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Die Erfindung betrifft eine Technik zur Befestigung von Bauteilen einer Roboterverkleidung.
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Roboter, insbesondere Roboterarme für die Elektronikfertigung oder Medizintechnik, verfügen in der Regel über eine abnehmbare Verkleidung. Die Verkleidung bildet einen Teil der Außenhaut des Roboters. Empfindliche Teile des Roboters werden durch die Verkleidung vor Umwelteinflüssen geschützt. Außerdem wird durch die Verkleidung der optische Eindruck des Roboters geprägt. Insbesondere für Wartungsarbeiten können Verkleidungsteile gelöst und später wieder angebracht werden.
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Im Stand der Technik werden Verkleidungsbauteile häufig am Roboter verschraubt. Zur Befestigung und Lösung des Bauteils müssen die Schrauben von außen zugänglich sein. Vorstehende Schraubenköpfe sind aus Gründen der Optik und der Sicherheit unerwünscht. Damit die Schraubenköpfe nicht an der Außenfläche des Roboters hervorstehen, werden die Schraubenköpfe im Stand der Technik häufig im Bauteil versenkt.
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Die Senkung am Bauteil ist normalerweise wesentlich größer als der Schraubenkopf, damit die Schraube von außen eingelegt werden kann und ausreichend Spiel für den Ausgleich von Fertigungstoleranzen besteht. Da Verkleidungsbauteile häufig in einem Gussverfahren hergestellt werden, müssen an der Senkung außerdem ausreichende Entformungsschrägen vorgesehen werden.
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Bei den bekannten Roboterverkleidungen kommt es durch große Senkungen an der Verkleidung häufig zu einem unerwünschten Erscheinungsbild des Roboters. Außerdem stellen Toträume um den Schraubenkopf herum an der Außenhaut des Roboters für den Einsatz in Reinräumen oder in der Medizintechnik ein Problem dar. In den Toträumen kann sich Schmutz fangen und sie sind schwer zu reinigen.
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Besonders bei gekrümmten Verkleidungsbauteilen können Senkungen in der Sichtfläche zu unerwünschten Effekten führen. An den Rändern der Senkungen können dünnwandige Materialbereiche entstehen, die schwer zu fertigen sind oder leicht brechen.
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Die Größe der Senkungen und anderer Öffnungen an der Außenhaut spielt für die Optik, Reinigung und Stabilität der Verkleidung eine große Rolle.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine verbesserte Roboterverkleidung aufzuzeigen.
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Die offenbarte Roboterverkleidung umfasst mindestens ein Bauteil mit einer außenliegenden Sichtfläche und mindestens einem innenliegenden Befestigungsabschnitt.
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Das Bauteil weist eine Außenseite mit einer Sichtfläche sowie eine Innenseite auf. Die Außenseite weist in der Montagelage zur Umwelt des Roboters hin. Die Innenseite des Bauteils weist im Einbauzustand zu einem Strukturteil des Roboters hin.
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Der Befestigungsabschnitt des Bauteils dient zur Befestigung des Bauteils an einem Strukturteil des Roboters. Das Bauteil wird mit einem lösbaren Befestigungsmittel, bevorzugt einer Schraube, befestigt. Der Befestigungsabschnitt liegt auf der Innenseite des Bauteils. In der Einbaulage wird der Befestigungsabschnitt von der Sichtfläche des Bauteils verdeckt. Der Befestigungsabschnitt umfasst bevorzugt eine Durchgangsbohrung für das Befestigungsmittel. Der Befestigungsabschnitt wird zur Montage der Verkleidung an einem Strukturteil angeordnet und mit dem Befestigungsmittel am Strukturteil befestigt.
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Der Befestigungsabschnitt definiert eine Aufnahmekammer für das Befestigungsmittel. Die Aufnahmekammer wird durch eine Aussparung im Befestigungsabschnitt gebildet. Die Aufnahmekammer kann durch umlaufende Wandung oder mehrere distanzierte Stege begrenzt sein. In der Aufnahmekammer kann insbesondere eine Schraube oder ein Schraubenkopf aufgenommen werden.
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Die Aufnahmekammer wird von einem Überdeckungsabschnitt der Sichtfläche überdeckt. Die Sichtfläche begrenzt die Aufnahmekammer auf mindestens einer Seite, insbesondere mit dem Überdeckungsabschnitt. Der Überdeckungsabschnitt ragt dabei insbesondere in die Flucht der Aufnahmekammer hinein.
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In dem Überdeckungsabschnitt der Sichtfläche ist eine Werkzeugzugangsöffnung vorgesehen. Die Überdeckung der Aufnahmekammer hat den Vorteil, dass das Befestigungsmittel und anliegende Toträume in der Aufnahmekammer gegenüber der Umwelt größtenteils verdeckt sind. Unerwünschte Öffnungen in der Außenhaut des Roboters werden verkleinert bzw. auf ein Minimum reduziert.
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Durch die Werkzeugzugangsöffnung kann ein Werkzeug von außen zum Befestigungsmittel in der Aufnahmekammer geführt werden. Beispielsweise kann ein Schraubendreher zum Schraubenkopf in der Aufnahmekammer geführt werden, um die Schraube anzuziehen oder zu lösen.
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Die Werkzeugzugangsöffnung ist kleiner als eine Außenkontur des Befestigungsmittels, die den Werkzeugeingriffsbereich des Befestigungsmittels umgibt. Der Werkzeugeingriffsbereich ist der Teil des Befestigungsmittels, an dem ein Werkzeug am Befestigungsmittel angesetzt wird, um dieses festzusetzen oder zu lösen. Im Falle einer Schraube bildet der Schraubenkopf den Werkzeugeingriffsbereich. Ein wesentlicher Vorteil der Verkleidung besteht darin, dass die Werkzeugzugangsöffnung in der Sichtfläche des Bauteils im Vergleich zu bekannten Senkungen für Schrauben wesentlich kleiner dimensioniert werden kann. Die Schraube bzw. der Schraubenkopf passen nicht durch die Werkzeugzugangsöffnung. Die unerwünschten Eingriffe in die Sichtfläche der Verkleidung werden somit reduziert.
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Als Befestigungsmittel können neben Schrauben auch andere dem Fachmann bekannte, lösbare Befestigungsmittel eingesetzt werden, insbesondere verformbare Klemmstifte.
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Die Werkzeugzugangsöffnung kann durch eine Aussparung im Überdeckungsabschnitt der Sichtfläche oder eine Bohrung durch den Überdeckungsabschnitt gebildet werden. Es können besonders dünne Werkzeuge eingesetzt werden, um die Werkzeugzugangsöffnung möglichst klein zu dimensionieren.
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Das Befestigungsmittel wird auf der Innenseite des Bauteils der Aufnahmekammer zugeführt. Die Zuführung des Befestigungsmittels geschieht bevorzugt während der Montage. Alternativ kann das Befestigungsmittel auch bereits während der Fertigung des Bauteils eingebracht werden. Beispielsweise kann das Befestigungsmittel hierfür mit einem Trennmittel behandelt werden.
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Ein weiterer Aspekt der Offenbarung ist ein Herstellungsverfahren für die Herstellung einer der hier offenbarten Roboterverkleidungen. Für die Herstellung wird ein additives Fertigungsverfahren eingesetzt. Bevorzugt wird ein 3D-Druckverfahren verwendet. Dies hat den Vorteil, dass die Geometrie des Befestigungsabschnitts sehr flexibel ausgestaltet werden kann. Insbesondere können Hinterschneidungen in der Form des Befestigungsabschnitts gefertigt werden. Bevorzugt wird das Bauteil einteilig gefertigt.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden in den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung offenbart.
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Die Erfindung ist in den Zeichnungen beispielhaft und schematisch dargestellt. Es zeigen:
- 1: (Stand der Technik) eine perspektivische Ansicht einer bekannten Roboterverkleidung mit Verschraubungen und Senkungen für Schraubenköpfe;
- 2: (Stand der Technik) eine Schnittzeichnung einer üblichen Verschraubung eines Bauteils mit einer Senkung für den Schraubenkopf;
- 3: eine Schnittzeichnung eines Befestigungsabschnitts eines Verkleidungsbauteils;
- 4: eine perspektivische Ansicht der Innenseite eines Verkleidungsbauteils mit einem Befestigungsabschnitt und Einlegeöffnung;
- 5: eine Schnittzeichnung einer alternativen Ausführungsform eines Befestigungsabschnitts mit einem Federschlitz;
- 6: eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform aus 5;
- 7: eine perspektivische Ansicht einer Roboterverkleidung auf die Sichtfläche des Bauteils;
- 8 eine weitere Ausführungsform eines Befestigungsabschnitts;
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1 zeigt einen Ausschnitt einer bekannten Roboterverkleidung aus dem Stand der Technik. Die Senkungen für die Schraubenköpfe erzeugen große und unterschiedliche Löcher in der Bauteiloberfläche. Die entstehenden Toträume um die Schraubenköpfe herum liegen direkt an der Außenseite der Bauteile. Diese Toträume fangen leicht Schmutz und sind schwer zu reinigen. Außerdem erzeugen die Senkungen an gekrümmten Flächen einen unerwünschten optischen Eindruck des Roboters.
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2 zeigt eine Schnittzeichnung einer typischen Verschraubung eines Verkleidungsbauteils aus dem Stand der Technik. Am äußeren Rand des oberen Bauteils zeigt sich ein typisches Problem der Senkungen. Das Material am äußeren Rand der Senkung bildet einen dünnwandigen Vorsprung an der Außenseite des Bauteils. Solche dünnwandigen Vorsprünge sind empfindlich gegen Stöße und sollen vermieden werden.
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3 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform eines Befestigungsabschnittes (10) eines Bauteils (1) der Roboterverkleidung. Die Sichtfläche (11) bildet die Außenseite des Bauteils (1).
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Auf der Innenseite des Bauteils liegt der Befestigungsabschnitt (10) mit einer Aufnahmekammer (101). Die Aufnahmekammer ist auf der Oberseite durch den Überdeckungsabschnitt (102) der Sichtfläche (11) begrenzt. Durch den Überdeckungsabschnitt (102) verläuft die Werkzeugzugangsöffnung (20). Die Werkzeugzugangsöffnung (20) hat eine wesentlich kleinere Querschnittsfläche als die Aufnahmekammer (101).
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Die Aufnahmekammer (101) nimmt zumindest teilweise das Befestigungsmittel (9) auf. In dieser Ausführungsform ist das Befestigungsmittel eine Schraube. Der Schraubenkopf liegt im Einbauzustand in der Aufnahmekammer (101).
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Die Aufnahmekammer ist auf einer Seite durch einen Klemmabschnitt (103) begrenzt. Der Klemmabschnitt (103) nimmt die Befestigungskräfte zwischen dem Bauteil (1) und dem Befestigungsmittel (9) auf. Der Klemmabschnitt (103) des Befestigungsabschnitts (10) ist an einem Strukturteil (5) des Roboters angeordnet. Das Strukturteil (5) umfasst eine Gewindebohrung, in der die Schraube (9) eingedreht ist.
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In dieser Ausführungsform bildet der Befestigungsabschnitt (10) eine Hinterschneidung (105). Eine Hinterschneidung (105) beschreibt einen Bauteilvorsprung. Die Hinterschneidung (105) hat den Vorteil, dass die Aufnahmekammer (101) begrenzt ist. Auf der Seite der Sichtfläche (11) verringert sich der offenliegende Querschnitt, durch den Schmutz in die Aufnahmekammer eindringen kann. Außerdem ist die Aufnahmekammer (101) auf der Innenseite durch den Klemmabschnitt (103) begrenzt. Durch den Klemmabschnitt (103) können Befestigungskräfte aufgenommen werden. Die Fertigung einer solchen Hinterschneidung erfordert besondere Maßnahmen. Vorteilhafterweise ist das Bauteil (1) durch ein additives Fertigungsverfahren, insbesondere durch ein 3D-Druckverfahren, gefertigt. Alternativ oder zusätzlich kann die Elastizität des Bauteils (1) genutzt werden, um den Befestigungsabschnitt (10) zu entformen.
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Das Befestigungsmittel (9) hat einen Werkzeugeingriffsbereich (91). Bevorzugt wird eine Schraube (9) mit einem Schraubenkopf eingesetzt. Der Werkzeugeingriffsbereich (91) hat eine größere Außenkontur als das eingesetzte Werkzeug, das an dem Befestigungsmittel angreifen soll. Die Werkzeugzugangsöffnung (20) ist kleiner als die Außenkontur des Werkzeugeingriffsbereichs (91).
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Die Aufnahmekammer (101) umfasst außerdem eine Positionierungssenke (107), in der das Befestigungsmittel (9) positionierbar ist. Die Positionierungssenke (107) erleichtert die Montage des Bauteils. Außerdem ist das Befestigungsmittel (9) in der Positionierungssenke (107) gegen Herausfallen aus einer Einlegeöffnung (106) sicherbar.
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4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Innenseite des Bauteils (1) mit einem Befestigungsabschnitt (10).
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Der Befestigungsabschnitt (10) weist eine innenliegende Einlegeöffnung (106) für das Befestigungsmittel (9) auf. Die Einlegeöffnung (106) befindet sich in einer seitlichen Wandung (108) der Aufnahmekammer (101). Die Einlegeöffnung (106) schneidet teilweise den Klemmabschnitt (103).
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Die innenliegende Einlegeöffnung (106) hat den Vorteil, dass das Befestigungsmittel in die Aufnahmekammer eingelegt werden kann. Durch die Einlegeöffnung ist vorteilhafterweise keine große Öffnung in der Sichtfläche (11) auf der Außenseite des Bauteils nötig. Je nach Öffnungswinkel der Einlegeöffnung (106) kann das Befestigungsmittel (9) in der Aufnahmekammer eingeklemmt werden. So wird das Befestigungsmittel gegen Herausfallen gesichert.
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Die 5 und 6 zeigen eine alternative Ausführungsform eines Befestigungsabschnitts (10) mit einem Federschlitz (150) und einem Klemmteil (4).
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In dieser Ausführungsform weist die Wandung (108) der Aufnahmekammer (101) einen Federschlitz (150) auf. Der Federschlitz (150) erleichtert eine elastische Verformung der Wandung (108). Durch Verformung der Wandung (108) kann die Aufnahmekammer (101) und/oder ein Klemmabschnitt (103) aufgeweitet werden. Im aufgeweiteten Zustand kann ein Befestigungsmittel (9) in die Aufnahmekammer (101) eingelegt werden. Die Wandung kann auch durch das Eindrücken eines Befestigungsmittels (9) oder eines Klemmteils (4) aufgeweitet werden.
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Die Bauteilverkleidung umfasst außerdem ein Klemmteil (4), das in einen Klemmabschnitt (103) eingeklemmt werden kann. Das Klemmteil (4) überträgt die Befestigungskräfte zwischen dem Befestigungsmittel (9) und dem Befestigungsabschnitt (10). Der Klemmabschnitt (103) ist dazu ausgebildet das eingeklemmte Klemmteil (4) zu halten.
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Vorteilhafterweise wird der Befestigungsabschnitt (10) in einer Aufnahmehülse (51) des Strukturteils (5) aufgenommen. Die Aufnahmehülse (51) verhindert, dass sich der Befestigungsabschnitt (10) unter Belastung verformt, insbesondere dass sich die Wandung (108) der Aufnahmekammer (101) derart verformt, dass sich das Klemmteil (4) oder ein Befestigungsmittel (9) löst.
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Bevorzugt weist die Wandung (108) der Aufnahmekammer (101) eine konische Außenfläche auf. Die konische Wandung unterstützt die Klemmung des Klemmteils (4). Beim Eindrücken des Befestigungsabschnitts (10) in die Aufnahmehülse (51) wird der Befestigungsabschnitt (10), insbesondere die Wandung (108) der Aufnahmekammer (101), zusammengedrückt.
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Diese vorteilhafte Ausführungsform kann durch ein urformendes Fertigungsverfahren hergestellt werden. Durch die Hinterschneidung des Befestigungsabschnitts (10) muss das Bauteil durch elastische Verformung zwangsentformt werden. Der Klemmabschnitt (103) kann zur Entformung des Bauteils elastisch aufgeweitet werden. Der Federschlitz (150) ist für die Zwangsentformung besonders vorteilhaft.
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7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Roboterverkleidung mit einem Bauteil (1) an einem Strukturteil (5) eines Roboterarms. Die Sichtfläche (11) weist nur kleine Öffnungen durch die Werkzeugzugangsöffnungen (20) auf. Die Sichtfläche (11) der Roboterverkleidung ist besonders leicht zu reinigen. Die Werkzeugzugangsöffnungen (20) können mit einem elastischen Weichteil zusätzlich verschlossen werden. Beim Einführen eines Werkzeugs wird das Weichteil entfernt oder durch Werkzeug aufgeweitet.
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8 zeigt eine weitere Ausführungsform eines Befestigungsabschnitts (10) eines Bauteils (1). In dieser Ausführungsform ist der Befestigungsabschnitt (10) mehrteilig ausgebildet. Der mehrteilige Befestigungsabschnitt ist besonders leicht zu fertigen.
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Das Klemmteil (4) kann durch verschiedene Arten am Befestigungsabschnitt befestigt werden, insbesondere durch eine Verschraubung oder einen Fügeprozess.
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Abwandlungen der Erfindung sind in verschiedener Weise möglich. Insbesondere können die zu den jeweiligen Ausführungsbeispielen gezeigten, beschriebenen oder beanspruchten Merkmale in beliebiger Weise miteinander kombiniert, gegeneinander ersetzt, ergänzt oder weggelassen werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Bauteil
- 10
- Befestigungsabschnitt
- 11
- Sichtfläche
- 101
- Aufnahmekammer
- 102
- Überdeckungsabschnitt
- 103
- Klemmabschnitt
- 105
- Hinterschneidung
- 106
- Einlegeöffnung
- 107
- Positionierungssenke
- 108
- Wandung
- 150
- Federschlitz
- 20
- Werkzeugzugangsöffnung
- 4
- Klemmteil
- 5
- Strukturteil
- 51
- Aufnahmehülse
- 9
- Befestigungsmittel
- 91
- Werkzeugeingriffsbereich
