CH700245B1 - Einrichtung zur Führung einer flexiblen Leitung. - Google Patents

Abstract

Es wird eine Einrichtung zur Führung einer flexiblen Leitung (19) vorgeschlagen, welche zwei in Relation zueinander verdrehbare Bauteile (1, 5) miteinander verbindet. Die Einrichtung weist ein mit zumindest annähernd der Hälfte der Winkelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Bauteilen (1, 5) mitdrehendes Führungsorgan (10) zum Führen der flexiblen Leitung (19) auf. Das Führungsorgan (10) ist mit einem Umlenkorgan (11) versehen, mittels welchem die flexible Leitung (19) um 180° umlenkbar ist. Das Führungsorgan (10) ist der Mantelfläche des einen Bauteils (5) folgend auf der Aussenseite des einen Bauteils (5) angeordnet und mit einer Auflagefläche (11) zum Abstützen der Leitung (19) versehen.

Description

  [0001]    Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Führung einer flexiblen Leitung gemäss dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

  

[0002]    Um Energie von einem statischen, nicht drehbaren Element auf ein drehbares Bauteil wie beispielsweise einen um eine vertikale Achse verschwenkbaren Roboterkörper übertragen zu können, ist im Allgemeinen ein flexibler Leitungsstrang vorgesehen, mittels welchem die Energieversorgung des Roboters sichergestellt werden kann. Ein solcher Leitungsstrang kann eine Vielzahl von Leitungen, Schläuchen, Kabeln und dgl. umfassen. Der Leitungsstrang muss derart angeordnet und geführt werden, dass der Roboterkörper genügend Bewegungsfreiheit hat und ausreichend verschwenkt werden kann, ohne dass der Leitungsstrang bzw. die einzelnen Leitungen, Schläuche, Kabel oder dergleichen Schaden nehmen. Für kleine Drehwinkel wie bspw. +- 90[deg.] kann die Führung des Leitungsstrangs vergleichsweise einfach gestaltet werden.

   Sollen jedoch grössere Drehwinkel wie bspw. +- 180[deg.] oder noch mehr ermöglicht werden, so wird die Führung entsprechend aufwändig.

  

[0003]    In der EP-B-0 299 083 ist ein Industrieroboter beschrieben, der einen ortsfesten Roboterkörper und einen drehbar daran gelagerten Schwenkkörper umfasst. Um die von dem Roboterkörper zu dem Schwenkkörper verlaufenden Kabel zu führen, ist ein Kabelführungsteil vorgesehen, welches ausserhalb des ortsfesten Roboterkörpers angeordnet ist und vertikal verläuft. Das untere Ende des Kabelführungsteils durchsetzt eine in den Roboterkörper eingelassene Öffnung. Am unteren Ende des Kabelführungsteils ist zudem ein Kabelklemmelement sowie eine sich in das Innere des Roboterkörpers erstreckende Zunge angeordnet. Diese Zunge verbindet das Kabelführungsteil schwenkbar mit einem unteren Lagerteil.

  

[0004]    Aus der EP-B-1 151 829 ist eine im ortsfesten Sockel eines Roboters angeordnete Schlauchführung bekannt. Der eigentliche Schlauch ist U-förmig gebogen und wird durch einen unteren und einen oberen Schlaucharm sowie einen Schlauchkopf gebildet. Der obere Schlaucharm ist in einer Nut geführt und gegenüber dem unteren radial nach innen versetzt. Eigentliche Mittel zum Führen des Schlauchs sind nicht vorgesehen.

  

[0005]    Die Erfindung zielt darauf ab, eine Einrichtung zur Führung einer flexiblen Leitung, welche zwei in Relation zueinander verdrehbare Bauteile verbindet, derart weiterzubilden, dass die beiden Bauteile grosse Drehwinkel ausführen können, wobei die Leitung möglichst schonend geführt werden soll.

  

[0006]    Hierzu wird nach der Erfindung eine Einrichtung gemäss dem Anspruch 1 bereitgestellt.

  

[0007]    Indem die Einrichtung ein mit zumindest annähernd der Hälfte der Winkelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Bauteilen mitdrehendes Führungsorgan aufweist, wird die grundsätzliche Voraussetzung geschaffen, damit die Leitung schonend und über einen grossen Drehwinkel mitgeführt werden kann.

  

[0008]    Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 13 definiert.

  

[0009]    So ist bei einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel vorgesehen, dass das Führungsorgan mit einem Umlenkorgan versehen ist, mittels welchem die flexible Leitung um 180[deg.] umlenkbar ist. Dadurch kann der Platzbedarf der Leitung optimiert werden.

  

[0010]    Bei einem weiteren, bevorzugten Ausführungsbeispiel ist vorgesehen, die Drehbewegung des einen Bauteils zum Antrieb des Führungsorgans zu nutzen, was zu einer einfachen und kostengünstigen Ausbildung der Einrichtung beiträgt.

  

[0011]    Nachfolgend wird ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt:
<tb>Fig. 1<sep>einzelne Elemente der Einrichtung in einer Explosionsdarstellung;


  <tb>Fig. 2<sep>die Einrichtung im zusammengebauten Zustand in einer perspektivischen Ansicht;


  <tb>Fig. 3<sep>die Einrichtung gemäss Fig. 2zusammen mit einer Leitung in der einen Endstellung;


  <tb>Fig. 4<sep>die Einrichtung gemäss Fig. 2zusammen mit einer Leitung in der Mittelstellung;


  <tb>Fig. 5<sep>die Einrichtung gemäss Fig. 2zusammen mit einer Leitung in der anderen Endstellung;


  <tb>Fig. 6<sep>schematisch einen Querschnitt durch Teile der Einrichtung, und


  <tb>Fig. 7<sep>die Einrichtung zusammen mit einem schematisch dargestellten Roboter.

  

[0012]    Die Fig. 1 zeigt in einer Explosionsdarstellung einzelne Elemente der Einrichtung zur Führung einer flexiblen Leitung. Die Einrichtung umfasst im Wesentlichen eine Grundplatte 1, als Bauteile, ein Antriebsrad 3, ein rundes Abstützelement 5, einen Abstützring 8, ein Führungsorgan 10, einen Abdeckring 13 sowie ein Getriebe 15. Die flexible Leitung ist nicht dargestellt.

  

[0013]    Die Grundplatte 1 weist eine zentrale Öffnung 2 zur Aufnahme des Antriebsrads 3 auf. Das Antriebsrad 3 ist am unteren Ende mit einer Verzahnung 4 versehen, an welcher ein dem Antrieb dienender Zahnriemen (nicht dargestellt) angreifen kann. Das Antriebsrad 3 wird drehbar an der Grundplatte 1 befestigt, wobei das eigentliche Lager nicht dargestellt ist. Das im zusammengebauten Zustand fest mit dem Antriebsrad 3 verbundene Abstützelement 5 ist auf der Aussenseite mit einem sich über den gesamten Umfang erstreckenden Zahnring 6 sowie einer Halterung 7 für die Leitung versehen. Der Abstützring 8 ist ebenfalls mit einem Zahnring 9 versehen, welcher sich jedoch nur über einen Winkel von ca. 270[deg.] erstreckt. Der Abstützring 8 wird oberhalb des Zahnrings 6 drehbar an dem Abstützelement 5 angebracht.

   Das Führungsorgan 10 ist koaxial zur Drehachse des Abstützelements 5 angeordnet und mit einer kreisringabschnittförmig ausgebildeten Auflagefläche 11 sowie einem Umlenkorgan 12 versehen. Im zusammengebauten Zustand ist das Führungsorgan 10 kraftschlüssig mit dem Abstützring 8 verbunden. Der Abdeckring 13 bildet die äussere radiale Abdeckung der Einrichtung und dient u.a. dazu, die Leitung in radialer Richtung zu führen. Über eine Aussparung 14 im Gehäuse des Abdeckrings 13 kann die zu führende Leitung in das Innere der Einrichtung hineingeführt werden. Das Getriebe 15 besitzt zwei fest miteinander verbundene Zahnräder 16, 17 unterschiedlichen Durchmessers und wird auf der Grundplatte 1 befestigt. Das Getriebe 15 dient dazu, Drehbewegungen des Abstützelements 5 im Verhältnis 2:1 auf den Abstützring 8 zu übertragen, wie anschliessend noch näher erläutert wird.

  

[0014]    Die Fig. 2 zeigt die Einrichtung im zusammengebauten Zustand in der einen Endstellung, wobei der Abdeckring zugunsten der Übersichtlichkeit nicht eingezeichnet ist. Aus dieser Darstellung sind insbesondere die Grundplatte 1, das drehbar daran angeordnete Antriebsrad 3 zusammen mit dem Abstützelement 5, der drehbar am Abstützelement 5 angeordnete Abstützring 8, das mit dem Abstützring 8 verbundene Führungsorgan 10 sowie das an der Grundplatte 1 befestigte, den Abstützring 8 mit dem Abstützelement 5 antriebsmässig koppelnde Getriebe 15 ersichtlich. Die Grundplatte 1 ist im vorliegenden Beispiel orts- sowie drehfest angeordnet. Aus der hier gezeigten Endstellung kann das Abstützelement 5 mittels des Antriebsrads um ca. 450[deg.] im Gegenuhrzeigersinn gedreht werden.

  

[0015]    Die Fig. 3 zeigt die Einrichtung gemäss Fig. 2zusammen mit der zu führenden Leitung 19 in der einen Endstellung. Die Leitung 19 ist im vorliegenden Beispiel mit einer Eingangskupplung 22 sowie einer Ausgangskupplung 23 versehen. Die Ausgangskupplung 23 ist an der Halterung 7 fixiert. Die flexible und mehrdimensional bewegliche Leitung 19 liegt auf der kreisringabschnittförmig ausgebildeten Oberseite 11 des Führungsorgans 10 auf, wobei durch den aus dieser Darstellung nicht ersichtlichen Abdeckring sichergestellt wird, dass die Leitung 19 eine der Mantelfläche des Abstützelements 5 folgende Form einnimmt. Durch das Umlenkorgan 12 wird die Leitung 19 in ein oberes und ein unteres Trum 20, 21 unterteilt, wobei das obere Trum 20 auf der Oberseite des Führungsorgans 11 und das untere Trum 21 auf der Grundplatte 1 zur Auflage kommt.

   Wird das Abstützelement 5 aus dieser Stellung im Gegenuhrzeigersinn verdreht, so wird die Leitung 19, entgegen der Drehrichtung des Förderorgans 10, um 180[deg.] nach unten umgelenkt, so dass die beiden Trume 20, 21 im Wesentlichen vertikal übereinander angeordnet sind. Beim Drehen im Gegenuhrzeigersinn nimmt die Länge des oberen Trums 20 ab, während die Länge des unteren Trums 21 zunimmt. Beim Verdrehen des Abstützelements 5 dreht das Führungsorgan 10 zusammen mit dem Umlenkorgan 12 mit zumindest annähernd der Hälfte der Winkelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen der Grundplatte 1 und dem Abstützelement 5 mit. Dieses Mitdrehen des Führungsorgans 10 wird durch das Getriebe 15 bewirkt, welches die Drehbewegung des Abstützelements 5 zum Antrieb des Führungsorgans 10 nutzt und mit einer Übersetzung von ca. 2:1 auf das Führungsorgan 10 überträgt.

   Dadurch braucht für das Führungsorgan 10 kein separater Antrieb vorgesehen zu werden. Durch das Umlenken der Leitung um 180[deg.] kann deren Platzbedarf optimiert werden.

  

[0016]    Aus der Fig. 3 ist zudem ersichtlich, dass die Leitung 19 eine Gesamtlänge aufweist, die mehr als dem halben Umfang des Abstützelements 5 entspricht.

  

[0017]    Dies ist die grundlegende Voraussetzung, damit Drehwinkel von mehr als +-180[deg.] ermöglicht werden.

  

[0018]    Die Fig. 4 zeigt die Einrichtung gemäss Fig. 3in der Grundstellung, in der sie gegenüber der Fig. 3 um ca. 225[deg.] im Uhrzeigersinn verdreht ist. Aus dieser Mittelstellung kann das Abstützelement 5 gegenüber der Grundplatte 1 in beide Richtungen um ca. 225[deg.] gedreht werden. Zudem ersichtlich, dass in der Grundstellung das untere und das obere Trum 20, 21 in etwa gleich lang sind.

  

[0019]    Fig. 5 zeigt die Einrichtung zusammen mit der Leitung 19 in der anderen Endstellung, in der sie gegenüber der in der Fig. 2gezeigten Endstellung um ca. 450[deg.] im Gegenuhrzeigersinn gedreht wurde.

  

[0020]    Die Fig. 6 zeigt schematisch einen Querschnitt durch die Einrichtung im Bereich des Getriebes 15. Aus dieser Darstellung sind insbesondere das Abstützelement 5, der auf der Aussenseite des Abstützelements 5 angebrachte Zahnring 6, der Abstützring 8 mit dem daran angeordneten Zahnring 9, das auf der Oberseite am Abstützring 8 angebrachte Führungsorgan 10 sowie das Getriebe 15 mit den beiden Zahnrädern 16, 17 ersichtlich. Das Führungsorgan 10 ist zwischen zwei Lagerringen 25, 26 in axialer Richtung fixiert und drehbar am Abstützelement 5 gelagert, wobei das eigentliche Lager nicht dargestellt ist.

   Im Weiteren ist ersichtlich, dass die beiden Zahnräder 16, 17 über eine starre Welle 15a fest miteinander gekoppelt sind, wobei das obere Zahnrad 17 in den Zahnring 9 des Abstützrings 8 eingreift, während das untere Zahnrad 16 formschlüssig in den fest mit dem Abstützelement 5 verbundenen Zahnring 6 eingreift. Auch die plane Auflagefläche 11 des Führungsorgans 10 ist erkennbar. Beim Drehen des Abstützelements 5 wird dessen Drehbewegung über das Zahnrad 16 auf das Getriebe 15 übertragen. Da die beiden Zahnräder 16, 17 über die Welle 15a fest miteinander gekoppelt sind, treibt das obere Zahnrad 17 über den Zahnring 9 den Abstützring 8 an. Als Folge eines Übersetzungsverhältnisses von ca. 2:1 dreht der Abstützring 8 in etwa mit der halben Winkelgeschwindigkeit des Abstützelements 5 gleichsinnig mit diesem mit.

  

[0021]    Schliesslich zeigt die Fig. 7schematisch einen Roboter 27, der mit einer Einrichtung gemäss Fig. 4 versehen ist. Von dem Roboter 27 ist insbesondere der Oberteil mit einem sich in vertikaler Richtung erstreckenden Hauptträger 29 ersichtlich. Der Hauptträger 29 ist auf einem Grundträger 28 angeordnet, der fest mit dem Antriebsrad 3 (Fig. 1) verbunden ist. Jedenfalls ist der Grundträger 28 zusammen mit dem Hauptträger 29 um eine vertikale Achse drehbar. Üblicherweise ist am Hauptträger 29 ein zumindest in vertikaler Richtung verfahrbarer Horizontalausleger abgestützt, der jedoch aus dieser Darstellung nicht ersichtlich ist. Um den drehbaren Oberteil des Roboters 27 mit Energie versorgen zu können, ist zwischen der Grundplatte 1 und dem Oberteil des Roboters 27 die flexible Leitung angeordnet.

   Die Einrichtung dient nun dazu, die Leitung 19 beim Verdrehen des Roboter-Oberteils derart zu führen, dass der Oberteil aus der Grundstellung in beide Drehrichtungen um einen vorgegebenen Drehwinkel gedreht werden kann. Die Einrichtung stellt dabei sicher, dass die Leitung 19 sicher und schonend nachgeführt wird und der Roboter 27 bzw. der Hauptträger 29 eine Verdrehung von zumindest 360[deg.], vorzugsweise jedoch von zumindest 450[deg.] gegenüber der Grundplatte 1 ausführen kann.

  

[0022]    Unter dem Begriff Leitung ist nicht nur eine herkömmliche elektrische Leitung zu verstehen, sondern der Begriff Leitung wird hier stellvertretend für jegliche Form von Kabeln, Rohren, Schläuchen, Leitungen und dgl. verwendet. Um einen Roboter mit Energie zu versorgen, können beispielsweise elektrische Kabel, elektronische Leitungen, pneumatische sowie hydraulische Leitung vorgesehen werden, wobei diese Aufzählung nicht als abschliessend zu betrachten ist.

  

[0023]    Um sicherzustellen, dass die Leitung 19 in radialer Richtung geführt wird, muss der aus dieser Darstellung nicht ersichtliche Abdeckring 13 (Fig. 1) angebracht werden. Der Abdeckring 13 dient gleichzeitig auch als Schutz vor äusseren Einwirkungen.

  

[0024]    Wie bereits vorgängig erwähnt, ist die Leitung 19 im vorliegenden Beispiel jeweils mit einer Eingangskupplung 22 sowie einer Ausgangskupplung 23 versehen. Die Eingangskupplung 22 ist ortsfest angeordnet, indem diese an der Grundplatte 1 fixiert ist, so dass ihre Position gegenüber der Grundplatte 1 beim Verdrehen des Roboters 27 unverändert bleibt. Die Ausgangskupplung 23 hingegen dreht mit dem Roboter 27 synchron mit. Es versteht sich, dass ggf. auch Leitungen ohne Kupplungen vorgesehen werden können. Aus der hier gezeigten Mittelstellung kann der Roboter zusammen mit dem Abstützelement 5 um ca. +-225[deg.] gedreht werden, wobei das Führungsorgan dabei jeweils lediglich eine Drehbewegung von ca. +-112.5[deg.] ausführt.

  

[0025]    Es versteht sich, dass die Grundplatte 1 ggf. verschiebbar und/oder verdrehbar und/oder verfahrbar auf einem Gestell oder dgl. angeordnet werden kann.

  

[0026]    Die erfindungsgemäss gestaltete Einrichtung eignet sich natürlich auch zum Führung einer flexiblen Leitung, welche zwei Bauteile miteinander verbindet, wovon beide drehbar angeordnet sind.

  

[0027]    Durch das beschriebene Getriebe braucht kein separater Antrieb für die Einrichtung bzw. das Führungsorgan vorgesehen zu werden.

Claims (13)

1. Einrichtung zur Führung einer flexiblen Leitung (19), welche zwei in Relation zueinander verdrehbare Bauteile (1, 5) verbindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung ein mit zumindest annähernd der Hälfte der Winkelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Bauteilen (1, 5) mitdrehendes Führungsorgan (10) zum Führen der flexiblen Leitung (19) aufweist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsorgan (10) mit einem Umlenkorgan (12) versehen ist, mittels welchem die flexible Leitung (19) um 180[deg.] umlenkbar ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel (15) vorgesehen sind, um die Drehbewegung des einen Bauteils (5) zum Antrieb des Führungsorgans (10) zu nutzen.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsorgan (10) gleichsinnig mit dem einen Bauteil (5) mitdrehend angeordnet ist.

5. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsorgan (10) der Mantelfläche des einen Bauteils (5) folgend auf der Aussenseite des einen Bauteils (5) angeordnet ist und mit einer Auflagefläche (11) zum Abstützen der Leitung (19) versehen ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflagefläche (11) im Wesentlichen kreisringabschnittförmig ausgebildet und koaxial zur Drehachse des einen Bauteils (5) angeordnet ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (19) mittels des Führungsorgans (10) in zwei Trume (20, 21) unterteilbar ist.

8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der den Anfang des einen Trums (21) bildende Teil der Leitung (19) ortsfest angeordnet ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Trume (20, 21) im Wesentlichen vertikal übereinander angeordnet sind.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung als das eine Bauteil ein rundes Abstützelement (5) aufweist, das auf der Aussenseite mit einem der Mantelfläche folgenden Zahnring (6) versehen ist, wobei auf der Aussenseite des Abstützelements (5) das Führungsorgan (10) drehbar gelagert ist und wobei als Mittel zum Antrieb des Führungsorgans (10) ein Getriebe (15) vorgesehen ist, mittels welchem Drehbewegungen des Abstützelements (5) im Verhältnis 2:1 auf das Führungsorgan (10) übertragbar sind.

11. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das eine Bauteil (5) verdrehbar und das andere Bauteil (1) drehfest angeordnet ist und das Führungsorgan (10) zumindest annähernd mit der Hälfte der Winkelgeschwindigkeitsdifferenz zwischen den beiden Bauteilen (1, 5) gleichsinnig mit dem drehbar angeordneten Bauteil (5) mitdreht.

12. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungsorgan (10) von einem runden Abdeckelement (13) umgeben ist, welches die Leitung (19) in radialer Richtung zu führen bestimmt ist.

13. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leitung (19) eine Gesamtlänge aufweist, die mehr als dem halben Umfang des einen Bauteils (5) entspricht.