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Title:
POSITIONING DEVICE FOR POSITIONING A WORKPIECE, AND MACHINE TOOL COMPRISING A POSITIONING DEVICE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2019/154606
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a positioning device (5) for clamping and positioning a workpiece, said positioning device comprising a main body (8), a rotary body (9) mounted rotatably relative to the main body (8) and designed for clamping the workpiece, a rotary feedthrough (10) for transferring at least one fluid between the main body (8) and the rotary body (9), an energy transmission unit (11) for contactlessly transmitting electrical energy between the main body (8) and the rotary body (9), and a valve device mounted on the rotary body (9) and actuatable by means of the transmitted electrical energy for controlling a flow of the at least one fluid.

Inventors:
BARON, Heiko (Klosterstrasse 29, Pfullingen, 72793, DE)
VOHRER, Andreas (Bolbergweg 12/4, Pfullingen, 72793, DE)
Application Number:
EP2019/051181
Publication Date:
August 15, 2019
Filing Date:
January 17, 2019
Export Citation:
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Assignee:
MAG IAS GMBH (Salacher Strasse 93, Eislingen, 73054, DE)
International Classes:
B23Q1/00; B23B31/30; B23Q3/08; B25B5/06
Domestic Patent References:
WO2014111881A12014-07-24
Foreign References:
EP3028804B12017-02-22
DE8316776U11983-11-03
DE102006002129A12007-07-19
DE102006005761A12006-12-21
DE102018201853A2018-02-07
EP3028804B12017-02-22
Attorney, Agent or Firm:
RAU, SCHNECK & HÜBNER PATENTANWÄLTE RECHTSANWÄLTE PARTGMBB (Königstrasse 2, Nürnberg, 90402, DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Positioniervorrichtung (5) zum Positionieren eines Werkstücks (2), aufweisend

einen Grundkörper (8),

einen relativ zu dem Grundkörper (8) drehbar gelagerten Drehkör- per (9) zum Anordnen des Werkstücks (2),

eine Drehdurchführung (10) zum Übertragen von mindestens ei- nem Fluid zwischen dem Grundkörper (8) und dem Drehkörper

(9),

eine Energieübertragungseinrichtung (11) zum berührungslosen Übertragen elektrischer Energie zwischen dem Grundkörper (8) und dem Drehkörper (9) und

eine an dem Drehkörper (9) angebrachte und mittels der übertrage- nen elektrischen Energie betätigbare Ventileinrichtung (12) zum Steuern eines Flusses des mindestens einen Fluids.

2. Positioniervorrichtung (5) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Drehkörper (9) relativ zu dem Grundkörper (8) ohne Winkel- beschränkung drehbar ist.

3. Positioniervorrichtung (5) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Drehdurchführung (10) mindestens einen Fluid- Versorgungskanal (28) zum Übertragen mindestens eines gasförmigen und/oder eines flüssigen Fluids aufweist.

4. Positioniervorrichtung (5) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass genau ein Fluid- Versorgungskanal (28) als Pneumatik- Versorgungskanal (29) zum Übertragen des gasförmigen Fluids ausge- bildet ist.

5. Positioniervorrichtung (5) nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass genau zwei Fluid- Versorgungskanäle (28) als Hydrau- lik- Versorgungskanäle (30) zum Übertragen des flüssigen Fluids aus- gebildet sind.

6. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) mindestens ein mit der Energieübertragungseinrichtung (11) energieübertragend verbun- denes, elektrisch betätigbares Elektro-Hydraulik- Ventil (36) zum Steu- ern des Flusses eines flüssigen Fluids aufweist.

7. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) mindestens ein mit der Energieübertragungseinrichtung (11) energieübertragend verbun- denes, elektrisch betätigbares Elektro-Pneumatik- Ventil (33) zum Steuern des Flusses eines gasförmigen Fluids aufweist.

8. Positioniervorrichtung (5) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) mindestens ein mit dem mindestens ei- nen Elektro-Pneumatik- Ventil (33) fluidübertragend verbundenes, pneumatisch betätigbares Pneumatik-Hydraulik- Ventil (34) zum Steu- ern des Flusses eines flüssigen Fluids aufweist.

9. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinrichtung (12) mindestens ein Re- gelventil zum Regeln eines Fluiddrucks umfasst.

10. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (11) induk- tiv ausgebildet ist.

11. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, dass die Energieübertragungseinrichtung (11) zum berührungslosen Übertragen elektrischer Signale zwischen dem Grundkörper (8) und dem Drehkörper (9) ausgebildet ist.

12. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, ge kennzeichnet durch mindestens einen an dem Drehkörper (9) ange- brachten und mit der mindestens einen Ventileinrichtung (12) fluid- übertragend verbundenen Aktor (18).

13. Positioniervorrichtung (5) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, ge kennzeichnet durch mindestens einen an dem Drehkörper (9) ange- brachten und mit der Energieübertragungseinrichtung (11) verbünde - nen Sensor (20).

14. Werkzeugmaschine (1), mit

einem Maschinengestell (3),

mindestens einer an dem Maschinengestell (3) angeordneten Werkzeugspindel (4) und

- mindestens einer an dem Maschinengestell (3) angeordneten Posi- tioniervorrichtung (5) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.

15. Werkzeugmaschine (1) nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Positioniervorrichtung (5) relativ zu dem Maschinengestell (3) drehbar gelagert ist.

Description:
Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Werkstücks und Werkzeugmaschine mit einer Positioniervorrichtung

Die vorliegende Patentanmeldung nimmt die Priorität der deutschen Pa- tentanmeldung DE 10 2018 201 853.7 in Anspruch, deren Inhalt durch Be- zugnahme hierin aufgenommen wird.

Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung zum Positionieren eines Werkstücks. Die Erfindung betrifft ferner eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von Werkstücken mit einer derartigen Positioniervorrichtung.

Aus der EP 3 028 804 B 1 ist eine Positioniervorrichtung mit einem Grund- körper und einem relativ zu dem Grundkörper drehbar gelagerten Drehkör- per zum Aufspannen eines Werkstücks bekannt. Die Positioniervorrichtung weist eine Energieübertragungseinrichtung zum berührungslosen, insbe- sondere induktiven, Übertragen elektrischer Energie zwischen dem Grund- körper und dem Drehkörper auf. Die über die Energieübertragungseinrich- tung pro Zeit übertragbare elektrische Energie ist beschränkt. Zwar kann ein kurzzeitig erhöhter Bedarf an Energie durch Speichermittel abgedeckt werden, derartige Positioniervorrichtungen sind jedoch im Aufbau kom- plex und deren Einsatzbereich ist beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Positioniervorrichtung derart weiterzubilden, dass diese einfach aufgebaut und wirtschaftlich ist und einen flexiblen Einsatzbereich aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Positioniervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die erfmdungsgemäße Positioniervorrichtung weist eine Drehdurchführung zum Übertragen von mindestens einem Fluid zwischen dem Grundkörper und dem Drehkörper auf und ermöglicht somit ein fluidbasiertes Übertragen hoher Leistung zwischen dem Grundkörper und dem Drehkörper, insbesondere höherer Leistung als über die Energie- Übertragungseinrichtung übertragbar sind. Ferner weist die Positioniervor- richtung eine an dem Drehkörper angebrachte und mittels der übertragenen elektrischen Energie betätigbare Ventileinrichtung zum Steuern eines Flus- ses des mindestens einen Fluids auf. Vorteilhaft wird hierdurch erreicht, dass ein hoher Energiebedarf auf Seiten des Drehkörpers fluidbasiert über die Drehdurchführung übertragen werden kann, wobei der Fluidfluss mit- tels der über die Energieübertragungseinrichtung übertragenen und der Ventileinrichtung zugeführten elektrischen Energie steuerbar ist. Der Drehkörper ist in üblicher Weise mittels eines elektrischen Antriebsmotors drehantreibbar.

Die Ventileinrichtung kann dazu ausgebildet sein, den Fluss des mindes- tens einen Fluids zu mehreren Verbrauchern zu steuern. Vorzugsweise ist die Ventileinrichtung dazu ausgebildet, den Fluss eines auf den Drehkörper übertragenen Fluids zu mehreren Verbrauchern zu steuern. Die Anzahl der mittels der Drehdurchführung zwischen dem Grundkörper und dem Dreh- körper übertragenen Fluide kann somit, insbesondere bei mehreren Ver- brauchern, erheblich reduziert werden. Die Drehdurchführung ermöglicht das Übertragen hoher Feistung zwischen dem Grundkörper und dem Dreh- körper, wobei die über die Energieübertragungseinrichtung mit elektrischer Energie versorgte Ventileinrichtung den Fluidfluss derart steuerbar macht, dass die Anzahl der über die Drehdurchführung separat übertragenen Flui- de reduziert werden kann. Die Komplexität der Positioniervorrichtung, ins- besondere der Drehdurchführung, ist somit reduziert und deren Einsatzbe- reich ist vergrößert. Die Ventileinrichtung kann mindestens ein Schließven- til, das lediglich zwischen der Offenstellung und der Verschlussstellung anordenbar ist, aufweisen. Derartige Ventile tragen zur Wirtschaftlichkeit der Positioniervorrichtung bei.

Die Energieübertragungseinrichtung kann einen an dem Grundkörper an- gebrachten Grundkörper-Übertragungskopf und einen an dem Drehkörper angebrachten Drehkörper-Übertragungskopf aufweisen. Vorzugsweise ist die Energieübertragungseinrichtung ein elektromagnetischer Energieüber- trager. Die elektrische Energie kann zur Übertragung zwischen dem

Grundkörper und dem Drehkörper, insbesondere zur Übertragung zwischen dem Grundkörper-Übertragungskopf und dem Drehkörper-Übertragungs- kopf, in elektromagnetische Energie, insbesondere in elektromagnetische Strahlung, gewandelt werden.

Vorzugsweise ist die Energieübertragungseinrichtung konzentrisch zu einer Drehachse des Drehkörpers angeordnet. Zum berührungslosen Übertragen der elektrischen Energie kann der Grundkörper-Übertragungskopf entlang der Drehachse beab standet zu dem Drehkörper-Übertragungskopf ange- ordnet sein. Ein zwischen dem Grundkörper-Übertragungskopf und dem Drehkörper-Übertragungskopf ausgebildeter Übertragungsspalt liegt vor- zugsweise im Bereich von 0,5 mm bis 10 mm, insbesondere im Bereich von 1 mm bis 8 mm, insbesondere im Bereich von 2 mm bis 6 mm, insbe- sondere im Bereich von 3 mm bis 5 mm. Durch die berührungslose Über- tragung der elektrischen Energie ist die Positioniervorrichtung im Betrieb besonders robust.

Vorzugsweise beträgt eine über die Energieübertragungseinrichtung über- tragbare elektrische Leistung maximal 500 W, insbesondere maximal 300 W, insbesondere maximal 200 W, insbesondere maximal 100 W. Die über die Energieübertragungseinrichtung übertragbare elektrische Leistung liegt besonders bevorzugt in einem Bereich zwischen 1 W und 100 W, insbe- sondere in einem Bereich von 2,5 W bis 50 W, insbesondere in einem Be- reich von 5 W bis 20 W. Die Positioniervorrichtung kann ein an dem Drehkörper angebrachtes

Speichermittel zur Energiespeicherung aufweisen. Vorzugsweise weist das Speichermittel ein physikalisches Speicherelement, insbesondere einen Federkraftspeicher und/oder einen Druckspeicher, insbesondere einen Druckluftspeicher und/oder einen Hydraulikspeicher, auf. Das Speicher- mittel kann auch ein chemisches Speicherelement, insbesondere eine gal- vanische Zelle, aufweisen. Hierdurch kann ein kurzzeitig hoher Bedarf an elektrischer oder fluidischer Leistung gedeckt werden.

Vorzugsweise ist der mindestens eine mit der Drehdurchführung verbun- dene Verbraucher ein Aktor, insbesondere einer Spannvorrichtung. Die Spannvorrichtung kann mindestens eine Spannbacke zum Spannen des Werkstücks aufweisen. Mittels des über die Drehdurchführung übertrage- nen mindestens einen Fluids kann das Werkstück auf der Spannvorrichtung besonders schnell und mit der erforderlichen Spannkraft aufgespannt wer- den.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 2 ist flexibel und wirtschaftlich einsetzbar. Der Drehkörper ist relativ zu dem Grundkörper endlos drehbar. Hierzu kann die Drehdurchführung mindestens eine vollständig um die Drehachse umlaufende Nut zur Ausbildung mindestens eines Fluid-

Versorgungskanals aufweisen. Zur Abdichtung des mindestens einen Flu- id- Versorgungskanals kann die Drehdurchführung mindestens ein zwi- schen dem Grundkörper und dem Drehkörper angeordnetes Dichtmittel, insbesondere eine Spaltdichtung, aufweisen. Vorzugsweise ist die mindes- tens eine umlaufende Nut entlang der Drehachse beidseitig mittels der um laufenden Dichtmittel abgedichtet. Die Drehdurchführung ist insbesondere konzentrisch zu der Drehachse angeordnet. Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 3 weist einen flexiblen Ein- satzbereich auf. Zum Übertragen des mindestens einen Fluids zwischen dem Grundkörper und dem Drehkörper kann die Drehdurchführung je ei- nen Fluid- Versorgungskanal aufweisen. Der mindestens eine Fluid- Versorgungskanal kann zum Übertragen mindestens eines Gases, insbe- sondere als Pneumatik- Versorgungskanal zum Übertragen von Druckluft, und/oder zum Übertragen mindestens einer Flüssigkeit, insbesondere als Hydraulik- Versorgungskanal zum Übertragen von Hydraulikflüssigkeit, ausgebildet sein. An dem mindestens einen Fluid- Versorgungskanal kann jeweils mindes- tens ein Fluid- Arbeitskanal zum Übertragen des Fluids zu einem Verbrau- cher angeschlossen sein. Vorzugsweise sind an dem mindestens einen Flu- id- Versorgungskanal mehrere Fluid- Arbeitskanäle angeschlossen. Der mindestens eine Fluid- Arbeitskanal kann jeweils mit einem Ventil der Ven- tileinrichtung zum Steuern des Flusses des mindestens einen in dem Fluid- Arbeitskanal geführten Fluids verbunden sein.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 4 weist einen großen Einsatz- bereich auf und ist einfach aufgebaut und im Betrieb besonders robust. Der Pneumatik- Versorgungskanal kann über mehrere Fluid- Arbeitskanäle mit mehreren Verbrauchern in Verbindung stehen. Eine Rückführung der über den Pneumatik- Versorgungskanal übertragenen Druckluft durch die Dreh- durchführung ist nicht notwendig. Die Druckluft kann beispielsweise an dem jeweiligen Verbraucher und/oder an der Ventileinrichtung in die Um gebung entweichen.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 5 ist einfach aufgebaut und ermöglicht das Übertragen einer hohen fhüdischen Leistung zwischen dem Grundkörper und dem Drehkörper. Vorzugsweise ist ein erster Hydraulik- Versorgungskanal als Zuleitung und ein zweiter Hydraulik- Versorgungskanal als Rückleitung ausgebildet. Die Zuleitung kann über den mindestens einen Verbraucher mit der Rückleitung in Verbindung ste- hen. Über die beiden Hydraulik- Versorgungskanäle können besonders ho- he fluidische Leistungen übertragen werden, wobei die Komplexität der Positioniervorrichtung, insbesondere der Drehdurchführung, durch die Ausbildung lediglich zweier Hydraulik- Versorgungskanäle erheblich redu- ziert ist.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 6 ist besonders flexibel ein- setzbar. Das mindestens eine Elektro-Hydraulik- Ventil ist vorzugsweise an die zwei Hydraulik- Versorgungskanäle angeschlossen. Das mindestens eine Elektro-Hydraulik- Ventil ist mittels der über die Energieübertragungs- einrichtung übertragenen elektrischen Energie steuerbar. Vorzugsweise weist die Ventileinrichtung mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens sieben, insbeson- dere mindestens zehn, Elektro-Hydraulik- Ventile auf.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 7 ist im Einsatz besonders fle- xibel und robust. Das mindestens eine Elektro-Pneumatik- Ventil ist mit dem mindestens einen Fluid- Versorgungskanal, insbesondere mit dem mindestens einen Pneumatik- Versorgungskanal, verbunden. Das Elektro- Pneumatik- Ventil ist mittels der über die Energieübertragungseinrichtung übertragenen elektrischen Energie steuerbar. Vorzugsweise weist die Ven- tileinrichtung mindestens zwei, insbesondere mindestens drei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens sieben, insbesondere mindestens zehn, Elektro-Pneumatik- Ventile auf. Das mindestens eine Elektro- Pneumatik- Ventil kann mit einer geringeren elektrischen Energie steuerbar sein als das mindestens eine Elektro-Hydraulik-Ventil. Das mindestens eine Elektro-Pneumatik- Ventil gewährleistet vorteilhaft, dass eine große Anzahl einzelner Fluid- Arbeitskanäle gleichzeitig geschalten werden kön- nen, ohne dass dabei die maximale über die Energieübertragungseinrich- tung übertragbare elektrische Leistung überschritten wird. Der Fluss des mindestens einen Fluids zu mehreren Verbrauchern kann somit beispiels- weise simultan gesteuert werden.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 8 ist flexibel einsetzbar und im Betrieb wirtschaftlich. Das mindestens eine Pneumatik- Hydraulik- Ventil ist zum Steuern des Flusses eines flüssigen Fluids mit dem mindestens ei- nen Hydraulik- Versorgungskanal verbunden. Vorzugsweise ist das mindes- tens eine Pneumatik-Hydraulik- Ventil mit zwei Hydraulik-Versorgungs- kanälen, insbesondere mit der Zuleitung und der Ableitung, verbunden. Zum Steuern des Pneumatik-Hydraulik- Ventils ist dieses fluidübertragend mit dem mindestens einen Elektro-Pneumatik- Ventil verbunden. Vorzugs- weise weist die Ventileinrichtung mindestens zwei, insbesondere mindes- tens drei, insbesondere mindestens fünf, insbesondere mindestens sieben, insbesondere mindestens zehn, Pneumatik-Hydraulik- Ventile auf. Die Ven- tileinrichtung ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass das mindestens eine Elektro-Pneumatik- Ventil mittels der über die Energieübertragungseinrich- tung übertragene elektrische Energie geschalten wird, wobei das mindes- tens eine Pneumatik-Hydraulik- Ventil mittels dem von dem mindestens einen Elektro-Pneumatik- Ventil gesteuerten gasförmigen Fluid geschalten wird. Hierdurch wird erreicht, dass zum Schalten der Pneumatik- Hydraulik- Ventile, eine größere Leistung zur Verfügung steht, als über die Energieübertragungseinrichtung übertragen werden kann.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 9 weist einen besonders großen Einsatzbereich auf. Das mindestens eine Regelventil ermöglicht eine Of- fenstellung, in der der Fluss des mindestens einen Fluids freigegeben ist, eine Verschlussstellung, in der der Fluss des mindestens einen Fluids ver- sperrt ist, und mindestens eine Zwischenstellung, in der der Fluss des min- destens einen Fluids teilweise freigegeben ist. Das mindestens eine Regel- ventil ermöglicht ein Bereitstellen von Fluiden mit einstellbarem Druckni- veau. Vorzugsweise ist das mindestens eine Regelventil stufenlos zwischen der Verschlussstellung und der Offenstellung einstellbar.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 10 ist im Betrieb besonders robust und gewährleistet die Übertragung besonders hoher elektrischer Feistung. Die Energieübertragungseinrichtung kann als induktiver Koppler ausgebildet sein. Durch die induktive Ausbildung der Energieübertra- gungseinrichtung ist diese besonders robust gegenüber Verschmutzungen und tolerant gegenüber Fehlstellungen, insbesondere zwischen dem

Grundkörper-Übertragungskopf und dem Drehkörper-Übertragungskopf.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 11 ist im Einsatz besonders flexibel. Vorzugsweise werden über die Energieübertragungseinrichtung zusätzlich zu der elektrischen Energie, insbesondere analoge und/oder digi- tale, elektrische Signale übertragen. Die elektrischen Signale können an die Übertragung der elektrischen Energie, insbesondere durch Modulation die- ser, gekoppelt sein. Vorzugsweise weist die Positioniervorrichtung eine an dem Drehkörper angebrachte und mit der Energieübertragungseinrichtung signalverbundene Steuereinrichtung zum Verarbeiten der elektrischen Sig- nale auf. Die Übertragung elektrischer Signale gewährleistet die Übertra- gung von Daten zur Steuerung der Ventileinrichtung. Mittels der elektri- schen Signale können zusätzliche Daten, beispielsweise zur Steuerung der Verbraucher, zwischen dem Grundkörper und dem Drehkörper übermittelt werden. Die Signalübertragung ist insbesondere bidirektional, also von dem Grundkörper zu dem Drehkörper und von dem Drehkörper zu dem Grundkörper.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 12 weist einen besonders gro- ßen Einsatzbereich auf. Vorzugsweise wird der mindestens eine Aktor über die Ventileinrichtung mit fhüdischer Energie versorgt und mittels des Flu- ids betätigt.

Eine Positioniervorrichtung nach Anspruch 13 weist einen erweiterten Ein- satzbereich auf. Der mindestens eine Sensor kann zur Versorgung mit der elektrischen Energie und/oder zum Übertragen elektrischer Signale mit der Energieübertragungseinrichtung verbunden sein. Die Positioniervorrich- tung kann eine separate Signalübertragungseinrichtung aufweisen. Bei- spielsweise ist der mindestens eine Sensor energieübertragend mit der Energieübertragungseinrichtung und signalübertragend mit der Signalüber- tragungseinrichtung verbunden. Der mindestens eine Sensor kann auch energie- und signalübertragend mit der Energieübertragungseinrichtung verbunden sein. Vorzugsweise ist die Energieübertragungseinrichtung und/oder die Signalübertragungseinrichtung zum bidirektionalen Übertra- gen elektrischer Signale ausgebildet. Hierzu kann auch eine auf dem Dreh- körper angeordnete Steuereinrichtung zur bidirektionalen Signalübertra- gung ausgebildet sein. Der mindestens eine Sensor kann als Schalter und/oder Drehgeber und/oder als Lineargeber und/oder als Drucksensor und/oder als Temperatursensor ausgebildet sein. Der mindestens eine Sen- sor kann als analoger und/oder als digitaler Sensor ausgebildet sein. Bei- spielsweise kann hierdurch die Position des Werkstücks relativ zu dem Drehkörper erfasst bzw. überprüft und/oder eine Position eines Bearbei- tungswerkzeugs relativ zu dem Werkstück bestimmt werden.

Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe zugrunde, eine Werkzeugmaschine zu schaffen, die im Einsatz besonders flexibel und robust ist.

Diese Aufgabe wird durch eine Werkzeugmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 14 gelöst. Die Vorteile der erfindungsgemäßen Werkzeug- maschine zum Bearbeiten von Werkstücken entsprechen den Vorteilen der bereits beschriebenen Positioniervorrichtung. Die Werkzeugmaschine kann als Mehrachsmaschine, insbesondere als 5-Achs-Maschine, ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Werkstück an dem Drehkörper angebracht und über den Grundkörper mit dem Maschinengestell verbunden. Vorzugswei- se ist die Werkzeugspindel relativ zu dem Werkstück verlagerbar an dem Maschinengestell angebracht. An dem Drehkörper können Aktoren zum Spannen und/oder zum Verlagern des Werkstücks relativ zu dem Drehkör- per angebracht sein. Die Positioniervorrichtung gewährleistet eine im Be- trieb robuste und flexible Übertragung fluidischer Energie zu dem mindes- tens einen Aktor. Hierdurch kann die Komplexität der Werkzeugmaschine gesenkt und deren Wirtschaftlichkeit erhöht werden.

Eine Werkzeugmaschine nach Anspruch 15 weist eine erhöhte Flexibilität hinsichtlich der Bearbeitung von Werkstücken auf. Die Positioniervorrich- tung kann relativ zu dem Maschinengestell, insbesondere um eine

Schwenkachse, drehbar gelagert sein. Vorzugsweise ist die Schwenkachse senkrecht zu der Drehachse orientiert. Die Bearbeitung des Werkstücks kann somit unter Nutzung eines zusätzlichen Freiheitsgrades durchgeführt werden. Vorzugsweise ist die Positioniervorrichtung relativ zu dem Ma- schinengestell um einen Winkel von maximal 360°, insbesondere maximal 270°, insbesondere maximal 180°, insbesondere maximal 90°, schwenkbar.

Die Positioniervorrichtung kann relativ zu dem Maschinengestell ohne Winkelbeschränkung drehbar sein. Hierzu kann die Verbindung zwischen dem Maschinengestell und der Positioniervorrichtung entsprechend der Verbindung zwischen dem Grundkörper und dem Drehkörper ausgebildet sein.

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von zwei Ausführungsbeispielen. Es zeigen:

Fig. 1 eine teilschematische Darstellung einer Werkzeugmaschine mit einer Positioniervorrichtung zum Aufspannen und Positi- onieren eines Werkstücks, Fig. 2 eine perspektivische Darstellung der Positioniervorrichtung in

Fig. 1 im Detail mit einem Grundkörper, einem Drehkörper, einer Drehdurchführung, einer Energieübertragungseinrich- tung und einer Ventileinrichtung,

Fig. 3 eine Schnittdar Stellung der Positioniervorrichtung entlang der

Schnittlinie III in Fig. 2 ohne die

V entileinrichtung, Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung der Drehdurchführung und der

Energieübertragungseinrichtung in Fig. 3,

Fig. 5 einen Schaltplan zu der Positioniereinrichtung in Fig. 1 mit der Drehdurchführung, der Energieübertragungseinrichtung und der Ventileinrichtung, wobei die Ventileinrichtung meh- rere Elektro-Pneumatik- Ventile und mehrere Pneumatik- Hydraulik- Ventile aufweist, und Fig. 6 einen Schaltplan zu einer Positioniervorrichtung gemäß ei- nem zweiten Ausführungsbeispiel, wobei die Positioniervor- richtung die Energieübertragungseinrichtung, eine Dreh- durchführung und eine Ventilvorrichtung aufweist und wobei die Ventileinrichtung ein Elektro-Hydraulik- Ventil umfasst.

Nachfolgend ist anhand der Fig. 1 bis Fig. 5 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Eine Werkzeugmaschine 1 zur spanenden Be- arbeitung von zwei Werkstücken 2 weist ein Maschinengestell 3, eine Werkzeugspindel 4 sowie eine Positioniervorrichtung 5 und eine

Schwenkbrücke 7 auf. Die Werkzeugspindel 4 ist an dem Maschinengestell 3 verschiebbar gelagert. In der Werkzeugspindel 4 ist ein Bearbeitungs- werkzeug 6 zur spanenden Bearbeitung der Werkstücke 2 drehantreibbar gespannt. Die Positioniervorrichtung 5 ist relativ zu dem Maschinengestell 3 mittels der Schwenkbrücke 7 um eine horizontale Schwenkachse A dreh- bar gelagert.

Die Positioniervorrichtung 5 umfasst einen Grundkörper 8, einen Drehkör- per 9, eine Drehdurchführung 10, eine Energieübertragungseinrichtung 11 und eine Ventileinrichtung 12. Die Positioniervorrichtung 5 ist über den Grundkörper 8 an der Schwenkbrücke 7 angebracht.

Der Drehkörper 9 ist um eine Drehachse B mittels eines elektrischen An- triebsmotors drehbar und an dem Grundkörper 8 gelagert. Der Drehkörper 9 ist relativ zu dem Grundkörper 8 ohne Winkelbeschränkung, insbesonde- re um mehr als 360°, um die Drehachse B drehbar. Hierzu ist zwischen dem Grundkörper 8 und dem Drehkörper 9 ein Axiallager 14 zum Tragen parallel zu der Drehachse B orientierter Lasten angeordnet. Zusätzlich ist zwischen dem Grundkörper 8 und dem Drehkörper 9 ein Radiallager 15 zum Übertragen radial zu der Drehachse B orientierter Kräfte zwischen dem Grundkörper 8 und dem Drehkörper 9 angeordnet.

An dem Drehkörper 9 ist eine Spannvorrichtung 16 zum Aufspannen der beiden Werkstücke 2 angeordnet. Die Spannvorrichtung 16 umfasst mehre - re Spannbacken 17. Die Spannbacken 17 stehen in kraftübertragender Ver- bindung mit fluidisch betätigbaren Verbrauchern bzw. Aktoren 18 zum Betätigen der Spannbacken 17. Die Aktoren 18 sind als Linearmotoren ausgebildet und stehen in fluidübertragender Verbindung mit der Ventilein- richtung 12. Hierzu sind zwischen der Ventileinrichtung 12 und den Akto- ren 18 Fluid- Arbeitskanäle 19 angeordnet.

Die Spannvorrichtung 16 weist Sensoren 20 zum Erfassen der Lage und der Orientierung der Werkstücke 2 auf. Die Sensoren 20 stehen über elekt- rische Leitungen 21 in Verbindung mit der Energieübertragungseinrichtung 1 1.

Die Energieübertragungseinrichtung 1 1 weist einen an dem Grundkörper 8 befestigten Grundkörper-Übertragungskopf 22 und einen an dem Drehkör- per 9 befestigten Drehkörper-Übertragungskopf 23 auf. Der Grundkörper- Übertragungskopf 22 und der Drehkörper-Übertragungskopf 23 sind kon- zentrisch zu der Drehachse B angeordnet. Die Energieübertragungseinrich- tung 11 ist zum berührungslosen Übertragen elektrischer Energie zwischen dem Grundkörper 8 und dem Drehkörper 9 als induktiver Koppler ausge- bildet. Der Grundkörper-Übertragungskopf 22 und der Drehkörper- Übertragungskopf 23 sind entlang der Drehachse B beabstandet zueinander ausgebildet. Ein zwischen dem Grundkörper-Übertragungskopf 22 und dem Drehkörper-Übertragungskopf 23 eingestellter Übertragungsspalt 24 beträgt 2 mm.

Die Energieübertragungseinrichtung 11 ist zum bidirektionalen Übertragen elektrischer Signale ausgebildet. Hierzu wird der über die Energieüb ertra- gungseinrichtung 11 übertragenen elektrischen Energie das elektrische Signal zur Übertragung von Daten überlagert. Zur Verarbeitung der elektri- schen Signale ist eine an dem Drehkörper 9 angebrachte Steuereinrichtung 25 über die elektrische Leitung 21 mit der Energieübertragungseinrichtung 11 verbunden.

Die Drehdurchführung 10 ist zwischen dem Grundkörper 8 und dem Dreh- körper 9 angeordnet. Die Drehdurchführung 10 weist eine an dem Grund- körper 8 angebrachte Übertragungs-Achse 26 und eine an dem Drehkörper 9 angebrachte Übertragungs- Welle 27 auf. Die Übertragungs- Achse 26 und die Übertragungs-Welle 27 sind konzentrisch zu der Drehachse B angeord- net. Zum Übertragen des mindestens einen Fluids zwischen dem Grund- körper 8 und dem Drehkörper 9 weist die Drehdurchführung 10 drei Fluid- Versorgungskanäle 28 auf. Insbesondere weist die Drehdurchführung 10 einen Pneumatik- Versorgungskanal 29 zum Übertragen eines gasförmigen Fluids sowie zwei Hydraulik- Versorgungskanäle 30 zum Übertragen zwei- er flüssiger Fluide auf. Zusätzlich weist die Drehdurchführung 10 weitere Fluid- Versorgungskanäle 28 in Form von Reservekanälen 31 auf. Die Übertragungs-Welle 27 weist konzentrisch zu der Drehachse B angeordne- te und zu der Übertragungs-Achse 26 hin geöffnete Ringnuten zur Ausbil- dung der Fluid- Versorgungskanäle 28 auf. Die umlaufenden Ringnuten stehen die Übertragung des mindestens einen Fluids zwischen dem Grund- körper 8 und dem Drehkörper 9 unabhängig von der Orientierung des Drehkörpers 9 relativ zu dem Grundkörper 8 sicher. Zwischen den Ringnu- ten sind an der Übertragungs-Welle 27 umlaufende Dichtelemente 32 zum Abdichten der Fluid- Versorgungskanäle 28 gegenüber der Übertragungs- Achse 26 angeordnet.

Die Ventileinrichtung 12 weist mehrere elektrisch betätigbare Elektro- Pneumatik- Ventile 33 zum Steuern des Flusses eines gasförmigen Fluids auf. Das jeweilige Elektro-Pneumatik- Ventil 33 steht über die elektrische Leitung 21 und die Steuereinrichtung 25 in energieübertragender Verbin- dung mit der Energieübertragungseinrichtung 11. Über je einen der Fluid- Arbeitskanäle 19 ist das jeweilige Elektro-Pneumatik- Ventil 33 an dem Pneumatik- Versorgungskanal 29 angeschlossen. Das jeweilige Elektro- Pneumatik- Ventil 33 ist anhand eines über die Energieübertragungseinrich- tung 11 übertragenen elektrischen Signals reversibel öffenbar.

Die Ventileinrichtung 12 weist mehrere pneumatisch betätigbare Pneuma- tik-Hydraulik- Ventile 34 zum Steuern des Flusses eines hydraulischen Flu- ids auf. Hierzu ist das jeweilige Pneumatik-Hydraulik- Ventil 34 mit jeweils einem der Elektro-Pneumatik- Ventile 33 über je einen der Fluid- Arbeitskanäle 19 verbunden. Zudem sind die mehreren Pneumatik- Hydraulik- Ventile 34 jeweils über zwei Fluid- Arbeitskanäle 19 an den bei- den Hydraulik- Versorgungskanälen 30 angeschlossen. Die beiden Hydrau- lik- Versorgungskanäle 30 bilden eine Zuleitung und eine Ableitung für hy- draulische Fluide. Abhängig von dem über das Elektro-Pneumatik- Ventil 33 auf das Pneumatik-Hydraulik- Ventil 34 übertragenen pneumatischen Druck ist das Pneumatik-Hydraulik- Ventil 34 reversibel öffenbar.

Über jeweils zwei Fluid- Arbeitskanälen 19 sind die Verbraucher bzw. Ak- toren 18 an den Pneumatik-Hydraulik- Ventilen 34 angeschlossen. Die Elektro-Pneumatik- Ventile 33 sowie die Pneumatik-Hydraulik- Ventile 34 sind als Regelventile zum Regeln eines Fluiddrucks ausgebildet. Eine von dem jeweiligen Aktor 18 übertragbare Kraft ist somit einstellbar.

Die Funktionsweise der Positioniervorrichtung 5 zum Aufspannen und Po- sitionieren der Werkstücke 2 ist wie folgt:

Die Werkzeugmaschine 1 befindet sich in einer Grundstellung. Die Werk- zeugspindel 4 ist in einer Rückstellposition angeordnet und die Positionier- vorrichtung 5 befindet sich in einer Rüstposition. Die Elektro-Pneumatik- Ventile 33 befinden sich in einer Offenstellung und die über die Pneuma- tik-Hydraulik- Ventile 34 geschaltenen Spannbacken 17 befinden sich in einer Offenposition.

Die beiden Werkstücke 2 werden in die Spannvorrichtung 16 eingelegt.

Über die Energieübertragungseinrichtung 11 wird die Steuereinrichtung 25 mit elektrischer Energie versorgt. Die Position der beiden Werkstücke 2 wird über die Sensoren 20 erfasst. Ein mit der Position der beiden Werk- stücke 2 korrelierendes elektrisches Signal wird über die Energieübertra- gungseinrichtung 11 an eine Maschinensteuerung 35 übertragen. Die Ma- schinensteuerung 35 stellt ein elektrisches Signal zum Schließen der Spannbacken 17 bereit. Die Elektro-Pneumatik- Ventile 33 werden über die Energieübertragungseinrichtung 11 und die Steuereinrichtung 25 mit elektrischer Energie versorgt. Aufgrund des Steuersignals werden die Elektro-Pneumatik- Ventile 33 aus der Offenstellung in eine Verschlussstel- lung überführt. Der von den Elektro-Pneumatik- Ventilen 33 über die Fluid- Arbeitskanäle 19 auf die Pneumatik-Hydraulik- Ventile 34 wirkende pneu- matische Druck wird reduziert.

Die Pneumatik- Hydraulik- Ventile 34 werden geschalten. Hierbei werden die jeweiligen Verbraucher bzw. Aktoren 18 über die Fluid- Arbeitskanäle 19 derart mit hydraulischem Fluid versorgt, dass die Spannbacken 17 aus der Offenposition in eine Schließposition verlagert werden. Die beiden Werkstücke 2 sind in der Spannvorrichtung 16 aufgespannt und die Positi- oniervorrichtung 5 befindet sich in einer Spannposition.

Mittels eines nicht dargestellten Maschinenantriebs wird die Werk- zeugspindel 4 zum Bearbeiten eines der beiden Werkstücke 2 an dieses heranbewegt. Die Werkzeugspindel 4 befindet sich in einer Zustellposition. Die Positioniervorrichtung 5 wird zum Positionieren des zu bearbeitenden Werkstücks 2 mittels der Schwenkbrücke 7 um die Schwenkachse A ge- dreht. Die Positioniervorrichtung 5 befindet sich in einer Schwenkposition. Der Drehkörper 9 wird relativ zu dem Grundkörper 8 um die Drehachse B gedreht. Die Verlagerung der Werkzeugspindel 4, die Drehung der Positio- niervorrichtung 5 und die Drehung des Drehkörpers 9 können simultan o- der nacheinander erfolgen. Die Werkzeugmaschine 1 befindet sich in einer Bearbeitungsstellung.

Nach Abschluss des Bearbeitungsprozesses der beiden Werkstücke 2 wird die Werkzeugmaschine 1 in die Grundstellung zurückverlagert. Mittels des Maschinenantriebs wird die Werkzeugspindel 4 in die Rückstellposition bewegt. Die Positioniervorrichtung 5 wird um die Schwenkachse A gedreht und in die Spannposition verlagert.

Die Maschinensteuerung 35 stellt ein elektrisches Signal zum Öffnen der Spannbacken 17 bereit. Dieses elektrische Signal wird über die Energie- Übertragungseinrichtung 11 und die Steuereinrichtung 25 an die Elektro- Pneumatik- Ventile 33 übertragen. Mittels der über die Energieübertra- gungseinrichtung 11 übertragenen elektrischen Energie werden die Elektro- Pneumatik- Ventile 33 in die Offenstellung überführt. Hierdurch wird der über die Fluid- Arbeitskanäle 19 an die Pneumatik-Hydraulik- Ventile 34 herangeführte pneumatische Druck erhöht. Die Pneumatik-Hydraulik- Ventile 34 werden derart geschalten, dass die Verbraucher bzw. Aktoren 18 die Spannbacken 17 aus der Schließposition in die Offenposition über- führen.

Die beiden Werkstücke 2 werden aus der Spannvorrichtung 16 entnom- men. Zum Bearbeiten weiterer Werkstücke 2 wird der vorstehend be- schriebene Vorgang wiederholt.

Anhand der Fig. 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfmdungsge- mäßen Positioniervorrichtung beschrieben. Im Unterschied zu dem voran- gegangenen Ausführungsbeispiel weist die Drehdurchführung 10 lediglich zwei Hydraulik- Versorgungskanäle 30 auf. Anstelle der Elektro-Pneuma- tik-Ventile 33 und der Pneumatik-Hydraulik- Ventile 34 weist die Dreh- durchführung 10 mehrere elektrisch betätigbare Elektro-Hydraulik- Ventile 36 zum Steuern des Flusses von hydraulischen Fluiden auf. Die Elektro- Hydraulik- Ventile 36 sind über die elektrischen Leitungen 21 energieüber- tragend mit der Steuereinrichtung 25 und der Energieübertragungseinrich- tung 11 verbunden. Über je zwei Fluid- Arbeitskanäle 19 sind die Elektro- Hydraulik- Ventile 36 mit den beiden Hydraulik- Versorgungskanälen 30 verbunden. Ein elektrisches Steuersignal zum Betätigen der Spannbacken 17 wird von der Maschinensteuerung 35 über die Energieübertragungseinrichtung 11 und die Steuereinrichtung 25 auf die Elektro-Hydraulik- Ventile 36 übertra- gen. Die Elektro-Hydraulik- Ventile 36 werden derart geschalten, dass die Verbraucher bzw. Aktoren 18 die Spannbacken 17 aus der Offenposition in die Schließposition überführen. Die Positioniervorrichtung 5 befindet sich in der Spannposition. Zum Verlagern der Werkzeugmaschine 1 in die Be- arbeitungsstellung und zurück in die Grundstellung wird gemäß dem vor- stehend beschriebenen Ausführungsbeispiel verfahren.




 
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