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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Führung von Kabeln und/oder Schläuchen mit mindestens zwei Armen, die jeweils einen starren Träger aufweisen, wobei die beiden Träger durch ein Drehgelenk miteinander verbunden sind.
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Eine derartige Vorrichtung ist beispielsweise aus dem deutschen Gebrauchsmuster
DE 297 19 821 U1 bekannt. Diese Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass zwischen den starren Führungen für die Kabel und/oder Schläuche ein dehn- und stauchbares Element, insbesondere in Gestalt einer Wendelfeder, eines Metall-Balgschlauches oder eines Kunststoffschlauches, montiert ist. Das dehn- und stauchbare Element, welches außen um das Gelenk geführt ist, soll jede Stauchung, Krümmung und Dehnung der Kabel und/oder Schläuche in dem Maße der Gelenkbewegung knickfrei ausgleichen.
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In der Praxis wird dieses Ziel allerdings nur unvollkommen erreicht, so dass trotz der gegenteiligen Zielsetzung beim Dauerbetrieb ein Knicken einzelner Kabel und/oder Schläuche im Bereich des Gelenks nicht auszuschließen ist. Außerdem gestaltet sich ein Austausch einzelner Kabel und/oder Schläuche im Falle eines Defekts als schwierig.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die bei einfacher und kompakter Bauweise eine materialschonende Umlenkung von (elektrischen) Kabeln und/oder Schläuchen, insbesondere für Hydraulik- und/oder Pneumatikleitungen, an der Gelenkstelle ermöglicht und dabei auch bei einer hohen Zahl von Betätigungszyklen über große Drehwinkel hinweg die Kabel und/oder Schläuche zuverlässig vor Überbeanspruchung durch Stauchung, Dehnung, Ausbeulung und Knicken schützt.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
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Dabei ist es wesentlich, dass an zumindest einem der beiden Träger, vorzugsweise an jedem der beiden Träger, ein die Kabel und/oder Schläuche aufnehmender Kasten längsverschiebbar gegenüber dem Träger befestigt ist. Längsverschiebbar bedeutet hier in Längsrichtung der Kabel und/oder Schläuche am jeweiligen Träger gesehen, also senkrecht zur Drehachse des Drehgelenks. Durch die Verschiebung (lineare bzw. axiale Bewegung) wird ein Ausgleich der Längenänderung der Kabel und/oder Schläuche in der Gelenkregion infolge des variierenden Biegeradius beim Strecken oder Anwinkeln des Drehgelenks geschaffen. Eine unzulässige Ausbeulung oder Streckung im Bereich des Drehgelenks wird zuverlässig vermieden.
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Die Verschiebbarkeit des jeweiligen Kastens gegenüber dem zugeordneten Träger ist vorzugsweise verwirklicht, indem der Kasten in/auf Gleitschienen oder Führungsschienen des Trägers gelagert ist (Linearführung). Dabei ist es von Vorteil, wenn der Kasten mittels geeigneter Flansche, Stifte, Halterungen oder dergleichen unlösbar in die Gleitschienen eingreift, so dass ein Lösen oder Herabfallen des Kastens vom Träger unter allen Umständen und bei jeglicher räumlicher Ausrichtung vermieden wird.
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Der zur Aufnahme der Kabel und/oder Schläuche dienende Kasten, auch als Kabelkasten, Box oder Kassette bezeichnet, kann teilweise oder überwiegend offen ausgeführt sein. Beispielsweise kann es sich um eine simple Platte handeln, auf der die Kabel und/oder Schläuche aufliegen oder befestigt sind. Man würde dann eher von einem einem linear beweglichen Segment sprechen, aber der Begriff „Kasten“ soll auch diesen Fall mit abdecken. In bevorzugter Ausgestaltung ist der Kasten jedoch weitestgehend geschlossen und umgibt daher die Kabel und/oder Schläuche nach Art eines äußeren Schutzmantels, Gehäuses oder Behälters. Dadurch wird bei geeigneter Materialwahl insbesondere eine Abschirmung der Kabel und/oder Schläuche gegenüber äußeren Umgebungseinflüssen wie Druck, Temperatur, chemisch aggressiver Atmosphäre und radioaktiver Strahlung erreicht.
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Besonders bevorzugt ist es, wenn der jeweilige Kasten derart mit dem Drehgelenk gekoppelt ist, dass beim Aufklappen des Drehgelenks sich der Kasten mit zunehmendem Drehwinkel in zunehmendem Maße gegenüber dem Träger verschiebt und beim Zuklappen entsprechend zurück verschiebt, so dass eine Längung oder Kontraktion der Kabel und/oder Schläuche ausgeglichen wird. Das bedeutet, dass der jeweilige Kasten sich bei Betätigung des Drehgelenks nicht nur infolge der über die Kabel und/oder Schläuche übertragenen Kräfte passiv mitbewegt, sondern gewissermaßen aktiv (aber ohne zusätzliche Antriebe) durch die Drehbewegung selber mitbewegt wird. Vorteilhafterweise ist dabei die Verschiebung im Wesentlichen proportional zum Drehwinkel.
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In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Drehgelenk zur Verwirklichung der Kopplung einen mit fest mit einem Zahnrad verbundenen Gelenkbolzen bzw. eine Gelenkwelle, wobei das Zahnrad mit einer fest mit dem zugehörigen Kasten verbundenen Zahnstange zusammenwirkt (sich auf ihr abwälzt). Durch die Kombination von Zahnrad und Zahnstange wird die Drehbewegung der Gelenkwelle direkt in eine Linearbewegung der Zahnstange umgesetzt, die ihrerseits den zugehörigen Kasten für die Kabel und/oder Schläuche bewegt.
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In dem bevorzugten Fall, dass beide Arme der Kabelführung mit einem Verschiebemechanismus ausgestattet sind, ist eine symmetrische Auslegung hinsichtlich der Verschiebung beider Kästen in Abhängigkeit vom Drehwinkel bevorzugt. Zu diesem Zweck ist zweckmäßigerweise jedem der beiden Arme eine von einem Zahnrad angetriebene Zahnstange zugeordnet, so dass beim Aufklappen oder Zuklappen des Drehgelenks beide Kästen in gleicher Weise und in gleichem Maße gegenüber den Trägern verschoben werden. Konsequenterweise ist dann die Gelenkwelle zweigeteilt (unterbrochen) ausgeführt und umfasst zwei separate Gelenkbolzen, die jeweils ein Zahnrad tragen.
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Das erfindungsgemäße Konzept eignet sich insbesondere für einen Verbund aus mehren Kabeln und/oder Schläuchen / Leitungen, die an dem Drehgelenk umgelenkt werden. Vorteilhafterweise sind die Kabel und/oder Schläuche im Querschnitt betrachtet matrixartig ohne Überkreuzungen in dem jeweiligen Kasten angeordnet sind und werden unter Erhalt ihrer Anordnung am Drehgelenk von dem einen in den anderen Kasten überführt. Vorteilhafterweise ist der jeweilige Kasten in seinem Innenraum durch Zwischenwände in Schächte unterteilt, die jeweils ein Kabel oder einen Schlauch aufnehmen. Dadurch wird zum einen die strukturelle Stabilität der Anordnung erhöht, zum anderen wird durch die regelmäßige Anordnung und die ggf. vorhandenen Zwischenwände die Reibung der Kabel und/oder Schläuche gegeneinander verringert. Auch der Austausch eines einzelnen defekten Kabels oder Schlauches gestaltet sich damit relativ einfach.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich besonders für einen Roboter, insbesondere einen Industrie- oder Forschungsroboter oder ein so genanntes Fern-Handhabungsgerät (Remote Handling Tool) im nuklearen Bereich, mit einem beweglichen Roboterarm, an/in dem eine Anzahl, insbesondere eine Vielzahl von Kabeln und/oder Schläuchen entlang geführt ist.
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Die durch die Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass die durch eine bewegliche Zwangsführung bewirkte geordnete Umlenkung von Leitungen an einem Drehgelenk eine sehr kompakte und beinahe beliebig erweiterbare Leitungsführung ermöglicht, ohne diese zu beschädigen oder eine unerwünschte Relativbewegung der Leitungen gegeneinander hervorzurufen.
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Insbesondere durch eine Anordnung von axial beweglichen Segmenten auf den über ein Drehgelenk miteinander verbundenen Trägern und einer Zahnstangen-Zahnrad-Zwangsführung lässt sich eine Längenkompensation ohne zusätzliche Antriebe realisieren. Hierbei können eine beliebig wählbare Anzahl an Leitungen (hydraulischer, pneumatischer sowie elektrischer Art) um ein Gelenk mit einem großen Drehwinkelbereich von 0° bis 180° gebogen werden, ohne dabei geknickt, bewegt oder beschädigt zu werden.
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Die Anordnung ist kompakt und eignet sich durch ihre gut zu reinigende / dekontaminierbare Bauweise für den nuklearen als auch nicht-nuklearen Einsatz.
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Eine Erweiterung auf eine mehrarmige Kabelführung, die über mehrere Drehgelenke miteinander verbunden sind, ist selbstverständlich möglich und bedarf keiner näheren Erläuterung.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt in vereinfachter und schematisierter Form:
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1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zur Führung von Kabeln und/oder Schläuchen, wobei von links nach rechts nebeneinander drei verschiedene Bewegungszustände dargestellt sind,
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2 eine perspektive Ansicht der Vorrichtung gemäß 1, und
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3 einen Querschnitt durch einen Kabel und Schläuche führenden Kasten der Vorrichtung gemäß der Schnittlinie III-III in 1.
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Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.
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Die in 1 in einer seitlichen Draufsicht in drei verschiedenen Bewegungszuständen und in 2 in einer perspektivischen Ansicht dargestellte Vorrichtung 2 dient zur Aufnahme und Führung einer Anzahl von Kabeln 4 und/oder Schläuchen 6 um ein bewegliches Dreh- bzw. Schwenkgelenk herum.
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Die Vorrichtung 2 besitzt zwei längliche, mittig ausgefräste, im Querschnitt rechteckige Träger 8, die Bestandteil eines ersten Arms 10 und eines zweiten Arms 12 sind, und die jeweils an einem ihrer beiden Enden über ein Drehgelenk 14 miteinander verbunden sind, so dass sich die beiden Arme 10, 12 wie in 1 dargestellt aus einer zusammenklappten Konfiguration (eingeschlossener Drehwinkel α = 0°) in eine gestreckte Konfiguration (eingeschlossener Drehwinkel α = 180°) und umgekehrt überführen lassen.
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Die Kabel
4 und/oder Schläuche
6 sind an dem ersten Arm
10 entlang über das Drehgelenk
14 zum zweiten Arm
12 geführt. Zur Aufnahme der Kabel
4 und/oder Schläuche
6 weist jeder Arm
10,
12 einen an dem entsprechenden Träger
8 montierten Kasten
16 auf, dessen Außenkontur hier im Ausführungsbeispiel einen über die gesamte Länge hinweg konstanten rechteckförmigen Querschnitt besitzt. Der Innenraum des Kastens
16 ist wie in
3 erkennbar durch Zwischenwände
18 in mehrere Schächte unterteilt, die jeweils zur Aufnahme eines einzelnen Kabels
4 oder Schlauchs
6 vorgesehen sind. Im Bereich des Drehgelenks
14 liegen die Kabel
4 und/oder Schläuche
6 frei und treten unter Ausbildung eines Bogens außen um die Gelenkwelle herum und unter Erhalt ihrer matrixartigen Anordnung vom dem Kasten
16 des ersten Arms
10 in den Kasten
16 des zweiten Arms
12 über. Gegebenenfalls können die Kabel
4 und/oder Schläuche
6 im Bereich des Bogens von einer flexiblen, dehn- und/oder stauchbaren Schutzhülle umgeben sein, ähnlich wie in
DE 297 19 821 U1 beschrieben.
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Zum Ausgleich der durch die variierende Bogenlänge bei der Betätigung des Drehgelenks 14 hervorgerufenen Längung oder Stauchung der Kabel 4 und/oder Schläuche 6 ist ein Ausgleichsmechanismus in die Vorrichtung integriert.
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Zu diesem Zweck ist der jeweilige Kasten 16 in Längsrichtung 24 verschiebbar auf dem ihm zugeordneten Träger 8 angeordnet. Der Kasten 16 gleitet dazu mit seiner dem Träger 8 zugewandten Grundfläche auf der entsprechenden Grundfläche des Trägers 8. Der Kasten 16 wird durch an ihm angebrachte Gleitschienen 20, die in zugehörige Führungsschienen 22 des Trägers eingreifen, gegen ein seitliches Verrutschen und gegen ein Lösen vom Träger 8 gesichert. Die Führungsschienen 22 können beispielsweise als schlitzförmige Vertiefungen in dem Träger 8 ausgebildet sein.
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Des Weiteren ist seitlich an dem jeweiligen Kasten 16 am gelenkseitigen Ende eine parallel zur Längsrichtung 24 des Trägers 8 orientierte Zahnstange 26 angebracht, die durch ein mit der Gelenkwelle verbundenes Zahnrad 28 angetrieben wird.
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Genauer gesagt ist die Gelenkwelle zweiteilig ausgeführt, wie in 2 erkennbar ist. Einer der beiden nebeneinander auf einer gemeinsamen Drehachse angeordneten Gelenkbolzen 30 ist mit dem Träger 8 des ersten Arms 10 fest verbunden und wird von einer zugeordneten Gelenkhülse oder Gelenköse 32 vom Träger 8 des zweiten Arms 12 umgriffen, und analog für den anderen Gelenkbolzen 30. Der eine Gelenkbolzen 30 steht auf der einen Seite seitlich über die Trägeranordnung hinaus und trägt dort das zur Betätigung der Zahnstange 26 des ersten Arms 10 vorgesehene Zahnrad 28, und analog für den zweiten Arm 12. Die Geometrie der beiden Gelenkbolzen-Zahnrad-Zahnstange Anordnungen ist spiegelbildlich symmetrisch. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich beide Kästen 16 bei der Betätigung des Drehgelenks 14 in der gleichen Weise und in gleichem Maße (symmetrisch) verschieben.
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Wenn die beiden Arme 10, 12 wie in 1 von links nach rechts dargestellt aus einer zusammenklappten Konfiguration (eingeschlossener Drehwinkel α = 0°) in eine gestreckte Konfiguration (eingeschlossener Drehwinkel α = 180°) überführt werden, verschieben sich die beiden Kästen 16 aus ihrer gelenkseitigen End- oder Anschlagsposition nach außen hin in Richtung vom Drehgelenk 14 weg, wie im rechten Teil von 1 durch entsprechende Bewegungspfeile angedeutet.
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Das Übersetzungsverhältnis der jeweiligen Zahnrad-Zahnstange Kombination ist zweckmäßigerweise derart gewählt, dass der winkelabhängige Verschiebeweg möglichst genau der durch die Änderung der Bogenlänge bewirkten Ausdehnung oder Kontraktion der Kabel 4 und/oder Schläuche 6 in diesem Bereich entspricht. Damit wird die mechanische Belastung der Kabel 4 und/oder Schläuche 6 auch über viele Betätigungszyklen des Drehgelenks 14 hinweg ausgesprochen gering gehalten.
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Eine Überstreckung des Drehgelenks 14 (eingeschlossener Drehwinkel α > 180°) ist zu vermeiden, da dann die durch den Verschiebemechanismus induzierte Bewegung der Kästen 16 der natürlichen Tendenz zur Längung oder Kontraktion der Kabel 4 und/oder Schläuche 6 zuwiderlaufen würde. Zu diesem Zweck können entsprechende, den Drehwinkel begrenzende Anschläge vorgesehen sein.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- Vorrichtung
- 4
- Kabel
- 6
- Schlauch
- 8
- Träger
- 10
- erster Arm
- 12
- zweiter Arm
- 14
- Drehgelenk
- 16
- Kasten
- 18
- Zwischenwand
- 20
- Gleitschiene
- 22
- Führungsschiene
- 24
- Längsrichtung
- 26
- Zahnstange
- 28
- Zahnrad
- 30
- Gelenkbolzen
- 32
- Gelenköse
- α
- Drehwinkel
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 29719821 U1 [0002, 0025]
