DE102021200795A1

DE102021200795A1 - Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter

Info

Publication number: DE102021200795A1
Application number: DE102021200795.3A
Authority: DE
Inventors: Sven Doll
Original assignee: Dr Doll Eng GmbH; Dr Doll Engineering GmbH
Current assignee: Dr Doll Eng GmbH; Dr Doll Engineering GmbH
Priority date: 2021-01-28
Filing date: 2021-01-28
Publication date: 2022-07-28
Also published as: WO2022161910A1; EP4284605A1

Abstract

Eine derartige Schutzvorrichtung mit wenigstens einem Schutzelement, das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit, die mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden und zum Steuern des Industrieroboters in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Schutzelement eine elektrisch leitfähige Unterschale und eine in Dickenrichtung beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale aufweist, die elastisch nachgiebig und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist, ist bekannt.
Erfindungsgemäß ist die Oberschale mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur einstückig zusammenhängend mit der Unterschale verbunden, wobei die Oberschale schichtweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet mit der Füllstruktur verbunden ist, und wobei die Füllstruktur schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet mit der Unterschale verbunden ist.
Einsatz bei einem Industrieroboter.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter, mit wenigstens einem Schutzelement, das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und mit einer Steuereinheit, die mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden und zum Steuern des Industrieroboters in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements eingerichtet ist, wobei das wenigstens eine Schutzelement eine elektrisch leitfähige Unterschale und eine in Dickenrichtung beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale aufweist, die elastisch nachgiebig und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist.
Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der DE 10 2017 218 229 A1 bekannt und als Sicherheitsausstattung für einen kollaborierenden Industrieroboter vorgesehen. Als kollaborierende Industrieroboter werden im industriellen Bereich eingesetzte Roboter bezeichnet, die mit einer Person in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammenarbeiten. Dabei wird üblicherweise auf physische Abschirmungen, wie beispielsweise Zäune, Absperrgitter oder dergleichen, zwischen der Person und dem Roboter verzichtet. Mangels einer solchen Abschirmung kann es grundsätzlich zu einer Kollision zwischen dem Roboter und der Person kommen, beispielsweise wenn diese unkoordiniert in einen Verschwenkbereich des Roboters eingreift. Um Personenschäden zu vermeiden und eine ausreichende Arbeitssicherheit zu gewährleisten, sind Schutzvorrichtungen erforderlich, die eine solche Kollision detektieren, um beispielsweise eine Notabschaltung des Roboters zu ermöglichen. Die bekannte Schutzvorrichtung weist wenigstens ein Schutzelement auf, das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist. Zudem ist eine Steuereinheit vorgesehen, die mit dem Schutzelement verbunden und zum Steuern des Industrieroboters in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements eingerichtet ist. Das bekannte Schutzelement weist eine Unterschale und eine Oberschale auf. Sowohl die Oberschale als auch die Unterschale sind elektrisch leitfähig. Die Oberschale gibt bei einer Kollision elastisch nach und ist auf diese Weise mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar. Bei der bekannten Schutzvorrichtung ist das Schutzelement mittels Thermoformens gefertigt.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die einen gegenüber dem Stand der Technik vereinfachten Aufbau aufweist und eine vereinfachte sowie besonders flexible Herstellung ermöglicht.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass die Oberschale mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur einstückig zusammenhängend mit der Unterschale verbunden ist, wobei die Oberschale schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet mit der Füllstruktur verbunden ist, und wobei die Füllstruktur schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet mit der Unterschale verbunden ist. Durch die einstückige Ausbildung des Schutzelements wird ein besonders einfacher Aufbau erreicht. Gleichzeitig ermöglicht die additive Ausbildung wenigstens der Oberschale und der Füllstruktur eine besonders einfache und flexible Herstellung. Zudem erlaubt die erfindungsgemäße Lösung eine einfache konstruktive Spezifikation der zur elektrischen Kontaktierung erforderlichen Druckkraft. Die Unterschale kann formstabil ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Unterschale elastisch nachgiebig. Die Unterschale ist vorzugsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff gefertigt. Eine schichtweise additive Fertigung der Unterschale bietet besondere Vorteile, ist aber nicht unbedingt erforderlich. Alternativ zu einer solchen additiven Fertigung kann die Unterschale aus einer Plattenware oder aus einem Schaumstoff gefertigt sein. Die Füllstruktur ist in Dickenrichtung zwischen der Unterschale und der Oberschale angeordnet und schichtweise additiv ausgebildet. Die Füllstruktur ist vorzugsweise auf der Unterschale abgestützt oder umgekehrt. Die Füllstruktur ist unter Einwirkung der besagten Druckkraft, d.h. im Fall einer Kollision, gemeinsam mit der Oberschale elastisch nachgiebig. Vorzugsweise überdeckt die Füllstruktur lediglich abschnittsweise eine Innenseite der Unterschale und/oder eine Innenseite der Oberschale. Demnach bildet die Füllstruktur nicht etwa eine geschlossene Isolationsschicht zwischen der Unter- und der Oberschale aus. Durch die lediglich abschnittsweise Aufbringung und/oder Überdeckung ist die Oberschale unter Einwirkung der Druckkraft trotz der elektrisch isolierenden Eigenschaften der Füllstruktur elektrisch mit der Unterschale kontaktierbar. Die Füllstruktur ist vorzugsweise gitter-, waben-, wellen-, maschen- und/oder netzartig gestaltet. Die Füllstruktur ist wenigstens schicht- und/oder abschnittsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet. Hierfür geeignet sind insbesondere weiche Thermoplaste und/oder Elastomere. Die Oberschale ist vorzugsweise auf der Füllstruktur abgestützt oder umgekehrt. Die Oberschale ist ebenfalls schichtweise additiv aus Kunststoff ausgebildet. Im Unterschied zu der Füllstruktur ist die Oberschale wenigstens schicht- und/oder abschnittsweise aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet. Hierfür kann der Kunststoff der Oberschale einen elektrisch leitfähigen Zuschlagsstoff aufweisen, wie beispielsweise Graphit, Metallpartikel oder dergleichen. Zur additiven Ausbildung der Füllstruktur und der Oberschale kommt ein hierfür geeignetes 3D-Druckverfahren zum Einsatz. Anders ausgedrückt ist die Füllstruktur mittels 3D-Druck auf die Unterschale aufgedruckt und die Oberschale ist mittels 3D-Druck auf die Füllstruktur aufgedruckt. Selbstverständlich kann auch ein hierzu „umgekehrter“ Druckvorgang vorgesehen sein. Zudem ist grundsätzlich ein „schräger“ Druckvorgang möglich, bei welchem die Oberschale und die Füllstruktur schräg zur Dickenrichtung, insbesondere unter Ausbildung eines Spalts in Dickenrichtung voneinander beabstandet, additiv ausgebildet werden. Als geeignete Verfahren sind insbesondere Filament-3D-Druckverfahren zu nennen, die insbesondere unter den Bezeichnungen „Fused Deposition Modeling“ oder „Fused Filament Fabrication“ grundsätzlich bekannt sind. Durch die additive Ausbildung wenigstens der Füllstruktur und der Oberschale wird die besagte Einstückigkeit des Schutzelements erreicht. Neben der bereits erwähnten besonders einfachen und flexiblen Herstellung ergeben sich hierdurch besondere sicherheitstechnische Vorteile gegenüber einer mehrteiligen Ausbildung des Schutzelements. Die Steuereinheit ist mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden und zur Abgabe wenigstens eines Steuersignals in Abhängigkeit des elektrischen Kontaktzustands des wenigstens einen Schutzelements eingerichtet. Beispielsweise kann die Steuereinheit zum Steuern, insbesondere Abschalten, einer Bewegung des Industrieroboters in Abhängigkeit des elektrischen Kontaktzustands eingerichtet sein. Die Steuereinheit kann drahtgebunden oder drahtlos mit dem wenigstens einen Schutzelement verbunden sein. Das wenigstens eine Schutzelement ist vorzugsweise plattenförmig ausgebildet und kann eine beliebige Grundform aufweisen.
Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders bevorzugter Weise für einen Industrieroboter in Gestalt eines Gelenkarmroboters. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch für sonstige ortsfeste Einrichtungen, bewegliche Handhabungsgeräte, selbstfahrende Flurförderfahrzeuge oder dergleichen verwendet werden.
In Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterschale schichtweise additiv aus Kunststoff ausgebildet. Hierdurch kann eine weiter vereinfachte und besonders flexible Herstellung erreicht werden. Durch die additive Ausbildung der Unterschale kann deren Gestaltung auf besonders einfache Weise an eine Oberflächenkontur des jeweiligen Außenwandabschnitts des Industrieroboters angepasst werden. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung ist vorzugsweise das gesamte Schutzelement einstückig mittels 3D-Druck gefertigt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterschale elastisch nachgiebig. Hierdurch kann ein vollflächiger Kontakt der Unterschale mit dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters erreicht werden. Dies gewährleistet eine funktionsgerechte Kraftübertragung im Falle einer Kollision, so dass die Oberschale im Kollisionsfall besonders zuverlässig mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. Zudem ermöglicht die nachgiebige Gestaltung ein gewisses Nachlaufen des Industrieroboters, so dass bspw. eine geringfügig zeitverzögerte Abschaltung im Kollisionsfall ausgeglichen und ein „harter“ Aufprall vermieden werden können.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens die Oberschale und die Füllstruktur aus gleichartigen Kunststoffen ausgebildet. Gleichartig meint, dass die verwendeten Kunststoffe eine weitgehend übereinstimmende, vorzugsweise identische, chemische Zusammensetzung aufweisen und sich lediglich im Hinblick auf ihre elektrische Leitfähigkeit unterscheiden. Hierdurch kann eine besonders hoch beanspruchbare stoffschlüssige Verbindung und/oder Haftung zwischen der Füllstruktur und der Oberschale erreicht und ein unbeabsichtigtes Ablösen der Oberschale vermieden werden. Vorzugsweise ist zusätzlich die Unterschale aus einem gleichartigen Kunststoff ausgebildet. Hierdurch kann eine vorteilhafte Verbindung zwischen der Unterschale und der Füllstruktur erreicht werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind wenigstens die Oberschale und die Füllstruktur jeweils aus einem thermoplastischen Elastomer, insbesondere auf Urethanbasis, ausgebildet. Die Erfinder haben erkannt, dass diese Werkstoffwahl besondere Vorteile bietet. Für thermoplastische Elastomere ist die Abkürzung TPE geläufig.TPE auf Urethanbasis wird üblicherweise mit der Abkürzung TPU bezeichnet. Vorzugsweise ist zusätzlich die Unterschale aus TPE, insbesondere TPU, ausgebildet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist der Kunststoff der Oberschale und/oder der Kunststoff der Füllstruktur eine Shorehärte zwischen 35 Shore-A und 100 Shore-A, bevorzugt 85 Shore-A, auf. Durch die Wahl der Shorehärte des jeweiligen Kunststoffs kann die elastische Nachgiebigkeit der Oberschale bzw. der Füllstruktur beeinflusst werden. Dies beeinflusst wiederum die zur elektrischen Kontaktierung erforderliche Druckkraft. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Shorehärte zwischen 35 Shore-A und 100 Shore-A für den vorliegenden Anwendungsfall Vorteile bietet. Besonders vorteilhaft ist eine Shorehärte von 85 Shore-A.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberschale und/oder die Unterschale eine Gesamtdicke zwischen 0,4 mm und 1,0 mm, bevorzugt von 0,6 mm, auf. Durch die Wahl der Gesamtdicke der Oberschale kann die zur elektrischen Kontaktierung erforderliche Druckkraft beeinflusst werden. Eine Gesamtdicke zwischen 0,4 mm und 1,0 mm ermöglicht eine elastische Nachgiebigkeit der Oberschale bei bereits vergleichsweise geringen Druckkräften. Hierdurch kann eine Kollision besonders zuverlässig detektiert werden. Bei einer entsprechenden Gesamtdicke der Unterschale kann diese auf besonders vorteilhafte Weise an eine Oberflächenkontur des besagten Außenwandabschnitts angepasst werden. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Gesamtdicke von 0,6 mm besondere Vorteile bietet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Füllstruktur als Gyroidstruktur ausgebildet, die eine Vielzahl von wellenförmig erstreckten Stegen aufweist, wobei die Stege unter Ausbildung einer Vielzahl von zwischen der Unterschale und der Oberschale erstreckten Aussparungen voneinander beabstandet angeordnet sind. Gyroidstrukturen sind jedenfalls im Bereich der Mathematik bekannt. Dabei bietet die Ausbildung der Füllstruktur als Gyroidstruktur vorliegend besondere Vorteile, Insbesondere kann die Füllstruktur als Gyroidstruktur besonders materialsparend additiv gefertigt werden. Zudem weist die Gyroidstruktur eine richtungsunabhängige Nachgiebigkeit auf. Im Falle einer Kollision kann die hierbei auftretende Druckkraft unterschiedliche Wirkrichtungen aufweisen. Da die Gyroidstruktur eine richtungsunabhängige Nachgiebigkeit aufweist, kann die Oberschale weitestgehend unabhängig von der Wirkrichtung der Druckkraft deformiert und somit stets zuverlässig mit der Unterschale elektrisch kontaktiert werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Stege jeweils eine Stegbreite zwischen 0,2 mm und 1,0 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, besonders zwischen 0,2 mm und 0,4 mm, auf. Eine zu dünne Bemessung der Stegbreite kann zu einer nicht ausreichenden Stabilität der Füllstruktur führen. Dementgegen kann eine zu dicke Bemessung der Stegbreite dazu führen, dass die Füllstruktur nicht ausreichend elastisch nachgiebig ist. Die vorgenannten Wertebereiche für die Stegbreite haben sich als vorteilhaft erwiesen. Die Erfinder haben erkannt, dass eine Stegbreite zwischen 0,2 mm und 0,4 mm eine hinreichende Stabilität und gleichzeitig eine ausreichende elastische Nachgiebigkeit gestattet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Aussparungen jeweils eine auf die Unterschale projizierte Grundfläche zwischen 0,5 cm² und 2,0 cm², bevorzugt von 1,0 cm², auf. Die Aussparungen der Gyroidstruktur gewährleisten, dass die Oberschale im Kollisionsfall mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. Zu kleine Aussparungen können dazu führen, dass der elektrische Kontakt nicht oder jedenfalls nicht zuverlässig herstellbar ist. Zu große Aussparungen können dazu führen, dass die Oberschale nicht hinreichend abgestützt ist. Der vorbeschriebene Wertebereich zwischen 0,5 cm² und 2,0 cm² bietet diesbezüglich einen vorteilhaften Kompromiss. Eine Grundfläche von 1,0 cm² wurde erfinderseitig als Optimum erkannt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterschale ein additiv ausgebildetes erstes Kontaktelement auf, und die Oberschale weist ein additiv ausgebildetes zweites Kontaktelement auf. Die Kontaktelemente sind jeweils zur wenigstens mittelbaren elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Steuereinheit vorgesehen. Durch die additive Ausbildung des jeweiligen Kontaktelements kann auf eine gesonderte Anbringung separater Kontaktelemente verzichtet werden. Hierdurch kann eine möglichst geringe Bauteilanzahl, insbesondere eine einstückige Ausbildung, des Schutzelements beibehalten werden. Hierdurch wird zum einen die Herstellung weiter vereinfacht. Zum anderen wird durch die möglichst geringe Bauteilanzahl, insbesondere Einstückigkeit, ein geringeres Ausfallrisiko des Schutzelements und damit einhergehend ein hohes Sicherheitsniveau der Schutzvorrichtung erreicht. Die Kontaktelemente sind vorzugsweise jeweils zum Ausbilden einer Steckverbindung mit einem komplementären Kontaktelement ausgebildet. Dementsprechend können die Kontaktelemente jeweils beispielsweise als stiftförmiges Steckelement oder als Steckaufnahme gestaltet sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberschale eine Durchgangsöffnung auf, durch welche das erste Kontaktelement in Dickenrichtung über eine Außenseite der Oberschale aufragt, wobei das zweite Kontaktelement in Dickenrichtung von der Außenseite der Oberschale abragt. Die Außenseite der Oberschale kann entweder die Unterseite oder die Oberseite der Oberschale sein. Vorzugsweise ist die Außenseite die Oberseite. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht, dass das wenigstens eine Schutzelement ausgehend von einer gemeinsamen Seite, vorzugsweise der Oberseite der Oberschale, elektrisch mit der Steuereinheit verbindbar ist. Hierzu sind sowohl das erste Kontaktelement als auch das zweite Kontaktelement auf einer gemeinsamen Seite der Oberschale angeordnet. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterschale eine Durchgangsöffnung auf, durch welche das zweite Kontaktelement in Dickenrichtung über eine Außenseite der Unterschale aufragt, wobei das erste Kontaktelement in Dickenrichtung von der Außenseite der Unterschale abragt. In anderen Worten erfolgt die Kontaktierung bei dieser Ausgestaltung vorzugsweise ausgehend von einer Unterseite und insoweit ausgehend von dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist die Unterschale wenigstens ein additiv ausgebildetes Formschlusselement auf, das in Dickenrichtung von einer Unterseite der Unterschale abragt und zur formschlüssigen Verbindung mit einer komplementär ausgebildeten Formschlussöffnung vorgesehen ist. Das Formschlusselement kann insbesondere als Rast-, Steck- oder Schnappelement ausgebildet sein. Die komplementäre Formschlussöffnung kann unmittelbar an dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters ausgebildet sein. Alternativ kann die komplementäre Formschlussöffnung an einem fest mit dem Außenwandabschnitt verbundenen Zwischenelement ausgebildet sein, das in Dickenrichtung zwischen dem Außenwandabschnitt und dem wenigstens einen Schutzelement angeordnet ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht ein werkzeugloses Aufbringen des Schutzelements. Vorzugsweise wirkt das wenigstens eine Formschlusselement lösbar mit der komplementären Formschlussöffnung zusammen, so dass das Schutzelement erforderlichenfalls einfach und kostengünstig ausgetauscht werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das wenigstens eine Schutzelement plattenförmig ausgebildet und weist eine rechteckige Grundform oder eine dreieckige Grundform auf. Durch die plattenförmige Ausbildung kann Bauraum eingespart und eine möglichst schlanke Silhouette des Industrieroboters beibehalten werden. Sofern mehrere Schutzelemente vorgesehen sind, ermöglicht die rechteckige oder dreieckige Grundform eine möglichst vollflächige Abdeckung der kollisionsträchtigen Außenwandbereiche des Industrieroboters.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind mehrere Schutzelemente vorgesehen und mittels randseitig angeordneter und additiv ausgebildeter Scharnierabschnitte einstückig zusammenhängend und scharnierbeweglich miteinander verbunden. Die mehreren Schutzelemente bilden demnach ein einstückiges, mattenförmiges Gebilde aus. Die Scharnierabschnitte ermöglichen eine Relativbeweglichkeit zwischen den einzelnen Schutzelementen, so dass das mattenförmige Gebilde auf einfache Weise an eine Oberflächenkontur des abzudeckenden Außenwandabschnitts anpassbar ist. Die Scharnierabschnitte sind ebenfalls additiv ausgebildet. Die Scharnierabschnitte sind vorzugsweise aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff gefertigt. Vorzugsweise sind die Scharnierabschnitte jeweils als Filmscharnier gestaltet. In Kombination mit dieser Ausgestaltung der Erfindung hat sich eine dreieckige Grundform der Schutzelemente als besonders vorteilhaft erwiesen.
Die Erfindung betrifft zudem einen Industrieroboter, insbesondere Gelenkarmroboter, mit einer Schutzvorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung.
Die Erfindung betrifft zudem ein Schutzelement für eine Schutzvorrichtung gemäß der vorhergehenden Beschreibung, aufweisend eine elektrisch leitfähige Unterschale und eine in Dickenrichtung beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale, die elastisch nachgiebig gestaltet und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale elektrisch kontaktierbar ist. Erfindungsgemäß ist die Oberschale mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur einstückig zusammenhängend mit der Unterschale verbunden, wobei die Oberschale schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet mit der Füllstruktur verbunden ist, und wobei die Füllstruktur schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet mit der Unterschale verbunden ist. Zu mit der erfindungsgemäßen Lösung einhergehenden Vorteilen wird auf die Beschreibung der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung verwiesen. Das dort Gesagte gilt sinngemäß für das erfindungsgemäße Schutzelement. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Schutzelements ergeben sich sinngemäß aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 15, wobei ergänzend auf die diesbezügliche Beschreibung in Zusammenhang mit den Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung verwiesen wird.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

1 zeigt in schematisch stark vereinfachter Darstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Industrieroboters, der mit einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung versehen ist,
2 in schematischer Perspektivdarstellung eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements der Schutzvorrichtung nach 1,
3 einen abschnittsweisen Längsschnitt des Schutzelements nach 2 unter zeichnerischer Ausblendung einer Füllstruktur,
4 eine vergrößerte, perspektivische Detaildarstellung des Schutzelements nach den 2 und 3 im Bereich zweier Kontaktelemente,
5 eine schematische Aufsicht des Schutzelements nach den 2 bis 4 unter zeichnerischer Ausblendung einer Oberschale und in Blickrichtung auf die Füllstruktur,
6, 7 Varianten des Schutzelements mit unterschiedlich spezifizierten Füllstrukturen, jeweils in einer Ansicht entsprechend 5,
8 in schematischer Perspektivdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements,
9 eine aus mehreren einstückig und scharnierbeweglich miteinander verbundenen Schutzelementen gebildete Anordnung in einer schematischen Seitenansicht,
10 eine schematische Perspektivdarstellung der Anordnung nach 9, wobei die Schutzelemente relativ zueinander scharnierbeweglich verlagert sind,
11 in schematischer Aufsicht eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements mit einer dreieckigen Grundform,
12 das Schutzelement nach 11 unter zeichnerischer Ausblendung einer Oberschale,
13 eine aus mehreren einstückig und scharnierbeweglich miteinander verbundenen Schutzelementen nach 11 gebildete Anordnung und
14 eine weitere aus mehreren dreieckigen Schutzelementen gebildete Anordnung.

Gemäß 1 ist ein Industrieroboter 1 in Form eines Gelenkarmroboters zum automatisierten Ausführen nicht näher bezeichneter Fertigungs- und/oder Handhabungsschritte in einer industriellen Fertigung vorgesehen. Der Industrieroboter 1 ist schematisch stark vereinfacht dargestellt und weist einen solchen grundsätzlich bekannten Aufbau mit mehreren relativ zueinander gelenkbeweglichen Gelenkarmen 2, 3, 4 und einem endseitig des Gelenkarms 4 angeordneten Manipulator 5 auf. Der Manipulator 5 ist mittels einer gelenkbeweglichen Relativverlagerung der Gelenkarme 2, 3, 4 innerhalb eines Arbeitsraums A verlagerbar. Da der grundsätzliche Aufbau und die Funktionsweise des Industrieroboters 1 als solche bekannt sind, kann auf weitere diesbezügliche Erläuterungen verzichtet werden.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Industrieroboter 1 zur Zusammenarbeit mit einer in dem Arbeitsbereich A befindlichen Person P vorgesehen und kann insoweit auch als kollaborierender Industrieroboter bezeichnet werden. Die Person P ist bei der gezeigten Ausführungsform nicht durch physische Abschirmung, wie Zäune, Absperrgitter oder dergleichen von dem Industrieroboter 1 abgeschirmt. Mangels einer solchen Abschirmung besteht grundsätzlich eine Kollisionsgefahr zwischen der Person P und dem Industrieroboter 1, beispielsweise bei einem unkoordinierten Eingriff der Person P in den Arbeitsbereich A oder bei einer fehlerhaften Bewegung der Gelenkarme 2, 3, 4. Bei einer solchen Kollision kann die Person P Schaden nehmen.
Um Personenschäden entgegenzuwirken, weist der Industrieroboter 1 eine Schutzvorrichtung 6 auf. Die Schutzvorrichtung 6 weist bei der gezeigten Ausführungsform mehrere Schutzelemente 7 und eine Steuereinheit 8 auf. Die Schutzelemente 7 und die Steuereinheit 8 sind anhand 1 lediglich schematisch dargestellt. Insbesondere die anhand 1 gezeigte Anzahl der Schutzelemente 7 und deren Anordnung an dem Gelenkarm 3 sind als rein exemplarisch zu erachten. Bei zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen können mehr oder weniger Schutzelemente vorgesehen und an anderen oder zusätzlichen Bereichen des Industrieroboters 1 angeordnet sein.
Die mehreren Schutzelemente 7 sind hinsichtlich ihrer Gestaltung und Funktionsweise identisch, so dass zur Vermeidung von Wiederholungen nachfolgend insbesondere anhand der 2 bis 5 lediglich auf ein einzelnes der Schutzelemente 7 eingegangen wird.
Das Schutzelement 7 (2) ist zum Aufbringen auf einen beliebigen Außenwandabschnitt des Industrieroboters 1, beispielsweise im Bereich der Gelenkarme 2, 3, 4, vorgesehen. Dessen ungeachtet kann das Schutzelement 7 auch abseits der anhand 1 gezeigten Verwendung für einen Industrieroboter eingesetzt werden, beispielsweise für sonstige industrielle Handhabungseinrichtungen, autonome Flurförderfahrzeuge oder dergleichen.
Das Schutzelement 7 weist eine elektrisch leitfähige Unterschale 9 und eine in Dickenrichtung D beabstandet angeordnete Oberschale 10 auf. Die Oberschale 10 ist ebenfalls elektrisch leitfähig. Zudem ist die Oberschale 10 elastisch nachgiebig und hierdurch unter Einwirkung einer Druckkraft, wie sie beispielsweise bei einer Kollision des Gelenkarms 3 mit der Person P auftreten kann, mit der Unterschale 9 elektrisch kontaktierbar. Die Oberschale 10 ist mittels einer Füllstruktur 11, die im Detail anhand 5 ersichtlich und in 3 zeichnerisch ausgeblendet ist, einstückig zusammenhängend mit der Unterschale 9 verbunden. Die Füllstruktur 11 ist ebenfalls elastisch nachgiebig und im Unterschied zu der Unterschale 9 und der Oberschale 10 elektrisch isolierend. Die Füllstruktur 11 ist additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff K1 auf die Unterschale 9 aufgebracht. Die Oberschale 10 ist additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff K2 ausgebildet auf die Füllstruktur 11 aufgebracht. Die Füllstruktur 11 und die Oberschale 10 sind mittels eines hierfür geeigneten 3D-Druckverfahrens ausgebildet. Als geeignete Verfahren sind insbesondere Filament-3D-Druckverfahren zu nennen, die auch unter den Abkürzungen FDM (Fused Deposition Modeling) und FFF (Fused Filament Fabrication) geläufig sind. Mit anderen Worten ausgedrückt, ist die Füllstruktur 11 mittels 3D-Druck auf die Unterschale 9 aufgedruckt und die Oberschale 10 ist mittels 3D-Druck auf die Füllstruktur 11 aufgedruckt.
Als Werkstoff für die Füllstruktur 11 eignen sich grundsätzlich sämtliche druckbaren und elektrisch isolierenden Kunststoffwerkstoffe. Als Werkstoff für die Oberschale 10 eignen sich grundsätzlich sämtliche druckbaren und elektrisch leitfähigen Kunststoffwerkstoffe. Um einen vorteilhaften Stoffschluss zwischen der Oberschale 10 und der Füllstruktur 11 zu ermöglichen, sind die verwendeten Kunststoffe K1, K2 bei der gezeigten Ausführungsform im weitesten Sinne gleichartig. Dabei meint „gleichartig“ im Hinblick auf die gezeigte Ausführungsform, dass die Kunststoffe K1, K2 eine identische chemische Grundstruktur aufweisen, wobei der Kunststoff K2 im Unterschied zu dem Kunststoff K1 einen Zuschlagstoff mit elektrischer Leitfähigkeit aufweist. Hierdurch wird eine besonders gute Haftung und/oder ein besonders guter Stoffschluss erreicht. Als Zuschlagstoff ist in erster Linie Graphit zu nennen. Denkbar sind zudem Metallpartikel oder dergleichen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist der Kunststoff K1 der Füllstruktur 11 ein thermoplastischer Elastomer auf Urethanbasis, der auch unter der Abkürzung TPU geläufig ist. Der Kunststoff K2 der Oberschale 10 ist ein elektrisch leitfähiger thermoplastischer Elastomer auf Urethanbasis TPU'. Die besagten Kunststoffwerkstoffe haben sich als vorteilhaft im Hinblick auf ihre elastischen Eigenschaften einerseits und ihre Druckbarkeit andererseits erwiesen.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist die Unterschale 9 ebenfalls schichtweise additiv aus einem Kunststoff K3 ausgebildet und zudem elastisch nachgiebig. Eine solche Ausführung der Unterschale 9 ist vorteilhaft, aber nicht zwingend erforderlich. Alternativ kann die Unterschale formstabil gestaltet sein. Weiter alternativ oder zusätzlich kann die Unterschale aus einer Plattenware oder einem Schaumwerkstoff gebildet sein.
Vorliegend handelt es sich bei dem Kunststoff K3 der Unterschale ebenfalls um einen elektrisch leitfähigen thermoplastischen Elastomer auf Urethanbasis TPU'.
Die Füllstruktur 11 (5) ist bei der gezeigten Ausführungsform als Gyroidstruktur G ausgebildet. Gyroidstrukturen sind jedenfalls im Bereich der Mathematik als solche bekannt. Im mathematischen Sinne kann eine Gyroidstruktur bzw. ein Gyroid als eine unendlich verbundene, dreifach periodische minimale Oberfläche definiert werden. Vereinfacht ausgedrückt weist die Gyroidstruktur G eine Vielzahl von wellenförmig erstreckten Stegen 12 auf. Die Stege 12 sind unter Ausbildung einer Vielzahl von zwischen der Unterschale 9 und der Oberschale 10 erstreckten Aussparungen 13 voneinander beabstandet angeordnet (5).
Bei zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsformen weist die Füllstruktur eine gitter-, netz-, maschen- und/oder wabenförmige Gestalt auf.
Die Füllstruktur 11 ist unter Einwirkung einer kollisionsbedingten Druckkraft gemeinsam mit der Oberschale 10 elastisch nachgiebig deformierbar. Dabei ist der elektrische Kontakt zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 jedenfalls im Bereich der Aussparungen 13 der Gyroidstruktur G möglich.
Bei der anhand 5 gezeigten Ausführungsform nimmt die Gyroidstruktur G in etwa 5 % eines zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 ausgebildeten Volumens ein. Insoweit kann auch von einem Füllgrad von 5 % gesprochen werden. Wie anhand der 6 und 7 gezeigt ist, sind unterschiedliche Füllgrade möglich. Bei der Variante gemäß 6 weist die Füllstruktur 11' einen Füllgrad von 8 % auf. Die anhand 7 gezeigte Füllstruktur 11" weist einen Füllgrad von 12 % auf. Beide Füllstrukturen 11', 11" sind wiederum als Gyroidstruktur ausgebildet.
Um eine funktionsgerechte elektrische Kontaktierbarkeit zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 im Kollisionsfall zu ermöglichen, sollten die Aussparungen 13 weder zu klein noch zu groß sein. Dies unabhängig von dem jeweils gewählten Füllgrad. Für die vorliegend gezeigte Anwendung im Bereich des Industrieroboters 1 hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn eine jeweils auf die Unterschale 9 projizierte Grundfläche F der Aussparungen 13 zwischen 0,5 cm² und 2,0 cm² beträgt. Bei der anhand 5 gezeigten Ausführungsform beträgt die Grundfläche F jeweils in etwa 1,0 cm². Hierdurch kann einerseits gewährleistet werden, dass die Oberschale hinreichend auf der Füllstruktur 11 abgestützt ist. Andererseits ist eine ausreichend örtlich aufgelöste Kollisionsdetektion gewährleistet.
Die periodisch längserstreckten bzw. wellenförmigen Stege 12 der Gyroidstruktur G weisen vorliegend eine Stegbreite B zwischen 0,2 mm und 1,0 mm auf. Als besonders vorteilhaft hat sich eine Stegbreite von in etwa 0,6 mm erwiesen.
Zur elektrisch leitfähigen Anbindung an die Steuereinheit 8 weist das Schutzelement 7 ein erstes Kontaktelement 14 und ein zweites Kontaktelement 15 auf. Die Kontaktelemente 14, 15 sind bei der gezeigten Ausführungsform jeweils additiv ausgebildet und insoweit Bestandteil der Unterschale 9 bzw. der Oberschale 10. Mit anderen Worten ausgedrückt, werden die Kontaktelemente 14, 15 beim Drucken der Unterschale 9 und/oder der Oberschale 10 gleichsam „mitgedruckt“. Das zweite Kontaktelement 15 ragt in Dickenrichtung D von einer Außenseite 101 der Oberschale 10 auf. Das erste Kontaktelement ragt in Dickenrichtung von einer Innenseite 92 der Unterschale 9 auf und ist durch eine Durchgangsöffnung 103 der Oberschale 10 längserstreckt. Dabei ragt das erste Kontaktelement 15 in Dickenrichtung D über die Außenseite 101 der Oberschale 10.
Eine solche Anordnung der Kontaktelemente 14, 15 ist vorteilhaft, aber nicht zwingend. Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform können die Kontaktelemente zu unterschiedlichen Seiten des Schutzelements abragen oder beide in Richtung einer Außenseite 91 der Unterschale 9 orientiert sein. Die vorliegende Anordnung der Kontaktelemente 14, 15 in Richtung der Außenseite 101 der Oberschale 10 ist insbesondere im Hinblick auf eine leichte manuelle Zugänglichkeit vorteilhaft.
Die besagte Verbindung zwischen der Steuereinheit 8 und dem Schutzelement 7 ist in 1 lediglich schematisch mittels der dort ersichtlichen durchbrochenen Linie angedeutet. Die Steuereinheit 8 ist bei der gezeigten Ausführungsform zur Notabschaltung des Industrieroboters 1 in Abhängigkeit des elektrischen Kontaktzustands zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 der Schutzelemente 7 bzw. der Schutzelemente eingerichtet. Vereinfacht ausgedrückt, wirkt das Schutzelement 7 als eine Art Schalter in einem zur Notabschaltung des Industrieroboters 1 eingerichteten Stromkreis.
Um eine ungewollte elektrische Kontaktierung zu vermeiden, weist die Oberschale 10 bei der gezeigten Ausführungsform einen Isolierabschnitt 104 im Bereich der Durchgangsöffnung 103 auf. Der Isolierabschnitt 104 umschließt das erste Kontaktelement 14 in Umfangsrichtung ringförmig und ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, vorliegend TPU, ausgebildet. Bei einer zeichnerisch nicht dargestellten Ausführungsform wird eine ungewollte elektrische Kontaktierung durch ein ausreichendes Übermaß der Durchgangsöffnung 103 im Vergleich zu einem Durchmesser des ersten Kontaktelements 14 erreicht.
Bei der gezeigten Ausführungsform weist das Schutzelement 7 eine plattenförmige Gestalt mit rechteckiger Grundform auf. Dabei sind die Unterschale 9 und die Oberschale 10 parallel zueinander flächig erstreckt. Sowohl die Unterschale 9 als auch die Oberschale 10 sind im Vergleich zu den übrigen Abmessungen des Schutzelements dünnwandig gestaltet. Eine Gesamtdicke T1 der Unterschale 9 beträgt vorliegend 0,5 mm. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, wenn sich die Gesamtdicke T1 zwischen 0,4 mm und 1,0 mm bewegt. Entsprechendes gilt für eine Gesamtdicke T2 der Oberschale 10. Diese beträgt bei der gezeigten Ausführungsform ebenfalls 0,5 mm. Eine Gesamtdicke T3 der Füllstruktur 11 beträgt bei der gezeigten Ausführungsform das Drei- bis Vierfache der Gesamtdicke T1. Vorliegend sind sowohl die Unterschale 9 als auch die Oberschale 10 eben ausgebildet. Dabei ist die Außenseite 101 der Oberschale 10 parallel zu einer Innenseite 102 orientiert. Dementsprechend ist eine Außenseite 91 der Unterschale 9 parallel zu der Innenseite 92 orientiert.
Bei der gezeigten Ausführungsform ist das Schutzelement 7 in Umfangsrichtung randseitig geschlossen. Zu diesem Zweck ist ein randseitiger, in Umfangsrichtung umlaufender Randabschnitt 16 vorgesehen und zwischen der Unterschale 9 und der Oberschale 10 ausgebildet. Der Randabschnitt 16 ist aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff ausgebildet und ebenfalls additiv gefertigt. Demnach wird der Randabschnitt 16 beim Druckvorgang der übrigen Abschnitte des Schutzelements 7 gleichsam „mitgedruckt“. Der Randabschnitt ist quer zur Dickenrichtung D orientiert. Vorliegend ist der Randabschnitt 16 in einem Winkel von in etwa 45° schräg zu der Dickenrichtung D längserstreckt. Diese schräge Orientierung unterstützt eine funktionsgerechte Kontaktierung zwischen der Oberschale 10 und der Unterschale 9 im Kollisionsfall.
Im Übrigen versteht sich, dass nicht zwingend die gesamte Unterschale 9 und die gesamte Oberschale 10 elektrisch leitfähig ausgebildet sein müssen. Stattdessen ist es ausreichend, wenn die Unterschale 9 wenigstens im Bereich ihrer Innenseite 92 und die Oberschale 10 wenigstens im Bereich ihrer Innenseite 102 elektrisch leitfähig ausgebildet ist. Durch die schichtweise additive Fertigung sowohl der Unterschale 9 als auch der Oberschale 10 ist dies fertigungsseitig ohne weiteres umsetzbar. Beispielsweise können innenliegende Schichten im Bereich der Innenseiten 92, 102 aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff ausgebildet sein. In Richtung der jeweiligen Außenseite 91, 101 liegende Schichten können hingegen aus einem elektrisch nicht leitfähigen Kunststoff ausgebildet sein.
Anhand 8 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements 7a gezeigt. Das Schutzelement 7a weist eine Gestaltung und Funktionsweise auf, die im Wesentlichen identisch mit dem Schutzelement 7 nach den 2 bis 5 ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird deshalb lediglich auf wesentliche Unterschiede des Schutzelements 7a gegenüber dem Schutzelement 7 eingegangen. Im Übrigen gilt das zu dem Schutzelement 7 Offenbarte sinngemäß auch für das Schutzelement 7a.
Im Unterschied zu dem Schutzelement 7 weist das Schutzelement 7a zwei additiv ausgebildete Formschlusselemente 17a auf. Die Formschlusselemente 17 sind im Bereich der Unterschale 9 ausgebildet und ragen in Dickenrichtung von einer Außenseite 91 der Unterschale 9 ab. Die Formschlusselemente 17 sind jeweils zur formschlüssigen Verbindung mit einer komplementär ausgebildeten Formschlussöffnung vorgesehen. Die besagten Formschlussöffnungen können beispielsweise unmittelbar an den Gelenkarmen 2, 3, 4 des Industrieroboters 1 ausgebildet oder an einem fest mit den Gelenkarmen 2, 3, 4 verbundenen Bauteil vorgesehen sein. Hierdurch kann das Schutzelement 7a auf besonders einfache Weise montiert, demontiert und bei Bedarf ausgetauscht werden. Die Formschlusselemente 17a sind in Haupterstreckungsrichtung des Schutzelements 7a voneinander beabstandet und symmetrisch in Bezug auf gedachte Mittellängs- und Mittelquerebenen des Schutzelements 7a ausgerichtet. Die Formschlusselemente 17a weisen vorliegend jeweils eine Pilzkopfform auf.
Weiter im Unterschied zu dem Schutzelement 7 ragen die Kontaktelemente 14a, 15a bei dem Schutzelement 7a in Richtung der Außenseite 91a der Unterschale auf. Hierzu alternativ kann aber auch eine Ausrichtung wie in 4 gezeigt vorgesehen sein.
Anhand der 9 und 10 ist eine aus mehreren Schutzelementen 7 gebildete Anordnung 70 gezeigt. Die Anordnung 70 weist bei der gezeigten Ausführungsform genau zwei Schutzelemente 7 auf, was jedoch nicht zwingend ist. Bei zeichnerisch nicht gezeigten Ausführungsformen kann die Anordnung 70 deutlich mehr als zwei, beispielsweise vier, sechs, acht, zehn oder ein entsprechendes Vielfaches an Schutzelementen aufweisen. Die Schutzelemente 7 der Anordnung 70 sind mittels eines randseitig angeordneten und additiv ausgebildeten Scharnierabschnitts 71 einstückig zusammenhängend und relativ zueinander scharnierbeweglich miteinander verbunden. Der Scharnierabschnitt 71 ist vorliegend aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff, beispielsweise TPU, gefertigt. Die Schutzelemente 7 sind mittels des Scharnierabschnitts 70 fest und einstückig miteinander verbunden und gleichzeitig relativ zueinander um eine durch den Scharnierabschnitt 71 gebildete, gedachte Schwenkachse S (10) schwenkbeweglich. Hierdurch kann die Anordnung 70 auf einfache Weise an eine mittels der Schutzelemente 7 zu bedeckende Außenkontur, beispielsweise die Außenkontur der Gelenkarme 2, 3, 4, angepasst werden. Gleichzeitig kann durch die einstückig zusammenhängende Ausbildung auf einfache Weise eine möglichst großflächige Abdeckung erreicht werden.
Die 11 und 12 zeigen eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements 7b. Das Schutzelement 7b weist mit Ausnahme seiner dreieckigen Grundform eine zu dem Schutzelement 7 identische Gestaltung und Funktionsweise auf, so dass diesbezügliche Erläuterungen entbehrlich sind. Zwischen der Unterschale 9b und der Oberschale 10b ist wiederum eine Füllstruktur 11b angeordnet. Diese ist in Übereinstimmung mit dem Schutzelement 7 als Gyroidstruktur G ausgebildet. Die dreieckige Grundform ist vorliegend gleichschenklig gestaltet, so dass zwischen den Seitenkanten des Schutzelements 7b ein Eckwinkel von jeweils 60° eingeschlossen ist.
13 zeigt eine aus einer Vielzahl von Schutzelementen 7b gebildete Anordnung 70b. Die Schutzelemente 7b der Anordnung 70b sind mittels randseitig angeordneter und additiv ausgebildeter Scharnierabschnitte 71b einstückig zusammenhängend und scharnierbeweglich miteinander verbunden. Im Übrigen gilt das zu der Anordnung 70 Gesagte sinngemäß auch für die Anordnung 70b.
14 zeigt eine weitere Anordnung 70b', die aus mehreren ringförmig angeordneten Schutzelementen 7b gebildet ist. Die Anordnung 70b' verdeutlicht, dass die einstückig zusammenhängende und scharnierbewegliche Gestaltung eine einfache und möglichst vollflächige Bedeckung nahezu beliebig geformter Oberflächenkonturen ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017218229 A1 [0002]

Claims

Schutzvorrichtung (6) für einen Industrieroboter (1), mit - wenigstens einem Schutzelement (7, 7a, 7b), das zum Aufbringen auf einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters (1) vorgesehen ist, und mit - einer Steuereinheit (8), die mit dem wenigstens einen Schutzelement (7, 7a, 7b) verbunden und zum Steuern des Industrieroboters (1) in Abhängigkeit eines elektrischen Kontaktzustands des Schutzelements (7, 7a, 7b) eingerichtet ist, - wobei das wenigstens eine Schutzelement (7, 7a, 7b) eine elektrisch leitfähige Unterschale (9, 9a, 9b) und eine in Dickenrichtung (D) beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale (10, 10a, 10b) aufweist, die elastisch nachgiebig und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale (9, 9a, 9b) elektrisch kontaktierbar ist, - dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10, 10a, 10b) mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) einstückig zusammenhängend mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist, wobei die Oberschale (10, 10a, 10b) schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (K2) ausgebildet mit der Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) verbunden ist, und wobei die Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff (K1) ausgebildet mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist.
Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9, 9a, 9b) schichtweise additiv aus Kunststoff (K3) ausgebildet ist.
Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9, 9a, 9b) elastisch nachgiebig ist.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberschale (10, 10a, 10b) und die Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) aus gleichartigen Kunststoffen (K2, K1) ausgebildet sind.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens die Oberschale (10, 10a, 10b) und die Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) jeweils aus einem thermoplastischen Elastomer (TPU', TPU), insbesondere auf Urethanbasis, ausgebildet sind.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff (K2) der Oberschale (10, 10a, 10b) und/oder der Kunststoff (K1) der Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) eine Shorehärte zwischen 35 Shore-A und 100 Shore-A, bevorzugt 85 Shore-A, aufweist.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10, 10a, 10b) und/oder die Unterschale (9, 9a, 9b) eine Gesamtdicke (T1, T2) zwischen 0,4 mm und 1,0 mm, bevorzugt 0,6 mm, aufweist.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) als Gyroidstruktur (G) ausgebildet ist, die eine Vielzahl von wellenförmig erstreckten Stegen (12) aufweist, wobei die Stege (12) unter Ausbildung einer Vielzahl von zwischen der Unterschale (9, 9a, 9b) und der Oberschale (10, 10a, 10b) erstreckten Aussparungen (13) voneinander beabstandet angeordnet sind.
Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Stege (12) jeweils eine Stegbreite (B) zwischen 0,2 mm und 1,0 mm, bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,6 mm, besonders bevorzugt zwischen 0,2 mm und 0,4 mm, aufweisen.
Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Aussparungen (13) jeweils eine auf die Unterschale (9, 9a, 9b) projizierte Grundfläche (F) zwischen 0,5 cm² und 2,0 cm², bevorzugt von 1,0 cm², aufweisen.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9, 9a, 9b) ein additiv ausgebildetes erstes Kontaktelement (14) aufweist, und dass die Oberschale (10, 10a, 10b) ein additiv ausgebildetes zweites Kontaktelement (15) aufweist.
Schutzvorrichtung (6) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10) eine Durchgangsöffnung (103) aufweist, durch welche das erste Kontaktelement (14) in Dickenrichtung (D) über eine Außenseite (101) der Oberschale (10) aufragt, wobei das zweite Kontaktelement (15) in Dickenrichtung (D) von der Außenseite (101) der Oberschale (10) abragt.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale (9a, 9b) wenigstens ein additiv ausgebildetes Formschlusselement (17a, 17b) aufweist, das in Dickenrichtung (D) von einer Unterseite (91a, 91b) der Unterschale (9a, 9b) abragt und zur formschlüssigen Verbindung mit einer komplementär ausgebildeten Formschlussöffnung vorgesehen ist.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Schutzelement (7, 7a, 7b) plattenförmig ausgebildet ist und eine rechteckige Grundform oder eine dreieckige Grundform aufweist.
Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Schutzelemente (7, 7a, 7b) vorgesehen und mittels randseitig angeordneter und additiv ausgebildeter Scharnierabschnitte (71, 71b) einstückig zusammenhängend und scharnierbeweglich miteinander verbunden sind.
Industrieroboter (1), insbesondere Gelenkarmroboter, mit einer Schutzvorrichtung (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Schutzelement (7, 7a, 7b) für eine Schutzvorrichtung (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, aufweisend eine elektrisch leitfähige Unterschale (9, 9a, 9b) und eine in Dickenrichtung (D) beabstandet angeordnete und elektrisch leitfähige Oberschale (10, 10a, 10b), die elastisch nachgiebig gestaltet und unter Einwirkung einer Druckkraft mit der Unterschale (9, 9a, 9b) elektrisch kontaktierbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (10, 10a, 10b) mittels einer elektrisch isolierenden und elastisch nachgiebigen Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) einstückig zusammenhängend mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist, wobei die Oberschale (10, 10a, 10b) schichtweise additiv aus einem elektrisch leitfähigen Kunststoff (K2) ausgebildet mit der Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) verbunden ist, und wobei die Füllstruktur (11, 11', 11", 11b) schichtweise additiv aus einem elektrisch isolierenden Kunststoff (K1) ausgebildet mit der Unterschale (9, 9a, 9b) verbunden ist.