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Title:
PROTECTIVE DEVICE FOR AN INDUSTRIAL ROBOT, AND PROTECTIVE ELEMENT FOR SUCH A PROTECTIVE DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/072854
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a protective device (1) for an industrial robot (R) comprising at least one protective element, which is provided as a sleeve for an outer wall section (8) of the industrial robot (R), and a sensor system (9), which is paired with the protective element and which is designed such that a collision between the protective element and an obstacle (H) can be detected. The protective element is a molded part (7a-c, 7i, 7j) which is made of plastic and which has a first electrically conductive layer (13a-f) on at least one functional surface, and the sensor system (9) is designed such that a collision-induced change in the electric resistance (Rl) of the conductive layer (13a-f) can be detected.

Inventors:
DOLL, Theo (Hagwaldstraße 19, Schwaigern, 74193, DE)
Application Number:
EP2018/077490
Publication Date:
April 18, 2019
Filing Date:
October 09, 2018
Export Citation:
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Assignee:
DR. DOLL ENGINEERING GMBH (Industriestraße 29, Schwaigern, 74193, DE)
International Classes:
B25J13/08; B25J19/00; B25J19/06; F16P3/12; G01L1/20; G01L5/16
Foreign References:
JP2003071778A2003-03-12
FR2942658A12010-09-03
JP2017009289A2017-01-12
EP3246137A12017-11-22
AT516097B12016-09-15
Attorney, Agent or Firm:
PATENTANWÄLTE RUFF, WILHELM, BEIER, DAUSTER & PARTNER MBB (Kronenstraße 30, Stuttgart, 70174, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1 . Schutzvorrichtung (1 ) für einen Industrieroboter (R) mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt (8) des Industrieroboters (R) vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik (9), die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis (H) erfassbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil (7a-c, 7i, 7j) ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht (13a-f) aufweist, und die Sensorik (9) derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands (R1 ) der ersten Leitschicht (13a-f) erfassbar ist.

2. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht (13a-f) mittels einer Beschichtung des Formteils (7a-c, 7i, 7j) mit einem elektrisch leitfähigen Material (14a-c), insbesondere mit Graphit, gebildet ist.

3. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7a- c) eine Werkstoffzusammensetzung (Wa, Wb, Wc, Vb) aufweist, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff (15a-c, 1 15b) beinhaltet, und die erste Leitschicht (13a-f) somit durch eine Werkstoffoberfläche des Formteils (7a-c, 7i, 7j) gebildet ist.

4. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7a-c, 7i, 7j) eine Werkstoffzusammensetzung (Wa, Wb, Wc, Vb) aufweist, die einen thermoplastischen Elastomer, insbesondere PE-EPDM, bevorzugt PP-EPDM, besonders bevorzugt PE-LD, beinhaltet.

5. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7b, 7c, 7i, 7j) wenigstens zweischalig gestaltet ist und eine Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) und eine Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) aufweist.

6. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16i, 16j) und die Unterschale (17i, 17j) in Dickenrichtung unter Ausbildung eines Hohlraumes (19i) angeordnet sind, wobei eine in Dickenrichtung elastisch nachgiebige Federeinrichtung (FE) in dem Hohlraum (19i) angeordnet und derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Deformation der Oberschale (16i, 16j) mittels der Federeinrichtung (FE) abgefedert ist.

7. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterschale in Form eines elektrisch leitfähigen Schaumkernes (17i, 17j) ausgebildet ist, und dass die Federeinrichtung wenigstens eine auf einer Oberseite (0) des Schaumkernes (17i, 17j) angeordnete, elektrisch nicht leitfähige und gitterförmige Schaumstruktur (SR) aufweist.

8. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7j) dreischalig gestaltet ist, wobei eine in Dickenrichtung zwischen der Oberschale (16j) und der Unterschale (17j) angeordnete Zwischenschale (ZS) vorgesehen ist, die - in Bezug auf die Dickenrichtung - beidseits leitfähig ausgebildet ist, und wobei die Federeinrichtung (FE) beidseits der Zwischenschale (ZS) angeordnet ist.

9. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) und die Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) voneinander abweichende Werkstoffzusammensetzungen (Wb, Vb, Wc) aufweisen.

10. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) und/oder die Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) weichelastisch ausgestaltet ist.

1 1 . Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 5 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht (18b-g) vorgesehen ist, wobei die erste Leitschicht (13b-f) und die zweite Leitschicht (18b-g) derart zwischen der Unterschale (17b, 17c, 17i, 17j) und der Oberschale (16b, 16c, 16d, 16i, 16j) einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die erste und die zweite Leitschicht bei einer Kollision des Formteils (7b, 7c, 7i, 7j) wenigstens abschnittsweise gegeneinander elektrisch kontaktierbar sind.

12. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht (13b-f) an einer Innenwandung der Oberschale (16b-d, 16i) ausgebildet ist und die zweite Leitschicht (18b-g) an einer der Oberschale (16b-d) zugewandten Innenwandung der Unterschale (17b, 17c, 17i) ausgebildet ist.

13. Schutzvorrichtung (1 ) Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, ersten Leiterbahn (13d) ausgebildet ist.

14. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen (13e, 13f) ausgebildet ist.

15. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, zweiten Leiterbahn (18e) ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn (13d, 13e) oder den ersten Leiterbahnen (13f) erstreckt ist.

16. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter zweiter Leiterbahnen (18f, 18g), die quer zu der ersten Leiterbahn (13d, 13e) oder den ersten Leiterbahnen (13f) erstreckt sind, ausgebildet ist.

17. Schutzvorrichtung (1 ) nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 oder nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil ein Thermoform-Bauteil (7a-c, 7i, 7j), insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil (7b, 7c, 7i, 7j), ist.

18. Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Formteil (7c) einen luftdicht abgeschlossenen Hohlraum (19) aufweist und die Sensorik (9) derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des Luftdrucks (P) in dem Hohlraum (19) erfassbar ist.

19. Schutzvorrichtung (1 ) nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Hohlraum (19) zwischen der Unterschale (17c) und der Oberschale (16c) ausgebildet ist, wobei diese luftdicht miteinander verbunden sind.

20. Schutzelement für eine Schutzvorrichtung (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schutzelement in Gestalt eines aus Kunststoff gefertigten Formteils (7a-c, 7i, 7j) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

Description:
Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter sowie Schutzelement für eine solche

Schutzvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Schutzvorrichtung für einen Industrieroboter mit wenigstens einem Schutzelement, das als Hülle für einen Außenwandabschnitt des Industrieroboters vorgesehen ist, und einer dem Schutzelement zugeordneten Sensorik, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Schutzelement und einem Hindernis erfassbar ist.

Eine derartige Schutzvorrichtung ist aus der AT 561 097 B1 bekannt und als Sicherheitsausstattung für einen kollaborierenden Industrieroboter vorgesehen. Als kollaborierende Industrieroboter werden im industriellen Bereich eingesetzte Roboter bezeichnet, die mit einer Person in einem gemeinsamen Arbeitsbereich zusammenarbeiten, wobei die Person nicht durch physische Schutzeinrichtungen wie Zäune, Absperrgitter oder dergleichen von dem Roboter abgeschirmt ist. Mangels einer solchen Abschirmung besteht grundsätzlich eine Kollisionsgefahr zwischen arbeitender Person und Roboter, beispielsweise bei einem unkoordinierten Eingriff der Person in den Verschwenkbereich des Roboters. Um dennoch eine ausreichende Arbeitssicherheit gewährleisten zu können, sind Schutzvorrichtungen erforderlich, die eine solche Kollision detektieren, um eine Notabschaltung des Roboters zu ermöglichen. Die bekannte Schutzvorrichtung weist wenigstens ein Schutzelement mit einer Schutzhülle und einer Basisplatte sowie eine dem Schutzelement zugeordnete Sensorik auf. Die Schutzhülle überspannt die Basisplatte kissenartig und ist im Wesentlichen gasdicht und elastisch gestaltet. Die Basisplatte ist zur Befestigung an einem potenziell kollisionsgefährdeten Außenwandabschnitt des Industrieroboters, beispielsweise an einem Gelenkarm, vorgesehen. Im Inneren des Schutzelements ist eine Pumpe vorgesehen, die einen Gasüberdruck in dem Schutzelement erzeugen soll. Bei einer Kollision wird die Schutzhülle elastisch deformiert. Infolgedessen steigt der Gasüberdruck im Inneren des Schutzelements. Die Sensorik der bekannten Schutzvorrichtung weist einen Drucksensor auf, mittels welchem ein solcher Druckanstieg erfassbar und in ein entsprechendes Signal umsetzbar ist. Das Signal ist an eine Steuereinheit des Roboters weiterleitbar, so dass dieser in Abhängigkeit des Signals abgeschaltet und schwerwiegende Verletzungen der Person vermieden werden können.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Schutzvorrichtung sowie ein Schutzelement der eingangs genannten Art zu schaffen, die einen vereinfachten Aufbau aufweisen und gleichzeitig eine hohe Funktionssicherheit gewährleisten. Diese Aufgabe wird für die Schutzvorrichtung dadurch gelöst, dass das Schutzelement ein aus Kunststoff gefertigtes Formteil ist, das an wenigstens einer Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht aufweist, und die Sensorik derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht erfassbar ist. Durch die erfindungsgemäße Lösung kann ein einfacher und funktionssicherer Aufbau der Schutzvorrichtung erreicht werden, da auf eine aufwändige Gestaltung des Schutzelements und eine im Inneren des Schutzelements anzuordnende und potenziell ausfallgefährdete Pumpe verzichtet werden kann. Stattdessen ist das Schutzelement als einfach und kostengünstig herstellbares Kunststoffformteil gestaltet und weist eine mit einfachen Mitteln realisierbare elektrisch leitfähige Leitschicht auf. Bei einer potenzialausgleichenden Kontaktierung dieser Leitschicht infolge einer Kollision mit dem Hindernis ändert sich naturgemäß der elektrische Widerstand der Leitschicht. Die Sensorik ist erfindungsgemäß derart gestaltet, dass eine solche Veränderung des elektrischen Widerstandes der ersten Leitschicht erfassbar ist. Beispielsweise kann die Sensorik eine mit der ersten Leitschicht elektrisch verbundene, als solche bekannte Messschaltung aufweisen, die eine an der ersten Leitschicht anliegende elektrische Spannung und/oder einen durch die erste Leitschicht fließenden elektrischen Strom erfasst. Eine solche Sensorik ist bauraumsparend und kostengünstig realisierbar und zudem ausfallsicher. Das Formteil kann insbesondere mittels Urformen eines Kunststoffgranulats oder mittels Umformen eines Kunststoffhalbzeugs hergestellt sein. Die Wirkoberfläche des Formteils, an der die Leitschicht ausgebildet ist, kann eine Außen- oder eine Innenfläche des Formteils sein, die bei einer Kollision mit dem Hindernis wenigstens mittelbar, d.h. entweder unmittelbar durch das Hindernis oder beispielsweise durch einen gegenüberliegenden Wandabschnitt des Formteils, kontaktier- und/oder deformierbar ist. Die erste Leitschicht kann insbesondere abschnittsweise, bevorzugt im Wesentlichen vollständig, an der Wirkoberfläche ausgebildet sein. Selbstverständlich kann auch eine Mehrzahl von elektrisch leitfähigen Leitschichten, vorzugsweise an unterschiedlichen Wirkoberflächen, an dem Formelement vorgesehen sein. Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Sensorik in vorteilhafter Weise derart gestaltet, dass eine Widerstandsänderung mehrerer, vorzugsweise sämtlicher, der Leitschichten erfassbar ist.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich in besonders bevorzugter Weise für einen Industrieroboter in Gestalt eines Gelenkarmroboters. Die erfindungsgemäße Lösung kann aber auch für sonstige ortsfest oder autonom bewegte Handhabungsgeräte, wie beispielsweise selbstfahrende Flurförderfahrzeuge, einschließlich für mit einem solchen Handhabungsgerät verbundene Manipulatoren, Aufbauten oder dergleichen verwendet werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht mittels einer Beschichtung des Formteils mit einem elektrisch leitfähigen Material, insbesondere mit Graphit, gebildet. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung kann das Formteil aus einem kostengünstig verfügbaren, elektrisch nicht leitenden Kunststoff gefertigt sein. Als elektrisch leitfähiges Material kann insbesondere Metall, Graphit oder ein elektrisch leitfähiger Kunststoff verwendet werden. Die Beschichtung des Formteils kann mittels eines grundsätzlich bekannten Verfahrens, beispielsweise mittels Aufsprühens oder Aufdampfens des leitfähigen Materials auf das Formteil oder mittels Koextrusion, ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff beinhaltet, und die erste Leitschicht ist somit durch die Werkstoffoberfläche des Formteils gebildet. Demzufolge kann bei dieser Ausgestaltung der Erfindung auf einen gesonderten Fertigungsschritt zur Ausbildung der Leitschicht verzichtet werden. Als Füllstoff können insbesondere Metallpartikel und/oder -späne, bevorzugt Aluminiumflocken, verwendet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Werkstoffzusammensetzung des Formteils Rußpartikel beinhalten.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil eine Werkstoffzusammensetzung auf, die einen thermoplastischen Elastomer, insbesondere PE-EPDM (Polyethylen Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk), bevorzugt PP-EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk), besonders bevorzugt PE-LD (Polyethylen Low Density), beinhaltet. Durch die Verwendung von PE-EPDM oder PP-EPDM kann das Formteil weichelastisch und/oder mit einer geschlossenzelligen Struktur ausgebildet werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil wenigstens zweischalig gestaltet und weist eine Ober- und eine Unterschale auf. Die Unterschale ist vorzugsweise zur Anlage an dem Außenwandabschnitt vorgesehen. Die Ober- und die Unterschale können jeweils getrennt voneinander gefertigte und nachträglich zusammengefügte Bauteile sein. Alternativ können die Ober- und die Unterschale in einem gemeinsamen Fertigungsschritt hergestellt und insoweit einstückig miteinander verbunden sein. Die Ober- und die Unterschale können in Dickenrichtung zueinander beabstandet oder unmittelbar übereinanderliegend angeordnet sein. Vorteilhafterweise sind die Ober- und die Unterschale derart gestaltet, dass einander gegenüberliegende Wandabschnitte der Ober- und der Unterschale bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis miteinander zur Anlage gelangen oder ein bereits bestehender Kontakt zwischen diesen beiden Wandabschnitten verstärkt wird. Die erste Leitschicht kann insbesondere auf einer dem Außenwandabschnitt abgewandten Außenseite der Oberschale oder an einer dem Außenwandabschnitt zugewandten Innenseite der Oberschale vorgesehen sein. Alternativ kann die erste Leitschicht an einer dem Außenwandabschnitt abgewandten Oberseite der Unterschale oder an der Unterseite der Unterschale vorgesehen sein. Es ist selbstverständlich auch möglich, dass mehrere Leitschichten vorgesehen sind und beispielsweise eine Leitschicht an der Unterseite der Oberschale und eine weitere Leitschicht an der Oberseite der Unterschale ausgebildet ist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sind die Oberschale und die Unterschale in Dickenrichtung unter Ausbildung eines Hohlraumes angeordnet, wobei eine in Dickenrichtung elastisch nachgiebige Federeinrichtung in dem Hohlraum angeordnet und derart gestaltet ist, dass eine kollisionsbedingte Deformation der Oberschale mittels der Federeinrichtung abgefedert ist. Demnach ist die Federeinrichtung derart angeordnet, dass bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis zunächst die Oberschale deformationsbedingt mit der Federeinrichtung zusammenwirkt und hierdurch abgefedert wird. Dabei kann die Federeinrichtung in Dickenrichtung unter Ausbildung eines Spaltes von der Oberschale beabstandet oder spaltfrei zu der Oberschale in dem Hohlraum angeordnet sein. Somit findet eine Kontaktierung zwischen der Ober- und der Unterschale erst dann statt, wenn die Kollision hinreichend stark ist und die Federeinrichtung in Dickenrichtung entsprechend stark zusammenfedert. Dabei ist die erste Leitschicht vorzugsweise an einer dem Außenwandabschnitt des Industrieroboters zugewandten Innenseite der Oberschale vorgesehen. Eine weitere Leitschicht kann an der Oberseite der Unterschale ausgebildet sein. Die Federeinrichtung ist elektrisch nicht leitfähig ausgebildet. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird vermieden, dass bereits geringfügige kollisionsbedingte Deformationen des Formteils zu einer Kontaktierung zwischen Ober- und Unterschale und damit zu einer kollisionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht führen. Dem wird mittels der Federeinrichtung entgegengewirkt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Unterschale in Form eines elektrisch leitfähigen Schaumkerns ausgebildet und die Federeinrichtung weist eine auf einer Oberseite des Schaumkerns angeordnete, elektrisch nicht leitfähige und gitterförmige Schaumstruktur auf. Der Schaumkern ist aus einem Kunststoff gebildet und weist eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung auf. Hierzu kann die Werkstoffzusammensetzung einen elektrisch leitfähigen Füllstoff, beispielsweise Metallpartikel, Ruß oder dergleichen, beinhalten. Die gitterförmige Schaumstruktur ist vorzugsweise aus einem Kunststoff gefertigt. Die Schaumstruktur kann auf die Oberseite des Schaumkerns aufgespritzt oder an diesen angespritzt sein. Alternativ kann die Schaumstruktur auf die Oberseite des Schaumkerns geschweißt oder geklebt sein. Sofern es sich bei dem Formteil um ein Thermoform-Bauteil, insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil, handelt, kann die Schaumstruktur vor, nach oder während eines entsprechenden Formgebungsprozesses mit der Oberseite des Schaumkerns zusammengefügt werden. Eine gitterförmige Gestaltung der Schaumstruktur hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen. Dies, da ein kollisionsbedingtes Auslöseverhalten der Sensorik mit einfachen Mitteln über eine entsprechende geometrische Gestaltung der Schaumstruktur beeinflussbar ist. Hierzu kann beispielsweise eine Dicke der Schaumstruktur oder eine Shore- Härte der Schaumstruktur konstruktiv entsprechend dimensioniert werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil dreischalig gestaltet, wobei eine in Dickenrichtung zwischen der Oberschale und der Unterschale angeordnete Zwischenschale vorgesehen ist, die - in Bezug auf die Dickenrichtung - beidseits leitfähig ausgebildet ist, und wobei die Federeinrichtung beidseits der Zwischenschale angeordnet ist. Bei dieser Ausgestaltung der Erfindung weist die Federeinrichtung vorzugsweise zwei elektrisch nicht leitfähige und gitterförmige Schaumstrukturen auf, wobei eine erste Schaumstruktur in Dickenrichtung zwischen der Oberschale und der Zwischenschale und eine zweite Schaumstruktur in Dickenrichtung zwischen der Zwischenschale und der Unterschale angeordnet ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht eine nochmals verbesserte Funktionssicherheit, da nunmehr eine Kollision auch ausgehend von einer Deformation der Unterschale erkennbar ist. Dabei ist die Zwischenschale gleichsam zwischen der Oberschale und der Unterschale eingeschlossen. Mittels der beiden Schaumstrukturen der Federeinrichtung ist zum einen die Oberschale relativ zur Zwischenschale und zum anderen die Unterschale relativ zur Zwischenschale in Dickenrichtung abgefedert.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weisen die Ober- und die Unterschale voneinander abweichende Werkstoffzusammensetzungen auf. Beispielsweise kann die Oberschale aus einem vergleichsweise nachgiebigeren Werkstoff hergestellt sein als die Unterschale oder umgekehrt. Vorzugsweise kann die Oberschale aus einem Kunststoffschaum und die Unterschale aus einer vergleichsweise formstabileren Kunststoffplattenware gefertigt sein oder umgekehrt.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Ober- und/oder die Unterschale weichelastisch ausgestaltet. Diese weichelastische Ausgestaltung kann Werkstoff- und/oder strukturbedingt sein. Beispielsweise kann die Ober- und/oder die Unterschale aus einem weichelastischen Kunststoffwerkstoff, vorzugsweise einem Kunststoffschaum, gefertigt sein und/oder eine in sich nachgiebige, beispielsweise dünnwandige, Formgebung aufweisen. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann insbesondere eine Reduktion der zwischen dem Formteil und dem Hindernis wirkenden Kräfte im Kollisionsfall erreicht werden. Hierdurch kann eine Verletzungsgefahr der mit dem Industrieroboter gemeinsam arbeitenden Person weiter verringert werden. In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht vorgesehen, wobei die erste Leitschicht und die zweite Leitschicht derart zwischen der Unter- und der Oberschale einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass die erste und die zweite Leitschicht bei einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis wenigstens abschnittsweise gegeneinander elektrisch kontaktierbar sind. Die Leitschichten können in Dickenrichtung des Schutzelements zueinander beabstandet oder unmittelbar aufeinanderliegend angeordnet sein. Die Leitschichten weisen zueinander unterschiedliche elektrische Potentiale auf. Diese Ausgestaltung der Erfindung ist besonders vorteilhaft, da es im Kollisionsfall selbst dann zu einer Widerstandsänderung der ersten Leitschicht und/oder der zweiten Leitschicht kommt, wenn das Hindernis als solches gegenüber dem elektrischen Potential der ersten Leitschicht und/oder zweiten Leitschicht isoliert ist. Zudem sind die Leitschichten im Inneren des Formteils angeordnet und somit vor einem Verschmutzen und/oder weiteren unerwünschten Umwelteinflüssen geschützt. Bezüglich der Ausbildung der zweiten Leitschicht gilt das zu der ersten Leitschicht Offenbarte in entsprechender Weise, so dass die zweite Leitschicht entweder mittels einer Beschichtung des Formteils mit einem elektrisch leitfähigen Material ausgebildet sein kann. Alternativ kann die zweite Leitschicht durch eine Werkstoffoberfläche des Formteils ausgebildet sein, sofern das Formteil eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung aufweist.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht an einer Innenwandung der Oberschale ausgebildet und die zweite Leitschicht ist an einer der Oberschale zugewandten Innenwandung der Unterschale ausgebildet. Die erste Leitschicht und/oder die zweite Leitschicht kann wiederum mittels einer Beschichtung oder - falls die Werkstoffzusammensetzung der Ober- oder Unterschale elektrisch leitfähig sein sollte - unmittelbar durch eine Werkstoffoberfläche, genauer: die entsprechende Innenwandung, der Unter- oder Oberschale, ausgebildet sein.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, ersten Leiterbahn ausgebildet. Demzufolge ist die Wirkoberfläche, an der die erste Leitschicht ausgebildet ist, nicht vollflächig sondern lediglich an der ersten Leiterbahn elektrisch leitfähig. Vorzugsweise erstreckt sich die erste Leiterbahn über die gesamte Wirkoberfläche. Die Leiterbahn kann beispielsweise in Form parallel erstreckter und elektrisch leitfähig miteinander verbundener Leiterbahnabschnitte ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die erste Leiterbahn als eine Mäanderleiterbahn ausgebildet. Alternativ ist beispielsweise eine spiralförmige Gestaltung oder eine unregelmäßig geformte, zusammenhängende Erstreckung der ersten Leiterbahn möglich. Sofern die erste Leitschicht an der Innenwandung der Oberschale ausgebildet ist, kann es bei einer Beschädigung der Oberschale, beispielsweise in Form eines Risses oder eines Loches, zu einer Unterbrechung der ersten Leiterbahn kommen. Infolge einer solchen Unterbrechung steigt der elektrische Widerstand der ersten Leiterbahn an. Eine solche Widerstandsänderung ist mittels der Sensorik erfassbar. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung wird eine verbesserte Funktionssicherheit erreicht, da Beschädigungen an dem Formteil detektiert werden können.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen ausgebildet. Demzufolge ist die Wirkoberfläche, an der die erste Leitschicht ausgebildet ist, nicht vollflächig sondern lediglich an der ersten Leiterbahn elektrisch leitfähig. Vorzugsweise erstrecken sich die ersten Leiterbahnen im Wesentlichen über die gesamte Breite und oder Länge der Wirkoberfläche. Die ersten Leiterbahnen können beispielsweise jeweils eine Breite von 10 mm, bevorzugt 3 mm, aufweisen. Dabei können die ersten Leiterbahnen gleichförmig oder voneinander verschieden geformt sein. Die Sensorik kann bei dieser Ausgestaltung von Vorteil derart gestaltet sein, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen erfassbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses an dem Formteil im Kollisionsfall näher einzugrenzen. Sind die ersten Leiterbahnen in Breitenrichtung des Formteils erstreckt kann demnach eine Längenposition der Berührung ermittelt werden. Sind die ersten Leiterbahnen stattdessen in Längenrichtung des Formteils erstreckt, kann eine Breitenposition der Berührung ermittelt werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Leitschicht in Gestalt einer, insbesondere mäanderförmigen, zweiten Leiterbahn ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen erstreckt. Alternativ ist beispielsweise eine spiralförmige Gestaltung oder eine unregelmäßig geformte, zusammenhängende Erstreckung der zweiten Leiterbahn möglich. Die zweite Leiterbahn ist quer, d.h. um etwa 90° gedreht, zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen angeordnet. Sofern die zweite Leitschicht mittels einer Beschichtung ausgebildet ist, kann auf diese Weise insbesondere leitfähiges Material eingespart werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl wenigstens abschnittsweise parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter zweiter Leiterbahnen, die quer zu der ersten Leiterbahn oder den ersten Leiterbahnen erstreckt sind, ausgebildet. Vorzugsweise ist hierbei die erste Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, insbesondere streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen ausgebildet. Dabei können die zweiten Leiterbahnen gleichförmig oder voneinander verschieden geformt sein. Auf diese Weise bilden die ersten und die zweiten Leiterbahnen eine Art Raster aus. Beispielsweise sind die ersten Leiterbahnen in Längsrichtung und die zweiten Leiterbahnen in Breitenrichtung des Formteils erstreckt oder umgekehrt. Die Sensorik kann bei dieser Ausgestaltung von Vorteil derart gestaltet sein, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen und einer jeden der zweiten Leiterbahnen erfassbar ist. Diese Ausgestaltung der Erfindung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses an dem Formteil im Kollisionsfall zu bestimmen. In Abhängigkeit davon, bei welcher der ersten und bei welcher der zweiten Leiterbahnen eine kollisionsbedingte Widerstandänderung erfasst wird, kann eine Position in dem durch die Leiterbahnen gebildeten Raster bestimmt werden. Zudem kann von Vorteil ermittelt werden, ob eine punktuelle oder eine flächige Kollision vorliegt, je nachdem, ob lediglich einzelne oder mehrere benachbarte Leiterbahnen eine Änderung des elektrischen Widerstandes erfahren.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist das Formteil ein Thermoform-Bauteil, insbesondere ein Twin-Sheet-Bauteil. Das Thermoform-Bauteil kann mittels eines grundsätzlich bekannten Thermoform-Verfahrens hergestellt sein. Soweit das Formteil einen einschaligen Aufbau aufweist, kann es von Vorteil als Single-Sheet-Bauteil gefertigt sein. Single-Sheet-Forming ist im Bereich der Kunststoffverarbeitung grundsätzlich bekannt. Soweit das Formteil einen mehrschaligen Aufbau und/oder einen Hohlraum aufweist, ist es besonders vorteilhaft, wenn es als Twin-Sheet-Bauteil, d.h. mittels eines grundsätzlich bekannten Twin-Sheet-Verfahrens, hergestellt ist. Bei letztgenanntem Verfahren, das eine Sonderform des Thermo-Formens darstellt, werden zwei plattenförmige Kunststoffhalbzeuge in einem einzigen Arbeitsgang erhitzt, vakuumtiefgezogen und miteinander verschweißt. Alternativ kann das Formteil bei einem mehrschaligen Aufbau aus mehreren mittels Single-Sheet-Formings getrennt voneinander hergestellten Single-Sheet-Bauteilen zusammengefügt sein. Die Single-Sheet- Bauteile können zur Herstellung des mehrschalig aufgebauten Formteils beispielsweise miteinander verklebt, verschweißt oder vernäht sein. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann ein besonders kostengünstig und materialsparend herstellbares Formteil erreicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist das Formteil einen luftdicht abgeschlossenen Hohlraum auf und die Sensorik ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Veränderung des Luftdrucks in dem Hohlraum erfassbar ist. Zur Erfassung der kollisionsbedingten Luftdruckänderung kann die Sensorik einen Drucksensor aufweisen, der im Inneren des Formteils angeordnet sein kann. Durch diese Ausgestaltung der Erfindung kann eine redundante Kollisionserfassung, nämlich einerseits basierend auf einer Erfassung der kollisionsbedingten Änderung des elektrischen Widerstands der Leitschicht und andererseits auf Basis einer kollisionsbedingten Änderung des Luftdrucks in dem Hohlraum, und somit eine besonders hohe Funktionssicherheit der Schutzvorrichtung erreicht werden.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist der Hohlraum zwischen der Unter- und der Oberschale ausgebildet, wobei diese luftdicht miteinander verbunden sind.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird für ein Schutzelement der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass es in Gestalt eines aus einem Kunststoff gefertigten Formteils nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung, die anhand der Zeichnungen dargestellt sind.

Fig. 1 zeigt in schematischer Perspektivdarstellung einen Industrieroboter mit einer

Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schutzvorrichtung, die zwei erfindungsgemäße Schutzelemente einer ersten Ausführungsform und eine den Schutzelementen zugeordnete Sensorik aufweist,

Fig. 2 die beiden Schutzelemente nach Fig. 1 in einer schematischen

Perspektivdarstellung,

Fig. 3a, 3b eines der Schutzelemente nach den Fig. 1 und 2 in einer schematischen

Untersicht (Fig. 3a) und einer schematischen Seitenansicht (Fig. 3b),

Fig. 4a, 4b das Schutzelement nach den Fig. 3a, 3b in schematischen

Längsschnittdarstellung entlang einer Schnittlinie A-A nach Fig. 3a (Fig. 4a) und einer schematischen Querschnittsdarstellung entlang einer Schnittlinie B-B nach Fig. 3b (Fig. 4b),

Fig. 4c, 4d in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich I nach Fig. 4b für eine erste

Ausführungsvariante (Fig. 4c) und eine zweite Ausführungsvariante (Fig. 4d) des Schutzelements nach den Fig. 3a bis 4b,

Fig. 5a, 5b eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements in einer

Längs- sowie einer Querschnittsdarstellung entsprechend den Fig. 4a bzw. 4b, in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich II nach Fig. 5b für eine erste Ausführungsvariante (Fig. 5c) und eine zweite Ausführungsvariante (Fig. 5d) des Schutzelements nach den Fig. 5a und 5b, eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements in einer Längs- sowie einer Querschnittsdarstellung entsprechend der Fig. 4a bzw. 4b, in einer vergrößerten Darstellung einen Bereich III nach Fig. 6b für eine erste erfindungsgemäße Ausführungsvariante (Fig. 6c) sowie eine zweite erfindungsgemäße Ausführungsvariante (Fig. 6d) des Schutzelements nach den Fig. 6a, 6b, in schematischer Perspektivdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements, in schematischer Perspektivdarstellung eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelements, in schematischer Perspektivdarstellung eine Oberschale einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Schutzelementes mit einer in Gestalt einer ersten Leiterbahn ausgebildeten ersten Leitschicht, eine abgewickelte, ebene Darstellung der ersten Leiterbahn nach Fig. 7, in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung die erste Leitschicht nach den Fig. 7 und 8 zusammen mit einer vollflächig ausgebildeten zweiten Leitschicht,

Fig. 10a, 10b jeweils in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine zweite (Fig. 10a) und eine dritte erfindungsgemäße Ausgestaltung (Fig. 10b) einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht,

Fig. 1 1 , in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine vierte erfindungsgemäße

Ausgestaltung einer ersten und einer zweiten Leitschicht und

Fig. 12a, 12b jeweils in schematischer, vereinfachter Prinzipdarstellung eine fünfte (Fig. 12a) und eine sechste erfindungsgemäße Ausgestaltung (Fig. 12b) einer ersten Leitschicht und einer zweiten Leitschicht. Gemäß Fig. 1 ist ein Industrieroboter R in Gestalt eines Gelenkarmroboters mit einer Schutzvorrichtung 1 versehen. Der Gelenkarmroboter R weist einen ersten Gelenkarm 2 auf, der um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse verschwenkbar an einem Sockelabschnitt 3 angelenkt ist. Der Sockelabschnitt 3 ist um eine im Wesentlichen vertikal ausgerichtete Drehachse drehbar an einem Fußabschnitt 4 gelagert, der bodenfest mit einem Fundament F verschraubt ist. Weiter weist der Gelenkarmroboter R einen zweiten Gelenkarm 5 auf, der einends eine nicht näher spezifizierte Werkzeugaufnahme 6 aufweist und andernends um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse verschwenkbar an dem ersten Gelenkarm 2 angelenkt ist. Die Werkzeugaufnahme 6 kann um eine im Wesentlichen horizontal ausgerichtete Drehachse gegenüber dem zweiten Gelenkarm 5 verschwenkbar und zudem um die Längsachse des zweiten Gelenkarms 5 gegenüber diesem drehbar sein. Die Gelenkarme 2, 5 sowie der Sockelabschnitt 3 und die Werkzeugaufnahme 6 sind auf grundsätzlich bekannte Weise mittels nicht näher ersichtlicher Antriebsmotoren um die entsprechenden Drehachsen verlagerbar, so dass der Gelenkarmroboter R Arbeiten innerhalb eines Arbeitsbereichs A ausführen kann. Vorliegend ist innerhalb des Arbeitsbereichs A des Gelenkarmroboters R ein Hindernis H angeordnet, das ortsfest oder beweglich sein kann. Das Hindernis H ist in Fig. 1 lediglich schematisch und stark vereinfacht - im Sinne eines generischen Platzhalters - dargestellt und kann insbesondere eine in dem Arbeitsbereich A arbeitende Person sein. Alternativ ist es auch möglich, dass das Hindernis H durch einen Abschnitt, beispielweise den Sockelabschnitt 3 oder den Fußabschnitt 4, des Gelenkarmroboters R gebildet ist. Die Schutzvorrichtung 1 dient der Gewährleistung einer ausreichenden Arbeitssicherheit und ist auf noch näher zu erläuternde Weise derart ausgestaltet, dass eine Kollision zwischen dem Industrieroboter R und dem Hindernis H detektierbar ist, um eine Notabschaltung des Industrieroboters R im Kollisionsfall zu ermöglichen.

Zu diesem Zweck weist die Schutzvorrichtung 1 Schutzelemente 7a auf, die als Hülle für einen Außenwandabschnitt 8 des Industrieroboters R vorgesehen sind. In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 sind zwei Schutzelemente 7a vorgesehen, die den zweiten Gelenkarm 5 im Wesentlichen vollständig ummanteln. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass weniger oder mehr als zwei Schutzelemente 7a vorgesehen sind und dass diese alternativ oder zusätzlich beispielsweise an dem ersten Gelenkarm 2 und/oder dem Sockelabschnitt 3 vorgesehen sind. Weiter weist die Schutzvorrichtung 1 eine den Schutzelementen 7a, 7a zugeordnete Sensorik 9 auf, die derart gestaltet ist, dass eine Kollision zwischen dem Hindernis H und wenigstens einem der Schutzelemente 7a erfassbar ist. Die Sensorik 9 ist anhand Fig. 1 lediglich vereinfacht und schematisch dargestellt und kann beispielsweise elektrische und/oder elektronische Komponenten umfassen, die innerhalb und/oder außerhalb des jeweiligen Schutzelementes 7a, 7a angeordnet sein können. Die Sensorik 9 ist derart ausgestaltet, dass wenigstens eine nicht näher bezeichnete physikalische Größe an dem jeweiligen Schutzelement 7a erfassbar ist, was anhand Fig. 1 mittels der dort ersichtlichen strichliert gezeichneten Verbindungen zwischen der Sensorik 9 und dem jeweiligen Schutzelement 7a verdeutlicht werden soll. Weiter kann die Sensorik 9 dazu vorbereitet sein, in Abhängigkeit der an den Schutzelementen 7a, 7a erfassten physikalischen Größen ein Ausgangssignal M an eine nicht näher ersichtliche Steuereinheit des Gelenkarmroboters R zu übermitteln. Mittels des Signals M kann im Kollisionsfall eine Notabschaltung des Industrieroboters R bewirkt werden.

Wie insbesondere anhand der Fig. 2 sowie 3a und 3b ersichtlich ist, sind die Schutzelemente 7a, 7a jeweils in Gestalt eines Formteils ausgebildet. Die Formteile 7a, 7a sind jeweils aus Kunststoff gefertigt und weisen einen im Wesentlichen identischen Aufbau auf, so dass nachfolgend zur Vermeidung von Wiederholungen lediglich auf eines der beiden Formteile 7a, 7a näher eingegangen wird.

Das Formteil 7a weist eine halbschalenförmige Gestalt auf, deren Innenkontur 10a im Wesentlichen einer Kontur des Außenwandabschnitts 8 des Industrieroboters R nachempfunden sein kann. Weiter weist das Formteil 7a eine Aussparung 1 1 a auf, die in betriebsfertig montiertem Zustand die Werkzeugaufnahme 6 des Industrieroboters R freigibt. Weiter weist das Formteil 7a an einer im betriebsfertig montierten Zustand dem Außenwandabschnitt 8 abgewandten Wirkoberfläche eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13a auf. Die erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13a ist im Wesentlichen vollflächig an der Wirkoberfläche ausgebildet. Selbstverständlich ist es auch möglich, dass die erste Leitschicht 13a lediglich abschnittsweise, beispielsweise streifen-, gitter- oder mäanderförmig, ausgebildet ist. In einer ersten Ausführungsvariante gemäß Fig. 4c ist die Leitschicht 13a mittels einer Beschichtung des Formteils 7a mit einem elektrisch leitfähigen Material 14 gebildet. Vorliegend ist als leitfähiges Material 14a Graphit vorgesehen. Alternativ zu der Variante gemäß Fig. 4c kann nach Fig. 4d die Leitschicht 13a durch eine Werkstoffoberfläche Oberfläche des Formteils 7a gebildet sein. Zu diesem Zweck weist das Formteil 7a eine Werkstoffzusammensetzung W auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff 15a beinhaltet. Als Füllstoff 15a sind Aluminiumpartikel vorgesehen. Weiter weist die Werkstoffzusammensetzung W einen thermoplastischen Elastomer auf. Als thermoplastischer Elastomer ist bei dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 4a bis 4d PP-EPDM (Polypropylen Ethylen-Propylen-Dien- Kautschuk) gewählt.

Die Sensorik 9 ist derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands R1 der Leitschicht 13a erfassbar ist. Anhand Fig. 1 ist dies schematisch mit der dort strichliert eingezeichneten Verbindung zwischen der Sensorik 9 und dem Formelement 7a angedeutet. Der elektrische Widerstand R1 ändert sich infolge eines elektrischen Potentialausgleichs zwischen dem Hindernis H und der Leitschicht 13a. Dies setzt voraus, dass das Hindernis H gegenüber dem elektrischen Potential der Leitschicht 13a nicht elektrisch isoliert ist.

Die Ausführungsformen erfindungsgemäßer Schutzelemente 7b, 7c sowie 7i und 7j nach den Fig. 5a bis 6f weisen hinsichtlich ihrer strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung Übereinstimmungen mit der zuvor anhand der Fig. 1 bis 4c beschriebenen Ausführungsform auf. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird daher auf die Offenbarung zu der Ausführungsform nach den Fig. 1 bis 4c verwiesen. Nachfolgend wird lediglich auf die wesentlichen Unterschiede der Ausführungsformen nach den Fig. 5a bis 6f eingegangen. Funktions- und/oder baugleiche Abschnitte und Teile dieser Ausführungsformen werden mit gleichen Bezugszeichenziffern unter Hinzufügung geänderter Kleinbuchstaben versehen.

Die Ausführungsform nach den Fig. 5a bis 5d sieht ein zweischalig gestaltetes Formteil 7b vor. Das Formteil 7b weist insoweit eine Oberschale 16b und eine Unterschale 17b auf. Die Unterschale 17b ist vorliegend zur Anlage an den Außenwandabschnitt 8 des Industrieroboters R vorgesehen. Alternativ kann die Unterschale 17b in montiertem Zustand beabstandet zu dem Außenwandabschnitt 8 sein. Hierdurch kann im Falle einer Kollision ein zusätzlicher Pufferweg erreicht werden. Zudem ist es zu diesem Zweck möglich, ein weichelastisches Material zwischen der Unterschale 17b und dem Außenwandabschnitt 8 anzuordnen. Wie anhand der vergrößerten Darstellungen der Fig. 5c und 5d ersichtlich ist, weist das Formteil 7b eine erste elektrisch leitfähige Leitschicht 13b und eine zweite elektrische Leitschicht 18b auf. Die Leitschichten 13b, 18b sind zwischen der Oberschale 16b und der Unterschale 17b einander gegenüberliegend angeordnet. Hierbei kontaktieren sich die Leitschichten 13b, 18b unmittelbar bereits in einem kollisionsunbeeinflussten Zustand des Formteils 7b. Bei der Variante gemäß Fig. 5c sind die Leitschichten 13b und 18b jeweils mittels einer Beschichtung der Oberschale 16b bzw. der Unterschale 17b mit einem elektrisch leitfähigen Material 14b, nämlich Graphit, gebildet. Bei der Variante gemäß Fig. 5d sind die Leitschichten 13b, 18b jeweils durch die jeweilige Werkstoffoberfläche der Oberschale 16b bzw. der Unterschale 17b gebildet. Zu diesem Zweck weist die Unterschale die Werkstoffzusammensetzung Wb mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff 15b. Demgegenüber weist die Oberschale 16a eine hiervon abweichende Werkstoffzusammensetzung Vb auf, die einen elektrisch leitfähigen Füllstoff 1 15b, nämlich Graphit, beinhaltet. Die Oberschale 16b ist weichelastisch ausgestaltet. Alternativ oder zusätzlich kann die Unterschale 17b weichelastisch ausgestaltet sein. Im Kollisionsfall mit dem Hindernis H kommt es zu einer jedenfalls lokalen Deformation der Ober- und der Unterschale 16b, 17b, wobei die elektrisch leitfähigen Leitschichten 13b, 18b verstärkt gegeneinander gepresst werden. Infolge dieser verstärkten Pressung ist eine Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht 13b und/oder der zweiten Leitschicht 18b mittels der Sensorik 9 erfassbar.

In Übereinstimmung mit der Ausführungsform nach den Fig. 5a bis 5d sieht die Ausführungsform nach den Fig. 6a bis 6d eine zweischalige Ausgestaltung des dortigen Formteils 7c vor. Ebenso wie das Formteil 7b weist das Formteil 7c eine Oberschale 16c und eine Unterschale 17c auf, wobei die Unterschale 17c wiederum zur Anlage an dem Außenwandabschnitt 8 vorgesehen ist. Im Gegensatz zu dem Formteil 7b sieht das Formteil 7c einen Hohlraum 19 vor, der in Dickenrichtung des Formteils 7c zwischen der Unterschale 17c und der Oberschale 16c angeordnet ist. Der Hohlraum 19 ist luftdicht nach außen abgeschlossen. Das Formteil 7c weist wiederum eine erste und eine zweite elektrisch leitfähige Leitschicht 13c bzw. 18c auf. Die erste Leitschicht 13c ist an einer Innenfläche der Oberschale 16c ausgebildet. Die zweite Leitschicht 18c ist an einer Innenfläche der Unterschale 17c ausgebildet. Insoweit sind die Leitschichten 13c und 18c in Übereinstimmung zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den Fig. 5a bis 5d zwischen der Unterschale 17c und der Oberschale 16c einander gegenüberliegend angeordnet. Im Unterschied hierzu sind die Leitschichten 13c, 18c allerdings durch den zwischen der Ober- und der Unterschale 16c, 17c ausgebildeten Hohlraum 19 in Dickenrichtung voneinander beabstandet. Vorliegend beträgt der Abstand in etwa 5mm, was jedoch nicht zwingend der Fall sein muss. Je nach Anwendungsfall und insbesondere Abmessung des Gelenkarmroboters R kann der Abstand größer oder kleiner als 5 mm sein.

Bei der Ausführungsvariante nach Fig. 6c sind die Leitschichten 13c, 18c jeweils mittels einer Beschichtung der Oberschale 16c bzw. der Unterschale 17c mit einem elektrisch leitfähigen Material 14c gebildet. Die Variante gemäß Fig. 7d sieht eine hiermit übereinstimmende Ausgestaltung der Oberschale 16c und der an dieser ausgebildeten Leitschicht 13c vor. Demgegenüber ist die Leitschicht 18c durch die innenliegende Werkstoffoberfläche der Unterschale 17c ausgebildet, die zu diesem Zweck eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung Wc mit einem elektrisch leitfähigen Füllstoff 15c aufweist.

Die Oberschale 16c nähert sich bei einer Kollision des Formteils 7c mit dem Hindernis H aufgrund einer weichelastischen Ausgestaltung des Formteils 7c der Unterschale 17c an. Zu diesem Zweck beispielsweise die Oberschale 16c aus einem Kunststoffschaum gefertigt und/oder dünnwandig und somit nachgiebig gestaltet sein. Hierbei kommt es zu einer elektrischen Kontaktierung zwischen der ersten Leitschicht 13c und der zweiten Leitschicht 18c. Dies bewirkt eine Änderung des elektrischen Widerstands der ersten Leitschicht 13c und/oder der zweiten Leitschicht 18c, die mittels der Sensorik 9 erfassbar ist. Zudem kommt es aufgrund des luftdichten Abschlusses des Hohlraums 19 zu einer kollisionsbedingten Änderung eines Drucks P in dem Hohlraum 19. Die Sensorik 9 ist derart ausgestaltet, dass eine solche kollisionsbedingte Änderung des Drucks P in dem Hohlraum 19 erfassbar ist. Zu diesem Zweck kann die Sensorik 9 einen Drucksensor aufweisen, der in dem Hohlraum 19 angeordnet sein kann.

Anhand Fig. 6e ist ein Formteil 7i ersichtlich, das hinsichtlich seiner strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung im Wesentlichen identisch mit dem Formteil nach den Fig. 6a bis 6d ist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf die Offenbarung im Zusammenhang mit dem Formteil 7c verwiesen, die in analoger Weise für das Formteil 7i gilt. Im Unterschied zu dem Formteil 7c sieht das Formteil 7i eine Federeinrichtung FE vor. Die Federeinrichtung FE ist in Dickenrichtung zwischen der Oberschale 16i und der Unterschale 17i angeordnet. Die Federeinrichtung FE ist in einem in Dickenrichtung zwischen der Oberschale 16i und der Unterschale 17i ausgebildeten Hohlraum 19i angeordnet und derart gestaltet, dass eine kollisionsbedingte Deformation der Oberschale 16i mittels der Federeinrichtung FE abgefedert ist. Durch diese Ausgestaltung wird vermieden, dass bereits vergleichsweise geringfügige kollisionsbedingte Deformationen des Formteils 7i zu einer Kontaktierung der Oberschale 16i an der Unterschale 17i und damit zu einer kollisionsbedingen Widerstandsänderung der ersten Leitschicht - die vorliegend an einer der Unterschale 17i zugewandten Innenseite der Oberschale 16i ausgebildet ist - führen. Insoweit fungiert die Federeinrichtung FE als eine Art nachgiebiger Distanzhalter. Dabei ist die Unterschale vorliegend in Form eines Schaumkerns 17i ausgebildet. Der Schaumkern 17i ist aus Kunststoff gefertigt, wobei der Kunststoff eine elektrisch leitfähige Werkstoffzusammensetzung aufweist. Zu diesem Zweck kann der Kunststoffwerkstoff mit einem entsprechenden Füllmaterial, beispielsweise Metallpartikeln, Ruß oder dergleichen, versehen sein. Die Werkstoffoberfläche des Schaumkerns 17i bildet somit eine zweite elektrische Leitschicht aus. Bei einer nicht näher dargestellten Ausführungsform kann der Schaumkern mehrere Schichten aufweisen, wobei wenigstens eine oberste - zur Kontaktierung mit der Oberschale vorgesehenen - Schicht leitfähig ist. Die Federeinrichtung FE ist an einer Oberseite O des Schaumkerns 17i angeordnet. Die Oberseite O des Schaumkerns 17i ist der nicht näher bezeichneten Innenseite der Oberschale 16i zugewandt. Dabei weist die Federeinrichtung eine elektrisch nicht leitfähige und gitterförmig gestaltete Schaumstruktur SR auf. Die Schaumstruktur SR ist aus Kunststoff gefertigt. Die Schaumstruktur SR kann lose in den Hohlraum 19i zwischen der Oberschale 16i und dem Schaumkern 17i eingelegt sein. Alternativ kann die Schaumstruktur SR fest mit der Oberseite O verbunden sein. Beispielsweise kann die Schaumstruktur SR auf die Oberseite O auf- oder an diese angespritzt, aufgeklebt oder angeschweißt sein.

Anhand Figur 6f ist ein Formteil 7j ersichtlich, das hinsichtlich seiner strukturellen sowie funktionellen Ausgestaltung Übereinstimmungen mit dem Formteil 7i nach Figur 6e aufweist. Zur Vermeidung von Wiederholungen wird insoweit auf die Offenbarung im Zusammenhang mit dem Formteil 7i verwiesen, die in analoger Weise für das Formteil 7j gilt. Im Unterschied zu dem Formteil 7i ist das Formteil 7j dreischalig gestaltet. Dabei ist in Dickenrichtung zwischen der Oberschale 16j und der Unterschale 17j eine Zwischenschale ZS vorgesehen. Die Unterschale ist vorliegend wiederum in Form eines elektrisch leitfähigen Schaumkerns 17j ausgebildet. Die Zwischenschale ZS ist elastisch und weist beidseits - d.h. sowohl an ihrer der Oberschale 16j zugewandten Oberseite, als auch an ihrer der Unterschale 17j zugewandten Unterseite - jeweils eine elektrisch leitfähige Leitschicht auf. Die Federeinrichtung FE ist vorliegend beidseits der Zwischenschale ZS angeordnet und weist insoweit eine erste Schaumstruktur SR, die in Dickenrichtung zwischen der Unterschale 17j und den Zwischenschalen ZS angeordnet ist, und eine zweite Schaumstruktur SR' auf, die in Dickenrichtung zwischen der Zwischenschale ZS und der Oberschale 16j angeordnet ist. Die beiden Schaumstrukturen SR, SR' sind wiederum elektrisch nicht leitfähig ausgebildet. Das Formteil 7j erlaubt somit eine Kollisionserkennung ausgehend von einer Deformation der Oberschale 16j zum einen und zum anderen ausgehend von einer Deformation der Unterschale 17j.Den Formteilen 7a, 7b und 7c sowie 7i und 7j ist gemeinsam, dass sie jeweils als Thermoform-Bauteil hergestellt sind. Das heißt, die Formteile 7a bis 7c sowie 7i und 7j sind jeweils mittels eines im Bereich der Kunststofftechnik grundsätzlich bekannten Thermoform-Verfahrens hergestellt. Dieses Thermoform-Verfahren sieht ein Erwärmen eines thermoplastischen Kunststoffhalbzeugs, beispielsweise einer Kunststoff plattenware oder eines plattenförmigen Kunststoffschaums, vor. Das erwärmte Kunststoffhalbzeug wird in einer Tiefziehform vakuumutiefgezogen, abgekühlt und entformt.

Hierbei sind die Formteile 7b und 7c im Speziellen als Twin-Sheet-Bauteile hergestellt. Das heißt zu deren Herstellung ist ein als solches bekanntes Twin-Sheet-Thermoform-Verfahren vorgesehen. Bei dieser im Bereich der Kunststofftechnik grundsätzlich bekannten Sonderform des Thermoformens werden zwei plattenförmige Kunststoffhalbzeuge erwärmt, zwischen einander gegenüberliegend positionierte Tiefziehformen verbracht und vakuumunterstützt in die Tiefziehformen tiefgezogen, wobei die Tiefziehformen gegeneinander zur Anlage gebracht und die tiefgezogenen Kunststoffplatten miteinander verschweißt werden. Die Leitschichten 13a-c sowie 18b und 18c können jeweils verschiedenartig gestaltet, beispielsweise vollflächig, mäanderförmig, streifenförmig oder dergleichen, ausgebildet sein. Insbesondere bei einer wenigstens zweischaligen Ausgestaltung des Formteils gemäß der Ausführungsform nach den Fig. 6a bis 6d sowie gemäß den Ausführungsformen nach den Fig. 6e und 6f können mittels verschiedenartig gestalteter Leitschichten unterschiedliche Vorteile und Funktionalitäten erreicht werden. Nachfolgend wird anhand der Fig. 7 bis 12b näher auf spezifische Ausgestaltungen der ersten Leitschicht und der zweiten Leitschicht eingegangen.

Gemäß Fig. 7 ist eine erste Leitschicht in Gestalt einer mäanderförmigen ersten Leiterbahn 13d an einer Innenwandung 20d einer Oberschale 16d eines Formteils ausgebildet, wobei die Oberschale 16d zur besseren Erkennbarkeit der innenliegenden Leiterbahn 13d um in etwa 180° entlang ihrer Längsachse gedreht ist. Die erste Leiterbahn 13d ist im Wesentlichen über die gesamte Innenwandung 20d erstreckt. Ein Anschlussabschnitt 21 d, der zur elektrisch leitfähigen Verbindung mit der Sensorik 9 vorgesehen ist, ist in Breitenrichtung der Oberschale 16d in etwa mittig stirnendseitig angeordnet. Ausgehend von dem Anschlussabschnitt 21 d erstreckt sich die erste Leiterbahn 13d mäanderförmig. Hierbei sind benachbarte, zueinander parallel und in Breitenrichtung der Oberschale 16d erstreckte Leiterbahnabschnitte 22d jeweils mittels eines gebogenen Verbindungsabschnittes 23d elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Innenwandung 20d ist lediglich an der ersten Leiterbahn 13d elektrisch leitfähig. In den zwischen den Leiterbahnabschnitten 22d angeordneten Bereichen der Innenwandung 20d liegt hingegen keine elektrische Leitfähigkeit vor. Die erste Leiterbahn 13d ist dazu vorgesehen, im Falle einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis H mit einer zweiten Leitschicht kontaktiert zu werden. Diese zweite Leitschicht ist vorteilhafterweise an einer der Oberschale 16d zugeordneten Unterschale des Formteils ausgebildet. Vorzugsweise ist die zweite Leitschicht an einer Innenwandung der Unterschale, die der Innenwandung 20d der Oberschale 16d zugewandt ist, ausgebildet. Die zweite Leitschicht kann wiederum verschiedenartig ausgestaltet sein.

Gemäß Fig. 9 ist - wie anhand der stark vereinfachten Prinzipdarstellung verdeutlicht werden soll - eine zweite Leitschicht 18d vorgesehen, die vorliegend vollflächig ausgebildet ist. Die zweite Leitschicht 18d bildet somit eine durchgehende Kontaktfläche, an der die mäanderförmig ausgestaltete Leiterbahn 13d im Falle einer Kollision des Formteils mit dem Hindernis H kontaktierbar ist. Die zweite Leitschicht 18d weist einen Anschlussabschnitt 24d auf. Der Anschlussabschnitt 24d ist für eine elektrisch leitfähige Verbindung der zweiten Leitschicht 18d mit der Sensorik 9 vorgesehen. Die erste Leiterbahn 13d kann zusätzlich zu dem Anschlussabschnitt 21 d mit einem zweiten, vorliegend nicht näher dargestellten Anschlussabschnitt, versehen sein. Der zweite Anschlussabschnitt ist von Vorteil an einem dem ersten Anschlussabschnitt 21 d abgewandten Ende der Leiterbahn 13d angeordnet. Dadurch kann vorteilhafterweise eine defektbedingte Änderung des Widerstandes der Leiterbahn 13d unabhängig von einer Kontaktierung mit der zweiten Leitschicht 18d, beispielsweise mittels der zu diesem Zweck entsprechend eingerichteten Sensorik 9, erfasst werden.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 10a ist anstelle der mäanderförmigen ersten Leiterbahn 13d eine erste Leitschicht vorgesehen, die in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter erster Leiterbahnen 13e ausgebildet ist. Die ersten Leiterbahnen 13e sind zueinander parallel erstreckt und weisen jeweils einen Anschlussabschnitt 21 e auf, der zu einer Verbindung der jeweiligen ersten Leiterbahn 13e mit der Sensorik 9 vorgesehen ist. Bei dieser Ausgestaltung ist die Sensorik 9 von Vorteil derart ausgestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstands einer jeden der ersten Leiterbahnen 13e separat erfassbar ist. Die ersten Leiterbahnen 13e können sich je nach Orientierung im Wesentlichen über die gesamte Breite oder die gesamte Länge der Innenwandung der Oberschale erstrecken. Die ersten Leiterbahnen weisen - in Bezug auf die Zeichenebene der Fig. 10a - eine Breite von etwa 10mm auf. Diese Ausgestaltung ermöglicht es, eine Position der Berührung des Hindernisses H im Kollisionsfall näher einzugrenzen, sofern lediglich einzelne der ersten Leiterbahnen 13e gegenüber der zweiten Leitschicht 18d elektrisch kontaktiert werden. Sind die ersten Leiterbahnen 13e beispielsweise in Breitenrichtung der Oberschale 16d erstreckt, kann eine Längenposition der Berührung des Hindernisses an der Oberschale 16d ermittelt werden. Sind die ersten Leiterbahnen 13e stattdessen in Längenrichtung der Oberschale 16d erstreckt, kann eine Breitenposition ermittelt werden.

Die Ausführungsform gemäß Fig. 10b unterscheidet sich lediglich dahingehend von der Ausführungsform nach Fig. 10a, dass erste Leiterbahnen 13f vorgesehen sind, die gegenüber den ersten Leiterbahnen 13e eine geringere Breite von in etwa 3mm aufweisen. Auf diese Weise kann insbesondere eine höhere Auflösung der vorbeschriebenen Positionsermittlung erreicht werden.

Die Ausführungsform nach Fig. 1 1 sieht eine zweite Leitschicht vor, die in Gestalt einer mäanderförmigen zweiten Leiterbahn 18e ausgebildet und quer zu der ersten Leiterbahn 13d erstreckt ist. Anstelle der anhand Fig. 1 1 ersichtlichen um 90° gegeneinander verdrehten Anordnung der mäanderförmigen Leiterbahnen 13d und 18e ist beispielsweise auch eine um 45 oder 135° verdrehte Anordnung denkbar.

Die Ausführungsform nach Fig. 12a unterscheidet sich dahingehend von der Ausführungsform nach Fig. 10a, dass anstelle der vollflächig ausgebildeten zweiten Leitschicht 18d eine zweite Leitschicht in Gestalt einer Mehrzahl parallel erstreckter, streifenförmiger, elektrisch voneinander getrennter Leiterbahnen 18f vorgesehen ist. Die zweiten Leiterbahnen 18f sind quer zu den ersten Leiterbahnen 13e angeordnet. Jede der zweiten Leiterbahnen 18f ist mit einem Anschlussabschnitt 24f versehen. Die Anschlussabschnitte 24f sind zur elektrischen Verbindung der jeweiligen zweiten Leiterbahn 18f mit der Sensorik 9 vorgesehen. Bei dieser Ausführungsform ist die Sensorik 9 von Vorteil derart ausgestaltet, dass eine kollisionsbedingte Änderung des elektrischen Widerstandes einer jeden der ersten Leiterbahnen 13e und einer jeden der zweiten Leiterbahnen 18f separat erfassbar ist. Die ersten Leiterbahnen 13e und die zweiten Leiterbahnen 18f bilden durch die derartige, um 90° zueinander verdrehte Anordnung, eine Art Kontaktraster aus. Im Kollisionsfall kann daher ein Berührpunkt des Hindernisses H an der Oberschale 16d örtlich eingegrenzt werden, je nachdem, an welcher der ersten Leiterbahnen 13e und zweiten Leiterbahnen 18f eine Veränderung des jeweiligen elektrischen Widerstandes erfasst wird.

Die Ausführungsform nach Fig. 12b unterscheidet sich lediglich dahingehend von der Ausführungsform nach Fig. 12a, dass erste Leiterbahnen 13f und zweite Leiterbahnen 18g vorgesehen sind, die gegenüber den ersten Leiterbahnen 13e bzw. den zweiten Leiterbahnen 18f eine verringerte Streifenbreite aufweisen. Auf diese Weise kann eine verbesserte Positionsauflösung bei der Ermittlung eines Berührpunktes des Hindernisses H an der Oberschale 16d erreicht werden. Zudem kann dadurch eine möglichst lückenlose Kollisionsdetektion erreicht werden.

In gleicher Weise wie die Leiterbahn 13d nach Fig. 9 können die Leiterbahnen nach den Fig. 10a bis 12b zwecks der Detektion einer defektbedingten Widerstandsänderung jeweils mit einem zusätzlichen Anschlussabschnitt versehen sein.