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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen von Kabelanordnungen mittels eines Roboters, eine Wickelvorrichtung und einen Verlegeroboter.
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Stand der Technik
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Kabelbäume sind insbesondere aus der Praxis auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik bekannt. Ein Kabelbaum ist eine Zusammenfassung von einzelnen Kabeln bzw. Leitungen zu Bündeln. Über diese Leitungen werden in einem damit ausgerüsteten Fahrzeug Signale oder elektrische Energie übertragen. Ein solcher Kabelbaum kann verschiedene Abzweigungen, das heißt Kreuzungen von einzelnen Leitungen, und Steckverbinder zum Anbinden des Kabelbaums in einem Fahrzeug umfassen. Stellen- oder abschnittsweise werden die einzelnen Leitungen durch beispielsweise Gewebebänder, Schellen, Kabelbinder oder Schläuche zu einem Kabelstrang zusammengefasst. Häufig sind diese Kabelbäume kundenspezifisch konfiguriert, so dass eine Vielzahl unterschiedlicher Kabelbaumvarianten zu fertigen sind.
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Üblicherweise erfolgt die Herstellung oder Fertigung eines solchen Kabelbaums auf einem horizontal angeordneten Baubrett. Auf diesem Baubrett wird eine Mehrzahl von aufrecht stehenden Auflagegabeln angeordnet, wobei die einzelnen Leitungen auf ihrem Weg vom Start- zum Zielsteckverbinder in die Auflagegabeln eingehängt werden, um sie darin zu einem Kabelstrang zusammenzufassen. Jede Leitung des Kabelbaums wird dabei manuell, das heißt von Hand in üblicherweise bis zu zwanzig oder mehr Auflagegabeln eingelegt. Eine Automatisierung der Verlegung von Einzelleitungen auf dem Baubrett ist schwierig, da keine definierte Führung der Leitung während des Auslegens mittels Robotern vorhanden ist, wenn das erste Leitungsende im Eingriff des Roboterarms ist und das zweite Ende der Leitung sich undefiniert im Raum befindet. Daher können Beschädigungen bei der Verlegung nicht ausgeschlossen werden.
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Die
US 4 603 476 A offenbart ein Verfahren zum Bearbeiten eines Leitungssatzes.
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Die
US 4 520 966 A offenbart einen Kabelbehälter, der von Robotern während der Montage eines Kabelbaums verwendet werden kann.
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Die
US 5 153 839 A offenbart ein System zur Herstellung eines Leitungssatzes.
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Beschreibung der Erfindung
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welche die automatisierte Verlegung eines vorgefertigten Kabels an einem Baubrett erleichtern kann, wobei stets eine definierte Positionierung der Kabelenden im Raum sichergestellt sein soll. Die Vorrichtung soll möglichst kompakt und einfach im Aufbau und in der Verwendung sein.
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Die Aufgabe wird wenigstens in Teilaspekten durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen bilden den Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen von Kabelanordnungen mittels eines Roboterarms vorgeschlagen, mit den Schritten:
- - Bereitstellen eines Kabels mit einem ersten Kabelende und einem zweiten Kabelende;
- - Platzieren und Fixieren des ersten Kabelendes eines Kabels in (erfindungsgemäß) oder an (nicht erfindungsgemäß) einem Wickelkörper;
- - Aufwickeln des Kabels auf einer Außenoberfläche des Wickelkörpers so, dass das zweite Kabelende an der Außenoberfläche des Wickelkörpers zugänglich ist;
- - Verlegen des Kabels unter Abwickeln des Kabels von dem Wickelkörper; und
- - Lösen des ersten Kabelendes von dem Wickelkörper.
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Ein Wickelkörper ist im Sinne der Erfindung ein rotierbarer Körper, dessen Außenoberfläche zur Aufnahme eines Kabelwickels geeignet bzw. ausgebildet ist. Die Außenoberfläche ist als eine bezüglich einer Wickelachse des Wickelkörpers radial außen liegende Fläche zu verstehen und kann auch als Wickelfläche bezeichnet werden. Das Platzieren und Fixieren des ersten Kabelendes in dem Wickelkörper bedeutet, dass das erste Kabelende in einem Hohlraum des Wickelkörpers aufgenommen wird, wobei das erste Kabelende zuvor beispielsweise durch eine Einführungsöffnung in den Hohlraum eingeführt wird. Das Platzieren und Fixieren des ersten Kabelendes an dem Wickelkörper bedeutet, dass das Kabelende im Bereich der Außenoberfläche, auf der das Kabel aufgewickelt wird, angelegt und fixiert wird. Dies kann beispielsweise direkt auf der Außenoberfläche, also Wickelfläche, oder in einer Schlitzung einer ringförmigen Erhebung auf der Außenoberfläche oder an einer Stirnfläche des Wickelkörpers radial innerhalb der Außenoberfläche geschehen. Wesentlich ist, dass eine Länge des ersten Kabelendes von der Fixierungsstelle bis zu der Außenoberfläche, bis auf eine für die Zwecke der Fixierung unerlässlichen Mindestlänge, verschwindet oder nahezu verschwindet. Das Fixieren kann dabei jeweils durch Eigenspannung und/oder Formschluss und/oder Reibung und/oder durch eine speziell vorgesehene Vorrichtung, etwa einer Klemmvorrichtung, geschehen.
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Da das erste Kabelende in oder an dem Wickelkörper, somit direkt an der Wickelfläche, fixiert ist und das zweite Kabelende an der Außenoberfläche (Wickelfläche) zugänglich ist, kann sich ein regelmäßiger Kabelwickel auf der Außenoberfläche ausbilden. Da der Kabelwickel regelmäßig ist, besteht eine direkte Korrelation zwischen der Anzahl der Wicklungen bzw. des beim Aufwickeln überstrichenen Drehwinkels des Wickelkörpers und der Länge des aufgewickelten Kabels. Daher kann aus einer vorgegebenen Länge des aufzuwickelnden Kabels der erforderliche Drehwinkel des Wickelkörpers ermittelt werden, wodurch die Automatisierung bzw. Robotisierung weiter erleichtert werden kann.
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Da das zweite Kabelende an der Außenoberfläche zugänglich ist und das erste Kabelende in oder an dem Wickelkörper fixiert ist, kann ein kompakter und leicht handhabbarer Wickel verwirklicht werden. Das Kabel kann von dem zweiten Kabelende aus beginnend, unter Abwickeln des aufgewickelten Rests, leicht verlegt werden, was ebenfalls zur Automatisierung bzw. Robotisierung beitragen kann. Das Verlegen kann an einem Baubrett oder einer ähnlichen Aufspannvorrichtung durchgeführt werden.
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Wenn das Verfahren dahingehend ausgebildet ist, dass das Aufwickeln in einer einzigen Lage erfindungsgemäß erfolgt, kann auch die regelmäßige, kompakte Form des Wickels zuverlässig verwirklicht werden. Dies trägt auch zu den vorstehend genannten Vorteilen bei.
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Vorzugsweise weist das Verfahren den Schritt auf:
- - Aufbauen einer Vorspannung des Wickelkörpers in Aufwickelrichtung.
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Das Aufbauen der Vorspannung kann während des Aufwickelns geschehen, etwa durch Aufwickeln gegen eine Federspannung. Das Aufbauen der Vorspannung (etwa einer Federspannung) kann alternativ vor dem Platzieren und Fixieren des ersten Kabelendes durchgeführt werden, sodass das Aufwickeln selbst unter der Wirkung der Vorspannung geschieht, und das Abwickeln gegen Vorspannung durchgeführt wird. Wenn die Vorspannung während des gesamten Aufwickelns und während des gesamten Abwickelns wirksam ist, kann das Kabel stets straff gespannt sein, wodurch auch verhindert werden kann, dass das Kabel während des Verlegens unkontrolliert durchhängt.
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Vorzugsweise umfasst das Verlegen die Schritte:
- - Platzieren und Fixieren des zweiten Kabelendes an einer ersten Verlegeposition; und
- - Führen des Wickelkörpers über wenigstens eine weitere Verlegeposition unter Abwickeln und Ablegen des Kabels an der wenigstens einen weiteren Verlegeposition, wobei die wenigstens eine weitere Verlegeposition eine letzte Verlegeposition umfasst.
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Auf diese Weise kann die Herstellung der Kabelanordnung an einer Aufspannvorrichtung wie etwa einem Baubrett durchgeführt werden. Die Kabelanordnung kann beispielsweise, aber nicht nur, ein Kabelbaum sein.
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Vorzugsweise sind bei dem Verfahren ferner die Schritte vorgesehen:
- - nach dem Aufwickeln, Fixieren des zweiten Kabelendes an einem Außenbereich des Wickelkörpers;
- - Bereitstellen des Wickelkörpers mit dem aufgewickelten Kabel an einem Magazin im Arbeitsbereich des Roboterarms;
- - Entnehmen des Wickelkörpers mit dem aufgewickelten Kabel aus dem Magazin durch den Roboterarm.
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Das Fixieren des zweiten Kabelendes nach dem Aufwickeln kann sicherstellen, dass eine aufgebaute Vorspannung aufrechterhalten wird, und kann auch verhindern, dass sich der Wickel von dem Wickelkörper löst, insbesondere wenn das Kabel nicht sofort verwendet wird. Das Fixieren kann etwa durch einen Greifer oder dergleichen vorgenommen werden, oder durch Einführen des zweiten Kabelendes in eine Aufnahme, die an dem Wickelkörper vorgesehen ist und das zweite Kabelende passiv, aber sicher durch Reibschluss und/oder Formschluss hält. Durch das Bereitstellen an einem Magazin können mehrere zu verlegende Kabel vorbereitet werden und ohne Zeitverzögerung von dem Roboterarm verwendet werden.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird eine Wickelvorrichtung zur Aufnahme eines Kabels mit einem ersten Kabelende und einem zweiten Kabelende zur Verwendung beim Herstellen von Kabelanordnungen vorgeschlagen, wobei die Wickelvorrichtung aufweist:
- einen Wickelkörper mit einer Außenoberfläche, die zur Aufnahme wenigstens eines Abschnitts des Kabels ausgebildet ist, wobei der Abschnitt des Kabels vorzugsweise das gesamte Kabel außer dem ersten Kabelende und dem zweiten Kabelende ist, und einer ersten Fixierung, die zum Fixieren des ersten Kabelendes in (erfindungsgemäß) oder an (nicht erfindungsgemäß) dem Wickelkörper ausgebildet ist. Die Vorrichtung ist vorzugsweise zur Herstellung der Kabelanordnung mittels des zuvor beschriebenen Verfahrens ausgebildet.
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Die Wickelvorrichtung weist die Vorrichtungsmerkmale auf, die zur Durchführung des Verfahrens des ersten Erfindungsgesichtspunkts erforderlich sind. Somit gelten für die Wickelvorrichtung die gleichen oder entsprechenden Erläuterungen und die Wickelvorrichtung kann die gleichen oder entsprechenden Vorteile aufweisen, die im Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden, und kann auch Varianten und Optionen aufweisen, die den Erfordernissen des Verfahrens jeweils entsprechen. So kann die erste Fixierung beispielsweise eine Klemmvorrichtung sein, die auf der Außenoberfläche, an einer Stirnseite oder in einem Hohlraum des Wickelkörpers angeordnet ist. Alternativ kann beispielsweise eine Einführungsöffnung zum Einführen des ersten Kabelendes in einen Hohlraum des Wickelkörpers vorgesehen sein, der dann dort passiv durch Formschluss und/oder Reibschluss fixiert ist. Dabei kann die Einführungsöffnung einen sich von einer Stirnseite des Wickelkörpers her erstreckenden Schlitz aufweisen. Es kann auch eine im Inneren des Wickelkörpers angeordnete Klemmvorrichtung mit einer Einführungsöffnung, etwa einem stirnseitigen Schlitz, kombiniert sein.
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Der Wickelkörper weist vorzugsweise die Form einer Walze auf, und die Außenoberfläche weist vorzugsweise eine zylindrische oder im Wesentlichen zylindrische Kontur auf.
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Zur Erleichterung einer regelmäßigen Wicklung und zuverlässigen und definierten Führung des Kabels kann die Außenoberfläche eine gewendelte Rille zur Aufnahme des Kabels in der Rille aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist ein Flächenmaß der Außenoberfläche des Wickelkörpers an eine Länge des Kabels derart angepasst, dass das Kabel in einer einzigen gewickelten Lage auf dem Wickelkörper Platz findet.
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Vorzugsweise weist die Wickelvorrichtung weiter eine zweite Fixierung auf, welche ausgebildet ist, um das zweite Kabelende des auf dem Wickelkörper gewickelten Kabels zu fixieren. Die zweite Fixierung kann beispielsweise eine Greifsektion oder eine zum Einhaken geeignete Formgebung des Wickelkörpers aufweisen.
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Die Wickelvorrichtung weist vorzugsweise weiter auf:
- - eine Basis und eine Lagerung zum drehbaren Lagern des Wickelkörpers an der Basis; und
- - eine Vorspannvorrichtung zum Aufbauen einer Vorspannung in Aufwickelrichtung des Wickelkörpers.
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Die Vorspannvorrichtung kann eine Feder aufweisen. Ferner kann die Wickelvorrichtung eine Arretierung zum Arretieren des Wickelkörpers gegenüber der Basis haben. Zum Drehen des Wickelkörpers kann selbstverständlich ein Wickelantrieb vorgesehen sein, der an der Basis angebracht sein kann.
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Vorzugsweise weist die Wickelvorrichtung eine Lösevorrichtung zum Lösen des ersten Kabelendes von dem Wickelkörper auf, wobei die Lösevorrichtung vorzugsweise einen Stößel oder Auswerfer aufweist. Durch die Lösevorrichtung kann auch die Automatisierung bzw. Robotisierung vereinfacht werden.
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Zur Erleichterung der Automatisierung bzw. Robotisierung kann die Wickelvorrichtung ferner eine Koppelvorrichtung zum Koppeln mit einem Roboterarm aufweisen. Die Koppelvorrichtung kann beispielsweise an einer Basis der Wickelvorrichtung vorgesehen sein.
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Dementsprechend betrifft ein weiterer Gesichtspunkt einen Verlegeroboter zum Herstellen von Kabelanordnungen, mit wenigstens einem Roboterarm und wenigstens einer Wickelvorrichtung nach dem vorstehenden Erfindungsgesichtspunkt, wobei der Roboterarm zum Koppeln mit der wenigstens einen Wickelvorrichtung ausgebildet ist, und weiter aufweisend eine Steuereinheit mit einem Steuerprogramm. Der Verlegeroboter weist Mittel zum Durchführen der Verfahrensschritte des Verfahrens nach dem ersten Erfindungsgesichtspunkt auf, und das Steuerprogramm ist zur Durchführung von Programmschritten zur Steuerung des Verlegeroboters gemäß den Verfahrensschritten des Verfahrens ausgebildet.
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Da der Verlegeroboter die Wickelvorrichtung aufweist und zur Ausführung des Verfahrens ausgebildet sein kann, gelten für den Verlegeroboter die gleichen oder entsprechenden Erläuterungen und der Verlegeroboter kann die gleichen oder entsprechenden Vorteile, Varianten und Optionen aufweisen, die vorstehend bereits beschrieben wurden.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand von Figuren näher erläutert. Zur besseren Anschaulichkeit wird in den nachfolgend aufgeführten Figuren, sofern nicht anders angegeben, auf eine maßstabs- oder proportionsgetreue Darstellung verzichtet. In den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen gleiche Teile mit gleicher Bedeutung. Es zeigen:
- 1 einen Roboterarm nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Gesamtansicht;
- 2 eine perspektivische Seitenansicht des Roboterarms von 1 als Teil eines Verlegeroboters;
- 3 einen Teilabschnitt des Roboterarms von 1 in einer Draufsicht;
- 4A eine Wickelvorrichtung des Roboterarms von 1 in einer perspektivischen Seitenansicht;
- 4B die Wickelvorrichtung von 4A in einer anderen perspektivischen Seitenansicht;
- 4C die Wickelvorrichtung des Verlegeroboters von 4A in einer perspektivischen stirnseitigen Ansicht;
- 5A die Wickelvorrichtung des Roboterarms von 1 in einer Seitenansicht;
- 5B die Wickelvorrichtung von 5A in einer anderen Seitenansicht;
- 6 einen Abschnitt eines Wickelkörpers der Wickelvorrichtung in einer stirnseitigen Ansicht;
- 7A eine Wickelvorrichtung des Roboterarms von 1 in einer perspektivischen stirnseitigen Ansicht;
- 7B die Wickelvorrichtung von 7A in einer anderen perspektivischen stirnseitigen Ansicht;
- 7C die Wickelvorrichtung von 7A in einer weiteren perspektivischen stirnseitigen Ansicht;
- 7D die Wickelvorrichtung von 7A in einer Ansicht entsprechend 7B zur Veranschaulichung eines Greifvorgangs; und
- 8A bis 8C einen Wickelkörper nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in jeweiliger stirnseitiger Ansicht in verschiedenen Wickelzuständen.
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Ausführliche Beschreibung der Ausführungsbeispiele
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der beigefügten Figuren näher erläutert. Es versteht sich, dass die Darstellungen der Ausführungsbeispiele in den Figuren rein schematisch sind und sich auf die für das Verständnis der Erfindung wesentlichen und/oder hilfreichen Sachverhalte beschränken. Abmessungen und Größenverhältnisse, die den Figuren entnommen werden können, wurden zum Zwecke der Anschaulichkeit gewählt und schränken die Erfindung nicht weiter ein, es sei denn, es wäre im konkreten Zusammenhang explizit darauf hingewiesen. Sofern nicht anders angegeben, bezeichnen gleiche Bezugszeichen in den Figuren gleiche oder entsprechende Teile bzw. Teile mit gleicher oder entsprechender Funktion unbeschadet etwaiger Abwandlungen.
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1 zeigt einen Roboterarm 1 zum Verlegen eines Kabels nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in einer perspektivischen Gesamtansicht.
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Der Roboterarm 1 ist als Mehrgelenkarm ausgelegt und kann Teil eines Verlegeroboters bzw. Verlegeautomaten sein, der noch weitere Roboterarme und/oder sonstige Werkzeuge, ein Bett, ggf. ein Portal, Werkzeug- und Bauteilmagazine etc. aufweisen kann und im Übrigen Teil einer Fertigungszelle sein kann.
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Der Roboterarm 1 weist hier exemplarisch ein Grundgestell 2, ein Karussell 3, einen Schwenkmotor 4, einen Schwingmotor 5, eine Schwinge 6, eine Mittelgelenkeinheit 7, einen Ausleger 8, einen Flansch 9, eine Endgelenkeinheit 10 und eine Wickelvorrichtung 11 auf. Die Wickelvorrichtung 11 weist eine Wickelsektion 12 und eine Greifsektion 13 auf, die auf einer gemeinsamen Basis 14 angebracht sind.
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Das Karussell 3 ist um eine erste Drehachse bzw. Schwenkachse z drehbar gegenüber dem Grundgestell 2 gelagert. Die Drehung um die Schwenkachse z ist durch den Schwenkmotor 4, welcher auf dem Karussell 3 angebracht ist, steuerbar.
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Die Schwinge 6 ist um eine zweite Drehachse bzw. Schwingachse y, welche zu der Schwenkachse z orthogonal ist, drehbar gegenüber dem Karussell 3 gelagert. Die Drehung um die Schwingachse y ist durch den Schwingmotor 5, der ebenfalls auf dem Karussell 3 angebracht ist, steuerbar.
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Die Mittelgelenkeinheit 7 ist um eine dritte Drehachse bzw. Neigachse x, welche zu der Schwingachse y parallel ist, drehbar gegenüber der Schwinge 6 gelagert. Die Drehung um die Neigachse x ist durch einen nicht näher dargestellten Neigungsmotor, der in der Mittelgelenkeinheit 7 vorgesehen ist, steuerbar.
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Der Ausleger 8 ist um eine Drehachse bzw. vierte Rollachse w, welche zu der Neigachse x orthogonal ist, drehbar gegenüber der Mittelgelenkeinheit 7 gelagert. Die Drehung um die Rollachse w ist durch einen nicht näher dargestellten Rollmotor, der ebenfalls in der Mittelgelenkeinheit 7 vorgesehen ist, steuerbar.
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Der Ausleger 8 endet distal in der Flanschplatte 9. An der Flanschplatte 9 ist die Endgelenkeinheit 10 angebracht. Die kann in Ausführungsvarianten als Flanschverbindung oder auf andere Weise, lösbar oder unlösbar, ausgebildet sein.
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Die Wickelvorrichtung 11 ist um eine fünfte Drehachse bzw. Beugachse v, welche parallel zu der Neigachse x ist, drehbar in der Endgelenkeinheit 10 gelagert. Die Drehung um die Beugachse v ist durch nicht näher dargestellten Beugungsmotor, der in der Endgelenkeinheit 10 vorgesehen ist, steuerbar.
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Die Wickelvorrichtung 11, die auf der Basis 14 aufgebaut ist, kann, obschon dies hier nicht näher dargestellt ist, um eine sechste Drehachse bzw. Wendachse, welche orthogonal zu der Beugachse v ist, drehbar sein, wobei die Drehung um die Wendachse und durch einen nicht näher dargestellten Wendmotor steuerbar sein kann.
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Es sei darauf hingewiesen, dass die Bezeichnung als Schwenk-, Schwing-, Neig-, Roll-, Beug- oder Wendmotor nur der sinnfälligen begrifflichen Unterscheidung und der Zuordnung zu den Drehbewegungen um die jeweiligen Drehachsen dient und keine grundsätzlich unterschiedliche Arbeitsweise bedingen soll. Allerdings können die einzelnen Motoren im Hinblick auf die jeweils erforderlichen Trägheitsmomente der zu bewegenden Massen unterschiedlich ausgelegt sein. Im technischen Sinn sind die jeweiligen Motoren Drehmotoren und können auf elektrische, hydraulische oder andere Weise arbeiten. Die Schwenkachse z, die Schwingachse y, die Neigachse x, die Rollachse w, die Beugachse v und die Wendachse u können im Sinne der in der Robotik üblichen Zählungen und Bezeichnungen auch als A1-, A2-, A3-, A4-, A5- bzw. A6-Achsen oder q1-, q2-, q3-, q4-, q5- bzw. q6-Achsen bezeichnet werden.
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2 zeigt eine perspektivische Seitenansicht des Roboterarms 1 dieses Ausführungsbeispiels.
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Gemäß der Darstellung in 2 ist der Roboterarm 1 auf einem Bett 20 eines Verlegeautomaten (Verlegeroboters) angeordnet, welcher als Teil einer Fertigungszelle zur Herstellung eines Kabelbaums verstanden werden kann. In Weiterbildungen dieses Ausführungsbeispiels kann der Roboterarm 1 auf dem Bett 20 durch eine nicht näher dargestellte Verfahrvorrichtung verfahrbar sein.
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3 zeigt einen Teilabschnitt des Roboterarms 1 dieses Ausführungsbeispiels.
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Wie in 3 gezeigt, ist die Basis 14 der Wickelvorrichtung 11 mittels einer Koppeleinheit 30 mit der Endgelenkeinheit 10 gekoppelt. Die Koppeleinheit 30 weist einen Schuh 31, einen Schaft 32 und einen Teller 33 auf. Der Teller 33 ist mit der Basis 14 verbunden, z.B. verschraubt oder mittels einer anderen Verbindungsart wie etwa eine Bajonettaufnahme, eine Klemmaufnahme oder eine Vorspannvorrichtung gekoppelt. Der Schaft 32 verbindet den Schuh 31 mit dem Teller 33. Der Schuh 31 ist mit einer Achse des Beugungsmotors drehfest verbunden; zu diesem Zweck kann der Schuh 31 in Ausführungsvarianten in der Form eines Auges oder einer Schelle ausgebildet, wobei die Verbindung mit der Achse des Beugungsmotors kraftschlüssig, formschlüssig oder stoffschlüssig, lösbar oder unlösbar sein kann.
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In einer Ausführungsvariante kann der Teller 33 eine Lagerung und einen Motor zur Drehung um die Wendachse u aufweisen. In einer anderen Ausführungsvariante kann die Achse u einfach eine Mittelachse des Schafts 32 sein, wobei eine Drehung um die Achse u nicht vorgesehen ist.
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4A, 4B und 4C zeigen die an der Endgelenkeinheit 10 angebrachte Wickelvorrichtung 11 aus verschiedenen Blickrichtungen, wobei 4A und 4B perspektivische Seitenansichten sind und 4C eine perspektivische stirnseitige Ansicht auf die Basis 14 der Wickelvorrichtung 11 ist.
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Gemäß der Darstellung in 4A und 4B weist die Wickelsektion 13 einen Wickelkörper 41, einen Wickelantrieb 42 zum Drehen des Wickelkörpers 41 um eine Wickelachse t und eine Vorspannvorrichtung 43 auf. Wie aus der stirnseitigen Ansicht von 4C erkennbar, weist der Wickelkörper 4C an seiner distalen Stirnseite eine Klemmvorrichtung 44 auf, die an einer Stirnseite 45 und in einer stirnseitigen Öffnung 46 des Wickelkörpers 41 angeordnet ist und im Übrigen später genauer beschrieben wird. Ferner weist gemäß der Darstellung in 4C die Greifsektion 13 einen ersten, feststehenden Greiffinger 47, einen zweiten, beweglichen Greiffinger 48 und einen Greifantrieb 49 zum Bewegen des zweiten Greiffingers 48 entlang einer Greifrichtung s auf.
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5A und 5B zeigen einen Abschnitt der an dem Teller 33 befestigten Wickelvorrichtung 11 in zwei um 90° zueinander stehenden Seitenansichten. Die 5A, 5B zeigen den Wickelkörper 41 mit einem darauf teilweise aufgewickelten Kabel 50.
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Gemäß der Darstellung in 5A, 5B weist der Wickelkörper 41 an seiner Außenoberfläche 59 eine wendelförmig eingearbeitete Rille 51 auf, welche dem aufgewickelten Kabel 50 Halt und Richtung gibt. Wie später noch deutlicher werden wird, ist der Wickelkörper 41 von becherartiger Form mit einem Boden und einem hohlzylindrischen Abschnitt, wobei der Boden mit der Wickelwelle 42 verbunden ist und der hohlzylindrische Abschnitt die Außenoberfläche 59 mit der Rille 51 aufweist. Die Außenoberfläche 59 ist so dimensioniert, dass sie das Kabel 50 mit Ausnahme eines ersten Endes und eines zweiten Endes in einer Wicklungslage vollständig aufnehmen kann.
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Der Wickelkörper 41 ist mittels einer Wickelwelle 52 mit dem Wickelantrieb 42 verbunden. Wie in 5 ferner gezeigt, weist die Vorspannvorrichtung 43 einen ersten Befestigungsabschnitt 53, einen Federabschnitt 54 und einen zweiten Befestigungsabschnitt 55 auf. Der erste Befestigungsabschnitt 53 und der zweite Befestigungsabschnitt 55 sind ringförmig ausgebildet. Der Federabschnitt 54 besteht aus einer sich zwischen dem ersten Befestigungsabschnitt 53 und dem zweiten Befestigungsabschnitt 55 erstreckenden Doppelwendel. Genauer gesagt erstreckt sich von jedem des ersten Befestigungsabschnitts 53 und des zweiten Befestigungsabschnitts 55 aus jeweils ein Wendelabschnitt, wobei die Wendelabschnitte ineinander verschachtelt verlaufen und ein freies Ende 58 jedes Wendelabschnitts in einer Ausnehmung des jeweils anderen des ersten Befestigungsabschnitts 53 und des zweiten Befestigungsabschnitts 55 aufgenommen ist. Der erste Befestigungsabschnitt 53 ist mittels einer Schraube 56 an der Wickelwelle 52 befestigt. Der zweite Befestigungsabschnitt 55 ist an zwei Abstandslaschen 57, die sich von einem Gehäuse des Wickelantriebs 42 aus nach distal erstrecken und mit diesem fest verbunden sind, mittels einer weiteren Schraube 56 befestigt. Wenn daher der Wickelantrieb 42 die Wickelwelle 52 antreibt und der Wickelkörper 41 somit in Aufwickelrichtung um die Wickelachse t gedreht wird, baut sich in dem Federabschnitt 54 der Vorspannvorrichtung 43 eine rückstellende Vorspannung zwischen dem Wickelkörper 41 und dem an der Basis 14 angebrachten Gehäuse des Wickelantriebs auf, sodass die Vorspannvorrichtung 43 im Sinne einer Torsionsfeder wirkt.
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Der hier gezeigte und beschriebene Aufbau der Vorspannvorrichtung 43 ist rein beispielhaft. In einer alternativen Ausführungsform können der Federabschnitt 54 und die Befestigungsabschnitte 53, 55 aus einem Stück gearbeitet oder separat hergestellt und lösbar oder unlösbar verbunden sein, wobei der Federabschnitt 54 einfach oder doppelt wendelförmig sein kann. Jeder andere Aufbau ist auch denkbar, sofern nur die Vorspannvorrichtung 43 im Sinne einer Rückstellfeder eine Vorspannung gegen die Aufwickelrichtung des Wickelkörpers aufbaut, die während des gesamten Aufwickelns und während des gesamten Abwickelns des Kabels 50 wirksam ist.
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6 zeigt einen Abschnitt des Wickelkörpers 41 mit der Klemmvorrichtung 44 in einer stirnseitigen Ansicht.
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Gemäß der Darstellung in 6 weist die Klemmvorrichtung 44 eine erste Backe 60 und eine zweite Backe 61 auf, die mittels Schrauben 62 an der Stirnseite 45 des Wickelkörpers 41 an gegenüberliegenden Seiten der stirnseitigen Öffnung 46 befestigt sind. Die erste Backe 60 trägt einen ersten Klemmbolzen 63, und die zweite Backe 61 trägt einen zweiten Klemmbolzen 64, der länger als der erste Klemmbolzen 63 ist. Beide Klemmbolzen 63, 64 weisen ein Gewindeende auf, das jeweils eine Mutter 63 trägt. Der zweite Klemmbolzen 64 trägt außerdem eine Klemmfeder 66, welche sich zwischen der zweiten Backe 62 und der Mutter 63 des zweiten Klemmbolzens 64 erstreckt und den zweiten Klemmbolzen 64 in Richtung des ersten Klemmbolzens 63 drängt. Schließlich trägt jeder Klemmbolzen 63, 64 an seinem freien Ende eine Druckplatte 67.
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Im Gebrauch ist ein abgewinkeltes erstes Ende 69 des Kabels 50, das in die stirnseitige Öffnung 46 des Wickelkörpers 41 eingeführt ist, zwischen den Druckplatten 67, 67 der Klemmbolzen 63, 64 der Klemmvorrichtung 44 eingeklemmt und somit fixiert. Somit kann das Kabel 50 auf dem Wickelkörper 41 aufgewickelt werden, ohne dass das erste Ende 69 lose wird. Es ist anzumerken, dass die Druckplatten 67, 67 schräge Enden aufweisen, um ein Einführen des ersten Endes 69 des Kabels 50 zu erleichtern. Mit anderen Worten, das erste Ende 69 des Kabels 50 kann durch Eindrücken von den abgeschrägten Enden der Druckplatten 67, 67 her zwischen die Druckplatten 67, 67 eingeführt werden, wobei der bewegliche zweite Klemmbolzen 64 gegen die Wirkung der Schraubenfeder 66 zurückweicht.
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7A bis 7D zeigen die Anordnung von Wickelsektion 12 und Greifsektion 13 in perspektivischen stirnseitigen Ansichten aus unterschiedlichen Blickwinkeln.
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Gemäß der Darstellung in 7A und 7C sind die erste Backe 60 und die zweite Backe 61 spiegelbildlich aufgebaut und weisen jeweils einen Befestigungsschenkel 71, der an der Stirnseite 46 des Wickelkörpers 41 anliegt und mittels der Schrauben 62 daran befestigt ist, einen Verbindungsschenkel 72, der an jeweils einer von gegenüberliegenden Seiten der stirnseitigen Öffnung 46 anliegen, und einen Halteschenkel 73, welcher in einen Innenraum 75 des Wickelkörpers 41 ragt und jeweils den Klemmbolzen 63 bzw. 64 trägt, auf. Der Halteschenkel 73 weist zur Aufnahme des jeweiligen Klemmbolzens 63, 64 ein Bolzenaufnahmeloch 74 auf.
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Wie in 7B dargestellt, weist jeder der Greiffinger 47, 48 der Greifsektion 13 einen Bolzen 77 auf, der an seinem Ende einen Überzug 78 trägt Des Weiteren verläuft das freie zweite Ende 70 des Kabels 50 zwischen den Greiffingern 47, 48 im Bereich der Überzüge 78. Der Bolzen 77 des feststehenden Greiffingers 47 ist direkt an der Basis 14 befestigt. Der Bolzen 77 des beweglichen Greiffingers 48 ist mittels einer Stange 79 mit dem Greifantrieb 49 verbunden und kann so entlang der Greifrichtung s bewegt werden. Während des Aufwickelns des Kabels 50 auf dem Wickelkörper 41 sind die Greiffinger 47, 48 der Greifsektion 13 geöffnet, und das zweite Ende 70 des Kabels 50 kann frei zwischen den Greiffingern 47 gleiten.
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Wie in 7D explizit dargestellt, wird nach Ende des Aufwickelns der bewegliche Greiffinger 48 mittels des Greifantriebs 49 in Richtung des feststehenden Greiffingers 47 bewegt. Auf diese Weise fixiert die Greifsektion 13 das zweite Ende 70 des Kabels 50. Auch wenn der Wickelantrieb 42 der Wickelsektion 12 ausgekuppelt wird und die Vorspannvorrichtung 43 entgegen der Aufwickelrichtung wirkt, bleibt das zweite Ende 70 des Kabels 50 in der Greifsektion 13 fixiert, sodass das Kabel 50 auf dem Wickelkörper 41 gespannt ist.
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Mit Hilfe des Verlegeroboters kann somit ein Verfahren zum Herstellen von Kabelanordnungen verwirklicht werden, welches die Schritte aufweist:
- - Bereitstellen eines Kabels mit einem ersten Kabelende und einem zweiten Kabelende;
- - Platzieren und Fixieren des ersten Kabelendes eines Kabels in oder an einem Wickelkörper;
- - Aufwickeln des Kabels auf einer Außenoberfläche des Wickelkörpers so, dass das zweite Kabelende an der Außenoberfläche des Wickelkörpers zugänglich ist;
- - Verlegen des Kabels unter Abwickeln des Kabels von dem Wickelkörper; und
- - Lösen des ersten Kabelendes von dem Wickelkörper.
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Das Kabel wird in einer einzigen Lage aufgewickelt, und es bildet sich eine regelmäßige, kompakte und definierte Form des aufgewickelten Kabels aus. Es besteht daher eine direkte Korrelation zwischen der Anzahl der Wicklungen bzw. des beim Aufwickeln überstrichenen Drehwinkels des Wickelkörpers und der Länge des aufgewickelten Kabels. Beim Aufwickeln wird aus einer vorgegebenen Länge des aufzuwickelnden Kabels der erforderliche Drehwinkel des Wickelkörpers ermittelt und der Wickelvorgang entsprechend gesteuert.
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Durch die Vorspannvorrichtung wird sichergestellt, dass die aufgebaute Vorspannung während des gesamten Aufwickelns und während des gesamten Abwickelns wirksam ist. Daher ist das Kabel stets straff gespannt und kann während des Verlegens nicht unkontrolliert durchhängen.
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Die Kabelanordnung kann beispielsweise ein Kabelbaum sein, und die Herstellung erfolgt vorzugsweise an einem Baubrett. Das Verlegen gemäß einem Verfahren dieses Ausführungsbeispiels umfasst die Schritte:
- - Platzieren und Fixieren des zweiten Kabelendes an einer ersten Verlegeposition; und
- - Führen des Wickelkörpers über wenigstens eine weitere Verlegeposition unter Abwickeln und Ablegen des Kabels an der wenigstens einer weiteren Verlegeposition, wobei die wenigstens eine weitere Verlegeposition eine letzte Verlegeposition umfasst.
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Da das zweite Kabelende nach dem Aufwickeln durch die Greifsektion fixiert wird, bleibt die aufgebaute Vorspannung aufrechterhalten und der Wickelkörper kann mit dem aufgewickelten Kabel an einem Magazin im Arbeitsbereich des Roboterarms bereitgestellt werden, bis er gebraucht wird. Hierzu wird die gesamte Wickelvorrichtung mit der Basis 14 von dem Roboterarm abgekoppelt. Zum Gebrauch kann der Roboterarm die Wickelvorrichtung 11 mit dem aufgewickelten Kabel aus dem Magazin entnehmen.
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8A bis 8C zeigen einen Wickelkörper 41 nach einem anderen Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung in jeweiliger stirnseitiger Ansicht in verschiedenen Wickelzuständen. Der Wickelkörper 41 dieses Ausführungsbeispiels ist zur Aufnahme eines Kabels 50 ausgelegt, dessen Enden 69, 59 des Kabels 50 mit Verbindern 81, 82 vorkonfektioniert sind.
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Gemäß der Darstellung in 8A bis 8C weist der Wickelkörper 41 dieses Ausführungsbeispiels keine Klemmvorrichtung auf, sondern eine stirnseitige Öffnung 83 in Form eines Schlitzes dient hier als erste Fixierung im Sinne der vorliegenden Erfindung. Die Außenoberfläche, die stirnseitige Öffnung 83 und Teile einer Innenoberfläche des Innenraums 75 des Wickelkörpers 41 sind mit einer Beschichtung 80 versehen, welche elastisch und reibstark ausgebildet ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das vorkonfektionierte erste Ende 69 so in die stirnseitige Öffnung 83 eingeführt, dass der dort angebrachten Verbinder 81 vollständig im Innenraum 75 des Wickelkörpers 41 aufgenommen ist und an der Innenoberfläche des Innenraums 75 anliegt. Beim Wickeln wird der Verbinder 81 des ersten Endes 69 des Kabels 50 durch Formschluss zwischen Kanten des Verbinders 81 und der Öffnung 83 sowie durch Reibschluss an der Innenoberfläche des Wickelkörpers 41 gehalten, sodass das erste Ende 69 im Bereich der Stirnseite 45 des Wickelkörpers 41 durch die Öffnung 83 und eine Innenoberfläche des Wickelkörpers fixiert ist. Aufgrund der elastischen Beschichtung 80 ist eine Rillung der Außenoberfläche des Wickelkörpers 41 nicht erforderlich, es kann aber die Beschichtung 80 selbst gerillt sein. Das nach dem Wickeln freie zweite Ende 70 des Kabels 50 kann auf gleiche oder ähnliche oder andere Weise wie in dem vorherigen Ausführungsbeispiel fixiert werden. Zur Verbesserung des Halts des ersten Kabelendes 69 kann die stirnseitige Öffnung 83 konisch ausgebildet sein, sich von der Stirnseite 45 des Wickelkörpers 41 also verjüngen.
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Gemäß der Darstellung in 8A wird in einem Verfahren dieses Ausführungsbeispiels das erstes Kabelende 67 (z.B. mittels eines Greifers) in der Öffnung 83 des Wickelkörpers 41 positioniert und von dieser gehalten (fixiert). Dabei befindet sich der Verbinder 81 geschützt im Inneren des Wickelkörpers 41.
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Wie in 8B gezeigt, wird der Wickelkörper 41 anschließend automatisch gedreht und rollt das Kabel 50 eine Lage nebeneinander (nicht übereinander) bis zu einem bestimmten Maß auf, welches zuvor anhand der Kabellänge übermittelt wurde.
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Am Ende des Wickelvorgangs ist, wie in 8C gezeigt, das zweite Kabelende 70 im äußeren Bereich des Wickelkörpers 41 für die weitere Verwendung (z.B. durch einen Greifer) frei zugänglich.
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Im weiteren Verlauf wird das zweite Kabelende 70 des Kabels 50 von einem Greifer eines Verlegeautomaten gegriffen und in eine Aufnahme (z.B. Baubrettaufnahme) fixiert. Das Kabel 50 wird von dem Wickelkörper 41 aus mittels Verlegeautomat verlegt. Der Wickelkörper 41 rollt sich ab, wobei das Kabel 50 mittels Federkraft auf Spannung gehalten wird. Schließlich drückt ein Auswerfer das erste Kabelende 69 des Kabels aus dem Wickelkörper 41 und das Kabel 50 wird (z.B. mittels Greifer) in eine Aufnahme (z.B. Baubrettaufnahme) fixiert.
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Merkmale, die im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 7D, dessen Wickelkörper eine Klemmvorrichtung 44 zum Fixieren des ersten Kabelendes aufweist, gezeigt und beschrieben wurden, können im Hinblick auf Vorrichtung und Verfahren auch auf das Ausführungsbeispiel gemäß den 8A bis 8C, dessen Wickelkörper stattdessen nur die stirnseitige Öffnung 83 aufweist, übertragen werden und umgekehrt, soweit es nicht physikalisch unmöglich ist, sich aus technischen Gründen von selbst verbietet oder explizit angegeben ist. Das gleiche gilt für sonstige Ausführungsvarianten und Optionen, welche bis auf die beschriebenen Abweichungen die gleichen Merkmale wie die jeweiligen Grundformen aufweisen können. Insbesondere kann der Wickelkörper des Ausführungsbeispiels der 8A bis 8C Teil einer Wickelvorrichtung und damit Teil eines Roboterarms bzw. eines Verlegeroboters sein, wie er im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel der 1 bis 7C beschrieben wurde. Die beschriebenen Verfahren unterscheiden sich nur in denjenigen Punkten, die durch die Vorrichtung vorgegeben sind, und sind in allen übrigen Schritten grundsätzlich austauschbar, soweit nicht einzelne Schritte aufgrund der spezifischen Konstruktion ausgeschlossen sind. Unter Bezug auf eine dargestellte Ausführungsform beschriebene Merkmale der Erfindung können also auch bei anderen Ausführungsformen der Erfindung vorhanden sein, außer wenn es anders angegeben ist oder sich aus technischen Gründen von selbst verbietet.
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Mit dem Wickelkörper bzw. der Wickelvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann das Kabel in eine Art „Kabeltrommel“ aufgewickelt werden und wickelt sich beim Auslegen ab. Dadurch, dass die Leitung in bzw. auf dem Wickelkörper 41 verstaut ist, kann der Roboterarm an bzw. über Gegenständen (z.B. Baubretter, Baubrettgabeln usw.) vorbeifahren, ohne das sich Leitungen, Kontaktteile oder dergleichen verhaken und/oder beschädigt werden. Weiter wird das Kabel während der Verlegung geführt und auf Spannung gehalten.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Roboterarm
- 2
- Grundgestell
- 3
- Karussell
- 4
- Schwenkmotor
- 5
- Schwingmotor
- 6
- Schwinge
- 7
- Mittelgelenkeinheit
- 8
- Ausleger
- 9
- Flanschplatte
- 10
- Endgelenkeinheit
- 11
- Wickelvorrichtung
- 12
- Wickelsektion
- 13
- Greifsektion (zweite Fixierung)
- 14
- Basis
- 20
- Bett
- 30
- Koppelungseinheit
- 31
- Schuh
- 32
- Schaft
- 33
- Teller
- 41
- Wickelkörper
- 42
- Wickelantrieb
- 43
- Vorspannvorrichtung
- 44
- Klemmvorrichtung (erste Fixierung)
- 45
- Stirnseite
- 46
- Öffnung
- 47
- feststehender Greiffinger
- 48
- beweglicher Greiffinger
- 49
- Greifantrieb
- 49
- Öffnung
- 50
- Kabel
- 51
- Rille
- 52
- Wickelwelle
- 53
- erster Befestigungsabschnitt
- 54
- Federabschnitt
- 55
- zweiter Befestigungsabschnitt
- 56
- Schraube
- 57
- Abstandslasche
- 58
- Federende
- 59
- Außenoberfläche
- 60
- erste Backe
- 61
- zweite Backe
- 62
- Schraube
- 63
- erster Klemmbolzen
- 64
- zweiter Klemmbolzen
- 65
- Mutter
- 66
- Schraubenfeder
- 67
- Druckplatte
- 69
- erstes Kabelende
- 70
- zweites Kabelende
- 71
- Befestigungsschenkel
- 72
- Verbindungsschenkel
- 73
- Halteschenkel
- 74
- Bolzenaufnahmeloch
- 75
- Innenraum
- 77
- Bolzen
- 78
- Überzug
- 79
- Stange
- 80
- Beschichtung
- 81
- Verbinder
- 82
- Verbinder
- 83
- stirnseitige Öffnung (erste Fixierung)
- r
- Klemmrichtung
- s
- Greifrichtung
- t
- Wickelachse
- u
- Wendachse
- v
- Beugachse
- w
- Rollachse
- x
- Neigachse
- y
- Schwingachse
- z
- Schwenkachse
