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Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und Signalen von einer Steuereinheit einer Werkzeugmaschine auf einen Werkstückträger in der Werkzeugmaschine nach dem Oberbegriff des ersten Schutzanspruchs.
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Die Übertragung von Energie auf einem Werkstückträger erfolgt in den meisten Fällen mittels Hydraulik oder Pneumatik. Dabei ist die Steuerbarkeit der Aktoren auf den Werkstückträger eingeschränkt.
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Außerdem ist eine hohe Genauigkeit der Übertragungselemente, z.B. bei Übertragung von Energie mittels Hydraulik- oder Pneumatikdruck, notwendig.
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Bei neuen Verfahren können elektrische Energie und Signale drahtlos zwischen Sender und Empfänger mittels Induktion übertragen werden.
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Ein großes Problem stellt dabei die Versorgung des kabelgebundenen Senders mit Signalen und Energie dar.
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Derzeitig ist die Ansteuerung von Aktoren bspw. Spannmittel, auf der Werkstückpalette meistens über Hydraulik gelöst. Hierbei ist die gezielte Steuerung der einzelnen Spannelemente nur eingeschränkt möglich. Drehdurchführungen zum Übertragen des Druckes vom festen auf den rotierenden Teil des Tisches, stellen zudem eine Fehlerquelle (bspw. Dichtungen) dar. Auch müssen die Übertragungselemente in hoher Genauigkeit ausgeführt werden.
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Mittlerweile gibt es auch Verfahren elektrische Energie und Signale auf den Werkstückträger zu übertragen (
DE 10 2019 211 472 A1 ). Dabei werden Signale und Energie über Schleifkontakte vom feststehenden Teil des Maschinentisches auf den rotierenden Teil des Tisches übergeben. Die Übergabe auf den Werkstückträger (wechselbare Palette) erfolgt dann über Kontakte.
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Es werden weiterhin eine erste und eine zweite Übertragungseinheit benötigt, wobei ein erstes und ein zweites Element relativ zueinander drehbar gelagert sind. Das erste Element ist zur Signal- und/oder Energieübertragung mit der Steuereinheit verbunden und die erste Übertragungseinheit dazu eingerichtet, Signale und/oder Energie zwischen dem ersten Element und dem zweiten Element zu übertragen. Weiterhin ist die zweite Übertragungseinheit dazu eingerichtet, Signale und/oder Energie zwischen dem zweiten Element und einer Palette, die lösbar auf einer Palettenaufnahme der Werkzeugmaschine befestigt ist, zu übertragen, wobei mindestens eine elektronische Komponente zur Signal- und/oder Energieübertragung mit der Palette verbunden ist.
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Die erste Übertragungseinheit und/oder die zweite Übertragungseinheit weisen dabei kontaktlose oder kontaktbehaftete Übertrager auf.
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Auch aus der Druckschrift
EP 3 028 804 A1 ist eine Übertragungsanordnung, insbesondere zur Energie- und/oder Signalübertragung, insbesondere zur Verwendung in einem Bearbeitungszentrum bzw. einem Dreh- und/oder Fräszentrum, umfassend eine Spanneinheit bekannt. Dabei ist eine erste Übertragungseinrichtung vorgesehen, die mit einer Konsole verbunden und mindestens eine zweite Übertragungseinrichtung, die mit der Spanneinheit verbunden ist, wobei die Spanneinheit lösbar auf dem Drehtisch befestigt ist und die erste und zweite Übertragungseinrichtung dazu ausgebildet sind, elektrische Energie zum Antrieb des Elektromotors berührungslos, vorzugsweise induktiv, zwischen einer ersten Übertragungseinrichtung und einer zweiten Übertragungseinrichtung zu übertragen.
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Nachteilig bei den vorgenannten Lösungen ist die Verwendung mehrerer Übertragungseinheiten, wodurch die Anzahl der Bauelemente, die elektrischen Verluste und die Anfälligkeit erhöht wird.
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Aufgabe der Erfindung ist es eine Anordnung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und Signalen von einer Steuereinheit einer Werkzeugmaschine auf Tischbaugruppe und einen Werkstückträger der Werkzeugmaschine zu entwickeln, welche einen einfachen konstruktiven Aufbau aufweist, eine Reduktion der Übertragungselemente auf ein Minimum ermöglicht und somit Fehlerquellen reduziert, wie sie z.B. Schleifkontakte oder Drehdurchführungen darstellen können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des ersten Schutzanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Die erfindungsgemäße Anordnung zur kontaktlosen Übertragung von Energie und Signalen von einer Steuereinheit einer Werkzeugmaschine zu einem Werkstückträger weist einen Werkstückträger auf, welcher auf eine Tischbaugruppe der Werkzeugmaschine spannbar und lösbar ist und wobei ein oder mehrere Werkstücke mittels eines oder mehrerer Aktoren auf dem Werkstückträger befestigbar und lösbar sind, wobei eine elektrische Übertragungseinheit eingesetzt wird, bestehend aus einem Sender/Base und einem Empfänger/Remote, wobei der Sender von einem rotatorischen Teil der Tischbaugruppe entkoppelt in die Tischbaugruppe integriert ist und seine Signale und Energie kabelgebunden zugeführt werden und wobei der Empfänger in den Werkstückträger integriert und mit diesem drehbar auf einem rotatorischen Teil der Tischbaugruppe positionierbar ist, wobei der Empfänger mit einem Spalt über dem Sender angeordnet ist und von dem Sender Energie und Signale kabellos an den Empfänger übertragbar sind und die Aktoren über die vom Empfänger bereitgestellte Energie und Signale betätigbar sind.
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Die elektrische Übertragungseinheit zwischen Sender und Empfänger ist dabei insbesondere eine induktive Übertragungseinheit.
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Die Übertragung vom gestellfesten Sender zum rotierenden Empfänger wird daher induktiv und drahtlos über den Spalt realisiert.
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Dabei ist die Größe des Spaltes zwischen Sender und Empfänger abhängig von der zu übertragenden Leistung. Wird der Spalt größer, so reduziert sich die übertragbare Leistung.
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Der Sender ist somit vom rotatorischen Teil der Tischbaugruppe entkoppelt angeordnet ist.
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Dazu wird der Sender über eine feststehende Achse in der Mitte der Tischbaugruppe aufgenommen, wobei der Sender am oberen Ende der Achse befestigt ist.
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Die die Achse ist insbesondere hohl ausgeführt, so dass durch die Achse von der Steuereinheit der Werkzeugmaschine über ein oder mehrere Kabel Energie und Signale zum Sender geleitet werden können.
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Von dem in den Werkstückträger integrierten Empfänger führt ebenfalls mindestens ein Kabel zur Energie- und Signalübertragung zu dem/den Aktoren, mit welchen die Spannung des /der Werkstücke auf dem Werkstückträger realisiert wird.
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Nach dem Positionieren des Werkstückträgers auf der Tischbaugruppe sollten Sender und Empfänger fluchtend mit Spalt übereinander liegen.
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Der Werkstückträger z.B in Form der Palette wird dabei über eine reproduzierbare, ortsgenaue und automatisierte Spannung einer Tischbaugruppe mittels Spannkonen aufgenommen. Zur Realisierung der Spannung des Werkstücks auf dem Werkstückträger weist der Werkstückträger entsprechende vorgenannte Aktoren auf, die das Spannen und Lösen des Werkstücks realisieren.
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Dafür wird erstmalig eine elektronische Übertragungseinheit eingesetzt, bestehend aus einem Sender (Base) und einem Empfänger (Remote). Der Sender bekommt seine Signale und Energie kabelgebunden von einer Steuerung (Maschinensteuerung) zugeführt und überträgt Energie und Signale kabellos an den Empfänger.
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Die Aktoren zur Betätigung der Spannelemente für die Spannung des Werkstücks werden nun kabelgebunden mit Energie und Signalen vom Empfänger versorgt. Mittels der Aktoren erfolgt die Spannung des Werkstücks auf dem Werkstückträger.
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Die Übertragung vom bevorzugt gestellfesten Sender zum bevorzugt rotierenden Empfänger erfolgt drahtlos über einem Spalt, welcher Abhängig von der zu übertragenen Leistung ist. Sender und Empfänger können dabei relativ zueinander verdreht werden.
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Je größer der Spalt gewählt würde, desto höher würden die energetischen Verluste und desto geringer die übertragbare Leistung.
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Daher sollte der Spalt kann minimal ausgeführt werden, so dass somit Verluste in der Übertragung von Energie und Daten minimiert werden.
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Bevorzugt sollte der Spalt maximal 8 mm, insbesondere maximal 5 mm betragen.
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Um eine Übertragung vom feststehenden Tischteil in den rotierenden Tischteil zu vereinfachen, wurde der Sender vom rotatorischen Teil entkoppelt, d.h. separat in der Tischmitte der Tischbaugruppe angeordnet. Über eine feststehende Achse in der Mitte der Tischbaugruppe wird der Sender auf Position gehalten.
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Bevorzugt ist dabei die elektronische Übertragungseinheit in Form einer induktiven Übertragungseinheit ausgeführt.
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Alternativ ist es auch möglich, die Übertragungseinheit auf kapazitiver Basis, mittels infraroten Lichts oder elektromagnetischen Wellen oder Ultraschallwellen zur Übertragung der Steuerimpulse (Signale) und/oder von Energie zu verwenden. Dabei müssen ebenfalls entsprechende Sender und Empfänger verwendet werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung können die Kabel des Senders problemlos geführt werden und eine Übertragung mittels Schleifrings o.ä. auf den Empfänger entfällt.
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Der Empfänger ist dabei bevorzugt in den rotierenden Teil, insbesondere im Werkstückträger (Palette) integriert und rotiert über den Sender, der nicht dreht und im gestellfesten Teil der Tischbaugruppe angeordnet ist.
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Mit der erfindungsgemäßen Lösung von zwei zueinander kontaktlos installierten Übertragungselementen (Sender und Empfänger) können elektrische Verluste und Fehlerquellen minimiert, sowie die erforderliche Genauigkeit von Komponenten und damit Kosten, reduziert werden.
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Der Werkstückträger ist dabei insbesondere wechselbar ausgeführt und jeder Werkstückträger, der auf dem Tisch positioniert wird, wird mit einem Empfänger und einem oder mehren Aktoren zur Spannung des Werkstücks versehen.
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Weniger Teile bedeuten auch weniger Fehlerquellen bei der Montage. Durch drahtlose, insbesondere induktive, Übertragung der Energie und der Signale kann die Genauigkeit von Bauteilen und damit auch Kosten reduziert werden. Durch weniger benötigten Bauteile erhöht sich die Zuverlässigkeit der Übertragung und des Gesamtsystems (Senkung von Fehlschaltungen und damit eventuell auch Bauteilverluste) auf ein Minimum.
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Die Reduzierung von Übertragungselementen führt auch zur Minimierung von energetischen Verlusten.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels und zugehöriger Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 Darstellung einer Tischbaugruppe,
- 2 3D-Darstellung einer Tischbaugruppe mit Palette zur Aufnahme eines Werkstücks,
- 3 Längsschnitt durch die Tischbaugruppe mit Palette,
- 4 Längsschnitt durch die drehfesten/gestellfesten Bauteile zur Aufnahme des Senders,
- 5 die dreidimensionale Darstellung gemäß 2 mit Spannmittel für ein Werkstück.
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1 zeigt die dreidimensionale Darstellung einer Tischbaugruppe 1 einer Werkzeugmaschine.
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Die Tischbaugruppe 1 weist ein gestellfestes Tischgehäuse 2 auf, welches mit einer Lagerplatte 2.1 versehen ist. Das Tischgehäuse 2 nimmt eine rotierend zum Tischgehäuse 2 gelagerte Planscheibe 3 auf, welche mit Spannkonen 4 versehen ist, die zur Aufnahme und Spannung eines hier nicht dargestellten Werkstückträgers ausgebildet sind. Durch die Planscheibe 3 ragt eine gestellfeste Halterung 5, welche den ebenfalls gestellfesten Sender (Base) 6.1 aufnimmt.
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Die Spannkonen 4 sind hier beispielsweise um die Längsachse A des Tisches und der Planscheibe 3 in gleichen Abständen angeordnet. Die Halterung 5 und der Sender 6.1 sind übereinander und zentrisch zur Längsachse A der Tischbaugruppe 1 angeordnet. Der Sender 6.1 ist ringförmig ausgebildet und wird über eine erste Druckplatte 13 und Verschraubungen 7 befestigt.
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In der Tischbaugruppe 1 führt eine nicht dargestellte Kabelzuführung mit nicht dargestellten Kabeln zur Übertragung von Energie und Signalen von einer Maschinensteuerung zum Sender 6.1. Die Kabelzuführung 8 dient zur Versorgung des nicht dargestellten Torque-Antriebsmotors mit Energie.
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Die Tischbaugruppe 1 wird über das Tischgehäuse 2 mit einer Schraubenverbindung 7.2 mit einem nicht dargestellten Gestellbauteil mit dem Bearbeitungszentrum verbunden.
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2 zeigt die dreidimensionale Darstellung gemäß 1 mit einem auf der Tischbaugruppe 1 mittels der Spannkonen 4 aufgenommenen Werkstückträger 10 zur Aufspannung eines nicht dargestellten Werkstücks.
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Die Planscheibe 3 mit den Spannkonen 4 und dem Werkstückträger 10 sind somit rotierende Teile.
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Der Längsschnitt durch die Tischbaugruppe 1 mit Werkstückträger 10 gemäß 2 ist in 3 dargestellt.
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Es ist das gestellfeste Tischgehäuse 2 mit der Lagerplatte 2.1 ersichtlich, welche nach unten von einer Bodenplatte 2.2 verschlossen wird. In der Lagerplatte 2.1 wird eine Drehdurchführungswelle 11 drehbar geführt. Die zentrische Bohrung der Lagerplatte 2.1 ist als Drehdurchführungsnabe 11.2 ausgeführt. Beide Elemente bilden eine Drehdurchführung zur hydraulischen Ansteuerung der Spannkonen 4.
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Der rotatorische Antrieb der Planscheibe 3, des Werkstückträgers 10 und der Drehdurchführungswelle 11 erfolgt bevorzugt mittels eines elektrischen Antriebs in Form eines Torque-Motors T, dessen Stator T1 über einen Befestigungsring R mit der Lagerplatte 2.1 gestellfest verbunden ist und dessen Rotor T2 (Außenläufer) mit der Planscheibe 3 verbunden/verschraubt ist. Dadurch dreht die Planscheibe 3 mit dem Rotor T2 des Torque-Motors T. Infolge dessen dreht sich auch der mittels der Spannkonen 4 auf der Planscheibe 3 aufgespannte Werkstückträger 10 mit, wenn die Planscheibe 3 rotiert.
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Die Drehdurchführungswelle 11 ist an ihrem oberen Ende mittels eines Flansches 11.1 und mittels nicht dargestellter Befestigungselemente mit der Planscheibe 3 verbunden. Das Spannen und/oder Lösen des Werkstückträgers 10 auf der Planscheibe 3 erfolgt bevorzugt mittels hydraulischer und/oder pneumatischer Betätigung.
Über nicht dargestellte Anschlüsse zur Zuführung der Fluide zur Drehdurchführung, bestehend aus den Elementen 11 mit 11.1 und 11.2, wir die (bevorzugt hydraulische) Betätigung der Spannkonen 4 ausgeführt.
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Durch die Drehdurchführungswelle 11 führt eine feststehende Achse 12, die an ihrem unteren Ende an der Bodenplatte 2.2 mittels nicht bezeichneter Befestigungselemente befestigt ist und deren Längsachse mit der Längsachse A der Tischbaugruppe 1 fluchtet. An dem oberen Ende der Achse 12 schließt die gestellfeste Halterung 5 für den ebenfalls feststehenden Sender 6.1 an, der ringförmig ausgebildet ist. Über eine erste Druckplatte 13, die zentrisch im Sender 6.1 sitzt, und entsprechende nur gestrichelt angedeutete Verschraubungen 7 wird der Sender 6.1 an der Halterung 5 befestigt.
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Zentrisch über dem ringförmig ausgebildeten Sender 6.1 ist der rotierende Bestandteil der induktiven elektronischen Übertragungseinheit in Form des bevorzugt ebenfalls ringförmigen Empfängers 6.2 angeordnet, wobei zwischen Sender 6.1 und Empfänger 6.2 ein Spalt S vorhanden ist, so dass der Empfänger 6.2 mit dem Werkstückträger 10 und der Planscheibe 3 frei rotieren kann.
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Die Halterung des Empfängers 6.2 an dem Werkstückträger 10 erfolgt beispielsweise mittels einer zweiten Druckplatte 14, welche zentrisch in dem Empfänger 6.2 positioniert ist und den Empfänger 6.2 gegen die Anlagefläche 15.1 einer Ausnehmung 15 des Werkstückträgers 10 presst. Von oben (zentrisch zur Achse A) ist dazu in dem Werkstückträger 10 ein Zentriereinsatz 16 befestigt, mit dem die zweite Druckplatte 14 über Verbindungselemente 17 verbunden ist.
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Der Sender 6.1 und der Empfänger 6.2 weisen zu Ihrer Befestigung jeweils einen nicht bezeichneten Anschlag auf, gegen welche jeweils eine Durchmessererweiterung der ersten bzw. zweiten Druckplatte 13, 14 wirkt.
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Sender 6.1 und Empfänger 6.2 sind als eine induktive Übertragungseinheit ausgeführt.
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Zwischen der ersten Druckplatte 13 und der zweiten Druckplatte 14 muss dabei ebenfalls ein Spalt ausgebildet sein, bevorzugt in der Größenordnung des Spaltes S.
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Durch die hohl ausgeführte Achse 12 führt dabei eine nicht dargestellte Verkabelung zur Übertragung von Energie und Signalen von einer nicht dargestellten Steuereinheit der Werkzeugmaschine zum Sender 6.1, von diesem werden Energie und Signale kabellos über den Spalt S an den Empfänger 6.2 übertragen.
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Vom Empfänger 6.2 werden mittels Kabel (nicht dargestellt) Energie und Signale zu dem/den Aktoren (nicht dargestellt) auf dem Werkstückträger 10 übertragen. Mittels der Aktoren erfolgt nun die Spannung des Werkstücks auf der Palette (Werkstückträger 10) oder die Betätigung von Spannelemente zur Spannung des Werkstücks auf dem Werkstückträger 10.
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Die 4 zeigt zur Verdeutlichung den feststehenden Teil der Gehäusebaugruppe zur Aufnahme des Senders 6.1 der induktiven Koppelstelle.
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In dieser Darstellung sieht man die Befestigung des induktiven Senders 6.1, der mittels der ersten Druckplatte 13 besser.
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Der Sender 6.1 wird durch Verschraubungen 7 durch die mittlere Druckplatte 13 auf der gestellfesten Halterung 5 geklemmt.
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Die Halterung 5 sitzt auf einer U-förmigen/napfförmigen Aufnahme 5.1, die mittels einer Buchse 5.2 und Schrauben 5.3 mit einem Flansch 12.1 der feststehenden Achse 12 verschraubt ist. Die feststehende Achse 12 ist an ihrem unteren Ende mit der gestellfesten Bodenplatte 2.2 drehfest verbunden.
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Das Befestigungsprinzip des Empfängers 6.2 in dem Werkstückträger 10 (der Palette) ist ähnlich. Die mittlere Druckplatte 14 wird jedoch in dem Zentriereinsatz 16 über Verbindungselemente 17 verschraubt (siehe 3).
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In 5 wird zur Verdeutlichung ein auf dem Werkstückträger 10 aufgenommener Aktor 18 gezeigt, welcher hier als elektrisch angesteuerter Aktor in Form eines Schraubstocks mit zwei Spannbacken 19 ausgebildet ist.
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Die Verbindung vom Empfänger (hier nicht sichtbar) zum Aktor 18 (hier Schraubstock) zur Übertragung von Energie und Signalen erfolgt über ein Kabel 20, welches mit dem Empfänger (hier nicht ersichtlich) über eine Anschlussbuchse 10.1 in dem Werkstückträger 10 und mit einer Anschlussbuchse 21 des Aktors 18 verbunden ist. Zwischen den Spannbacken 19 des Aktors 18 wird das nicht dargestellte Werkstück positioniert und durch Schließen der Spannbacken 19 gespannt. Die Spannbacken 19 des Aktors 18 sind elektrisch betätigbar.
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Je nach Art des zu bearbeitenden Werkstücks können auch andere Spannmittel/Aktoren zur Spannung des Werkstücks auf der Palette/dem Werkstückträger 10 eingesetzt werden.
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Durch die erfindungsgemäße Lösung wird Ansteuerung von Aktoren bspw. Spannmittel, auf der Werkstückpalette/dem Werkstückträger 10 mittels Hydraulik abgelöst, die Anzahl der Bauteile reduziert und Fehlerquellen beseitigt.
Weiterhin entfallen Zwischenübertragungselemente Schleifkontakte.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102019211472 A1 [0007]
- EP 3028804 A1 [0010]
