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Dokumentenidentifikation DE60005824T2 05.08.2004
EP-Veröffentlichungsnummer 0001187704
Titel Getriebegehäusekonfiguration eines Industrieroboters
Anmelder ABB AB, Västeras, SE
Erfinder LUNDSTRÖM, Christer, S-745 71 Enköping, SE;
NISSFOLK, Rafael, S-722 40 Väster s, SE
Vertreter Becker, Kurig, Straus, 80336 München
DE-Aktenzeichen 60005824
Vertragsstaaten AT, BE, CH, CY, DE, DK, ES, FI, FR, GB, GR, IE, IT, LI, LU, MC, NL, PT, SE
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 20.06.2000
EP-Aktenzeichen 009466095
WO-Anmeldetag 20.06.2000
PCT-Aktenzeichen PCT/SE00/01303
WO-Veröffentlichungsnummer 0001000369
WO-Veröffentlichungsdatum 04.01.2001
EP-Offenlegungsdatum 20.03.2002
EP date of grant 08.10.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.08.2004
IPC-Hauptklasse B25J 9/10

Beschreibung[de]
TECHNISCHES GEBIET

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Getriebegehäusekonfiguration eines Industrieroboters.

STAND DER TECHNIK

In z. B. Industrierobotern mit sechs Achsen, die einen vertikalen Gelenkarm aufweisen, der an ein Gestell montiert ist (2), sind die Antriebsmittel des Arms nahe des Drehzentrums des Arms angeordnet. Die verbleibenden drei Antriebsmittel sind näher an dem Arbeitswerkzeug des Roboters angeordnet. Das Ziel ist u. a., dem Industrieroboter eine kompakte Konstruktion zu geben und zu helfen, das Gewicht des Arms gering zu halten. Dementsprechend sind die drei Antriebsmittel in dem unteren Teil des Roboters in Richtung zu dem Gestell angeordnet und enthalten im Allgemeinen Elektromotoren. Jeder Motor treibt eine Welle an, wobei jeder die verschiedenen Freiheitsgrade des Roboters durch Getriebe und Transmission antreibt. Das Getriebe umfasst im Allgemeinen ein Zahnradgetriebe, das in einem Getriebegehäuse eingeschlossen ist, das mit einem Kühl- und Schmiermedium gefüllt ist, das allgemein aus Öl besteht.

Das Patentdokument US 4 671 732 offenbart einen Industrieroboter mit sechs Achsen, der drei Antriebsmittel 21, 22 und 23 aufweist, die in dem unteren Teil des Roboters nahe des Gestells angeordnet sind. Die drei Antriebsmittel sind identisch, was die Auslegung und mögliche Reparatur des Roboters vereinfacht. Die drei Antriebseinheiten sind in Bezug auf eine Unterbringung für ein Schmiermittel vollständig voneinander getrennt. Der Roboter ist ausgelegt, um trotz Verschleißes der enthaltenen Teile hohe Genauigkeitsanforderungen zuzulassen.

In Betrieb ist der Industrieroboter im Allgemeinen Teil einer Produktionslinie, die z. B. eine Presse umfassen kann. Der Roboter liefert der Presse Formrohlinge, die zu dem Roboter über irgend eine An Fördermittel kommen.

Die technische Entwicklung richtet sich auf schnellere Pressen und ebenfalls auf schnellere Fördermittel. Dies hat zur Folge, dass die Geschwindigkeit des Roboters gleichzeitig mit der Entwicklung ansteigen muss. Die Antriebs- und Übertragungsgeschwindigkeit hat sich in den letzten fünfzehn Jahren etwa um das Fünffache erhöht. Dies hat dazu geführt, dass die eingeschlossenen Zahnradgetriebe unter hohem Auflagerdruck mit einer immer höheren Geschwindigkeit angetrieben werden müssen, was eine ansteigende Leistungslieferung erfordert und eine ansteigende Wärmeerzeugung in den Getrieben gibt, die die Reibwärme an den Zähnen erhöht.

Zum Zwecke des Absorbierens und Ableitens von Wärme von den Zähnen umschließt ein Kühl- und Schmiermedium das Getriebe. Probleme entstehen, wenn die Antriebs- und Übertragungsgeschwindigkeit des Roboters und die Wärmeerzeugung so hoch sind, dass das Kühlmedium das Getriebe nicht kühlen kann. Dann laufen die Flanken des Getriebes Gefahr, von der hohen Temperatur beschädigt zu werden. Zu hohe Temperaturen vermindern folglich die Lebensdauer des Getriebes drastisch. Die Gefahr von häufigen Abschaltungen und kostspieligen Reparaturen des Roboters steigt.

Die drei unteren Antriebseinheiten in dem Roboter werden nicht gleichmäßig angetrieben und die entsprechenden Getriebe werden ungleichmäßig erhitzt. Das führt zu einer ungleichförmigen Verteilung der erzeugten Wärme, die zu verschiedenen lokalen Wärmeausdehnungen in dem Materia/Metall des Roboters führt, die wiederum zu Verformungen in der Konstruktion des Roboters führen. Die Genauigkeit des Roboters ist vermindert und der Roboter kann nicht die Anforderungen erfüllen, die von dem Benutzer des Roboters gestellt werden.

Ein anderes Problem, das bei hohen Temperaturen entsteht, ist, dass die Genauigkeit der Arbeit des Roboters erhöht ist. In einem Roboter mit sechs Achsen ist die Antriebseinheit, die die Drehbewegung des Roboters um die vertikale Achse A (2) und seines Getriebes antreibt, am meisten belastet und muss bei sehr hoher Geschwindigkeit angetrieben werden. Die Temperatur wird dort sehr hoch und veranlasst, dass Temperaturunterschiede in verschiedenen Teilen des Kühl- und Schmiermediums in dem Getriebegehäuse des Motors auftreten. Dies hat in Drehmitteln zur Folge, dass die Drehplatte, um die der Roboter konstruiert ist und die die Drehung um Achse A sichert, ungleichmäßig erhitzt wird, was einen negativen Einfluss auf die Genauigkeit hat.

Traditionell werden die vorstehenden Probleme durch Anordnung von Kühlflanschen an der Außenseite der Getriebegehäuse gelöst. Sogar ein externer Kühler, z. B. ein Kühllüfter kann helfen, die Temperatur zu vermindern. Alle derartigen Lösungen sind unhandlich und unausreichend und sie sind nicht für einen Industrieroboter geeignet, der Teil einer Produktionslinie ist.

Ein anderes Problem ist, dass die drei vollständig getrennten Getriebegehäuse ein Füllen und Auslassen des Kühl- und Schmiermittels und ebenfalls Belüften an drei verschiedenen Orten erfordern. Dies erfordert Zeit, ist schwer handzuhaben und führt zu ungewollten oder unnötig langen Abschaltungen.

Bei der Herstellung von Industrierobotern entsteht der Bedarf an einem Roboter, der eine schnelle Geschwindigkeit mit aufrechterhaltender Genauigkeit ausführen kann. Weiterhin sollte es leicht sein, dem Roboter die notwendigen Betriebswartung zu geben.

Der Roboter in dem zitierten Amerikanischen Patentdokument kann nicht diesen Bedarf füllen.

Weiterhin sind Industrieroboter mit einem gemeinsamen Getriebegehäuse aus EP 0 322 670 A und US 4 586 868 A bekannt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Bei der Herstellung von Industrierobotern wird ein Manipulator mit z. B. einem Steuersystem und auch motorbetriebenen Getrieben und optionalen zusätzlichen Transmissionen ausgerüstet. Die Entwicklung von Robotern hat das Ziel, einen schnelleren Roboter zu erzeugen, der die Möglichkeiten der umgebenden Ausrüstung und den Anforderungen des Abnehmers entspricht. Das Ziel ist ebenfalls, die Zeit für die Betriebswartung des Roboters zu vereinfachen und zu verkürzen.

Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Industrieroboter zu erreichen, der wenigstens zwei motorbetriebene Getriebe enthält, wobei die Getriebe derart angeordnet sind, dass die Anforderung einer ausreichenden Kühlung zur gleichen Zeit erfüllt ist, zu der der Roboter vorgesehene Genauigkeitsanforderungen erreicht und die Wartungszeit abnimmt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale von Anspruch 1 (Vorrichtung) und 4 (Verfahren) gelöst.

Ein Getriebegehäuse erfordert eine Öffnung zum Füllen und eine getrennte Öffnung zum Auslassen eines Kühl- und Schmiermediums und ebenfalls magnetische Stopper, um das Medium, z. B. das Öl, frei von Verschleißteilchen zu halten. Während des Betriebs tritt in der Getriebeeinheit ein Überdruck, beispielsweise aufgrund einer Wärmeausdehnung des Kühl- und Schmiermediums, auf und deshalb ist das Getriebegehäuse oft mit einer An Lüftstopper bereitgestellt.

Der Schutzumfang der Erfindung umfasst ebenfalls das Getriebegehäuse mit nur einer Öffnung zur gemeinsamen Füllung von Schmieröl und zudem nur einem Auslassort für das Öl bereitzustellen. Eine Belüftung kann ebenfalls gemeinsam durch eine oder mehrere Belüftungsöffnungen stattfinden.

BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG

Die Erfindung wird nun durch Beschreiben eines Beispiels einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die enthaltene Zeichnung detaillierter erläutert, in der:

1 eine Getriebegehäusekonfiguration zeigt, die in einem Industrieroboter gemäß der vorliegenden Erfindung angeordnet ist,

2 einen Industrieroboter mit sechs Achsen zeigt, wobei drei Antriebseinheiten in dem unteren Teil des Roboters angeordnet sind.

BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN

In einem Industrieroboter, der einen Manipulator mit einem Steuersystem (2) enthält, sind elektrisch angetriebene Getriebe in dem unteren Teil des Roboters an dem Gestell angeordnet, um die Bewegungen des Roboterarms zu erzeugen. Jeder Elektromotor überträgt Drehbewegungen auf ein Zahnradgetriebe, das im allgemeinen eine Transmission antreibt, die Bewegungen zu dem Roboterarm überträgt. In 2 ist ein Industrieroboter 1 mit sechs Achsen und mit einem Gestell 2 gezeigt, und ebenfalls der daran drehend montierte Roboterfuß 3. Eine erste Antriebseinheit 4 (1) ist angeordnet, um deri Roboter um die vertikale Achse A durch ein erstes Zahnradgetriebe 5 zu drehen. Eine zweite Antriebseinheit 6 ist angeordnet, um den Roboterarm um eine horizontale Achse B durch ein zweites Zahnradgetriebe 7 zu drehen. Eine dritte Antriebseinheit 8 ist angeordnet, um den Roboterarm um die horizontale Achse C durch ein drittes Zahnradgetriebe 9 zu drehen. Das erste 5, zweite 7, und dritte Getriebe 9 sind in einem gemeinsamen Getriebegehäuse 10 angeordnet. Das Getriebegehäuse 10 ist in einem Stück gegossen und aufgrund von Auslegungs- und Festigkeitsgründen, ist das Gehäuse in mehrere innere Fächer 10a, 10b und 10c unterteilt, die mit Durchgangskanälen verbunden sind. Das Getriebegehäuse 10 ist mit einem Kühl- und Schmiermedium 12 gefüllt, das die Getriebe 5, 7 und 9 umgibt.

Während des Betriebs des Roboters arbeiten der erste, der zweite und dritte Motor und ihre Getriebe in verschiedenen Graden; um den Roboter zu veranlassen, die gewünschten Bewegungen auszuführen.

Durch Antreiben der verschiedenen Getriebe wird das umgebende und Kühl- und Schmiermedium 12 veranlasst, zu zirkulieren. Das Kühl- und Schmiermedium absorbiert Wärme von den Zähnen und durch die Zirkulation in dem gemeinsamen Getriebegehäuse werden irgendwelche Temperaturunterschiede in dem Medium 12 ausgeglichen, und eine gleichmäßige Temperatur wird in dem ganzen Gehäuse erhalten.

ALTERNATIVE AUSFÜHRUNGSFORMEN

Um die Zirkulation des Mittels 12 zu erleichtern/zu beschleunigen, kann eine externe Vorrichtung 13 mit dem Getriebegehäuse, und zwar eine Pumpe (nicht gezeigt), verbunden werden.


Anspruch[de]
  1. Industrieroboter (1), der einen Manipulator mit einem Steuersystem umfasst, wobei die Bewegungen des Manipulators von wenigstens zwei motorbetriebenen Getrieben angetrieben werden, wobei die Getriebe in einem gemeinsamen Getriebegehäuse (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebegehäuse ein in dem Getriebegehäuse zirkulierendes gemeinsames Kühl- und Schmiermedium (12) enthält.
  2. Industrieroboter gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine externe Vorrichtung (13) die Zirkulation des Kühl- und Schmiermediums (12) erleichtert/beschleunigt.
  3. Industrieroboter gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die externe Vorrichtung (13) eine Pumpe ist.
  4. Verfahren zur Kühlung und Schmierung eines Industrieroboters (1), der einen Manipulator, der mit einem Steuersystem bereitgestellt ist, und wenigstens zwei motorbetriebene Getriebe umfasst, wobei die Getriebe in einem gemeinsamen Getriebegehäuse (10) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Getriebe durch die Zirkulation eines gemeinsamen Kühl- und Schmiermediums (12) in dem für die Getriebe gemeinsamen Getriebegehäuse gekühlt und geschmiert werden.
  5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Zirkulation des Kühl- und Schmiermediums (12) zur Zirkulation mittels einer Pumpe veranlasst wird.
Es folgen 2 Blatt Zeichnungen






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