DE102005029908A1 - Energieübertragung bei rundschaltenden Maschinen - Google Patents

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Abstract

Energieübertragung bei rundschaltenden Maschinen, insbesondere Werkzeugmaschinen, mit Aufteilung der Energieverbindungen in feststehende Statorbauteile und mitschaltende Gegenstücke, insbesondere mitschaltende Läufer, die derart aufgebaut sind, dass die Energie berührungslos auf das Trägerbauteil übertragen wird und ein Weiterschalten des Trägerbauteiles die aktuelle Kombination aus Statorbauteilen und Gegenstücken ohne Zusatzbewegung löst und das Positionieren des Trägerbauteiles ohne Zusatzbewegung neue Kombinationen zur Energieübertragung schafft. DOLLAR A Hierdurch ist eine platzsparende, verschleißfreie und felxible Energieübertragung möglich.

Description

  • Die Erfindung betrifft die Zuführung von Energie zur Bearbeitung von Werkstücken oder den Antrieb von Werkzeugen und/oder Werkstücken auf Trägerbauteilen von Maschinen gemäß dem Oberbegriff in Anspruch 1.
  • Bei derartigen Maschinen sind Bearbeitungseinrichtungen, Werkzeuge und/oder Werkstücke auf einem Trägerkörper angeordnet. Durch ein Verdrehen des Trägerkörpers um die zentrale Achse (= schalten) gelangen die Bearbeitungseinrichtungen (= Ort, wo sich ein oder mehrere Werkzeuge und/oder ein oder mehrere Werkstücke befinden und/oder eine Bearbeitung von Werkstücken stattfindet) in die nächste Arbeitsposition. Bearbeitungseinrichtungen für z.B. Laserbearbeitung oder Induktionshärten muss Energie zugeführt werden. Des weiteren gibt es Anwendungen bei denen die auf dem Trägerkörper angeordneten Werkzeuge oder Werkstücke relativ zum Trägerkörper bewegt werden, wozu Energie zugeführt werden muss. Hierbei wird unterschieden zwischen Dreh- und Vorschubbewegungen.
  • Derartige Energiezuführungen sind aus dem Stand der Technik bekannt.
  • Zum einen werden stationäre Energiequellen über Kabel oder Schläuche mit dem rundschaltenden Trägerbauteil verbunden. Ein Verdrehen des Trägerbauteiles führt zu einem Aufwickeln oder Verdrillen der elastischen zuführenden Leitungen.
  • Zum anderen werden Drehverteiler eingesetzt, welche auf der zentralen Achse des Trägerbauteiles angeordnet sind. Die Zuführung der Energie zum Drehverteiler kann starr ausgeführt werden, ebenso kann nach dem Drehverteiler die Energie über starre Leitungen auf dem Trägerbauteil weitergeleitet werden. Die Drehverteiler sind je nach Energieform unterschiedlich ausgeführt.
  • Besonders zur Übertragung von rotativer Energie sind viele Lösungen bekannt, die mit mechanischen Kupplungen arbeiten. Viele von diesen sind spielbehaftet, um ein dynamisches Ein- und Auskuppeln beim Schalten des Trägerbauteiles zu ermöglichen. Es werden auch spielfreie Lösungen eingesetzt. Hierbei wird nach dem Schalten über eine Zusatzbewegung die Spielfreiheit erreicht, welche vor der nächsten Bewegung des Trägerbauteiles wieder durch eine Zusatzbewegung gelöst wird.
  • Nachteilig bei den Verfahren mit elastischen Leitungen ist das notwendige Reversieren nach einer maximalen Aufwicklung oder Verdrillung der Leitungen, der Platzbedarf (z.B. in EP 0 811 464 B1 thematisiert) sowie der Verschleiß der elastischen Leitungen.
  • Nachteilig bei den Verfahren mit Drehverteilern ist der hohe Platzbedarf in axialer Richtung, da für jede zu versorgende Einrichtung eine oder mehrere eigene Spuren notwendig sind und diese nebeneinander seien müssen. Des weiteren liegt bei Drehverteilern mit mechanischen Berührungen (z.B. Schleifringen) ein Verschleißproblem vor.
  • Bei beiden Verfahren sind Motoren, welche fest mit dem Trägerbauteil verbunden sind, notwendig, um elektrische Energie in rotative Energie zu wandeln. Hierbei ist es nachteilig, dass Elektromotoren schwere Bauteile sind, die zusätzliche rotatorische Massen für das Trägerbauteil darstellen. Außerdem erzeugen sie Verlustwärme, die abgeführt werden muß. Sofern dies nicht über Luftkühlung möglich ist, muß den nicht ortsfesten Motoren Flüssigkeit zugeführt werden, was erheblichen Aufwand darstellt. Die Probleme der zusätzlichen rotatorischen Massen und der Kühlung nehmen mit dem Leistungsbedarf stark zu.
  • Demgegenüber gibt es bei den mechanisch gekuppelten Systemen die Möglichkeit, die Motoren ideal zu versorgen und diese können unabhängig von ihrer Masse dimensioniert werden. Jedoch ist in vielen Anwendungen eine genaue Positionierung des Werkzeuges und/oder des Werkstückes notwendig. Dies ist mit einer spielbehafteten Kupplung nicht möglich. Die Varianten, in denen Zusatzbewegungen das Spiel eliminieren (z. B. DE 35 30 860 ) haben den Nachteil, dass sie hierfür zusätzliche Aktoren und Zeit außerhalb des eigentlichen Schaltvorgang brauchen.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, platzsparend und verschleißfrei Energie auf ein Trägerbauteil zu übertragen, die Energieübertragung so auszuführen, dass die Schaltung des Trägerbauteils ohne Reversion oder andere Restriktionen (wie z.B. Zusatzbewegungen an den Kupplungen) beliebig erfolgen kann, und insbesondere bei Anwendungen mit Bedarf an rotativer Energie diese spielfrei und mit geringen rotatorischen Massen für das Trägerbauteil zuzuführen.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst.
  • Die erfindungsgemäße Lösung eröffnet die Möglichkeit, die Einrichtungen auf dem Trägerbauteil einfach und platzsparend mit Energie zu versorgen. Gemäß dem Bedarf kann hiermit auf elektromagnetischem Weg Energie übertragen werden, der Einsatz von Hydraulik und Pneumatik ist möglich, auch die Übertragung von Energie mittels Licht ist ohne Probleme realisierbar. Ein besonderer Vorteil besteht darin, dass bei jeder Statorbauteil-Gegenstück-Kombination die Steuerung unterschiedliche Programme fahren kann. So ist bei geringem für die Übertragung benötigtem Bauraum eine hohe Flexibilität der Prozesse auf dem Trägerbauteil möglich.
  • Um eine Schaltung ohne Restriktionen zu ermöglichen, werden der oder die Statorbauteile derart aufgebaut und angeordnet, dass die Gegenstücke beim Schalten berührungslos an ihnen vorbeifliegen. Im einfachsten Fall gibt es pro Bearbeitungseinrichtung des Trägerbauteiles ein Gegenstück und in jeder Lage, in der die hineingeschaltete Bearbeitungseinrichtung Energie benötigt, wird ein Statorbauteil passend montiert und an die Steuerung angeschlossen.
  • Des weiteren können die Bauteile geometrisch so gestaltet werden, dass in einer Ebene mehrere Statorbauteile und ihre Gegenstücke pro Bearbeitungseinrichtung möglich sind. Hierdurch ist es z.B. in einer Bearbeitungsposition möglich, sowohl die Energie eines Laserstrahls als auch die Energie für die Drehung eines zu bearbeitenden Werkstückes zuzuführen. Sollten die verschiedenen Gegenstücke einer Bearbeitungseinrichtung nicht kompatibel sein, so ist es möglich, die zugehörigen Statorbauteile auf 2 Ebenen aufzuteilen. Dies bedeutet zwar zusätzlichen axialen Platzbedarf, hat aber im Verhältnis zu den Drehverteilern immer noch den großen Vorteil, dass für alle Bearbeitungseinrichtungen zusammen nur 2 Spuren gebraucht werden. Bei den Drehverteilern hingegen braucht jede Bearbeitungseinrichtung und jede Energiezuführung ihre eigene Spur, so dass die Anzahl der Spuren um den Faktor „Anzahl Bearbeitungseinrichtungen" größer ist, als bei der erfindungsgemäßen Lösung. Des weiteren muss unabhängig von der Anzahl der Bearbeitungseinrichtungen jede Verbindung von der Steuereinheit zur Maschine nur 1 mal geschaffen werden. Sollte in einer Bearbeitungsposition eine Energiequelle nicht benötigt werden, so entfällt hier der Anschluss. Beispielsweise kann so der Lichtstrahl eines Lasers immer zum Statorbauteil Nummer 3 und somit zur aktuell zugehörigen Bearbeitungseinrichtung gelenkt werden. Ein Schalten der Lichtwege außerhalb der Maschine entfällt ebenso wie die elastischen Lichtkabel von diesem Schalter zu den Bearbeitungseinrichtungen. Zusätzlich ist ein ungewolltes Aktivieren des Laserstrahls in der falschen Bearbeitungseinrichtung ausgeschlossen.
  • Ein wesentliches Merkmal der Trägerbauteile ist heutzutage ihre sehr exakte Führung und ihre sehr exakte Positionierung. So ist es ohne Schwierigkeiten möglich Abstände zwischen Statorbauteilen und Gegenstücken zu erzielen, die weit unter 1 mm liegen. Dies ermöglicht auch den Einsatz von Hydraulik und Pneumatik, wobei hier die Spalte zwischen Statorbauteil und Gegenstück als Drossel wirken, während die eigentliche Energieübertragung durch den Bereich stattfindet, der eine unreduzierte Druckübertragung ermöglicht.
  • Besonders vorteilhaft ist hierbei eine zweiseitige Beaufschlagung des Gegenstückes. Hierdurch wirkt auf die Lagerung des Trägerbauteils nur die Resultierende der beiden Kräfte. Diese ist im Idealfall = 0. Dies gilt für alle Energieübertragungen, die Kräfte in die Lagerung des Trägerbauteiles leiten.
  • Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ergibt sich durch die Teilung von Elektromotoren in einen zum Trägerbauteil ortsfesten Stator und mehrere mittaktende Läufergegenstücke. Der geringe Luftspalt, der sich nach dem Schalten des Trägerbauteiles zwischen dem Stator und dem neu hinzugekommenen Läufer ausbildet, ist geeignet um über ein elektromagnetisches Feld den Läufer anzutreiben. Hierdurch ist es problemlos möglich, den somit stationären Stator zu kühlen. Zudem muß das Trägerbauteil den Stator nicht mitbewegen. Hier ist nochmals zu bedenken, dass, unabhängig davon ob ein Antrieb in allen Positionen gebraucht wird, bei bisherigen Lösungen in allen Bearbeitungseinrichtungen ein kompletter Motor und die damit verbundene rotatorische Masse nötig war. Besonders vorteilhaft für den rotatorischen Antrieb sind scheibenförmige Rotoren. Hierdurch sind 2 elektromagnetische Felder möglich, die sich in ihrer Kraftwirkung bezüglich der Lagerung des Trägerbauteils aufheben. Die Verwendung von Axialfeldmotoren (z.B. EP 1 153 469 ) eröffnet die Möglichkeit hohe Leistungen bei verschiedenen Drehzahlen zu übertragen.
  • Ebenfalls möglich ist die Aufteilung von Linearmotoren in ortsfeste Statoren und mitschwenkende Läufer, welche senkrecht zur Hauptachse beweglich sind. Hierbei ist es sinnvoll, die Läufer zweiseitig mit Permanentmagneten zu versehen.
  • Zur Regelung der derart aufgeteilten rotierenden bzw. linear verschiebbaren Elektromotoren ist es zweckdienlich, auch die Geber in stationäre und mitschwenkende Bauteile aufzuteilen. Eine besonders vorteilhafte Ausführung sieht vor, die Maßverkörperung der geregelten Achsen mit der Achse beweglich auf dem Trägerkörper zu befestigen, die Sensoren jedoch ortsfest gegenüber dem Trägerbauteil zu montieren. Durch das Schalten des Trägerbauteiles wird somit jedem Sensor eine neue Maßverkörperung zugeführt. Da in der Steuerung Werte zur Kennzeichnung jeder Sensor-Maßverkörperungs-Kombination hinterlegt sein können, kann sofort nach der Schaltung die zugeführte Achse geregelt gefahren werden. Auch hier ist es vorteilhaft, dass Sensoren nur an den Bearbeitungspositionen montiert werden müssen, an denen die entsprechende Achse geregelt werden soll; es ist also möglich, die Anzahl der stationären Bauteile und ihrer Verkabelungen kleiner als die Anzahl der Bearbeitungseinrichtungen zu halten. Bei allen bisherigen Lösungen war pro Bearbeitungseinrichtung und pro geregelter Achse ein Sensor plus Anbindung an die Steuerung zwingend notwendig.
  • Auch die Bereitstellung von Strom auf dem Trägerbauteil ist mit der erfindungsgemäßen Lösung möglich. Dies ist z.B. notwendig zum Antrieb von Motoren, die nicht parallel zur Haupachse liegen. Auch bei kleineren Motoren ist dies eine interessante Lösung, da hierbei nur geringe rotatorische Massen durch die Motoren auf dem Trägerbauteil hinzukommen, die Motoren dafür aber als Standardbauteile gekauft werden können. Die Übertragung der Energie geschieht über das transformatorische Prinzip: im feststehenden Läuferbauteil wird die Primärspule untergebracht, die einschwenkenden Gegenstücke enthalten die Sekundärspule.
  • Eine weitere vorteilhafte erfindungsgemäße Ausführungsform sieht vor, die Statorbauteile derart auszuführen, dass auch während dem Schaltvorgang des Trägerbauteiles Energie auf die schwenkenden Gegenstücke übertragen werden kann. So ist es z.B. bei rotativen Antrieben möglich auf dem Umfang des Läufergegenstückes Magnete zu positionieren. Die Statorbauteile sind derart zu gestalten, dass diese Magnete mit ihrem Schwenkradius dicht an einer Fläche der Statorbauteile vorbeifliegen, und diese Fläche über Spulen mit einem elektromagnetischen Feld beaufschlagt wird. Wenn dieses Feld konstant ist, so wälzen sich die Läufergegenstücke daran ähnlich wie Planeten eines Planetengetriebes am Hohlrad ab. Über eine Steuerung des elektromagnetischen Feldes können den Läufergegenstücken beliebige Geschwindigkeiten aufgeprägt werden. Hierbei muss die Schaltgeschwindigkeit des Trägerbauteiles berücksichtigt werden. Es gelten die Drehzahlgesetze von Planetengetrieben. Es ist vorteilhaft die Läufergegenstücke nach der Schaltung wieder über axiale Felder anzutreiben, da hier größere Flächen zur Kraftübertragung zur Verfügung stehen.
  • Bei der Übertragung von Laserstrahlen können Verfahren mit und ohne Lichtleitungen unterschieden werden. Bei den CO2 Lasern leitet ein Spiegel auf den Gegenstücken den ortsfesten Strahl des Statorbauteiles auf die gewünschte Position des Trägerbauteiles, um von hier zur jeweiligen Bearbeitungseinrichtung weitergeleitet zu werden. Bei Laserstrahlen, die per Lichtleitung zum Stator gelangen, muss die Optik in Stator und Gegenstück derart gestaltet sein, dass der Lichtstrahl möglichst verlustfrei aus dem einen Kabel austritt, den Luftspalt überbrückt und in die mit dem Trägerbauteil verbundene Lichtleitung eintritt. Von hier kann er auf dem üblichen Weg zum Prozess geleitet werden.
  • Im folgenden werden mögliche Ausführungen gemäß der Erfindung beschrieben:
  • 1 zeigt eine räumliche Ansicht auf eine erfindungsgemäße Maschine.
  • 2 zeigt eine Draufsicht auf die in 1 mit „A" bezeichnete Seite.
  • 3 zeigt einen Schnitt längs Linie I-I in 2.
  • 4 zeigt die gleiche Ansicht wie 1 jedoch mit einer anderen Stellung des Trägerkörpers.
  • 5 zeigt die Draufsicht wie 2 mit einem 1. Ausführungsbeispiel.
  • 6 zeigt einen Schnitt längs Linie II-II in 5.
  • 7 zeigt einen Schnitt wie 6 mit einem 2. Ausführungsbeispiel.
  • 8 zeigt einen Schnitt wie 6 mit einem 3. Ausführungsbeispiel.
  • 9 zeigt einen Schnitt wie 6 mit einem 4. Ausführungsbeispiel.
  • 10 zeigt einen Schnitt wie 6 mit einem 5. Ausführungsbeispiel.
  • 11 zeigt eine räumliche Darstellung eines Ausschnittes eines 6. Ausführungsbeispiels.
  • 12 zeigt die gleiche Ansicht wie 1 unter Hinzufügung weiterer Bauteile.
  • Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Maschine, dargestellt in 1, zeigt eine rundschaltende Maschine mit dem Maschinengestell 90 und dem um Hauptachse 79 drehbar gelagerten Trägerbauteil 70. 13, 53, 63 stellen Bearbeitungseinrichtungen dar. Sie befinden sich auf der Bearbeitungsseite B des Trägerkörpers. Auf der Anschlussseite A des Trägerkörpers sind die Gegenstücke 11, 21, 31, 41, 51, 61 zu sehen. Die Energie wird von der Steuereinheit 100 bereitgestellt. In 1 sind 2 Statorbauteile 91, 93 zu sehen. Sie werden über die Leitungen 101 und 103 von der Steuereinheit 100 mit Energie versorgt. Diese Energie wird in der gezeigten Stellung von dem Statorbauteil 91 an das Gegenstück 11 übergeben und über die Leitung 12 zur Bearbeitungseinrichtung 13 weitergeleitet. Der genaue Ablauf dieser Energieübertragung wird von der Steuereinheit speziell für die Kombination Statorbauteil 91 zu Gegenstück 11 festgelegt. Dieser Ablauf wird im folgenden als Programm 91/11 bezeichnet. Desgleichen überträgt das Statorbauteil 93 Energie an das Gegenstück 31. Der Ablauf dieser Energieübertragung ist speziell für die Kombination Statorbauteil 93 zu Gegenstück 31 festgelegt. Dieser Ablauf wird im folgenden als Programm 93/31 bezeichnet. Über die Gegenstück 21, 41, 51, 61 wird in der dargestellten Stellung des Trägerbauteiles keine Energie zugeführt.
  • In 2 sieht man den Flugkreis 78, den die Gegenstücke beim Schalten des Trägerbauteiles 70 beschreiben. Alle Statorbauteile müssen entsprechend ausgenommen sein, damit keine Kollision entsteht.
  • 3 zeigt, dass auch in Richtung der Hauptachse zwischen dem Statorbauteil 91 und den Gegenstücken 11, 21, 31, 41, 51, 61 genügend Luft ist, damit die Gegenstücke und das Statorbauteil sich beim Schalten des Trägerbauteiles nicht berühren.
  • Am Ende eines Bearbeitungszyklusses dreht das Trägerbauteil 70 mit allen an ihm befestigten Einrichtungen 13, 23, 33, 43, 53, 63, Gegenstücken 11, 21, 31, 41, 51, 61 und Verbindungsleitungen 12, 22, 32, 42, 52, 62 um die Achse 79 in eine neue Stellung. Ein neuer Bearbeitungszyklus beginnt. Wenn das Trägerbauteil z.B. um 120° im Uhrzeigersinn gedreht hat (4), so kann nun Statorbauteil 91 Energie an das Gegenstück 31 übergeben. Es ist möglich, dass das zugehörige Programm 91/31 für die Energieübertragung gleich ist mit dem Programm 91/11 aus dem letzten Zyklus; es kann aber auch anders sein. Somit können in der gleichen Bearbeitungsposition nacheinander unterschiedliche Bearbeitungseinrichtungen gleiche oder unterschiedliche Funktionen ausführen.
  • 5 zeigt eine Maschine mit 6 Statorbauteilen 111, 112, 113, 114, 115, 116, welche über die Leitungen 101, 102, 103, 104, 105, 106 von der Steuereinheit 100 mit Strom versorgt werden. In dem dargestellten Beispiel sind sie als Statoren von drehenden Elektromotoren ausgebildet. Die zugehörigen Gegenstücke, in ihrer jeweiligen Gesamtheit als 14, 24, 34, 44, 54, 64 bezeichnet, sind als Rotoren ausgebildet und sind jeweils mit einer Spindel fest verbunden. Die zum Gegenstück 14 gehörige Spindel mit ihrer Lagerung und dem Werkzeug ist in 6 mit 15 benannt. Spindel und Rotor sind drehbar fest mit dem Trägerbauteil verbunden. Der Rotor, bestehend aus Trägerstück 14a und den beidseitig angeordneten Magnetenreihen 14b und 14c wird von den elektromagnetischen Feldern, welche im Stator 111 von den Spulen 111a erzeugt werden, angetrieben. Ein Weiterschalten des Trägerbauteiles löst die elektromagnetische Verbindung von Statorbauteil 111 und Gegenstück 14. Durch ein Drehen des Trägerbauteiles um Achse 79 kann jedes andere Gegenstück so zu Statorbauteil 111 positioniert werden, dass dies nun von den elektromagnetischen Feldern des Stators angetrieben wird.
  • Des weiteren sind in 5 und 6 beispielhaft die Sensoren 151, 152, 153, 154, 155, 156 gezeigt. Sie sind, wie die Statorbauteile, ortsfest gegenüber dem Trägerbauteil montiert und mit der Steuereinheit verbunden. Die zugehörigen Maßverkörperungen sind auf den Stirnflächen der Gegenstücke 14, 24, 34, 44, 54, 64 zu sehen. Jede Maßverkörperung-Sensor-Kombination ermöglicht die Regelung einer numerisch gesteuerten Achse. Durch das Schalten des Trägerkörpers werden neue Kombinationen gebildet. In der Steuerung hinterlegte Werte für jede Kombination machen es möglich, direkt nach dem Schalten des Trägerkörpers jede Achse geregelt weiter zu betreiben.
  • 7 zeigt einen Linearmotor, der ein Werkzeug senkrecht zur Achse 79 bewegt, bestehend aus dem feststehenden Stator als Statorbauteil, in seiner Gesamtheit 121 genannt, und den in seiner Gesamtheit 314 genannten Läufer als Gegenstück. Der Läufer ist senkrecht zur Achse 79 beweglich fest mit dem Trägerbauteil verbunden. Mit dem Läufer ist der Werkzeughalter und das Werkzeug, in seiner Gesamtheit 315 genannt, starr verbunden, so dass die Bewegung des Läufers der Bewegung des Werkzeuges entspricht. Zur Erzeugung der elektromagnetischen Felder enthält der Stator 121 die Spulen 121a. Diese elektromagnetischen Felder wirkt auf die Magnetreihen 314b und 314c, die fest mit dem Läufer verbunden sind. Ein Weiterschalten des Trägerbauteiles löst die elektromagnetische Verbindung von Statorbauteil 121 und Gegenstück 314. Durch ein Drehen des Trägerbauteiles kann jedes andere Gegenstück so zu Statorbauteil 121 positioniert werden, dass dies nun von den elektromagnetischen Feldern des Stators angetrieben wird.
  • 8 zeigt beispielhaft die Übertragung von Energie in Form von Druck. Die Steuerung- und Versorgungseinheit ist über die Leitung 101 mit dem Statorbauteil 131 verbunden. Dieses ist so ausgeführt, dass das Medium auf 2 Seiten verteilt wird, damit die resultierenden Kräfte sich aufheben. Nachdem das Gegenstück 16, welches über die Leitung 12 mit der Bearbeitungseinheit 13 verbunden ist, eingeschwenkt ist kann im System Druck aufgebaut werden. Da zwischen dem Gegenstück 16 und dem Statorbauteil 131 ein schmaler Spalt ist, tritt hier etwas von dem Druckmedium aus. Diese Spalte wirken wegen ihrer geringen Höhe und möglichst großen Länge als Drossel, so dass das Druckmedium in Leitung 12 und somit in der Bearbeitungseinheit 13 nahezu den von der Steuerung vorgegeben Druck erhält.
  • 9 zeigt beispielhaft die Energieübertragung in Form von Licht. Nachdem das Gegenstück, in seiner Gesamtheit 17 genannt, eingeschwenkt ist, wird der von der Steuer- und Versorgungseinheit kommende Laserstrahl 301 dem Statorbauteil, in seiner Gesamtheit 141 genannt, zugeführt. In dem Statorbauteil 141 trifft des Strahl auf einen Spiegel 141a, der das Licht in Richtung Gegenstück umlenkt. Im Gegenstück 17 wird der Strahl von den Spiegeln 17a und 17b derart umgelenkt, dass er passend der Bearbeitungseinrichtung 13 zugeführt wird.
  • 10 zeigt beispielhaft die Energieübertragung mittels des transformatorischen Prinzips. Nachdem das Gegenstück, in seiner Gesamtheit 18 genannt, eingeschwenkt ist, wird der von der Steuer- und Versorgungseinheit kommende Strom dem Statorbauteil, in seiner Gesamtheit 171 genannt, über die Leitung 101 zugeführt. Mittels der Spulen 171a und 171b werden magnetische Felder erzeugt. Diese überbrücken die kleinen Luftspalte zwischen dem Statorbauteil 171 und dem Gegenstück 18 und werden von den Spulen 18a in Strom gewandelt. Von dort wird er über Leitung 12 der Bearbeitungseinheit 13 zugeführt.
  • 11 zeigt beispielhaft den Aufbau eines Statorbauteiles, in seiner Gesamtheit 160 genannt, mit einem seiner Gegenstücke, in seiner Gesamtheit 19 genannt, die derart aufgebaut sind, dass auch während der Schaltung des Trägerkörpers eine Kraftübertragung mittels elektromagnetischer Felder möglich ist. In der Darstellung ist der Trägerkörper und damit auch das Gegenstück 19 um die Achse 79 derart gedreht, dass sich das Gegenstück außerhalb der üblichen Bearbeitungspositionen befindet. Wie in 6 besitz der Stator Spulen 160a, 160b, um ein axiales Feld für den Antrieb in der Ruheposition des Trägerkörpers zu erzeugen. Hierbei übertragen die Spulen 160a für eine Bearbeitungsposition das elektromagnetische Feld, die Spulen 160b für eine andere Bearbeitungsposition. Wie in 6 ist der Rotor 19 mit Magnetenreihen 19b und 19c ausgestattet, um die vom Stator erzeugten Felder in eine Drehbewegung zu wandeln. Zusätzlich hat der Rotor 19 eine Magnetenreihe 19d, die auf dem Umfang angeordnet ist. Diese Magnete stehen in Wechselwirkung mit den Spulen 160x. Die Spulen sind derart angeordnet, dass sie ein Feld erzeugen, dass zwischen den Bearbeitungsstationen auf die am Umfang angeordneten Magnete wirkt, so dass die Drehzahl des Rotors auch in diesem Bereich gesteuert werden kann.
  • 12 zeigt nochmals die Anordnung von 1. Hinzugefügt ist eine 2. Reihe von Gegenstücken 211, 221, 231, 241, 251, 261. Sie dienen der Übertragung eines 2. Energiestromes pro Bearbeitungseinrichtung. Da die Gegenstücke und Statorbauteile des 2. Energiestromes (211, 221, 231, 241, 251, 261 und 291, 295) geometrisch ähnlich aufgebaut sind wie die des 1. Energiestromes (11, 21, 31, 41, 51, 61 und 91, 93) lassen sich alle Bauteile in einer Ebene unterbringen. Die dargestellte Anordnung zeigt außerdem, dass trotz zunehmender Anzahl von Gegenstücken pro Bearbeitungseinrichtung die Flexibilität bei der Ansteuerung der einzelnen Bearbeitungseinrichtungen gleich bleibt. So gibt es eine Bearbeitungsposition mit 2 Statorbauteilen 91, 291, eine Bearbeitungsposition mit einem Statorbauteil 93 für den Energiestrom 1 und eine Bearbeitungsposition mit einem Statorbauteil 295 für den Energiestrom 2. Die Bearbeitungseinrichtungen 13, 23, 33, 43, 53, 63 mit den zugehörigen Gegenstücken für Energiestrom 1 (11, 21, 31, 41, 51, 61) und 2 (211, 221, 231, 241, 251, 261) können wie in bisher beschriebener Weise die Bearbeitungspositionen wechseln.

Claims (15)

  1. Werkzeug- oder Handhabungsmaschine umfassend ein Maschinengestell (90), ein um eine zentrale Achse (79) drehbares Trägerbauteil (70) mit einer Vielzahl von ihm gehaltenen Einrichtungen zum Bearbeiten und/oder Halten und/oder Bewegen von Werkzeugen und/oder Werkstücken, eine stationäre Steuer- und Versorgungseinheit (100) dadurch gekennzeichnet, dass es ein oder mehrere Statorbauteile (91, 93) gibt, welche gegenüber dem Trägerkörper stationär sind, und Gegenstücke (11, 21, 31, 41, 51, 61), welche berührungslos Energie von den Statorbauteilen aufnehmen und weiterleiten können zur Bearbeitungsstelle oder um sie in Dreh- und/oder Vorschubbewegungen auf dem Trägerkörper umzuwandeln, und diese Gegenstücke mit dem Trägerkörper derart verbunden und auf diesem angeordnet sind, dass sie sich während der Bewegung des Trägerkörpers mit diesem mitbewegen und nicht mit den Statorbauteilen kollidieren und im Ruhezustand des Trägerkörpers zumindest 1 Gegenstück von einem Statorbauteil Energie berührungslos übernimmt, wobei die Zuordnung von Statorbauteil zu Gegenstück in jeder Stellung des Trägerkörpers verschieden ist.
  2. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie über ein elektromagnetisches Feld von dem Statorbauteil zu den Gegenstücken übertragen wird.
  3. Maschine nach Ansprüchen 1 & 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Antriebselementen der Dreh- und/oder Vorschubbewegungen auf dem Trägerbauteil um Elektromotoren handelt, deren Statoren (111, 112, 113, 114, 115, 116) ortsfest gegenüber dem Trägerbauteil sind und durch das Schalten des Trägerbauteils abwechselnd mit verschiedenen Rotoren (14, 24, 34, 44, 54, 64), welche um ihre jeweilige Achse drehbar fest mit dem Trägerbauteil verbunden sind, über Magnetfelder gekoppelt werden.
  4. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um scheibenförmige Rotoren handelt.
  5. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um Axialfeldmotoren handelt.
  6. Maschine nach Ansprüchen 1 & 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei den Antriebselementen der Vorschubbewegungen auf dem Trägerbauteil um elektrische Linearmotoren handelt, deren Statoren (121) ortsfest gegenüber dem Trägerbauteil sind und durch das Schalten des Trägerbauteiles abwechselnd mit verschiedenen Läufern (314), welche senkrecht zur Hauptachse verschieblich fest mit dem Trägerbauteil verbunden sind, über Magnetfelder gekoppelt werden.
  7. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regelung der Motoren mittels Meßsystemen geschieht, deren Maßverkörperungen mit dem Trägerbauteil mitschwenken und deren Sensoren (151, 152, 153, 154, 155, 156) ortsfest gegenüber dem Trägerbauteil derart angeordnet sind, dass sie durch das Schalten des Trägerbauteiles von der einen Maßverkörperung getrennt werden und nach dem Schalten des Trägerbauteiles mit einer anderen Maßverkörperung in Kontakt stehen.
  8. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass ein oder mehrere Statorbauteile (160) so ausgeführt sind, dass auch während des Schaltens des Trägerbauteiles Energie von den Statorbauteilen auf die Läufer übertragen werden kann.
  9. Maschine nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie nach dem transformatorischen Prinzip übertragen wird, der oder die Statorbauteile (171), welche gegenüber dem Trägerbauteil stationär sind, die Primärspulen und die Gegenstücke (18), die fest mit dem Trägerbauteil verbunden sind, die Sekundärspulen enthalten.
  10. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie in Form von Licht übertragen wird.
  11. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Energie in Form von Druck übertragen wird.
  12. Maschine nach Ansprüchen 1 & 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium eine mit dem Trägerbauteil mitschwenkende numerisch gesteuerte Achse bewegt auf der sich eine Maßverkörperung befindet und deren zugehörige Sensoren ortsfest gegenüber dem Trägerbauteil derart angeordnet sind, dass sie durch das Schalten des Trägerbauteiles von der einen Maßverkörperung getrennt werden und nach dem Schalten des Trägerbauteiles mit einer anderen Maßverkörperung in Kontakt stehen
  13. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es ebensoviel Gegenstücke wie Bearbeitungseinheiten auf dem Trägerkörper gibt.
  14. Maschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Gegenstücke ein ganzzahliges Vielfaches der Anzahl der Bearbeitungseinheiten ist.
  15. Maschine nach den Ansprüchen 1 bis 6, 8, 9, 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Krafteinleitung gleichzeitig von 2 Seiten stattfindet, so dass die Reaktionskräfte auf die Lagerung des Trägerbauteils nahe 0 sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE10261796A1 (de) * 2002-12-27 2004-07-22 Index-Werke Gmbh & Co. Kg Hahn & Tessky Antriebseinheit

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