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Die Erfindung betrifft einen Mehrachsen-Drehkopf für eine Werkzeugmaschnenspindel mit einer ein Fluid umfassenden Fluideinheit zum Erzeugen einer hydraulischen und/oder pneumatischen Kraft nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Bei herkömmlichen mehrfunktionellen Werkzeugmaschinen wie z. B. bei mehrfunktionellen Fräsmaschinen oder dergleichen, wird die ein oder mehrachsige Bewegung und Drehung der Bearbeitungsspindel bzw des Spindelkopfes im Allgemeinen durch entfernt angeordnete Motoren oder durch direkt antreibende Torquemotoren oder dergleichen gesteuert. Bei entfernt angeordneten Motoren wird das Schwenken bzw. Drehen des Mehrachsen-Drehkopfs insbesondere unter Zuhilfenahme von Rädern, Zahnrädern, Riemen, etc bewerkstelligt.
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Dagegen werden bei der Verwendung von Torquemotoren oder dergleichen, diese häufig in die Tragarme der Gabel des Drehkopfes integriert (vgl. z. B.
EP 885 081 B1 ). Derartige getriebelose, direkt angetriebene Motoren, insbesondere Servomotoren, sind vorzugsweise in den Gabelarmgehäusen konzentrisch mit der entsprechenden Drehachse angeordnet.
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Bekannte Mehrachsen-Drehköpfe weisen im Allgemeinen eine Bremse bzw. eine Blockiervorrichtung auf, mit Hilfe derer die Position des Drehkopfes bzw. der Spindel nach durchgeführter Drehung bzw Verschwenkung festgesetzt bzw sicher fixiert wird. Hiermit wird erreicht, dass möglichst beim Bearbeiten keine Lageänderung und somit eine Ungenauigkeit bei der Bearbeitung entsteht.
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Entsprechende Bremsen bzw. Blockiervorrichtungen für Mehrachsen-Drehköpfe sind beispielsweise aus der
EP 537 546 A1 oder der
DE 101 046 669 C1 bekannt. Diese sind beispielsweise in der Art einer Scheibenbremse oder als Membranbremse, etc. ausgebildet und werden zum Teil unter Zuhilfenahme eines druckbeaufschlagten Fluids, insbesondere einer Druckflüssigkeit, betätigt.
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Nachteilig bei derart fluidbetätigten Blockier- bzw. Bremsvorrichtungen bei Mehrachsendrehköpfen ist jedoch, die aufwendige und störungsanfällige Zu- und Abführung des Fluids von einem externen Druckspeicher bzw. von einer externen Druckpumpe oder dergleichen zu den sich bewegenden Komponenten des Drehkopfes.
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Zudem ist in der Druckschrift
DE 25 14 850 eine Druckerzeugungseinheit offenbart, die zusammen mit Flüssigkeitsspeichern in einer Werkzeugmaschine integriert werden können und eine Klemmvorrichtung mit einem Fluid beaufschlagen.
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Nachteilig hierbei ist jedoch, dass der Werkzeugmaschinenantrieb zugleich der Pumpenantrieb ist. Dies führt beispielsweise dazu, dass bei drucklosem Flüssigkeitsspeicher der Werkzeugmaschinenantrieb betätigt werden muss, das heißt der Drehantrieb muss betätigt werden. Dies kann jedoch beispielsweise bei festgeklemmtem Werkstück in bestimmten Arbeitssituationen von erheblichem Nachteil sein.
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Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Mehrachsen-Drehkopf für eine Werkzeugmaschinenspindel mit einer ein Fluid umfassenden Fluideinheit zum Erzeugen einer hydraulischen und/oder pneumatischen Kraft, wobei wenigstens eine Dreheinheit zum Verdrehen der Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, um wenigstens eine, vorzugsweise zwei Achsen vorgesehen ist, vorzuschlagen, die im Vergleich zum Stand der Technik wirtschaftlich günstiger herstellbar und/oder besonders kompakt ausführbar und/oder weniger störanfällig ist.
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Diese Aufgabe wird, ausgehend von einem Mehrachsen-Drehkopf der eingangsgenannten Art, durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Durch die in den Unteransprüchen genannten Maßnahmen sind vorteilhafte Ausführungen und Weiterbildung der Erfindung möglich.
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Dementsprechend zeichnet sich ein erfindungsgemäßer Mehrachsen-Drehkopf dadurch aus, dass die im Mehrachsen-Drehkopf integrierte Fluideinheit wenigstens eine Speichervorrichtung zum Speichern des Fluids und eine Druckerzeugungseinheit zum Druckbeaufschlagen des Fluids aufweist und dass die Fluideinheit mit einer Kontrolleinheit zum Kontrollieren des Haltens und/oder Lösens des Werkstückes versehen, elektrisch ansteuerbar und als separat herstellbare sowie montierbare Baueinheit ausgebildet ist. Durch die erfindungsgemäß vollständig integrierte Fluideinheit wird eine weitgehend autarke Druckerzeugung durch die Fluideinheit innerhalb bzw. im Mehrachsen-Drehkopf ermöglicht. Dementsprechend ist die erfindungsgemäße Fluideinheit nicht auf eine separate Druckerzeugung wie beispielsweise die Betätigung eines Drehtisches bzw. Drehantriebes gemäß dem Stand der Technik angewiesen und somit von diesem Antrieb voll und ganz abhängig.
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Mit Hilfe einer derartigen weitgehenden Integration der Speichervorrichtung bzw. eines Drucktankes und der Druckerzeugungseinheit bzw. einer Druckpumpe im Mehrachsen-Drehkopf wird ermöglicht, dass der Mehrachsen-Drehkopf nahezu ausschließlich mit elektrischen Energie- und/oder Signalleitungen mit der Außenwelt bzw. der Umgebung verbunden ist bzw. versorgt wird. Die Zuführung von elektrischer Energie ist weitaus weniger aufwendig und somit wirtschaftlich günstiger als die Versorgung eines Mehrachsen-Drehkopfs bzw. einer Werkzeugmaschine mittels einem druckbeaufschlagten Fluid, vor allem zu den sich relativ zueinander bewegenden Komponenten.
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Darüber hinaus kann auch elektrische Energie bzw. Signale weitaus störungssicherer von zwei sich relativ zueinander bewegenden Teilen übertragen werden. Bei elektrischen Energieleitungen sind Dichtigkeitsprobleme mit entsprechenden Folgen wie bei druckbeaufschlagten Fluidleitungen unbekannt.
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Gemäß der Erfindung weist die Fluideinheit wenigstens eine Kontrolleinheit zum Kontrollieren des Haltens und/oder Lösens der Haltevorrichtung auf. Hierdurch wird gewährleistet, dass alle für die Bearbeitung bzw. für die Werkzeugmaschine, insbesondere für den Mehrachsen-Drehkopf, benötigten Komponenten einschließlich deren Kontrolle bzw. Steuerung/Regelung in der Werkzeugmaschine bzw. im Mehrachsen-Drehkopf integrierbar sind.
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Erfindungsgemäß wird ermöglicht, dass beispielsweise die Baueinheit separat hergestellt bzw. montiert wird und anschließend im Mehrachsen-Drehkopf bzw. in der Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung montiert bzw. eingebaut wird. Hierdurch vereinfacht sich die Herstellung des Mehrachsen-Drehkopfes und somit auch einer entsprechenden Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung.
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Gemäß der Erfindung werden eine Haltevorrichtung zum Halten eines Werkzeugs und eine Löseeinheit zum Lösen des Werkzeugs oder Werkstücks von der Haltevorrichtung vorgesehen. Beispielsweise ist die Haltevorrichtung als sogenannte Spannzange oder dergleichen ausgebildet. Diese hält bzw. fixiert beispielsweise mittels Federkraft, insbesondere mit Hilfe von Federpaketen aus Tellerfedern, das Werkstück oder das Werkzeug für die Bearbeitung. Hierbei kann in vorteilhafter Weise auf handelsübliche Komponenten zurückgegriffen werden, wodurch die Realisierung der Erfindung wirtschaftlich günstig erfolgt.
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So kann auch bei der Löseeinheit auf handelsübliche Komponenten zurückgriffen werden. Demzufolge könnte die Löseeinheit beispielsweise über eine sogenannte Zugstange die Haltevorrichtung betätigen und somit das fixierte Werkzeug oder Werkstück von dieser lösen.
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Vorteilhafterweise umfasst die Löseeinheit wenigstens die Fluideinheit zum hydraulischen und/oder pneumatischen Lösen des Werkzeugs oder Werkstücks von der Haltevorrichtung. Eine derartige Integration der erfindungsgemäßen Fluideinheit im Mehrachsen-Drehkopf, insbesondere an oder in der Werkzeugmaschinenspindel, gewährleistet eine besonders kompakte Ausführung der Werkzeugmaschinenspindel, die um eine Drehachse des Mehrachsen-Drehkopfs schwenkbar ist.
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In einer besonderen Weiterbildung der Erfindung ist die erfindungsgemäße Fluideinheit in bzw. mit der Werkzeugmaschinenspindel, insbesondere Motorspindel, integriert bzw. fixiert. Hierdurch sind zur Werkzeugmaschinenspindel ggf. keine Fluidleitungen zur Zuführung eines druckbeaufschlagten Fluids notwendig. Hiermit wird eine besonders kompakte bzw. in Bezug auf ein Fluid autarke Bauform der Spindel erreicht.
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Alternativ zur zuvor genannten Ausführungsvariante kann jedoch auch die erfindungsgemäße Fluideinheit in einer Komponente des Mehrachsen-Drehkopfes integriert, beispielsweise in einer Gabel des Mehrachsen-Drehkopfes, werden und entsprechende, relativ kurze und in vorteilhafter Weise flexible Fluidleitungen zur Werkzeugmaschinenspindel bzw. Motorspindel geführt werden. Auch diese Ausführungsvariante der Erfindung ist im Vergleich zum Stand der Technik deutlich kompakter und weniger aufwendig.
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Vorzugsweise ist wenigstens ein Zugelement zwischen der Haltevorrichtung und der Fluideinheit angeordnet. Beispielsweise wird auf handelsübliche Zugelemente zurückgegriffen, was eine wirtschaftliche Umsetzung der Erfindung gewährleistet.
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Vorteilhafterweise ist wenigstens ein Steuerelement der Kontrolleinheit als Ventil und/oder Kolben ausgebildet. Entsprechende Ventile und/oder Kolben sind bereits handelsüblich und können wirtschaftlich günstig gemäß der Erfindung verwendet werden.
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Vorteilhafterweise ist die Werkzeugmaschinenspindel mit der wenigstens die Speichervorrichtung und die Druckerzeugungseinheit sowie die Kontrolleinheit umfassenden Fluideinheit als zweite Baueinheit ausgebildet. Hiermit wird eine noch weitergehende Integration und parallele Montage des Mehrachsen-Drehkopfs bzw. der Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung möglich. Darüber hinaus kann der Mehrachsen-Drehkopf bzw. die Werkzeugmaschine gemäß der Erfindung hierdurch besonders kompakt hergestellt werden.
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Generell kann mit Hilfe einer erfindungsgemäßen integrierten Fluideinheit eine weitgehend autarke Druckerzeugung ermöglicht werden. Dies kann sowohl wirtschaftlichen günstig als auch sehr kompakt realisiert werden.
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Vorzugsweise ist wenigstens eine Fixiereinheit zum Fixieren der Dreheinheit vorgesehen. Beispielsweise ist die Fixiereinheit als Bremseinheit und/oder Rasteinheit ausgebildet, wodurch eine sichere und exakte Fixierung der drehenden bzw. sich bewegenden Komponenten des Mehrachsen-Drehkopfes bzw. der Werkzeugmaschine gewährleistet wird.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung umfasst die Fixiereinheit wenigstens die Fluideinheit zum Fixieren mittels dem Fluid. Dies bedeutet, dass die erfindungsgemäße Fluideinheit nicht nur zum Halten des Werkstücks oder Werkzeugs, sondern darüber hinaus auch zum Fixieren der sich relativ bewegenden Komponenten des Mehrachsen-Drehkopfes verwendbar ist.
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Beispielsweise werden zwei oder mehr separate Fluideinheiten in einem einzigen Mehrachsen-Drehkopf integriert. Alternativ hierzu kann auch eine einzige erfindungsgemäße Fluideinheit zur Realisierung der Mehrfachfunktion verwendet werden. Zum Beispiel kann eine einzige Fixiereinheit sowohl zum Halten des Werkstücks oder Werkzeugs als auch zum Fixieren der drehenden Komponenten verwendet werden.
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Vorteilhafterweise werden sehr klein bauende Einheiten, insbesondere die erste und/oder zweite Baueinheit, verwendet, die beispielsweise aus Hochdruckpumpe, Ventilblock und Ölreservat oder dergleichen bestehen. Hierbei kann infolge einer elektrischen Ansteuerung die im Mehrachsen-Drehkopf bzw. in der Werkzeugmaschine integrierte Fluideinheit direkt am Ort der notwendigen Bewegung bzw. Verspannung bzw. des Haltens ein hydraulischer oder ggf. pneumatischer Druck erzeugt werden.
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Vorzugsweise wird der zum Halten bzw. Lösen des Drehkopfes und/oder des Werkzeuges/Werkstückes notwendige Hydraulikdruck bzw. Pneumatikdruck und/oder Volumenstrom durch eine als Kompakt-Hydraulikeinheit ausgebildete Fluideinheit erzeugt. Diese Einheiten sind in vorteilhafter Weise besonders dadurch gekennzeichnet, dass sie einen verhältnismäßig hohen Druck, z. B. ca. 200 bar, insbesondere kombiniert mit einem relativ kleinen Volumenstrom, zur Verfügung stellen können.
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Ein Ausführungsbeispiel könnte sein, die Kompakt-Hydraulik direkt an der Werkzeugmaschinenspindel und/oder der Haltevorrichtung anzubringen bzw. zu fixieren, so dass aufwendige Verrohrungen und/oder die Vergrößerung des notwendigen Volumenstroms unterbleiben können.
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In eine besonderen Weiterbildung der Erfindung kann ein Kompakthydraulikaggregat verwendet werden, dass im Wesentlichen aus handelsüblichen Komponenten besteht, die z. B. bereits in großer Stückzahl eingesetzt werden.
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Vorteilhafterweise wird eine als Baueinheit ausgebildete Fluideinheit verwendet, die vorzugsweise bereits handelsüblich ist. Gegebenenfalls kann die Stromversorgung wahlweise je nach Anwendung in 12, 24, 48 oder 220 Volt erfolgen. Die Ansteuerung wird über die im Maschinebau üblichen Strom- oder Spannungssignale gewährleistet.
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Grundsätzlich ist von Vorteil, derartige Mehrachsen-Drehköpfe mittels einem Kardangelenk und/oder Torquemotoren, etc. dergleichen auszubilden, wie dies z. B. auch in den bereits eingangs erwähnten Druckschriften offenbart wird.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird anhand der Figuren nachfolgend näher erläutert.
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Im Einzelnen zeigt:
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1 eine schematische Darstellung eines Mehrachsen-Drehkopfes mit externer Versorgung gemäß dem Stand der Technik;
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2 eine schematische Darstellung dreier unterschiedlicher Varianten von Mehrachsen-Drehköpfen mit integrierter Versorgung gemäß der Erfindung und
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3 ein schematische Schaltbild einer Fluideinheit gemäß der Erfindung.
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In 1 ist schematisch ein Mehrachsen-Drehkopf 1 beispielsweise für eine Werkzeugmaschine gemäß dem Stand der Technik mit externer Fluidversorgung dargestellt. Ein Mehrachsen-Drehkopf 1 wird mittels einem Fluid, insbesondere einem Hydrauliköl, versorgt. Hierbei wird die Versorgung des Hydrauliköls und/oder Druckluft oder dergleichen extern realisiert. Die externe Versorgung ist symbolisch mit einer gestrichelten Linie umrandet.
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Die Versorgung umfasst neben einem Steuerventil 3, einen Druckspeicher 4 zur Zwischenspeicherung des druckbeaufschlagten Fluids, ein Rückschlagventil 5, ein Druckregelventil 6, eine Druckpumpe 7 sowie einen Vorrat 8 zur Bevorratung des Fluids, insbesondere des Hydrauliköls. Hierdurch wird der Mehrachsen-Drehkopf 1 über Leitungen 9 bzw. 10 mit druckbeaufschlagtem Fluid versorgt. Gemäß dem Stand der Technik sind die Leitungen 9 und 10 im Allgemeinen etwa 5 bis 15 m lang.
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Der Mehrachsen-Drehkopf 1 weist eine Werkzeugmaschinenspindel bzw. Motorspindel 2 auf, die ein nicht näher dargestelltes Werkstück bzw. Werkzeug in Drehung versetzten kann. Diese Drehung 11 ist in 1 bzw. 2 symbolisch als Kreis mit integrierten Pfeilen dargestellt. Die Drehung 11 des Werkzeugs bzw. des Werkstücks erfolgt um eine Drehachse 12.
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Ohne nähere Darstellung weist die Motorspindel 2 sowohl eine Löse- als auch eine Haltevorrichtung auf, wie es seit langem handelsüblich ist. Die Lösevorrichtung wird mittels dem Fluid über Zweigleitungen der Leitungen 9 bzw. 10 versorgt.
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Darüber hinaus weist der Drehkopf 1 ein erstes Modul 13 sowie ein zweites Modul 14 auf. Das erste Modul 13 dreht bzw. schwenkt um eine Achse 15, was mittels einem Pfeil 17 symbolisch dargestellt ist. Das zweite Modul 14 dreht sich um eine Drehachse 16, was mittels einem Pfeil 18 symbolisch dargestellt ist.
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Das Schwenken des ersten Moduls 13 kann mittels einer Blockier- bzw. Bremseinheit 19 verhindert werden bzw. zum Fixieren der Position der Spindel 2 während der Bearbeitung verwendet werden. Entsprechendes wird mittels zweier Bremsen 20 und 21 in Bezug zum zweiten Modul 14 realisiert.
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Mittels der Bremsen 19 bis 21 wird somit eine exakte Fixierung bzw. Festlegung der Position der Spindel 2 während der Bearbeitung bzw. nach einem entsprechenden Verschwenken um die Drehachsen 15 bzw. 16 realisiert. Vorzugsweise sind die Drehachsen 16 und 15 orthogonal zueinander orientiert.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Bremsen 19 bis 21 in der Art einer Scheibenbremse ausgebildet und werden mittels dem Fluid betätigt, das über Zweigleitungen der Leitungen 9 und 10 zu den Bremsen 19 bis 21 bzw. deren Bremselementen geführt wird.
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Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in allen Figuren auf die Darstellung des Antriebs der Module 13 bzw. 14 verzichtet. Diese Antriebe können beispielsweise über Elektromotoren mit entsprechendem Getriebe oder mittels getriebeloser Direktantriebe, wie z. B. Torquemotoren oder dergleichen, realisiert werden. Hierdurch werden besonders leicht bauende und zugleich sehr dynamische Drehköpfe 1 realisierbar.
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In 2 sind drei unterschiedliche Varianten der Erfindung dargestellt. Hierbei bezeichnen gleiche Bezugreihen vergleichbare Komponenten gemäß 1.
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Gemäß der Erfindung ist eine Kompakthydraulik 22 im Mehrachsen-Drehkopf 1 vollständig integriert. In 3 ist die Kompakthydraulik 22 detaillierter abgebildet. Hierbei wir ersichtlich, dass diese neben mehreren Steuer- bzw. Regelventilen 3, 5 sowie 6 auch den Druckspeicher 4 und die Druckpumpe 7 sowie den Fluidvorrat 8 umfasst.
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Die beiden Varianten gemäß 2a und 2b weisen noch zwei externe Leitungen 9 bzw. 10 auf, womit der Mehrachsen-Drehkopf 1 mit druckbeaufschlagtem Fluid, insbesondere Hydrauliköl, versorgt wird. Bei diesen beiden Varianten wird lediglich die Bremse 19 mit externem druckbeaufschlagtem Fluid versorgt, da dies konstruktiv vergleichsweise einfach zu realisieren ist.
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Gemäß der Erfindung wird bereits das zweite Modul 14 bzw. werden die Bremsen 20, 21 sowie die Motorspindel 2 bzw. die Löseeinheit mit druckbeaufschlagtem Fluid aus der Kompakt-Hydraulik 22 versorgt.
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In 2c ist eine Variante der Erfindung dargestellt, wobei die Kompakt-Hydraulik 22 am Mehrachsen-Drehkopf 1 bzw. am ersten Modul 13 angeordnet bzw. fixiert ist, wodurch eine externe Leitung wie Leitungen 9 bzw. 10 vollständig entbehrlich wird. Gemäß dieser Variante werden alle hydraulischen Komponenten, d. h. die Bremsen 19 bis 21 sowie die Motorspindel 2 bzw. deren Löseeinheit, mit Fluid aus der Kompakt-Hydraulik 22 versorgt, wodurch ein autarkes Hydraulik- bzw. Fluid-System des Drehkopfes realisiert wird. Dies ermöglicht, dass das Hydraulik-System bzw. der gesamte Drehkopf 1 von der Werkzeugmaschine separat hergestellt und getestet werden kann.
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Gemäß einer nicht dargestellten Variante ist denkbar, dass beispielsweise das erste Modul 13 und/oder das zweite Modul 14 und/oder die Motorspindel 2 jeweils eine separate Kompakt-Hydraulik 22 aufweist, so dass keinerlei Fluidverbindungen zwischen zwei relativ zueinander bewegenden Komponenten notwendig ist.
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Grundsätzlich wird gemäß der Erfindung der Aufwand für die Durchleitung bzw. Zu- und Abführung von druckbeaufschlagtem Fluid, insbesondere Hydrauliköl, zu hydraulischen Komponenten 2, 19 bis 21 zum Teil bzw. vollständig entbehrlich. Gemäß der Erfindung ist es somit ausreichend, die sich bewegenden bzw. rotierenden teilweise hydraulischen/pneumatischen Komponenten 19 bis 21, 2 mit elektrischer Energie sowohl für das Lösen des Werkszeugs bzw. Werkstückes als auch zum Blockieren der Verstell- bzw. Drehmöglichkeit um die Drehachsen 15 bzw. 16 zu versorgen. Demzufolge ist es ausreichend, elektrische Schleifkontakte zur Übertragung elektrischer Energie bzw. Signale von den statischen zu den bewegenden bzw. rotierenden Komponenten zu verwenden Möglicherweise können auch flexible, elektrische Leitungen zur Signal- bzw. Energieübertragung von zwei sich relativ zueinander bewegenden Komponenten vorgesehen werden. D. h. zwischen dem ersten Modul 13, dem zweiten Modul 14 sowie der Motorspindel 2.
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Grundsätzlich ist denkbar, die elektrische Energie- bzw. Signalübertragung nicht nur berührend mittels Schleifringüberträgern oder flexiblen elektrischen Leitungen, etc., sondern auch berührungslos wie z. B. mittels Funkübertragungund/oder mittels induktiver Energieübertragung zu realisieren.
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Beispielsweise kann eine und/oder mehrere drehende Komponenten einen elektrischen Energiespeicher wie eine Batterie und/oder Akku umfassen, so dass z. B. die Baueinheit/en und/oder ein Sender/Empfänger für die Kontrollsignale mit Energie versorgbar ist. Vorzugsweise wird dieser Energiespeicher in Intervallen ausgetauscht oder aufgeladen. Mit dieser Maßnahme kann ggf auf elektrische Schleifkontakte ganz oder teilweise verzichtet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Drehkopf
- 2
- Motor-Spindel bzw. Baueinheit
- 3
- Ventil
- 4
- Speicher
- 5
- Ventil
- 6
- Ventil
- 7
- Pumpe
- 8
- Vorrat
- 9
- Leitung
- 10
- Leitung
- 11
- Drehung
- 12
- Drehachse
- 13
- Modul bzw. Dreheinheit
- 14
- Modul bzw. Dreheinheit
- 15
- Achse
- 16
- Achse
- 17
- Pfeil
- 18
- Pfeil
- 19
- Bremse
- 20
- Bremse
- 21
- Bremse
- 22
- Kompakt-Hydraulik bzw. Fluideinheit bzw. Baueinheit