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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsvorrichtung für einen Roboter,
- - mit einer zur Anbringung an einem ersten Roboterelement ausgebildeten Inneneinheit und einer zur Anbringung an einem zweiten Roboterelement ausgebildeten Außeneinheit,
- - wobei die Inneneinheit und die Außeneinheit koaxial zu einer zentralen Vorrichtungshauptachse angeordnet und um die Vorrichtungshauptachse als Drehachse zur Ermöglichung einer Sicherheitsdrehbewegung relativ zueinander verdrehbar sind,
- - wobei die Außeneinheit die Inneneinheit radial außen umschließt und mehrere in einer Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse um die Vorrichtungshauptachse herum verteilt angeordnete Kopplungsvertiefungen aufweist, in die jeweils einer von mehreren um die Vorrichtungshauptachse herum verteilt angeordneten Kopplungsvorsprüngen der Inneneinheit eingreift, die an einem Grundkörper der Inneneinheit angeordnet sind,
- - wobei jede Kopplungsvertiefung von einer Vertiefungsgrundfläche begrenzt ist, gegen die der ihr zugeordnete Kopplungsvorsprung ständig mittels einer Federeinrichtung nachgiebig vorgespannt ist,
- - wobei jede Vertiefungsgrundfläche einen Zentrierflächenabschnitt aufweist, an den der ihr zugeordnete Kopplungsvorsprung in einer zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit vorliegenden rotativen Grundstellung unter Einnahme einer Zentrierposition derart angedrückt ist, dass zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit ein Nenn-Drehmoment übertragbar ist, ohne dass die Inneneinheit und die Außeneinheit relativ zueinander verdreht werden,
- - wobei die Inneneinheit und die Außeneinheit bei Auftreten eines das Nenn-Drehmoment überschreitenden Überlast-Drehmomentes unter Ausführung der Sicherheitsdrehbewegung relativ zueinander aus der Grundstellung in mindestens eine Sicherheitsstellung verdrehbar sind, in der die Kopplungsvorsprünge unter Komprimierung der Federeinrichtung ihre Zentrierposition verlassen haben.
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Die Erfindung betrifft ferner einen Roboter, der über ein erstes Roboterelement und ein zweites Roboterelement verfügt, wobei die beiden Roboterelemente unter Zwischenschaltung einer Sicherheitsvorrichtung miteinander verbunden sind.
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Eine aus der
DE 10 2017 217 882 B4 bekannte Sicherheitsvorrichtung dieser Art fungiert als Kollisionsschutzvorrichtung, die zur Schadenvermeidung bei Robotern infolge von Kollisionen oder Überlastbedingungen vorgesehen ist. Die Sicherheitsvorrichtung ist während ihres Gebrauches zwischen zwei Roboterelemente eingeschaltet, beispielsweise zwischen einen Roboterarm und einen daran fixierten Endeffektor oder zwischen zwei Armgliedern eines Roboterarmes im Bereich eines Armgelenkes. Durch eine Kopplungseinrichtung sind die Inneneinheit und die Außeneinheit derart relativ zueinander unverdrehbar fixiert, dass zwischen ihnen ein Nenn-Drehmoment übertragbar ist, das unter normalen Betriebsbedingungen nicht überschritten wird. Das übertragbare Nenn-Drehmoment resultiert aus einer Federeinrichtung der Kopplungseinrichtung, durch die zur Inneneinheit gehörende Kopplungsvorsprünge in Kopplungsvertiefungen der Außeneinheit hineingedrückt werden. Die durch die Federeinrichtung ausgeübte Vorspannkraft ist ausreichend, um während des bestimmungsgemäßen Gebrauches eines Roboters eine quasi starre Verbindung zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit und folglich zwischen den beiden Roboterelementen zu gewährleisten. Sollte allerdings eine Überlastsituation auftreten, bei der, beispielsweise bedingt durch die Kollision eines der Roboterelemente mit einem externen Objekt, das Nenn-Drehmoment überschritten wird, also ein Überlast-Drehmoment anliegt, können sich Inneneinheit und Außeneinheit unter Komprimierung der Federeinrichtung relativ zueinander in eine als Sicherheitsstellung bezeichenbare Relativposition verdrehen. Die Komprimierung der Federeinrichtung resultiert daraus, dass die Kopplungsvorsprünge an einer entsprechend gestalteten Vertiefungsgrundfläche der zugeordneten Kopplungsvertiefung entlanglaufen. Durch die Nachgiebigkeit bei einer Überlastsituation kann eine Beschädigungsgefahr und/oder Verletzungsgefahr minimiert werden. Bei Bedarf kann das Auftreten einer Überlastsituation zum Anlass genommen werden, ein Not-Aus-Signal für die Steuerung des Roboters hervorzurufen. Die unterhalb des Überlast-Drehmomentes stabile rotative Grundstellung zwischen Inneneinheit und Außeneinheit resultiert daraus, dass die Vertiefungsgrundfläche jeder Kopplungsvertiefung einen Zentrierflächenabschnitt aufweist, an den der zugeordnete Kopplungsvorsprung unter Einnahme einer Zentrierposition angedrückt ist. Die Inneneinheit hat einen Grundkörper, an dem die Kopplungsvorsprünge fest angebracht sind. Die Vertiefungsgrundflächen weisen in der Achsrichtung der Vorrichtungshauptachse, sodass die Sicherheitsdrehbewegung von einer axialen Relativbewegung zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit überlagert ist.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Sicherheitsvorrichtung zu schaffen, die bei einfachem, kompaktem und betriebssicherem Aufbau eine auf einer Überlastsituation basierende Beschädigungsgefahr und/oder Verletzungsgefahr beim Betrieb eines Roboters minimiert.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Sicherheitsvorrichtung der eingangs genannten Art vorgesehen,
- - dass die Kopplungsvorsprünge an dem Grundkörper zur Ermöglichung einer bezüglich der Vorrichtungshauptachse radialen Arbeitsbewegung beweglich angeordnet sind,
- - wobei die Vertiefungsgrundflächen der Kopplungsvertiefungen nach radial innen weisend der Vorrichtungshauptachse zugewandt sind
- - und wobei die Federeinrichtung zwischen dem Grundkörper und den bezüglich des Grundkörpers beweglichen Kopplungsvorsprüngen wirksam ist, um die Kopplungsvorsprünge in bezüglich der Vorrichtungshauptachse radialer Richtung an die Vertiefungsgrundflächen anzudrücken.
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Die Aufgabe wird ferner mittels eines Roboters der eingangs genannten Art gelöst, der eine in dem vorgenannten Sinne ausgebildete Sicherheitsvorrichtung aufweist, wobei die Inneneinheit an dem ersten Roboterelement und die Außeneinheit an dem zweiten Roboterelement befestigt ist.
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Auf diese Weise wird erreicht, dass eine aufgrund einer Überlastsituation auftretende Sicherheitsdrehbewegung zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit keine Veränderung der axialen Relativposition zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit in der Achsrichtung der Vorrichtungshauptachse mit sich bringt. An der Inneneinheit und an der Außeneinheit angebrachte Roboterelemente können somit bei einer Überlastsituation ihre axiale Relativposition beibehalten, sodass die aus einer Überlastsituation resultierenden Auswirkungen auf das Robotersystem sehr gering sind. Eine Sicherheitsdrehbewegung wirkt sich auf die axiale Baulänge der Sicherheitsvorrichtung nicht aus. Verantwortlich dafür ist hauptsächlich die bezüglich der Vorrichtungshauptachse radiale Beweglichkeit der Kopplungsvorsprünge in Verbindung mit einer dahingehenden Ausgestaltung der Kopplungsvertiefungen, dass deren jeweilige Vertiefungsgrundfläche radial orientiert ist und zu der zentralen Vorrichtungshauptachse weist. Die Federeinrichtung wirkt zwischen dem Grundkörper und den Kopplungsvorsprüngen und drückt die Kopplungsvorsprünge ständig relativ zum Grundkörper nach radial außen von der Vorrichtungshauptachse weg gegen die Vertiefungsgrundfläche. Wenn nun eine Sicherheitsdrehbewegung stattfindet, können die Kopplungsvorsprünge entgegen der Federvorspannung durch die jeweils zugeordnete Vertiefungsgrundfläche in Richtung zur Vorrichtungshauptachse verdrängt werden, was mit einem Anstieg der Federkraft verbunden ist. Die dabei von den Kopplungsvorsprüngen relativ zum Grundkörper der Inneneinheit stattfindenden Radialbewegungen sind zur besseren Unterscheidung als radiale Arbeitsbewegungen bezeichnet. Die Vorspannung der Federeinrichtung ist so gewählt, dass die Kopplungsvorsprünge ihre an dem Zentrierflächenabschnitt der Vertiefungsgrundfläche anliegende Zentrierposition konstant beibehalten, solange das zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit auftretende Drehmoment das auf die Vorspannung der Federeinrichtung zurückzuführende Nenn-Drehmoment nicht überschreitet. Die Zentrierpositionen sind vorzugsweise nicht nur durch einen Kraftschluss fixiert, sondern zusätzlich durch einen in der Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse wirksamen Formschluss zwischen einer jeweiligen Kopplungsvertiefung und dem zugeordneten Zentrierflächenabschnitt der Vertiefungsgrundfläche, der im Kontaktbereich mit dem Kopplungsvorsprung insbesondere einen bezüglich der radialen Richtung der Vorrichtungshauptachse geneigten Verlauf hat. Ein Überschreiten des Nenn-Drehmoments hat zur Folge, dass die Inneneinheit und die Außeneinheit aus ihrer relativen Grundstellung in ihre relative Sicherheitsstellung verdreht werden, wobei die Kopplungsvorsprünge ihre mit dem Zentrierflächenabschnitt verspannte Zentrierposition verlassen. Die Kopplungsvorsprünge werden dabei durch die auf sie einwirkende Vertiefungsgrundfläche in Richtung zur Vorrichtungshauptachse verdrängt, wobei sie sich gleichzeitig in der Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse an der Vertiefungsgrundfläche entlangbewegen. Die dabei aufzubringende Verdrängungskraft, die maßgeblich durch die Federsteifigkeit der Federeinrichtung und die Formgebung der Vertiefungsgrundfläche bestimmt ist, definiert das Überlast-Drehmoment, bei dem die Sicherheitsvorrichtung auslöst und die Sicherheitsdrehbewegung initiiert wird. Besonders vorteilhaft ist die Sicherheitsvorrichtung in Verbindung mit Robotern, die für eine Mensch-Maschine-Kollaboration eingesetzt werden. Wenn eines der Roboterelemente bei einer Dreh- oder Schwenkbewegung mit einem Körperteil eines Menschen kollidiert, kann es aufgrund der vorhandenen Sicherheitsvorrichtung nachgeben, sodass die Belastung des Menschen auf ein unbedenkliches Maß reduziert wird. Eine solche Überlastsituation kann bei Bedarf zusätzlich detektiert werden, um flankierende weitere Sicherheitsmaßnahmen zu verlassen, beispielsweise eine sofortige Sicherheitsabschaltung des Roboters.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Bevorzugt sind die Vertiefungsgrundflächen der Kopplungsvertiefungen und die Kopplungsvorsprünge gestaltmäßig derart aneinander angepasst, dass in der Sicherheitsstellung durch den Kontakt zwischen den federbelasteten Kopplungsvorsprüngen und den Vertiefungsgrundflächen ein Rückstelldrehmoment ausgeübt wird, durch das die Inneneinheit und die Außeneinheit aus der Sicherheitsstellung in die Grundstellung zurückdrehbar sind, wenn ein zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit wirksames Drehmoment das Überlastdrehmoment wieder unterschreitet. Dabei verlagern sich die Kopplungsvorsprünge unter neuerlicher Ausführung einer radialen Arbeitsbewegung in ihre ursprüngliche Zentrierposition zurück. Die Inneneinheit und die Außeneinheit kehren also nach Beendigung einer Überlastsituation ohne externe Maßnahmen selbsttätig aus der Sicherheitsstellung in die Gebrauchsstellung zurück und ermöglichen einen sofortigen uneingeschränkten Weiterbetrieb des Roboters.
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Zweckmäßigerweise schließt sich an den Zentrierflächenabschnitt der Vertiefungsgrundfläche jeder Kopplungsvertiefung in der Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse zumindest einseitig ein als Überlastflächenabschnitt bezeichneter Flächenabschnitt der Vertiefungsgrundfläche an. Bei einer ausgehend von der Grundstellung stattfindenden Sicherheitsdrehbewegung verlagert sich ein jeweiliger Kopplungsvorsprung entlang der Vertiefungsgrundfläche vom Zentrierflächenabschnitt auf den Überlastflächenabschnitt, wobei die Position des am Überlastflächenabschnitt anliegenden Kopplungsvorsprunges als Überlastposition des Kopplungsvorsprunges bezeichnet wird. Ein Überlastflächenabschnitt kann sich nur einseitig an den Zentrierflächenabschnitt anschließen, wenn nur bei einer einzigen relativen Drehrichtung zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit ein Auslösen des Sicherheitsmechanismus gewünscht ist. Vorzugsweise schließt sich jedoch an den Zentrierflächenabschnitt beidseits ein Überlastflächenabschnitt an, sodass bei jeder relativen Drehrichtung zwischen Inneneinheit und Außeneinheit ein Auslösen der Sicherheitsvorrichtung möglich ist.
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Bevorzugt ist zwischen dem Zentrierflächenabschnitt und jedem sich daran in der Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse anschließenden Überlastflächenabschnitt ein höckerförmiger Übergangsbereich der Vertiefungsgrundfläche ausgebildet, der vom Kopplungsvorsprung beim Übertritt zwischen der Zentrierposition und einer Überlastposition zu überwinden ist. Dies sorgt für stabile Relativpositionen zwischen den Kopplungsvorsprüngen und der Vertiefungsgrundfläche, sodass dementsprechend auch die Grundstellung und zweckmäßigerweise auch die Sicherheitsstellung unabhängig von geringfügigen Drehmomentschwankungen stabil beibehalten werden.
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Als besonders zweckmäßig wird es angesehen, wenn der Zentrierflächenabschnitt der Vertiefungsgrundfläche jeder Kopplungsvertiefung konkav gewölbt ist. Über eine konkave Wölbung verfügt vorzugsweise auch jeder der optional vorhandenen Überlastflächenabschnitte. Der Krümmungsradius der Kopplungsvertiefung ist am optionalen Überlastflächenabschnitt vorzugsweise größer als am Zentrierflächenabschnitt. Eine konkav gewölbte Formgebung des betreffenden Flächenabschnittes der Vertiefungsgrundfläche sorgt für eine hohe Stabilität der jeweils eingenommenen Relativposition unter Gewährleistung eines sanften Positionswechsels bei Ausführung einer Sicherheitsdrehbewegung.
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Bevorzugt haben die Kopplungsvorsprünge zumindest in ihrem Kontaktbereich mit der zugeordneten Vertiefungsgrundfläche eine konvex gewölbte Formgebung, wobei der Krümmungsradius der konvexen Wölbung zweckmäßigerweise mit dem Krümmungsradius des Zentrierflächenabschnittes der zugeordneten Vertiefungsgrundfläche übereinstimmt. Sofern die Vertiefungsgrundfläche mindestens einen konkav gewölbten Überlastflächenabschnitt aufweist, ist dessen Krümmungsradius zweckmäßigerweise größer als derjenige der konvexen Wölbung des Kopplungsvorsprungs.
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Die Außeneinheit enthält zweckmäßigerweise einen Außenring, an dessen Innenumfang die Kopplungsvertiefungen als Einbuchtungen ausgebildet sind. Zumindest in dem die Einbuchtungen aufweisenden Abschnitt ist der Außenring insbesondere einstückig ausgebildet. Die Einbuchtungen sind in der Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse aufeinanderfolgend am Innenumfang des Außenringes angeordnet. Der Grundkörper der Inneneinheit ist radial außen zumindest entlang einer Teillänge und bevorzugt nur über eine Teillänge hinweg von dem Außenring umschlossen.
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Vorzugsweise enthält jeder Kopplungsvorsprung eine abrollbar an der Vertiefungsgrundfläche anliegende und durch die Federeinrichtung ständig an die Vertiefungsgrundfläche angedrückte Rolle, die als Drückrolle bezeichnet sei. Jede Drückrolle hat eine zur Vorrichtungshauptachse parallele Rollenlängsachse, um die die Drückrolle relativ zum Grundkörper verdrehbar ist. Wenn die Drückrollen beim Umschalten zwischen der Grundstellung und der Sicherheitsstellung ihre Arbeitsbewegung ausführen, um zwischen der Zentrierposition und der mindestens einen Überlastposition zu wechseln, können sie verschleißarm an der Vertiefungsgrundfläche der jeweils zugeordneten Kopplungsvertiefung abrollen. Auf diese Weise ist ein ständiger Kontakt zwischen den Kopplungsvorsprüngen und der Vertiefungsgrundfläche der Kopplungsvertiefungen gewährleistet.
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Zur Ermöglichung der Arbeitsbewegung ist jeder Kopplungsvorsprung zweckmäßigerweise über mindestens ein Lagerungselement in einer bezüglich der Vorrichtungshauptachse radialen Richtung in mindestens einer nach radial außen hin offenen Führungsvertiefung des Grundkörpers der Inneneinheit verschiebbar gelagert. Beispielsweise kann der Kopplungsvorsprung ein stiftförmiges Lagerungselement aufweisen, dessen Längsachse sich bezüglich der Vorrichtungshauptachse radial erstreckt und das in eine bohrungsartige Führungsvertiefung des Grundkörpers der Inneneinheit verschiebbar eintaucht.
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Wenn die Kopplungsvorsprünge über drehbare Drückrollen verfügen, ist es vorteilhaft, zur Realisierung zweier Lagerungselemente eine die Drückrolle koaxial durchsetzende Lagerungswelle vorzusehen, die axial beidseits mit jeweils einem von zwei bolzenartigen Lagerungselementen über die Drückrolle vorsteht. Zweckmäßigerweise ist die Drückrolle über eine Lagereinrichtung, die mindestens ein Wälzlager oder Gleitlager enthält, auf der Lagerungswelle drehbar gelagert. Die Lagerungselemente sind ihrerseits zweckmäßigerweise jeweils in einer nutförmigen Führungsvertiefung des Grundkörpers der Inneneinheit in bezüglich der Vorrichtungshauptachse radialer Richtung verschiebbar gelagert, um die Arbeitsbewegung zu ermöglichen.
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Bei einer alternativen Ausgestaltung sind die beiden bolzenartigen Lagerungselemente jeweils einstückig mit der Drückrolle ausgebildet, wobei es vorteilhaft ist, wenn jeder Kopplungsvorsprung insgesamt einen einstückigen Aufbau hat.
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Der Grundkörper der Inneneinheit ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet. Ein an der Inneneinheit zu fixierendes oder fixiertes erstes Roboterelement kann somit in zentrierter Weise in die Inneneinheit eintauchen. Ein ringförmiger Grundkörper ermöglicht bei Bedarf auch eine komfortable Energiedurchführung durch die Sicherheitsvorrichtung hindurch unter Verwendung von Fluidleitungen und/oder elektrischen Kabeln.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Federeinrichtung, bezogen auf die zentrale Vorrichtungshauptachse, radial zwischen dem Grundkörper der Inneneinheit und den Kopplungsvorsprüngen angeordnet. Auf diese Weise kann die Sicherheitsvorrichtung mit besonders kurzer Baulänge realisiert werden.
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Besonders kompakte Abmessungen sind möglich, wenn sich die Federeinrichtung, insbesondere ausschließlich, radial außen um den Grundkörper der Inneneinheit herum erstreckt.
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Bevorzugt enthält die Federeinrichtung zur Beaufschlagung jedes Kopplungsvorsprunges eine gesonderte Federeinheit. Verglichen mit einer prinzipiell ebenfalls möglichen Ausgestaltung, bei der die Kopplungsvorsprünge von integralen Abschnitten einer einheitlichen Federeinrichtung beaufschlagt sind, erlaubt dies eine voneinander unabhängige Federbeaufschlagung der einzelnen Kopplungsvorsprünge unter Vermeidung ungünstiger Wechselwirkungen. Auch die Herstellung und Montage ist sehr einfach möglich.
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Bevorzugt enthält die Federeinrichtung eine der Anzahl der Kopplungsvorsprünge entsprechende Mehrzahl von um die Vorrichtungshauptachse herum verteilt angeordneten individuellen Federeinheiten.
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Besonders kostengünstig ist die Federeinrichtung, wenn die einzelnen Federeinheiten jeweils aus einer einzigen Feder bestehen. Diese einzige Feder ist vorzugsweise eine Blattfeder mit zumindest im Wesentlichen U-förmiger Grundstruktur. Bevorzugt hat die Blattfeder zwei Federschenkel, die am zugeordneten Kopplungsvorsprung anliegen, sowie einen die beiden Federschenkel verbindenden Stegabschnitt, der sich am Grundkörper abstützt. Alternativ wäre es beispielsweise auch denkbar, die Federeinheiten jeweils als ein Federpaket bestehend aus mehreren einzelnen Federelementen zu realisieren.
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Es ist günstig, wenn die Sicherheitsvorrichtung mit einer Einstelleinrichtung ausgestattet ist, mit der die bezüglich der einzelnen Kopplungsvorsprünge wirksame Federsteifigkeit der Federeinrichtung veränderlich einstellbar ist. Auf diese Weise kann in der Praxis auftretenden verschiedenen Anforderungen hinsichtlich der Nachgiebigkeit der Sicherheitsvorrichtung Rechnung getragen werden. Abhängig von der gewählten Einstellung der Einstelleinrichtung werden die Kopplungsvorsprünge mit mehr oder weniger starker Vorspannung an die Vertiefungsgrundflächen der Kopplungsvertiefungen angedrückt. Durch die Einstellung der Federsteifigkeit lässt sich das im Betrieb der Sicherheitsvorrichtung zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit schlupffrei übertragbare Nenn-Drehmoment variabel vorgeben und somit auch die Auslöseschwelle für das Ausführen einer Sicherheitsdrehbewegung.
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Wenn die Federeinrichtung zur Beaufschlagung jedes Kopplungsvorsprunges eine gesonderte Federeinheit aufweist, ist es zweckmäßig, die Einstelleinrichtung zur veränderlichen Einstellung der Federsteifigkeit der einzelnen Federeinheiten auszubilden.
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Eine zweckmäßige Ausgestaltung der Einstelleinrichtung verfügt über eine zu der Vorrichtungshauptachse koaxiale, sich am Grundkörper der Inneneinheit abstützende Spannhülse, die unter Ausführung einer axialen Spannbewegung in der Achsrichtung der Vorrichtungshauptachse relativ zum Grundkörper der Inneneinheit verschiebbar und in gewünschten Relativpositionen zum Grundkörper positionierbar ist, die als Spannpositionen bezeichnet seien. Die Spannhülse hat eine von der Vorrichtungshauptachse radial abgewandte und zugleich bezüglich der Vorrichtungshauptachse geneigte Spannfläche, die von radial innen her an der Federeinrichtung anliegen kann oder anliegt und die durch die axiale Spannbewegung in dem zwischen der Federeinrichtung und der Vorrichtungshauptachse liegenden Bereich axial verfahrbar ist, um die bezüglich des Grundkörpers axial ortsfest angeordnete Federeinrichtung mit variablem Ausmaß nach radial außen zu drücken und somit eine Veränderung der Vorspannung der Federeinrichtung herbeizuführen. Die Spannhülse ist im Bereich der Spannfläche insbesondere keilförmig profiliert. Zweckmäßigerweise handelt es sich bei der Spannfläche um eine lineare Schrägfläche.
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Insbesondere im Zusammenhang mit einer über mehrere individuelle Federeinheiten verfügenden Federeinrichtung ist es vorteilhaft, wenn die Spannfläche der Spannhülse in der Umfangsrichtung der Vorrichtungshauptachse nicht durchgängig ausgebildet ist, sondern sich aus einer der Anzahl der Federeinheiten entsprechenden Mehrzahl einzelner Spannflächensegmente zusammensetzt, die jeweils einer der Federeinheiten zugeordnet sind und die entsprechend der Umfangsverteilung der Kopplungsvorsprünge um den radialen Außenumfang der Spannhülse herum verteilt sind.
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Die Spannhülse taucht zweckmäßigerweise zumindest mit einem die Spannfläche aufweisenden Längenabschnitt in den Grundkörper der Inneneinheit axial hinein, sodass sie radial außen von dem Grundkörper koaxial umschlossen ist. Der Grundkörper fungiert auf diese Weise insbesondere als ein die Spannhülse radial abstützendes Führungselement für die am Innenumfang des Grundkörpers verschiebbar gelagerte Spannhülse. Zweckmäßigerweise kann die Spannhülse mit ihrer Spannfläche durch Wanddurchbrechungen des Grundkörpers hindurch auf die Federeinrichtung bzw. auf die optionalen einzelnen Federeinheiten einwirken.
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Die zur Einstellung der Federsteifigkeit ausgebildete Einstelleinrichtung verfügt vorzugsweise über eine als integraler Bestandteil der Sicherheitsvorrichtung ausgebildete Antriebseinrichtung, durch die die axiale Spannbewegung der Spannhülse erzeugbar ist.
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Die Antriebseinrichtung kann von einer manuell betätigbaren Bauart sein. Beispielsweise kann sie über ein manuell betätigbares Einstellglied zur Betätigung der Spannhülse verfügen. Bevorzugt wird allerdings eine motorisierte Bauform, die elektrisch oder durch Fluidkraft betätigbar ist. Letzteres ermöglicht eine Bauform, bei der die Einstellungen ferngesteuert vorgenommen werden können, insbesondere auch unmittelbar während eines Betriebes des zugeordneten Roboters.
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Eine bevorzugte Ausgestaltung einer motorisiert betätigten Antriebseinrichtung verfügt über eine Antriebseinheit mit einem an der Außeneinheit fixierten Stator und einem diesbezüglich zu einer rotativen Abtriebsbewegung mit der Vorrichtungshauptachse als Drehachse antreibbaren Rotor. Der Rotor ist direkt oder vorzugsweise über ein Getriebe der Antriebseinrichtung mit der Spannhülse derart antriebsmäßig gekoppelt, dass aus der rotativen Abtriebsbewegung des Rotors die axiale Spannbewegung der Spannhülse resultiert.
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Die Antriebseinheit ist zweckmäßigerweise ringförmig ausgebildet und an einem axialen Endbereich der Sicherheitsvorrichtung koaxial zur Vorrichtungshauptachse angeordnet. Bei einer Antriebseinheit der vorgenannten Art sind dabei zweckmäßigerweise sowohl der Stator als auch der Rotor ringförmig gestaltet.
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Das Getriebe der Antriebseinrichtung ist insbesondere als ein Gewindetrieb konzipiert. Die Spannhülse hat hierzu ein zur Vorrichtungshauptachse koaxiales Außengewinde, mit dem das Innengewinde einer die Spannhülse koaxial umgreifenden Gewindehülse des Rotors in Gewindeeingriff steht. Indem die Spannhülse bezüglich des Grundkörpers der Inneneinheit zwar axial verschiebbar, gleichzeitig jedoch verdrehgesichert ist, hat eine rotative Abtriebsbewegung des Rotors unmittelbar eine axiale Spannbewegung der Spannhülse zur Folge.
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Als besonders vorteilhaft wird eine Antriebseinheit in elektrisch betätigbarer Bauart angesehen. Eine solche Antriebseinheit ist insbesondere als ein elektrischer Direktantrieb realisiert, der den Vorteil hat, dass er äußerst verschleißarm ein hohes Drehmoment erzeugen kann. Alternativ käme beispielsweise auch eine fluidbetätigte und insbesondere eine pneumatisch betätigte Antriebseinheit in Frage.
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Es ist von Vorteil, wenn die Sicherheitsvorrichtung mit einer Detektionseinrichtung ausgestattet ist, durch die mindestens eine rotative Relativposition zwischen der Inneneinheit und der Außeneinheit detektierbar ist. Die Detektionseinrichtung erlaubt insbesondere zumindest die Detektion der Sicherheitsstellung. Allerdings kann alternativ oder zusätzlich auch die Grundstellung von Inneneinheit und Außeneinheit detektierbar sein. Von der Detektionseinrichtung gelieferte elektrische Signale können beispielsweise verwendet werden, um von der Relativposition der Inneneinheit und der Außeneinheit abhängige Maßnahmen einzuleiten, beispielsweise eine Notabschaltung des Roboters bei Auftreten einer Sicherheitsstellung.
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Zur Verarbeitung elektrischer Signale der Detektionseinrichtung kann eine elektronische Steuereinheit vorhanden sein. Bevorzugt handelt es sich bei der elektronischen Steuereinheit um eine Steuereinheit, die auch den zugeordneten Roboter insgesamt betriebsmäßig ansteuert.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausführungsform eines schematisch illustrierten erfindungsgemäßen Roboters, der mit einer vorteilhaften Bauform der erfindungsgemäßen Sicherheitsvorrichtung ausgestattet ist,
- 2 die in 1 nur schematisch angedeutete Sicherheitsvorrichtung in einem Längsschnitt gemäß Schnittebene II-II aus 1 und 6 in einem die Übertragung eines Nenn-Drehmomentes ermöglichenden, nicht ausgelösten Betriebszustand mit in der Grundstellung befindlicher Inneneinheit und Außeneinheit, wobei in einer Teilabbildung (a) ein erster Einstellzustand der Einstelleinrichtung und in einer Teilabbildung (b) ein eine höhere Federsteifigkeit vorgebender zweiter Einstellzustand der Einstelleinrichtung illustriert ist, wobei die an der Sicherheitsvorrichtung fixierten Roboterelemente strichpunktiert angedeutet sind,
- 3 eine perspektivische Darstellung der Sicherheitsvorrichtung aus 2 mit Blick auf eine axiale Rückseite und ohne Darstellung der Außeneinheit,
- 4 die Sicherheitsvorrichtung aus 3 in perspektivischer Darstellung mit entgegengesetzter Blickrichtung von einer axialen Vorderseite her und ohne Darstellung des Rotors der Antriebseinheit,
- 5 die Sicherheitsvorrichtung in einer perspektivischen Ansicht vergleichbar der 3, wobei allerdings die Außeneinheit und einige Bestandteile der Inneneinheit nicht illustriert sind, um einen Blick auf die Kopplungsvorsprünge, die Federeinrichtung und die Spannhülse der Einstelleinrichtung zu ermöglichen,
- 6 einen Schnitt durch die Sicherheitsvorrichtung gemäß Schnittebene VI-VI aus 2 im nicht ausgelösten Betriebszustand,
- 7 einen Längsschnitt der Sicherheitsvorrichtung im ausgelösten Betriebszustand mit die Sicherheitsstellung einnehmender Inneneinheit und Außeneinheit gemäß Schnittebene VII-VII aus 8, wobei der besseren Übersichtlichkeit wegen die Inneneinheit und die Außeneinheit jeweils strichpunktiert umrahmt und mit unterschiedlicher Neigung strichpunktiert schraffiert sind, und
- 8 die Sicherheitsvorrichtung im ausgelösten Betriebszustand in einem Schnitt gemäß Schnittebene VIII-VIII aus 7.
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Die 1 zeigt schematisch einen Roboter 1, der mit einer Sicherheitsvorrichtung 2 ausgestattet ist. Der beispielhafte Roboter 1 hat eine Roboterbasis 3, die einen beweglichen Roboterarm 4 trägt. Der Roboterarm 4 hat wenigstens zwei Armglieder 4a, 4b, die gelenkig miteinander verbunden sind, wobei ein distales Armglied 4b mit einem Endeffektor 5 bestückt ist, bei dem es sich exemplarisch um einen Greifer handelt.
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Für die gelenkige Verbindung der beiden Armglieder 4a, 4b sorgt eine gestrichelt angedeutete Drehantriebseinrichtung 6, die ein an dem einen Armglied 4a angebrachtes Antriebsgehäuse 6a und ein mit dem anderen Armglied 4b verbundenes, bezüglich des Antriebsgehäuses 6a rotativ antreibbares Abtriebsglied 6b aufweist. Durch Betätigen der Drehantriebseinrichtung 6 kann eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Schwenkbewegung 7 des den Endeffektor 5 tragenden distalen Armgliedes 4b bezüglich des anderen, mit der Roboterbasis 3 verbundenen proximalen Armgliedes 4a hervorgerufen werden.
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Die Sicherheitsvorrichtung 2 ist zwischen ein erstes Roboterelement 8 und ein zweites Roboterelement 9 zwischengeschaltet. Diese beiden Roboterelemente 8, 9 sind im Normalbetrieb des Roboters 1 drehfest miteinander verbunden. Exemplarisch ist das erste Roboterelement 8 vom Abtriebsglied 6b der Drehantriebseinrichtung 6 und das zweite Roboterelement 9 von dem distalen Armglied 4b gebildet.
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Die durch die Drehantriebseinrichtung 6 hervorrufbare Schwenkbewegung 7 hat eine imaginäre Schwenkachse 7a, die mit einer zentralen Vorrichtungshauptachse 12 der Sicherheitsvorrichtung 2 zusammenfällt.
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Die Sicherheitsvorrichtung 2 hat eine Inneneinheit 13 und eine die Inneneinheit 13 koaxial zu der Vorrichtungshauptachse 12 radial außen umschließende Außeneinheit 14. Die Inneneinheit 13 ist an dem ersten Roboterelement 8 befestigt, die Außeneinheit 14 an dem zweiten Roboterelement 9. Die Inneneinheit 13 und die Außeneinheit 14 sind prinzipiell um eine von der Vorrichtungshauptachse 12 gebildete Drehachse 12a relativ zueinander verdrehbar. Allerdings sorgt eine Kopplungseinrichtung 15 der Sicherheitsvorrichtung 2 dafür, dass die Inneneinheit 13 und die Außeneinheit 14 drehfest miteinander verbunden sind, solange ein zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 wirksames Drehmoment ein vorgegebenes Nenn-Drehmoment nicht überschreitet. Solange das Nenn-Drehmoment nicht überschritten wird, führen die Inneneinheit 13 und die Außeneinheit 14 gemeinsam eine einheitliche Vorrichtungsdrehbewegung 16 um die Vorrichtungshauptachse 12 als Drehachse 12a aus, wenn in die Inneneinheit 13 und/oder die Außeneinheit 14 ein Eingangsdrehmoment eingeleitet wird. Exemplarisch ist das Eingangsdrehmoment über das an der Inneneinheit 13 fixierte erste Roboterelement 8 in die Inneneinheit 13 einleitbar. Ein damit übereinstimmendes Ausgangsdrehmoment ist exemplarisch an der mit dem zweiten Roboterelement 9 verbundenen Außeneinheit 14 abgreifbar.
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Zweckmäßigerweise verfügt die Inneneinheit 13 über eine das Fixieren des ersten Roboterelements 8 ermöglichende Inneneinheit-Schnittstelle 17a, während die Außeneinheit 14 über ein das Fixieren des zweiten Roboterelements 9 ermöglichende Au-ßeneinheit-Schnittstelle 17b verfügt. Die beiden Schnittstellen 17a, 17b können beliebig ausgebildet sein und beispielsweise eine Schraubbefestigung des zugeordneten Roboterelements 8, 9 ermöglichen.
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Die Sicherheitsvorrichtung 2 ist auch derart einsetzbar, dass das Eingangsdrehmoment in die Außeneinheit 14 eingeleitet und das Ausgangsdrehmoment von der Außeneinheit 14 abgegriffen wird.
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Der grundsätzliche Aufbau des Roboters 1 ist beliebig. Der Betrieb „Roboter“ ist breit auszulegen und umfasst insbesondere auch einfache Handhabungssysteme, bei denen beispielsweise mittels einer einfachen rotativen Bewegung Objekte beliebiger Art zwischen unterschiedlichen Positionen verlagerbar sind. Der Roboter 1 kann aber auch ein komplexes mehrachsiges Manipulatorsystem sein.
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Wenn im Betrieb der Sicherheitsvorrichtung 2 zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 ein Drehmoment auftritt, das das Nenn-Drehmoment überschreitet und das im Folgenden als Überlast-Drehmoment bezeichnet wird, erlaubt die Kopplungseinrichtung 15 eine durch einen Doppelpfeil angedeutete relative Drehbewegung 18 zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14, wobei diese relative Drehbewegung 18 zur besseren Unterscheidung als Sicherheitsdrehbewegung 18 bezeichnet sei. Die zentrale Vorrichtungshauptachse 12 bildet die Drehachse für diese Sicherheitsdrehbewegung 18.
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Im Rahmen der Sicherheitsdrehbewegung 18 sind Inneneinheit 13 und Außeneinheit 14 relativ zueinander aus einer in den 2 und 6 illustrierten, als Grundstellung bezeichneten rotativen Relativposition in mindestens eine aus den 7 und 8 ersichtliche, als Sicherheitsstellung bezeichnete rotative Relativposition verdrehbar. Ein als Sicherheitsdrehwinkel 21 bezeichneter Drehwinkel, um den die Inneneinheit 13 und die Außeneinheit 14 bei der Sicherheitsdrehbewegung 18 relativ zueinander verdrehbar sind, ist in 8 kenntlich gemacht. Eine weitergehende relative Drehbewegung über den durch die Ausgestaltung der Kopplungseinrichtung 15 vorgegebenen Sicherheitsdrehwinkel 21 hinaus ist exemplarisch nicht möglich. Die Sicherheitsdrehbewegung 18 wird also unabhängig von der Höhe des Überlast-Drehmoments gestoppt, wenn die Sicherheitsstellung erreicht ist. Exemplarisch wird dies durch einen seitens der Kopplungseinrichtung 15 bereitgestellten, nicht überwindbaren Formschluss gewährleistet.
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Die Kopplungseinrichtung 15 ist exemplarisch so ausgelegt, dass ausgehend von der Grundstellung eine Sicherheitsdrehbewegung 18 sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn möglich ist und folglich Sicherheitsstellungen bezogen auf die Umfangsrichtung 22 der Vorrichtungshauptachse 12 beidseits der Grundstellung möglich sind.
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Die Sicherheitsdrehbewegung 18 kann sich in einer alleinigen Rotation der Inneneinheit 13 bezüglich der stillstehenden Außeneinheit 14 oder in einer alleinigen Rotation der Außeneinheit 14 relativ zur stillstehenden Inneneinheit 13 oder in einer gleichzeitigen Rotation von sowohl der Inneneinheit 13 als auch der Außeneinheit 14 äußern.
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Die Grundstellung von Inneneinheit 13 und Außeneinheit 14 definiert einen nicht ausgelösten Betriebszustand der Sicherheitsvorrichtung 2. In der Sicherheitsstellung liegt ein ausgelöster Betriebszustand der Sicherheitsvorrichtung 2 vor.
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Bevorzugt ist die Kopplungseinrichtung 15 so ausgelegt, dass die Sicherheitsvorrichtung 2 aus dem ausgelösten Betriebszustand selbsttätig in den nicht ausgelösten Betriebszustand zurückkehrt, wenn ein zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 anliegendes Drehmoment wieder unter die Auslöseschwelle fällt, die durch das Nenn-Drehmoment vorgegeben ist.
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Die Kopplungseinrichtung 15 enthält eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung 22 der Vorrichtungshauptachse 12, also um die Vorrichtungshauptachse 12 herum verteilt angeordneten Kopplungsvertiefungen 23. Sie sind in der Außeneinheit 14 ausgebildet.
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Exemplarisch verfügt die Außeneinheit 14 über einen als Au-ßenring 24 bezeichneten Ringkörper, der einen der Vorrichtungshauptachse 12 zugewandten Innenumfang 25 aufweist, in dem die Kopplungsvertiefungen 23 als Einbuchtungen ausgebildet sind. Beispielhaft sind in dem Außenring 24 acht Kopplungsvertiefungen 23 ausgebildet, die in regelmäßigen Winkelabständen um die Vorrichtungshauptachse 12 herum verteilt sind. Eine andere Anzahl von Kopplungsvertiefungen 23 ist alternativ ebenfalls möglich.
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Jede Kopplungsvertiefung 23 ist von einer eigenen Vertiefungsgrundfläche 26 begrenzt. Sämtliche Vertiefungsgrundflächen 26 weisen nach radial innen und sind der Vorrichtungshauptachse 12 zugewandt. Damit ist insbesondere gemeint, dass die Normalenvektoren der Vertiefungsgrundfläche 26 jeweils in einer zur Vorrichtungshauptachse 12 orthogonalen Ebene liegen, wobei sie nicht notwendigerweise die Vorrichtungshauptachse 12 durchsetzen.
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Die Inneneinheit 13 ist mit einer Mehrzahl von Kopplungsvorsprüngen 27 ausgestattet, die zu der Kopplungseinrichtung 15 gehören. Die Inneneinheit 13 hat einen bevorzugt einstückigen Grundkörper 28, mit einem dem Innenumfang 25 des Außenringes 24 zugewandten Außenumfang 31, in dessen Bereich die einzelnen Kopplungsvorsprünge 27 am Grundkörper 28 angebracht sind. Die Kopplungsvorsprünge 27 sind in der Umfangsrichtung 22 um die Vorrichtungshauptachse 12 herum verteilt. Die Anzahl der Kopplungsvorsprünge 27 entspricht der Anzahl der Kopplungsvertiefungen 23, wobei jeder Kopplungsvertiefung 23 radial innen bezogen auf die Vorrichtungshauptachse 12 einer der Kopplungsvorsprünge 27 gegenüberliegt.
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Die Kopplungsvorsprünge 27 sind an dem Grundkörper 28 in der Umfangsrichtung 22 unbeweglich abgestützt. Ein an dem Grundkörper 28 angreifendes Drehmoment wirkt also entsprechend auch auf die Kopplungsvorsprünge 27 ein.
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Die Kopplungsvorsprünge 27 sind an dem Grundkörper 28 zweckmäßigerweise auch in der nachfolgend als Hauptachsrichtung 12a bezeichneten Achsrichtung der Vorrichtungshauptachse 12 unbeweglich abgestützt
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Jeder Kopplungsvorsprung 27 taucht von radial innen her, also von der Vorrichtungshauptachse 12 her, in die zugeordnete Kopplungsvertiefung 23 ein und liegt an der Vertiefungsgrundfläche 26 der zugeordneten Kopplungsvertiefung 23 an. Der Kontakt zwischen den Kopplungsvorsprüngen 27 und den Kopplungsvertiefungen 23 ist ständig vorhanden und unabhängig von der relativen Drehposition zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14.
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Die Kopplungseinrichtung 15 enthält eine Federeinrichtung 32. Die Federeinrichtung 32 ist zweckmäßigerweise eine mechanische Federeinrichtung. Durch die Federeinrichtung 32 ist jeder Kopplungsvorsprung 27 ständig gegen die zugeordnete Vertiefungsgrundfläche 26 vorgespannt. Dadurch wird der erwähnte ständige Kontakt mit der zugeordneten Vertiefungsgrundfläche 26 aufrechterhalten.
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Jeder Kopplungsvorsprung 27 ist am Grundkörper 28 in einer Weise fixiert, dass er bezüglich des Grundkörpers 28 eine durch einen Doppelpfeil angedeutete radiale Arbeitsbewegung 33 nach radial innen in Richtung zur Vorrichtungshauptachse 12 und in der entgegengesetzten Richtung radial nach außen ausführen kann. Bei der im Folgenden auch nur als Arbeitsbewegung 33 bezeichneten radialen Arbeitsbewegung 33 handelt es sich insbesondere um eine reine Linearbewegung. Bei Realisierung einer entsprechenden Lagerung kann die Arbeitsbewegung 33 allerdings zum Beispiel auch eine Schwenkbewegung mit radialer Bewegungskomponente sein.
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Die Federeinrichtung 32 ist kräftemäßig zwischen dem Grundkörper 28 und den bezüglich des Grundkörpers 28 unter Ausführung einer Arbeitsbewegung 33 beweglichen Kopplungsvorsprüngen 27 wirksam. Wie schon erwähnt, sind die Kopplungsvorsprünge 27 durch die Federeinrichtung 32 ständig radial, das heißt quer zur Vorrichtungshauptachse 12 gegen die jeweils zugeordnete Vertiefungsgrundfläche 26 vorgespannt. Mit der Federeinrichtung 32 ist eine nachgiebige Vorspannung der Kopplungsvorsprünge 27 verbunden, die es den Kopplungsvorsprüngen 27 ermöglicht, sich bei Einwirkung einer der Federkraft entgegengesetzten und die Federkraft übersteigenden Auslenkkraft FA, die in 8 durch Pfeile kenntlich gemacht ist, unter Komprimierung der Federeinrichtung 32 relativ zum Grundkörper 28 in Richtung zur Vorrichtungshauptachse 12 zu bewegen. Sobald die Auslenkkraft FA nicht mehr vorhanden ist, werden die Kopplungsvorsprünge 27 durch die Federkraft der Federeinrichtung 32 wieder in der Gegenrichtung nach radial außen von der Vorrichtungshauptachse 12 wegbewegt.
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Jede Vertiefungsgrundfläche 26 ist so gestaltet, dass sich ihr radialer Abstand zur Vorrichtungshauptachse 12 in der Umfangsrichtung 22 verändert. Dadurch werden die Kopplungsvorsprünge 27 abhängig von der relativen Drehposition der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 in unterschiedlichen radialen Abständen zur Vorrichtungshauptachse 12 positioniert. Dieses Positionieren erfolgt im Rahmen der erwähnten Arbeitsbewegung 33.
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Jede Vertiefungsgrundfläche 26 hat einen Flächenabschnitt, der als Zentrierflächenabschnitt 34 bezeichnet wird und an den der ihr zugeordnete Kopplungsvorsprung 27 durch die Federeinrichtung 32 angedrückt ist, wenn zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 die rotative Grundstellung vorliegt. Die dabei von einem jeweiligen Kopplungsvorsprung 27 eingenommene, aus den 2 und 6 ersichtliche Position sei als Zentrierposition bezeichnet, da sie die Inneneinheit 13 und die Außeneinheit 14 in der Grundstellung zentriert.
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Die Zentrierflächenabschnitte 34 und die damit in Kontakt stehenden Kontaktflächen 35 der Kopplungsvorsprünge 27 sind so aneinander angepasst, dass in der Zentrierposition unter Berücksichtigung der Federkraft der Federeinrichtung 32 ein in der Umfangsrichtung 22 wirksamer Formschluss vorliegt, der eine relative Drehbewegung zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 verhindert, solange das oben erwähnte Nenn-Drehmoment nicht überschritten wird. Sobald eine Überlastsituation auftritt, die ein das Nenn-Drehmoment überschreitendes Überlast-Drehmoment zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 zur Folge hat, können die Kopplungsvorsprünge 27 durch die an ihnen anliegenden Vertiefungsgrundflächen 26 radial nach innen ausgelenkt werden, um eine Sicherheitsdrehbewegung 18 zu ermöglichen. Dabei verlassen sämtliche Kopplungsvorsprünge 27 ihre Zentrierposition und gelangen in eine aus den 7 und 8 ersichtliche, an die Vorrichtungshauptachse 12 angenäherte Position, die als Überlastposition bezeichnet sei. Die Überlastposition der Kopplungsvorsprünge 27 korreliert mit der zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 vorliegenden Sicherheitsstellung.
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Die Sicherheitsstellung geht zweckmäßigerweise damit einher, dass die Kopplungsvorsprünge 27 auf einen als Überlastflächenabschnitt 36 bezeichneten Flächenabschnitt der Vertiefungsgrundfläche 26 verlagert sind, der sich in der Umfangsrichtung 22 an den Zentrierflächenabschnitt 34 der jeweils zugeordneten Vertiefungsgrundfläche 26 anschließt.
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Exemplarisch schließt sich an jeden Zentrierflächenabschnitt 34 in der Umfangsrichtung 22 beidseits jeweils ein solcher Überlastflächenabschnitt 36 an, sodass die Kopplungsvorsprünge 27 abhängig von der relativen Drehrichtung zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 ausgehend von dem Zentrierflächenabschnitt 34 entweder auf den einen oder auf den anderen der beiden benachbarten Überlastflächenabschnitte 36 gelangen.
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Jede Vertiefungsgrundfläche 26 hat also zweckmäßigerweise einen in der Umfangsrichtung 22 zwischen zwei Überlastflächenabschnitten 36 angeordneten Zentrierflächenabschnitt 34.
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Zwischen dem Zentrierflächenabschnitt 34 und einem jeweiligen Überlastflächenabschnitt 36 weist jede Vertiefungsgrundfläche 26 bevorzugt einen höckerförmigen Übergangsbereich 37 auf, der vom zugeordneten Kopplungsvorsprung 27 beim Übertritt zwischen der Zentrierposition und einer Überlastposition zu überwinden ist. Der höckerförmige Übergangsbereich 37 ragt nach innen in Richtung zur Vorrichtungshauptachse 12 und definiert zumindest auf der Seite des Zentrierflächenabschnittes 34 eine Rampe, auf der der Kopplungsvorsprung 27 bei der Sicherheitsdrehbewegung 18 unter Komprimierung der Federeinrichtung 32 hochläuft.
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Sämtliche Zentrierflächenabschnitte 34 sind zweckmäßigerweise konkav gewölbt, wobei der Krümmungsradius zweckmäßigerweise größer ist als der radiale Abstand zwischen dem Zentrierflächenabschnitt 34 und der Vorrichtungshauptachse 12. Zu Gunsten eines großflächigen Kontakts in der Zentrierposition haben die Kontaktflächen 35 der Kopplungsvorsprünge 27 bevorzugt eine komplementäre konvexe Wölbung, haben also den gleichen Krümmungsradius wie der jeweils zugeordnete Zentrierflächenabschnitt 34. Auf diese Weise ist jeder Zentrierflächenabschnitt 34 in der Zentrierposition des zugeordneten Kopplungsvorsprunges 27 zweckmäßigerweise über seine gesamte in der Umfangsrichtung 22 gemessene Ausdehnung hinweg vom zugeordneten Kopplungsvorsprung 27 belegt beziehungsweise kontaktiert.
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Die Überlastflächenabschnitte 36 haben zweckmäßigerweise ebenfalls eine konkave Kontur, wobei allerdings der Krümmungsradius der Überlastflächenabschnitte 36 vorzugsweise größer ist als derjenige des zugeordneten Zentrierflächenabschnittes 34 und auch der zugeordneten Kontaktfläche 35. Letzteres hat den vorteilhaften Effekt, dass sich in der Sicherheitsstellung kein in der Umfangsrichtung 22 wirksamer formschlüssiger Kontakt zwischen den Überlastflächenabschnitten 36 und den Kopplungsvorsprüngen 27 ausbildet.
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Generell ist es vorzugsweise auch so, dass der radiale Abstand zur Vorrichtungshauptachse 12 bei den Überlastflächenabschnitten 36 geringer ist als bei den Zentrierflächenabschnitten 34. Zweckmäßigerweise kommt hinzu, dass die Überlastflächenabschnitte 36 eine stärkere Neigung haben als die Zentrierflächenabschnitte 34. Insbesondere ist eine Tangente, die an den tiefsten Punkt eines Überlastflächenabschnittes 36 angelegt ist, stärker geneigt als eine an den tiefsten Punkt des zugeordneten Zentrierflächenabschnittes 34 angelegte Tangente.
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Die vorstehende Ausgestaltung hat zur Folge, dass die Vertiefungsgrundflächen 26 und die Kopplungsvorsprünge 27 derart gestaltmäßig aneinander angepasst sind, dass in der Sicherheitsstellung ein Rückstelldrehmoment zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 wirkt, das ein Zurückdrehen aus der Sicherheitsstellung in die Grundstellung bewirkt, wenn eine das vorherige Verdrehen in die Sicherheitsstellung bewirkende Überlastsituation nicht mehr vorhanden ist, das herrschende Drehmoment also wieder auf mindestens des Nenn-Drehmoment abgesunken ist.
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Somit erübrigt sich ein externer Eingriff, um die Sicherheitsvorrichtung 2 aus dem ausgelösten Betriebszustand in den nicht ausgelösten Betriebszustand zurückzubringen.
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Exemplarisch enthalten die Kopplungsvorsprünge 27 jeweils eine durch die Federeinrichtung 32 an die Vertiefungsgrundfläche 26 angedrückte Drückrolle 38. Jede Drückrolle 38 ist am Grundkörper 28 der Inneneinheit 13 um eine imaginäre Rollenlängsachse 41 verdrehbar gelagert, sodass also die Rollenlängsachse 41 eine Drehachse der zugeordneten Drückrolle 38 definiert. Jede Rollenlängsachse 41 verläuft parallel zur Vorrichtungshauptachse 12.
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Jede Drückrolle 38 hat eine bezüglich der Rollenlängsachse 41 radial nach außen weisende, sich um die Rollenlängsachse 41 herum erstreckende Außenumfangsfläche 42, die kreisförmig konturiert ist und die bevorzugt und entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel kreiszylindrisch ist. Jede Drückrolle 38 liegt mit ihrer Außenumfangsfläche 42 ständig an der zugeordneten Vertiefungsgrundfläche 26 an und rollt bei der Sicherheitsdrehbewegung 18 an der zugeordneten Kopplungsvertiefung 23 ab. Der momentan mit der Kopplungsvertiefung 23 in Kontakt stehende Flächenabschnitt der Außenumfangsfläche 42 bildet die weiter oben erwähnte Kontaktfläche 35.
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Die Drehlagerung der Drückrollen 38 ist beispielhaft dadurch realisiert, dass jede Drückrolle 38 unter Zwischenschaltung einer ringförmigen Rollen-Lagereinrichtung 43, die von mindestens einem Wälzlager oder Gleitlager gebildet ist, auf einer Lagerungswelle 44 des zugeordneten Kopplungsvorsprunges 27 sitzt, deren Längsachse die Rollenlängsachse 41 definiert und bezüglich der die Drückrolle 38 in beiden Richtungen frei drehbar ist.
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Die Lagerungswelle 44 hat zwei auf einander entgegengesetzten Seiten axial über die Drückrolle 38 hinausragende, bolzenartig geformte Endabschnitte 45, die jeweils eines von zwei Lagerungselementen 46 definieren, über die der betreffende Kopplungsvorsprung 27 in bezüglich der Vorrichtungshauptachse 12 radialer Richtung bewegbar am Grundkörper 28 gelagert ist.
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Jeder Kopplungsvorsprung 27 taucht zweckmäßigerweise partiell in eine radiale Aufnahmevertiefung 49 ein, die im Außenumfang 31 des Grundkörpers ausgebildet ist. Exemplarisch ist es die Drückrolle 38, die mit einem Teil ihres Umfanges in der Aufnahmevertiefung 49 aufgenommen ist.
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Bevorzugt hat der Grundkörper 28 im Bereich jedes Kopplungsvorsprunges 27 zwei Begrenzungswände 47, durch die die Aufnahmevertiefung 49 in der Hauptachsrichtung 12a beidseits begrenzt ist. In die jede Begrenzungswand 47 ist eine zum radialen Außenumfang 31 des Grundkörpers 28 offene schlitzartige Vertiefung eingebracht, die eine nach radial außen hin offene Führungsvertiefung 48 definiert, in die jeweils eines der beiden Lagerungselemente 46 eingreift. Die in der Umfangsrichtung 22 einander zugewandten Flanken einer jeweiligen Führungsvertiefung 48 stützen das eingreifende Lagerungselement 46 ständig in einer Weise ab, dass das Lagerungselement 46 in der Führungsvertiefung 48 in bezüglich der Vorrichtungshauptachse 12 radialer Richtung verschiebbar geführt ist. Daraus resultiert die die radiale Arbeitsbewegung 33 ermöglichende Beweglichkeit der Kopplungsvorsprünge 27 relativ zum Grundkörper 28.
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Bei der radialen Arbeitsbewegung 33 verändert sich auch die Eintauchtiefe der Drückrollen 38 bezüglich der zugeordneten Aufnahmevertiefung 49. Jede Führungsvertiefung 48 ist axial zur benachbarten Aufnahmevertiefung 49 hin offen.
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Die Federeinrichtung 32 ist zweckmäßigerweise bezogen auf die Vorrichtungshauptachse 12 radial zwischen dem Außenumfang 31 des Grundkörpers 28 und dem Innenumfang 25 des Außenringes 24 angeordnet. Beispielsweise könnte die Federeinrichtung 32 ringförmig ausgebildet und koaxial zwischen dem Grundkörper 28 und dem Außenring 24 platziert sein. In diesem Fall hätte die Federeinrichtung 32 eine Mehrzahl miteinander verbundener Federabschnitte, die jeweils auf einen Kopplungsvorsprung 27 einwirken.
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Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Federeinrichtung 32 zwar ebenfalls radial außen um den Grundkörper 28 herum, hat jedoch keine zusammenhängende Gestaltung, sondern weist für jeden Kopplungsvorsprung 27 eine gesonderte Federeinheit 51 auf. Die Anzahl der getrennt voneinander ausgebildeten Federeinheiten 51 entspricht der Anzahl der Kopplungsvorsprünge 27. Jede dieser individuellen Federeinheiten 51 ist bezogen auf die Vorrichtungshauptachse 12 radial zwischen einem Kopplungsvorsprung 27 und dem Grundkörper 28 angeordnet. Jede Federeinheit 51 stützt sich einerseits am Grundkörper 28 und andererseits an einem Kopplungsvorsprung 27 ab, wobei sie den Kopplungsvorsprung 27 ständig nach radial außen gerichtet gegen die zugeordnete Vertiefungsgrundfläche 26 vorspannt.
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Zur Beaufschlagung der Kopplungsvorsprünge 27 stützt sich exemplarisch jede Federeinheit 51 einerseits an den beiden Lagerungselementen 46 des zugeordneten Kopplungsvorsprunges 27 und andererseits an einer Spannhülse 53 einer weiter unten noch beschriebenen Einstelleinrichtung 54 ab, wobei die Spannhülse 53 ihrerseits an dem Grundkörper 28 in bezüglich der Vorrichtungshauptachse 12 radialer Richtung abgestützt ist, woraus letztlich eine indirekte Abstützung der Federeinheit 51 bezüglich des Grundkörpers 28 resultiert. Bei einer optionalen Ausführungsform ohne eine Spannhülse 53 stützen sich die Federeinheiten 51 jeweils direkt an dem Grundkörper 28 ab.
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Jede Federeinheit 51 besteht zweckmäßigerweise aus nur einer einzigen Feder 52, was einen besonders kostengünstigen Aufbau ermöglicht und beim illustrierten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Exemplarisch ist die Feder 52 als speziell geformte Blattfeder ausgebildet, die eine im Wesentlichen U-förmige Grundstruktur hat.
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Die U-förmige Feder 52 hat zwei Federschenkel 55, die einenends frei enden und andernends über einen integralen Stegabschnitt 56 miteinander verbunden sind. Die Feder 52 ist so installiert, dass die U-Öffnung dem Kopplungsvorsprung 27 zugewandt ist, der mit seiner Drückrolle 38 zwischen die beiden Federschenkel 55 eintaucht. Jeder Federschenkel 55 beaufschlagt von radial innen her eines der beiden Lagerungselemente 46.
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Jede Federeinheit 51 ist zweckmäßigerweise in einer Federaufnahme 66 aufgenommen, die insbesondere schlitzartig im Grundkörper 28 ausgebildet ist. Jede Federaufnahme 66 schließt sich exemplarisch radial innen an die Aufnahmevertiefung 49 und die beiden Führungsvertiefungen 48 an.
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Der Stegabschnitt 56 verfügt über einen Abstützabschnitt 57, der zweckmäßigerweise bogenförmig gekrümmt ist, sodass sich eine dem Grundkörper 28 zugewandte Auswölbung ergibt. Der Krümmungsmittelpunkt des gewölbten Abstützabschnittes 57 befindet sich also auf der dem Grundkörper 28 entgegengesetzten Seite des Stegabschnittes 56. Über den Abstützabschnitt 57 erfolgt die direkte oder indirekte Abstützung der Federeinheit 51 bezüglich des Grundkörpers 28.
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Einen in Richtung zum Grundkörper 28 ausgewölbten Abstützabschnitt 57 hat zweckmäßigerweise jede Federeinheit 51 unabhängig davon, wie sie ansonsten gestaltet ist.
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Die Sicherheitsvorrichtung 2 enthält zweckmäßigerweise eine Drehlagereinrichtung 58, über die die Inneneinheit 13 und die Außeneinheit 14 unabhängig von der Kopplungseinrichtung 15 relativ zueinander verdrehbar gelagert sind, um die Sicherheitsdrehbewegung 18 zu ermöglichen.
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Die Drehlagereinrichtung 58 enthält exemplarisch zwei ringförmige Wälzlager 58a, 58b, die axial beidseits der Kopplungseinrichtung 15 in koaxialer Weise zwischen der Inneneinheit 13 und der Außeneinheit 14 angeordnet sind. Exemplarisch stützt sich jedes Wälzlager 58a, 58b mit einem Lager-Außenring am Innenumfang 25 des Außenrings 24 der Außeneinheit 14 und mit einem Lager-Innenring am Außenumfang 31 des Grundkörpers 28 ab. Die Lager-Innenringe sind insbesondere in axialer Verlängerung der Lagerungswellen 44 angeordnet, die dadurch zumindest im Wesentlichen axial unbeweglich bezüglich des Grundkörpers 28 fixiert sind.
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Die Sicherheitsvorrichtung 2 ist zweckmäßigerweise insgesamt ringförmig strukturiert, wobei sie von einer zentralen Durchgangsöffnung 61 koaxial durchsetzt ist. Exemplarisch taucht das erste Roboterelement 8 in die zentrale Durchgangsöffnung 61 ein. Insbesondere zur Realisierung der zentralen Durchgangsöffnung 61 ist es vorteilhaft, wenn entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel der Grundkörper 28 wie auch der Außenring 24 ringförmig ausgebildet sind.
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Zweckmäßigerweise enthält die Sicherheitsvorrichtung 2 die weiter oben schon angesprochene Einstelleinrichtung 54, die eine variable Einstellung der Federsteifigkeit der Federeinrichtung 32 ermöglicht, und zwar zumindest insoweit, als die Federeinrichtung 32 bezüglich der einzelnen Kopplungsvorsprünge 27 wirksam ist.
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Bezogen auf eine Ausführungsform, bei der die Federeinrichtung 32 entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel aus einer Mehrzahl individueller, gesondert voneinander ausgebildeter Federeinheiten 51 besteht, erlaubt die Einstelleinrichtung 54 eine veränderliche Einstellung der Federsteifigkeit jeder einzelnen Federeinheit 51.
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Bevorzugt ist die Einstelleinrichtung 54 zur gemeinsamen Einstellung der Federsteifigkeiten sämtlicher Federeinheiten 51 ausgebildet, was auf das illustrierte Ausführungsbeispiel zutrifft.
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Die Einstelleinrichtung 54 enthält die bereits erwähnte Spannhülse 53, die koaxial zu dem Grundkörper 28 angeordnet ist und die relativ zum Grundkörper 28 in der Achsrichtung der Vorrichtungshauptachse 12 in beiden axialen Richtungen verschiebbar ist, wobei diese in 2 durch einen Doppelpfeil angedeutete Verschiebebewegung zur besseren Unterscheidung als axiale Spannbewegung 62 bezeichnet sei. Im Rahmen der axialen Spannbewegung 62 kann die Spannhülse 53 insbesondere stufenlos in unterschiedlichen axialen Spannpositionen bezüglich des Grundkörpers 28 und der am Grundkörper 28 fixierten Federeinheiten 51 positioniert werden.
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Die Spannhülse 53 taucht, insbesondere von einer axialen Rückseite 89 der Sicherheitsvorrichtung 2 her, koaxial in den ringförmigen Grundkörper 28 ein, wobei sie mit ihrer Außenumfangsfläche 67 an der Innenumfangsfläche 65 des Grundkörpers 28 verschiebbar anliegt. Dadurch ist sie bezüglich dem Grundkörper 65 zugleich radial abgestützt. In 5 ist die Spannhülse 53 ohne den sie umschließenden Grundkörper 28 ersichtlich, der hier nur strichpunktiert ausschnittsweise schematisch angedeutet ist.
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Jede Federeinheit 51 ist zweckmäßigerweise dadurch in der Vorrichtungshauptachsrichtung 12b unbeweglich am Grundkörper 28 fixiert, dass sie mit einem Fixierabschnitt 63 in eine Wanddurchbrechung 64 radial eintaucht, die in dem Grundkörper 28 ausgebildet ist. Exemplarisch sind die Wanddurchbrechungen 64 fensterartig ausgebildet und in einer der Anzahl der Kopplungsvorsprünge 27 entsprechenden Anzahl in der Umfangsrichtung 22 verteilt im Grundkörper 28 ausgebildet. Jede Wanddurchbrechung 64 mündet radial innen an einer der Vorrichtungshauptachse 12 zugewandten Innenumfangsfläche 65 des Grundkörpers 28 aus und mündet radial außen in die zugeordnete Federaufnahme 66 ein.
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Der Fixierabschnitt 63 der Federeinheit 51 kann sich axial an den einander zugewandten Randflächen der Wanddurchbrechung 64 abstützen und ist auf diese Weise relativ zum Grundkörper 28 axial unbeweglich abgestützt. Auf diese Weise ist die gesamte Federeinheit 51 relativ zum Grundkörper 28 axial unbeweglich abgestützt. Jede Wanddurchbrechung 64 fungiert somit als eine Fixierdurchbrechung zur axialen Fixierung der zugeordneten Federeinheit 51.
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Bevorzugt und entsprechend dem Ausführungsbeispiel ist der Fixierabschnitt 63 von dem weiter oben erwähnten Abstützabschnitt 57 der zugeordneten Federeinheit 51 gebildet.
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Die Sicherheitsvorrichtung 2 hat eine der axialen Vorderseite 68 entgegengesetzte axiale Rückseite 69. Die Spannhülse 53 erstreckt sich axial insbesondere in dem zwischen den Wanddurchbrechungen 64 des Grundkörpers 28 und der axialen Rückseite 69 befindlichen Bereich, wobei sie einen den Wanddurchbrechungen 64 zugewandten vorderen Endabschnitt 71 und einen diesbezüglich entgegengesetzten hinteren Endabschnitt 72 hat.
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An dem vorderen Endabschnitt 71 ist an der Spannhülse 53 eine bezüglich der Vorrichtungshauptachse 12 geneigte Spannfläche 73 ausgebildet, die jeder Federeinheit 51 und genauer gesagt dem Abstützabschnitt 57 jeder Federeinheit 51 zugewandt ist. Die Spannfläche 73 kann beispielsweise als eine konische Ringfläche ausgebildet sein.
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Entsprechend des Ausführungsbeispiels setzt sich die Spannfläche 73 zweckmäßigerweise aus einer der Anzahl der Federeinheiten 51 entsprechenden Anzahl einzelner Spannflächensegmente 73a zusammen, die in der Umfangsrichtung 22 verteilt an der Außenumfangsfläche 67 der Spannhülse 53 ausgebildet sind. Jedes Spannflächensegment 73a ist einer der Federeinheiten 51 zugeordnet.
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Im Bereich jedes Spannflächensegments 73a ist die Spannhülse 53 insbesondere keilförmig profiliert. Jedes Spannflächensegment 73a repräsentiert eine bezüglich der Vorrichtungshauptachse 12 geneigte Schrägfläche, deren Abstand zur Vorrichtungshauptachse 12 sich ausgehend vom vorderen Endabschnitt 71 in Richtung zum hinteren Endabschnitt 72 vergrößert.
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Die Spannflächensegmente 73a sind so angeordnet, dass sie im Rahmen der axialen Spannbewegung 62 der Spannhülse 53 unterschiedlich weit axial in den zwischen den Federeinheiten 51 und der Vorrichtungshauptachse 12 liegenden Bereich einfahrbar sind, um die bezüglich des Grundkörpers 28 axial ortsfest abgestützten Federeinheiten 51 an den Abstützabschnitten 57 zu beaufschlagen und mehr oder weniger weit nach radial außen zu drücken, wodurch eine Veränderung der Federsteifigkeit und mithin eine Veränderung der Vorspannung der Federeinheiten 51 herbeiführbar ist.
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Die Spannflächensegmente 73a liegen an den Abstützabschnitten 57 an, wobei die Abstützabschnitte 57 bei der axialen Spannbewegung 62 an der Spannfläche 73 entlanggleiten und abhängig von der axialen Spannposition der Spannhülse 53 unterschiedlich weit nach radial außen gedrückt werden.
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Je weiter ein Abstützabschnitt 57 durch die Spannhülse 53 radial nach außen gedrückt ist, desto größer ist die Federsteifigkeit und dementsprechend die radiale Vorspannung der betreffenden Federeinheit 51.
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Die Spannfläche 73 befindet sich im Bereich der Wanddurchbrechungen 64 des Grundkörpers 28. Somit können die Federeinheiten 51 durch die Wanddurchbrechungen 64 hindurch mit den Spannflächensegmenten 73a kooperieren.
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Aus der Teilabbildung (b) der 2 ist ersichtlich, wie die Spannhülse 53 verglichen mit einer aus der Teilabbildung (a) ersichtlichen Spannposition gemäß Pfeil 74 in Richtung zu den Federeinheiten 51 verschoben ist, sodass der Abstützabschnitt 57 durch die Spannfläche 73 mit einer durch einen Pfeil angedeuteten eingangsseitigen Vorspannkraft 75 beaufschlagt ist, aus der im Bereich jedes Federschenkels 55 eine ebenfalls durch einen Pfeil angedeutete ausgangsseitige Vorspannkraft 76 resultiert, die auf die Lagerungselemente 46 und mithin auf den Kopplungsvorsprung 27 einwirkt.
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Somit können abhängig von der axialen Spannposition der Spannhülse 53 unterschiedliche Federsteifigkeiten der einzelnen Federeinheiten 51 eingestellt werden.
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Bevorzugt kann die Spannhülse 53 in einer eine Neutralposition definierenden axialen Relativposition bezüglich des Grundkörpers 28 positioniert werden, in der keine Krafteinleitung der Spannhülse 53 in die Federeinheiten 51 erfolgt. In diesem Fall erfahren die Federeinheiten 51 eine Vorspannung durch direkte Abstützung am Grundkörper 28, und zwar insbesondere durch Abstützung an Bereichen, die die Wanddurchbrechungen 64 begrenzen.
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Anstatt vom Grundkörper 28 umschlossen zu sein, könnte die Spannhülse 53 auch radial außen koaxial auf dem Grundkörper 28 platziert sein.
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Bevorzugt enthält die Einstelleinrichtung 54 eine Antriebseinrichtung 77, die zur Erzeugung der axialen Spannbewegung 62 der Spannhülse 53 ausgebildet ist.
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Die Antriebseinrichtung 77 ist exemplarisch von einer motorisierten Bauart und verfügt über eine Antriebseinheit 78 mit einem an der Außeneinheit 14 befestigten Stator 81 und einem Rotor 82, der relativ zum Stator 81 und folglich auch relativ zur Außeneinheit 14 eine in den 3 und 4 durch einen Doppelpfeil angedeutete rotative Abtriebsbewegung 83 um eine mit der Vorrichtungshauptachse 12 zusammenfallende Drehachse ausführen kann. Über ein Getriebe 84 ist der Rotor 82 derart antriebsmäßig mit der Spannhülse 53 gekoppelt, dass aus der rotativen Abtriebsbewegung 83 des Rotors 82 die axiale Spannbewegung 62 der Spannhülse 53 resultiert.
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Exemplarisch ist das Getriebe 84 als ein Gewindetrieb 84a ausgebildet. Zu dem Gewindetrieb 84a gehört ein insbesondere an dem hinteren Endabschnitt 72 an der Außenumfangsfläche 67 der Spannhülse 53 ausgebildetes Außengewinde 85 und ein mit diesem Außengewinde 85 in Gewindeeingriff stehendes Innengewinde 86 einer zum Rotor 82 gehörenden oder durch den Rotor 82 zumindest rotativ antreibbaren Gewindehülse 87, die die Spannhülse 53 zumindest im Bereich des Außengewindes 85 radial außen umschließt. Exemplarisch ist die Gewindehülse 87 ein fester Bestandteil des Rotors 82.
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Zu dem Gewindetrieb 84a gehört außerdem eine Verdrehsicherungseinrichtung 88, durch die die Spannhülse 53 an einem Verdrehen relativ zum Grundkörper 28 gehindert ist, die aber gleichzeitig eine axiale Linearbewegung der Spannhülse 53 bezüglich des Grundkörpers 28 in der Hauptachsrichtung 12b ermöglicht.
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Exemplarisch enthält die Verdrehsicherungseinrichtung 88 eine Mehrzahl von in der Umfangsrichtung 22 verteilt angeordneten Verdrehsicherungsvorsprüngen 91, die am Grundkörper 28 angeordnet sind und jeweils in einen sich in der Vorrichtungshauptachsrichtung 12b erstreckenden Verdrehsicherungsschlitz 92 der Spannhülse 53 eingreifen.
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Die Antriebseinheit 78 ist exemplarisch von einer elektrisch betätigbaren Bauart, wobei sie insbesondere als ein elektrischer Direktantrieb ausgebildet ist. Elektrische Leitungen 89 ermöglichen die Übertragung der hierzu erforderlichen elektrischen Signale.
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Vorzugsweise ist die Antriebseinheit 78 insgesamt ringförmig ausgebildet und an einem axialen Endbereich der Sicherheitsvorrichtung 2 koaxial zur Vorrichtungshauptachse 12 angeordnet. Exemplarisch befindet sich die Antriebseinheit 78 an der axialen Rückseite 69 der Sicherheitsvorrichtung 2.
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Die Antriebseinheit 78 ermöglicht eine bidirektionale Rotation der Gewindehülse 87 und ermöglicht dadurch ein axiales Verstellen der Spannhülse 53 in beiden axialen Richtungen.
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Der Rotor 82 ist zweckmäßigerweise zwischen zwei ringförmigen Stützelementen 93, 94 unter Ermöglichung der Rotationsbewegung axial abgestützt. Ein inneres Stützelement 93 ist am Grundkörper 28 angebracht und liegt von der axialen Vorderseite 68 her am Rotor 82 an. Ein äußeres Stützelement 94 ist als Bestandteil der Außeneinheit 14 ausgeführt und liegt von der axialen Rückseite 69 her an dem Rotor 82 an.
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Das ringförmige äußere Stützelement 94 ist exemplarisch an einem ringförmigen Abtriebselement 95 fixiert, das den Stator 81 umschließt und an dem Außenring 24 befestigt ist. Der Stator 81 ist zweckmäßigerweise ebenfalls an dem Abstützelement 95 angebracht.
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Die Inneneinheit 13 verfügt zweckmäßigerweise über ein hülsenförmiges Verkleidungselement 96, das über Befestigungselemente 97 am Grundkörper 28 befestigt ist. Es hat einen in den Grundkörper 28 und die Spannhülse 53 eintauchenden Hülsenabschnitt 98, der die zentrale Durchgangsöffnung 61 radial begrenzt, und es hat einen sich axial an den Hülsenabschnitt 98 anschließenden ringscheibenförmigen Abschnitt 99, der sich im Bereich der axialen Vorderseite 68 ausgehend vom Hülsenabschnitt 98 radial nach außen bis in die Nähe des Außenringes 24 erstreckt, wobei er die Inneneinheit 13 und die Kopplungseinrichtung 15 axial abdeckt.
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Vorzugsweise ist die Sicherheitsvorrichtung 2 mit einer in den 6 und 8 angedeuteten Detektionseinrichtung 100 ausgestattet, die in der Lage ist, insbesondere berührungslos die mindestens eine Sicherheitsstellung von Inneneinheit 13 und Außeneinheit 14 zu detektieren. Im Detektionsfalle gibt die Detektionseinrichtung 100 ein elektrisches Signal aus, das von einer nicht weiter illustrierten elektronischen Steuereinheit der Sicherheitsvorrichtung 2 oder des Roboters 1 auswertbar ist, um einen zusätzlichen Sicherheitsvorgang auszulösen, beispielsweise die Ausgabe eines Warnsignals und/oder ein Abschalten des Roboters 1.
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Die Detektionseinrichtung 100 enthält beispielsweise einen an der Außeneinheit 14 angeordneten Sensor, zum Beispiel einen Hall-Sensor, der auf ein an der Inneneinheit 13 angeordnetes permanentmagnetisches Element anspricht.
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Es versteht sich, dass die Detektionseinrichtung 100 zur Detektion weiterer rotativer Relativpositionen von Inneneinheit 13 und Außeneinheit 14 ausgebildet sein kann. Beispielsweise ist die Detektionseinrichtung 100 in der Lage, zusätzlich oder alternativ zur Sicherheitsstellung die Grundstellung zu detektieren.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102017217882 B4 [0003]
