DE102005024038A1

DE102005024038A1 - Gewichtsausgleich

Info

Publication number: DE102005024038A1
Application number: DE200510024038
Authority: DE
Inventors: Werner Richter
Original assignee: Richter Werner Dipl-Ing
Current assignee: Richter Werner Dipl-Ing
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-05-25
Publication date: 2006-11-30

Abstract

Es wird ein Gewichtsausgleich beschrieben, bei dem nach außen lediglich ein gewünschtes Ausgleichsmoment abgegeben wird; bei der Drehung der Schwinge (2) im Schwerkraftfeld nach unten wird Rotationsenergie in linear gespeicherte Energie umgewandelt und umgekehrt bei der Drehung der Schwinge nach oben wird diese gespeicherte Energie zur Hubunterstützung wieder zurückgewandelt. Die dabei durch die Energie-Wandlung entstehenden Kräfte werden durch die Lagerung (10, 10a) aufgenommen und an das Gestell (1) weitergeleitet.

Description

Die Neuerung geht von einem Gewichtsausgleich nach der Gattung des Anspruchs 1 aus; siehe hierzu 1.

Der Gewichtsausgleich (4) einer in einem Gestell (1) drehbaren Schwinge (2) wird üblicherweise durch die linear gespeicherte Energie (Kraft × Weg) zwischen einem Anlenkpunkt (5) im festen Gestell (1) und einem weiteren Anlenkpunkt (7) an der Schwinge (2) mit entsprechendem Kraftangriffshebelarm r realisiert.

Dabei wird die Schwinge (2) bei der Drehung um die Achse (12) nach oben entweder wie in DE 198 02 560 A1 von der linear gespeicherten Energie in dieser Bewegung durch das Aufbringen von Zugkräften (4) unterstützt oder es erfolgt diese Unterstützung mittels Druckkräften (4') auf der gegenüberliegenden Seite der Schwinge (2).

Diese Art der Krafteinleitung hat jedoch den entscheidenden Nachteil, dass die resultierenden Kräfte zu einem hohen Anteil als radiale Lagerkräfte von der Lagerung der Schwinge aufgenommen werden müssen, da die Anlenkung aus Konstruktions- und Platzgründen im Vergleich zur Auskragung 1 relativ nahe an deren Drehachse (12) erfolgt. Das wiederum bedingt häufig einen vorzeitigen Ausfall der Schwingenlagerung, besonders bei den häufigen Bewegungen, die Roboterschwingen – für die diese Anmeldung vor allem konzipiert ist – ausführen.

Vorteile der Erfindung

Die Neuerung besteht nun in den kennzeichnenden Merkmalen der Ansprüche 1 bis 9, die diesen Nachteil vermeiden. Der Gewichtsausgleich wird frei von Querkräften nur durch Abgabe eines Ausgleichsmoments durch die Umwandlung von linear gespeicherter Energie in Rotationsenergie innerhalb eines gestellfesten Gehäuses bewerkstelligt. Die Drehmomentleitung geschieht dabei koaxial zur Drehachse (12) der Schwinge (2).

Zeichnungen
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen Bezug genommen; in 2 ist die Platzierung des Neuerungs gemäßen Gewichtsausgleichs (6) in einem Industrie-Roboter wiedergegeben; in der 3 als Ausführungsbeispiel ein Gewichtsausgleich mit hydraulisch/pneumatischer linearer Energie- Speicherung als Schnittzeichnung veranschaulicht ist. 4 zeigt einen Teilschnitt längs der Mittenebene von 3.
5 zeigt den Querschnitt einer Zug- und Druckkraftvariante mit mechanischer Speicherung der linearen Energie mittels Federn. In 6 sind zwei Halbschnitte längs der Mittenebene von 5 dargestellt.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Bei Industrie-Robotern – für welche diese Anmeldung vor allem vorzesehen ist – ist es wie in 1 dargestellt ab einer bestimmten Ausladung und anzuhebendem Gewichts G erforderlich einen Gewichtsausgleich vorzusehen, damit die Elektromotore und die nachgeschalteten Reduziergetriebe nicht überlastet werden oder erheblich größer dimensioniert werden müßten.
3 zeigt einen Gewichtsausgleich (6) aus 2 mit hydraulisch/pneumatischer Energie-Speicherung, welcher ausschließlich mit Druckkräften arbeitet. Dargestellt ist die Stellung am hinteren Totpunkt mit der maximalen Druckkraft F.
Bei der Drehung der Schwinge (2) im Schwerkraftfeld nach unten wird dabei Rotationsenergie (= Drehmoment(M) × Schwenkwinkel(φ)) resultierend aus der Gewichtskraft G in lineare Energie (= Kraft(F) × Weg(s)) zur Energie-Speicherung umgewandelt und umgekehrt bei Drehung der Schwinge (2) nach oben wird diese linear gespeicherte Energie in Rotationsenergie zur Energie-Abgabe zurückgewandelt; dabei wird das aus der Gewichtskraft G resultierende Moment um die Achse (12) weitgehend ausgeglichen und somit das Drehen der Schwinge (2) erheblich erleichtert. Die eigentliche Energie-Speicherung geschieht hier in einem Gas (N2) welches über das Druckpleuel (10), den Kolben (17) und inkompressibles Öl (18) über die Bohrungen (19) mit variablem Druck beaufschlagt wird. Es ist hierbei völlig unerheblich wie die Wandlung von Rotationsenergie in lineare Energie und umgekehrt stattfindet; dies kann mittels – wie in 4 dargestellt – einer Kurbelwelle oder eines Zahnstange-Ritzel-Triebs oder mittels Schrägscheibe mit axialer Druckbeaufschlagung oder einer sonstigen bekannten Wandlung von linearer Bewegung in Rotationsbewegung erfolgen.
Die Umwandlung und Rückwandlung der verschiedenen Energieformen findet in einem Gehäuse (9) statt. Diese Gehäuse (9) weißt eine eigenständige Lagerung (10, 10a) der An-/Abtriebswelle (11) auf, wodurch nach außen hin lediglich das gewünschte Ausgleichsmoment als bewegliche Komponente abgegeben wird. Die aus der Energie-Wandlung entstehenden Querkräfte werden von dieser Lagerung (10, 10a) der An-/Abtriebswelle (11) in dem Gehäuse (9) aufgenommen und an das Gestell (1) weitergeleitet. Der Kraftangriffshebelarm r' befindet sich dabei innerhalb des Gehäuses (9). Diese Gehäuse (9) ist fest mit dem Gestell (1) verschraubt. Die An-/ Abtriebswelle (11) ist koaxial zur Drehachse (12) der Schwinge (2) an der Schwinge (2) befestigt.
Es ist jedoch auch die kinematisch umgekehrte Anordnung denkbar; nämlich, dass das Gehäuse (9) mit der drehbaren Schwinge (2) fest verbunden ist und die An-/Abtreibswelle (11) am Gestell (1), jedoch koaxial zur Drehachse (12) der Schwinge (2) befestigt ist.
Zur Schmierung und Kühlung der Lagerungen (10, 10a, 10b, 10c) ist das Gehäuse (9) vorzugsweise mit Öl (14) unter Umgebungsdruck zum größten Teil befüllt und gegenüber der Umgebung abgedichtet (13).
In 5 wirken sowohl Zug- als auch Druckkräfte, was ein Zugpleuel (20) und – aus Symmetrie Gründen der Krafteinleitung – zwei Druckpleuel (21) bedingt. Dargestellt ist hier die Stellung am vorderen Totpunkt an welchem die Kraft F minimal wird.
Die eigentliche Energie-Speicherung geschieht bei dieser Ausführung mittels Federn ! 15).
Die Kraftangriffspunkte an der Kurbelwelle (11) sind zwischen Druck- und Zugpleuel um 180° versetzt angeordnet, um ein Ausgleichsmoment zu erhalten.
Bei diesen beschriebenen Arten des Gewichtsausgleichs läßt sich die Stellung der Schwinge (2) in welcher die minimale Ausgleichswirkung erreicht wird, durch das Drehenlassen der An-/Abtriebswelle (11) in die vordere Totpunktstellung und dann das Fixieren der An-/Abtriebswelle (11) mit der Schwinge (2) bewerkstelligen.

Claims

Gewichtsausgleich, um eine Gewichtskraft, welche aus einer ungleichmäßigen Masseverteilung bei der Drehung einer Schwinge in einem Gestell innerhalb eines Schwerkraftfeldes um eine Achse resultiert, zu kompensieren dadurch gekennzeichnet, dass bei der Drehung dieser Schwinge im Schwerkraftfeld nach unten eine Wandlung von Rotationsenergie (Drehmoment × Schwenkwinkel) in lineare Energie (Kraft × Weg) zur Energie-Speicherung erfolgt sowie umgekehrt bei der Drehung der Schwinge im Schwerkraftfeld nach oben eine Rückwandlung dieser linear gespeicherten Energie in Rotationsenergie zur Energie-Abgabe innerhalb eines Gehäuses stattfindet.
Gewichtsausgleich nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nach außen lediglich ein Ausgleichsmoment als bewegliche Komponente abgeben wird.
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass dieser eine Lagerung der An-/Abtriebswelle innerhalb dieses Gehäuses aufweist.
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass entstehende Querkräfte über diese Lagerung der An-/Abtriebswelle in diesem Gehäuse aufgenommen werden.
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Kraftangriffs-Hebelarm innerhalb dieses Gehäuses befindet.
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse gestellfest ist und die An-/Abtriebswelle koaxial zur Drehachse an der drehbaren Schwinge befestigt ist.
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse an der drehbaren Schwinge befestigt ist und die An-/Abtriebswelle gestellfest und koaxial zur Drehachse der Schwinge ist (= kinematische Umkehrung von Anspruch 6).
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass Zug- und/oder Druckkräfte an einer Abtriebswelle wirken und ein Ausgleichsmoment erzeugen.
Gewichtsausgleich nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse mit einem Schmiermittel vorzugsweise Öl unter Umgebungsdruck zumindest zum Teil befüllt und gegenüber der Umgebung abgedichtet ist.