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Patent Searching and Data


Title:
MACHINE TOOL OR PRODUCTION MACHINE OR ROBOT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2007/147657
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a machine tool or production machine, such as e.g. a multispindle machine, or a robot, wherein a liquid metal lubricated slide bearing is not only used to transmit feed currents for electrical consumers but also to transmit currents for producing control signals. Accordingly, it is possible to apply via the liquid metal lubricated slide bearings a voltage of 600 volt in order to produce feed currents and a voltage of 24 volt in order to produce control signals.

Inventors:
DENK JOACHIM (DE)
GRIEPENTROG GERD (DE)
HERTINGER KLAUS (DE)
SCHIERLING HUBERT (DE)
SCHMIDT RICHARD (DE)
WETZEL ULRICH (DE)
Application Number:
PCT/EP2007/053608
Publication Date:
December 27, 2007
Filing Date:
April 13, 2007
Export Citation:
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Assignee:
SIEMENS AG (DE)
DENK JOACHIM (DE)
GRIEPENTROG GERD (DE)
HERTINGER KLAUS (DE)
SCHIERLING HUBERT (DE)
SCHMIDT RICHARD (DE)
WETZEL ULRICH (DE)
International Classes:
H01R39/64
Domestic Patent References:
WO2005119857A12005-12-15
Foreign References:
US20030162422A12003-08-28
US3295091A1966-12-27
FR1462050A1966-12-09
FR2755799A11998-05-15
DE2230332A11974-01-17
Attorney, Agent or Firm:
SIEMENS AKTIENGESELLSCHAFT (München, DE)
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Claims:

Patentansprüche

1. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter, mit einem feststehenden Teil (10) und einem gegenüber diesem Teil (10) rotierenden Teil (12), wobei das feststehende Teil (10) zumindest vier elektrisch voneinander isolierte Stromübertra ¬ gungsflächen aufweist und das rotierende Teil zu jeder Strom ¬ übertragungsfläche an dem feststehenden Teil eine zugeordnete Stromübertragungsfläche aufweist, wobei die Stromübertra- gungsflächen an dem rotierenden Teil (12) elektrisch voneinander isoliert sind und mit den zugehörigen Stromübertra ¬ gungsflächen an dem feststehenden Teil Spalte (34) bilden, die Flüssigmetalllegierungen zur Bildung jeweils eines Stromübertragungskontaktes (24, 24') enthalten, so dass

- zwei erste Stromübertragungskontakte für die Speisung eines ersten elektrischen Verbrauchers an dem rotierenden Teil eingesetzt werden und

- zwei weitere Stromübertragungskontakte für die Speisung ei ¬ nes zweiten elektrischen Verbrauchers an dem rotierenden Teil, der Steuersignale für den ersten elektrischen Verbraucher erzeugt, eingesetzt werden.

2. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter nach Patentanspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass an den ersten Stromübertragungskontakten eine Spannung von 400 bis 1000 Volt anlegbar ist und an den weiteren Stromübertragungs- kontakten eine Spannung von 10 bis 50 Volt anlegbar ist.

3. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter nach Patentanspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass am fest- stehenden (10) und rotierenden (12) Teil jeweils eine fünfte Kontaktfläche vorgesehen ist, die zusammen einen Spalt bil ¬ den, in dem Flüssigmetalllegierung enthalten ist, wobei ein so gebildeter Kontakt an Masse gelegt ist.

4. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass festste ¬ hendes (10') und rotierendes (12') Teil jeweils hohlzylind- risch sind, wobei ein Teil (12') das andere (10') umgibt, und wobei das von dem anderen Teil (12') umgebene Teil (10') eine Zylinderwand (14') aufweist, in der Stromzuführungen (40'') zu den Stromübertragungsflächen geführt sind.

5. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter nach Patentanspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass auch das umgebende Teil (12') eine Zylinderwand (16') aufweist, in der Stromzuführungen (42'') zu den Stromübertragungsflächen ge- führt sind.

6. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass festste- hendes Teil (10) und rotierendes Teil (12) zylindrisch sind, wobei ein Teil (12) das andere (10) umgibt, dadurch gekenn ¬ zeichnet, dass an einer Zylinderwand (16) des einen Teils zu jeder Stromübertragungsfläche ein Ring (26) mit U-förmigem Querschnitt bereitgestellt ist und an einer Zylinderwand (14) des anderen Teils zu jeder Stromübertragungsfläche ein Ring

(28) mit L-förmigem Querschnitt bereitgestellt ist, wobei die Stromübertragungskontakte (24) dadurch gebildet werden, dass in den Ring (26) mit U-förmigem Querschnitt eine Flüssigme ¬ talllegierung eingebracht wird, und dass ein Schenkel (30) des Rings (28) mit L-förmigem Querschnitt in den U-förmigen Querschnitt mit der Flüssigmetalllegierung eingreift, wobei der eingreifende Schenkel (30) des Rings mit L-förmigem Quer ¬ schnitt gegenüber beiden Schenkeln (32, 32') des Rings mit U- förmigem Querschnitt abgedichtet ist .

7. Werkzeugmaschine, Produktionsmaschine oder Roboter nach einem der vorhergehenden Patentansprüche,

d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass es eine Mehrspindelmaschine oder eine Rundtaktmaschine ist.

Description:

Beschreibung

Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder Roboter

Die Erfindung betrifft eine Werkzeug- oder Produktionsmaschine oder einen Roboter, mit einem feststehendem Teil und einem gegenüber diesem Teil rotierenden Teil. Die Werkzeugmaschine kann eine Mehrspindelmaschine oder eine Rundtaktmaschine sein. Der Definition entsprechende Produktionsmaschinen fin- den sich beispielsweise in Getränkefüllanlagen .

Bei Mehrspindelmaschinen sind mehrere Spindelmotoren (elektrische Verbraucher) auf dem rotierenden Teil, der so genannten Trommel, montiert.

Bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen oder Robotern der genannten Art ist es immer problematisch, Verbrauchern auf bzw. an dem rotierenden Teil Ströme zur Speisung zuzuführen. Zugleich müssen Signale zur Steuerung der Verbraucher bei Werkzeug- oder Produktionsmaschinen übertragen werden.

üblicherweise erfolgt die Stromzufuhr zu dem rotierenden Teil im Feld über Schleifringe. Diese Schleifringe unterliegen me ¬ chanischem Abrieb, also Verschleiß. Die Gewährleistung einer unterbrechungsfreien Signalübertragung ist technisch aufwendig.

Aus der WO 2005/062432 Al ist es bekannt, anstelle der her ¬ kömmlichen Kupferschleifringkontakte Flüssigmetalllegierungen zu verwenden. Hierzu wird an dem feststehenden Teil und dem gegenüber diesem rotierenden Teil jeweils eine Stromübertra ¬ gungsfläche bereitgestellt, wobei die beiden Stromübertra ¬ gungsflächen zwischen sich einen Spalt bilden, in den die Flüssigmetalllegierung eingebracht wird. Damit wird ein e- lektrischer Kontakt geschaffen und gleichzeitig die Drehbarkeit des rotierenden Teils gegenüber dem feststehenden Teil nicht beeinträchtigt.

Die WO 2005/062432 Al offenbart lediglich das übertragen eines Speisestroms vermittels dreier galvanisch voneinander ge ¬ trennter Einheiten von Stromübertragungskontakten.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Werkzeug- oder Produkti ¬ onsmaschine der eingangs genannten Gattung derart weiterzu ¬ bilden, dass sowohl die übertragung des Speisestroms als auch die Erzeugung von Steuersignalen erleichtert ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeug- oder Produktionsma ¬ schine oder einen Roboter gemäß Patentanspruch 1 gelöst .

Das feststehende Teil weist somit vier elektrisch voneinander isolierte Stromübertragungsflächen auf, und auch das rotie- rende Teil weist vier solche elektrisch voneinander isolierten Stromübertragungsflächen auf, wobei jede der vier Stromübertragungsflächen des feststehenden Teils jeweils einer Stromübertragungsfläche des rotierenden Teils zugeordnet ist, zwischen ihnen ein Spalt gebildet ist, und in den Spalt eine Flüssigmetalllegierung eingebracht ist. Dadurch wird jeweils ein Stromübertragungskontakt erzeugt, insgesamt zumindest vier Stromübertragungskontakte.

Damit wird es möglich, dass zwei erste Stromübertragungskon- takte für die Speisung eines ersten elektrischen Verbrauchers an dem rotierenden Teil eingesetzt werden können und zwei weitere Stromübertragungskontakte für die Speisung eines zweiten elektrischen Verbrauchers, der Steuersignale für den ersten elektrischen Verbraucher erzeugt, eingesetzt werden können.

Bevorzugt sind hierbei die eingesetzten Spannungsbereiche völlig unterschiedlich. So ist an den ersten Stromübertragungskontakten eine Spannung von 400 bis 1000 Volt anlegbar und an den weiteren Stromübertragungskontakten eine Spannung von 10 bis 45 Volt anlegbar. Gedacht ist hierbei an eine Spannung von 600 Volt, welche für die Speisung der elektrischen Verbraucher bei einer typischen Mehrspindelmaschine be-

nötigt wird, und eine Spannung von 24 Volt, welche der Erzeu ¬ gung der Steuersignale dient .

Bevorzugt ist ein fünfter Kontakt, der nicht unbedingt als Stromübertragungskontakt zu bezeichnen ist, an Masse gelegt. Mit anderen Worten befinden sich sowohl am feststehenden als auch am rotierenden Teil der Maschine jeweils eine fünfte Kontaktfläche, welche zusammen einen Spalt bilden, in der Flüssigmetalllegierung enthalten ist, wobei dann der gesamte Kontakt dadurch an Masse gelegt wird, dass die fünfte Kon ¬ taktfläche des feststehenden Teils an Masse gelegt wird. Durch den Masseanschluss werden die an den Stromübertragungs ¬ kontakten angelegten Spannungen stabilisiert.

Bei Mehrspindelmaschinen ist eine Anordnung häufig, bei der feststehendes und rotierendes Teil jeweils hohlzylindrisch sind, wobei ein Teil das andere umgibt, und wobei das von dem anderen Teil umgebene Teil eine Zylinderwand aufweist. Bei Verwendung von herkömmlichen Kupfer-Schleifkontakten werden die Stromkabel üblicherweise in dem von Luft erfüllten Innen ¬ raum des Hohlzylinders geführt. Es ist ein gesonderter Aspekt der vorliegenden Erfindung, unabhängig von der Verwendung der vier Stromübertragungskontakte, dass die Stromzuführungen zu den Stromübertragungsflächen in der Zylinderwand des von dem anderen Teil umgebenen Teils geführt sind. Durch Führung der Stromzuführungen in der Zylinderwand kann der Zylinderhohlraum für andere Zwecke verwendet werden, beispielsweise zur Durchführung von anderen Materialien wie Kühl- und Hydraulik- öl.

Auch das umgebende Teil kann eine Zylinderwand aufweisen, in der Stromzuführungen zu den Stromübertragungsflächen geführt sind. Ist beispielsweise das umgebene Teil feststehend, so bedeutet dies, dass auch in dem rotierenden Teil die Stromzu- führungen in den Zylinderwänden geführt sind. Dies bedingt eine relativ kompakte Bauweise.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist die Ausgestaltung der Stromübertragungskontakte. Dieser Aspekt ist von der in Pa ¬ tentanspruch 1 beanspruchten Erfindung unabhängig, wenngleich bevorzugt gleichzeitig mit dieser ausgeführt. Gemäß diesem Aspekt umgibt eines der beiden Teile das andere, wobei fest ¬ stehendes Teil und rotierendes Teil zylindrisch sind. An ei ¬ ner Zylinderwand des einen Teils ist zur Bereitstellung einer Stromübertragungsfläche ein Ring mit U-förmigem Querschnitt bereitgestellt. An einer Zylinderwand des anderen Teils ist zur Bereitstellung einer Stromübertragungsfläche ein Ring mit L-förmigem Querschnitt bereitgestellt. Die Stromübertragungs ¬ kontakte werden nun dadurch gebildet, dass in dem Ring mit U- förmigem Querschnitt gebracht wird, und dass ein Schenkel des "L" in das "U" eingreift und damit in die Flüssigmetalllegie- rung eingreift. Nun ist noch der eingreifende Schenkel des "L" gegenüber den beiden Schenkeln des "U" abzudichten, so- dass die flüssige Metalllegierung nicht aus dem U-förmigen Ring entweichen kann.

Durch die Verwendung des abknickenden L-förmigen Rings kann der U-förmige Ring fast bis zu dem anderen Teil, an dem er nicht befestigt ist, hingeführt sein. Dadurch ist eine beson ¬ ders kompakte Ausführungsform der Stromübertragungskontakte bereitgestellt .

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezug auf die Zeichnung beschrieben, in der

FIG 1 schematisch die Stromübertragung bei der erfindungs- gemäßen Maschine veranschaulicht,

FIG 2 perspektivisch eine übertragereinheit einer erfindungsgemäßen Maschine mit Stromschienen veranschaulicht und

FIG 3 A und FIG 3 B perspektivisch aus unterschiedlichen

Richtungen gesehen ein einzelnes Element der übertra-

gereinheit aus FIG 2 mit zugehörigen Stromschienen veranschaulicht .

FIG 1 zeigt die Grundbauelemente einer Werkzeug- oder Produk- tionsmaschine der erfindungsgemäßen Art, nämlich ein feststehendes Teil 10 und ein rotierendes Teil 12, wobei die Teile 10 und 12 durch unterschiedliche Schraffierungen voneinander unterscheidbar sind (siehe Legende) .

Das feststehende Teil weist einen hohlzylindrischen Grundkörper mit einer Zylinderwand 14 auf. Auch das rotierende Teil weist einen hohlzylindrischen Grundkörper mit einer Zylinderwand 16 auf. Die Zylinderwand 14 des feststehenden Teils 10 weist einen Isolierring 18 zur Trennung der Zylinderwand 14 in zwei voneinander isolierte Teile auf. Analog hierzu weist die Zylinderwand 16 des isolierenden Teils 12 einen Isolierring 20 auf.

Die eigentliche Lagerung des rotierenden Teils 12 gegenüber dem feststehenden Teil 10 erfolgt durch Ringkugellager 22 bzw. 22'. Zur Stromübertragung dienen Stromübertragungskontakte 24 und 24'. Die Stromübertragungskontakte 24 bzw. 24' sind durch zwei Ringe 26 bzw. 26' und 28 bzw. 28' gebildet. Der Ring 26 ist fest mit der Zylinderwand 16 des rotierenden Teils 12 verbunden und hat ein U-förmiges Profil, wobei ein Schenkel 32 des "U"s an der Zylinderwand 16 innen anliegt, sodass das "U"-Profil ein liegendes Profil ist. Der Ring 28 ist fest mit der Zylinderwand 14 des feststehenden Teils 10 verbunden und ist von L-förmigem Querschnitt. Ein Schenkel 30 des "L"s greift hierbei zwischen zwei Schenkel 32 und 32' des "U"s. Zwischen dem Ende des Schenkels 30 und dem Ring 26 ist ein Spalt 34 gebildet, in den eine Flüssigmetalllegierung 34 eingebracht ist. Zwischen dem Schenkel 30 des L-Rings und den Schenkeln 32 bzw. 32' des U-Rings befinden sich Dichtlippen 36 bzw. 36', sodass die Flüssigmetalllegierung nicht aus dem U-förmigen Ring 26 entweichen kann.

Die Anordnung ermöglicht eine Drehung des rotierenden Teils 12 gegenüber dem feststehenden Teil 10 um die Achse 38. Zwar wirken hierbei hauptsächlich die Lager 22 und 22', aber auch die Stromübertragungskontakte 24 bzw. 24' fungieren als La- ger: Sie behindern eine Drehung nicht, denn die Flüssigme ¬ talllegierung im Inneren des Spalts 34 sorgt für eine gleitende Bewegung des Rings 26 gegenüber dem Ring 28, wobei sich insbesondere die Schenkel 32 und 32' des U-Profils um den Schenkel 30 des L-Profils herum drehen. Es ist nun möglich, mit Hilfe der Stromübertragungskontakte 24 und 24' Strom zu übertragen. Eine entsprechende Spannung (gekennzeichnet durch die Zeichen "+" und "-") kann über Stromleitungen 40 bzw. 40' an die Ringe 28 bzw. 28' angelegt werden. über die Flüssigme ¬ talllegierung im Spalt 34 liegt die entsprechende Spannung auch auf der Seite des rotierenden Teils 12 an und ist über Stromleitungen 42 bzw. 42' abgreifbar. Es kann sich bei der angelegten Spannung um eine Spannung von 600 Volt handeln. Eine solche Spannung kann zur Speisung von elektrischen Verbrauchern, die an dem rotierenden Teil 12 angebracht sind, dienen, wobei die Stromleitungen 42 und 42' jeweils an den elektrischen Verbraucher anzuschließen sind. Die Stromleitungen 40 und 40' sind mit einem feststehenden Gerät außerhalb der Maschine, z. B. mit einem Schaltschrank, verbunden.

Neben der Speisung von elektrischen Verbrauchern kann auch eine Ansteuerung der elektrischen Verbraucher erfolgen. Insbesondere bei Mehrspindelmaschinen weisen die Motoren als e- lektrische Verbraucher eine Motorsteuerung auf, der Steuersignale von Seiten des feststehenden Teils zuzuführen sind. Die beiden Stromübertragungskontakte 24 und 24 ' können auch zur übertragung von derartigen Steuersignalen verwendet werden, wobei dann die anliegende Spannung typischerweise 24 Volt beträgt.

FIG 2 zeigt nun eine der FIG 1 entsprechende übertragerein ¬ heit in perspektivischer Darstellung. Zu sehen ist das rotierende Teil 12', welches hohlzylindrisch ausgebildet ist und das feststehende Teil 10'. FIG 2 zeigt eine Vervollständigung

der Anordnung aus FIG 1: Die Zylinderwand 16' des rotierenden Teils ist durch vier Isolierringe 20' in fünf elektrisch voneinander isolierte Elemente 46 geteilt. Entsprechend ist auch die Zylinderwand 14' des feststehenden Teils 10' durch vier Isolierringe 18' in fünf voneinander getrennte isolierte Ele ¬ mente geteilt. Jedem dieser fünf Elemente 48 soll nun ein Kontakt nach Art der Stromübertragungskontakte 24 bzw. 24' zugeordnet sein, d. h. anstatt von zwei Kontakten 24 und 24' weist die Anordnung gemäß FIG 2 in ihrem Inneren, welches nicht zu sehen ist, fünf derartige Kontakte auf. Durch das Bereitstellen von fünf Stromübertragungskontakten nach Art der in FIG 1 gezeigten Kontakte 24 und 24 ' ist es möglich, zwei Spannungen anzulegen, wobei für jede Spannung zwei der Einheiten benötigt werden, zwischen denen die Spannung an- liegt. Die fünfte Einheit dient der Bereitstellung eines Mas ¬ seanschlusses .

Während in der schematischen Zeichnung gemäß FIG 1 die Leitungen 40 und 40' im Zylinderhohlraum des feststehenden Teils 10 dargestellt sind, ist in Realität vorgesehen, dass die

Leitungen in der Zylinderwand 14 ausgebildet sind. Dies ist in FIG 2 gut zu erkennen. Zu sehen sind fünf Leitungen 40'', für jedes der durch die Isolierringe 20' abgetrennten Elemente 46 der Zylinderwand 16' eine Zuleitung. Die einzelnen EIe- mente 46, die durch die Isolierringe 20' voneinander getrennt sind, können gesonderte Bauteile sein, wie dies in FIG 3 A und FIG 3 B dargestellt ist. Zu sehen ist ein im Ganzen mit 44 bezeichnetes Bauelement, bestehend aus einem Bauelement 46 für die Zylinderwand 16' und einem Bauelement 48 für die Zy- linderwand 14 ' . Nicht zu sehen ist der eine Stromübertra ¬ gungskontakt in dem Bauelement 44. Es handelt sich hierbei um einen Stromübertragungskontakt nach Art des Stromübertra ¬ gungskontakts 24 bzw. 24' aus FIG 1. Für diesen Kontakt be ¬ darf es genau einer Zuleitung 40'' und einer Leitung 42'' auf Seiten des rotierenden Teils 12' . In der Zylinderwand des Bauteils sind entsprechend fünf Durchführungen 50 für die Leitungen 42' ', auch von den anderen vier Bauelementen 46, vorgesehen. Entsprechend sind in der Zylinderwand 48 fünf

Durchführungen 52 vorgesehen, auch zur Durchführung der Leitungen 40' von anderen Bauteilen 48.

Durch die Integrierung der Stromleitungen 40'' und 42'' in die jeweiligen Zylinderwände 14' bzw. 16' ist gewährleistet, dass der Zylinderhohlraum des feststehenden Teils 10'' vollständig leer bleibt. Außerdem ist außerhalb der Zylinderwand 16' keine Stromleitung angeordnet.

Es kann durch die Werkzeug- oder Produktionsmaschine (z. B. Mehrspindelmaschine) , die die übertragereinheit gemäß FIG 2 verwendet, Material bearbeitet werden, das über den Zylinder ¬ hohlraum des feststehenden Teils 10'' zugeführt wird.

Die vorliegende Anordnung ist nicht auf ein im Innenraum be ¬ findendes feststehendes Teil und ein außen befindliches ro ¬ tierendes Teil festgelegt. Stattdessen kann die Erfindung in völlig analoger Weise auch im umgekehrten Fall verwirklicht werden, bei dem sich das rotierende Teil im Innenraum des feststehendes Teils befindet.