DE102016004847A1

DE102016004847A1 - Roboter-Kühlsystem

Info

Publication number: DE102016004847A1
Application number: DE102016004847.6A
Authority: DE
Inventors: Andreas Collmer; Steffen Hein
Original assignee: Duerr Systems AG
Current assignee: Duerr Systems AG
Priority date: 2016-04-22
Filing date: 2016-04-22
Publication date: 2017-10-26
Also published as: WO2017182308A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Roboter-Kühlsystem zum Kühlen eines Roboters, insbesondere eines Lackierroboters oder eines Handhabungsroboters in einer Lackieranlage. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem weist mindestens ein Roboterbauteil (44–49, 52, 53, 56, 57) auf, das eine Wärmequelle bildet und zu kühlen ist, insbesondere einen Antriebsmotor (44–49, 52, 53, 56, 57), ein Robotergetriebe oder ein elektrisch betriebenes Applikationsbauteil. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem einen Primärkreislauf (21–23) auf, in dem ein primäres Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) zirkuliert, um das Roboterbauteil (44–49, 52, 53, 56, 57) zu kühlen, das eine Wärmequelle bildet. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch einen Sekundärkreislauf (24) aus, in dem ein sekundäres Kühlmittel (z. B. Druckluft) strömt, wobei der Sekundärkreislauf (24) die Wärme von dem Primärkreislauf (21–23) abführt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Roboter-Kühlsystem zum Kühlen eines Roboters, insbesondere zum Kühlen eines Lackierroboters oder eines Handhabungsroboters in einer Lackieranlage.
Moderne Industrieroboter (z. B. Lackierroboter) weisen verschiedene Wärmequellen auf, die im Betrieb Wärme erzeugen, was eine ausreichende Kühlung erforderlich macht, um die Wärme abzuführen. Beispielsweise verfügen moderne Industrieroboter üblicherweise über Elektromotoren zum mechanischen Antrieb, wobei diese Elektromotoren Wärme erzeugen. Darüber hinaus weisen moderne Industrieroboter üblicherweise Getriebe auf, die aufgrund innerer Reibung ebenfalls Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss. Schließlich verfügen moderne Lackierroboter auch über elektrisch betriebene Applikationsbauteile (z. B. elektrisch angesteuerte Ventile), die ebenfalls Wärme erzeugen. Ohne eine ausreichende Abführung der im Betrieb von den Wärmequellen erzeugten Wärme kann es zu einer Überhitzung von Bauteilen (z. B. Ventile, Sensoren, Motoren, etc.) in dem Industrieroboter kommen. Darüber hinaus kann eine Überhitzung auch zu einem Erlöschen des Garantieanspruchs gegenüber einem Motorenhersteller führen, wenn die von dem Motorenhersteller vorgegebene maximale Umgebungstemperatur überschritten wird.
Es sind deshalb aus dem Stand der Technik verschiedene Kühlmaßnahmen bekannt, um die im Betrieb eines Industrieroboters entstehende Wärme abzuführen.
Eine bekannte Kühlmaßnahme besteht darin, die Abwärme der Antriebsmotoren in das Ölbad der zugehörigen Getriebe abzuleiten, wobei die Wärme dann durch Wärmeleitung und Konvektion von dem Ölbad über das Robotergehäuse an die Umgebungsluft abgegeben wird.
Eine andere bekannte Kühlmaßnahme stellt das gezielte Durchspülen und Umspülen der Motorengehäuse mit Luft dar. Dies führt jedoch zu einem zusätzlichen Luftverbrauch, was mit höheren Betriebskosten verbunden ist.
Ferner ist es bekannt, wassergekühlte Antriebsmotoren einzusetzen, wodurch die im Betrieb entstehende Wärme aus dem Roboter abgeführt wird.
Eine weitere bekannte Kühlmaßnahme besteht darin, die Antriebsmotoren des Roboters direkt an das Robotergehäuse anzuflanschen, wodurch ein guter Wärmekontakt zwischen den Antriebsmotoren einerseits und dem Robotergehäuse andererseits erreicht wird, was die Wärmeableitung in die Umgebungsluft begünstigt.
Schließlich ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Motorflansche direkt mit Druckluft (Prozessluft) im Einkreisprinzip zu durchströmen, um die im Betrieb entstehende Wärme aus dem Roboter abzuleiten. Dies ist jedoch aufgrund des damit verbundenen Druckverlustes nur bei wenigen Motorflanschen und somit auch nur bei wenigen Motoren möglich. Der Druckverlust würde nämlich zur Mangelversorgung nachgeschalteter Verbraucher (z. B. Applikationsbauteile) führen.
Nachteilig an den vorstehend beschriebenen bekannten Kühlmaßnahmen ist zunächst die Tatsache, dass diese oftmals nicht ausreichen, um unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Kühlmaßnahmen besteht in der indirekten Wärmeableitung über mehrere Komponenten, wie beispielsweise Bauteile, Motoröl, etc., was zu einer unbefriedigenden Wärmeableitung führt.
Darüber hinaus erfordern die bekannten Kühlmaßnahmen eine erhebliche Zusatzenergie, beispielsweise zur Bereitstellung des erforderlichen Luftvolumens. Dies erhöht die Betriebskosten des Roboters, was unerwünscht ist.
Bei einer Durchströmung der Motorflansche (Kühlflansche) mit Prozessluft (d. h. Druckluft für am Lackierprozess beteiligte Bauteile oder für den Lackierprozess selbst) muss der jeweilige Motorflansch mit einem hohen Fertigungsaufwand gefertigt werden, um zu verhindern, dass Bauteilreste bzw. Fremdkörper aus dem Motorflansch durch die Prozessluft in nachfolgende Applikationsbauteile verschleppt werden, was dort zu einer Fehlfunktion führen könnte. Dieser hohe Fertigungsaufwand ist bei jedem Motorflansch durchzuführen und auch von Seiten der Qualitätssicherung laufend zu überprüfen, was zu einem hohen Herstellungsaufwand führt.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein entsprechend verbessertes Roboter-Kühlsystem zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Roboter-Kühlsystem gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem eignet sich besonders vorteilhaft zum Kühlen eines Lackierroboters, wie er an sich bekannt ist, um in Lackieranlagen beispielsweise zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen eingesetzt zu werden. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem jedoch auch zur Kühlung von sogenannten Handhabungsrobotern, die in Lackieranlagen zum Öffnen von Türen oder Hauben von Kraftfahrzeugkarosserien verwendet werden, wobei derartige Handhabungsroboter an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Ferner ist zu erwähnen, dass sich das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem auch zum Kühlen anderer Typen von Industrierobotern eignet.
Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem dient hierbei zum Kühlen von Roboterbauteilen, die eine Wärmequelle bilden und deshalb zu kühlen sind. Ein Beispiel eines zu kühlenden Roboterbauteils ist ein Antriebsmotor (z. B. Elektromotor), der eine bewegliche Roboterachse des Roboters antreibt. Ein anderes Beispiel eines zu kühlenden Roboterbauteils ist ein Robotergetriebe, das von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Ferner kann es sich bei dem zu kühlenden Roboterbauteil auch um ein elektrisch betriebenes Applikationsbauteil handeln, wie beispielsweise ein elektrisch angesteuertes Ventil. Die Erfindung ist also hinsichtlich der zu kühlenden Wärmequellen nicht auf bestimmte Typen von Wärmequellen beschränkt.
Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem weist in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik einen Primärkühlkreislauf auf, in dem ein primäres Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) zirkuliert, um das Roboterbauteil zu kühlen, das eine Wärmequelle bildet.
Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch ein zusätzliches Sekundärkühlsystem aus, das Wärme von dem Primärkühlkreislauf abführt.
Vorzugsweise ist das Sekundärkühlsystem ein Sekundärkühlkreislauf, in dem ein sekundäres Kühlmittel (z. B. Druckluft) strömt, wobei der Sekundärkühlkreislauf die Wärme von dem Primärkühlkreislauf mittels eines Wärmeübertragers (Wärmetauscher) abführt. Im Betrieb wird also zunächst die von dem zu kühlenden Roboterbauteil (z. B. Antriebsmotor) ausgehende Wärme von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf aufgenommen, z. B. mittels eines Wärmeüberträgers. Die Wärme geht dann von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf auf das sekundäre Kühlmittel in dem Sekundärkühlsystem über und wird dann nach außen abgeführt.
Zur thermischen Verbindung des Primärkühlkreislaufs mit dem Sekundärkühlsystem (z. B. Sekundärkühlkreislauf) weist das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem vorzugsweise einen Wärmeübertrager (Wärmetauscher) auf, der einerseits an den Primärkühlkreislauf und andererseits an das Sekundärkühlsystem (z. B. Sekundärkühlkreislauf) angeschlossen ist und die Wärme von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf auf das sekundäre Kühlmittel in dem Sekundärkühlsystem überträgt. Derartige Wärmeübertrager (Wärmetauscher) sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher beschrieben werden.
In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Roboter-Kühlsystem mindestens einen Kühlflansch auf, der thermisch mit dem zu kühlenden Roboterbauteil verbunden ist. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Kühlflanschs ist vorzugsweise allgemein zu verstehen und bezeichnet lediglich ein Bauteil, das an das zu kühlende Roboterbauteil (z. B. Antriebsmotor, Getriebe) angeflanscht ist und von dem Primärkühlkreislauf gekühlt wird und daher als Wärmeübertrager wirkt. Beispielsweise kann der Kühlflansch direkt mechanisch mit dem zu kühlenden Roboterbauteil verbunden sein, so dass die im Betrieb in dem zu kühlenden Roboterbauteil entstehende Wärme leicht durch Wärmeleitung von dem zu kühlenden Roboterbauteil auf den Kühlflansch übergehen kann.
Der Kühlflansch weist vorzugsweise eine Hohlkammer zur Durchleitung des primären Kühlmittels auf. Der Primärkühlkreislauf leitet das primäre Kühlmittel also hierbei durch die Hohlkammer des Kühlflanschs, wobei das primäre Kühlmittel Wärme von dem zu kühlenden Roboterbauteil aufnimmt.
In einer Variante der Erfindung ist der Kühlflansch zwischen einem Antriebsmotor des Roboterantriebs und einem Robotergehäuse des Roboters angeordnet. Hierbei besteht das Robotergehäuse vorzugsweise aus einem Gussmaterial und weist deshalb eine große thermische Wärmekapazität auf.
In einer anderen Variante der Erfindung ist der Kühlflansch dagegen zwischen dem Antriebsmotor und dem zugehörigen Getriebe angeordnet, wobei der Kühlflansch vorzugsweise eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die die Antriebswelle des Antriebsmotors hindurchgeführt ist. Hierbei kann der Kühlflansch die im Betrieb entstehende Wärme aufnehmen, die einerseits von dem Antriebsmotor und andererseits von dem Getriebe erzeugt wird. Auf diese Weise können mit einem einzigen Kühlflansch zwei Roboterbauteile (Antriebsmotor und Getriebe) gekühlt werden.
Weiterhin ist zu erwähnen, dass es sich bei dem primären Kühlmittel vorzugsweise um eine Kühlflüssigkeit handelt, wie beispielsweise Kühlwasser oder Öl.
Bei dem sekundären Kühlmittel handelt es sich dagegen vorzugsweise um ein gasförmiges Kühlmittel, wobei vorzugsweise Druckluft verwendet wird. Derartige Druckluft steht in modernen Lackieranlagen ohnehin als Prozessluft zur Verfügung und muss deshalb nicht eigens erzeugt werden. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff von Prozessluft bezeichnet Druckluft, die mittelbar oder unmittelbar für den Lackierprozess eingesetzt wird, also beispielsweise zur Steuerung von Applikationsbauteilen. Die Verwendung von Prozessluft zu Kühlzwecken bietet den Vorteil, dass der Luftverbrauch durch die Kühlung nicht erhöht wird. Beispielsweise umfasst der Begriff Prozessluft folgende Druckluftarten:

– Antriebsluft zum Antrieb einer Druckluftturbine eines Rotationszerstäubers,
– Bremsluft zum Abbremsen der Druckluftturbine,
– Lagerluft für ein Luftlager der Druckluftturbine,
– Lenkluft zur Formung des Sprühstrahls des Zerstäubers,
– Steuerluft zum Steuern von pneumatischen Komponenten (z. B. Ventile) des Zerstäubers.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Sekundärkühlsystem (z. B. Sekundärkühlkreislauf) ein offenes System, wobei das sekundäre Kühlmittel Druckluft ist. Dies bedeutet, dass die das sekundäre Kühlmittel bildende Druckluft nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers (Wärmetauscher) nicht wieder zurückgeführt wird und somit nicht zirkuliert. Vielmehr wird die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft hierbei nach dem Durchströmen des Sekundärkühlsystems zum Betrieb des gekühlten Roboters eingesetzt, wie es an sich von herkömmlichen Lackierrobotern bekannt ist.
So weisen herkömmliche Lackierroboter als Applikationsgerät oftmals einen Rotationszerstäuber auf, der von einer Druckluftturbine angetrieben wird. Die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft kann dann nach dem Durchströmen des Sekundärkühlsystems (z. B. Sekundärkühlkreislauf) als Antriebsluft zum Antrieb der Druckluftturbine verwendet werden.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der als sekundäres Kühlmittel dienenden Druckluft besteht in dem Einsatz als Bremsluft zum Abbremsen der Druckluftturbine.
Darüber hinaus kann die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft auch als Lagerluft zur Lagerung einer Welle des Rotationszerstäubers dienen.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft nach dem Durchströmen des Sekundärkühlsystem (z. B. Sekundärkühlkreislauf) als Lenkluft zur Formung eines Sprühstrahls eines Zerstäubers eingesetzt werden kann. Die Druckluft kann als Prozessluft grundsätzlich in allen Applikationsbauteilen zur Anwendung kommen.
Hierbei ist zu bemerken, dass die Druckluft zum Betrieb des Zerstäubers eine bestimmte Mindesttemperatur benötigt. Es besteht jedoch die Möglichkeit, dass die anlagenseitig bereitgestellte Druckluft stromaufwärts vor dem Roboter-Kühlsystem eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als die zum Betrieb des Zerstäubers erforderliche Mindesttemperatur. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem hat dann den positiven Zusatzeffekt, dass die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft beim Durchströmen des Roboter-Kühlsystems so weit erwärmt ist, dass die Temperatur der Druckluft nach dem Durchströmen des Roboter-Kühlsystems zumindest bis auf die zum Betrieb des Zerstäubers erforderliche Mindesttemperatur angehoben ist. Es ist deshalb unter Umständen nicht erforderlich, die Druckluft zusätzlich zu erwärmen, wodurch Energie eingespart werden kann. Allerdings kann es unter Umständen auch hierbei erforderlich sein, die Druckluft für den Zerstäuber (z. B. Antriebsluft) zu erwärmen, da der Temperaturhub bei der Entspannung der Druckluft bei hohen Volumenströmen zur einer eheblichen Expansionskälte führt, welche kompensiert werden muss damit kein Kondensat entsteht.
Ferner ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem vorzugsweise eine Umwälzpumpe aufweist, um das primäre Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) in dem Primärkühlkreislauf umzuwälzen. Die sekundäre Druckluft steht dagegen in der Regel unter Druck und muss daher nicht zusätzlich in Bewegung gebracht werden.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Primärkühlkreislauf vorzugsweise ein geschlossener Kreislauf ist. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Primärkühlkreislaufs wieder an den Eingang des Primärkühlkreislaufs zurückgeführt wird und somit in dem Primärkühlkreislauf zirkuliert.
Bei dem Sekundärkühlsystem handelt es sich dagegen – wie bereits vorstehend kurz erwähnt wurde – vorzugsweise um ein offenes System. Dies bedeutet, dass das sekundäre Kühlmittel (z. B. Druckluft) in das Sekundärkühlsystem eingeleitet wird und das Sekundärkühlsystem dann wieder verlässt, so dass keine Zirkulation des sekundären Kühlmittels in dem Sekundärkühlsystem erfolgt.
Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass sowohl der Primärkühlkreislauf als auch das Sekundärkühlsystem als geschlossene Kreisläufe ausgebildet sind.
Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass sowohl der Primärkühlkreislauf als auch das Sekundärkühlsystem als offene Kreisläufe ausgebildet sind.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Roboter-Kühlsystem mehrere Wärmeübertrager (Wärmetauscher) auf, wie beispielsweise mehrere Kühlflansche, die von jeweils einer Wärmequelle (z. B. Antriebsmotor) Wärme aufnehmen. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass mehrere parallele Primärkreisläufe vorgesehen sind, die sternförmig mit den zu kühlenden Wärmequellen verbunden sind.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die zu kühlenden Wärmequellen seriell in einem Primärkühlkreislauf hintereinander angeordnet sind, so dass das primäre Kühlmittel die Wärmequellen nacheinander kühlt.
Hinsichtlich der Topologie der Primärkreisläufe bestehen jedoch verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise wird eine parallele Anordnung mit einer seriellen Anordnung kombiniert. So können beispielsweise drei parallele Primärkreisläufe vorgesehen sein, um die verschiedenen Wärmequellen zu kühlen, wobei in den parallelen Primärkreisläufen jeweils seriell hintereinander mehrere Wärmequellen angeordnet sind.
Bei dem zu kühlenden Roboter handelt es sich vorzugsweise um einen Roboter mit einer seriellen Roboterkinematik. Der Roboter weist vorzugsweise eine Roboterbasis, ein drehbares Roboterglied, einen proximalen Roboterarm und einen distalen Roboterarm sowie eine Roboterhandachse auf, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher beschrieben werden muss. Der proximale Roboterarm kann hierbei in zwei Armteile unterteilt sein, die relativ zueinander verdreht werden können und zwar um ihre Längsachse. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der proximale Roboterarm ungeteilt ist. Hierbei ist noch zu erwähnen, dass der proximale Roboterarm entsprechend der üblichen Fachterminologie auch als „Arm 1” bezeichnet wird, während der distale Roboterarm entsprechend der üblichen Fachterminologie auch als „Arm 2” bezeichnet wird. Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass der Roboterantrieb üblicherweise durch Elektromotoren erfolgt, die in dem Roboter über die verschiedenen Roboterglieder verteilt angeordnet sind. Der Primärkühlkreislauf erstreckt sich deshalb vorzugsweise über die Roboterbasis bis in das drehbare Roboterglied, den proximalen Roboterarm und/oder sogar bis in den distalen Roboterarm, um die dort befindlichen Antriebsmotoren bzw. Getriebe kühlen zu können.
Ferner ist zu erwähnen, dass der Roboter vorzugsweise mehrere bewegliche Roboterachsen aufweist, die jeweils einen Roboterantrieb aufweisen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind deshalb alle Roboterantriebe der einzelnen Roboterachsen mit einem Kühlflansch verstehen, wie er vorstehend schon beschrieben wurde.
Der Kühlflansch weist vorzugsweise mindestens eine Kühlrippe auf, die zur Vergrößerung der Wärmekontaktfläche in den kühlmittelgefüllten Innenraum des Kühlflanschs hineinragt. Dadurch wird der Wärmeübergang von dem Kühlflansch auf das primäre Kühlmittel in dem Innenraum des Kühlflanschs verbessert.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Wärmeübertrager (Wärmetauscher) mindestens drei parallele Platten auf, nämlich eine mittlere Platte und zwei äußere Platten. Die mittlere Platte ist hierbei Bestandteil des primären Kreislaufs, während die beiden äußeren Platten Bestandteil des Sekundärkühlsystems (z. B. Sekundärkühlkreislauf) sind.
Die mittlere Platte weist deshalb vorzugsweise eine Einlasskammer und eine Auslasskammer auf, die durch einen Durchlass miteinander verbunden sind. In dem Durchlass ist vorzugsweise ein drehbares Pumpenrad angeordnet, welches das primäre Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) aus der Einlasskammer in die Auslasskammer pumpen kann. Das erwärmte primäre Kühlmittel tritt also zunächst in die Einlasskammer in der mittleren Platte ein, wird dann von dem Pumpenrad in die Auslasskammer gepumpt und tritt dann aus der Auslasskammer wieder aus. In der Einlasskammer und in der Auslasskammer gibt das erwärmte primäre Kühlmittel hierbei Wärme an die beiden äußeren Platten auf, die von dem sekundären Kühlmittel durchströmt werden, wobei es sich vorzugsweise um Druckluft handelt. Hierbei weisen die beiden äußeren Platten jeweils eine Kammer auf, die von dem sekundären Kühlmittel (z. B. Druckluft) durchströmt wird.
Schließlich ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für das vorstehend beschriebene erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für einen kompletten Roboter mit einem derartigen Roboter-Kühlsystem. Bei diesem Roboter handelt es sich – wie bereits eingangs kurz erwähnt wurde – vorzugsweise um einen Lackierroboter oder um einen Handhabungsroboter einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosserien.
Andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Lackierroboters mit einem erfindungsgemäßen Roboter-Kühlsystem,
2 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Roboterantriebs,
3 eine Erfindungsvariante zur Montage eines Kühlflanschs in dem Lackierroboter,
4 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Kühlflanschs,
5 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines Wärmeübertragers (Wärmetauscher) in dem erfindungsgemäßen Roboter-Kühlsystem,
6 eine Perspektivansicht der mittleren Platte und einer äußeren Platte des Wärmeübertragers aus 5,
7 eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Roboter-Kühlsystems,
8 eine schematische Darstellung des Roboter-Kühlsystems aus 7.
1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Lackierroboters 1, der zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen in einer Lackieranlage eingesetzt werden kann und mit einem erfindungsgemäßen Roboter-Kühlsystem ausgestattet wird, wie noch detailliert beschrieben wird.
Der Lackierroboter 1 ist teilweise herkömmlich aufgebaut und weist zunächst eine Roboterbasis 2 auf, die wahlweise ortsfest montiert ist oder entlang einer Verfahrschiene verfahren werden kann.
Weiterhin verfügt der Lackierroboter 1 über ein drehbares Roboterglied 3, das an der Oberseite der Roboterbasis 2 montiert ist und relativ zu der Roboterbasis 2 um eine senkrechte Drehachse drehbar ist.
Ferner verfügt der Lackierroboter 1 über einen proximalen Roboterarm, der aus zwei Armenteilen 4, 5 besteht. Das Armteil 4 des proximalen Roboterarms ist relativ zu dem drehbaren Roboterglied 3 um eine waagerechte Drehachse schwenkbar. Das Armteil 5 des proximalen Roboterarms ist dagegen relativ zu dem Armteil 4 um seine Längsachse drehbar.
Darüber hinaus weist der Lackierroboter 1 in üblicher Weise einen distalen Roboterarm 6 auf, der am Ende des Armteils 5 des proximalen Roboterarms schwenkbar montiert ist.
Am Ende des distalen Roboterarms 6 ist schließlich eine mehrachsige Roboterhandachse 7 montiert, die als Applikationsgerät beispielsweise einen herkömmlichen Rotationszerstäuber führen kann, der zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Der Lackierroboter 1 weist also zahlreiche bewegliche Roboterachsen auf, die von jeweils einem Roboterantrieb angetrieben werden, wie er beispielsweise in 2 dargestellt ist. So besteht der Roboterantrieb im Wesentlichen aus einem Elektromotor 8 und einem Getriebe 9. Die Erfindung sieht nun vor, dass zwischen dem Elektromotor 8 und dem zugehörigen Getriebe 9 ein Kühlflansch 10 montiert ist, der die Aufgabe hat, den Elektromotor 8 und das Getriebe 9 zu kühlen, wobei der Aufbau und die Funktionsweise des Kühlflanschs 10 noch detailliert beschrieben wird. An dieser Stelle ist lediglich zu erwähnen, dass die in dem Elektromotor 8 und in dem Getriebe 9 im Betrieb entstehende Wärme durch Wärmeleitung auf den Kühlflansch 10 übergeht und dann durch einen Primärkühlkreislauf mit einem primären Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) abgeführt wird.
3 zeigt eine alternative Anordnung eines Kühlflanschs 11 zwischen einem Elektromotor 12 und einem Gussgehäuse 13 des Lackierroboters 1.
4 zeigt eine Perspektivansicht eines Ausführungsbeispiels eines Kühlflanschs 14, der beispielsweise zwischen dem Elektromotor 8 und dem Getriebe 9 in 2 montiert werden kann.
Der Kühlflansch 14 weist zunächst eine Durchgangsbohrung 15 auf, durch die eine Antriebswelle hindurchgeführt werden kann.
Weiterhin weist der Kühlflansch 14 einen Innenraum 16 auf, der im Betrieb von einem primären Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) durchströmt wird.
Das primäre Kühlmittel wird hierbei durch einen Einlass 17 in den Innenraum 16 eingeleitet und verlässt den Innenraum 16 dann wieder über einen Auslass 18.
Zur Verbesserung des Wärmekontakts zwischen dem primären Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) einerseits und dem Material des Kühlflanschs 14 andererseits weist der Kühlflansch 14 mehrere Kühlrippen 19 auf, die in den kühlmittelgefüllten Innenraum 16 des Kühlflanschs 14 hineinragen und dadurch die Wärmekontaktfläche vergrößern.
Der Kühlflansch 14 ist hierbei in einem geschlossenen Primärkühlkreislauf angeordnet, in dem das primäre Kühlmittel (z. B. Kühlwasser) zirkuliert.
Die 5 und 6 zeigen einen Wärmeübertrager (Wärmetauscher) 20, der einerseits mit drei Primärkreisläufen 21, 22, 23 (siehe 7 und 8) und andererseits mit einem Sekundärkühlkreislauf 24 verbunden ist.
Der Wärmeübertrager 20 besteht im Wesentlichen aus drei Platten 25, 26, 27, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
Die mittlere Platte 26 ist hierbei Bestandteil der Primärkreisläufe 21–23 und weist hierzu eine Einlasskammer 28 und eine Auslasskammer 29 auf, die durch einen Durchlass miteinander verbunden sind. In dem Durchlass zwischen der Einlasskammer 28 und der Auslasskammer 29 ist ein Pumpenrad 30 angeordnet, das von einem Antriebsmotor 31 angetrieben wird und das primäre Kühlmittel (Kühlwasser) aus der Einlasskammer 28 in die Auslasskammer 29 fördert.
Zur Zuführung des erwärmten primären Kühlmittels (Kühlwasser) aus den primären Kreisläufen 21–23 weist der Wärmeübertrager 20 mehrere Einlässe 32 auf.
Das gekühlte primäre Kühlmittel wird dann von dem Wärmeübertrager 20 an mehreren Auslässen 33 (siehe 5) wieder abgegeben.
Die Einlässe 32 und die Auslässe 33 für das primäre Kühlmittel (Kühlwasser) sind also mit der Einlasskammer 28 bzw. mit der Auslasskammer 29 in der mittleren Platte 26 verbunden.
Darüber hinaus weist der Wärmeübertrager 20 Einlässe 34 und Auslässe 35 (siehe 5) für das sekundäre Kühlmittel (z. B. Druckluft) auf.
In den beiden äußeren Platten 25, 27 befindet sich jeweils eine Luftkammer 36, 37, wobei die beiden Luftkammern 36, 37 mit den Einlässen 34 und mit den Auslässen 35 verbunden sind.
Die Kammern 36, 37 sind also Bestandteil des Sekundärkühlkreislaufs 24.
Die 7 und 8 zeigen eine Perspektivansicht bzw. eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Roboter-Kühlsystems mit den primären Kreisläufen 21–23 und dem Sekundärkühlkreislauf 24.
In dem Primärkühlkreislauf 21 sind hierbei insgesamt sechs Kühlflansche 38–43 hintereinander angeordnet. Das als primäres Kühlmittel verwendete Kühlwasser fließt also in den Primärkühlkreislauf 21 nacheinander durch die Kühlflansche 38–43, die mit jeweils einem Antriebsmotor 44–49 thermisch verbunden sind.
Der zweite Primärkühlkreislauf 22 weist dagegen nur zwei Kühlflansche 50, 51 auf, die in dem Primärkühlkreislauf 22 hintereinander angeordnet sind und thermisch mit jeweils einem Antriebsmotor 52, 53 verbunden sind.
Schließlich weist der Primärkühlkreislauf 23 zwei Kühlflansche 54, 55 auf, die thermisch mit zwei Antriebsmotoren 56, 57 verbunden sind.
In den Primärkreisläufen 21–23 sind die Zulaufleitungen jeweils als durchgezogene Linie dargestellt, während die Rücklaufleitungen als gestrichelte Linie gezeichnet sind (siehe 8).
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen bevorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Hauptanspruchs.
Bezugszeichenliste

1: Lackierroboter
2: Roboterbasis
3: Drehbares Roboterglied
4: Schwenkbares Armteil des proximalen Roboterarms
5: Drehbares Armteil des proximalen Roboterarms
6: Distaler Roboterarm
7: Roboterhandachse
8: Elektromotor
9: Getriebe
10: Kühlflansch
11: Kühlflansch
12: Elektromotor
13: Gussgehäuse
14: Kühlflansch
15: Durchgangsbohrung für Antriebswelle
16: Innenraum
17: Einlass
18: Auslass
19: Kühlrippen
20: Wärmeübertrager (Wärmetauscher)
21–23: Primärkreislauf
24: Sekundärkreislauf
25: Äußere Platte
26: Mittlere Platte
27: Äußere Platte
28: Einlasskammer in der mittleren Platte
29: Auslasskammer in der mittleren Platte
30: Pumpenrad zwischen Einlasskammer und Auslasskammer
31: Antriebsmotor für Pumpenrad
32: Einlässe für erwärmtes Kühlwasser
33: Auslässe für gekühltes Kühlwasser
34: Einlässe für kalte Druckluft
35: Auslässe für erwärmte Druckluft
36: Luftkammer in der äußeren Platte
37: Luftkammer in der äußeren Platte
38–43: Kühlflansche
44–49: Antriebsmotoren
50, 51: Kühlflansche
52, 53: Antriebsmotoren
54, 55: Kühlflansche
56, 57: Antriebsmotoren

Claims

Roboter-Kühlsystem zum Kühlen eines Roboters (1), insbesondere eines Lackierroboters (1) oder eines Handhabungsroboters in einer Lackieranlage, mit a) mindestens einem Roboterbauteil (8, 9; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57) das eine Wärmequelle bildet und zu kühlen ist, insbesondere einem Antriebsmotor (8; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57), einem Robotergetriebe (9) oder einem elektrisch betriebenen Applikationsbauteil, und b) einem Primärkühlkreislauf (21–23), in dem ein primäres Kühlmittel zirkuliert, um das Roboterbauteil (8, 9; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57) zu kühlen, das eine Wärmequelle bildet, gekennzeichnet durch c) ein Sekundärkühlsystem (24), insbesondere als Sekundärkühlkreislauf (24), in dem ein sekundäres Kühlmittel strömt, wobei das Sekundärkühlsystem (24) die Wärme von dem Primärkühlkreislauf (21–23) abführt.
Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager (20), der einerseits an den Primärkühlkreislauf (21–23) und andererseits an den Sekundärkühlkreislauf (24) angeschlossen ist und Wärme von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf (21–23) auf das sekundäre Kühlmittel in dem Sekundärkühlkreislauf (24) überträgt.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das Roboter-Kühlsystem mindestens einen Kühlflansch (10; 11; 14; 38–43, 50, 51, 54, 55) aufweist, der thermisch mit dem zu kühlenden Roboterbauteil (8, 9; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57) verbunden ist, b) dass der Kühlflansch (10; 11; 14; 38–43, 50, 51, 54, 55) eine Hohlkammer zur Durchleitung des primären Kühlmittels aufweist, und c) dass der Primärkühlkreislauf (21–23) das primäre Kühlmittel durch die Hohlkammer des Kühlflanschs (10; 11; 14; 38–43, 50, 51, 54, 55) durchleitet.
Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Kühlflansch (11) zwischen dem Antriebsmotor (12) und einem Robotergehäuse (13) angeordnet ist, b) dass das Robotergehäuse (13) vorzugsweise aus einem Gussmaterial besteht.
Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Kühlflansch (10) zwischen dem Antriebsmotor (8) und dem Getriebe (9) angeordnet ist, und b) dass vorzugsweise eine Antriebswelle durch den Kühlflansch (10) hindurchgeführt ist.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass das primäre Kühlmittel eine Kühlflüssigkeit ist, insbesondere Kühlwasser, und/oder b) dass das sekundäre Kühlmittel Druckluft ist.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Sekundärkühlkreislauf (24) ein offener Kreislauf ist, b) dass das sekundäre Kühlmittel Druckluft ist, und c) dass die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft nach dem Durchströmen des Sekundärkühlkreislaufs (24) als Prozessluft zum Betrieb des Roboters (1) eingesetzt wird, insbesondere für druckluftbetätigte Applikationsbauteile oder den Lackierprozess, insbesondere zu folgenden Zwecken: c1) als Antriebsluft zum Antriebs einer Druckluftturbine eines Rotationszerstäubers, c2) als Bremsluft zum Abbremsen einer Druckluftturbine eines Rotationszerstäubers, c3) als Lagerluft zur Lagerung einer Welle eines Rotationszerstäubers, c4) als Lenkluft zur Formung eines Sprühstrahls eines Zerstäubers, und/oder c5) zur Ansteuerung von druckluftbetriebenen oder druckluftgesteuerten Applikationsbauteilen, insbesondere von Ventilen, Farbwechslern, Farbdruckreglern.
Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, a) dass die Druckluft zum Betrieb des Zerstäubers eine bestimmte Mindesttemperatur benötigt, b) dass die Druckluft stromaufwärts vor dem Roboter-Kühlsystem eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als die zum Betrieb des Zerstäubers erforderliche Mindesttemperatur, und c) dass das Roboter-Kühlsystem die Temperatur der durchströmenden Druckluft in Richtung der zum Betrieb des Zerstäubers erforderlichen Mindesttemperatur anhebt, insbesondere bis zu der zum Betrieb des Zerstäubers erforderlichen Mindesttemperatur.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) eine Umwälzpumpe (30, 31) zum Umwälzen des primären Kühlmittels in dem Primärkühlkreislauf (21–23), und/oder b) eine Druckquelle, insbesondere als Druckluftquelle, zur Bereitstellung des unter Druck stehenden sekundären Kühlmittels in dem Sekundärkühlkreislauf (24).
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch a) dass das Roboter-Kühlsystem mehrere Wärmequellen (8, 9; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57) kühlt, insbesondere mittels mehrerer Kühlflansche (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54, 55), b) dass mehrere parallele Primärreisläufe (21–23) zur Kühlung der Wärmequellen (8, 9; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57) vorgesehen sind, und/oder c) dass in dem mindestens einen Primärkühlkreislauf (21–23) seriell mehrere der Wärmequellen (8, 9; 12; 44-49, 52, 53, 56, 57) angeordnet sind.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Roboter (1) eine Roboterbasis (2), ein drehbares Roboterglied (3), einen proximalen Roboterarm (4, 5) und einen distalen Roboterarm (6) aufweist, und b) dass sich der Primärkühlkreislauf (21–23) über die Roboterbasis (2) bis in das drehbare Roboterglied (3), den proximalen Roboterarm (4, 5) und/oder bis in den distalen Roboterarm (6) erstreckt.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Roboter (1) mehrere bewegliche Roboterachsen mit jeweils einem Roboterantrieb (44–49, 52, 53, 56, 57) aufweist, und b) dass mindestens ein Roboterantrieb (44–49, 52, 53, 56, 57) mit einem Kühlflansch (10; 11; 14; 38–43, 50, 51, 54, 55) versehen sind.
Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflansch (10; 11; 14; 38–43, 50, 51, 54, 55) mindestens eine Kühlrippe (19) aufweist, die zur Vergrößerung der Wärmekontaktfläche in einen kühlmittelgefüllten Innenraum (16) des Kühlflanschs (14) hineinragt.
Roboter-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet, a) dass der Wärmeübertrager (20) eine mittlere Platte (26) aufweist mit einer Einlasskammer (28) und einer Auslasskammer (29) für das primäre Kühlmittel des Primärkühlkreislaufs (21–23), wobei der Primärkühlkreislauf (21–23) das erwärmte primäre Kühlmittel erst in die Einlasskammer (28), von dort in die Auslasskammer (29) und dann aus dem Wärmeübertrager (20) wieder zu den zu kühlenden Wärmequellen (8, 9; 12; 44–49, 52, 53, 56, 57) fördert, und/oder b) dass die Einlasskammer (28) über einen Durchlass mit der Auslasskammer (29) verbunden ist, und/oder c) dass in dem Durchlass ein drehbares Pumpenrad (30) angeordnet ist, um das primäre Kühlmittel von der Einlasskammer (28) in die Auslasskammer (29) zu pumpen, und/oder d) dass der Wärmeübertrager (20) zwei äußere Platten (25, 27) aufweist, die auf gegenüber liegenden Seiten an die mittlere Platte (26) angrenzen und jeweils eine Kammer (36, 37) für das sekundäre Kühlmittel aufweisen, wobei der Sekundärreislauf (24) das sekundäre Kühlmittel durch die beiden Kammern (36, 37) fördert, um die Wärme von dem primären Kühlmittel in der mittleren Platte (26) auf das sekundäre Kühlmittel in den beiden äußeren Platten (25, 27) zu übertragen.
Roboter (1), insbesondere Lackierroboter (1) oder Handhabungsroboter in einer Lackieranlage, mit einem Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.