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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Rillschlauchspannvorrichtung, d. h. eine Vorrichtung, mit der ein Rillschlauch in Längsrichtung unter mechanischer Spannung gehalten werden kann.
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Ein generelles Problem bei Robotern in Industrie und Medizintechnik entsteht dann, wenn ein vom Roboterarm getragenes Gerät durch eine größere Anzahl elektrischer, hydraulischer, pneumatischer und/oder sonstiger Versorgungsleitungen versorgt wird. Diese können dann regelmäßig nicht innerhalb des Roboterarms geführt werden, da für jede Versorgungsleitung in jedem Gelenk des Roboterarms entsprechende bewegliche Durchführungen vorzusehen wären. Daher werden die Versorgungsleitungen regelmäßig außerhalb des Roboterarms zum Gerät geführt. Um diese Versorgungsleitungen vor Beschädigungen zu schützen, werden die Versorgungsleitungen häufig in einem Schlauch geführt. Hierfür werden bevorzugt Rillschläuche verwendet, da diese bei geringer Eigenmasse eine hohe Festigkeit und eine hohe Flexibilität in alle Richtungen aufweisen.
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Dabei muß ein bestimmter Leitungsvorrat bzw. Schlauchvorrat vorgesehen werden, damit die Bewegungsfreiheit der Anordnung nicht eingeschränkt wird. Gleichzeitig muß die Leitungs- oder Schlauchführung so erfolgen, daß der Schlauch und die im Schlauch verlaufenden Versorgungsleitungen während der Bewegung des Roboterarms und des vom Roboter getragenen Geräts nicht beschädigt werden und daß der den Bewegungen des Roboterarms mit trägheitsbedingter Verzögerung folgende Schlauch seinerseits keine Schäden an anderen Komponenten verursacht.
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Es ist u. a. aus der Offenlegungsschrift
DE 10 2007 058 990 A1 bekannt, den Schlauch mittels eines Seilzugs oder mehrerer Seilzüge abzuhängen, wobei die durch einen oder mehrere Seilzöge abgehängte Schlauchreserve für Bewegungen zur Verfügung steht und bei Bedarf freigegeben wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine alternative Vorrichtung anzugeben, mit der ein Rillschlauch in Längsrichtung unter mechanischer Spannung gehalten werden kann.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Rillschlauchspannvorrichtung mit einer Formrolle, die einen Rillschlauch aufnehmen kann und Führungsnuten aufweist, in welche die Erhebungen des Rillschlauches eingreifen, wobei Formrolle und Führungsnuten so ausgebildet sind, daß ein Formschluß zwischen Formrolle und Rillschlauch besteht. Mit der Formrolle ist eine Feder gekoppelt, die gespannt wird, wenn der Rillschlauch in eine entsprechende Richtung gezogen wird und eine Gegenkraft zu einer Rillschlauchzugkraft erzeugt und auf diese Weise den Rillschlauch in Längsrichtung unter mechanischer Spannung hält. Um zu verhindern, daß der Rillschlauch den Formschluß mit der Formrolle verliert, wird ein bewegliches oder starres Element vorgesehen, welches den Rillschlauch in die Formrolle gedrückt hält.
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Vorteilhaft kann das Element, das den Rillschlauch der Formrolle hält, eine weitere Formrolle sein, die ebenfalls Führungsnuten aufweist, in welche die Erhebungen des Rillschlauches eingreifen, wobei Formrolle und Führungsnuten so ausgebildet sind, daß ein Formschluß zwischen Formrolle und Rillschlauch besteht. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung identisch geformter Formrollen.
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Die Formrollen können mit Zahnrädern gekoppelt werden, wobei die Zahnräder so dimensioniert und angeordnet sind, daß sie ineinandergreifen und einen korrespondierenden Lauf der Formrollen erzwingen.
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In einer besonderen Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung werden Formrollen genutzt, die zum Spannen von Rillschläuchen mit kreisförmigem Querschnitt geeignet sind. Diese Formrollen sind vorzugsweise im wesentlichen zylindrisch mit umlaufender Hohlkehle.
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Von besonderem Interesse sind im wesentlichen runde Hohlkehlen, die beispielsweise annähernd die Form von Kreis- oder Parabelsegmenten haben. Dabei sind Radius oder Parabelparameter der Hohlkehle dem Rillschlauchdurchmesser angepaßt. Alternativ können die Formen dieser Formrolle(n) annähernd beschrieben werden als ein einschaliges Hyperboloid oder als der Rotationskörper, der entsteht, wenn ein in der xz-Ebene oberhalb der x-Achse achsensymmetrisch zur z-Achse angeordnetes Kreissegment, das kleiner oder gleich einem Halbkreis ist und das vom Koordinatenursprung aus gesehen konvex ist, um die x-Achse rotiert. Die x-Achse bildet dann gleichzeitig die Achse, um welche die Formrolle im installierten Zustand rotiert.
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Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
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1A eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Rillschlauchspannvorrichtung senkrecht zum Querschnitt des in der Vorrichtung verlaufenden Rillschlauches (Vorderansicht);
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1B eine Schnittdarstellung entlang der Linie A-A der 1A; und
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1C eine Draufsicht auf die Rillschlauchspannvorrichtung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Rillschlauchspannvorrichtung 100 in drei Ansichten. 1A zeigt die Ansicht entlang des Rillschlauches 110, der in 1A im Querschnitt gezeigt ist. Rillschlauch 110 besteht aus einem spiralförmig geformten Draht, der sich in einem Kunststoffschlauch befindet. Der Draht gibt dem Rillschlauch 110 eine stabile äußere Form.
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In 1 ist ein runder Rillschlauch 110 dargestellt, d. h. ein Rillschlauch mit kreisförmigem Querschnitt, und eine an diese Rillschlauchform angepaßte Spannvorrichtung 100. Es sind jedoch andere Rillschlauchquerschnitte denkbar, die entsprechend angepaßte Spannvorrichtungen erfordern.
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Eine charakteristische Eigenschaft von Rillschläuchen ist deren rillenförmige äußere Struktur, die dadurch entsteht, daß der die Drahtspirale umgebende Kunststoffschlauch einen etwas geringeren Durchmesser hat als die Drahtspirale und so straff auf der Spirale sitzt. In den Zwischenräumen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Spiralwicklungen ist der Durchmesser des Kunststoffschlauches geringer, so daß die Oberfläche des Rillschlauches entlang des Rillschlauches gesehen einer Zahnstange ähnelt: die Spirale bildet äquidistante Erhebungen, zwischen denen sich Vertiefungen befinden.
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Diese Eigenschaft wird erfindungsgemäß ausgenutzt, indem der Rillschlauch 100 auf einer Formrolle 120 aufliegt, die der äußeren Form des Rillschlauches wie folgt angepaßt ist: Formrolle 120 weist umlaufend eine Anzahl von Führungsnuten 122 auf (1B), die so gestaltet sind, daß aufeinanderfolgende Erhebungen des Rillschlauches 110 in aufeinanderfolgende Führungsnuten 122 eingreifen. Mit anderen Worten sind Formrolle 120 und Führungsnuten 122 sind so ausgebildet, daß ein Formschluß zwischen Formrolle 120 und Rillschlauch 110 besteht.
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Um zu verhindern, daß sich der Rillschlauch 110 aus der formschlüssigen Verbindung mit der Formrolle 120 herausbewegt, wird ein Element vorgesehen, das den Rillschlauch 110 in der Formrolle 120 hält. Dies kann beispielsweise ein einfaches Führungsblech sein, welches gegenüber der Formrolle 120 so angeordnet ist, daß der Rillschlauch 110 zwischen diesem Blech und der Formrolle 120 eingespannt ist und nur entlang seiner Längsrichtung bewegbar bleibt (angedeutet durch Pfeil 160 in 1B). Anstelle des Bleches kann auch eine beliebige Rolle oder auch ein Teil eines die Spanneinheit 100 umgebenden Gehäuses (nicht dargestellt) genutzt werden.
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Der Abstand zwischen der Formrolle 120 und dem Element, das den Rillschlauch 110 in der Formrolle 120 hält, ist so zu wählen, daß der Schlauch von der Formrolle 120 gut aufgenommen werden kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung wird als Element, das den Rillschlauch 110 in der Formrolle 120 hält, eine weitere Formrolle 130 genutzt, die vorzugsweise identisch zur Formrolle 120 geformt ist. Es können aber auch Formrollen als weitere Formrolle 130 genutzt werden, die beispielsweise einen geringeren Durchmesser haben als Formrolle 120 oder einen nur punktuellen Formschluß mit dem Rillschlauch 110 aufweisen, d. h. im wesentlichen zylindrisch sind und keine Hohlkehle aufweisen.
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Vorzugsweise sind jedoch sowohl die Formrolle 120 als auch die weitere Formrolle 130 dem Querschnitt des Rillschlauches angepaßt, um einen nicht nur punktuellen Formschluß, sondern einen Formschluß umfassend einen möglichst großen Anteil des Rillschlauchumfangs ermöglichen.
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Abhängig vom Querschnitt des Rillschlauches 100 bestimmt sich dann die Form der Formrollen 120, 130. Wird ein Rillschlauch mit im wesentlichen rechteckigen Querschnitt genutzt, so bieten sich beispielsweise im wesentlichen zylindrische Formrollen mit Führungsnuten 122, 132 an, da über die Länge der zylindrischen Formrollen bereits ein nicht nur punktueller Formschluß erreicht wird. Um das seitliche Herausrutschen des Rillschlauches 110 aus der Anordnung 100 zu verhindern, kann zumindest eine der Formrollen so gestaltet werden, daß sie den Rillschlauch auch seitlich umfaßt und dort durch Fortsetzung der Führungsnuten zusätzlichen Formschluß bietet.
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Bei einem runden Rillschlauch 110 gemäß des bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung werden Formrollen 120, 130 genutzt, die im wesentlichen zylindrisch mit einer dem Rillschlauchdurchmesser angepaßten umlaufenden Ausnehmung oder Hohlkehle 125, 135 sind. Dabei können die Formrollen 120, 130 im einfachsten Fall die Form eines Doppelkegels haben, so daß der Rillschlauch mit jeder Rolle an zumindest zwei Punkten einen sicheren Formschluß aufweist.
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Bevorzugt werden im wesentlichen runde Hohlkehlen 125, 135 vorgesehen, die beispielsweise annähernd die Form von Kreis- oder Parabelsegmenten haben. Dabei sind Radius oder Parabelparameter der Hohlkehle 125, 135 dem Rillschlauchdurchmesser angepaßt. Alternativ können die Formen der Formrolle 120, 130 annähernd beschrieben werden als ein einschaliges Hyperboloid oder als der Rotationskörper, der entsteht, wenn ein in der xz-Ebene oberhalb der x-Achse achsensymmetrisch zur z-Achse angeordnetes Kreissegment, das kleiner oder gleich einem Halbkreis ist und das vom Koordinatenursprung aus gesehen konvex ist, um die x-Achse rotiert. Die x-Achse bildet dann gleichzeitig die Achse, um welche die Formrolle 120, 130 im installierten Zustand rotiert.
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Die Spannwirkung der Spannvorrichtung 100 wird bewirkt durch eine mit der Formrolle 120 gekoppelte Feder 140 (schematisch dargestellt), die gespannt wird, wenn der Rillschlauch 110 in eine entsprechende Richtung gezogen wird und die dabei eine Gegenkraft bzw. ein Gegenmoment zu einer Rillschlauchzugkraft erzeugt. Die Spannvorrichtung 100 hält den Rillschlauch 100 somit einerseits stets unter Spannung und verhindert somit ein unkontrolliertes Durchhängen des Rillschlauchs und zieht andererseits den Rillschlauch zurück, sobald die Rillschlauchzugkraft die Federkraft bzw. das Federmoment unterschreitet. Bei der Feder 140 handelt es sich vorzugsweise um eine Drehfeder.
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Um eine möglichst gleiche Kraftverteilung entlang des Umfangs des Rillschlauches zu gewährleisten und entsprechende einseitige Belastung und Abnutzung zu vermeiden, kann in einer bevorzugten Ausgestaltung eine Kopplung der beiden Formrollen 120, 130 vorgesehen werden. Im Beispiel der 1 wird dies mittels zweier Zahnräder 150, 155 erreicht. Ein erstes Zahnrad 150 ist koaxial mit der Formrolle 120 gekoppelt, und ein zweites Zahnrad 155 ist koaxial mit der weiteren Formrolle 130 gekoppelt. Durchmesser und Anordnung der Zahnräder werden außerdem so gewählt, daß die Zahnräder ineinandergreifen. Da die Formrollen vorzugsweise identisch gestaltet sind, sind auch die Zahnräder 150, 155 vorzugsweise identisch gestaltet, wodurch erreicht wird, daß sich die Formrollen 120, 130 Drehbewegungen gegenläufig mit gleicher Winkelgeschwindigkeit ausführen. Werden hingegen Formrollen mit verschiedenen Durchmessern eingesetzt, sind entsprechend auch verschieden große Zahnräder zu wählen, um einen korrespondieren Lauf der Formrollen 120, 130 zu gewährleisten, d. h. eine einheitliche Lineargeschwindigkeit des durch beide Formrollen beförderten bzw. gebremsten Rillschlauches zu ermöglichen.
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Andere Getriebe zur Kopplung der beiden Rollen können natürlich ebenfalls genutzt werden, etwa ein (gekreuzter) Riementrieb mit kraft- und/oder formschlüssiger Riemen-Rollen-Kopplung.
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Natürlich ist es möglich, eine der beiden Formrollen 120, 130 in Richtung der anderen Formrolle beweglich zu lagern und durch eine weitere Feder (nicht dargestellt) eine Anpreßkraft in Richtung der anderen Formrolle auf die Rotationsachse auszuüben, um kleinere Schwankungen des Rillschlauchdurchmessers oder im Laufe der Benutzung des Rillschlauchs 100 eingetretene Verformungen zu kompensieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007058990 A1 [0004]
