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Gegenstand
der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Bewegen eines
Werkstücks oder eines Werkzeugs nach den Merkmalen des Oberbegriffs
des Anspruchs 1 und ein Kreuztisch, welcher eine derartige Vorrichtung
beherbergt.
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Bei
einer Vielzahl von Fertigungseinrichtungen, insbesondere bei Werkzeugmaschinen
zur spanenden Fertigung, wie beispielsweise Fräsmaschinen,
muss die Relativbewegung zwischen einem Werkzeug und einem Werkstück
durch mindestens drei translatorische Maschinenachsen erzeugt werden.
Der Begriff ”Maschinenachse” bezeichnet hierbei
eine Baugruppe, die die angetriebene translatorische Relativbewegung
zweier Komponenten ermöglicht und welche zumindest einen
Antrieb und ein Führungssystem zum Führen der
bewegten Teile der Maschinenachse einschließt.
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Derartige
Fertigungseinrichtungen sind so konstruiert, dass sie eine hohe
Steifigkeit, eine kompakte Bauweise, eine geringe Verlagerung der
Komponenten durch Massenkräfte und eine geringe Verlagerung
der Komponenten durch Wärmeeintrag durch die Antriebe aufweist.
Zudem ist eine hohe zeitliche Ableitung der Beschleunigung der Bewegung
der beweglichen Teile der Maschinenachsen bei geringer Schwingungsneigung
des Gesamtsystems zu erzielen.
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Im
Stand der Technik werden bislang mindestens zwei translatorische
Maschinenachsen gestapelt. D. h., eine Maschinenachse wird von einer weiteren
sich senkrecht zu der ersten Maschinenachse bewegenden Maschinenachse
getragen. Für eine derartige Anordnung ist der Begriff
Kreuztisch gebräuchlich. In der 1 ist eine
derartige Vorrichtung schematisch dargestellt.
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Die
Vorrichtung 1 zum Bewegen eines Werkstücks oder
eines Werkzeugs weist dabei eine erste Maschinenachse 2 und
eine zweite Maschinenachse 3 auf. Die erste Maschinenachse 2 setzt
sich aus einem bewegten Teil 201 und einem festen Teil 202 als auch
einem Führungssystem 203 zusammen, wobei das Führungssystem 203 mindestens
die Bewegung zwischen dem bewegten und dem festen Teil ermöglicht.
Der feste Teil 202 der ersten Maschinenachse 2 ist
dabei fest mit dem Gestell 5 der Vorrichtung verbunden.
Direkt an der ersten Maschinenachse 2 angeordnet befindet
sich die zweite Maschinenachse 3. Dabei weist die zweite
Maschinenachse 3 ebenfalls einen beweglichen Teil 301 und
einen festen Teil 302 auf, welche mittels eines Führungssystems 303 miteinander
in Verbindung stehen. Der feste Teil der zweiten Maschinenachse 302 ist
dabei fest mit dem bewegten Teil der ersten Maschinenachse 201 verbunden.
Auf dem bewegten Teil der zweiten Maschinenachse 301 ist
eine Aufnahme 4 für ein Werkzeug oder Werkstück
angeordnet. Diese Aufnahme wird insbesondere bei Kreuztischen häufig
auch als Maschinentisch bezeichnet.
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Eine
derartige Anordnung ist beispielsweise aus der
DE 100 40 277 C2 bekannt.
Der in jener Patentschrift offenbarte Kreuztisch folgt dem in
1 dargestellten
Prinzip der Bewegung, d. h., eine erste Maschinenachse, welche mit
einem Gestell verbunden ist, trägt eine zweite Maschinenachse,
welche in ihrer Gesamtheit von der ersten Maschinenachse bewegt
wird.
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Aus
der
US 6,194,859 B1 ist
eine Vorrichtung bekannt, bei welcher ein Referenzpunkt in einer xy-Ebene
platziert werden kann. Die Vorrichtung weist eine erste Führungsschiene
in der x-Richtung auf, wobei ein Schlitten entlang der ersten Führungsschiene
bewegbar ist. Der Schlitten weist wiederum zweite Führungsschienen
zum Führen einer Interface Platte auf, wobei die zweiten
Führungsschienen am Interface senkrecht zueinander und
unter einem Winkel kleiner als 90° Grad zu einer Führungsschiene
der X-Achse angeordnet sind. Eine Reduzierung der bewegten Massen
wird durch eine höhere Anzahl von Führungselementen
im Vergleich zu einem konventionellen Kreuztisch erreicht. Bei Kreuztischen, bei
denen die Verfahrwege in X- und in Y-Richtung betragsgleich und
groß sind, erscheint bei einer Anordnung gemäß des
zitierten Patentes eine kompakte Bauweise mit geringen bewegten
Massen jedoch nicht realisierbar. Zudem ist eine Impulsentkopplung zwischen
den Bewegungen der Interface Platte in der x- und in der y-Richtung
nicht gegeben oder ausführbar.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum Bewegen
eines Werkstücks oder eines Werkzeugs zu schaffen, welche
eine kompakte Baugröße aufweisen kann. Weiterhin
ist es Aufgabe der Erfindung eine Anordnung bereitzustellen, die
erstens für die Realisierung einer frei parametrisierbaren
Impulsentkopplungseinrichtung sowie zweitens für die Realisierung
einer Aufteilung von Bewegungsanteilen innerhalb einer Maschinenachse auf
mehrere Antriebssysteme geeignet ist.
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Die
Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung nach den Merkmalen
des Anspruchs 1.
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Dadurch,
dass die erste und die zweite Maschinenachse der Vorrichtung zumindest
teilweise an dem Gestell der Vorrichtung angeordnet sind, besitzen
sowohl die erste als auch die zweite Maschinenachse einen eigenen
Anbindungspunkt an das Gestell, was dazu führt, dass sie
unabhängig voneinander ausgebildet und bewegt werden können.
Die Verwendung von zwei fest mit dem Gestell verbundenen Maschinenachsen
bietet ein hohes Potential zum Leichtbau, da die erste Maschinenachse
nicht mehr die zweite Maschinenachse tragen muss und geringere Antriebskräfte
bereitstellen muss. Dieser Vorteil kommt insbesondere dann zum Tragen,
wenn die Antriebskräfte hauptsächlich durch die
Massenkräfte der bewegten Maschinenkomponenten bestimmt werden,
wie dies beispielsweise bei der Fräsbearbeitung mit Werkzeug
kleinen Durchmessers der Fall ist. Weiterhin ist es bei der Gestaltung
einer konventionellen Vorrichtung in aller Regel erforderlich, den elektrischen
Antrieb bzw. die mechanischen Übertragungselemente der
zweiten Maschinenachse unterhalb des Maschinentisches und oberhalb
der ersten Maschinenachse zu platzieren. Dies führt zu
einer größeren Ausdehnung der Vorrichtung in der
Richtung senkrecht zu den Bewegungsrichtungen der ersten und zweiten
Maschinenachse im Vergleich zur hier aufgeführten Anordnung.
Die größere Ausdehnung führt zu größeren
Hebelarmen, die an den Führungseinrichtungen zu größeren
Nick-, Wank- und Giermomenten führen. Dieser Nachteil wird
durch die erfindungsgemäße Anordnung vermieden,
da die Antriebe im Wesentlichen in der Ebene des Massenschwerpunkte
angeordnet sind oder werden können und die gesamte Vorrichtung
eine geringere Höhe gegenüber dem Stand der Technik
aufweisen kann.
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung ist insbesondere
für hoch präzise Werkzeugmaschinen gut geeignet.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst insbesondere,
dass die erste Maschinenachse nicht starr mit der zweiten Maschinenachse
verbunden ist. Insbesondere bedeutet dies, dass die in der Ebene
bewegte Aufnahme nicht starr mit einer der beiden Maschinenachse
verbunden ausgeführt sein muss. Es ist also möglich,
dass das Führungssystem der ersten bzw. zweiten Maschinenachse
keine starre Verbindung mit der zweiten bzw. ersten Maschinenachse
aufweist.
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Auch
ist die Möglichkeit der Verwendung von baugleichen Teilen
und einer Modulbauweise bei der vorgeschlagenen Erfindung in besonderem
Maß gegeben, da sowohl der Antrieb der ersten Maschinenachse
als auch der Antrieb der zweiten Maschinenachse nahezu identisch
gestaltet werden können.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung
sind in den untergeordneten Ansprüchen offenbart.
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Vorteilhafterweise
weist die erste und/oder zweite Maschinenachse jeweils einen festen
und einen beweglichen, vorzugsweise in der der jeweiligen Maschinenachse
zugeordneten Richtung beweglichen, Teil auf, wobei der feste Teil
an dem Gestell kraft- und/oder stoff- und/oder formschlüssig
angebunden ist. Durch die kraft- bzw. stoff- bzw. formschlüssige
Anordnung des festen Teils sowohl der ersten als auch der zweiten
Maschinenachse am Gestell, wird der Impuls zwischen dem beweglichen
Teil der Maschinenachse und dem Gestell direkt ausgetauscht, d.
h. Bewegungen der ersten bzw. zweiten Maschinenachse werden nicht
auf die zweite bzw. erste Maschinenachse übertragen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der ersten und/oder der zweiten Maschinenachse
eine Kontrolleinheit zugeordnet ist, welche eine Mess- und/oder Auswerteeinheit
und/oder ein Regelsystem umfasst. Mittels eines Mess- und/oder Auswertesystems
kann die Position des beweglichen Teils der ersten und/oder zweiten
Maschinenachse gegenüber dem feststehenden Teil der ersten
und/oder zweiten Maschinenachse erfasst und ein Vergleich zwischen
einer Soll- und der Istposition des beweglichen Teils in Relation
zum festen Teil durchgeführt werden. Mittels eines in der
Kontrolleinheit angeordneten Regelsystems kann die hohe zeitliche
Ableitung der Beschleunigung der Verfahrbewegung der ersten und/oder zweiten
Maschinenachse steuerungstechnisch begrenzt werden bzw. mittels
weiterer Maßnahmen eine Impulsentkopplung vollzogen werden.
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Weiterhin
können die Messsysteme der vorgeschlagenen Vorrichtung
nahe an die Wirkstelle gebracht werden, wohingegen die verlustbehafteten Antriebe
weit von der Wirkstelle entfernt angebracht werden können.
Unter Wirkstelle wird hier die Bearbeitungsstelle des Werkstücks – z.
B. beim Fräsen des Werkstücks, welches auf der
Vorrichtung angeordnet ist – oder die Montagestelle – z.
B. bei Verwendung der Vorrichtung zur Montage – bezeichnet.
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Durch
eine derartige Anordnung der Messsysteme und der Antriebe treten
die Positionierfehler, die sich bei üblichen Anordnungen
aufgrund des Wärmeeintrags der Antriebsmotoren in die Maschinenkomponenten
und die Messsysteme ergeben, nicht in Erscheinung.
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Besonders
vorteilhafterweise weist die erste und/oder zweite Maschinenachse
eine Vorrichtung zur Impulsentkopplung auf, über welche
die Impulsübertragung zwischen der ersten bzw. zweiten
Maschinenachse und dem Gestell einstellbar ist. Mit einer derartigen
Vorrichtung kann die hohe zeitliche Ableitung der Beschleunigung
der Maschinenachse (Ruck) mit einer hohen Ortspräzision
gekoppelt werden. Ohne eine derartige Vorrichtung ist der realisierbare
Impuls begrenzt, da es sonst beispielsweise beim Fräsen
zu Schwingungen oder zu Oberflächen schlechter Qualität
kommt.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn der Antrieb der ersten und/oder zweiten
Maschinenachse mindestens einen Linear-Direktantrieb aufweist, wobei ein
Teil des Linear-Direktantriebs vorzugsweise fest mit dem Gestell
verbunden ist. Die Linear-Direktantriebe sind besonders geeignet
zur Realisierung der hohen zeitlichen Ableitung der Beschleunigung
der Verfahrbewegung. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der
Antrieb der ersten und/oder zweiten Maschinenachse jeweils zwei
Linear-Direktantriebe umfasst, wobei die zwei Linear-Direktantriebe
miteinander verbunden sind und in die gleiche Richtung bewegbar
sind. Auf diese Weise lässt sich ein geeigneter Antrieb
zur Impulsentkopplung bilden. Entgegen passiven Elementen (Feder
und Dämpfer) zur Impulskopplung, wie es beispielsweise
in der Druckschrift
DE
198 10 996 A1 offenbart ist, lässt sich eine aktive
Steuerung und Regelung des Impulsübertrags mit Hilfe zweier
aneinander gekoppelter und in dieselbe Richtung bewegbarer Linear-Direktantriebe vornehmen.
Dabei wird ein Sekundärteil des ersten Linear-Direktantriebs
mit der Aufnahme bzw. einer Nutzlast verbunden, wobei das Einleiten
des Gegenimpulses in das Gestell dadurch verhindert wird, dass der
Impuls des Sekundärteils zunächst einen Gegenimpuls
auf den Primärteil des ersten Antriebs überträgt.
Der Primäranteil ist starr mit dem Primärteil
des zweiten Linear-Direktantriebs verbunden, so dass dieser einen
Gegenimpuls erfährt. Infolge des Gegenimpulses wird sich
ein Primärteil des zweiten Linear-Direktantriebs entgegen
der Bewegungsrichtung des Sekundärteils des ersten Linear-Direktantriebs verschieben.
Der zeitliche Verlauf sowie die Amplitude der Bewegung werden durch
die eingestellte Regelcharakteristik und die Masse der Linear-Direktantriebe
bestimmt. Da sowohl der erste als auch der zweite Linear-Direktantrieb
aktiv gesteuert werden können, kann auch der in das Gestell
eingeleitete Impuls reguliert werden, beispielsweise so, dass die
Abstimmung nicht für eine feste Resonanzfrequenz vorgenommen
werden muss, sondern der Impuls über einen Frequenzbereich
hin abstimmbar ist.
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Die
resultierende translatorische Bewegung zwischen dem mit der Aufnahme
für ein Werkzeug und ein Werkstück verbundenen
Sekundärteil eines Linear-Direktantriebs und dem Gestell
ergibt sich aus der Summe der beiden Relativbewegungen zwischen
den einzelnen Komponenten (hier: Primärteil und Sekundär teil)
des ersten und zweiten Linear-Direktantriebs. Neben der Impulsentkopplung
ist somit auch eine Aufteilung der geforderten Gesamtbewegung auf
die beiden Linear-Direktantriebe möglich. So kann der erste
Linear-Direktantrieb im Abtrieb der Maschinenachse hochfrequente
Bewegungsanteile kleiner Amplitude bei geringer bewegter Masse durchführen,
während der zweite Linear-Direktantrieb Bewegungsanteile
niedriger Dynamik und größerer Amplitude durchführt
bzw. aufnimmt. Analog kann der zweite Linear-Direktantrieb die hochfrequenten
Bewegungsanteile und der erste Linear-Direktantrieb die Bewegungen
niedriger Dynamik durchführen bzw. aufnehmen.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn das Führungssystem der ersten
und/oder zweiten Maschinenachse jeweils erste und zweite Führungselemente
aufweist. Die ersten Führungselemente verlaufen in der
Richtung der Bewegung der ersten bzw. zweiten Maschinenachse und
die zweiten Führungselemente verlaufen in Richtung der
Bewegung der jeweils anderen, d. h. der zweiten bzw. der ersten,
Maschinenachse. Unter dem Begriff Führungselemente werden
hierbei beispielsweise Wälzlager, hydrostatische Lager,
aerostatische Lager, Magnetlager oder Gleitlager verstanden.
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Die
ersten Führungselemente unterstützen somit die
Führung in der Richtung der Bewegung der den ersten Führungselementen
zugeordneten Maschinenachse. Eine durch die Bewegung der Maschinenachse
bewegte Aufnahme kann entlang der zweiten Führungselemente
in Richtung der jeweils anderen, also in Richtung der Bewegung der
den obigen ersten Führungselementen nicht zugeordneten,
Maschinenachse bewegt werden. Vorzugsweise sind die ersten Führungselemente
einer Maschinenachse dabei senkrecht zu den zweiten Führungsele menten angeordnet
und es weisen sowohl die erste als auch die zweite Maschinenachse
erste und zweite Führungselemente auf.
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Besonders
vorteilhaft ist diese Ausführung wenn das Führungssystem
der ersten und/oder zweiten Maschinenachse einen Führungsrahmen
aufweist, welcher an seiner Außen- bzw. an seiner Innenseite
Führungselemente erster bzw. zweiter Art aufweist. Der
Führungsrahmen bildet hierbei insbesondere für
die zweiten Führungselemente gute Anbindungsmöglichkeiten
um die Aufnahme innerhalb des Rahmens beweglich auszubilden. Der
Führungsrahmen kann geschlossen oder offen ausgebildet sein.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, wenn die Aufnahme durch ein zusätzliches
Bauteil, wobei das zusätzliche Bauteil durch das Führungssystem
der ersten und der zweiten Maschinenachse führbar ist,
gebildet wird. Auf einer derartigen, oftmals ”Maschinentisch” genannten
Aufnahme können Halterungen für das zu befestigende
Werkzeug bzw. das zu befestigende Werkstück angebracht
werden.
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Besonders
vorteilhafterweise wird eine derartige Vorrichtung in einem Kreuztisch
verwendet. Als Werkmaterialien sind hierbei Kunststoff, Metall oder
Naturmaterialien wie Stein denkbar.
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Weitere
vorteilhafte Weiterbildungen lassen sich den Beschreibungen der
einzelnen Ausführungsbeispiele entnehmen, wobei Merkmale,
welche in einzelnen Ausführungsbeispielen gezeigt sind, selbstredend
mit den anderen Ausführungsbeispielen kombinierbar sind.
Es zeigen:
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1 Vorrichtung
nach dem Stand der Technik;
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2 schematische
Darstellungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung;
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3 erfindungsgemäßer
Antrieb mit zwei Linear-Direktantrieben (schematisch);
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4a,
b, c Ausführungsbeispiele eines Kreuztischs mit erster
Maschinenachse;
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5a,
b, c erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Kreuztisch.
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Die 2 zeigt
im Gegensatz zur 1 eine Vorrichtung zum Bewegen
eines Werkstücks oder eines Werkzeugs in einer zweidimensionalen
Ebene, hier durch die X- als erste und die Y-Richtung als zweite
Richtung bezeichnet, welche ein Gestell 5, eine Aufnahme 4 und
eine erste Maschinenachse 20 und eine zweite Maschinenachse 30 umfasst.
Das Gestell 5 wird bisweilen auch als Maschinenbett bezeichnet.
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Die
erste Maschinenachse 20 und die zweite Maschinenachse 30 weisen
jeweils mindestens einen Antrieb und ein Führungssystem
auf. Der Antrieb der ersten Maschinenachse ist hier in einen beweglichen
Teil 201 der ersten Maschinenachse und einem festen Teil 202 der
ersten Maschinenachse angeordnet. Das Führungssystem ist
sowohl in den Elementen 203 und 204 angeordnet.
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Die
zweite Maschinenachse 30 weist ebenfalls einen beweglichen
Teil 301 und einen feststehenden Teil 302 auf,
wobei sowohl im beweglichen Teil 301 als auch im festen
Teil 302 Teile des Antriebs beinhaltet sind.
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Auch
hier setzt sich das Führungssystem aus den Elementen 303 zwischen
dem festen Teil 302 und dem beweglichen Teil 301 und
dem Element 304 zwischen dem beweglichen Teil 301 und
der Aufnahme 4 zusammen.
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Im
Gegensatz zu der in 1 gezeigten Vorrichtung kann
im Ausführungsbeispiel der 2 die zweite
Maschinenachse 30 eine von der ersten Maschinenachse 20 unabhängige
Bewegung durchführen. Wo bei dem Ausführungsbeispiel
der 1 der ”feststehende Teil” 302 der
zweiten Maschinenachse 3 fest mit dem beweglichen Teil 201 der
ersten Maschinenachse 2 verbunden ist, ist bei der erfindungsgemäßen
Ausführung der Vorrichtung der feststehende Teil 302 der
zweiten Maschinenachse 30 an dem Gestell 5 angeordnet.
Dabei ist hier bereits an dem Schema zu erkennen, dass vorteilhafterweise die
Anordnung der ersten Maschinenachse 20 und der zweiten
Maschinenachse 30 an dem Gestell 5 an unterschiedlichen
Seiten des Gestells vorgenommen wird.
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In
der 3 wird ein Antrieb entweder der ersten oder der
zweiten Maschinenachse schematisch dargestellt, wobei in vorliegendem
Falle der Antrieb als Teil einer ersten Maschinenachse 20' ausgebildet
ist. Der Antrieb setzt sich dabei aus einem ersten Linear-Direktantrieb 210 und
einem zweiten Linear-Direktantrieb 220 zusammen. Dabei
ist der zweite Linear-Direktantrieb 220 in seiner Gesamtheit
Teil des beweglichen Teils 201' der ersten Maschinenachse 20'.
Der erste Linear-Direktantrieb 210 weist einen Primärteil 211 auf,
welcher ebenfalls zum bewegten Teil 201' der ersten Maschinenachse
zugerechnet werden kann. Der feststehende Teil, bzw. Sekundärteil 212 des
ersten Linear-Direktantriebs 210 bildet den feststehenden
Teil der ersten Maschinenachse 20'.
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Der
erste Linear-Direktantrieb 210 ist ebenso wie der zweite
Linear-Direktantrieb 220 aus einem Primärteil 211 bzw. 221,
einer Linearführungseinrichtung 203' bzw. 223 sowie
einem Sekundärteil 212 bzw. 222 aufgebaut.
Die Linear-Direktantriebe 210, 220 können
sowohl synchron als auch asynchron betrieben werden. Besonders vorteilhaft
wird der in 3 gezeigte Antrieb zur Impulsentkopplung
eingesetzt. Dabei wird der Sekundärteil 222 des
zweiten Linear-Direktantriebs 220 mit der Aufnahme 4 bzw. der
damit verbundenen Nutzlast verbunden. Das Einleiten des Gegenimpulses
in das Maschinengestell 5, in welcher der Sekundärteil 212 des
ersten Linear-Direktantriebs 210 fest verbunden ist, wird
dadurch verhindert, dass der Impuls des Sekundärteils 222 des zweiten
Linear-Direktantriebs 220 zunächst einen Gegenimpuls
am Primärteil 221 des zweiten Linear-Direktantriebs 220 bewirkt.
Der Primärteil 221 ist starr mit dem Primärteil 211 des
ersten Linear-Direktantriebs 210 verbunden, so dass dieser
ebenfalls den Gegenimpuls erfährt. In Folge des Gegenimpulses verschiebt
sich der Primärteil 211 des ersten Linear-Direktantriebs 210 gegenüber
dem Sekundärteil 222 des zweiten Linear-Direktantriebs 220.
Der zeitliche Verlauf sowie die Amplitude der Bewegungen wird neben
der Masse der beiden Primärteile 211 und 221 durch
die mittels eines Regelsystems einstellbare Regelcharakteristik
bestimmt. Der in das Gestell 5 eingeleitete Impuls kann
eingestellt werden und für unterschiedliche Betriebszustände
der Fertigungs-/Montageeinrichtung so parametrisiert werden, dass
eine für den jeweiligen Einsatzfall geeignete Charakteristik,
beispielsweise ein Grad der Impulsentkopplung, erzielt wird. Dies
bedeutet insbesondere, dass der Antrieb nicht auf einen bestimmten Wertebereich
oder einen bestimmten Einsatzbereich hin optimiert werden muss,
sondern dass sowohl hochfrequente und niedrigfrequente Bewegungen, Bewegungen
mit kleinen und großen Amplituden und Bewegungen kleiner
und größerer Massen mit einem einzigen Antrieb
getrennt steuerbar sind. Zudem kann der Antrieb mit einem hohen
Ruck beschleunigt oder verzögert werden. Selbstverständlich
ist es ebenfalls möglich, die Anordnung der Linear-Direktantriebe
leicht zu verändern. Dies würde bedeuten, dass
beispielsweise der Primärteil 221 des zweiten Linear-Direktantriebs 220 mit
dem Sekundärteils 222 des zweiten Linear-Direktantriebs 220 vertauscht würde,
so dass der Sekundärteil 222 mit dem Primärteil 211 starr
verbunden ist.
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Der
in 3 schematisch dargestellte Antrieb kann in vielen
Bereichen, nicht ausschließlich im Bereich der erfindungsgemäßen
Vorrichtung angewandt werden. Er eignet sich in weitaus größerem Maße
zur Impulsentkopplung als es passive Elemente, wie sie heutzutage
in Einrichtungen zur Impulsentkopplung, z. B. in Kreuztischen, eingesetzt
werden, zu verrichten vermögen. Er kann daher auch in Verbindung
mit einem Regelsystem und einer Mess- und Auswerteeinheit als eigenständige
Erfindung betrachtet werden. Auch das dazugehörige Verfahren zur
Impulsentkopplung mittels der zwei Antriebe ist an sich erfinderisch.
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Zum
Bewegungsablauf des in 3 gezeigten Antriebs ist weiterhin
zu sagen, dass, wie in 3 eingezeichnet, sowohl der
erste Linear-Direktantrieb 210 als auch der zweite Linear-Direktantrieb 220 in
der gleichen Richtung, hier in der X-Richtung bewegbar sind. Selbstverständlich
kann die in den anderen Figuren offenbarte Vorrichtung zum Bewegen
eines Werkstücks oder eines Werkzeugs auch mit anderen
An triebsarten kombiniert werden, wie beispielsweise rotativen Motoren
mit mechanischen Übertragungsgliedern, z. B. Kugelgewindeantrieben, Riemenantriebe
oder mit hydrostatischen Antrieben.
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Die 4a zeigt
einen erfindungsgemäßen Kreuztisch 100,
welcher eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum
Bewegen eines Werkstücks oder eines Werkzeugs in einer
zweidimensionalen Ebene aufweist. Dabei erfolgt die Bewegung in
der zweidimensionalen Ebene, welche durch die Richtungen X und Y
aufgespannt wird. Der Kreuztisch 100 weist ein Gestell 105 auf,
welches im Wesentlichen rechteckig ausgebildet ist. Das Gestell
ist aus Metall gefertigt, kann jedoch auch aus Hohlmetall aufgebaut
sein. An dem Gestell 105 ist eine Achsenaufnahme 110 angebracht,
in welcher eine Vielzahl von Teilen der ersten Maschinenachse 200 verläuft.
Die Maschinenachse 200 führt eine Bewegung in
Richtung des X-Vektors aus. D. h., dass die erste Maschinenachse 200 zwischen
dem linken Rand 121 des Gestells 105 und dem rechten
Rand 122 hin und her bewegbar ist. Teil der ersten Maschinenachse 201” ist
ein Führungssystem 401, bei welchem eine Führungsschiene 402 und
ein zweites Führungselemente 403 sichtbar sind. Das
zweite Führungselement 403 ist dabei so mit der Führungsschiene 402 verbunden,
dass die ebenfalls mit dem zweiten Führungselement 403 verbundene Aufnahme 4 in
Y-Richtung, d. h. senkrecht zur Bewegungsrichtung der ersten Maschinenachse 200 hin bewegbar
ist. An den, aus der Perspektive der 4a betrachtet,
oben und unten gelegenen Enden der Führungsschiene 402,
welche mit dem oberen Rand 124 des Gestells 105 und
dem unteren Rand 123 des Gestells 105 in Kontakt
treten, befinden sich die ersten Führungselemente, welche
eine Führung in Richtung der X-Achse ermöglichen.
Somit verlaufen diese ersten Führungselemente in Richtung
der Bewegungsrichtung der ersten Maschinenachse.
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Wie
bereits erwähnt, steht das Führungssystem 401 auch
mit der Aufnahme 4 in Verbindung. Dabei ist es derart mit
der Aufnahme 4 verbunden, dass eine Bewegung der Maschinenachse 200 nach
links oder rechts in der Richtung der X-Achse die Aufnahme 4 in
derselbigen Richtung bewegt, d. h. in der X-Richtung mit der Aufnahme
fest oder lösbar verbunden ist. In der zweiten Richtung
senkrecht dazu, der Y-Richtung, hat die Bewegung der ersten Maschinenachse 200 entlang
der X-Richtung keinerlei Einfluss auf den Bewegungsverlauf der Aufnahme 4.
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Um
Bewegungen der Maschinenachse 200, welche beispielsweise
einen Linear-Direktantrieb oder einen Antrieb wie in 3 beschrieben
aufweisen kann, derart auszubilden, dass der Impulsübertrag
zwischen der Aufnahme 4 und dem Gestell 105 weitestgehend
entkoppelbar ist, ist eine Kontrolleinheit 2000 angeordnet,
welche eine Steuereinheit und mindestens ein Messsystem zur Positionserfassung der
Maschinenachse 200 beinhaltet. Über eine Datenverbindung 2001 wird
diese Kontrolleinheit 2000 mit den dafür vorgesehenen
Verbindungen der ersten Maschinenachse 200, welche innerhalb
der Achsenaufnahme 110 verläuft, verbunden.
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Der
in der 4b gezeigte Kreuztisch 100' ähnelt
der in 4a gezeigten Vorrichtung. Dieser weist
ebenso ein Gestell 105' mit einem linken Rand 121',
einem rechten Rand 122', einem unteren Rand 123' und
einem oberen Rand 124' auf. Ebenfalls weist das Gestell 105' einen
Boden 120' auf, über welchem die Aufnahme 4 verläuft.
Es ist eine Achsenaufnahme 110' vorhanden, in welcher die
Maschinenachse 200 ver läuft. Dasselbe gilt für
die Kontrolleinheit 2000', welche jedoch in diesem Fall
zusätzlich noch eine Auswerteeinheit beinhaltet, um ermittelte
Daten mit Hilfe einer Datenverarbeitungsanlage weiterverarbeiten
zu können. Die Verbindung zwischen der Kontrolleinheit
und der Maschinenachse wird mittels der Verbindung 2001' hergestellt.
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Im
Wesentlichen unterscheidet sich die 4b von
der 4a durch die unterschiedliche Anordnung der Führungselemente.
Das in der 4b gezeigte Führungssystem 401' weist
dabei einen Führungsrahmen 402' auf. Im Innenraum
des Führungsrahmens 402' ist die Aufnahme 4 durch zweite
Führungselemente 403', 404' geführt.
Am unteren Rand 423' und am oberen Rand 424' befinden sich
Schienen, welche an dem unteren Rand 123' bzw. am oberen
Rand 124' des Gestells 105' befestigt sind. Das
Führungssystem 401' der 4b hat dabei
den Vorteil, dass die Aufnahme 4 auch mit sehr einfach
ausgebildeten zweiten Führungselementen senkrecht zur Bewegungsrichtung
der ersten Maschinenachse 200 geführt ist. Eine
starre Verbindung zwischen der Aufnahme 4 und dem zweiten
Führungselement, ist nicht notwendig, um eine Bewegung
der Aufnahme 4 in Richtung der Bewegungsrichtung der ersten
Maschinenachse, d. h. der ersten Richtung X, zu bewirken.
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In
der 4c ist der Kreuztisch 100' der 4b im
Schnitt I gezeigt. Dabei ist deutlich erkennbar, wie die Maschinenachse 200 aufgebaut
ist. Die Maschinenachse 200 weist einen Antrieb aus einem ersten
Linear-Direktantrieb 210' und einem zweiten Linear-Direktantrieb 220' auf.
Dabei ist der feststehende Teil 212' des ersten Linear-Direktantriebs 210' fest
mit der Achsenaufnahme 110' verbunden. An diesem feststehenden
Teil 212' ist der Primärteil 211' des ersten
Linear-Direktantriebs in X-Richtung beweglich angeordnet. Im Gegensatz
zu der in 3 ist bei dem in 4c dargestellten
Antrieb die Anordnung des Primärteils 211' des
ersten Linear-Direktantriebs 210' und des Primärteils 221' des
zweiten Linear-Direktantriebs 220' derart, dass die Primärteile 211', 221' in
X-Richtung hintereinander angeordnet sind.
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Wie
bereits erwähnt, ist der Sekundäranteil 212' des
ersten Linear-Direktantriebs 210' fest mit dem Aufnahmegestell 110' verbunden.
Die Primärteile 211', 221' sind gegenüber
dem Sekundärteil 212' beweglich ausgebildet. Ebenfalls
gegenüber den Primärteilen 211' und 221' beweglich
ist der Sekundärteil 222' des zweiten Linear-Direktantriebs 220' ausgeführt.
Zwischen den Sekundärteilen 212' bzw. 222' und
den Primärteilen 211', 221' befinden
sich Teile des Führungssystems. Diese Elemente sind aus
dem Stand der Technik hinreichend bekannt.
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An
dem Sekundärteil 222' befindet sich der Führungsrahmen 402'.
Dabei ist in dem Schnitt I deutlich erkennbar, dass die Aufnahme 4 in
dem Rahmen 402' gehalten wird. Die in der 4b gezeigten
zweiten Führungselemente 403' und 404' beinhalten
unter anderem die Führungsschienen 421' und 422',
in welchen die Aufnahme 4 in der Y-Richtung, d. h. senkrecht
zur Richtung der ersten Maschinenachse 200, verlaufen können.
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In
den 5 ist nochmals ein erfindungsgemäßer
Kreuztisch 1000 bzw. 1000' gezeigt, wobei diese
Kreuztische sowohl die eine erste Maschinenachse als auch eine zweite
Maschinenachse aufweisen. In der 5b zeigt
der Kreuztisch 1000 die erste Maschi nenachse 200 (welche
teilweise innerhalb einer Achsenaufnahme 110 verläuft)
und die zweite Maschinenachse 300, welche senkrecht zur
ersten Maschinenachse bewegbar ist. Dabei weist das Gestell 105 eine
zweite Achsenaufnahme 1100 auf. An der ersten Maschinenachse
ist, wie bereits beschrieben, ein Führungssystem 401 angebracht.
Symmetrisch dazu weist die zweite Maschinenachse 300 ein Führungssystem 501 auf.
Diese ist im Wesentlich identisch zu den in 4a gemachten
Ausführungen des Führungssystem ausgebildet.
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In
der 5b ist ein Kreuztisch 1000' gezeigt,
welcher im Wesentlichen mit der 4b übereinstimmt
und zusätzlich noch die zweite Maschinenachse 300,
die Gestellaufnahme 1100' und den zweiten Führungsrahmen 502' aufweist.
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In
der 5c ist der Schnitt I durch die 5b dargestellt.
Es ist deutlich zu sehen, dass die erste Maschinenachse 200' oberhalb
der zweiten Maschinenachse 300' verläuft. In der
hier gezeigten Ausführung berühren sich die Maschinenachsen nicht.
Es ist jedoch denkbar eine Führungseinrichtung zwischen
dem Führungssystem 401' und dem Führungssystem 501' anzuordnen,
um eine reibungsarme Bewegung zwischen den beiden Maschinenachsen
zu ermöglichen. Auf jeden Fall ist klar ersichtlich, dass
die beiden Maschinenachsen nicht starr miteinander verbunden sind.
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Am
linken Rand 121' des Gestells 105' sind Aufnahmeelemente
erkennbar, welche in den Führungsschienen 521' des
Führungssystems 501' verlaufen. Selbiges gilt
auf der rechten Randseite 122', an welchem hinaus stehende
Elemente in die Laufschienen 522' eingreifen. Ebenfalls
zu sehen, ist eine in Richtung der X-Richtung verlaufende Laufschiene 524',
in welche das Element 525' eingreift, welches mittels zweiter
Mitnehmer 526' bzw. 527' die Aufnahme 4 in
der X-Richtung mitnimmt. Dadurch kann bei einer Bewegung der ersten
Maschinenachse 200' entlang der X-Richtung die Aufnahme
auch entlang der Führungsschiene 524' bewegt werden,
ohne großen Widerstand zu erzeugen. Ähnliches
gilt für den umgekehrten Fall, bei welchem die zweite Maschinenachse 300' bewegt
wird und die Aufnahme in den zweiten Führungselementen
der ersten Maschinenachse 200' im Wesentlichen reibungsarm
bzw. reibungsfrei verläuft.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10040277
C2 [0006]
- - US 6194859 B1 [0007]
- - DE 19810996 A1 [0019]