DE102022129199A1

DE102022129199A1 - Gelenkarm

Info

Publication number: DE102022129199A1
Application number: DE102022129199.5A
Authority: DE
Inventors: Peter Hartung
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2022-11-04
Filing date: 2022-11-04
Publication date: 2024-05-08
Also published as: WO2024094245A1

Abstract

Gelenkarm, mit zwei hohlen Armteilen (1), die mittels eines Schwenkantriebes (2) gelenkig miteinander verbunden sind, der einen in dem einen hohlen Armteil (1) angeordneten Zahnkranz (4) sowie einen in dem anderen hohlen Armteil (1) angeordneten Motor (7) aufweist, dessen Ritzel (9) mit dem Zahnkranz (4) kämmt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Gelenkarm, insbesondere als Bauelement eines Roboters, wie sie beispielsweise in Lackierstraßen zum Einsatz kommen, um Kraftfahrzeuge zu lackieren.
Aus EP1263535 A1 ist eine Lackierstraße zum Lackieren von Kraftfahrzeugen bekannt geworden. Gelenkarme von Robotern tragen an ihren freien Enden beispielsweise Spritzwerkzeuge, um die Fahrzeuge mit Farbe zu besprühen. Die Gelenkarme weisen wenigstens zwei Armteile auf, die mittels eines Schwenkgelenkes gelenkig miteinander verbunden sind. Die Armteile können in unterschiedliche Winkkellagen zueinander gefahren werden werden. Zu diesem Zweck sind Motore vorgesehen, unter deren Betätigung die Armteile zueinander verschwenkt werden. In solchen Lackierstrassen ist es zweckmäßig, die Gelenkarme beweglich und schlank zu gestalten.
Aufgabe der Erfindung war es, einen Gelenkarm anzugeben, der einfache und schlanke Strukturen ermöglicht.
Erfindungsgemäß wurde diese Aufgabe durch den Gelenkarm gemäß Anspruch 1 gelöst. Zweckdienliche Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 8 angegeben.
Der Gelenkarm ist mit wenigstens zwei Armteilen versehen, die mittels eines Schwenkantriebes gelenkig miteinander verbunden sind. Die Armteile sind vorzugsweise als längliche hohle Bauteile ausgeführt, die Bauteile aufnehmen, insbesondere Steuerelemente, Elektrokabel und auch Motore.
Der Schwenkantrieb kann eine einzige Schwenkebene aufweisen, die geneigt ist zu den Längsachsen der schwenkbeweglich miteinander verbundenen Armteile. In diesem Fall ist ein Motor in dem einen hohlen Armteil angeordnet, und ein Zahnkranz in dem anderen hohlen Armteil. Das Ritzel des Motors kämmt mit dem Zahnkranz. Unter Betätigung des Motors verdrehen die beiden Armteile zueienander um eine Schwenkachse, die senkrecht auf der Schwenkebene steht. Die Schwenkebene und die Ebene des Zahnkranzes sind parallel zueinander angeordnet.
Vorzugsweise ist ein mittleres hohles Armteil des Gelenkarms vorgesehen, an dessen beiden Enden jeweils ein benachbartes hohles Armteil gelagert ist. Der Schwenkantrieb weist in diesem Fall zwei Schwenkebenen auf: eine Schwenkebene liegt zwischen dem einen benachbarten Armteil und dem mittleren Armteil. Die andere Schwenkebene liegt zwischen dem anderen benachbarten Armteil und dem mittleren Armteil. Die beiden Schwenkebenen sind geneigt zu Längsachsen der Armteile.
In diesem Fall sind zwei Motore vorteilhaft:

Die beiden Motore können in dem mittleren hohlen Armteil aufgenommen sein und die beiden Zahnkränze jeweils in einem der benachbarten Armteile.

Die beiden Motore können jeweils in einem der benachbarten hohlen Armteile aufgenommen sein und die beiden Zahnkränze in dem mittleren Armteil.
Ein Motor und ein Zahnkranz können in dem mittleren Armteil aufgenommen sein und der andere Motor in einem der benachbarten hohlen Armteile und der andere Zahnkranz in dem anderen benachbarten hohlen Armteil.
In jedem Fall kämmen die Ritzel der Motore mit den Zahnkränzen. Die Motore können als Getriebemotore ausgebildet sein. In jedem Fall kämmt das Ritzel des Motors oder des Getriebemotors mit dem zugehörigen Zahnkranz.
Auf diese Weise kann eine sehr gute Beweglichkeit der Armteile relativ zueinander eingerichtet werden, und die Verstellgeschwindigkeiten der beiden Armteile zueinander kann vergrößert werden. Wenn beispielsweise der Drehsinn der bewegten Armteile gegenläufig ist, können sich die Geschwindigkeiten der gegenläufig bewegten Armteile zumindest teilweise addieren.
In einer sehr einfachen Bauweise können die Armteile rohrförmig ausgebildet sein, so dass schlanke und kostengünstige Gelenkarme bereitgestellt werden können, die sowohl die Motore als auch die Zahnkränze sowie elektrische Zuleitungen aufnehmen können. In dieser Anordnung kann ein zuverlässiger Schutz der aufgenommenen Bauteile vorunerwünschtem Eindringen von Fremdstoffen, wie zum Beispiel Farbnebel sichergestellt werden.
Der Schwenkantrieb kann mittles gängiger Dichtungen gegen das Eindringen von Farbnebel oder anderer Fremdstoffe in die hohlen Armteile abgedichtet werden.
Für eine sehr gute Beweglichkeit im Raum kann vorgesehen sein, dass beide Zahnkranzachsen der Zahnkränze unter einem Neigungswinkel geneigt zueinander in dem mittleren Armteil angeordnet sind, der größer als 90 Grad und der kleiner als 180 Grad beträgt. Unter diesem Neigungswinkel werden die beiden benachbarten Armteile jeweils an dem mittleren Armteil schwenkbeweglich zueinander gelagert.
Die beiden Schwenkebenen auf beiden Seiten des mittleren Armteiles sind parallel zu den Ebenen, in denen die zugehörigen Zahnkränze liegen. Ein Verschwenken eines oder beider benachbarten Armteile relativ zu dem mittleren Armteil verändert eine Winkellage der beiden benachbarten Armteile zueinander.
Vorzugsweise sind einander benachbart angeordnete Armteile mittels eines Schwenklagers drehbeweglich aneinander gelagert dessen Schwenkachse und eine Achse des Zahnkranzes zusammenfallen. Diese Achsen stehen senkrecht auf den genannten Schwenkebenen. Das Schwenklager kann als Gleitlager oder auch als Wälzlager ausgeführt. Das Schwenklager überträgt zwischen den miteinander gelagerten Armteilen wirkende Kräfte und Momente.
Vorzugsweise ist der Zahnkranz als Hohlrad mit Innenverzahnung ausgeführt, mit dem das Ritzel des Motors oder des Getriebemotors kämmt.
Das rohrförmige Armteil weist vorzugsweise am Innenumfang hohlzylindrische Lagersitze zur Aufnahme der zylindrischen Hohlräder auf. Diese Lagersitze können abgestuft sein, so dass Schultern entstehen mit axialen und radialen Lagerflächen zur Abstützung der Hohlräder. Die Hohlräder können mit ihren zylindrischen Mantelflächen in die hohlzylindrischen Lagersitze eingefügt sein, wobei Stirnflächen der Hohlräder an den axialen Lagerflächen der abgestuften Lagersitze anliegen.
Der erfindungsgemäße Gelenkarm ist besonders geeignet für Roboter, die mit Hilfe derartiger Gelenkarme Arbeiten im Raum verrichten können. Eine vorteilhafte erfindungsgemäße Anwendung ist ein Roboter einer Lackierstrasse, der mit diesen Gelenkarmen ausgerüstet ist. Durch den Einbau des kompletten Schwenkantriebs in die hohlen Armteile ist ein sehr beweglicher und schlanker Gelenkarm bereitgestellt, dessen Antrieb und elektrische Verbindungen geschützt sind vor Farbnebel, der während der Tätigkeit dieser Roboter erzeugt wird.
Nachstehend wird die Erfindung anhand eines in zwei Figuren abgebildeten Ausführungsbeipieles näher erläutert. Es zeigen:

1 schematisch einen Lackierroboter mit Gelenkarmen und
2 einen Ausschnitt eines Gelenkarm gemäß der Erfindung.1.

1 zeigt im Schnitt einen Lackierroboter mit Gelenkarmen. Jeder Gelenkarm weist zwei Armteile 1 auf, die mittels eines Schwenkantriebes 2 gelenkig miteinander verbunden sind. Das freie Ende des Gelenkarms trägt beispielsweise Spritzwerkzeuge zum Besprühen einer Karosserie eines Fahrzeugs mit Farbe. Der Schwenkantrieb 2 ist hier lediglich angedeutet und wird anhand einer Ausschnittvergrößerung in 2 näher erläutert.
Ein hohles mittleres Armteil 3 ist an seinen voneinander abgewandten Enden abgeschrägt. Die abgeschrägten Enden bilden Schwenkebenen, die geneigt zueinander angeordnet sind. An beiden Enden trägt das mittlere Armteil 3 jeweils einen Zahnkranz 4, der als Hohlrad 5 mit Innenverzahnung 6 ausgebildet ist. Die Zahnkränze 4 liegen in zwei geneigt zueinander angeordneten Hohlradebenen, die parallel zu den abgeschrägten Enden sind.
Beide hohlen Armteile 1 tragen an ihren dem mittleren Armteil 3 zugewandten abgeschrägten Enden je einen Motor 7, der am Innenumfang des jeweiligen hohlen Armteils 1 befestigt ist. Eine Motorwelle 8 trägt ein Ritzel 9, das mit dem benachbarten Hohlrad 5 kämmt.
Zwischen den abgeschrägten Enden des mittleren Armteiles 3 und den beiden benachbarten Armteilen 1 ist jeweils ein Schwenklager 10 eingebaut, das Relativdrehungen zwischen dem mittleren Armteil 3 und beiden angeschlossenen benachbarten Armteilen 1 ermöglicht um eine Schwenkachse, die senkrecht zu der Ebene des Schwenklagers 10 ist. Die Ebene des Schwenklagers 10 ist parallel zu den Hohlradebenen der Hohlräder 5.
Die Motore 7 und die Hohlräder 5 sind einschließlich der erforderlichen nicht abgebildeten elektrischen Verkabelung innerhalb des hohlen Schwenkgelenks 2 und der hohlen Armteile geschützt angeordnet.
Hohlradachsen der Hohlräder 5 sind unter einem Neigungswinkel geneigt zueinander angeordnet, der größer als 90 Grad und der kleiner als 180 Grad beträgt. Die Hohlradachsen sind senkrecht zu den Zahnkranzebenen und senkrecht zu der Ebene des jeweiligen Schwenklagers 10 angeordnet. Die Hohlradachsen und die Schwenklagerachsen fallen zusammen.
Bezugszeichen

1: Armteil
2: Schwenkantrieb
3: mittleres Armteil
4: Zahnkranz
5: Hohlrad
6: Innenverzahnung
7: Motor
8: Motorwelle
9: Ritzel
10: Schwenklager

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 1263535 A1 [0002]

Claims

Gelenkarm, mit zwei hohlen Armteilen (1), die mittels eines Schwenkantriebes (2) gelenkig miteinander verbunden sind, der einen in dem einen hohlen Armteil (1) angeordneten Zahnkranz (4) sowie einen in dem anderen hohlen Armteil (1) angeordneten Motor (7) aufweist, dessen Ritzel (9) mit dem Zahnkranz (4) kämmt.
Gelenkarm nach Anspruch 1, dessen Schwenkantrieb (2) ein mittleres hohles Armteil (3) aufweist, an dessen beiden Enden jeweils ein benachbartes Armteil (1) schwenkbeweglich gelagert ist.
Gelenkarm nach Anspruch 2, dessen mittleres hohles Armteil (3) an seinen beiden voneinander abgewandten Enden jeweils einen Zahnkranz (4) trägt, mit denen jeweils ein Ritzel (9) von zwei Motoren (7) kämmen, die in den beiden benachbarten hohlen Armteilen (1) aufgenommen sind.
Gelenkarm nach Anspruch 1 oder 2, dessen mittleres hohles Armteil (3) zwei Motore (7) aufnimmt, und in dessen benachbarten Armteilen (1) jeweils ein Zahnkranz (4) befestigt ist, wobei Ritzel (9) der Motore (7) jeweils mit einem der Zahnkränze (4) kämmen.
Gelenkarm nach den Ansprüchen 3 oder 4, dessen beide Zahnkranzachsen der Zahnkränze (4) unter einem Neigungswinkel geneigt zueinander angeordnet ist, der größer als 90 Grad und der kleiner als 180 Grad beträgt.
Gelenkarm nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dessen Zahnkranz (4) als Hohlrad (5) mit Innenverzahnung (6) ausgeführt ist.
Gelenkarm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dessen Armteile (1, 3) mittels Schwenklager (10) drehbeweglich aneinander gelagert sind, dessen Schwenkachse und eine Achse des Zahnkranzes zusammenfallen.