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Die
Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für eine Energiezuführung
für Industrieroboter.
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Industrieroboter
sind Handhabungsmaschinen, die zur selbsttätigen Handhabung
und Bearbeitung von Objekten mit zweckdienlichen Werkzeugen, zum
Beispiel an einer Hand bzw. einer so genannten Zentralhand, ausgerüstet
und in mehreren Bewegungsachsen insbesondere hinsichtlich Orientierung, Position
und Arbeitsablauf programmierbar sind.
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Unter
einer Energiezuführung ist ein flexibles Schlauchpaket
zu verstehen, welches unterschiedliche Leitungen, wie zum Beispiel
elektrische Leitungen für Leistungs-, Steuer- und Messzwecke,
sowie Fluidzu- und ableitungen, für ein Werkzeug aufweist, welches
an einem Handflansch des Industrieroboters angebracht ist. Die Energiezuführung
ist zum Schutz der innen geführten Leitungen mit einem
Schutzschlauch umgeben.
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Diese
Energiezuführung weist im Allgemeinen ein hohes Eigengewicht
auf und ist an dem Industrieroboter von dessen Basis bis zum Handflansch
verlegt. Auf Grund der Notwendigkeit, allen Positionen des Werkzeugs
und somit allen dazu korrespondierenden Gelenkstellungen des Roboters
folgen zu können, muss die Energiezuführung flexibel sein.
Die Positionen des Werkzeugs werden häufig mit einer hohen
Positioniergeschwindigkeit angefahren, wobei das Werkzeug selbst
ebenfalls eigenständige Bewegungen ausübt. Hierzu
ist eine entsprechende Robustheit der Energiezuführung
gefordert, um bei den hohen Bewegungsgeschwindigkeiten des Roboters,
auch im Dauereinsatz, eine hohe Haltbarkeit zu gewährleisten.
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In
einem mittleren Bereich wird die Energiezuführung an dem
Roboter mittels Haltern an dessen Aufbau befestigt. Dazu dient
EP 979 967 B1 zur
Illustration.
EP 979
967 B1 beschreibt einen, zum Beispiel in
5 der
EP 979 967 B1 dargestellten,
Halter mit gegenüber liegenden Öffnungen, durch
welche eine Energiezuführung verlegt ist. Diese Öffnungen
sind jeweils als Rohrtrichter trompetenförmig erweitert
und werden als so genannte „Trompeten" bezeichnet. In diesen
Rohrtrichtern soll der Energiezuführungsschlauch möglichst
reibungsfrei in seiner axialen Längserstreckung hindurch
gleiten können.
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Nachteilig
ist jedoch, dass ein bestimmter Grad an Verschleiß an den
Haltern und am Schlauchpaket auftritt. Dieses erfolgt in Abhängigkeit
des Schlauchmaterials und der Werkstoffe im Inneren der Halter,
auf denen das Schlauchpaket bei seiner Bewegung hin- und her gleitet,
wobei auch Geräusche und erhöhte Bewegungskräfte
auftreten können.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Haltevorrichtung für
eine Energiezuführung für Industrieroboter anzugeben,
welche im Vergleich zum Stand der Technik einen geringeren Verschleiß bewirkt
und eine erhöhte Lebensdauer aufweist.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen entsprechenden Industrieroboter
anzugeben.
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Die
Aufgabe der Erfindung wird gelöst durch eine Haltevorrichtung
für zumindest eine Energiezuführung für
Industrieroboter, aufweisend:
zumindest zwei drehbare Rollkörper
zur Führung und Halterung der Energiezuführung;
und
einen Rahmen zur Halterung der Rollkörper;
wobei
die Rollkörper an dem Rahmen um den Querschnitt der Energiezuführung
in einem Abstand voneinander dergestalt herum angeordnet sind, dass
die Energiezuführung zwischen den Rollkörpern
hin- und her bewegbar getragen ist.
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Die
Rollkörper bewirken, dass die Energiezuführung
bei ihren durch die Verstellungen des Roboters erzeugten Bewegungen
in der Halterung nicht gleitet, sondern auf den Rollkörper
abrollt. Dadurch ergibt sind ein geringer Verschleiß sowohl
der Halterung als auch der Energiezuführung. Als Ergebnis
ist die Lebensdauer des Schlauchpakets und auch der Haltevorrichtung
erhöht.
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Nach
einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung können die Rollkörper eine profilierte
Gestalt, zum Beispiel eine Taillierung, aufweisen. Dadurch ist es
bei einer Minimalzahl von zwei Rollkörpern möglich,
für die Energiezuführung eine leichtgängige
Halterung und Führung zu bilden.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann es für einen leichten
Austausch der Energiezuführung in den Haltevorrichtungen
vorgesehen sein, dass der Rahmen zumindest einen bewegbaren und verschließbaren
Abschnitt zur Öffnung des Querschnitts zwischen den Rollkörpern
zum Einsetzen und Entnehmen der Energiezuführung aufweist.
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Dazu
kann der bewegbare Abschnitt des Rahmens an dem Rahmen mittels eines
Klappgelenkes verschwenkbar und mittels einer Verschlusseinrichtung
verschließbar angebracht sein. Auf diese Weise ist ein
leichtes öffnen und Schließen der Halterung ermöglicht.
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In
einer noch weiteren Ausführung der erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung ist der Rahmen zumindest abschnittsweise als eine
jeweilige Achse der Rollkörper ausgebildet. Hierbei wird
besonders wenig Bauraum beansprucht. Der Rahmen kann zum Beispiel
kreisförmig ausgebildet sein, wodurch es möglich
ist, dass die Energiezuführung vollständig von
Rollkörpern umgeben ist. Hierbei können die Rollkörper
eine einfache zylindrische Form aufweisen.
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Der
Rahmen kann in einer weiteren Ausführungsform mit einer
abnehmbaren Abdeckung versehen sein, welche die Bauteile der Halterung
so abdeckt, dass anderen Teile, welche diese berühren können,
nicht beschädigt werden. Andererseits wird durch die Abdeckung
ein versehentliches Öffnen der Verschließeinrichtung
der Halterung verhindert.
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Zur
Anpassung an den Querschnitt der Energiezuführung bzw.
unterschiedliche Querschnitte kann der Rahmen eine Einstelleinrichtung
zur Einstellung des Abstands von zumindest zwei Rollkörpern
untereinander aufweisen.
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Der
Rahmen der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung
kann mit einem Fußelement zur Befestigung am Industrieroboter
verbunden sein. Diese kann ein für diesen Zweck übliches
Fußelement sein. Es ist auch möglich, dass der
Rahmen mit dem Fußelement um zumindest eine Achse verschwenkbar verbunden
ist, wodurch die Beweglichkeit der Energiezuführung in
der Haltevorrichtung verbessert ist. Dabei kann zum Beispiel ein übliches
Fußelement mit einem üblichen Drehgelenk zur Anwendung
kommen.
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Es
kann auch in einer weiteren Ausführung vorgesehen sein,
dass der Rahmen eine Schnellverbindungseinrichtung zur Verbindung
mit dem Fußelement und/oder das Fußelement eine
Schnellverbindungseinrichtung zur Verbindung mit dem Industrieroboter
aufweist. Damit ist eine einfache und schnelle Montage/Demontage
bei Wartung und Zusammenbau geschaffen.
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Ein
erfindungsgemäßer Industrieroboter weist zumindest
eine oben beschriebene Haltevorrichtung für zumindest eine
Energiezuführung auf.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind exemplarisch in den beigefügten schematischen
Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
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1 eine
perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Roboterarms mit herkömmlichen
Haltern für eine Energiezuführung;
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2 einen
vergrößerten Ausschnitt des Roboterarms nach 1 mit
zwei beispielhaften ersten Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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3 eine
perspektivische Ansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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4 das
zweite Ausführungsbeispiel nach 3 in einer
aufgeklappten Stellung;
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5 eine
perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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6 eine
perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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7 eine
perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
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8 eine
perspektivische Ansicht eines sechsten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung; und
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9 eine
beispielhafte Darstellung eines erfindungsgemäßen
Industrieroboters mit einer erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung.
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1 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines beispielhaften Roboterarms 1,
der an einer nur teilweise dargestellten Schwinge SW eines Roboters R
(siehe 9) verschwenkbar angebracht ist. Auf der linken
Seite der 1 ist ein Ende des Roboterarms 2 mit
einem so genannten Handflansch 2 gezeigt. An diesem wird
ein Werkzeug, zum Beispiel ein Greifer oder ein Schweißgerät,
angebaut. Die Energieversorgung dieses Werkzeugs, beispielsweise elektrische
Leistung und Fluide, erfolgt über entsprechende Leitungen 5,
die in einer Energiezuführung 3 innerhalb eines
Schlauches 4 geführt angeordnet sind.
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Die
Position und Orientierung des Handflansches 2 mit dem nicht
gezeigten Werkzeug kann mittels diverser Antriebe, zum Beispiel
Elektromotoren, im Wesentlichen frei im Raum ausgerichtet werden.
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Die
Energiezuführung 3 ist von einem Anschlusspunkt
oder einer Schnittstelle an einem festen Halter 6 über
herkömmliche Durchführungshalter 7 zu
einem weiteren festen Halter 6 am Handflansch geführt.
Die Durchführungshalter 7 ermöglichen
der Energiezuführung 3 ihre bei der Bewegung des
Roboters auftretenden hin- und her gehenden Bewegungen in ihrer
Längsrichtung, aber auch Verdrehen und Biegen um verschiedene
Achsen. Dabei gleitet die Energiezuführung 3 mit
ihrem Schlauch 4 innerhalb der herkömmlichen Durchführungshalter
und wird von deren trompetenförmigen Rohrtrichtern gleitend
geführt.
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Bei
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung sind diese
Durchführungshalterungen 7 mit Rollkörpern 12 versehen,
wie in 2 in einem vergrößerten Ausschnitt
des Roboterarms 2 nach 1 mit zwei
beispielhaften ersten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung dargestellt ist. Hier ist auch ein Durchhängen
der Energiezuführung 3 auf Grund ihres Eigengewichtes
zwischen dem linken und rechten Durchführungshalter 7 gezeigt.
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Die
erfindungsgemäße Haltevorrichtung weist in diesem
ersten Ausführungsbeispiel jeweils einen U-förmigen
Rahmen 10 mit jeweils zwei Rollkörpern 12 auf.
Die Rollkörper 12 sind jeweils auf einer Achse 11 drehbar
gelagert. Die Lagerung ist zum Beispiel mittels reibungsarmer Wälzkörperlager,
wie beispielsweise Nadellager, gestaltet. Nadellager weisen eine
hohe Druckbelastbarkeit und einen geringen Bauraum auf. Andere Lagerungen
sind selbstverständlich möglich. Die Achsen 11 sind
am Rahmen 10 befestigt und untereinander so beabstandet, dass
die drehbaren Rollkörper 12 um den Querschnitt
der Energiezuführung 3 herum angeordnet sind.
Dabei stehen die Rollkörper 12 mit dem Schlauch 4 der
Energiezuführung in Kontakt. Die vordere Durchführungshalterung 7 unterstützt
die Energiezuführung 3 von unten und oben, das
heißt in z-Richtung des im rechten Durchführungshalters 7 angegebenen
Koordinatensystems. Der rechte Durchführungshalter 7 ist
um 90° gegenüber dem linken gedreht, wodurch die
Energiezuführung 3 in y-Richtung geführt
ist.
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Durch
die in diesem Beispiel verwendete Profilierung, zum Beispiel eine
Taillierung, der Rollkörper 12 ist es möglich,
die Anzahl der Rollkörper 12 auf eine Minimalzahl
von 2 pro Durchführungshalter 7 zu reduzieren,
da die Taillierung den Schlauch 4 in einer Linie und nicht
nur in einem Punkt kontaktiert. Somit wird der Schlauch 4 nicht
nur geführt sondern auch getragen und gehalten.
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Die
Rollkörper 12 können aus unterschiedlichen
Materialien gebildet sein, wobei auch Kombinationen von Metall und
Kunststoff und/oder Kunststoff/Kunststoff möglich sind.
Die Profilierung kann dem Schlauchdurchmesser angepasst sein, um
besonders geringe Rollreibungen und niedrige Geräuschbildung
zu erzielen.
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Die
Energiezuführung 3 erfährt in Bezug auf die
Durchführungshalter 7 in ihrer Hin- und Herbewegung
in x-Richtung, das heißt im Wesentlichen in ihrer Längsrichtung,
nur eine Rollreibung im Gegensatz zur Gleitreibung der Halter des
Stands der Technik. Bewegungen in der z-Richtung sind auf Grund der
Gestalt der Rollkörper 12 in einfacher Weise leicht
möglich und weisen keine Gleitreibung auf.
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Der
Rahmen 10 ist auf einem herkömmlichen Fußelement 8 in üblicher
Weise mittels eines üblichen Drehgelenks 9 drehbar
befestigt. Hierzu können die üblichen Bauteile
verwendet werden.
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Zum
Einlegen der Energieversorgung 3 in die Durchführungshalter 7 zeigen 3 und 4 eine
zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen
Haltevorrichtung mit einem öffnungsfähigen Rahmen 10.
Der Rahmen 10 besteht in diesem Beispiel aus zwei Abschnitten,
die untereinander mittels eines Klappgelenks 15 schwenkbar
verbunden sind. Sie ergänzen sich zu einem Rechteck, in
welchem die Energiezuführung 3 in x-Richtung von
den Rollkörpern 12 geführt und gehalten
ist. Der Rahmen 10 ist zum Beispiel aus einem Flacheisenmaterial
gebildet, und die Achsen 11 der Rollkörper 12 sind über abgesetzte
Gewindeenden mittels Muttern im Rahmen 10 befestigt. Gegenüber
dem Klappgelenk 15 ist auf der Oberseite des Rahmens 10 eine
Verschlusseinrichtung 16 mit einem Hebel 14 und
einem Verschlusselement 13 angeordnet. Der Hebel 14 ist
auf dem linken Rahmen 10 verschwenkbar befestigt. Das Verschlusselement 13 ist
in 4 zu sehen. Die Verschlusseinrichtung 16 kann
zum Beispiel eine übliche Ausführung sein und
ist einfach zu handhaben.
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In 4 ist
ein Abschnitt des Rahmens 10 mit einem Rollkörper 12 um
das Klappgelenk 15 um eine Achse verschwenkt aufgeklappt,
welche parallel zur x-Richtung verläuft. In diesem Zustand
ist die Energiezuführung 4 zwischen die Rollkörper 12 einsetzbar
oder zu entfernen. So ist ein schneller und einfacher Austausch
möglich.
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5 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines dritten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung. Der Durchführungshalter 7 weist
hier drei Rollkörper 12 auf, wobei der Rahmen 10 in
entsprechender Weise aus drei U-förmigen Rahmenabschnitten
mit je einem Rollkörper 12 gebildet ist. Die Rollkörper 12 umgeben
den Schlauch 4 der Energiezuführung 3 wie
oben beschrieben. Auch dieser Rahmen 10 kann einen aufklappbaren
Abschnitt aufweisen, was nicht dargestellt, aber mittels der Beschreibung
zu 3 und 4 leicht nachvollziehbar ist.
Die Energiezuführung 3 wird bei dieser Ausführung
auch durch taillierte Rollkörper 12 geführt.
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Als
Variation der dritten Ausführung nach 6 zeigt 6 eine
perspektivische Ansicht eines vierten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung, wobei
der Un terschied zur dritten Ausführung darin besteht, dass
hier auf eine Taillierung der Rollkörper 12 verzichtet
ist. Die Rollkörper 12 sind hier von zylindrischer
Gestalt, wobei auf Grund ihrer Anzahl die Energiezuführung 3 geführt und
ausreichend gehalten ist.
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7 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines fünften Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung. Der Rahmen 10 ist
hier als ein Ring aus einem Rundmaterial ausgebildet und weist Abschnitte
auf, die als Achse 11 für die zylindrischen Rollkörper 12 dienen.
Hiermit ist es auf kleinem Bauraum möglich, eine größere
Anzahl von Rollkörpern 12 und somit eine Führung
des Schlauches 4 in verschiedenen Biegerichtungen zu gestatten.
Hierbei ist es auch möglich, auf ein Drehgelenk 15 zu
verzichten. Somit weist dieses Ausführungsform ein Fußelement 8' in
Gestalt eines T-Winkels auf. Die Ausbildung dieses Rahmens 10 kann
auch zum Beispiel so erfolgen, dass zwischen den Achsen 11 entsprechende
Winkelverbindungen angeordnet sind.
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Schließlich
zeigt 8 eine sechste Ausführungsform, die sich
von der fünfte dadurch unterscheidet, dass eine noch größere
Anzahl von schmalen zylindrischen Rollkörpern 12 auf
einem ringförmigen Rahmen 10 drehbar angeordnet
ist, welcher vollständig die Achsen 11 bildet.
Hierbei kann auf ein Drehelement 15 in Verbindung zum Fußelement 8' ebenfalls
verzichtet werden, da die seitlichen Auslenkungen der Energiezuführung 3 bei
ihren Bewegungen im Wesentlichen von den Rollkörpern 12 aufgenommen
werden.
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Somit
ist eine leichtgängige, leicht austauschbare und aufklappbare
Haltevorrichtung geschaffen, welche nur geringe Rollreibung zwischen den
Rollkörpern 12 und dem Schlauch 4 der
Energiezuführung 3 aufweist. Sie ist weiterhin
geräusch arm und ermöglicht eine hohe Lebensdauer
für die Energiezuführung 3 und die Durchführungshalterung 7.
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In 9 ist
ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen
Industrieroboters mit einer Energiezuführung 3 dargestellt,
welche in erfindungsgemäßen Haltevorrichtungen
geführt ist. Der Roboter R weist in diesem Beispiel 6 Achsen I bis VI auf:
Achse I ist eine vertikale Drehachse einer Basis B in Bezug auf
einen Sockel SO des Roboters 1. Achse II ist eine horizontale
Drehachse einer Schwinge SW. Achse III ist eine horizontale
Drehachse des Arms 1, wobei dessen Längsachse
als Achse IV bezeichnet ist. An dem langen Ende des Arms
ist ein Handflansch 2 für ein Werkzeug angeordnet.
Der Handflansch 2 ist zusammen mit einer Achse V um
Achse IV drehbar und weist selbst eine Längsachse VI auf,
um welche das Werkzeug ebenfalls unabhängig drehbar ist.
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Die
Energiezuführung 3 ist in 9 von der Basis
B außen an den Abschnitten des Roboters 1 zum
Handflansch 2 über Durchführungshalter 7 geführt.
Wie bereits oben erwähnt ist, wird die Energiezuführung 3 durch
die Bewegungen des Werkzeugs am Handflansch 2 über
das Werkzeug geschleift, verdreht und derart bewegt, dass sie in
den Durchführungshaltern 7 Hin- und Herbewegungen
in ihrer Längsrichtung und unterschiedliche Biegebewegungen
macht, welche durch die oben beschriebene erfindungsgemäße
Haltevorrichtung mit nur geringer Rollreibung aufgefangen werden,
wobei eine hohe Lebensdauer dieser so beanspruchten Energiezuführung 3 erreicht
wird.
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Die
erfindungsgemäße Haltevorrichtung ist nicht auf
die beschriebenen und in den Figuren dargestellten Ausführungen
beschränkt. Es sind Modifikationen und Änderungen
im Rahmen der beigefügten Ansprüche möglich.
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So
ist es zum Beispiel denkbar, dass die Rollkörper 12 mit
einer Beschichtung zur Dämpfung versehen sein können,
wodurch sich eine bestimmte Federung ergibt.
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Weiterhin
kann der Abstand der Rollkörper 12 untereinander
zur Anpassung an unterschiedliche Querschnitte des Schlauches 4 mittels
einer Einstelleinrichtung möglich sein.
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Der
Durchführungshalter 7 ist nicht nur auf einen
Rahmen 10 beschränkt, sondern kann mehrere aufweisen.
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Für
eine besonders leichte Austauschbarkeit der Haltevorrichtung ist
es denkbar, dass die Fußelemente 8, 8' mit
einer Schnellspanneinrichtung versehen sein können.
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Die
Verschlusseinrichtung 16 und die montierten Achsen 11 können
durch eine Abdeckung geschützt sein, wodurch zum Beispiel
die versehentliche Betätigung der Verschlusseinrichtung 16 sowie eine
Beschädigung von die Haltevorrichtung kontaktierenden Teilen
bei Bewegung des Roboters verhindert werden.
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- 1
- Roboterarm
- 2
- Handflansch
- 3
- Energiezuführung
- 4
- Schlauch
- 5
- Leitung
- 6
- Halter
- 7
- Durchführungshalter
- 8,
8'
- Fußelement
- 9
- Drehgelenk
- 10
- Rahmen
- 11
- Achse
- 12
- Rollkörper
- 13
- Verschlusselement
- 14
- Hebel
- 15
- Klappgelenk
- 16
- Verschlusseinrichtung
- R
- Roboter
- B
- Basis
- SO
- Sockel
- SW
- Schwinge
- I
- Achse
1
- II
- Achse
2
- III
- Achse
3
- IV
- Achse
4
- V
- Achse
5
- VI
- Achse
6
- x,
y, z
- Koordinaten
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
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Zitierte Patentliteratur
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- - EP 979967
B1 [0005, 0005, 0005]