DE3817487A1 - Kraftausgleichsvorrichtung fuer ein drehbares mechanisches element - Google Patents
Kraftausgleichsvorrichtung fuer ein drehbares mechanisches elementInfo
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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.
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