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Die vorliegende Erfindung betrifft eine rotatorisch antreibbare Trageinrichtung (im Folgenden auch als Drehtrommeleinrichting bezeichnet), die in einem Traggerüst, in horizontaler Ebene drehbar gelagert ist und einen Tragkörper aufweist, der über seinen Umfang verteilt eine Mehrzahl von parallel zu seiner Drehachse sich erstreckenden Tragseiten zur Aufnahme eines Werkzeugs und/oder eines zu bearbeitenden Werkstückes aufweist. Der Tragkörper wird dabei über zumindest eine Antriebseinrichtung rotatorisch angetrieben in der Art, dass durch kreisabschnittsweise Verdrehung des Tragkörpers zumindest jeweils eine Tragseite in eine vorbestimmte Arbeitsposition überführbar ist. Mit einer derartigen Drehtrommeleinrichtung, die an zumindest zwei umfänglich verteilt angeordneten Tragseiten Werkzeuge und/oder zu bearbeitende Werkstücke aufnehmen kann, können an den unterschiedlichen Tragseiten – insbesondere auch gleichzeitig – verschiedene Arbeitsoperationen durchgeführt werden. Durch Verdrehen der Trageinrichtung um einen vorbestimmten Winkelabschnitt können an ein und derselben Arbeitsposition gleiche Arbeitsoperationen an den unterschiedlichen Tragseiten wiederholt ausgeführt werden bzw. können an unterschiedlichen Arbeitspositionen an ein und derselben Tragseite unterschiedliche Arbeitsoperationen durchgeführt werden. Ein typischer Anwendungsfall für derartige Drehtrommeleinrichtungen findet sich insbesondere im Karosseriebau für Kraftfahrzeuge. Hier kann beispielsweise das Einlegen bzw. Entnehmen von Karosseriebauteilen auf einer ersten Drehtrommelseite erfolgen, während auf einer zweiten, z. B. gegenüber liegend angeordneten Drehtrommelseite das Bearbeiten des eingelegten Karosseriebauteils (z. B. durch Fügen oder Falzen dieser Bauteile) erfolgt. Die Arbeitsoperationen können dabei auch Schweiß-, Klebe- oder Nietarbeiten oder beliebige Kombinationen derselben umfassen. In einer anderen Anwendungsmöglichkeit kann auch ein Vorfügen einzelner Karosseriebauteile auf der einen Drehtrommelseite erfolgen und das Entnehmen dieser vorgefügten Karosseriebauteile auf der anderen gegenüberliegenden Drehtrommelseite erfolgen, um sie dann dem (beispielsweise an einer anderen Arbeitsstation durchzuführenden) eigentlichen Fügeprozess zuzuführen. Für diese Arbeitsvorgänge wird die Drehtrommeleinrichtung an ihren Tragseiten mit entsprechenden Vorrichtungen (Schweiß-, Biege- oder andere Werkzeugeinrichtungen; bzw. Spann- und Klemmvorrichtungen) bestückt. Die maximale Anzahl derartiger Vorrichtungen bzw. die maximale Anzahl diese Vorrichtungen tragender Tragseiten wird vorrangig von der Form des Trommelkörpers und dessen Teilung bestimmt. Der Trommelkörper kann wahlweise mit beliebigen Teilungen wie z. B. Zweier-, Dreier- oder Vierer-Teilung o. d. ausgestattet werden. Die beschriebenen und auf den entsprechenden Tragseiten der Trageinrichtung zu montierenden Vorrichtungen können jeweils für nur ein einziges Fahrzeugmodell oder alternativ auch für verschiedene Fahrzeugmodelle bzw. Fahrzeugtypen ausgeführt werden. So kann beispielsweise mit einer einzigen Drehtrommeleinrichtung sowohl eine Fahrzeuglimousine als auch ein entsprechendes Kombimodell bzw. dessen jeweilige Karosserieteile bearbeitet werden. Mit einer Bestückung der Drehtrommeleinrichtung mit Vorrichtungen für verschiedene Fahrzeugmodelle bzw. Fahrzeugtypen ist ein Wechsel des Fahrzeugmodells im laufenden Fertigungsprozess auf besonders einfache Weise möglich.
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Ein Verfahren zur Rückgewinnung der Bremsenergie bei Maschinen und Apparaten mit langsamem Arbeitshub und schnellem Rücklauf ist beispielsweise aus der
deutschen Patentschrift 49 63 58 bekannt. Dabei wird am Beispiel einer Tischhobelmaschine ausgeführt wie durch Abbremsung einer hohen Rücklaufgeschwindigkeit der Tischhobelmaschine während des Leerhubs ein separates Gewicht um eine gewisse Höhe angehoben wird, um eine entsprechende potentielle Energie zu speichern und abrufbar bereit zu stellen. Diese potentielle Energie wird dabei zu zwei verschiedenen Zeiten gespeichert, während ihre Abgabe nur zu einer bestimmten Zeit erfolgt.
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Des Weiteren ist aus der
DE 29 42 866 A1 eine Einrichtung zur Steuerung eines Werkzeugmaschinenrundschaltisches mit Energierückgewinnung bekannt. Zur Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades wird vorgeschlagen den Schalttisch entsprechend energiesparend zu betreiben, wobei die in einem Druckspeicher inne wohnende Energie in einem selbständigen Arbeitskreislauf einer Steuerung größtenteils erhalten bleibt. Der Druckspeicher gibt dabei die Energie zum Antrieb nicht nur ab, er gewinnt sie zum Teil auch zurück, während er in Folge späterer Unterbindung des Mediumdurchflusses durch das Steuerorgan hindurch die beschleunigten Massen abbremst. Während des normalen Arbeitsbetriebs müssen daher nur noch die Verluste, die durch Undichtigkeiten und Reibungen auftreten, ersetzt werden.
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Das ständige taktweise Verdrehen der Drehtrommeleinrichtung bzw. der Trageinrichtung der Drehtrommeleinrichtung erfolgt pro Fertigungstakt zumindest einmal, so dass sich hier ein erhebliches Potenzial nutzbarer Energieverluste erschließt. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Drehtrommeleinrichtung der eingangs genannten Gattung anzugeben, die sich durch einen erheblich reduzierten Energieverbrauch auszeichnet.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, dass eine rotatorisch antreibbare Trageinrichtung der gattungsbildenden Art Mittel zur Speicherung von während eines Bremsvorgangs zum Abbremsen des beschleunigten Tragkörpers entstehender Bremsenergie aufweist. Zum Antrieb des drehbar gelagerten Tragkörpers ist mit Vorteil ein hydraulisch betriebenes Antriebsmittel (im Folgenden als Hydraulikmotor bezeichnet) und/oder ein elektrisch betriebenes Antriebsmittel (im Folgenden als Elektromotor bezeichnet, der mit Vorteil in Abhängigkeit von seiner Ansteuerung sowohl motorisch als auch generatorisch arbeiten kann) vorgesehen. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Antriebseinrichtung für den Antrieb des drehbar gelagerten Tragkörpers eine Kombination von einem Elektromotor und einem Hydraulikmotor auf. Dabei sind die Motoren derart ausgelegt, dass über den Elektromotor die aufzubringende Grundlast und über den Hydraulikmotor die in der Praxis auftretende und zusätzlich aufzubringende Verlustleistung zur Überwindung von Reibung und anderen den Wirkungsgrad kleiner ein bedingenden Verlustfaktoren bereit gestellt wird. Entsprechend der Ausgestaltung des bzw. der jeweiligen Antriebsmittel sind die Mittel zur Speicherung der Bremsenergie als Hydraulikspeicher bzw. elektrischer Speicher ausgeführt. Während der Bremsphase des Tragkörpers kann somit über den generatorisch arbeitenden Elektromotor und/oder über den als Pumpe arbeitenden Hydraulikmotor Energie (zurück)gewonnen werden. Ein als elektrischer Speicher ausgebildeter Energiespeicher umfasst mit Vorteil kapazitive Energiespeichermittel in Form von Hochleistungskondensatoren, sogenannte Supercaps. Diese kapazitiven Energiespeicher sind in der Lage kurzzeitig auftretende Energiespitzen aufzunehmen und entsprechend kurzeitige Leistungsanforderungen in Form von Leistungsspitzen (wie sie etwa beim Anlauf einer elektrischen Maschine auftreten) abzudecken bzw. zu bedienen. Die Anbindung der zumindest einen Antriebseinrichtung an den in Rotation zu versetzenden Tragkörper erfolgt mit Vorteil unter Zwischenschaltung einer Getriebeeinrichtung und einer entsprechenden steuerbaren Schaltkupplung.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Zeichnungsfiguren für zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele dargestellt und näher erläutert. Es zeigen:
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1 in schematischer Darstellung eine Drehtrommeleinrichtung gemäß der Erfindung, in einer Vorderansicht quer zur Drehachse des drehbar gelagerten Tragkörpers,
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2–4 in schematischer Darstellung die Drehtrommeleinrichtung gemäß 1 in einer Seitenansicht mit unterschiedlichen Ausführungsformen des Tragkörpers,
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5 ein Funktionsschaltbild einer Drehtrommeleinrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung mit einer hydraulisch betriebenen Antriebseinrichtung, und
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6 ein Funktionsschaltbild einer Drehtrommeleinrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer kombinierten Antriebseinrichtung umfassend eine elektrische sowie eine hydraulische Antriebseinrichtung.
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1 zeigt eine rotatorisch antreibbare Trageinrichtung 1 (im Folgenden auch als Drehtrommeleinrichtung bezeichnet), bei der in einem Traggerüst TG, in horizontaler Ebene liegend und drehbar gelagert angeordnet, ein Tragkörper 2 gehalten ist. Das dargestellte Traggerüst TG besteht im Wesentlichen aus zwei axial beabstandeten Trägerböcken T, von denen einer ein entsprechendes Lagerelement 4 für die Lagerung der Antriebswelle W des Tragkörpers 2 (im Folgenden auch als Trommelkörper bezeichnet) trägt, während der andere Trägerbock T eine Antriebseinrichtung 6 für den rotatorischen Antrieb (und die drehende Lagerung) des Tragkörpers 2 trägt. Dabei ist der Tragkörper 2 mit seiner Antriebswelle W zwischen dem Lagerelement 4 des einen Trägerbacks T und der Antriebseinrichtung 6 des anderen Trägerbocks T drehend gelagert angeordnet. Die Antriebseinrichtung 6 sowie die dieser zugeordnete(n) Schaltkupplung(en) K60, K61 werden über eine elektronische oder hydraulische Steuereinrichtung 8 derart angesteuert, dass ein kreisabschnittsweises Verdrehen des Tragkörpers 2 um vorbestimmte Winkelabschnitte möglich ist, und der Tragkörper 2 seine umfänglichen Tragseiten 20 an vorbestimmten Arbeitspositionen definiert ausgerichtet bereit stellt.
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In den 2, 3 und 4 werden unterschiedliche Tragkörper 2 als mögliche Ausführungsformen dargestellt. In 2 wird ein im Querschnitt gesehen quadratischer Tragkörper 2 gezeigt, der an seinen vier umfänglichen Tragseiten 20 jeweils eine Vorrichtung V, beispielsweise in Form eines Werkzeugs und/oder eines zu bearbeitenden Werkstückes trägt. In 3 ist der Tragkörper 2 im Querschnitt gesehen rechteckig ausgebildet und trägt an lediglich zwei gegenüberliegenden Seiten entsprechende Vorrichtungen V. Schließlich ist gemäß 4 ein Tragkörper 2 in einer im Querschnitt gesehenen dreieckigen Ausführung (in Form eines gleichseitigen Dreiecks) dargestellt, welcher an jeder seiner drei Tragseiten 20 eine entsprechende Vorrichtung V trägt. In Abhängigkeit von der Anzahl der Tragseiten 20 ist der Tragkörper 2 um entsprechende Winkelabschnitte zu verdrehen, um an der bzw. den vorbestimmten Arbeitspositionen die entsprechenden Werkzeuge und/oder zu bearbeitenden Werkstücke bereit zu stellen.
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Gemäß der Erfindung sind die dargestellten Drehtrommeleinrichtungen 1 mit Mitteln zur Energierückgewinnung ausgestattet. Die hierbei (zurück)gewonnene Energie wird im Antriebssystem zwischengespeichert und bei folgenden Arbeitsprozessen bzw. in nachfolgenden Arbeitstakten oder -zyklen als Antriebsenergie wieder verwendet. Hierfür weist eine Drehtrommeleinrichtung 1 gemäß der Erfindung entsprechende Mittel 60a, 61a zur Speicherung von während eines Bremsvorgangs zum Abbremsen des beschleunigten Tragkörpers 2 entstehender Bremsenergie auf. Gemäß der Erfindung werden beispielhaft zwei mögliche Ausführungsformen einer entsprechenden Drehtrommeleinrichtung dargestellt und beschrieben.
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In einer ersten möglichen Ausführungsform, gemäß 5, ist eine ausschließlich hydraulisch angetriebene Drehtrommeleinrichtung 1 mit Energierückgewinnung und Zwischenspeicherung der Bremsenergie auf hydraulischer Basis dargestellt. Die Drehtrommeleinrichtung 1 gemäß 5 weist eine als Hydraulikmotor 60 ausgebildete Antriebseinrichtung 6 zum Antrieb des drehbar gelagerten Tragkörpers 2 auf. Dabei ist die hydraulisch betriebene Antriebseinrichtung 60 mit Vorteil über eine Getriebeeinrichtung 10 an den Tragkörper 2 bzw. an dessen Antriebswelle W angekoppelt. Der Hydraulikmotor 60 ist dabei über eine Ventilschaltung 60b derart angesteuert, dass – während einer Beschleunigungsphase, in der der Tragkörper 2 aus dem Stillstand heraus ausgehend von einer vorbestimmten Arbeitsposition zu beschleunigen ist – zuerst die die in dem als Druckspeicher 60a ausgebildeten Hydraulikspeicher während einer vorangegangenen Bremsphase gespeicherte Energie in Antriebsenergie umgesetzt wird und erst wenn der Druckspeicher 60a bis auf ein vorbestimmtes Maß entleert ist, zusätzliche Antriebsenergie durch Zuschaltung eines separaten Hydraulikaggregats 60c eingespeist wird. Dabei ist die Ventilschaltung 60b zwischen dem Hydraulikmotor 60 und dem Hydraulikspeicher 60a und dem separaten Hydraulikaggregat 60c schaltungstechnisch angeordnet. Die Ventilschaltung 60b bewirkt, dass beim Anfahren, Beschleunigen und Weiterdrehen der Drehtrommel bzw. des Trommelkörpers 2 der Hydraulikmotor 60 aus dem Druckspeicher 60a bzw. über das Hydraulikaggregat 60c mit Drucköl versorgt wird und entsprechend beim Abbremsen des Trommelkörpers 2 des Öl in den Druckspeicher 60a zurück gepumpt wird. Die Bremsenergie wird damit als komprimiertes Drucköl im Hydraulikspeicher 60a zwischengespeichert. Die Ventilschaltung 60b bewirkt ebenso, dass das Drucköl zum Antrieb des Trommelkörpers 2 zuerst aus dem Druckspeicher 60a entnommen wird und nur die verbleibende Differenz an Drucköl, welches sich aus denn Wirkungsgrad des Antriebes ergibt aus dem Hydraulikaggregat 60c entnommen wird.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Drehtrommeleinrichtung bzw. deren Antriebseinrichtung 6 insgesamt zumindest zwei unterschiedliche Antriebsmittel 60, 61 auf. Dabei ist ein erstes Antriebsmittel 60 in Form eines Hydraulikmotors ausgebildet, während ein zweites Antriebsmittel 61 als Elektromotor ausgebildet ist. Mit Vorteil sind die beiden Antriebsmittel 60, 61 derart ausgebildet, dass der Elektromotor 61 die für den Antrieb des Tragkörpers 2 erforderliche Mindestleistung abzüglich auftretender Verlustleistungen (durch Reibung und dergleichen) bereit stellt (sog. Grundlastversorgung), während der Hydraulikmotor 60 eben diese durch Verluste bedingte zusätzliche Differenzantriebsleistung bereitstellt. Auf diese Weise kann der für die Grundlast vorgesehene Elektromotor 61 erheblich kleiner dimensioniert werden als herkömmliche Elektromotoren herkömmlicher Drehtrommeleinrichtungen 1 ohne derartige Energierückgewinnungsmaßnahmen. Die beiden Antriebsmittel 60, 61 werden mit Vorteil über steuerbare Schaltkupplungen K60, K61 an ein Lastgetriebe bzw. eine Getriebeeinrichtung 10 angeschlossen. Dabei überträgt die Getriebeeinrichtung 10 ausgangsseitig die von der Antriebseinrichtung 6; 60, 61 erzeugte Antriebskraft auf die Antriebswelle W der Trageinrichtung 1. Die Getriebeeinrichtung 10 ist erforderlich, um die notwendigen Drehzahlen und Drehmornente an der Antriebswelle W zu erzeugen. Der Elektromotor 61 dient vorrangig dem gleichmäßigen, kontinuierlichen Normalbetrieb der Drehtrommeleinrichtung 1. Die beim Bremsen zurück gewonnene Energie wird in dem hydraulischen Druckspeicher 60a zwischengespeichert und beim Anfahren und Beschleunigen des Tragkörpers bzw. Trommelkörpers 2 als Antriebsenergie wieder verwendet. Der Hydraulikmotor 60 ist derart ausgebildet, dass er zugleich als Pumpe zum Befüllen des Speichers 60a und als Antriebsmotor für den Tragkörper 2 dient. Die Wirkungsgrad bedingten Verluste, die im Antriebssystem auftreten, werden über das Hydraulikaggregat 60c ausgeglichen. Das mechanische Zuschalten des Elektromotors 61 und des Hydraulikmotors 60 an die Getriebeeinrichtung 10 übernehmen entsprechende Schaltkupplungen K60, K61. Das Zusammenspiel der Komponenten Elektromotor 61, Hydraulikmotor 60 mit entsprechender Ventilbeschaltung 60b und den Schaltkupplungen K60, K61 erfolgt über eine elektronische Steuereinrichtung 8.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 496358 [0002]
- DE 2942866 A1 [0003]
