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Die Erfindung betrifft ein Energieführungssystem zur Führung von flexiblen Energieleitern wie Leitungen und/oder Kabeln, mit einem von einem zur Aufnahme der Energieleiter dienenden Führungskanal durchsetzten rohrförmigen Energieführungsstrang, der eine Vielzahl von in einer Längsrichtung aneinandergereihten, jeweils axial von einem Hohlraum durchsetzten Stranggliedern aufweist, wobei die Hohlräume der Strangglieder gemeinsam den Führungskanal bilden und wobei unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnete Strangglieder jeweils durch ein Gelenk schwenkbeweglich miteinander verbunden sind, sodass der Energieführungsstrang in seiner Längsgestalt veränderlich ist.
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Ein aus der
DE 195 12 088 A1 bekanntes Energieführungssystem dieser Art hat einen als Energiekette bezeichneten Energieführungsstrang, der sich aus einer Vielzahl aneinandergereihter, als Kettenglieder konzipierter Strangglieder zusammensetzt, die untereinander gelenkig verbunden sind. Der Energieführungsstrang begrenzt einen Führungskanal, in dem Energieleiter wie Leitungen und/oder Kabel verlegt sind, die sich zwischen einem festen und einem beweglichen Anschlusspunkt erstrecken. Die Energieleiter sind innerhalb des Führungskanals gegen externe mechanische Einwirkungen abgeschirmt. Wenn sich die beiden Anschlusspunkte relativ zueinander bewegen, kann der Energieführungsstrang aufgrund seines gelenkigen Aufbaus seine Längsgestalt entsprechend verändern. Die zur Verbindung benachbarter Strangglieder vorhandenen Gelenke haben eine Schwenkachse, die dadurch definiert ist, dass Lagerzapfen des jeweils einen Stranggliedes in Lageröffnungen des jeweils anderen Stranggliedes drehbeweglich eintauchen. Sämtliche Schwenkachsen des Energieführungsstranges sind parallel zueinander ausgerichtet.
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Die
EP 1 738 092 B1 offenbart ebenfalls ein Energieführungssystem mit einem in seiner Längsgestalt veränderlichen Energieführungsstrang, wobei der Energieführungsstrang aus einer Energieführungskette besteht, die sich aus mehreren schwenkbeweglich miteinander verbundenen Stranggliedern zusammensetzt.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energieführungssystem zur Führung flexibler Energieleiter zu schaffen, dessen Energieführungsstrang bei zuverlässiger Abschirmung der von ihm geführten Energieleiter in seiner Längsgestalt variabel an die örtlichen Gegebenheiten anpassbar ist.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist in Verbindung mit den eingangs genannten Merkmalen vorgesehen, dass die Gelenke des Energieführungsstranges als Kugelgelenke ausgebildet sind, wobei in den Energieführungsstrang eine sich durch sämtliche Strangglieder hindurch erstreckende, in jedem Strangglied quer zu dessen Längsrichtung abgestützte biegeelastische Federstruktur integriert ist, durch die dem Energieführungsstrang eine Ausgangs-Längsgestalt aufgeprägt ist, aus der er mit federelastischer Rückstellwirkung auslenkbar ist.
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Das erfindungsgemäße Energieführungssystem hat einen Energieführungsstrang, der über eine Mehrzahl gelenkig miteinander verbundener Strangglieder verfügt, wobei jedes zwei Strangglieder miteinander verbindende Gelenk als ein Kugelgelenk ausgebildet ist. Somit können die jeweils unmittelbar benachbart zueinander angeordneten Strangglieder in beliebigen Richtungen relativ zueinander verschwenkt werden, um die Längsgestalt des Energieführungsstranges in Anpassung an äu-ßere Gegebenheiten zu verändern. Durch die Kugelgelenke wird quasi jeweils eine kardanische Aufhängung generiert, die ein freies räumliches Abknicken des Energieführungsstranges im Bereich jedes Kugelgelenkes gestattet. Im Betrieb des Energieführungssystems ist der Energieführungsstrang an seinen beiden Enden üblicherweise jeweils an einer von zwei relativ zueinander beweglichen Haltestrukturen fixiert, zwischen denen sich flexible Energieleiter erstrecken, die in dem Führungskanal verlegt sind, sodass sie zur Umgebung hin abgeschirmt sind und bei einer Relativbewegung der beiden Haltestrukturen nicht eingeklemmt werden können. Bei der Relativbewegung der Haltestrukturen kann der Energieführungsstrang seine Längsgestalt verändern, indem die aneinander angelenkten Strangglieder relativ zueinander verschwenkt werden. Eine Besonderheit des Energieführungssystems besteht darin, dass der Energieführungsstrang mittels einer sich durch sämtliche seiner Strangglieder hindurch erstreckenden biegeelastischen Federstruktur in einer Ausgangs-Längsgestalt gehalten ist, wenn keine äußeren Kräfte auf den Energieführungsstrang einwirken. Aus dieser Ausgangs-Längsgestalt kann der Energieführungsstrang durch im Bereich der Kugelgelenke stattfindendes lokales Abknicken seitwärts ausgelenkt werden, um eine Relativbewegung mit ihm verbundener Haltestrukturen zu kompensieren. Durch die sich dabei aufbauende federelastische Rückstellkraft behält auch der ausgelenkte Energieführungsstrang eine stabile Längsgestalt bei, sodass ein schwerkraftbedingtes Durchhängen verhindert wird. Wenn der Energieführungsstrang an seinen beiden Enden fixiert ist, ist praktisch jede Bewegung im Raum erlaubt, die den Energieführungsstrang hinsichtlich seiner mittleren gestreckten Länge nicht verändert und hinsichtlich des maximalen Schwenkwinkels die Summe der zwischen benachbarten Stranggliedern aufgrund der geometrischen Gegebenheiten maximal erlaubten Schwenkwinkel nicht überschreitet. Das Energieführungssystem kombiniert somit eine zuverlässige Abschirmung der von ihm geführten Energieleiter mit einer hohen Variabilität hinsichtlich seiner Längsgestalt zur Anpassung an die örtlichen Gegebenheiten.
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Bei den flexiblen Energieleitern handelt es sich beispielsweise um fluidführende Leitungen wie beispielsweise Druckluftschläuche oder Hydraulikschläuche und/oder um elektrische Kabel oder Glasfaserkabel. Die Anzahl der in dem Führungskanal maximal verlegbaren Energieleiter orientiert sich am kleinsten Querschnitt des Führungskanals, der allerdings in variabler Größe bereitgestellt werden kann, indem die Strangglieder mit entsprechenden geometrischen Abmessungen zur Verfügung gestellt werden. Ein nicht ausschließliches, jedoch bevorzugtes Anwendungsgebiet des Energieführungssystems ist dasjenige der Handhabungstechnik beziehungsweise Robotertechnik, um flexible Energieleiter zwischen im Betrieb sich relativ zueinander bewegenden Komponenten ohne Beschädigungsrisiko verlegen zu können.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Zweckmäßigerweise ist die Federstruktur so ausgebildet, dass sie dem Energieführungsstrang eine geradlinige Längsgestalt als Ausgangs-Längsgestalt aufprägt. Im von äußeren Kräften unbeaufschlagten Zustand hat der Energieführungsstrang somit eine lineare Längserstreckung, aus der er seitlich auslenkbar ist, wenn zwischen den beiden endseitigen Stranggliedern eine durch äußere Kräfte hervorgerufene Relativbewegung stattfindet. Prinzipiell kann durch entsprechende Ausgestaltung der Federstruktur auch eine andere Längsgestalt, beispielsweise eine wellenförmige oder eine bogenförmige Längsgestalt, als Ausgangs-Längsgestalt vorgegeben sein.
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Als besonders günstig wird es angesehen, wenn die Federstruktur mindestens einen biegeelastischen Federstab aufweist, der quer zu seiner Längsrichtung allseits federelastisch auslenkbar ist. Beispielsweise kann die Federstruktur nur einen einzigen Federstab enthalten, der sich insbesondere querschnittsmittig durch den Energieführungsstrang hindurch erstreckt.
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Als besonders vorteilhaft wird es angesehen, wenn die Federstruktur über mehrere um eine mittige Längsachse des Energieführungsstranges herum gleichmäßig verteilte biegeelastische Federstäbe verfügt. Dabei umfasst die Federstruktur insbesondere genau drei biegeelastische Federstäbe, die in regelmäßigen Winkelabständen von 120° um die mittige Längsachse des Energieführungsstranges herum verteilt sind.
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Jeder Federstab ist vorzugsweise als ein Rundstab ausgeführt, der sich besonders kostengünstig herstellen und in den Energieführungsstrang integrieren lässt.
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Zweckmäßigerweise ist in jedem Strangglied eine Abstützstruktur für die Federstruktur ausgebildet. Die Abstützstruktur wird bevorzugt direkt von einer im Folgenden als Strangglied-Wandung bezeichneten Wandung des Stranggliedes gebildet, die den Hohlraum des Stranggliedes peripher umschließt und in der sich die Federstruktur zumindest teilweise erstreckt. Der abgestützte Längenabschnitt der Federstruktur ist somit insbesondere unmittelbar in die Strangglied-Wandung, also in das Material dieser Strangglied-Wandung, eingebettet.
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Bevorzugt ist jede Strangglied-Wandung zur Bildung einer Abstützstruktur mit mindestens einer bohrungsartigen Wanddurchbrechung versehen, durch die sich die Federstruktur unter Querabstützung axial hindurch erstreckt. Wenn sich die Federstruktur aus mehreren Federstäben zusammensetzt, hat die Strangglied-Wandung zweckmäßigerweise eine der Anzahl der Federstäbe entsprechende Anzahl bohrungsartiger Wanddurchbrechungen, die jeweils von einem der Federstäbe durchsetzt sind. Bevorzugt sind die bohrungsartigen Wanddurchbrechungen hinsichtlich ihrer Gestaltung derart an die Gestaltung der Federstruktur angepasst, dass sich die Federstruktur zur Integration in den Energieführungsstrang durch die einzelnen, hintereinander angeordneten Wanddurchbrechungen hindurchstecken lässt.
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Die Federstruktur ist innerhalb jedes Stranggliedes bevorzugt nur partiell in ihrer Querrichtung abgestützt. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Federstruktur innerhalb jedes Stranggliedes über einen mittleren Längenabschnitt verfügt, der sich am Strangglied abstützt und an den sich axial beidseits jeweils ein äußerer Längenabschnitt der Federstruktur anschließt, der sich unabgestützt in dem betreffenden Strangglied erstreckt, sodass bei der Auslenkung des Stranggliedes Relativbewegungen zwischen dem Strangglied und dem betreffenden äußeren Längenabschnitt der Federstruktur möglich sind.
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Eine besonders günstige Maßnahme zur Realisierung der Kugelgelenke sieht vor, dass die Strangglieder jeweils hantelförmig ausgebildet sind und zwei durch einen rohrförmigen Stegabschnitt miteinander verbundene hohlkugelförmige erste und zweite Kopfabschnitte aufweisen, wobei einander zugewandte erste und zweite Kopfabschnitte der beiden jeweils unmittelbar aufeinanderfolgenden Strangglieder in relativ zueinander verdrehbarer Weise ineinander eingreifen. Indem die hohlkugelförmigen Kopfabschnitte an ihren voneinander abgewandten äußeren Stirnseiten offen sind, ergibt sich in jedem Strangglied ein beidseits offener Hohlraum, wobei sich die Hohlräume zu dem Führungskanal ergänzen. Durch die relative Drehbeweglichkeit der ineinander eingreifenden hohlkugelförmigen ersten und zweiten Kopfabschnitte wird jeweils ein Kugelgelenk gebildet.
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Jeder hohlkugelförmige Kopfabschnitt hat einen Außendurchmesser und einen Innendurchmesser. Zur besseren Unterscheidung werden diese Durchmesser bei dem ersten Kopfabschnitt als erster Außendurchmesser und erster Innendurchmesser bezeichnet und bei dem zweiten Kopfabschnitt als zweiter Außendurchmesser und zweiter Innendurchmesser. Bei jedem Paar aufeinanderfolgender Strangglieder taucht der zweite Kopfabschnitt des jeweils einen Stranggliedes in den ersten Kopfabschnitt des jeweils anderen Stranggliedes ein, wobei der zweite Außendurchmesser des zweiten Kopfabschnittes und der erste Innendurchmesser des ersten Kopfabschnittes im Wesentlichen gleich und derart aneinander angepasst sind, dass die beiden Kopfabschnitte unter Bildung eines Kugelgelenkes relativ zueinander verdrehbar sind. Bei jedem Kugelgelenk bildet der zweite Kopfabschnitt einen Gelenkkopf und der den zweiten Kopfabschnitt aufnehmende erste Kopfabschnitt eine Gelenkpfanne. Werden die beiden Strangglieder relativ zueinander verschwenkt, gleiten die ineinander eingreifenden Kopfabschnitte mit ihren aneinander anliegenden Kugelinnenflächen und Kugelaußenflächen aneinander ab.
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Zweckmäßigerweise mündet der Hohlraum jedes Stranggliedes an jeder offenen äußeren Stirnseite des Stranggliedes mit einer als Hohlraumöffnung bezeichneten Öffnung aus, wobei diese Hohlraumöffnung so orientiert ist, dass ihre Öffnungsfläche sich in einer zu der Längsachse des Stranggliedes rechtwinkeligen Ebene erstreckt. Der Durchmesser der Hohlraumöffnung des als Gelenkpfanne fungierenden ersten Kopfabschnittes bestimmt jeweils den maximalen Schwenkwinkel der durch ein Kugelgelenk gelenkig miteinander verbundenen Strangglieder. In einer maximal verschwenkten Relativposition liegt der Rand der Hohlraumöffnung zweckmäßigerweise außen an dem rohrförmigen Stegabschnitt an.
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Bevorzugt ist die Federstruktur in dem rohrförmigen Stegabschnitt jedes Stranggliedes quer zu deren Längsrichtung abgestützt, während sie sich unabgestützt durch die von den beiden hohlkugelförmigen Kopfabschnitten begrenzten Hohlraumabschnitte des Hohlraumes hindurch erstreckt. Wie sich gezeigt hat, resultiert daraus eine besonders harmonische Verformung des Energieführungsstranges bei einer von außen her induzierten Relativbewegung zwischen den beiden äußeren Stranggliedern des Energieführungsstranges.
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Prinzipiell können die zu führenden flexiblen Energieleiter zum Einbringen in den Führungskanal von einer der beiden axialen Stirnseiten her in den Energieführungsstrang eingefädelt werden. Wesentlich bequemer gestaltet sich das Einbringen der Energieleiter in den Führungskanal jedoch dann, wenn jedes Strangglied an einer Stelle seines Umfanges einen in den Hohlraum einmündenden Längsschlitz aufweist, der ein seitliches Einführen der Energieleiter in den Führungskanal ermöglicht.
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Bevorzugt sind die Strangglieder derart relativ zueinander ausgerichtet, dass sich die Längsschlitze sämtlicher Strangglieder zu einem durchgängig über die gesamte Länge des Energieführungsstranges erstreckenden Einführschlitz für die Energieleiter ergänzen. Eine entsprechende Ausrichtung kann durch Verdrehsicherungsmittel vorgegeben sein. Die Verdrehsicherungsmittel sind zweckmäßigerweise von der entsprechend ausgebildeten und den Energieführungsstrang integrierten Federstruktur gebildet, sodass sich gesonderte Verdrehsicherungsmittel erübrigen.
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Bevorzugt bestehen die Strangglieder aus einem Kunststoffmaterial, insbesondere aus einem thermoplastischen Kunststoffmaterial. Die Materialeigenschaften sind insbesondere so gewählt, dass die Längsschlitze durch elastische Verformung der Strangglied-Wandung reversibel aufweitbar sind, um Energieleiter hindurchzudrücken, deren Durchmesser etwas größer ist als die Schlitzbreite des unverformten Längsschlitzes.
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Die beiden endseitigen Strangglieder des Energieführungsstranges haben zweckmäßigerweise jeweils eine Befestigungsschnittstelle, unter deren Mitwirkung sie an einer von zwei relativ zueinander bewegbaren externen Haltestrukturen befestigt werden können und im Gebrauch des Energieführungssystems befestigt sind.
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Sämtliche Strangglieder des Energieführungsstranges sind zweckmäßigerweise untereinander identisch ausgebildet, was eine sehr kostengünstige Herstellung ermöglicht. Bevorzugt verfügt jedes Strangglied über eine Befestigungsschnittstelle, wobei im Gebrauch des Energieführungssystems nur die Befestigungsschnittstellen der beiden endseitigen Strangglieder des Energieführungsstranges zur externen Fixierung verwendet werden.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:
- 1 eine bevorzugte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Energieführungssystems in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 in einer Einzeldarstellung eines der Strangglieder des Energieführungsstranges der 1, das in 1 mit einer strichpunktierten Linie II umrahmt ist,
- 3 das Energieführungssystem der 1 in einem Längsschnitt gemäß Schnittlinie III-III aus 1 und 4,
- 4 einen Querschnitt des Energieführungssystems gemäß Schnittebene IV-IV aus 3, und
- 5 in einem der 3 entsprechenden Längsschnitt einen Ausschnitt des Energieführungsstranges in einer Längsgestalt, die bezüglich der aus 1 und 3 ersichtlichen linearen Ausgangs-Längsgestalt durch relatives Verschwenken der Strangglieder ausgelenkt ist.
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Das in seiner Gesamtheit mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Energieführungssystem erlaubt ein zur Umgebung hin abgeschirmtes Führen flexibler Energieleiter 2 zwischen zwei zueinander beabstandeten Energieleiter-Ausgangspunkten 3.
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Die Energieleiter 2 sind in der Zeichnung nur schematisch gestrichelt angedeutet. Die Energieleiter 2 können aufgrund ihrer Flexibilität quer zu ihrer Längsrichtung gebogen werden. Beispiele möglicher Energieleiter 2 sind als Schläuche ausgebildete Fluidleitungen wie Druckluftleitungen oder Hydraulikleitungen, oder auch elektrische Kabel oder Glasfaserkabel.
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Die beiden Energieleiter-Ausgangspunkte 3 sind regelmäßig jeweils einer von zwei nur schematisch angedeuteten Haltestrukturen 4, 5 zugeordnet, die zu einer nicht weiter illustrierten Vorrichtung gehören und im Betrieb dieser Vorrichtung einer Relativbewegung ausgesetzt sind. Beispielsweise handelt es sich bei den beiden Haltestrukturen 4, 5 um zwei Armglieder eines beweglichen Roboterarms oder um einen Stator und einen diesbezüglich verfahrbaren Läufer einer elektrischen oder fluidbetätigten Antriebsvorrichtung, die beispielsweise zu einem Handhabungssystem gehört.
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Damit die Energieleiter 2 bei der Relativbewegung der beiden Haltestrukturen 4, 5 nicht beschädigt werden und beispielsweise eingeklemmt werden oder abknicken, sind sie durch das Energieführungssystem 1 zwischen den beiden Haltestrukturen 4, 5 geführt und zur unmittelbaren Umgebung hin mechanisch abgeschirmt. Das Energieführungssystem 1 hat einen insgesamt rohrförmigen Energieführungsstrang 6, der sich in seiner in 3 illustrierten Gebrauchsstellung zwischen den beiden Haltestrukturen 4, 5 erstreckt und der in seinem Innern einen Führungskanal 7 definiert, in dem die Energieleiter 2 verlegt sind.
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Der Energieführungsstrang 6 hat eine Längserstreckung mit einer strichpunktiert angedeuteten zentralen Längsachse 8, wobei sich der Führungskanal 7 in der im Folgenden als Längsrichtung 8 bezeichneten Achsrichtung der zentralen Längsachse 8 durch den Energieführungsstrang 6 hindurch erstreckt.
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Der Energieführungsstrang 6 hat zwei einander axial entgegengesetzte erste und zweite Endabschnitte 12, 13, die in der Gebrauchsstellung des Energieführungsstranges 6 an jeweils einer der beiden Haltestrukturen 4, 5 befestigt sind. Zu diesem Zweck hat der Energieführungsstrang 6 an jedem Endabschnitt 12, 13 eine beispielhaft von einem Befestigungsloch gebildete Befestigungsschnittstelle 14.
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An den beiden axialen Endabschnitten 12, 13 mündet der Führungskanal 7 mit je einer Führungskanalöffnung 15 aus, die insbesondere in der Längsrichtung 8 orientiert ist und durch die hindurch die Energieleiter 2 in den Führungskanal 7 einbeziehungsweise austreten.
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Der Energieführungsstrang 6 ist quer zu seiner Längsrichtung 8 auslenkbar, sodass seine Längsgestalt veränderlich ist. Beispielhaft illustrieren die 1 und 3 eine Längsgestalt des Energieführungsstranges 6 mit linearer Erstreckung, wohingegen die 5 den Energieführungsstrang 6 ausschnittsweise mit einer nichtlinearen Längserstreckung zeigt, insbesondere mit einer einfach oder mehrfach gekrümmten Längsgestalt, sodass auch die Längsachse 8 einen entsprechend nichtlinearen und beispielsweise bogenförmigen Längsverlauf hat.
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Die Gestaltänderung des Energieführungsstranges 6 ist durch eine Relativbewegung 16 der beiden Haltestrukturen 4, 5 hervorrufbar, die in der Zeichnung durch Doppelpfeile angedeutet ist. Ermöglicht ist diese Relativbewegung 16 dadurch, dass in den Längsverlauf des als solches starren Energieführungsstranges 6 mehrere Kugelgelenke 17 mit axialem Abstand zueinander eingeschaltet sind.
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Der Energieführungsstrang 6 setzt sich aus einer Vielzahl von in sich starren Stranggliedern 18 zusammen, die in der Längsrichtung 8 aneinandergereiht sind, wobei in der Längsrichtung 8 unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnete Strangglieder 18 jeweils durch eines der Kugelgelenke 17 schwenkbeweglich miteinander verbunden sind.
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Jedes Strangglied 18 hat eine Strangglied-Längsachse 21 und ist axial von einem Hohlraum 22 durchsetzt. Jedes Strangglied 18 hat zwei einander entgegengesetzte erste und zweite axiale Stirnseiten 23, 24, zu denen der zugeordnete Hohlraum 22 mit einer Hohlraumöffnung 25 ausmündet. Aufgrund der Aneinanderreihung der Strangglieder 18 sind auch die Hohlräume 22 aneinandergereiht und bilden gemeinsam den sich ununterbrochen durch den Energieführungsstrang 6 hindurch erstreckenden Führungskanal 7.
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Jedes Kugelgelenk 17 hat ein Gelenkzentrum 25, um das die beiden aneinander angelenkten Strangglieder 18 in allen Raumrichtungen relativ zueinander verschwenkbar sind. Die Verschwenkbarkeit entspricht insbesondere derjenigen einer kardanischen Aufhängung. Die zwischen den einzelnen Paaren von Stranggliedern 18 möglichen Schwenkbewegungen sind unabhängig voneinander, sodass der Energieführungsstrang 6 beispielsweise in eine Längsgestalt auslenkbar ist, in der zwischen Paaren aufeinanderfolgender Strangglieder 18 unterschiedliche Schwenkwinkel vorliegen.
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Die Kugelgelenke 17 erlauben dem Energieführungsstrang 6 ein Nachfolgen der sich relativ zueinander bewegenden Haltestrukturen 4, 5 nicht nur bei in einer einzigen Ebene stattfindenden Relativbewegungen der Haltestrukturen 4, 5, sondern auch in räumlichen Relativbewegungen dieser beiden Haltestrukturen 4, 5. Man kann somit von einem dreidimensional auslenkbaren Energieführungsstrang 6 sprechen.
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Eine weitere Besonderheit des Energieführungssystems 1 besteht darin, dass in den Energieführungsstrang 6 eine biegeelastische Federstruktur 26 integriert ist, die in jedem Strangglied quer zu dessen Längsrichtung 8 abgestützt ist und dem Energieführungsstrang 6 eine als Ausgangs-Längsgestalt bezeichnete stabile Längsgestalt aufprägt, aus der er mit federelastischer Rückstellbewegung auslenkbar ist.
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Ohne die Einwirkung externer Kräfte, beispielsweise durch die Haltestrukturen 4, 5, wird der Energieführungsstrang 6 in der durch die Federstruktur 26 vorgegebenen Ausgangs-Längsgestalt gehalten. Bevorzugt und exemplarisch ist diese Ausgangs-Längsgestalt eine geradlinige Längsgestalt und aus den 1 und 3 ersichtlich. Die geradlinige Längsgestalt zeichnet sich durch eine untereinander identische Orientierung der Strangglied-Längsachsen 21 und dementsprechend eine lineare Erstreckung der Längsachse 8 des Energieführungsstranges 6 aus.
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Ein Energieführungsstrang 6, der an einer oder mehreren Stellen seiner Längserstreckung durch externe Kräfte quer zu seiner Längsrichtung 8 ausgelenkt wurde, kehrt aufgrund der Rückstellkraft der Federstruktur 26 bei Wegnahme der externen Kräfte wieder in die Ausgangs-Längsgestalt zurück.
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Diese definierte federelastische Rückstellwirkung bringt den vorteilhaften Effekt mit sich, dass der Energieführungsstrang 6 in jedweder durch die Relativbewegung der Haltestrukturen 4, 5 auferlegten Längsgestalt eine hohe Querstabilität hat und quasi über selbsttragende Eigenschaften verfügt. Auf diese Weise können auch größere Abstände zwischen den Haltestrukturen 4, 5 überbrückt werden, ohne dass der Energieführungsstrang 6 aufgrund seines Eigengewichts oder des Gewichts der durch ihn hindurchgeführten Energieleitungen 2 unkontrolliert ausknickt.
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Der Energieführungsstrang 6 hat zwei einander entgegengesetzte erste und zweite endseitige Strangglieder 18a, 18b. Jedes dieser beiden endseitigen Strangglieder 18a, 18b bildet einen der beiden Endabschnitte 12, 13 und ist mit einer Befestigungsschnittstelle 14 zur Fixierung an der zugeordneten Haltestruktur 4, 5 ausgestattet.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung, die dem illustrierten Ausführungsbeispiel entspricht, sind die Strangglieder 18 jeweils hantelförmig ausgebildet und haben zwei hohlkugelförmig gestaltete erste und zweite Kopfabschnitte 27, 28, die in der Achsrichtung der Strangglied-Längsachse 21 zueinander beabstandet sind und die durch einen rohrförmigen Stegabschnitt 29 fest miteinander verbunden sind. Bevorzugt handelt es sich bei dem Strangglied 18 um einen einstückigen Körper, wobei jeder Kopfabschnitt 27, 28 einstückig mit dem rohrförmigen Stegabschnitt 29 verbunden ist. Jedes Strangglied 18 besteht zweckmäßigerweise aus einem Kunststoffmaterial und ist durch Spritzgießen oder durch eine generative Fertigungsmethode hergestellt.
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Jeder Kopfabschnitt 27, 28 hat eine vom anderen Kopfabschnitt 28, 27 axial abgewandte äußere Stirnseite 32, die eine der beiden axialen Stirnseiten 23, 24 des betreffenden Stranggliedes 18 bildet. Der Hohlraum 22 erstreckt sich durchgehend innerhalb jedes Kopfabschnittes 27, 28 und des rohrförmigen Stegabschnittes 29, wobei er an der äußeren Stirnseite 32 jedes Kopfabschnittes 27, 28 mit einer als Hohlraumöffnung 33 bezeichneten Öffnung ausmündet. Die Öffnungsfläche der Hohlraumöffnung 33 erstreckt sich in einer zu der Strangglied-Längsachse 21 rechtwinkeligen Ebene, die im Folgenden auch als Öffnungsebene bezeichnet wird. Jeder Kopfabschnitt 27, 28 endet an jeder äußeren Stirnseite 32 mit einem die Hohlraumöffnung umrahmenden Randabschnitt 34, der in der besagten Öffnungsebene verläuft.
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Innerhalb des Energieführungsstranges 6 jeweils unmittelbar aufeinanderfolgend angeordnete Strangglieder 18 sind so ausgerichtet, dass der erste Kopfabschnitt 27 des jeweils einen Stranggliedes 18 dem zweiten Kopfabschnitt 28 des jeweils anderen, darauffolgenden Stranggliedes zugewandt ist. Mit diesen einander zugewandten ersten und zweiten Kopfabschnitten 27, 28 sind in der Längsrichtung 8 des Energieführungsstranges 6 jeweils benachbarte Strangglieder 18 unter Bildung eines der Kugelgelenke 17 in relativ zueinander verdrehbarer Weise ineinander eingefügt. Die Kugelzentren der ineinander eingefügten Kopfabschnitte 27, 28 fallen zusammen und bilden gemeinsam das Gelenkzentrum 25. Wenn zwischen zwei benachbarten Stranggliedern 18 eine Schwenkbewegung bezüglich des Gelenkzentrums 25 stattfindet, werden gleichzeitig die das Kugelgelenk 17 definierenden und ineinander eingreifenden Kopfabschnitte 27, 28 um das besagte Gelenkzentrum 25 relativ zueinander verdreht.
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Prinzipiell sind die ineinander eingreifenden Kopfabschnitte 27, 28 um das Gelenkzentrum 25 in allen Richtungen verdrehbar. Ohne die integrierte Federstruktur 26 könnten die gelenkig miteinander verbundenen Strangglieder 18 nicht nur räumlich relativ zueinander verschwenkt, sondern bevorzugt auch um ihre sich zu der Längsachse 8 ergänzenden Strangglied-Längsachsen 21 relativ zueinander verdreht werden. Ein solches Verdrehen, bei dem die Strangglied-Längsachsen 21 bzw. die Längsachse 8 als Drehachse(n) fungieren, wird bevorzugt aber durch Verdrehsicherungsmittel verhindert. Dies ist bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel der Fall, bei dem in vorteilhafter Weise die bezüglich der Längsachse 8 außermittig angeordnete Federstruktur 26 die Funktion der Verdrehsicherungsmittel übernimmt, sodass sich gesonderte Verdrehsicherungsmittel erübrigen.
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Der hohlkugelförmige erste Kopfabschnitt 27 jedes Stranggliedes 18 hat eine dem Hohlraum 22 abgewandte erste äußere Kugelmantelfläche 35 und eine dem Hohlraum 22 zugewandte erste innere Kugelmantelfläche 36. Außerdem hat der zweite Kopfabschnitt 28 jedes Stranggliedes 18 eine vom Hohlraum 22 abgewandte zweite äußere Kugelmantelfläche 37 und eine dem Hohlraum 22 zugewandte zweite innere Kugelmantelfläche 38. Unter Verwendung übereinstimmender Bezugszeichen hat die erste äu-ßere Kugelmantelfläche 35 einen ersten Außendurchmesser 35, die erste innere Kugelmantelfläche 36 einen ersten Innendurchmesser 36, die zweite äußere Kugelmantelfläche 37 einen zweiten Außendurchmesser 37 und die zweite innere Kugelmantelfläche 38 einen zweiten Innendurchmesser 38.
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Jedes Kugelgelenk 17 ist dadurch gebildet, dass ein zweiter Kopfabschnitt 28 des jeweils einen Stranggliedes 18 in den ersten Kopfabschnitt 27 des jeweils anderen Stranggliedes 18 eintaucht. Dabei fungiert der eintauchende zweite Kopfabschnitt 28 als ein Kugelkopf oder Gelenkkopf, während der erste Kopfabschnitt 27 eine den von dem zweiten Kopfabschnitt gebildeten Gelenkkopf aufnehmende Kugelpfanne beziehungsweise Gelenkpfanne bildet. Der zweite Kopfabschnitt 28 liegt mit seiner zweiten äußeren Kugelmantelfläche 37 gleitverschieblich an der ersten inneren Kugelmantelfläche 36 des ihn umschließenden zweiten Kopfabschnittes 28 an. Dabei sind der zweite Außendurchmesser 37 des zweiten Kopfabschnittes 28 und der erste Innendurchmesser 36 des ersten Kopfabschnittes 27 im Wesentlichen gleich, das heißt sie sind so aneinander angepasst, dass zum gegenseitigen Verschwenken der beiden Strangglieder 18 deren ineinander eingreifende erste und zweite Kopfabschnitte 27, 28 um das gemeinsame Gelenkzentrum 25 herum verdrehbar sind. Dabei stützen sich die ineinander eingreifenden ersten und zweiten Kopfabschnitte 27, 28 mit der ersten inneren Kugelmantelfläche 36 und der dieser zugewandten zweiten äußeren Kugelmantelfläche 37 in bezüglich des Gelenkzentrums 25 radialer Richtung gegenseitig ab, sodass eine spielfreie Drehlagerung vorliegt.
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Jedes Strangglied 18 hat eine den zugeordneten Hohlraum 22 umschließende Wandung, die als Strangglied-Wandung 42 bezeichnet sei. Die Strangglied-Wandung 42 umschließt peripher den Hohlraum 22 und ist so geformt, dass die beiden Kopfabschnitte 27, 28 und der sich dazwischen erstreckende rohrförmige Stegabschnitt 29 ausgebildet sind.
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Zweckmäßigerweise ist die Strangglied-Wandung 42 jedes Stranggliedes 18 an einer Stelle ihres Umfanges von einem Längsschlitz 43 durchsetzt. Der Längsschlitz 43 erstreckt sich über die gesamte Länge des Stranggliedes 18 und mündet stirnseitig zu den beiden äußeren Stirnseiten 32 des Stranggliedes 18 aus. Jeder Längsschlitz 43 ist außerdem einerseits zu der dem Hohlraum 22 zugewandten Innenumfangsfläche 44 der Strangglied-Wandung 42 und andererseits zu der dem Hohlraum 22 abgewandten Außenumfangsfläche 45 der Strangglied-Wandung 42 hin offen.
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Durch die Längsschlitze 43 der gelenkig miteinander verbundenen Strangglieder 18 hindurch können die Energieleiter 2 zur Bestückung des Energieführungsstranges 6 von außen her in den Führungskanal 7 eingebracht werden.
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Dieses Einbringen der Energieleiter 2 in den Führungskanal 7 ist exemplarisch besonders einfach möglich, da die aneinandergereihten Strangglieder 18 bezüglich der Längsachse 8 derart drehwinkelmäßig ausgerichtet sind, dass die Längsschlitze 43 sämtlicher Strangglieder 18 in der Längsrichtung 8 miteinander fluchten und gemeinsam einen Einführschlitz 46 für die Energieleiter 2 bilden, der axial an beiden Enden des Energieführungsstranges 6 ausmündet und durchgängig eine schmale, ständig offene Verbindung zwischen dem Außenbereich des Energieführungsstranges 6 und dem Hohlraum 22 schafft.
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Zweckmäßigerweise ist die Strangglied-Wandung 42 derart dünn bemessen, dass sie trotz einer insgesamt steifen Struktur unter Aufweitung oder Verengung des zugeordneten Längsschlitzes 43 elastisch verformbar ist. Dadurch besteht die vorteilhafte Möglichkeit, auch solche Energieleiter 2 durch den Einführschlitz 46 hindurch in den Führungskanal 7 einzuführen, deren Durchmesser größer ist als die Breite des Einführschlitzes 46. Man kann den Energieleiter 2 dann unter kurzzeitiger elastischer Aufweitung des Einführschlitzes 46 durch den Einführschlitz 46 hindurch in den Führungskanal 7 hineindrücken.
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Ein weiterer Vorteil der Längsschlitze 43 besteht darin, dass die Strangglieder 18 zum Zusammenfügen des Energieführungsstranges 6 axial ineinander einclipsbar sind. Zum Einclipsen werden die betreffenden zwei Strangglieder 18 mit einander zugewandten ersten und zweiten Kopfabschnitten 27, 28 angeordnet und dann unter Kraftaufwand zusammengesteckt, wobei kurzzeitig der zweite Kopfabschnitt 28 unter Verengung des Längsschlitzes 43 zusammengedrückt und der erste Kopfabschnitt 27 unter Aufweitung des Längsschlitzes 43 aufgeweitet wird.
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Die weiter oben schon angesprochene biegeelastische Federstruktur 26 besteht zweckmäßigerweise aus einer Mehrzahl von in den Energieführungsstrang 6 integrierten biegeelastischen Federstäben 47. Diese mehreren Federstäbe 47 sind um die zentrale Längsachse 8 herum verteilt angeordnet, und zwar bevorzugt und entsprechend dem illustrierten Ausführungsbeispiel in einer gleichmäßigen Verteilung.
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Als besonders zweckmäßig hat sich die beim Ausführungsbeispiel vorhandene Anzahl von insgesamt drei Federstäben 47 erwiesen. Selbige sind in einem radialen Abstand zu der Längsachse 8 angeordnet, und zwar verteilt in Winkelabständen von jeweils 120°. In 4 sind drei bezüglich der zentralen Längsachse 8 radial verlaufende Federerstreckungsebenen 48 strichpunktiert angedeutet, die in den besagten Winkelabständen von 120° zueinander angeordnet sind und in denen sich jeweils einer der Federstäbe 47 erstreckt.
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Obgleich im Prinzip auch andere Querschnittsformen für die Federstäbe 47 möglich wären, beispielsweise Federstäbe mit quadratischem oder elliptischem Querschnitt, ist es aufgrund des damit verbundenen gleichförmigen Biegeverhaltens vorteilhaft, wenn es sich bei jedem Federstab 47 um einen Rundstab mit kreisförmigem Querschnitt handelt. Sämtliche Federstäbe 47 sind untereinander zweckmäßigerweise identisch ausgebildet.
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Jeder Federstab 47 hat eine spannungsneutrale Grundgestalt, in der er zweckmäßigerweise eine lineare Längserstreckung hat. Aus dieser spannungsneutralen Grundgestalt kann jeder Federstab 47 durch seitliches Verbiegen elastisch reversibel verformt werden. Durch das Verbiegen baut sich eine Rückstellkraft auf, die danach trachtet, den verformten Federstab 47 wieder in die spannungsneutrale Grundgestalt zurückzustellen.
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Jeder Federstab 47 ist innerhalb jedes Stranggliedes 18 in einem längenmäßig begrenzten Bereich, der im Folgenden als abgestützter Längenabschnitt 52 bezeichnet sei, derart bezüglich des betreffenden Stranggliedes 18 abgestützt, dass dieser abgestützte Längenabschnitt 52 keine Relativbewegung bezüglich des Stranggliedes 18 quer und insbesondere rechtwinkelig zu der Strangglied-Längsachse 21 ausführen kann.
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Jeder Federstab 47 erstreckt sich bevorzugt mit drei axial aufeinanderfolgenden Längenabschnitten 53, 54, 55 durch jedes Strangglied 18 axial hindurch, wobei es sich um einen mittleren Längenabschnitt 53 und zwei sich axial beidseits an den mittleren Längenabschnitt 53 anschließende äußere Längenabschnitte 54, 55 handelt. Der mittlere Längenabschnitt 53 bildet zweckmäßigerweise den abgestützten Längenabschnitt 52, während die beiden äußeren Längenabschnitte 54, 55 das Strangglied 18 in diesbezüglich unabgestützter Weise durchsetzen.
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Dadurch, dass sich die zusammengefügten Strangglieder 18 im Bereich der Kugelgelenke 17 axial überlappen, sind die einzelnen äußeren Längenabschnitte 54, 55 abgesehen von den beiden endseitigen Kopfabschnitten 27, 28 des Energieführungsstranges 6 jeweils gleichzeitig zwei benachbarten Stranggliedern 18 zugeordnet.
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Die Querabstützung der abgestützten Längenabschnitte 52 erfolgt zweckmäßigerweise durch die rohrförmigen Stegabschnitte 29. Die Strangglied-Wandung 42 ist im Bereich der rohrförmigen Stegabschnitte 29 zweckmäßigerweise von einer der Anzahl der Federstäbe 47 entsprechenden Anzahl bohrungsartiger Wanddurchbrechungen 56 durchsetzt, durch die sich jeweils ein Federstab 47 axial hindurch erstreckt, wobei der innerhalb der bohrungsartigen Wanddurchbrechung 56 liegende Längenabschnitt des Federstabes 47 den abgestützten Längenabschnitt 52 bildet.
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Man kann somit sagen, dass die Federstäbe 47 innerhalb der einzelnen Strangglieder 18 mit ihrem abgestützten Längenabschnitt 52 in das Material der Strangglied-Wandung 42 eingebettet sind.
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Die Durchmesser der bohrungsartigen Wanddurchbrechungen 56 sind auf den Außendurchmesser der Federstäbe 47 insbesondere so abgestimmt, dass sich die Federstäbe 47 beim Zusammenbau des Energieführungssystems 1 durch die fluchtend zueinander angeordneten bohrungsartigen Wanddurchbrechungen 56 hindurchstecken lassen.
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Durch die exemplarisch von mehreren Federstäben 47 gebildete biegeelastische Federstruktur 26 erfolgt eine formschlüssige Verdrehsicherung zwischen den miteinander verbundenen Stranggliedern 18, sodass eine untereinander stets fluchtende Anordnung der Längsschlitze 43 erzielbar ist, aus der ein ständig zum Einbringen von Energieleitern 2 zur Verfügung stehender Einführschlitz 46 resultiert.
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Wenn die Federstruktur 26 entsprechend einem nicht illustrierten Ausführungsbeispiel über nur einen einzigen Federstab 47 verfügt, ist selbiger zweckmäßigerweise auf der mittigen Längsachse 8 koaxial zu dieser angeordnet. Um auch in diesem Fall eine einfache gegenseitige Verdrehsicherung der Strangglieder 18 um die Strangglied-Längsachsen 21 zu erzielen, ist zweckmäßigerweise der Federstab 47 in den Strangglied-Wandungen 42 fest eingespannt, sodass die Strangglieder 18 bezüglich dem Federstab 47 unverdrehbar fixiert sind.
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Es ist grundsätzlich vorteilhaft, wenn die Federstäbe 47 in den bohrungsartigen Wanddurchbrechungen 56 kraftschlüssig eingespannt sind. Dadurch behalten sie ihre axiale Relativposition bezüglich des Energieführungsstranges 6 ohne zusätzliche Fixierelemente stets unverändert bei. Allerdings können durchaus gesonderte Fixierelemente für die bezüglich der Strangglieder 18 axial unbewegliche Lagefixierung der Federstäbe 47 vorhanden sein.
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Durch die integrierten Federstäbe 47 kann erreicht werden, dass der Energieführungsstrang unabhängig von der Relativposition der beiden an ihm fixierten Haltestrukturen 4, 5 stets eine harmonisch aussehende geschwungene Form oder Wellenform hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 19512088 A1 [0002]
- EP 1738092 B1 [0003]