben
der Linie von Arbeitsstationen (Produktionslinie) notwendig. Stattdessen
können die
Verbindungen innerhalb eines Moduls aufrechterhalten werden, wenn
ein Arbeitsmodul in die Linie von Arbeitsstationen heraus- und hereingeschwenkt wird.
Ebenfalls ist der Raumbedarf minimal. Sobald ein Modul aus der Linie
von Arbeitsstationen (Produktionslinie) herausgeschwenkt wurde, können entweder
die Werkzeuge von diesem Modul in Vorbereitung auf die Produktion
eines neuen Produkts ausgewechselt werden oder die Werkzeuge können belassen
werden, somit ist es bereit, um das Produkt zu produzieren, welches
vor dem Wechsel produziert wurde. Auch kann das Hinein- und Herausschwenken
so vorgenommen werden, dass der Produktionsbediener nicht gestört wird.
Im Gegensatz zu bekannten Wechselsystem, kann das Auswechseln oder
der Unterhalt all der Elemente (Antriebe, Getriebe, Kupplungen,
Werkzeuge) eines „off-line" Moduls ohne Beeinträchtigung
des laufenden Produktionsprozesses vorgenommen werden. Auch wird
die Abnützung
der Antriebselemente reduziert, weil im Schnitt die Antriebselemente
nur 50% der Produktionszeit laufen (da ein Modul immer ausserhalb
der Linie ist).
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Bei
einer Ausführungsvariante
des Wechselsystems gemäss
der vorliegenden Erfindung sind die Arbeitsmodule des Paars oder
der Paare von Arbeitsmodulen mit Rädern ausgestattet, die auf
dem Boden laufen, um die Schwenkbewegung der Arbeitsmodule in die
Linie von Arbeitsstationen hinein und heraus zu erleichtern.
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Bei
einer weiteren Ausführungsvariante
des Wechselsystems gemäss
der vorliegenden Erfindung umfasst das System Schienen, die auf
dem Boden in dem Bereich angeordnet sind, wo das Paar oder die Paare
von Arbeitsmodulen angeordnet sind. Die Räder der Arbeitsmodule laufen
auf den Schienen und ermöglichen
so eine geführte
Schwenkbewegung der Arbeitsmodule in die Linie von Arbeitsstationen
hinein und heraus. Weil die Schienen nur in dem Bereich angeordnet
sind, wo das Paar oder die Paare von Arbeitsmodulen angeordnet sind,
ist der Aufwand und Raumbedarf insgesamt gering. Andererseits er leichtert
diese Lösung
die Schwenkbewegung.
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Auch
wenn die Erfindung nicht auf Rohr-formende Metallformanlage beschränkt ist,
ist sie besonders geeignet für
solche Formanlagen. Dementsprechend umfassen die Arbeitsmodule in
einer Ausführungsvariante
des Wechselsystems gemäss
der vorliegenden Erfindung Walzen, um ein Rohr oder ein offenes
Profil zu formen. Dementsprechend ist eine Metallformanlage, im
speziellen eine Rohr-formende Metallformanlage, die eine Linie von
Arbeitsstationen und ein Wechselsystem wie oben beschrieben umfasst,
ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Ebenfalls ist ein
entsprechendes Verfahren ein weiterer Gegenstand der vorliegenden
Erfindung.
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Weitere
Ausführungsvarianten
der Erfindung und die daraus resultierenden Vorteile werden mittels der
folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels der Erfindung
mit Hilfe der Zeichnungen ersichtlich, in denen:
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1 eine
Aufsicht eines Ausführungsbeispiels
gemäss
der vorliegenden Erfindung in einem Zustand vor dem Wechsel ist,
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2 eine
Aufsicht des Ausführungsbeispiels
aus 1 nach dem Wechsel ist.
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1 zeigt
eine Aufsicht eines Ausführungsbeispiels
des Wechselsystems 1 gemäss der Erfindung. Wie bereits
oben erwähnt
wurde, ist das Wechselsystem 1 geeignet zur Verwendung
in einer Metallformanlage, im speziellen für eine Rohrformende Metallformanlage.
Der Durchlauf des zu formenden Ma terials, d. h. des Metallstreifens,
wird durch Pfeile F angezeigt.
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Wie
in 1 ersehen werden kann, umfasst das Wechselsystem 1 mindestens
ein Paar von Arbeitsmodulen 10 und 11. Diese zwei
Arbeitsmodule 10, 11 (z. B. forming Passes, stands)
sind so ausgebildet, dass sie in die Linie von Arbeitsstationen
der Formanlage hinein- und herausschwenkbar sind, wie dies untenstehend
beschrieben wird. Zum Beispiel sind die Arbeitsmodule 10, 11 schwenkbar
an gegenüberliegenden
Enden in Bezug auf die Linie von Arbeitsstationen angeordnet. Arbeitsmodul 10 ist
in der Linie von Arbeitsstationen der Formanlage positioniert, währenddem
gleichzeitig Arbeitsmodul 11 ausserhalb der Linie positioniert
ist. Zwei Bediener, ein Produktionsbediener PO wie auch ein Wechselbediener
CO sind schematisch in 1 dargestellt.
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Gemäss 1 ist
die Produktion eines ersten Produkts A im Gang. Wechselbediener
CO bereitet Arbeitsmodul 11 für einen Wechsel der Linie für die Produktion
von Produkt B vor. Die Vorbereitung von Arbeitsmodul 11 kann
durch den Wechselbediener CO vorgenommen werden, während die
Produktion von Produkt A weiterläuft.
Der Wechselbediener nimmt die Vorbereitung des Arbeitsmoduls 11 auf
der dem Produktionsbediener PO gegenüberliegenden Seite vor. Dementsprechend
stört die
Vorbereitung des Arbeitsmoduls 11 den Produktionsvorgang
von Produkt A nicht.
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Weil – beispielhaft – das Ausführungsbeispiel von
Wechselsystem 1 ein System ist, das in einer Rohr-formenden
Metallformanlage benutzt werden kann, umfassen die Arbeitsmodule 10, 11 Walzen 100, 110,
um das Metallstreifenmaterial zu formen. Auch umfasst jedes Arbeitsmodul 10, 11 seinen
eigenen Antrieb oder Antriebe, welche Motor M und Getriebe G umfassen
können,
um die Walzen 100, 110 anzutreiben.
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Angenommen
das Arbeitsmodul 11 ist nun vorbereitet und bereit für einen
Wechsel. Für
einen Wechsel von der Produktion von Produkt A zur Produktion von
Produkt B wird der Produktionsvorgang in der Linie von Arbeitsstationen
gestoppt. In einem ersten Schritt wird das Arbeitsmodul 10 aus
der Linie von Arbeitsstationen herausgeschwenkt, so wie durch Pfeil
P1 in 2 angezeigt. Diese Schwenkbewegung geschieht vorzugsweise
in einer voll automatisierten und synchronisierten Weise, könnte aber auch
manuell durch einen Bediener vorgenommen werden. Dann wird in einem
zweiten Schritt das Arbeitsmodul 11 in die Linie von Arbeitsstationen
hineingeschwenkt, so wie durch Pfeil P2 in 2 angezeigt.
Abermals geschieht diese Schwenkbewegung vorzugsweise in einer voll
automatisierten und synchronisierten Weise, könnte aber auch manuell durch einen
Bediener vorgenommen werden. Die Linie von Arbeitsstationen (die
Produktionslinie) ist dann bereit für die Produktion von Produkt
B.
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Um
die Schwenkbewegung der Arbeitsmodule 10 und 11 zu
vereinfachen, können
auf dem Boden Schienen (nicht gezeigt) im Bereich des Wechselsystems 1 angeordnet
sein und die Arbeitsmodule 10, 11 können mit
Rädern
ausgestattet sein, die auf diesen Schienen laufen.
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Im
Zustand wie in 2 gezeigt, ist die Produktion
von Produkt B im Gang. Produktionsbediener PO kann die Produktion
von Produkt B kontrollieren, währenddem
Wechselbediener CO bereits beginnen kann, das Arbeitsmodul 10 mit
Werk zeugen, die für die
Produktion eines Produkts C geeignet sind, zu bestücken, um
das Arbeitsmodul 10 für
die Produktion des Produkts C vorzubereiten (indem Arbeitsmodul 10 in
die Linie von Arbeitsstationen hineingeschwenkt wird, nachdem das
Arbeitsmodul 11 aus der Linie von Arbeitsstationen herausgeschwenkt wurde).
Alternativ kann Wechselbediener CO auch die Werkzeuge kontrollieren,
die auf dem Arbeitsmodul 10 montiert sind und kann, falls
nötig,
Unterhaltsarbeiten ausführen,
um das Arbeitsmodul 10 für die Produktion von Produkt
A wieder bereitzustellen (indem das Arbeitsmodul 10 in
die Linie von Arbeitsstationen hineingeschwenkt wird, nachdem das
Arbeitsmodul 11 aus der Linie von Arbeitsstationen herausgeschwenkt
wurde).
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Während das
obenstehend beschriebene Ausführungsbeispiel
nur ein Paar von Arbeitsmodulen umfasst, ist die Erfindung so zu
verstehen, dass Wechselsysteme, die mehr als ein Paar von Arbeitsmodule
umfassen, d. h. mindestens zwei Paar von Arbeitsmodulen, auch umfasst
sind. In diesem Fall können
die Systeme angepasst werden, um die Arbeitsmodule der Paare von
Arbeitsmodulen gleichzeitig und in einer voll automatisierten und
synchronisierten Weise auszuwechseln, wohingegen in konventionellen
Systemen die Module lediglich eines nach dem anderen ausgewechselt
werden können. Dementsprechend
beschränkt
sich die Mitwirkung des Produktionsbedieners im Wechselprozess auf die
Einleitung des automatisierten Wechselprozesses – z. B. indem ein Knopf gedrückt wird.
Während der
Wechselprozess vollautomatisiert abläuft, ist der Produktionsbediener
frei, um während
des Wechselns andere Arbeiten entlang der Produktionslinie zu erledigen.