WO2023165648A1 - Vorrichtung zur elektrischen leistungs- und/oder signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine drehachse drehbar gelagerten bauteilen und gelenkmodul für einen roboter - Google Patents

Vorrichtung zur elektrischen leistungs- und/oder signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine drehachse drehbar gelagerten bauteilen und gelenkmodul für einen roboter Download PDF

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WO2023165648A1
WO2023165648A1 PCT/DE2023/100097 DE2023100097W WO2023165648A1 WO 2023165648 A1 WO2023165648 A1 WO 2023165648A1 DE 2023100097 W DE2023100097 W DE 2023100097W WO 2023165648 A1 WO2023165648 A1 WO 2023165648A1
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torsion spring
axis
electrical
components
another
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Inventor
Jochen Damerau
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Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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    • 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
    • B25J19/0029—Means for supplying energy to the end effector arranged within the different robot elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G11/00—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts
    • H02G11/003—Arrangements of electric cables or lines between relatively-movable parts using gravity-loaded or spring-loaded loop

Definitions

  • the invention relates to a device for transmitting electrical power and/or signals between two components which are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation. Furthermore, the invention relates to a joint module for a robot.
  • Robots for example industrial robots or collaborative robots, typically have a plurality of arm segments which are each arranged on a base or on another arm segment such that they can rotate via a joint.
  • Electrical supply and/or signal lines are typically routed through these joints, via which, for example, drive units or a manipulator of the robot are contacted.
  • These supply and/or signal lines are usually designed as cables that are routed inside the joint, for example inside a hollow shaft. These cables are subject to sustained stress from twisting. Due to this torsional load, there is often material fatigue in the electrical conductor of the cable or its insulation material.
  • slip rings as part of the joint.
  • slip rings have a sliding contact that is susceptible to wear.
  • the task is to enable a fatigue-resistant electrical connection of rotatably mounted components of a robot with little wear.
  • the object is achieved by a device for electrical power and/or signal transmission between two components which are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation, with a first electrically conductive torsion spring.
  • the device comprises an electrically conductive torsion spring, via which the electrical power and/or signal can be transmitted.
  • the material of the torsion spring can be twisted (twisted) when the components are turned, but it is fatigue-resistant.
  • the device according to the invention can thus prevent cable fatigue and enable low-wear electrical connection of rotatably mounted components of a robot.
  • the torsion spring is designed as a helical spring.
  • the torsion spring designed as a helical spring comprises a coiled spring wire.
  • the helical spring preferably has a cylindrical envelope surface.
  • the helical spring has an arcuately curved enveloping surface or a conical enveloping surface.
  • the helical spring has a helical axis which is arranged parallel to the axis of rotation of the rotatable components.
  • the screw axis is preferably identical to the axis of rotation of the two components.
  • the helical axis is understood to mean that virtual axis around which the spring wire of the helical spring is wound.
  • the device comprises a first electrical connection for connecting a first electrical conductor and a second electrical connection which can be rotated about the axis of rotation relative to the first electrical connection, with a first end of the torsion spring having the first connection and a second end the torsion spring is connected to the second terminal.
  • electrical conductors such as cables
  • the electrical connections are preferably configured as plug-in connectors, for example as plug-in connectors or plug-in connectors.
  • the device includes a housing in which the first torsion spring is arranged.
  • the torsion spring can be protected from unwanted external influences by the housing.
  • the torsion spring is protected against dirt and the ingress of liquids.
  • undesired mechanical influences can also be prevented, for example intervention in the torsion spring or impeding the freedom of movement of the torsion spring.
  • the housing is preferably designed in two parts, with a first part of the housing being non-rotatably connected to a first end of the torsion spring and a second part of the housing being non-rotatably connected to a second end of the torsion spring.
  • the first electrical connection is particularly preferably connected to the first housing part and the second electrical connection is connected to the second housing part.
  • the housing can provide a holder for the electrical connections.
  • the device comprises a second electrically conductive torsion spring.
  • the second torsion spring can provide an electrical path that is independent of the first spring. In this respect it becomes possible to route two electrical paths through a joint, for example around two signal lines or two supply lines.
  • a third electrically conductive torsion spring and optionally further electrically conductive torsion springs are provided, so that further electrical paths are provided.
  • the device can comprise a total of three, four, five, six or more electrically conductive torsion springs.
  • An electrical insulator is preferably arranged between the electrically conductive torsion springs, for example between the first and the second electrically conductive torsion spring.
  • the insulator can be designed as a separate component. Alternatively or In addition, it can be provided that the insulator is designed as a coating or casing of the torsion spring.
  • first and the second electrically conductive torsion spring are both designed as helical springs.
  • the first and second electrically conductive torsion springs comprise an identical helical axis.
  • Both the first and the second torsion spring are preferably arranged within a common housing.
  • the torsional rigidity of the first and second torsion springs is preferably identical.
  • the first and the second torsion spring are designed as helical springs arranged concentrically to one another, with the second torsion spring being arranged radially inside the first torsion spring.
  • the second torsion spring preferably has an outside diameter that is smaller than the inside diameter of the first torsion spring.
  • An electrical insulator can optionally be arranged in the radial direction between the first and the second torsion spring.
  • the electrical insulator can be designed in the manner of a hollow cylinder which encloses the second torsion spring.
  • the electrical insulator may include one or more axially extending members, such as rods, disposed radially between the first and second torsion springs.
  • the first and the second torsion spring are designed as helical springs arranged concentrically to one another, the first and the second torsion spring having an identical diameter.
  • the first and second torsion springs may be interwoven such that their turns alternate in the axial direction.
  • an electrical insulator may be placed between the coils of the first and second coil springs.
  • the insulator can according to Art a screw arranged in the axial direction between the coils of the first and second torsion springs.
  • a further object of the invention is a joint module for a robot with a first component, a second component and a bearing, by means of which the second component is mounted so that it can rotate about an axis of rotation relative to the first component, the joint module having a device for electrical power as described above - and/or signal transmission between two components mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation.
  • FIG. 1 shows a first exemplary embodiment of a device according to the invention for electrical power and/or signal transmission
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device according to the invention for electrical power and/or signal transmission
  • FIG. 3 shows a third exemplary embodiment of a device according to the invention for electrical power and/or signal transmission
  • FIG. 4 shows a fourth exemplary embodiment of a device according to the invention for electrical power and/or signal transmission; and 5 shows an exemplary embodiment of a robot with a joint module according to the invention.
  • the device 10 comprises an electrically conductive torsion spring 11 which is set up to transmit an electrical signal or an electrical power.
  • the torsion spring 11 is connected to a first electrical conductor 1 , here a first cable, via a first electrical connection 13 .
  • the torsion spring 11 is connected via a second electrical connection 14 to a second electrical conductor 2, here a second cable.
  • the torsion spring 11 is designed as a helical spring and has a helical axis F which is parallel to the axis of rotation D of the component 21 , 22 , which is identical here.
  • FIG. 2 shows a second exemplary embodiment of a device 10 for the transmission of electrical power and/or signals between two components 21 , 22 which are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation D, according to the invention.
  • the device 10 according to this exemplary embodiment also includes a torsion spring, which is covered by a housing 16 in the illustration according to FIG. 2 .
  • the housing 16 protects the torsion spring 11 from external influences and at the same time forms a holder for the electrical connections 13, 14, via which electrical conductors 1, 2 are connected to the device 10.
  • the housing 16 is designed as a two-part housing 16 with a first housing part 17 and a second housing part 18 .
  • the housing parts 17, 18 are arranged to be rotatable about the axis of rotation D, which is identical to the screw axis F of the torsion spring 11.
  • the first housing part 17 is connected to the first component 21 in a rotationally fixed manner.
  • the second housing part 22 is connected to the second housing part 22 in a torque-proof manner.
  • 3 schematically shows a device 10 for electrical power and/or signal transmission between two components 21 , 22 which are mounted so as to be rotatable relative to one another about an axis of rotation D and which comprises a plurality of electrically conductive torsion springs 11 , 12 , precisely two in this case.
  • First electrical conductors 1 , 2 are rotatably coupled to one another via first torsion spring 11
  • second electrical conductors 3 , 4 are rotatably coupled to one another via second torsion spring 12 .
  • the two torsion springs 11 , 12 are designed as helical springs and are arranged concentrically to one another about a common helical axis F.
  • the second helical spring 12 is arranged radially inside the first torsion spring 11 .
  • This arrangement is made possible by the fact that the second torsion spring 12 has an outer diameter that is smaller than the inner diameter of the first torsion spring 11 .
  • the two torsion springs 11, 12 are spaced apart in the radial direction R.
  • an electrical insulator 15 is arranged in the installation space present in the radial direction R between the torsion springs 11 , 12 .
  • FIG. 4 shows schematically a further embodiment of a device 10 for electrical power and/or signal transmission between two components 21, 22, which are mounted rotatably relative to one another about an axis of rotation D, with a plurality of torsion springs 11, 12.
  • a first torsion spring 11 and a second torsion spring 12 are provided.
  • the first and second torsion springs 11, 12 are designed as helical springs arranged concentrically around the common helical axis F and have an identical diameter.
  • the two helical springs 11, 12 are interwoven in such a way that their windings alternate in the axial direction.
  • a helical insulator a15 is arranged between the turns of the coil springs 11 , 12 .
  • Rotatably mounted components 21 , 22 can be provided as part of a joint module 100 for a robot 200 as shown in FIG. 5 .
  • the robot 200 comprises a plurality of arm segments 201, each of which is rotatably connected via such a joint module 100 to another arm segment or a base of the robot.
  • the joint module 200 comprises a first component 21 (according to Fig.
  • a further component of the joint module 100 is a bearing, not shown in FIG. 5 , which supports the first and second component 21 , 22 so that they can rotate in relation to one another.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse (D) drehbar gelagerten Bauteilen (21, 22) mit einer ersten elektrisch leitfähigen Torsionsfeder (11) und mindestens einer zweiten elektrisch leitfähigen Torsionsfeder (12), wobei die erste und die zweite Torsionsfeder (11, 12) als konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern ausgebildet sind, wobei die zweite Torsionsfeder (12) radial innerhalb der ersten Torsionsfeder (11) angeordnet ist.

Description

Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Bauteilen und
Gelenkmodul für einen Roboter
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Bauteilen. Ferner betrifft die Erfindung ein Gelenkmodul für einen Roboter.
Roboter, beispielsweise Industrieroboter oder kollaborative Roboter, weisen typischerweise mehrere Armsegmente auf, die jeweils über ein Gelenk drehbar an einer Basis oder an einem weiteren Armsegment angeordnet sind. Durch diese Gelenke sind typischerweise elektrische Versorgungs- und/oder Signalleitungen geführt, über welche beispielsweise Antriebseinheiten oder ein Manipulator des Roboters kontaktiert ist. Diese Versorgungs- und/oder Signalleitungen sind in der Regel als Kabel ausgeführt, die innerhalb des Gelenks, beispielsweise innerhalb einer Hohlwelle geführt sind. Diese Kabel sind einer anhaltenden Belastung durch Verdrehen ausgesetzt. Aufgrund dieser Drehbelastung kommt es oftmals zu Materialermüdung des elektrischen Leiters des Kabels bzw. dessen Isolationsmaterials.
Alternativ ist es im Stand der Technik bekannt, einen Schleifring als Teil des Gelenks vorzusehen. Derartige Schleifringe weisen einen Gleitkontakt auf, der verschleißanfällig ist.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine ermüdungsresistente elektrische Verbindung drehbar gelagerter Bauteile eines Roboters mit geringem Verschleiß zu ermöglichen.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Bauteilen, mit einer ersten elektrisch leitfähigen Torsionsfeder. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine elektrisch leitfähige Torsionsfeder umfasst, über welche die elektrische Leistungs- und/oder Signalübertragung erfolgen kann. Das Material der Torsionsfeder kann beim Drehen der Bauteile in sich verdreht (tordiert) werden, ist aber ermüdungsresistent. Somit kann durch die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Ermüdung von Kabeln verhindert werden und eine verschleißarme elektrische Verbindung drehbar gelagerter Bauteile eines Roboters ermöglicht werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Torsionsfeder als Schraubenfeder ausgebildet ist. Die als Schraubenfeder ausgebildete Torsionsfeder umfasst einen gewundenen Federdraht. Bevorzugt weist die Schraubenfeder einen zylindrische Hüllfläche auf. Alternativ kann vorgesehen sein, dass die Schraubenfeder eine bogenförmig gekrümmte Hüllfläche oder eine kegelförmige Hüllfläche aufweist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die Schraubenfeder eine Schraubenachse aufweist, die parallel zu der Drehachse der drehbaren Bauteile angeordnet ist. Bevorzugt ist die Schraubenachse identisch der Drehachse der beiden Bauteile. Unter der Schraubenachse wird diejenige virtuelle Achse verstanden, um welche der Federdraht der Schraubenfeder gewunden ist. Durch eine derartige Anordnung kann erreicht werden, dass die Torsionsbelastung infolge eines Verdrehens der beiden Bauteile gegeneinander in Umfangsrichtung der Schraubenachse auf die Torsionsfeder wirkt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung einen ersten elektrischen Anschluss zum Anschließen eines ersten elektrischen Leiters und einen zweiten elektrischen Anschluss, der relativ zu dem ersten elektrischen Anschluss um die Drehachse drehbar ist, wobei ein erstes Ende der Torsionsfeder mit dem ersten Anschluss und ein zweites Ende der Torsionsfeder mit dem zweiten Anschluss verbunden ist. Über die elektrischen Anschlüsse können elektrische Leiter, beispielsweise Kabel, mit der Torsionsfeder elektrisch leitend verbunden werden, so dass ein Stromfluss von einem ersten elektrischen Leiter über den ersten elektrischen Anschluss, die Torsionsfeder, den zweiten elektrischen Anschluss und den zweiten elektrischen Leiter erfolgen kann. Bevorzugt sind die elektrischen Anschlüsse als Steckverbinder-Anschlüsse ausgestaltet, beispielsweise als Steckverbinder-Buchse oder Steckverbinder-Stecker.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Vorrichtung ein Gehäuse, in welchem die erste Torsionsfeder angeordnet ist. Durch das Gehäuse kann die Torsionsfeder vor unerwünschten äußeren Einwirkungen geschützt werden. Insofern wird die Torsionsfeder einerseits gegen Verschmutzungen sowie das Eindringen von Flüssigkeiten geschützt. Andererseits können aber auch unerwünschte mechanische Einwirkungen abgehalten werden, beispielsweise ein Eingreifen in die Torsionsfeder oder eine Behinderung des Bewegungsspielraums der Torsionsfeder. Bevorzugt ist das Gehäuse zweiteilig ausgebildet, wobei ein erster Teil des Gehäuses drehfest mit einem ersten Ende der Torsionsfeder verbunden ist und ein zweiter Teil des Gehäuses drehfest mit einem zweiten Ende der Torsionsfeder verbunden ist. Besonders bevorzugt ist der erste elektrische Anschluss mit dem ersten Gehäuseteil verbunden und der zweite elektrische Anschluss mit dem zweiten Gehäuseteil. Insofern kann das Gehäuse eine Halterung für die elektrischen Anschlüsse bereitstellen.
Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung eine zweite elektrisch leitfähige Torsionsfeder. Durch die zweite Torsionsfeder kann ein von der ersten Feder unabhängiger elektrischer Pfad bereitgestellt werden. Insofern wird es möglich, zwei elektrische Pfade durch ein Gelenk zu führen, beispielsweise um zwei Signalleitungen oder zwei Versorgungsleitungen. Optional kann vorgesehen sein, dass zusätzlich zu der zweiten elektrisch leitfähigen Torsionsfeder eine dritte elektrisch leitfähige Torsionsfeder und gegebenenfalls weitere elektrisch leitfähige Torsionsfedern vorgesehen sind, so dass weitere elektrische Pfade bereitgestellt werden. Beispielsweise kann die Vorrichtung insgesamt drei, vier fünf, sechs oder mehr elektrisch leitfähige Torsionsfedern umfassen. Zwischen den elektrisch leitfähigen Torsionsfeder, beispielsweise zwischen der ersten und der zweiten elektrisch leitfähigen Torsionsfeder, ist bevorzugt ein elektrischer Isolator angeordnet. Der Isolator kann als separates Bauteil ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass der Isolator als Beschichtung oder Ummantelung der Torsionsfeder ausgestaltet ist.
Alle vorstehend im Zusammenhang mit der ersten elektrische leitfähigen Torsionsfeder erläuterten vorteilhaften Ausgestaltungen können ebenso bei der zweiten elektrisch leitfähigen Torsionsfeder Anwendung finden. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass die erste und die zweite elektrisch leitfähige Torsionsfeder beide als Schraubenfedern ausgebildet sind. Bevorzugt umfassen die erste und die zweite elektrische leitfähige Torsionsfeder eine identische Schraubenachse. Bevorzugt sind sowohl die erste als auch die zweite Torsionsfeder innerhalb eines gemeinsamen Gehäuses angeordnet. Die Torsionssteifigkeit der ersten und zweiten Torsionsfeder ist bevorzugt identisch.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Torsionsfeder als konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern ausgebildet sind, wobei die zweite Torsionsfeder radial innerhalb der ersten Torsionsfeder angeordnet ist. Insofern weist die zweite Torsionsfeder bevorzugt einen Außendurchmesser auf, der geringer ist als der Innendurchmesser der ersten Torsionsfeder. Optional kann in radialer Richtung zwischen der ersten und der zweiten Torsionsfeder ein elektrischer Isolator angeordnet sein. Der elektrische Isolator kann nach Art eines Hohlzylinders ausgebildet sein, der die zweite Torsionsfeder umschließt. Alternativ kann der elektrische Isolator ein oder mehrere in axialer Richtung verlaufende Elemente, beispielsweise Stangen, umfassen, die radial zwischen der ersten und zweiten Torsionsfeder angeordnet sind.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist vorgesehen, dass die erste und die zweite Torsionsfeder als konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern ausgebildet sind, wobei die erste und die zweite Torsionsfeder einen identischen Durchmesser aufweisen. Die erste und die zweite Torsionsfeder können derart ineinander gewoben angeordnet sein, dass sich ihre Windungen in axialer Richtung abwechseln. Optional kann ein elektrischer Isolator zwischen den Windungen der ersten und zweiten Schraubenfeder angeordnet sein. Der Isolator kann nach Art einer Schraube ausgestaltet sein, die in axialer Richtung zwischen den Windungen der ersten und zweiten Torsionsfeder angeordnet ist.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Gelenkmodul für einen Roboter mit einem ersten Bauteil, einem zweiten Bauteil und einem Lager, durch welches das zweite Bauteil relativ zu dem ersten Bauteil um eine Drehachse drehbar gelagert ist, wobei das Gelenkmodul eine vorstehend beschriebene Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Bauteilen umfasst.
Bei dem Gelenkmodul können dieselben Vorteile erreicht werden, die bereits im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse drehbar gelagerten Bauteilen beschrieben worden sind. Auch können die in dem Zusammenhang mit dieser Vorrichtung erläuterten vorteilhaften Merkmale und Ausgestaltungen bei der dem Gelenkmodul - allein oder in Kombination - Anwendung finden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand des in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert werden. Hierin zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung;
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung;
Fig. 3 ein drittes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung;
Fig. 4 ein viertes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung; und Fig. 5 ein Ausführungsbeispiel eines Roboters mit einem erfindungsgemäßen Gelenkmodul.
In der Fig. 1 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 gemäß der Erfindung dargestellt, über welche eine elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse D drehbar gelagerten Bauteilen 21 , 22 erfolgen kann. Um eine möglichst ermüdungsresistente elektrische Verbindung zu ermöglichen, umfasst die Vorrichtung 10 eine elektrisch leitfähige Torsionsfeder 11 , welche dazu eingerichtet ist, ein elektrisches Signal beziehungsweise eine elektrische Leistung zu übertragen. Die Torsionsfeder 11 ist auf der Seite des ersten Bauteils 21 über einen ersten elektrischen Anschluss 13 mit einem ersten elektrischen Leiter 1 , hier einem ersten Kabel, verbunden. Auf der Seite des zweiten Bauteils 22, welches drehbar gegenüber dem ersten Bauteils 21 gelagert ist, ist die Torsionsfeder 11 über einen zweiten elektrischen Anschluss 14 mit einem zweiten elektrischen Leiter 2, hier einem zweiten Kabel, verbunden.
Die Torsionsfeder 11 ist als Schraubenfeder ausgestaltet und weist eine Schraubenachse F auf, die parallel zur, hier identisch der, Drehachse D des Bauteile 21 , 22 ist.
Die Darstellung in Fig. 2 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse D drehbar gelagerten Bauteilen 21 , 22 gemäß der Erfindung. Auch die Vorrichtung 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst eine Torsionsfeder, die in der Darstellung gemäß Fig. 2 durch ein Gehäuse 16 verdeckt ist. Das Gehäuse 16 schützt die Torsionsfeder 11 vor äußeren Einwirkungen und bildet gleichzeitig eine Halterung für die elektrischen Anschlüsse 13, 14, über welche elektrische Leiter 1 , 2 an die Vorrichtung 10 angeschlossen sind. Das Gehäuse 16 ist als zweiteiliges Gehäuse 16 mit einem ersten Gehäuseteil 17 und einem zweiten Gehäuseteil 18 ausgestaltet. Die Gehäuseteile 17, 18 sind um die Drehachse D, die identisch mit der Schraubenachse F der Torsionsfeder 11 ist, drehbar angeordnet. Das erste Gehäuseteil 17 ist drehfest mit dem ersten Bauteil 21 verbunden. Das zweite Gehäuseteil 22 ist drehfest mit dem zweiten Gehäuseteil 22 verbunden. In der Fig. 3 ist schematisch eine Vorrichtung 10 zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse D drehbar gelagerten Bauteilen 21 , 22 gezeigt, die mehrere, hier genau zwei, elektrisch leitfähige Torsionsfedern 11 , 12 umfasst. Über die erste Torsionsfeder 11 werden erste elektrische Leiter 1 , 2 miteinander drehbar gekoppelt und über die zweite Torsionsfeder 12 werden zweite elektrische Leiter 3, 4 miteinander drehbar gekoppelt.
Die beiden Torsionsfedern 11 , 12 sind als Schraubenfedern ausgebildet und konzentrisch zueinander um eine gemeinsame Schraubenachse F angeordnet. Die zweite Schraubenfeder 12 ist dabei radial innerhalb der ersten Torsionsfeder 11 angeordnet. Diese Anordnung wird dadurch ermöglicht, dass die zweite Torsionsfeder 12 einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der Innendurchmesser der ersten Torsionsfeder 11 . Insofern sind die beiden Torsionsfedern 11 , 12 in radialer Richtung R beabstandet. In dem in der radialen Richtung R zwischen den Torsionsfedern 11 , 12 vorhandenen Bauraum ist bei dem Ausführungsbeispiel ein elektrischer Isolator 15 angeordnet.
Die Darstellung in Fig. 4 zeigt schematisch eine weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse D drehbar gelagerten Bauteilen 21 , 22 mit mehreren Torsionsfedern 11 , 12. In diesem Ausführungsbeispiel sind eine erste Torsionsfeder 11 und eine zweite Torsionsfeder 12 vorgesehen. Die erste und die zweite Torsionsfeder 11 , 12 sind als konzentrisch um die gemeinsame Schraubenachse F angeordnete Schraubenfedern ausgebildet und weisen einen identischen Durchmesser auf. Die beiden Schraubenfedern 11 , 12 sind derart ineinander gewoben angeordnet, dass sich ihre Windungen in axialer Richtung abwechseln. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist zwischen den Windungen der Schraubenfedern 11 , 12 ein schraubenförmig ausgebildeter Isolator a15 angeordnet.
Die vorstehend beschriebenen Vorrichtungen 10 zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse D drehbar gelagerten Bauteilen 21 , 22 können als Teil eines Gelenkmoduls 100 für einen Roboter 200 vorgesehen sein, wie er in Fig. 5 gezeigt ist. Der Roboter 200 umfasst mehrere Armsegmente 201 , die jeweils über ein solches Gelenkmodul 100 mit einem anderen Armsegment oder einer Basis des Roboters drehbar verbunden sind. Das Gelenkmodul 200 umfasst dabei jeweils ein erstes Bauteil 21 (gemäß Fig.
1 bis 4), welches mit einem Armsegment 201 drehfest verbunden ist, und ein zweites Bauteil (gemäß Fig. 1 bis4), welches mit einem weiteren Armsegment 201 oder einer Basis des Roboters 200 drehfest verbunden ist. Ein weiterer Bestandteil des Gelenkmoduls 100 ist ein in der Fig. 5 nicht gezeigtes Lager, welches das erste und zweite Bauteil 21 , 22 gegeneinander drehbar lagert.
Bezugszeichenliste
1 elektrischer Leiter elektrischer Leiter
3 elektrischer Leiter elektrischer Leiter
10 Vorrichtung zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung
11 Torsionsfeder
12 Torsionsfeder
13 elektrischer Anschluss
14 elektrischer Anschluss
15 elektrischer Isolator
16 Gehäuse
17 Gehäuseteil
18 Gehäuseteil
21 Bauteil
22 Bauteil
100 Gelenkmodul
200 Roboter
201 Armsegment
D Drehachse
F Schraubenachse
R radiale Richtung

Claims

Geänderte Patentansprüche
1 . Vorrichtung (10) zur elektrischen Leistungs- und/oder Signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine Drehachse (D) drehbar gelagerten Bauteilen (21 , 22), gekennzeichnet durch eine erste elektrisch leitfähige Torsionsfeder (11 ) und mindestens eine zweite elektrisch leitfähige Torsionsfeder (12), wobei die erste und die zweite Torsionsfeder (11 , 12) als konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern ausgebildet sind, wobei die zweite Torsionsfeder (12) radial innerhalb der ersten Torsionsfeder (11 ) angeordnet ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Schraubenfeder (11 ) eine Schraubenachse (F) aufweist, die parallel zu der Drehachse (D) der drehbaren Bauteile (21 , 22) angeordnet ist, bevorzugt identisch zu der Drehachse (D) der drehbaren Bauteile (21 , 22) ist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen ersten elektrischen Anschluss (13) zum Anschließen eines ersten elektrischen Leiters (1 ) und einen zweiten elektrischen Anschluss (14), der relativ zu dem ersten elektrischen Anschluss (13) um die Drehachse (D) drehbar ist, wobei ein erstes Ende der Torsionsfeder (11 ) mit dem ersten Anschluss (13) und ein zweites Ende der Torsionsfeder (11 ) mit dem zweiten Anschluss (14) verbunden ist.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch ein Gehäuse (16), in welchem die erste Torsionsfeder (11 ) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Torsionsfeder (11 , 12) als konzentrisch zueinander angeordnete Schraubenfedern ausgebildet sind, wobei die erste und die zweite Torsionsfeder (11 , 12) einen identischen Durchmesser aufweisen.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine dritte elektrisch leitfähige Torsionsfeder und ggf. weitere elektrisch leitfähige Torsionsfedern.
7. Gelenkmodul (100) für einen Roboter (200) mit einem ersten Bauteil (21 ), einem zweiten Bauteil (22) und einem Lager, durch welches das zweite Bauteil (22) relativ zu dem ersten Bauteil (21 ) um eine Drehachse (D) drehbar gelagert ist, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
PCT/DE2023/100097 2022-03-02 2023-02-08 Vorrichtung zur elektrischen leistungs- und/oder signalübertragung zwischen zwei relativ zueinander um eine drehachse drehbar gelagerten bauteilen und gelenkmodul für einen roboter WO2023165648A1 (de)

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