WO2017182308A1 - Roboter-kühlsystem - Google Patents

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WO2017182308A1
WO2017182308A1 PCT/EP2017/058514 EP2017058514W WO2017182308A1 WO 2017182308 A1 WO2017182308 A1 WO 2017182308A1 EP 2017058514 W EP2017058514 W EP 2017058514W WO 2017182308 A1 WO2017182308 A1 WO 2017182308A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
robot
cooling
primary
cooling system
coolant
Prior art date
Application number
PCT/EP2017/058514
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Collmer
Steffen Hein
Original Assignee
Dürr Systems Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dürr Systems Ag filed Critical Dürr Systems Ag
Publication of WO2017182308A1 publication Critical patent/WO2017182308A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0054—Cooling means
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for
    • B25J11/0075—Manipulators for painting or coating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J19/00—Accessories fitted to manipulators, e.g. for monitoring, for viewing; Safety devices combined with or specially adapted for use in connection with manipulators
    • B25J19/0025—Means for supplying energy to the end effector

Definitions

  • the invention relates to a robot cooling system for cooling a robot, in particular for cooling a painting robot or a handling robot in a paint shop.
  • Modern industrial robots have various heat sources that generate heat during operation, which requires sufficient cooling to dissipate the heat me.
  • modern industrial robots usually have electric motors for mechanical drive, these electric motors generate heat.
  • modern industrial robots usually have gearboxes that also generate heat due to internal friction that must be dissipated.
  • modern La ⁇ ckierroboter also have electrically operated Ap directionsbau parts (eg electrically controlled valves), which also generate heat. Without an adequate dissipation of the heat generated by the heat sources in the Be ⁇ drove it may result in overheating of components (such as valves, sensors, motors, etc.) occur in the industrial robot.
  • ei ne overheating may also lead to a voiding of the warranty claim against an engine manufacturer, if the specified by the engine manufacturer maximum ambient temperature is exceeded.
  • a well-known cooling measure is to dissipate the waste heat of the on ⁇ drive motors in the oil bath of the associated transmission, wherein the heat is then released by heat conduction and convection of the oil bath on the robot housing to the ambient air.
  • Another known cooling measure is the An ⁇ drive motors of the robot to ⁇ flanges directly to the robot body, whereby a good thermal contact between the drive motors on the one hand and the robot body on the other hand achieved, which favors heat dissipation into the ambient air.
  • Another disadvantage of the known cooling measures consists in the indirect heat dissipation over several components, such as components, engine oil, etc., which leads to an unbe ⁇ peaceful heat dissipation.
  • This high production cost is to perform each engine flange and also from the quality assurance side to check constantly, resulting in a high production cost.
  • the prior art is also to be referred to DE 40 33 331 AI, WO 2004/007152 AI, DE 600 05 824 T2, DE 297 11 523 Ul, US 4,852,114, WO 2016/009785 AI, US 6 577 093 Bl, DE 100 13 721 AI, DE 603 05 395 T2, US 6 298 684 Bl and DE 10 2007 053 538 AI.
  • the invention is therefore based on the object to provide a ⁇ accordingly improved robot cooling system.
  • This object is achieved by an inventive robot cooling system according to the main claim.
  • the robot cooling system according to the invention is particularly advantageous for cooling a painting robot, as it is known per se, to be used in painting, for example, for Lackie ⁇ tion of motor vehicle body components.
  • the robot cooling system according to the invention is also suitable for cooling so-called handling robots that are used in paint shops for opening doors or hoods of motor vehicle bodies, such handling robots being known per se from the prior art.
  • the robot cooling system according to the invention is also suitable for cooling other types of industrial robots.
  • the robot cooling system serves to cool robot components which form a heat source and therefore have to be cooled.
  • An example of a robot component to be cooled is a drive motor (eg electric motor) which drives a movable robot axis of the robot.
  • a walls ⁇ res example of a robotic device to be cooled is a Robo ⁇ tergetriebe which is driven by a drive motor.
  • the robot component to be cooled can also be an electrically operated application component, such as, for example, an electrically actuated valve.
  • the invention is therefore not limited to certain types of heat sources with regard to the heat sources to be cooled.
  • the robot cooling system according to the invention has, in accordance with the prior art, a primary cooling circuit in which a primary coolant (eg, cooling water) is circulated to cool the robot component, which forms a heat source.
  • a primary coolant eg, cooling water
  • the robot cooling system according to the invention is distinguished from the prior art by an additional secondary cooling system, the heat from the primary cooling circuit ⁇ leads.
  • the secondary cooling system is preferably a secondary cooling circuit in which a secondary coolant (for example compressed air) flows, wherein the secondary cooling circuit dissipates the heat from the primary cooling circuit by means of a heat exchanger (heat exchanger).
  • a secondary coolant for example compressed air
  • the secondary cooling circuit dissipates the heat from the primary cooling circuit by means of a heat exchanger (heat exchanger).
  • heat exchanger heat exchanger
  • the robot cooling system For thermal connection of the primary cooling circuit with the secondary cooling system (eg secondary cooling circuit), the robot cooling system according to the invention preferably has a heat exchanger ⁇ (heat exchanger), which is connected on the one hand to the primary cooling circuit and on the other hand to the secondary cooling system (eg secondary cooling circuit) and the heat of the primary coolant in the primary cooling circuit to the secondary coolant in the secondary cooling system transmits.
  • heat exchangers heat exchangers
  • the robot cooling system has at least one cooling flange, which is thermally connected to the robot component to be cooled.
  • a cooling flange used in the context of the invention is preferably to be understood generally and designated net only a component that is flanged to the robot to be cooled ⁇ part (eg drive motor, gearbox) and is cooled by the primary cooling circuit and therefore acts as a heat exchanger over ⁇ .
  • the cooling flange can be mechanically connected directly to the robot component to be cooled, so that the heat arising during operation in the robot component to be cooled can easily be transferred to the cooling flange by heat conduction from the robot component to be cooled.
  • the cooling flange preferably has a hollow chamber for the passage of the primary coolant.
  • the primary cooling circuit thus directs the primary coolant through the hollow chamber of the cooling flange, with the primary coolant receiving heat from the robot component to be cooled.
  • the cooling flange between a drive motor of the robot drive and a Roboterge ⁇ housing of the robot is arranged.
  • the Roboterge ⁇ housing preferably made of a cast material, and therefore has a large thermal heat capacity.
  • the cooling flange is arranged between the drive motor and the associated gear, wherein the cooling flange preferably has a through hole through which the drive shaft of the drive motor is passed.
  • the cooling ⁇ flange can absorb the heat generated during operation, the egg ⁇ is ne stamped other hand, generated by the drive motor and the gear Ge ⁇ .
  • the primary coolant is preferably a coolant, such as cooling water or oil.
  • the secondary coolant is preferably a gaseous coolant, compressed air preferably being used. Such compressed air is at a moderate ⁇ nen painting anyway as process air is available and therefore does not need to be specially produced.
  • process air used in the context of the invention designates
  • Compressed air that is used directly or indirectly for the painting process for example for the control of application components.
  • the use of process air for cooling purposes has the advantage that the air consumption is not increased by the cooling.
  • the process air handle includes the following types of compressed air:
  • the secondary cooling system (eg secondary cooling circuit) is a offe ⁇ nes system, wherein the secondary coolant is compressed air.
  • the compressed air forming the secondary coolant is not returned again after flowing through the heat exchanger (heat exchanger) and thus does not circulate.
  • the compressed air used as the secondary coolant is hereby used after the secondary cooling system has flowed through to operate the cooled robot, as is known per se from conventional painting robots.
  • conventional painting robots often have a rotary atomizer as the application device, which is driven by a compressed air turbine.
  • Serving as a secondary coolant compressed air can then be used after passing through the secondary cooling system (eg secondary cooling circuit) as drive air for driving the compressed air turbine.
  • Another possible use of serving as a secondary coolant compressed air is in the use as Brems ⁇ air for braking the compressed air turbine.
  • the compressed air serving as a secondary coolant can also serve as bearing air for supporting a shaft of the rotary atomizer.
  • the possibility that serves as a seconding ⁇ däres coolant pressure air after passing through the secondary cooling system exists as shaping air for shaping a spray of an atomizer can be used.
  • the compressed air can basically be used as process air in all application components.
  • the compressed air to operate the atomizer requires a certain minimum temperature. ⁇ it is be possible, however, that the system side ready ⁇ detected pressure air having a temperature upstream of the robotic cooling system, which is less than the minimum temperature required for the operation of the atomizer.
  • the robotic cooling system according to the invention then has the positive additional effect that the compressed air serving as a secondary coolant is so far heated when flowing through the robot cooling system that the temperature of the compressed air after flowing through the robot cooling system at least up to the operation of the Nebulizer required minimum temperature is raised. It may therefore not be necessary to additionally heat the compressed air, which can save energy.
  • the present invention robotic cooling system preferably comprising a circulation pump for circulating said primary coolant (eg cooling water) in the primary cooling circuit ⁇ run.
  • the secondary compressed air is usually under pressure and therefore does not need to be additionally moved.
  • the primary cooling circuit is a closed circuit before ⁇ preferably. This means that the coolant is recirculated after flowing through the primary cooling circuit back to the input of the primary cooling circuit and thus to ⁇ Zirku ⁇ lines in the primary cooling circuit.
  • the secondary cooling system is on the other hand - as already mentioned briefly above - preferably a ⁇ of Fenes system.
  • the secondary coolant eg compressed air
  • both the primary cooling circuit and the seconding ⁇ därksselsystem are formed as closed loops.
  • both the primary cooling circuit and the secondary cooling system are configured as offe ⁇ ne cycles.
  • the robotic cooling system includes a plurality of heat exchangers (heat exchangers), such as a plurality of cooling flanges that receive heat from each of a heat source (e.g., drive motor).
  • heat exchangers heat exchangers
  • a heat source e.g., drive motor
  • the heat sources to be cooled are arranged serially in a primary cooling circuit one behind the other, so that the primary coolant cools the heat sources in succession.
  • a pa ⁇ rallele arrangement with a serial arrangement is combined.
  • three parallel primary circuits can be seen before ⁇ to cool the various heat sources, wherein in the parallel primary circuits each serially in succession a plurality of heat sources are arranged.
  • the robot to be cooled is preferably a robot with a serial robot kinematics.
  • the robot preferably comprises a robot base, a rotatable Robo ⁇ terglied, a proximal and a distal robot arm robot arm and a robot hand axis, which per se from the State of the art is known and therefore need not be ⁇ written closer.
  • the proximal robot arm can be subdivided into two arm parts, which can be rotated relative to one another and about their longitudinal axis.
  • the proximal robot arm is undivided.
  • the proximal robot arm is also referred to as "arm 1" according to the usual terminology
  • the distal robot arm is also referred to as "arm 2" according to the usual specialist terminology.
  • the robot drive is usually carried out by electric motors , which are distributed in the robot over the various robot members.
  • the primary cooling circuit ⁇ running preferably extends over the Roboterba- sis up in the rotatable robot element, the proximal robot arm ⁇ and / or even to the distal robot arm in order to cool the drive motors and gear located there.
  • the robot preferably having a plurality of movable robot axes, each having a robot ⁇ drive. Therefore, in the preferred embodiment of the invention all the robot drives of the individual Ro ⁇ boterachsen are understood with a cooling flange as vorste- has been described starting.
  • the cooling flange preferably has at least one cooling rib, which projects into the coolant-filled interior of the cooling flange for enlarging the heat contact surface.
  • the heat exchanger at least three parallel plates, namely a middle plate and two outer plates.
  • the middle plate is in this case part of the private-tales circuit, while the two outer plates are constituent ⁇ part of the secondary cooling system (for example, secondary cooling circuit).
  • the middle plate therefore preferably has an inlet chamber and an outlet chamber, which are interconnected by a passage.
  • a rotatable impeller is preferably arranged, which can pump the primary coolant ⁇ (eg cooling water) from the inlet chamber into the outlet chamber.
  • the heated primary coolant first enters the inlet chamber in the middle plate, is then pumped from the impeller into the outlet chamber, and then exits the outlet chamber again.
  • the heated primary coolant in this case heat to the two outer plates, which are flowed through by the secondary coolant, which is preferably compressed air.
  • the two outer plates each have a chamber through which the secondary coolant (eg compressed air) flows.
  • Figure 1 is a perspective view of an inventive
  • Figure 2 is a perspective view of an inventive
  • FIG. 3 shows a variant of the invention for mounting a cooling flange in the painting robot
  • Figure 4 is a cut-away perspective view of a ⁇ he inventivehuischs
  • FIG. 5 is a cut-away perspective view of a heat meübertragers (heat exchanger) in the fiction, modern ⁇ robotic cooling system,
  • FIG. 6 shows a perspective view of the middle plate and an outer plate of the heat exchanger from FIG. 5, FIG.
  • FIG. 7 is a perspective view of the Ro ⁇ boter cooling system according to the invention
  • Figure 8 is a schematic illustration of the robotic cooling system of FIG. 7
  • FIG. 1 shows a perspective view of a painting robot 1 according to the invention, which is used for painting motor vehicle bodies.
  • Series components can be used in a paint shop and equipped with a robot cooling system according to the invention, as will be described in detail.
  • the painting robot 1 is partially constructed in a conventional manner and initially has a robot base 2, which is optionally fixedly ⁇ mounted or can be moved along a travel rail. Furthermore, the painting robot 1 has a robot rotatable member 3 which is mon ⁇ advantage at the top of the robot base 2 and is rotatable about an axis of rotation senkrech ⁇ te relative to the robot base. 2 Furthermore, the painting robot 1 has a proximal robot arm, which consists of two arm parts 4, 5.
  • the arm part 4 of the proximal robot arm is pivotable relative to the navba ⁇ ren robot member 3 about a horizontal axis of rotation.
  • the arm part 5 of the proximal robot arm is rotatable relative to the arm part 4 about its longitudinal axis.
  • the painting robot 1 in the usual way on a distal robot arm 6, which is pivotally mounted at the end of the arm part 5 of the proximal robot arm.
  • a more ⁇ axis robot wrist 7 is finally mounted which advises as Ap dutiessge ⁇ for example, can carry a conventional rotary atomizer, which is not shown for simplicity.
  • the painting robot 1 thus has numerous moving Robo ⁇ terachsen which are each a robot drive is trie ⁇ ben, as shown for example in FIG. 2
  • the robot drive essentially consists of one Electric motor 8 and a transmission 9.
  • the invention now provides that between the electric motor 8 and the associated gear 9, a cooling flange 10 is mounted, which has the task to cool the electric motor 8 and the transmission 9, the structure and operation the cooling flange 10 will be described in detail. It should merely be mentioned at this point that the heat arising in operation in the electric motor 8 and in the transmission 9 passes through heat conduction to the cooling flange 10 and is then removed by a primary cooling circuit with a primary coolant (eg cooling water).
  • a primary coolant eg cooling water
  • FIG. 3 shows an alternative arrangement of a cooling flange 11 between an electric motor 12 and a cast housing 13 of the painting robot 1.
  • Figure 4 shows a perspective view of an exemplary embodiment of adeflanschs 14 which may be mounted, for example, between the electric motor 8 and the gear 9 in FIG. 2
  • the cooling flange 14 initially has a through hole 15 through which a drive shaft can be passed.
  • the cooling flange 14 has an inner space 16, which is flowed through by a primary coolant (eg cooling water) during operation.
  • the primary coolant is introduced through an inlet 17 into the interior 16 and then leaves the interior 16 again via an outlet 18.
  • the cooling flange 14 has a plurality of cooling fins 19, which protrude into the coolant-filled interior 16 of the cooling flange 14 and thereby increase the thermal contact area.
  • the cooling flange 14 is hereby arranged in a closed primary cooling circuit in which the primary coolant (for example cooling water) circulates.
  • the primary coolant for example cooling water
  • FIGs 5 and 6 show a heat exchanger (heat exchanger) 20, which is connected on the one hand with three primary circuits 21, 22, 23 (see Figures 7 and 8) and on the other hand with a secondary därkühlnikank 24.
  • heat exchanger heat exchanger
  • the heat exchanger 20 consists essentially of three plates 25, 26, 27, which are arranged substantially parallel to each other and connected to each other.
  • the middle plate 26 is in this case part of the primary ⁇ circuits 21-23 and has for this purpose an inlet chamber 28 and an outlet chamber 29, which are mitei ⁇ each other by a passage.
  • an impeller 30 is arranged ⁇ , which is driven by a drive motor 31 and the primary coolant (cooling water) from the inlet chamber 28 into the outlet chamber 29 promotes.
  • the heat exchanger 20 For supplying the heated primary coolant (cooling water) from the primary circuits 21-23, the heat exchanger 20 has a plurality of inlets 32. The cooled primary coolant then is discharged again from the heat exchanger 20 at ⁇ a plurality of outlets 33 (see Figure 5).
  • the inlets 32 and outlets 33 for the primarydemit ⁇ tel (cooling water) are so connected to the inlet chamber 28 and with the outlet chamber 29 in the central panel 26th
  • the heat exchanger 20 has inlets 34 and outlets 35 (see Figure 5) for the secondary coolant (e.g., compressed air).
  • the secondary coolant e.g., compressed air
  • FIGS. 7 and 8 show a perspective view and a schematic illustration of the robotic cooling system according to the invention with the primary circuits 21-23 and the secondary cooling circuit 24 are in the primary cooling circuit 21 in this case six in total
  • Cooling flanges 38-43 arranged one behind the other.
  • the cooling water used as Primae ⁇ res coolant flows into the Pri ⁇ märksselnikmaschinevier 21 sequentially through the cooling flanges 38- 43, which are thermally comparable connected with a respective drive motor 44-49.
  • the second primary cooling circuit 22 has only two cooling flanges 50, 51, which in the primary cooling circuit 22nd are arranged one behind the other and are thermally connected to each egg ⁇ nem drive motor 52, 53.
  • the primary cooling circuit 23 has two cooling flanges ⁇ 54, 55, which are thermally connected to two drive motors 56, 57.
  • the supply lines are each shown as a solid line, while the return ⁇ lines are shown as a dashed line (see Figure 8).

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Roboter-Kühlsystem zum Kühlen eines Roboters, insbesondere eines Lackierroboters oder eines Handhabungsroboters in einer Lackieranlage. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem weist mindestens ein Roboterbauteil (44-49, 52, 53, 56, 57) auf, das eine Wärmequelle bildet und zu kühlen ist, insbesondere einen Antriebsmotor (44-49, 52, 3, 56, 57), ein Robotergetriebe oder ein elektrisch betriebenes Applikationsbauteil. Weiterhin weist das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem einen Primärkreislauf (21-23) auf, in dem ein primäres Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) zirkuliert, um das Roboterbauteil (44-49, 52, 53, 56, 57) zu kühlen, das eine Wärmequelle bildet. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch einen Sekundärkreislauf (24) aus, in dem ein sekundäres Kühlmittel (z.B. Druckluft) strömt, wobei der Sekundärkreislauf (24) die Wärme von dem Primärkreislauf (21-23) abführt.

Description

BESCHREIBUNG
Roboter-Küh1system
Die Erfindung betrifft ein Roboter-Kühlsystem zum Kühlen eines Roboters, insbesondere zum Kühlen eines Lackierroboters oder eines Handhabungsroboters in einer Lackieranlage.
Moderne Industrieroboter (z.B. Lackierroboter) weisen verschiedene Wärmequellen auf, die im Betrieb Wärme erzeugen, was eine ausreichende Kühlung erforderlich macht, um die Wär me abzuführen. Beispielsweise verfügen moderne Industrierobo ter üblicherweise über Elektromotoren zum mechanischen Antrieb, wobei diese Elektromotoren Wärme erzeugen. Darüber hinaus weisen moderne Industrieroboter üblicherweise Getrieb auf, die aufgrund innerer Reibung ebenfalls Wärme erzeugen, die abgeführt werden muss. Schließlich verfügen moderne La¬ ckierroboter auch über elektrisch betriebene Applikationsbau teile (z.B. elektrisch angesteuerte Ventile), die ebenfalls Wärme erzeugen. Ohne eine ausreichende Abführung der im Be¬ trieb von den Wärmequellen erzeugten Wärme kann es zu einer Überhitzung von Bauteilen (z.B. Ventile, Sensoren, Motoren, etc.) in dem Industrieroboter kommen. Darüber hinaus kann ei ne Überhitzung auch zu einem Erlöschen des Garantieanspruchs gegenüber einem Motorenhersteller führen, wenn die von dem Motorenhersteller vorgegebene maximale Umgebungstemperatur überschritten wird.
Es sind deshalb aus dem Stand der Technik verschiedene Kühl¬ maßnahmen bekannt, um die im Betrieb eines Industrieroboters entstehende Wärme abzuführen. Eine bekannte Kühlmaßnahme besteht darin, die Abwärme der An¬ triebsmotoren in das Ölbad der zugehörigen Getriebe abzuleiten, wobei die Wärme dann durch Wärmeleitung und Konvektion von dem Ölbad über das Robotergehäuse an die Umgebungsluft abgegeben wird.
Eine andere bekannte Kühlmaßnahme stellt das gezielte Durch¬ spülen und Umspülen der Motorengehäuse mit Luft dar. Dies führt jedoch zu einem zusätzlichen Luftverbrauch, was mit hö- heren Betriebskosten verbunden ist.
Ferner ist es bekannt, wassergekühlte Antriebsmotoren einzu¬ setzen, wodurch die im Betrieb entstehende Wärme aus dem Ro¬ boter abgeführt wird.
Eine weitere bekannte Kühlmaßnahme besteht darin, die An¬ triebsmotoren des Roboters direkt an das Robotergehäuse anzu¬ flanschen, wodurch ein guter Wärmekontakt zwischen den Antriebsmotoren einerseits und dem Robotergehäuse andererseits erreicht wird, was die Wärmeableitung in die Umgebungsluft begünstigt .
Schließlich ist es aus dem Stand der Technik bekannt, Motorflansche direkt mit Druckluft (Prozessluft) im Einkreisprin- zip zu durchströmen, um die im Betrieb entstehende Wärme aus dem Roboter abzuleiten. Dies ist jedoch aufgrund des damit verbundenen Druckverlustes nur bei wenigen Motorflanschen und somit auch nur bei wenigen Motoren möglich. Der Druckverlust würde nämlich zur Mangelversorgung nachgeschalteter Verbrau- eher (z.B. Applikationsbauteile) führen.
Nachteilig an den vorstehend beschriebenen bekannten Kühlma߬ nahmen ist zunächst die Tatsache, dass diese oftmals nicht ausreichen, um unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Kühlung zu gewährleisten.
Ein weiterer Nachteil der bekannten Kühlmaßnahmen besteht in der indirekten Wärmeableitung über mehrere Komponenten, wie beispielsweise Bauteile, Motoröl, etc., was zu einer unbe¬ friedigenden Wärmeableitung führt.
Darüber hinaus erfordern die bekannten Kühlmaßnahmen eine er- hebliche Zusatzenergie, beispielsweise zur Bereitstellung des erforderlichen Luftvolumens. Dies erhöht die Betriebskosten des Roboters, was unerwünscht ist.
Bei einer Durchströmung der Motorflansche (Kühlflansche) mit Prozessluft (d.h. Druckluft für am Lackierprozess beteiligte Bauteile oder für den Lackierprozess selbst) muss der jewei¬ lige Motorflansch mit einem hohen Fertigungsaufwand gefertigt werden, um zu verhindern, dass Bauteilreste bzw. Fremdkörper aus dem Motorflansch durch die Prozessluft in nachfolgende Applikationsbauteile verschleppt werden, was dort zu einer
Fehlfunktion führen könnte. Dieser hohe Fertigungsaufwand ist bei jedem Motorflansch durchzuführen und auch von Seiten der Qualitätssicherung laufend zu überprüfen, was zu einem hohen Herstellungsaufwand führt.
Zum Stand der Technik ist auch hinzuweisen auf DE 40 33 331 AI, WO 2004/007152 AI, DE 600 05 824 T2, DE 297 11 523 Ul, US 4 852 114 A, WO 2016/009785 AI, US 6 577 093 Bl, DE 100 13 721 AI, DE 603 05 395 T2, US 6 298 684 Bl und DE 10 2007 053 538 AI.
Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein ent¬ sprechend verbessertes Roboter-Kühlsystem zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Roboter- Kühlsystem gemäß dem Hauptanspruch gelöst.
Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem eignet sich besonders vorteilhaft zum Kühlen eines Lackierroboters, wie er an sich bekannt ist, um in Lackieranlagen beispielsweise zur Lackie¬ rung von Kraftfahrzeugkarosseriebauteilen eingesetzt zu werden. Darüber hinaus eignet sich das erfindungsgemäße Roboter- Kühlsystem jedoch auch zur Kühlung von sogenannten Handha- bungsrobotern, die in Lackieranlagen zum Öffnen von Türen o- der Hauben von Kraftfahrzeugkarosserien verwendet werden, wobei derartige Handhabungsroboter an sich aus dem Stand der Technik bekannt sind. Ferner ist zu erwähnen, dass sich das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem auch zum Kühlen anderer Typen von Industrierobotern eignet.
Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem dient hierbei zum Kühlen von Roboterbauteilen, die eine Wärmequelle bilden und deshalb zu kühlen sind. Ein Beispiel eines zu kühlenden Robo- terbauteils ist ein Antriebsmotor (z.B. Elektromotor), der eine bewegliche Roboterachse des Roboters antreibt. Ein ande¬ res Beispiel eines zu kühlenden Roboterbauteils ist ein Robo¬ tergetriebe, das von einem Antriebsmotor angetrieben wird. Ferner kann es sich bei dem zu kühlenden Roboterbauteil auch um ein elektrisch betriebenes Applikationsbauteil handeln, wie beispielsweise ein elektrisch angesteuertes Ventil. Die Erfindung ist also hinsichtlich der zu kühlenden Wärmequellen nicht auf bestimmte Typen von Wärmequellen beschränkt. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem weist in Übereinstimmung mit dem Stand der Technik einen Primärkühlkreislauf auf, in dem ein primäres Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) zirkuliert, um das Roboterbauteil zu kühlen, das eine Wärmequelle bildet. Das erfindungsgemäße Roboter-Kühlsystem zeichnet sich gegenüber dem Stand der Technik durch ein zusätzliches Sekundärkühlsystem aus, das Wärme von dem Primärkühlkreislauf ab¬ führt .
Vorzugsweise ist das Sekundärkühlsystem ein Sekundärkühlkreislauf, in dem ein sekundäres Kühlmittel (z.B. Druckluft) strömt, wobei der Sekundärkühlkreislauf die Wärme von dem Primärkühlkreislauf mittels eines Wärmeübertragers (Wärmetau- scher) abführt. Im Betrieb wird also zunächst die von dem zu kühlenden Roboterbauteil (z.B. Antriebsmotor) ausgehende Wärme von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf aufgenommen, z.B. mittels eines Wärmeüberträgers. Die Wärme geht dann von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreis- lauf auf das sekundäre Kühlmittel in dem Sekundärkühlsystem über und wird dann nach außen abgeführt.
Zur thermischen Verbindung des Primärkühlkreislaufs mit dem Sekundärkühlsystem (z.B. Sekundärkühlkreislauf) weist das er- findungsgemäße Roboter-Kühlsystem vorzugsweise einen Wärme¬ übertrager (Wärmetauscher) auf, der einerseits an den Primärkühlkreislauf und andererseits an das Sekundärkühlsystem (z.B. Sekundärkühlkreislauf) angeschlossen ist und die Wärme von dem primären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf auf das sekundäre Kühlmittel in dem Sekundärkühlsystem überträgt. Derartige Wärmeübertrager (Wärmetauscher) sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und müssen deshalb nicht näher be¬ schrieben werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Roboter-Kühlsystem mindestens einen Kühlflansch auf, der thermisch mit dem zu kühlenden Roboterbauteil verbunden ist. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff eines Kühl- flanschs ist vorzugsweise allgemein zu verstehen und bezeich- net lediglich ein Bauteil, das an das zu kühlende Roboterbau¬ teil (z.B. Antriebsmotor, Getriebe) angeflanscht ist und von dem Primärkühlkreislauf gekühlt wird und daher als Wärmeüber¬ trager wirkt. Beispielsweise kann der Kühlflansch direkt me- chanisch mit dem zu kühlenden Roboterbauteil verbunden sein, so dass die im Betrieb in dem zu kühlenden Roboterbauteil entstehende Wärme leicht durch Wärmeleitung von dem zu kühlenden Roboterbauteil auf den Kühlflansch übergehen kann.
Der Kühlflansch weist vorzugsweise eine Hohlkammer zur Durch- leitung des primären Kühlmittels auf. Der Primärkühlkreislauf leitet das primäre Kühlmittel also hierbei durch die Hohlkam- mer des Kühlflanschs , wobei das primäre Kühlmittel Wärme von dem zu kühlenden Roboterbauteil aufnimmt .
In einer Variante der Erfindung ist der Kühlflansch zwischen einem Antriebsmotor des Roboterantriebs und einem Roboterge¬ häuse des Roboters angeordnet. Hierbei besteht das Roboterge¬ häuse vorzugsweise aus einem Gussmaterial und weist deshalb eine große thermische Wärmekapazität auf.
In einer anderen Variante der Erfindung ist der Kühlflansch dagegen zwischen dem Antriebsmotor und dem zugehörigen Getriebe angeordnet, wobei der Kühlflansch vorzugsweise eine Durchgangsbohrung aufweist, durch die die Antriebswelle des Antriebsmotors hindurchgeführt ist. Hierbei kann der Kühl¬ flansch die im Betrieb entstehende Wärme aufnehmen, die ei¬ nerseits von dem Antriebsmotor und andererseits von dem Ge¬ triebe erzeugt wird. Auf diese Weise können mit einem einzi- gen Kühlflansch zwei Roboterbauteile (Antriebsmotor und Getriebe) gekühlt werden. Weiterhin ist zu erwähnen, dass es sich bei dem primären Kühlmittel vorzugsweise um eine Kühlflüssigkeit handelt, wie beispielsweise Kühlwasser oder Öl. Bei dem sekundären Kühlmittel handelt es sich dagegen vorzugsweise um ein gasförmiges Kühlmittel, wobei vorzugsweise Druckluft verwendet wird. Derartige Druckluft steht in moder¬ nen Lackieranlagen ohnehin als Prozessluft zur Verfügung und muss deshalb nicht eigens erzeugt werden. Der im Rahmen der Erfindung verwendete Begriff von Prozessluft bezeichnet
Druckluft, die mittelbar oder unmittelbar für den Lackierpro- zess eingesetzt wird, also beispielsweise zur Steuerung von Applikationsbauteilen. Die Verwendung von Prozessluft zu Kühlzwecken bietet den Vorteil, dass der Luftverbrauch durch die Kühlung nicht erhöht wird. Beispielsweise umfasst der Be¬ griff Prozessluft folgende Druckluftarten:
- Antriebsluft zum Antrieb einer Druckluftturbine eines Rota¬ tionszerstäubers,
- Bremsluft zum Abbremsen der Druckluftturbine,
- Lagerluft für ein Luftlager der Druckluftturbine,
- Lenkluft zur Formung des Sprühstrahls des Zerstäubers,
- Steuerluft zum Steuern von pneumatischen Komponenten (z.B. Ventile) des Zerstäubers. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Sekundärkühlsystem (z.B. Sekundärkühlkreislauf) ein offe¬ nes System, wobei das sekundäre Kühlmittel Druckluft ist. Dies bedeutet, dass die das sekundäre Kühlmittel bildende Druckluft nach dem Durchströmen des Wärmeübertragers (Wärme- tauscher) nicht wieder zurückgeführt wird und somit nicht zirkuliert. Vielmehr wird die als sekundäres Kühlmittel die¬ nende Druckluft hierbei nach dem Durchströmen des Sekundärkühlsystems zum Betrieb des gekühlten Roboters eingesetzt, wie es an sich von herkömmlichen Lackierrobotern bekannt ist. So weisen herkömmliche Lackierroboter als Applikationsgerät oftmals einen Rotationszerstäuber auf, der von einer Druckluftturbine angetrieben wird. Die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft kann dann nach dem Durchströmen des Sekundärkühlsystems (z.B. Sekundärkühlkreislauf) als Antriebsluft zum Antrieb der Druckluftturbine verwendet werden.
Eine weitere Verwendungsmöglichkeit der als sekundäres Kühl- mittel dienenden Druckluft besteht in dem Einsatz als Brems¬ luft zum Abbremsen der Druckluftturbine.
Darüber hinaus kann die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft auch als Lagerluft zur Lagerung einer Welle des Ro- tationszerstäubers dienen.
Schließlich besteht auch die Möglichkeit, dass die als sekun¬ däres Kühlmittel dienende Druckluft nach dem Durchströmen des Sekundärkühlsystem (z.B. Sekundärkühlkreislauf) als Lenkluft zur Formung eines Sprühstrahls eines Zerstäubers eingesetzt werden kann. Die Druckluft kann als Prozessluft grundsätzlich in allen Applikationsbauteilen zur Anwendung kommen.
Hierbei ist zu bemerken, dass die Druckluft zum Betrieb des Zerstäubers eine bestimmte Mindesttemperatur benötigt. Es be¬ steht jedoch die Möglichkeit, dass die anlagenseitig bereit¬ gestellte Druckluft stromaufwärts vor dem Roboter-Kühlsystem eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als die zum Betrieb des Zerstäubers erforderliche Mindesttemperatur. Das erfin- dungsgemäße Roboter-Kühlsystem hat dann den positiven Zusatzeffekt, dass die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft beim Durchströmen des Roboter-Kühlsystems so weit erwärmt ist, dass die Temperatur der Druckluft nach dem Durchströmen des Roboter-Kühlsystems zumindest bis auf die zum Betrieb des Zerstäubers erforderliche Mindesttemperatur angehoben ist. Es ist deshalb unter Umständen nicht erforderlich, die Druckluft zusätzlich zu erwärmen, wodurch Energie eingespart werden kann. Allerdings kann es unter Umständen auch hierbei erforderlich sein, die Druckluft für den Zerstäuber (z.B. Antriebsluft) zu erwärmen, da der Temperaturhub bei der Ent¬ spannung der Druckluft bei hohen Volumenströmen zur einer eheblichen Expansionskälte führt, welche kompensiert werden muss damit kein Kondensat entsteht.
Ferner ist zu erwähnen, dass das erfindungsgemäße Roboter- Kühlsystem vorzugsweise eine Umwälzpumpe aufweist, um das primäre Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) in dem Primärkühlkreis¬ lauf umzuwälzen. Die sekundäre Druckluft steht dagegen in der Regel unter Druck und muss daher nicht zusätzlich in Bewegung gebracht werden.
Hierbei ist zu erwähnen, dass der Primärkühlkreislauf vor¬ zugsweise ein geschlossener Kreislauf ist. Dies bedeutet, dass das Kühlmittel nach dem Durchströmen des Primärkühlkreislaufs wieder an den Eingang des Primärkühlkreislaufs zu¬ rückgeführt wird und somit in dem Primärkühlkreislauf zirku¬ liert .
Bei dem Sekundärkühlsystem handelt es sich dagegen - wie bereits vorstehend kurz erwähnt wurde - vorzugsweise um ein of¬ fenes System. Dies bedeutet, dass das sekundäre Kühlmittel (z.B. Druckluft) in das Sekundärkühlsystem eingeleitet wird und das Sekundärkühlsystem dann wieder verlässt, so dass keine Zirkulation des sekundären Kühlmittels in dem Sekundärkühlsystem erfolgt. Es besteht jedoch im Rahmen der Erfindung auch die Möglichkeit, dass sowohl der Primärkühlkreislauf als auch das Sekun¬ därkühlsystem als geschlossene Kreisläufe ausgebildet sind. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, dass sowohl der Primärkühlkreislauf als auch das Sekundärkühlsystem als offe¬ ne Kreisläufe ausgebildet sind.
In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Roboter-Kühlsystem mehrere Wärmeübertrager (Wärmetauscher) auf, wie beispielsweise mehrere Kühlflansche, die von jeweils einer Wärmequelle (z.B. Antriebsmotor) Wärme aufnehmen. Hierbei besteht die Möglichkeit, dass mehrere parallele Primärkreisläufe vorgesehen sind, die sternförmig mit den zu kühlenden Wärmequellen verbunden sind.
Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass die zu kühlenden Wärmequellen seriell in einem Primärkühlkreislauf hintereinander angeordnet sind, so dass das primäre Kühlmittel die Wärmequellen nacheinander kühlt.
Hinsichtlich der Topologie der Primärkreisläufe bestehen je¬ doch verschiedene Möglichkeiten. Vorzugsweise wird eine pa¬ rallele Anordnung mit einer seriellen Anordnung kombiniert. So können beispielsweise drei parallele Primärkreisläufe vor¬ gesehen sein, um die verschiedenen Wärmequellen zu kühlen, wobei in den parallelen Primärkreisläufen jeweils seriell hintereinander mehrere Wärmequellen angeordnet sind. Bei dem zu kühlenden Roboter handelt es sich vorzugsweise um einen Roboter mit einer seriellen Roboterkinematik. Der Roboter weist vorzugsweise eine Roboterbasis, ein drehbares Robo¬ terglied, einen proximalen Roboterarm und einen distalen Roboterarm sowie eine Roboterhandachse auf, was an sich aus dem Stand der Technik bekannt ist und deshalb nicht näher be¬ schrieben werden muss. Der proximale Roboterarm kann hierbei in zwei Armteile unterteilt sein, die relativ zueinander verdreht werden können und zwar um ihre Längsachse. Es besteht jedoch alternativ auch die Möglichkeit, dass der proximale Roboterarm ungeteilt ist. Hierbei ist noch zu erwähnen, dass der proximale Roboterarm entsprechend der üblichen Fachterminologie auch als „Arm 1" bezeichnet wird, während der distale Roboterarm entsprechend der üblichen Fachterminologie auch als „Arm 2" bezeichnet wird. Es wurde bereits vorstehend kurz erwähnt, dass der Roboterantrieb üblicherweise durch Elektro¬ motoren erfolgt, die in dem Roboter über die verschiedenen Roboterglieder verteilt angeordnet sind. Der Primärkühlkreis¬ lauf erstreckt sich deshalb vorzugsweise über die Roboterba- sis bis in das drehbare Roboterglied, den proximalen Roboter¬ arm und/oder sogar bis in den distalen Roboterarm, um die dort befindlichen Antriebsmotoren bzw. Getriebe kühlen zu können . Ferner ist zu erwähnen, dass der Roboter vorzugsweise mehrere bewegliche Roboterachsen aufweist, die jeweils einen Roboter¬ antrieb aufweisen. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung sind deshalb alle Roboterantriebe der einzelnen Ro¬ boterachsen mit einem Kühlflansch verstehen, wie er vorste- hend schon beschrieben wurde.
Der Kühlflansch weist vorzugsweise mindestens eine Kühlrippe auf, die zur Vergrößerung der Wärmekontaktfläche in den kühlmittelgefüllten Innenraum des Kühlflanschs hineinragt.
Dadurch wird der Wärmeübergang von dem Kühlflansch auf das primäre Kühlmittel in dem Innenraum des Kühlflanschs verbes¬ sert . In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung weist der Wärmeübertrager (Wärmetauscher) mindestens drei parallele Platten auf, nämlich eine mittlere Platte und zwei äußere Platten. Die mittlere Platte ist hierbei Bestandteil des pri- mären Kreislaufs, während die beiden äußeren Platten Bestand¬ teil des Sekundärkühlsystems (z.B. Sekundärkühlkreislauf) sind .
Die mittlere Platte weist deshalb vorzugsweise eine Einlass- kammer und eine Auslasskammer auf, die durch einen Durchlass miteinander verbunden sind. In dem Durchlass ist vorzugsweise ein drehbares Pumpenrad angeordnet, welches das primäre Kühl¬ mittel (z.B. Kühlwasser) aus der Einlasskammer in die Auslasskammer pumpen kann. Das erwärmte primäre Kühlmittel tritt also zunächst in die Einlasskammer in der mittleren Platte ein, wird dann von dem Pumpenrad in die Auslasskammer gepumpt und tritt dann aus der Auslasskammer wieder aus. In der Einlasskammer und in der Auslasskammer gibt das erwärmte primäre Kühlmittel hierbei Wärme an die beiden äußeren Platten auf, die von dem sekundären Kühlmittel durchströmt werden, wobei es sich vorzugsweise um Druckluft handelt. Hierbei weisen die beiden äußeren Platten jeweils eine Kammer auf, die von dem sekundären Kühlmittel (z.B. Druckluft) durchströmt wird. Schließlich ist zu erwähnen, dass die Erfindung nicht nur Schutz beansprucht für das vorstehend beschriebene erfin¬ dungsgemäße Roboter-Kühlsystem. Vielmehr beansprucht die Erfindung auch Schutz für einen kompletten Roboter mit einem derartigen Roboter-Kühlsystem. Bei diesem Roboter handelt es sich - wie bereits eingangs kurz erwähnt wurde - vorzugsweise um einen Lackierroboter oder um einen Handhabungsroboter einer Lackieranlage zur Lackierung von Kraftfahrzeugkarosse¬ rien . Andere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet oder werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen
Lackierroboters mit einem erfindungsgemäßen Robo¬ ter-Kühlsystem, Figur 2 eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen
Roboterantriebs ,
Figur 3 eine Erfindungsvariante zur Montage eines Kühl- flanschs in dem Lackierroboter,
Figur 4 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines er¬ findungsgemäßen Kühlflanschs ,
Figur 5 eine aufgeschnittene Perspektivansicht eines Wär- meübertragers (Wärmetauscher) in dem erfindungs¬ gemäßen Roboter-Kühlsystem,
Figur 6 eine Perspektivansicht der mittleren Platte und einer äußeren Platte des Wärmeübertragers aus Fi- gur 5,
Figur 7 eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Ro¬ boter-Kühlsystems , Figur 8 eine schematische Darstellung des Roboter- Kühlsystems aus Figur 7.
Figur 1 zeigt eine Perspektivansicht eines erfindungsgemäßen Lackierroboters 1, der zur Lackierung von Kraftfahrzeugkaros- Seriebauteilen in einer Lackieranlage eingesetzt werden kann und mit einem erfindungsgemäßen Roboter-Kühlsystem ausgestattet wird, wie noch detailliert beschrieben wird. Der Lackierroboter 1 ist teilweise herkömmlich aufgebaut und weist zunächst eine Roboterbasis 2 auf, die wahlweise orts¬ fest montiert ist oder entlang einer Verfahrschiene verfahren werden kann. Weiterhin verfügt der Lackierroboter 1 über ein drehbares Roboterglied 3, das an der Oberseite der Roboterbasis 2 mon¬ tiert ist und relativ zu der Roboterbasis 2 um eine senkrech¬ te Drehachse drehbar ist. Ferner verfügt der Lackierroboter 1 über einen proximalen Roboterarm, der aus zwei Armenteilen 4, 5 besteht. Das Armteil 4 des proximalen Roboterarms ist relativ zu dem drehba¬ ren Roboterglied 3 um eine waagerechte Drehachse schwenkbar. Das Armteil 5 des proximalen Roboterarms ist dagegen relativ zu dem Armteil 4 um seine Längsachse drehbar.
Darüber hinaus weist der Lackierroboter 1 in üblicher Weise einen distalen Roboterarm 6 auf, der am Ende des Armteils 5 des proximalen Roboterarms schwenkbar montiert ist.
Am Ende des distalen Roboterarms 6 ist schließlich eine mehr¬ achsige Roboterhandachse 7 montiert, die als Applikationsge¬ rät beispielsweise einen herkömmlichen Rotationszerstäuber führen kann, der zur Vereinfachung nicht dargestellt ist.
Der Lackierroboter 1 weist also zahlreiche bewegliche Robo¬ terachsen auf, die von jeweils einem Roboterantrieb angetrie¬ ben werden, wie er beispielsweise in Figur 2 dargestellt ist. So besteht der Roboterantrieb im Wesentlichen aus einem Elektromotor 8 und einem Getriebe 9. Die Erfindung sieht nun vor, dass zwischen dem Elektromotor 8 und dem zugehörigen Getriebe 9 ein Kühlflansch 10 montiert ist, der die Aufgabe hat, den Elektromotor 8 und das Getriebe 9 zu kühlen, wobei der Aufbau und die Funktionsweise des Kühlflanschs 10 noch detailliert beschrieben wird. An dieser Stelle ist lediglich zu erwähnen, dass die in dem Elektromotor 8 und in dem Getriebe 9 im Betrieb entstehende Wärme durch Wärmeleitung auf den Kühlflansch 10 übergeht und dann durch einen Primärkühl- kreislauf mit einem primären Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) abgeführt wird.
Figur 3 zeigt eine alternative Anordnung eines Kühlflanschs 11 zwischen einem Elektromotor 12 und einem Gussgehäuse 13 des Lackierroboters 1.
Figur 4 zeigt eine Perspektivansicht eines Ausführungsbei¬ spiels eines Kühlflanschs 14, der beispielsweise zwischen dem Elektromotor 8 und dem Getriebe 9 in Figur 2 montiert werden kann.
Der Kühlflansch 14 weist zunächst eine Durchgangsbohrung 15 auf, durch die eine Antriebswelle hindurchgeführt werden kann .
Weiterhin weist der Kühlflansch 14 einen Innenraum 16 auf, der im Betrieb von einem primären Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) durchströmt wird. Das primäre Kühlmittel wird hierbei durch einen Einlass 17 in den Innenraum 16 eingeleitet und verlässt den Innenraum 16 dann wieder über einen Auslass 18. Zur Verbesserung des Wärmekontakts zwischen dem primären Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) einerseits und dem Material des Kühlflanschs 14 andererseits weist der Kühlflansch 14 mehrere Kühlrippen 19 auf, die in den kühlmittelgefüllten Innenraum 16 des Kühlflanschs 14 hineinragen und dadurch die Wärmekontaktfläche vergrößern.
Der Kühlflansch 14 ist hierbei in einem geschlossenen Primärkühlkreislauf angeordnet, in dem das primäre Kühlmittel (z.B. Kühlwasser) zirkuliert.
Die Figuren 5 und 6 zeigen einen Wärmeübertrager (Wärmetauscher) 20, der einerseits mit drei Primärkreisläufen 21, 22, 23 (siehe Figuren 7 und 8) und andererseits mit einem Sekun- därkühlkreislauf 24 verbunden ist.
Der Wärmeübertrager 20 besteht im Wesentlichen aus drei Platten 25, 26, 27, die im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet und miteinander verbunden sind.
Die mittlere Platte 26 ist hierbei Bestandteil der Primär¬ kreisläufe 21-23 und weist hierzu eine Einlasskammer 28 und eine Auslasskammer 29 auf, die durch einen Durchlass mitei¬ nander verbunden sind. In dem Durchlass zwischen der Einlass- kammer 28 und der Auslasskammer 29 ist ein Pumpenrad 30 ange¬ ordnet, das von einem Antriebsmotor 31 angetrieben wird und das primäre Kühlmittel (Kühlwasser) aus der Einlasskammer 28 in die Auslasskammer 29 fördert. Zur Zuführung des erwärmten primären Kühlmittels (Kühlwasser) aus den primären Kreisläufen 21-23 weist der Wärmeübertrager 20 mehrere Einlässe 32 auf. Das gekühlte primäre Kühlmittel wird dann von dem Wärmeüber¬ trager 20 an mehreren Auslässen 33 (siehe Figur 5) wieder abgegeben . Die Einlässe 32 und die Auslässe 33 für das primäre Kühlmit¬ tel (Kühlwasser) sind also mit der Einlasskammer 28 bzw. mit der Auslasskammer 29 in der mittleren Platte 26 verbunden.
Darüber hinaus weist der Wärmeübertrager 20 Einlässe 34 und Auslässe 35 (siehe Figur 5) für das sekundäre Kühlmittel (z.B. Druckluft) auf.
In den beiden äußeren Platten 25, 27 befindet sich jeweils eine Luftkammer 36, 37, wobei die beiden Luftkammern 36, 37 mit den Einlässen 34 und mit den Auslässen 35 verbunden sind.
Die Kammern 36, 37 sind also Bestandteil des Sekundärkühl¬ kreislaufs 24. Die Figuren 7 und 8 zeigen eine Perspektivansicht bzw. eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Roboter- Kühlsystems mit den primären Kreisläufen 21-23 und dem Sekundärkühlkreislauf 24. In dem Primärkühlkreislauf 21 sind hierbei insgesamt sechs
Kühlflansche 38-43 hintereinander angeordnet. Das als primä¬ res Kühlmittel verwendete Kühlwasser fließt also in den Pri¬ märkühlkreislauf 21 nacheinander durch die Kühlflansche 38- 43, die mit jeweils einem Antriebsmotor 44-49 thermisch ver- bunden sind.
Der zweite Primärkühlkreislauf 22 weist dagegen nur zwei Kühlflansche 50, 51 auf, die in dem Primärkühlkreislauf 22 hintereinander angeordnet sind und thermisch mit jeweils ei¬ nem Antriebsmotor 52, 53 verbunden sind.
Schließlich weist der Primärkühlkreislauf 23 zwei Kühlflan¬ sche 54, 55 auf, die thermisch mit zwei Antriebsmotoren 56, 57 verbunden sind.
In den Primärkreisläufen 21-23 sind die Zulaufleitungen jeweils als durchgezogene Linie dargestellt, während die Rück¬ laufleitungen als gestrichelte Linie gezeichnet sind (siehe Figur 8 ) .
Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen be¬ vorzugten Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr ist eine Vielzahl von Varianten und Abwandlungen möglich, die ebenfalls von dem Erfindungsgedanken Gebrauch machen und deshalb in den Schutzbereich fallen. Insbesondere beansprucht die Erfindung auch Schutz für den Gegenstand und die Merkmale der Unteransprüche unabhängig von den jeweils in Bezug genommenen Ansprüchen und insbesondere auch ohne die Merkmale des Haupt¬ anspruchs .
Bezugs zeichenliste :
1 Lackierroboter
2 Roboterbasis
3 Drehbares Roboterglied
4 Schwenkbares Armteil des proximalen Roboterarms
5 Drehbares Armteil des proximalen Roboterarms
6 Distaler Roboterarm
7 Roboterhandachse
8 Elektromotor
9 Getriebe
10 Kühlflansch
11 Kühlflansch
12 Elektromotor
13 Gussgehäuse
14 Kühlflansch
15 Durchgangsbohrung für Antriebswelle
16 Innenraum
17 Einlass
18 Auslass
19 Kühlrippen
20 Wärmeübertrager (Wärmetauscher)
21-23 Primärkreislauf
24 Sekundärkreislauf
25 Äußere Platte
26 Mittlere Platte
27 Äußere Platte
28 Einlasskammer in der mittleren Platte
29 Auslasskammer in der mittleren Platte
30 Pumpenrad zwischen Einlasskammer und Auslasskammer
31 Antriebsmotor für Pumpenrad
32 Einlässe für erwärmtes Kühlwasser
33 Auslässe für gekühltes Kühlwasser
34 Einlässe für kalte Druckluft Auslässe für erwärmte Druckluft Luftkammer in der äußeren Platte Luftkammer in der äußeren Platte-43 Kühlflansche
-49 Antriebsmotoren
, 51 Kühlflansche
, 53 Antriebsmotoren
, 55 Kühlflansche
, 57 Antriebsmotoren
~k ~k -k -k -k

Claims

ANSPRÜCHE
1. Roboter-Kühlsystem zum Kühlen eines Roboters (1), ins¬ besondere eines Lackierroboters (1) oder eines Handhabungsro¬ boters in einer Lackieranlage, mit
a) mindestens einem Roboterbauteil (8, 9; 12; 44-49, 52, 53, 56, 57) das eine Wärmequelle bildet und zu kühlen ist, insbesondere einem Antriebsmotor (8; 12; 44-49, 52, 53, 56, 57), einem Robotergetriebe (9) oder einem elektrisch betriebenen Applikationsbauteil, und
b) einem Primärkühlkreislauf (21-23) , in dem ein primäres Kühlmittel zirkuliert, um das Roboterbauteil (8, 9; 12;
44-49, 52, 53, 56, 57) zu kühlen, das eine Wärmequelle bildet ,
gekennzeichnet durch
c) ein Sekundärkühlsystem (24), insbesondere als Sekundär- kühlkreislauf (24), in dem ein sekundäres Kühlmittel strömt, wobei das Sekundärkühlsystem (24) die Wärme von dem Primärkühlkreislauf (21-23) abführt.
2. Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Wärmeübertrager (20), der einerseits an den Pri¬ märkühlkreislauf (21-23) und andererseits an den Sekundär¬ kühlkreislauf (24) angeschlossen ist und Wärme von dem pri¬ mären Kühlmittel in dem Primärkühlkreislauf (21-23) auf das sekundäre Kühlmittel in dem Sekundärkühlkreislauf (24) über- trägt.
3. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das Roboter-Kühlsystem mindestens einen Kühl- flansch (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54, 55) aufweist, der thermisch mit dem zu kühlenden Roboterbauteil (8, 9; 12; 44-49, 52, 53, 56, 57) verbunden ist,
b) dass der Kühlflansch (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54,
55) eine Hohlkammer zur Durchleitung des primären Kühl¬ mittels aufweist, und
c) dass der Primärkühlkreislauf (21-23) das primäre Kühl¬ mittel durch die Hohlkammer des Kühlflanschs (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54, 55) durchleitet.
4. Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Kühlflansch (11) zwischen dem Antriebsmotor
(12) und einem Robotergehäuse (13) angeordnet ist, b) dass das Robotergehäuse (13) vorzugsweise aus einem
Gussmaterial besteht.
5. Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 3,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Kühlflansch (10) zwischen dem Antriebsmotor
(8) und dem Getriebe (9) angeordnet ist, und
b) dass vorzugsweise eine Antriebswelle durch den Kühl¬ flansch (10) hindurchgeführt ist.
6. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass das primäre Kühlmittel eine Kühlflüssigkeit ist, insbesondere Kühlwasser, und/oder
b) dass das sekundäre Kühlmittel Druckluft ist.
7. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Sekundärkühlkreislauf (24) ein offener Kreis¬ lauf ist, b) dass das sekundäre Kühlmittel Druckluft ist, und c) dass die als sekundäres Kühlmittel dienende Druckluft nach dem Durchströmen des Sekundärkühlkreislaufs (24) als Prozessluft zum Betrieb des Roboters (1) eingesetzt wird, insbesondere für druckluftbetätigte Applikations¬ bauteile oder den Lackierprozess , insbesondere zu fol¬ genden Zwecken:
cl) als Antriebsluft zum Antriebs einer Druckluftturbi¬ ne eines Rotationszerstäubers,
c2) als Bremsluft zum Abbremsen einer Druckluftturbine eines Rotationszerstäubers,
c3) als Lagerluft zur Lagerung einer Welle eines Rota¬ tionszerstäubers,
c4) als Lenkluft zur Formung eines Sprühstrahls eines Zerstäubers, und/oder
c5) zur Ansteuerung von druckluftbetriebenen oder
druckluftgesteuerten Applikationsbauteilen, insbe¬ sondere von Ventilen, Farbwechslern, Farbdruckreg¬ lern .
8. Roboter-Kühlsystem nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet,
a) dass die Druckluft zum Betrieb des Zerstäubers eine be¬ stimmte Mindesttemperatur benötigt,
b) dass die Druckluft stromaufwärts vor dem Roboter- Kühlsystem eine Temperatur aufweist, die kleiner ist als die zum Betrieb des Zerstäubers erforderliche Min¬ desttemperatur, und
c) dass das Roboter-Kühlsystem die Temperatur der durch- strömenden Druckluft in Richtung der zum Betrieb des
Zerstäubers erforderlichen Mindesttemperatur anhebt, insbesondere bis zu der zum Betrieb des Zerstäubers er¬ forderlichen Mindesttemperatur.
9. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, gekennzeichnet durch
a) eine Umwälzpumpe (30, 31) zum Umwälzen des primären
Kühlmittels in dem Primärkühlkreislauf (21-23) ,
und/oder
b) eine Druckquelle, insbesondere als Druckluftquelle, zur Bereitstellung des unter Druck stehenden sekundären Kühlmittels in dem Sekundärkühlkreislauf (24).
10. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, gekennzeichnet durch
a) dass das Roboter-Kühlsystem mehrere Wärmequellen (8, 9;
12; 44-49, 52, 53, 56, 57) kühlt, insbesondere mittels mehrerer Kühlflansche (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54, 55),
b) dass mehrere parallele Primärreisläufe (21-23) zur Küh¬ lung der Wärmequellen (8, 9; 12; 44-49, 52, 53, 56, 57) vorgesehen sind, und/oder
c) dass in dem mindestens einen Primärkühlkreislauf (21- 23) seriell mehrere der Wärmequellen (8, 9; 12; 44-49,
52, 53, 56, 57) angeordnet sind.
11. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Roboter (1) eine Roboterbasis (2), ein drehba¬ res Roboterglied (3), einen proximalen Roboterarm (4, 5) und einen distalen Roboterarm (6) aufweist, und b) dass sich der Primärkühlkreislauf (21-23) über die Ro¬ boterbasis (2) bis in das drehbare Roboterglied (3), den proximalen Roboterarm (4, 5) und/oder bis in den distalen Roboterarm (6) erstreckt.
12. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Roboter (1) mehrere bewegliche Roboterachsen mit jeweils einem Roboterantrieb (44-49, 52, 53, 56, 57) aufweist, und
dass mindestens ein Roboterantrieb (44-49, 52, 53, 56, 57) mit einem Kühlflansch (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54, 55) versehen sind.
13. Roboter-Kühlsystem nach einem der vorhergehenden An¬ sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlflansch (10; 11; 14; 38-43, 50, 51, 54, 55) mindestens eine Kühlrippe (19) aufweist, die zur Vergrößerung der Wärmekontakt fläche in ei¬ nen kühlmittelgefüllten Innenraum (16) des Kühlflanschs (14) hineinragt .
14. Roboter-Kühlsystem nach einem der Ansprüche 2 bis 13, dadurch gekennzeichnet,
a) dass der Wärmeübertrager (20) eine mittlere Platte (26) aufweist mit einer Einlasskammer (28) und einer Aus¬ lasskammer (29) für das primäre Kühlmittel des Primär¬ kühlkreislaufs (21-23) , wobei der Primärkühlkreislauf (21-23) das erwärmte primäre Kühlmittel erst in die Einlasskammer (28), von dort in die Auslasskammer (29) und dann aus dem Wärmeübertrager (20) wieder zu den zu kühlenden Wärmequellen (8, 9; 12; 44-49, 52, 53, 56, 57) fördert, und/oder
b) dass die Einlasskammer (28) über einen Durchlass mit der Auslasskammer (29) verbunden ist, und/oder
c) dass in dem Durchlass ein drehbares Pumpenrad (30) an¬ geordnet ist, um das primäre Kühlmittel von der Ein¬ lasskammer (28) in die Auslasskammer (29) zu pumpen, und/ oder
d) dass der Wärmeübertrager (20) zwei äußere Platten (25, 27) aufweist, die auf gegenüber liegenden Seiten an die mittlere Platte (26) angrenzen und jeweils eine Kammer (36, 37) für das sekundäre Kühlmittel aufweisen, wobei der Sekundärreislauf (24) das sekundäre Kühlmittel durch die beiden Kammern (36, 37) fördert, um die Wärme von dem primären Kühlmittel in der mittleren Platte
(26) auf das sekundäre Kühlmittel in den beiden äußeren Platten (25, 27) zu übertragen.
15. Roboter (1), insbesondere Lackierroboter (1) oder Hand¬ habungsroboter in einer Lackieranlage, mit einem Roboter- Kühlsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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