MECHANICAL OVERLOAD PROTECTION

Abstract: 1. A mechanical overload safety device between two force- and moment transmitting components comprising a locking element (5) which is attached to a first component (3) and which includes at least one ball (9) which, under the force of a helical spring (15), mounted in a hollow hub (4) of the first component (3), engages via a conical frustum (13) into recesses (10) in the other component (1) characterised in that the first component, which consists of a flange (3) is attached to the locking element which consists of a locking disc (5) and which is provided with ball pins (7) which extend in radial bores (6) and that the balls (9), which are mounted at the outermost ends of the ball pins (7), engage via the conical frustum (13), which is subject to the force of the helical spring (15), into the recesses (10) in the inner wall of a locking drum (2) which is permanently connected to the other component which consists of a further flange (1).

Description: Mechanische Uberlastungssicherung Die Erfindung betrifft eine mechanische Überlastungssicherung zwischen zwei kraft- und momenteübertragenden Flanschen. Soll beispielsweise eine mit Sensoren ausgestattete Greifhand eines Roboters gegen die Einwirkung von Kollisionen mit der Umgebung oder mit einem zu bewegenden Werkstück geschützt werden, so müssen heftige Berührungen der Greifhand bei Bewegungen des Roboterarmes in beliebiger Richtung eine Schnellabschaltung der Antriebsmotoren des Roboters auslösen und den Arm stillsetzen. Die Verbindung zwischen einem Arm des Roboters und seiner Greifhand muss jedoch, um genaue Positionierungen vornehmen zu können, sehr steif ausgebildet sein. Wegen dieser geforderten steifen Verbindung können bei Kollisionen die Berührungskräfte sehr schnell ansteigen, wobei unter Umständen die Greifhand trotz einer Schnellabschaltung beschädigt wird. Es wäre denkbar, mit einer leicht austauschbaren Sollbruchstelle im Roboterarm das angesprochene Problem zu lösen. Mit einer Auffangvorrichtung und einem Schalter kombiniert könnte an der Sollbruchstelle das Vorderteil des Greifarmes bei Kollisionen freigegeben und über einen Kontakt die Schnellabschaltung betätigt werden. Ein Nachteil einer Sollbruchstelle ist, dass sie nach jeder Kollision ausgewechselt werden muss. Weiter ist es schwierig, die Sollbruchstelle so auszubilden, dass die Auslösekraft gut reproduzierbar wird. Normalerweise ist eine Sollbruchstelle eine Schwächung in einer kraftübertragenden Anordnung und kann deshalb nicht so steif sein, wie der Rest der Anordnung. Schliesslich werden für verschieden hohe Auslösekräfte unterschiedliche Bruchsicherungen benötigt. Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine eingangs erwähnte mechanische Überlastungssicherung zu schaffen, die nach einer Kollision durch einfaches Einrenken ohne weiteres Demontieren wieder betriebsbereit gemacht werden kann. Sie soll mindestens so steif wie der übrige Teil der Kraftübertragung sein, und ihre Auslösekraft so3.l in vernünftigen Grenzen reproduzierbar sein. Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäss der Erfindung bei einer eingangs genannten mechanischen Überlastungssiche- rung durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 erreicht. Die Auslösekraft einer federbelasteten Rastverbindung kann so genau dosiert werden, dass keine Abstriche an einer Mindeststeifigkeit der Kraftübertragung notwendig sind. Eine Rastverbindung kann auch nach Auslösung ohne Demontage wieder in ihre eingerastete Lage zurückgebracht werden. Zweckmässig ist die Kraft der Schraubenfeder, mit welcher der Kegelstumpf gegen die inneren Enden der Kugelbolzen drückt, einstellbar. Der Kegelstumpf ist vorteilhafterweise mit einem Kolben verbunden, der bei einer durch das Ausrasten der Kugelbolzen verursachten Axialbewegung des Kegelstumpfes einen in die Rastscheibe eingebauten Ausschalter auslöst. Um die Ausrastbewegung zu begrenzen, ist ein zylindrischer Mittelteil der Rasttrommel beidseitig durch kegelstumpfförmige Ansätze abgeschlossen. Ein Ausrasten, das durch eine reine Verdrehung der beiden Flansche gegen einander erfolgt, wird durch eine Ausnehmung in der Rastscheibe, die eine Nase in der Rasttrommel umfasst, begrenzt. Zweckmässig sind drei Kugelbolzen in der Rastscheibenebene vorgesehen, die jeweils um 1200 gegeneinander versetzt angeordnet sind. Zur Reibungsverminderung sind auch an den inneren Enden der Kugelbolzen Kugeln angeordnet. Die Erfindung wird an einer Zeichnung mit zwei Figuren erläutert. Figur 1 stellt einen Längs schnitt durch ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dar. Figur 2 ist eine Aufsicht auf das gleiche Ausführlmgsbei- spiel mit der Angabe von Schnittlinien, in die der in Figur 1 dargestellte Längsschnitt gelegt ist. In der Figur 1 ist ein Flansch 1 mit einer Rasttrommel 2 verbunden. Ein zweiter Flansch 3 ist mit einer Nabe 4 verbunden, die einen integralen Bestandteil einer Rastscheibe 5 bildet. Eine radiale Bohrung 6 in der Rastscheibe 5, von denen nach der Aufsicht der Figur 2 insgesamt drei vorgesehen sind, nimmt einen Kugelbolzen 7 auf. An seinem rechten Ende enthält der Kugelbolzen 7 eine Kugelfassung 8, in dieser läuft eine Kugel 9. Die Kugel 9 ist in eine Rastvertiefung 10 in einem mittleren zylindrischen Wandteil der Rasttrommel 2 eingerastet. In einer zweiten Kugelfassung 11 am inneren Ende des Kugelbolzens 7 ist eine Kugel 12 gelagert. Die Kugel 12 liegt auf der Mantelfläche eines Kegelstumpfes 13 auf, der in einer zentralen Bohrung 14 der Nabe 4 gleiten kann. Auf seiner Unterseite ist der Kegelstumpf 13 durch eine Schraubenfeder 15 belastet. Die Federkraft der Schraubenfeder 15 kann durch eine Schraube 16 verändert werden. Die Schraubenfeder 15 drückt über den Kegelstumpf 13 die Kugelbol zen 7 nach aussen und liefert somit die Rastkraft Iur aie in die Rasttrommelwand eingerasteten Kugeln 9. An einem zylindrischen Fortsatz des Kegelstumpfes 13 ist ein Sol- ben 17 angebracht, der bei einer axialen Bewegung des Kegelstumpfes 13 einen berührungslosen induktiven Schalter 18 betätigt. Der untere Flansch 3 und die Rasttrommel 2 sind durch einen Balg 19 miteinander verbunden, der verhindert, dass Schmutz in die Uberlastungssicherung eindringen kann. Wird durch eine zwischen den Flanschen 1 und 3 auftretende Kraft oder ein Drehmoment die Rastkraft der äusseren Kugeln 9 in den Vertiefungen 10 des zylindrischen Wandteils der Rasttrommel 2 übertroffen, so rastet die Rastscheibe 5 aus. Dabei werden die Kugelbolzen 7 nach innen gedrückt und bewirken, dass der Kegelstumpf 13 gegen die Kraft der Schraubenfeder 15 nach unten wandert. Der mit dem Kegelstumpf 13 verbundene Kolben 17 gelangt vor den berührungslosen Schalter 18 und stellt die Antriebsmaschinen, die die Uberlast verursachen, ab. Die an den zylindrischen Mittelteil der Rasttrommel 2 oben und unten anschliessenden kegelstumpfförmigen Teile dienen als Begrenzung für eine Kippbewegung und eine rein axiale Bewegung der beiden Flansche 1 und 3 gegeneinander. Endund Zwischenstellungen des unteren Flansches 3 gegenüber dem oberen Flansch 1 sind strichpunktiert eingezeichnet, wobei die Schrägstellungen auf Kippbewegungen und die waagrechten Stellungen auf axiale Bewegungen zurückzuführen sind. In der Aufsicht nach Figur 2 sind Schnittlinien A und B eingezeichnet, in denen der Längsschnitt nach Figur 1 gerührt ist. In der Figur 2 sind auch die drei Kugelbolzen 7 in der Rastscheibe 5 zu erkennen sowie der berührungslose Schalter 18. Die Kugelbolzen 7 sind radial unter gegenseitigen Abstandswinkeln von 1200 angeordnet. Die Rastscheibe trägt eine Ausnehmung 20, in die eine an der Rasttrommel angebrachte Nase 21 hineinragt. Die beiden Teile bilden zusammen einen Anschlag für Ausrastbewegungen, die durch eine gegenseitige Torsion der beiden Flansche 1 und 3 hervorgerufen werden. 6 Patentansprüche 2 Figuren

Claims: Patentansprüche 1. Mechanische Überlastungssicherung zwischen zwei kraftund momenteübertragenden Flanschen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine an dem einen Flansch (3) befestigte Rastscheibe (5) mit einer an dem anderen Flansch (1) befestigten, die Scheibe (5) mit Spiel umgebenden Rasttrommel (2) über in Vertiefungen (10) in der Innenwand der Trommel (2) unter der Kraft einer in einer hohlen Nabe (4) der Scheibe (5) geführten Schraubenfeder (15), die über einen Kegelstumpf (13) auf innere Enden von in radialen Bohrungen (6) der Scheibe (5) geführten Kugelbolzen (7) drückt, einrastende, an äusseren Enden der Kugelbolzen (7) gelagerte Kugeln (9) in Rastverbindung steht. 2. Mechanische überlastungssicherung nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Kraft der Schraubenfeder (15) einstellbar ist. 3. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h gek e n n z e i c h ne t dass ein Kolben (17) mit dem Kegelstumpf (13) verbunden ist, der bei einer axialen Bewegung einen in die Rastscheibe (5) eingebauten Ausschalter (18) auslöst. 4. Mechanische Überlastungssicherung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass zur Begrenzung der Ausrastbewegungen an einem zylindrischen Mittelteil der Rasttrommel (2) auf beiden Seiten kegelstumpfförmige Trommelteile angefügt sind und eine Ausnehmung (20) in der Rastscheibe (5) mit beidseitigen Abständen eine Nase (21) in der Trommel (2) umfasst. 5. Mechanische Uberlastungssicherung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass drei Kugelbolzen (7) in der Rastscheibenebene jeweils um 1200 gegeneinander versetzt angeordnet sind. 6. Mechanische Uberlastungssicherung nach Anspruch 1 oder einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auch an den inneren Enden der Kugelbolzen (7) Kugeln (12) gehaltert sind.

Inventors: BOMMER, HEINZ, FRITZ, HARALD, DIPL.-ING.
Applicants: SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT BERLIN UND MUNCHEN
Application year: 1984
Main classification: B25J19
IPC codes: F16D7, F16P5, B25J19