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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Sicherheitsabschaltung eines
Fügeroboters
bei einer Kollision eines an einem an dem Fügeroboter angeordneten Anschlussstück festgelegten
Fügewerkzeugs
mit einem Werkstück
oder einem anderen Gegenstand gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Fügeroboter,
insbesondere Löt-
und Schweißroboter,
finden heute weit verbreitet Anwendung in der industriellen Fertigung
unterschiedlicher Güter.
Insbesondere bekannt ist der Einsatz von Schweißrobotern in der Automobilindustrie
zum automatisierten Fügen
von Karosserieteilen mittels Punktschweißens und zum automatisierten
Fügen von
Fahrwerkskomponenten mittels Schutzgasschweißens. Gleichermaßen finden
solche Fügeroboter
aber auch Anwendung in vielen anderen industriellen Bereichen. Diese
Fügeroboter
weisen regelmäßig einen
von einer Robotersteuerung angesteuerten, bewegten Arm auf, an dessen
Ende das eigentliche Fügewerkzeug
sitzt, mittels dem die Fügeverbindung
gesetzt wird. Die Fügeroboter
werden bei der Einrichtung einer Fertigungsstraße auf die anzufahrenden Koordinaten
programmiert und fahren dann auto matisiert die Raumpunkte an, an
denen miteinander zu verbindende Elemente z.B. mit einer Schweißnaht, mit
Punktschweißstellen
oder mit einer Lötverbindung
zu versehen sind. Da in der Fertigung stets gleichartige Teile von
einem Fügeroboter
bearbeitet werden, kann dieser den programmtechnischen Ablauf wiederholen
und immer für
dieselbe Fügeverbindung
Sorge tragen.
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Nun
kann es allerdings passieren, dass z.B. durch eine ungewollte falsche
Positionierung der miteinander zu verbindenden Teile im Raum oder
durch eine Umstellung der Fertigung auf der Fertigungsstraße ohne
einen entsprechend erfolgten Programmwechsel des Fügeroboters
beim Ablauf des Steuerprogramms der Fügeroboter beim Anfahren der
vorprogrammierten Schweißpunkte
im Raum mit dem Werkstück,
möglicherweise
auch mit einem versehentlich im Arbeitsbereich des Fügeroboters
befindlichen anderen Gegenstand kollidiert. Um hier eine Beschädigung des
Fügeroboters
und/oder der daran angeordneten Fügevorrichtungen zu verhindern,
muss eine solche Kollision frühzeitig
festgestellt und der Fügeroboter
notabgeschaltet werden.
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Hierzu
sind Einrichtungen zur Sicherheitsabschaltung von Fügerobotern
gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1 bekannt. Eine in einem Anschlussstück, mit dem das Fügewerkzeug
mit dem Roboterarm verbunden ist, angeordnete Aufnahme für das eigentliche
Fügewerkzeug
ist gegenüber
dem restlichen Anschlussstück
verlagerbar ausgebildet. Kollidiert nun das Fügewerkzeug mit einem Werkstück oder
einem anderen Gegenstand, wird durch die relative Verlagerung der
Aufnahme gegenüber
dem restlichen Anschlussstück
in dem Anschlussstück
ein elektrischer Schalter betätigt,
dessen Schaltsignal über
eine Kabelverbindung durch das Anschlussstück über den Robo terarm bis in die
Robotersteuerung, z.B. eine SPS-Steuerung, geführt wird.
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Ein
Problem bei dieser Art von Einrichtungen zur Sicherheitsabschaltung
des Roboters besteht darin, dass das Anschlussstück bzw. ein Teilelement desselben
gegenüber
dem Roboterarm in der Regel um eine Längsachse frei, jedenfalls über wenigstens 360° rotierbar
gelagert ist, um mit der Spitze des Fügewerkzeugs die beliebig erforderlichen
Raumpunkte anfahren zu können. Über eine
solche drehbar gestaltete Verbindung muss das elektrische Signal
des Schalters über
den Roboterarm bis zur Robotersteuerung weitergeführt werden.
Die hierfür
im Stand der Technik vorgesehene einfache Kabelverbindung hat den
erheblichen Nachteil, dass durch das fortwährende Verdrillen des Kabels
die Gefahr eines Kabelbruches und damit eines Versagens der Sicherheitseinrichtung
droht.
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine Einrichtung zur Sicherheitsabschaltung
eines Fügeroboters
der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sie weniger
störanfällig ist,
insbesondere ohne einen über
den Roboterarm in das Anschlussstück bzw. in dessen rotierbar
gelagertes Teil durchzuführenden
elektrischen Kontakt realisierbar ist.
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Gelöst wird
diese Aufgabe mit einer Einrichtung zur Sicherheitsabschaltung eines
Fügeroboters mit
den Merkmalen des Schutzanspruches 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
einer solchen Einrichtung sind in den Unteransprüchen 2 bis 6 angegeben.
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Der
erfindungswesentliche Aspekt besteht darin, dass eine Kollision
des Fügewerkzeugs
mit einem Werkstück
oder einem anderen Gegenstand nicht mehr direkt über einen in dem Anschlussstück angeordneten
elektrischen Schalter, sondern pneumatisch über eine druck- bzw. flussüberwachte
Prüfgasleitung
festgestellt wird. Diese Prüfgasleitung kann
auf einfache Weise und in an sich bekannter Form durch die Drehgelenkverbindung
zwischen dem Anschlussstück
und dem Roboterarm bzw. eine solche innerhalb des Anschlussstückes gelegene Drehgelenkverbindung
geführt
werden, ohne dass hier eine Schwachstelle entsteht, wie dies bei
einer elektrischen Verbindung der Fall ist. In dem statischen Teil
der Verbindung zwischen dem Anschlussstück und dem Roboterarm bzw.
des Anschlussstückes
selbst (dem Stator) oder einem dahinter gelagerten Teil, z.B. dem
Drahtvorschubkoffer kann dann ein entsprechender Sensor, z.B. in
Form eines Drucksensors oder eines Durchflusssensors, angeordnet
sein, der den Druck in der Prüfgasleitung
bzw. einen Gasfluss in der Prüfgasleitung überwacht.
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Im
Betrieb wird dann Prüfgas
in die Prüfgasleitung
gegeben, wobei sich in der Leitung durch das diese am Ende verschließende Ventil
ein Druck aufbaut bzw. der Gasfluss in der Prüfgasleitung im Wesentlichen
gegen Null geht. Wird im Falle einer Kollision des Fügewerkzeugs
mit einem Werkstück
oder einem sonstigen Gegenstand durch die relative Verlagerung der
Aufnahme gegenüber
dem Gehäuse des
Anschlussstückes
das Ventil geöffnet,
kann Prüfgas
durch das Ventil entweichen, und der Druck in der Prüfgasleitung
fällt entsprechend
ab bzw. es kommt zu einem Gasfluss in der Leitung. Der Druckabfall
wird von dem Drucksensor bzw. der Gasfluss wird von dem Durchflusssensor
registriert, und dieser Sensor erzeugt ein elektrisches Signal,
welches der Robotersteuerung zugeführt und dort in an sich bekannter
Weise als Triggersignal für
eine Notabschaltung des Fügeroboters
eingesetzt wird. Die Notabschaltung des Fügeroboters kann dabei unterschiedlich
eingestellt sein. In der Regel wird jegliche Bewegung des Roboterarmes
und jegliche Rotation des Anschluss stückes gestoppt, und es werden
der Drahtvorschub und eine eventuelle Versorgung mit Schutzgas sowie
mit einem Fügestrom
(Schweißstrom,
Lötstrom)
unterbunden.
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Im
Falle eines Schweiß-
oder Lötroboters
für das
Schutzgasschweißen
bzw. -löten
kann als Prüfgas
mit Vorteil das beim Schweißen
bzw. Löten
ohnehin verwendete Schutzgas genutzt werden. Hierzu ist in einer
vorteilhaften Weiterbildung gemäß Anspruch 2
vorgesehen, dass die Prüfgasleitung
eine mit einer Zuleitung für
Schutzgas zu dem Schweiß-
bzw. Lötwerkzeug
verbundene Stichleitung ist. Der Abzweig dieser Stichleitung sollte
vorteilhafter Weise in Strömungsrichtung
gesehen vor dem Drucksensor bzw. dem Durchflusssensor liegen, da
in der Regel ein wesentlich höheres
Volumen des Schutzgases über
das Schweiß-
bzw. Lötwerkzeug
abströmt
als durch die Prüfgasleitung,
und insoweit ein in einem gemeinsamen Leitungsstück angeordneter Drucksensor
bzw. ein solcher Durchflusssensor ein zusätzliches Ausströmen von
Schutzgas durch die Prüfgasleitung kaum
als Druckabfall bzw. Strömungsanstieg
wahrnehmen könnte.
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Zugleich
sollte der Abzweig der Stichleitung auch in Strömungsrichtung gesehen vor einem Schaltventil
für das
beim Beginn des Schweiß-
bzw. Lötvorganges
erforderliche Öffnen
der Schutzgaszufuhr zu dem Schweiß- bzw. Lötwerkzeug liegen. So kann auch
in einem „Trockenlauf" des Schweiß- bzw. Lötroboters
mit zwar zur Bereitschaft zugeführtem, allerdings
noch nicht zum Schweiß-
bzw. Lötwerkzeug
freigeschaltetem Schutzgas eine Kollision rechtzeitig erkannt und
der Schweiß-
bzw. Lötroboter abgeschaltet
werden.
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Alternativ
kann selbstverständlich
auch eine gesonderte Versorgung mit einem Prüfgas, z.B. Pressluft, vorgesehen
sein, insbesondere für
solche Fügeroboter,
die kein Schutzgas verwenden.
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Eine
konkretisierte Möglichkeit
zur technischen Realisierung der erfindungsgemäßen Einrichtung ist in Anspruch
3 beschrieben. Demnach ist in dem Gehäuse des Anschlussstückes ein
zusätzliches,
bewegliches Auslöselement
vorgesehen, welches durch die Aufnahme bei deren Verlagerung aus einer
Normalposition in eine Auslöseposition
bewegt wird und in der Auslöseposition
das Ventil der Prüfgasleitung öffnet.
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Eine
weitere Konkretisierung der Lösung
ist in Anspruch 4 angegeben. Die dort angegebene Ausgestaltung insbesondere
des konischen oder sphärischen
Sitzes in dem scheibenförmigen
Element des Auslöselementes
mit der von der sphärisch
gebildeten Führungsfläche der
Aufnahme bewirkt, dass bei jedweder Bewegung der Aufnahme relativ
zu dem Gehäuse,
sei es ein axiales Verschieben, sei es eine Verkippung (die wegen
der fehlenden zentralen Lagerung bzw. Fixierung der Führungsfläche stets
auch eine Verlagerung des Krümmungsmittelpunktes
der sphärischen
Fläche
bewirkt), ein Verschieben des Auslöseelementes in axialer Richtung
weg von der Arbeitsseite des Anschlussstückes bewirkt wird, wodurch
ein zuverlässiges Öffnen des
Ventils der Prüfgasleitung
sichergestellt ist.
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Eine
wie in Anspruch 5 angegebene Anordnung eines flexiblen Rohr- bzw.
Schlauchelements, welches zwischen der Aufnahme und dem Gehäuse in der
Durchführung
angeordnet ist, verbiegt sich bei einer Kollision mit und ist eine
zuverlässige
Begrenzung des Innenraums der Durchführung, durch den ein Schweiß- bzw.
Lotdraht geführt
wird, so dass der Draht gegenüber
den Teilen des Anschlussstückes abgeschirmt
ist.
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Schließlich ist
es von Vorteil, wenn an der Aufnahme an einer außerhalb des Gehäuses liegenden
(damit der Schweißseite
zugewandten) Seite ein Anschluss zum auswechselbaren Befestigen
des Fügewerkzeugs
angeordnet ist. Dadurch können
z.B. unterschiedlich gestaltete Fügewerkzeuge mit der Aufnahme
verbunden bzw. ein verschlissenes oder defektes Fügewerkzeug
ausgetauscht werden.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
anhand der beigefügten
Figuren. Dabei zeigen:
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1 in
einer geschnittenen Darstellung ein Anschlussstück zum Verbinden eines Schweiß- oder Lötwerkzeuges
mit einem Schweiß-
oder Lötroboter, in
welchem wesentliche Bestandteile der erfindungsgemäßen Einrichtung
integriert sind, in einem Normalzustand; und
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2 in
einer geschnittenen Darstellung das Anschlussstück aus 1 in einer
Kollisionsstellung.
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In
den Figuren ist isoliert dargestellt ein Anschlussstück 1 zum
Verbinden eines hier nicht dargestellten Schweiß- oder Lötwerkzeugs mit einem Arm eines
ebenfalls nicht dargestellten Schweiß- bzw. Lötroboters. Das Anschlussstück 1 weist
einen fest mit einem Roboterarm zu verbindenden Stator 2 und einen
gegenüber
dem Stator 2 um eine Längsachse L
frei drehbaren Rotor 3 auf. Der Rotor 3 bildet
mit seinen Außenwänden ein
Gehäuse 4 innerhalb
dessen verschiedentliche weitere Elemente angeordnet und gelagert
sind. Auf einer, dem Stator 2 entlang der Längsachse
L gegenüberliegenden
Seite ist an dem Rotor 3 eine Aufnahme 5 zur lösbaren und
austauschbaren Festlegung eines hier nicht gezeigten Schweiß- bzw.
Lötwerkzeugs
angeordnet. Hierzu ist an der Aufnahme 5 an einer dem Stator 2 gegenüberliegenden
Schweiß-
bzw. Lötseite
eine Einrichtung zum Festlegen eines Schweiß- bzw. Lötwerkzeugs vorgesehen, die
hier die Form eines Gewindes 6 aufweist. Auf dieses Gewinde
kann z.B. eine Überwurfmutter
aufgeschraubt werden, die ein auf die Aufnahme 5 aufgesetztes
Schweiß- bzw. Lötwerkzeug
in Position hält.
Auf ihrer innerhalb des Gehäuses 4 gelegenen
Seite enthält
die Aufnahme 5 ein Steuerteil 7, welches einen
umlaufenden Kragen 8 aufweist, mit welchem es hinter einem
Vorsprung 9 eines das Gehäuse 4 des Rotors 3 verschließenden Gehäusedeckels 10 gehalten
wird. Das Steuerteil 7 enthält in Richtung der Längsachse
L gesehen auf der dem Stator 2 zugewandten Seite eine gekrümmte Führungsfläche 11,
die um die Längsachse
L rotationssymmetrisch gebildet ist. Die Führungsfläche 11 ist in diesem
Ausführungsbeispiel
sphärisch
ausgebildet. Die Führungsfläche 11 liegt
an einem in einem Auslöseelement 12 geformten,
in diesem Ausführungsbeispiel
konischen Sitz 13 an. An dem Auslöseelement 12 ist eine
Führungshülse 14 angeformt,
die in einer entlang der Längsachse
L geführten
Bohrung 15 in Richtung der Längsachse L zwangsgeführt ist. Dadurch
ist das Auslöseelement 12 im
wesentlichen T-förmig
gebildet, mit der Führungshülse 14 und
einem dem Steuerteil 7 zugewandten teller- bzw, scheibenförmigen Teil 16.
Zwischen der dem Stator 2 zugewandten Gehäusewand 4 des
Rotors 3 und der dem Stator 2 zugewandten Unterseite
des scheibenförmigen
Teils 16 des Auslöseelementes 12 sind Druckfedern 17 angeordnet,
die das Auslöseelement 12 in
Richtung des Steuerteils 7 vorspannen. Dadurch wird das
Steuerteil 7 maximal aus dem Gehäuse 4 des Rotors 3 herausgedrückt, wobei
der umlaufende Kragen 8 mit seiner im wesentlichen ebenen, der
Schweiß-
bzw. Lötseite
zugewandten Oberseite an dem Vorsprung 9 anliegt und für eine gerade,
rotationssymmetrisch zu der Längsachse
L liegende Ausrichtung der Aufnahme 5 sorgt.
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In
dem Stator 2 ist eine Prüfgasleitung 18 in Form
einer Bohrung geführt.
Diese Prüfgasleitung 18 wird
in dem Bereich zwischen Stator 2 und Rotor 3 in den
Rotor 3 weitergeführt
und endet dort als Prüfgasleitung 19.
Die Verbindung der Prüfgasleitung 18 mit der
Prüfgasleitung 19 im
Bereich der Übergabe
zwischen Rotor 3 und Stator 2 ist mittels zweier
O-Ringe 20 und 21 abgedichtet, so dass an dieser
Stelle kein Prüfgas
entweichen kann. Die Prüfgasleitung 19 endet
an einem Ventil 22, welches einen mittels einer Druckfeder 23 in
eine Verschlussstellung vorgespannten Schließkörper 24 aufweist.
Die Auslegung des Ventils 22 ist dabei so, dass der Schließkörper 24 mit
einer aus dem Ventil vorstehenden Betätigungsspitze in dem in 1 gezeigten
Normalzustand des Steuerteils an der Unterseite einer in das scheibenförmige Teil 16 des
Auslöseelementes 12 eingeschraubten
Stellschraube 28 anliegt bzw. dieser unter Belassung eines
Spaltes gegenüberliegt,
das Ventil 22 jedoch geschlossen ist.
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Schließlich ist
eine sich entlang des gesamten Anschlussstückes 1 auch die Aufnahme 5 hindurch
erstreckende zentrale Durchführung 25 zu
erkennen, die der Zuführung
von Schweiß bzw.
Lotdraht zu dem nicht gezeigten Schweiß- bzw. Lötwerkzeug dient. In der Durchführung ist
ein in dem Stator 2 mit O-Ringen 27 abgedichtetes
flexibles Rohr 26 eingesetzt, welches bis in die Aufnahme 5 hineinreicht.
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In 1 ist
der Normalzustand des Anschlussstückes 1 mit der Aufnahme 5,
d.h. die Normalstellung dieser Elemente relativ zueinander dargestellt,
wie sie während
der Schweiß- bzw. Löttätigkeit
des Schweiß-
bzw. Lötroboters
eingehalten wird.
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Kommt
es nun zu einer Kollision des Schweiß- bzw. Lötwerkzeugs mit dem Werkstück oder
im sonstigen Gegenstand, tritt der in 2 dargestellte
Zustand ein.
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Durch
die Kollision wird die Aufnahme 5 in dem Anschlussstück 1,
relativ zu dem Rotor 3 verschoben. Durch diese Verschiebung
verschiebt sich insbesondere auch das Steuerteil 7. In 2 ist
eine seitliche Auslenkung aufgrund einer Kollision dargestellt.
Aufgrund dieser Auslenkung verschiebt sich die Führungsfläche 11 des Steuerteils 7 in
dem konischen Sitz 13 des Auslöseelementes 12. Da
die Steuerfläche 11 mit
dem Mittelpunkt der Sphäre
nicht festgelegt ist, wird durch diese Verschiebung stets auch dieser
Mittelpunkt verschoben und das Auslöseelement 12 in Richtung
des Stators 2 weggedrückt, wobei
es sich durch die Zwangsführung
aufgrund des Zusammenwirkens der Führungshülse 14 mit der Bohrung 15 in
Richtung der Längsachse
L bewegt. Dadurch wird wiederum der Verschlusskörper 24 des Ventils 22 entgegen
der Kraft der Druckfeder 23 in das Ventil 22 eingedrückt, das
Ventil 22 so geöffnet. Nun
kann Prüfgas
aus der Prüfgasleitung 19 entweichen,
wodurch der Druck in der Prüfgasleitung 19 und
der daran angeschlossenen Prüfgasleitung 18 absinkt.
Diesen Druckabfall erkennt ein hier nicht dargestellter, in der
Prüfgasleitung 18 oder
in dessen rückwärtiger Verlängerung
jenseits des Stators 2 angeordneter Drucksensor bzw. ein
Durchflusssensor erkennt einen Durchfluss aufgrund des ausströmenden Prüfgases,
wobei der entsprechende Sensor daraufhin ein entsprechendes elektrisches
Signal abgibt. Dieses elektrische Signal wird der Steuerung des
Schweiß-
bzw. Lötroboters,
z.B. einer SPS-Steuerung, zugeführt
und als Auslösesignal
für eine
Notabschaltung gewertet.
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Das
flexible Rohr 26 stellt bei einer Kollision sicher, dass
ein in der Durchführung 25 geführter Schweiß- bzw.
Lotdraht nach wie vor hindernisfrei und bruchsicher zu dem Schweiß- bzw. Lötwerkzeug geführt werden
kann.
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Wird
die Kollision behoben, wird das Auslöselement 12 aufgrund
der Vorspannung der Druckfedern 17 wieder in Richtung der
Schweiß-
bzw. Lötseite
verschoben und richtet so durch das Zusammenwirken der Führungsfläche 11 mit
dem Sitz 13 die Aufnahme 5 wieder koaxial zur
Längsachse
L aus. Dadurch wird aber auch der Verschlusskörper 24 durch die
Federkraft der Druckfeder 23 wieder in die Schließstellung
gezwungen, so dass die Prüfgasleitung 19 wieder
verschlossen ist, sich in dem Prüfgaskanal 19 und
den Prüfgaskanal 18 wieder
Druck aufbauen kann. Der Drucksensor erkennt den Druckaufbau und
stellt den Überwachungsdruck
fest. Alternativ nimmt der Durchflusssensor das Ende eines durch ein
Ausströmen
des Prüfgases
hervorgerufenen Durchflusses war. Das Alarm auslösende Signal wird entsprechend
abgestellt. Nach einer eventuellen Quittierung der Notabschaltung
durch eine Bedienperson kann der Schweiß- bzw. Lötroboter seine Tätigkeit
wieder aufnehmen.
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Mit
der Stellschraube 28 kann der Öffnungszeitpunkt des Ventils 22 und
damit die Empfindlichkeit der Einrichtung eingestellt werden.
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Als
Prüfgas
wird hier bevorzugt ein ohnehin dem Schweiß- bzw. Lötwerkzeug zuzuführendes Schutzgas
verwendet, wozu die Prüfgasleitung 18 bzw.
eine rückwärtig an
dem Roboterarm gelegene, hier nicht dargestellte Zuleitung zur Prüfgasleitung 18 als
Stichleitung zu der Schutzgasleitung ausgebildet ist. Auf diese
Weise kann eine ansonsten zusätzlich zu
legende Prüfgaszuleitung
entfallen.
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Die
hier dargestellte Einrichtung zur Not- bzw. Sicherheitsabschaltung
eines Schweiß-
bzw. Lötroboters
bei Kollision hat den erheblichen Vorteil, dass eine Überführung elektrischer
Signale zwischen Rotor 3 und Stator 2 des Anschlussstückes 1,
die mit entsprechenden Fehlerquellen behaftet ist, nicht mehr erforderlich
ist. Stattdessen wird die Kollision pneumatisch festgestellt, indem
ein Druckabfall bzw. ein Durchfluss in der Prüfgasleitung 18 bzw. 19 als Kriterium
für eine
festgestellte Kollision verwendet wird.
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Das
gezeigte Ausführungsbeispiel
dient lediglich der Erläuterung
der Erfindung und ist insbesondere nicht beschränkend.
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- 1
- Anschlussstück
- 2
- Stator
- 3
- Rotor
- 4
- Gehäuse
- 5
- Aufnahme
- 6
- Gewinde
- 7
- Steuerteil
- 8
- Kragen
- 9
- Vorsprung
- 10
- Gehäusedeckel
- 11
- Führungsfläche
- 12
- Auslöselement
- 13
- Sitz
- 14
- Führungshülse
- 15
- Bohrung
- 16
- scheibenförmiger Teil
- 17
- Druckfeder
- 18
- Prüfgasleitung
- 19
- Prüfgasleitung
- 20
- O-Ring
- 21
- O-Ring
- 22
- Ventil
- 23
- Druckfeder
- 24
- Verschlusskörper
- 25
- Durchführung
- 26
- flexibles
Rohr
- 27
- O-Ring
- 28
- Stellschraube
- L
- Längsachse