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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schlauchpaketanordnung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
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Schlauchpakete der eingangsgenannten Art werden als Übertragungseinrichtung zwischen dem Handhabungsteil einer Schweißvorrichtung, also dem so genannten Schweißbrenner, und dem eigentlichen Schweißaggregat, das im Wesentlichen zur Schweißstromerzeugung und zur Bevorratung bzw. zum Anschluss der Schweißmedien, wie dem Schweißdraht und dem Schutzgas, dient, eingesetzt. Dem Schlauchpaket als Übertragungseinrichtung kommt dabei in erster Linie die Aufgabe zu, die Strom- und Medienversorgung über die Distanz zum Schweißaggregat sicherzustellen, ohne die Handhabung des Schweißbrenners zu beeinträchtigen. Dies trifft im besonderen Maße zu, wenn es sich um Schlauchpakete handelt, die zur Installation an einem Schweißroboter dienen, bei denen das Schlauchpaket zwischen einem an einem Roboterhandgelenk installierten Schweißbrenner und einer im Bereich einer feststehenden Roboterbasis installierten Drahtzuführeinrichtung angeordnet ist, und das Schlauchpaket einerseits die komplexe Kinematik der überlagerten Bewegungen der Roboterarmglieder nicht behindern darf und andererseits die im Zusammenhang mit der Bewegung des Roboterarms auftretenden mechanischen Belastungen des Schlauchpakets möglichst gering sein sollen, um einen Verschleiß so gering wie möglich zu halten.
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Besonders schädlich für die Standzeit eines Schlauchpakets erweisen sich die im Betrieb auftretenden Torsionsbelastungen, die zwar dadurch vermieden werden können, dass im Bereich des Roboterhandgelenks eine Drehkupplung angeordnet wird, um das Schlauchpaket weitestgehend torsionsfrei zu halten. Jedoch resultiert daraus der Nachteil, dass die Masse im Bereich des Roboterhandgelenks erhöht wird und dass über die zwischenliegende Anordnung eines Kupplungselements die Wärmeübertragung vom Schweißbrenner auf das Schlauchpaket und somit die Abführung der Schweißwärme vom Schweißbrenner beeinträchtigt wird.
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Aus der
DE 12 32 679 B ist eine Schlauchpaketanordnung für eine Schweißvorrichtung mit einem in einem Führungskanal geführten Schweißdraht bekannt, wobei der Führungskanal aus einer torsionssteifen Drahtwendel gebildet ist, die wiederum von einer elektrischen Leiteranordnung umgeben ist. Weiter ist ein Isolationsschlauch vorgesehen, der die Leiteranordnung umgibt. Zwischen der Drahtwendel und der Leiteranordnung kann ein Ringspalt zur Führung von Schutzgas ausgebildet sein.
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Die
DE 26 07 471 A1 offenbart eine Schlauchpaketanordnung, bei der insbesondere ein Führungskanal aus zwei Drahtwendeln gebildet ist, die eine torsionssteife Stützstruktur ausbilden können. Enden der Schlauchpaketanordnung sind mit Anschlussstücken versehen, die in Art einer Quetschhülse am Schlauchpaket befestigt sind. Ein Anschlussstück weist ein Kegelgewinde zur festen Verbindung mit einer Zuführeinrichtung auf.
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Eine Kupplungseinrichtung zum drehbaren Anschluss einer Schlauchpaketanordnung an einen Schweißbrenner, insbesondere an ein Roboterhandgelenk ist aus der
DE 103 54 880 A1 bekannt. Die Kupplungseinrichtung weist ein Buchsen- und ein Steckerteil auf, welche ineinander drehbar gelagert sind und eine Übertragung von Strom mittels Schleifkontakten sowie eine Zuführung eines Schweißdrahtes und von Schutzgas zum Schweißbrenner ermöglichen.
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Die
US 2005/0211686 A1 beschreibt eine Schlauchpaketanordnung mit einem Schlauchpaket für eine Schweißvorrichtung und zum Anschluss an ein Roboterhandgelenk, wobei das Schlauchpaket einen Führungskanal zur Aufnahme und Führung eines Schweißdrahtes und eine durch eine Isolation abgedeckte elektrische Leiteranordnung aufweist. Das Schlauchpaket umfasste eine Gasleitung mit dem Führungskanal zur Aufnahme des Schweißdrahts und davon separat ausgebildet ein isoliertes Kabel mit der Leiteranordnung. Die Leitung sowie das Kabel sind umgeben von einem flexiblen Rohr, wobei durch diese Ausbildung des Schlauchpakets eine Durchmesservergrößerung der Leitungen des Kabel vermieden werden sollen, weil eine Durchmesservergrößerung eine erhöhte Spannungsbelastung beim Verdrehen oder Verbiegen des Schlauchpaketes zur Folge hätte. Das Rohr weist jeweils am Roboterhandgelenk und an der Drahtzuführeinrichtung eine Kupplungseinrichtung zum drehbaren Anschluss des Rohrs auf, wobei die Leitung und das Kabel weiterhin einer Torsionsspannung unterworfen sein können.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Schlauchpaketanordnung vorzuschlagen, die in besonderem Maße torsionsbelastbar ist, und eine verbesserte Wärmeableitung vom Roboterhandgelenk ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgabe weist die erfindungsgemäße Schlauchpaketanordnung die Merkmale des Anspruchs 1 auf.
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Die erfindungsgemäße Schlauchpaketanordnung ist an ihrem Drahtzuführende mit einer Kupplungseinrichtung versehen, die ein durch das Anschlussstück gebildeten Steckerteil aufweist, das drehbar in einen feststehenden Buchsenteil zur Verbindung mit einer Drahtzuführeinrichtung aufgenommen ist. Aufgrund der Kupplungseinrichtung, die am Drahtzuführende, also dem Ende des Schlauchpakets angeordnet ist, das entfernt vom Roboterhandgelenk liegt, ergibt sich ein die Wärmeableitung vom Roboterhandgelenk behindernder, durch die Kupplungseinrichtung definierter Wärmeübertragungswiderstand erst am Ende einer durch das Schlauchpaket definierten Wärmeübertragungsstrecke, so dass eine wesentlich verbesserte Wärmeableitung der am Schweißbrenner entstehenden Wärme möglich ist, als bei Installation einer Drehkupplung im Bereich des Roboterhandgelenks.
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Bei der erfindungsgemäßen Schlauchpaketanordnung ist eine Kanalwandung des Führungskanals ausreichend torsionssteif ausgebildet, um eine schädliche Belastung der äußeren Isolierung oder der Leiteranordnung durch Torsionsspannungen weitestgehend zu verhindern.
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Bei der Schlauchpaketanordnung weist die Kanalwandung des Führungskanals eine Spiralfederanordnung mit zumindest einer Spiralfederwicklung auf.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Stützstruktur einen rohrförmigen Träger auf, der mit einer torsionssteifen Armierung versehen ist. Dabei kommt dem Träger im wesentlichen die Aufgabe zu, die Armierung zu einer rohrförmigen Wandung auszuformen. Beispielsweise kann der Träger aus einem Kunsstoffschlauch gebildet sein. Der eine torsionssteife Umhüllung in Form eines Geflechts oder Netzwerks, beispielsweise aus einem Metall- oder einem ausreichend steifen, insbesondere druckfesten Nichtmetallwerkstoff, aufweist.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Stützstruktur eine Spiralfederanordnung mit zumindest eine Spiralfederwicklung auf, die eine Biegung des Schlauchpakets im Betrieb eines Roboters ermöglicht und eine zur Übertragung eines Drehwinkels ausreichende Torsionssteifigkeit aufweist, ohne dass eine Torsionsspannung in einem schädlichen Ausmaß auf die äußere Isolierung der Leiteranordnung einwirkt.
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Je nach Länge des Schlauchpakets und der Größe des Drehwinkels eines Schweißbrenners kann es sich auch als vorteilhaft erweisen, zur Ausbildung der Spiralfederanordnung mehrere Spiralfederwicklungen konzentrisch anzuordnen. Dabei kann es insbesondere bei einem großen Drehwinkelbereich in beide Drehrichtungen vorteilhaft sein, zur Ausbildung der Spiralfederanordnung zwei Spiralfederwicklungen vorzusehen, die einen gegenläufigen Wicklungssinn aufweisen.
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Unabhängig von der Anzahl und Auslegung der zur Ausbildung der Spiralfederanordnung verwendeten Spiralfederwicklungen ist es vorteilhaft, die Spiralfederanordnung selbst als elektrische Leiteranordnung zu nutzen, um mit einer Minimalkonfiguration der Schlauchpaketanordnung eine im Durchmesser minimierte Ausführung des Schlauchpakets zur ermöglichen.
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Wenn in einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel der Schlauchpaketanordnung in einem von Krafteinleitungseinrichtungen axial begrenzten Übertragungsabschnitt der Spiralfederanordnung im entspannten Zustand ein Ringspalt zwischen der Spiralfederanordnung und einer Kanalwandung eines Aufnahmekanals gebildet ist, kann nicht nur eine Entlastung des Isolationsschlauchs von einer Torsionsbeanspruchung, also eine Reduzierung der Torsionsbeanspruchung erreicht werden, sondern je nach Dimensionierung des Ringspalts eine im Maximalfall vollständige Entkopplung des Isolationsschlauchs von der durch die Spiralfederanordnung aufgenommenen Torsionsbelastung.
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Vorzugsweise ist die Kanalwandung von der Leiteranordnung gebildet.
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Um im Übertragungsabschnitt der Spiralfederanordnung eine elektrische Entkopplung zwischen der Spiralfederanordnung und der Leiteranordnung zu ermöglichen, ist in dem Ringspalt eine isolierende Abdeckung der Spiralfederanordnung bzw. eine isolierende Auskleidung der Leiteranordnung vorgesehen.
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Um das Schlauchpaket an ein Schweißaggregat oder eine Drahtzuführeinrichtung anschließen zu können, ist die Schlauchpaketanordnung an ihrem Drahtzuführungsende mit einem Anschlussstück versehen, das sowohl zur Stromübertragung als auch zur Krafteinleitung zwischen dem Schweißaggregat bzw. der Drahtzuführeinrichtung und dem Schlauchpaket dient. Hierdurch ist der unmittelbare Anschluss des Drahtzuführungsendes des Schlauchpakets an eine Drehkupplung möglich, die es ermöglicht, die im Betrieb durch Verdrehung des Roboterhandgelenks auf das Schlauchpaket bzw. die Spiralfederanordnung wirkenden Torsionskräfte auf einen Maximalwert zu begrenzen.
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Wenn das Buchsenteil ein als elektrische Leiteranordnung ausgebildetes Gehäuseteil aufweist, welches in einem zwischen dem Steckerteil und einer Hülsenaufnahme gebildeten Ringspalt ein Kupplungselement aufweist, das sowohl als radiale Lagerung als auch zur Stromübertragung dient, ist im Zusammenwirken mit dem Steckerteil im Bereich der Drehkupplung eine besonders gute Wärmeübertragung realisiert.
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Nachfolgend wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
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1: einen Schweißroboter mit einer am Roboterarm angeordneten Schlauchpaketanordnung;
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2: die an dem in 1 dargestellten Schweißroboter eingesetzte Schlauchpaketanordnung in Einzeldarstellung;
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3: die in 2 dargestellte Schlauchpaketanordnung in einer Teilschnittdarstellung gemäß Schnittlinienverlauf III-III;
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4: eine vergrößerte Darstellung eines distalen Anschlußendes entsprechend Ausschnitt IV der in 3 dargestellten Schlauchpaketanordnung;
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5: eine vergrößerte Darstellung eines proximalen Anschlußendes entsprechend Ausschnitts V der in 3 dargestellten Schlauchpaketanordnung.
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1 zeigt einen Schweißroboter 10 mit einem um eine Hochachse 11 verschwenkbaren Rumpfteil 12, an dem ein Gelenkarm 13 angeordnet ist. An einem distalen Ende 14 eines Unterarmelements 15 ist ein um eine Handgelenkachse 16 verschwenkbares Roboterhandgelenk 17 ausgebildet, das eine Brennerbasis 18 eines Schweißbrenners 19 gelenkig mit dem Unterarmelement 15 verbindet.
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An die Brennerbasis 18 ist unmittelbar oder im vorliegenden Fall mittelbar über ein Anschlusselement 20 ein Schlauchpaket 21 angeschlossen, das sich von dem Anschlusselement 20 beziehungsweise der Brennerbasis 18 bis hin zu einer an einem proximalen Ende 31 des Schlauchpakets 21 ausgebildeten Kupplungseinrichtung 22 erstreckt, die zum Anschluss des Schlauchpaket an eine hier als Drahtvorschubkoffer ausgebildete Drahtzuführeinrichtung 23 dient.
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Bei dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine aus dem Schlauchpaket 21 und der Kupplungseinrichtung 22 gebildete Schlauchpaketanordnung 24 mittelbar über ein Anschlusselement 25 an der Drahtzuführeinrichtung 23 angeschlossen.
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2 zeigt die Schlauchpaketanordnung 24 mit dem am distalen Ende 14 angeordneten Anschlusselement 20, das im vorliegenden Fall als Sensoreinrichtung ausgebildet ist, die einen hier nicht näher dargestellten Kraftsensor aufweist, um bei einer Kollision des Schweißbrenners 19 mit einem Werkstück eine geeignete Ausweichbewegung des Schweißroboters 10 einzuleiten. Abweichend von der Darstellung der Schlauchpaketordnung 24 in 2 ist es jedoch auch möglich, das distale Ende 14 des Schlauchpakets 21 unmittelbar mit der Brennerbasis 18 zu verbinden.
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Die in 2 dargestellte Schlauchpaketanordnung 24 dient zur Strom- und Medienversorgung des Schweißbrenners 19 und weist hierzu, wie in 3 dargestellt, einen Führungskanal 26 im Schlauchpaket 21 auf, der in erster Linie zur Durchführung eines von der Drahtzuführeinrichtung 23 bis in einen Brennerkopf 27 (1) des Schweißbrenners 19 geförderten, hier nicht näher dargestellten Schweißdrahts sowie auch zur Förderung eines Schutzgases dient.
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Weiter weist die in 2 dargestellte Schlauchpaketanordnung 24 eine hier das Schlauchpaket 21 umhüllenden Leitungskanal 28 auf, der zur Führung elektrischer Signalleitungen 29 oder hier nicht näher dargestellten Medienleitungen, beispielsweise zur Führung von Kühlwasser, dient.
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3 zeigt ein am distalen Ende 14 des Schlauchpakets 21 ausgebildetes Anschlussende 30 sowie ein an einem proximalen Ende 31 des Schlauchpakets 21 ausgebildetes Anschlussende 32, die beidseitig eines Übertragungsabschnitts 52 des Schlauchpakets 21 angeordnet sind, in Schnittdarstellung.
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Wie insbesondere aus den vergrößerten Einzeldarstellungen des distalen Anschlussendes 30 und des proximalen Anschlussendes 32 in den 4 und 5 hervorgeht, ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel eine Kanalwandung 33 des Führungskanals 26 durch die koaxiale Anordnung von zwei Spiralfederwicklungen 34, 35 definiert, die zusammen eine Spiralfederanordnung 36 bilden. Im vorliegenden Fall sind ferner bezogen auf eine Führungskanalachse 37 die Spiralfederwicklungen 34, 35 mit gegenläufigem Wicklungssinn versehen, so dass eine in beide Drehwinkelrichtungen ausreichend torsionssteife Stützstruktur realisierbar ist.
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Die Spiralfederanordnung 36 beziehungsweise die äußere Spiralfederwicklung 35 ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit einem aus einem isolierenden Material gebildeten Schlauchüberzug 40 versehen, wobei die Spiralfederanordnung 36 in einem Aufnahmekanal 54 angeordnet ist, dessen Kanalwandung 55 durch die Leiteranordnung 21 gebildet ist. Der Schlauchüberzug 40 füllt einen zwischen der Spiralfederanordnung 36 und einer koaxial zur Führungskanalachse 37 angeordneten elektrischen Leiteranordnung 41 ausgebildeten Ringspalt 42 aus. In einem Kontaktbereich 43 des Anschlussendes 30 ist die Spiralfederanordnung 36 beziehungsweise die äußere Spiralfederwicklung 35 vom Schlauchüberzug 40 befreit und in einer hier als Quetschhülse ausgebildeten Endhülse 44, die vorzugsweise aus einem Kupfermaterial gebildet ist, aufgenommen. Die Endhülse 44 dient einerseits zur Kraftübertragung zwischen der Spiralfederanordnung 36 und dem Anschlusselement 20 sowie andererseits zur Stromübertragung von der Leiteranordnung 41 auf das Anschlusselement 20.
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Entsprechend ist am proximalen Ende 31 des Schlauchpakets 21 ein Anschlussstück 45 vorgesehen, das zur Verbindung mit der Spiralfederanordnung 36 einen als Endhülse 46 ausgebildeten Anschlussbereich aufweist. Anschließend an die Endhülse 46 geht das Anschlussstück 45 einstückig über in ein Kupplungsende 47, das zu einer um die Führungskanalachse 37 drehbaren Verbindung mit einem Buchsenteil 48 einer das Kupplungsende 47 und das Buchsenteil 48 umfassenden Kupplungseinrichtung 22 dient. Zur lösbaren Verbindung des Kupplungsendes 47 des Anschlussstücks 45 mit dem Buchsenteil 48 weist die Kupplungseinrichtung 22 eine auf einer Rasteinrichtung 49 verschiebbare Verriegelungsmuffe 50 auf, die bei dem in 5 dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Verschiebung nach rechts die verrastende Verbindung zwischen der Rasteinrichtung 49 und dem Kupplungsende 47 des Anschlussstücks 45 freigibt und somit ein Entfernen des proximalen Anschlussendes 32 des Schlauchpakets 21 aus dem Kupplungseingriff ermöglicht.
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Das Anschlussstück 45 dient somit sowohl zur Herstellung eines mechanisch verriegelnden Kupplungseingriffs in die Kupplungseinrichtung 22, beziehungsweise den Buchsenteil 48 der Kupplungseinrichtung 22, als auch zur Herstellung einer elektrisch leitenden Verbindung zwischen der Leiteranordnung 41 des Schlauchpakets 21 und dem mit dem Buchsenteil 48 verbundenen Anschlusselement 25, das mit der Stromversorgung der Drahtzuführeinrichtung 23 verbunden ist. Dabei erfolgt die Stromübertragung im Bereich der Kupplungseinrichtung 22 im Wesentlichen vom Buchsenteil 48 über ein zylinderhülsenförmig ausgebildetes Kupplungselement 51 auf das Kupplungsende 47 des Anschlussstücks 45. Das in einem Gehäuseteil 56 aufgenommene Kupplungselement 51 dient darüber hinaus als radiale Lagerung des Kupplungsendes 47, um eine möglichst reibungsarme Verdrehung des Kupplungsendes 47 im Buchsenteil 48 der Kupplungseinrichtung 22 zu ermöglichen.
