DE3817487A1 - Kraftausgleichsvorrichtung fuer ein drehbares mechanisches element - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftausgleichsvorrichtung für ein drehbares mechanisches Element gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1. Eine solche Kraftausgleichsvorrichtung kann beispielsweise für eine schwenkbare Tür oder den schwenkbaren Arm eines Industrieroboters verwendet werden.

Bei einem Roboter besteht eine Kraftausgleichsvorrichtung häufig aus einer hydraulischen Krafteinheit, die zwischen den Roboterarm und der ersten Achse des Roboters geschaltet ist. Zu der Krafteinheit gehören ein Zylinder, in welchem ein Kolben mit einer Kolbenstange läuft. Bei den bekannten Vorrichtungen dieser Art steht die eine Seite des Kolbens unter Druck, während die andere Seite mit der umgebenden At­ mosphäre in Verbindung steht. Wenn der Kolben sich in dem Zylinder vor- und zurück bewegt ("atmet"), wird viel Schmutz in den Zylinder gezogen, wodurch die Dichtungen und Wände der Kolben-Zylinderanordnung schnell zerstört werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftaus­ gleichsvorrichtung für ein drehbares mechanisches Element zu entwickeln, bei der das vorgenannte Verschmutzungsproblem beseitigt ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Kraftausgleichsvorrich­ tung für ein drehbares mechanisches Element gemäß dem Ober­ begriff des Anspruches 1 vorgeschlagen, welche erfindungsge­ mäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen genannt.

Gemäß der Erfindung ist der Zylinder vollständig geschlossen mit Ausnahme einer abgedichteten Durchtrittsöffnung für die Herausführung der Kolbenstange. Der Zylinderraum auf der einen Seite des Kolbens ist an eine Quelle eines unter hohem Druck stehenden Arbeitsmittels angeschlossen und der Zylin­ derraum auf der anderen Seite des Kolbens ist über einen An­ schluß am Ende des Zylinders an einen geschlossenen Raum angeschlossen. Dieser Raum wird vorzugsweise von einem ge­ trennten Behälter gebildet. Durch diese Anordnung wird ver­ hindert, daß Schmutz in den Zylinder gezogen wird, so daß die Lebensdauer des Zylinders beträchtlich vergrößert wird. Außerdem dient der getrennte Behälter zum Auffangen des Hy­ drauliköls oder dergleichen, welches an dem Kolben vorbei herausleckt. Der Zustand der Dichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder kann so anhand der herausgeleckten Ölmenge in dem genannten Behälter beurteilt werden.

Anhand der in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele soll die Erfindung näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 und 2 Funktionsschaltungen einer Kraftaus­ gleichsvorrichtung gemäß der Erfindung,

Fig. 3 bis 5 ein Ausführungsbeispiel einer Kraftaus­ gleichsvorrichtung gemäß der Erfindung, die an einen Hochdruckakkumulator angeschlossen ist,

Fig. 6 die Anordnung einer Kraftausgleichsvorrichtung gemäß der Erfindung und des Akkumulators an einem Roboter.

In Fig. 1 besteht die Kraftausgleichsvorrichtung aus einem Zylinder 2 und einem darin angeordneten Kolben 3, der mit einer Kolbenstange 4 verbunden ist. Ein Druckakkumulator 5 besteht aus einem Zylinder 6 mit einem darin angeordneten, nicht dargestellten Kolben, der zwei Räume voneinander trennt, von denen der untere Hydrauliköl und der obere Druckgas enthält. Der Druck des Gases beträgt normalerweise etwa 100 bar, so daß auch das Hydrauliköl unter dem gleichen Druck steht. Über eine Leitung 7, einen Absperrhahn 8 und eine flexible Rohrleitung 9 steht der Druckakkumulator 5 mit dem Zylinder 2 auf einer Seite des Kolbens 3 in Verbindung. Ferner ist an die Leitung 7 ein Rückschlagventil 10 angeschlossen, durch welches Hydrauliköl in das System eingeführt werden kann, dessen Druck durch ein Manometer 11 gemessen wird.

Auf der dem Anschluß des Rohres 9 abgewandten Seite des Kol­ bens 3 ist eine Rohrleitung 12 an den Zylinder 2 angeschlossen. Diese Rohrleitung 12 führt zu einem Behälter 13. Dieser Behälter 13 ist normalerweise an den Zylinder 2 angeschlossen, wenn sich der Kolben 3 in seiner oberen Lage befindet und wenn atmosphärischer Druck im Zylinder 2 und im Behälter 13 herrscht. Wenn der Kolben 3 in seiner zweiten, der unteren Endposition ankommt, entsteht folglich ein kleiner Überdruck von ungefähr 0,5 bar in diesem Raum.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Anordnung der Kraftaus­ gleichsvorrichtung entwickelt diese eine Zugkraft, wenn der im Druckakkumulator 5 vorhandene Druck durchgeschaltet wird, das heißt, der Kolben 3 versucht, die Kolbenstange 4 in den Zylinder 2 hineinzuziehen. Zusätzlich kann ein druckent­ lastender Raum 14 im oberen Teil des Zylinders 2 vorgesehen sein, welcher Raum 14 mit dem Behälter 13 in Verbindung steht. Auf diese Weise kann das Lecköl, welches längs der Kolbenstange 4 aus dem unter Druck stehenden Raum im Zylin­ der 2 in den Raum 14 eindringt, zurückgewonnen werden.

Wenn gewünscht wird, daß die Kraftausgleichsvorrichtung 1 eine Druckkraft entwickelt, dann muß der Anschluß der Kraftausgleichsvorrichtung 1 so geändert werden, wie dies Fig. 2 zeigt. In diesem Falle tritt das Drucköl unter dem Kolben 3 in den Zylinder 2 ein und versucht, die Kol­ benstange 4 aus dem Zylinder herauszudrücken.

Fig. 3 zeigt die Kraftausgleichsvorrichtung von vorne unter Verwendung der gleichen Bezeichnungen wie in Fig. 1. Der Zylinder 6 des Druckakkumulators ist auf einem Verbindungs­ block 15 angeordnet, der sowohl eine Einfüllöffnung mit einem im inneren des Verbindungsblocks angeordneten Rückschlagventil 10 enthält, als auch einen Absperrhahn 8. Der Zylinder 2 ist an seinem einen Ende mit einer drehbahren Befestigungsvorrichtung 16 für beispielsweise die erste Achse des Roboters versehen, während am anderen Ende die Kolbenstange 4 mit einer entsprechenden Befestigungsvorrich­ tung 17 zur Befestigung am bewegbaren Roboterarm versehen ist.

Die Fig. 4 und 5 zeigen die Vorrichtung gemäß Fig. 3 von der Seite und von oben.

Die Fig. 4 und 5 zeigen nicht den Behälter 13, wohl aber die Rohrleitung 12, die zum Behälter 13 führt. Es ist auch zu beachten, daß die Rohrleitung 9 flexibel und bogenförmig angeschlossen sein muß, da der Abstand zwischen ihren Be­ festigungspunkten sich verändert, wenn die Kraftaus­ gleichsvorrichtung 1 zusammen mit dem Roboterarm, der durch die Kraftausgleichsvorrichtung 1 im Gleichgewicht gehalten werden soll, Schwenkbewegungen ausführt.

Fig. 6 zeigt schließlich den Anschluß der Kraftaus­ gleichsvorrichtung 1 an einen Roboter der zur Aufstellung auf eine Bodenfläche ausgebildet ist. Die Verbindung ist in der Weise ausgeführt, daß die Befestigungsvorrichtung 16 drehbar an die erste Achse 18 des Roboters angeschlossen ist, und die Befestigungsvorrichtung 17 der Kolbenstange 4 an einen am Roboterarm 19 montierten Hebelarm 20 angeschlossen ist. In diesem Falle eines auf dem Boden ste­ henden Roboters arbeitet die Kraftausgleichsvorrichtung 1 mit Zugkraft und die Verbindung wird in der in Fig. 1 dargestellten Weise hergestellt, das heißt, der Anschluß des geschlossenen Behälters 13 erfolgt über die Rohrleitung 12 an den unteren Teil des Zylinders 2. Fig. 6 zeigt mit gestrichelten Linien auch die möglichen Grenzverstellungen des Roboterarms 19 und die zugehörigen Stellungen des Hebels 20.

Im Falle, daß ein Roboter der gezeigten Art an einer Decke hängend befestigt wird, muß die Kraftausgleichsvorrichtung eine Druckkraft liefern und die Schaltung der Anschlüsse an den Zylinder 2 muß in der in Fig. 2 gezeigten Weise erfol­ gen. In diesem Falle muß also der Behälter 13 an das andere Ende des Zylinders 2 angeschlossen werden.

In beiden der vorgenannten Fälle wird das Ziel der Erfindung erreicht, nämlich das Verhindern des Eindringens von Schmutz in den Zylinder 2 aus dem nicht unter Druck stehenden Raum auf der einen Seite des Kolbens 3, was normalerweise bei bekannten Vorrichtungen stattfindet, bei denen dieser Raum mit der umgebenden Atmosphäre frei in Verbindung steht. Ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß man durch einen Blick in den Behälter 13 feststellen kann, ob das im Zylinder 2 befindliche Öl am Kolben 3 vorbei herausleckt und über die Rohrleitung 12 in den Behälter 13 fließt. Je mehr Öl sich im Behälter 13 ansammelt, um so schlechter ist die Dichtung zwischen Zylinder 2 und Kolben 3. Auf diese Weise ist eine große Ölmenge im Behälter 13 ein klares Anzeichen dafür, daß die Kraftausgleichsvorrichtung ersetzt oder über­ holt werden muß.

Claims (4)

1. Kraftausgleichsvorrichtung für ein drehbares mechanisches Element, beispielsweise für eine Tür oder den Arm eines In­ dustrieroboters, zu welcher Kraftausgleichsvorrichtung (1) ein Zylinder (2) und ein in diesem angeordneter Kolben (3) mit einer Kolbenstange (4) gehören, dadurch ge­ kennzeichnet, daß der Zylinder (2) vollständig geschlossen ist mit Ausnahme einer abgedichteten Austrittsöffnung zur Durchführung der Kolbenstange (4), daß der Zylinderraum auf der einen Seite des Kolbens (3) an ein unter hohem Druck stehendes Arbeitsmittel angeschlossen ist und daß der Raum auf der anderen Seite des Kolbens (3) über einen Anschluß am Ende des Zylinders (2) an einen geschlossenen abgesonderten Raum (13) angeschlossen ist.

2. Kraftausgleichsvorrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß der genannte geschlossene Raum aus einem Behälter (13) besteht, welcher vom Zylinder (2) getrennt ist.

3. Kraftausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das unter hohem Druck stehende Arbeitsmittel eine Flüs­ sigkeit ist, die über eine flexible Rohrleitung dem Zylinder (2) von einem Druckakkumulator zugeführt wird, in welchem die Flüssigkeit unter Druck gehalten wird mittels eines unter hohem Druck stehenden Gases, welches durch einen Kol­ ben von der Flüssigkeit getrennt ist.

4. Kraftausgleichsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die sich aus dem Zylinder (2) herauserstreckende Kol­ benstange (4) einen abgedichteten Raum (14) passiert, der mit dem genannten geschlossenen separaten Raum (13) in Verbindung steht.