DE102020205957B4

DE102020205957B4 - Energieerzeugungseinrichtung

Info

Publication number: DE102020205957B4
Application number: DE102020205957.8A
Authority: DE
Inventors: Johannes Volzer
Original assignee: Festo SE and Co KG
Current assignee: Festo SE and Co KG
Priority date: 2020-05-12
Filing date: 2020-05-12
Publication date: 2022-02-10
Anticipated expiration: 2040-05-13
Also published as: DE102020205957A1

Abstract

Es wird eine Energieerzeugungseinrichtung (1) vorgeschlagen, die über eine Energieerzeugungseinheit (2) verfügt, die in der Lage ist, auf der Basis eines zu einer Arbeitsbewegung (29) in einer Arbeitsebene angetriebenen Schlitten (27) Energie zu erzeugen. Der Schlitten (27) hat einen an einer Holmstruktur (34) zweidimensional bewegbar angeordneten Schlittenkörper (32), der mit einem drehbaren Rotationsglied (3) ausgestattet ist. An der Holmstruktur (34) ist ein biegeflexibler Antriebsstrang (46) um Umlenkelemente (47, 48, 52, 53) herumgeschlungen, der antriebsmäßig mit dem Rotationsglied (3) verbunden ist. Außerdem ist eine Blockiereinrichtung (74) vorhanden, durch die der Antriebsstrang (46) blockierbar ist, sodass der Schlitten (27) bei seiner Arbeitsbewegung (29) eine Relativbewegung zu dem Antriebsstrang (46) ausführt, wodurch das Rotationsglied (3) rotativ angetrieben wird und mithilfe eines Generators (6) Energie erzeugt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energieerzeugungseinrichtung, mit einer Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung einer Nutzenergie mittels eines drehangetriebenen Rotationsgliedes.
Eine aus der DE 201 18 421 U1 bekannte Energieerzeugungseinrichtung dieser Art ist Bestandteil einer Luftlager-Überwachungseinrichtung und hat ein Rotationsglied in Form eines Antriebsrades, das durch eine Druckluftströmung in Rotation versetzbar ist, sodass ein zugeordneter Generator eine elektrische Nutzenergie erzeugt. Mithilfe dieser elektrischen Nutzenergie wird als Verbraucher eine Überwachungselektronik betrieben.
Die EP 2 157 334 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum linearen Bewegen eines Schlittens, die mit einem elektrischen Antrieb ausgestattet ist, der einen um zwei Umlenkrollen herumgeschlungenen Riemen antreibt, an dem der Schlitten befestigt ist. Mithilfe des Riemens wird gleichzeitig elektrische Energie übertragen, zu welchem Zweck elektrische Leiter in den Riemen integriert sind.
Aus der DE 20 2016 008 121 U1 ist ein Riemenantrieb bekannt, der einen um zwei Scheiben umlaufenden Riemen aufweist, wobei an einer der Scheiben und an dem Riemen jeweils eine Markierung angebracht ist und wobei eine Überwachungseinrichtung vorgesehen ist, die ein Signal auslöst, wenn sich die beiden Markierungen direkt gegenüberstehen. Auf diese Weise sind Rückschlüsse auf Belastungen möglich, denen der Riemen über seine zurückliegende Einsatzdauer ausgesetzt ist, sodass beispielsweise eine Prognose für die noch verbleibende Lebensdauer des Riemens erstellt werden kann.
Die DE 10 2017 104 402 A1 befasst sich mit einem Verfahren zur Herstellung von Zahnriemen, bei dem die Lage eines Zugträgers innerhalb des herzustellenden Riemens über einen breiten Spielraum variiert werden kann. Für die Herstellung eines Zahnriemen-Wickels, aus dem später eine größere Zahl von Zahnriemen abgeteilt werden kann, wird in ein Werkzeug eine Gewebelage und eine Zugträgerlage eingelegt, worauf nach entsprechender Positionierung ein gießfähiges Elastomermaterial in das Werkzeug eingebracht wird.
Auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik werden oftmals Positioniereinheiten eingesetzt, die über ein zweidimensional bewegliches und positionierbares Abtriebsglied verfügen, an dem ein Endeffektor wie beispielsweise ein elektrisch oder pneumatisch betätigbarer Greifer angeordnet ist. Für den Betrieb des Endeffektors benötigte Nutzenergie wird hier in der Regel über flexible Leitungen zugeführt. Die Leitungsführung ist aufwändig und störungsanfällig.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Maßnahmen zu treffen, die in einer für das Gebiet der Automatisierungstechnik geeigneten Weise eine wenig störungsanfällige Bereitstellung von Nutzenergie an einer bewegten Komponente ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch eine Energieerzeugungseinrichtung gelöst, die in dem eingangs genannten Sinne mit einer Energieerzeugungseinheit zur Erzeugung einer Nutzenergie mittels eines drehangetriebenen Rotationsgliedes ausgestattet ist, wobei die Energieerzeugungseinheit Folgendes aufweist:

(a) eine Holmstruktur mit zwei in einer x-Achsrichtung zueinander beabstandeten und sich jeweils in einer zu der x-Achsrichtung rechtwinkeligen y-Achsrichtung erstreckenden ersten und zweiten Längsholmen sowie einem sich in der x-Achsrichtung zwischen den beiden Längsholmen erstreckenden und an den beiden Längsholmen in der y-Achsrichtung verschiebbar gelagerten Querholm,
(b) einen Schlitten mit einem Schlittenkörper, an dem das Rotationsglied unter Ermöglichung einer Abtriebs-Drehbewegung drehbar gelagert ist und der über den Schlittenkörper an dem Querholm in der x-Achsrichtung verschiebbar gelagert ist, wobei der Schlitten eine Kopplungs-Schnittstelle aufweist, über die er mit einem beweglichen Abtriebsglied einer Positioniereinheit koppelbar ist, durch das er zu einer Arbeitsbewegung in einer zu der x-Achsrichtung und der y-Achsrichtung parallelen Arbeitsebene antreibbar ist,
(c) einen biegeflexiblen Antriebsstrang, der in einer H-Konfiguration unter Ermöglichung einer Umlaufbewegung um an den Längsholmen angeordnete Längsholm-Umlenkelemente und an dem Querholm angeordnete Querholm-Umlenkelemente herumgeschlungen ist und der zwei sich jeweils entlang eines der beiden Längsholme erstreckende y-Strangeinheiten sowie eine sich entlang des Querholmes erstreckende x-Strangeinheit aufweist, wobei die x-Strangeinheit aus zwei sich nebeneinander erstreckenden x-Strangabschnitten besteht, von denen einer ein Antriebs-Strangabschnitt ist, der derart kraftübertragend mit dem Rotationsglied zusammenwirkt, dass eine durch die Arbeitsbewegung bezüglich des Antriebs-Strangabschnittes hervorgerufene Relativbewegung des Schlittens die Abtriebs-Drehbewegung des Rotationsgliedes zur Folge hat,
(d) einen an dem Schlitten angeordneten Generator zum Erzeugen der durch einen Nutzenergieverbraucher nutzbaren Nutzenergie aus der Bewegungsenergie der Abtriebs-Drehbewegung des Rotationsgliedes,
(e) eine Blockiereinrichtung, durch die mindestens eine der beiden y-Strangeinheiten des Antriebsstranges während der Arbeitsbewegung des Schlittens temporär derart blockierbar ist, dass eine Umlaufbewegung der blockierten y-Strangeinheit um die ihr zugeordneten Längsholm-Umlenkelemente verhindert ist, und
(f) eine elektronische Steuereinrichtung zur Ansteuerung der Blockiereinrichtung zwecks alternativer Vorgabe einer die zugeordnete y-Strangeinheit blockierenden Blockierstellung oder einer die zugeordnete y-Strangeinheit zur Ermöglichung einer Umlaufbewegung um die Längsholm-Umlenkelemente freigebenden Freigabestellung.

Eine derart ausgebildete Energieerzeugungseinrichtung lässt sich unter anderem auf dem Gebiet der Automatisierungstechnik vorteilhaft einsetzen, um aus einer zweidimensionalen Bewegung eines Abtriebsgliedes einer Positioniereinheit eine als Nutzenergie bezeichnete zu erzeugen, die für den Betrieb eines Nutzenergieverbrauchers beliebiger Art verwendbar ist. Es bietet sich insbesondere auch die Möglichkeit, einen mit dem Abtriebsglied der Positioniereinheit bewegungsgekoppelten Nutzenergieverbraucher ohne Verwendung von Energiezuführungsleitungen mit einer Nutzenergie zu versorgen. Unter Bezugnahme auf ein kartesisches x-y-Koordinatensystem hat die Energieerzeugungseinheit eine Holmstruktur mit einem sich in der x-Achsrichtung erstreckenden Querholm und zwei sich in der y-Achsrichtung erstreckenden, zueinander beabstandeten Längsholmen, wobei der Querholm an den beiden Längsholmen in der y-Achsrichtung verschiebbar gelagert ist und wobei ein Schlitten an dem Querholm in der x-Achsrichtung verschiebbar gelagert ist. Insgesamt bietet dies dem Schlitten die Möglichkeit zur Ausführung einer als Arbeitsbewegung bezeichneten, stets geführten Bewegung in einer Arbeitsebene, die durch die x-Achsrichtung und die y-Achsrichtung des x-y-Koordinatensystems aufgespannt ist. Antreibbar ist der Schlitten durch eine mit der Energieerzeugungseinheit kombinierte Positioniereinheit, deren schon erwähntes Abtriebsglied an einer Kopplungs-Schnittstelle mit dem Schlitten bewegungsgekoppelt ist. Die Energieerzeugungseinheit hat ferner einen biegeflexiblen Antriebsstrang, der prinzipiell eine Gliederkette sein könnte, bevorzugt aber von einem Riemen gebildet ist und der in einer H-Konfiguration um an den Längsholmen und an den Querholmen angeordnete Umlenkelemente herumgeschlungen ist, die zur besseren Unterscheidung als Längsholm-Umlenkelemente und als Querholm-Umlenkelemente bezeichnet werden. Aufgrund der Umschlingung der Umlenkelemente verfügt der biegeflexible Antriebsstrang über eine sich entlang des Querholmes erstreckende und dem Quersteg der H-Konfiguration entsprechende x-Strangeinheit sowie über zwei y-Strangeinheiten, die sich entsprechend den beiden Seitenschenkeln der H-Konfiguration jeweils entlang eines der beiden Längsholme erstrecken. Die x-Strangeinheit hat zwei sich in der y-Achsrichtung nebeneinanderliegend in der x-Achsrichtung erstreckende x-Strangabschnitte, von denen einer mit dem Schlitten kooperiert, indem er mit einem Rotationsglied wirkverbunden ist, das drehbar an einem Schlittenkörper des Schlittens gelagert ist. Die Wirkverbindung ist so ausgeführt, dass das Rotationsglied zu einer Abtriebs-Drehbewegung um seine Längsachse angetrieben wird, wenn aufgrund der Arbeitsbewegung des Schlittens eine Relativbewegung zwischen dem Schlitten und dem Antriebs-Strangabschnitt stattfindet. Diese Relativbewegung ist durch eine Blockiereinrichtung hervorrufbar, die mindestens einer der beiden y-Strangeinheiten des Antriebsstranges zugeordnet ist und die durch eine elektronische Steuereinrichtung derart ansteuerbar ist, dass sie eine der y-Strangeinheiten in einer Weise temporär blockiert, die eine Umlaufbewegung der blockierten Strangeinheit um die ihr zugeordneten Längsholm-Umlenkelemente verhindert. Aus der Abtriebs-Drehbewegung des Rotationsgliedes erzeugt ein an dem Schlitten angeordneter Generator eine Nutzenergie, die von dem schon angesprochenen Nutzenergieverbraucher nutzbar ist, wobei die Art der erzeugten Nutzenergie durch die Art des verwendeten Generators wählbar ist und beispielsweise Strom, Druckluft oder Vakuum ist. Die Blockiereinrichtung kann prinzipiell so ausgeführt sein, dass sie nur einem der beiden y-Strangeinheiten zugeordnet ist und nur diese eine y-Strangeinheit wahlweise blockieren oder freigeben kann. Als vorteilhafter wird es jedoch angesehen, wenn die Blockiereinrichtung beiden y-Strangeinheiten zugeordnet ist und in der Lage ist, wahlweise die jeweils eine y-Strangeinheit zu blockieren und gleichzeitig die jeweils andere y-Strangeinheit freizugeben. Die elektronische Steuereinrichtung ist insbesondere in der Lage, die Blockiereinrichtung so anzusteuern, dass das Blockieren und Freigeben der beiden y-Strangeinheiten in einer Weise aufeinander abgestimmt ist, dass das Rotationsglied unabhängig von der momentanen Bewegungsrichtung der Arbeitsbewegung des Schlittens zu einer die Energieerzeugung hervorrufenden Abtriebs-Drehbewegung angetrieben wird.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Die Blockiereinrichtung hat zweckmäßigerweise zwei durch die elektronische Steuereinrichtung ansteuerbare Blockiereinheiten, die jeweils einer der beiden y-Strangeinheiten zugeordnet sind und durch die die jeweils zugeordnete y-Strangeinheit des Antriebsstranges temporär blockierbar ist. Durch die elektronische Steuereinrichtung ist also der Betriebszustand jeder Blockiereinheit vorgebbar. Jede Blockiereinheit kann auf diese Weise wahlweise in eine die zugeordnete y-Strangeinheit für eine Umlaufbewegung um die zugeordneten Längsholm-Umlenkelemente freigebende Freigabestellung oder in eine eine solche Umlaufbewegung verhindernde Blockierstellung geschaltet werden.
Bevorzugt ist die elektronische Steuereinrichtung so ausgebildet, dass sie in der Lage ist, zeitgleich jeweils nur bei einer der beiden Blockiereinheiten die Blockierstellung hervorzurufen. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass sich mindestens eine der beiden Blockiereinheiten stets in der Freigabestellung befindet.
Die selektive Blockiermöglichkeit der beiden y-Strangeinheiten bietet die vorteilhafte Möglichkeit, in Abhängigkeit von der aus den x-y-Zielkoordinaten des Abtriebsgliedes der Positioniereinheit ableitbaren, vektoriell definierten Zielposition des Schlittens die beiden y-Strangeinheiten derart aufeinander abgestimmt zu aktivieren und zu deaktivieren, dass sich das Rotationsglied bei der zugeordneten Arbeitsbewegung ständig dreht, und zwar mit einer möglichst hohen Drehgeschwindigkeit.
Die Blockiereinrichtung kann prinzipiell zur Blockierung einer y-Strangeinheit mit einem der Längsholm-Umlenkelemente zusammenwirken, wenn es sich bei dem betreffenden Umlenkelement um eine Umlenkrolle handelt. Eine einfachere und kostengünstigere Lösung besteht allerdings darin, die Blockiereinrichtung so auszubilden, dass sie unmittelbar mit dem Antriebsstrang zusammenwirkt, wobei sie dann bevorzugt als eine Klemmeinrichtung ausgeführt ist, die in der Lage ist, den Antriebsstrang zu seinem Blockieren lösbar festzuklemmen.
Als günstig wird es angesehen, wenn die Blockiereinrichtung mit dem jeweiligen Antriebsstrang in einem Endbereich des betreffenden Längsholmes zusammenwirkt, und zwar insbesondere in der Nachbarschaft eines der an dem Längsholm angeordneten Längsholm-Umlenkelemente.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Energieerzeugungseinrichtung sieht vor, dass an jedem Längsholm der Energieerzeugungseinheit ortsfest zwei in der y-Achsrichtung zueinander beabstandete Längsholm-Umlenkelemente angeordnet sind, um die die zugeordnete y-Strangeinheit herumgeschlungen ist, wobei an dem Querholm zwei in der y-Achsrichtung zueinander beabstandete Paare von zwei jeweils in der x-Achsrichtung zueinander beabstandeten und ortsfest am Querholm angeordneten Querholm-Umlenkelementen angeordnet sind. Zwischen den beiden jeweils in der x-Achsrichtung zueinander beabstandeten Querholm-Umlenkelementen erstreckt sich jeweils einer der beiden x-Strangabschnitte, von denen einer den Antriebs-Strangabschnitt bildet, der mit dem Rotationsglied in Drehantriebsverbindung steht. Jede y-Strangeinheit hat einen sich durchgehend zwischen den beiden zugeordneten Längsholm-Umlenkelementen erstreckenden längenkonstanten y-Strangabschnitt und zwei abhängig von der in der y-Achsrichtung eingenommenen y-Position des Querholmes längenveränderliche erste und zweite y-Strangabschnitte, wobei sich der eine der beiden x-Strangabschnitte zwischen den beiden längenveränderlichen ersten y-Strangabschnitten erstreckt und wobei sich der andere der beiden x-Strangabschnitte zwischen beiden längenveränderlichen zweiten y-Strangabschnitten erstreckt.
In Verbindung mit der vorgenannten Ausgestaltung der Energieerzeugungseinheit wird es als günstig angesehen, wenn die Blockiereinrichtung zum Blockieren einer y-Strangeinheit mit dem längenkonstanten y-Strangabschnitt der y-Strangeinheit zusammenwirkt.
Der biegeflexible Antriebsstrang ist bevorzugt ein in sich geschlossener, endloser Strang. Bevorzugt ist der Antriebsstrang als Zahnriemen ausgebildet, der schlupffrei mit dem Rotationsglied in Antriebsverbindung steht, indem er an dem Schlitten mit Verzahnungseingriff um einen antriebsmäßig mit dem Rotationsglied verbundenen Zahnkranz herumgeschlungen ist. Der Zahnkranz ist bevorzugt ein integraler Bestandteil des Rotationsgliedes. Er kann selbstverständlich zum Beispiel auch als ein drehfest mit dem Rotationsglied ausgebildetes Zahnrad ausgeführt sein.
Sowohl die Längsholm-Umlenkelemente als auch die Querholm-Umlenkelemente sind zweckmäßigerweise als frei drehbar gelagerte Umlenkrollen ausgebildet. Die rollenförmige Ausgestaltung der Umlenkelemente erlaubt eine verschleißarme und energieeffiziente Umlaufbewegung des Antriebsstranges. In Kombination mit einem Zahnriemen als Antriebsstrang ist es vorteilhaft, wenn zumindest die Längsholm-Umlenkelemente an ihrem Außenumfang eine mit dem Zahnriemen schlupffrei in Eingriff stehende Verzahnung haben. Folglich können die Umlenkrollen beispielsweise nach Art von Zahnrädern ausgebildet sein.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der elektronischen Steuereinrichtung enthält eine elektronische Logikeinheit, durch die in der weiter oben schon erwähnten Weise die Blockiereinrichtung unter Berücksichtigung der x-y-Zielkoordinaten des über die Befestigungsschnittstelle mit dem Schlitten bewegungsgekoppelten Abtriebsgliedes der Positioniereinheit hinsichtlich ihres Betriebszustandes, also zur alternativen Vorgabe einer Blockierstellung oder einer Freigabestellung, selektiv ansteuerbar ist.
Der Generator ist zur Erzeugung der gewünschten Art von Energie ausgebildet. Er ist beispielsweise in der Lage, Strom, Überdruck oder Unterdruck zu erzeugen oder auch eine beliebige Kombination dieser Energiearten. Die Überdruckerzeugung erfolgt insbesondere auf der Basis von Druckluft.
Ein Generator zur Stromerzeugung ist beispielsweise dahingehend ausgebildet, dass aus der Drehbewegung des Rotationsgliedes eine Gleichspannung erzeugt wird. Für die Überdruckerzeugung kann der Generator als Verdichter und für die Unterdruckerzeugung als Vakuumpumpe ausgeführt sein.
Es ist vorteilhaft, wenn die Energieerzeugungseinheit einen an den Generator angeschlossenen Energiespeicher aufweist, in dem die erzeugte Nutzenergie bis zur Verwendung durch einen Nutzenergieverbraucher zwischengespeichert werden kann. In Verbindung mit einem elektrischen Generator repräsentiert der Energiespeicher einen Akku. Für Überdruck- und Unterdruckanwendungen enthält der Energiespeicher zweckmäßigerweise ein Volumen, in das unter Überdruck stehendes gasförmiges Fluid hineingepresst wird oder das evakuiert wird. In Verbindung mit einem elektrischen Energiespeicher ist es sinnvoll, seitens des Abtriebsgliedes oder eines am Abtriebsglied angebrachten Endeffektors auszuführende Aktionen drahtlos und insbesondere funkbasiert hervorzurufen, wobei die erzeugte Nutzenergie für die Kommunikationseinrichtungen verwendbar ist und/oder für die Energieversorgung einer Steuereinheit, die zur betriebsmäßigen Ansteuerung eines mit dem Schlittenkörper bewegungsgekoppelten Endeffektors dient.
Die Energieerzeugungseinrichtung enthält zweckmäßigerweise zusätzlich zu der Energieerzeugungseinheit die weiter oben schon angesprochene Positioniereinheit mit einem in einer x-y-Ebene beliebig verfahrbaren und positionierbaren Abtriebsglied, wobei die Energieerzeugungseinheit mit ihrer Holmstruktur an die Positioniereinheit angebaut ist und der Schlitten über die Kopplungs-Schnittstelle mit dem Abtriebsglied der Positioniereinheit verbunden ist. Wird im Betrieb der Positioniereinheit das Abtriebsglied unter Ausführung einer Positionierbewegung verlagert, führt der Schlitten eine damit synchrone Arbeitsbewegung in einer zu der x-Achsrichtung und der y-Achsrichtung parallelen Arbeitsebene aus, wobei die damit einhergehende Relativbewegung zwischen dem Schlitten und dem Antriebsstrang die angestrebte Abtriebs-Drehbewegung des Rotationsgliedes hervorruft.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert. In dieser zeigen:

1 eine Energieerzeugungseinrichtung mit einer vorteilhaft aufgebauten Energieerzeugungseinheit und einer nur schematisch angedeuteten, mit der Energieerzeugungseinheit zu einer Baugruppe zusammengefassten Positioniereinheit,
2 die Energieerzeugungseinrichtung aus 1 in einer Draufsicht mit Blickrichtung gemäß Pfeil II aus 1, wobei die Positioniereinrichtung weiterhin nur schematisch, aber etwas detaillierter illustriert ist, und
3 einen Schnitt durch die in 1 und 2 illustrierte Energieerzeugungseinheit gemäß Schnittlinie III-III aus 1 und ohne Illustration der bevorzugt ebenfalls zu der Energieerzeugungseinrichtung gehörenden Positioniereinheit.

Die in der Zeichnung insgesamt mit Bezugsziffer 1 bezeichnete Energieerzeugungseinrichtung verfügt über eine Energieerzeugungseinheit 2, die dafür ausgelegt ist, mittels eines drehangetriebenen Rotationsgliedes 3 als Nutzenergie bezeichnete Energie zu erzeugen, mit deren Hilfe mindestens ein als Nutzenergieverbraucher 4 bezeichneter Energieverbraucher betreibbar ist, der zweckmäßigerweise ebenfalls zu der Energieerzeugungseinrichtung 1 gehört.
Die von dem drehangetriebenen Rotationsglied 3 ausführbare oder ausgeführte Rotationsbewegung wird zur besseren Unterscheidung als Abtriebs-Drehbewegung 5 bezeichnet und ist in der Zeichnung durch einen Doppelpfeil angedeutet. Die Drehrichtung der Abtriebs-Drehbewegung 5 kann sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen des Uhrzeigersinnes orientiert sein.
Die Energieerzeugung basiert auf einer Umwandlung der in der Abtriebs-Drehbewegung 5 enthaltenen Bewegungsenergie in die gewünschte Art von Nutzenergie. Hierzu ist die Energieerzeugungseinheit 2 mit einem Generator 6 ausgestattet, mit dem das Rotationsglied 3 zusammenwirkt.
Der Generator 6 des illustrierten Ausführungsbeispiels ist ein elektrischer Generator, mit dem sich als Nutzenergie elektrischer Strom erzeugen lässt und bei dem es sich beispielsweise um einen Drehstromgenerator mit nachgeschaltetem Gleichrichter für Gleichspannung handelt.
Die erzeugte Nutzenergie ist in einem Energiespeicher 7 der Energieerzeugungseinheit 2 speicherbar, bis sie von dem mindestens einen Nutzenergieverbraucher 4 für seinen Betrieb benötigt wird. Der mindestens eine Nutzenergieverbraucher 4 ist zu diesem Zweck an den Energiespeicher 7 angeschlossen. Exemplarisch enthält die Energieerzeugungseinrichtung 1 wenigstens zwei elektrische Nutzenergieverbraucher 4.
Gemäß anderen Ausführungsbeispielen kann der Generator 6 auch ausgebildet sein, um beispielsweise pneumatischen Überdruck oder einen Unterdruck als Nutzenergie zu erzeugen. Die Energiespeicherung erfolgt in diesem Fall dann zweckmäßigerweise in einem ausreichend großen Speichervolumen, das beispielsweise in einem Speicherbehälter bereitgestellt ist. Mit der erzeugten Druckluft kann beispielsweise ein pneumatischer Aktuator betrieben werden und mit dem erzeugten Unterdruck zum Beispiel ein für Handhabungsaufgaben eingesetzter Vakuumsauger.
Die Energieerzeugungseinheit 2 ist zweckmäßigerweise mit einer bevorzugt ebenfalls zu der Energieerzeugungseinrichtung 1 gehörenden und in der Zeichnung nur schematisch angedeuteten Positioniereinheit 8 zu einer Baugruppe zusammengefasst. Die Energieerzeugungseinheit 2 wird exemplarisch dazu verwendet, Energie zu erzeugen, die beim Betrieb der Positioniereinheit 8 benötigt wird. Die erzeugte Nutzenergie resultiert originär aus der im Folgenden als Positionierbewegung 10 bezeichneten Bewegung eines beweglichen Abtriebsgliedes 12 der Positioniereinheit 8.
Die weitere Erläuterung der Energieerzeugungseinrichtung 1 erfolgt unter Bezugnahme auf ein kartesisches x-y-Koordinatensystem mit einer x-Achse und einer dazu rechtwinkeligen y-Achse, wobei die Achsrichtungen dieser beiden Achsen als x-Achsrichtung und als y-Achsrichtung bezeichnet werden. Gemeinsam spannen die x-Achse und die y-Achse eine Hauptebene 13 der Energieerzeugungseinrichtung 1 auf, wobei das Abtriebsglied 12 bei seiner Positionierbewegung 10 in einer zu der Hauptebene 13 parallelen Positionierebene 11 verfahrbar ist, und zwar in beliebigen Richtungen, das heißt wahlweise nur in der x-Achsrichtung oder nur in der y-Achsrichtung oder in sich aus Richtungskomponenten sowohl der x-Achse als auch der y-Achse zusammensetzenden Bewegungsrichtungen.
Die Positioniereinheit 8 hat beispielsweise zwei in der x-Achsrichtung zueinander beabstandete und sich jeweils in der y-Achsrichtung erstreckende Linearantriebe 14, die zum Beispiel von kolbenstangenloser Art sind und die jeweils ein Antriebselement 15 haben, das zu einer durch einen Doppelpfeil 16 kenntlich gemachten y-Antriebsbewegung in der y-Achsrichtung antreibbar ist. Ein weiterer Linearantrieb 17 erstreckt sich zwischen den beiden Antriebselementen 15 und kann durch die Antriebselemente 15 in der y-Achsrichtung verlagert werden. Der weitere Linearantrieb 17 hat ein weiteres Antriebselement 18, das zu einer durch einen Doppelpfeil 19 angedeuteten x-Antriebsbewegung in der x-Achse antreibbar ist und das mit dem schon angesprochenen Abtriebsglied 12 bewegungsgekoppelt ist.
Eine elektronische Steuereinrichtung 22 der Energieerzeugungseinrichtung 1 hat eine elektronische Steuereinheit 23, die mit den Linearantrieben 14, 17 der Positioniereinheit 8 steuerungsmäßig verbunden ist, sodass sich durch sie die y-Antriebsbewegung 16 und die x-Antriebsbewegung 19 erzeugen lassen, und zwar sowohl einzeln oder auch überlagert. Aus diesen Bewegungen resultiert die schon angesprochene Positionierbewegung 10 des Abtriebsgliedes 12.
An dem Abtriebsglied 12 ist ein zu positionierender Endeffektor 24 angebracht, bei dem es sich exemplarisch um einen elektrisch betätigbaren Greifer handelt. Der Endeffektor 24 ist somit in der Lage, Objekte an bestimmten Stellen aufzunehmen, unter Ausführung der Positionierbewegung 10 zu verlagern und an einer gewünschten Zielposition wieder abzulegen. Die Zielposition entspricht gewissen x-y-Zielkoordinaten, die durch die elektronische Steuereinheit 23 vorgegeben werden und zu denen hin sich das Abtriebsglied 12 ausgehend von einer Ausgangsposition bewegt. Die elektronische Steuereinheit 23 ist insbesondere so ausgebildet, dass sich durch sie ein gewünschter Streckenverlauf der Positionierbewegung 10 zwischen der Ausgangsposition und der Zielposition vorgeben lässt.
Der Endeffektor 24 repräsentiert einen der weiter oben erwähnten Nutzenergieverbraucher 4. Er wird durch elektrische Energie betätigt. Die Energiezufuhr zu dem Endeffektor 24 ist durch ein beispielhaft elektronisches Steuerglied 25 elektrisch steuerbar, das seinerseits insbesondere drahtlos durch die elektronische Steuereinheit 23 ansteuerbar ist, was durch den Pfeil 26 symbolisiert ist. Es ist auch denkbar, dass an dem Abtriebsglied 12 eine zusätzliche elektronische Untersteuerung für den Endeffektor 24 angebracht ist, die zweckmäßigerweise mit der elektronischen Steuereinheit 23 kommuniziert.
Die Energieerzeugungseinheit 2 hat einen beweglichen Schlitten 27, der mit dem Abtriebsglied 12 der Positioniereinheit 8 bewegungsgekoppelt ist, sodass er dessen Positionierbewegung 10 synchron mitmacht.
Auf diese Weise ist der Schlitten 27 durch das Abtriebsglied 12 zu einer Arbeitsbewegung 29 in einer zu der Hauptebene 13 parallelen Arbeitsebene 30 antreibbar, die exemplarisch mit der Hauptebene 13 zusammenfällt. Mit anderen Worten erstreckt sich die Arbeitsebene 30 parallel sowohl zu der x-Achsrichtung als auch der y-Achsrichtung des x-y-Koordinatensystems.
Der Schlitten 27 ist in der Arbeitsebene 30 in beliebigen Richtungen verfahrbar, wobei er entsprechend der Positionierbewegung 10 sowohl lineare als auch nichtlineare Bewegungen ausführen kann. Die Arbeitsbewegung 29 kann insbesondere wahlweise nur in der x-Achsrichtung oder nur in der y-Achsrichtung oder in einer Bewegungsrichtung erfolgen, die sich aus überlagerten x-Achsbewegungen und y-Achsbewegungen zusammensetzt.
Für die Bewegungskopplung mit dem Abtriebsglied 12 hat der Schlitten 27 eine Kopplungs-Schnittstelle 28. Beispielsweise kann das Abtriebsglied 12 durch eine Schraubverbindung an der Kopplungs-Schnittstelle 28 fest angebracht sein. Es kann sich auch um eine integrierte Kopplungs-Schnittstelle 28 handeln, womit gemeint ist, dass der Schlitten 27 und das Abtriebsglied 12 eine zusammengehörige Baueinheit bilden.
Die Kopplungs-Schnittstelle 28 befindet sich zweckmäßigerweise an einem starren Schlittenkörper 32 des Schlittens 27, der bei der Arbeitsbewegung 29 seine räumliche Ausrichtung konstant beibehält. Das Rotationsglied 3 ist ein Bestandteil des Schlittens 27 und ist an dem Schlittenkörper 32 diesbezüglich um eine Drehachse 33 verdrehbar gelagert. Die Drehachse 33 erstreckt sich zweckmäßigerweise in der Achsrichtung einer zu der x-Achse und der y-Achse rechtwinkeligen z-Achse. Diese z-Achse steht in den 2 und 3 senkrecht zur Zeichenebene.
Der Schlitten 27 ist bei der Ausführung seiner Arbeitsbewegung 29 durch eine Holmstruktur 34 der Energieerzeugungseinheit 2 abgestützt und geführt. Die Holmstruktur 34 hat zwei in der x-Achsrichtung zueinander beabstandete und sich jeweils in der y-Achsrichtung erstreckende erste und zweite Längsholme 35, 36 sowie einen Querholm 37, der sich in der x-Achsrichtung zwischen den beiden Längsholmen 35, 36 erstreckt und an beiden Längsholmen 35, 36 in der y-Achsrichtung verschiebbar gelagert ist. Für diese verschiebbare Lagerung hat der Querholm 37 an seinen beiden Endabschnitten jeweils ein Führungselement 38, das an einer Führungsschiene 42 des zugeordneten Längsholmes 35, 36 linear verschiebbar gelagert ist.
Der Schlitten 27 ist über den Schlittenkörper 32 an dem Querholm 37 in der x-Achsrichtung verschiebbar gelagert. Exemplarisch hat der Schlittenkörper 32 hierzu ein Führungselement 43, mit dem er an einer Führungsschiene 44 des Querholms 37 linear verschiebbar gelagert ist.
Bei einer Arbeitsbewegung 29 in der y-Achsrichtung verlagert sich der Schlitten 27 zusammen mit dem Querholm 37 in der Längsrichtung der beiden Längsholme 35, 36. Für eine Arbeitsbewegung 29 in der x-Richtung verlagert sich der Schlitten 27 relativ zu dem Querholm 37 in der x-Achsrichtung. Es sind ferner Arbeitsbewegungen 29 mit sich überlagernden Richtungsanteilen in der x-Achse und der y-Achse möglich, aus denen beliebige lineare und auch nichtlineare Arbeitsbewegungen 29 in der Arbeitsebene 30 resultieren können.
Die Energieerzeugungseinheit 2 ist bevorzugt eine bezüglich der Positioniereinheit 8 gesonderte Anbaueinheit, die mit ihrer Holmstruktur 34 an die Positioniereinheit 8 in insbesondere lösbarer Weise angebaut ist. Dazu geeignete Befestigungseinrichtungen der Energieerzeugungseinheit 2 sind bei 45 ersichtlich.
Die beispielhafte Eigenständigkeit der Energieerzeugungseinheit 2 schafft die Voraussetzung zur Kombination mit unterschiedlichen Bauformen von Positioniereinheiten 8. Eine Grundvoraussetzung der mit der Energieerzeugungseinheit 2 koppelbaren Positioniereinheiten 8 ist das Vorhandensein eines durch Antriebsmittel zweidimensional in der Positionierebene 11 verfahrbaren Abtriebsgliedes 12.
Die Energieerzeugungseinheit 2 kann prinzipiell auch so eingesetzt werden, dass ein zu positionierender Endeffektor 24 nicht am Abtriebsglied 12 der Positioniereinheit 8 angebracht ist, sondern am Schlittenkörper 32 des Schlittens 27.
Die Energieerzeugungseinheit 2 hat einen biegeflexiblen Antriebsstrang 46, bei dem es sich bevorzugt um einen zugfesten, zugleich aber quer zu seiner Längsrichtung flexiblen Riemen handelt, wobei exemplarisch eine Ausgestaltung als Zahnriemen 46a realisiert ist.
Der Antriebsstrang 46 ist ein endloses, in sich geschlossenes Stranggebilde. Er ist in einer H-Konfiguration um an den beiden Längsholmen 35, 36 angeordnete Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 und um an dem Querholm angeordnete Querholm-Umlenkelemente 52, 53 herumgeschlungen, sodass er im nicht blockierten Zustand eine durch diverse Doppelpfeile angedeutete Umlaufbewegung 51 um die Umlenkelemente 47, 48, 52, 53 ausführen kann.
Obgleich es sich bei den Umlenkelementen 47, 48, 52, 53 prinzipiell um Gleitelemente handeln kann, ist es vorteilhaft, wenn sie entsprechend des illustrierten Ausführungsbeispiels als am zugeordneten Längsholm 35, 36 oder Querholm 37 drehbar gelagerte Umlenkrollen 54 ausgeführt sind. Sämtliche Umlenkrollen 54 sind bezüglich ihrer Längsachse 3 frei drehbar, wobei sich ihre gleichzeitig als Drehachsen fungierenden Längsachsen in der z-Achsrichtung erstrecken.
Bevorzugt sind die Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 als Umlenkrollen 54 mit einer nach Art von Zahnrädern peripheren Umfangsverzahnung ausgebildet, die schlupffrei mit dem als Zahnriemen konzipierten Antriebsstrang 46 in Eingriff steht.
Die Querholm-Umlenkelemente 52, 53 sind zweckmäßigerweise als unverzahnte Umlenkrollen 54 ausgeführt.
An dem ersten Längsholm 35 sind zwei in der y-Achsrichtung zueinander beabstandete erste Längsholm-Umlenkelemente 47 angeordnet, während an dem zweiten Längsholm 36 zwei ebenfalls in der y-Achsrichtung zueinander beabstandete zweite Längsholm-Umlenkelemente 48 angeordnet sind. Diese vier Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 sitzen zweckmäßigerweise in den Eckpunkten eines imaginären Rechtecks. Jeder Längsholm 35, 36 hat zwei einander entgegengesetzte axiale Endabschnitte 55, wobei es vorteilhaft ist, wenn die vier Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 jeweils im Bereich eines der axialen Endabschnitte 55 angeordnet sind.
An dem Querholm 37 befindet sich ein Paar in der x-Achsrichtung zueinander beabstandeter erster Querholm-Umlenkelemente 52 und ein diesbezüglich in der y-Achsrichtung beabstandetes Paar zweiter Querholm-Umlenkelemente 53, die ebenfalls in der x-Achsrichtung zueinander beabstandet sind. Die vier Querholm-Umlenkelemente 52, 53 sind zweckmäßigerweise in den Eckpunkten eines imaginären Rechtecks angeordnet. Der Querholm 37 hat zwei einander entgegengesetzte, jeweils einem der beiden Längsholme 35, 36 zugewandte axiale Endabschnitte 56, wobei zweckmäßigerweise an jedem dieser beiden axialen Endabschnitte 56 ein erstes Querholm-Umlenkelement 52 und ein zweites Querholm-Umlenkelement 53 angeordnet ist.
Alle Umlenkelemente 47, 48, 52, 53 sind am zugeordneten Längsholm 35, 36 beziehungsweise Querholm 37 ortsfest angeordnet und haben lediglich, im Falle einer Ausführung als Umlenkrollen 54, den schon erwähnten Drehfreiheitsgrad.
Der Antriebsstrang 46 hat einen als erste y-Strangeinheit 57 bezeichneten Längenabschnitt, der um die beiden ersten Längsholm-Umlenkelemente 47 herumgeschlungen ist. Außerdem hat der Antriebsstrang 46 einen als zweite y-Strangeinheit 58 bezeichneten Längenabschnitt, der um die beiden zweiten Längsholm-Umlenkelemente 48 herumgeschlungen ist. Die Umschlingung ist so ausgeführt, dass jede y-Strangeinheit 57, 58 einen sich durchgehend zwischen den beiden zugeordneten Längsholm-Umlenkelementen 47, 48 erstreckenden längenkonstanten y-Strangabschnitt 62 und zwei sich jeweils ausgehend von einem der Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 und dem in der y-Achsrichtung benachbarten Querholm-Umlenkelement 52, 53 erstreckende erste und zweite längenveränderliche y-Strangabschnitte 63, 64 hat.
Entlang des Querholms 37 in der x-Achsrichtung erstreckt sich eine x-Strangeinheit 65 des Antriebsstrangs 46, die aus zwei in der y-Achsrichtung mit Abstand nebeneinander angeordneten ersten und zweiten x-Strangabschnitten 66, 67 besteht. Der erste x-Strangabschnitt 66 erstreckt sich zwischen den beiden ersten Querholm-Umlenkelementen 52 und geht in jeweils einen der ersten längenvariablen y-Strangabschnitte 63 über. Der zweite x-Strangabschnitt 67 erstreckt sich zwischen den beiden zweiten Querholm-Umlenkelementen 53 und geht jeweils in einen der beiden zweiten längenveränderlichen y-Strangabschnitte 64 über.
Der Antriebsstrang 46 ist um die Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 an ihren in der y-Achsrichtung voneinander abgewandten Umfangsseiten herumgeschlungen, während er um die ersten und zweiten Querholm-Umlenkelemente 52, 53 an deren einander zugewandten Umfangsseiten herumgeschlungen ist.
Einer der beiden x-Strangabschnitte 66, 67, exemplarisch ist dies der zweite x-Strangabschnitt 67, repräsentiert einen Antriebs-Strangabschnitt 68, der im Rahmen einer Antriebsverbindung derart kraftübertragend mit dem Rotationsglied 3 zusammenwirkt, dass eine Relativbewegung des des Schlittenkörpers 32 bezüglich des Antriebs-Strangabschnittes 68 die Abtriebs-Drehbewegung 5 des Rotationsgliedes 3 hervorruft.
Diese Antriebsverbindung wird exemplarisch dadurch realisiert, dass der Antriebs-Strangabschnitt 68 mit einem schlaufenartigen Längenabschnitt um das Rotationsglied 3 herumgeschlungen ist und dort in einer Mitnahmebeziehung mit dem Rotationsglied 3 steht. Konkret ist die Mitnahmebeziehung bevorzugt dadurch realisiert, dass der als Zahnriemen ausgebildete Antriebsstrang 46 mit einem Verzahnungseingriff um einen antriebsmäßig mit dem Rotationsglied 3 verbundenen Zahnkranz 72 herumgeschlungen ist. Der Zahnkranz 72 ist beispielsweise ein integraler Bestandteil des Rotationsgliedes 3 oder ein Bestandteil eines Zahnradgetriebes, das mit dem Rotationsglied 3 drehmomentübertragend zusammenwirkt.
Zweckmäßigerweise sind an dem Schlittenkörper 32 auf in der x-Achsrichtung einander entgegengesetzten Seiten des Rotationsgliedes 3 zwei Antriebsrollen 73 drehbar gelagert, durch die der schlaufenförmige Längenabschnitt des Antriebsstranges 46 an das Rotationsglied 3 beziehungsweise an den Zahnkranz 72 angedrückt wird, um eine sichere schlupffreie Mitnahmeverbindung zu gewährleisten.
Wenn sich der Querholm 37 bei der Arbeitsbewegung 29 des Schlittens 27 in der y-Achsrichtung verlagert, ändert sich das Längenverhältnis zwischen dem ersten und zweiten längenveränderlichen y-Strangabschnitt 63, 64 einer jeden y-Strangeinheit 57, 58. Wenn sich der Schlitten 27 in der x-Achsrichtung bewegt, wandert der Eingriffspunkt zwischen dem Rotationsglied 3 und dem Antriebs-Strangabschnitt 68 in der x-Achsrichtung zwischen den beiden Längsholmen 35, 36.
Der weiter oben schon angesprochene Generator 6 ist am Schlitten 27 angeordnet, sodass er dessen Arbeitsbewegung 29 mitmacht. Genauer gesagt sitzt der Generator 6 bevorzugt an dem Schlittenkörper 32.
Die Energieerzeugungseinheit 2 hat eine Blockiereinrichtung 74, durch die mindestens eine der beiden y-Strangeinheiten 57, 58 während der Arbeitsbewegung 29 des Schlittens 27 zeitweilig derart blockierbar ist, dass eine Umlaufbewegung 51 der momentan blockierten y-Strangeinheit 57 oder 58 um die ihr zugeordneten Längsholm-Umlenkelemente 47, 48 verhindert ist.
Die Blockiereinrichtung 74 ist bevorzugt so ausgebildet, dass sie wahlweise auf eine der beiden y-Strangeinheiten 57, 58 einwirken kann, um entweder die erste y-Strangeinheit 57 oder die zweite y-Strangeinheit 58 zu blockieren, während gleichzeitig die jeweils andere y-Strangeinheit 58, 57 nicht blockiert ist.
Der Betriebszustand der Blockiereinrichtung 74 ist ferngesteuert vorgebbar, und zwar durch die bereits angesprochene elektronische Steuereinrichtung 22, die bevorzugt auch für die betriebsmäßige Ansteuerung der Positioniereinheit 8 zuständig ist. Durch die elektronische Steuereinrichtung 22 ist die Blockiereinrichtung 74 derart ansteuerbar, dass sie bezüglich der ihr zugeordneten y-Strangeinheit 57 und/oder 58 alternativ eine die Umlaufbewegung 51 blockierende Blockierstellung oder eine die Umlaufbewegung 51 ermöglichende Freigabestellung einnimmt.
Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel enthält die Blockiereinrichtung 74 zwei gesonderte erste und zweite Blockiereinheiten 75, 76, von denen die erste Blockiereinheit 75 wirkungsmäßig der ersten y-Strangeinheit 57 und die zweite Blockiereinheit 76 wirkungsmäßig der zweiten y-Strangeinheit 58 zugeordnet ist.
Die beiden Blockiereinheiten 75, 76 sind insbesondere so durch die elektronische Steuereinrichtung 22 ansteuerbar, dass zur gleichen Zeit jeweils nur eine der beiden Blockiereinheiten 75, 76 die Blockierstellung einnimmt. Es besteht also die vorteilhafte Möglichkeit, ausgewählt jeweils eine der beiden Blockiereinheiten 75, 76 in der Blockierstellung zu halten, während gleichzeitig die jeweils andere Blockiereinheit 76, 75 in der Freigabestellung gehalten ist.
Dadurch, dass eine der y-Strangeinheiten 57, 58 während des Ausführens der Arbeitsbewegung 29 des Schlittens 27 blockiert ist, findet bei der Arbeitsbewegung 29 des Schlittens 27 eine Relativbewegung zwischen dem das Rotationsglied 3 tragenden Schlittenkörper 32 und dem Antriebs-Strangabschnitt 68 statt, was zur Folge hat, dass sich das Rotationsglied 3 an dem Antriebs-Strangabschnitt 68 abwälzt und somit zu der Abtriebs-Drehbewegung 5 angetrieben wird.
Die beiden Blockiereinheiten 75, 76 werden bei einem bevorzugten Betriebsverfahren der Energieerzeugungseinrichtung 1 in Abhängigkeit von den Zielkoordinaten des mit dem Schlitten 27 bewegungsgekoppelten Abtriebsgliedes 12 derart ausgewählt aktiviert und deaktiviert, dass auf jeden Fall eine Relativbewegung zwischen dem Schlitten 27 und dem Antriebs-Strangabschnitt 68 stattfindet, aus der eine Abtriebs-Drehbewegung 5 des Rotationsgliedes 3 resultiert. Es kann somit garantiert werden, dass sich das Rotationsglied 3 sowohl bei einer reinen x-Richtungsbewegung als auch bei einer reinen y-Richtungsbewegung und auch bei jeder beliebigen Kombination aus einer x-Bewegungsrichtung und einer y-Bewegungsrichtung immer dreht.
Die beiden wahlweise zuschaltbaren Blockiereinheiten 75, 76 sind deshalb vorteilhaft, weil kinematisch bedingt bei der Blockierstellung jeder Blockiereinheit 75, 76 eine zwischen der x-Achse und der y-Achse liegende 45°-Bewegungsrichtung des Schlittens 27 vorliegt, bei der das Rotationsglied 3 nicht angetrieben ist. Diese 45°-Bewegungsrichtungen ohne Rotationsantrieb des Rotationsgliedes 3 sind bei den beiden aktivierten Blockiereinheiten 75, 76 unterschiedlich. Durch die elektronische Steuereinrichtung 22 werden die beiden Blockiereinheiten 75, 76 derart aufeinander abgestimmt angesteuert, dass niemals der keine Drehbewegung des Rotationsgliedes 3 hervorrufende Betriebszustand eintritt.
Um die Bewegungsabläufe zu optimieren, enthält die elektronische Steuereinrichtung 22 vorzugsweise eine elektronische Logikeinheit 77, die speziell dafür ausgelegt ist, die beiden Blockiereinheiten 75, 76 unter Berücksichtigung der x-y-Zielkoordinaten des Abtriebsgliedes 12 hinsichtlich ihres Betriebszustandes selektiv anzusteuern. Dabei kommuniziert die Logikeinheit 77 zweckmäßigerweise mit der für die Positionierung des Abtriebsgliedes 12 verantwortlichen elektronischen Steuereinheit 23.
Es ist von Vorteil, wenn die Blockiereinrichtung 74 unmittelbar mit dem Antriebsstrang 46 zusammenwirkt, was bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel der Fall ist. Bevorzugt findet sich der Wirkungsort der Blockiereinrichtung 74 im Bereich eines der axialen Endabschnitte 55 eines oder beider Längsholme 35, 36, und zwar insbesondere in der Nachbarschaft eines der am betreffenden Längsholm 35, 36 angeordneten Längsholm-Umlenkelemente 47, 48.
Bei dem illustrierten Ausführungsbeispiel ist an jedem Längsholm 35, 36 eine der beiden Blockiereinheiten 75, 76 so angeordnet, dass sie zum Blockieren der zugeordneten y-Strangeinheit 57, 58 mit dem längenkonstanten y-Strangabschnitt 62 zusammenwirkt. Dabei ist jede Blockiereinheit 75, 76 zweckmäßigerweise als eine Klemmeinheit ausgeführt, durch die der zugeordnete längenkonstante y-Strangabschnitt 62 unbeweglich lösbar festklemmbar ist. Wenn es sich bei dem Antriebsstrang 46 um einen Zahnriemen handelt, ist die Klemmung vorzugsweise zusätzlich durch Formschluss unterstützt, indem die Blockiereinheit 75, 76 in die sich entlang des Antriebsstranges 46 erstreckende Strangverzahnung eingreift.
Abweichend von dem illustrierten Ausführungsbeispiel können die Blockiereinheiten 75, 76 beispielsweise auch so platziert sein, dass sie jeweils mit einem der beiden längenveränderlichen y-Strangabschnitte 63, 64 kooperieren.
Beispielhaft handelt es sich bei den Blockiereinheiten 75, 76 um elektrisch betätigbare Blockiereinheiten, wenngleich auch beispielsweise durch Fluidkraft und insbesondere pneumatisch betätigbare Blockiereinheiten 75, 76 eingesetzt werden könnten.
Im Betrieb der Positioniereinheit 8 wird der Schlitten 27 von dem Abtriebsglied 12 mitgenommen, sodass bei gleichzeitig eingestellter Blockierstellung einer der Blockiereinheiten 75, 76 eine Relativbewegung zwischen dem Schlitten 27 und dem Antriebs-Strangabschnitt 68 auftritt, aus der eine Abtriebs-Drehbewegung 5 des Rotationsgliedes 3 resultiert, durch die der Generator 6 angetrieben wird, wodurch Nutzenergie erzeugt wird, die entweder direkt von einem Nutzenergieverbraucher 4 genutzt wird oder die zur späteren Nutzung durch einen Nutzenergieverbraucher 4 in den Energiespeicher 7 eingespeist wird. Die Nutzenergie wird also unmittelbar an einem sich zusammen mit dem Abtriebsglied 12 und einem daran angebrachten Endeffektor 24 bewegenden Ort erzeugt, sodass für die Energiezufuhr keine externen elektrischen oder fluidischen Leitungen benötigt werden.

Claims

Energieerzeugungseinrichtung, mit einer Energieerzeugungseinheit (2) zur Erzeugung einer Nutzenergie mittels eines drehangetriebenen Rotationsgliedes (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit Folgendes aufweist: (a) eine Holmstruktur (34) mit zwei in einer x-Achsrichtung zueinander beabstandeten und sich jeweils in einer zu der x-Achsrichtung rechtwinkeligen y-Achsrichtung erstreckenden ersten und zweiten Längsholmen (35, 36) sowie einem sich in der x-Achsrichtung zwischen den beiden Längsholmen (35, 36) erstreckenden und an den beiden Längsholmen (35, 36) in der y-Achsrichtung verschiebbar gelagerten Querholm (37) , (b) einen Schlitten (27) mit einem Schlittenkörper (32), an dem das Rotationsglied (3) unter Ermöglichung einer Abtriebs-Drehbewegung (5) drehbar gelagert ist und der über den Schlittenkörper (32) an dem Querholm (37) in der x-Achsrichtung verschiebbar gelagert ist, wobei der Schlitten (27) eine Kopplungs-Schnittstelle (28) aufweist, über die er mit einem beweglichen Abtriebsglied (12) einer Positioniereinheit (8) koppelbar ist, durch das er zu einer Arbeitsbewegung (29) in einer zu der x-Achsrichtung und der y-Achsrichtung parallelen Arbeitsebene (30) antreibbar ist, (c) einen biegeflexiblen Antriebsstrang (46), der in einer H-Konfiguration unter Ermöglichung einer Umlaufbewegung (54) um an den Längsholmen (35) angeordnete Längsholm-Umlenkelemente (47, 48) und an dem Querholm (37) angeordnete Querholm-Umlenkelemente (52, 53) herumgeschlungen ist und der zwei sich jeweils entlang eines der beiden Längsholme (35, 36) erstreckende y-Strangeinheiten (57, 58) sowie eine sich entlang des Querholmes (37) erstreckende x-Strangeinheit (65) aufweist, wobei die x-Strangeinheit (65) aus zwei sich nebeneinander erstreckenden x-Strangabschnitten (66, 67) besteht, von denen einer ein Antriebs-Strangabschnitt (68) ist, der derart kraftübertragend mit dem Rotationsglied (3) zusammenwirkt, dass eine durch die Arbeitsbewegung (29) bezüglich des Antriebs-Strangabschnittes (68) hervorgerufene Relativbewegung des Schlittens (27) die Abtriebs-Drehbewegung (5) des Rotationsgliedes (3) zur Folge hat, (d) einen an dem Schlitten (27) angeordneten Generator (6) zum Erzeugen der durch einen Nutzenergieverbraucher (4) nutzbaren Nutzenergie aus der Bewegungsenergie der Abtriebs-Drehbewegung (5) des Rotationsgliedes (3), (e) eine Blockiereinrichtung (74), durch die mindestens eine der beiden y-Strangeinheiten (57, 58) des Antriebsstranges (46) während der Arbeitsbewegung (29) des Schlittens (27) temporär derart blockierbar ist, dass eine Umlaufbewegung (54) der blockierten y-Strangeinheit (57, 58) um die ihr zugeordneten Längsholm-Umlenkelemente (47. 48) verhindert ist, und (f) eine elektronische Steuereinrichtung (22) zur Ansteuerung der Blockiereinrichtung (74) zwecks alternativer Vorgabe einer die zugeordnete y-Strangeinheit (57, 58) blockierenden Blockierstellung oder einer die zugeordnete y-Strangeinheit (57, 58) zur Ermöglichung einer Umlaufbewegung (54) um die Längsholm-Umlenkelemente (47, 48) freigebenden Freigabestellung.
Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (74) zwei durch die elektronische Steuereinrichtung (22) ansteuerbare Blockiereinheiten (75, 76) aufweist, die jeweils einer der beiden y-Strangeinheiten (57, 58) zugeordnet sind und durch die die jeweils zugeordnete y-Strangeinheit (57, 58) des Antriebsstranges (46) temporär blockierbar ist.
Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (22) ausgebildet ist, um zeitgleich jeweils nur bei einer der beiden Blockiereinheiten (75, 76) die Blockierstellung hervorzurufen.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (74) unmittelbar mit dem Antriebsstrang (46) zusammenwirkt, zweckmäßigerweise in einem axialen Endbereich des betreffenden Längsholmes (35, 36) in der Nachbarschaft eines der an dem Längsholm (35, 36) angeordneten Längsholm-Umlenkelemente (47, 48).
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem Längsholm (35, 36) diesbezüglich ortsfest zwei in der y-Achsrichtung zueinander beabstandete Längsholm-Umlenkelemente (47, 48) angeordnet sind, um die die zugeordnete y-Strangeinheit (57, 58) herumgeschlungen ist, wobei an dem Querholm (37) zwei in der y-Achsrichtung zueinander beabstandete Paare von zwei jeweils in der x-Achsrichtung zueinander beabstandeten und ortsfest bezüglich des Querholmes (37) angeordneten Querholm-Umlenkelementen (52, 53) angeordnet sind, zwischen denen sich jeweils einer der beiden x-Strangabschnitte (66, 67) erstreckt, wobei jede y-Strangeinheit (57, 58) einen sich durchgehend zwischen den beiden zugeordneten Längsholm-Umlenkelementen (47, 48) erstreckenden längenkonstanten y-Strangabschnitt (62) und zwei abhängig von der in der y-Achsrichtung eingenommenen y-Position des Querholmes längenveränderliche erste und zweite längenveränderliche y-Strangabschnitte (63, 64) aufweist, wobei sich der eine der beiden x-Strangabschnitte (66) zwischen den beiden ersten längenveränderlichen y-Strangabschnitten (63) und der andere der beiden x-Strangabschnitte (67) zwischen den beiden zweiten längenveränderlichen y-Strangabschnitten (64) erstreckt.
Energieerzeugungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Blockiereinrichtung (74) zum Blockieren einer y-Strangeinheit (57, 58) mit dem längenkonstanten y-Strangabschnitt (62) der y-Strangeinheit (57, 58) zusammenwirkt.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der biegeflexible Antriebsstrang (46)als Zahnriemen ausgebildet ist und an dem Schlitten (27) mit Verzahnungseingriff um einen antriebsmäßig mit dem Rotationsglied (3) verbundenen Zahnkranz (72) herumgeschlungen ist.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl die Längsholm-Umlenkelemente (47, 48) als auch die Querholm-Umlenkelemente (52, 53) als frei drehbar gelagerte Umlenkrollen (54) ausgebildet sind.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinrichtung (22) eine elektronische Logikeinheit (77) aufweist, durch die die Blockiereinrichtung (74) unter Berücksichtigung der x-y-Zielkoordinaten des über die Kopplungs-Schnittstelle (28) mit dem Schlitten (27) bewegungsgekoppelten Abtriebsgliedes (12) der Positioniereinheit (8) hinsichtlich ihres Betriebszustandes selektiv ansteuerbar ist.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Generator (6) zur Stromerzeugung und/oder zur Überdruckerzeugung und/oder zur Unterdruckerzeugung ausgebildet ist.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (2) einen an den Generator (6) angeschlossenen Energiespeicher (7) zur Zwischenspeicherung der Nutzenergie aufweist.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (2) mindestens einen durch die erzeugte Nutzenergie betreibbaren Nutzenergieverbraucher (4) aufweist.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Nutzenergieverbraucher (4) ein Steuerglied (25) zur betriebsmäßigen Ansteuerung eines mit dem Schlittenkörper (32) bewegungsgekoppelten Endeffektors (24) ist.
Energieerzeugungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieerzeugungseinheit (2) mit ihrer Holmstruktur (34) an eine Positioniereinheit (8) der Energieerzeugungseinrichtung angebaut (1) ist, die ein unter Ausführung einer Positionierbewegung (10) in einer zu der x-Achsrichtung und der y-Achsrichtung parallelen Positionierebene (11) verfahrbares und positionierbares Abtriebsglied (12) aufweist, das an der Kopplungs-Schnittstelle (28) am Schlittenkörper (32) des Schlittens (27) angebracht ist, sodass es bei seiner Positionierbewegung (10) die Arbeitsbewegung (29) des Schlittens (27) hervorruft.