KR20160067784A - 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템 - Google Patents
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Abstract
선반 및/또는 밀링 장치의 머시닝 센터에 사용되어 에너지 및/또는 신호를 전송하는 전송시스템으로, 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(12)과, 이 외부 하우징(12) 내에 수납되는 내부 하우징(15)과 함께, 작동 방향(A)으로 조정 가능하게 내부 하우징(15) 내에 유지되는 내부 실린더(11)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 전송하도록 구성되고, 내부 하우징(15)은 스프링(13, 14)을 통해 외부 하우징(12)에 지지되고, 외부 하우징(12)에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(21)를 형성하고, 전기 모터(16)가 클램핑 유닛(2) 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단(17-20)을 통해 내부 실린더(11)에 작동 방향(A)으로 힘을 가하는 클램핑 유닛(2)과, 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(5)를 가지는 콘솔(4)과, 이 콘솔(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(6)와, 그리고 클램핑 유닛(2)에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치(7)를 구비하며, 클램핑 유닛(2)은 회전대(5)에 해제 가능하게 고정되고, 그리고 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)는 전기 모터(16)를 구동할 전기 에너지를 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7) 간의 유도 방식으로 전송하도록 구성된다.
Description
본 발명은 바람직하기로 선반(turning center)과 밀링 장치(milling center)의 머시닝 센터(machining center)에 사용될 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템(transmission arrangement)에 관한 것으로, 이 전송 장치는 클램핑 유닛(clamping unit)과, 그 내부에 회전 가능하게 지지되는 회전대(rotary table)을 가지는 콘솔(console)과, 청구범위 제1항 또는 제2항의 특징들에 의한 제1 및 제2 전송 수단(transmission means)을 구비한다.
머시닝 센터(machining center)에서 작업물(workpiece)과 툴(tool)은 장치대(machine table) 상에 클램핑(clamping)된 작업물을 가공하기 위해 서로에 대해 이동된다. 툴 또는 작업물을 클램핑하는 척(chuck)을 포함하는 클램핑 수단을 플러그(plug) 연결을 통해 전원이나 장치 제어 유닛에 연결하는 방식이 당업계에 공지되어 있다. 회전식 척(rotary chuck)에는 플러그 연결 이외에 미끄럼 접촉(sliding connection) 역시 공지되어 있지만 이는 그 작동원리 때문에 심각한 마모(wear and tears)를 겪게 된다. 척이 정지하여 클램핑 수단의 운동 자유도가 회전 작동을 할 수 없도록 엄격히 제한되는 경우는 플러그를 통한 연결만이 가능하다.
본 발명의 과제는 바람직하기로 선반 및/또는 밀링 장치의 머시닝 센터에 사용되어 툴(tool)로 가공(machining)할 때 가능한 최대의 운동 자유도(freedom of movement)를 허용하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템(transmission arrangement)을 제공하는 것이다. 이 전송 시스템은 바람직하기로 회전요소들과 머시닝 센터 사이의 에너지 및/또는 신호의 전송에 적합해야 한다. 바람직하기로, 이 전송 시스템은 가공 작동(machining operation) 동안에 클램핑 유닛(clamping unit)을 감시 및/또는 제어함으로써 작동 안전성과 가공 정밀도(machining precision)을 향상시켜야 한다. 또한 이 전송 장치는 작업물이나 툴을 클램핑할 때 가능한 최대의 유연성(flexibility), 양호한 근접성(accessibility), 그리고 간단한 운전성(operability)을 보장해야 한다. 바람직하기로, 어떤 머시닝 센터, 어떤 작업물이나 어떤 툴에 이 전송 시스템을 특별히 맞출 필요는 없다.
본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 선반 및/또는 밀링 장치의 머시닝 센터에 사용되어 에너지 및/또는 신호를 전송하는 전송시스템에 있어서,
- 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(12)과, 이 외부 하우징(12) 내에 수납되는 내부 하우징(15)과 함께, 작동 방향(A)으로 조정 가능하게 내부 하우징(15) 내에 유지되는 내부 실린더(11)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 전송하도록 구성되고,
내부 하우징(15)은 스프링(13, 14)을 통해 외부 하우징(12)에 지지되고, 외부 하우징(12)에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(21)를 형성하고,
전기 모터(16)가 클램핑 유닛(2) 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단(17-20)을 통해 내부 실린더(11)에 작동 방향(A)으로 힘을 가하는 클램핑 유닛(2)과,
- 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(5)를 가지는 콘솔(4)과,
- 이 콘솔(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(6)와, 그리고
- 클램핑 유닛(2)에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치(7)를 구비하며,
클램핑 유닛(2)은 회전대(5)에 해제 가능하게 고정되고, 그리고
제1 및 제2 전송 장치(6, 7)는 전기 모터(16)를 구동할 전기 에너지를 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7) 간의 유도 방식으로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템을 제공한다.
또한 본 발명의 실시예에서는 상기 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템에서
- 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(12)과, 이 외부 하우징(12) 내에 수납되는 내부 하우징(15)과 함께, 작동 방향(A)으로 조정 가능하게 내부 하우징(15) 내에 유지되는 내부 실린더(11)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 전송하도록 구성되고,
내부 하우징(15)은 스프링(13, 14)을 통해 외부 하우징(12)에 지지되고, 외부 하우징(12)에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(21)를 형성하고,
전기 모터(16)가 클램핑 유닛(2) 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단(17-20)을 통해 내부 실린더(11)에 작동 방향(A)으로 힘을 가하는 클램핑 유닛(2)과,
- 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(5)를 가지는 콘솔(4)과,
- 이 콘솔(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(6)와, 그리고
- 클램핑 유닛(2)에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치(7)를 구비하며,
클램핑 유닛(2)이 회전대(5)에 해재 가능하게 고정되고 센서 장치들(39, 40, 41)들을 구비하며, 그리고
제 1및 제2 전송 장치(6, 7)가 센서 장치들(39, 40, 41)에서 생성된 신호를 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송장치(7) 사이의 유도 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템을 제공한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 리튬 이온 배터리 등의 충전식 배터리(80)가 클램핑 유닛(2)에 일체로 배치되고, 충전식 배터리(80)를 충전 및/또는 방전시키기 위한 전기 에너지가 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7) 사이의 유도 방식으로 전송된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)가 서로 한 쌍으로 협조하는 1차 및 2차 코일(81, 82)로 기능하여
- 제1 전송 장치(6)로부터 제2 전송 장치(7)로 전기 에너지 및/또는
- 제2 전송 장치(7)로부터 제1 전송 장치(6)로 잠금, 해제, 힘, 경로 및/또는 속도 등의 센서 신호를
바람직하기로 유도 방식으로 전송한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제2 전송 장치(7)가 클램핑 유닛(2)의 중심축(M)으로부터 편심, 바람직하기로 클램핑 유닛(2)의 내부에서 외부 하우징을 향해 횡으로 편심된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제2 전송 장치(7)가 클램핑 유닛(2)의 중심축(M)과 동축으로 클램핑 유닛(2) 상의 하측 외부 하우징 부재(51) 밑에 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7)가 바람직하기로 원형 또는 고리형 전면(61, 71)을 가져 그 사이에 바람직하기로 축방향의 전송갭(9)이 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7)가 바람직하기로 외주면을 가져 그 사이에 바람직하기로 반경 방향의 전송갭(9)이 형성된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 단일한 제1 전송 장치(6)와 단일한 제2 전송 장치(7)가 제공되어 전기 모터(16)를 구동하기 위한 전기 에너지와 충전식 배터리(80)를 충전 및/또는 방전시키기 위한 전기 에너지 및/또는 적어도 하나의 센서 신호를 전송한다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1 및/또는 제2 전송 장치(6, 7)가 회전 대칭, 바람직하기로 원통형의 기본적 형태를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 제1 전송 장치(6)가 바람직하기로 제1 전송 장치(6)의 전면(61)보다 작은 단면의 축방향으로 연장되는 전송축(63)을 가지며 그 내부에 예를 들어 케이블 또는 버스 시스템 등 전기 에너지 및/또는 센서 신호를 안내하는 복수의 도선(64)이 배치된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 회전대(5)가 그 내부로 제1 전송 장치(6)의 전송축(63)이 돌출되는 중공축(8)에 의해 구동된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 회전대(5)가 그 내부로 제1 전송 장치(6) 및/또는 제2 전송 장치(7)가 진입되는 중앙의, 바람직하기로 원통형의 홈(59)을 가진다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 전송갭(9)의 폭이 0.1mm 내지 10mm, 바람직하기로 0.5mm 내지 5mm, 더 바람직하기로 약 1mm이다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 센서 장치들(39, 40, 41)과 제2 전송 장치(7)가 바람직하기로 외부 및/또는 내부 하우진의 개구부를 통해 안내되는 케이블에 의해 신호 도전 방식으로 연결된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 내부 하우징(15)이 하나 또는 복수의 나선 스프링(13)과 하나 또는 복수의 가스압 스프링(14) 등 다른 구조적 설계의 복수의 스프링(13, 14)를 통해 외부 하우징(12)에 지지된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 필요시, 바람직하기로 구동 기구(16)가 정지 위치에 있을 때 기어 수단(17-19)을 구속하는 구속 장치(28)가 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 센서 장치(39, 40, 41)들이
- 구속 장치(28)가 잠금 위치에 있는가 여부를 파악하여 대응하는 잠금 또는 해제 신호를 제2 전송 장치(7)에 송신하도록 구성 및 의도된 구속 센서 수단(39)를 구비하고, 및/또는
- 내부 하우징(15)의 외부 하우징(12) 내에서의 조정 위치 및/또는 스프링력 저장부(21)에 저장된 반발력을 검출하여 제2 전송 장치(7)로 송신하는 센서 장치(40)를 구비하며, 및/또는
전기 모터(16), 출력축(20) 및/또는 기어 수단(17-19)의 회전 운동을 검출하여 대응하는 신호를 제2 전송 장치(7)로 송신하는 센서 장치(41)를 구비한다.
이하 본 발명과 그 추가적인 특징 및 이점들을 첨부된 도면을 참조로 한 예시적 실시예들을 기초로 상세히 설명한다.
도 1은 편심 배치된 전송 장치를 가지는 본 발명 전송 시스템의 제1 실시에의 개략 단면도,
도 2는 전면들을 통한 커플링을 가지는 본 발명 전송 시스템의 제2 실시에의 개략 단면도,
도 3은 외주면들을 통한 커플링을 가지는 본 발명 전송 시스템의 제3 실시예를 보이는 개략 단면도,
도 4는 중심에 배치된 제2 전송장치와 편심 배치된 제1 전송장치를 가지는 본 발명 전송 시스템의 제4 실시예의 개략 단면도,
도 5a는 전면들을 통한 커플링을 가지는 제1 및 제2 전송 장치의 한 실시예를 보이는 개략 사시도,
도 5b는 외주면들을 통한 커플링을 가지는 제1 및 제2 전송 장치의 한 실시예를 보이는 부분 단면 사시도,
도 5c는 본 발명 전송 시스템의 한 실시예의 블록도,
도 6은 본 발명 클램핑 유닛의 한 실시예를 보이는 사시도,
도 7은 도 6의 본 발명 클램핑 유닛을 보이는 단면도,
도 8은 도 6의 본 발명 클램핑 유닛을 충전식 배터리를 포함하여 도 7의 IV-IV선을 따라 취한 단면도, 그리고
도 9는 효율적이며 달리 설계된 스프링들의 스프링 특성들이 병렬로 중첩된 본 발명 스프링력 저장부의 스프링 특성도이다.
도 1은 편심 배치된 전송 장치를 가지는 본 발명 전송 시스템의 제1 실시에의 개략 단면도,
도 2는 전면들을 통한 커플링을 가지는 본 발명 전송 시스템의 제2 실시에의 개략 단면도,
도 3은 외주면들을 통한 커플링을 가지는 본 발명 전송 시스템의 제3 실시예를 보이는 개략 단면도,
도 4는 중심에 배치된 제2 전송장치와 편심 배치된 제1 전송장치를 가지는 본 발명 전송 시스템의 제4 실시예의 개략 단면도,
도 5a는 전면들을 통한 커플링을 가지는 제1 및 제2 전송 장치의 한 실시예를 보이는 개략 사시도,
도 5b는 외주면들을 통한 커플링을 가지는 제1 및 제2 전송 장치의 한 실시예를 보이는 부분 단면 사시도,
도 5c는 본 발명 전송 시스템의 한 실시예의 블록도,
도 6은 본 발명 클램핑 유닛의 한 실시예를 보이는 사시도,
도 7은 도 6의 본 발명 클램핑 유닛을 보이는 단면도,
도 8은 도 6의 본 발명 클램핑 유닛을 충전식 배터리를 포함하여 도 7의 IV-IV선을 따라 취한 단면도, 그리고
도 9는 효율적이며 달리 설계된 스프링들의 스프링 특성들이 병렬로 중첩된 본 발명 스프링력 저장부의 스프링 특성도이다.
본 발명의 실시예를 더욱 상세히 설명한다.
본 발명의 과제는 청구범위 제1항 또는 제2항에 의한 전송 시스템에 의해 해결된다.
이 과제는 바람직하기로 선반과 밀링 장치의 머시닝 센터에 에너지 및/또는 신호 전송을 위한 전송 시스템에 의해 해결되는데, 이 전송 시스템은
- 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(outer housing)과, 이 외부 하우징 내에 수납되는 내부 하우징(inner housing)과 함께, 작동 방향(actuating direction; A)으로 조정 가능하게 내부 하우징 내에 수납되는 내부 실린더(inner cylinder)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 인가하도록 구성되고,
내부 하우징은 스프링을 통해 외부 하우징에 지지되고, 외부 하우징에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(spring force storage)를 형성하고,
전기 모터가 클램핑 유닛 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단을 통해 내부 실린더에 작동 방향(A)으로 파지력을 가하는 클램핑 유닛(clamping unit)과,
- 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(rotary table)를 가지는 콘솔(console)과,
- 이 콘솔에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(transmission device)와, 그리고
- 클램핑 유닛에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치를 구비하며,
클램핑 유닛은 회전대에 해제 가능하게 고정되고, 제1 및 제2 전송 장치는 전기 모터를 구동할 전기 에너지를 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치와 제2 전송 장치 간의 유도 방식(inductive manner)으로 전송하도록 구성된다.
클램핑 유닛 덕분에, 내부 실린더는 바람직하기로 클램핑 유닛의 축상 종방향과 일치하는 작동방향(A)을 따라 이동될 수 있는데, 이는 원통형 설계에 바람직한 구성이다. 이에 따라 예를 들어 작업물(workpiece)이나 툴(tool)을 고정시키기 위한 클램핑 유닛의 상부에 설치된 척(chuck)에 의해 클램핑 파지력(clamping force)이 인가된다. 스프링력 저장부는 이동 가능한 내부 하우징이 클램핑 유닛의 외부 하우징에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능한 한편 스프링에 의해 외부 하우징에 지지됨으로써 구현된다. 한편 전기 모터가 클램핑 유닛에 일체로 배치되는데, 바람직하기로 외부 하우징에 둘러싸이고, 더욱 바람직하기로 내부 하우징 내에 수납된다. 이 전기 모터는 내부 실린더에 작동 방향(A)으로 힘을 인가시키도록 기어 수단(gear means)을 구동시킨다. 기어수단은 바람직하기로 클램핑 유닛 내에 일체로 배치되는데, 바람직하기로 외부 하우징에 둘러싸이고, 더욱 바람직하기로 내부 하우징 내에 수납된다. 이러한 조합은 예를 들어 선반 및/또는 밀링장치의 머시닝 센터에 사용될 수 있는, 구조적으로 소형(compact)이고, 범용이며, 신뢰성 높고 사용하기 쉬운 클램핑 유닛을 형성한다. 이러한 클램핑 유닛은 예를 들어 스핀들 헤드(spindle head) 내의 툴의 고정이나 예를 들어 장치대 상의 작업물의 고정에 모두 사용될 수 있다.
"콘솔(console)'이라는 용어는 일반적으로, 예를 들어 선반 및/또는 밀링 장치의 머시닝 센터의 장치대를 위한 기초 구조를 의미한다. 장치대는 평행 이동과 회전 이동이 가능하며 회전대(rotating table or rotary table)를 구비할 수 있다. 이 콘솔은 공간상 고정 상태로 설계될 필요가 없으며, 예를 들어 횡으로 미끄러지거나(cross-slide) 바람직하기로 수평 방향에 대해 축방향으로 이동 가능하거나 하나 또는 복수의 방향으로 경사 가능하게(tiltable) 장착된다,
회전대는 콘솔 내에 회전 가능하게 장착되어 클램핑 유닛이 회전대에 부착되었을 때 클램핑 유닛의 회전을 허용한다. 클램핑 유닛은 예를 들어 나사와 회전대 표면의 대응하는 T형 슬롯(slot) 또는 사다리꼴 슬롯을 통한 연결 플랜지(fastening flange)에 의해 강제 압입(force-fitting) 방식으로 회전대에 해제 가능하게 부착된다. 클램핑 유닛의 부착상태에서 바람직하기로 회전 대칭인 클램핑 유닛의 중심축은 바람직하기로 회전대의 회전축과 일치한다. 클램핑 유닛은 회전대의 회전과 예를 들어 콘솔에 의한 회전대의 추가적 이동과 경사에 의해, 바람직하기로 그 위에 위치 및 연결된 척과 함께 이동할 수 있다.
회전대의 회전은 상대운동, 바람직하기로 클램핑 유닛과 콘솔 간의 상대 회전을 적어도 일시적으로 형성한다. 반면 회전대는 파지된 작업물을 예를 들어 회전하는 툴에 적절히 가공(machining)하기 위해 비교적 느리게 회전하거나 파지된 작업물을 예를 들어 고정된 툴에 대해 이동시키기 위해 비교적 빠르게 회전한다. 이에 따라 클램핑 유닛은 회전대와 함께 또는 각 부분이 예를 들어 콘솔에 대해 서로 다른 방향을 향해 부분적으로 복수의 회전들을 순차적으로 수행한다. 원칙적으로 회전대는 바람직하기로 선반 및/또는 밀링장치의 장치 툴의 스핀들을 통해 구동될 수 있다.
전송 시스템은 비접촉, 바람직하기로 예를 들어 유도 커플링(inductively coupled) 등의 유도 방식으로 서로 맞물리는 제1 전송 장치와 제2 전송 장치를 구비한다. 제1 전송 장치가 콘솔에 결합된 반면, 제2 전송 장치는 클램핑 유닛에 결합된다. 이 전송 장치들은 각각 콘솔과 클램핑 유닛에 해제 가능하게 결합되고 바람직하기로 이들에 전체적 또는 부분적으로 수납된다. "연결"이라는 용어는 전류 및/또는 신호 배선 관점의 전기공학적(electrotechnical) 연결과 고정 및 견고한 부착 관점의 기계적 연결을 모두 의미한다. 바람직하기로 제1 전송 장치는 콘솔의 관련 계통(reference system)에 고정된 반면, 제2 전송 장치는 클램핑 유닛과 회전대의 관련 계통에 고정되어 예를 들어 제1 전송 장치에 대해 회전하는 등의 운동을 할 수 있다. 이렇게 보면 제2 전송 장치는 회전자(rotor)이고 제1 전송 장치는 고정자(stator)를 구성한다. 각 전송 장치는 몇 가지 구성요소들을 구비할 수 있다. 몇 개의 전송 장치들이 조합되어 단일한 상위 전송 장치로 통합될 수 있다. 본 발명의 제1 및 제2 전송 장치는 정지 또는 회전중인 클램핑 유닛과 함께 전송용으로 커플링되어 비접촉의 에너지 및/또는 신호 전송을 가능하게 한다.
전기 모터를 구동시킬 동력이 될 전기 에너지는 바람직하기로 전송 시스템 밖의 외부 전원으로부터 제1 전송 장치를 통해 제2 전송 장치로 전송된다. 전기 모터는 바람직하기로 직류 모터지만 교류 모터 또는 서보 모터(servomotor)로 구현될 수 있다.
클램핑 유닛 내에 통합된 전기 모터를 구동하는 전기 에너지를 비접촉 전송하게 되면, 클램핑 유닛의 운동 자유도를 바람직하지 못하게 구속 및 제한하는 케이블 연결이나 플러그 연결을 클램핑 유닛에 구비할 필요가 없게 되므로 작업물을 가공하는데 가능한 최대의 이동 자유가 보장된다. 예를 들어 툴이나 작업물을 클램핑하여 머시닝 센터를 설정(set up)할 때, 방해되는 케이블이나 연결구들이 없으면 큰 유연성, 양호한 근접성과 간단한 조작성이 달성된다.
기어 수단은 전기 모터의 회전운동을 내부 실린더의 축방향 부하(loading)으로 변환하기 위해 예를 들어 슬리이브(sleeve) 나사 구동부(screw drive) 또는 유성 롤러(planetary roller) 나사 구동부를 구비한다. 바람직하기로 기어 수단은 모터 측에 설치된 웜(worm)과 출력 측에 설치된 웜휠(worm wheel)을 가지는 웜기어를 구비한다. 더 바람직하기로 웜휠은 슬리이브 나사 구동부나 유성 롤러 나사 구동부의 제1 내부 나사 부분 부재(first internally threaded partial element)에 토크 잠금(torque-locked) 방식으로 연결되고, 바람직하기로 이에 일체로 구성된다. 주지된 바와 같이 웜기어는 높은 감속비(reduction ratio)가 가능하다. 웜기어가 슬리이브 나사 구동부나 유성 롤러 나사 구동부에 동시에 맞물렸을 때, 웜휠은 결과적으로 슬리이브 나사 구동부 또는 유성 롤러 나사 구동부의 제1 부분 부재의 외주면(external peripheral surface)을 형성하게 되어, 전기 모터의 회전 운동이 적은 수의 구성 부품으로 내부 실린더의 축방향 이동으로 변환될 수 있다. 웜휠은 바람직하기로 내부 하우징에 대해 반경 방향 및/또는 축방향으로 지지, 바람직하기로 볼(ball)을 통해 지지되는 외주 하부 베어링 면(circumferential lower bearing surface)과 함께 외주 상부 베어링 면(circumferential upper bearing surface)을 구비한다.
클램핑 유닛이 비교적 납작한 구조로 구현될 수 있도록, 전기 모터의 출력축이 내부 실린더의 작동 방향(A)에 대해 직교하는 방향을 향하게 하는 것이 바람직하다. 웜기어가 구비되는 경우, 유사한 배려로 웜 역시 작동 방향(A)에 직교하게 연장되는 축(S)를 향하는 것이 바람직하다. 마지막으로, 웜기어가 구비될 때 클램핑 유닛의 소형 설계를 위해서는 웜을 전기 모터의 출력축에 직결하기보다는, 웜이 전기 모터의 출력축에 직교하도록 배치하는 것이 바람직하다. 출력축의 회전 운동의 웜에 대한 토크 잠금(torque-locked) 전송은 예를 들어 그 사이에 배치된 피니언 기어(pinion gear)에 의해 보장된다.
바람직하기로 내부 실린더는 적어도 하나의 부분, 바람직하기로 회전체 단면이 아닌 타원형 단면인 단면의 끝부분을 가져 내부 실린더를 외부 하우징에 회전 불가능하게 잠금(lock)한다. 예를 들어 타원형 단면의 내부 실린더는 특히 대응하는 타원형의 외부 하우징의 개구부(opening)를 관통함으로써 원하는 회전 방지 잠금이 달성된다.
본 발명의 과제는 바람직하기로 청구범위 제1항의 특징을 가지는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템에 의해 해결되는데, 이 전송시스템은:
- 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(outer housing)과, 이 외부 하우징 내에 수납되는 내부 하우징(inner housing)과 함께, 작동 방향(actuating direction; A)으로 조정 가능하게 내부 하우징 내에 수납되는 내부 실린더(inner cylinder)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 전송하도록 구성되고,
내부 하우징은 스프링을 통해 외부 하우징에 지지되고, 외부 하우징에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(spring force storage)를 형성하고,
전기 모터가 클램핑 유닛 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단을 통해 내부 실린더에 작동 방향(A)으로 파지력을 가하는 클램핑 유닛(clamping unit)과,
- 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(rotary table)를 가지는 콘솔(console)과,
- 이 콘솔에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(transmission device)와, 그리고
- 클램핑 유닛에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치를 구비하며,
클램핑 유닛은 회전대에 해제 가능하게 고정되고, 제1 및 제2 전송 장치는 센서 장치(sensor device)에서 생성된 신호들을 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치와 제2 전송 장치 간의 유도 방식(inductive manner)으로 전송하도록 구성된다.
상술한 클램핑 유닛, 콘솔, 회전대 및 전송 장치들의 바람직한 구성들은 후술할 본 발명의 이 특징들에 따른 전송 시스템에 적용된다.
클램핑 유닛은 클램핑 유닛에 일체로 배치되고, 바람직하기로 외부 하우징으로 둘러싸이고, 더 바람직하기로 내부 하우징에 수납되는 센서 장치를 구비한다. 센서 장치는 바람직하기로 예를 들어 힘, 이동 경로 또는 회전 속도를 측정하거나 어떤 상태를 감지하여 대응하는 센서 신호를 생성하는 센서를 구비한다. 이러한 센서는 여러 가지 다른 물리 법칙에 기초할 수 있다. 센서 장치는 바람직하기로 제2 전송 장치에 신호 유도(signal-inducing) 방식으로 연결된다. 제1 및/또는 제2 전송 장치는 예를 들어 센서의 측정 및/또는 상태 신호를 해석, 처리 또는 평가하는 요소들을 구비할 수 있다.
바람직하기로 전기적 신호는 신호들은 예를 들어 정전 방식(capacitive)이나 바람직하기로 유도 방식의 비접촉 방식으로 제1 및 제2 전송 장치 사이에 전송된다. 바람직하기로 신호들은 제1 전송 장치로부터 제1 전송 장치로 전송된다. 예를 들어 클램핑 유닛, 특히 척의 잠금 상태, 작업물에 현재 실제 인가되는 클램핑 파지력, 작동 방향(A)를 따른 클램핑 유닛의 이동 경로는 센서 장치에 의해 감지되고 대응 신호가 생성되어 제2 전송 장치에 공급된 뒤, 비접촉 방식으로 제1 전송 장치로 전송되어 머시닝 센터의 장치 제어 유닛(machine control unit)에 보내진다. 이 신호 전송은 예를 들어 센서 장치 제어 같이 반대 방향 또는 예를 들어 동시 전송 등 양방향으로 구현될 수도 있다. 또한 예를 들어 센서 수단을 구동하기 위한 반대방향 또는 예를 들어 양방향 동시의 신호 전송도 구현될 수 있다. 각 경우 센서 장치는 특정 신호를 전송하도록 할당된 특정 제1 전송 장치와 특정 제2 전송 장치를 가길 수 있다. 그러나 다른 센서 장치에 의해 생성된 다른 신호들을 제1 및 제2 전송 장치 사이에 전송하는 것 역시 가능하다.
바람직하기로 센서 장치에서 생성된 신호가 광학적 신호(light signal)가 될 수 있다. 센서 신호들은 제1 및 제2 전송 장치 사이에 광학적 신호의 형태로 전송될 수도 있다. 센서 장치는 광학적 신호를 생성하는 것으로 구성될 수 있다. 제1 및/또는 제2 전송 장치는 전기적 측정 신호를 광학적 신호로 변환시키거나 그 반대로 변환시키는 변환 요소를 구비할 수 있다. 예를 들어 제2 전송 장치 등의 전송 장치는 에를 들어 레이저나 LED 및/또는 예를 들어 광섬유 케이블 같은 광섬유 등의 광원(light source)을 구비하여 전송갭(transmission gap)을 통한 비접촉 방식으로 제1 전송 장치 등의 전송 장치에 광학적 신호 출력을 전송할 수 있다. 제1 전송 장치는 예를 들어 광전지(photo cell) 등으로 광학적 신호를 수신하여 대응하는 전기적 신호를 평가 또는 처리 또는 장치 제어 유닛으로 보낼 수 있다. 그러나 제1 전송 장치는 수신된 광학적 신호를 광섬유에 연결하여 광학적 신호로 신호를 보낼 수도 있다. 바람직하기로, 복수의 병렬 광섬유들과 대응하는 예를 들어 관전지 등의 복수의 수신 유닛들이 구비되어 다른 센서 신호들을 동시에 광학적으로 전송할 수 있다. 그러나 다른 센서 신호들이 한 광섬유를 사용해 주기적 등 일시적 연속(temporal succession)으로 전송될 수도 있다. 바람직하기로 광섬유는 회전축을 따라 연장되어 거기에 배치될 수 있다.
신호를 비접촉 전송하게 되면, 클램핑 유닛의 운동 자유도를 바람직하지 못하게 구속 및 제한하는 케이블 연결이나 플러그 연결을 클램핑 유닛에 구비할 필요가 없게 되므로 작업물을 가공하는데 가능한 최대의 이동 자유가 보장된다. 또한 신호를 비접촉 전송하게 되면, 고정 또는 이동, 예를 들어 회전하는 클램핑 유닛의 감시 및/또는 구동이 가공 작동중에 수행될 수 있어 가공 정밀도와 작동 안전성이 동시에 향상될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 제1 및 제2 전송 장치들은 전기 모터를 위한 전기 에너지와 센서 장치에서 생성된 신호 모두를 비접촉 방식으로 전송하도록 구성될 수 있다. 바람직하기로 센서 장치에 공급되기 위한 전기 에너지도 전송 장치들 사이에 비접촉 방식으로 전송될 수 있다.
이 전송 시스템의 전송 안전성은 전송 장치들을 머시닝 센터의 작업 영역(working area) 외부, 예를 들어 회전축 주위의 보호된 내부 영역, 바람직하기로 회전대와 콘솔 사이에 배치함으로써 더욱 향상될 수 있다. 예를 들어 가공 중에 발생되는 칩(chip) 또는 배출된 냉매는 이와 같이 보호되어 배치된 전송 장치들의 기능에 악영향을 끼칠 수 없다. 예를 들어 수동으로 꽂는 등 연결에 플러그 연결이 불필요하므로 오염되거나 손상되지 않고 그 결과 청소 등 빈번한 유지보수가 필요 없으므로, 작동 안전성과 효율 역시 전송 장치들이 비접촉 상태로 보호되어 기능함에 따라 향상된다. 이는 특히 자동화된 클램핑 작동에 중요한 이점을 가진다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 리튬 이온 배터리 등의 충전식 배터리가 클램핑 유닛에 일체로 배치될 수 있다. 충전식 배터리를 충전 및/또는 방전시키는 전기 에너지는 비접촉, 바람직하기로 유도 방식으로 제1 충전 장치와 제2 충전 장치 사이에 전송된다. 충전식 배터리는 바람직하기로 외부 하우징 내에 배치되고, 더 바람직하기로 내부 하우징 내에 수납된다. 복수의 충전식 배터리가 클램핑 유닛 내에 일체로 배치될 수도 있다. 충전식 배터리는 전기 모터에 전기 에너지를 공급할 수 있다. 예를 들어 클램핑 과정 중과 같이 전력(electric power) 소비가 큰 경우에는 충전식 배터리로부터의 전기 에너지와 함께 제2 전송장치에 비접촉식으로 전송된 전기 에너지 모두가 전기 모터를 구동하는데 공급될 수 있다. 예를 들어 전기 모터의 구동을 위해 충전식 배터리로부터 또는 유도 전송을 통해 공급되는 전력의 비율(percentage)은 충전식 배터리의 용량과 충전 상태와 함께 제1 및 제2 전송 장치의 특정한 설계에 따라 좌우된다. 예를 들어 1.5kW의 클램핑 출력(power)의 경우 500 내지 700W가 클램핑 유닛에 유도 전송될 수 있고 나머지 전력은 충전식 배터리로부터 공급된다. 전기 모터가 사용되지 않을 때는 클램핑 유닛이 회전하고 있더라도 충전식 배터리가 비접촉 방식으로 충전 또는 방전될 수 있다. 충전식 배터리는 작업물이나 툴의 교체 같은 에너지 집약적(energy-intensive), 즉 전력 집약적(power-intensive)인 클램핑 작동도 경제적으로 적절한 시간(economically acceptable time) 내에 클램핑 유닛에 의해 수행될 수 있게 하며, 이와 동시에 전송 장치들을 통한 충전식 배터리의 비접촉 충전에 의해 클램핑 유닛의 운동 자유도도 유지된다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제1 및 제2 전송 장치는 바람직하기로 서로 쌍으로 맞물리는 1차(primary) 및 2차(secondary) 코일로 기능하여, 제1 전송 장치로부터 제2 전송 장치로 전기 에너지를 전송하거나 및/또는 잠금, 해제, 힘, 경로 및/또는 속도 신호 등의 센서 신호들을 제2 전송 장치로부터 제1 전송 장치로 유도 방식으로 전송하게 된다. 예를 들어 전기 모터를 구동하는 전기 에너지를 전송하기 위해, 외부 전원으로부터 공급된 전류는 제1 전송장치 내에 배치된 1차 코일을 통과한다. 전기 모터를 구동할 전류가 제2 전송 장치 내에 배치된 2차 코일에 유도된다. 예를 들어 전기적 센서 신호를 전송하는 경우는 제2 전송 장치가 1차 코일로 기능하여 2차 코일로 기능하는 제1 전송 장치에 대응 신호가 유도된다. 각각 다른 신호나 전기 에너지를 전송할 수 있는 몇 개의 1차 및/또는 2차 코일을 제1 또는 제2 전송 장치에 배치하는 것도 가능하다. 1차 및/또는 2차 코일과 함께 제1 및 제2 전송장치의 부가적인 요소들은 바람직하기로 간섭의 영향으로부터 차폐되도록 보호될 수 있게 구성된다. 예를 들어 작업물을 가공할 때 발생되는 칩, 배출 냉매 또는 발생되는 진동은 전송 장치의 전송 기능에 영향을 미칠 수 있어서는 안 된다. 이는 한편으로 두 전송 장치를 회전대나 콘솔의 내부 영역에 보호된 상태로 배치함으로써 달성된다. 다른 한편, 코일들이 제1 및 제2 전송 장치에 노출된 상태 대신 덮개가 있거나 밀봉 또는 절연된 상태로 장착되도록 전송 장치 자체를 구성한다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제2 전송장치는 클램핑 장치의 중심축에 편심(eccentric), 바람직하기로 클램핑 유닛 내의 외부 하우징에 나란히(laterally) 배치된다. 중심축은 바람직하기로 원통형의 기본형태를 가지는 클램핑 유닛의 종축과 일치하는데, 클램핑 유닛의 종축은 클램핑 유닛이 회전대 상에 고정되었을 때 회전대의 회전축과 일치하며 내부 실린더의 작동 방향(A)을 향한다. 편심되게 배치된 제2 전송 장치는 이 경우 클램핑 유닛이 회전할 때 그 회전축 주위의 원형 궤도(circular orbit)를 형성한다. 바람직하기로 고정상태의 제1 전송 장치가 이 원형 궤도에 대해 배치되어 1회전의 시간 간격(time interval) 동안 제1 및 제2 전송 장치들이 적어도 일부 부분에서 대향하여 그 사이에 이를 통해 유도 커플링(inductive coupling)이 가능한 전송갭(transmission gap)이 형성(develope)된다. 제1 및/또는 제2 전송 장치는 예를 들어 원형 고리(circular ring)의 조각(segment) 형태를 가질 수 있다. 예를 들어 다른 신호들 또는 전기 에너지의 전송을 위해 몇 개의 제2 전송 장치들이 클램핑 유닛의 둘레에 걸쳐 배치(distribute)될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제2 전송 장치는 클램핑 유닛과 동축으로, 바람직하기로 클램핑 유닛의 하부, 더 바람직하기로 하측 외부 하우징 부재 상에 위치하도록 클램핑 유닛에 배치될 수 있다. 바람직하기로 제1 전송 장치는 제2 전송 장치와 동축으로 배치될 수 있다. 전기 에너지 및/또는 신호의 비접촉 전송은 전면 및/또는 외주면을 통해 구현된다. 이 경우 유도 커플링은 예를 들어 제2 전송 장치의 전체 외주면에 걸쳐 이뤄지듯 회전대의 위치와 무관하게(independent) 이뤄진다.
이와는 달리, 제2 전송 장치와의 커플링이 제2 전송 장치의 외주의 일부에서만 가능하도록 제1 전송장치가 클램핑 유닛의 중심축에 편심되게 배치될 수도 있다.
제2 전송 장치가 동축으로 장착되므로 제2 전송장치는 순수한 회전(pure rotation)을 수행하며 그 외주의 적어도 일부가 언제나 제1 전송 장치를 대향하도록 배치됨으로써 연속적인 커플링이 이뤄질 수 있다. 이는 회전대, 특히 클램핑 유닛이 회전하지 않거나 느리게 회전할 때 특히 유용하다. 이에 따라 높은 전송률(transmission rate), 즉 신뢰성이 달성될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제1 전송 장치와 제2 전송 장치는 바람직하기로 원형 또는 고리형 전면들을 가져 그 사이에 바람직하기로 축방향 전송갭이 형성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 전송 장치는 서로 동축이고 예를 들어 클램핑 유닛의 종축이 되는 회전대의 회전축에 직교하는 방향을 향하며 서로 평행한 전면들을 형성한다. 회전대의 수평 방향에는 두 전면들 사이에 축방향 전송갭이 수평방향으로 연장된다. 전면들은 원이나 고리의 조각만을 구성할 수도 있다. 전면은 단이 지거나(stepped) 기울어지게(slanted) 구성될 수도 잇다. 이 경우, 전면은 각각 다른 전송 장치에 할당된 다른 구역(sector)이나 부분(section)들로 분할되어 다른 신호 및/또는 전기 에너지가 한 전면을 통해 전송되도록 할 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제1 전송 장치와 제2 전송 장치는 그 사이에 반경 방향(radial) 전송갭이 형성되는 외주면들을 가질 수 있다. 예를 들어 제1 및 제2 전송 장치는 적어도 부분적으로 서로의 내부에 배치되어 제1 전송 장치는 제2 전송 장치의 내측 또는 외측에 배치될 수 있다. 반경 방향 전송갭은 제1 전송 장치와 제2 전송장치의 내측 및 외측 외주면 사이에 회전대가 수평 방향을 향할 때 바람직하기로 수직 방향으로 연장된다. 반경 방향 전송갭은 일부 부분 또는 전체 외주면에 연장될 수 있다. 유도 커플링이 외주면에 형성되면 전송면(transmission surface)은 제1 및 제2 전송 장치의 축방향 중첩 영역(axial overlapping zone)을 조정(adapt)함으로써 조절(adjust)될 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 단일한 제1 전송 장치와 단일한 제2 전송 장치가 전기 모터를 구동할 전기 에너지, 충전식 배터리를 충전 및/또는 방전시킬 전기 에너지와 적어도 하나의 센서 신호를 전송하도록 제공될 수 있다. 단일한 전송 장치는 예를 들어 단일한 신호나 전기 에너지의 전송에 할당된 개별적 전송 장치들의 구조적 조합으로 구성될 수 있다. 다양한 전송 장치들을 통합함에 따라 전송 시스템은 특정한 신호 또는 전기 에너지를 전송하도록 규정된 커플링 인터페이스(defined coupling interface)들을 구비하여 간단하고 소형으로 구성된다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제1 및/또는 제2 전송 장치는 회전 대칭, 바람직하기로 원통형의 기본적 형태를 가진다. 바람직하기로 제1 및 제2 전송 장치의 상호 동축인 배치에 있어서, 원통형의 기본 형태를 가지는 제1 및 제2 전송 장치들은 원형 또는 고리형 전면(front surface) 또는 횡면(lateral surface)을 형성하여 전송갭의 일정한 폭에서 전송을 가능하게 한다. 그럼으로써 제1 및 제2 전송 장치 사이에 신뢰성 높고 지속적인 커플링을 보장한다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 제1 전송 장치는 예를 들어 복수의 케이블 또는 버스 시스템(bus system) 등 전기 에너지 및/또는 센서 신호를 안내하는 복수의 배선들이 배치되는, 축방향으로 연장되는 전송축(transmission shaft)을 가진다. 이 전송축은 바람직하기로 제1 전송 장치의 전면보다 작은 직경을 가진다. 전송축은 예를 들어 콘솔에 삽입되는 등, 바람직하기로 고정 장착되는데, 바람직하기로 전송축은 그 하단에 배선들을 외부 전원 및/또는 장치 제어 유닛에 연결하기 위한 단자(treminal)들을 포함한다.
본 발명의 바람직한 구성에 있어서, 회전대는 그 내부로 제1 전송 장치의 전송축이 돌출되는 중공축(hollow shaft)에 의해 구동된다. 전송축의 적어도 부분적으로 중공축 내에 배치함으로써 제1 전송 장치와 회전대의 회전축의 동축 방향 설계가 달성된다. 이와 같은 방법으로 전면 및/또는 외주면을 통한 제1 및 제2 전송 장치의 커플링이 소형의 설계로 가능하다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 회전대는 그 내부로 제1 전송 장치 및/또는 제2 전송 장치가 돌출되는 중앙, 바람직하기로 원통형 홈(circular cylindrical recess)을 가진다. 예를 들어 제2 전송 장치는 클램핑 유닛의 하측 외부 하우징에 배치되고 클램핑 유닛이 회전대에 고정된 상태에서 홈으로 진입한다. 바람직하기로 이 홈은 회전대의 상부로부터 제1 전송 장치까지의 통로를 제공하도록 구성된다..
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 전송갭의 폭은 0.1mm 내지 10mm, 바람직하기로 0.5mm 내지 5mm, 특히 바람직하기로 약 1mm이다. 이와 같이 형성된, 예를 들어 공기갭(air gap)인 전송갭은 제1 및 제2 전송 장치의 전면이나 외주면들 사이에 우수한 유도 커플링(inductive coupling)을 보장한다. 이에 따라 전기 모터와 신호를 구동하기에 충분히 높은 전력이 접촉 없이 신뢰성 높고 간섭 없는 방식으로 전송된다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 센서 장치와 제2 전송 장치는 예를 들어 외부 및/또는 내부 하우징의 개구부를 통해 안내되는 케이블을 경유하여 신호 도전 방식(signal-conducting manner)으로 서로 연결된다. 제2 전송 장치는 클램핑 유닛의 외부 하우징 내에 수납되어 외부 하우징으로부터 외부로 도선이 인출되지 않는다. 센서 장치는 외부 하우징 내에 장착되어 예를 들어 상대적 이동, 즉 외부 하우징에 대한 내부 하우징의 이동 위치를 검출할 수 있다. 센서 장치는 또한, 예를 들어 기어 수단 또는 전기 모터의 회전 운동 역시 검출하도록 내부 하우징 내에 수납될 수 있다. 센서 장치는 또한, 예를 들어 스프링력 저장부가 되는 외부 하우징과 내부 하우징 사이에 배치되어 예를 들어 유효 스프링력(effective spring force)를 측정할 수 있다. 내부 하우징 내의 대응하는 통로 개구부(passage opening)는 센서 장치를 제2 전송 장치에 신호 도전 방식으로 연결하기 용이하게 해준다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 내부 하우징은 하나 또는 복수의 나선 스프링(spiral spring) 또는 하나 또는 복수의 가스압 스프링(gas pressure spring) 등 다른 구조적 설계의 복수의 스프링을 통해 외부 하우징에 대해 지지된다. 이와 같은 구조적 설계에 있어서, 상술한 다른 스프링들의 스프링 특성이 상승적으로(in a synergistic manner) 서로 조합된다. 나선 스프링이 작은 변위에 작은 반발력(counterforce)을 제공하고 큰 변위 경로에 큰 반발력을 내는데 비해, 가스압 스프링은 작은 변위 경로에도 비교적 큰 반발력을 생성한다. 다른 구조적 설계의 스프링들을 그 작동 모드에 기초하여 나란히 서로 평행하게 위치하도록 중첩하면, 기능적 관점에서 볼 때 작은 변위 경로에서도 비교적 큰 반발력을 제공하고 변위 경로가 증가하면 나선 스프링의 작용이 효력을 발휘하여 비교적 큰 반발력을 제공하는 전체 스프링 특성(total spring characteristic)이 형성된다. 나선 및 가스압 스프링의 조합은 클램핑 유닛이 작은 힘으로 "재 클램핑(re-clamping)"을 요하여 클램핑 파지력(clamping force)이 감소하지 않거나 재 클램핑 경로에 걸쳐 무시할 만큼 감소하는 경우에 이점을 제공한다. 이 상황에서 "재 클램핑"은 특히, 예를 들어 가공 동안의 작업물의 진동이나 작은 변형, "재 클램핑 경로"로 지칭되는 내부 실린더의 작은 변위의 발생 등의 경우에 스프링력 저장부로부터 클램핑 파지력을 제공하는 것을 의미한다. 예를 들어 작업물이 변형되기 쉬워 특히 클램핑 파지력이 작게 조정된 경우, 나선 및 가스압 스프링의 조합은 예를 들어 가스압 스프링의 특성에 의해 클램핑의 이완이나 작업물의 이탈까지 방지할 수 있다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 바람직하기로 전기 모터의 정지 위치(rest position) 등 필요한 경우 기어 수단을 구속시키는 구속 장치(arresting device)가 제공될 수 있다. 웜기어의 대응 구성에서 웜기어 자체가 이미 구속을 제공하지만 안전상의 이유나 웜기어 구성이 구속을 할 수 없는 경우, 예를 들어 전기 모터의 정지 위치로의 구속은 클램핑 파지력 제공의 신뢰성을 높이고 기어 수단이 바람직하지 못하게 재설정됨에 따른 스프링력 저장부의 입력의 해제가 방지된다.
구체적 구성에 있어서, 구속 장치는 대응 기어 수단 내의 구속홈(arresting recess)에 맞물림 및 해제될 수 있는 축방향 이동 핀(axially displaceable pin), 바람직하기로 작동 장치(actuating device)를 통한 웜의 축 연장부를 구비한다. 이와 같은 축방향 이동 핀은 단순히 잠금 위치에 유지되지만 파지력(holding force)이 인가되면 풀리는(not permanent) 구성이므로 확실한 구속을 제공하게 된다. 축방향 이동 핀을 변위시키는 작동 장치는 이 핀을 제1 위치로부터 제2 위치로, 역으로 제2 위치에서 제1 위치로 변위시킬 수 있는 전자기 액츄에이터(electromagnetic actuator)로 구성될 수 있고 제1 및 제2 전송 장치를 통해 비접촉 방식의 신호로 구동될 수 있다. 필요하다면 축방향 이동 핀은 스프링에 의해 잠금 위치 방향으로 밀리고 작동 장치는 전기 모터의 기어 수단이 작동될 때만 구동되어 스프링의 탄성력에 저항하며 축방향 이동 핀을 작금 위치로부터 해제 위치로 축방향 변위시키게 된다. 전기 모터와 기어 수단에 의해 클램핑 실린더의 변위 운동이 완료되면 작동 수단은 상술한 핀의 작동 하에 핀이 잠금 위치로 복귀하도록 허용한다.
본 발명의 더 바람직한 구성에 있어서, 센서 장치는 구속 센서 수단을 포함한다. 구속 센서 수단은 구속 장치가 구속 위치에 있는가의 여부를 검사하여 대응 잠금 또는 해제 신호를 제2 전송 수단에 송신하도록 구성 및 의도된 것이다. 구속 장치가 축방향 이동 핀을 구비하는 경우 구속 센서 수단은 특히 축방향 이동 핀의 위치를 검사한다. 클램핑 수단의 잠금 상태, 그 결과 특히 잠금된 기어 수단의 상태 또는 해제 상태, 그 결과 특히 해제된 기어 수단의 상태가 검출되어 이에 따른 잠금 또는 해제 신호가 구속 센서 수단에서 생성된다.
센서 장치는 외부 하우징 내에서 내부 하우징의 조정 위치 및/또는 스프링력 저장부에 저장된 반발력을 검출하여 대응 경로 및/또는 힘을 제2 전송 장치로 송신하도록 구성 및 의도된 센서 장치를 더 포함할 수 있다. 스프링력 저장부에 저장된 반발력은 내부 하우징의 조정 위치를 통해, 에를 들어 스프링력 저장부의 기지의(known) 힘-스프링 특성을 통해 간접적으로 검출될 수도 있다. 경로 신호는 예를 들어 클램핑된 작업물이나 상부에 위치하는 척에 좌우되는 반면, 힘은 실제 인가된 클램핑 파지력으로부터 도출된 직접적인 결론을 가능하게 한다.
센서 장치는 전기 모터의 출력축 및/또는 기어 수단의 회전 운동, 바람직하기로 회전수를 검출하여 대응하는, 바람직하기로 증분(incemental) 속도 신호를 제2 전송 장치에 송신하도록 구성 및 의도된 센서 장치를 더 구비할 수 있다.
제2 전송장치는 예를 들어 잠금 신호, 해제 신호, 힘, 경로 신호 및/또는 속도 신호를 수신하여 이들을 비접촉, 바람직하기로 유도 방식으로 제1 전송 장치에 전송한다. 상술한 센서 신호나 복수의 추가적인 센서 신호들의 선택 또는 임의적 조합은 비접촉 방식으로 전송될 수 있다. 바람직하기로 디지털 신호인 PLC(programmable logic control) 등의 두 상태 신호(status signal)와 예를 들어 아날로그 신호인 두 측정 신호들이 제2 전송 장치에 수신되어, 처리된 후 제1 전송 장치로 전송된다. 측정 신호들은 예를 들어 0 내지 10V 또는 4 내지 20mA의 선형 위치 센서의 신호들인 반면, 상태 신호는 예를 들어 0 또는 24V의 예를 들어 잠금 또는 해제 신호이다. 제1 전송 장치는 바람직하기로, 전기 모터의 구동을 위해 공급하는 예를 들어 48 내지 150V의 DC 전압 및/또는 센서 수단의 구동을 위해 공급하는 예를 들어 24V의 전압을 제2 전송 장치에 전송하도록 구성되어 있다. 상술한 전압 값은 단순한 예시이며 단지 다른 신호들의 전송 가능성을 설명하기 위한 것이다. 전송된 신호들은 신호 처리 유닛에서 추가적으로 처리 및 평가되어 클램핑 유닛의 상태, 바람직하기로 구속과 스프링 저장부의 상태를 감시하도록 분석될 수 있다. 제1 전송 장치는 PLC 등의 장치 제어 유닛과 인터페이스를 가진다.
바람직한 구성에 있어서, 내부 하우징은 기본 하우징 부재와 함께 연결 부재들에 의해 서로 부착되는 하우징 덮개(housing cover)를 구비하도록 구성된다. 이 구성을 택하면, 웜기어나 수납된 내부 실린더를 포함하는 슬리이브 나사 구동부(sleeve screw drive), 피니언 구동부를 포함하는 전기 모터, 스프링, 센서 장치, 그리고 충전식 배터리 등 내부에 지지되는 구성요소들을 포함하는 내부 하우징 상에 클램핑 유닛을 특히 간단히 장착할 수 있게 된다.
이하 본 발명을 도면을 참조하여 더욱 상세히 살펴보기로 한다.
도 1 내지 도 4는 각각 본 발명 전송 시스템(transmission arrangement)의 실시예들을 개략적으로 도시하고 있는데, 제 1 및 제2 전송 장치(6, 7)들의 구성과 배치가 도 1 내지 도 4에서 각각 다르다. 본 발명 전송 시스템(1)은 클램핑 유닛(clamping unit; 2)과, 회전대(rotary table; 5)가 그 내부에 회전 가능하게 장착되는 콘솔(console; 4)과 함께 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7)를 구비한다. 바람직한 클램핑 유닛(2)의 더 구체적인 상세는 도 6, 7과 8을 통해 후술할 것이다. 여기서 클램핑 유닛(2)은 예를 들어 고정 플랜지(fastening flange; 42)를 회전대(5)의 표면에 체결하는 나사 연결이나 고정 플랜지(42)를 해제 가능하게 회전대(5)에 연결하는 적절한 어댑터 부재(adapter element)를 가지도록 구성된 몇 개의 중간 칼럼(intermediate column)을 통해 하부구조인 실린더가 회전대(5)에 고정된다. 공간상 고정되거나 하나 또는 복수의 축에 대해 미끄럼 이동함으로써 축방향으로 이동 가능하거나 및/또는 경사되는 콘솔(4)에 대해 회전대(5)가 회전하게 된다. 제1 전송 장치(6)는 콘솔(4)에 고정상태로 연결되어 적어도 콘솔(4)에 대해서는 고정자(stator)로 기능한다. 제2 전송장치(7)는 클램핑 유닛(2)에 연결되는데, 이것이 회전대(5) 상에 장착되므로 회전자(rotor)를 구성하게 된다. 이에 따라 제1 전송 장치(6) 와 제2 전송 장치(7)는 회전대(5)의 회전축(D) 주위로 서로에 대해 회전할 수 있게 배치된다. 이 점에 있어서 여러 가지 다른 실시예들이 구현될 수 있다(도1 내지 도 4 참조). 클램핑 유닛(2)에 일체로 장착된 전기 모터(16)를 구동하는 전기 에너지는 제1 전송 장치와 제2 전송 장치 사이에 비접촉, 바람직하기로 유도 방식으로 전송될 수 있다. 이와는 달리 또는 부가적으로, 클램핑 유닛(2)에 일체로 구비된 센서 장치(39, 40, 41)들에 의해 생성된 센서 신호들은 제2 전송 장치(7)와 제1 전송 장치(6) 사이에 비접촉, 바람직하기로 유도(inductive) 또는 정전(capacitive) 방식으로 전송될 수 있다. 어느 경우건, 전송갭(transmission gap; 9)을 통한 전송 장치들(6, 7) 사이의 에너지 및/또는 신호 전송을 위한 커플링(coupling)은 비접촉 방식으로 발생된다. 유도 커플링을 위해 1차, 2차 코일이 전송 장치(6, 7)들 내에 배치되어 적절히 정합(align)되고 한 쌍으로 서로 유도 작동을 하게 된다.
도 1은 편심 배치된 전송 장치들(6, 7), 즉 회전대(5)의 회전축(D) 외부에 클램핑 유닛(2)의 중심축(M)이 위치하는 전송 시스템(1)의 한 실시예가 도시되어 있다. 여기서 제2 전송 장치(7)는 외부 하우징(12) 외측, 고정 플랜지(42) 상측의 중앙 하우징 부재(52)에 부착되어 있으나 적어도 부분적으로 외부 하우징(12)의 일부에 통합되어 내부에 수납된다. 클램핑 유닛(2)이 회전하면, 제1 및 제2 전송 장치들(6,7) 사이에 적어도 일시적으로 전송갭(9)이 형성되고 이를 통해 커플링, 즉 에너지 및/또는 신호 전송이 이뤄진다. 여기서 제1 전송 장치(6)는 클램핑 유닛(2) 둘레의 외측에 위치하는 고정자로 기능하는데, 이는 예를 들어 외부 하우징(12)의 반경에 맞춘 외주면(62)을 가지는 고리 조각(ring-segment) 형의 부분이 된다. 제2 전송 장치(7)는 외주면(72)을 가져 외주면(62, 72) 사이에 연장되는 반경 방향 전송갭(9)을 형성하는데, 그 폭은 0.1 내지 10mm, 바람직하기로 0.5 내지 5mm, 특히 바람직하기로 약 1mm이다. 복수의 제2 전송 장치(7)들이 클램핑 유닛(2)의 외주에 배치될 수 잇는데, 각 전송 장치(7)는 동일하거나 다른 신호 또는 전기 모터(16) 및/또는 충전식 배터리(80)에의 전력 공급을 위한 전기 에너지를 전송할 수 있다.
도 2는 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)가 동심으로 배치되지만 중심축(M)과 축방향으로 이격(offset)되고 전면들(61, 71)을 통해 비접촉 커플링이 이뤄지는 본 발명 전송 시스템(1)의 한 실시예를 도시한다. 회전축(D)에 직교하여 연장되며 이를 통해 전기 에너지 및/또는 신호의 비접촉 전송이 이뤄지는 축방향 전송갭(9)이 전면들(61, 71) 사이에 형성된다. 각 경우에 복수의 1차 코일(81) 및/또는 2차 코일(82)이 전면들(61, 71) 내나 그 뒤에 배치되어 다른 신호들이 다른 방향으로, 예를 들어 한 부분(sector)이나 반경 방향 영역에 의하거나 한 전면을 통해 전송될 수 있다. 전송갭(9)은 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)의 길이를 조절함으로써 임의의 간격으로 위치하도록 구성될 수 있다. 특히 클램핑 유닛(2)의 하면까지 이동하여 그 내부로 들어가거나 콘솔(4)의 하부 방향에서 회전대(5)로부터 멀리 이동할 수 있다.
회전대(5)는 제2 전송 장치(7)가 위로부터 진입하는 홈(recess; 59)을 가진다. 회전대(5)는 중공축(hollow shaft; 8)에 의해 구동되는데, 제1 전송장치(6)의 축방향으로 연장되는 전송축(63)이 중공축(8)의 내부로 돌출하여 이에 완전히 수납된다. 제1 전송 장치(6)의 전면(61)으로부터, 바람직하기로 1차 또는 2차 코일(81, 82), 배선들이 플러그 연결(65)을 통해 장치 제어 유닛(3)으로 연결될 전송 장치(6)의 하단까지 전기 에너지 및/또는 신호를 도전시키기 위한 복수의 도선(64)들이 연장된다. 도선들은 예를 들어 케이블이나 버스 시스템(bus system)으로 구현된다. 전송축(63)은 원형의 전면(61)에 비해 더 작은 원형 단면을 가져 제2 전송장치(7)를 향한 큰 전송 면적과 동시에 전송 시스템(1)의 얇고 소형의 구조적 형태가 달성될 수 있다.
도 3은 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)의 중심축(M)이 회전축(D)에 동축으로 배치된 전송 장치(1)의 한 실시예를 도시하는데, 각 전송장치는 서로 중첩되어 서로 부분적으로 내측에 위치하여 비접촉 커플링은 외주면(62, 72)를 통해 이뤄진다. 여기서 제1 전송장치(6)는 제2 전송장치(7)를 적어도 부분적으로 내측 전송 장치로 수납하는 외측 전송 장치를 형성하여, 제1 외주면(62)과 제2 외주면(72) 사이에 회전축(D)에 평행한 반경 방향 전송갭(9)이 형성된다. 이 실시예는 또한 예를 들어 중공(hollow) 실린더 등의 중앙 중공 공간을 가져 제1 전송장치(1)가 내측 전송 장치가 되고 제2 전송 장치(7)가 외측 전송 장치가 되도록 구현할 수도 있다. 외주면(62, 72)을 통한 커플링에 부가하여 전면(61, 71)을 통한 커플링도 구현할 수 있다. 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)의 축이 중첩되므로 유도 커플링에 적절한 외주면의 크기는 조정될 수 있다.
도 4는 제2 전송 장치(7)가 원통형으로 구성되어 클램핑 유닛(2)의 중심축과 동축으로 하부 하우징 부재(51) 밑에 배치된 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)의 배치를 도시한다. 제1 전송 장치(6)는 중심축(M)이 회전축(D)에 편심되어 배치되는데, 비접촉, 바람직하기로 유도 커플링은 도 1에서 설명한 바와 유사한 방식으로 외주면(62, 72)을 통해 이뤄진다. 그러나 도 1의 구성과는 달리, 여기서는 영구적으로 일정한 폭의 전송갭(9)을 가져, 전송 장치(6, 7) 내의 1차 및 2차 코일(81, 82)의 특정한 구성에 따라 전기 에너지 및/또는 신호의 지속적인 전송이 가능하게 된다. 제1 전송 장치(6)는 콘솔(4) 내에 부착되어 클램핑 유닛(2)의 운동 자유도와 근접성이 정지하여 외주의 제2 전송 장치를 적절히 향하는 제1 전송 장치(6)에 의해 영향 받지 않도록 할 수 있다(도 1에서와 같음). 또한 전송 장치 들이 예를 들어 머시닝 센터의 작업 공간으로부터 배출된 칩(chip)이나 냉매에 대해 이와 같이 보호된다.
센서 장치(39, 40, 41)들이 도 1 내지 도 4에 도시된 전송 시스템의 클램핑 유닛(2) 내에 배치될 수 있다. 이들 센서 장치들은 구속 센서 장치(39)와, 외부 하우징(12)에 대한 내부 하우징(15)의 조정 위치 또는 스프링력 저장부(21)에 의해 인가되는 클램핑 파지력을 검출하는 센서 장치(40)와, 그리고 전기 모터(16), 출력축(20) 및/또는 기어 수단(17, 18, 19)의 회전수를 검출하는 센서 장치(41)를 구비한다. 센서 장치(39, 40, 41)는 센서 장치(39, 40, 41)로부터 예를 들어 대응 통로 개구부를 통한 도선 연결을 통해 송신된 대응 센서 신호를 생성하여 제2 전송 장치(7)로 송신한다. 구속 센서 장치는 예를 들어 잠금 및 해제 신호를 생성하는데, 이는 예를 들어 0V 또는 24V의 디지털 신호이다. 센서 장치(40)는 예를 들어 조정 위치, 즉 내부 하우징(15)의 외부 하우징(12)의 상대적 변위를 검출하는 선형 위치 센서(linear position sensor)를 구비하여 대응하는 경로 신호를 제2 전송 장치로 송신한다. 추가적으로 또는 대체적으로, 힘 센서가 스프링력 저장부(21)의 내부 또는 위에 제공되어 클램핑 유닛(2)에 의해 작업물 또는 툴을 파지하기 위해 인가된 실제 현재 작용하는 클램핑 파지력을 측정하여 파지력 신호를 제2 전송 장치로 송신한다. 경로 신호는 일반적으로 파지된 작업물에 좌우되는 반면, 파지력 신호는 예를 들어 원래 조정된 작업물에 대한 클램핑 파지력이 가공 동안 진동이나 탄성 변형에 의해 변화되어 예를 들어 재 클램핑이 필요한가의 여부를 결정할 수 있게 한다. 예를 들어 신호 처리 유닛에서 기지(known)의 스프링력 저장부(21)의 힘-스프링 특성에 기초하여 측정된 경로 신호에 대응하는 힘 신호를 결정하도록 하는 구성 역시 가능하다(도 9 참조). 센서 장치(40)에서 생성되는 신호는 예를 들어 4 내지 20mA 사이의 아날로그 측정 신호이다. 센서 장치(41)는 또한 전기 모터(16), 기어 수단(17, 18, 19)의 회전수를 검출하여 바람직하기로 기지의 나사 피치(pitch)를 통해 변위 경로에 대한 결론을 도출할 수 있도록 구성될 수 있다. 센서(39, 40, 41)들은 측정 신호들을 처리할 요소를 구비하는 단일한 제2 전송 장치(7)로 신호들을 송신한다. 제1 전송 장치(6) 역시 센서 신호들을 평가, 처리 또는 변환시킬 요소들을 구비할 수 있다. 바람직한 실시예에서, 디지털 잠금 신호, 디지털 해제 신호와 함께 아날로그 힘 신호가 제1 및 제2 전송 장치(6, 7) 사이에 제2 전송 장치(7)로부터 제1 전송 장치(6)로 전송된다. 또한 센서 장치(39, 40, 41)에 공급하거나 및/또는 예를 들어 작동 장치(30)의 전자기 액츄에이터를 구동할 예를 들어 24V의 DC전압이 제1 전송 장치(6)로부터 제2 전송 장치(7)로 전송된다. 비접촉 방식으로 전송된 신호들은 제1 전송 장치(6)로부터 선반 및/또는 밀링 장치의 머시닝 센터의 장치 제어 유닛(3)으로 송신되어 거기서 예를 들어 표시, 감쇠 또는 분석된다.
도 5a는 도 2를 통해 설명한 전면(61, 71) 커플링을 가지는 제1 및 제2 전송장치(6, 7)의 한 실시예에 대한 상세도이다.
도 5b는 도 4를 통해 설명한 외주면(62, 72) 커플링을 가지는 제1 및 제2 전송장치(6, 7)의 한 실시예에 대한 상세도이다. 도선(64)은 전송축(63) 외부로 연장된다.
도 5c에는 본 발명 전송 시스템의 한 실시예가 블록도로 도시되어 있다. 도 1 내지 도 5b를 통해 상술한 바와 같이, 에너지와 센서 신호는 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7) 사이에 비접촉, 바람직하기로 유도 방식으로 전송된다. 제1 전송장치(6)는 콘솔(4)에 대해 정지 상태인 반면, 제2 전송 장치(7)는 회전대(5)와 클램핑 유닛(2)에 고정 연결되어 제1 전송 장치(6)에 대해 회전한다. 전기 에너지는 전원(83)으로부터 제1 전송 장치(6)의 1차 코일(81)로 도전되고, 전송갭(9)을 통해 제2 전송장치(7)의 2차 코일(82)로 비접촉 방식으로 전송된다. 거기서부터 에너지는 바람직하기로 리튬 이온 배터리인 충전식 배터리(80)를 충전하도록 공급되고 및/또는 전기 모터(16)로 공급된다. 바람직하기로 직류 모터로 구현되는 전기 모터는 이 방식으로 48 내지 150V의 전압을 공급 받고, 예를 들어 4kW, 어떤 경우에는 그 이상의 클램핑 파지력을 제공한다.
센서 장치(39, 40, 41)에 공급되거나 및/또는 예를 들어 전자석에 기초한 작동 장치(30)를 구비하는 구속 장치(28)를 전환(switch)시키는 예를 들어 24V 전압의 에너지는 바람직하기로 분리된 전원(84)으로부터 1차 및 2차 코일(81, 82)을 통해 제1 전송 장치(6)로부터 제2 전송 장치(7)로 비접촉 방식으로 전송된다. 생성된 센서 신호들은 센서 장치(39, 40, 41)로부터 역방향으로, 즉 제2 전송 장치(7)로부터 제1 전송 장치(6)로 비접촉 전송되는데, 제2 전송 장치(7)에는 센서 신호를 처리하여 입력 센서 신호를 전송갭(9)을 통해 비접촉 방식으로 전송할 수 있는 순차적(serial) 센서 신호로 변환시키는 논리 처리 회로로 구현되는 제2 처리 유닛(92)이 구비될 수 있다. 센서 신호 처리를 위한 논리 처리 회로로 구현되는 제1 처리 유닛(91)은 전송된 순차적 신호로부터 센서 신호를 재생성하여 장치 제어 유닛(3)으로 송신한다. 센서 신호는 0 내지 10V 또는 4 내지 20mA의 디지털 또는 아날로그 신호로 바람직하기로 증분 신호(incremental signal)로 구현된다. 전기 모터(16)는 제2 처리 유닛(92)에 신호 도전(signal-conducting) 방식으로 하연결될 수 있다.
도 6은 본 발명의 클램핑 유닛의 한 실시예를 사시도로 도시한다. 클램핑 유닛은 먼저 하측 외부 하우징 부재(51), 중앙 외부 하우징 부재(52), 그리고 상측 외부 하우징 부재(53)로 구성되는 외부 하우징(outer housing; 12)을 구비한다. 하측 외부 하우징 부재(51)는 그 하부에 고정 플랜지(42)가 형성된다. 내부 하우징(inner housing; 15)의 상측 목 부위(neck portion; 43)은 상측 외부 하우징(53)에서 돌출하여 상측 외부 하우징(53)의 개구부(opening; 44)로 진입하여 외부 하우징(12)에 연장된다. 내부 하우징(15)의 목 부위(43)에는 거의 타원형인 개구부(45)가 마찬가지로 형성된다. 내부 실린더(11)는 이 개구부(45)로 안내되는데, 개구부(45)의 타원형에 맞추도록 내부 실린더(11)의 상단부는 타원형 단면으로 형성된다.
도 6의 실시예에 대한 단면도가 도 7에 도시되어 있다. 내부 하우징(15)이 외부 하우징(12) 내에 수납되는 구성이 이 단면도에서 명확해진다. 이는 다른 구조 설계의 스프링(13, 14)에 의해 지지되는데, 더 구체적으로는 복수의 나선 스프링(spiral spring; 13)과 함께 복수의 가스압 스프링(gas pressure spring; 14)이 외부 하우징(12) 상에 지지되어 내부 하우징(15)이 조정 위치(A)에 이동 가능하게 장착되지만 어느 경우에건 스프링(13, 14)에 의한 반발력에 저항해야 한다. 스프링(13, 14)에 의한 반발력에 저항하면서 내부 하우징(15)을 내부 하우징(12) 내에 이동 가능하게 장착하면 스프링력 저장부가 형성된다.
내부 하우징(15)을 이동 방향(A)를 따라 외부 하우징(12) 내에서 안내하는 가이드(guide)가 구비될 수 있는데, 이 실시예에서 가이드는 외부 하우징(12)의 개구부(44) 내에 있는 상술한 목 부위(43)가 된다.
이동 방향(A)으로 이동 가능하게 구성된 상술한 내부 실린더(11)는 내부 하우징(15) 내에 장착된다. 이 내부 실린더(11)는 이 실시예에서 다부품(multi-part) 구조로 구성되어 제1 상부(46)와 제2 하부(47)를 가진다.
내부 실린더(11)는 제1 상부(46)가 상술한 바와 같이 타원형 단면을 가진다. 그러나 내부 실린더(11)의 제2 하부(47)는 원형 단면을 가져 그 외주의 적어도 일부 부분에 외부 나사(48)가 형성된다. 제1 상부(46)과 제2 하부(47)가 해제 가능하게 연결, 예를 들어 나사 연결이나 다른 적절한 방식으로 연결될 수 있다. 이와는 달리 제1 상부(46), 제2 하부(47)는 서로 일체로 연결될 수도 있다.
제2 하부(47) 상에 제공된 외부 나사(48)는 슬리이브 나사 구동부(sleeve screw drive; 19)의 제1 부분 부재를 구성하는 웜휠(worm wheel; 25)의 내부 나사(38)에 맞물린다. 외부 나사(48)가 제공된 제2 하부(47)는 이에 따라 슬리이브 나사 구동부(19)의 제1 부분 부재에 대응하는 제2 부분 부재를 구성하게 된다. 그 외주에 웜휠(25)은 웜기어(18)의 웜(24)에 맞물리는 웜톱니를 가진다. 웜휠(25)을 내부 하우징(15) 내에서 축방향과 반경 방향으로 안정시키기 위해 웜휠(25)은 상부 베어링 면(32)과 함께 하부 베어링 면(33)을 가져 이들과 볼(34)을 통해 내부 하우징(15)의 베어링 면(49, 50) 상에 지지된다.
도 7에서 내부 하우징(15)이 다부품 구성임이 명백한데, 더 구체적으로 기초 하우징 부재(basic housing element; 35)와 함께 하우징 덮개(housing cover; 36)를 구비하고 기초 하우징 부재(35)와 하우징 덮개(36)는 연결 나사 등의 연결 부재(37)로 연결된다. 이러한 구조는 클램핑 유닛의 장착을 용이하게 해준다. 다시 말해 내부 실린더(11)가 연결된 웜휠(25), 스프링(13, 14), 그리고 도 8에서 더 상세히 설명할 충전식 배터리(80)나 센서 장치(39, 40, 41) 등의 다른 요소들 같은 다양한 단일 요소들이 장착 공정에서 기초 하우징 부재(35) 내에 삽입될 수 있으며 예를 들어 스프링(13, 14)이나 웜휠(25) 등 적어도 일부가 하우징 덮개(36)의 고정에 의해 이미 고정되어 있다.
도 8은 충전식 배터리(80)를 구비한 본 발명 클램핑 유닛(2)의 한 실시예를 단면으로 도시하고 있다. 리튬 이온 배터리 등의 충전식 배터리(80)가 클램핑 유닛(2) 내에 수납되어 전기 모터(16)에 전기 도전적(electroconductively)으로 연결된다. 충전식 배터리(80)는 예를 들어 클램핑 유닛(2)의 회전 중에 비접촉, 바람직하기로 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)의 유도 방식으로 충전 및/또는 방전될 수 있다. 충전 및/또는 방전을 위해 충전식 배터리(80)는 케이블이나 회로기판을 통해 제2 전송 장치(7)에 연결된다. 충전식 배터리(80)의 도움에 의해 클램핑 유닛(2)은 큰 전력 소모가 요구되는 클램핑 작동, 예를 들어 유도 전송된 전력이 전기 모터를 구동하기에 충분하지 않은 경우의 클램핑 작동도 수행할 수 있어, 적절한 시간 주기 내에 원하는 높은 클램핑 파지력을 달성할 수 있게 된다. 이 경우 충전식 배터리(80) 내에 저장된 전기 에너지는 전기 모터(16)를 구동하기 위해 제1 전송 장치(6)에서 제2 전송 장치(7)로 유도 전송된 전력을 보충하여 전기 모터(16)의 소정의 요구 전력을 제공하게 된다.
도 8에서 전기 모터(16)는 출력축(17)을 통해 피니언 기어(pinion gear; 17)에 회전 운동을 전달하는 내부 하우징(15) 내에 배치되는 것이 명확하게 보인다. 피니언 기어(17)는 모터 측의 톱니바퀴(toothed wheel; 22)와 함께 웜기어(18)의 웜(24)에 토크 잠김(torque-locked) 방식으로 연결되는 출력 측의 톱니바퀴(23)를 구비한다. 웜(24)은 상술한 웜휠(25)에 맞물려 전기 모터(16)가 작동될 때 회전운동을 방지한다. 웜(24)은 자기 잠금 방식(self-locking manner), 즉 내부 실린더(11)로부터 슬리이브 나사 구동부(19)에 축방향 힘이 인가되더라도 회전 운동을 방지하게 작동하도록 구성될 수 있다. 그러나 이 경우 대체적 또는 추가적으로 전자기적으로 작동하는 작동 장치(actuating device; 30)를 가지는 구속 장치(arresting device; 28) 역시 제공될 수 있다. 축방향 이동 핀(axially displaceable pin; 29)이 종축을 따라 차단 위치(blocking position), 즉 도 8에 도시된 잠김 위치(locking position)로부터 축퇴 위치(retracted position), 즉 해제 위치(unlocking position)로 이송하거나 역으로 이송할 수 있는 작동 장치(30) 상에 장착된다. 도 8에 도시된 차단 위치에서 축방향 이동 핀(29)는 웜(24)에 토크 잠김 방식으로 연결된 축 연장부의 홈과 맞물려 기어 수단(17 내지 19)와 특히 웜(24)을 차단한다.
축방향 이동 핀(29)이 잠금 위치에 있는가 또는 해제 위치에 있는가를 식별하는 수단으로 구속 센서 장치(39)가 더 제공될 수 있다.
이하에 클램핑 작동이 설명될 것인데, 클램핑 작동은 내부 실린더(11)를 조정 방향(A)과 조정 방향(A)의 반대 방향으로 축방향 이동시키는 것과 스프링(13, 14)의 작용 하에서 스프링력을 발생시켜 스프링력 저장부(21)를 형성하는 내부 실린더(11)의 이동 모두로 이해되어야 한다. 전기 모터(16)가 회전을 시작하면 출력축(20)이 구동되어 피니언 기어(17)을 통해, 그 회전운동을 웜휠(25)에 전송하는 웜기어(18)의 웜(24)에 전달하고 이에 따라 슬리이브 나사 구동부(19)에 전달된다. 슬리이브 나사 구동부(19)의 제1 부분 부재가 슬리이브 나사 구동부(19)의 제2 부분 부재에 대해 회전하므로 내부 실린더(11)는 축방향으로 편심, 예를 들어 외부 하우징(12)의 외측 방향으로 편심된다. 내부 실린더(11)가 반발력을 만나면, 예를 들어 클램핑 유닛(2)이 그 위에 장착된 척(10)과 상호작용하여 작업물이 이미 척(10)의 클램핑 조우(clamping jaw) 상에 안착되었을 때 내부 실린더(11)에 더 힘을 가하면 작업물을 클램핑한 파지력이 증가된다. 내부 실린더(11)에 내부 하우징(15)의 외측을 향해 더 힘을 가하면 내부 하우징(15)이 외부 하우징(12) 내에서 스프링(13, 14)의 스프링력에 저항하며 반대 방향으로 이동하게 되고, 이에 따라 스프링력 저장부(21)에 반발력을 형성하게 된다. 외부 하우징(12)에 대한 내부 하우징(15)의 이동 경로와 이에 따라 간접적으로 스프링력 저장부(21)에 형성된 반발력은 센서 장치(40)에 의해 검출될 수 있다. 원하는 힘 값에 도달하면 전기 모터(16)가 정지하고 기어 수단들(17 내지 19)은 웜(24)에 의한 자기 잠김 및/또는 상술한 구속 수단(28, 29)에 의해 차단된다.
전기 모터(16)의 회전 운동을 검출하기 위해 출력축(20) 또는 기어 수단(17 내지 19)에는 센서 장치(41)가 구비될 수 있는데, 예를 들어 홀 효과(Hall effect)를 이용하는 적절한 센서 시스템을 통해 완료된 회전수를 검출한다.
다른 구조 설계의 다양한 스프링(13, 14)을 중첩하여 작은 조정 경로에서도 이미 비교적 큰 반발력을 제공하는 스프링 특성이 도 9에 도시되어 있는데, 작은 조정 경로의 경우 주로 가스압 스프링이 기능한다. 더 긴 조정 경로의 경우에는 나선 스프링도 제 역할을 하여 어떤 스프링 변형에 대해 상당히 증가하는 스프링력을 나타낸다. 가스압 스프링과 나선 스프링의 스프링 특성을 적절히 조합하여 원하는 스프링 특성을 광범위하게 설정할 수 있음은 말할 필요도 없다.
본 발명 전송 시스템(1)은 특히 클램핑 유닛(2)이 회전할 때 작업물의 가공에 큰 이동 자유도가 가능한 이점이 있다. 또한 가공 작동 중에도 비접촉 신호 전송에 의해 클램핑 유닛(2)을 감시 및 제어할 수 있어서 작동 안전성과 가공 정밀도가 향상된다. 뿐만 아니라 본 발명에 의한 제1 및 제2 전송 장치(6, 7)의 구성은 클램핑 유닛(2)이 작업물이나 툴을 클램핑할 때 양호한 접근성과 간단한 조작성을 보장한다.
1
전송 시스템(transmission arrangement)
2 클램핑 유닛(clamping unit)
3 장치 제어 유닛(machine control unit)
4 콘솔(console)
5 회전대(rotary table)
6 제1 전송 장치(first transmission device)
7 제2 전송 장치(second transmission device)
8 중공축(hollow shaft)
9 전송갭(transmission gap)
10 척(chuck)
11 내부 실린더(inner cylinder)
12 외부 하우징(outer housing)
13 나선 스프링(spring, spiral spring)
14 가스압 스프링(spring, gas pressure spring)
15 내부 하우징(inner housing)
16 전기 모터(electric motor)
17 피니언 기어(gear means, pinion gear)
18 웜기어(gear means, worm gear)
19 슬리이브 나사 구동부(gear means, sleeve screw drive)
20 출력축(output shaft) (motor)
21 스프링력 저장부(spring force storage)
22 톱니바퀴(motor-side toothed wheel)
23 톱니바퀴(output-side toothed wheel)
24 웜(worm)
25 웜기어(worm wheel)
28 구속 장치(arresting device)
29 축방향 이동 핀(axially displaceable pin)
30 작동 장치(actuating device)
31 축방향 연장부(shaft extension)
32 상부 베어링면(upper bearing surface)
33 하부 베어링면(lower bearing surface)
34 볼(balls)
35 기초 하우징 부재(basic housing element)
36 하우징 덮개(housing cover)
37 연결 부재(connecting elements)
38 내부 나사(internal thread)
39 구속 센서 장치(arresting sensor means)
40 센서 장치(sensor devices) (spring force storage)
41 센서 장치(sensor devices) (electric motor, gear means)
42 고정 플랜지(fastening flange)
43 목 부위(neck portion)
44 개구부(opening) (outer housing)
45 개구부(opening) (neck portion of inner housing)
46 제1 상부(first, upper portion)
47 제2 하부(second, lower portion)
48 외부 나사(external thread)
49, 50 베어링면(bearing surfaces)
51 하측 외부 하우징 부재(lower outer housing element)
52 중앙 외부 하우징 부재(center outer housing element)
53 상측 외부 하우징 부재(upper outer housing element)
59 홈(recess)
61 전면(front surface)
62 외주면(circumferential surface)
63 전송축(transmission shaft)
64 도선(line)
65 플러그 연결(plug connection)
71 전면(front surface)
72 외주면(circumferential surface)
80 충전식 배터리(rechargeable battery)
81 1차 코일(primary coil)
82 2차 코일(secondary coil)
83, 84 전원(power supply)
91 제1 처리 유닛(first processing unit)
92 제2 처리 유닛(second processing unit)
D 회전축(rotary axis)
M 중심축(central axis)
2 클램핑 유닛(clamping unit)
3 장치 제어 유닛(machine control unit)
4 콘솔(console)
5 회전대(rotary table)
6 제1 전송 장치(first transmission device)
7 제2 전송 장치(second transmission device)
8 중공축(hollow shaft)
9 전송갭(transmission gap)
10 척(chuck)
11 내부 실린더(inner cylinder)
12 외부 하우징(outer housing)
13 나선 스프링(spring, spiral spring)
14 가스압 스프링(spring, gas pressure spring)
15 내부 하우징(inner housing)
16 전기 모터(electric motor)
17 피니언 기어(gear means, pinion gear)
18 웜기어(gear means, worm gear)
19 슬리이브 나사 구동부(gear means, sleeve screw drive)
20 출력축(output shaft) (motor)
21 스프링력 저장부(spring force storage)
22 톱니바퀴(motor-side toothed wheel)
23 톱니바퀴(output-side toothed wheel)
24 웜(worm)
25 웜기어(worm wheel)
28 구속 장치(arresting device)
29 축방향 이동 핀(axially displaceable pin)
30 작동 장치(actuating device)
31 축방향 연장부(shaft extension)
32 상부 베어링면(upper bearing surface)
33 하부 베어링면(lower bearing surface)
34 볼(balls)
35 기초 하우징 부재(basic housing element)
36 하우징 덮개(housing cover)
37 연결 부재(connecting elements)
38 내부 나사(internal thread)
39 구속 센서 장치(arresting sensor means)
40 센서 장치(sensor devices) (spring force storage)
41 센서 장치(sensor devices) (electric motor, gear means)
42 고정 플랜지(fastening flange)
43 목 부위(neck portion)
44 개구부(opening) (outer housing)
45 개구부(opening) (neck portion of inner housing)
46 제1 상부(first, upper portion)
47 제2 하부(second, lower portion)
48 외부 나사(external thread)
49, 50 베어링면(bearing surfaces)
51 하측 외부 하우징 부재(lower outer housing element)
52 중앙 외부 하우징 부재(center outer housing element)
53 상측 외부 하우징 부재(upper outer housing element)
59 홈(recess)
61 전면(front surface)
62 외주면(circumferential surface)
63 전송축(transmission shaft)
64 도선(line)
65 플러그 연결(plug connection)
71 전면(front surface)
72 외주면(circumferential surface)
80 충전식 배터리(rechargeable battery)
81 1차 코일(primary coil)
82 2차 코일(secondary coil)
83, 84 전원(power supply)
91 제1 처리 유닛(first processing unit)
92 제2 처리 유닛(second processing unit)
D 회전축(rotary axis)
M 중심축(central axis)
Claims (18)
- 선반 및/또는 밀링 장치의 머시닝 센터에 사용되어 에너지 및/또는 신호를 전송하는 전송시스템에 있어서,
- 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(12)과, 이 외부 하우징(12) 내에 수납되는 내부 하우징(15)과 함께, 작동 방향(A)으로 조정 가능하게 내부 하우징(15) 내에 유지되는 내부 실린더(11)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 전송하도록 구성되고,
내부 하우징(15)은 스프링(13, 14)을 통해 외부 하우징(12)에 지지되고, 외부 하우징(12)에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(21)를 형성하고,
전기 모터(16)가 클램핑 유닛(2) 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단(17-20)을 통해 내부 실린더(11)에 작동 방향(A)으로 힘을 가하는 클램핑 유닛(2)과,
- 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(5)를 가지는 콘솔(4)과,
- 이 콘솔(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(6)와, 그리고
- 클램핑 유닛(2)에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치(7)를 구비하며,
클램핑 유닛(2)은 회전대(5)에 해제 가능하게 고정되고, 그리고
제1 및 제2 전송 장치(6, 7)는 전기 모터(16)를 구동할 전기 에너지를 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7) 간의 유도 방식으로 전송하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항에 있어서,
- 바람직하기로 원통형 기본 형태인 외부 하우징(12)과, 이 외부 하우징(12) 내에 수납되는 내부 하우징(15)과 함께, 작동 방향(A)으로 조정 가능하게 내부 하우징(15) 내에 유지되는 내부 실린더(11)를 가지며, 이 내부 실린더는 클램핑을 위한 압축 또는 인장력을 전송하도록 구성되고,
내부 하우징(15)은 스프링(13, 14)을 통해 외부 하우징(12)에 지지되고, 외부 하우징(12)에 대해 작동 방향(A)으로 이동 가능하게 장착되어 스프링력 저장부(21)를 형성하고,
전기 모터(16)가 클램핑 유닛(2) 내에 일체로 설치되어 중간 기어 수단(17-20)을 통해 내부 실린더(11)에 작동 방향(A)으로 힘을 가하는 클램핑 유닛(2)과,
- 그 내부에 회전 가능하게 장착된 회전대(5)를 가지는 콘솔(4)과,
- 이 콘솔(4)에 연결된 적어도 하나의 제1 전송 장치(6)와, 그리고
- 클램핑 유닛(2)에 연결된 적어도 하나의 제2 전송 장치(7)를 구비하며,
클램핑 유닛(2)이 회전대(5)에 해재 가능하게 고정되고 센서 장치들(39, 40, 41)들을 구비하며, 그리고
제 1및 제2 전송 장치(6, 7)가 센서 장치들(39, 40, 41)에서 생성된 신호를 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송장치(7) 사이의 유도 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 또는 제2항 중의 어느 한 항에 있어서,
리튬 이온 배터리 등의 충전식 배터리(80)가 클램핑 유닛(2)에 일체로 배치되고, 충전식 배터리(80)를 충전 및/또는 방전시키기 위한 전기 에너지가 비접촉, 바람직하기로 제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7) 사이의 유도 방식으로 전송되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제3항 중의 어느 한 항에 있어서,
제1 및 제2 전송 장치(6, 7)가 서로 한 쌍으로 협조하는 1차 및 2차 코일(81, 82)로 기능하여
- 제1 전송 장치(6)로부터 제2 전송 장치(7)로 전기 에너지 및/또는
- 제2 전송 장치(7)로부터 제1 전송 장치(6)로 잠금, 해제, 힘, 경로 및/또는 속도 등의 센서 신호를
바람직하기로 유도 방식으로 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항에 있어서,
제2 전송 장치(7)가 클램핑 유닛(2)의 중심축(M)으로부터 편심, 바람직하기로 클램핑 유닛(2)의 내부에서 외부 하우징을 향해 횡으로 편심되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제5항 중의 어느 한 항에 있어서,
제2 전송 장치(7)가 클램핑 유닛(2)의 중심축(M)과 동축으로 클램핑 유닛(2) 상의 하측 외부 하우징 부재(51) 밑에 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제6항 중의 어느 한 항에 있어서,
제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7)가 바람직하기로 원형 또는 고리형 전면(61, 71)을 가져 그 사이에 바람직하기로 축방향의 전송갭(9)이 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제7항 중의 어느 한 항에 있어서,
제1 전송 장치(6)와 제2 전송 장치(7)가 바람직하기로 외주면을 가져 그 사이에 바람직하기로 반경 방향의 전송갭(9)이 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제8항 중의 어느 한 항에 있어서,
단일한 제1 전송 장치(6)와 단일한 제2 전송 장치(7)가 제공되어 전기 모터(16)를 구동하기 위한 전기 에너지와 충전식 배터리(80)를 충전 및/또는 방전시키기 위한 전기 에너지 및/또는 적어도 하나의 센서 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제9항 중의 어느 한 항에 있어서,
제1 및/또는 제2 전송 장치(6, 7)가 회전 대칭, 바람직하기로 원통형의 기본적 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제10항 중의 어느 한 항에 있어서,
제1 전송 장치(6)가 바람직하기로 제1 전송 장치(6)의 전면(61)보다 작은 단면의 축방향으로 연장되는 전송축(63)을 가지며 그 내부에 예를 들어 케이블 또는 버스 시스템 등 전기 에너지 및/또는 센서 신호를 안내하는 복수의 도선(64)이 배치되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제11항 중의 어느 한 항에 있어서,
회전대(5)가 그 내부로 제1 전송 장치(6)의 전송축(63)이 돌출되는 중공축(8)에 의해 구동되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제12항 중의 어느 한 항에 있어서,
회전대(5)가 그 내부로 제1 전송 장치(6) 및/또는 제2 전송 장치(7)가 진입되는 중앙의, 바람직하기로 원통형의 홈(59)을 가지는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제13항 중의 어느 한 항에 있어서,
전송갭(9)의 폭이 0.1mm 내지 10mm, 바람직하기로 0.5mm 내지 5mm, 더 바람직하기로 약 1mm인 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서,
센서 장치들(39, 40, 41)과 제2 전송 장치(7)가 바람직하기로 외부 및/또는 내부 하우진의 개구부를 통해 안내되는 케이블에 의해 신호 도전 방식으로 연결되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서,
내부 하우징(15)이 하나 또는 복수의 나선 스프링(13)과 하나 또는 복수의 가스압 스프링(14) 등 다른 구조적 설계의 복수의 스프링(13, 14)를 통해 외부 하우징(12)에 지지되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제16항 중의 어느 한 항에 있어서,
필요시, 바람직하기로 구동 기구(16)가 정지 위치에 있을 때 기어 수단(17-19)을 구속하는 구속 장치(28)가 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템. - 제1항 내지 제17항 중의 어느 한 항에 있어서,
센서 장치(39, 40, 41)들이
- 구속 장치(28)가 잠금 위치에 있는가 여부를 파악하여 대응하는 잠금 또는 해제 신호를 제2 전송 장치(7)에 송신하도록 구성 및 의도된 구속 센서 수단(39)를 구비하고, 및/또는
- 내부 하우징(15)의 외부 하우징(12) 내에서의 조정 위치 및/또는 스프링력 저장부(21)에 저장된 반발력을 검출하여 제2 전송 장치(7)로 송신하는 센서 장치(40)를 구비하며, 및/또는
전기 모터(16), 출력축(20) 및/또는 기어 수단(17-19)의 회전 운동을 검출하여 대응하는 신호를 제2 전송 장치(7)로 송신하는 센서 장치(41)를 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 및/또는 신호 전송용 전송 시스템.
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