DE102008019966A1

DE102008019966A1 - Deltaroboter mit eingehauster Zugfeder für die Kugelgelenke

Info

Publication number: DE102008019966A1
Application number: DE102008019966A
Authority: DE
Original assignee: Elau GmbH
Current assignee: Elau GmbH
Priority date: 2008-04-21
Filing date: 2008-04-21
Publication date: 2009-10-22

Abstract

Deltaroboter bestehend aus einer ortsfesten Grundplatte und drei darauf montierten Servoantrieben, die mit je einem Schwenkarm verbunden sind, der an seinem anderen Ende über je ein Kugelgelenk mit jeweils zwei Stangen verbunden ist, die parallel zueinander verlaufen und die an ihrem anderen Ende jeweils über ein weiteres Kugelgelenk mit einer bewegbaren Parallelplatte verbunden sind, an welcher ein Warenaufnehmer montiert ist, wobei jedes Kugelgelenk aus je einem Kugelsegmentkopf und einer dazu komplementären Kugelkalotte besteht und die beiden an parallelen Stangen jeweils benachbarten Kugelgelenke spiegelsymmetrisch zueinander ausgerichtet sind und jede Kugelkalotte auf den zugehörigen Kugelsegmentkopf aufgedrückt wird, indem wenigstens eine Zugfeder zwischen zwei zueinander parallelen Stangen gespannt ist, wobei jede Zugfeder mit ihrenem Schwenkverbinder angehängt ist und an den Schwenkverbinder eine Gabel angeformt ist, die mit ihren beiden Schenkeln gelenkig mit einer Stange verbunden ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Deltaroboter, bestehend aus einer ortsfesten Grundplatte und wenigstens drei darauf befestigten Servoantrieben, die mit je einem Schwenkarm verbunden sind, der an seinem anderen Ende über je ein Kugelgelenk mit jeweils zwei Stangen verbunden ist, die parallel zueinander verlaufen und die an ihrem anderen Ende jeweils über ein weiteres Kugelgelenk mit einer bewegbaren Parallelplatte verbunden sind, an welcher ein Warenaufnehmer montiert ist, wobei jedes Kugelgelenk aus je einem Kugelsegmentkopf und einer dazu komplementären Kugelkalotte besteht und die beiden an parallelen Stangen jeweils benachbarten Kugelgelenke spiegelsymmetrisch zueinander ausgerichtet sind und jede Kugelkalotte auf den zugehörigen Kugelsegmentkopf aufgedrückt wird, indem wenigstens eine Zugfeder zwischen zwei zueinander parallelen Stangen gespannt ist.
Auf aktuellem Stand der Technik haben sich Deltaroboter insbesondere für die Verpackung von leichtgewichtigen Nahrungsmitteln bewährt, da sie im Verhältnis zu ihren Kosten eine extrem hohe Dynamik von bis zu drei Verpackungsvorgängen pro Sekunde ermöglichen.
Die ersten Deltaroboter wiesen drei Schwenkarme auf. Es sind jedoch auch Varianten mit vier und mehr Schwenkarmen bekannt.
Die meisten Deltaroboter bestehen auf aktuellem Stand der Technik aus einer Grundplatte, auf der drei Servoantriebe montiert sind. An deren Abtriebswelle ist ein Schwenkarm – auch Oberarm genannt – befestigt, an dem als „Unterarm” jeweils 2 parallele Stangen ange lenkt sind, die wiederum gelenkig mit der Parallelplatte verbunden sind. Durch Verschwenken der Servoantriebe kann die Parallelplatte in jede beliebige Position des vorgesehenen Arbeitsraumes manövriert werden. Weil die Unterarme aus 2 parallelen Stangen bestehen, bewegt sich die Parallelplatte so, wie ihr Name sagt, stets parallel zur Grundplatte.
Prinzipiell ist für die gelenkige Verbindung der Stangen zu den Schwenkarmen und zur Parallelplatte ein Kreuz- oder Kardangelenk verwendbar. Die damit maximal erreichbaren Verschwenkungswinkel sind jedoch im Vergleich zu einem Kugelsegmentkopf und einer darauf gleitenden, komplementären Kugelkalotte spürbar kleiner. Weil Kugelsegmentköpfe also einen größeren Verschwenkungswinkel und damit einen größeren Arbeitsraum ermöglichen, sind sie heute die für Deltaroboter am meisten genutzte Gelenkausführung.
Auf aktuellem Stand der Technik nennt die PS-US 5,333,514 , Osamu Toyama, einen Deltaroboter, für den ausführlich beschrieben wird, wie die parallelen Stangenpaare des Unterarmes durch Zugfedern zusammengehalten werden, sodass ihre Köpfe mit einer Kugelpfanne – auch Kugelkalotte genannt – auf die Kugelsegmentköpfe am Schwenkarm oder an der Parallelplatte aufgedrückt werden. Die Kugelkalotte wirkt dann auf den Kugelkopf wie ein Gleitlager. Ein Vorteil dieses Lagers ist, dass sich in jedem Winkel eine gleichartige Auflagefläche ergibt.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung ist, dass die Federn als Überlastsicherung wirken. Wenn zu große Kräfte auf die Arme wirken, z. B. bei einer Kollision, so werden die Arme entgegen der Federkraft von den Kugeln gezogen und fallen vom Roboter ab, ohne größere Schäden an der Mechanik zu verursachen.
Da Deltaroboter häufig im Nahrungsmittelbereich verwendet, wo an die Hygiene allerhöchste Anforderungen gestellt werden, ist eine Spiralfeder mit ihren zahlreichen und nur gering beabstandeten Windungen eine potentielle Sammelstelle für Verunreinigungen, die nur mit erhöhtem Aufwand gesäubert werden kann.
Eine technisch denkbare Alternative zu Spiral-Zugfedern sind Zugelemente aus Gummi oder anderem elastischem Material. Diese Werkstoffe werden jedoch unter dem Einfluss der aggressiven Reinigungsmittel sehr schnell spröde und werden dann wiederum zu einer Sammelstelle für Staub und andere Verschmutzungen. Überdies fallen sie dann allzu häufig aus.
Eine – aufwändige – Lösung für dieses Problem beschreibt die PS-US 6,419,211 , Hvittfeldt. Hier wird anstelle einer Zugfeder eine Druckfeder gewählt. Um aus der eigentlich erforderlichen Zugwirkung eine Druckwirkung zu machen, ist der Einbau der Feder in einen Zylinder mit einem Kolben erforderlich, dessen Zugstange durch die spiralförmige Feder hindurch verläuft. Diese Druckfeder liegt dann mit einem Ende auf der Unterseite des Kolbens und mit dem anderen Ende auf der Stirnseite des Hohlzylinders auf, in dem sich der Kolben hin und her bewegt.
Ein wesentlicher Vorteil dieser Anordnung ist die Einhausung der Spiralfeder, sodass eine sehr leicht zu reinigende Form mit relativ glatten und gut zugänglichen Flächen verbleibt.
Ein relativ schwerwiegender Nachteil ist jedoch der hohe Aufwand für die Fertigung und die Montage dieses Systems. Zusätzlich ist die Reibung zwischen Kolben und Zylinder zu beklagen. Diese Rei bungskraft sorgt für einen Verschleiß zwischen Kolben und Zylinder, sobald der Kolben den Zylinder berührt. Zusätzlich bewirkt die Reibungskraft eine Hysterese im Kraftverlauf, also einen Unterschied zwischen der Zugkraft in Abhängigkeit von der Bewegungsrichtung.
Ein weiterer Nachteil der beiden geschilderten Anordnungen ist, dass zur Verbindung von den Stäben und der Zugfeder zwei ineinandergreifende Haken oder ein Haken, der in eine Öse eingreift als einzige Ausführungsform genannt werden. Da sich bei der Bewegung des Roboters der Winkel zwischen Feder und Stange laufend, schnell und häufig ändert, entsteht an diesem Punkt eine Reibung zwischen den beiden Haken oder zwischen Haken und Öse.
Nachteilig an dieser Gleitreibung ist, dass sie einen Teil der mechanischen Energie verzehrt, die aufwändig von den Servoantrieben in die Arme des Roboters eingebracht wird. Selbst wenn diese Energiemenge vergleichsweise klein ist, so wird sie durch die Anzahl der 12, üblicherweise in einem Deltaroboter erforderlichen Kugelgelenke entsprechend erhöht.
Ein weiterer Nachteil ist, dass Abrieb zwischen den Haken entsteht. Das abgeriebene Material ist aus hygienischer Sicht höchst unwillkommen. Des Weiteren ist der Punkt der Reibung ein Schwachpunkt, der zum vorzeitigen Ausfall führen kann.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Anordnung einer Zugfeder ist, dass sie beim Einhängen durch die i. d. R. recht weit wieder in das Innere der Spiralfeder zurückgebogenen Haken oder Ösen vergleichsweise weit auseinandergezogen werden muss, was der Lebensdauer abträglich ist. Als Faustregel gilt, dass die Lebensdauer einer Zugfeder umso kürzer wird, je mehr sie bei der Montage gereckt wird.
Auf diesem Hintergrund hat sich die Erfindung die Aufgabe gestellt, eine Aufhängung für die Zugfeder zur Stabilisierung der Kugelgelenke eines Deltaroboters zu schaffen, die bei der Montage eine unnötige Reckung der Zugfeder vermeidet, die die Reibung zwischen der Aufhängung der Zugfeder und den Stangen auf ein denkbares Minimum reduziert und die in einfacher Weise mit einer hygienisch wirksamen Einhausung versehen werden kann.
Als Lösung präsentiert die Erfindung, dass jede Zugfeder mit ihren Haken an beiden Enden an je einen Stift in je einem Schwenkverbinder angehängt ist und an den Schwenkverbinder eine Gabel angeformt ist, die mit ihren beiden Schenkeln gelenkig mit einer Stange verbunden ist.
Diese Lösung ist für jede bekannte Ausführungsform eines Deltaroboters mit drei, vier oder mehr Armen anwendbar. Die Arme können entweder über eine rotierenden Antrieb oder über einen Linearantrieb verschwenkt werden. Bei der Bewegung durch einen rotierenden Motor ist es sinnvoll, dass die Lagerung des Schwenkarmes zugleich auch die Lagerung des Motors ist. Bei einem Linear-Antrieb hat der Schwenkarm jedoch ein eigenes Schwenklager. Der Linearantrieb benötigt dann ebenfalls ein eigenes Schwenklager und ist über ein Gelenk mit dem Schwenkarm verbunden.
Auf aktuellem Stand der Technik werden elektrische Antriebe dank besserer Regelbarkeit als Servoantriebe bevorzugt. Das erfinderische Prinzip ist jedoch auch mit pneumatischen und/oder hydraulischen Antrieben kombinierbar.
Der entscheidende, funktionelle Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung ist, dass sich die Zugfeder mit ihren Ösen gegenüber dem Stift in den beiden Schwenkverbindern in der Praxis fast gar nicht bewegt, sodass der zuvor beklagte Abrieb zwischen dem Haken an der Maschine und der Öse der Zugfeder fast ganz entfällt. Stattdessen wird die notwendige Schwenkbewegung zwischen der Feder und der Unterarmstange durch die Gabel übernommen, die die Stange umgreift und über einen Bolzen gelenkig mit der Stange verbunden ist. Dieser Bolzen ist in die Stange integriert und ragt auf beiden Seiten mit gleicher Länge heraus. Die herausragenden Bereiche des Bolzens gleiten in Bohrungen des Schenkels. Diese Anordnung ist als solche der ersten Hälfte eines im Prinzip bekannten Kardan- oder Kreuzgelenkes ähnlich. Millionen von erfolgreich arbeitenden Kreuzgelenken weisen nach, dass diese Art der Drehverbindung sehr stabil, belastbar und langlebig ist.
Als weitere, sehr vorteilhafte Ausführungsform kann der Schwenkverbinder auf einer um ihn herum laufenden Fläche mit einer Aufnahme für eine Dichtung, z. B. einer umlaufenden Kerbe versehen werden. In diese Aufnahme, kann eine bewährte Dichtung eingebracht werden, wie z. B. eine O-Dichtung oder Rundschnur-Dichtung. Da – wie zuvor erwähnt – die beiden Schwenkverbinder, zwischen denen eine Zugfeder eingehängt ist, im Betrieb ihren Abstand nur sehr geringfügig verändern, dabei aber stets eine gemeinsame Längsachse haben, kann auf den Dichtungen der beiden Schwenkverbinder, die jeweils an eine Zugfeder angehängt sind, eine an zwei Enden offene Einhausung auf die Dichtungen aufliegen.
Eine sinnvolle Form für diese Einhausung ist ein Abschnitt eines gleichmäßigen Profils, wie z. B. ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt. Für diese Ausführungsvariante muss natürlich auch die Auf nahme für die Dichtung kreisförmig sein, sodass sich die beiden Schwenkverbinder in der Einhausung wie die Kolben in einem Zylinder bewegt werden können.
Eine bevorzugte Ausführungsform besteht darin zur Einhausung eine aus zwei Abschnitten gebildete Teleskopanordnung vorzusehen. Diese ist an beiden Enden offen und jeweils ein Ende steht mit einem der Schwenkverbinder in Bezug. Der sich unter dem Einfluss der Feder ändernde relative Abstand beider Schwenkverbinder wird während jeder Phase durch die Teleskopanordnung überbrückt und sichergestellt, dass die Feder mit den angrenzenden Bauteilen stets vollständig nach außen abgeschirmt bleibt.
Wie bereits erwähnt, ist es für die Lebensdauer einer Zugfeder sehr vorteilhaft, wenn sie bei der Montage so wenig wie nur irgend möglich gereckt wird. Idealerweise solle die Zugfeder nur bis in ihre spätere Arbeitsposition auseinandergezogen werden und kein einziges Mal darüber hinaus gereckt werden.
In diesem Sinne schlägt die Erfindung als weitere Ausführungsvariante vor, dass die beiden Gabeln der Schwenkverbinder durch einen Einrastvorgang auf die Bolzen aufgeschoben werden, sodass jede überflüssige Dehnung der Feder vermieden wird. Als Ausführungsvariante dafür schlägt die Erfindung vor, dass in die Innenseite beider Schenkel je eine trichterförmige Vertiefung eingeprägt ist, die an der Stirnseite der Schenkel am weitesten geöffnet ist und die dann tangential in die Bohrung im Schenkel übergeht.
Wenn zusätzlich die beiden Schenkel noch federnd auseinandergedrückt werden können, ergibt sich dadurch folgende, sehr einfache Montage der Gabel auf den Bolzen in den Stangen:
Zuerst werden die beiden Schenkel so weit auseinander gedrückt, dass sie an den herausragenden Enden des Bolzens in der Stange vorbeigleiten können. Dabei erleichtert die trichterförmige Vertiefung auf den Schenkeln das Zentrieren. Durch den Trichter wird die Gabel so geführt, dass der Bolzen unweigerlich in die Bohrung am Ende des Zentrierungstrichters geführt wird. Wenn der Bolzen diese Bohrung erreicht hat, federn die beiden Schenkel wieder zusammen. Durch ihre Federkraft sichern sie den dauerhaften Halt des Schwenkverbinders auf dem durchgehenden Bolzen.
Als eine weitere Verfeinerung schlägt die Erfindung eine zusätzliche Abstandshalterung vor, die verhindert, dass die Zugfeder auch bei einem – unfallbedingten – Auseinanderreißen der Kugelgelenke der Stangen von den Kugelköpfen am Schwenkarm oder an der Parallelplatte allzu weit gereckt wird. Die maximal mögliche Dehnung der Zugfeder wird auf das Maß begrenzt, das erforderlich ist, um eine Kugelkalotte von dem entsprechenden Kugelkopf abzuheben.
Dazu ist am Schwenkverbinder auf beiden Seiten des Stiftes je ein länglicher Abstandshalter befestigt, der senkrecht zum Stift und parallel zu den Schenkeln ausgerichtet ist. Diese Abstandshalter werden mit ihrem freien Ende mit einem gleichartigen Abstandshalter des benachbarten Schwenkverbinders verbunden. Die Verbindung wird dadurch hergestellt, dass in das freie Ende des ersten Abstandshalters ein Langloch eingebracht ist und in dieses eine Rastnase auf dem freien Ende des zweiten, gegenüberliegenden Abstandshalters eingreift. Dabei sind die beiden gegenüberliegenden Abstandshalter gegeneinander um einen geringen Betrag federnd verschwenkbar.
Die beiden Abstandshalter sind so angeordnet und dimensioniert, sie einerseits die Federwirkung nicht beeinträchtigen, aber andererseits noch innerhalb der Einhausung Platz finden, auch während der Bewegung.
Prinzipiell wäre es denkbar, dass zwei verschiedene „Arten von Schwenkverbindern” gefertigt werden:
Zum ersten ein Schwenkverbinder, der nur Langlöcher aufweist und en zweiter Typ von Schwenkverbinder, der nur Rastnasen am Ende seiner Abstandshalter hat.
Bei weitem sinnvoller ist es jedoch, ausschließlich einen einzigen, identischen Typ zu verwenden, der jeweils einen Abstandshalter mit einem Langloch und einem zweiten Abstandshalter mit einer Rastnase aufweist. Wenn diese beiden Abstandshalter gegenüber der Längsachse des Schwenkverbinders um 180° zueinander versetzt angeordnet sind, kann mit einem ersten Schwenkverbinder ein um 180° versetzter zweiter Schwenkverbinder problemlos durch Einrasten verbunden werden.
Im Prinzip kann es bei sehr stabilen Stangen reichen, wenn zwischen zwei parallelen Stangen nur eine einzige Zugfeder eingehängt wird. I. d. R. wird des jedoch bevorzugt, dass an beiden Enden in der Nähe der Kugelkalotte je eine Zugfeder eingehängt wird, was mit einer erfindungsgemäßen Zugfederaufhängung natürlich ebenfalls möglich ist.
Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Zugfederanordnung ist neben dem reduzierten Abrieb, dem energiesparenden Betrieb und der Einhausung aus hygienischen Gründen auch eine im Vergleich zum bisherigen Stand der Technik deutlich vereinfachte Montage. Im Gegensatz zu der zwangsläufig etwas längeren Beschreibung ist die Montage einfach, einleuchtend und erfordert kein allzu hohes Maß an Mitdenken vom ausführenden Monteur.
Um eine Zugfeder, 2 Schwenkverbinder und eine Einhausung in einem Deltaroboter zu montieren, wird im ersten Schritt eine Zugfeder an den Stift des ersten Schwenkverbinders angehängt und im zweiten Schritt in den Stift eines zweiten Schwenkverbinders eingehängt.
Im dritten Schritt werden durch entsprechende Bewegung der beiden Schwenkverbinder die Rastnasen auf ihren beiden Abstandshaltern in die Langlöcher der anderen beiden Abstandshalter eingerastet.
Im vierten Schritt wird eine Dichtung in die entsprechende Aufnahme auf dem ersten Schwenkverbinder eingelegt wird und im fünften Schritt die Einhausung soweit über die Zugfeder hinweg auf diese erste Dichtung aufgeschoben, dass die Aufnahme auf dem zweiten Schwenkverbinder noch frei bleibt.
Dann kann im sechsten Schritt eine zweite Dichtung in die zweite Aufnahme eingelegt werden. Im siebten Schritt wird die Einhausung auch über die zweite Dichtung geschoben.
Im achten Schritt werden die Schenkel des ersten Schwenkverbinders auf den Bolzen der ersten Stange aufgerastet. Erst dann wird im neunten Schritt die Zugfeder so weit gelängt, bis im neunten Schritt auch die Schenkel des zweiten Schwenkverbinders auf den Bolzen der benachbarten, parallelen Stange eingerastet werden.
Es leuchtet ein, dass diese Rastverbindungen relativ schnell und i. d. R. ohne jedes zusätzliche Werkzeug ausführbar sind. Das ist nicht nur bei der ersten Montage von Vorteil, sondern auch bei der laufenden Reinigung und Wartung der Maschine sowie beim Wiederaufsetzen eines abgefallenen Roboterarms.
Im Folgenden sollen weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung anhand von Beispielen näher erläutert werden. Diese sollen die Erfindung jedoch nicht einschränken, sondern nur erläutern. Es zeigt in schematischer Darstellung:
1 Schrägbild eines Deltaroboters
2 Schrägbild einer Zugfeder mit Schwenkverbindern
3 Schrägbild eines Schwenkverbinders
Die Figuren zeigen im Einzelnen:
In 1 ist das prinzipielle Schema eines erfindungsgemäßen Deltaroboters mit zugfederstabilisierten Stangen 32 gezeichnet. Am oberen Rand der Zeichnung ist die Grundplatte 1 mit ihren drei, etwa gabelförmigen Aufnahmen für die Schwenkarme 31 und die, sie bewegenden Servoantriebe 2 zu sehen. Die Servoantriebe 2 bewegen über ihre Abtriebswelle 21 die Schwenkarme 31 wie eine Kurbel. An den Enden jedes Schwenkarmes 31 ist über Kugelgelenke 5 jeweils ein Paar der Stangen 32 angebunden. Ebenfalls über Kugelgelenke sind diese Paare von Stangen 32 wiederum mit der Parallelplatte 4 verbunden.
Deshalb bleibt die Parallelplatte 4 stets parallel zur ortsfesten Grundplatte 1, unabhängig davon, in welche Positionen des erreichbaren Verschwenkraumes vom Deltaroboter sie bewegt wird.
Mit dem an der Parallelplatte 4 befestigten Warenaufnehmer 41 aufgenommene Waren werden so an einen anderen Ort versetzt. Dabei bleibt auch die Winkelstellung der Parallelplatte 4 stets gleich.
In 1 ist eingezeichnet, wie jedes Paar der Stangen 32 am oberen sowie am unteren Ende durch eine Zugfeder 7 zusammengehalten wird, wobei die Zugfeder erfindungsgemäß über je einen Schwenkverbinder 61 mit je einer Stange 32 verbunden ist und von einer Einhausung 8 abgedeckt ist, sodass die Feder nicht sichtbar ist.
Die Abdeckung der Feder 7 durch die Einhausung 8 ist ein wesentliches Merkmal der Erfindung, da auf diese Weise die kompliziert geformte Feder mit einer glatten und einfach geformten Abdeckung gekapselt ist und auf diese Weise nicht zum Sammelpunkt für Staub und andere Schmutzpartikel werden kann.
In 1 ist bei dem nach vorne weisenden Schwenkarm 31 die Verbindung zu den eigentlich daran angebundenen Stangen 32 zeichnerisch aufgebrochen. Dadurch wird auf der rechten Seite die Kugelkalotte 52 sichtbar, die in dieser Perspektive einen Blick in ihre halbkugelförmige Vertiefung, die sogenannte „Kalotte” ermöglicht. Diese Kalotte ist komplementär geformt zu dem Kugelsegmentkopf 51. Ein solcher ist an der linken Seite des vorne gezeichneten Schwenkarmes 31 sichtbar, weil die eigentlich daran angebundene Stange 32 zeichnerisch abgeschnitten ist.
Der Übersichtlichkeit halber ist in 1 die Zugfeder 7 an den oberen Enden der beiden nach vorne weisenden Stangen 32 weggelassen.
In 1 ist nachvollziehbar, dass die Zugfedern 7 jeweils ein Paar der Stangen 32 mit den daran befestigten Kugelkalotten 52 auf die Kugelsegmentköpfe 51 drücken und auf diese Weise die Funktion der Kugelgelenke 5 sicherstellen. Ebenso ist nachvollziehbar, dass bei einem Unfall, wie z. B. einer Kollision der Parallelplatte 4 mit einem Gegenstand die dadurch überbelastete Zugfeder 7 die Kugelkalotte 52 gegenüber dem Kugelsegmentkopf 51 freigibt, sodass die entsprechende Stange 32 abfällt und keine weitere Beschädigung erleidet.
Ansonsten sind die Zugfedern 7, die Schwenkverbinder 61 und die Einhausung 8 in 1 nur schematisch dargestellt, um Funktion und Einbauort zu zeigen. Eine genaue Darstellung bietet
2 mit dem Schrägbild einer Zugfeder 7 mit daran angehängten zwei Schwenkverbindern 61. Die Zugfeder 7 ist als spiralig ausgeführte Metallfeder in Bildmitte zu erkennen. An ihrem links gezeichneten Ende ist der Beginn ihrer Zugöse erkennbar. Nicht dargestellt aber nachvollziehbar ist, wie sich die Zugöse um den Stift 62 legt, der durch 2 Bohrungen in den Schenkeln 63 verläuft. Die Funktion des Stiftes 62 ist auf diese Weise in das Zentrum des mit geschweiften Klammern markierten Schwenkverbinders 61 integriert. An den äußeren Enden der beiden, dargestellten Schwenkverbinder 61 bildet jeweils ein Paar der Schenkel 63 eine Gabel. In dieser Gabel ist in einer Bohrung der – gestrichelt dargestellte – Bolzen 64 zu sehen, über den die Verbindung zwischen einer Stange 32 und einem Schwenkverbinder 61 hergestellt wird.
In 2 ist nachvollziehbar, dass der Bolzen 64 die Schwenkachse für die Verbindung zwischen Stange 32 und der Zugfeder 7 über die Schwenkverbinder 61 ist.
Zwischen dem Bolzen 61 und den Bohrungen in den Schenkeln 63 bildet sich ein Gleitlager, das robust und abriebarm ist.
In 2 ist die Einhausung 8 aufgebrochen dargestellt, sodass die Zugfeder 7 sichtbar wird. Durch die aufgebrochene Darstellung der Einhausung 8 wird deutlich, dass sie auf beiden Schwenkverbindern 61 aufliegt und zwar auf einer Fläche, die mit einer Dichtung 66 bestückt ist, in diesem Ausführungsbeispiel eine Rundschnur-Dichtung. In 2 wird deutlich, dass die in diesem Fall rohrförmige Einhausung 8 an ihren beiden offenen Enden durch je eine zylindrische Dichtung 66 und je einen Schwenkverbinder 61 verschlossen wird. Bei einer Ausdehnung oder Verkürzung der Zugfeder 7 gleiten die Schwenkverbinder 61 in der Einhausung 8 wie Kolben in einem Zylinder.
In 2 sind auch die Abstandshalter 67 zu erkennen, die parallel zur Längsachse der Feder ausgerichtet sind. An jedem der Schwenkverbinder 61 sind jeweils zwei Abstandshalter 67 angeordnet. Im gezeichneten Ausführungsbeispiel sind die Abstandshalter 67 von den beiden gegenüberliegenden Schwenkverbindern 61 über ein Langloch 68 vom rechts dargestellten Schwenkverbinder 61 und eine Rastnase 69 auf dem Abstandshalter 67 am links dargestellten Schwenkverbinder 61 miteinander verbunden. In 2 wird deutlich, dass beim Auseinanderziehen der beiden Schwenkverbinder 61 sich auch die Rastnase 69 im Langloch 68 bewegt, bis sie an das Ende des Langloches 68 anstößt. Dort blockiert die Rastnase 69 ein weiteres Auseinanderziehen der beiden Schwenkverbinder 61, indem sich die – links dargestellte – steile Flanke der Rastnase 69 gegen die Wandung des Langloches 68 stemmt.
In 2 ist als weiteres Merkmal noch zu erkennen, dass auf den Innenseiten der Schenkel 63 jeweils eine trichterförmige Vertiefung eingebracht ist, die an der Stirnseite der Gabeln 63 weit geöffnet ist und auf die Öffnung für den Bolzen 64 hin zuläuft, um schließlich tangential in die Bohrung für den Bolzen überzugehen. Mit der Darstellung in 2 ist nachvollziehbar, dass diese Trichter als Zentrierung fungieren.
Wenn die beiden Schenkel 63 bei der Montage federnd auseinandergespreizt werden, können sie mit der trichterförmigen Vertiefung an den beiden Enden des Bolzens 64 vorbeigleiten. Wenn die beiden Enden des Bolzens 64 die Bohrung erreicht haben, schnappen die beiden Schenkel 63 wieder zurück, sodass der Bolzen 64 in der Bohrung gesichert ist.
In 3 ist ein Schwenkverbinder 61 als Einzelteil gezeichnet, hier in einer einstückigen Ausführung. Zu erkennen ist, dass der Grundkörper des Schwenkverbinders 61 die Bohrung zur Aufnahme eines Stiftes 62 enthält, der Bereich zur Aufnahme des Hakens der Feder 7 dient.
In den kreisförmigen Bereich des Körpers vom Schwenkverbinder 61 ist eine ringförmig umlaufende Nut eingeformt als Aufnahme 65 für die Dichtung 66 gegen die Einhausung 8.
Auf der rechten Seite ragen die beiden Abstandshalter 67 heraus, von denen der obere an seinem Ende die Rastnase 69 trägt und der untere Abstandshalter 67 an seinem Ende das Langloch 68. In dieses Langloch 68 rastet beim Zusammenbau die Rastnase 69 vom Abstandshalter des gegenüberliegenden zweiten Schwenkverbinders 61 ein.
Die links dargestellten beiden Schenkel 63 mit der darin eingearbeiteten trichterförmigen Zentrierung sind bereits in 2 besprochen worden.

1: Grundplatte
2: Servoantriebe, drei Stück auf Grundplatte 1
21: Abtriebswelle der Servoantriebe 2
31: Schwenkarm, an Abtriebswelle 21
32: Stange, verbindet Schwenkarm 31 jeweils gelenkig mit Parallelplatte 4
4: Parallelplatte, an Stangen 32, trägt Warenaufnehmer 41
41: Warenaufnehmer an Parallelplatte 4
5: Kugelgelenk an den Stangen 32
51: Kugelsegmentkopf, Teil des Kugelgelenks 5
52: Kugelkalotte, komplementär zum Kugelsegmentkopf 51
61: Schwenkverbinder, verbindet eine Stange 32 mit einer Feder 7
62: Stift in Schwenkverbinder 61, zum Einhaken der Feder 7
63: Schenkel einer Gabel an Schwenkverbinder 61
64: Bolzen, in Stange 32, verbunden mit zwei Schenkeln 63
65: Aufnahme für Dichtung 66 auf Schwenkverbinder 61
66: Dichtung, in Aufnahme 65, zur Abdichtung gegen Einhausung 8
67: Abstandshalter, an Schwenkverbinder 61
68: Langloch, in Abstandshalter 67
69: Rastnase, auf Abstandshalter 67
7: Zugfeder, über zwei Schwenkverbinder 61 zwischen zwei Stangen 32 gespannt
8: Einhausung, liegt auf den Dichtungen 66 von zwei Schwenk-verbindern 61 auf.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5333514 [0006]
- US 6419211 [0010]

Claims

Deltaroboter bestehend aus – einer ortsfesten Grundplatte 1 und – wenigstens drei darauf befestigten Servoantrieben 2, die mit – je einem Schwenkarm 31 verbunden sind, der an seinem anderen Ende über je ein Kugelgelenk 5 mit – jeweils zwei Stangen 32 verbunden ist, die parallel zueinander verlaufen und die an ihrem anderen Ende jeweils über ein weiteres Kugelgelenk 5 mit – einer bewegbaren Parallelplatte 4 verbunden sind, an welcher – ein Warenaufnehmer 41 montiert ist, wobei jedes Kugelgelenk aus je einem Kugelsegmentkopf 51 und einer dazu komplementären Kugelkalotte 52 besteht und die beiden an parallelen Stangen 32 jeweils benachbarten Kugelgelenke 5 spiegelsymmetrisch zueinander ausgerichtet sind und jede Kugelkalotte 52 auf den zugehörigen Kugelsegmentkopf 51 aufgedrückt wird, indem wenigstens eine Zugfeder 7 zwischen zwei zueinander parallelen Stangen 32 gespannt ist, dadurch gekennzeichnet, dass – jede Zugfeder 7 mit ihren Haken an beiden Enden an je einen Stift 62 in je einem Schwenkverbinder 61 angehängt ist und – an den Schwenkverbinder 61 eine Gabel angeformt ist, die mit ihren beiden Schenkeln 63 gelenkig mit einer Stange 32 verbunden ist.
Deltaroboter nach dem vorhergehenden Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Servoantrieb 2 ein rotierender Antrieb ist, der über seine Abtriebswelle 21 mit j einem Schwenkarm 31 verbunden ist.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkverbinder 61 eine um ihn herumlaufende Fläche aufweist, die eine Aufnahme 65 für eine Dichtung 66 trägt.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine an zwei Enden offene Einhausung 8 auf den Dichtungen 66 der beiden Schwenkverbinder 61 aufliegt, zwischen denen eine Zugfeder 7 eingehängt ist.
Deltaroboter nach dem vorhergehenden Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einhausung 8 ein Abschnitt eines gleichmäßig profilierten Hohlkörpers ist.
Deltaroboter nach dem der vorhergehenden Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlkörper ein Rohr mit kreisförmigem Querschnitt ist.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an beiden Enden offene und mit jeweils einem Ende an einem Schwenkverbinder 61 aufliegende Einhausung 8 vorhanden ist, die aus zwei teleskopartig ineinander greifenden und relativ gegeneinander verschiebbaren Abschnitten besteht.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in beiden Schenkeln 63 der Gabel eine Bohrung eingebracht ist, durch die ein Bolzen 64 verläuft, der in der Stange 32 gelagert ist und auf beiden Seiten daraus herausragt.
Deltaroboter nach dem der vorhergehenden Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Schenkel 63 der Gabel federnd etwas auseinander drückbar sind.
Deltaroboter nach dem der vorhergehenden Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in die Innenseite beider Schenkel 63 eine trichterförmige Vertiefung eingeprägt ist, die an der Stirnseite eines jeden Schenkels 63 am weitesten geöffnet ist und die dann tangential in die Bohrung im Schenkel übergeht.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Schwenkverbinder 61 auf beiden Seiten des Stiftes 62 je ein länglicher Abstandshalter 67 befestigt ist, – der senkrecht zum Stift 62 und parallel zu den Schenkeln 63 ausgerichtet ist und – an seinem freien Ende mit einem gleichartigen Abstandshalter 67 des benachbarten Schwenkverbinders 61 verbunden ist, wobei – in das freie Ende des ersten Abstandshalters 67 ein Langloch 68 eingebracht ist, in welches – eine Rastnase 69 auf dem freien Ende des zweiten Abstandshalters 67 eingreift und – beide Abstandshalter 67 federnd gegeneinander verschwenkbar sind und – beide Abstandshalter innerhalb der Einhausung 8 angeordnet sind.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Schwenkverbinder 61 einen ersten Abstandshalter 67 mit einem Langloch 68 und einen zweiten Abstandshalter 67 mit einer Rastnase 69 aufweist und zwischen jeweils zwei identische Schwenkverbinder 61 je eine Zugfeder 7 eingehängt ist.
Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei zueinander parallelen Stangen 32 zwei Zugfedern 7 über jeweils zwei Schwenkverbinder 61 und eine Einhausung 8 jeweils in der Nähe eines Paares von Kugelgelenken 5 mittels Bolzen 64 eingehängt sind.
Verfahren zur Montage einer Zugfeder 7, zweier Schwenkverbinder 61 und einer Einhausung 8 in einen Deltaroboter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass – im ersten Schritt eine Zugfeder 7 an den Stift 62 des ersten Schwenkverbinders 61 angehakt wird und – im zweiten Schritt an den Stift 62 eines zweiten Schwenkverbinders 61 angehakt wird und – im dritten Schritt durch entsprechende Bewegung der beiden Schwenkverbinder 61 die beiden Rastnasen 69 auf ihren jeweiligen Abstandshaltern 67 in die Langlöcher 68 der anderen beiden Abstandshalter 67 eingerastet werden und – im vierten Schritt eine Dichtung 66 in die entsprechende Aufnahme 65 auf dem ersten Schwenkverbinder 61 eingelegt wird und – im fünften Schritt die Einhausung 8 soweit über die Zugfeder 7 hinweg auf diese erste Dichtung 66 aufgeschoben wird, dass die Aufnahme 65 auf dem zweiten Schwenkverbinder 61 noch frei bleibt und – im sechsten Schritt eine zweite Dichtung 66 in die zweite Aufnahme 65 eingelegt wird und – im siebten Schritt die Einhausung 8 auch über die zweite Dichtung 66 geschoben wird und – im achten Schritt die Schenkel 63 des ersten Schwenkverbinders 61 auf den Bolzen 64 der ersten Stange 32 aufgerastet werden und – im neunten Schritt die Zugfeder 7 so weit gelängt wird, bis – im neunten Schritt auch die Schenkel 63 des zweiten Schwenkverbinders 61 auf den Bolzen 64 der benachbarten, parallelen Stange 32 eingerastet werden.