DE10245984A1

DE10245984A1 - Vorrichtung zum Führen flexibler Elemente an Maschinen

Info

Publication number: DE10245984A1
Application number: DE10245984A
Authority: DE
Inventors: Stefan Karlinger
Original assignee: KUKA Roboter GmbH
Current assignee: KUKA Deutschland GmbH
Priority date: 2002-10-02
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: DE10245984B4

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen flexibler länglicher Elemente, wie Kabel, Schläuche oder dergleichen, zwischen einem ersten Maschinenteil und einem relativ zu diesem um eine Achse drehbaren zweiten Maschinenteil, wobei das flexible längliche Element durch mindestens einen ersten Halter am ersten und einen zweiten Halter am zweiten Maschinenteil gehalten ist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass sie im Gelenkbereich zwischen dem ersten und dem zweiten Maschinenteil einen weiteren Halter für das flexible längliche Element aufweist, der am ersten Maschinenteil anglenkt ist, wobei der weitere Halter schwenkbar um eine Schwenkachse ist, die zumindest parallel zur Achse des zweiten Maschinenteils ausgerichtet ist. Auf diese Weise lassen sich flexible längliche Elemente eng an der Maschinenstruktur führen, ohne diese zu berühren oder Bewegungsfreiheit der Drehachse zu beeinträchtigen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Führen flexibler länglicher Elemente wie Kabel, Schläuche oder dergleichen, zwischen einem ersten Maschinenteil und einem relativ zu diesem um eine Achse drehbaren zweiten Maschinenteil, wobei das flexible längliche Element durch mindestens einen ersten Halter am ersten und mindestens zweiten Halter am zweiten Maschinenteil gehalten ist.
An verschiedensten Arten von Maschinen, wie Industrierobotern, müssen flexible längliche Elemente, beispielsweise Verkabelungen oder Schläuche, regelmäßig so um eine Drehachse geführt werden, dass sie seitlich und senkrecht zur Drehachse auf diese zulaufen und anschließend in einem Bogen derart um 90° umgelenkt werden, dass sie danach längs zur Drehachse und parallel zu dieser weiterlaufen. Im Falle eines Industrieroboters kann es sich bei den länglichen Elementen beispielsweise um Leitungen zur Stromversorgung eines an einer Roboterhand angeordneten Werkzeugs handeln, wobei die Stromleitungen von der Schwinge um die Drehachse des Roboterarms geführt werden müssen.

Üblicherweise werden die zu führenden flexiblen Elemente durch zwei Schellen gehalten, die jeweils an einem der beiden relativ zueinander drehbaren Bauteile fest angebracht sind. Bei einer derartigen Kabelführung hat sich als nachteilig herausgestellt, dass zum einen der Verlauf der Kabel zwischen den beiden durch die Schellen vorgegebenen Befestigungspunkten aufgrund der vorzusehenden Längenreserve recht weitläufig und damit undefiniert ist und dass zum anderen die Bewegungsfreiheit der Drehachse bei entsprechend engerer Führung der länglichen Elemente durch eine geringere Längenreserve eingeschränkt ist. Zudem erhöht sich bei einem Verkürzen der Länge der länglichen Elemente die Gefahr, dass sich diese an einem der relativ zueinander beweglichen Bauteile verfangen und durch die Bewegung zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Vorrichtung derart weiterzuentwickeln, dass unter Vermeidung der vorstehend genannten Nachteile die länglichen Elemente so geführt sind, dass beim Umlenken um die Drehachse eine enge Führung der länglichen Elemente an der Maschinenstruktur gewährleistet ist, ohne dass die länglichen Elemente diese berühren und eine Bewegungsfreiheit der Maschine eingeschränkt ist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art durch einen weiteren Halter für das flexible längliche Element gelöst, der am ersten Maschinenteil angelenkt ist, wobei der weitere Halter schwenkbar um eine Schwenkachse ist, die zumindest parallel zur Achse des zweiten Maschinenteils ausgerichtet ist. Der weitere, schwenkbar gelagerte Halter sorgt für eine exakte Führung der flexiblen länglichen Elemente und ermöglicht durch die einer Drehbewegung der Drehachse folgende Schwenkbewegung eine größere Bewegungsfreiheit der Drehachse.

Eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Erfindung sieht vor, dass die Schwenkachse des weiteren Halters mit der Achse des zweiten Maschinenteils übereinstimmt. Auf diese Weise ist zu jeder Zeit eine optimale Längsführung der flexiblen Elemente zur Achse des zweiten Maschinenteils gewährleistet.

Vorzugsweise ist der weitere Halter mit einem um die Schwenkachse schwenkbaren Schwenkarm verbunden. Im Rahmen einer solchen Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung lässt sich der Abstand der flexiblen länglichen Elemente im Gelenkbereich zwischen erstem und zweitem Maschinenteil in einfacher Weise an die konkreten veränderlichen Ansprüche anpassen. Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, dass der weitere Halter an einer dem zweiten Maschinenteil abgewandten Seite des ersten Maschinenteils schwenkbar angelenkt ist, so dass eine leichte Zugänglichkeit des weiteren Halters im Gelenkbereich gegeben ist.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind die Halter als die flexiblen länglichen Elemente umgreifende Schellen ausgebildet, wodurch eine einfache Entnahmemöglichkeit für die flexiblen länglichen Elemente, beispielsweise zu Wartungszwecken, geschaffen ist.

Um bei sehr langen axialen Zuführungen einen Kontakt mit der Maschinenstruktur zu unterbinden, ist nach einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen, dass die flexiblen länglichen Elemente durch min destens eine mit dem drehbaren Maschinenteil verbundenen Führungsringanordnung angular geführt sind.

Weitere Eigenschaften und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus den Zeichnungen, in denen neben dem Stand der Technik bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt sind. Es zeigt:
1 eine schematische Darstellung mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Führen flexibler länglicher Elemente;
2 eine schematische Darstellung im wesentlichen analog 1 nach erfolgtem Verdrehen des zweiten Maschinenteils;
3 eine schematische Darstellung entsprechend der 1 mit einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zum angularen Führen von flexiblen länglichen Elementen ausgebildet ist;
4 eine schematische Darstellung im wesentlichen analog 3 nach erfolgtem Verdrehen des zweiten Maschinenteils; und
5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die zum angularen Führen einer Mehrzahl von flexiblen länglichen Elementen ausgebildet ist.
Die 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Führen flexibler länglicher Elemente, beispiels weise Kabel, im Bereich zweier relativ zueinander drehbarer Bauteile einer Maschinenstruktur.
Eine Maschine 1 weist beim gezeigten Ausführungsbeispiel ein erstes (feststehendes) Maschinenteil 2 und ein relativ zu diesem um eine Achse A drehbares zweites Maschinenteil 3 auf. Bei dem ersten Maschinenteil 2 kann es sich beispielsweise um die Schwinge eines Industrieroboters und bei dem zweiten Maschinenteil 3 entsprechend um einen Roboterarm handeln. Beim gezeigten Ausführungsbeispiel sind Kabel 4 um den Gelenkbereich zwischen erstem 2 und zweitem Maschinenteil 3 derart herumgeführt, dass sie senkrecht und seitlich auf die Drehachse A zulaufen und dann in einem Bogen von 90° umgelenkt werden. Die Kabel 4 sind an dem ersten Maschinenteil 2 und an dem zweiten Maschinenteil 3 jeweils mittels einer Schelle 2.1 bzw. 3.1 gehalten, wobei die Schellen 2.1, 3.1 fest an dem jeweiligen Maschinenteil 2 bzw. 3 angebracht sind. Dies entspricht dem Stande der Technik. Bei diesem ist der Kabelverlauf zwischen den beiden Befestigungspunkten 2.1, 3.1 damit weitläufig und undefiniert, da die Kabel 4 am gezeigten Ausführungsbeispiel nach dem Stand der Technik eine Längenreserve im Gelenkbereich aufweisen müssen, um die Bewegungsfreiheit der Drehachse A nicht einzuschränken, die in 1 durch einen Doppelpfeil dargestellt ist.
Um den genannten Nachteil des Standes der Technik zu beheben, ist erfindungsgemäß im Gelenkbereich in einem geringen Abstand zur Drehachse A am ersten Maschinenteil 2 ein Schwenkarm 2.3 angelenkt, der um eine parallel zur Drehachse A verlaufende Schwenkachse A1 schwenkbar ist und der einen weiteren Halter 2.2 in Form einer Schelle für die Kabel 4 trägt.
Die auf dem Schwenkarm 2.3 angeordnete Schelle 2.2 sorgt für eine exakte Führung der gehaltenen Kabel 4 und ermöglicht aufgrund der Schwenkbewegung der Schwenkarms 2.3, die einer Drehbewegung des zweiten Maschinenteils 3 um die Drehachse A folgt, eine größere Bewegungsfreiheit der Drehachse A. Der Abstand der Kabel 4 vom zweiten Maschinenteil 3 lässt sich durch geeignetes Wählen der Länge des Schwenkarms 2.3 genau einstellen.
2 zeigt eine im wesentlichen der Darstellung in 1 entsprechende erfindungsgemäße Vorrichtung nach erfolgtem Verdrehen des zweiten Maschinenteils 3 um einen Winkel von etwa 120° im Uhrzeigersinn um die Achse A. Diese fällt bei der Ausgestaltung nach 2 mit der Schwenkachse A1 des Schwenkarms 2.3 zusammen.
Trotz der Führung der Kabel 4 im Bereich des Gelenks zwischen erstem und zweitem Maschinenteil 2 bzw. 3 kommt es zu keinerlei Einschränkung der Drehbewegung um die Achse A.
3 zeigt eine weitere Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Führen flexibler länglicher Elemente 4, die insbesondere zum Führen sehr langer axialer Zuführungen 4 geeignet ist.
Sie weist zusätzlich im Bereich des zweiten Maschinenteils 3 eine Führungsringanordnung 5 mit zwei konzentrisch zueinander und bezüglich des zweiten Maschinenteils 3 angeordneten Ringen 5.1, 5.2 auf. Die Führungsringe 5.1, 5.2 besitzen unterschiedliche Radien r₁ bzw. r₂ , deren Differenz r₂-r₁ im wesentlichen einem Durchmesser der zu führenden flexiblen länglichen Elemente 4 entspricht. Die länglichen Elemente 4 sind zwecks angularer Führung durch die Führungsringanordnung 5 indem Bereich zwischen den Führungsringen 5.1 und 5.2 angeordnet, so dass ein Kontakt mit der Maschine 1 im Bereich des zweiten Maschinenteils 3 wirksam unterbunden ist. Bei extrem langen flexiblen Elementen 4 können entsprechend eine Mehrzahl derartiger Führungsringanordnungen 5 entlang des zweiten Maschinenteils 3 vorgesehen sein.
Die 4 zeigt die Ausgestaltung gemäß 3 nach erfolgtem Verdrehen des zweiten Maschinenteils 3 um etwa 120° (vergleiche 1 und 2). Wie in 2 fallen hierbei die Achsen A und A1 zusammen.
Die 5 zeigt eine Weiterbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der 3 und 4, bei der mehr als ein längliches flexibles Element 4, 4' durch die Führungsringanordnung 5 geführt ist. Die Kabel 4, 4' sind zunächst entlang des ersten Maschinenteil 2 durch zwei Schellen 2.1 und am zweiten Maschinenteil 3 durch zwei Schellen 3.1 parallel geführt. Weiterhin sind auf dem Schwenkarm 2.3 (nur andeutungsweise erkennbar) zwei weitere Halter 2.2 nebeneinander angeordnet, so dass die Kabel 4, 4' auch beim Verdrehen des zweiten Maschinenteils 3, wie aus 5 ersichtlich, um den Gelenkbereich zwischen erstem und zweitem Maschinenteil 2 bzw. 3 parallel herumgeführt werden.
Im weiteren Verlauf der Kabel 4, 4' erfolgt eine angulare Führung mittels der Führungsringanordnung 5 analog 3 oder 4. Auf diese Weise lässt sich bei einer Mehrzahl von zu führenden flexiblen Elementen 4, 4' gewährleisten, dass diese bei relativen Drehbewegungen der Maschinenteile 2, 3 im Gelenkbereich nicht in Kontakt treten, wodurch die Bewegungsfreiheit der Maschine 1 und/oder eine Lebensdauer der länglichen Elemente 4, 4' eingeschränkt würde.

1: Maschine
2: erstes Maschinenteil
2.1: erster Halter
2.2: weiterer Halter
2.3: Schwenkarm
3: zweites Maschinenteil
3.1: zweiter Halter
4, 4': flexibles längliches Element
5: Führungsringanordnung
5.1: Führungsring
5.2: Führungsring
A: Drehachse
A1: Schwenkachse
r1: Radius (von 5.1)
r2: Radius (von 5.2)

Claims

Vorrichtung zum Führen flexibler länglicher Elemente, wie Kabel, Schläuche oder dergleichen, zwischen einem ersten Maschinenteil (2) und einem relativ zu diesem um eine Achse (A) drehbaren zweiten Maschinenteil (3), wobei das flexible längliche Element (4) durch mindestens einen ersten Halter (2.1) am ersten Maschinenteil (2) und mindestens einen zweiten Halter (3.1) am zweiten Maschinenteil (3) gehalten ist, gekennzeichnet durch einen weiteren Halter (2.2) für das flexible längliche Element (4), der am ersten Maschinenteil (2) angelenkt ist, wobei der weitere Halter (2.2) schwenkbar um eine Schwenkachse (A1) ist, die zumindest parallel zur Achse (A) des zweiten Maschinenteils (3) ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (A1) des weiteren Halters (2.2) mit der Achse (A) des zweiten Maschinenteils (2.3) übereinstimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Halter (2.2) mit einem um die Schwenkachse (A1) schwenkbaren Schwenkarm (2.3) verbunden ist.
Vorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der weitere Halter (2.2) an einer dem zweiten Maschinenteil (3) abgewandten Seite (2.4) des ersten Maschinenteils (2) schwenkbar angelenkt ist.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Halter (2.1, 2.2, 3.1) die flexiblen länglichen Elemente (4) umgreifende Schellen sind.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine mit dem drehbaren Maschinenteil (3) verbundene Führungsringanordnung (5), in der die flexiblen länglichen Elemente (4) angular geführt sind.