WO2010108510A1

WO2010108510A1 - Linearachsenantrieb, insbesondere für werkzeugmaschinen

Info

Publication number: WO2010108510A1
Application number: PCT/EP2009/002195
Authority: WO
Inventors: Daniel Graf
Original assignee: Trumpf Werkzeugmaschinen Gmbh + Co. Kg
Priority date: 2009-03-25
Filing date: 2009-03-25
Publication date: 2010-09-30

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Linearachsenantrieb, insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit einer ersten und einer zweiten Komponente (12, 14) und einer Führung (16), durch welche die erste und zweite Komponente (12, 14) relativ zueinander bewegbar sind und mit einem elektrischen Linearantrieb (19), der eine Läufer-Baugruppe (26) und eine Stator-Baugruppe (28) umfasst, und die Relativbewegung zwischen der ersten und zweiten Komponente (12, 14) bewirkt, wobei der elektrische Linearantrieb (19) als eigenständige Moduleinheit ausgebildet ist, welcher ein Gehäuse (21) oder ein Gehäuseteil aufweist, das mit der ersten oder zweiten Komponente (12, 14) verbindbar ist und welcher ein Koppelelement (24) aufweist, das mit der anderen Komponente (14, 12) verbindbar ist.

Description

Linearachsenantrieb, insbesondere für Werkzeugmaschinen

Die Erfindung betrifft einen Linearachsenantrieb, insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit einer ersten und zweiten Komponente und einer Führung, durch welche die erste und zweite Komponente zueinander relativ bewegbar sind und mit einem elektrischen Linearantrieb, bestehend aus einer Läufer-Baugruppe und einer Stator-Baugruppe, der die Relativbewegung zwischen der ersten und zweiten Komponente bewirkt.

Aus der EP 1 287 946 Bl ist eine Werkzeugmaschine bekannt, bei der ein Linearachsensystem verfahrbar auf einem Maschinenbett angeordnet ist. Das Linearachsensystem umfasst eine in X-Richtung verfahrbare Linearachse, welche einen in Y-Richtung verfahrbaren Schlitten aufnimmt, an dem ein Schneidkopf vorgesehen ist, der durch eine weitere Linearachse in Z-Richtung verfahrbar ist. Zur Ansteuerung der Verfahrbewe- gungen der Schlitten ist jeweils ein elektrischer Linearmotor vorgesehen, der ein Primär- und Sekundärteil umfasst. Die in X-Richtung bewegbare Linearachse nimmt eine Vielzahl von nebeneinander angeordneten Permanentmagnete auf, wodurch der Sekundärteil gebildet ist. Der Primärteil wird durch Eisenpakete mit Wicklungen gebildet, welche an dem bewegbaren Schlitten vorgesehen sind. Ein analoger Aufbau ist für den Linearantrieb zur Bewegung des Schneidkopfes in Z-Richtung vorgesehen. Die bewegbaren Schlitten werden dabei mit elektrischer Energie durch daran angeordnete elektrische Leitungen versorgt. Dabei ist es erforderlich, dass die elektrischen Leitungen durch Energieführungsketten entlang der Bewegungsachse mitgeführt werden. Diese Energieführungsketten mit den darin eingebrachten Leitungen haben den Nachteil, dass diese eine große zu bewegende Masse aufweisen, viel Bauraum wegen den notwendigen Biegeradien für die Leitungen benötigen und darüber hinaus begrenzte dynamische Belastbarkeiten aufweisen.

Aus der WO 2008/020001 Al ist ein Linearachsenantrieb bekannt, bei dem auf einem Maschinenbett eine Führung vorgesehen ist, welche einen Geräteschlitten verfahrbar aufnimmt. Zwischen dem Maschinenbett und dem Schlitten ist ein elektrischer Linearantrieb vorgesehen, dessen Sekundärteil an dem Maschinenbett angeordnet ist, so dass die Permanentmagnete mit dem Maschinenbett verschraubt sind. Der Primärteil, der üblicherweise aus Spulen beziehungsweise Eisenpaketen mit Wicklungen besteht, ist in einer Aufnahme des Schlittens angeordnet, welcher daran angeformt ist.

Eine solche Anordnung weist jedoch den Nachteil auf, dass die maschinenbautechnische, mechatronische Konstruktion ausgehend von dem Linearmotor zu bewerkstelligen ist. Dies erfordert, dass das Primär- und Sekundärteil in die Gesamtkonstruktion vollständig zu integrieren sind. Darüber hinaus ist die Einbringung einer magnetischen Abschirmung schwierig. Über die Auslegung der Konstruktion muss der Luftspalt zwischen dem Primär- und Sekundärteil eingestellt werden.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, einen Linearachsenantrieb zu schaffen, der eine kleine beziehungsweise kompakte Bauform aufweist, als Modul mit vorbestimmten Schnittstellen einfach in der Montage ist und einen flexiblen Einsatz bei Maschinen und Systemen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch einen Linearachsenantrieb gelöst, der als eigenständige Moduleinheit ausgebildet und an- oder einbaubar ist und ein Gehäuse oder ein Gehäuseteil aufweist, das mit einer ersten oder zweiten Komponente, die relativ zueinander verschiebbar sind, verbindbar ist und welcher ein Koppelelement aufweist, das mit der anderen Komponente verbindbar ist. Dadurch wird ermöglicht, dass der Linea rantrieb als komplette Baugruppe bereitgestellt wird, so dass lediglich eine Verbindung mit der ersten und zweiten Komponente herzustellen ist und die Anschlusstätigkeiten für die Stromversorgung durchzuführen sind. Dies ermöglicht, dass die erste und zweite Komponente konstruktiv durch die Handhabungsaufgabe bedingt ausgelegt werden können, ohne dass ein Aufbau und eine Konstruktion der ersten und zweiten Komponente die Ausgestaltung eines elektrischen Linearantriebes dadurch beeinflusst und davon abhängt. Durch diese Ausgestaltung des elektrischen Linearantriebes als eigenständige Moduleinheit für einen Linearachsenantrieb kann eine einfache Integration und Anbindung an verschiedene Maschinen oder Systeme erfolgen.

Nach einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die erste Komponente als stationäre Komponente und die zweite Komponente als relativ dazu bewegbare Komponente vorgesehen ist und dass die erste Komponente bei einem einachsigen Aufbau als Maschinenbett oder bei einem mehrachsigen Aufbau als bewegbare Linearachse und die zweite Komponente als Schlitten ausgebildet ist. Beispielsweise kann entlang einem Maschinenbett ein Schlitten verfahrbar aufgenommen werden, wobei der elektrische Linearantrieb in den Schlitten oder das Maschinenbett integriert beziehungsweise eingelassen sein kann. Des Weiteren kann der Schlitten auf dem Maschinenbett laufen und beispielsweise seitlich zum Schlitten einseitig oder beidseitig Linearantriebe vorgesehen sein, um den Schlitten hin und her zu bewegen. Somit kann in einfacher Weise ein Linearachsenantrieb ausgebildet werden, durch den ein Schlitten entlang einer linearen Bewegungsachse auf einer stillstehenden Komponente verfahrbar ist. Selbstverständlich kann auch eine bewegbare Linearachse wiederum als erste Komponente vorgesehen sein und einen daran verfahrbaren Schlitten als zweite Komponente aufnehmen. Somit kann bereits ein Zweiachsensystem geschaffen werden. In analoger Weise ist vorteilhafterweise auch der Aufbau eines Dreiachsen- oder Mehrachsensystems möglich.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die als erste oder zweite bewegbare Linearachse ausgebildete Komponente zumindest eine zweite oder zumindest eine dritte Modul- einheit aufnimmt und dass die erste und die zweite oder die zweite und die dritte Moduleinheit Stromversorgungskomponenten aufweisen, um die zweite Moduleinheit über die erste Moduleinheit oder die dritte Moduleinheit über die zweite Moduleinheit zu versorgen und anzutreiben. Diese Ausgestaltung weist den Vorteil auf, dass die Anbringung von E- nergieketten für die freigefuhrten elektrischen Leitungen zu den jeweiligen bewegbaren Schlitten entfallen kann, ebenso wie die elektrischen Leitungen selbst, die darüber hinaus oftmals auch der Berücksichtigung bei der Auslegung bedürfen, da diese nur gewisse Biegeradien einnehmen sollen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind die Stromversorgungskomponenten mechanisch kontaktierbar und bevorzugt zumindest eine Stromschiene und zumindest ein Stromabgreifere- lement vorgesehen. Dadurch kann ein Schleifkontakt ausgebildet werden, wobei bevorzugt im Bereich des Koppelelementes, welches den bewegbaren Schlitten beziehungsweise eine bewegbare Linearachse relativ zur Moduleinheit bewegt, ein solches Stromgreiferelement vorgesehen sein kann und an dem Koppelelement entsprechend elektrische Energie- anschlusse ausgebildet sind, um eine zweite oder dritte Antriebseinheit beziehungsweise Linearachse mit Energie zu versorgen.

Nach einer alternativen Ausgestaltung der Stromversorgungskomponenten ist vorgesehen, dass diese Stromversorgungskomponenten induktiv arbeiten, so dass ohne mechanische Komponenten eine Energieübertragung ermöglicht ist. Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass der Linearantrieb eine Läufer-Baugruppe aufweist, die zumindest einen bandförmigen und umlenkbaren Läufer umfasst sowie eine Stator- Baugruppe, welche zumindest einen Grundkörper und eine Vielzahl von im Grundkörper angeordneten Spulenkörper aufweist. Die Spulenkörper sind zur Erzeugung einer Antriebskraft entlang der vorbestimmten Bewegungsachse des Läufers entsprechend ausgerichtet. Dieser Aufbau des Linearantriebes weist den Vorteil auf, dass - entgegen dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau - der Sekundärteil, also die Stator- Baugruppe, stillsteht beziehungsweise stationär im Gehäuse der eigenständigen Moduleinheit angeordnet ist und das Primärteil bewegt wird. Dies weist insbesondere den Vorteil auf, dass beim Einsatz von mehreren Linearachsen eine einfache Stromversorgung ermöglicht ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist zumindest ein Überdeckungsbereich zwischen dem Grundkörper der Stator- Baugruppe und dem Läufer der Läufer-Baugruppe vorgesehen, wobei sich dieser Überdeckungsbereich zumindest entlang des Verfahrweges der ersten Komponente zur zweiten Komponente erstreckt. Dadurch kann eine in der Größe konstant bleibende Fläche entlang des gesamten Verfahrweges zur Erzeugung einer Antriebskraft genutzt werden, wodurch bei gleicher Antriebskraft gegenüber bisherigen Linearantrieben eine Reduzierung des Bauraumes ermöglicht wird.

Bevorzugt ist der Läufer als Endlosband ausgebildet. Dadurch wird ermöglicht, dass ein weiterer Läuferabschnitt des umlaufenden Läufers, insbesondere ein parallel zum Verfahrweg angeordneter Läuferabschnitt, ebenfalls einen Überdeckungsbereich zum Grundkörper der Stator- Baugruppe bildet, so dass die Antriebskraft verdoppelt wird. Dies ermöglicht eine weitere Reduzierung der Baugröße, sofern die bisherige Antriebskraft genügt. In Abhängigkeit der Anordnung der Läufer-Baugruppe zur Stator-Baugruppe im Gehäuse können beispielsweise entlang der Verfahrstrecke und dem weiteren Läuferabschnitt ebenfalls insbesondere parallel zur Verfahrstrecke beidseitig des Läufers bzw. der jeweiligen Läuferabschnitte Spulenkörper vorgesehen sein, so dass ein vierfacher Überdeckungsbereich gebildet ist, der eine Vervierfachung der Antriebs- kraft ermöglicht. Darüber hinaus wird durch die beidseitige Anordnung von Permanentmagneten im Laufer ein Krafteausgleich geschaffen, wodurch eine vereinfachte Lagerung ermöglicht ist.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist die Laufer-Baugruppe, die insbesondere ein Endlosband als Laufer aufweist, stehend als auch liegend zum Antreiben der zweiten Komponente zur ersten angeordnet. Dadurch steigt die Flexibilität der eigenständigen Moduleinheit zur Integration in einer Werkzeugmaschine oder einem Handhabungssystem.

Die Erfindung sowie weitere vorteilhafte Ausfuhrungsformen und Weiterbildungen derselben werden im Folgenden anhand der in den Zeichnungen dargestellten Beispiele naher beschrieben und erläutert. Die der Beschreibung und den Zeichnungen zu entnehmenden Merkmale können einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination erfindungs- gemaß angewandt werden. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Vorderansicht im Teilschnitt eines Ein-Achsensystems mit einem Linearachsenantπeb,

Figur 2a eine schematische Schnittdarstellung des Linearantriebes gemäß Figur 1,

Figur 2b eine schematische Schnittdarstellung der Fuhrung des Linearantriebes gemäß Figur 2a,

Figuren 3a und 3b schematische Detailansichten eines alternativen Laufers des Linearantriebes gemäß Figur 2a,

Figuren 4a und 4b eine schematische Seiten- und Schnittansicht einer weiteren alternativen Ausfύhrungsform eines Laufers gemäß dem Linearantrieb in Figur 2a, Figur 5 eine schematische Vorderansicht eines Ein-

Achsensystems mit zwei Linearantrieben,

Figuren 6a und 6b eine schematische Vorderansicht im Teilschnitt und Draufsicht auf eine alternative Ausgestaltung eines Ein-Achsensystems mit zwei Linearmotoren,

Figur 7a eine schematische Vorderansicht auf ein Zwei-

Achsensystem mit elektrischen Linearantrieben,

Figur 7b eine schematische Draufsicht auf ein Modul zur Kühlwasserzuführung zu einer weiteren Linearachse und

Figuren 8a und 8b eine schematische Vorderansicht und Draufsicht auf ein Drei-Achsensystem mit Linearantrieben.

In Figur 1 ist eine schematische Vorderansicht im Teilschnitt eines Ein- Achssystems beziehungsweise eines Linearachsenantriebs 11 dargestellt. Der Linearachsenantrieb 11 umfasst eine erste Komponente 12, welche als Grundkörper, Basisteil oder als Maschinenbett ausgebildet ist und in diesem Ausführungsbeispiel stationär auf einem Untergrund aufliegt. Zu dieser Komponente 12 ist eine zweite Komponente 14 durch eine Führung 16 verfahrbar aufgenommen. Die zweite Komponente 14 ist beispielsweise als Schlitten ausgebildet. Ein solcher Schlitten kann vorgesehen sein, um ein darauf aufliegendes Material entlang einer Bewegungsachse zu verfahren und/oder zu positionieren und/oder zu bearbeiten. Des Weiteren kann ein solcher Schlitten dazu dienen, um weitere Maschinenteile, Handhabungssysteme oder dergleichen aufzunehmen.

Im Ausführungsbeispiel ist dieser Schlitten beispielhaft mit einem U- förmigen Querschnitt ausgebildet, so dass zwischen der ersten Komponente 12, der Führung 16 und der zweiten Komponente 14 ein innerer Aufnahmeraum 17 vorgesehen ist, in welchem ein elektrischer Linearantrieb 19 positioniert ist. Dieser elektrische Linearantrieb 19 ist als eigenständige Moduleinheit ausgebildet und umfasst ein Gehäuse 21, mit welchem der elektrische Linearantrieb 19 an der ersten Komponente 12 in einfacher Weise, beispielsweise durch eine Schraub-, Klemm- oder Rastverbindung, befestigbar ist. Das Gehäuse 21 ist beispielsweise mit einer Abdeckung 22 geschlossen. Durch die Abdeckung 22 hindurch wird ein Koppelelement 24 nach außen geführt, welches an der zweiten Komponente 14 angreift. Dieses Koppelelement 24 ist mit einer Läufer- Baugruppe 26 verbunden, welche einer Stator-Baugruppe 28 zugeordnet ist. Die Stator-Baugruppe 28 ist in dem Gehäuse 21 aufgenommen oder integriert.

Der Linearantrieb 19 ist als separate Moduleinheit ausgebildet. Die Moduleinheit hat neben dem Koppelelement als Schnittstelle weitere definierte mechanische Schnittstellen, die eine einfache und definierte Befestigung der Moduleinheit in einem Maschinensystem ermöglichen. Die Moduleinheit weist bevorzugt Anschluss- und/oder Anschlagelemente und/oder Anschlagflächen auf, die eine präzise Anordnung und orthogonale Zuordnung von weiteren Komponenten und/oder Moduleinheiten ermöglichen. Deshalb ist eine maschinenbautechnische und mechatroni- sche Anpassung der ersten und zweiten Komponente 12, 14 an die Baukomponenten des Linearantriebes 19 nicht erforderlich. Darüber hinaus weist ein solcher Linearantrieb 19 den Vorteil auf, dass dieser einen geringeren Bauraum bei gleicher Antriebskraft wie herkömmliche Linearantriebe benötigt. Dies beruht auf dem kompakten Aufbau des Linearantriebes 19, der nachfolgend anhand der Figuren 2a und 2b beispielhaft beschrieben ist.

In Figur 2a ist eine schematische Ansicht auf einen elektrischen Linearantrieb 19 dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Läufer 31 als umlaufendes Band beziehungsweise als Endlosband vorgesehen, wobei der Läufer 31 in einer Führung 38 gemäß Figur 2b geführt ist. Diese Führung 38 ist in einem Gehäuse 21 oder Gehäuseteil vorgesehen und verläuft abschnittsweise zwischen dem Grundkörper 41 und dem Statorabschnitt 66. Der Statorabschnitt 66 und der Grundkörper 41 sind be- vorzugt Teil des Gehäuses 21 oder bilden das Gehäuse 21. Die Führung 38 ist vollständig umlaufend und geschlossen ausgebildet. Eine Umlenkeinrichtung mit deren Umlenkungen 44 ist dabei in dem Gehäuse 21 bevorzugt integriert. Gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 2a weist der Läufer 31 mehrere einzelne Kettenglieder 32 auf, welche an deren Ober- und Unterseite Permanentmagnete 37 umfassen. An einer vorderen Stirnseite 74 des Kettengliedes 32 ist beispielsweise eine konvexe Stirnseite 74 vorgesehen, welche an einer komplementären Stirnseite 75 des vorauseilenden Kettengliedes 32 angreift. Somit ist diese Stirnseite 75 konkav ausgebildet. Dadurch kann ein sicheres Aneinanderliegen und Aneinandergreifen der Kettenglieder 32 sowie eine im Umlenkradius veränderbare Anordnung der Kettenglieder 32 zueinander geschaffen werden. Die Schubkettenglieder weisen den Vorteil auf, dass diese spielfrei aneinander liegen und auch bei einer Richtungsumkehr eine exakte Ansteuerung ermöglichen.

Die Führungen 38 gemäß Figur 2b weisen beispielsweise ein oder mehrere Gleitelemente 48 auf, welche die Kettenglieder 32 innerhalb der Führung 38 positionieren. Durch die geometrische Ausgestaltung der Führung 38 und/oder der Gleitelemente 48 kann ein Luftspalt 46 zwischen dem Grundkörper 41 und den an den Kettengliedern 32 angeordneten Permanentmagneten 37 eingestellt werden. Die Gleitelemente 48 können anwendungsspezifisch nur in Z- oder Y-Richtung die Führung der Kettenglieder 32 abhängig von einer liegenden oder stehenden Anordnung des Linearantriebes 19 übernehmen oder gleichzeitig in Z- und Y- Richtung die Führung übernehmen, wie dies in Figur 2b dargestellt ist.

Durch die Anordnung des Grundkörpers 41 und Statorabschnitts 66 sowie den jeweiligen Spulen 42 zur Führung 38 kann ein doppelter Überdeckungsbereich 45 entlang einer Verfahrstrecke erzielt werden, wie dies auch in Figur 2a vorgesehen ist. Darüber hinaus kann diese Anordnung den Vorteil aufweisen, dass um die Spulenkörper 42 umlaufend eine Kühlung 81 vorgesehen sein kann, um eine Erwärmung während des Betriebes des Linearantriebes 19 zu vermeiden oder zu verringern. Insbesondere können Kühlkanäle oder Kühlschlangen vorgesehen sein. In den Figuren 3a und 3b ist eine alternative Ausführungsform für eine mechanische Lagerung von Kettengliedern 32 eines Läufers 31 gemäß Figur 2a dargestellt. Beispielsweise kann eine Rollenlagerung 71, insbesondere ein Wälz- oder Kugellager, vorgesehen sein, welches um eine am Kettenglied 32 feststehende oder drehbar angeordnete Lagerachse

72 drehbar aufgenommen ist und in einem entsprechenden Lagerspalt

73 benachbart zur Führung 38 geführt wird. Ebenso kann der Lagerspalt 73 auch Teil der Führung 38 sein. Durch die Lagerung werden die Kettenglieder 32 mit einem beidseitigen Luftspalt 46 in der Führung 38 geführt.

Gemäß einer weiteren bevorzugten alternativen Ausgestaltung der Führung 38 der Kettenglieder 32 des Läufers 31 gemäß Figur 2b oder den Figuren 3a und 3b ist eine magnetische Lagerung vorgesehen. In den Schnittdarstellungen gemäß den Figuren 4a und 4b ist die Magnetlagerung näher dargestellt. Figur 4a zeigt eine Seitenansicht des Linearantriebes 19, bei dem die Bewegungsrichtung des Kettengliedes 32 beispielsweise nach der Führung 38 nach links erfolgt. Die Figur 4b zeigt einen Schnitt durch das Kettenglied 32 und die Führung 38 hindurch. Über die Breite des Kettengliedes 32 sind beispielsweise an jeder Längsseite drei Permanentmagnete 37, 36 vorgesehen. Den zwei äußeren Permanentmagneten 36 im Läufer 31 gegenüberliegend sind im Grundkörper 41 als auch im Statorabschnitt Führungsmagnete 36 vorgesehen, die zusammen mit den äußeren Führungsmagneten 36 des Läufers 31 die Magnetlagerung bilden. Der mittlere Permanentmagnet 37 im Kettenglied 32 ist einem Spulenkörper 42 im Grundkörper 41 und Statorabschnitt 66 gegenüberliegend angeordnet, wodurch der Antrieb erfolgt. Die Anzahl und die Anordnung der Führungsmagnete 36 zur Magnetlagerung sowie die Anzahl der Spulenkörper 42 und den zugeordneten Permanentmagneten 37 kann entsprechend dem Anwendungsbeispiel ausgelegt werden.

Der elektrische Linearantrieb 19 ist im Ausführungsbeispiel gemäß Figur 1 in einer liegenden Anordnung vorgesehen. Alternativ kann auch eine stehende Anordnung vorgesehen sein. Diese ist beispielsweise in Figur 5 dargestellt. Dabei ist vorgesehen, dass die erste Komponente 12 als U- förmiges Maschinenbett ausgebildet ist. An oberen Stirnseiten 52 der ersten Komponente 12 ist die Führung 16 vorgesehen, um die als Schlitten ausgebildete zweite Komponente 14 aufzunehmen. Dabei ist jeweils an einer Innenwand 54 der U-förmigen Ausnehmung der ersten Komponente 12 der Linearantrieb 19 als Moduleinheit befestigt, so dass über das Koppelelement 24 die zweite Komponente 14 verfahrbar ist. Bevorzugt sind zwei einander gegenüberliegende Linearantriebe 19 als Moduleinheiten vorgesehen, um die zweite Komponente 14 entlang der Bewegungsachse zu verfahren.

In den Figuren 6a und 6b ist eine alternative Anordnung zu Figur 5 dargestellt. Auch bei dieser Ausführungsform ist wie bei den Linearachsantrieben 11 gemäß den Figuren 1 und 5 ein Ein-Achsensystem ausgebildet, welches mit zwei elektrischen Linearantrieben 19 zur Bildung eines Linearachsenantriebes 11 ausgestattet ist. Die als Schlitten ausgebildete zweite Komponente 14 läuft über die Führung 16 unmittelbar auf dem Maschinenbett. Die zweite Komponente 14 wird durch zwei seitlich zur zweiten Komponente 14 angeordnete Linearantriebe 19 angetrieben. Beispielsweise kann das Gehäuse 21 des elektrischen Linearantriebes 19 in der Höhe und der Geometrie derart ausgebildet sein, dass die zweite Komponente 14 eingerahmt ist.

Der elektrische Linearantrieb 19 kann alternativ zu dem zuvor beschriebenen Schubprinzip auch eine Läufer-Baugruppe 26 aufweisen, welche nach dem Zugprinzip arbeitet. Bei dieser Ausführungsform können die Kettenglieder 32 durch Lagerachsen miteinander verbunden sein, welche bevorzugt spielfrei mit den Kettengliedern 32 gekoppelt sind. Zusätzlich können die Umlenkungen 44 in deren Abstand zueinander veränderbar ausgebildet werden, um eine Spannung auf den Läufer 31 aufzubauen.

In Figur 7a ist ein Zwei-Achsensystem mit den erfindungsgemäßen Linearantrieben 11 dargestellt. Ausgehend von einer Ausführungsform gemäß den Figuren 6a und 6b ist die zweite Komponente 14 entlang einer ersten Bewegungsachse verfahrbar. Bei einem Maschinenbett für Werkzeugmaschinen ist diese zweite Komponente 14 beispielsweise entlang der X-Achse verfahrbar. Zur Ausgestaltung eines Zwei-Achsensystems bildet die zweite Komponente 14 des ersten Linearantriebs 19 die erste Komponente 12' für einen weiteren Linearachsenantπeb 11', das heißt, dass entlang der ersten Komponente 12' des zweiten Linearachsenan- tπebs 11' eine diesem zugeordnete zweite Komponente 14' verfahrbar ist. Diese zweite Komponente 14' ist folglich entlang der Y-Achse verfahrbar. Somit kann durch den erfindungsgemaßen Linearachsenantπeb 11, 11' auch ein Zwei-Achsensystem in einfacher Weise ausgebildet werden. Dabei ist bevorzugt vorgesehen, dass das Gehäuse 21 des zweiten elektrischen Linearantriebes 19' wiederum an der ersten Komponente 12' befestigt wird, so dass über eine weitere Fuhrung 16' die zweite Komponente 14' entlang einer Verfahrstrecke in Y-Rιchtung verfahrbar aufgenommen ist.

Zur Stromversorgung der Stator-Baugruppe 28 des zweiten Linearantriebs 19' sind Stromkomponenten 56, 57 ausgebildet. Im Ausfuhrungs- beispiel ist ein Stromabgreiferelement 56 vorgesehen, welches an einer Stromschiene 57 kontaktiert ist. Die Stromschiene 57 ist beispielsweise in dem Gehäuse 21 des ersten elektrischen Linearantriebes 19 vorgesehen. Dadurch kann eine einfache Energieversorgung ermöglicht werden. Das Mitfuhren von schweren elektrischen Anschlussleitungen ist nicht erforderlich. Diese Anordnung weist den Vorteil auf, dass sowohl eine gekapselte Anordnung des Linearantriebs 11 als Modulemheit sowie auch eine integrierte Stromversorgung ermöglicht ist, um Energiefuhrungsket- ten einzusparen. Alternativ kann die Stromύbertragung auch induktiv erfolgen

In Figur 7a ist eine schematische Vorderansicht auf ein Modul zur Kuhl- wasserfuhrung 49 dargestellt. Eine Ansicht von oben auf das Modul zur Kuhlwasserfuhrung geht aus Figur 7b hervor. Dieses Modul zur Kuhlwas- serfuhrung 49 kann bedarfsmaßig an dem Gehäuse 21 des elektrischen Linearantriebes 19 anordenbar sein. An dem Gehäuse 21 sind An- schlussoffnungen für Schlauche 84 vorgesehen. Das gegenüberliegende Ende der Schlauche 84 ist an einem Fuhrungsschlitten 85 mit einer Anschlussstelle für weitere Schläuche des Linearachsenantriebs 11' vorgesehen und bildet eine Schnittstelle 50 zum weiteren Linearantrieb 19'. Der Fuhrungsschlitten 85 ist in einer Führung 86 gefuhrt, wobei dessen Verfahrbewegung zwangsweise mit dem Koppelelement 24 gekoppelt ist. Durch ein solches Modul zur Kühlwasserführung 49 werden zusätzlich Energieführungsketten eingespart, sofern eine Kühlung erforderlich ist. Die Anordnung von beispielsweise zwei Schläuchen 84 erfolgt deshalb, da der eine Schlauch zur Zuführung von frischem Kühlmedium und der andere Schlauch zum Abführen eines erwärmten Kühlmediums vorgesehen ist. Als Kühlmedium können Luft, Wasser oder Kühlmittel in Frage kommen.

In den Figuren 8a und 8b ist ein Drei-Achsensystem dargestellt, bei welchem drei Linearachsenantriebe 11, 11', 11" vorgesehen sind. Eine solche Anordnung kann bevorzugt für Werkzeugmaschinen eingesetzt werden. Insbesondere eignet sich diese Anordnung für eine Werkzeugmaschine in Form einer Laserschneidmaschine, bei der die erste Komponente 12 als Maschinenbett ausgebildet ist. In dem Maschinenbett ist eine Werkstückauflage 61 zur Aufnahme von zu bearbeitenden Werkstücken mit einem Schneidstrahl, insbesondere Laserschneidstrahl, vorgesehen. Beidseitig benachbart dazu sind Maschinenlängsträger 62 als Bauteilkomponenten der ersten Komponente 12 angeordnet. Auf diesen Ma- schinenlängsträgern 62 ist jeweils eine Führung 16 vorgesehen, welche die zweite Komponente 14 aufnehmen. Diese ist beispielsweise als Brücke dargestellt. An den jeweiligen äußeren Enden der zweiten Komponente 14 greift das Koppelelement 24 der elektrischen Linearantriebe 19 an, welche als Baueinheit oder als Moduleinheit in einfacher Weise auf den Maschinenlängsträgern 62 montierbar sind. Die zweite Komponente 14 beziehungsweise die Brücke ist durch diese Anordnung entlang der X- Achse verfahrbar, Diese zweite Komponente 14 bildet für den zweiten Linearachsenantrieb 11' die erste Komponente 12'. Diese weist bevorzugt eine Aufnahme 64 auf, die zwischen zwei Führungen 16' vorgesehen ist und den Linearantrieb 19' aufnimmt. Entlang den Führungen 16' ist die zweite Komponente 14' des Linearachsenantriebes 11' geführt. Dieser Linearachsenantrieb 11' ermöglicht eine Verfahrbewegung entlang der Y-Achse.

Die Komponente 14' des Linearachsenantriebes 11' ist für den Linearachsenantrieb 11" wiederum die erste Komponente 12". Der entlang der Y-Achse verfahrbare Schlitten, der als zweite Komponente 14' die erste Komponente 12" des Linearachsenantriebes 11" bildet, nimmt die zweite Komponente 14" entlang einer Z-Achse verfahrbar auf. Die Anordnung der Führungen 16" sowie des elektrischen Linearantriebes 19" erfolgt analog zum Aufbau des Linearachsenantriebes 11'.

An der zweiten Komponente 14" wird bei einer Werkzeugmaschine in Form einer Laserschneidmaschine ein Laserschneidkopf aufgenommen, der zur Bearbeitung eines auf der Werkstückauflage 61 aufliegenden und nicht näher dargestellten Werkstückes innerhalb eines Arbeitsraumes in X-, Y- und Z-Achse verfahrbar ist. Durch die Stromversorgungskomponenten 56, 57 beziehungsweise 56', 57' wird die Anzahl der mitzuführenden Leitungen auf die Kühlleitungen reduziert.

Die Länge des oder der Überdeckungsbereiche 45 des jeweiligen Linearantriebs 19 umfasst zumindest den vorbestimmten Verfahrweg der zweiten Komponente 14 zur ersten Komponente 12. In Abhängigkeit davon steht immer eine konstante Fläche im Überdeckungsbereich 45 zur Erzeugung der Antriebskraft zur Verfügung. Diese wiederum bestimmt die Größe der Läufer und Stator-Baugruppe 26, 28, wodurch wiederum das Bauvolumen bestimmt ist. Es wird offensichtlich, dass im Vergleich zu Läufern, welche bislang einen vielfach geringeren Überdeckungsbereich zur Stator-Baugruppe aufweisen, ein erheblich größeres Bauvolumen benötigen, um eine gleiche Antriebskraft zu erzeugen, wie dies bei den erfindungsgemäßen Linearachsenantrieben 11 mit einem oder mehreren Überdeckungsbereichen 45 gegeben ist, der oder die sich entlang der Verfahrstrecke erstreckt oder erstrecken.

Claims

Ansprüche

1. Linearachsenantrieb, insbesondere für Werkzeugmaschinen, mit einer ersten und einer zweiten Komponente (12, 14) und einer Führung (16), durch welche die erste und zweite Komponente (12, 14) relativ zueinander bewegbar sind und mit einem elektrischen Linearantrieb (19), der eine Läufer-Baugruppe (26) und eine Stator-Baugruppe (28) umfasst, und die Relativbewegung zwischen der ersten und zweiten Komponente (12, 14) bewirkt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (19) als eigenständige Moduleinheit ausgebildet ist, welcher ein Gehäuse (21) oder ein Gehäuseteil aufweist, das mit der ersten oder zweiten Komponente (12, 14) verbindbar ist und welcher ein Koppelelement (24) aufweist, das mit der anderen Komponente (14, 12) verbindbar ist.

2. Linearachsenantrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Komponente (12) als stationäre Komponente und die zweite Komponente (14) als die relativ dazu bewegbare Komponente vorgesehen ist und dass die erste Komponente (12) als Maschinenbett oder bewegbare Linearachse und die zweite Komponente (14) als Schlitten ausgebildet ist.

3. Linearachsenantrieb nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die als erste oder zweite bewegbare Linearachse ausgebildete Komponente (12) zumindest einen zweiten oder dritten Linearantrieb (19', 19") aufnimmt und dass der erste und zweite oder zweite und dritte Linearantrieb (19, 19', 19") Stromversorgungskomponenten (56, 57) aufweist, um vorzugsweise den zweiten durch den ersten Linearantrieb (19', 19) oder den dritten durch den zweiten Linearantrieb (19", 19') zu versorgen.

4. Linearachsenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungskomponenten (56, 57) mechanisch kon- taktierbar sind und vorzugsweise ein an einer Stromschiene (57) angreifendes Stromabgreiferelement (56) vorgesehen ist.

5. Linearachsenantrieb nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromversorgungskomponenten (56, 57) als Spulen ausgebildet sind und eine induktive Stromübertragung erfolgt.

6. Linearachsenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Linearantrieb (19) eine Läufer-Baugruppe (26) aufweist, die bevorzugt zumindest einen bandförmigen und umlenkbaren Läufer (31) und eine Stator- Baugruppe (28) umfasst, die vorzugsweise zumindest einen Grundkörper (41) und eine Vielzahl im Grundkörper (41) angeordnete Spulenkörper (42) aufweist, die zur Erzeugung einer Antriebskraft entlang einer vorbestimmten Bewegungsachse des Läufers (31) im Grundkörper (41) ausgerichtet sind.

7. Linearachsenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Überdeckungsbereich (45) zwischen den Läufern (31) und den Spulenkörpern (42) ausgebildet ist, der sich vorzugsweise entlang eines Verfahrweges der zumindest einen Komponente (12, 14) erstreckt.

8. Linearachsenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer-Baugruppe (26) einen Läufer (31) aufweist, der als Endlosband ausgebildet ist und vorzugsweise der als Endlosband ausgebildete Läufer (31) in einer Führung (38) des Gehäuses (21) oder des Gehäuseteils angeordnet ist.

9. Linearachsenantrieb nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Läufer-Baugruppe (26) stehend oder liegend zwischen der ersten und zweiten Komponente (12, 14) vorgesehen ist.

10. Linearachsenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Linearantrieb (19) als Moduleinheit ausgebildet ist und Anschluss- und/oder Anschlagflächen und/oder Anschlagelemente zur präzisen Anordnung und Vorzugs- weise orthogonalen Zuordnung von weiteren Moduleinheiten und/oder Komponenten aufweist.

11. Linearachsenantrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem elektrischen Linearantrieb (19, 19') ein Modul (49) zur Kühlwasserführung anordenbar ist, das vorzugsweise über eine Schnittstelle (50) mit einem weiteren elektrischen Linearachsenantrieb (19) verbindbar ist.