-
Die Erfindung betrifft einen modular aufgebauten Roboter, mit einer Positionierstruktur, die mehrere relativ zueinander bewegliche Strukturabschnitte aufweist, von denen wenigstens einer über ein an wenigstens einem Endbereich einen rohrförmigen Verbindungsabschnitt aufweisendes Holmelement und einen diesbezüglich separaten Verbindungskopf verfügt, wobei der Verbindungsabschnitt und der Verbindungskopf ineinander einsteckbar und miteinander verspannbar sind.
-
Die
DE 76 28 861 U beschreibt einen modularen Roboter der vorgenannten Art, der eine auslegerartig ausgebildete Positionierstruktur aufweist, die über mehrere gelenkig miteinander verbundene Strukturabschnitte verfügt. Die Positionierstruktur ist einenends mit einem Sockel versehen und trägt andernends einen beispielsweise zum Transport von Objekten geeigneten Endeffektor. Die einzelnen Strukturabschnitte der Positionierstruktur sind bei dem bekannten Roboter modular aufgebaut und enthalten einen Verbindungskopf, an dem ein Aufsteckvorsprung ausgebildet ist, auf den ein rohrförmiges Holmelement mit einem rohrförmigen Verbindungsabschnitt aufsteckbar ist. Zur gegenseitigen Zentrierung wird zwischen den Verbindungskopf und den Verbindungsabschnitt ein Kunststoffmaterial eingespritzt. Den notwendigen Zusammenhalt bewirkt ein Flansch, der mit dem Verbindungskopf verschraubt wird und der einen an dem Verbindungsabschnitt verankerten Sicherungsring hintergreift, so dass der Verbindungsabschnitt mit dem Verbindungskopf axial verspannt wird.
-
Die bei dem bekannten Roboter verwirklichten Verbindungsmaßnahmen sind relativ aufwendig und erfordern eine Vielzahl von Arbeitsschritten. Vor allem das Einspritzen des Kunststoffmaterials erfordert einen gewissen Zeitaufwand, zumal das anschließende axiale Verspannen erst stattfinden kann, wenn das Kunststoffmaterial ausgehärtet ist. Andernfalls besteht die Gefahr, dass die Zentrizität der beiden miteinander zu verbindenden Komponenten verloren geht.
-
Aus der
EP 2 049 310 B1 sind modular aufgebaute Roboterarme bekannt, die ein oder mehrere Gelenkmodule mit jeweils zwei drehbar aneinander gelagerten Gelenkkörpern aufweisen. Jeder Gelenkkörper fungiert als Verbindungskopf, der mit einem als Profilrohr ausgebildeten Holmelement axial verspannbar ist, um einen beweglichen Strukturabschnitt einer Positionierstruktur des Roboterarmes zu bilden. Aufgrund dessen, dass das Holmelement mit dem Verbindungskopf axial verspannt wird, müssen enge Fertigungstoleranzen eingehalten werden, um eine exakte Montage zu gewährleisten. Bedingt durch das axiale Verspannen können auch keine Längenanpassungen der Strukturabschnitte vorgenommen werden.
-
Aus der
DE 40 00 348 A1 ist ein mit mehreren Gelenken ausgestatteter Roboter bekannt, bei dem das gegenseitige Verschwenken aneinander gelagerter Strukturabschnitte durch elektrische Servomotoren hervorgerufen wird, denen dezentral ein Befehlsprozessor zugeordnet ist, der mit einer externen elektronischen Steuereinrichtung kommunizieren kann.
-
Aus der
DE 20 50 264 C3 ist eine Befestigungsvorrichtung bekannt, die über ein Verbindungselement verfügt, an dem ein ringförmiger Kragen angeformt ist und von dem eine Ausstülpung wegragt, die von dem Kragen umschlossen ist. Ein zu befestigendes Rohrstück wird in einen zwischen der Ausstülpung und dem Kragen gebildeten Ringraum einsteckt und dadurch fixiert, dass die geschlitzte Ausstülpung mittels einer Schraube auseinandergespreizt und mit dem Innenumfang des Rohrstückes verklemmt wird.
-
Die
DE 198 50 268 A1 beschreibt eine Halteanordnung für Sauggreifer, bei der eine rohrförmige Haltestange durch eine Klemmverbindung an einem Formteil fixiert wird. Das Formteil taucht in die Haltestange ein und weist ein elastisches Ringelement auf, das axial zusammengequetscht werden kann, sodass es sich radial aufweitet und mit der Innenwandung der rohrförmigen Haltestange verklemmt.
-
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einen modularen Roboter der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Komponenten einfach herstellbar und mit hoher Präzision leicht montierbar sind.
-
Zur Lösung dieser Aufgabe ist vorgesehen, dass der Verbindungskopf über mindestens eine eine axiale Einstecköffnung aufweisende Einsteckausnehmung verfügt, in der ein Klemmkern angeordnet ist, der mit der Umfangswand der Einsteckausnehmung einen nach vorne zu der Einstecköffnung hin offenen Aufnahmespalt begrenzt, in den das Holmelement mit seinem eine geschlitzte Wandung aufweisenden rohrförmigen Verbindungsabschnitt axial einsteckbar ist, wobei der Klemmkern mehrere durch mindestens einen sich axial erstreckenden Trennschlitz voneinander getrennte und radial bewegliche Klemmbacken aufweist und wobei mindestens ein Spreizelement vorhanden ist, das derart in den mindestens einen Trennschlitz einführbar ist, dass die Klemmbacken zum radialen Verspannen des in den Aufnahmespalt eingesteckten rohrförmigen Verbindungsabschnittes mit der Umfangswand der Einsteckausnehmung radial auseinandergespreizt werden.
-
Auf diese Weise können ein oder mehrere Strukturabschnitte der Positionierstruktur eines Roboters einfach und präzise zusammengebaut werden. Es ist lediglich der rohrförmige Verbindungsabschnitt in den Aufnahmespalt einzuschieben und anschließend das mindestens eine Spreizelement insbesondere axial in den Trennschlitz des Klemmkerns einzuführen. Im derart montierten Zustand wird der rohrförmige Verbindungsabschnitt mit der Umfangswand großflächig radial verspannt, so dass eine exakt zentrische Ausrichtung gewährleistet werden kann. Da zwischen dem Verbindungsabschnitt und dem Verbindungskopf zweckmäßigerweise kein axiales Verspannen auftritt, besteht bei noch nicht beaufschlagten Klemmbacken die vorteilhafte Möglichkeit, die Axialposition des Holmelementes zur Längenanpassung des Strukturabschnittes relativ zum Verbindungskopf noch geringfügig zu variieren. Die an der Klemmverbindung teilhabenden Komponenten lassen sich einfach und kostengünstig realisieren. Dadurch, dass die Wandung des rohrförmigen Wandabschnittes geschlitzt ist, wird die radiale Verformbarkeit bzw. Beweglichkeit der Wandung des rohrförmigen Verbindungsabschnittes gefördert.
-
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
-
Der Roboter kann ein oder mehrere Gelenkmodule aufweisen, von denen wenigstens eines zwei Strukturabschnitte unter Gewährleistung mindestens eines Drehfreiheitsgrades miteinander verbindet.
-
Mindestens ein Gelenkmodul kann zwei drehbar aneinander gelagerte Gelenkkörper aufweisen, von denen wenigstens einer einen Verbindungskopf aufweist, insbesondere als integraler Bestandteil.
-
Ein oder mehrere Gelenkmodule können mit je einer eigenen Antriebseinheit ausgestattet sein, die mindestens einen bevorzugt als Servomotor ausgebildeten Elektromotor zum Erzeugen der Drehbewegung und zum winkelmäßigen Positionieren enthält. Außerdem ist jede Antriebseinheit bevorzugt auch noch zumindest mit einer zur Ansteuerung des Elektromotors dienenden elektrischen Steuereinheit ausgestattet, die auch eine Sensorik beinhalten kann, mit der sich die aktuelle Winkelstellung erfassen lässt. Mehrere solcher Antriebseinheiten können als dezentrale Systeme an eine übergeordnete, externe elektronische Steuereinrichtung angeschlossen sein, die die Bewegungsabläufe des Roboters steuert, wobei durch die dezentralen, individuellen elektronischen Steuereinheiten die Belastung der externen Steuereinrichtung erheblich reduziert wird.
-
Durch das erfindungsgemäße modulare Prinzip können Roboter vielfältiger Art realisiert werden. Eine mögliche Bauform sieht vor, dass an einem Endbereich der Positionierstruktur ein Sockel angeordnet ist und am anderen Endbereich ein Endeffektor angebracht oder anbringbar ist. Bei Einsätzen in der Handhabungstechnik kann der Endeffektor beispielsweise ein Greifer sein.
-
Der Klemmkern ist bevorzug koaxial in der Einsteckausnehmung angeordnet, so dass der Aufnahmespalt als Ringspalt ausgebildet ist, in den sich das Holmelement mit seinem rohrförmigen Verbindungsabschnitt verkantungsfrei einstecken lässt.
-
Das mindestens eine Holmelement ist im Übrigen zweckmäßigerweise insgesamt rohrförmig ausgebildet, wobei es durchweg über den gleichen Durchmesser verfügen kann. Mindestens ein Endabschnitt eines solchen rohrförmigen Holmelementes bildet dann einen Verbindungsabschnitt.
-
Die Anzahl der Klemmbacken des Klemmkerns ist prinzipiell beliebig. Optimal wird derzeit die Realisierung von lediglich zwei Klemmbacken angesehen, die sich diametral gegenüberliegen und die durch lediglich einen sich axial und radial erstreckenden Trennschlitz voneinander getrennt sind. Die beiden Klemmbacken sind außen zweckmäßigerweise halbkreisförmig konturiert und können sich somit optimal an die Innenkontur eines innen komplementär konturierten Verbindungsabschnittes eines Holmelementes anschmiegen.
-
Insbesondere im zentralen Bereich kann der Klemmkern von einem Durchgangsloch axial durchsetzt sein. Dieses Durchgangsloch erstreckt sich zweckmäßigerweise im Bereich des mindestens einen Trennschlitzes, so dass selbiger quasi in zwei Schlitzhälften unterteilt wird. Das Durchgangsloch eignet sich insbesondere zur Leitungsdurchführung, um beispielsweise elektrische und/oder fluidische Leitungen durch einen Strukturabschnitt hindurch einer Antriebseinheit zuzuführen.
-
Der Klemmkern ist vorzugsweise so aufgebaut, dass er rückseitig einen ungeschlitzten Sockelabschnitt aufweist, ausgehend von dem sich nach vorne hin die Klemmbacken erstrecken, die zweckmäßigerweise einstückig mit dem Sockelabschnitt ausgebildet sind. Der Klemmkern ist im Übrigen zweckmäßigerweise insgesamt ein einstückiges Bauteil.
-
Das mindestens eine Spreizelement wird zweckmäßigerweise von der axialen Rückseite des Klemmkerns her axial in den Trennschlitz eingeführt. In diesem Zusammenhang ist es zweckmäßig, wenn der Klemmkern mindestens eine zu seiner Rückseite hin offene Spreizbohrung aufweist, die sich axial in das Innere des Klemmkerns hinein erstreckt, und zwar derart, dass sie auf den mindestens einen Trennschlitz trifft. Ein Spreizelement kann somit durch die Spreizbohrung hindurch rückseitig in den Trennschlitz eintauchen. Vorzugsweise erstreckt sich die Spreizbohrung zumindest ein Stück weit axial in den Trennschlitz hinein, so dass sich eine optimale Führung beim Einführen in den Trennschlitz ergibt.
-
Das mindestens eine Spreizelement könnte beispielsweise ein Stift oder Bolzen sein, der axial in den Trennschlitz hineingedrückt wird. Insbesondere wegen der reversiblen Anwendbarkeit, aber auch wegen der leichten Handhabung beim Einführen in den Trennschlitz, wird jedoch eine Ausgestaltung des Spreizelementes in Form einer im Folgenden als Spreizschraube bezeichneten Schraube angesehen. Eine solche Spreizschraube schraubt sich beim Eindrehen in den Klemmkern mühelos in den Trennschlitz vor und bewirkt insbesondere dadurch, dass ihr Durchmesser größer ist als die Breite des Trennschlitzes, dass die den Trennschlitz begrenzenden Klemmbacken voneinander weg gerichtet, nach radial außen gedrückt werden.
-
In ein- und denselben Trennschlitz können ein oder mehrere Spreizelemente eingeführt sein. Insbesondere dann, wenn ein Trennschlitz von einem Durchgangsloch in zwei Schlitzhälften unterteilt wird, ist es von Vorteil, wenn in jede Schlitzhälfte ein eigenes Spreizelement eindringt.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Spreizbohrung eine sich zur Vorderseite des Klemmkerns hin konisch verjüngende Gestalt hat. Auf diese Weise nimmt die radiale Spreizkraft umso mehr zu, je weiter ein Spreizelement axial in den Trennschlitz eingeführt wird.
-
Es versteht sich, dass ein sich zwischen zwei Klemmbacken erstreckender Trennschlitz vorzugsweise sowohl nach radial außen als auch nach axial vorne an dem Klemmkörper offen ist. Es ist weiterhin vorteilhaft, wenn sich ein solcher Trennschlitz diametral in einer Ebene erstreckt, die von der Längsachse und einer radialen Richtung des Klemmkerns aufgespannt wird.
-
Der Klemmkern könnte prinzipiell einstückig mit dem Verbindungskopf verbunden sein. Als besonders zweckmäßig wird jedoch eine Ausführungsform angesehen, bei dem er als separates Bauteil in die Einsteckausnehmung eingesetzt ist. Zur Verankerung in der Einsteckausnehmung ist der Klemmkern zweckmäßigerweise mit einer die Einsteckausnehmung rückseitig begrenzenden Bodenwand verspannt. Er stützt sich dabei axial an dieser Bodenwand ab, an die er durch mindestens eine Befestigungsschraube herangezogen wird, die die Bodenwand durchgreift.
-
Die Bodenwand verfügt auch zweckmäßigerweise über mindestens ein weiteres Loch, das zum Hindurchführen eines in den Klemmkern einzuführenden Spreizelementes nutzbar ist.
-
Vorzugsweise ist die Wandung des rohrförmigen Verbindungsabschnittes derart ein- oder mehrfach geschlitzt, dass der mindestens eine Schlitz die Wandung radial durchsetzt und außerdem zur Stirnseite des Verbindungsabschnittes ausmündet. Bei dem mindestens einen Schlitz handelt es sich zweckmäßigerweise um einen Längsschlitz mit zur Längsachse des Verbindungsabschnittes paralleler Längserstreckung.
-
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
-
1 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen, modular aufgebauten Roboters in einer perspektivischen Darstellung,
-
2 den in 1 strichpunktiert umrahmten Ausschnitt II des Roboters in einer Explosionsdarstellung,
-
3 eine perspektivische Einzeldarstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines Klemmkerns,
-
4 den Klemmkern aus 3 in einer Rückansicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil IV,
-
5 einen Längsschnitt durch den Klemmkern gemäß Schnittlinie V-V aus 4, wobei die Schnittebene in der Ebene des Trennschlitzes liegt,
-
6 einen weiteren Längsschnitt durch den Klemmkern mit einer gegenüber 5 um 90° versetzten Schnittebene gemäß Schnittlinie VI-VI aus 4,
-
7 eine weitere perspektivische Darstellung des Klemmkerns mit Blick auf die Vorderseite,
-
8 eine Seitenansicht des Roboters im Bereich des Ausschnittes II der 1 in einer Blickrichtung gemäß Pfeil VIII aus 2,
-
9 einen Längsschnitt durch die Anordnung aus 8 gemäß Schnittlinie XI-IX, wobei ein strichpunktiert umrahmter Ausschnitt ergänzend vergrößert abgebildet ist,
-
10 eine Rückansicht des in 1 strichpunktiert umrahmten Ausschnitts II mit Blickrichtung gemäß Pfeil X aus 2, und
-
11 einen Längsschnitt durch die Anordnung aus 10 gemäß Schnittlinie XI-XI, wobei der strichpunktiert umrahmte Ausschnitt zusätzlich vergrößert abgebildet ist.
-
Der in 1 abgebildete, insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Roboter ist für Handhabungszwecke ausgebildet und verfügt über eine mehrgliedrige Positionierstruktur 2, die einenends einen Sockel 3 aufweist und am entgegengesetzten Ende mit einem Endeffektor 4 in Gestalt eines elektrisch oder mittels Fluidkraft antreibbaren Greifers 4a bestückt ist.
-
Die Positionierstruktur 2 ist für mehrachsige Bewegungen ausgelegt und ermöglicht daher ein anwendungsgerechtes, sehr variables Positionieren des Endeffektors 4 im Raum. Der Roboter 1 kann somit beispielsweise genutzt werden, um Werkstücke umzupositionieren.
-
Der Anwendungsbereich des Roboters 1 ist jedoch nicht auf den Beschriebenen begrenzt. Insbesondere in Verbindung mit andersartigen Endeffektoren 4 kann der Roboter 1 auch für anderweitige Aufgaben eingesetzt werden, beispielsweise für Schweißarbeiten oder auf dem Gebiet der Messtechnik.
-
Die Positionierstruktur 2 verfügt exemplarisch über drei in Reihe geschaltete Strukturabschnitte, die als erster, zweiter und dritter Strukturabschnitt 5, 6, 7 bezeichnet seien. Die jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Strukturabschnitte 5, 6; 6, 7 sind jeweils durch ein Gelenkmodul 8 gelenkig und insbesondere schwenkbeweglich miteinander verbunden. Insofern definiert jedes Gelenkmodul 8 eine das Zentrum der jeweiligen Schwenkbewegung vorgebende Drehachse 11. Prinzipiell könnte jedes Gelenkmodul 8 auch noch weitere Bewegungsfreiheitsgrade ermöglichen.
-
Jedes Gelenkmodul 8 verfügt über einen ersten Gelenkkörper 12 und einen daran um die Drehachse 11 drehbar bzw. verschwenkbar gelagerten zweiten Gelenkkörper 13. Jeder Gelenkkörper 12, 13 steht mit einem der durch das Gelenkmodul 8 gelenkig miteinander verbundenen Strukturabschnitte 5, 6, 7 in Verbindung.
-
Der erste Strukturabschnitt 5 ist an dem Sockel 3 um eine beim Ausführungsbeispiel vertikal verlaufende weitere Drehachse 14 verdrehbar gelagert.
-
Jedes Gelenkmodul 8 und vorzugsweise auch der Sockel 3 ist mit einer in der Zeichnung nur anhand eines Gelenkmoduls 8 illustrierten Antriebseinheit 15 ausgestattet. Die Antriebseinheit 15 ruft hervor und kontrolliert die relative Drehbewegung der aneinander angelenkten Komponenten. In allen Fällen ist sie zweckmäßigerweise unter einer lösbaren Abdeckhaube 16 geschützt untergebracht.
-
Die Antriebseinheit 15 enthält einen beispielsweise als Schrittmotor und vorzugsweise als Servomotor ausgebildeten Elektromotor 17. Sein Gehäuse ist an dem einen Gelenkkörper 12 oder 13 befestigt, während seine Abtriebswelle 18 den anderen Gelenkkörper 13 bzw. 12 trägt.
-
Über zu einem jeweiligen Elektromotor 17 führende elektrische Steuerkabel 22 lässt sich der Elektromotor 17 wunschgemäß ansteuern. Diese elektrischen Steuerkabel 22 verlaufen zweckmäßigerweise im Innern der Positionierstruktur 2 und können über eine beim Ausführungsbeispiel an dem Sockel 3 angeordnete elektrische Schnittstelle 23 mit einer schematisch angedeuteten, externen elektronischen Steuereinrichtung 24 kommunizieren.
-
Vorzugsweise ist jede Antriebseinheit 15 mit einer individuellen elektronischen Steuereinheit 25 ausgestattet, die einen Mikroprozessor beinhaltet, der mit der externen elektronischen Steuereinrichtung 24 kommuniziert, zu welchem Zweck die elektrischen Steuerkabel 22 insbesondere zur Bildung eines seriellen Busses dienen. Jede interne elektronische Steuereinheit 25 übernimmt die dezentrale Ansteuerung des zugeordneten Elektromotors 17 in Abstimmung mit der externen elektronischen Steuereinrichtung 24, die somit von Rechnerleistung entlastet wird. Jede interne Steuereinheit 25 kann auch einen Positionsaufnehmer beinhalten, der die Drehposition der Abtriebswelle 18 erfassen kann, so dass sich eine exakte Positionierung der beweglichen Komponenten der Positionierstruktur 2 durchführen lässt.
-
Die Positionierstruktur 2 ist modular aufgebaut, so dass sich nach Bedarf Roboter mit verschiedenen Funktionalitäten aufbauen lassen. Der gezeigte Roboter 1 kann insbesondere das Resultat eines modularen Baukastens sein, der den Aufbau von Roboter-Kinematiken mit ein bis sechs Achsen ermöglicht. Die leichte Bauweise und die dezentralen internen Motor-Controller 25 sind wichtige Bestandteile dieses Baukastens, so dass einfach und bedarfsgerecht eine anwendungsspezifische Kinematik aufgebaut werden kann, die für viele Handhabungsaufgaben geeignet ist.
-
Insbesondere besteht auch die Möglichkeit, die Gelenkmodule 8 in verschiedenen Baugrößen zur Verfügung zu stellen und mit unterschiedlich dimensionierten Elektromotoren, einschließlich unterschiedlichen Getriebeübersetzungen, auszustatten. Durch den Einsatz der dezentralen Controller bzw. elektronischen Steuereinheiten 25 muss nur die Stromversorgung und Bus-Leitung verlegt werden, wobei jederzeit eine einfache Umkonfiguration durchgeführt werden kann.
-
Beim Aufbau oder Umbau des Roboters können problemlos Parameter wie Kraft, Präzision, Geschwindigkeit, Arbeitsraum und Anzahl der Achsen konfiguriert werden, was insgesamt auch ein niedriges Preisniveau bei der Herstellung des Roboters ermöglicht.
-
Einen wesentlichen Anteil an der vorteilhaften Modularität der Positionierstruktur 2 hat der modulare Aufbau der einzelnen Strukturabschnitte 5, 6, 7. Dieser Aufbau soll im Folgenden anhand des ersten Strukturabschnittes 5 näher erläutert werden und gilt zweckmäßigerweise entsprechend auch für die übrigen Strukturabschnitte 6, 7.
-
Der erste Strukturabschnitt 5 verfügt über ein eine lineare Erstreckung aufweisendes Holmelement 26, das an wenigstens einem und vorzugsweise an beiden axialen Endabschnitten rohrförmig ausgebildet ist, wobei dieser Endabschnitt im Folgenden als rohrförmiger Verbindungsabschnitt 27 bezeichnet sei.
-
Der rohrförmige Verbindungsabschnitt 27 ist zweckmäßigerweise hohlzylindrisch mit kreisförmigem Querschnitt ausgebildet.
-
Zweckmäßigerweise ist das Holmelement 26 insgesamt von einem Rohrstück gebildet, das axial durchgängig hohl ist. Mindestens einer der beiden Endbereiche dieses Rohrstückes fungiert als der rohrförmige Verbindungsabschnitt 27.
-
Ein weiterer Bestandteil des ersten Strukturabschnittes 5 ist ein bezüglich dem Holmelement 26 separater Verbindungskopf 28. Dieser ist zweckmäßigerweise fest an dem ersten Gelenkkörper 12 angeordnet, wobei er vorzugsweise einstückig mit diesem ersten Gelenkkörper 12 verbunden ist. Anders ausgedrückt ist der Verbindungskopf 28 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein integraler Bestandteil des ersten Gelenkkörpers 12.
-
Der Verbindungskopf 28 verfügt über eine einen bevorzugt kreisrunden Querschnitt aufweisende Einsteckausnehmung 32. Diese verfügt an einer Vorderseite über eine Einstecköffnung 33.
-
Die Einsteckausnehmung 32 ist peripher von einer Umfangswand 34 begrenzt. Selbige ist insbesondere nach Art eines Rohrstutzens oder hülsenförmig gestaltet.
-
An ihrer der Einstecköffnung 33 axial entgegengesetzten Rückseite ist die Einstecköffnung 33 zweckmäßigerweise von einer Bodenwand 35 begrenzt. Sie ist zweckmäßigerweise einstückig mit der Umfangswand 34 verbunden.
-
Im Innern der Einsteckausnehmung 32 ist ein als Klemmkern 36 bezeichneter Körper angeordnet, dessen Außendurchmesser geringer ist als der Innendurchmesser der Einsteckausnehmung 32 und der so ausgerichtet ist, dass sein radial orientierter Außenumfang ringsum einen radialen Abstand zur Innenfläche der Einsteckausnehmung 32 aufweist. Auf diese Weise liegt radial zwischen dem Klemmkern 36 und der Umfangswand 34 ein insbesondere ringförmiger, nach vorne zu der Einstecköffnung 33 hin offener Zwischenraum vor, der als Aufnahmespalt 37 bezeichnet sei.
-
Der Klemmkern 36 ist vorzugsweise koaxial in der Einsteckausnehmung 32 angeordnet, wobei der Aufnahmespalt 37 ringsum zweckmäßigerweise die gleiche Breite hat.
-
Der Klemmkern 36 könnte prinzipiell ein mit dem Verbindungskopf 38 und insbesondere der Bodenwand 35 einstückiger Körper sein. Bevorzugt wird jedoch die beim Ausführungsbeispiel realisierte Bauform als gesonderter Körper, da dies die Möglichkeit zu einer vom Verbindungskopf 28 unabhängigen Materialwahl bietet. Während der Verbindungskopf 28 zweckmäßigerweise aus einem Metall oder einem faserverstärkten Kunststoffmaterial besteht, wird der Klemmkern 36 zweckmäßigerweise aus einem unverstärkten Kunststoffmaterial hergestellt.
-
Zur Fixierung in der Einsteckausnehmung 32 ist der Klemmkern 36 mit mindestens einer und zweckmäßigerweise mit mehreren sich parallel zu seiner Längsachse 38 erstreckenden Befestigungsbohrungen 39 versehen. Jede Befestigungsbohrung 39 erstreckt sich ausgehend von der rückwärtigen Stirnfläche 42 des Klemmkerns 36 insbesondere nach Art einer Sackbohrung in den Klemmkern 36 hinein.
-
Die Befestigungsbohrungen 39 ermöglichen eine einfache und bei Bedarf auch lösbare Schraubbefestigung des Klemmkerns 36 am Verbindungskopf 28. Hierzu ist der Klemmkern 36 durch die Einstecköffnung 33 hindurch in die Einsteckausnehmung 32 soweit axial eingesetzt, dass er mit seiner rückwärtigen Stirnfläche 42 flächenbündig an der die Einsteckausnehmung 32 rückseitig begrenzenden Bodenwand 35 anliegt. Hierbei fluchtet jede Befestigungsbohrung 39 mit einem die Umfangswand 34 axial durchsetzenden Befestigungsloch 43, durch das von der der Einsteckausnehmung 32 entgegengesetzten Axialseite her eine nur strichpunktiert angedeutete Befestigungsschraube 44 hindurchgesteckt ist, die mit ihrem Gewindeschaft in die sich fluchtend anschließende Befestigungsbohrung 39 eingeschraubt ist. Mit ihrem Schraubenkopf stützt sich die Befestigungsschraube 44 an der der Einsteckausnehmung 32 axial entgegengesetzten Rückfläche 45 der Bodenwand 35 ab.
-
Die Befestigungsbohrungen 39 sind zweckmäßigerweise gewindelos ausgebildet, während die Befestigungsschrauben 44 jeweils über ein selbstschneidendes Gewinde verfügen, durch das sie beim erstmaligen Eindrehen in ein Befestigungsloch 34 in das Material des Klemmkerns 36 eindringen und somit fest verankert werden.
-
Durch die mindestens eine Befestigungsschraube 44 wird der Klemmkern 36 relativ zum Verbindungskopf 28 unbeweglich in axialer Richtung mit der Bodenwand 35 verspannt.
-
Der Klemmkern 36 hat eine der rückwärtigen Stirnfläche 42 axial entgegengesetzte vordere Stirnfläche 46. Diese vordere Stirnfläche 46 weist in die gleiche Richtung wie die Einstecköffnung 33 der Einsteckausnehmung 32. Zweckmäßigerweise ist der Klemmkern 36 in seiner axialen Richtung kürzer ausgebildet, als die Einsteckausnehmung 32, so dass seine vordere Stirnfläche 46 mit einem axialen Abstand zu der Einstecköffnung 33 innerhalb der Einsteckausnehmung 32 zu liegen kommt.
-
In den Klemmkern 36 ist mindestens ein – beim Ausführungsbeispiel genau ein – Trennschlitz 47 eingebracht. Der Trennschlitz 47 erstreckt sich in der axialen Richtung des Klemmkerns 36, wobei er – wie insbesondere auch aus 5 und 11 ersichtlich ist – sowohl zur radialen Außenumfangsfläche 48 als auch zur vorderen Stirnfläche 46 des Klemmkerns 36 ausmündet. Im Bereich der Rückseite des Klemmkerns 36 endet der Trennschlitz 47 mit Abstand vor der rückwärtigen Stirnfläche 42. Dieser ungeschlitzte rückwärtige Endbereich des Klemmkerns 36 sei im Folgenden als Sockelabschnitt 52 bezeichnet.
-
Durch den mindestens einen Trennschlitz 47 wird der Klemmkern 36 in mehrere um die Längsachse 38 herum verteilte Umfangsabschnitte unterteilt, die ausgehend von dem Sockelabschnitt 52 nach vorne weg ragen und wegen ihrer im Folgenden zu erläuternden Funktion als Klemmbacken 53 bezeichnet seien. Jede Klemmbacke 53 ist zweckmäßigerweise einstückig mit dem Sockelabschnitt 52 verbunden.
-
Aufgrund der Materialwahl und der Dimensionierung sind beide Klemmbacken 53 relativ zu dem Sockelabschnitt 52 quer zu der Längsachse 38 geringfügig radial beweglich. Die Bewegbarkeit resultiert aus der Elastizität des Materials des Klemmkerns 36. Es besteht insbesondere die Möglichkeit, die Klemmbacken 43 unter Aufweitung des Trennschlitzes 47 gemäß Pfeilen 54 auseinanderzuspreizen, was insbesondere im Rahmen einer elastischen Verformung des Klemmkerns 36 im Übergangsbereich zwischen den Klemmbacken 53 und dem Sockelabschnitt 52 vonstatten geht.
-
Jeder Trennschlitz 47 erstreckt sich zweckmäßigerweise in einer Trennebene, die von der Längsachse 38 und einer hierzu rechtwinkeligen Achse aufgespannt wird. Somit verläuft jeder Trennschlitz 47 zweckmäßigerweise radial zu der Längsachse 38.
-
Indem beim Ausführungsbeispiel der Klemmkern 36 von lediglich einem einzigen Trennschlitz 47 durchsetzt ist, der außer zu der vorderen Stirnfläche 46 auch noch zu sich diametral entgegengesetzten Bereichen der radialen Außenumfangsfläche 48 ausmündet, verfügt der Klemmkern 36 über lediglich zwei sich diametral gegenüberliegende Klemmbacken 53. Diese sind, wie insbesondere aus 3 und 7 ersichtlich ist, am Außenumfang zweckmäßigerweise halbkreisförmig konturiert.
-
Um die Flexibilität der Klemmbacken 53 zu verbessern, ist der Klemmkern 36 beim Auführungsbeispiel in einem Bereich, der dem Sockelabschnitt 42 mit einem gewissen Abstand vorgelagert ist, mit einer zur Längsachse 38 koaxialen Ringnut 55 am Außenumfang versehen. Auch diese Ringnut 55 wird durch den Trennschlitz 47 in eine der Anzahl der Klemmbacken 53 entsprechende Anzahl von Umfangsabschnitten unterteilt. Die Ringnut 55 hat zweckmäßigerweise einen rechteckigen Querschnitt.
-
Zum Zusammenbau des ersten Strukturabschnittes 5 wird das Holmelement 26 mit seinem rohrförmigen Verbindungsabschnitt 27 voraus durch die Einstecköffnung 33 hindurch in die Einsteckausnehmung 32 eingesteckt. Die Einstecktiefe ist so groß, dass der rohrförmige Verbindungsabschnitt 27 auch axial in den Aufnahmespalt 37 eintaucht. Im eingesteckten Zustand des Holmelementes 26 kommt somit der rohrförmige Verbindungsabschnitt 27 koaxial zwischen der Umfangswand 37 und dem Klemmkern 36 zu liegen. Der Klemmkern 36 taucht von vorne her ins Innere des rohrförmigen Verbindungsabschnittes 27 ein.
-
Bei diesem Einsteckvorgang nehmen die Klemmbacken 53 ihren nicht auseinandergespreizten Ausgangszustand ein. Die gegenseitige Abstimmung ist so getroffen, dass in diesem Ausgangszustand die Breite des Aufnahmespaltes 37 etwa der Wandstärke des Verbindungskopfes 28 entspricht oder geringfügig größer ist, so dass sich das Holmelement 26 ohne größere Kraftanstrengung einschieben lässt.
-
Erst wenn die gewünschte Einstecktiefe erreicht ist, werden die Klemmbacken 53 durch Beaufschlagung seitens mindestens eines in der Zeichnung strichpunktiert angedeuteten Spreizelementes 56 radial auseinander gespreizt. Hierdurch wird die Wandung des Verbindungsabschnittes 27 zwischen den Klemmbacken 53 und der Umfangswand 34 radial verspannt. Da die Wandung des Verbindungsabschnittes 27 hierbei großflächig an die zylindrische Innenumfangsfläche der Einsteckausnehmung 32 angepresst wird, ergibt sich eine sehr präzise koaxiale Ausrichtung des Holmelementes 26 mit Bezug zum Verbindungskopf 28.
-
Durch die bevorzugt rein radiale Verspannung des Verbindungsabschnittes 27 wird auch erreicht, dass der Spann- bzw. Klemmvorgang die axiale Relativposition zwischen dem Holmelement 26 und dem Verbindungskopf 28 nicht beeinflusst. Es können sich also beim Verspannen der Komponenten keine axialen Längenänderungen des ersten Strukturabschnittes 5 mehr einstellen.
-
Es besteht auch der Vorteil, dass man vor dem Betätigen des Klemmkerns 36 die Möglichkeit hat, die Länge des ersten Strukturabschnittes 5 durch Variation der axialen Relativposition von Verbindungskopf 28 und Holmelement 26 nach Bedarf zu justieren. Es ist also nicht notwendig, dass der Verbindungsabschnitt 27 mit seiner Stirnseite an der Bodenwand 35 anliegt. Beim Ausführungsbeispiel ist eine dahingehende Einstellung getroffen, dass zwischen der Stirnfläche des Verbindungsabschnittes 27 und der Bodenwand 35 noch ein gewisser Abstand 57 verbleibt.
-
Jedenfalls ist somit bei einem zusammengebauten Strukturabschnitt 5, 6, 7 das Holmelement 26 mit seinem Verbindungsabschnitt 27 in den Verbindungskopf 28 eingesteckt und mit selbigem unter Vermittlung des radial aufgespreizten Klemmkerns 36 radial verspannt.
-
Das ein Auseinanderspreizen der Klemmbacken 53 verursachende mindestens eine Spreizelement 56 kann von der rückwärtigen Stirnfläche 42 her so in den Klemmkern 36 eingeführt werden, dass es in den Trennschlitz 47 eintaucht. Indem es zumindest partiell einen Querschnitt hat, der größer ist als die Breite des Trennschlitzes 47, bewirkt es beim axialen Einführen in den Trennschlitz 47 eine nach radial außen gerichtete Beaufschlagung der den Trennschlitz 47 begrenzenden Klemmbacken 53.
-
Das mindestens eine Spreizelement 56 ist zweckmäßigerweise stift- bzw. bolzenförmig ausgebildet und ist beim Ausführungsbeispiel in zweckmäßiger Weise von einer Schraube gebildet, die im Folgenden als Spreizschraube 56a bezeichnet sei.
-
In dem Klemmkern 36 ist für jedes Spreizelement 56 ein als Spreizbohrung 57 bezeichneter Kanal ausgebildet. Diese Spreizbohrung 57 ist einenends zu der rückwärtigen Stirnfläche 42 hin offen und erstreckt sich ausgehend von dieser rückwärtigen Stirnfläche 42 axial ins Innere des Klemmkerns 36 hinein. Dabei trifft die Spreizbohrung 57 auf den zugeordneten Trennschlitz 47 und erstreckt sich vorzugsweise, in zu dem Trennschlitz 47 paralleler Ausrichtung, in den Trennschlitz 47 hinein.
-
Bedingt dadurch, dass die Spreizbohrung 57 zweckmäßigerweise einen im Vergleich zur Breite des Trennschlitzes etwas größeren Durchmesser aufweist, haben die den Trennschlitz 47 flankierenden Begrenzungsflächen der Klemmbacken 53 jeweils eine rinnenähnliche oder nutähnliche Ausnehmung 58, die jeweils einen Teilumfang einer Spreizbohrung 57 definiert.
-
Dort wo die Spreizbohrung 57 den Sockelabschnitt 52 durchsetzt, ist sie radial ringsum geschlossen.
-
Beim Ausführungsbeispiel münden in den einen Trennschlitz 47 zwei zueinander parallele Spreizbohrungen 57, die in der diametralen Richtung des Klemmkerns 36 mit Abstand zueinander angeordnet sind. In jede dieser Spreizbohrungen 57 ist von der Rückseite des Klemmkerns 36 her eine Spreizschraube 56a einschraubbar.
-
Die Spreizschrauben 56a sind zweckmäßigerweise mit einem selbstschneidenden Gewinde ausgestattet und beispielsweise in einer Form ähnlich derjenigen von Holzschrauben oder Blechschrauben ausgeführt. Auf diese Weise wird im Trennschlitz 47 und in den gegebenenfalls vorhandenen Spreizbohrungen 57 kein Gewinde benötigt. Die Spreizschrauben 56a schaffen sich ihre komplementären Gewindegänge beim erstmaligen Einschrauben in den Klemmkern 36 selbst.
-
Anstelle einer Spreizschraube 56a könnte auch ein gewindeloser Spreizstift in die jeweilige Spreizbohrung 57 eingepresst werden.
-
Das Einsetzen des Spreizelementes 56 erfolgt, wie bei den Befestigungsschrauben 44, von der Rückfläche 45 aus durch die Bodenwand 35 hindurch. Zu diesem Zweck verfügt die Bodenwand 35 über je ein mit einer Spreizbohrung 57 fluchtendes Durchgangsloch 58.
-
Die Bodenwand 35 ist beispielsweise scheibenförmig ausgebildet. Jedenfalls trennt sie beim Ausführungsbeispiel die Einsteckausnehmung 32 von einem Innenraum 62 des Verbindungskopfes 28 ab. In diesem Innenraum 62 ist zweckmäßigerweise die Antriebseinheit 15 untergebracht. Da auch die Abdeckhaube 16 zur Begrenzung des Innenraumes 62 beiträgt, ist die Rückseite der Bodenwand 35 zur Betätigung der Befestigungsschrauben 44 und der Spreizelemente 56 bei abgenommener Abdeckhaube 16 zugänglich. Zweckmäßigerweise wird die Antriebseinheit 15 erst dann in den Innenraum 62 eingesetzt, nachdem der erste Strukturabschnitt 5 fertig zusammengebaut worden ist.
-
Die mindestens eine Spreizbohrung 57 hat zweckmäßigerweise – zumindest in dem sich mit dem Trennschlitz 47 überlappenden Längenabschnitt – einen sich in Richtung zu der vorderen Stirnfläche 46 konisch verjüngenden Querschnitt. Damit kann erreicht werden, dass die auf die Klemmbacken 53 einwirkenden radialen Aufspreizkräfte umso stärker werden, je weiter ein Spreizelement 56 in die Spreizbohrung 57 bzw. den zugeordneten Trennschlitz 47 eingeführt wird.
-
Der Klemmkern 36 verfügt zweckmäßigerweise über ein mittiges, sich axial erstreckendes Durchgangsloch 63, das einenends zur rückwärtigen Stirnfläche 42 und andernends zur vorderen Stirnfläche 46 offen ist. Mit diesem Durchgangsloch 63 fluchtet im montierten Zustand des Klemmkerns 36 ein die Bodenwand 35 durchsetzendes weiteres Durchgangsloch 64. Somit bilden die beiden Durchgangslöcher 63, 64 gemeinsam einen Durchgangskanal, der ein Hindurchführen von Leitungen – elektrische Leitungen und/oder Fluidleitungen – ermöglicht, die der Signal- und/oder Energieübertragung dienen und an die in dem Innenraum 62 angeordnete Antriebseinheit 15 angeschlossen sind. Derartige Leitungen können somit im Innern der Positionierstruktur 2 verlegt werden. Exemplarisch sind elektrische Leitungen in Gestalt der eingangs erwähnten Steuerkabel 22 hindurchgeführt.
-
Das Durchgangsloch 63 erstreckt sich beim Ausführungsbeispiel im Bereich des Trennschlitzes 47, so dass sie den Trennschlitz 47 in zwei Schlitzhälften 47a, 47b unterteilt, die an sich diametral gegenüberliegenden Stellen umfangsseitig in das Durchgangsloch 63 einmünden.
-
Die beiden Spreizbohrungen 57 sind zweckmäßigerweise ebenfalls auf diametral einander entgegengesetzten Seiten des Durchgangsloches 63 angeordnet und tauchen jeweils in eine der beiden Schlitzhälften 47a, 47b ein.
-
Damit sich der rohrförmige Verbindungsabschnitt 27 bei radialer Beaufschlagung durch die Klemmbacken 53 problemlos aufweiten und optimal mit der Umfangswand 34 verspannen kann, ist die Wandung des Holmelementes 26 im Bereich des rohrförmigen Verbindungsabschnittes 27 zweckmäßigerweise einfach oder mehrfach geschlitzt.
-
Vorzugsweise ist der Verbindungsabschnitt 27 längs geschlitzt, wobei er exemplarisch mit zwei Längsschlitzen 66 versehen ist, durch die die Wandung des Verbindungsabschnittes in zwei jeweils im Wesentlichen halbkreisförmige Wandabschnitte 67 unterteilt wird. Die Längsschlitze 66 erstrecken sich zweckmäßigerweise in der axialen Richtung des Verbindungsabschnittes 27, wobei sie dessen Wandung jeweils radial durchsetzen und außerdem zur vorderen Stirnfläche 68 des Verbindungsabschnittes 27 ausmünden.
-
Um ein Einreißen der Wandung des Holmelementes 26 zu vermeiden, kann jeder Längsschlitz 66 an seinem der vorderen Stirnfläche 68 entgegengesetzten Ende über einen verbreiterten und abgerundeten Endabschnitt 72 verfügen.
-
Das Holmelement 26 wird mit derartiger winkelmäßiger Ausrichtung in die Einsteckausnehmung 32 eingesteckt, dass jeweils einer der halbkreisförmigen Wandabschnitte 67 an einem der beiden außen ebenfalls halbkreisförmig konturierten Klemmbacken 53 anliegt. Diese Längsschlitze 66 liegen dann in einer Ebene mit dem Trennschlitz 47.
-
Sofern Leitungen 73 aus dem Innern der Positionierstruktur 2 herausgeführt werden sollen, beispielsweise um unter Umgehung eines Gelenkmoduls 8 zwischen zwei aufeinanderfolgenden Strukturabschnitten 5, 6 verlegt zu werden, ist es zweckmäßig, wenn in der Umfangswand 34 des Verbindungskopfes 28 eine Durchtrittsöffnung 74 ausgebildet ist. An dieser Durchtritts öffnung 74 kann bei Bedarf eine Austrittshutze 75 montiert sein. Bei eingestecktem Holmelement 26 steht die Durchtrittsöffnung 74 zum Verlegen der Leitung 73 mit dem Innenraum 76 des bevorzugt rohrförmigen Holmelementes 26 in Verbindung, zu welchem Zweck in der Wandung des Holmelementes 26 eine weitere Durchtrittsöffnung 77 ausgebildet ist, die bei eingestecktem Holmelement 26 mit der vorgenannten Durchtrittsöffnung 74 fluchtet.
-
Die weitere Durchtrittsöffnung 77 ist zweckmäßigerweise zumindest teilweise in einem der beiden Wandabschnitte 76 des Verbindungsabschnittes 27 ausgebildet. Ihr Abstand von der vorderen Stirnfläche 68 ist allerdings so groß, dass sie von dem Klemmkern 36 nicht oder zumindest nicht vollständig verdeckt wird.
-
Die zur Kabeldurchführung dienenden Austrittshutzen 75 bestehen insbesondere aus Kunststoffmaterial. Als Holmelemente 26 werden zweckmäßigerweise Carbonrohre verwendet.
