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DE4305667B4 - Gelenkelement für ein Kugelgelenk - Google Patents

Gelenkelement für ein Kugelgelenk Download PDF

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DE4305667B4 DE4305667A DE4305667A DE4305667B4 DE 4305667 B4 DE4305667 B4 DE 4305667B4 DE 4305667 A DE4305667 A DE 4305667A DE 4305667 A DE4305667 A DE 4305667A DE 4305667 B4 DE4305667 B4 DE 4305667B4
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Abstract

Gelenkelement für ein Kugelgelenk, mit einem Körper mit zwei Enden und einer Längsachse sowie einer zwischen den beiden Enden sich erstreckenden Öffnung, wobei eines der Enden eine Gelenkkugel und das andere eine Gelenkschale ist, die eine Innenfläche hat, deren Abstand zur Längsachse mit demjenigen der Außenfläche der Gelenkkugel zur Längsachse weitgehend übereinstimmt, wobei eines der Enden (30, 32) einen höheren Widerstand gegen radial nach innen gerichtete Verformung als das andere hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (32) aus einem härteren Material als die Gelenkschale (30) besteht, und dass die Oberfläche der Gelenkkugel (32) radiale Erhöhungen (37) hat.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Verbesserung von Kugelgelenken, welche zum Tragen einer Struktur dienen.
  • Bisher werden Kugelgelenke oft zum Tragen beispielsweise von Greifern an einer Haltekonstruktion verwendet. Dabei haben die Kugelgelenke vorzugsweise eine zentrale Öffnung für Versorgungsleitungen, beispielsweise elektrische oder hydraulische Leitungen, die durch die Gelenkelemente hindurch geführt werden und die Haltekonstruktion mit dem getragenen Element verbinden.
  • Ein Kugelgelenk ist durch die US 4,898,490 bekannt. Diese beschreibt mehrere Kugelgelenke, die einen Greifer in einem Abstand zu einer Haltekonstruktion tragen. Dieses System wird zwar erfolgreich eingesetzt, jedoch benötigt es eine weitere Verbesserung und sollte sich zum Tragen schwererer Lasten eignen.
  • Bei der bisherigen Technik werden die Elemente von Kugelgelenken vorzugsweise durch Klammern verbunden. Es kann aber schwierig sein, die Klammern richtig auf den Gelenken auszurichten, so daß eine sichere Verbindung nur schwer zu realisieren ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Gelenkelement anzugeben, mit dem Kugelgelenke mit besserer Verbindungsmöglichkeit und höherer Belastbarkeit gebildet werden können.
  • Die Erfindung löst diese Aufgabe in erster Linie durch die Merkmale des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Der selbständige Anspruch 9 beschreibt eine Kugelgelenkanordnung, die darauf bezogenen Unteransprüche betreffen vorteilhafte weitere Ausbildungen.
  • Ein Gelenkelement nach der Erfindung hat an einem Ende eine Gelenkkugel, am anderen Ende eine Gelenkschale. Die Gelenkkugel oder die Gelenkschale ist so konstruiert, daß sie gegenüber radial nach innen gerichteter Verformung einen größeren Widerstand als das jeweils andere Element hat. Wenn eine Klammer zum Befestigen der Gelenkschale auf der Gelenkkugel benutzt wird, ist deshalb ein radial nach innen gerichtetes Verformen beider Elemente weniger wahrscheinlich. Die Klammer kann dann festgezogen werden, um relativ schwere Lasten zu tragen. Bei der Erfindung ist die Gelenkkugel aus einem härteren Material als die Gelenkschale gebildet.
  • Das Gelenkelement selbst wird vorzugsweise aus zwei Teilen zusammengesetzt. Die Gelenkkugel als erstes Element ist aus gehärtetem Metall gebildet und hat eine relativ große Wanddicke. Die Gelenkschale ist als zweites Teil aus Metall geringerer Härte und kleinerer Wanddicke. Da die Gelenkkugel gegenüber radial nach innen gerichteter Verformung widerstandsfähiger ist, muß dies bei der Gelenkschale nicht auch der Fall sein. Deshalb muß diese nicht aus teurem gehärtetem Metall bestehen.
  • Eine Klammer zum Befestigen der Gelenkschale eines Gelenkelementes auf der Gelenkkugel eines anderen Gelenkelements hat eine radial nach innen vorstehende Kante, die an einer axialen Kante der Gelenkschale anliegt, um sicherstellen, daß die Klammer relativ zu der Gelenkschale und der Gelenkkugel richtig positioniert ist. Diese Klammer gewährleistet eine sichere Verbindung von Gelenkelementen.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
  • 1 eine perspektivische Darstellung einer Kugelgelenkanordnung mit Gelenkelementen nach der Erfindung,
  • 2 eine Explosions-Teildarstellung der Gelenkanordnung nach 1,
  • 3 den Schnitt 3-3 nach 2,
  • 4 eine Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer Klammer,
  • 5 den Schnitt 5-5 nach 4,
  • 6 eine perspektivische Darstellung der Verwendung einer zweiten Ausführungsform einer Klammer,
  • 7 den Schnitt 7-7 nach 6,
  • 8 eine Seitenansicht der Klammer in der zweiten Ausführungsform und
  • 9 den Querschnitt eines weiteren Gelenkelements nach der Erfindung.
  • Das in 1 dargestellte Kugelgelenksystem hält einen Greifer 22 mit einem Abstand zu einer Haltekonstruktion 24. Mehrere Kugelgelenkelemente 26 verbinden den Greifer 22 mit der Haltekonstruktion 24. Der Greifer 22 kann ein Robot-Manipulator sein, und die Gelenkelemente 26 enthalten elektrische oder hydraulische Versorgungsleitungen, die zu dem Greifer 22 führen bzw. von ihm kommen. Mehrere Klammern 28 verbinden und sichern benachbarte Gelenkelemente 26.
  • Wie 2 zeigt, hat jedes Gelenkelement 26 eine Gelenkschale 30 an einem Ende und eine Gelenkkugel 32 am anderen Ende. Die Gelenkschale 30 hat eine teilkugelige Innenfläche, die Gelenkkugel 32 eine teilkugelige Außenfläche. Der mittlere Teil 33 eines jeden Gelenkelements 26 ist durch eine von der Gelenkschale 30 ausgehende Verlängerung 34 gebildet, während von der Gelenkkugel 32 eine Verlängerung 36 ausgeht.
  • Wie 3 zeigt, ist eine Öffnung 38 durch die Gelenkkugel 32, die Verlängerung 36, die Gelenkschale 30 und die Verlängerung 34 geführt, so daß Versorgungsleitungen durch mehrere miteinander verbundene Gelenkelemente 26 bis zu dem Greifer 22 hindurchgeführt werden können. Die Gelenkkugel 32 und die Verlängerung 36 haben vorzugsweise eine größere Wanddicke als die Gelenkschale 30. Die Verlängerung 34 hat vorzugsweise nahe der Gelenkschale 30 einen dünnwandigen Abschnitt. Auf diese Weise können die mit benachbarten Gelenkelementen 26 eingeschlossenen Winkel in dargestellter Weise geändert werden, so daß eine axiale Vorderkante 44 der Gelenkkugel 32 in einen Teil der Verlängerung 34 hineinragen kann.
  • Wenn die Verlängerung 34 dieselbe Wanddicke wie die Verlängerung 36 hätte, so würde ein unzureichender Freiraum für die axiale Vorderkante 44 der Gelenkkugel 32 vorhanden sein, so daß sie in der Verlängerung 34 nicht verschwenkt werden könnte.
  • Obwohl die Gelenkkugel 32 eine größere Dicke als die Gelenkschale 30 haben soll, kann sie auch einfach aus härterem Metall als die Gelenkschale 30 gebildet sein. Wenn eine Klammer 28 um die Gelenkschale 30 und die Gelenkkugel 32 gezogen wird, ist es dadurch weniger wahrscheinlich, daß die Verbindung radial nach innen gelöst werden kann. Die Klammer 28 kann stärker angezogen werden, und die Gelenkelemente 26 können schwerer belastet werden. Da nur die Gelenkkugel 32 aus dem dickeren Material gebildet ist, muß nicht auch die Gelenkschale 30 zusätzliches oder teures gehärtetes Material haben, um weitere Festigkeit zu erzielen. Dies verringert das Gewicht und die Kosten des Gelenkelements 26.
  • Ferner ist die Außenfläche der Gelenkkugel 32 vorzugsweise aufgerauht, wie es in 2 für einen Teil bei 37 gezeigt ist. In einer Ausführungsform sind mehrere Ringe 37 auf der Außenfläche der Gelenkkugel 32 vorgesehen, die radial etwas erhöht sind. Wenn die Klammer 28 festgezogen wird, wird die Gelenkschale 30, die radial relativ verformt werden kann, auf diese aufgerauhte Fläche gequetscht. Dies verringert jegliche Gleittendenz zwischen der Gelenkkugel 32 und der Gelenkschale 30.
  • Die Klammer 28 hat eine radial bzw. rechtwinklig nach innen stehende Kante 40, die an einer axialen Vorderkante 42 der Gelenkschale 30 anliegt. Diese bildet also einen Anschlag für die Klammer 38, der gewährleistet, daß die Klammer 28 auf der Gelenkschale 30 und der Gelenkkugel 32 richtig positioniert ist, wenn sie festgezogen wird.
  • Wie gleichfalls zu erkennen ist, bildet die Vorderkante 42 der Gelenkschale 30 eine Ebene, die relativ zu einer Ebene senkrecht zur Mittelachse X des Gelenkelements 26 verkantet ist. Die Vorderkante 42 definiert also eine geneigte Ebene. Eine zweite Ebene parallel zur Achse X würde auch einen spitzen Winkel mit der durch die Vorderkante 42 definierten Ebene bilden können. Dies vergrößert die relativen Winkel, welche mit benachbarten Gelenkelementen 26 gebildet werden können. Die Kante 40 der Klammer 26 ist also besonders günstig für eine richtige Klemmposition, wenn sie zusammen mit einer Gelenkschale verwendet wird, die eine solche schrägliegende Vorderkante 42 hat.
  • 4 zeigt eine Seitenansicht einer Klammer 28 in einer ersten Ausführungsform. Ein Band 45 bestimmt eine erste Innenumfangsfläche 46 über einen Teil der axialen Länge, und die Kante 40 steht radial aus der Fläche 46 nach innen ab. Sie kann auch mehrere Abschnitte haben, um ihr Einsetzen auf benachbarte Gelenkelemente 26 vor dem Anziehen zu erleichtern.
  • Wie 5 zeigt, hat das Band 45 eine radial weiter außen liegende Innenumfangsfläche 46, und die Kante 40 verbindet sie mit einer radial innen liegenden Fläche 48. Beim Gebrauch liegt die Innenumfangsfläche 46 auf der Gelenkschale 30, während die Fläche 48 auf der Gelenkkugel 32 liegt.
  • 6 zeigt eine zweite Ausführungsform einer Klammer 50, die aus zwei halbzylindrischen Elementen 52 gebildet ist, welche durch zwei Bolzen 54 verbunden sind. Die Bolzen 54 werden angezogen, um die Elemente 52 zusammenzudrücken und die Gelenkelemente 26 auf diese Weise miteinander zu verbinden.
  • Wie 7 zeigt, liegt eine Kante 54 ähnlich der Kante 40 an einer axialen Vorderkante 52 der Gelenkschale 30. Eine radial weiter außen liegende Fläche 55 liegt auf einem Teil der Gelenkschale 30, während eine radial weiter innen liegende Fläche 56 auf einem Teil der Gelenkkugel 32 liegt. Dies gewährleistet den richtigen Sitz der Klammer 50 auf den einander benachbarten Gelenkelementen 26.
  • Wie gleichfalls in 7 zu sehen ist, hat die Verlängerung 46 der Gelenkkugel 32 einen Teil 57, der in der Verlängerung 34 der Gelenkschale 30 sitzt. Ein Ende 58 des Teils 57 hat einen geringen axialen Abstand von der Gelenkschale 30, so daß eine Gelenkkugel 32 in der Gelenkschale 30 gedreht werden kann, wie es in Verbindung mit 3 bereits beschrieben wurde.
  • 8 zeigt den zusammengedrückten Zustand der zylindrischen Klammer 50, der durch das Anziehen der beiden Bolzen 54 erreicht wird.
  • 9 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel eines Gelenkelements 60. Die Gelenkkugel 62 hat eine abgestufte Öffnung, die aus einem radial größeren Teil 64 und einem radial kleineren Teil 66 besteht. Eine Umfangsnut 68 ist in dem größeren Teil 64 vorgesehen. Die Gelenkschale 70 hat eine Verlängerung 72, die mit einem Teil 74 in dem größeren Teil 64 sitzt. Der Teil 74 hat eine radial vorstehende Rippe 76, die in der Nut 68 sitzt und dadurch die Gelenkkugel 62 auf der Verlängerung 72 befestigt.
  • Vorzugsweise wird der Teil 74 der Verlängerung 72 in den größeren Öffnungsteil 64 eingesetzt und die Rippe 76 dann in die Nut 68 unter Deformation eingedrückt. Ein Kleber kann gleichfalls zum Befestigen der Gelenkkugel 62 an dem Teil 74 vorgesehen sein.
  • Die Gelenkkugel muß nicht unbedingt eine größere Wanddicke als die Gelenkschale haben. Alternativ kann sie auch einfach aus einem härteren Material als die Gelenkschale bestehen. Die Erfindung ist auf jedes Kugelgelenksystem anwendbar, bei dem ein Gelenkelement eine zentrale Öffnung sowie eine Gelenkkugel und eine Gelenkschale hat. Dabei soll eines dieser Elemente gegenüber radial nach innen gerichteter Verformung widerstandsfähiger sein als das andere. Die Gelenkschale kann beispielsweise aus Aluminium bestehen, wobei dann die Gelenkkugel aus gehärtetem Aluminium bestehen sollte.

Claims (15)

  1. Gelenkelement für ein Kugelgelenk, mit einem Körper mit zwei Enden und einer Längsachse sowie einer zwischen den beiden Enden sich erstreckenden Öffnung, wobei eines der Enden eine Gelenkkugel und das andere eine Gelenkschale ist, die eine Innenfläche hat, deren Abstand zur Längsachse mit demjenigen der Außenfläche der Gelenkkugel zur Längsachse weitgehend übereinstimmt, wobei eines der Enden (30, 32) einen höheren Widerstand gegen radial nach innen gerichtete Verformung als das andere hat, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (32) aus einem härteren Material als die Gelenkschale (30) besteht, und dass die Oberfläche der Gelenkkugel (32) radiale Erhöhungen (37) hat.
  2. Gelenkelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (32) aus gehärtetem Aluminium besteht.
  3. Gelenkelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (32) eine Wanddicke zwischen ihrer Außenfläche und der inneren Öffnung (38) hat, die größer als die Wanddicke der Gelenkschale (30) zwischen deren Innenfläche und Außenfläche ist.
  4. Gelenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine zentrale zylindrische Verlängerung (33) die Gelenkkugel (32) mit der Gelenkschale (30) verbindet, und dass der an der Gelenkschale (30) vorgesehene Teil (34) dieser Verlängerung (33) eine kleinere Wanddicke als die Gelenkkugel (32) hat, so dass er sich über die Gelenkschale (32) hinaus erstreckt.
  5. Gelenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (62) und die Gelenkschale (70) zwei separate Teile sind.
  6. Gelenkelement nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkschale (70) eine rohrförmige Verlängerung (72) hat, die in einer Öffnung (64) der Gelenkkugel (62) sitzt.
  7. Gelenkelement nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (64) der Gelenkkugel (62) eine Umfangsnut (68) hat, und dass die Verlängerung (72) eine Rippe (76) hat, die in die Umfangsnut (68) einsetzbar ist und die Gelenkkugel (62) auf der Verlängerung (72) festhält.
  8. Gelenkelement nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass auf der Gelenkkugel (32) ein Abschnitt (48) angeordnet ist, der durch eine Klammer (28) auf die Gelenkkugel (32) drückt.
  9. Kugelgelenkanordnung, umfassend mehrere Gelenkelemente (26), wobei jedes Gelenkelement (26) einen Körper mit zwei Enden und einer Längsachse sowie einer zwischen den beiden Enden sich erstreckenden Öffnung hat, wobei eines der Enden eine Gelenkkugel und das andere eine Gelenkschale ist, die eine Innenfläche hat, deren Abstand zur Längsachse mit demjenigen der Außenfläche der Gelenkkugel zur Längsachse weitgehend übereinstimmt, wobei eines der Enden (30, 32) einen höheren Widerstand gegen radial nach innen gerichtete Verformung als das andere hat, und wobei jeweils zwei Gelenkelemente (26) durch eine sie umgebende Klammer (28) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass die jeweilige Gelenkkugel (32) aus einem härteren Material als die Gelenkschale (30) besteht, und dass die Oberfläche der Gelenkkugel (32) radiale Erhöhungen (37) hat.
  10. Kugelgelenkanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Abschnitt (48) vorgesehen ist, der auf der Gelenkkugel (32) aufliegt und zwischen der Gelenkkugel (32) und der Klammer (28) angeordnet ist.
  11. Kugelgelenkanordnung nach Ansprch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer (28) auf einem Teil der Gelenkschale (30) und auf einem Teil der Gelenkkugel (32) sitzt und eine Innenfläche mit dem ersten Abschnitt (48) hat, der radial innerhalb eines zweiten Abschnitts (46) liegt, und dass eine Kante (40) zwischen den beiden Abschnitten (46, 48) radial bzw. rechtwinklig vorsteht, die an einer axialen Außenkante (42) der Gelenkschale (30) anliegt.
  12. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer (50) aus zwei halbzylindrischen Teilen (52) besteht, die zum Verbinden benachbarter Gelenkelemente (26) zusammenziehbar sind.
  13. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Klammer (28) aus einem Bandmaterial besteht, das mit einem Bolzen um die Gelenkverbindung ziehbar ist, um benachbarte Gelenkelemente (26) miteinander zu verbinden.
  14. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Ebene senkrecht zur Längsachse (X) des Gelenkelements (26) definiert ist, dass die Außenkante (42) der Gelenkschale (30) eine zweite Ebene bildet, und dass beide Ebenen einen spitzen Winkel einschließen.
  15. Kugelgelenkanordnung nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Gelenkkugel (32) des jeweiligen Gelenkelements (26) aus gehärtetem Aluminium besteht.
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