DE102020205575A1

DE102020205575A1 - Drehantriebsvorrichtung und damit ausgestatteter Roboterarm eines Roboters

Info

Publication number: DE102020205575A1
Application number: DE102020205575.0A
Authority: DE
Inventors: Marc Hauck
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-05-04
Filing date: 2020-05-04
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2040-05-05
Also published as: DE102020205575B4

Abstract

Es wird eine Drehantriebsvorrichtung vorgeschlagen, die über einen fluidbetätigten Drehantrieb (5) verfügt und der mehrere zur Ansteuerung des Drehantriebes (5) ausgebildete Steuerventileinheiten (36) aufweist. Die Steuerventileinheiten (36) sind an Montageflächen (46) eines einstückigen Ventilträgers (43) montiert, in dem sowohl ein Steuerkanalsystem (63) als auch ein Belüftungskanalsystem (64) und ein Entlüftungskanalsystem (65) ausgebildet sind. Die Montageflächen (46) sind in einer von einer mittigen Hauptachse (6) abgewandten Ausrichtung an der peripheren Mantelfläche (50) des Ventilträgers (43) ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Drehantriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigten Drehantrieb, der ein Antriebsgehäuse und eine diesbezüglich durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung mindestens eines in dem Antriebsgehäuse angeordneten Schwenkkolbens um eine mittige Hauptachse des Drehantriebes verdrehbare Antriebseinheit aufweist, wobei eine mit dem Schwenkkolben verbundene, zu der mittigen Hauptachse koaxiale Antriebswelle der Antriebseinheit aus dem Antriebsgehäuse herausragt,
mit einem an einer axialen Rückseite des Antriebsgehäuses angebrachten Ventilträger, an dem mehrere elektrisch betätigbare Steuerventileinheiten einer Steuerventilanordnung um die mittige Hauptachse herum verteilt montiert sind und in dem ein Steuerkanalsystem ausgebildet ist, über das die Steuerventilanordnung an zwei in dem Antriebsgehäuse durch den Schwenkkolben voneinander abgetrennte erste und zweite Antriebskammern des Drehantriebes fluidisch angeschlossen ist, sodass eine Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern zum Verdrehen und rotativen Positionieren der Antriebseinheit relativ zum Antriebsgehäuse steuerbar ist,
wobei in dem Ventilträger ferner ein die Steuerventilanordnung mit einem zur Fluideinspeisung vorgesehenen Belüftungsanschluss verbindendes Belüftungskanalsystem und ein die Steuerventilanordnung mit einem zur Fluidabfuhr vorgesehenen Entlüftungsanschluss verbindenden Entlüftungskanalsystem ausgebildet ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Roboterarm eines Roboters, der mindestens zwei mittels eines Armgelenkes in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander verbundene Armglieder aufweist.
Eine Drehantriebsvorrichtung und ein Roboterarm der vorgenannten Art sind in der DE 10 2018 205 637 A1 beschrieben. Die Drehantriebsvorrichtung hat einen fluidbetätigten Drehantrieb mit einer Antriebseinheit, die durch aufeinander abgestimmte Fluidbeaufschlagung zweier Antriebskammern um eine mittige Hauptachse als Drehachse verdrehbar ist und in beliebigen Winkelstellungen positionierbar ist. Zur Steuerung der Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern dient eine Steuerventilanordnung, die aus mehreren elektrisch betätigbaren Steuerventileinheiten besteht, die im radial au-ßen liegenden Bereich eines rückseitig an den Drehantrieb angebauten Ventilträgers befestigt sind. Der Ventilträger hat eine das Antriebsgehäuse des Drehantriebes radial überragende Kanalplatte mit einer von der mittigen Hauptachse abgewandten peripheren Mantelfläche und mit einer dem Drehantrieb zugewandten vorderen axialen Stirnfläche, wobei an der vorderen axialen Stirnfläche mehrere Montageflächen ausgebildet sind, an denen jeweils eine der Steuerventileinheiten montiert ist. Die Kanalplatte ist in zwei axial aneinander angesetzte Kanalplattenkörper unterteilt, zwischen denen ein die Steuerventilanordnung mit den Antriebskammern verbindendes Steuerkanalsystem ausgebildet ist, wobei die Strömungswege durch eine zwischen die beiden Kanalplattenkörper eingelegte Dichtmaske definiert sind.
Die DE 10 2010 013 617 B4 offenbart einen modular aufgebauten Roboter, der über einen beweglichen Roboterarm verfügt, der mit mindestens einem zwei relativ zueinander bewegliche Armglieder miteinander verbindenden Armgelenk ausgestattet ist. Das Armgelenk ist von einer einen elektrisch betätigbaren Drehantrieb enthaltenden Drehantriebsvorrichtung gebildet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, den Aufbau der Drehantriebsvorrichtung insbesondere hinsichtlich der fluidischen Ansteuerung des Drehantriebes zu vereinfachen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Drehantriebsvorrichtung in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass der Ventilträger ein einstückiger Körper ist, in dem sowohl das Steuerkanalsystem als auch das Belüftungskanalsystem und das Entlüftungskanalsystem ausgebildet sind, wobei die Steuerventileinheiten an von der mittigen Hauptachse abgewandten Montageflächen montiert sind, die an einer sich um die mittige Hauptachse herum erstreckenden peripheren Mantelfläche des Ventilträgers ausgebildet sind.
Ein erfindungsgemäßer Roboterarm eines Roboters enthält mindestens ein zwei Armglieder in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander verbindendes Armgelenk, das von einer in dem vorgenannten Sinne ausgebildeten Drehantriebsvorrichtung gebildet ist, wobei die Antriebseinheit und das Antriebsgehäuse des fluidbetätigten Drehantriebes jeweils eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung eines der Armglieder des Roboterarmes aufweist.
Erfindungsgemäß enthält die Drehantriebsvorrichtung einen einstückig ausgebildeten Ventilträger, der zum einen die Montageflächen für die diversen Steuerventile aufweist und in den zum anderen das Belüftungskanalsystem, das Entlüftungskanalsystem und das Steuerkanalsystem integriert sind. Der komplette Kanalverlauf zwischen dem Belüftungsanschluss und den Steuerventileinheiten, zwischen dem Entlüftungsanschluss und den Steuerventileinheiten sowie zwischen den Steuerventilen und dem Drehantrieb befindet sich in einem einzigen Bauteil, nämlich in dem als einstückiger Körper konzipierten Ventilträger. Auf diese Weise ergibt sich ein äußerst geringer Herstellungsaufwand für den Ventilträger und die Anzahl abzudichtender und potenziell leckageanfälliger Bereiche ist auf ein Minimum reduziert. Zudem sind für die diversen Kanalsysteme einfache Kanalverläufe realisierbar, da sich die Montageflächen für die Steuerventileinheiten in von der mittigen Hauptachse abgewandter Orientierung an der peripheren Mantelfläche des Ventilträgers befinden und somit ohne komplizierte Kanalumlenkungen erreichbar sind. Der Ventilträger lässt sich mit geringem Materialaufwand verwirklichen, weil sich die Steuerventileinheiten an der peripheren Mantelfläche des Ventilträgers anbauen lassen, sodass ein großer radialer Überstand des Ventilträgers bezüglich der Peripherie des benachbarten Antriebsgehäuses vergleichbar des Standes der Technik nicht erforderlich ist. Mit dem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventilträger und der darin zusammengefassten Vielzahl von Funktionen ergibt sich eine hohe Funktionsdichte mit dem Effekt einer erheblichen Kosteneinsparung in der Fertigung und Montage der Drehantriebsvorrichtung. Die mit dem Ventilträger verbundene Platz- und Gewichtsersparnis wirkt sich vor allem auch bei Anwendungen in der Robotik vorteilhaft aus, wenn die Drehantriebsvorrichtung zu den bewegten Massen gehört, beispielsweise wenn sie in einen Roboterarm integriert ist.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Jede Steuerventileinheit ist zweckmäßigerweise an einer individuell für sie vorgesehenen eigenen Montagefläche an der peripheren Mantelfläche des Ventilträgers montiert. Dadurch können die Steuerventileinheiten in optimaler Verteilung rings um die mittige Hauptachse herum platziert werden.
Jede Montagefläche hat eine in der Umfangsrichtung der mittigen Hauptachse gemessene Breite. Diese Breite entspricht zweckmäßigerweise der Breite der daran montierten Steuerventileinheit. Die Montageflächen sind insbesondere mit derartiger Neigung angeordnet, dass eine die Breitenmitte einer jeweiligen Montagefläche schneidende Flächennormale der betreffenden Montagefläche mit Abstand radial außen an einer zu der mittigen Hauptachse koaxialen zentralen Durchbrechung des Ventilträgers vorbeiläuft, durch die sich ein hinterer Endabschnitt der Abtriebswelle hindurch erstreckt. Der hintere Endabschnitt der Abtriebswelle kann beispielsweise für eine Drehwinkelerfassung des Drehantriebes genutzt werden. Durch die geneigte Ausrichtung der Montageflächen kann gewährleistet werden, dass die Kanalsysteme so in den Ventilträger integrierbar sind, dass ihr Verlauf durch die zentrale Durchbrechung nicht beeinflusst wird.
Das Steuerkanalsystem ist insbesondere derart in den einstückigen Ventilträger integriert, dass es zu jeder Montagefläche mit einem eigenen äußeren Kanalendabschnitt des Steuerkanalsystems ausmündet. Dieser äußere Kanalendabschnitt ist an die an der betreffenden Montagefläche montierte Steuerventileinheit fluidisch angeschlossen. Darüber hinaus sind das Belüftungskanalsystem und das Entlüftungskanalsystem derart in den Ventilträger integriert, dass zu jeder Montagefläche des Ventilträgers entweder ein Kanalendabschnitt des Belüftungskanalsystems oder ein Kanalendabschnitt des Entlüftungskanalsystems ausmündet. Auch diese Kanalendabschnitte sind an der betreffenden Montagefläche mit jeweils der dort montierten Steuerventileinheit verbunden.
Alle vorgenannten Kanalendabschnitte haben zweckmäßigerweise eine lineare Erstreckung senkrecht zur zugeordneten Montagefläche, sodass sie sich bei der Herstellung des Ventilträgers als Bohrungen oder auch beim Spritzgießen mittels entsprechender Formkerne sehr einfach einbringen lassen. Die Montageflächen sind bevorzugt so ausgerichtet, dass die Längsachsen sämtlicher vorgenannter Kanalendabschnitte radial außen an der vorstehend schon genannten, zu der mittigen Hauptachse koaxialen zentralen Durchbrechung des Ventilträgers vorbeilaufen.
Zweckmäßigerweise ist jeder äußere Kanalendabschnitt des Steuerkanalsystems mit einem von zwei als Arbeitskanäle bezeichneten Kanalabschnitten des Steuerkanalsystems verbunden, wobei diese beiden Arbeitskanäle an einer dem Antriebsgehäuse des Drehantriebs zugewandten vorderen Stirnfläche des Ventilträgers ausmündet, um mit einer der beiden Antriebskammern des Drehantriebes zu kommunizieren.
Bevorzugt sind die äußeren Kanalendabschnitte des Steuerkanalsystems im Innern des Ventilträgers jeweils paarweise durch einen Verbindungskanalabschnitt des Steuerkanalsystems miteinander verbunden, wobei insgesamt zwei solcher Verbindungskanalabschnitte vorhanden sind und wobei jeder dieser beiden Verbindungskanalabschnitte mit einem der beiden Arbeitskanäle verbunden ist. Die beiden mit dem gleichen Verbindungskanalabschnitt verbundenen äußeren Kanalendabschnitte des Steuerkanalsystems führen zweckmäßigerweise zu zwei Montageflächen, wobei an der einen Montagefläche eine zur Steuerung einer Belüftung dienende Steuerventileinheit und an der anderen Montagefläche eine zur Steuerung der Entlüftung dienende Steuerventileinheit montiert ist.
Zweckmäßigerweise haben das Belüftungskanalsystem und das Entlüftungskanalsystem jeweils zwei zu unterschiedlichen Montageflächen führende äußere Kanalendabschnitte. Die beiden äußeren Kanalendabschnitte des Belüftungskanalsystems sind mit einem als Belüftungskanal bezeichneten Kanalabschnitt des Belüftungskanalsystems verbunden, der zu dem Belüftungsanschluss führt. Die beiden äußeren Kanalendabschnitte des Entlüftungskanalsystems sind mit einem als Entlüftungskanal bezeichneten Kanalabschnitt des Entlüftungskanalsystems verbunden, der zu dem Entlüftungsanschluss führt. Auf diese Weise können jeweils an zwei Montageflächen montierte Steuerventileinheiten gleichzeitig mit dem Belüftungsanschluss beziehungsweise mit dem Entlüftungsanschluss kommunizieren, um mit Druckmedium versorgt zu werden oder um Druckmedium abzuführen.
Bei einer besonders günstigen Bauform der Drehantriebsvorrichtung hat die Steuerventilanordnung vier gesonderte Steuerventileinheiten, die unabhängig voneinander elektrisch betätigbar sind und von denen jede Steuerventileinheit an einer eigenen Montagefläche des Ventilträgers montiert ist. Von diesen vier Steuerventileinheiten sind zwei als an das Belüftungskanalsystem angeschlossene Belüftungs-Steuerventileinheiten und zwei weitere als an das Entüftungskanalsystem angeschlossene Entlüftungs-Steuerventileinheiten ausgebildet. Beide Arten von Steuerventileinheiten haben zweckmäßigerweise eine 2/2-Ventilfunktion, wobei sie als Schaltventile ausgeführt sein können, vorzugsweise aber als Proportionalventile realisiert sind. Jede Belüftungs-Steuerventileinheit ist in der Lage, die über das Steuerkanalsystem angeschlossene Antriebskammer wahlweise mit am Belüftungsanschluss eingespeistem fluidischem Druckmedium zu versorgen oder von der Druckquelle abzutrennen. Jede Entlüftungs-Steuerventileinheit ist in der Lage, die über das Steuerkanalsystem angeschlossene Antriebskammer wahlweise über den zugeordneten Entlüftungsanschluss zu entlüften oder von der mit dem Entlüftungsanschluss verbundenen Drucksenke, insbesondere der Atmosphäre, abzutrennen. Durch eine aufeinander abgestimmte elektrische Ansteuerung der Steuerventileinheiten kann auf diese Weise die Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern so gesteuert werden, dass die Antriebseinheit eine gewünschte Drehbewegung ausführt und bei Bedarf in einer gewünschten Drehwinkelstellung gestoppt beziehungsweise positioniert wird.
Zweckmäßigerweise ist jede Steuerventileinheit als eine elektrisch betätigbare Piezoventileinheit ausgebildet. Jede Piezoventileinheit hat zweckmäßigerweise mindestens einen Biegewandler als Steuerelement, der die Fluidströmung zu und von den Antriebskammern steuert. Ein und dieselbe Piezoventileinheit kann nur ein einziges Steuerelement oder auch mehrere Steuerelemente haben, wobei letzteres die Möglichkeit bietet, besonders hohe Strömungsraten zu steuern.
Insbesondere bei einer Ausgestaltung als Piezoventileinheit haben die Steuerventileinheiten zweckmäßigerweise eine Längsgestalt und sind bevorzugt so an der jeweiligen Montagefläche angebracht, dass ihre Längsachsen parallel zur Hauptachse des Drehantriebes ausgerichtet sind.
Als Piezoventileinheiten ausgestattete Steuerventileinheiten ermöglichen die Realisierung eines besonders präzisen proportionalen Fluidsteuerverhaltens. Hier lässt sich der der Druckluft oder einem anderen fluidischen Druckmedium zum Hindurchströmen zur Verfügung gestellte freie Strömungsquerschnitt sehr bequem und exakt durch Variierung der Ansteuerspannung stufenlose einstellen.
Es versteht sich, dass die Steuerventileinheiten auch von einer anderen als einer piezoelektrischen Bauart sein können, beispielsweise von einer elektromagnetischen Bauart.
Der Ventilträger ist insbesondere so gestaltet, dass er einen von der mittigen Hauptachse durchsetzten Zentralabschnitt hat, von dem mehrere Tragarme in einer zu der mittigen Hauptachse rechtwinkeligen Radialebene nach außen ragen, die jeweils an ihrer dem Zentralabschnitt entgegengesetzten und abgewandten äußeren Stirnseite eine der mit einer Steuerventileinheit bestückten Montageflächen aufweisen. Die äußeren Stirnseiten der Tragarme gehören zu der peripheren Mantelfläche des Ventilträgers. Zwischen wenigstens zwei in der Umfangsrichtung der mittigen Hauptachse benachbarten Tragarmen ist zweckmäßigerweise ein nach radial außen hin offener Zwischenraum ausgebildet, sodass der Ventilträger mit besonders geringem Materialaufwand und Gewicht herstellbar ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ventilträger mit insgesamt vier Steuerventileinheiten bestückt ist, wobei er über zwei Paare von jeweils in einer V-Konfiguration angeordneten und von dem Zentralabschnitt weg divergierenden Tragarmen verfügt, an denen jeweils eine der Montageflächen ausgebildet ist. Zwischen den beiden zu einer V-Konfiguration gehörenden Tragarmen befindet sich der vorstehend erwähnte Zwischenraum.
Um im Betrieb der Drehantriebsvorrichtung einen Kraftabgriff zu ermöglichen, ragt die Antriebswelle zweckmäßigerweise an einer dem Ventilträger entgegengesetzten axialen Vorderseite des Drehantriebes aus dem Antriebsgehäuse mit einem Antriebsabschnitt heraus.
Zweckmäßigerweise hat die Drehantriebsvorrichtung auch eine mit der Steuerventilanordnung zu deren elektrischer Ansteuerung elektrisch verbundene elektronische Steuereinheit. Jede Steuerventileinheit der Steuerventilanordnung erhält ihren Betriebszustand vorgebende elektrische Steuersignale von der elektronischen Steuereinheit, die zweckmäßigerweise an der dem Drehantrieb axial abgewandten Rückseite des Ventilträgers an dem Ventilträger montiert ist.
Die elektronische Steuereinheit umfasst zweckmäßigerweise eine sich in einer zu der mittigen Hauptachse rechtwinkeligen Ebene erstreckende Leiterplatte, die mit Elektronikkomponenten bestückt ist.
Es ist ferner vorteilhaft, wenn die Drehantriebsvorrichtung als weitere Komponente einen zur Erfassung des Drehwinkels der Antriebseinheit ausgebildeten Encoder umfasst. Der Encoder liefert Drehpositionssignale bezüglich der Drehposition der Antriebseinheit, die als Grundlage für die drehwinkelmäßige Positionierung der Antriebseinheit bezüglich des Antriebsgehäuses des Drehantriebes verwendbar sind. Der Encoder ist an der dem Drehantrieb axial abgewandten Rückseite des Ventilträgers angeordnet und bevorzugt an die vorstehend erwähnte elektronische Steuereinheit angeschlossen, die in diesem Fall ausgebildet ist, um die Encodersignale auszuwerten und zu verarbeiten.
Bevorzugt weist das Belüftungskanalsystem einen in dem einstückigen Ventilträger ausgebildeten ersten Druckabgriffskanal auf, der über eine erste Druckabgriffsöffnung zur peripheren Mantelfläche des Ventilträgers ausmündet. Zweckmäßigerweise ist im Bereich der ersten Druckabgriffsöffnung an der peripheren Mantelfläche ein Drucksensor montiert, der den im Belüftungskanalsystem herrschenden Versorgungsdruck erfassen kann.
Bevorzugt weist das Entlüftungskanalsystem einen in dem einstückigen Ventilträger ausgebildeten zweiten Druckabgriffskanal auf, der über eine zweite Druckabgriffsöffnung zur peripheren Mantelfläche des Ventilträgers ausmündet. Zweckmäßigerweise ist im Bereich der zweiten Druckabgriffsöffnung an der peripheren Mantelfläche ein Drucksensor montiert der den im Entlüftungskanalsystem herrschenden Abluftdruck erfassen kann.
Ein erfindungsgemäßer Roboterarm ist zweckmäßigerweise Bestandteil eines Roboters und hat ein oder mehrere Armgelenke, die jeweils zwei Armglieder des Roboterarmes in verschwenkbarer Weise miteinander verbinden. Jedes Armglied ist von einer Drehantriebsvorrichtung der oben in verschiedene Ausprägungen erläuterten Art gebildet, sodass die aneinander angelenkten Armglieder anwendungsspezifisch relativ zueinander verschwenkbar und winkelmäßige relativ zueinander positionierbar sind. Am freien Ende des Roboterarmes sitzt ein durch Bewegung des Roboterarmes positionierbarer Endeffektor, beispielsweise eine elektrisch oder durch Fluidkraft betätigbare Greifvorrichtung. Sowohl an der Antriebseinheit als auch am Antriebgehäuse des Drehantriebes befindet sich eine Befestigungsschnittstelle zur Befestigung eines der durch ein Armgelenk gelenkig miteinander zu verbindenden Armglieder. Die Antriebskraft zum Verschwenken der aneinander angelenkten Armglieder ist eine Fluidkraft, die durch das fluidische Druckmedium bereitgestellt wird, das zur Betätigung des fluidbetätigten Drehantriebes verwendet wird.
Der fluidbetätigte Drehantrieb ist insbesondere ein pneumatischer Drehantrieb, der mit Druckluft als Druckmedium betrieben wird. Er kann jedoch prinzipiell auch für eine Betätigung mit anderen fluidischen Druckmedien ausgelegt sein, beispielsweise zu einer Betätigung mit einer Druckflüssigkeit wie beispielsweise einem Hydrauliköl. Die Begriffe „Belüftung“ und „Entlüftung“ sind in einer allgemeinen Bedeutung dahingehend zu verstehen, dass bei einer Belüftung ein beliebiges Druckmedium von einer entsprechenden Druckquelle stammend zugeführt und bei einer Entlüftung das verwendete Druckmedium zu einer Drucksenke, beispielsweise zur Atmosphäre oder in einen Tank, abgeführt wird.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung in einer perspektivischen Vorderansicht, wobei strichpunktiert die Endabschnitte zweier Armglieder eines Roboterarms angedeutet sind, die an der Drehantriebsvorrichtung zur Bildung eines Roboterarms befestigt sind,
2 die Drehantriebsvorrichtung aus 1 in einer perspektivischen Rückansicht,
3 einen Querschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie III-III aus 1, 4 und 5,
4 einen außermittigen Längsschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie IV-IV aus 3 und 6,
5 einen mittigen Längsschnitt der Drehantriebsvorrichtung gemäß Schnittlinie V-V aus 1, 2 und 3,
6 eine Einzeldarstellung des in der Drehantriebsvorrichtung enthaltenen Ventilträgers in einer Vorderansicht von der Seite des Drehantriebs her in der Ebene VI-VI aus 4, wobei zusätzlich die an den Montageflächen angebrachten Steuerventileinheiten geschnitten gezeigt sind,
7 den Ventilträger in einer perspektivischen Vorderansicht,
8 eine weitere perspektivische Vorderansicht des Ventilträgers aus einem im Vergleich zur 7 anderen Blickwinkel,
9 eine perspektivische Rückansicht des Ventilträgers von der dem Drehantrieb entgegengesetzten Rückseite her mit Blickrichtung gemäß Pfeil IX-IX aus 8,
10 eine Seitenansicht des Ventilträgers mit Blickrichtung gemäß Pfeil X-X aus 8,
11 einen Querschnitt des Ventilträgers gemäß Schnittlinie XI-XI aus 10 in einer den Belüftungsanschluss enthaltenden Radialebene,
12 einen weiteren Querschnitt des Ventilträgers gemäß Schnittlinie XII-XII aus 10 in einer den Entlüftungsanschluss enthaltenden Radialebene,
13 einen Schnitt durch den Ventilträger gemäß Schnittlinie XIII-XIII aus 11 und 12,
14 einen weiteren Schnitt durch den Ventilträger gemäß Schnittlinie XIV-XIV aus 11 und 12, und
15 eine schematische Darstellung des Ventilträgers mit daran angebauten Steuerventileinheiten und angeschlossenem Drehantrieb, aus der die Kanalverschaltung der diversen Kanalsysteme innerhalb des Ventilträgers gut ersichtlich ist.

Die 1 zeigt einen Ausschnitt eines mit Bezugsziffer 1 bezeichneten Roboterarms eines Roboters. Der Roboterarm 1 hat mehrere nur strichpunktiert angedeutete Armglieder 2a, 2b, die paarweise durch ein Armgelenk 3 des Roboterarmes 1 miteinander verbunden sind. Das Armgelenk 3 ist von einer erfindungsgemäßen Drehantriebsvorrichtung 4 gebildet, die ohne zugeordnete Armglieder auch noch in den 2 bis 5 illustriert ist.
Die Nutzung der Drehantriebsvorrichtung 4 ist nicht auf ein Armgelenk 3 beschränkt. Sie ist stets dann verwendbar, wenn zwei Komponenten relativ zueinander zu verdrehen und/oder drehwinkelmäßig zu positionieren sind.
Die Drehantriebsvorrichtung 4 enthält einen fluidbetätigten Drehantrieb 5. Er ist mittels eines flüssigen oder gasförmigen Druckfluides betreibbar, bei dem es sich insbesondere um Druckluft handelt und das im Folgenden auch als Antriebsfluid bezeichnet wird. Die weitere Beschreibung erfolgt überwiegend anhand eines Betriebes mit Druckluft.
Der Drehantrieb 5 hat eine Längserstreckung entlang einer sich entlang des Zentrums des Drehantriebes 5 erstreckenden mittigen Hauptachse 6. Die mittige Hauptachse 6 definiert exemplarisch eine zentrale Längsachse der gesamten Drehantriebsvorrichtung 4.
Der Drehantrieb 4 hat ein Antriebsgehäuse 7, in dem ein Gehäuseinnenraum 8 ausgebildet ist, dessen Zentrum auf der mittigen Hauptachse 6 liegt. Der Gehäuseinnenraum 8 ist peripher von einer sich rings um die mittige Hauptachse 6 herum erstreckenden Seitenwand 12 begrenzt, die außen bevorzugt kreiszylindrisch gestaltet ist.
Die Drehantriebsvorrichtung 4 hat eine Vorderseite 9 und eine Rückseite 10. Der Gehäuseinnenraum 8 ist axial von einer der Vorderseite 9 zugeordneten vorderen Abschlusswand 13 und einer der Rückseite 10 zugeordneten hinteren Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 begrenzt. Zumindest die hintere Abschlusswand 14 ist bevorzugt einstückig mit der peripheren Seitenwand 12 ausgebildet.
Koaxial durch das Antriebsgehäuse 7 hindurch erstreckt sich eine Antriebswelle 17 des Drehantriebes 5, deren Längsachse mit der mittigen Hauptachse 6 zusammenfällt. Die Antriebswelle 17 ist Bestandteil einer Antriebseinheit 22, zu der auch ein in dem Gehäuseinnenraum 8 angeordneter, drehfest mit der Antriebswelle 17 verbundener Schwenkkolben 23 gehört. Die Antriebseinheit 22 ist relativ zum Antriebsgehäuse 7 um die mittige Hauptachse 6 als Drehachse verdrehbar. Die Drehlagerung erfolgt im Bereich der beiden Abschlusswände 13, 14 mittels je einer Drehlagereinrichtung 18, bei der es sich insbesondere um eine Wälzlagereinrichtung handelt.
Unter Mitwirkung des Schwenkkolbens 23 ist der Gehäuseinnenraum 8 fluiddicht in eine erste Antriebskammer 24 und eine zweite Antriebskammer 25 unterteilt. Mit jeweils einer inneren Kanalmündung 26a mündet ein erster Gehäusekanal 19 in die erste Antriebskammer 24 und ein zweiter Gehäusekanal 20 in die zweite Antriebskammer 25. Beide Gehäusekanäle 19, 20 durchsetzen axial die hintere Abschlusswand 14 und münden mit einer äußeren Kanalmündung 26b zu einer der Rückseite 10 zugewandten rückseitigen Stirnfläche 16 des Antriebsgehäuses 7 aus.
Durch die beiden Gehäusekanäle 19, 20 hindurch ist eine gesteuerte Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 24, 25 und somit des Schwenkkolbens 23 mit dem Antriebsfluid möglich, woraus eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Schwenkbewegung 33 des Schwenkkolbens 23 resultiert, die unmittelbar eine ebenfalls durch einen Doppelpfeil angedeutete rotative Antriebsbewegung 27 der Antriebseinheit 22 um die mittige Hauptachse 6 als Drehachse zur Folge hat. Die Drehrichtung wird durch die zwischen den beiden Antriebskammern 24, 25 eingestellte Druckdifferenz vorgegeben. Durch Einstellung eines gleich hohen Druckes kann die Antriebseinheit 22 relativ zum Antriebsgehäuse 7 in jeder beliebigen Drehposition unverdrehbar festgehalten und somit positioniert werden.
Die Antriebsbewegung 27 lässt sich an einem Antriebsabschnitt 17a der Antriebswelle 17 abgreifen, der im Bereich der Vorderseite 9 aus dem Antriebsgehäuse 7 herausragt. An diesem Antriebsabschnitt 17a ist exemplarisch ein beispielsweise tellerförmiger Schnittstellenkörper 29 drehfest befestigt, der eine erste Befestigungsschnittstelle 28a aufweist, an der exemplarisch das eine Armglied 2a der beiden Armglieder 2a, 2b befestigt ist.
Eine zur Befestigung des anderen Armgliedes 2b genutzte zweite Befestigungsschnittstelle 28b befindet sich exemplarisch seitlich außen am Antriebsgehäuse 7.
Zur Erzeugung eines die Antriebsbewegung 27 hervorrufenden Drehmoments hat der Schwenkkolben 23 einen bezüglich der mittigen Hauptachse 6 radial einseitig abstehenden Flügelabschnitt 23a und einen drehfest von der Antriebswelle 17 durchsetzten Buchsenabschnitt 23b. An seiner Außenfläche ist der Schwenkkolben 23 mit einer Dichtung versehen, die an der den Gehäuseinnenraum 8 begrenzenden Innenfläche des Antriebsgehäuses 7 anliegt.
In dem Gehäuseinnenraum 8 ist mit radialem Abstand zu der mittigen Hauptachse 6 ortsfest ein Trennwandelement 32 angeordnet, das bezüglich des Antriebsgehäuses 7 statisch abgedichtet ist und an dem der Schwenkkolben 23 mit seinem Buchsenabschnitt 23b dynamisch dichtend gleitverschieblich anliegt. Auf diese Weise trennen der Schwenkkolben 23 und das Trennwandelement 32 gemeinsam die beiden Antriebskammern 24, 25 voneinander ab, bei denen es sich somit um Teilkammern des Gehäuseinnenraumes 8 handelt.
Das Trennwandelement 32 begrenzt den maximalen Schwenkwinkel des Schwenkkolbens 23 auf weniger als 360 Grad und beispielsweise auf etwa 270 Grad.
Zur gesteuerten Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern 24, 25 ist die Drehantriebsvorrichtung 4 mit einer elektrisch betätigbaren Steuerventilanordnung 35 ausgestattet. Die Steuerventilanordnung 35 hat mehrere gesondert voneinander ausgebildete, elektrisch betätigbare Steuerventileinheiten 36. Bevorzugt und entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels enthält die in die Drehantriebsvorrichtung 4 integrierte Steuerventilanordnung 35 insgesamt vier Steuerventileinheiten 36.
Die Steuerventilanordnung 35 ist an einem als einstückiger Körper ausgebildeten Ventilträger 43 angebracht. Jede Steuerventileinheit 36 ist an einer eigens für sie vorgesehenen Montagefläche 46 des Ventilträgers 43 montiert. Der Ventilträger 43 hat eine der Anzahl der Steuerventileinheiten 36 entsprechende Anzahl von Montageflächen 46 und somit exemplarisch vier Stück.
Der einstückige Ventilträger 43 besteht vorzugsweise aus einem Metall und insbesondere aus einem Alluminiummaterial. Alternativ kann er insbesondere auch aus einem Kunststoffmaterial bestehen.
Der Ventilträger 43 sitzt an der axialen Rückseite des Drehantriebes 5. Er ist dort bevorzugt an die rückseitige Stirnfläche 16 des Antriebsgehäuses 7 angesetzt und zweckmäßigerweise mittels mehrerer nur strichpunktiert angedeuteter Befestigungsschrauben 68 an dem Antriebsgehäuse 7 fixiert.
Der Ventilträger 43 hat eine dem Drehantrieb 5 zugewandte Vorderfläche 47 und eine diesbezüglich axial entgegengesetzte Rückfläche 48. Eine den Ventilträger 43 mittig zwischen der Vorderfläche 47 und der Rückfläche 48 durchsetzende imaginäre Achse sei als Längsachse 49 des Ventilträgers 43 bezeichnet, die mit der mittigen Hauptachse 6 zusammenfällt.
Der Ventilträger 43 ist in der Achsrichtung der Längsachse 49 von einer der Anzahl der Befestigungsschrauben 68 entsprechenden Anzahl von Befestigungsbohrungen 68a durchsetzt, durch die hindurch sich jeweils eine der Befestigungsschrauben 68 erstreckt. Jede Befestigungsschraube 68 ist mit einem Gewindeschaft in die hintere Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 eingeschraubt und stützt sich mit einem versenkt in der zugeordneten Befestigungsbohrung 68a aufgenommenen Schraubenkopf an der Rückfläche 48 des Ventilträgers 43 ab. Der Ventilträger 43 ist somit an seiner Vorderfläche 47 axial mit der rückseitigen Stirnfläche 16 des Antriebsgehäuses 7 verspannt.
Zweckmäßigerweise ist die Drehantriebsvorrichtung 4 auch mit einer elektronischen Steuereinheit 72 ausgestattet, die mit den Steuerventileinheiten 36 zu deren elektrischer Ansteuerung elektrisch verbunden ist. Exemplarisch ist in 2 einer der für die elektrische Signalübertragung verwendeten elektrischen Leiter 71 schematisch angedeutet. Die elektronische Steuereinheit 72 ist im Bereich der dem Drehantrieb 5 axial abgewandten Rückseite des Ventilträgers 43 angeordnet, wobei sie bevorzugt an die Rückfläche 48 des Ventilträgers 43 angebaut ist.
Die bevorzugt lösbare Befestigung der elektronischen Steuereinheit 72 erfolgt insbesondere mittels mehrerer am Ventilträger 43 fixierter Stehbolzen 73, die über die Rückfläche 48 vorstehen und auf die die elektronische Steuereinheit 72 mit einer Leiterplatte 74 aufgesteckt ist. Die Leiterplatte 74 ist mit diversen elektronischen Komponenten bestückt, die die gewünschte Funktionalität der elektronischen Steuereinheit 72 gewährleisten.
Die elektronische Steuereinheit 72 ist in der Lage, mindestens eine elektrische Ansteuerspannung variabler Höhe zu generieren, die an die Steuerventilanordnung 35 übermittelt wird, um die Steuerventile 36 wunschgemäß zu betätigen.
Bevorzugt ist die Drehantriebsvorrichtung 4 mit einem Encoder 85, das heißt mit anderen Worten einem Drehgeber ausgestattet, der ausgebildet ist, um den momentanen Drehwinkel der rotativ bewegbaren Antriebseinheit 22 bezüglich dem Antriebsgehäuse 7 zu erfassen und auszuwerten. Auf diese Weise ist eine Erfassung der momentanen relativen Drehposition zwischen der Antriebseinheit 22 und dem Antriebsgehäuse 7 möglich. Bei einem Einsatz als Armgelenk 3 eines Roboterarmes 1 kann auf diese Weise die momentane relative Schwenkposition zwischen den beiden Armgliedern 2a, 2b detektiert werden.
Der Encoder 85 ist über nicht weiter illustrierte elektrische Leiter an die elektronische Steuereinheit 72 angeschlossen. Letztere ist ausgebildet, um die elektrische Ansteuerung der Steuerventilanordnung 35 auf der Grundlage der elektrischen Ausgangssignale des Encoders 85 zu bewirken.
Bei dem Encoder 85 handelt es sich vorzugsweise um einen Inkrementalgeber. Er kann als Absolutwertgeber oder als Relativwertgeber realisiert sein.
Der Encoder 85 sitzt wie die elektronische Steuereinheit 72 im Bereich der Rückseite 10 der Drehantriebsvorrichtung 4.
Die Antriebswelle 17 hat zweckmäßigerweise einen dem Antriebsabschnitt 17a entgegengesetzten rückwärtigen Endabschnitt 17b, der die hintere Abschlusswand 14 des Antriebsgehäuses 7 und eine sich koaxial daran anschließende zentrale axiale Durchbrechung 44 des Ventilträgers 43 durchsetzt. Die zentrale Durchbrechung 44 ist bevorzugt kreiszylindrisch gestaltet und koaxial zu der mittigen Hauptachse 6 ausgerichtet. Die Längsachse 49 definiert gleichzeitig die Längsachse der zentralen Durchbrechung 44.
An der von der Rückfläche 48 des Ventilträgers 43 her zugänglichen Stirnfläche des rückwärtigen Endabschnittes 17b der Antriebswelle 17 ist drehfest eine bewegliche Encodereinheit 85a des Encoders 85 angebracht, die die rotative Antriebsbewegung 27 der Antriebseinheit 22 mitmacht. Diese bewegliche Encodereinheit 85a kooperiert in an sich bekannter Weise berührungslos mit einer bezüglich des Antriebsgehäuses 7 ortsfesten, feststehenden Encodereinheit 85b, die an der Rückfläche 48 des Ventilträgers 43 befestigt ist. Die feststehende Encodereinheit 85b ist an die elektronische Steuereinheit 72 angeschlossen, um dieser die detektierte Drehwinkelinformation für die Ansteuerung der Steuerventilanordnung 35 zuzuführen.
Der Ventilträger 43 hat eine sich rings um die mittige Hauptachse 6 herum erstreckende periphere Mantelfläche 50. Diese periphere Mantelfläche 50 erstreckt sich in der im Folgenden auch als Längsrichtung 49 bezeichneten Achsrichtung der Längsachse 49 zwischen der Vorderfläche 47 und der Rückfläche 48. Sowohl die Vorderfläche 47 als auch die Rückfläche 48 erstrecken sich in einer Ebene, die parallel zu einer mittigen Radialebene 53 des Ventilträgers 43 verläuft, die sich abstandsmittig zur Vorderfläche 47 und zur Rückfläche 48 rechtwinkelig zu der Längsachse 49 erstreckt.
Die weiter oben schon erwähnten Montageflächen 46 für die Steuerventileinheiten 36 sind an der peripheren Mantelfläche 50 ausgebildet, sodass sie von Flächenabschnitten der peripheren Mantelfläche 50 gebildet sind. Die periphere Mantelfläche 50 ist so gestaltet, dass jede Montagefläche 46 von der Längsachse 49 und somit auch von der mittigen Hauptachse 6 abgewandt ist. Somit sind die Steuerventileinheiten 36 an der peripheren Mantelfläche 50 des Ventilträgers 43 montiert und nicht an einer der beiden von der Vorderfläche 47 und der Rückfläche 48 gebildeten Stirnseiten des Ventilträgers 43.
Zweckmäßigerweise ist eine in der Längsrichtung 49 gemessene maximale Länge des Ventilträgers 43 geringer als eine maximale Querabmessung des Ventilträgers 43 in der mittigen Radialebene 53. Der Ventilträger 43 hat somit exemplarisch eine plattenartige Struktur.
Bevorzugt ist der Ventilträger 53 im Bereich der peripheren Mantelfläche 50 derart strukturiert, dass er einen von der zentralen Durchbrechung 44 und dementsprechend auch von der mittigen Hauptachse 6 durchsetzten Zentralabschnitt 54 hat und außerdem über eine der Anzahl der Montageflächen 46 entsprechende Anzahl von Tragarmen 55 verfügt, die in der mittigen Radialebene 53 ausgehend von dem Zentralabschnitt 54 nach außen von der zentralen Hauptachse 6 weg ragen. Entsprechend der bevorzugten Anzahl von vier Montageflächen 46 weist der Ventilträger 43 des Ausführungsbeispiels insgesamt vier solcher Tragarme 55 auf. Jede Montagefläche 46 ist an der dem Zentralabschnitt 54 entgegengesetzten und somit auch von der mittigen Hauptachse 6 abgewandten äußeren Stirnseite 56 des zugeordneten Tragarmes 55 ausgebildet.
Beispielhaft ist der Ventilträger 43 so strukturiert, dass die vier Tragarme 55 paarweise in jeweils einer V-Konfiguration angeordnet sind und vom Zentralabschnitt 54 weg nach radial außen hin divergieren. Der Ventilträger 43 verfügt somit über ein aus zwei Tragarmen 55 bestehendes erstes Tragarmpaar 57 und ein aus zwei weiteren Tragarmen 55 bestehendes zweites Tragarmpaar 58, die sich ausgehend von dem Zentralabschnitt 54 auf einander entgegengesetzten Seiten einer Mittelebene 59 erstrecken, die von der Längsachse 49 und einer dazu rechtwinkeligen Radialachse aufgespannt ist.
Zwischen den zum gleichen Tragarmpaar 57, 58 gehörenden Tragarmen 55 ist jeweils ein Zwischenraum 62 ausgebildet, der zur Vorderfläche 47, zur Rückfläche 48 und radial außen offen ist.
Im Innern des Ventilträgers 43 ist ein Fluidkanalsystem ausgebildet, das zur besseren Unterscheidung als Steuerkanalsystem 63 bezeichnet wird und über das die Steuerventileinheiten 36 in einer bestimmten Zuordnung ständig an die beiden Antriebskammern 24, 25 des Drehantriebes 5 angeschlossen sind.
Ein ebenfalls in dem Ventilträger 43 ausgebildetes, als Belüftungskanalsystem 64 bezeichnetes Fluidkanalsystem 64 verbindet die Steuerventilanordnung 35 ständig mit einem an der peripheren Mantelfläche 50 ausgebildeten Belüftungsanschluss 66. Ferner ist in dem Ventilträger 43 ein als Entlüftungskanalsystem 65 bezeichnetes Fluidkanalsystem ausgebildet, das die Steuerventilanordnung 35 mit einem ebenfalls an der peripheren Mantelfläche 50 vorgesehenen Entlüftungsanschluss 67 ständig verbindet.
Bei zweien der Steuerventileinheiten 36 handelt es sich um Belüftungs-Steuerventileinheiten 36a, wobei nur diese beiden Belüftungs-Steuerventileinheiten 36a an das Belüftungskanalsystem 64 angeschlossen sind. Bei zwei weiteren Steuerventileinheiten 36 handelt es sich um Entlüftungs-Steuerventileinheiten 36b, wobei nur diese beiden Entlüftungs-Steuerventileinheiten 36b an das Entlüftungskanalsystem 65 angeschlossen sind.
Das Steuerkanalsystem 63 mündet zur seiner Verbindung mit den beiden Arbeitskammern 24, 25 über einen ersten Arbeitsanschluss 75 und eine zweiten Arbeitsanschluss 76 an der Vorderfläche 47 des Ventilträgers 43 aus, wobei der jeweilige Mündungsbereich 77 so angeordnet und/oder ausgestaltet ist, dass der erste Arbeitsanschluss 75 mit der äußeren Kanalmündung 26b des ersten Gehäusekanals 19 und der zweite Arbeitsanschluss 76 mit der äußeren Kanalmündung 26b des zweiten Gehäusekanals 20 des Antriebsgehäuses 7 kommuniziert. Beispielhaft sind die Mündungsbereiche 77 als Langlöcher ausgeführt.
Das Steuerkanalsystem 63 hat zwei Steuerkanalsystemabschnitte 78, 79, die im Folgenden auch als erster und zweiter Steuerkanalsystemabschnitt 78, 79 bezeichnet werden und die gesondert voneinander ausgebildet sind, also nicht miteinander in Fluidverbindung stehen. Der erste Arbeitsanschluss 75 gehört zu dem ersten Steuerkanalsystemabschnitt 78, der zweite Arbeitsanschluss 76 gehört zu dem zweiten Steuerkanalsystemabschnitt 79.
Jeder der beiden Steuerkanalsystemabschnitte 78, 79 des Steuerkanalsystems 63 hat einen ersten äußeren Kanalendabschnitt 78a, 79a und einen zweiten äußeren Kanalendabschnitt 78b, 79b. Jeder erste äußere Kanalendabschnitt 78a, 79a mündet zu einer der mit einer Belüftungs-Steuerventileinheit 36a bestückten Montageflächen 46 aus, während jeder zweite äußere Kanalendabschnitt 78b, 79b zu einer der mit einer Entlüftungs-Steuerventileinheit 36b bestückten Montageflächen 46 ausmündet.
Die zum gleichen Steuerkanalsystemabschnitt 78, 79 gehörenden ersten und zweiten äußeren Kanalendabschnitte 78a, 78b bzw. 79a, 79b sind im Innern des Ventilträgers 43 jeweils durch einen eigenen Verbindungskanalabschnitt 78c, 79c miteinander verbunden, wobei der eine Verbindungskanalabschnitt 78c mit einem als erster Arbeitskanal 78d bezeichneten weiteren Kanalabschnitt des ersten Steuerkanalabschnittes 78 und der andere Verbindungskanalabschnitt 79c mit einem als zweiter Arbeitskanal 79d bezeichneten weiteren Kanalabschnitt des zweiten Steuerkanalsystemabschnittes 80 verbunden ist. Die beiden Arbeitskanäle 78d, 79d münden jeweils an der als Vorderfläche 47 bezeichneten vorderen Stirnfläche des Ventilträgers 43 aus, und zwar der erste Arbeitskanal 78d mit dem ersten Arbeitsanschluss 75 und der zweite Arbeitskanal 79d mit dem zweiten Arbeitsanschluss 76.
Somit ist jeder Arbeitsanschluss 75, 76 unabhängig vom jeweils anderen Arbeitsanschluss 75, 76 ständig an sowohl eine Belüftungs-Steuerventileinheit 36a als auch eine Entlüftungs-Steuerventileinheit 36b fluidisch angeschlossen.
Die beiden Verbindungskanalabschnitte 78c, 79c erstrecken sich in dem Ventilträger 43 jeweils zweckmäßigerweise in der Längsrichtung 49. Sie sind insbesondere durch Sacklochbohrungen gebildet, die am offenen Ende durch ein Verschlusselement 83, beispielsweise eine Schraube oder eine Kugel, dicht verschlossen sind.
Das Belüftungskanalsystem 64 hat zwei äußere Kanalendabschnitte 64a, die jeweils zu einer der beiden mit einer der Belüftungs-Steuerventileinheiten 36a bestückten Montageflächen 46 ausmünden und die andererseits gemeinsam an einen als Belüftungskanal 64b bezeichneten weiteren Kanalabschnitt des Belüftungskanalsystems 64 angeschlossen sind, der zu dem Belüftungsanschluss 66 führt.
Das Entlüftungskanalsystem 65 hat zwei äußere Kanalendabschnitte 65a, die jeweils zu einer mit einer der Entlüftungs-Steuerventileinheiten 36b bestückten Montageflächen 46 ausmünden und die andererseits gemeinsam an einen als Entlüftungskanal 65b bezeichneten weiteren Kanalabschnitt des Entlüftungskanalsystems 65 angeschlossen sind, der zu dem Entlüftungsanschluss 67 führt.
Jede Montagefläche 46 hat eine Flächennormale 81. Eine Flächennormale 81 ist eine zur Ausdehnungsebene der betreffenden Montagefläche 46 senkrecht stehende Gerade. Die Montageflächen 46 sind nun insbesondere derart geneigt, dass jede Flächennormale 81 in einem von 90 Grad abweichenden Winkel bezüglich der Mittelebene 59 ausgerichtet ist. Bezogen auf eine zu der Mittelebene 59 senkrechte weitere Mittelebene 60, die sich entlang der mittigen Hauptachse 6 erstreckt und die rechtwinkelig zu der erstgenannten Mittelebene 59 verläuft, ist jede Flächennormale 81 zweckmäßigerweise unter einem spitzen Winkel angeordnet.
Jede Montagefläche 46 erstreckt sich zweckmäßigerweise in einer in 6 strichpunktiert angedeuteten Montageebene 46a. Zweckmäßigerweise sind die jeweils zum gleichen Tragarmpaar 57, 58 gehörenden Montageflächen 46 so geneigt, dass ihre Montageebenen 46a stumpfwinkelig zueinander verlaufen. An der von der mittigen Hauptachse 6 radial abgewandten Seite schließen die beiden zum gleichen Tragarmpaar 57, 58 gehörenden Montageebenen 46a bevorzugt einen Winkel von größer 180 Grad ein.
Gemäß 6 hat jede Montagefläche 46 eine in der Umfangsrichtung der mittigen Hauptachse 6 gemessene Breite. Zweckmäßigerweise sind die Montageflächen 46 so ausgerichtet, dass solche Flächennormalen 81, die den Bereich der Breitenmitte der Montageflächen 46 schneiden, in einem Abstand radial au-ßen an der zentralen Durchbrechung 44 des Ventilträgers 43 vorbeilaufen.
Durch die illustrierte und beschriebene Neigung der Montageflächen 46 wird vorteilhaft erreicht, dass die Längsachsen 82 sämtlicher äußerer Kanalendabschnitte 78a, 78b, 79a, 79b, 64a, 65a radial außen an der zentralen Durchbrechung 44 vorbeilaufen. Auf diese Weise wird erreicht, dass die vorgenannten äußeren Kanalendabschnitte 78a, 78b, 79a, 79b, 64a, 65a die zentrale Durchbrechung 44 nicht anschneiden.
Die äußeren Kanalendabschnitte 78a, 78b, 79a, 79b, 64a, 65a der diversen Kanalsysteme 63, 64, 65 erstrecken sich zweckmäßigerweise jeweils in einer zu der mittigen Hauptachse 6 beziehungsweise der Längsachse 49 rechtwinkeligen Radialebene.
Der Belüftungskanal 64b und der Entlüftungskanal 65b erstrecken sich in dem Zentralabschnitt 54 quer zu der Längsachse 49, wobei sie die zentrale Durchbrechung 44 an in der Längsrichtung 49 zueinander beabstandeten Stellen nach Art einer Sekante tangential anschneiden. In diesen Bereichen wird der Strömungsweg unter Mithilfe zweier Ringnuten 86, 87 realisiert, die in dem rückseitigen Endabschnitt 17b der Antriebswelle 17 gemäß 5 ausgebildet sind. Eine in diesem rückseitigen Endabschnitt 17b ausgebildete dritte Ringnut 88 dient zur partiellen Begrenzung des zweiten Arbeitskanals 79d, der ebenfalls die zentrale Durchbrechung 44 quer durchsetzt.
Die drei Ringnuten 86, 87, 88 sind durch in dem rückwärtigen Endabschnitt 17b fixierte Dichtungsringe gegeneinander und zur Atmosphäre hin abgedichtet.
Bevorzugt sind in der Antriebswelle 17 zwei sich axial erstreckende Fluiddurchführungskanäle 94 ausgebildet, die zuordnungsrichtig mit jeweils einer der Ringnuten 86, 87, 88 verbunden sind und die außerdem an dem Antriebsabschnitt 17a ausmünden, sodass eine Fluiddurchführung zur Belüftung und Entlüftung, das heißt für Zuluft und Abluft, zu einem an der ersten Befestigungsschnittstelle 28a eventuell angebauten weiteren Armgelenk 3 möglich ist.
Zweckmäßigerweise hat das Belüftungskanalsystem 64 einen mit dem Belüftungskanal 64b kommunizierenden und als erster Druckabgriffskanal 95 bezeichneten Kanalabschnitt, der unter Bildung einer ersten Druckabgriffsöffnung 90 zur peripheren Mantelfläche 50 ausmündet. Der erster Druckabgriffskanal 95 erstreckt sich insbesondere in koaxialer Verlängerung des Belüftungskanals 64b. Zweckmäßigerweise hat in vergleichbarer Weise das Entlüftungskanalsystem 65 einen mit dem Entlüftungskanal 65b kommunizierenden und als zweiter Druckabgriffskanal 96 bezeichneten Kanalabschnitt, der unter Bildung einer zweiten Druckabgriffsöffnung 91 ebenfalls an der peripheren Mantelfläche 50 des Ventilträgers 43 ausmündet. Der zweite Druckabgriffskanal 96 erstreckt sich insbesondere in koaxialer Verlängerung des Entlüftungskanals 65b. Im Bereich jeder der beiden Druckabgriffsöffnungen 90, 91 ist an der peripheren Mantelfläche 50 einer von zwei Drucksensoren 90a, 91a montiert, die eine Druckerfassung ermöglichen und die bevorzugt in nicht weiter illustrierter Weise zur Verarbeitung der Drucksignale an die interne elektronische Steuereinheit 72 angeschlossen sind. Auf diese Weise können sowohl der Versorgungsdruck als auch der Abluftdruck erfasst und verarbeitet werden.
Beide Druckabgriffskanäle 95, 96 sind in ihrer Gesamtheit in dem als einstückiger Körper realisierten Ventilträger 43 ausgebildet.
Jede Steuerventileinheit 36 ist an der zugeordneten Montagefläche 46 bevorzugt durch eine oder mehrere Befestigungsschrauben fixiert, die in Gewindebohrungen 92 des Ventilträgers 43 eingeschraubt sind. Jede Steuerventileinheit 36 hat mehrere interne Ventilkanäle, die an einer der Montagefläche 46 zugewandten Außenfläche der Steuerventileinheit 36 ausmünden und an jeweils einen der an der Montagefläche 46 ausmündenden äußeren Kanalendabschnitte 78a, 78b, 79a, 79b, 64a, 65a angeschlossen sind.
Jede Steuerventileinheit 36 hat zweckmäßigerweise eine Längsgestalt und ist gemäß beispielsweise den 1, 2 und 4 so ausgerichtet montiert, dass ihre Längsachse 93 parallel zu der mittigen Hauptachse 6 verläuft. Jede Steuerventileinheit 36 ragt zweckmäßigerweise zur Vorderseite 9 hin über den Ventilträger 43 hinaus und flankiert somit auch das Antriebsgehäuse 7 im Bereich seines Außenumfanges.
Die Steuerventileinheiten 36 sind nicht zwingend, aber bevorzugt als elektrisch ansteuerbare Piezoventileinheiten ausgebildet. Dies trifft auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zu. Mit Hilfe von Piezoventileinheiten lässt sich besonders präzise eine proportionale Ansteuerung des Drehantriebes 5 bewerkstelligen.
Durch die beiden jeweils an den gleichen Steuerkanalsystemabschnitt 78, 79 angeschlossenen Belüftungs-Steuerventileinheiten und Entlüftungs-Steuerventileinheiten 36a, 36b kann die angeschlossene Antriebskammer 24, 25 des Drehantriebes 5 jeweils wahlweise mit Druckluft versorgt oder druckmäßig entlastet oder von sowohl der Druckquelle als auch der Drucksenke abgetrennt werden. Dies ermöglicht die gewünschte Betätigungsweise des Drehantriebes 5.
Jede Steuerventileinheit 36 hat zweckmäßigerweise die Funktionalität eines 2/2-Wegeventils. Jede Steuerventileinheit 36 kann demnach wahlweise in eine einen maximalen Strömungsquerschnitt freigebende Offenstellung oder in eine einen Fluiddurchtritt verhindernde Schließstellung geschaltet werden. Bei einer bevorzugten Bauform als Proportionalventil besteht zudem die Möglichkeit zur Einstellung von Zwischenstellungen mit freien Strömungsquerschnitten, die geringer sind als in der den maximalen Strömungsquerschnitt freigebende Offenstellung.
Die beiden Verbindungskanalabschnitte 78c, 79c erstrecken sich in dem Ventilträger 43 jeweils zweckmäßigerweise in der Längsrichtung 49. Sie sind insbesondere durch Sacklochbohrungen gebildet, die am offenen Ende durch ein Verschlusselement 83, beispielsweise eine Schraube oder eine Kugel, dicht verschlossen sind.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102018205637 A1 [0003]
DE 102010013617 B4 [0004]

Claims

Drehantriebsvorrichtung, mit einem fluidbetätigten Drehantrieb (5), der ein Antriebsgehäuse (7) und eine diesbezüglich durch gesteuerte Fluidbeaufschlagung mindestens eines in dem Antriebsgehäuse (7) angeordneten Schwenkkolbens (23) um eine mittige Hauptachse (6) des Drehantriebes (5) verdrehbare Antriebseinheit (22) aufweist, wobei eine mit dem Schwenkkolben (23) verbundene, zu der mittigen Hauptachse (6) koaxiale Antriebswelle (17) der Antriebseinheit (22) aus dem Antriebsgehäuse (7) herausragt, mit einem an einer axialen Rückseite des Antriebsgehäuses (7) angebrachten Ventilträger (43), an dem mehrere elektrisch betätigbare Steuerventileinheiten (36) einer Steuerventilanordnung (35) um die mittige Hauptachse (6) herum verteilt montiert sind und in dem ein Steuerkanalsystem (63) ausgebildet ist, über das die Steuerventilanordnung (35) an zwei in dem Antriebsgehäuse (7) durch den Schwenkkolben (23) voneinander abgetrennte erste und zweite Antriebskammern (24, 25) des Drehantriebes (5) fluidisch angeschlossen ist, sodass eine Fluidbeaufschlagung der beiden Antriebskammern (24, 25) zum Verdrehen und rotativen Positionieren der Antriebseinheit (22) relativ zum Antriebsgehäuse (7) steuerbar ist, wobei in dem Ventilträger (43) ferner ein die Steuerventilanordnung (35) mit einem zur Fluideinspeisung vorgesehenen Belüftungsanschluss (66) verbindendes Belüftungskanalsystem (64) und ein die Steuerventilanordnung (35) mit einem zur Fluidabfuhr vorgesehenen Entlüftungsanschluss (67) verbindendes Entlüftungskanalsystem (65) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilträger (43) ein einstückiger Körper ist, in dem sowohl das Steuerkanalsystem (63) als auch das Belüftungskanalsystem (64) und das Entlüftungskanalsystem (65) ausgebildet sind, wobei die Steuerventileinheiten (36) an von der mittigen Hauptachse (6) abgewandten Montageflächen (46) montiert sind, die an einer sich um die mittige Hauptachse (6) herum erstreckenden peripheren Mantelfläche (50) des Ventilträgers (43) ausgebildet sind.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuerventileinheit (36) an einer individuell für sie vorgesehenen eigenen Montagefläche (46) an der peripheren Mantelfläche (50) des Ventilträgers (43) montiert ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jede Montagefläche (46) eine in der Umfangsrichtung der mittigen Hauptachse (6) gemessene Breite hat, wobei jede Montagefläche (46) derart geneigt ist, dass eine die Breitenmitte der Montagefläche (46) schneidende Flächennormale (81) der Montagefläche (46) mit Abstand radial außen an einer zu der mittigen Hauptachse (6) koaxialen zentralen Durchbrechung (44) des Ventilträgers (43) vorbeiläuft, durch die sich ein rückseitiger Endabschnitt (17b) der Antriebswelle (17) hindurch erstreckt.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass zu jeder Montagefläche (46) des Ventilträgers (43) ein eigener äußerer Kanalendabschnitt (78a, 78b, 79a, 79b) des Steuerkanalsystems (63) sowie ein äußerer Kanalendabschnitt (64a, 65a) des Belüftungskanalsystem (64) oder des Entlüftungskanalsystems (65) ausmündet, wobei alle diese äußeren Kanalendabschnitte (78a, 78b, 79a, 79b, 64a, 65a) eine lineare Erstreckung senkrecht zur zugeordneten Montagefläche (46) haben und die Montageflächen (46) so ausgerichtet sind, dass die Längsachsen (82) der äu-ßeren Kanalendabschnitte (78a, 78b, 79a, 79b, 64a, 65a) radial außen an einer zu der mittigen Hauptachse (6) koaxialen zentralen Durchbrechung (44) des Ventilträgers (43) vorbeilaufen, durch die sich ein rückseitiger Endabschnitt (17b) der Antriebswelle (17) hindurch erstreckt.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass jeder äußere Kanalendabschnitt (78a, 78b, 79a, 79b) des Steuerkanalsystems (63) mit einem von zwei Arbeitskanälen (78d, 79d) des Steuerkanalsystems (63) verbunden ist, die an einer dem Antriebsgehäuse (7) zugewandten Vorderfläche (47) des Ventilträgers (43) zur Verbindung mit einer der beiden Antriebskammern (24, 25) des Drehantriebes (5) ausmünden.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die äußeren Kanalendabschnitte (78a, 78b, 79a, 79b) des Steuerkanalsystems (63) jeweils paarweise durch einen Verbindungskanalabschnitt (78c, 79c) des Steuerkanalsystems (63) miteinander verbunden sind, wobei zwei solcher Verbindungskanalabschnitte (78c, 79c) vorhanden sind und jeder dieser beiden Verbindungskanalabschnitte (78c, 79c) mit einem der beiden Arbeitskanäle (78d, 79d) verbunden ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungskanalsystem (64) und das Entlüftungskanalsystem (65) jeweils zwei zu unterschiedlichen Montageflächen (46) führende äußere Kanalendabschnitte (64a, 65a) hat, wobei die beiden äußere Kanalendabschnitte (64a) des Belüftungskanalsystems (64) mit einem zum Belüftungsanschluss (66) führenden Belüftungskanal (64b) des Belüftungskanalsystems (64) und die beiden äußere Kanalendabschnitte (65a) des Entlüftungskanalsystems (65) mit einem zum Entlüftungsanschluss (67) führenden Entlüftungskanal (65b) des Entlüftungskanalsystems (65) verbunden sind.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerventilanordnung (35) vier gesonderte Steuerventileinheiten (36) hat, von denen jede Steuerventileinheit (36) an einer eigenen Montagefläche (46) des Ventilträgers (43) montiert ist, wobei zwei der Steuerventileinheiten (36) als an das Belüftungskanalsystem (64) angeschlossene Belüftungs-Steuerventileinheiten (36a) und zwei weitere der Steuerventileinheiten (36) als an das Entlüftungskanalsystem (65) angeschlossene Entlüftungs-Steuerventileinheiten (36b) ausgebildet sind.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuerventileinheit (36) als eine elektrisch ansteuerbare Piezoventileinheit ausgebildet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jede Steuerventileinheit (36) eine Längsgestalt hat und so ausgerichtet ist, dass ihre Längsachse (93) parallel zu der mittigen Hauptachse (6) verläuft.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilträger (43) einen von der mittigen Hauptachse (6) durchsetzten Zentralabschnitt (54) hat, von dem mehrere Tragarme (55) in einer zu der mittigen Hauptachse (6) rechtwinkeligen Radialebene (53) nach außen ragen, die jeweils an ihrer dem Zentralabschnitt (54) entgegengesetzten äußeren Stirnseite (56) eine der mit einer Steuerventileinheit (36) bestückten Montageflächen (46) aufweisen.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilträger (43) zwei Tragarmpaare (57, 58) aus jeweils zwei in einer V-Konfiguration angeordneten und mit zunehmender Entfernung von dem Zentralabschnitt relativ zueinander divergierenden Tragarmen (55) hat.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebswelle (17) an einer dem Ventilträger (43) entgegengesetzten axialen Vorderseite des Drehantriebes (5) mit einem einen Kraftabgriff ermöglichenden Antriebsabschnitt (17a) aus dem Antriebsgehäuse (7) herausragt.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Drehantrieb (5) axial abgewandten Rückseite des Ventilträgers (43) eine mit der Steuerventilanordnung (35) zu deren Ansteuerung elektrisch verbundene elektronische Steuereinheit (72) der Drehantriebsvorrichtung (4) angeordnet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass an der dem Drehantrieb (5) axial abgewandten Rückseite des Ventilträgers (43) ein zur Erfassung des Drehwinkels der Antriebseinheit (22) ausgebildeter Encoder der Drehantriebsvorrichtung (4) angeordnet ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungskanalsystem (64) einen in dem einstückigen Ventilträger (43) ausgebildeten ersten Druckabgriffskanal (95) aufweist, der über eine erste Druckabgriffsöffnung (90) zur peripheren Mantelfläche (50) des Ventilträgers (43) ausmündet, wobei zweckmäßigerweise im Bereich der ersten Druckabgriffsöffnung (90) an der peripheren Mantelfläche (50) ein Drucksensor (90a) montiert ist.
Drehantriebsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungskanalsystem (65) einen in dem einstückigen Ventilträger (43) ausgebildeten zweiten Druckabgriffskanal (96) aufweist, der über eine zweite Druckabgriffsöffnung (91) zur peripheren Mantelfläche (50) des Ventilträgers (43) ausmündet, wobei zweckmäßigerweise im Bereich der zweiten Druckabgriffsöffnung (91) an der peripheren Mantelfläche (50) ein Drucksensor (90b) montiert ist.
Roboterarm eines Roboters, mit mindestens zwei mittels eines Armgelenkes (3) in relativ zueinander verschwenkbarer Weise miteinander verbundenen Armgliedern (2a, 2b), dadurch gekennzeichnet, dass das Armgelenk (3) von einer Drehantriebsvorrichtung (4) nach einem der Ansprüche 1 bis 17 gebildet ist, wobei die Antriebseinheit (22) und das Antriebsgehäuse (7) des fluidbetätigten Drehantriebes (5) jeweils eine Befestigungsschnittstelle (28a, 28b) zur Befestigung eines der Armglieder (2a, 2b) des Roboterarmes (1) aufweisen.