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Die
Erfindung betrifft eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder
einen Roboter, mit einem feststehendem Teil und einem gegenüber diesem
Teil rotierenden Teil. Die Werkzeugmaschine kann eine Mehrspindelmaschine
oder eine Rundtaktmaschine sein. Der Definition entsprechende Produktionsmaschinen
finden sich beispielsweise in Getränkefüllanlagen.
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Bei
Mehrspindelmaschinen sind mehrere Spindelmotoren (elektrische Verbraucher)
auf dem rotierenden Teil, der so genannten Trommel, montiert.
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Bei
Werkzeug- oder Produktionsmaschinen oder Robotern der genannten
Art ist es immer problematisch, Verbrauchern auf bzw. an dem rotierenden Teil
Ströme
zur Speisung zuzuführen.
Zugleich müssen
Signale zur Steuerung der Verbraucher bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen übertragen werden.
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Üblicherweise
erfolgt die Stromzufuhr zu dem rotierenden Teil im Feld über Schleifringe.
Diese Schleifringe unterliegen mechanischem Abrieb, also Verschleiß. Die Gewährleistung
einer unterbrechungsfreien Signalübertragung ist technisch aufwendig.
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Aus
der
WO 2005/062432
A1 ist es bekannt, anstelle der herkömmlichen Kupferschleifringkontakte
Flüssigmetalllegierungen
zu verwenden. Hierzu wird an dem feststehenden Teil und dem gegenüber diesem
rotierenden Teil jeweils eine Stromübertragungsfläche bereitgestellt,
wobei die beiden Stromübertragungsflächen zwischen
sich einen Spalt bilden, in den die Flüssigmetalllegierung eingebracht
wird. Damit wird ein elektrischer Kontakt geschaffen und gleichzeitig
die Drehbarkeit des rotierenden Teils gegenüber dem feststehenden Teil
nicht beeinträchtigt.
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Die
WO 2005/062432 A1 offenbart
lediglich das Übertragen
eines Speisestroms vermittels dreier galvanisch voneinander getrennter
Einheiten von Stromübertragungskontakten.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine
der eingangs genannten Gattung derart weiterzubilden, dass sowohl die Übertragung
des Speisestroms als auch die Erzeugung von Steuersignalen erleichtert
ist.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder
einen Roboter gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
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Das
feststehende Teil weist somit vier elektrisch voneinander isolierte
Stromübertragungsflächen auf,
und auch das rotierende Teil weist vier solche elektrisch voneinander
isolierten Stromübertragungsflächen auf,
wobei jede der vier Stromübertragungsflächen des
feststehenden Teils jeweils einer Stromübertragungsfläche des
rotierenden Teils zugeordnet ist, zwischen ihnen ein Spalt gebildet
ist, und in den Spalt eine Flüssigmetalllegierung
eingebracht ist. Dadurch wird jeweils ein Stromübertragungskontakt erzeugt,
insgesamt zumindest vier Stromübertragungskontakte.
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Damit
wird es möglich,
dass zwei erste Stromübertragungskontakte
für die
Speisung eines ersten elektrischen Verbrauchers an dem rotierenden Teil
eingesetzt werden können
und zwei weitere Stromübertragungskontakte
für die
Speisung eines zweiten elektrischen Verbrauchers, der Steuersignale
für den
ersten elektrischen Verbraucher erzeugt, eingesetzt werden können.
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Bevorzugt
sind hierbei die eingesetzten Spannungsbereiche völlig unterschiedlich.
So ist an den ersten Stromübertragungskontakten
eine Spannung von 400 bis 1000 Volt anlegbar und an den weiteren
Stromübertragungskontakten
eine Spannung von 10 bis 45 Volt anlegbar. Gedacht ist hierbei an eine
Spannung von 600 Volt, welche für
die Speisung der elektrischen Verbraucher bei einer typischen Mehrspindelmaschine
be nötigt
wird, und eine Spannung von 24 Volt, weiche der Erzeugung der Steuersignale
dient.
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Bevorzugt
ist ein fünfter
Kontakt, der nicht unbedingt als Stromübertragungskontakt zu bezeichnen
ist, an Masse gelegt. Mit anderen Worten befinden sich sowohl am
feststehenden als auch am rotierenden Teil der Maschine jeweils
eine fünfte
Kontaktfläche,
welche zusammen einen Spalt bilden, in der Flüssigmetalllegierung enthalten
ist, wobei dann der gesamte Kontakt dadurch an Masse gelegt wird, dass
die fünfte
Kontaktfläche
des feststehenden Teils an Masse gelegt wird. Durch den Masseanschluss werden
die an den Stromübertragungskontakten
angelegten Spannungen stabilisiert.
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Bei
Mehrspindelmaschinen ist eine Anordnung häufig, bei der feststehendes
und rotierendes Teil jeweils hohlzylindrisch sind, wobei ein Teil
das andere umgibt, und wobei das von dem anderen Teil umgebene Teil
eine Zylinderwand aufweist. Bei Verwendung von herkömmlichen
Kupfer-Schleifkontakten werden die Stromkabel üblicherweise in dem von Luft
erfüllten
Innenraum des Hohlzylinders geführt. Es
ist ein gesonderter Aspekt der vorliegenden Erfindung, unabhängig von
der Verwendung der vier Stromübertragungskontakte,
dass die Stromzuführungen
zu den Stromübertragungsflächen in
der Zylinderwand des von dem anderen Teil umgebenen Teils geführt sind.
Durch Führung
der Stromzuführungen
in der Zylinderwand kann der Zylinderhohlraum für andere Zwecke verwendet werden,
beispielsweise zur Durchführung
von anderen Materialien wie Kühl-
und Hydrauliköl.
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Auch
das umgebende Teil kann eine Zylinderwand aufweisen, in der Stromzuführungen
zu den Stromübertragungsflächen geführt sind.
Ist beispielsweise das umgebene Teil feststehend, so bedeutet dies,
dass auch in dem rotierenden Teil die Stromzuführungen in den Zylinderwänden geführt sind.
Dies bedingt eine relativ kompakte Bauweise.
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Ein
weiterer Aspekt der Erfindung ist die Ausgestaltung der Stromübertragungskontakte.
Dieser Aspekt ist von der in Patentanspruch 1 beanspruchten Erfindung
unabhängig,
wenngleich bevorzugt gleichzeitig mit dieser ausgeführt. Gemäß diesem Aspekt
umgibt eines der beiden Teile das andere, wobei feststehendes Teil
und rotierendes Teil zylindrisch sind. An einer Zylinderwand des
einen Teils ist zur Bereitstellung einer Stromübertragungsfläche ein Ring
mit U-förmigem
Querschnitt bereitgestellt. An einer Zylinderwand des anderen Teils
ist zur Bereitstellung einer Stromübertragungsfläche ein
Ring mit L-förmigem
Querschnitt bereitgestellt. Die Stromübertragungskontakte werden
nun dadurch gebildet, dass in dem Ring mit U-förmigem
Querschnitt gebracht wird, und dass ein Schenkel des "L" in das "U" eingreift
und damit in die Flüssigmetalllegierung
eingreift. Nun ist noch der eingreifende Schenkel des "L" gegenüber den beiden Schenkeln des "U" abzudichten, sodass die flüssige Metalllegierung
nicht aus dem U-förmigen
Ring entweichen kann.
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Durch
die Verwendung des abknickenden L-förmigen Rings kann der U-förmige Ring
fast bis zu dem anderen Teil, an dem er nicht befestigt ist, hingeführt sein.
Dadurch ist eine besonders kompakte Ausführungsform der Stromübertragungskontakte bereitgestellt.
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Nachfolgend
werden bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der
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1 schematisch
die Stromübertragung bei
der erfindungsgemäßen Maschine
veranschaulicht,
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2 perspektivisch
eine Übertragereinheit einer
erfindungsgemäßen Maschine
mit Stromschienen veranschaulicht und
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3A und 3B perspektivisch
aus unterschiedlichen Richtungen gesehen ein einzelnes Element der Übertra gereinheit
aus 2 mit zugehörigen
Stromschienen veranschaulicht.
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1 zeigt
die Grundbauelemente einer Werkzeug- oder Produktionsmaschine der
erfindungsgemäßen Art,
nämlich
ein feststehendes Teil 10 und ein rotierendes Teil 12,
wobei die Teile 10 und 12 durch unterschiedliche
Schraffierungen voneinander unterscheidbar sind (siehe Legende).
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Das
feststehende Teil weist einen hohlzylindrischen Grundkörper mit
einer Zylinderwand 14 auf. Auch das rotierende Teil weist
einen hohlzylindrischen Grundkörper
mit einer Zylinderwand 16 auf. Die Zylinderwand 14 des
feststehenden Teils 10 weist einen Isolierring 18 zur
Trennung der Zylinderwand 14 in zwei voneinander isolierte
Teile auf. Analog hierzu weist die Zylinderwand 16 des
isolierenden Teils 12 einen Isolierring 20 auf.
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Die
eigentliche Lagerung des rotierenden Teils 12 gegenüber dem
feststehenden Teil 10 erfolgt durch Ringkugellager 22 bzw. 22'. Zur Stromübertragung
dienen Stromübertragungskontakte 24 und 24'. Die Stromübertragungskontakte 24 bzw. 24' sind durch
zwei Ringe 26 bzw. 26' und 28 bzw. 28' gebildet. Der
Ring 26 ist fest mit der Zylinderwand 16 des rotierenden
Teils 12 verbunden und hat ein U-förmiges Profil, wobei ein Schenkel 32 des "U"s an der Zylinderwand 16 innen
anliegt, sodass das "U"-Profil ein liegendes
Profil ist. Der Ring 28 ist fest mit der Zylinderwand 14 des
feststehenden Teils 10 verbunden und ist von L-förmigem Querschnitt.
Ein Schenkel 30 des "L"s greift hierbei
zwischen zwei Schenkel 32 und 32' des "U"s.
Zwischen dem Ende des Schenkels 30 und dem Ring 26 ist
ein Spalt 34 gebildet, in den eine Flüssigmetalllegierung 34 eingebracht
ist. Zwischen dem Schenkel 30 des L-Rings und den Schenkeln 32 bzw. 32' des U-Rings
befinden sich Dichtlippen 36 bzw. 36', sodass die
Flüssigmetalllegierung nicht
aus dem U-förmigen
Ring 26 entweichen kann.
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Die
Anordnung ermöglicht
eine Drehung des rotierenden Teils 12 gegenüber dem
feststehenden Teil 10 um die Achse 38. Zwar wirken
hierbei hauptsächlich
die Lager 22 und 22',
aber auch die Stromübertragungskontakte 24 bzw. 24' fungieren als
Lager: Sie behindern eine Drehung nicht, denn die Flüssigmetalllegierung
im Inneren des Spalts 34 sorgt für eine gleitende Bewegung des
Rings 26 gegenüber dem
Ring 28, wobei sich insbesondere die Schenkel 32 und 32' des U-Profils
um den Schenkel 30 des L-Profils herum drehen. Es ist nun
möglich,
mit Hilfe der Stromübertragungskontakte 24 und 24' Strom zu übertragen.
Eine entsprechende Spannung (gekennzeichnet durch die Zeichen "+" und "–") kann über Stromleitungen 40 bzw. 40' an die Ringe 28 bzw. 28' angelegt werden. Über die
Flüssigmetalllegierung
im Spalt 34 liegt die entsprechende Spannung auch auf der
Seite des rotierenden Teils 12 an und ist über Stromleitungen 42 bzw. 42' abgreifbar.
Es kann sich bei der angelegten Spannung um eine Spannung von 600
Volt handeln. Eine solche Spannung kann zur Speisung von elektrischen
Verbrauchern, die an dem rotierenden Teil 12 angebracht
sind, dienen, wobei die Stromleitungen 42 und 42' jeweils an
den elektrischen Verbraucher anzuschließen sind. Die Stromleitungen 40 und 40' sind mit einem
feststehenden Gerät
außerhalb
der Maschine, z. B. mit einem Schaltschrank, verbunden.
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Neben
der Speisung von elektrischen Verbrauchern kann auch eine Ansteuerung
der elektrischen Verbraucher erfolgen. Insbesondere bei Mehrspindelmaschinen
weisen die Motoren als elektrische Verbraucher eine Motorsteuerung
auf, der Steuersignale von Seiten des feststehenden Teils zuzuführen sind.
Die beiden Stromübertragungskontakte 24 und 24' können auch
zur Übertragung
von derartigen Steuersignalen verwendet werden, wobei dann die anliegende
Spannung typischerweise 24 Volt beträgt.
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2 zeigt
nun eine der 1 entsprechende Übertragereinheit
in perspektivischer Darstellung. Zu sehen ist das rotierende Teil 12', welches hohlzylindrisch
ausgebildet ist und das feststehende Teil 10'. 2 zeigt
eine Vervollständigung der
Anordnung aus 1: Die Zylinderwand 16' des rotierenden
Teils ist durch vier Isolierringe 20' in fünf elektrisch voneinander isolierte
Elemente 46 geteilt. Entsprechend ist auch die Zylinderwand 14' des feststehenden
Teils 10' durch
vier Isolierringe 18' in
fünf voneinander
getrennte isolierte Elemente geteilt. Jedem dieser fünf Elemente 48 soll
nun ein Kontakt nach Art der Stromübertragungskontakte 24 bzw. 24' zugeordnet
sein, d. h. anstatt von zwei Kontakten 24 und 24' weist die Anordnung
gemäß 2 in
ihrem Inneren, welches nicht zu sehen ist, fünf derartige Kontakte auf.
Durch das Bereitstellen von fünf
Stromübertragungskontakten
nach Art der in 1 gezeigten Kontakte 24 und 24' ist es möglich, zwei
Spannungen anzulegen, wobei für
jede Spannung zwei der Einheiten benötigt werden, zwischen denen
die Spannung anliegt. Die fünfte
Einheit dient der Bereitstellung eines Masseanschlusses.
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Während in
der schematischen Zeichnung gemäß 1 die
Leitungen 40 und 40' im
Zylinderhohlraum des feststehenden Teils 10 dargestellt
sind, ist in Realität
vorgesehen, dass die Leitungen in der Zylinderwand 14 ausgebildet
sind. Dies ist in 2 gut zu erkennen. Zu sehen
sind fünf
Leitungen 40'', für jedes
der durch die Isolierringe 20' abgetrennten Elemente 46 der
Zylinderwand 16' eine
Zuleitung. Die einzelnen Elemente 46, die durch die Isolierringe 20' voneinander
getrennt sind, können
gesonderte Bauteile sein, wie dies in 3A und 3B dargestellt
ist. Zu sehen ist ein im Ganzen mit 44 bezeichnetes Bauelement,
bestehend aus einem Bauelement 46 für die Zylinderwand 16' und einem Bauelement 48 für die Zylinderwand 14'. Nicht zu sehen
ist der eine Stromübertragungskontakt
in dem Bauelement 44. Es handelt sich hierbei um einen
Stromübertragungskontakt
nach Art des Stromübertragungskontakts 24 bzw. 24' aus 1.
Für diesen Kontakt
bedarf es genau einer Zuleitung 40'' und
einer Leitung 42'' auf Seiten
des rotierenden Teils 12'. In
der Zylinderwand des Bauteils sind entsprechend fünf Durchführungen 50 für die Leitungen 42'', auch von den anderen vier Bauelementen 46,
vorgesehen. Entsprechend sind in der Zylinderwand 48 fünf Durchführungen 52 vorgesehen,
auch zur Durchführung
der Leitungen 40' von
anderen Bauteilen 48.
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Durch
die Integrierung der Stromleitungen 40'' und 42'' in die jeweiligen Zylinderwände 14' bzw. 16' ist gewährleistet,
dass der Zylinderhohlraum des feststehenden Teils 10'' vollständig leer bleibt. Außerdem ist
außerhalb
der Zylinderwand 16' keine
Stromleitung angeordnet.
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Es
kann durch die Werkzeug- oder Produktionsmaschine (z. B. Mehrspindelmaschine),
die die Übertragereinheit
gemäß 2 verwendet,
Material bearbeitet werden, das über
den Zylinderhohlraum des feststehenden Teils 10'' zugeführt wird.
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Die
vorliegende Anordnung ist nicht auf ein im Innenraum befindendes
feststehendes Teil und ein außen
befindliches rotierendes Teil festgelegt. Stattdessen kann die Erfindung
in völlig
analoger Weise auch im umgekehrten Fall verwirklicht werden, bei
dem sich das rotierende Teil im Innenraum des feststehendes Teils
befindet.