DE102006053163A1

DE102006053163A1 - Gelenkanordnung, Vorrichtung und Roboterarm mit der Gelenkanordnung

Info

Publication number: DE102006053163A1
Application number: DE200610053163
Authority: DE
Inventors: Volker Behr; Heinz Breunig; Sandra Kamm; Peter Horling; Bernhard Bauer
Original assignee: SKF AB
Current assignee: SKF AB
Priority date: 2006-11-09
Filing date: 2006-11-09
Publication date: 2008-05-15

Abstract

Eine Gelenkanordnung beinhaltet folgende Merkmale: - ein erstes und ein zweites Endelement, - ein Zwischenelement, mit dem sowohl das erste als auch das zweite Endelement jeweils über eine gelenkige Lagerung verbunden sind, und - Federmittel zum Vorspannen der Lagerungen, wobei die Federmittel derart angeordnet und ausgebildet sind, zwischen den beiden Endelementen in Richtung ihrer Verbindung über das Zwischenelement eine mechanische, die Endelemente auseinander- oder aneinanderdrückende Spannung zu erzeugen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Gelenkanordnung, eine Vorrichtung und einen Roboterarm mit der Gelenkanordnung.
Im Bereich des Maschinenbaus sind eine Vielzahl von Gelenken, darunter auch Kreuzgelenke, bekannt. Dabei wird ein Kreuzgelenk in der Regel dadurch gebildet, dass ein zentrales Kreuz an zwei gegenüberliegenden Enden über entsprechende Drehverbindungen in einem ersten Gabelelement gelagert ist und die beiden anderen Enden ebenfalls über Drehverbindungen in einem zweiten Gabelelement gelagert sind. Werden dabei zwei derartige Kreuzgelenke kurz hintereinander angeordnet, spricht man auch von einem Doppelkreuzgelenk. Dabei ist es weiterhin bekannt, die Drehverbindungen auch als Wälzlagerungen, insbesondere als Nadellagerungen auszubilden. Vorgenannte Kreuzgelenke bzw. Doppelkreuzgelenke werden dabei insbesondere eingesetzt um eine Drehbewegung zwischen den Gabelelementen sicher zu übertragen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, eine verbesserte Gelenkanordnung zu schaffen, mit der insbesondere auch eine Vielzahl von Hin- und Herbewegungen sicher übertragbar ist.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Verwendungen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
Gemäß Anspruch 1 beinhaltet eine Gelenkanordnung folgende Merkmale:

– Ein erstes und ein zweites Endelement,
– ein Zwischenelement, mit dem sowohl das erste als auch das zweite Endelement jeweils über eine gelenkige Lagerung verbunden sind, und
– Federmittel zum Vorspannen der Lagerungen, wobei die Federmittel derart angeordnet und ausgebildet sind, zwischen den beiden Endelementen in Richtung ihrer Verbindung über das Zwischenelement eine mechanische, die Endelemente auseinander- oder aneinanderdrückende Spannung zu erzeugen.

Die vorliegende Erfindung beruht dabei auf der Erkenntnis, dass beispielsweise eine herkömmliche Doppelkreuzgelenkanordnung zum Übertragen einer Hin- und Herbewegung, hoher Schalthäufigkeit und insbesondere pulsartigen Charakters zu einem schnellen Verschleiß der Lagerungen führt und damit mit Nachteil zu einem frühen Ausfall bzw. einer vergleichsweise geringen Anzahl von sicher übertragbaren Hin- und Herbewegungen führt. Dieses Problem wird gemäß der Erfindung nunmehr dadurch gelöst, dass besagte Federmittel zum Einsatz kommen, die für die Lagerungen andauernd eine Vorspannung und damit Spielfreiheit bewirken. Mit der erfindungsgemäß ausgebildeten Gelenkanordnung lassen sich dann bis zu mehreren hundert Millio nen insbesondere pulsartigen Hin- und Herbewegungen sicher und ohne Lagerschäden übertragen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus dem im folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Figur.
Die Figur zeigt als ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in längsschnittähnlicher Darstellung eine Prinzipskizze einer Gelenkanordnung. Dabei umfasst die Gelenkanordnung ein erstes und ein zweites Endelement 10 und 20, wobei jedes der beiden Endelemente 10 und 20 kreuzgelenkartig mit einem Zwischenelement 32 verbunden ist. Die Zapfen der beiden Kreuzstücke sind dabei sowohl in den beiden Endelementen 10 und 20 als auch in dem Zwischenelement 32 über Nadellagerungen drehbar gelagert.
Die beiden Endelemente 10 und 20 sind an ihrem dem Zwischenelement 32 abgewandten axialen Enden jeweils mit einem Gewindezapfen 12 und 22 ausgebildet, dessen Außenmantel mit einem Gewinde versehen ist. Dabei sind die Gewinde der beiden Gewindezapfen 12 und 22 gegensinnig zueinander ausgebildet, so dass einer der Gewindezapfen 12 oder 22 mit einem Linksgewinde und der andere der Gewindezapfen 12 oder 22 mit einem Rechtsgewinde ausgebildet ist. Mit diesen Gewindezapfen 12 und 22 sind die beiden Endelemente 10 und 20 mit Elementen 18 und 28 der Einbauumgebung der Gelenkanordnung fest verbunden, wobei der Gewindezapfen 12 einfach in eine entsprechende Gewindebohrung des Elements 18 eingeschraubt ist und der andere Gewindezapfen 22 über eine entsprechende Mutter 26 mit dem anderen Element 28 fest verbunden wird, wobei das Element 28 und die Mutter 26 derart ausgebildet sind, dass die Mutter 26 sozusagen im besagten Element 28 versenkt ist.
Weiterhin ist zwischen den beiden Elementen 18 und 28 der Einbauumgebung eine die Endelemente 10 und 20 und das Zwischenelement 32 im wesentlichen hohlzylinderartig umschließende Polyurethandruckfeder 34 mit eingebaut. Diese Polyurethandruckfeder 34 ist dabei derart ausgebildet, dass sie bei festem Verbinden der Endelemente 10 und 20 mit den Elementen 18 und 28 der Einbauumgebung die beiden Endelemente 10 und 20 mit einer vorgebbaren mechanischen Spannung auseinanderdrückt, so dass auf die Nadellagerungen dauerhaft eine Vorspannung ausgeübt wird, die eine andauernde Spielfreiheit der Nadellagerungen bewirkt und die die eingangs beschriebenen Vorteile erzeugt. Der Vorteil der Polyurethandruckfeder 34 ist dabei, dass sie neben der Vorspannungserzeugung gleichzeitig noch eine Schwingungsdämpfung und Schallentkopplung übernehmen kann.
Die Gelenkanordnung gemäß der Figur ist weiterhin mit Vorteil sehr kompakt ausbildbar. So reicht beispielsweise bei einem Durchmesser der Endelemente von ca. 50 mm eine axiale Länge zwischen den Elementen 18 und 28 der Einbauumgebung von kleiner ca. 80 mm aus.
Die Anordnung gemäß der Figur mit der das Doppelkreuzgelenk hülsenartig umschließenden Feder kann dabei mit besonderem Vorteil bei einer Vorrichtung eingesetzt werden, bei der ein Bauteil um eine Drehachse lediglich um kleine Winkel, beispielsweise kleiner ±5° hin und her zu verschwenken ist und das Bauteil zum Ausführen der Verschwenkbewegung über die beschriebene Gelenkanordnung mit einer in etwa senkrecht zur Drehachse wirkenden Linearantriebsvorrichtung verbunden ist. Die vorausgehend beschriebene Gelenkanordnung ermöglicht dabei die dazu notwendigen Ausgleichsbewegungen, die unter anderem aufgrund eines niemals 100%igen zueinander Senkrechtstehens von Drehachse und Linearbewegungsrichtung notwendig sind.
Weiterhin ist die vorausgehend beschriebene Gelenkanordnung mit Vorteil auch bei Robotern, insbesondere im Rahmen eines Roboterarms einsetzbar, weil es auch dort vielfach auf die Spielfreiheit der Gelenkanordnung ankommt. Dabei kann es unter anderem notwendig sein, eine Beweglichkeit der Gelenkanordnung zu vergrößern, wozu in wiederum anderen Ausführungsformen das Auseinanderdrücken der beiden Endelemente auch durch das Innere des Zwischenelements hindurch ausgebildet sein kann, wobei dann diese Druckübertragung durch das Zwischenelement hindurch insbesondere gelenkig ausgebildet sein sollte und die Federmittel insbesondere in einem hohlzylinderartig ausgebildeten Abschnitt eines Endelements angeordnet sind.
In anderen Ausführungsformen können anstelle des Polyurethans für die Druckfeder natürlich auch andere vernetzte Polymermaterialien eingesetzt werden. Ebenso kann natürlich anstelle der Polyurethandruckfeder auch eine Schraubenfeder, insbesondere aus einem Metall, eingesetzt werden, wobei weiterhin der Draht der Schraubenfeder selbst wieder mit einer in Längsrichtung des Drahtes verlaufenden Wellung ausgebildet sein kann. In anderen Ausführungsformen erfolgt die Abstützung der Federmittel nicht wie in der Figur dargestellt an den Elementen der Einbauumgebung, sondern beispielsweise an entsprechenden, an den Außenmänteln der Endelemente ausgebildeten Auskragungen oder vergleichbaren Ausbildungen.
Schließlich können natürlich auch noch Mittel zum Einstellen einer vorgebbaren Vorspannung vorhanden sein, die beispielsweise in Form von Stellschrauben auf die Federmittel wirken. In wiederum einer anderen Ausführungsform kann anstelle des Auseinanderdrückens bei entsprechend angepasster Gelenkanordnung natürlich auch ein Aneinanderandrücken der Endelemente treten.

10, 20: Endelement
12, 22: Gewindezapfen
18, 28: Element der Einbauumgebung
26: Mutter
32: Zwischenelement
34: Polyurethandruckfeder

Claims

Gelenkanordnung, beinhaltend folgende Merkmale: – Ein erstes und ein zweites Endelement, – ein Zwischenelement, mit dem sowohl das erste als auch das zweite Endelement jeweils über eine gelenkige Lagerung verbunden sind, und – Federmittel zum Vorspannen der Lagerungen, wobei die Federmittel derart angeordnet und ausgebildet sind, zwischen den beiden Endelementen in Richtung ihrer Verbindung über das Zwischenelement eine mechanische, die Endelemente auseinander- oder aneinanderdrückende Spannung zu erzeugen.
Gelenkanordnung nach Anspruch 1, wobei wenigstens eine der gelenkigen Verbindungen zwischen einem der Endelemente und dem Zwischenstück kreuzgelenkartig ausgebildet ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei wenigstens eine der Lagerungen als Wälz- insbesondere Nadellagerung ausgebildet ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die beiden Endelemente mit entsprechenden Abstützungen für die Federmittel ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach Anspruch 4, wobei die Abstützungen am Außenmantel oder im Inneren der Endelemente ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Federmittel außen am Zwischenelement vorbei wirkend ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei die Federmittel wenigstens die dem Zwischenstück zugewandten Abschnitte der Endelemente und das Zwischenstück hülsenartig umgebend ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Federmittel zwischen zwei Elementen einer Einbauumgebung wirkend angeordnet sind, wobei mit jeweils einem der Elemente eines der Endelemente fest verbunden ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Federmittel durch das Zwischenelement hindurch wirkend ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Federmittel im Inneren des wenigstens abschnittsweise hohlzylinderartig ausgebildeten Endelements angeordnet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Federmittel zwischen wenigstens einem Abschnitt eines der Endelemente und dem Zwischenstück angeordnet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Federmittel eine Hülse aus einem vernetzten Polymermaterial umfassen.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Federmittel schraubenfederartig ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach Anspruch 13, wobei die Schraubenfeder in sich mit einer Wellung ausgebildet ist.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Gelenkanordnung auf die Federmittel wirkende Mittel zum Einstellen einer vorgebbaren Vorspannung umfasst.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei die Endelemente für ein festes Verbinden mit ihrer Einbauumgebung an ihren dem Zwischenelement abgewandten axialen Enden auf einem zylindermantelartigen Außenabschnitt mit einem Gewinde ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach Anspruch 16, wobei die Gewinde der beiden Endelemente zueinander gegensinnig ausgebildet sind.
Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 16 bis 17, wobei wenigstens eines der Endelemente mit einem Element der Einbauumgebung über eine in dem Element versenkbare Mutter befestigbar ist.
Vorrichtung zum Verschwenken eines Bauelements um eine Achse, wobei das Bauelement zum Ausführen der Verschwenkbewegung über genau eine Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18 mit einer in etwa senkrecht zur Achse wirkenden Linearantriebsvorrichtung verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei das Bauelement plattenartig ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 oder 20, wobei die Verschwenkbewegung pulsartig ist und/oder die Vorrichtung für ein hin und her Verschwenken im Bereich von ±45° oder weniger vorgesehen ist.
Roboterarm mit wenigstens einer Gelenkanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 18.