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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen Bogenschweißroboter mit einer Anordnung
zum Handhaben von Versorgungsleitungen für einen Schweißbrenner
gemäß des Oberbegriffs
von Patentanspruch 1.
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Ein
derartiger Schweißroboter
ist aus
JP-A-03066267 bekannt.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Herkömmliche
Bogenschweißroboter
weisen einen bekannten Aufbau auf, bei dem ein Schweißbrenner
an dem distalen Ende eines Roboterarms angebracht ist und eine Drahtzuführvorrichtung
einen Schweißdraht
durch ein Brennerkabel zu dem Schweißbrenner führt.
1A ist
eine schematische Vorderansicht, die den Aufbau eines Bogenschweißroboter
dieses Typs zeigt, und
1B ist eine Seitenansicht, die
den Abschnitt um den Schweißbrenner
des Bogenschweißroboters
mit Blickrichtung von der linken Seite von
1A zeigt. Wie
in
1A gezeigt, ist bei diesem Bogenschweißroboter
ein Schweißbrenner
2 an
dem distalen Ende eines Arms (oder Unterarms) einer mechanischen
Einheit eines Roboters
1 angebracht und eine Drahtzuführvorrichtung
ist auf einer Haltebasis
5 des Roboterarms (Vorderarms)
angebracht. Ein Brennerkabel
3 verläuft zwischen der Drahtzuführvorrichtung
4 und
dem Schweißbrenner
2.
In diesem Zusammenhang offenbart das
japanische
ungeprüfte Gebrauchsmuster
(Kokai) Nr. 5-28563 (
JP 5-28563 U ) einen Bogenschweißroboter
mit dem gezeigten Aufbau.
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Es
ist notwendig, zusätzlich
zu dem Schweißdraht
ein Schutzgas und einen Schweißstrom
zu dem Schweißbrenner 2 zuzuführen und
somit beinhaltet das Brennerkabel 3 eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen,
wie zum Beispiel ein Gasrohr, einen elektrischen Draht, etc. zum
Zuführen
von diesen. Im Allgemeinen verläuft
der Schweißdraht
zur Zuführung
durch eine röhrenförmige Schweißdrahtbuchse
und das Schutzgas wird durch ein Rohr zugeführt. Zum Zuführen des
Schweißstroms
werden verschiedene lineare elektrische Kabel verwendet.
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Daher
wird das Brennerkabel
3, das verschiedene Versorgungsleitungen
aufnimmt, einer großen
Last während
des Betriebs der Robotereinheit
1 ausgesetzt. Wenn beispielsweise
die Gelenkachse der mechanischen Robotereinheit einen Richtungswechsel
(d. h. eine Drehung) des Schweißbrenners
2 ausführt, verändert sich
durch die Drehbewegung des Schweißbrenners
2 (s. gestrichelte
Linien
2a,
2b) die Position des Brennerkabels
3 größtenteils,
wie durch die gestrichelten Linien
3a,
3b in
1b gezeigt,
so dass sich das Brennerkabel
3 verbiegen oder verdrillen
kann. In diesem Zusammenhang wurde eine Kabelanordnung (d. h. eine
Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen) zur Reduzierung
der Last auf dem Brennerkabel
3 vorgeschlagen (s.
2),
die in der
japanischen ungeprüften Offenlegungsschrift
(Kokai) Nr. 2003-230963 (
JP 2003-230963, A ,
WO-A-03 066 267 ) offenbart ist.
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In
der gezeigten Kabelstruktur ist eine röhrenförmige Buchse (d. h. eine Kabelbuchse) 6 in
dem Zentrum des Brennerkabels 3 angeordnet, und der innere
Raum der Buchse 6 wird als ein Durchgang für einen
Schweißdraht 7 genutzt.
Die Buchse 6 ist innerhalb eines Gasschlauchs 8 zum
Hindurchströmen eines
Schutzgases angeordnet und zwei oder mehrere (typischerweise verschiedene)
elektrische Kabel 9 sind an der Außenseite des Gasschlauches 8 angeordnet.
Die elektrischen Kabel 9 sind nebeneinander liegend entlang
des Außenumfangs
des Gasschlauchs angeordnet, so dass sie voneinander beabstandet
sind und ein Halteband 10 außen um diese herumgewickelt
wird. Anschließend
wird eine Hülse 11 außen an dem
Halteband 10 angebracht.
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Bei
der vorangestellt beschriebenen herkömmlichen Kabelstruktur ist
eine Mehrzahl von elektrischen Kabel 9 beabstandet voneinander
angeordnet, so dass, falls eine Deformation, wie zum Beispiel eine
Biegung oder eine Verdrillung, in dem Brennerkabel 3 erzeugt
wird, sich die elektrischen Kabel 9 individuell in eine
Richtung bewegen können, um
eine Deformation, beispielsweise durch Biegung oder Verdrillung,
vermeiden zu können.
Somit kann eine Materialermüdung
der elektrischen Kabel 9 wegen Deformation reduziert werden.
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Ein
herkömmliches
Brennerkabel hat eine Struktur wie die vorangestellt beschriebene
Kabelstruktur, wobei eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen, die
eine für
einen Schweißdraht
verwendete Buchse, ein Rohr zum Zuführen von Schutzgas und eine
Mehrzahl von elektrischen Kabel zum Zuführen eines Schweißstroms
umfassen, zusammen in einem einzelnen Kabel aufgenommen sind, das
einen kleinstmöglichen
Außendurchmesser
aufweist, um die Materialkosten und die radialen Dimensionen reduzieren
zu können.
Infolgedessen weist das Brennerkabel eine sehr niedrige Flexibilität auf.
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Die
niedrige Flexibilität
führt zu
einem unbefriedigenden Ergebnis in einem Fall, bei dem es in einem
Bogenschweißroboter
mit einer an einem Arm montierten Drahtzuführvorrichtung verwendet wird. Wie
vorangestellt beschrieben, bewegt sich in einem Bogenschweißroboter
ein Schweißbrenner
frei mit der Bewegung einer Gelenkeinheit, so dass ein Brennerkabel
wiederholt einem Biegen oder einem Verdrillen ausgesetzt ist. Falls
ein Brennerkabel mit niedriger Flexibilität verwendet wird, ist es sogar
dann schwierig, einen frühzeitigen
Kabelbruch zu verhindern, wenn das Brennerkabel den in 2 gezeigten Kabelaufbau
aufweist. Insbesondere in dem Fall, bei dem das Brennerkabel nahe
des Arms oder der Gelenkeinheit des Roboters verläuft, wird
eine reduzierte Länge
und ein reduzierter Krümmungsradius
an einem Abschnitt des Brennerkabels zwischen der Drahtzuführvorrichtung
und dem Schweißbrenner vorgesehen,
um Beeinflussungen zwischen dem Kabel und einem zu schweißenden Werkstück oder
einer Vorrichtung zu verhindern, so dass eine auf das Brennerkabel
ausgeübte
Beanspruchung durch Biegung oder Verdrillung vergrößert wird,
wodurch die Lebensdauer des Brennerkabels reduzieren werden kann.
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US-A-2001 052 564 ist
auf einen Kabelführungsschlauch
mit einem drehbaren Verbindungsmechanismus gerichtet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bogenschweißroboter
mit einer Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen für einen
Schweißbrenner
bereitzustellen, die eine Reduzierung der Lebensdauer eines eine
Mehrzahl von Versorgungsleitungen, die eine Schweißdrahtbuchse,
ein Schutzgasrohr und ein elektrisches Kabel für einen Schweißstrom,
aufnehmenden Brennerkabels verhindert.
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Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Bogenschweißroboter
mit einer Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen für einen
Schweißbrenner
bereitzustellen, die es ermöglicht,
ein eine Mehrzahl von Versorgungsleitungen aufnehmendes Brennerkabel
in naher Umgebung zu einem Arm oder einer Gelenkeinheit des Roboters
anzuordnen, um eine Beeinflussung zwischen dem Kabel und einem zu
schweißenden
Werkstück oder
einer Vorrichtung zu verhindern.
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Um
die vorangestellt beschriebenen Aufgaben zu lösen, stellt die vorliegende
Erfindung einen Bogenschweißroboter
mit einer Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen für einen Schweißbrenner
bereit, die zum Verlegen und Handhaben einer Mehrzahl von Verbindungsleitungen
entlang eines Manipulators vorgesehen ist, wobei die Versorgungsleitungen
mit einem an dem Manipulator mit den Merkmalen von Anspruch 1 angebrachten Schweißbrenner
verbunden sind. Gemäß der Erfindung
umfasst die Mehrzahl von Versorgungsleitungen einen dem Schweißbrenner
zuzuführenden Schweißdraht,
eine den Schweißdraht
umgebende Rohrbuchse, ein Rohr zum Zuführen von Schutzgas zu dem Schweißbrenner
und eine Mehrzahl von elektrischen Kabeln zum Zuführen von
Schweißstrom
zu dem Schweißbrenner;
wobei der Bogenschweißroboter
eine Drahtzuführvorrichtung
aufweist, die an dem Manipulator zum Zuführen von Schweißdraht zu dem
Schweißbrenner
angeordnet ist; und wobei die Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen
einen die Mehrzahl von Versorgungsleitungen enthaltenen flexiblen
Kanal aufweist, wobei der flexible Kanal einen ersten Verbindungsbereich
umfasst, der an einem Längsende
zum Verbinden mit dem Schweißbrenner
vorgesehen ist, und einen zweiten Verbindungsbereich aufweist, der
an dem anderen Längsende
zum Verbinden mit der Drahtzuführvorrichtung
vorgesehen ist, und einen Verbindungsmechanismus, der für wenigstens
einen der ersten und zweiten Verbindungsbereiche des Kanals vorgesehen
ist, wobei der Verbindungsmechanismus den Leitungskanal drehbar
mit wenigstens einem von Schweißbrenner
oder Drahtzuführvorrichtung
verbindet.
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In
der vorangestellt beschriebenen Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen enthält der Kanal
die in ein Multikernkabel integrierten elektrischen Kabel, wobei
das Multikernkabel sowohl von der Rohrbuchse für den Schweißdraht als auch
von dem Rohr für
das Schutzgas getrennt ist.
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Die
vorangestellt beschriebene Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen
kann ferner einen Klemmmechanismus aufweisen, der mit wenigstens
einem von erstem und zweitem Verbindungsbereich des Kanals in Verbindung
steht, wobei der Klemmmechanismus die Mehrzahl von Versorgungsleitungen
relativ zu wenigstens einem von beiden, dem Schweißbrenner
und der Drahtzuführvorrichtung,
festklemmt.
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Die
vorangestellt beschriebene Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen
kann ferner ein Halteelement aufweisen, das im Inneren des Kanals
angeordnet ist, wobei das Haltelement die Mehrzahl von Versorgungsleitungen
an einer vorbestimmten Position hält.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
vorangestellt beschriebenen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile
der vorliegenden Erfindung werden von der folgenden Beschreibung der
bevorzugten Ausführungsform
in Verbindung mit den beigefügten
Figuren ersichtlicher, wobei
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1A eine
schematische Vorderansicht ist, die eine mechanische Einheit eines
Bogenschweißroboters
gemäß des Standes
der Technik zeigt;
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1B eine
Seitenansicht ist, die einen Abschnitt um den Schweißbrenner
der mechanischen Robotereinheit gemäß 1A zeigt;
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2 eine
Teilansicht ist, die eine für
einen Schweißbrenner
verwendete Kabelstruktur gemäß des Standes
der Technik zeigt;
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3A eine
schematische Vorderansicht ist, die eine Gesamtanordnung eines Bogenschweißroboters
zeigt, bei den eine Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen
für einen
Schweißbrenner
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genutzt wird;
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3B eine
schematische Seitenansicht ist, die eine mechanische Einheit des
Bogenschweißroboters
gemäß 3a zeigt:
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4 eine
Teilansicht ist, die den inneren Aufbau eines für die Anordnung zum Handhaben
von Versorgungsleitungen genutztes Brennerkabel gemäß 3A zeigt;
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5A eine
Teilansicht ist, die an einen an der Seite des Schweißbrenners
in der Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen gemäß 3A vorgesehenen
Brennerkabelverbindungsmechanismus zeigt;
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5B eine
Teilansicht entlang einer Linie V-V gemäß 5A ist;
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6A eine
Teilansicht ist, die einen Brennerkabelverbindungsmechanismus an
der Seite der Drahtzuführvorrichtung
in der Anord nung zum Handhaben von Versorgungsleitungen gemäß 3a zeigt;
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6B eine
Teilansicht entlang einer Linie VI-VI in 6A ist;
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7 eine
teilweise aufgebrochene Ansicht ist, die einen für ein elektrisches Kabel zum
Zuführen eines
Schweißstroms
in der Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen gemäß 3A vorgesehenen
Klemmmechanismus zeigt;
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8A eine
teilweise aufgebrochene Ansicht ist, die ein Versorgungsleitungshalteelement zeigt,
das in dem Brennerkabel in der Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen
gemäß 3A vorgesehen
ist; und
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8B eine
Teilansicht entlang einer Linie VIII in 8A ist.
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Detaillierte Beschreibung
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Die
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung werden nachstehend detailliert mit Bezug
auf die beigefügten
Figuren beschrieben. In den Figuren werde gleiche oder ähnliche
Komponenten durch dieselben Bezugszeichen angezeigt.
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Mit
Bezug auf die Figuren zeigen die 3A und 3B entsprechend
eine Vorder- und Seitenansicht des gesamten Aufbaus eines Industriebogenschweißroboters,
bei dem eine Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen 20 für einen Schweißbrenner
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung genutzt wird. Der gezeigte Bogenschweißroboter
umfasst eine mechanische Einheit 22 mit sechs Freiheitsgraden
und eine Robotersteuerung 24 zum Steuern der Achsen der
mechanischen Einheit 22. Die mechanische Einheit 22 umfasst
einen Roboterarm oder Manipulator 26 mit einer Gelenkeinheit
(wird nachstehend beschrieben) und ein Schweißbrenner (28) ist
als ein Werkzeug (d. h. ein Endeffektor) an der Gelenkeinheit des
Manipulators 26 angebracht. Die mechanische Einheit 22 bewegt
den an den distalen Ende des Gelenks angebrachten Schweißbrenner 28 unter
Erhaltung einer vorbestimmten Richtung in Übereinstimmung mit einem von
der Robotersteuerung 24 ausgegebenen Befehl zu einer Zielposition,
wodurch der Schweißbrenner
einem Pfad in einem zu schweißenden
Objekt folgt. Zu diesem Zweck werden Servomotoren, die an den sechs
Achsen der mechanischen Einheit 22 vorgesehen sind, durch ein
Steuerkabel (nicht gezeigt) mit der sie steuernden Robotersteuerung 24 verbunden.
In diesem Zusammenhang kann die Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen für einen
Schweißbrenner
gemäß der vorliegenden Erfindung
nicht nur in dem gezeigten vertikalen Gelenkroboter mit einem sechsachsigen
Aufbau, sondern auch in einem vertikalen Gelenkroboter mit einem
anderen Aufbau, wie zum Beispiel einen fünfachsigem Aufbau, genutzt
werden.
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Der
gezeigte Bogenschweißroboter
umfasst ferner eine Schweißstromversorgungseinheit 30 zum Ausführen eines
Schweißvorgangs
durch den Schweißbrenner 28.
Die Robotersteuerung 24 gibt auch einen Schweißbefehl
an die Schweißstromversorgungseinheit 30 gleichzeitig
mit einem Betriebsbefehl zu den Servomotoren jeder Achse der mechanischen
Einheit 22 aus. Die Schweißstromversorgungseinheit 30 ist
durch ein Zuführkabel 30 mit
einer an dem Manipulator 26 angeordneten Drahtzuführvorrichtung 34 verbunden.
Die Drahtzuführvorrichtung 34 trägt ein mit
dem Schweißbrenner 28 an
dem Manipulator 26 verbundenes Brennerkabel 36 und führt einen
von einer nicht gezeigten Schweißdrahtrolle abgerollten Schweißdraht 38 durch
das Brennerkabel 36 dem Schweißbrenner 28 zu. Das
Zuführkabel 32 wird
in das Innere des Brennerkabels 36 an der Drahtzuführvorrichtung 34 eingeführt und
ist elektrisch mit dem Schweißdraht 38 in
dem Inneren des Schweißbrenners 28 verbunden.
Die Schweißstromversorgungseinheit 30 führt eine
Schweißspannung
und einen Schweißstrom
unter der Steuerung der Robotersteuerung 24 synchron mit
dem Betrieb der mechanischen Einheit 22 durch das Zuführkabel 32 dem
Schweißdraht 38 zu,
der von dem distalen Ende des Schweißbrenners 28 austritt.
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Der
Manipulator 26 umfasst einen Arm (oder eine Armbasis) 40 mit
einer longitudinalen ersten Achse α, einem ersten Gelenkelement 42,
das drehbar um die erste Achse α mit
dem Arm 40 verbunden ist, und ein zweites Gelenkelement 44,
das drehbar um eine zweite Achse β,
die sich im Wesentlichen in einer Richtung senkrecht zu der ersten
Achse α erstreckt,
mit dem ersten Gelenkelement 42 verbunden ist. Der Schweißbrenner 28 ist
durch ein Befestigungselement 46 an dem zweiten Gelenkelement 44 an
einer von der zweiten Achse β beabstandeten
und von dem Arm 40 entgegengesetzten Position befestigt.
Ein Befestigungsträger 48 wird
an dem Arm 40 gebildet, und die Drahtzuführvorrichtung 34 wird
an dem Befestigungsträger 48 befestigt.
In diesem Zusammenhang kann in Abhängigkeit von dem Aufbau eines
Roboters (oder einer mechanischen Einheit) ein Manipulator mit einem
Arm und einem Gelenkelement und mit verschiedenen Gelenkkonfigurationen versehen
sein.
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Die
Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen 20 für einen
Schweißbrenner,
die an einem Bogenschweißroboter
mit dem vorangestellt beschriebenen Aufbau angebracht ist, ist zum
Verlegen und Handhaben einer Mehrzahl von Versorgungsleitungen entlang
eines Manipulators vorgesehen, wobei die Mehrzahl von Versorgungsleitungen mit
dem an dem Manipulator 26 angebrachten Schweißbrenner 28 verbunden
sind. Die Versorgungsleitungen umfassen einen dem Schweißbrenner 28 zuzuführenden
Schweißdraht 38,
eine den Schweißdraht 38 umgebende
Rohrbuchse 50, ein Rohr 52 zum Zuführen von
Schutzgas zu dem Schweißbrenner 28 und
elektrische Kabel 54 zum Zuführen eines Schweißstroms
zu dem Schweißbrenner 28,
von denen alle in dem Brennerkabel 36 (s. 4)
aufgenommen sind. Somit stellt das Brennerkabel 36 nicht
nur einen Zuführdurchgang
für den Schweißdraht 38 bereit,
sondern auch einen Durchgang zum Zuführen von Schutzgas und Schweißstrom.
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In
dem Fall, bei dem sich die Richtung des Schweißbrenners 28 durch
Drehen des Schweißbrenners 28 um
seine Längsachse
verändert,
kann das Brennerkabel 36 einer Verdrillung ausgesetzt werden.
Um durch die Drehung verursachte Probleme zu verhindern, setzt die
Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen 20 das
Brennerkabel 36 mit einem wie in 4 gezeigten
Querschnitt ein und verwendet eine Verbindungsstruktur, die an wenigstens
einem von einem ersten Endabschnitt 36a an der Seite des
Schweißbrenners 28 und
einem zweiten Endabschnitt 36b an der Seite der Drahtzuführvorrichtung 34 vorgesehen
ist, um eine drehbare Halterung des Brennerkabels 36 um
seine Längsachse
einzurichten, die nachstehend beschrieben wird.
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Um
ferner eine gleichmäßige Bewegung
des flexiblen Brennerkabels 36 in Längsrichtung während eines
Roboterbetriebs zu ermöglichen,
ist es bevorzugt, dass eine Kabelführung 56, wie bevorzugt
an einer oder mehreren Stellen an dem Manipulator 26, vorgesehen
ist, wobei die Kabelführung 56 einen
Abschnitt des Brennerkabels 36 in Längsrichtung und radialer Richtung
davon hält.
Falls die Kabelführung 56 zum
Stabilisieren der Führung
des Brennerkabels 36 an einer geeigneten Stelle an dem
Manipulator 26 vorgesehen ist, ist es möglich, das Verhalten des Brennerkabels 36 vorherzusehen
und somit ein instabiles und unvorhersehbares Verhalten des Brennerkabels 36 zu
verhindern.
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Wie
in 4 gezeigt, hat das die Anordnung zum Handhaben
von Versorgungsleitungen 20 bildende Brennerkabel 36 einen
Aufbau, bei dem eine Rohrbuchse (oder eine Kanalbuchse) 50 als
ein Durchgang für
Schweißdraht 38 genutzt
wird, ein Rohr (oder ein Gasschlauch) 52 zum Zuführen von Schutzgas
und ein Multikernkabel 58 zur Betriebsnutzung, das durch
Bündelung
einer Mehrzahl von elektrischen Kabeln 54 gebildet wird,
in dem flexiblen Kanal 60 enthalten sind. Das Material
für den
Kanal 60 kann passend gewählt werden, zum Beispiel aus verschiedenen
flexiblen harzhaltigen Materialien. In diesem Zusammenhang kann,
falls das Brennerkabel um den Manipulator 26 herum oder
andersartig neu entlang des Manipulators 26 (3A)
angeordnet wurde, um die Bewegung der Gelenkeinheit während des
Betriebs der Gelenkeinheit des Bogenschweißroboters aufzunehmen, eine
in dem Kanal 60 erzeugte Spannung wesentlich durch Anwenden
einer Spannungsreduzierungstechnik oder eines begrenzenden Drehverbindungsmechanismus,
wie nachstehend beschrieben, reduziert werden, so dass die Auswahl
eines Materials mit einer praktisch ausreichenden Dauerhaftigkeit
nicht schwierig ist.
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In
dem Brennerkabel 36 ist die den Schweißdraht 38 umgebende
Rohrbuchse 50 in das Innere des Rohres 52 eingebracht
und im Wesentlichen entlang der Längsachse des Kanals 60 angeordnet.
Mit anderen Worten wird ein doppeltes oder ineinander gestecktes
Rohr, das die Rohrbuchse 50 und das Rohr 52 aufweist,
derart angeordnet, dass dessen Mittellinie im Wesentlichen mit der
Längsachse
des Kanals 60 übereinstimmt.
Die Länge
des Rohrs 52 für das
Schutzgas wird kürzer
gewählt
als die der anderen Versorgungsleitungen in dem Kanal 60,
so dass das Rohr 52 unter den Komponenten des Brennerkabels 36 zuerst
einer Biegung oder Verdrillung ausgesetzt wird. Mit dieser Anordnung
wird es möglich,
zu verhindern, dass eine durch Biegung oder Verdrillung erzeugte
Spannung direkt auf den Kanal 60 ausgeübt wird.
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Demgegenüber wird
das Multikernkabel 58, das unter Bündelung einer Mehrzahl von
elektrischen Kabeln 54 gebildet ist, zur Betriebsnutzung
in den Kanal 60 eingebracht und darin auf eine Weise aufgenommen,
so dass es von dem Rohr 52, durch das sich die Rohrbuchse 50 erstreckt,
getrennt ist. Somit bilden das Rohr 52 und das Multikernkabel 58 keine Anordnung
für Versorgungsleitungen,
in der die Versorgungsleitungen in eine einzelne, wie bei dem in 2 gezeigten
herkömmlichen
Aufbau, Einheit integriert sind. Im Gegensatz hierzu ist das Multikernkabel 58 derart
angeordnet, dass es sich an einer exzentrischen, von der Längsachse
des Kanals 60 abweichenden Position um eine vorbestimmte
Distanz erstreckt.
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Somit
werden eine Versorgungsleitung, die durch Einbauen der den Schweißdraht 38 umschließenden Rohrbuchse 50 in
das Rohr 52 zum Zuführen des
Schutzgases, und eine weitere Versorgungsleitung, die das durch
Bündeln
der elektrischen Kabel 54 gebildete Multikernkabel 58 zum
Zuführen
von Schweißstrom
beinhaltet, getrennt und einzeln in das Kanalrohr 60 eingebracht,
so dass es möglich
wird, den Durch messer jeder Versorgungsleitung zu reduzieren. Es
ist ebenfalls möglich,
den Außendurchmesser
des doppelten oder eingesteckten Rohres, das die Rohrbuchse 50 und
das Rohr 52 aufweist, erheblich zu reduzieren, so dass
ein sehr dünner Schweißdraht gleichmäßig zugeführt wird
und dass die Strömung
des Schutzgases nicht behindert wird. Ferner ist es möglich, ein
Multikernkabel 58 zur Betriebsnutzung durch Bündeln einer
großen
Anzahl von dünnen
elektrischen Kabeln 54 zu bilden und somit auf einfache
Weise den Außendurchmesser
des Multikernkabels 58 ohne Flexibilitätsverlust zu reduzieren. Auf
diese Weise ist es möglich,
die durch Biegung oder Verdrillung des Brennerkabels 36 während des
Betriebs des Roboters (insbesondere der Gelenkeinheit) erzeugten
Beanspruchungen effektiv zu reduzieren und somit die Lebensdauer
des Brennerkabels zu verbessern.
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Wenn
die Länge
des Rohrs 52 in dem Kanal 60 kürzer als die Länge des
Multikernkabels 58 zur Betriebsnutzung ausgelegt wird,
wird es wie bereits beschrieben möglich, eine auf das Multikernkabel 58 ausgeübte Spannung
zu reduzieren. Um die Strapazierfähigkeit gegenüber Verdrillung
weiter zu verbessern, kann das Multikernkabel 58 schneckenförmig um
das Schutzgasrohr 52 gewunden werden.
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Es
ist ebenfalls möglich,
den Durchmesser jeder Versorgungsleitung zu reduzieren und somit
einen ausreichenden inneren Raum 62 des Kanals 60 ohne
wesentliche Verkleinerung des Durchmessers des Kanals 60 sicherzustellen.
Obwohl sich jede Versorgungsleitung innerhalb des Kanals 60 bewegen kann,
werden sie ferner durch den Kanal 60 umgeben und dadurch
passend abgegrenzt, so dass es möglich
wird, gegenseitige Wechselwirkungen zwischen den Versorgungsleitungen
und den umgebenden Objekten zu reduzieren.
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Im übrigen muss
die Rohrbuchse 50, als eine Versorgungsleitung zum Zuführen von
Schweißdraht 38,
regelmäßig Instandhaltungsverfahren
unterzogen werden, da die innere Wandoberfläche der Buchse durch das Passieren
des Schweißdrahts 38 nach langer
Nutzung abgenutzt wird. In der vorliegenden Erfindung wird die Rohrbuchse 50 für den Schweißdraht 38 von
dem betriebsgenutzten Multikernkabel 58 getrennt, das durch
Bündeln
der elektrischen Kabel 58 für den Schweißstrom gebildet
wurde, und ist in dem Kanal 60 als eine einzelne Versorgungsleitung
angeordnet, so dass es bei den Instandhaltungsverfahren für die Rohrbuchse 50 nur
nötig ist, die
den Schweißdraht 38 umgebende
Rohrbuchse 50 zu ersetzen, wodurch die Instandhaltungskosten und
eine Betriebslast reduziert werden können.
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Während in
der gezeigten Ausführungsform, eine
Mehrzahl von elektrischen Kabel 54 in ein einzelnes Multikernkabel 58 integriert
ist, können
zwei oder mehrere Multikernkabel zur Nutzung im Betrieb durch Gruppieren
der Mehrzahl von elektrischen Leitern 54 gebildet werden.
Mit dieser Anordnung ist es möglich,
den Durchmesser von jedem Multikernkabel weiter zu reduzieren und
somit die Lebensdauer des Kabels weiter zu verbessern. Es ist ebenfalls
möglich,
die Lebensdauer des Kabels durch Vorsehen einer Mehrzahl von aus
Einzeldrähten
bestehenden elektrischen Leitern weiter zu erhöhen, indem diese eine Mehrzahl
von sehr feinen Drähten
aufweisen und ein Multikernkabel durch weiteres Bündeln der mehreren
aus Einzeldrähten
bestehenden elektrischen Leitern in einer geaderten Art bilden.
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Nachstehend
wird ein um eine Längsachse drehbarer
Halterungsaufbau beschrieben, der wenigstens an einem von dem Endbereich 36a des Brennerkabels 36 an
der Seite des Schweißbrenners 28 (d.
h. ein erster Verbindungsabschnitt 60a des Kanals 60)
und dem Endbereich 36b des Brennerkabels 36 an
der Seite der Drahtzuführvorrichtung 34 (d.
h. ein zweiter Verbindungsabschnitt 60b des Kanals 60) vorgesehen
ist. In der gezeigten Ausführungsform
ist der drehbare Halterungsaufbau an beiden Endbereichen 36a, 36b des
Brennerkabels 36 vorgesehen. Falls der drehbare Halterungsaufbau
nur an einem von beiden Endbereichen vorgesehen ist, wird das Brennerkabel 36 an
dem anderen Endbereich des Schweißbrenners oder der Drahtzuführvorrichtung 34 befestigt.
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5A und 5B zeigen
einen Kanalverbindungsmechanismus 64, der an dem Endbereich 36a (3A)
des Brennerkabels 36 an der Seite des Schweißbrenners 28 vorgesehen
ist. Der Kanalverbindungsmechanismus 64 umfasst einen zylindrischen
Kabelhalter 66, der an dem ersten Verbindungsabschnitt 60a an
einem Längsende
des Kanals 60 befestigt ist. Der Kabelhalter 66 ist
an seinem Längsende
mit einem Flansch 66a mit Schraubenlöchern versehen, und der Flansch 66a ist
abnehmbar an einem Flanschelement 68 befestigt, das an
dem ersten Verbindungsbereich des Kanals 60 durch Befestigungsschrauben 70 vorgesehen
ist. An dem anderen Ende des Kabelhalters 66 ist an dem
Außenumfang
des Kabelhalters eine Lagereinheit 72 mit Kugelelementen 72 vorgesehen
und ein Halter 74 ist an dem Schweißbrenner 28 durch
die Lagereinheit 72 drehbar an dem Kabelhalter 66 befestigt.
In diesem Zustand sind der Schweißbrenner 28 und der Kanal 60 in
einer konzentrischen Beziehung zueinander angeordnet. Auf diese
Weise ist der Kanal 60 durch die Halter 66, 74 des
Schweißbrenners 28 in einem
um die Längsachse
des Kanals 60 drehbaren Zustand verbunden.
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6A und 6B zeigen
einen Kanalverbindungsmechanismus 76, der an dem Endbereich 36b (3A)
des Brennerkabels an der Seite der Drahtzuführvorrichtung 34 vorgesehen
ist. Der Kanalverbindungsmechanismus 76 hat im Wesentlichen
den gleichen Aufbau wie der vorangehend beschriebene Kanalverbindungsmechanismus 64 und umfasst
einen an dem zweiten Verbindungsabschnitt 60b an einem
anderen Längsende
des Kanals 60 befestigten zylindrischen Kabelhalter 78.
Der Kabelhalter 78 ist an einem Längsende mit einem Flansch 78 mit
Schraubenlöchern
versehen, und der Flansch 78a ist abnehmbar an einem an
dem zweiten Verbindungsabschnitt 60b des Kanals 60 vorgesehenen Flanschelement 80 durch
Befestigungsschrauben 82 befestigt.
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An
dem anderen Ende des Kabelhalters 78, von dem sich die
beiden äußeren und
inneren Durchmesser nach außen
hin aufweiten, ist eine Lagereinheit 84 mit Kugelelementen 84a an
dem inneren Umfang des Kabelhalters vorgesehen. Ein Kabelhalter 86,
der an der Drahtzuführvorrichtung 34 (3A) vorgesehen
ist, ist drehbar durch die Lagereinheit 84 an dem Kabelhalter 78 befestigt.
In diesem Zustand sind der Halter 86 der Drahtzuführvorrichtung
und der Kanal 60 in einer konzentrischen Beziehung zueinander
angeordnet. Der Halter 86 ist an dem Körper (nicht gezeigt) der Drahtzuführvorrichtung 34 durch einen
an dem zu der Lagereinheit 84 entgegengesetzten Ende vorgesehenen
Flansch 86a befestigt. Auf diese Weise ist der Kanal 60 durch
die Halter 78, 86 in einem um die Längsachse
des Kanals 60 drehbaren mit der Drahtzuführvorrichtung 34 verbunden.
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Durch
das Sicherstellen eines rotatorischen Freiheitsgrades um die Achse
des Kanals 60 an wenigstens einem Ende (in dem gezeigten
Ausführungsbeispiel
beide Enden) des Kanals 60 kann der größte Teil einer Torsionsbeanspruchung,
die in dem Kanal 60 erzeugt wird, durch die Rotation des
Kanals 60 abgebaut werden.
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Falls
somit eine Drehung des Schweißbrenners 28 an
dem distalen Ende des Robotergelenks erfolgt, ist es möglich, die
Konzentration der Torsionsbeanspruchung in dem Kanal 60 zu
vermeiden und dadurch ein Ermüden
und Brechen des Kanals 60 zu verhindern.
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Die
Anordnung zum Handhaben von Verbindungsleitungen 20 mit
dem vorangehend beschriebenen Aufbau kann ferner einen Klemmmechanismus
zum Klemmen einer Mehrzahl von Versorgungsleitungen in dem Kanal 60 relativ
zu dem Schweißbrenner 28 und/oder
zu der Drahtzuführvorrichtung umfassen.
Ein derartiger Klemmmecha nismus kann in Verbindung mit wenigstens
einem von ersten Verbindungsbereich 60a und zweiten Verbindungsbereich 60B des
Kanals 60 vorgesehen sein.
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7 zeigt
beispielhaft einen Klemmmechanismus 88, der an einem Ort
vorgesehen ist, an dem das im Betrieb genutzte Multikernkabel 58 zum
Zuführen
von Schweißstrom
mit dem Schweißbrenner 28 verbunden
ist. Es ist bevorzugt, dass das Multikernkabel 58 auch
auf die gleiche Weise an einer Position geklemmt wird, an der das
Multikernkabel 58 mit der Drahtzuführvorrichtung 34 verbunden
ist. Die Hülle
des Multikernkabels wird an den entgegengesetzten Enden, an denen
das Multikernkabel 58 mit dem Schweißbrenner 28 und der
Drahtzuführvorrichtung 34 verbunden
ist, abgelöst,
und die im Inneren angeordneten elektrischen Kabel werden durch
ein Isolierband oder durch Verwenden eines Verbindungselements,
wie zum Beispiel ein Press-Fit-Anschlußteil mit einem Gegenstück verbunden.
In dem in 7 gezeigten Beispiel ist die
Hülle 58a teilweise von
einem Ende des Multikernkabels 58 entfernt, das dem ersten
Verbindungsabschnitt 60a des Kanals 60 entspricht,
und die freigelegten Abschnitte der elektrischen Kabel 54 sind
mit einem Draht-Press-Fit-Anschlussstück 92 verbunden,
das an einem an dem Schweißbrenner 28 (3A)
gebildeten Verbindungselement 90 vorgesehen ist.
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Der
Klemmmechanismus 88 umfasst eine Klemmplatte 96,
die zur Befestigung an dem Verbindungselement 90 durch
Befestigungsbolzen 94 und einer bevorzugten Anzahl (in
den Fig. zwei) von Bändern 98 zum
Halten einer Endlänge
des Multikernkabels 58 ausgelegt ist, das die mit der Klemmplatte 96 in
Anlage stehende Hülle 58a aufweist.
Durch Befestigen des in Betrieb genutzten Multikernkabels 58 auf diese
Weise an dem Abschnitt der Hülle 58a,
wird es möglich,
dass eine während
des Betriebs der Roboterhand auf das Multikernkabel 58 ausgeübte Zug- und/oder
Drehkraft nur an dem Verbindungsabschnitt der elektrischen Kabel 54 zu
dem Draht-Press-Fit-Anschlussstück 92 anliegt.
An dem anderen Verbindungsabschnitt des Kanals zu der Drahtzuführvorrichtung 34 kann
ebenfalls ein ähnlicher
Klemmmechanismus vorgesehen werden, um eine große auf den Verbindungsabschnitt
der elektrischen Kabel 54 ausgeübte Beanspruchung zu verhindern.
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Wie
gezeigt, ist das in Betrieb genutzte Multikernkabel 58 in
einer exzentrischen Position beabstandet von dem Zentrum des Kanals 60 angeordnet und
das Schutzgasrohr 52 verläuft danebenliegend durch das
Zentrum des Kanals 60. Das Schutzgasrohr 52 ist
mit einem an dem Verbindungselement 90 gebildeten Rohrverbindungsabschnitt 100 verbunden.
In dem Verbindungselement 90 ist ein Schutzgasdurchgang
(nicht gezeigt) derart ausgebildet, dass er sich von dem Rohrverbindungsabschnitt 100 zu
dem Schweißbrenner 28 (3A)
erstreckt.
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Die
Bereitstellung des Klemmmechanismus zum Klemmen der Außenumfänge der
Versorgungsleitungen zu den Gegenstückverbindungselementen an einer
Position, an der die entsprechenden durch den Kanal verlaufenden
Versorgungsleitungen mit dem Schweißbrenner 28 oder der
Drahtzuführvorrichtung 34 verbunden
sind, macht es möglich,
den Einfluss einer externen auf die Verbindungsleitungen ausgeübten Kraft
zu reduzieren und somit wirksam die Lebensdauer der Versorgungsleitungen
zu erhöhen.
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Im Übrigen gibt
es während
des Betriebs der Roboterhand einen Fall, bei dem die in dem Kanal 60 angeordneten
Versorgungsleitungen eine „Flatter"-Bewegung relativ
zu der Wand des Kanals 60 erzeugen. Auch in einem Fall,
bei dem der Kanal 60 um den Manipulator 26 gewunden
ist (3A), können die
Versorgungsleitungen durch die Wand des Kanals 60 gegen
der Manipulator 26 gedrückt
werden. Diese Phänomene
können
die Versorgungsleitungen beschädigen,
so dass es zur Verhinderung derartiger Beschädigungen vorteilhaft ist, dass
die Anordnung zum Handhaben von Versorgungsleitungen 20 mit dem
vorangestellt beschriebenen Aufbau ferner ein Halteelement 102 umfasst.
Das Halteelement ist an einer passenden Position im Inneren des
Kanals 60 zum Halten der Mehrzahl von Versorgungsleitungen an
einer vorbestimmten Position angeordnet. 8A und 8B zeigen
beispielhaft das in der in 7 gezeigten
Struktur aufgenommene Halteelement 102.
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Wie
in 8A gezeigt, ist das Halteelement 102 ein
scheibenförmiges
Element, das eine passende Dicke aufweist, mit einem Außendurchmesser
der etwas kleiner als der Innendurchmesser des Kanals 60 ist,
und in dem eine Mehrzahl von Durchgangslöcher 104, 106 zum
Halten und Führen
der Versorgungsleitungen vorgesehen ist. Die Durchgangslöcher 104, 106 sind
an Positionen vorgesehen, die den durch die objektiven Versorgungsleitungen
in einem Normalzustand oder unbeanspruchten Zustand in dem Kanal 60 eingenommenen
Positionen entsprechen.
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In
dem gezeigten Beispiel hält
und führt
das in dem Zentrum des Halteelements 102 gebildete Durchgangsloch 104 das
Schutzgasrohr 52 und das Durchgangsloch 106, das
an einer exzentrischen Position beabstandet von dem Zentrum gebildet
ist, hält und
führt die
Hülle 58a des
im Betrieb genutzten Multikernkabels 58. Diese Durchgangslöcher sind
derart ausgebildet, dass der Innendurchmesser des Durchgangslochs 104 etwas
größer als
der Außendurchmesser
des Schutzgasrohres 52 ist, und der Innendurchmesser des
Durchgangslochs 106 etwas größer als der Außendurchmesser
der Hülle 58a des Multikernkabels 58 ist.
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Wie
in 4 gezeigt, wird die Rohrbuchse 50, die
einen Durchgang für
den Schweißdraht 38 bildet,
in dem Schutzgasrohr 52 aufgenommen, so dass es zur Sicherstellung
einer Zuführstabilität des Schweißdrahts 38 sehr
bevorzugt ist, dass das Schutzgasrohr 52 im Wesentlichen
fluchtend mit der Längsachse
des Kanals 60 auf diese Weise gehalten wird. Ferner verhindert
das Halteelement 102 das „Flattern" des Schutzgasrohres 52 in
dem Kanal 60, was die Zuführstabilität des Schweißdrahts 38 weiter verbessert.
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In
diesem Zusammenhang ist es bevorzugt, dass ein Nylonband 108 um
das Schutzgasrohr 52 nahe des entgegengesetzten Öffnungsendes
des Durchgangslochs 104 herumgewunden ist, so dass ein
Schwanken des Halteelements 102 in Längsrichtung des Kanals 60 unterdrückt wird.
Es ist ebenfalls bevorzugt ein Material mit selbstschmierenden Eigenschaften
(z. B. Teflon) als Material für
das Halteelement 102 zu verwenden, um sicherzustellen,
dass die Versorgungsleitungen leichtgängig durch die Durchgangslöcher 104, 106 hindurch
verlaufen.
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Wie
es aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, wird in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung der flexible Kanal zum Aufnehmen der
Schweißdrahtbuchse,
des Schutzgasrohres und der elektrischen Kabel für den Schweißstrom genutzt und
es wird ein rotatorischer Freiheitsgrad an wenigstens einem Ende
des Kanals um die Längsachse des
Kanals sichergestellt, so dass es möglich wird, die durch Biegung
und Verdrillung während
des Betriebs des Manipulators (insbesondere Drehbewegungen des Schweißbrenners)
erzeugten Beanspruchungen leicht zu beseitigen.
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In
diesem Zusammenhang gilt, dass obwohl die sich durch den Kanal erstreckenden
Verbindungsleitungen durch Drehbewegungen des Schweißbrenners
verdrillt werden können,
sind die elektrischen Kabel für
den Schweißstrom
in dem Kanal in einem Zustand angeordnet, um von der Schweißdrahtbuchse
und dem Schutzgasrohr getrennt zu sein, so dass gegenseitige Beeinflussungen zwischen
der Bewegung der elektrischen Kabel und der Bewegung der Schweißdrahtbuchse
und des Schutzgasrohrs im Wesentlichen beseitigt sind und somit
die Beanspruchung durch Biegung oder Verdrillung reduziert werden
kann. In dem Fall, bei dem die Schweißstromkabel brechen und/oder
die Schweißdrahtbuchse
abgenutzt oder beschädigt
ist, müssen ferner
nur diese Versorgungsleitungen ersetzt werden, wodurch die Instandhaltungskosten gesenkt
werden.
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Somit
wird es gemäß der vorliegenden
Erfindung möglich,
effektiv eine Reduzierung der Lebensdauer eines eine Mehrzahl von
Versorgungsleitungen, wie zum Beispiel eine Schweißdrahtbuchse,
ein Schutzgasrohr und elektrische Kabel für den Schweißstrom umfassendes
Brennerkabel zu verhindern. Es ist ebenfalls möglich, ein Brennerkabel einfach
in der nahen Umgebung eines Roboterarms oder einer Roboterhand in
einer Weise anzuordnen, die Beeinflussungen zwischen dem Brennerkabel und
einem zu schweißenden
Arbeitsstück
oder Vorrichtungen verhindert.
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Während die
Erfindung mit Bezug auf spezielle bevorzugte Ausführungsformen
beschrieben wurde, ist es für
Fachleute verständlich,
dass verschiedene Veränderungen
und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne sich von dem Schutzbereich
der folgenden Ansprüche
zu entfernen.