DE3717616A1 - Sicherheits-anschlussflansch fuer ein robotergefuehrtes werkzeug, insbesondere elektrisches schweisswerkzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Sicherheits-Anschlußflansch für ein robotergeführtes Werkzeug, insbesondere elektri­ sches Schweißwerkzeug, als dessen Bindeglied zum Roboter, bestehend aus einem inneren und einem äußeren Anschlußteil, die mit ringförmigen Mantelflächen verschieblich, verdreh­ bar und kippbar ineinandergreifen und im Normalbetrieb durch nachgiebige Arretierungsglieder in einer bestimmten Stellung zueinander gehalten sind, sowie einem Initiator, durch welchen bei Relativbewegung der Anschlußteile aus dieser Stellung der Roboter augenblicklich stillsetzbar ist, wobei die Mantelfläche des inneren Anschlußteils als Teil einer Kugelfläche ausgebildet und mit auf einer gemein­ samen Umfangslinie verteilten Ausnehmungen versehen ist, in welche die in radialen Führungen des äußeren Anschluß­ teils beweglichen Arretierungsglieder unter Federkraft im Normalbetrieb eingreifen.

Derartige Sicherheits-Anschlußflansche werden insbesondere an Schweißrobotern vorgesehen, um Beschädigungen am Robo­ ter, am Schweißwerkzeug oder am Werkstück zu verhindern, wenn das Werkzeug während seiner Verfahrung durch den Robo­ ter ungewollt auf ein Hindernis stößt und dadurch der Ro­ boter und das Werkzeug unvorhergesehene Bewegungen zuein­ ander ausführen. Bereits beim Einleiten geringfügig erhöh­ ter Druck-, Zug- oder Biegekräfte infolge derartiger Bewegungen ist eine Relativbewegung der Anschlußteile zu verzeichnen, die vom Initiator erfaßt wird und zum Abschal­ ten des Schweißroboters führt.

Bei einem bekannten Sicherheits-Anschlußflansch der ein­ gangs genannten Art (DE-OS 34 18 720) sind drei Arretie­ rungsglieder in Gestalt von Kugeln vorhanden, die in Um­ fangsabständen von je 120° am äußeren Anschlußteil radial beweglich angeordnet sind und durch Federpakete einstellbar in Aussparungen an der Mantelfläche des inneren Anschluß­ teils gedrückt werden, worin sie auf gleichfalls von Kugeln gebildete Distanzglieder stoßen, die in radialen Bohrungen des inneren Anschlußteils beweglich aufgenommen sind. Diese Distanzkugeln greifen in eine umlaufende Rinne zwischen zwei durch Federkraft gegeneinander gezogene scheibenförmi­ ge Schaltglieder ein und halten diese im Normalbetrieb axial auf Abstand zueinander. Beim Auftreten einer Relativ­ bewegung zwischen den Anschlußgliedern wird wenigstens eine Arretierungskugel aus der Aussparung herausgedrückt, wo­ durch die zugehörige Distanzkugel bzw. Distanzkugeln sich in den radialen Bohrungen nach auswärts verlagern und sich dadurch die Schaltglieder unter der sie belastenden Feder­ kraft einander annähern können. Diese Annäherung wird von einem zentralen Initiator erfaßt, der ein Abschaltsignal für den Roboter erzeugt.

Der bekannte Sicherheits-Anschlußflansch ist demgemäß äußerst kompliziert im Aufbau, hat eine große Masse und führt wegen der zahlreichen aufeinanderfolgenden Bewegungen seiner Elemente im Fall einer Relativbewegung der Anschluß­ teile zu einer erheblichen Verzögerung im Ansprechen des Initiators und damit letztlich der Abschaltung des Robo­ ters, was dazu führen kann, daß es dennoch zu Schäden am Roboter, am Werkzeug und/oder am Werkstück kommt.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Sicherheits-Anschlußflansch zu schaffen, der gegenüber der vorbekannten Ausführung einfach im Aufbau und dessen Masse gering ist und bei dem die Verzögerung für das Ansprechen des Initiators und damit das Abschalten des Roboters sehr klein ist.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die Mantelfläche des äußeren Anschlußteils in ihrem sich von den Arretierungsgliedern zum Eingriffsende hin erstrecken­ den axialen Abschnitt als Teil einer der Mantelfläche des inneren Anschlußteils angepaßten Hohlkugelfläche ausgebil­ det ist und der Inititator im Bereich der ineinandergrei­ fenden Mantelflächen angeordnet ist.

Durch die vorstehenden Merkmale der Erfindung wird eine Art Pendellagerung zwischen den beiden Anschlußteilen ge­ schaffen, die, sobald das Werkstück bei seiner Verfahrung durch den Roboter, in welcher Richtung auch immer, auf ein Hindernis stößt, zu einer gegenseitigen Verlagerung der Mantelflächen derart führt, daß der in diesem Bereich ange­ ordnete Initiator unverzüglich anspricht. Dabei bedarf es nicht erst der Bewegung von Zwischenelementen; vielmehr führt die gegenseitige Verlagerung der Mantelflächen zu­ einander zu einer unmittelbaren Beeinflussung des Initi­ ators, der seinerseits in bekannter Weise für die sofortige Abschaltung des Roboters sorgt.

Nach einem ersten Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind auch bei dem erfindungsgemäßen Sicher­ heits-Anschlußflansch die Arrtierungsglieder Kugeln, und es ist die Federkraft ebenso wie bei dem bekannten Sicher­ heits-Anschlußflansch einstellbar. Dabei können zur Erzeu­ gung der Federkraft in gleicher Weise Tellerfedern dienen, oder es können Gummifedern benutzt werden. Beide Federarten erbringen im Vergleich zu gewöhnlichen Schraubendruckfedern bei gleichem Volumen erheblich größere Federkräfte, die sie zu einer sicheren Arretierung der Anschlußteile zuein­ ander im Normalbetrieb notwendig sind.

Nach einem anderen Merkmal zur vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Anzahl der Arretierungsglieder bzw. Aussparungen mindestens vier. Die Damit verbundene Überschreitung der für eine genaue räumliche Positionierung erforderlichen Mindestzahl von drei Arretierungsgliedern, wie sie bei dem bekannten Sicherheits Anschlußflansch zur Anwendung kommt, um ein weiteres Arretierungsglied ermög­ licht eine Herabsetzung der Federkräfte und vergleichmä­ ßigt das Ansprechvermögen bei Störungskräften aus den ver­ schiedensten Richtungen.

Die vorbeschriebene Ausgestaltung der Erfindung läßt sich weiterhin noch dadurch verbessern, daß vier Arretierungs­ glieder im Umfangsabstand von 90° zueinander angeordnet sind und mit stumpfwinklig-hohlkugeligen Einsenkungen zu­ sammenwirken und daß in zwei aufeinanderfolgenden Zwischen­ bereichen zwischen diesen Arretierungsgliedern je ein weite­ res Arretierungsglied vorgesehen ist, das mit einer lang­ gestreckten, im Querschnitt V-förmigen Tangentialnut zu­ sammenwirkt, die sich unter geradlinigem Verlauf ihrer Scheitellinie tangential zur Mantelfläche des inneren An­ schlußteils, an den Enden in diese auslaufend, erstreckt. Dadurch wird die Ansprechempfindlichkeit des Sicherheits-An­ schlußflansches gegenüber Kippkräften weiter erhöht, und gleichzeitig wird bei Relativbewegungen der Anschlußteile um die gemeinsame Achse durch das zunehmende Herausdrängen der beiden Arretierungsglieder in den Zwischenräumen aus den langgestreckten Einsenkungen eine sanft einsetzende und sich zunehmend erhöhende Bremswirkung erzielt, die für den Nachlaufeffekt der Abschaltsteuerung von Bedeutung ist.

Ein weiteres Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung sieht vor, daß beide Anschlußteile als Ringkragen mit an deren einen Enden ansetzenden radialen Anschlußflanschen ausgebildet sind. Hierbei ist zweckmäßig der Anschlußflansch des äuße­ ren Anschlußteils radial nach auswärts und der Anschluß­ flansch des inneren Anschlußteils radial nach einwärts ge­ richtet. In Verbindung mit den üblichen Schraublöchern er­ möglicht diese Ausbildung eine einfache Montage bei gleich­ zeitig geringer Masse der Anschlußteile. Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung ergibt sich hierbei ferner da­ durch, daß der Anschlußflansch des äußeren Anschlußteils die Grundrißform eines an zwei einander gegenüberliegenden Eckpunkten abgeflachten Sechsecks besitzt, das nahe den vier übrigen Eckpunkten mit Anschlußbohrungen versehen ist, wobei zweckmäßig an jedem der vier übrigen Eckpunkte zwei Anschlußbohrungen in unterschiedlichen Radialabständen zum Zentrum des Anschlußteils angeordnet sind. Hierdurch erge­ ben sich verschieden große Bohrbilder, die die Verwendung desselben Anschlußflansches bei unterschiedlich großen An­ schlußflächen des Roboters bzw. des Werkzeugs gestatten.

Eine weitere Vereinfachung der Konstruktion des erfindungs­ gemäßen Sicherheits-Anschlußflansches wird dadurch erzielt, daß die Einsenkungen an der Mantelfläche des inneren An­ schlußteils unmittelbar in diesem ausgebildet sind und das innere Anschlußteil aus gehärtetem Stahl besteht.

Die Erfindung ermöglicht auch eine besonders einfache An­ bringung des Initiators, indem dieser in eine an der Mantel­ fläche offene Radialbohrung des äußeren Anschlußteils ein­ gesetzt wird und mit einer im Normalbetrieb dem Stirnende des Initiators gegenüberstehenden Radialbohrung an der Man­ telfläche des inneren Anschlußteils zusammenwirkt.

Schließlich sieht ein letztes Ausgestaltungsmerkmal der Erfindung vor, daß das werkzeugseitige Anschlußteil das roboterseitige Anschlußteil beim Ineinandergreifen aufnimmt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Stirnansicht einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform des erfindungsgemäßen Sicherheits- Anschlußflansches, vom Roboter aus betrach­ tet, wobei zwei Teilbereiche im Schnitt ge­ zeigt sind,

Fig. 2 einen Axialschnitt nach Schnittlinie II-II in Fig. 1,

Fig. 3 den gleichen Schnitt wie in Fig. 2 mit einer abgeänderten Einzelheit und

Fig. 4 einen Axialschnitt nach Schnittlinie IV-IV in Fig. 1.

Gemäß der Zeichnung weist der dargestellte Sicherheits-An­ schlußflansch zwei Anschlußteile 10, 12 auf, die als in der Mitte offene Flanschringe mit daran ansetzenden Radial­ flanschen 14 bzw. 16 ausgebildet sind. Der Radialflansch 14 des Anschlußteils 10 ist radial nach einwärts gerichtet und mit sechs ringsum verteilten Bohrungen zum Verschrauben am Roboter versehen. Der Radialflansch 16 des Anschlußteils 12 erstreckt sich radial nach auswärts und hat die Gestalt einer im wesentlichen sechseckigen Platte mit acht in zwei Vierergruppen angeordneten Bohrungen 20 zum Anschluß an unterschiedliche Schweißtransformatoren, von denen einer strichtpunktiert angedeutet ist.

Das Anschlußteil 12 besteht aus hochgekohltem Stahl und ist gehärtet. Das Anschlußteil 10 kann aus gewöhnlichem Stahl hergestellt sein.

Die äußere Mantelfläche 22 des Anschlußteils 10 greift in das Anschlußteil 12 ein und ist als Teilkugelfläche ausge­ bildet. Demgegenüber besteht die innere Mantelfläche des Anschlußteils 12 aus zwei unterschiedlich gestalteten Ab­ schnitten, nämlich einem von der angestrichenen angedeute­ ten Anschlußfläche 24 am Schweißtransformator ausgehenden zylindrischen Abschnitt 26, dessen Durchmesser dem Kugel­ durchmesser der teilkugeligen Mantelfläche 22 des Anschluß­ teils 10 entspricht, und einem daran stufenlos anschließen­ den und sich zum Eingriffsende des Anschlußteils 12 hohlku­ gelig verengenden Abschnitt 28 mit dem gleichen Kugelra­ dius wie die Mantelfläche 22. Dadurch wird zum einen eine Kipplagerung für das Anschlußteil 12 am Anschlußteil 18 erreicht und zum anderen verhindert, daß sich die Anschluß­ teile 10, 12 voneinander lösen können. In entgegengesetz­ ter Richtung wirkt die Anschlußfläche 24 des Schweißtrans­ formators als Anschlag für das Anschlußteil 10.

Zur Arretierung der Anschlußteile 10, 12 im Normalbetrieb dienen sechs Arretiereinrichtungen 30, 32, 34, 36, 38, 40, die in bestimmten Winkelabständen am Umfang des Anschluß­ teils 12 verteilt und radial gerichtet sind. Die Arretier­ einrichtungen 30, 34, 38, 40 bilden eine erste Gruppe und folgen aufeinander in Winkelabständen von 90°. Die beiden übrigen Arretiereinrichtungen 32, 36 bilden eine zweite Gruppe mit einem Zwischenabstand von ebenfalls 90° und be­ finden sich jeweils in der Mitte zwischen den Arretierein­ richtungen 30, 34 bzw. 34, 38.

Die Arretiereinrichtungen 30-40 sind identisch ausgebildet und bestehen aus je einer mit einem verjüngten Gewindehals 42 in eine radiale Gewindebohrung des Anschlußteils 12 ein­ geschraubten Hülse 44. Im Halsteil 42 ist eine federbelaste­ te Kugel 46 aufgenommen, die in eine im Anschlußteil 10 an deren äußerer Mantelfläche 22 angeordnete Aussparung eingreift. Wie aus den geschnitten dargestellten Bereichen in Fig. 1 hervorgeht, sind diese Aussparungen unterschied­ lich ausgebildet, und zwar haben die Aussparungen, die mit den Arretiereinrichtungen 30, 34, 38, 40 zusammenarbeiten, die Gestalt rotationssymmetrischer konischer Einsenkungen 48. Im Unterschied hierzu sind die mit den Arretiereinrich­ tungen 32, 36 zusammenwirkenden Aussparungen als im Quer­ schnitt V-förmige Tangentialnuten 50 ausgebildet, die in der Mitte, nämlich dort, wo die Kugel der betreffenden Arre­ tiereinrichtung im Normalzustand eingreift, dasselbe und gleich große Querschnittsprofil wie die konischen Einsen­ kungen 48 aufweisen und zu den Enden hin unter zunehmender Verkleinerung dieses Profils in die äußere Mantelfläche 22 auslaufen.

Durch diese unterschiedliche Ausbildung der Aussparungen kommen den beiden Einrichtungsgruppen unterschiedliche Auf­ gaben zu, und zwar dienen die Arretiereinrichtungen 30, 34, 38, 40 der ausschließlichen Arretierung der Anschlußteile 12 zueinander gegen Kippkräfte, während die Arretiereinrich­ tungen 32, 36 in Verbindung mit den tangentialen Nuten 50 die Aufgabe haben, Drehungen der Anschlußteile 10, 12 zuein­ ander mit zunehmender Wirkung abzubremsen.

Die Vorspannung der Kugeln 46 kann auf verschiedene Weise erfolgen. Gemäß der Darstellung in Fig. 5 dient zum Vor­ spann eine Gummifeder 52, die mit einer durchgehenden axi­ alen Durchbrechung einen Führungszapfen 54 an einem Druck­ kolben 56 umschließt, dessen in den Halsteil 42 eingreifen­ des verjüngtes Ende die Kugel 46 erfaßt. Die Gummifeder 52 ist durch einen in das äußere Ende der Hülse 44 einge­ schraubten Deckel 58 vorgespannt, der in einer Bohrung 60 das äußerste Ende des Führungszapfens 54 verschieblich auf­ nimmt. Bei der abgeänderten Ausführungsform nach Fig. 6 ist die Gummifeder 52 durch ein Paket Tellerfedern 62 er­ setzt. Beide Federarten zeichnen sich durch hohe Vorspann­ kräfte bei geringem Raumbedarf aus.

Fig. 7 zeigt schließlich, wie der Initiator 64 am Sicher­ heitsanschlußflansch angeordnet und befestigt ist. Der Ini­ tiator 64 ist beispielsweise ein induktiver Näherungsschal­ ter und hat ein mit Gewinde versehenes rohrförmiges Gehäuse 66, das in eine mit Innengewinde versehene Radialbohrung 68 des Anschlußteils 12 vollständig eingeschraubt und durch eine Mutter 70 gesichert ist. Dem Stirnende des rohrförmi­ gen Gehäuses 66 steht in der gezeigten Normalbetriebsstel­ lung eine Radialbohrung 72 im anderen Anschlußteil 10 un­ mittelbar gegenüber, so daß in dieser Stellung kein Signal vom Initiator 64 abgegeben wird. Sobald hingegen die An­ schlußteile 10, 12 eine Relativbewegung zueinander ausfüh­ ren, gelangen das Stirnende des Gehäuses 66 und die Boh­ rung 72 außer Deckung, wodurch vom Initiator 64 ein Signal erzeugt wird, das den Schweißroboter über eine (nicht ge­ zeigte) Steuereinrichtung augenblicklich stillsetzt.

Claims (15)

1. Sicherheits-Anschlußflansch für ein robotergeführtes Werkzeug, insbesondere elektrisches Schweißwerkzeug als dessen Bindeglied zum Roboter, bestehend aus einem inne­ ren und einem äußeren Anschlußteil, die mit ringförmigen Mantelflächen verschieblich, verdrehbar und kippbar in­ einandergreifen und im Normalbetrieb durch nachgiebige Arretierungsglieder in einer bestimmten Stellung zueinan­ der gehalten sind, sowie einem Initiator, durch welchen bei Relativbewegung der Anschlußteile aus dieser Stel­ lung der Roboter augenblicklich stillsetzbar ist, wobei die Mantelfläche des inneren Anschlußteils als Teil ei­ ner Kugelfläche ausgebildet und mit auf einer gemeinsa­ men Umfangslinie verteilten Aussparungen versehen ist, in welche die in radialen Führungen des äußeren Anschluß­ teils beweglichen Arretierungsglieder unter Federkraft im Normalbetrieb eingreifen, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Mantelfläche des äuße­ ren Anschlußteils (12) in ihren sich von den Arretierungs­ gliedern (Kugeln 46) zum Eingriffsende hin erstreckenden axialen Abschnitt (28) als Teil einer der Mantelfläche (22) des inneren Anschlußteils (10) angepaßten Hohlkugel­ fläche ausgebildet ist und der Initiator (64) im Bereich der ineinandergreifenden Mantelflächen (22, 26, 28) ange­ ordnet ist.

2. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß die Arre­ tierungsglieder in an sich bekannter Weise Kugeln (46) sind.

3. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß die Feder­ kraft in an sich bekannter Weise einstellbar ist.

4. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Federkraft in an sich bekannter Weise Tellerfedern (62) dienen.

5. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung der Federkraft Gummifedern (54) dienen.

6. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Anzahl der Arretierungsglie­ der (46) bzw. Aussparungen (48, 50) mindestens je vier beträgt.

7. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 6, da­ durch gekennzeichnet, daß vier Arre­ tierungsglieder (46) im Umfangsabstand von 90° zueinan­ der angeordnet sind und mit stumpfwinkelig-hohlkugeli­ gen Einsenkungen (48) zusammenwirken und daß in zwei aufeinanderfolgenden Zwischenbereichen zwischen diesen Arretierungsgliedern je ein weiteres Arretierungsglied vorgesehen ist, das mit einer im Querschnitt V-förmigen Tangentialnut (50) zusammenwirkt, die sich unter gerad­ linigem Verlauf ihrer Scheitellinie tangential zur Man­ telfläche (22) des inneren Anschlußteils (10) an den Enden in diese auslaufend, erstreckt.

8. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 7, da­ durch gekennzeichnet, daß der Initi­ ator (64) in einem der beiden Zwischenbereiche angeord­ net ist.

9. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Anschlußteile (10, 12) als Ring­ kragen mit an deren einen Enden ansetzenden radialen Anschlußflanschen (14, 16) ausgebildet sind.

10. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der An­ schlußflansch (16) des äußeren Anschlußteils (12) ra­ dial nach auswärts und der Anschlußflansch (14) des inneren Anschlußteils (10) radial nach einwärts gerich­ tet sind.

11. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 10, da­ durch gekennzeichnet, daß der An­ schlußflansch (16) des äußeren Anschlußteils (12) die Grundrißform eines an zwei einander gegenüberliegenden Eckpunkten abgeflachten Sechsecks besitzt, das nahe den vier übrigen Eckpunkten mit Anschlußbohrungen (20) ver­ sehen ist.

12. Sicherheits-Anschlußflansch nach Anspruch 11, da­ durch gekennzeichnet, daß an jeden der vier übrigen Eckpunkte zwei Anschlußbohrungen (20) in unterschiedlichen Radialabständen zum Zentrum des Anschlußteils (12) angeordnet sind.

13. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeich­ net, daß die Vertiefungen (48, 50) an der Mantelflä­ che (22) des inneren Anschlußteils (10) unmittelbar in diesem ausgebildet sind und das innere Anschlußteil aus gehärtetem Stahl besteht.

14. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Initiator (64) in eine an der Mantelflä­ che offene Radialbohrung (68) des äußeren Anschlußteils (12) eingesetzt ist und mit einer im Normalbetrieb dem Stirnende des Initiators (64) gegenüberstehenden Radial­ bohrung an der Mantelfläche (22) des inneren Anschluß­ teils (10) zusammenwirkt.

15. Sicherheits-Anschlußflansch nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß das werkzeugseitige Anschlußteil (12) das roboterseitige Anschlußteil (10) beim Ineinandergreifen aufnimmt.