DE102018204322B4 - Machine axis arrangement, rotary-swivel unit and method for transmitting electrical energy and information by means of a machine axis arrangement - Google Patents

Machine axis arrangement, rotary-swivel unit and method for transmitting electrical energy and information by means of a machine axis arrangement Download PDF

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Abstract

Maschinenachsenanordnung (80), miteiner um eine Rotationsachse (R) rotierbaren Welle (84); undeiner inneren und einer äußeren Drehübertragerbaugruppe (100, 98), die jeweils ein Innenelement (106, 116) und ein Außenelement (102, 114) umfassen, die relativ zueinander verdrehbar sowie dazu eingerichtet sind, zur Übertragung von Informationen und/oder elektrischer Energie zusammenzuwirken;wobei eines von dem Innenelement (106, 116) und Außenelement (102, 114) einer jeweiligen Drehübertragerbaugruppe (100, 98) mit der Welle (84) gekoppelt ist; undwobei ein Durchmesser der äußeren Drehübertragerbaugruppe (98) größer als ein Durchmesser der inneren Drehübertragerbaugruppe (100) ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie Maschinenachsenanordnung (80) eine erste Leitungsanordnung (112) zum Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung und eine zweite Leitungsanordnung (115) zum Übertragen von Informationen sowie keiner oder allenfalls einer geringeren elektrischen Energie, als mittels der ersten Leitungsanordnung (112) übertragen wird, umfasst, wobei die erste Leitungsanordnung (112) mit einer von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe (100, 98) verbunden und die zweite Leitungsanordnung (115) mit der entsprechend anderen Drehübertragerbaugruppe (100, 98) verbunden ist.Machine axis arrangement (80), with a shaft (84) rotatable about a rotation axis (R); and an inner and an outer rotary transformer assembly (100, 98), each comprising an inner element (106, 116) and an outer element (102, 114) that are rotatable relative to one another and are designed to cooperate to transmit information and/or electrical energy; wherein one of the inner element (106, 116) and outer element (102, 114) of a respective rotary transformer assembly (100, 98) is coupled to the shaft (84); andwherein a diameter of the outer rotary transformer assembly (98) is larger than a diameter of the inner rotary transformer assembly (100),characterized in thatthe machine axis arrangement (80) comprises a first line arrangement (112) for providing an electrical energy supply and a second line arrangement (115) for transmitting information and no or at most less electrical energy than is transmitted by means of the first line arrangement (112), wherein the first line arrangement (112) is connected to one of the inner and outer rotary transformer assemblies (100, 98) and the second line arrangement (115) is connected to the corresponding other rotary transformer assembly (100, 98).

Description

Die Erfindung betrifft eine Maschinenachsenanordnung, eine Dreh-Schwenk-Einheit und ein Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie und Informationen mittels einer Maschinenachsenanordnung. Insbesondere betrifft die Erfindung das Anordnen einer Mehrzahl von Drehübertragerbaugruppen in einer Maschinenachsenordnung und/oder in einer Dreh-Schwenk-Einheit. Die Maschinenachsenordnung und/oder die Dreh-Schwenk-Einheit können dabei vorzugsweise in einem Koordinatenmessgerät eingesetzt werden.The invention relates to a machine axis arrangement, a rotary-swivel unit and a method for transmitting electrical energy and information by means of a machine axis arrangement. In particular, the invention relates to the arrangement of a plurality of rotary transmitter assemblies in a machine axis arrangement and/or in a rotary-swivel unit. The machine axis arrangement and/or the rotary-swivel unit can preferably be used in a coordinate measuring machine.

Koordinatenmessgeräte dienen in allgemein bekannter Weise dazu, die Koordinaten einer Objektoberfläche taktil oder berührungslos zu erfassen. Hierfür wird eine sensorische Einheit, z.B. in Form eines taktilen Messtasters oder eines berührungslos abtastenden optischen Sensors, relativ zu einem vermessenden Objekt bewegt, um beispielsweise entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades mehrere Messpunkte auf der Objektoberfläche zu erfassen. Die Messinformationen können in Form sogenannter 3D-Punktewolken oder 3D-Koordinatenwolken vorliegen und allgemein dazu dienen, Eigenschaften des Objekts wie z.B. dessen Maßhaltigkeit zu bestimmen.Coordinate measuring machines are used in a generally known way to record the coordinates of an object surface tactilely or without contact. To do this, a sensor unit, e.g. in the form of a tactile measuring probe or a non-contact scanning optical sensor, is moved relative to an object to be measured in order to record several measuring points on the object surface along a predetermined movement path, for example. The measurement information can be in the form of so-called 3D point clouds or 3D coordinate clouds and can generally be used to determine properties of the object, such as its dimensional accuracy.

In Koordinatenmessgeräten aber auch in zahlreichen anderen Maschinen mit ansteuerbaren Achsen, die von der Erfindung ebenso umfasst sind, kommen oftmals sogenannte Dreh-Schwenk-Einheiten zum Einsatz, die Maschinenachsenanordnungen mit drehenden Wellen und insbesondere drehenden Ausgangswellen oder Antriebswellen umfassen. Über die Welle können hiermit gekoppelte Einheiten in gewünschter Weise verdreht werden. Beispielsweise kann die Maschinenachsenanordnung eine Drehachse einer Dreh-Schwenk-Einheit bereitstellen und über ihre Welle eine hiermit gekoppelte Schwenkachse verdrehen.In coordinate measuring machines, but also in numerous other machines with controllable axes, which are also covered by the invention, so-called rotary-swivel units are often used, which comprise machine axis arrangements with rotating shafts and in particular rotating output shafts or drive shafts. Units coupled to these can be rotated in the desired manner via the shaft. For example, the machine axis arrangement can provide a rotary axis of a rotary-swivel unit and rotate a swivel axis coupled to this via its shaft.

Bei derartigen Maschinenachsenanordnungen müssen oftmals Informationen und/oder eine elektrische Energie (zum Beispiel in Form einer elektrischen Last oder Leistung) an eine mit der Welle gekoppelte und sich insbesondere gemeinsamen hiermit drehenden Einheit übertragen werden. Hierfür ist das Verwenden von sogenannten Kabelwickeln oder Wickelfedern bekannt, bei denen nach Maßgabe einer Verdrehung der Welle ein Abschnitt eines mit der Welle gekoppelten Kabels von einer in der Regel feststehenden Trommel ab- und aufgewickelt wird. Nachteile dieser Lösung sind der durch die Länge des Kabels begrenzte maximale Verdrehwinkel, der relativ hohe Bauraumbedarf, die begrenzte Anzahl von Leitungen innerhalb des Kabels sowie der begrenzte zur Verfügung stehende Leitungsquerschnitt.In such machine axis arrangements, information and/or electrical energy (for example in the form of an electrical load or power) often have to be transmitted to a unit coupled to the shaft and, in particular, rotating together with it. The use of so-called cable windings or winding springs is known for this purpose, in which a section of a cable coupled to the shaft is unwound and wound up from a generally stationary drum in accordance with the rotation of the shaft. Disadvantages of this solution are the maximum angle of rotation limited by the length of the cable, the relatively high installation space requirement, the limited number of cables within the cable and the limited available cable cross-section.

Als Alternative kommen sogenannte Drehübertragerbaugruppen in Betracht, die allgemein eine elektrische oder optische Energie-, Signal- und/oder Informationsübertragung zwischen einer drehenden Achse und einer relativ hierzu feststehenden Achse oder einem feststehenden Bereich ermöglichen. Insbesondere bieten sie typischerweise den Vorteil, dass endlose Verdrehungen einer Welle relativ zu einem feststehenden Bereich der Maschinenachsenanordnung ermöglicht werden. Unter einer endlosen Verdrehung kann eine freie oder unbeschränkte Verdrehung verstanden werden, die ein Vielfaches von 360° betragen kann.As an alternative, so-called rotary transformer assemblies can be considered, which generally enable electrical or optical energy, signal and/or information transmission between a rotating axis and an axis or a fixed area that is fixed relative to it. In particular, they typically offer the advantage of enabling endless rotation of a shaft relative to a fixed area of the machine axis arrangement. Endless rotation can be understood as free or unrestricted rotation that can be a multiple of 360°.

Drehübertragerbaugruppen können in Form von Schleifringbaugruppen ausgebildet sein (insbesondere in Form mechanischer und/oder kontaktbasierter Schleifringe), wie sie zum Beispiel in der DE 10 2014 118 359 A1 beschrieben sind. In diesem Fall kann ein in der Regel rotierendes ringförmiges Element elektrisch leitende Abschnitte oder Bahnen umfassen, die mit Kontaktelementen eines anderen und in der Regel feststehenden Elements der Baugruppe in einem elektrisch leitenden Kontakt stehen.Rotary joint assemblies can be designed in the form of slip ring assemblies (in particular in the form of mechanical and/or contact-based slip rings), as used, for example, in the EN 10 2014 118 359 A1 In this case, a generally rotating annular element can comprise electrically conductive sections or tracks which are in electrically conductive contact with contact elements of another and generally stationary element of the assembly.

Ferner existieren optische Drehübertrager (umgangssprachlich auch als optische Schleifringe oder, präziser, als faseroptische Drehübertrager bezeichnet). In diesem Fall werden in der Regel ein Lichtleiter und ein Lichtkoppler mittels zueinander verdrehbarer Elemente unter einer Signaleinkopplung aneinander vorbeibewegt. Zum Beispiel kann der Lichtleiter eine Kreisbahn beschreiben und der Lichtkoppler kann die Innenseite dieser Kreisbahn mittels einer Kreisbewegung abfahren. Ein Beispiel hierfür findet sich in der DE 102 56 634 A1 , wobei eines der zueinander verdrehbaren Elemente in dem entsprechend anderen teilweise aufgenommen ist und/oder wobei die zueinander verdrehbaren Elemente allgemein unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Die Erfindung richtet sich insbesondere auf optische Drehübertrager gemäß dieser oder vergleichbarer Bauarten.There are also optical rotary joints (also known colloquially as optical slip rings or, more precisely, as fiber optic rotary joints). In this case, a light guide and a light coupler are usually moved past each other using elements that can be rotated relative to each other under a signal coupling. For example, the light guide can describe a circular path and the light coupler can travel the inside of this circular path using a circular movement. An example of this can be found in the DE 102 56 634 A1 , wherein one of the elements rotatable relative to one another is partially accommodated in the corresponding other and/or wherein the elements rotatable relative to one another generally have different diameters. The invention is directed in particular to optical rotary transformers according to this or comparable designs.

Weiter können erfindungsgemäß ebenso Drehübertragerbaugruppen bekannter Bauart zum Einsatz kommen, welche für eine kapazitive oder induktive Signal- und/oder Energieübertragung ausgelegt sind.Furthermore, according to the invention, rotary transformer assemblies of known design can also be used, which are designed for capacitive or inductive signal and/or energy transmission.

Allgemein können Drehübertragerbaugruppen somit ein Innen- und Außenelement umfassen, die relativ zueinander verdrehbar sowie zur Übertragung von Informationen, Signalen und/oder Energie miteinander wechselwirken können. Eines der Elemente kann beispielsweise gemeinsam mit der Welle rotieren, während das andere feststehend innerhalb der Maschinenachsenanordnung festgelegt ist. Aufgrund der ermöglichten Übertragung zwischen Innen- und Außenelement kann ein (z.B. elektrisches oder optisches) Signal und/oder eine (vorzugsweise elektrische) Energie von einem feststehenden Bereich der Maschinenachsenanordnung zu einer gemeinsam mit der Welle rotierenden Komponente übertragen werden.In general, rotary joint assemblies can therefore comprise an inner and outer element that can rotate relative to one another and interact with one another to transmit information, signals and/or energy. One of the elements can, for example, rotate together with the shaft, while the other is fixed within the machine axis arrangement. Due to the transmission between the inner and outer element, a (e.g. electrical) A signal (electrical or optical) and/or energy (preferably electrical) can be transmitted from a fixed region of the machine axis arrangement to a component rotating together with the shaft.

Auch im Rahmen der Erfindung können Drehübertragerbaugruppen gemäß jeglicher der vorstehenden Varianten verwendet werden. Sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich, können sich sämtliche Ausführungen zu Drehübertragerbaugruppen aber vor allem auf Schleifringbaugruppen beziehen und speziell auf mechanische und/oder kontaktbasierte Schleifringbaugruppen.Rotary joint assemblies according to any of the above variants can also be used within the scope of the invention. Unless otherwise stated or apparent, all statements on rotary joint assemblies can primarily refer to slip ring assemblies and specifically to mechanical and/or contact-based slip ring assemblies.

Wie geschildert, weist im Fall von Schleifringbaugruppen eines von dem Innen- und Außenelement entlang der Rotationsachse betrachtet typischerweise eine Mehrzahl ringförmiger elektrisch leitender Bahnen auf. Das andere von Innen- und Außenelement weißt Kontaktelemente auf, die mit diesen Bahnen in einen elektrisch leitenden Kontakt bringbar sind. Die einzelnen Bahnen können galvanisch auf Trägerkörper aufgebracht werden. Alternativ können die Bahnen durch Anordnen einzelner Ringelemente auf einem Trägerkörper bereitgestellt werden (zum Beispiel durch Aufschieben der Ringelemente). Die einzelnen Ringelemente sind dabei vorzugsweise durch elektrisch isolierende Ringe voneinander getrennt.As described, in the case of slip ring assemblies, one of the inner and outer elements typically has a plurality of ring-shaped electrically conductive tracks when viewed along the axis of rotation. The other of the inner and outer elements has contact elements that can be brought into electrically conductive contact with these tracks. The individual tracks can be galvanically applied to carrier bodies. Alternatively, the tracks can be provided by arranging individual ring elements on a carrier body (for example by sliding the ring elements on). The individual ring elements are preferably separated from one another by electrically insulating rings.

Das galvanische Aufbringen der Leiterbahnen ermöglicht das Bereitstellen einer vergleichsweise hohen Bahndichte (auch als kleiner Pitch bezeichnet). Allerdings ist dieser Herstellungsprozess relativ teuer. Ferner kann nicht immer eine ausreichende elektrische Isolation und/oder Abschirmung zwischen benachbarten Bahnen gewährleistet werden. Dies kann dazu führen, dass aufgrund von Abrieb (zum Beispiel in Form von Goldspänen) Kurzschlüsse zwischen benachbarten Bahnen entstehen, was in erheblichen Fehlfunktionen resultieren kann.The galvanic application of the conductor tracks makes it possible to provide a comparatively high track density (also known as a small pitch). However, this manufacturing process is relatively expensive. Furthermore, sufficient electrical insulation and/or shielding between adjacent tracks cannot always be guaranteed. This can lead to short circuits between adjacent tracks due to abrasion (for example in the form of gold chips), which can result in significant malfunctions.

Durch das Verwenden einer Mehrzahl von Ringelementen lassen sich andererseits zwar die Herstellungskosten senken, allerdings steigt der von der Drehübertragerbaugruppe benötigte Bauraum im Vergleich zu galvanisch hergestellten Schleifringen. Dies betrifft vor allem einen axialen Bauraum entlang der Rotationsachse. Insbesondere auf dem Gebiet der Messtechnik und speziell bei Koordinatenmessgeräten ist es jedoch bevorzugt, den Bauraum von Maschinenachsenanordnungen gering zu halten. Genauer gesagt soll ein Messraum, innerhalb dem das Vermessen eines Objekts ausgeführt werden kann, nicht unnötig durch das Koordinatenmessgerät selbst bzw. dessen Maschinenachsenanordnungen eingenommen werden.On the other hand, using a plurality of ring elements can reduce manufacturing costs, but the installation space required by the rotary joint assembly increases compared to electroplated slip rings. This primarily affects an axial installation space along the axis of rotation. However, particularly in the field of measurement technology and especially with coordinate measuring machines, it is preferable to keep the installation space of machine axis arrangements small. To be more precise, a measuring space within which the measurement of an object can be carried out should not be unnecessarily taken up by the coordinate measuring machine itself or its machine axis arrangements.

Eine bauraumsparende Konfiguration ist bei der Variante mit mehreren Ringelementen in der Regel aber nur dann möglich, wenn die Übertragungsfähigkeiten der Schleifringe reduziert werden (z.B. in Form einer reduzierten Anzahl einzelner Bahnen, einer reduzierten Anzahl der übertragbaren Signale, einer reduzierten Übertragungsrate und/oder einer reduzierten Übertragungsgüte (z.B. durch Reduzieren einer Signalqualität)).Die minimal erzielbare Schleifringbreite ist ferner dadurch begrenzt, dass Verbindungsleitungen und/oder -kabel nach wie vor mit den Ringelementen verbindbar und zum Beispiel daran anlötbar sein müssen. Auch die Isolatorelemente zwischen den einzelnen Ringelementen können nicht mit einer beliebig kleinen Breite ausgebildet werden, was ebenfalls zu einer Beschränkung des minimal realisierbaren Pitches (d.h. des minimalen Abstands zwischen einzelnen Leiterbahnen) und somit der minimal realisierbaren axialen Länge des Schleifrings beiträgt.However, a space-saving configuration is generally only possible in the variant with multiple ring elements if the transmission capabilities of the slip rings are reduced (e.g. in the form of a reduced number of individual tracks, a reduced number of transmittable signals, a reduced transmission rate and/or a reduced transmission quality (e.g. by reducing signal quality)). The minimum achievable slip ring width is also limited by the fact that connecting lines and/or cables must still be able to be connected to the ring elements and, for example, soldered to them. The insulator elements between the individual ring elements cannot be designed with an arbitrarily small width, which also contributes to a limitation of the minimum achievable pitch (i.e. the minimum distance between individual conductor tracks) and thus the minimum achievable axial length of the slip ring.

Auch bei optischen Drehübertragern bestehen Probleme hinsichtlich des Bauraums, da oftmals je zu übertragendem Signal einzelne Lichtleiter-Lichtkoppler-Paare bereitgestellt werden müssen. In analoger Weise zu Schleifringbaugruppen mit einer Mehrzahl von Ringelementen kann dies mit einer erheblichen Erhöhung des axialen Bauraums einhergehen.Optical rotary joints also have problems with regard to installation space, as individual fiber optic light coupler pairs often have to be provided for each signal to be transmitted. In a similar way to slip ring assemblies with a plurality of ring elements, this can be accompanied by a considerable increase in axial installation space.

Schwierigkeiten wurden von den Erfindern ferner vor allem dann erkannt, wenn eine hohe Anzahl von einzelnen Signal- und/oder Stromübertragungen mittels einer Schleifringbaugruppe bereitgestellt werden soll (d. h. wenn die Schleifringbaugruppe als Verbindungsglied für eine hohe Anzahl von Signal- und/oder Stromleitungen dienen soll). In diesem Fall ist es erforderlich, den Durchmesser eines Innenelements der Schleifringbaugruppe ausreichend groß zu wählen, um dort sämtliche benötigte Signalleitungen und/oder Kabel hindurchführen und mit dem Innenelement verbinden zu können. Die gewünschte Anzahl von Übertragungen (bzw. Übertragungswegen) definiert somit einen Mindestdurchmesser des Innenelements. Andererseits kann ein hoher Durchmesser des Innenelements zu einer Minderung der Übertragungsfähigkeiten beitragen, beispielsweise da die Kapazität der einzelnen Leiterbahnen mit dem zunehmenden Durchmesser steigt. Somit entsteht ein Zielkonflikt hinsichtlich einer gewünschten hohen Anzahl von Übertragungswegen (d. h. einem bevorzugt hohen Durchmesser) und den gewünschten hohen Übertragungsfähigkeiten (d. h. einem bevorzugt kleinen Durchmesser).The inventors also identified difficulties especially when a large number of individual signal and/or power transmissions are to be provided by means of a slip ring assembly (i.e. when the slip ring assembly is to serve as a connecting link for a large number of signal and/or power lines). In this case, it is necessary to select the diameter of an inner element of the slip ring assembly to be sufficiently large in order to be able to lead all the required signal lines and/or cables through and connect them to the inner element. The desired number of transmissions (or transmission paths) thus defines a minimum diameter of the inner element. On the other hand, a large diameter of the inner element can contribute to a reduction in the transmission capabilities, for example because the capacity of the individual conductor tracks increases with the increasing diameter. This creates a conflict of objectives with regard to a desired high number of transmission paths (i.e. a preferably high diameter) and the desired high transmission capabilities (i.e. a preferably small diameter).

Zusammengefasst, ist es mit den bisherigen Lösungen somit nicht möglich, eine bauraumsparende Energie- und/oder Signalübertragung mittels einer Maschinenachsenanordnung bereitzustellen, die sich durch geringe Kosten auszeichnet und vorzugsweise auch eine Endlosdrehung ermöglicht sowie hohe Übertragungsfähigkeiten besitzt. Insbesondere haben die Erfinder den geschilderten Konflikt hinsichtlich für die Übertragungsfähigkeit gewünschter kleiner Durchmesser und für die Anzahl an Übertragungswegen gewünschter hoher Durchmesser erkannt.In summary, it is not possible with the previous solutions to provide a space-saving energy and/or signal transmission using a machine axis arrangement that is characterized by low costs and, above all, preferably also allows for endless rotation and has high transmission capabilities. In particular, the inventors have recognized the conflict described regarding the small diameter required for transmission capability and the high diameter required for the number of transmission paths.

Die gattungsgemäße US 4 335 927 A offenbart eine Drehübertragerbaugruppe mit konzentrisch ineinander aufgenommenen und für eine Energieübertragung zusammenwirkenden Leiterringen. Weiterer technologischer Hintergrund findet sich in der US 2005 / 0 095 877 A1.The generic US 4 335 927 A discloses a rotary transformer assembly with conductor rings that are concentrically accommodated in one another and work together to transmit energy. Further technological background can be found in US 2005 / 0 095 877 A1.

Die DE 10 2016 203 762 A1 betrifft einen Schleifringübertrager zur elektrischen Verbindung von Baugruppen von Rundläufermaschinen und eine Rundläufermaschine mit dem Schleifringübertrager.The EN 10 2016 203 762 A1 relates to a slip ring transformer for the electrical connection of assemblies of rotary machines and a rotary machine with the slip ring transformer.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine baurumsparende und kostengünstige Energie- und/oder Signalübertragung für eine Maschinenachsenanordnung zu ermöglichen. Insbesondere soll dies für eine endlos drehende Maschinenachsenanordnung ermöglicht werden und vorzugsweise mit möglichst hohen Übertragungsfähigkeiten erfolgen.An object of the present invention is therefore to enable a space-saving and cost-effective energy and/or signal transmission for a machine axis arrangement. In particular, this should be possible for a continuously rotating machine axis arrangement and preferably take place with the highest possible transmission capabilities.

Diese Aufgabe wird durch eine Maschinenachsenanordnung, eine Dreh-Schwenk-Einheit und ein Verfahren gemäß den beigefügten unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Ferner versteht es sich, dass die in der einleitenden Beschreibung erwähnten Merkmale einzeln oder in beliebiger Kombination auch bei der vorliegend offenbarten Lösung vorgesehen sein können, sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich.This object is achieved by a machine axis arrangement, a rotary-swivel unit and a method according to the attached independent claims. Advantageous further developments are specified in the dependent claims. Furthermore, it is understood that the features mentioned in the introductory description can also be provided individually or in any combination in the solution disclosed here, unless otherwise stated or apparent.

Die Erfindung sieht allgemein vor, statt einer einzelnen Drehübertragerbaugruppe, die sich gegebenenfalls durch hohe Herstellungskosten und/oder einen hohen Bauraumbedarf auszeichnet, eine Mehrzahl von vorzugsweise kleiner bauenden Drehübertragerbaugruppen vorzusehen. Diese werden in bauraumsparender Weise angeordnet, insbesondere derart, dass sie bezogen auf die Rotationsachse der Welle in unterschiedlichen radialen Bereichen angeordnet und optional auch zumindest teilweise ineinander aufgenommen sind.The invention generally provides for a plurality of preferably smaller rotary transformer assemblies to be provided instead of a single rotary transformer assembly, which may be characterized by high manufacturing costs and/or a large installation space requirement. These are arranged in a space-saving manner, in particular in such a way that they are arranged in different radial areas with respect to the rotation axis of the shaft and are optionally also at least partially accommodated in one another.

Allgemein kann hierdurch der benötigte Bauraum reduziert werden und insbesondere ein benötigter axialer Bauraum. Dies kann selbst dann erreicht werden, wenn die Drehübertragerbaugruppen jeweils nicht mittels galvanischer Herstellungsprozesse angefertigt werden, sondern kostengünstige, aber gegebenenfalls weniger bauraumeffiziente Herstellvarianten erfordern, wie z.B. das eingangs geschilderte Anordnen separater Ringelemente auf einem Trägerkörper.In general, this can reduce the required installation space and, in particular, the required axial installation space. This can be achieved even if the rotary joint assemblies are not manufactured using galvanic manufacturing processes, but require cost-effective, but possibly less space-efficient manufacturing variants, such as the arrangement of separate ring elements on a carrier body described at the beginning.

Ein weiterer Vorteil entsteht dadurch, dass eine im Vergleich durchmesserkleine Drehübertragerbaugruppe bereitgestellt werden kann, die sich aufgrund des begrenzten Durchmessers durch hohe Übertragungsfähigkeiten auszeichnet (zum Beispiel aufgrund kleiner Kapazitäten der einzelnen Leiterbahnen und/oder nachstehend erläuterter hierdurch ermöglichter hoher Übertragungsfrequenzen). Hierüber können zum Beispiel Signale mit hohen Bandbreiten, Übertragungsraten und/oder einer allgemein hohen Signalqualität übertragen werden. Die Erfindung ermöglicht jedoch, dass zusätzlich eine weitere im Vergleich durchmessergroße Drehübertragerbaugruppe vorgesehen werden kann, sodass insgesamt eine ausreichend große Anzahl von Übertragungswegen bereitgestellt wird. Würde man hingegen lediglich eine Drehübertragerbaugruppe bereitstellen und sämtliche Leitungen und/oder Kabel damit verbinden wollen, würde der vorstehend erläuterte Zielkonflikt hinsichtlich eines erforderlichen Mindestdurchmessers entstehen, mit dem sich jedoch die gewünschten Übertragungsfähigkeiten nicht immer realisieren lassen.A further advantage arises from the fact that a rotary transformer assembly with a relatively small diameter can be provided, which is characterized by high transmission capabilities due to the limited diameter (for example due to small capacitances of the individual conductor tracks and/or the high transmission frequencies made possible as explained below). This can be used to transmit signals with high bandwidths, transmission rates and/or a generally high signal quality. However, the invention makes it possible to provide an additional rotary transformer assembly with a relatively large diameter, so that a sufficiently large number of transmission paths are provided overall. If, on the other hand, only one rotary transformer assembly were to be provided and all lines and/or cables were to be connected to it, the conflict of objectives explained above with regard to a required minimum diameter would arise, which, however, does not always allow the desired transmission capabilities to be achieved.

Im Detail wird eine Maschinenachsenanordnung vorgeschlagen, mit einer um eine Rotationsachse rotierbaren Welle, und einer inneren und einer äußeren Drehübertragerbaugruppe, die jeweils ein Innenelement und ein Außenelement umfassen, die relativ zueinander verdrehbar sowie dazu eingerichtet sind, zur Übertragung von Informationen und/oder elektrischer Energie (z.B. in Form elektrischer Lasten oder Leistungen) zusammenzuwirken (z.B. einer allgemeinen Übertragung über die Drehübertragerbaugruppe und/oder einer Übertragung zwischen den Elementen); wobei eines von dem Innenelement und Außenelement einer jeweiligen Drehübertragerbaugruppe mit der Welle gekoppelt ist; und wobei ein Durchmesser der äußeren Drehübertragerbaugruppe größer als ein Durchmesser der inneren Drehübertragerbaugruppe ist.In detail, a machine axis arrangement is proposed, with a shaft rotatable about a rotation axis, and an inner and an outer rotary transformer assembly, each comprising an inner element and an outer element that are rotatable relative to one another and are configured to cooperate for the transmission of information and/or electrical energy (e.g. in the form of electrical loads or power) (e.g. a general transmission via the rotary transformer assembly and/or a transmission between the elements); wherein one of the inner element and outer element of a respective rotary transformer assembly is coupled to the shaft; and wherein a diameter of the outer rotary transformer assembly is larger than a diameter of the inner rotary transformer assembly.

Die Maschinenachsenanordnung kann ferner eine Antriebseinheit umfassen, insbesondere in Form eines Elektromotors, um die Welle zu rotieren. Alternativ oder zusätzlich kann die Maschinenachsenanordnung eine Gehäuseanordnung umfassen, in der die Welle und/oder die Drehübertragerbaugruppen zumindest teilweise aufgenommen sind. Allgemein kann die Maschinenachsenanordnung dazu eingerichtet sein, mittels der Welle ein Drehmoment auf eine hiermit gekoppelte weitere Komponente zu übertragen (zum Beispiel eine Schwenkachse einer Dreh-Schwenkeinheit).The machine axis arrangement can further comprise a drive unit, in particular in the form of an electric motor, to rotate the shaft. Alternatively or additionally, the machine axis arrangement can comprise a housing arrangement in which the shaft and/or the rotary transmitter assemblies are at least partially accommodated. In general, the machine axis arrangement can be designed to transmit a torque by means of the shaft to another component coupled thereto (for example a pivot axis of a rotary pivot unit).

Bei der Maschinenachsenanordnung kann es sich allgemein um eine elektrisch angetriebene, elektrisch antreibbare und/oder elektrisch ansteuerbare Baugruppe bzw. Maschinenachse handeln. Die Welle kann mit einer rotatorisch anzutreibenden Komponente gekoppelt sein. Dabei kann es sich insbesondere um eine weitere Maschinenachse oder Maschinenachsenanordnung handeln.The machine axis arrangement can generally be an electrically driven, electrically drivable and/or electrically controllable assembly or machine axis. The shaft can be coupled to a component that is to be driven in rotation. This can in particular be another machine axis or machine axis arrangement.

Wie nachstehend noch näher erläutert, kann die Maschinenachsenanordnung eine endlos drehende Achse bereitstellen. Insbesondere kann sie eine endlos drehende Achse in einer Dreh-Schwenk-Einheit in einem endlos drehbaren Messtisch bereitstellen. Allgemein kann die Maschinenachsenanordnung in einem Koordinatenmessgerät verwendet werden oder verwendbar sein, beispielsweise in einer Dreh-Schwenk-Einheit oder einem Messtisch eines Koordinatenmessgeräts. Alternativ kann die Maschinenachsenanordnung in einem Roboter verwendet werden, beispielsweise in einem mehrachsigen Industrieroboter (zum Beispiel in Form eines herkömmlichen Knickarmroboters).As explained in more detail below, the machine axis arrangement can provide a continuously rotating axis. In particular, it can provide a continuously rotating axis in a rotary-swivel unit in a continuously rotating measuring table. In general, the machine axis arrangement can be used or usable in a coordinate measuring machine, for example in a rotary-swivel unit or a measuring table of a coordinate measuring machine. Alternatively, the machine axis arrangement can be used in a robot, for example in a multi-axis industrial robot (for example in the form of a conventional articulated arm robot).

Sofern nicht anders angegeben oder ersichtlich, beziehen sich die Begriffe axial und radial im Rahmen der vorliegenden Offenbarung auf die Rotationsachse, um die die Welle rotierbar ist.Unless otherwise stated or apparent, the terms axial and radial in the present disclosure refer to the axis of rotation about which the shaft is rotatable.

Die Welle kann einen ersten Endbereich und einen entlang der Rotationsachse betrachtet gegenüberliegenden zweiten Endbereich umfassen, die über einen Verbindungsabschnitt verbunden sind. Der erste Endbereich kann in einer Gehäuseanordnung der Maschinenachsenanordnung zumindest teilweise aufgenommen oder aufnehmbar sein. Zusätzlich oder alternativ kann der Verbindungsabschnitt mit zumindest einer der Drehübertragerbaugruppen wechselwirken und/oder mit einem Element hiervon gekoppelt sein. Der zweite Endbereich kann hingegen mit einer von der Welle rotatorisch anzutreibenden Komponente koppelbar sein. Bei dieser Komponente kann es sich allgemein um eine Schwenkachse oder auch B-Achse einer Dreh-Schwenk-Einheit handeln. Zusätzlich oder alternativ kann die rotatorisch angetriebene Komponente einen Messkopf oder einen Messsensor umfassen oder allgemein das Erfassen von Messsignalen und insbesondere Objektkoordinaten ermöglichen.The shaft can comprise a first end region and a second end region which is opposite one another when viewed along the axis of rotation and which are connected via a connecting section. The first end region can be at least partially accommodated or receivable in a housing arrangement of the machine axis arrangement. Additionally or alternatively, the connecting section can interact with at least one of the rotary transmitter assemblies and/or be coupled to an element thereof. The second end region, on the other hand, can be coupled to a component which is to be driven in rotation by the shaft. This component can generally be a swivel axis or B-axis of a rotary-swivel unit. Additionally or alternatively, the rotationally driven component can comprise a measuring head or a measuring sensor or generally enable the acquisition of measurement signals and in particular object coordinates.

Die Welle kann drehfest mit einer sich um die Rotationsachse drehenden Komponente eines optionalen Antriebs der Maschinenachsenanordnung gekoppelt sein. Wenn der Antrieb einen Elektromotor umfasst oder als ein solcher realisiert ist, kann die Welle drehfest mit einem Rotor bzw. Läufer des Elektromotors oder mit einem hiervon angetriebenen Getriebe gekoppelt sein.The shaft can be coupled in a rotationally fixed manner to a component of an optional drive of the machine axis arrangement that rotates about the rotation axis. If the drive comprises an electric motor or is implemented as such, the shaft can be coupled in a rotationally fixed manner to a rotor or runner of the electric motor or to a gear driven thereby.

Wie einleitend geschildert, kann es sich bei der Drehübertragerbaugruppe um eine Schleifringbaugruppe und/oder eine optische Drehübertragerbaugruppe handeln. Insbesondere kann es sich um eine mechanische und/oder kontaktbasierte Schleifringbaugruppe handeln.As described in the introduction, the rotary joint assembly can be a slip ring assembly and/or an optical rotary joint assembly. In particular, it can be a mechanical and/or contact-based slip ring assembly.

Bei der inneren Drehübertragerbaugruppe kann es sich bezogen auf die Rotationsachse um eine radial innere (d.h. gegenüber der äußeren Drehübertragerbaugruppe radial weiter innen liegende) Drehübertragerbaugruppe handeln. Bei der äußeren Drehübertragerbaugruppe kann es sich um eine bezogen auf die Rotationsachse radial äußere (d.h. gegenüber der inneren Drehübertragerbaugruppe weiter radial außen liegende) Drehübertragerbaugruppe handeln.The inner rotary transformer assembly can be a rotary transformer assembly that is radially inner (i.e. located radially further inside than the outer rotary transformer assembly) in relation to the axis of rotation. The outer rotary transformer assembly can be a rotary transformer assembly that is radially outer (i.e. located radially further outside than the inner rotary transformer assembly) in relation to the axis of rotation.

Die innere und die äußere Drehübertragerbaugruppe können allgemein voneinander beabstandet sein und insbesondere radial voneinander beabstandet sein. Ferner können sich diese Baugruppen allgemein nicht kontaktieren. Erfindungsgemäß ist es aber ebenso möglich, dass sich die Drehübertragerbaugruppen mechanisch kontaktieren und/oder aneinander abstützen. Optional können die Drehübertragerbaugruppen auch zumindest teilweise zusammenhängend ausgebildet sein und/oder über gemeinsame Komponenten verfügen. Beispielsweise können ein Innenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe und ein Außenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe miteinander gekoppelt oder einstückig ausgebildet sein.The inner and outer rotary transformer assemblies can generally be spaced apart from one another and in particular radially spaced apart from one another. Furthermore, these assemblies generally cannot contact one another. According to the invention, however, it is also possible for the rotary transformer assemblies to mechanically contact one another and/or to support one another. Optionally, the rotary transformer assemblies can also be designed to be at least partially connected and/or to have common components. For example, an inner element of the outer rotary transformer assembly and an outer element of the inner rotary transformer assembly can be coupled to one another or formed in one piece.

Zumindest eines von dem Innenelement und Außenelement können jeweils ringförmig oder als ein Ring bereitgestellt sein. Folglich können Sie auch als Innenring bzw. Außenring bezeichnet werden. Zumindest eine dem Innenelement zugewandter Bereich des Außenelements sowie ein dem Außenelement zugewandter äußerer Bereich des Innenelements können ringförmig oder, anders ausgedrückt, als Kreiszylindermantelflächen ausgebildet sein. Gemäß einer Variante ist das Innenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe mit einem zumindest abstandsweise geschlossenen Querschnitt und z.B. als Welle ausgebildet oder auf einer Welle mit einem zumindest abschnittsweise geschlossenen Querschnitt angeordnet.At least one of the inner element and outer element can each be provided in an annular shape or as a ring. Consequently, they can also be referred to as inner ring or outer ring. At least one region of the outer element facing the inner element and an outer region of the inner element facing the outer element can be designed in an annular shape or, in other words, as circular cylinder jacket surfaces. According to one variant, the inner element of the inner rotary transformer assembly is designed with a cross-section that is closed at least in places and, for example, as a shaft or is arranged on a shaft with a cross-section that is closed at least in sections.

Das Innen- und Außenelement von jeglicher Drehübertragerbaugruppe können allgemein unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Insbesondere kann ein jeweiliges Innenelement zumindest teilweise in dem Außenelement aufgenommen sein. Weiterhin kann allgemein vorgesehen sein, dass ein Übertragungsbereich oder eine Übertragungsfläche jeder Drehübertragerbaugruppen, über den bzw. in der die zu übertragenden Informationen, elektrischen Signale und/oder elektrischen Energien (zum Beispiel Lasten oder Leistungen) übertragen werden, außerhalb der Rotationsachse der Welle liegen bzw. sich nicht mit dieser schneiden. Insbesondere können die jeweiligen Übertragungsbereiche oder Übertragungsflächen (welche auch als Berührkreis bezeichnet werden können) im Wesentlichen ringförmig sein oder eine Kreiszylindermantelfläche beschreiben und sich ferner vorzugsweise konzentrisch um sowie entlang der Rotationsachse erstrecken. Der Übertragungsbereich oder die Übertragungsfläche können allgemein von einer Fläche des Innen- oder Außenelements definiert sein oder eine solche Fläche umfassen, welche elektrisch leitende Bahnen oder einen kreisförmigen Lichtleiter umfasst. Insbesondere kann der Übertragungsbereich einen Kontaktbereich umfassen, in dem in an sich bekannter Weise Kontaktelemente und elektrische Leiterbahnen einer herkömmlichen Schleifringbaugruppe in Kontakt miteinander stehen.The inner and outer elements of any rotary transformer assembly can generally have different diameters. In particular, a respective inner element can be at least partially accommodated in the outer element. Furthermore, it can generally be provided that a transmission area or a transmission surface of each rotary transformer assembly, via which or in which the information, electrical signals and/or electrical energies to be transmitted (for For example, loads or power) are transmitted, lie outside the axis of rotation of the shaft or do not intersect with it. In particular, the respective transmission regions or transmission surfaces (which can also be referred to as contact circles) can be essentially ring-shaped or describe a circular cylinder surface and further preferably extend concentrically around and along the axis of rotation. The transmission region or the transmission surface can generally be defined by a surface of the inner or outer element or can comprise such a surface which comprises electrically conductive tracks or a circular light guide. In particular, the transmission region can comprise a contact region in which contact elements and electrical conductor tracks of a conventional slip ring assembly are in contact with one another in a manner known per se.

Wie geschildert, umfassen das jeweilige Innenelement und das Außenelement vorzugsweise zwei einander zugewandte Bereiche, wobei wenigstens einer hiervon als Kreiszylindermantelfläche realisiert ist. Wie nachstehend erläutert, kann wenigstens einer der Bereiche durch Kontaktelemente definiert werden oder diese umfassen, wobei dieser Bereich nur optional als Kreismantelzylinderfläche definiert ist oder eine solche umfasst. As described, the respective inner element and the outer element preferably comprise two regions facing each other, at least one of which is implemented as a circular cylinder surface. As explained below, at least one of the regions can be defined by contact elements or comprise them, with this region only optionally being defined as a circular cylinder surface or comprising such a surface.

Wenn das Innenelement und das Außenelement relativ zueinander verdreht werden, was allgemein vorzugsweise um die Rotationsachse der Welle stattfindet, können die einander zugewandten Bereiche dieser Elemente ebenfalls entsprechend relativ zueinander verdreht werden. Insbesondere werden diese Bereiche ebenfalls um die Rotationsachse rotiert und/oder aneinander vorbeibewegt. Gemäß einer bevorzugten Variante ist wenigstens eines von dem Innenelement und Außenelement im Wesentlichen feststehend innerhalb der Maschinenachsenanordnung angeordnet, während das andere relativ hierzu um die Rotationsachse der Welle verdrehbar ist. Bei dieser Variante kann somit ein Bereich (oder eine Fläche) des verdrehbaren Elements entlang des ihm zugewandten Bereichs des feststehenden Elements verdreht bzw. vorbeibewegt werden.When the inner element and the outer element are rotated relative to one another, which generally preferably takes place about the axis of rotation of the shaft, the regions of these elements facing one another can also be rotated relative to one another accordingly. In particular, these regions are also rotated about the axis of rotation and/or moved past one another. According to a preferred variant, at least one of the inner element and outer element is arranged substantially stationary within the machine axis arrangement, while the other is rotatable relative thereto about the axis of rotation of the shaft. In this variant, a region (or a surface) of the rotatable element can thus be rotated or moved past the region of the fixed element facing it.

Zumindest eines von dem Innenelement und dem Außenelement kann elektrisch leitende Bahnen umfassen, wobei je Bahn spezifische oder, mit anderen Worten, individuelle Signale und/oder elektrische Energien (bzw. elektrische Lasten oder elektrische Leistungen) übertragbar sind. Das jeweils andere Element von Innenelement und Außenelement kann Kontaktelemente umfassen, um elektrisch leitend mit diesen Bahnen verbunden zu werden. Die Bahnen können allgemein ringförmig sein und sich vorzugsweise entlang des gesamten Umfangs des Innenelements oder Außenelements erstrecken. Die Kontaktelemente können sich hingegen lediglich entlang eines begrenzten Umfangabschnittes von Innenelement und/oder Außenelement erstrecken. Die Kontaktelemente können allgemein Drähte, Drahtbügel, Drahtbürsten, Metallstifte, elektrisch leitende Vorsprünge, Graphitblöcke, Graphitstifte oder dergleichen umfassen.At least one of the inner element and the outer element can comprise electrically conductive tracks, with specific or, in other words, individual signals and/or electrical energies (or electrical loads or electrical power) being transmittable for each track. The other element of the inner element and the outer element can comprise contact elements in order to be electrically conductively connected to these tracks. The tracks can generally be ring-shaped and preferably extend along the entire circumference of the inner element or outer element. The contact elements, however, can only extend along a limited circumferential section of the inner element and/or outer element. The contact elements can generally comprise wires, wire brackets, wire brushes, metal pins, electrically conductive projections, graphite blocks, graphite pins or the like.

Vorzugsweise sind elektrisch leitende Bahnen und insbesondere ringförmige Bahnen an nur einem von Innen- und Außenelement bereitgestellt, wobei Kontaktelemente an dem jeweils anderen und vorzugsweise ausschließlich an dem jeweils anderen von Innen- und Außenelement bereitgestellt sind. Gemäß herkömmlicher Bezeichnungen kann dasjenige Element von Innen- und Außenelement, das die Kontaktelemente umfasst, als Stator bezeichnet werden. Dasjenige Element von Innen- und Außenelement, das die Leiterbahnen umfasst, kann hingegen als Rotor bezeichnet werden. Im Rahmen der vorliegenden Offenbarung sind die Begriffe Stator und Rotor aber nicht zwingend derart zu verstehen, dass diese auch eine etwaige Festgelegtheit oder Beweglichkeit der entsprechenden Elemente angeben (d. h., auch ein gemäß vorstehender Definition als Stator zu bezeichnendes Element kann im Rahmen der vorliegenden Offenbarung prinzipiell beweglich sein und beispielsweise gegenüber einem gemäß vorstehender Definition als Rotor zu bezeichnendem feststehenden Element verdrehbar sein).Preferably, electrically conductive tracks and in particular ring-shaped tracks are provided on only one of the inner and outer elements, with contact elements being provided on the other and preferably exclusively on the other of the inner and outer elements. According to conventional designations, the element of the inner and outer element that comprises the contact elements can be referred to as a stator. The element of the inner and outer element that comprises the conductor tracks, on the other hand, can be referred to as a rotor. In the context of the present disclosure, however, the terms stator and rotor are not necessarily to be understood in such a way that they also indicate any fixedness or mobility of the corresponding elements (i.e., an element that is to be referred to as a stator according to the above definition can in principle also be movable within the scope of the present disclosure and, for example, can be rotated relative to a fixed element that is to be referred to as a rotor according to the above definition).

Bei einer Ausführungsform umfasst das Innenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe eine Mehrzahl elektrisch leitender ringförmiger Abschnitte (oder Bahnen) und das Außenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe umfasst Kontaktelemente, die mit den ringförmigen Abschnitten des Außenelements in einem elektrisch leitenden Kontakt stehen oder bringbar sind. Zusätzlich oder alternativ kann das Innenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe eine Mehrzahl elektrisch leitender ringförmiger Abschnitte (oder Bahnen) umfassen und das Außenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe kann Kontaktelemente umfassen, die mit den ringförmigen Abschnitten des Innenelements in einem elektrisch leitenden Kontakt stehen oder bringbar sind. Mittels dieser Anordnung lässt sich eine bauraumsparende und montagefreundliche Kabelführung in der Maschinenachsenanordnung erzielen.In one embodiment, the inner element of the outer rotary transformer assembly comprises a plurality of electrically conductive ring-shaped sections (or tracks) and the outer element of the outer rotary transformer assembly comprises contact elements that are or can be brought into electrically conductive contact with the ring-shaped sections of the outer element. Additionally or alternatively, the inner element of the inner rotary transformer assembly can comprise a plurality of electrically conductive ring-shaped sections (or tracks) and the outer element of the inner rotary transformer assembly can comprise contact elements that are or can be brought into electrically conductive contact with the ring-shaped sections of the inner element. This arrangement makes it possible to achieve space-saving and assembly-friendly cable routing in the machine axis arrangement.

Bei dem Durchmesser der äußeren und/oder der inneren Drehübertragerbaugruppe kann es sich insbesondere um einen größten Außendurchmesser, kleinsten Innendurchmesser oder einen mittleren Durchmesser handeln. Letzterer kann z.B. durch einen elektrischen Kontakt- oder Übertragungsbereich (oder eine Kontaktbahn) oder einen optischen Übertragungsbereich zwischen dem Innen- und Außenelement der jeweiligen Drehübertragerbaugruppe definiert werden. Insbesondere kann der Durchmesser der äußeren Drehübertragerbaugruppe durch einen (vorzugsweise kleinsten) Durchmesser von dessen Innenelement definiert sein und/oder kann ein Durchmesser der inneren Drehübertragerbaugruppe durch einen (vorzugsweise größten) Durchmesser von dessen Außenelement definiert sein. Sämtliche der vorstehenden aber auch nachstehenden Durchmesser können dabei in einer Ebene gemessen werden, die senkrecht zu der Rotationsachse verläuft.The diameter of the outer and/or inner rotary joint assembly can be a largest outer diameter, a smallest inner diameter or a mean diameter. The latter can be defined, for example, by an electrical contact or transmission area (or a contact path) or an optical transmission area between the inner and Outer element of the respective rotary transformer assembly. In particular, the diameter of the outer rotary transformer assembly can be defined by a (preferably smallest) diameter of its inner element and/or a diameter of the inner rotary transformer assembly can be defined by a (preferably largest) diameter of its outer element. All of the above and also the following diameters can be measured in a plane that runs perpendicular to the axis of rotation.

Um das geschilderte Durchmesserverhältnis zu erzielen, kann ein Durchmesser (und insbesondere Innendurchmesser) des Innenelements der äußeren Drehübertragerbaugruppe größer als ein Durchmesser (und insbesondere Außendurchmesser) des Außenelements der inneren Drehübertragerbaugruppe sein. Bei dem Durchmesser des Innenelements der äußeren Drehübertragerbaugruppe kann es sich um den Durchmesser eines Bereichs handeln, welcher von dem Außenelement dieser Drehübertragerbaugruppe abgewandt ist. Ebenso kann es sich hierbei um den Durchmesser einer Innenfläche des Innenelements der äußeren Drehübertragerbaugruppe handeln, die zur Befestigung des Innenelements z.B. mit der Welle gekoppelt ist.In order to achieve the diameter ratio described, a diameter (and in particular inner diameter) of the inner element of the outer rotary transformer assembly can be larger than a diameter (and in particular outer diameter) of the outer element of the inner rotary transformer assembly. The diameter of the inner element of the outer rotary transformer assembly can be the diameter of an area that faces away from the outer element of this rotary transformer assembly. It can also be the diameter of an inner surface of the inner element of the outer rotary transformer assembly that is coupled to the shaft, for example, for fastening the inner element.

Bei dem Durchmesser des Außenelements der inneren Drehübertragerbaugruppe kann es sich um den Durchmesser eines Bereichs handeln, die von dem Innenelement dieser Drehübertragerbaugruppe abgewandt ist. Ebenso kann es sich um den Durchmesser einer Außenfläche des Außenelements handeln, die mit der Welle gekoppelt ist und/oder an dieser anliegt.The diameter of the outer element of the inner rotary joint assembly may be the diameter of a region facing away from the inner element of this rotary joint assembly. It may also be the diameter of an outer surface of the outer element that is coupled to and/or abuts the shaft.

Es versteht sich, dass ein Durchmesser des Außenelements der äußeren Drehübertragerbaugruppe den Durchmesser und insbesondere den größten Durchmesser des Innenelements dieser Drehübertragerbaugruppe vorzugsweise übersteigt. Ebenso unterschreitet ein Durchmesser des Innenelements der inneren Drehübertragerbaugruppe vorzugsweise den Durchmesser des Außenelements der inneren Drehübertragerbaugruppe und insbesondere den kleinsten Durchmesser des Außenelements der inneren Drehübertragerbaugruppe. Anders ausgedrückt können die Innenelemente der Drehübertragerbaugruppe vorzugsweise jeweils in den jeweiligen Außenelementen aufgenommen und/oder axial hinein verschoben sein.It is understood that a diameter of the outer element of the outer rotary transformer assembly preferably exceeds the diameter and in particular the largest diameter of the inner element of this rotary transformer assembly. Likewise, a diameter of the inner element of the inner rotary transformer assembly preferably falls short of the diameter of the outer element of the inner rotary transformer assembly and in particular the smallest diameter of the outer element of the inner rotary transformer assembly. In other words, the inner elements of the rotary transformer assembly can preferably each be accommodated in the respective outer elements and/or axially displaced therein.

Gemäß einer Ausführungsform der Vorrichtung und des Verfahrens sind die Drehübertragerbaugruppen zumindest teilweise entlang eines gemeinsamen Bereichs der Rotationsachse angeordnet und/oder erstrecken sich entlang eines gemeinsamen Bereichs der Rotationsachse. Anders ausgedrückt können sich die Drehübertragerbaugruppen entlang der Rotationsachse betrachtet überlappen. Bei dieser Variante kann also zumindest ein Bereich entlang der Rotationsachse definiert sein, der sowohl von der inneren als auch von der äußeren Drehübertragerbaugruppe überspannt wird und/oder der in beiden dieser Drehübertragerbaugruppen aufgenommen ist. Bildlich gesprochen können die inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppen somit axial ineinander geschoben und/oder ineinander geschachtelt innerhalb der Maschinenachsenanordnung positioniert sein. Dies trägt dazu bei, dass der Bauraum und insbesondere ein axialer Bauraum der Maschinenachsenanordnung reduziert werden kann.According to one embodiment of the device and the method, the rotary transformer assemblies are at least partially arranged along a common region of the rotation axis and/or extend along a common region of the rotation axis. In other words, the rotary transformer assemblies can overlap when viewed along the rotation axis. In this variant, at least one region can be defined along the rotation axis that is spanned by both the inner and the outer rotary transformer assemblies and/or that is accommodated in both of these rotary transformer assemblies. Figuratively speaking, the inner and outer rotary transformer assemblies can thus be axially pushed into one another and/or nested within one another within the machine axis arrangement. This helps to reduce the installation space and in particular an axial installation space of the machine axis arrangement.

Bei einer Weiterbildung der Anordnung und des Verfahrens ist das Innenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe und/oder das Außenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe mit der Welle zur gemeinsamen Rotation gekoppelt. Insbesondere kann das Innenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe an einer Außenfläche (z.B. in Form einer äußeren Durchmesserstufe) der Welle angeordnet sein oder sich daran abstützen. Das Außenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe kann hingegen an einer Innenfläche und insbesondere einer inneren Durchmesserstufe der Welle angeordnet sein oder sich daran abstützen. Die Drehmomentübertragung kann insbesondere dadurch erzielt werden, dass die entsprechenden Elemente der Drehübertragerbaugruppen relativ zu der Welle festgelegt und insbesondere mittelbar oder unmittelbar damit mechanisch gekoppelt oder daran befestigt sind (zum Beispiel durch Mitnehmerstrukturen oder eine Verschraubung). Übergeordnet kann die Drehmomentübertragung derart erfolgen, dass das Innenelement und/oder das Außenelement gemeinsam mit der Welle rotieren, nicht aber relativ hierzu verdrehbar sind.In a further development of the arrangement and the method, the inner element of the outer rotary transformer assembly and/or the outer element of the inner rotary transformer assembly is coupled to the shaft for joint rotation. In particular, the inner element of the outer rotary transformer assembly can be arranged on an outer surface (e.g. in the form of an outer diameter step) of the shaft or can be supported thereon. The outer element of the inner rotary transformer assembly, on the other hand, can be arranged on an inner surface and in particular an inner diameter step of the shaft or can be supported thereon. The torque transmission can be achieved in particular by the corresponding elements of the rotary transformer assemblies being fixed relative to the shaft and in particular being mechanically coupled or fastened thereto directly or indirectly (for example by means of driver structures or a screw connection). At a higher level, the torque transmission can take place in such a way that the inner element and/or the outer element rotate together with the shaft, but cannot be rotated relative to it.

Das jeweilige andere Element der äußeren Drehübertragerbaugruppe und/oder der inneren Drehübertragerbaugruppe kann hingegen nicht an der Welle befestigt bzw. nicht zur gemeinsamen Rotation damit gekoppelt sein. Insbesondere können diese nicht gemeinsam mit der Welle verdrehbar sein und vorzugsweise relativ hierzu feststehen oder allgemein feststehend innerhalb der Maschinenachsenanordnung angeordnet sein. Im Detail kann das Außenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe und/oder das Innenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe nicht zwecks gemeinsamer Rotation mit der Welle gekoppelt sein.The respective other element of the outer rotary transformer assembly and/or the inner rotary transformer assembly, however, cannot be attached to the shaft or coupled to rotate together with it. In particular, they cannot be rotatable together with the shaft and are preferably fixed relative thereto or generally arranged fixed within the machine axis arrangement. In detail, the outer element of the outer rotary transformer assembly and/or the inner element of the inner rotary transformer assembly cannot be coupled to the shaft for rotation together.

Die vorstehend geschilderten Festlegungen bzw. Verdrehbarkeiten der einzelnen Elemente der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe können jeweils zu einer platzsparenden Konfiguration der Maschinenachsenanordnung beitragen.The above-described specifications and rotatability of the individual elements of the inner and outer rotary joint assembly can each contribute to a space-saving configuration of the machine axis arrangement.

Jegliches der Innen- und Außenelemente der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe kann sich zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konzentrisch entlang der Rotationsachse der Welle erstrecken. Dies betrifft insbesondere das Innenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe. Letzteres kann als Zapfen, Zylinder, Welle, Vorsprung oder Drehlager für die Welle ausgebildet sein oder als ein solches dienen. Alternativ kann das Innenelement im Wesentlichen ringförmig und/oder als Hohlzylinder ausgebildet sein und auf einem der vorstehend genannten Elemente (zum Beispiel einem Zapfen) angeordnet sein oder ein entsprechendes Element in sich aufnehmen.Any of the inner and outer elements of the inner and outer rotary joint assembly can extend, at least in sections, substantially concentrically along the axis of rotation of the shaft. This particularly applies to the inner element of the inner rotary joint assembly. The latter can be designed as a pin, cylinder, shaft, projection or rotary bearing for the shaft or can serve as such. Alternatively, the inner element can be designed substantially annularly and/or as a hollow cylinder and can be arranged on one of the aforementioned elements (for example a pin) or can accommodate a corresponding element.

Bei einer Weiterbildung der Vorrichtung und des Verfahrens weist die Welle eine sich zumindest abschnittsweise entlang der Rotationsachse erstreckende Ausnehmung auf, in der die innere Drehübertragerbaugruppe zumindest teilweise aufgenommen ist. Vorzugsweise erstreckt sich die Ausnehmung ferner zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konzentrisch zu der Rotationsachse. Die Ausnehmung kann die Rotationsachse zumindest abschnittsweise in sich aufnehmen bzw. die Rotationsachse zumindest abschnittsweise umschließen. Die Ausnehmung kann einen Hohlwellenabschnitt der Welle bilden oder von einem solchen Hohlwellenabschnitt umfasst sein. In einer Variante ist die Welle als Hohlwelle ausgebildet. Die Ausnehmung kann sich in diesem Fall axial durchgehend durch die Welle sowie entlang und vorzugsweise konzentrisch zu der Rotationsachse erstrecken, beispielsweise in Form einer zentralen Durchgangsbohrung. Mit anderen Worten kann die Welle aufgrund der Ausnehmung als eine Hohlwelle realisiert sein.In a further development of the device and the method, the shaft has a recess which extends at least in sections along the axis of rotation and in which the inner rotary transformer assembly is at least partially accommodated. Preferably, the recess also extends at least in sections essentially concentrically to the axis of rotation. The recess can accommodate the axis of rotation at least in sections or enclose the axis of rotation at least in sections. The recess can form a hollow shaft section of the shaft or be enclosed by such a hollow shaft section. In one variant, the shaft is designed as a hollow shaft. In this case, the recess can extend axially continuously through the shaft and along and preferably concentrically to the axis of rotation, for example in the form of a central through-hole. In other words, the shaft can be realized as a hollow shaft due to the recess.

Ein Außenelement der inneren Drehübertragerbaugruppe kann mit einer Ausnehmung gemäß jeglicher der vorstehenden Varianten gekoppelt und/oder daran befestigt sein. Insbesondere kann dies über eine Anlage und/oder ein Befestigen des Außenelements an einer Innenwand der Ausnehmung erfolgen, die vorzugsweise zylindrisch ist oder eine Zylindermantelfläche definiert (insbesondere eine Kreiszylindermantelfläche).An outer element of the inner rotary joint assembly can be coupled to and/or fastened to a recess according to any of the above variants. In particular, this can be done by abutting and/or fastening the outer element to an inner wall of the recess, which is preferably cylindrical or defines a cylinder surface (in particular a circular cylinder surface).

Wie geschildert, kann das Außenelement der äußeren Drehübertragerbaugruppe ferner an einem Innenwandbereich einer Gehäuseanordnung der Maschinenachsenanordnung angeordnet sein. Hierüber kann eine gewünschte Ausrichtung des Außenelements und insbesondere Konzentrizität hiervon um die Rotationsachse bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der Innenwandbereich eine Durchmesserpassung bereitstellen. Zur axialen Festlegung kann eine Planfläche des Außenelements zum Beispiel mit einem Flansch verschraubt werden. Allgemein kann die Gehäuseanordnung eine optionale Antriebseinheit der Maschinenachsenanordnung und/oder die Welle zumindest teilweise aufnehmen und/oder umschließen.As described, the outer element of the outer rotary transformer assembly can also be arranged on an inner wall region of a housing arrangement of the machine axis arrangement. This can provide a desired alignment of the outer element and in particular concentricity thereof around the axis of rotation. For example, the inner wall region can provide a diameter fit. For axial fixing, a flat surface of the outer element can be screwed to a flange, for example. In general, the housing arrangement can at least partially accommodate and/or enclose an optional drive unit of the machine axis arrangement and/or the shaft.

Die geschilderten Anordnungsmöglichkeiten der äußeren Drehübertragerbaugruppe in einer Gehäuseanordnung sowie der inneren Drehübertragerbaugruppe in einer Ausnehmung können jeweils dazu beitragen, den insgesamt benötigten Bauraum zu reduzieren.The described arrangement options for the outer rotary joint assembly in a housing arrangement and the inner rotary joint assembly in a recess can each help to reduce the overall installation space required.

Erfindungsgemäß umfasst die Maschinenachsenanordnung eine erste Leitungsanordnung (oder, anders ausgedrückt, einen ersten Leitungsstrang) zum Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung und eine zweite Leitungsanordnung (oder, anders ausgedrückt, einen zweiten Leitungsstrang) zum Übertragen von Informationen sowie keiner oder allenfalls einer geringeren elektrischen Energie, als mittels der ersten Leitungsanordnung übertragen wird. Dabei ist die erste Leitungsanordnung mit einer von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe verbunden und die zweite Leitungsanordnung mit der entsprechend anderen von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe verbunden (und vorzugsweise mit der inneren). Der Unterschied zwischen der übertragenen elektrischen Energie kann einem Faktor zehn oder einem Faktor fünf entsprechen (beispielsweise bezogen auf die übertragenen Ströme und/oder maximalen Stromstärken). Unter einem Verbinden der Leitungsanordnung mit der jeweiligen Drehübertragerbaugruppe kann jeweils ein energie- oder informationsübertragendes bzw. -leitendes Verbinden verstanden werden. Übergeordnet können bei dieser Ausführungsform die übertragenen Informationen (zum Beispiel in Form von elektrischen, digitalen oder analogen Signalen oder Daten) und die übertragenen elektrischen Energien (zum Beispiel in Form von elektrischen Lasten, elektrischen Leistungen oder elektrischen Strömen) somit zwischen der inneren und der äußeren Drehübertragerbaugruppe zumindest teilweise aufgeteilt werden. Zumindest die Informationsübertragung kann dabei nach einem CAT5-, CAT5e- oder vorzugsweise CAT6-Standard erfolgen.According to the invention, the machine axis arrangement comprises a first line arrangement (or, in other words, a first line strand) for providing an electrical energy supply and a second line arrangement (or, in other words, a second line strand) for transmitting information and no or at most less electrical energy than is transmitted by means of the first line arrangement. The first line arrangement is connected to one of the inner and outer rotary transformer assemblies and the second line arrangement is connected to the corresponding other of the inner and outer rotary transformer assemblies (and preferably to the inner one). The difference between the electrical energy transmitted can correspond to a factor of ten or a factor of five (for example in relation to the transmitted currents and/or maximum current intensities). Connecting the line arrangement to the respective rotary transformer assembly can be understood to mean a connection that transmits or conducts energy or information. In this embodiment, the transmitted information (for example in the form of electrical, digital or analog signals or data) and the transmitted electrical energy (for example in the form of electrical loads, electrical power or electrical currents) can thus be at least partially divided between the inner and outer rotary transformer assembly. At least the information transmission can take place according to a CAT5, CAT5e or preferably CAT6 standard.

Mittels der ersten Leitungsanordnung kann zum Bereitstellen der elektrischen Energieversorgung insbesondere eine elektrische Leistung oder Last übertragen werden, die zum Antreiben von Antriebseinheiten einer weiteren Komponente verwendbar ist, welche mit der Welle gekoppelt ist. Zusätzlich oder alternativ kann das Bereitstellen der elektrischen Energieversorgung das Bereitstellen einer Spannungsversorgung umfassen. Übergeordnet kann die elektrische Energieversorgung eine elektrische Leistungsübertragung und/oder elektrische Lastübertragung umfassen. In order to provide the electrical energy supply, the first line arrangement can be used to transmit, in particular, an electrical power or load that can be used to drive drive units of another component that is coupled to the shaft. Additionally or alternatively, the provision of the electrical energy supply can include the provision of a voltage supply. At a higher level, the electrical energy supply can include an electrical power transmission and/or electrical load transmission.

Die Informationen, welche mittels der zweiten Leitungsanordnung übertragen werden, können analoge Signale, digitale Signale oder optische Signale umfassen, wobei Letztere auch vor einer Übertragung in elektrische Signale umgewandelt werden können. Bei den analogen Signalen kann es sich um analoge elektrische Signale zum Beispiel von Messsystemen (beispielsweise in Form einer Sensoreinrichtung eines Koordinatenmessgeräts) oder analoge Kennungen handeln. Die Kennungen können in Form eines analogen Signals bereitgestellt werden und beispielsweise zur Identifikation von lediglich bedarfsweise mit der Maschinenachsenanordnung mittelbar oder unmittelbar verbundenen Einheiten dienen (zum Beispiel zur Identifikation eines Sensors, der mit einer Wechselschnittstelle verbunden wird). Die Kennungen können auch lediglich das Vorhandensein einer beliebigen Einheit vorbestimmter Art (zum Beispiel eines Sensors) anzeigen, ohne diese genauer zu identifizieren. Bei den digitalen Signalen kann es sich um digitale elektrische Signale handeln, die beispielsweise nach Maßgabe standardisierter Übertragungsprotokolle wie Ethernet oder CAN-Bus erzeugt und/oder übertragen werden.The information transmitted by means of the second line arrangement can comprise analog signals, digital signals or optical signals, whereby the latter can also be converted into electrical signals before transmission. The analog signals can be analog electrical signals, for example from measuring systems (for example in the form of a sensor device of a coordinate measuring machine) or analog identifiers. The identifiers can be provided in the form of an analog signal and can be used, for example, to identify units that are only indirectly or directly connected to the machine axis arrangement as required (for example to identify a sensor that is connected to an exchange interface). The identifiers can also simply indicate the presence of any unit of a predetermined type (for example a sensor) without identifying it in more detail. The digital signals can be digital electrical signals that are generated and/or transmitted, for example, in accordance with standardized transmission protocols such as Ethernet or CAN bus.

Allgemein ausgedrückt kann die elektrische Energieversorgung somit vorsehen oder umfassen, dass mittels der übertragenen elektrischen Energie elektrische Arbeit verrichtet werden kann. Die Informationsübertragung kann hingegen umfassen, dass mittels der übertragenen Signale Informationen erzeugt, ausgelesen und/oder ausgewertet werden können.Generally speaking, the electrical energy supply can thus provide or include that electrical work can be performed using the transmitted electrical energy. The information transmission, on the other hand, can include that information can be generated, read out and/or evaluated using the transmitted signals.

Es versteht sich, dass im Rahmen der vorliegenden Offenbarung jegliche der vorstehenden Varianten zur Energieversorgung oder Informationsübertragung auch dann vorgesehen sein kann, auch wenn die erläuterte Aufteilung der entsprechenden Übertragungen auf die innere und äußere Drehübertragerbaugruppe mittels separater Leitungsanordnungen nicht vorgesehen ist.It is understood that within the scope of the present disclosure, any of the above variants for energy supply or information transmission can also be provided even if the explained division of the corresponding transmissions to the inner and outer rotary transformer assemblies by means of separate line arrangements is not provided.

Durch das zumindest teilweise Aufteilen der Energieversorgung und Informationsübertragung auf verschiedene Drehübertragerbaugruppen kann erreicht werden, dass sich diese Übertragungen nicht oder nur in einem reduzierten Ausmaß gegenseitig beeinflussen. Insbesondere können Informationen, die mittels einer der Drehübertragerbaugruppen übertragen werden, nicht oder nur in geringerem Ausmaße durch etwaige im Rahmen der Energieversorgung übertragene elektrische Ströme, Spannungen oder Leistungen verfälscht werden.By at least partially dividing the energy supply and information transmission between different rotary transformer assemblies, it is possible to ensure that these transmissions do not influence each other or only influence each other to a reduced extent. In particular, information transmitted by means of one of the rotary transformer assemblies cannot be distorted or can only be distorted to a lesser extent by any electrical currents, voltages or power transmitted as part of the energy supply.

Bevorzugt erfolgt die elektrische Energieversorgung primär über die äußere Drehübertragerbaugruppe und die Informationsübertragung primär über die innere Drehübertragerbaugruppe. Prinzipiell kann aber vorgesehen sein, dass sowohl die äußere als auch die innere Drehübertragerbaugruppe elektrische Energien und/oder Informationen übertragen können. Dies ist dahingehend vorteilhaft, als dass die äußere Drehübertragerbaugruppe aufgrund des größeren Durchmessers eine Energieübertragung über Anschlussleitungen und/oder Leiterbahnen mit einem allgemein größeren Querschnitt ermöglicht. Dies ist z.B. hinsichtlich des Ausmaßes an übertragbarer elektrischer Energie und/oder einer Erwärmungsresistenz vorteilhaft.Preferably, the electrical energy supply is primarily via the outer rotary transformer assembly and the information is primarily transmitted via the inner rotary transformer assembly. In principle, however, it can be provided that both the outer and the inner rotary transformer assembly can transmit electrical energy and/or information. This is advantageous in that the outer rotary transformer assembly, due to its larger diameter, enables energy to be transmitted via connecting lines and/or conductor tracks with a generally larger cross-section. This is advantageous, for example, with regard to the amount of electrical energy that can be transmitted and/or heat resistance.

Das (primäre) Übertragen von Informationen mittels der durchmesserkleineren inneren Drehübertragerbaugruppe kann hingegen dahingehend vorteilhaft sein, als dass verfälschende Einflüsse auf die Informationen reduziert werden können. Derartige Einflüsse können z.B. daraus entstehen, dass sich die Leiterbahnen der Drehübertragerbaugruppe im Sinne einer elektrischen Kapazität verhalten und ein verfälschendes elektrisches Feld erzeugen können. Derartige Kapazitäten werden durch die kleineren Durchmesser der inneren Drehübertragerbaugruppe reduziert. Zudem haben die Erfinder erkannt, dass sich mit kleineren Durchmessern Anforderungen (zum Beispiel m Sinne einer Taktfrequenz und/oder Bandbreite) aktueller Übertragungsstandards leichter erfüllen lassen.The (primary) transmission of information using the smaller-diameter inner rotary transformer assembly can, however, be advantageous in that it can reduce distorting influences on the information. Such influences can arise, for example, from the fact that the conductor tracks of the rotary transformer assembly behave in the sense of an electrical capacitance and can generate a distorting electrical field. Such capacitances are reduced by the smaller diameters of the inner rotary transformer assembly. In addition, the inventors have recognized that with smaller diameters, the requirements (for example in terms of a clock frequency and/or bandwidth) of current transmission standards can be met more easily.

Zudem wurde erkannt, dass kleinere Durchmesser der Drehübertragerbaugruppen höhere Übertragungsfrequenzen ermöglichen, z.B auch weil ihre elektrisch relevante Länge bezogen auf die Wellenlänge der zu übertragenden Frequenz geringer ist. Insbesondere gilt dies, wenn die Wellenlänge der zu übertragenden Frequenz in den Größenordnungsbereich der Drehübertragerbaugruppe kommt oder genauer in den Größenordnungsbereich des Umfangs eines Signalrings (und/oder einer Leiterbahn) plus zugehöriger Kontaktelemente der Drehübertragerbaugruppe kommt, da dann aus der Hochfrequenztechnik bekannte Ausbreitungsvorgänge das zu übertragende Signal negativ beeinflussen können. Insbesondere bei relevanten Längen von größer gleich Wellenlänge/4 (d.h. von größer gleich einem Viertel der Wellenlänge) ist mit einer signifikanten Beeinflussung zu rechnen. Es wird daher bevorzugt, die Ausdehnung von für das Signal potentiell störenden Strukturen (z.B. des Leiterbahnumfangs) kleiner als 5% bis 10% der Wellenlänge zu halten.It was also recognized that smaller diameters of the rotary transformer assemblies enable higher transmission frequencies, e.g. because their electrically relevant length is smaller in relation to the wavelength of the frequency to be transmitted. This applies in particular if the wavelength of the frequency to be transmitted is in the order of magnitude of the rotary transformer assembly or, more precisely, in the order of magnitude of the circumference of a signal ring (and/or a conductor track) plus associated contact elements of the rotary transformer assembly, since propagation processes known from high-frequency technology can then negatively influence the signal to be transmitted. Significant influences are to be expected, particularly for relevant lengths of greater than or equal to wavelength/4 (i.e. greater than or equal to a quarter of the wavelength). It is therefore preferable to keep the extent of structures that potentially interfere with the signal (e.g. the conductor track circumference) smaller than 5% to 10% of the wavelength.

Ein CAT6 Datenkanal ist beispielsweise bis zu einer Betriebsfrequenz von 250 MHz spezifiziert. Die Wellenlänge ist abhängig von der relativen Dielektrizitätskonstante und entspricht bei 250 MHz z.B. etwa 800 mm. Der Umfang einer Signalspur (und/oder einer Leiterbahn) mit Durchmesser 70 mm entspricht ca. 250 mm und wäre damit aus hochfrequenztechnischer Sicht ungünstig für einen CAT6 Datenkanal.A CAT6 data channel, for example, is specified for an operating frequency of up to 250 MHz. The wavelength depends on the relative dielectric constant and at 250 MHz corresponds to approximately 800 mm. The circumference of a signal track (and/or a conductor track) with a diameter of 70 mm corresponds to approximately 250 mm and would therefore be unfavorable for a CAT6 data channel from a high-frequency point of view.

Stattdessen können erfindungsgemäß über die innere Drehübertragerbaugruppe vierpaarige impedanzkontrollierte CAT6 Kabel mit einem Durchmesser von z.B. 6 mm verbunden werden. Inklusive tragender Struktur ergibt sich dann für die Signalspuren bzw. Leiterbahnen ein Durchmesser von z.B. 8 mm, was einem Ringumfang von ca. 25 mm entspricht und demnach kleiner 5 % der Wellenlänge wäre. Eine mechanisch robustere Variante hat z.B. einen 20 mm Durchmesser und 63mm Signalspur- bzw. Leiterbahnumfang.Instead, according to the invention, four-pair impedance-controlled CAT6 cables with a diameter of 6 mm, for example, can be connected via the inner rotary transformer assembly. Including the supporting structure, this results in a diameter of 8 mm, for example, for the signal tracks or conductor paths, which corresponds to a ring circumference of approx. 25 mm and would therefore be less than 5% of the wavelength. A mechanically more robust variant has a diameter of 20 mm and a signal track or conductor track circumference of 63 mm, for example.

Die Erfinder haben demnach erkannt, dass aufgrund dieser Eigenschaften und des geringeren Übersprechens aufgrund der bereits oben genannten geringen Kapazitäten für schnelle Datenübertragungen (z.B. gemäß aktueller Standards) ein geringer Durchmesser der Drehübertragerbaugruppe und insbesondere der inneren Drehübertragerbaugruppe zu bevorzugen ist.The inventors have therefore recognized that due to these properties and the lower crosstalk due to the low capacities already mentioned above for fast data transmissions (e.g. according to current standards), a small diameter of the rotary transformer assembly and in particular of the inner rotary transformer assembly is preferable.

Eine Weiterbildung der Maschinenachsenanordnung und des Verfahrens sieht vor, dass wenigstens eine von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe (und vorzugsweise zumindest die innere) für eine Signalübertragung mit einer Bandbreite von wenigstens 100 MHz (und vorzugsweise wenigstens 200 MHz, z.B. wenigstens 250 MHz oder auch mehr) und/oder einer Übertragungsrate von wenigstens 1 Gigabit / s eingerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Signalübertragung gemäß einem vorbestimmten Übertragungsprotokoll erfolgen (z.B. Ethernet).A further development of the machine axis arrangement and the method provides that at least one of the inner and outer rotary transformer assemblies (and preferably at least the inner one) is set up for signal transmission with a bandwidth of at least 100 MHz (and preferably at least 200 MHz, e.g. at least 250 MHz or even more) and/or a transmission rate of at least 1 gigabit/s. Additionally or alternatively, the signal transmission can take place according to a predetermined transmission protocol (e.g. Ethernet).

Die Erfindung betrifft ferner eine Dreh-Schwenk-Einheit, insbesondere zur Verwendung in einem Koordinatenmessgerät, umfassend eine Maschinenachsenanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche. Die Maschinenachsenanordnung kann insbesondere eine Dreh- und/oder Schwenkachse der Dreh-Schwenk-Einheit bereitstellen oder von einer solchen umfasst sein. Gemäß einer Variante stellt die Maschinenachsenanordnung eine Drehachse einer solchen Einheit bereit und insbesondere eine endlos drehende Drehachse. Die Drehachse kann ferner eine Schwenkachse der Dreh-Schwenk-Einheit rotieren, wobei die Schwenkachse vorzugsweise nicht als eine endlos drehende, sondern lediglich begrenzt drehende Achse ausgebildet ist.The invention further relates to a rotary-swivel unit, in particular for use in a coordinate measuring machine, comprising a machine axis arrangement according to one of the preceding claims. The machine axis arrangement can in particular provide a rotary and/or swivel axis of the rotary-swivel unit or be comprised of such. According to a variant, the machine axis arrangement provides a rotary axis of such a unit and in particular an endlessly rotating rotary axis. The rotary axis can also rotate a swivel axis of the rotary-swivel unit, wherein the swivel axis is preferably not designed as an endlessly rotating axis, but rather as an axis that rotates only to a limited extent.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Übertragen von Energie und Informationen mittels einer Maschinenachsenanordnung, wobei die Maschinenachsenanordnung nach jeglichen der vorangehenden oder nachstehenden Aspekte ausgebildet ist und das Verfahren umfasst:

  • - Übertragen von elektrischer Energie (und/oder einer elektrischen Last und/oder einer elektrischen Leistung) mittels einer ersten von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe; und
  • - Übertragen von Informationen mittels der entsprechenden anderen Drehübertragerbaugruppe sowie keiner oder allenfalls einer geringeren elektrischen Energie, als über die erste Drehübertragerbaugruppe übertragen wird.
The invention further relates to a method for transmitting energy and information by means of a machine axis arrangement, wherein the machine axis arrangement is designed according to any of the preceding or following aspects and the method comprises:
  • - transmitting electrical energy (and/or an electrical load and/or an electrical power) by means of a first of the inner and outer rotary joint assemblies; and
  • - Transmission of information by means of the corresponding other rotary transformer assembly and no or at most less electrical energy than is transmitted via the first rotary transformer assembly.

Wie vorstehend geschildert, kann dies insbesondere durch Bereitstellen von ersten und zweiten Leitungsanordnungen ermöglicht werden, die mit einer jeweiligen inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe verbunden sind und ein entsprechendes zumindest teilweise Aufteilen von (primärer) elektrischer Energieversorgung und (primärer) Informationsübertragung zwischen diesen Drehübertragerbaugruppen ermöglichen. Es kann aber ebenso vorgesehen sein, dass über beide Drehübertragerbaugruppen Informationen und/oder elektrische Energie übertragen werden, wobei jedoch eine elektrische Energieübertragung die andere übersteigt. Die elektrische Energieübertragung kann allgemein zum Verrichten von Arbeit und/oder zur Spannungsversorgung weiterer Komponenten erfolgen. Bei den Informationen kann es sich wiederum um analoge oder digitale Signale handeln.As described above, this can be made possible in particular by providing first and second line arrangements that are connected to a respective inner and outer rotary transformer assembly and enable a corresponding at least partial division of (primary) electrical energy supply and (primary) information transmission between these rotary transformer assemblies. However, it can also be provided that information and/or electrical energy is transmitted via both rotary transformer assemblies, but one electrical energy transmission exceeds the other. The electrical energy transmission can generally take place to perform work and/or to supply voltage to other components. The information can in turn be analog or digital signals.

Das Verfahren kann jeglichen weiteren Schritt, jegliche Weiterbildung und jegliches weitere Merkmal umfassen, um sämtliche der vorstehenden oder nachstehenden Wechselwirkungen, Betriebszustände und Funktionen bereitzustellen. Insbesondere kann das Verfahren mit einer Maschinenachsenanordnung gemäß jeglichem der vorstehenden oder nachstehenden Aspekte ausführbar sein oder ausgeführt werden.The method may include any further step, any further development and any further feature to provide all of the above or below interactions, operating states and functions. In particular, the method may be executable or be executed with a machine axis arrangement according to any of the above or below aspects.

Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der beigefügten schematischen Figuren erläutert. Es stellen dar:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Koordinatenmessgeräts, umfassend eine Maschinenachsenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, die ein erfindungsgemäßes Verfahren ausführt;
  • 2 eine Detaildarstellung einer Dreh-Schwenk-Einheit des Koordinatenmessgeräts aus 1;
  • 3 eine Schnittansicht der Maschinenachsenanordnung des Koordinatenmessgeräts aus 1;
  • 4 ein Verlaufsschema zur Schilderung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In the following, an embodiment of the invention is explained with reference to the attached schematic figures. They show:
  • 1 a schematic representation of a coordinate measuring machine comprising a machine axis arrangement according to an embodiment of the invention, which carries out a method according to the invention;
  • 2 a detailed view of a rotary-swivel unit of the coordinate measuring machine from 1 ;
  • 3 a sectional view of the machine axis arrangement of the coordinate measuring machine 1 ;
  • 4 a flow chart describing a process according to the invention.

1 zeigt ein Koordinatenmessgerät 10. Das Koordinatenmessgerät 10 dient zum Vermessen eines Objekts 12. Hierzu ist eine optische Sensoreinrichtung 14 vorgesehen, die insbesondere ein konfokaler Weißlichtsensor oder chromatische optische Sensoreinrichtung sein kann. 1 shows a coordinate measuring machine 10. The coordinate measuring machine 10 is used to measure an object 12. For this purpose, an optical sensor device 14 is provided, which in particular has a conform cal white light sensor or chromatic optical sensor device.

Zur Ausrichtung der optischen Sensoreinrichtung 14 gegenüber dem Objekt 12 im Raum ist unter anderem eine Dreh-Schwenk-Einheit 16 vorgesehen, die eine Rotation der optischen Sensoreinrichtung 14 um zwei Raumachsen und damit ihre Ausrichtung in einer gewünschten Raumrichtung ermöglicht. Eine der Maschinenachsenanordnungen, die in der Dreh-Schwenk-Einheit 16 verbaut ist (nämlich die Drehachse, welche die Schwenkachse verdreht), wird im Folgenden anhand von 3 näher erläutert. Diese Maschinenachsenanordnung ist in 1 nicht mit einem gesonderten Bezugszeichen versehen, da sie dort nicht erkennbar bzw. verdeckt ist.To align the optical sensor device 14 with respect to the object 12 in space, a rotary-swivel unit 16 is provided, which enables rotation of the optical sensor device 14 about two spatial axes and thus its alignment in a desired spatial direction. One of the machine axis arrangements that is installed in the rotary-swivel unit 16 (namely the rotary axis that rotates the swivel axis) is described below using 3 explained in more detail. This machine axis arrangement is in 1 not provided with a separate reference symbol because it is not recognizable or hidden there.

Das Koordinatenmessgerät 10 ist auf einer Basis 18 angeordnet. Relativ zu dieser Basis 18 ist ein Portal 20 in einer Y-Richtung verschiebbar gelagert. An dem Portal 20 ist ein Schlitten 22 in einer X-Richtung verschiebbar gelagert. Innerhalb des Schlittens 22 wiederum ist eine Pinole 24 in einer Z-Richtung verschiebbar gelagert. Die X-Richtung, die Y-Richtung und die Z-Richtung bilden gemeinsam ein kartesisches Koordinatensystem. Auf diese Weise ist durch translatorische Bewegung des Portals 20, des Schlittens 22 und der Pinole 24 sowie durch Nutzung der beiden Rotationsachsen der Dreh-Schwenk-Einheit 16 eine geeignete Anordnung der optischen Sensoreinrichtung 14 relativ zu dem auf der Basis 18 angeordneten Objekt 12 möglich.The coordinate measuring machine 10 is arranged on a base 18. A portal 20 is mounted so that it can move in a Y direction relative to this base 18. A carriage 22 is mounted on the portal 20 so that it can move in an X direction. Within the carriage 22, a sleeve 24 is mounted so that it can move in a Z direction. The X direction, the Y direction and the Z direction together form a Cartesian coordinate system. In this way, a suitable arrangement of the optical sensor device 14 relative to the object 12 arranged on the base 18 is possible through the translational movement of the portal 20, the carriage 22 and the sleeve 24 and through the use of the two axes of rotation of the rotary-swivel unit 16.

Das Portal 20, der Schlitten 22 und die Pinole 24 bilden gemeinsam eine Trägerstruktur 26. Grundsätzlich sind auch andere Trägerstrukturen 26 für Koordinatenmessgeräte 10 bekannt und können vorgesehen sein, beispielsweise Horizontalarm-Trägerstrukturen usw. Des Weiteren sind eine Skala 28 in Y-Richtung, eine Skala 30 in X-Richtung und eine Skala 32 in Z-Richtung dargestellt. Diese ermöglichen eine Erfassung der Positionierung des Portals 20, des Schlittens 22 und der Pinole 24 im Raum, so dass die Positionierung der optischen Sensoreinrichtung 14 aufgrund der bekannten Drehstellungen der Dreh-Schwenk-Einheit 16 in einem Messraum jederzeit bekannt ist.The portal 20, the carriage 22 and the sleeve 24 together form a support structure 26. In principle, other support structures 26 for coordinate measuring machines 10 are also known and can be provided, for example horizontal arm support structures, etc. Furthermore, a scale 28 in the Y direction, a scale 30 in the X direction and a scale 32 in the Z direction are shown. These enable the positioning of the portal 20, the carriage 22 and the sleeve 24 in space to be recorded, so that the positioning of the optical sensor device 14 is known at any time due to the known rotational positions of the rotary-swivel unit 16 in a measuring room.

Jegliche der geschilderten Bewegungen können dabei prinzipiell mittels erfindungsgemäßer Maschinenachsenanordnungen erzeugt werden, die mit den entsprechend bewegten Komponenten drehmomentübertragend gekoppelt sind.In principle, any of the movements described can be generated by means of machine axis arrangements according to the invention, which are coupled to the corresponding moving components in a torque-transmitting manner.

Eine Regelungseinrichtung 34 dient zum Steuern des Koordinatenmessgeräts 10. In der Regel ist eine Datenverarbeitungseinrichtung 36 in der Regelungseinrichtung 34 vorgesehen, um die Regelung des Koordinatenmessgeräts 10 und die Auswertung der Messergebnisse vorzunehmen. Die Regelungseinrichtung 34 kann auch die einzelnen Maschinenachsenanordnungen des Koordinatenmessgeräts 10 und insbesondere die dort verbauten Antriebseinheiten ansteuern.A control device 34 is used to control the coordinate measuring machine 10. As a rule, a data processing device 36 is provided in the control device 34 in order to control the coordinate measuring machine 10 and evaluate the measurement results. The control device 34 can also control the individual machine axis arrangements of the coordinate measuring machine 10 and in particular the drive units installed there.

Schematisch ist des Weiteren eine Eingabeeinrichtung 38 dargestellt, die zum Eingeben von Daten durch einen Nutzer vorgesehen sein kann. Des Weiteren kann eine Anzeigevorrichtung vorgesehen sein, um die Messergebnisse einem Nutzer anzuzeigen. Die dargestellte Ausgestaltung und Anordnung von der Regelungseinrichtung 34, der Datenverarbeitungseinrichtung 36 und der Eingabeeinrichtung 38 ist lediglich schematisch und beispielhaft zu verstehen. Sie kann vollkommen anders ausgestaltet sein oder aber beispielsweise auch zumindest teilweise in die Basis 18 des Koordinatenmessgeräts 10 integriert sein.Furthermore, an input device 38 is shown schematically, which can be provided for the input of data by a user. Furthermore, a display device can be provided to show the measurement results to a user. The illustrated design and arrangement of the control device 34, the data processing device 36 and the input device 38 is to be understood as merely schematic and exemplary. It can be designed completely differently or, for example, can also be at least partially integrated into the base 18 of the coordinate measuring machine 10.

2 zeigt eine vergrößerte Darstellung des Bereichs um die Dreh-Schwenk-Einheit 16. Man erkennt wiederum die Sensoreinrichtung 14, die mittels der Dreh-Schwenk-Einheit 16 im Raum positionierbar ist. Hierfür umfasst die Dreh-Schwenk-Einheit 16 zwei Rotations-Maschinenachsen, nämlich eine Drehachse 48 und eine Schwenkachse 52, deren jeweilige Rotationsachsen strichliert dargestellt sind. Prinzipiell können beide dieser Achsen mittels einer erfindungsmäßigen Maschinenachsenanordnung realisiert werden. Wie nachstehend anhand von 2 erläutert, ist jedoch lediglich die Drehachse 48 mittels einer erfindungsgemäßen Maschinenachsenanordnung bereitgestellt oder, anders ausgedrückt, als eine solche realisiert. In der Ansicht von 2 ermöglicht die Drehachse 48 ein Rotieren der Sensoreinrichtung 14 um eine vertikale Raumachse (bzw. die Z-Achse). Hierzu wird eine Schwenkeinheit 62, an der die Sensoreinrichtung 14 mittelbar angebracht ist, um die entsprechende Raumachse gedreht. 2 shows an enlarged view of the area around the rotary-swivel unit 16. The sensor device 14 can be seen again, which can be positioned in space by means of the rotary-swivel unit 16. For this purpose, the rotary-swivel unit 16 comprises two rotary machine axes, namely a rotary axis 48 and a swivel axis 52, the respective rotary axes of which are shown in dashed lines. In principle, both of these axes can be implemented by means of a machine axis arrangement according to the invention. As will be shown below with reference to 2 However, as explained above, only the rotation axis 48 is provided by means of a machine axis arrangement according to the invention or, in other words, is realized as such. In the view of 2 the rotation axis 48 enables the sensor device 14 to rotate about a vertical spatial axis (or the Z axis). For this purpose, a swivel unit 62, to which the sensor device 14 is indirectly attached, is rotated about the corresponding spatial axis.

Die Schwenkeinheit 62 umfasst selbst auch eine Maschinenachsenanordnung in Form der Schwenkachse 52, mit der die Sensoreinrichtung 14 um eine in 2 horizontale Raumachse 52 (bzw. die X-Achse) rotiert werden kann.The swivel unit 62 itself also comprises a machine axis arrangement in the form of the swivel axis 52, with which the sensor device 14 can be rotated by an 2 horizontal spatial axis 52 (or the X-axis) can be rotated.

Ferner erkennt man in 2, dass die Drehachse 48 in einer Dreheinheit 46 aufgenommen ist bzw. von dieser ausgeht. Die Dreheinheit 46 ist starr mit der Pinole 24 gekoppelt. Die Sensoreinrichtung 14 ist in einem von der Schwenkeinheit 62 verschwenkbaren Sensorkopf 63 aufgenommen. Ferner ist eine optionale Sensorachse 53 gezeigt, um die die Sensoreinrichtung 14 rotiert werden kann.Furthermore, one can see in 2 that the rotation axis 48 is accommodated in a rotation unit 46 or extends from this. The rotation unit 46 is rigidly coupled to the sleeve 24. The sensor device 14 is accommodated in a sensor head 63 that can be pivoted by the pivot unit 62. Furthermore, an optional sensor axis 53 is shown, about which the sensor device 14 can be rotated.

Im Folgenden Bezug nehmend auf 3 wird eine erfindungsgemäße Maschinenachsenanordnung 80 erläutert, wie sie in der Dreheinheit 46 in Form der Drehachse 48 der Dreh-Schwenk-Einheit 16 aus 2 zum Einsatz kommt. Die Maschinenachsenanordnung 80 umfasst eine Gehäuseanordnung 82, die in dem gezeigten Fall allgemein hohlzylindrisch ausgebildet ist. An der Gehäuseanordnung 82 sind in 3 nicht gezeigte Schutzbleche anbringbar, sodass das in 2 gezeigte Erscheinungsbild der Dreheinheit 46 erhalten wird. Die nachstehend erläuterten Komponenten der Maschinenachsenanordnung 80 sind jeweils zumindest teilweise innerhalb der Gehäuseanordnung 82 aufgenommen oder, mit anderen Worten, innerhalb von dieser positioniert.In the following, referring to 3 a machine axis arrangement 80 according to the invention is explained, as it is used in the rotary unit 46 in the form of the rotary axis 48 of the rotary-swivel unit 16 2 The machine axis arrangement 80 comprises a housing arrangement 82, which in the case shown is generally hollow-cylindrical. The housing arrangement 82 has 3 not shown mudguards can be attached so that the 2 shown appearance of the rotary unit 46 is obtained. The components of the machine axis arrangement 80 explained below are each at least partially accommodated within the housing arrangement 82 or, in other words, positioned within it.

Zu beachten ist, dass 3 eine Schnittansicht durch die Maschinenachsenanordnung 80 zeigt, wobei die Schnittebene eine nachfolgend erläuterte Rotationsachse R enthält. Nicht sämtliche der geschnittenen Komponenten sind dabei jedoch schraffiert dargestellt, da es sich lediglich um eine schematische Ansicht handelt.Please note that 3 shows a sectional view through the machine axis arrangement 80, wherein the sectional plane contains a rotation axis R explained below. However, not all of the sectioned components are shown hatched, since this is only a schematic view.

Die Maschinenachsenanordnung 80 umfasst eine als Hohlwelle ausgebildete Welle 84, die um eine sich in 3 horizontal erstreckende Rotationsachse R rotierbar ist. Die Rotationsachse R entspricht dabei der in 2 gezeigten vertikal strichlierten Achse, mit der die Position bzw. Funktion der Drehachse 48 angedeutet wird. Die Welle 84 dient in dem gezeigten Fall als drehmomentübertragende Antriebswelle, was aber nicht zwingend ist.The machine axis arrangement 80 comprises a shaft 84 designed as a hollow shaft, which is arranged around a 3 horizontally extending rotation axis R. The rotation axis R corresponds to the 2 shown vertical dashed axis, which indicates the position or function of the rotation axis 48. In the case shown, the shaft 84 serves as a torque-transmitting drive shaft, but this is not mandatory.

Die Welle 84 umfasst an einem ersten axialen Ende einen Verbindungsabschnitt 124, mit dem sie an eine hier nicht näher erläuterte Antriebs-Getriebe Anordnung 86 drehmomentübertragend gekoppelt ist. Genauer gesagt ist die Welle 84 mit dem Getriebe der Antriebs-Getriebe Anordnung 86 über Verschraubungen 92 verbunden und kann nach Maßgabe einer Rotation des Getriebes um die Rotationsachse R rotiert werden. An ihrem hierzu gegenüberliegenden zweiten axialen Ende ist die Welle 84 ebenfalls über Verschraubungen 92 mit einem Innenring 88 einer Lageranordnung 90 verbunden und rotiert diesen. Genauer gesagt ist der Innenring 88 über eine Kugellageranordnung drehbar innerhalb der Gehäuseanordnung 82 gelagert. Der Innenring 88 ist ferner mit der Schwenkeinheit 62 aus 2 gekoppelt, um diese um die Rotationsachse R zu drehen.The shaft 84 comprises a connecting section 124 at a first axial end, with which it is coupled to a drive-gear arrangement 86 (not explained in detail here) in a torque-transmitting manner. More precisely, the shaft 84 is connected to the gear of the drive-gear arrangement 86 via screw connections 92 and can be rotated about the rotation axis R in accordance with a rotation of the gear. At its opposite second axial end, the shaft 84 is also connected to an inner ring 88 of a bearing arrangement 90 via screw connections 92 and rotates it. More precisely, the inner ring 88 is rotatably mounted within the housing arrangement 82 via a ball bearing arrangement. The inner ring 88 is also connected to the swivel unit 62 made of 2 coupled to rotate it around the rotation axis R.

Wie bereits geschildert, ist die Welle 84 als Hohlwelle ausgebildet und weist eine Ausnehmung 96 auf, die sich in Form einer Durchgangsbohrung mit mehreren Durchmesserstufen durch die Welle 84 erstreckt. Dabei verläuft die Ausnehmung 96 entlang und konzentrisch zu der Rotationsachse R.As already described, the shaft 84 is designed as a hollow shaft and has a recess 96 which extends through the shaft 84 in the form of a through hole with several diameter steps. The recess 96 runs along and concentrically to the axis of rotation R.

Um eine Energieversorgung sowie eine Informationsübertragung zwischen der Dreheinheit 46 und der Schwenkeinheit 62 (sowie der von der Schwenkeinheit 62 bewegten Sensoreinrichtung14) aus 2 zu ermöglichen, umfasst die Maschinenachsenanordnung 80 zwei Drehübertragerbaugruppen in Form von Schleifringbaugruppen 98, 100. Genauer gesagt ist eine äußere Schleifringbaugruppe 98 vorgesehen und eine innere Schleifringbaugruppe 100. Die äußere Schleifringbaugruppe 98 umfasst ein Außenelement (d.h. ein bezogen auf die Rotationsachse R radial außenliegendes Element) 102. Dieses liegt an einer Innenwand 83 der Gehäuseanordnung 82 an und wird über die entsprechende Durchmesserpassung konzentrisch zu der Rotationsachse R ausgerichtet. Eine axiale Festlegung erfolgt über eine nicht dargestellte Verschraubung einer Planfläche des Außenelements 102 mit einem Flansch. Das Außenelement 102 ist allgemein ringförmig ausgebildet und weist einen sich konzentrisch zu sowie um die Rotationsachse R erstreckenden radialen Innenbereich 104 (bzw. Innenfläche) auf, welche eine Kreiszylindermantelfläche definiert.In order to ensure a power supply and information transmission between the rotary unit 46 and the swivel unit 62 (as well as the sensor device 14 moved by the swivel unit 62) 2 To enable this, the machine axis arrangement 80 comprises two rotary transmitter assemblies in the form of slip ring assemblies 98, 100. More precisely, an outer slip ring assembly 98 and an inner slip ring assembly 100 are provided. The outer slip ring assembly 98 comprises an outer element (ie an element located radially outward with respect to the axis of rotation R) 102. This rests against an inner wall 83 of the housing arrangement 82 and is aligned concentrically with the axis of rotation R via the corresponding diameter fit. An axial fixing takes place via a screw connection (not shown) of a flat surface of the outer element 102 with a flange. The outer element 102 is generally annular and has a radial inner region 104 (or inner surface) extending concentrically to and around the axis of rotation R, which defines a circular cylinder jacket surface.

Die äußere Schleifringbaugruppe 98 umfasst ferner ein Innenelement (d.h. ein gegenüber dem Außenelement 102 radial weiter innenliegendes Element) 106. Dieses ist ebenfalls ringförmig ausgebildet und weist einen radialen Außenbereich 108 auf (bzw. eine Außenfläche), welche sich ebenfalls konzentrisch zu sowie um die Rotationsachse R erstreckt sowie eine Kreiszylindermantelfläche definiert. Der Innenbereich 104 des Außenelements 102 und der Außenbereich 108 des Innenelements 106 liegen somit einander gegenüber. Man erkennt somit, dass das Innenelement 106 vollständig in dem Außenelement 102 aufgenommen ist, sowie dass diese Elemente 106, 102 prinzipiell unterschiedliche Durchmesser aufweisen. Im Rahmen des geschilderten Ausführungsbeispiels sind dabei sämtliche Durchmessermaße auf eine Ebene bezogen, welche sich orthogonal zu der Rotationsachse R erstreckt.The outer slip ring assembly 98 further comprises an inner element (i.e. an element that is located radially further inward than the outer element 102) 106. This is also ring-shaped and has a radial outer region 108 (or an outer surface), which also extends concentrically to and around the axis of rotation R and defines a circular cylinder surface. The inner region 104 of the outer element 102 and the outer region 108 of the inner element 106 are thus opposite one another. It can thus be seen that the inner element 106 is completely accommodated in the outer element 102 and that these elements 106, 102 basically have different diameters. In the context of the exemplary embodiment described, all diameter dimensions are related to a plane that extends orthogonally to the axis of rotation R.

Ferner definiert der Zwischenraum zwischen dem Innenbereich 104 und dem Außenbereich 108 einen Übertragungsbereich (oder auch Berührkreis), über den die nachfolgend erläuterten elektrischen Energien und/oder Signale übertragen werden können. Dieser Übertragungsbereich erstreckt sich wiederum ringförmig um sowie konzentrisch zu und entlang der Rotationsachse R und schneidet diese auch nicht.Furthermore, the space between the inner region 104 and the outer region 108 defines a transmission region (or contact circle) over which the electrical energies and/or signals explained below can be transmitted. This transmission region in turn extends in a ring shape around and concentrically to and along the axis of rotation R and does not intersect it.

Nicht gesondert in 3 dargestellt ist, dass die Elemente 102, 106 der äußeren Schleifringbaugruppe 98 gemäß herkömmlicher Schleifring-Bauarten elektrisch miteinander in Kontakt stehen. Genauer gesagt sind an dem Innenbereich 104 des Außenelements 102 eine Mehrzahl individueller elektrisch leitender Bahnen vorgesehen. Jede dieser Bahnen kann mit einem individuellen Signal und/oder einer individuellen elektrischen Energie belegt sein. An dem Außenbereich 108 des Innenelements 106 sind hingegen für jede Bahn Kontaktelemente zum Beispiel in Form von Drahtbügeln vorgesehen, die in die entsprechenden Bahnen eingreifen bzw. elektrisch leitend hiermit in Kontakt stehen. Somit können zwischen dem Außenelement 102 und dem Innenelement 106 prinzipiell elektrische Energien (z.B. eine elektrische Last oder elektrische Leistung) und/oder elektrische Signale übertragen werden. Auch eine umgekehrte Verteilung von Drahtbügeln und Bahnen zwischen dem Innen- und Außenelement 106, 102 ist möglich.Not separately in 3 It is shown that the elements 102, 106 of the outer slip ring assembly 98 are in electrical contact with one another in accordance with conventional slip ring designs. More specifically, a plurality of individual electrically conductive tracks are provided on the inner region 104 of the outer element 102. Each of these tracks can be provided with an individual signal and/or which can be used for an individual electrical energy. On the outer region 108 of the inner element 106, however, contact elements are provided for each track, for example in the form of wire brackets, which engage in the corresponding tracks or are in electrically conductive contact with them. In principle, electrical energy (e.g. an electrical load or electrical power) and/or electrical signals can thus be transmitted between the outer element 102 and the inner element 106. A reverse distribution of wire brackets and tracks between the inner and outer elements 106, 102 is also possible.

Bei der Variante von 3 ist ferner hervorzuheben, dass das Innenelement 106 der äußeren Schleifringbaugruppe 98 zur gemeinsamen Rotation mit der Ausgangswelle 84 gekoppelt ist. Genauer gesagt liegt das Innenelement 106 mit einer von seinem Außenbereich 108 abgewandten Innenfläche 110 an einer Außenfläche 94 der Welle 84 an. Eine Drehung der Welle 84 wird über einen nicht gezeigten Mitnehmer (zum Beispiel einen in eine Bohrung eingreifenden Stift) auf das Innenelement 106 übertragen, welches relativ zu dem Außenelement 102 rotiert. Der Mitnehmer weist dabei vorzugsweise ein zumindest geringfügiges radiales Spiel und keine axiale Begrenzung auf. Dies ermöglicht, dass die Drehmomentübertragung ausgehend von der Antriebs-Getriebe-Einheit 86 nicht über die äußeren Schleifringbaugruppen 98 erfolgt und/oder die allgemeine Genauigkeit der Maschinenachsenanordnung 80 (bzw. der Drehmomentübertragung mit der Welle 84) nicht negativ von der äußeren Schleifringbaugruppe 98 beeinflusst wird. Insbesondere ist zu berücksichtigen, dass beide Schleifringbaugruppen 98, 100 in an sich bekannter Weise eigengelagert sind und hierfür zum Beispiel über eigene Kugellager verfügen (nicht gezeigt). Diese sollen eine Rotation der Welle 84 möglichst nicht beeinflussen, um die insbesondere im Kontext von Koordinatenmessgeräten gewünschte hohe Genauigkeit der Maschinenachsenanordnung 80 zu gewährleisten. Stattdessen findet über die bewusst spielbehaftete Mitnehmerstruktur eine gezielte Entkopplung von Welle 84 und Schleifringbaugruppe 98 statt. In allgemein bekannter Weise wird aufgrund der geschilderten elektrisch leitenden Kontakte bzw. Verbindungen zwischen dem Außen- und Innenelement 102, 106 ferner trotz der Drehung nach wie vor eine Energie- bzw. Signalübertragung ermöglicht.In the variant of 3 It should also be emphasized that the inner element 106 of the outer slip ring assembly 98 is coupled for common rotation with the output shaft 84. More precisely, the inner element 106 rests against an outer surface 94 of the shaft 84 with an inner surface 110 facing away from its outer region 108. Rotation of the shaft 84 is transmitted via a driver (not shown) (for example a pin engaging in a bore) to the inner element 106, which rotates relative to the outer element 102. The driver preferably has at least slight radial play and no axial limitation. This enables the torque transmission from the drive gear unit 86 not to take place via the outer slip ring assemblies 98 and/or the general accuracy of the machine axis arrangement 80 (or the torque transmission with the shaft 84) not to be negatively influenced by the outer slip ring assembly 98. In particular, it should be noted that both slip ring assemblies 98, 100 are self-supported in a manner known per se and for this purpose have their own ball bearings (not shown). These should not influence the rotation of the shaft 84 as much as possible in order to ensure the high accuracy of the machine axis arrangement 80 that is desired, particularly in the context of coordinate measuring machines. Instead, a targeted decoupling of the shaft 84 and the slip ring assembly 98 takes place via the driver structure, which is deliberately subject to play. In a generally known manner, energy or signal transmission is still possible despite the rotation due to the described electrically conductive contacts or connections between the outer and inner elements 102, 106.

Um derartige Übertragungen zu ermöglichen, kann entlang einer Innenwand der Gehäuseanordnung 82 oder eines anderweitig verfügbaren Freiraums eine erste Leitungsanordnung 112, die in 3 strichliert angedeutet ist, zu dem Außenelement 102 geführt und hiermit elektrisch leitend verbunden werden. Auch das Innenelement 106 ist mit einer Leitungsanordnung 113 verbunden, welche durch Freiräume innerhalb des Innenrings 88 zu der gemeinsam mit der Welle 84 und somit dem Innenelement 106 rotierenden Schwenkeinheit 62 aus 2 geführt werden kann. Die beiden Leitungsanordnungen 112 und 113 können auch als einzelne Leitungsabschnitte einer gemeinsamen (ersten) Leitungsanordnung verstanden werden.To enable such transmissions, a first line arrangement 112, which is arranged in 3 indicated by dashed lines, to the outer element 102 and connected to it in an electrically conductive manner. The inner element 106 is also connected to a line arrangement 113, which leads through free spaces within the inner ring 88 to the swivel unit 62, which rotates together with the shaft 84 and thus the inner element 106. 2 The two line arrangements 112 and 113 can also be understood as individual line sections of a common (first) line arrangement.

In dem gezeigten Fall wird über die erste Leitungsanordnung 112 elektrische Energie zum Antreiben einer weiteren Maschinenachsenanordnung innerhalb der Schwenkeinheit 62 (d.h. des dort verbauten Antriebs zum Ermöglichen einer Drehung der Schwenkachse 52) an das Außenelement 102 und von dort über die nicht gesondert dargestellten Kontakte an die elektrischen Bahnen des Innenelements 106 übertragen. Von dort gelangen sie über die weitere Leitungsanordnung 113 zu den anzutreibenden Komponenten der Schwenkeinheit 62. Die elektrische Energie kann ferner in der Form bereitgestellt und/oder übertragen werden, dass Strom für Messsysteme, einen Tasterwechselmagneten oder eine allgemeine Spannungsversorgung für die Sensoreinrichtung 14 übertragen wird. Die Leitungsanordnung 112 kann in dem gezeigten Beispiel aber auch Signale in Richtung der Schwenkeinheit 62 übertragen oder von dieser (oder der daran angebrachten Sensoreinrichtung 14) empfangen und zum Beispiel in Richtung der Regelungseinrichtung 34 aus 1 übertragen. Als Beispiel seien analoge Signale von Messsystemen und/oder Signale in Form einer Tellererkennung oder eines Tachosignals genannt.In the case shown, electrical energy for driving a further machine axis arrangement within the swivel unit 62 (i.e. the drive installed there to enable rotation of the swivel axis 52) is transmitted to the outer element 102 via the first line arrangement 112 and from there to the electrical paths of the inner element 106 via the contacts (not shown separately). From there, it reaches the components of the swivel unit 62 to be driven via the further line arrangement 113. The electrical energy can also be provided and/or transmitted in the form that current is transmitted for measuring systems, a probe change magnet or a general voltage supply for the sensor device 14. In the example shown, the line arrangement 112 can also transmit signals in the direction of the swivel unit 62 or receive them from it (or the sensor device 14 attached to it) and, for example, in the direction of the control device 34. 1 Examples include analog signals from measuring systems and/or signals in the form of a plate recognition or a tachometer signal.

Wie bereits erwähnt, umfasst die Maschinenachsenanordnung 80 aber auch eine weitere Drehübertragerbaugruppe in Form einer inneren Schleifringbaugruppe 100. Diese Schleifringbaugruppe 100 wird als innere Baugruppe bezeichnet, da sie gegenüber der äußeren Schleifringbaugruppe 98 einen kleineren Durchmesser aufweist, Insbesondere und wie nachstehend noch näher erläutert ist sie in der äußeren Schleifringbaugruppe 98 zumindest abschnittsweise aufgenommen.As already mentioned, the machine axis arrangement 80 also comprises a further rotary joint assembly in the form of an inner slip ring assembly 100. This slip ring assembly 100 is referred to as an inner assembly because it has a smaller diameter than the outer slip ring assembly 98. In particular, and as explained in more detail below, it is accommodated in the outer slip ring assembly 98, at least in sections.

Im Einzelnen umfasst die innere Schleifringbaugruppe 100 wiederum ein Außenelement 114, das radial weiter außen als ein Innenelement 116 angeordnet ist und letzteres aufnimmt. Das Außenelement 114 ist wiederum ringförmig bzw. hohlzylindrisch ausgebildet und liegt an einer Innenseite der Ausnehmung 96 an. Genauer gesagt ist es mit dieser Innenseite über einen analogen Mitnehmer, wie vorstehend erläutert, gekoppelt, sodass das Außenelement 114 gemeinsam mit der Welle 84 rotiert. Ein axiales Festlegen kann wiederum über Verschrauben eine Planfläche mit einem Flansch erfolgen (nicht gezeigt). An seinem der Rotationsachse R zugewandten Innenbereich 118, welcher wiederum als Kreiszylindermantelfläche ausgebildet ist und sich entlang sowie konzentrisch zu der Rotationsachse R erstreckt, weist das Außenelement 114 analog zu dem Außenelement 102 der äußeren Schleifringbaugruppe 98 Kontaktelemente auf (nicht gesondert dargestellt). Diese greifen in nicht gesondert dargestellte elektrische Leiterbahnen ein, die an einer Außenfläche des Innenelements 116 angeordnet sind.In detail, the inner slip ring assembly 100 again comprises an outer element 114, which is arranged radially further outward than an inner element 116 and accommodates the latter. The outer element 114 is again annular or hollow-cylindrical and rests on an inner side of the recess 96. More precisely, it is coupled to this inner side via an analog driver, as explained above, so that the outer element 114 rotates together with the shaft 84. An axial fixing can again be carried out by screwing a flat surface to a flange (not shown). On its inner region 118 facing the rotation axis R, which in turn is designed as a circular cylinder surface and extends along and concentrically to the rotation axis R, the outer element 114 has contact elements (not shown separately) analogous to the outer element 102 of the outer slip ring assembly 98. These engage in electrical conductor tracks (not shown separately) that are arranged on an outer surface of the inner element 116.

Das Außenelement 114 weist ferner einen größeren Durchmesser als das Innenelement 116 auf. Der Zwischenraum zwischen diesen Elementen 114, 116 definiert ferner einen mit Bezug auf die äußere Schleifringbaugruppe 98 bereits erläuterten Übertragungsbereich, der sich wiederum ringförmig um, konzentrisch zu sowie entlang der Rotationsachse R erstreckt und diese insbesondere nicht schneidet.The outer element 114 also has a larger diameter than the inner element 116. The space between these elements 114, 116 also defines a transmission area, which has already been explained with reference to the outer slip ring assembly 98, which in turn extends in a ring shape around, concentrically to and along the axis of rotation R and in particular does not intersect it.

Das Innenelement 116 ist als ein sich entlang der sowie konzentrisch zu der Rotationsachse R erstreckender Hohlzylinder bzw. Hohlwelle ausgebildet. An ihrem in dem Außenelement 114 aufgenommenen Endbereich weist das Innenelement 116 gemäß herkömmlicher Schleifring-Bauarten ausgebildete Leiterbahnen auf, um prinzipiell eine Energie- bzw. Signalübertragung zwischen dem Außen- und Innenelement 114, 116 zu ermöglichen. Das Ausbilden des Innenelements 116 als Hohlwelle ermöglicht ein Durchführen von Kabeln zum Verbinden zum Beispiel mit den Leiterbahnen. Weiterhin kann hierdurch ein optionaler Lichtwellenleiter (nicht gezeigt) durch das Innenelement 116 hindurchgeführt werden, vorzugsweise in der Art, dass sich dieser entlang der Rotationsachse R erstreckt und somit keinen Verdrehungen ausgesetzt wird.The inner element 116 is designed as a hollow cylinder or hollow shaft extending along and concentrically to the rotation axis R. At its end region accommodated in the outer element 114, the inner element 116 has conductor tracks designed according to conventional slip ring designs in order to enable energy or signal transmission between the outer and inner elements 114, 116 in principle. The design of the inner element 116 as a hollow shaft enables cables to be passed through for connection to the conductor tracks, for example. Furthermore, an optional optical fiber (not shown) can be guided through the inner element 116, preferably in such a way that it extends along the rotation axis R and is therefore not subjected to any twisting.

Das Innenelement 116 ist ferner über einen Befestigungsabschnitt 120, der sich in einem von dem Außenelement 114 abgewandten Endbereich befindet, mit einer nicht dargestellten feststehenden Komponente der Maschinenachsenanordnung 80 gekoppelt (z.B. einem Gehäuse der Antriebs-Getriebe-Einheit 86). Dies erfolgt vorzugsweise wiederum spielbehaftet, um die Schleifringbaugruppe 100 von insbesondere der Welle 84 zumindest teilweise zu entkoppeln und eine gewünschte Genauigkeit der Maschinenachsenanordnung 80 zu gewährleistenThe inner element 116 is further coupled to a stationary component (not shown) of the machine axis arrangement 80 (e.g. a housing of the drive gear unit 86) via a fastening section 120, which is located in an end region facing away from the outer element 114. This is preferably done with play in order to at least partially decouple the slip ring assembly 100 from the shaft 84 in particular and to ensure a desired accuracy of the machine axis arrangement 80.

Um mittels der inneren Schleifringbaugruppe 100 elektrische Energien und/oder Signale zu übertragen, ist eine zweite Leitungsanordnung 115 bereitgestellt, die in 3 strichliert angedeutet und mit einem Kopplungsabschnitt 126 (z.B. einem Steckerabschnitt) des Innenelements 116 nahe dessen Befestigungsabschnitts 120 verbunden ist. Von der Leitungsanordnung 115 übertragene Signale können daraufhin an die nicht gesondert dargestellten Leiterbahnen des Innenelements 116 übertragen werden (beispielsweise über nicht gesondert dargestellte Leitungen innerhalb des Innenelements 116), welche elektrisch leitend mit den Kontaktelementen des Außenelements 114 verbunden sind.In order to transmit electrical energy and/or signals by means of the inner slip ring assembly 100, a second line arrangement 115 is provided, which 3 indicated by dashed lines and is connected to a coupling section 126 (eg a plug section) of the inner element 116 near its fastening section 120. Signals transmitted by the line arrangement 115 can then be transmitted to the conductor tracks of the inner element 116 (not shown separately) (for example via lines within the inner element 116 (not shown separately), which are electrically conductively connected to the contact elements of the outer element 114.

Das Außenelement 114 ist wiederum mit einer Leitungsanordnung 130 verbunden, welche sich durch Freiräume in dem Innenring 88 in Richtung der Schwenkeinheit 62 erstreckt. Die Leitungsanordnungen 115 und 130 können auch als einzelne Abschnitte einer gemeinsamen (zweiten) Leitungsanordnung verstanden werden.The outer element 114 is in turn connected to a line arrangement 130, which extends through free spaces in the inner ring 88 in the direction of the pivot unit 62. The line arrangements 115 and 130 can also be understood as individual sections of a common (second) line arrangement.

Im gezeigten Fall werden über die erste Leitungsanordnung 115 (aber auch der weiteren Leitungsanordnung 130) Informationen übertragen, insbesondere in Form elektrischer analoger oder digitaler Signale. Dabei handelt es sich z.B. um Steuersignale, die von der Regelungseinrichtung 34 aus 1 an die Sensoreinrichtung 14 übertragen werden. In umgekehrter Weise können aber auch Messsignale von der Sensoreinrichtung 14 an die Regelungseinrichtung 34 übertragen werden. Dies erfolgt in an sich bekannter Weise über die elektrische Verbindung, die durch die innere Schleifringbaugruppe 100 bereitgestellt wird. Zusätzlich kann die erste Leitungsanordnung 115 aber auch elektrische Energie übertragen, die jedoch vorzugsweise geringer ausfällt, als die über die äußere Schleifringbaugruppe 98 bzw. die dortigen Leitungsanordnungen 112, 113 übertragenen Energien. Beispielsweise kann eine Energieübertragung in Form von Power-over-Ethernet (PoE) erfolgen. Dadurch, dass die innere Schleifringbaugruppe 100 primär der Informationsübertragung dient und keine oder im Vergleich lediglich geringere elektrische Energien überträgt, kann auch der Kopplungsabschnitt 126 speziell für ein Verbinden mit einem entsprechenden Daten-Stecker ausgelegt sein (zum Beispiel mit einem Ethernetstecker, jeweils nicht dargestellt). Dies erhöht die mit der Maschinenachsenanordnung 80 erzielbare Datenübertragungsqualität. Gemäß einer nicht auf das vorliegende Ausführungsbeispiel beschränkten Variante kann die erste Leitungsanordnung 115 (und/oder 130) wenigstens zwei Twisted-Pair-Verbindungen umfassen und/oder Bestandteil eines Bussystems sein.In the case shown, information is transmitted via the first line arrangement 115 (but also the further line arrangement 130), in particular in the form of electrical analog or digital signals. These are, for example, control signals that are generated by the control device 34 from 1 to the sensor device 14. Conversely, measurement signals can also be transmitted from the sensor device 14 to the control device 34. This takes place in a manner known per se via the electrical connection provided by the inner slip ring assembly 100. In addition, the first line arrangement 115 can also transmit electrical energy, which is preferably less than the energy transmitted via the outer slip ring assembly 98 or the line arrangements 112, 113 there. For example, energy can be transmitted in the form of Power-over-Ethernet (PoE). Because the inner slip ring assembly 100 primarily serves to transmit information and transmits no or comparatively only lower electrical energy, the coupling section 126 can also be specially designed for connection to a corresponding data connector (for example with an Ethernet connector, not shown in each case). This increases the data transmission quality that can be achieved with the machine axis arrangement 80. According to a variant not limited to the present embodiment, the first line arrangement 115 (and/or 130) can comprise at least two twisted pair connections and/or be part of a bus system.

Ferner ist vorgesehen, dass die Datenübertragung über die Schleifringbaugruppe 100 nach dem CAT6-Standard und/oder allgemein Impedanzkontrolliert erfolgt, was jeweils nicht allein auf das konkrete Ausführungsbeispiel beschränkt ist. Um zusätzliche Störungen und insbesondere ein Übersprechen zu reduzieren, können die einzelnen Leitungen, die mit der Schleifringbaugruppe 100 verbunden sind, in geeigneter Weise verdrillt, beabstandet und/oder geschirmt sein. Auch ist vorgesehen, dass die Schleifringbaugruppe 100 eine Signalübertragung mit einer Bandbreite von wenigstens 100 MHz und vorzugsweise wenigstens 200 MHz (z.B. wenigstens 250 Mhz) ermöglicht sowie mit einer Rate von wenigstens 1 Gigabit/s.Furthermore, it is provided that the data transmission via the slip ring assembly 100 takes place according to the CAT6 standard and/or generally in an impedance-controlled manner, which is not limited to the specific embodiment. In order to reduce additional interference and in particular crosstalk, the individual lines connected to the slip ring assembly 100 can be twisted, spaced and/or shielded in a suitable manner. It is also provided that the slip ring assembly 100 enables signal transmission with a bandwidth of at least 100 MHz and preferably at least 200 MHz (e.g. at least 250 MHz) and a rate of at least 1 Gigabit/s.

Der in 3 deutlich erkennbare Durchmesserunterschied zwischen der äußeren und der inneren Schleifringbaugruppe 98, 100 lässt sich wie folgt beschreiben: Ein Durchmesser des Außenelements 102 der äußeren Baugruppe 98, insbesondere ein größter oder kleinster Durchmesser hiervon, aber auch ein Durchmesser des Innenelements 106, insbesondere ein größter oder kleinster Durchmesser hiervon, übersteigt jeweils sämtliche Durchmesser der inneren Schleifringbaugruppe 100. Insbesondere kann dabei ein Durchmesser des Innenbereichs 104 oder Außenbereichs 108, wie sie in 3 markiert sind, betrachtet werden, oder ein elektrischer Kontaktbereich zwischen dem Innenelement 102 und 106, der sich zwischen diesen Bereichen 104, 108 erstreckt.The 3 The clearly visible difference in diameter between the outer and inner slip ring assembly 98, 100 can be described as follows: A diameter of the outer element 102 of the outer assembly 98, in particular a largest or smallest diameter thereof, but also a diameter of the inner element 106, in particular a largest or smallest diameter thereof, exceeds all diameters of the inner slip ring assembly 100. In particular, a diameter of the inner region 104 or outer region 108, as shown in 3 marked, or an electrical contact area between the inner element 102 and 106, which extends between these areas 104, 108.

In analoger Weise kann als Durchmesser der inneren Schleifringbaugruppe ein (größter oder kleinster) Durchmesser von dessen Außenelement 114 oder Innenelement 116 betrachtet werden. Ebenso kann aber erneut der Durchmesser eines Kontaktbereichs (bzw. Übertragungsbereichs) zwischen diesen Elementen 114, 116 betrachtet werden, über den die geschilderten Informationen übertragen werden.In an analogous manner, the diameter of the inner slip ring assembly can be considered to be a (largest or smallest) diameter of its outer element 114 or inner element 116. However, the diameter of a contact area (or transmission area) between these elements 114, 116, via which the described information is transmitted, can also be considered.

Dadurch, dass die äußere Schleifringbaugruppe 98 allgemein einen größeren Durchmesser als die innere Schleifringbaugruppe 100 aufweist, kann letztere in der äußeren Schleifringbaugruppe 98 zumindest abschnittsweise aufgenommen werden, wie dies in 3 auch gezeigt ist. Anders ausgedrückt können die Schleifringbaugruppen 98, 100 somit zumindest teilweise ineinander geschoben angeordnet werden und/oder ineinander verschachtelt innerhalb der Maschinenachsenanordnung 80 positioniert sein. Im Fall von 3 erfolgt dies insbesondere in der Art, dass sich die innere und äußere Schleifringbaugruppe 98, 100 entlang eines gemeinsamen Bereiches B der Rotationsachse R erstrecken bzw. diesen Bereich B jeweils axial überspannen. Obwohl somit umfassende Übertragungsmöglichkeiten bereitgestellt sind, fällt der benötigte axiale Bauraum bzw. Platzbedarf der Schleifringbaugruppen 98, 100 geringer aus, als wenn lediglich eine einzelne, dafür aber mit einer größeren axialen Länge ausgebildete Schleifringbaugruppe 98, 100 bereitgestellt wäre. Das Ausführungsbeispiel zeichnet sich aufgrund der geschilderten Durchmesserverhältnisse von dessen Schleifringbaugruppen 98, 100 somit durch einen vergleichsweise geringen axialen Bauraum- und Platzbedarf aus. Dies bietet zudem den Vorteil, dass die Welle 84 vergleichsweise kurz ausfallen kann und die Genauigkeit verschlechternde Hebelarme innerhalb der Maschinenachsenanordnung 80 ebenfalls entsprechend kurz ausfallen können. Auch ist die Welle 84 aufgrund der reduzierten Länge weniger torsionsempfindlich und kann daher zum Beispiel mit einem geringeren Gewicht konstruiert werden.Because the outer slip ring assembly 98 generally has a larger diameter than the inner slip ring assembly 100, the latter can be accommodated in the outer slip ring assembly 98 at least in sections, as shown in 3 is also shown. In other words, the slip ring assemblies 98, 100 can thus be arranged at least partially pushed into one another and/or nested within the machine axis arrangement 80. In the case of 3 This is done in particular in such a way that the inner and outer slip ring assemblies 98, 100 extend along a common area B of the rotation axis R or axially span this area B. Although comprehensive transmission options are thus provided, the axial installation space or space required for the slip ring assemblies 98, 100 is smaller than if only a single slip ring assembly 98, 100 with a larger axial length were provided. Due to the described diameter ratios of its slip ring assemblies 98, 100, the exemplary embodiment is characterized by a comparatively small axial installation space and space requirement. This also offers the advantage that the shaft 84 can be comparatively short and lever arms within the machine axis arrangement 80, which impair accuracy, can also be correspondingly short. The shaft 84 is also less sensitive to torsion due to the reduced length and can therefore, for example, be constructed with a lower weight.

Ferner kann zumindest eine der Schleifringbaugruppen 98, 100, nämlich die innere, mit einem vergleichsweise kleinen Durchmesser ausgebildet werden. Dies ermöglicht die bereits geschilderten hohen Übertragungsfähigkeiten, da Störeinflüsse zum Beispiel aufgrund der Kapazitäten der Leiterbahnen reduziert werden können. Würde man nur eine einzige entsprechende klein dimensionierte Schleifringbaugruppe 98, 100 vorsehen, wäre aufgrund des limitierten Innendurchmessers die Anzahl der hiermit koppelbaren Leitungen und/oder Kabel begrenzt (beispielsweise da diese alle durch das Innenelement 116 geführt werden müssten). Dies wird durch Bereitstellen einer zusätzlichen und entsprechend größer dimensionierten äußeren Schleifringbaugruppe 98 ausgeglichen.Furthermore, at least one of the slip ring assemblies 98, 100, namely the inner one, can be designed with a comparatively small diameter. This enables the high transmission capabilities already described, since interference can be reduced, for example due to the capacitance of the conductor tracks. If only a single corresponding small-sized slip ring assembly 98, 100 were provided, the number of lines and/or cables that can be coupled to it would be limited due to the limited inner diameter (for example because they would all have to be routed through the inner element 116). This is compensated for by providing an additional and correspondingly larger-sized outer slip ring assembly 98.

Weitere Vorteile liegen dahingehend vor, als dass mittels der ersten und zweiten Leitungsanordnung 112 und 115 die Übertragung von elektrischer Energie (bzw. elektrischer Lasten und/oder elektrischer Leistungen), die primär dazu verwendet werden, tatsächliche Arbeit zu verrichten, und das Übertragen von Informationen (zum Beispiel in Form von Signalen oder Daten) zumindest teilweise getrennt werden kann. Insbesondere können diese Übertragungen auf die unterschiedlichen Schleifringbaugruppen 98, 100 zumindest teilweise aufgeteilt werden, insbesondere in der Form, dass die innere Schleifringbaugruppe 98 lediglich eine geringere oder auch gar keine elektrische Energie überträgt. Als Beispiel sei eine von der äußeren Schleifringbaugruppe 98 übertragbare Stromstärke von 2,5 A genannt, wohingegen über die innere Schleifringbaugruppe 100 um einen Faktor von wenigstens 10 oder wenigstens 5 niedrigere Stromstärken übertragbar sind. Störende Einflüsse der unter Umständen hohen Ströme oder Spannungen, die mittels der ersten Leitungsanordnung 112 übertragen werden, wirken sich daher nicht oder nur in einem gering verfälschenden Ausmaß auf die mittels der zweiten Leitungsanordnung 115 übertragenen Information aus. Insbesondere kann vorgesehen sein, über die innere Schleifringbaugruppe 98 lediglich besonders kritische und/oder mit hohen Übertragungsraten zu übertragende Daten und Signal zu übertragen, wohingegen über die äußere Schleifringbaugruppe 100 keine oder allenfalls weniger kritische Daten und Signale übertragen werden können.Further advantages are that the transmission of electrical energy (or electrical loads and/or electrical power), which are primarily used to perform actual work, and the transmission of information (for example in the form of signals or data) can be at least partially separated by means of the first and second line arrangements 112 and 115. In particular, these transmissions can be at least partially divided between the different slip ring assemblies 98, 100, in particular in such a way that the inner slip ring assembly 98 only transmits a lower electrical energy or even no electrical energy at all. As an example, a current of 2.5 A can be transmitted by the outer slip ring assembly 98, whereas currents lower by a factor of at least 10 or at least 5 can be transmitted via the inner slip ring assembly 100. Disturbing influences of the potentially high currents or voltages transmitted by means of the first line arrangement 112 therefore have no effect or only a minimally distorting effect on the information transmitted by means of the second line arrangement 115. In particular, it can be provided that only particularly critical data and signals and/or data and signals to be transmitted at high transmission rates are transmitted via the inner slip ring assembly 98, whereas no or at most less critical data and signals can be transmitted via the outer slip ring assembly 100.

Schließlich besteht ein Vorteil dahingehend, dass beide Schleifringbaugruppen 98, 100 gemäß der einleitend geschilderten günstigeren Herstellvariante ausgebildet sein können, bei denen mehrere einzelne Ringelemente miteinander kombiniert bzw. nebeneinander angeordnet werden. Aufgrund des geschilderten ineinander Anordnens der Schleifringbaugruppen 98, 100 kann der damit einhergehende und gegenüber galvanisch hergestellten Schleifringen höhere Platzbedarf teilweise oder auch vollständig kompensiert werden. Je nach der konkreten Ausgestaltung können sogar gegenüber galvanisch hergestellten Schleifringen kostengünstigere und axial kürzere Anordnungen der Schleifringbaugruppen 98, 100 bereitgestellt werden. Das Verwenden von Ringelementen kleineren Durchmessers kann gegenüber galvanisch hergestellten Leiterbahnen größeren Durchmessers auch mit einer höheren Signalübertragungsqualität einhergehen, da die Gefahr eines Übersprechens hierbei geringer ausfällt.Finally, there is an advantage in that both slip ring assemblies 98, 100 can be designed according to the cheaper manufacturing variant described in the introduction, in which several individual ring elements are combined with one another or arranged next to one another. Due to the By arranging the slip ring assemblies 98, 100 one inside the other as described, the associated higher space requirement compared to galvanically manufactured slip rings can be partially or completely compensated. Depending on the specific design, even more cost-effective and axially shorter arrangements of the slip ring assemblies 98, 100 can be provided compared to galvanically manufactured slip rings. The use of ring elements with a smaller diameter can also result in a higher signal transmission quality compared to galvanically manufactured conductor tracks with a larger diameter, since the risk of crosstalk is lower.

Schließlich versteht es sich, dass auch andere Drehübertragerbaugruppen als die gezeigten Schleifringbaugruppen 98, 100 verwendet werden können (zum Beispiel optische, kapazitive oder induktive). Dies gilt insbesondere dann, wenn sich deren Übertragungsbereich in analoger Weise um die Rotationsachse R erstrecken und Durchmesser hiervon derart wählbar sind, dass analoge Anordnung wie in dem gezeigten Beispiel möglich ist.Finally, it is understood that other rotary transmission assemblies than the slip ring assemblies 98, 100 shown can also be used (for example optical, capacitive or inductive). This applies in particular if their transmission range extends in an analogous manner around the rotation axis R and diameters thereof can be selected in such a way that an analogous arrangement as in the example shown is possible.

Dadurch, dass die innere Schleifringbaugruppe 100 primär oder auch ausschließlich Daten bzw. Signale übertragen kann, können zumindest dort auch die erforderlichen Schnittstellen (oder auch Trennstellen bzw. Steckstellen) der Leitungsanordnungen 115, 130 gegenüber einem einzelnen Schleifring, der primär elektrische Energie und gegebenenfalls auch Informationen überträgt, reduziert werden. Insbesondere kann eine Anschlussschnittstelle in Form eines Steckers o. ä. für eine primäre oder reine Datenübertragung (zum Beispiel nach dem CAT6-Standard) optimiert werden. Wie geschildert, können über die innere Schleifringbaugruppe 100 insbesondere Daten gemäß einem vorbestimmten Übertragungsprotokoll übertragen und/oder die Schleifringbaugruppe 100 kann einen (Verbindungs-) Bestandteil eines BUS-systems bilden. Nicht mittels des Übertragungsprotokolls und/oder Bus-Systems zu übertragende Informationen können hingegen über die äußere Schleifringbaugruppe 98 übertragen werden.Because the inner slip ring assembly 100 can primarily or exclusively transmit data or signals, at least there the required interfaces (or disconnection points or plug-in points) of the line arrangements 115, 130 can be reduced compared to a single slip ring, which primarily transmits electrical energy and possibly also information. In particular, a connection interface in the form of a plug or similar can be optimized for primary or pure data transmission (for example according to the CAT6 standard). As described, in particular data can be transmitted via the inner slip ring assembly 100 in accordance with a predetermined transmission protocol and/or the slip ring assembly 100 can form a (connection) component of a BUS system. Information that is not to be transmitted using the transmission protocol and/or bus system can, however, be transmitted via the outer slip ring assembly 98.

In 4 ist abschließend ein Ablaufschema zum Erläutern eines erfindungsgemäßen Verfahrens gezeigt. Dieses sieht vor, elektrische Energie und Informationen mittels einer Maschinenachsenanordnung 80 zu übertragen, die beispielsweise gemäß dem vorstehend geschilderten Ausführungsbeispiel ausgebildet ist. In einem Schritt S1 wird die zu übertragende elektrische Energie der Maschinenachsenanordnung 80 zugeführt. In einem Schritt S2, der allgemein zeitlich versetzt oder auch parallel dem Schritt S1 ausgeführt werden kann, werden der Maschinenachsenanordnung 80 die zu übertragenden Informationen zugeführt. Anschließend wird in einem Schritt S3, der ein beliebiges zeitliches Relativverhältnis zu dem Schritt S2 aufweisen kann, die elektrische Energie größtenteils oder ausschließlich mittels einer von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe 100, 98 übertragen. Ferner werden in einem Schritt S4, der ein beliebiges zeitliches Relativverhältnis zu dem Schritt S1 aufweisen kann, die Informationen größtenteils oder ausschließlich mittels der anderen von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe 100, 98 übertragen. Für die geschilderten Übertragungen kommen die vorstehend geschilderten Leitungsanordnungen 112,113 und 115, 130 in Betracht.In 4 Finally, a flow chart is shown to explain a method according to the invention. This provides for the transmission of electrical energy and information by means of a machine axis arrangement 80 which is designed, for example, according to the exemplary embodiment described above. In a step S1, the electrical energy to be transmitted is supplied to the machine axis arrangement 80. In a step S2, which can generally be carried out at a different time or in parallel to step S1, the information to be transmitted is supplied to the machine axis arrangement 80. Then, in a step S3, which can have any relative time relationship to step S2, the electrical energy is transmitted largely or exclusively by means of one of the inner and outer rotary transformer assemblies 100, 98. Furthermore, in a step S4, which can have any relative time relationship to step S1, the information is transmitted largely or exclusively by means of the other of the inner and outer rotary transformer assemblies 100, 98. For the described transmissions, the line arrangements 112,113 and 115, 130 described above come into consideration.

Claims (10)

Maschinenachsenanordnung (80), mit einer um eine Rotationsachse (R) rotierbaren Welle (84); und einer inneren und einer äußeren Drehübertragerbaugruppe (100, 98), die jeweils ein Innenelement (106, 116) und ein Außenelement (102, 114) umfassen, die relativ zueinander verdrehbar sowie dazu eingerichtet sind, zur Übertragung von Informationen und/oder elektrischer Energie zusammenzuwirken; wobei eines von dem Innenelement (106, 116) und Außenelement (102, 114) einer jeweiligen Drehübertragerbaugruppe (100, 98) mit der Welle (84) gekoppelt ist; und wobei ein Durchmesser der äußeren Drehübertragerbaugruppe (98) größer als ein Durchmesser der inneren Drehübertragerbaugruppe (100) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschinenachsenanordnung (80) eine erste Leitungsanordnung (112) zum Bereitstellen einer elektrischen Energieversorgung und eine zweite Leitungsanordnung (115) zum Übertragen von Informationen sowie keiner oder allenfalls einer geringeren elektrischen Energie, als mittels der ersten Leitungsanordnung (112) übertragen wird, umfasst, wobei die erste Leitungsanordnung (112) mit einer von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe (100, 98) verbunden und die zweite Leitungsanordnung (115) mit der entsprechend anderen Drehübertragerbaugruppe (100, 98) verbunden ist.Machine axis arrangement (80) with a shaft (84) rotatable about a rotation axis (R); and an inner and an outer rotary transformer assembly (100, 98), each comprising an inner element (106, 116) and an outer element (102, 114) that are rotatable relative to one another and are designed to cooperate to transmit information and/or electrical energy; wherein one of the inner element (106, 116) and outer element (102, 114) of a respective rotary transformer assembly (100, 98) is coupled to the shaft (84); and wherein a diameter of the outer rotary transformer assembly (98) is larger than a diameter of the inner rotary transformer assembly (100), characterized in that the machine axis arrangement (80) comprises a first line arrangement (112) for providing an electrical energy supply and a second line arrangement (115) for transmitting information and no or at most less electrical energy than is transmitted by means of the first line arrangement (112), wherein the first line arrangement (112) is connected to one of the inner and outer rotary transformer assemblies (100, 98) and the second line arrangement (115) is connected to the corresponding other rotary transformer assembly (100, 98). Maschinenachsenanordnung (80) nach Anspruch 1, wobei die Drehübertragerbaugruppen (98, 100) zumindest teilweise entlang eines gemeinsamen Bereichs (B) der Rotationsachse (R) angeordnet sind.Machine axis arrangement (80) according to Claim 1 , wherein the rotary transformer assemblies (98, 100) are arranged at least partially along a common region (B) of the axis of rotation (R). Maschinenachsenanordnung (80) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Innenelement (106) der äußeren Drehübertragerbaugruppe (98) und/oder das Außenelement (114) der inneren Drehübertragerbaugruppe (100) mit der Welle (84) zur gemeinsamen Rotation gekoppelt ist.Machine axis arrangement (80) according to Claim 1 or 2 , wherein the inner element (106) of the outer rotary transformer assembly (98) and/or the outer element (114) of the inner rotary transformer assembly (100) is coupled to the shaft (84) for common rotation. Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Außenelement (102) der äußeren Drehübertragerbaugruppe (98) und/oder das Innenelement (116) der inneren Drehübertragerbaugruppe (100) drehentkoppelt von der Welle (84) ist.Machine axis arrangement (80) according to one of the preceding claims, wherein the outer element (102) of the outer rotary transformer assembly (98) and/or the inner element (116) of the inner rotary transformer assembly (100) is rotationally decoupled from the shaft (84). Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei sich das Innenelement (116) der inneren Drehübertragerbaugruppe (100) zumindest abschnittsweise im Wesentlichen konzentrisch entlang der Rotationsachse (R) erstreckt.Machine axis arrangement (80) according to one of the preceding claims, wherein the inner element (116) of the inner rotary transformer assembly (100) extends at least in sections substantially concentrically along the axis of rotation (R). Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Welle (84) eine sich zumindest abschnittsweise entlang der Rotationsachse (R) erstreckende Ausnehmung (96) aufweist, in der die innere Drehübertragerbaugruppe (100) zumindest teilweise aufgenommen ist.Machine axis arrangement (80) according to one of the preceding claims, wherein the shaft (84) has a recess (96) extending at least partially along the axis of rotation (R), in which the inner rotary transformer assembly (100) is at least partially received. Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Außenelement (102) der äußeren Drehübertragerbaugruppe (98) an einem Innenwandbereich (83) einer Gehäuseanordnung (82) der Maschinenachsenanordnung (80) angeordnet ist.Machine axis arrangement (80) according to one of the preceding claims, wherein the outer element (102) of the outer rotary transformer assembly (98) is arranged on an inner wall region (83) of a housing arrangement (82) of the machine axis arrangement (80). Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei wenigstens eine von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe (100, 98) für eine Signalübertragung mit einer Bandbreite von wenigstens 100 MHz und vorzugsweise wenigstens 250 MHz und/oder für eine Signalübertragung mit einer Übertragungsrate von wenigstens 1 Gigabit/s eingerichtet ist.Machine axis arrangement (80) according to one of the preceding claims, wherein at least one of the inner and outer rotary transformer assemblies (100, 98) is configured for signal transmission with a bandwidth of at least 100 MHz and preferably at least 250 MHz and/or for signal transmission with a transmission rate of at least 1 gigabit/s. Dreh-Schwenk-Einheit (16), insbesondere zur Verwendung in einem Koordinatenmessgerät (10), umfassend eine Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche.Rotary-swivel unit (16), in particular for use in a coordinate measuring machine (10), comprising a machine axis arrangement (80) according to one of the preceding claims. Verfahren zum Übertragen von elektrischer Energie und Informationen mittels einer Maschinenachsenanordnung (80), wobei die Maschinenachsenanordnung (80) nach einem der vorangehenden Ansprüche ausgebildet ist und das Verfahren umfasst: - Übertragen von elektrischer Energie mittels einer ersten von der inneren und äußeren Drehübertragerbaugruppe (100, 98); und - Übertragen von Informationen mittels der entsprechend anderen Drehübertragerbaugruppe (100, 98) sowie keiner oder allenfalls einer geringeren elektrischen Energie, als über die erste Drehübertragerbaugruppe (100, 98) übertragen wird.Method for transmitting electrical energy and information by means of a machine axis arrangement (80), wherein the machine axis arrangement (80) is designed according to one of the preceding claims and the method comprises: - transmitting electrical energy by means of a first of the inner and outer rotary transformer assemblies (100, 98); and - transmitting information by means of the corresponding other rotary transformer assembly (100, 98) and no or at most less electrical energy than is transmitted via the first rotary transformer assembly (100, 98).
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