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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines Bauteils während der Bewegung des Bauteils.
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STAND DER TECHNIK
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In vielen technischen Anwendungsbereichen ist es notwendig, bewegte Bauteile oder Komponenten mit elektrischer Leistung zu versorgen. Dies trifft auch für Maschinen und Vorrichtungen zur Durchführung von Fertigungsverfahren zu. Diese Fertigungsmaschinen können beispielsweise zum Zweck der Bearbeitung, Positionierung, Montage und/oder Wärmebehandlung von Rohstoffen, Halbzeugen oder Produkten eingesetzt werden.
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Es ist eine Vielzahl von Fertigungsverfahren bekannt, die abhängig von Produktkomplexität, Werkstoff und anvisierter Stückzahl eine wirtschaftliche Herstellung oder Bearbeitung ermöglichen sollen. Unter anderem sind auch additive Fertigungsverfahren bekannt, mit denen ein schichtweiser Aufbau von Bauteilen aus Pulvermaterial erfolgt. Mit diesen Verfahren lassen sich beispielsweise Kunststoffe, Metalle oder Keramikwerkstoffe verarbeiten. Metallische Bauteile werden insbesondere mit dem sogenannten Laserstrahlschmelzen hergestellt. Hierbei dient Metallpulver als Ausgangswerkstoff. In einem ersten Schritt wird dabei eine Schicht aus Metallpulver mit definierter Dicke auf eine Substratplatte aufgebracht. Anschließend werden gemäß eines Schnitts durch das herzustellende Bauteil entsprechende Bereiche des Pulvermaterials mit Hilfe eines Lasers oder Elektronenstrahls gesintert oder aufgeschmolzen, um nach dem Erstarren eine stoffschlüssige Verbindung zu bilden. Im nächsten Schritt wird eine weitere Schicht Pulver aufgebracht, die erneut selektiv gemäß dem Querschnitt des herzustellenden Bauteils durch Sintern oder Schmelzen und Erstarren verfestigt und mit der bereits abgeschiedenen Schicht verbunden wird. Diese Schritte werden solange wiederholt, bis das herzustellende Bauteil fertiggestellt ist. Üblicherweise wird der Prozess in einer Kammer unter Schutzgas oder Vakuum durchgeführt, um hochwertige Werkstoff- und Produkteigenschaften zu erhalten.
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Zusätzlich kann das herzustellende Bauteil und/oder das Pulvermaterial vor - und/oder nachgewärmt werden. Hierzu sind verschiedene Wärmebehandlungsverfahren und Heizmethoden bekannt, wie beispielsweise elektrische Widerstanderwärmung oder Strahlungsheizung. Unter anderem sind auch Heizmethoden bekannt, die auf dem Prinzip der Induktion beruhen. Die Induktionserwärmung wird darüber hinaus auch in anderen Bereichen, beispielsweise beim Härten von Produkten, Wärmebehandeln von Produktbereichen und auch zur Vorheizung bei der schweißtechnischen Verarbeitung von schwer schweißbaren Werkstoffen, wie beispielsweise hochwarmfesten Nickelbasis - Superlegierungen, hochlegierten Stählen, hoch - kohlenstoffhaltigen Eisenbasiswerkstoffen, ausscheidungsgehärteten Aluminiumlegierungen, Kupferwerkstoffen oder intermetallischen Werkstoffen (z.B. TiAl) eingesetzt.
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Vor diesem Hintergrund ist es notwendig eine Vielzahl von bewegten Komponenten, beispielsweise in Verarbeitungsmaschinen mit Energie zu versorgen. Solche Komponenten können z.B. Induktionsspulen, Heizplatten, Heizstrahler, mit Elektromotoren angetriebene Greifer, Spindeln oder anderweitige Bearbeitungswerkzeuge sein. Diese müssen in unterschiedlichen Positionen und während ihrer Bewegung mit elektrischer Leistung versorgt werden können.
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Nach dem Stand der Technik werden hierzu häufig sogenannte flexible Zuleitungen oder Schlauchkabel vorgesehen, die eine Bewegung eines entsprechenden Verbrauchers, wie eines Bearbeitungswerkzeugs, Greifers, Heizelements oder einer Induktionsspule ermöglichen. Nachteilig ist bei derartigen flexiblen Schlauchkabeln jedoch, dass der ohmsche Widerstand der Schlauchkabel mit zunehmender Länge steigt, sodass der maximale Bewegungsspielraum durch eine maximale Länge der Schlauchkabel bei einem gegebenen Leitungsquerschnitt und gegebener Leistung begrenzt ist bzw. bei gegebenem Leitungsquerschnitt mit zunehmender Leitungslänge die bereitstellbare elektrische Leistung beschränkt ist. Wird dagegen der Leitungsquerschnitt für eine höhere übertragbare elektrische Leistung erhöht, wird die Beweglichkeit der Schlauchkabel durch geringere mechanische Elastizität eingeschränkt. Darüber hinaus werden bei der Bewegung der Schlauchkabel diese durch Verformung mechanisch belastet, sodass die Lebensdauer der Schlauchkabel beschränkt ist. Ferner können sich durch unkontrollierte Bewegungen der Schlauchkabel Probleme durch Verhaken der Schlauchkabel mit Komponenten der Apparatur oder benachbarten Einrichtungen oder dergleichen ergeben.
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Entsprechend ist bereits in parallelen Erfindungen vorgeschlagen worden, Vorrichtungen einzusetzen, bei denen die bewegten Komponenten über relativ zueinander sich bewegende Stromabnehmer mit elektrischer Energie versorgt werden. Derartige Vorrichtungen weisen somit Kontaktelemente auf, die Kontaktflächen besitzen, die während der Relativbewegung zueinander aneinander anliegen, um den elektrischen Kontakt herzustellen. Derartige Vorrichtungen sind insbesondere für bewegliche Induktionsheizungen vorteilhaft, bei denen hohe elektrische Leistungen bereitgestellt werden müssen. Allerdings besteht auf Grund der Reibbewegung der Kontaktflächen das Problem, dass die Kontaktflächen schnell verschleißen können. Auf Grund der Anforderungen an die Kontaktelemente bezüglich der elektrischen Eigenschaften ist jedoch die Materialauswahl beschränkt.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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AUFGABE DER ERFINDUNG
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Es ist deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines bewegten Bauteils, insbesondere für Materialbearbeitungsanlagen wie Laserstrahlschmelzanlagen und Induktionsheizungen, zu schaffen, welche die oben beschriebenen Nachteile des Standes der Technik hinsichtlich der relativ zueinander bewegten elektrischen Kontaktelemente beseitigt. Gleichzeitig soll die Vorrichtung einfach aufgebaut und einfach betreibbar sein.
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TECHNISCHE LÖSUNG
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Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines bewegten Bauteils mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie einer Materialbearbeitungsanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 11 und einer Anlage mit den Merkmalen des Anspruchs 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Die Erfindung schlägt zur Lösung der Problematik mit den relativ zueinander bewegten, elektrischen Kontaktelementen eine Vorrichtung vor, bei der im Bereich der Kontaktflächen der Kontaktelemente auf Ecken und Kanten weitgehend und möglichst vollständig verzichtet wird, um elektrische Feldspitzen zu vermeiden. Dadurch können Überschläge reduziert bzw. die Überschlags schwelle erhöht werden, sodass Materialien für die Kontaktflächen mit niedriger Überschlagsfestigkeit eingesetzt werden können, was insgesamt die Materialauswahl erhöht. Durch die verbesserte Materialauswahl kann die Lebensdauer einer entsprechenden Vorrichtung erhöht werden und die Sicherheit der Vorrichtung bei der Übertragung elektrischer Leistung wird ebenfalls verbessert.
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Gemäß der Erfindung wird insbesondere vorgesehen, dass die Kontaktflächen der Kontaktelemente in einer Richtung quer zur Bewegungsrichtung gewölbt sind. Da die Kontaktelemente zur Bereitstellung einer großen Kontaktfläche und zur Übernahme von Führungsfunktionen bevorzugt ineinander eingreifen und winkelig zueinander angeordnete Kontaktflächenbereiche aufweisen, sodass Kanten bzw. Ecken gebildet werden, die zu elektrischen Feldspitzen führen, kann durch eine gekrümmte Ausbildung der Kontaktflächen die Ausbildung von elektrischen Feldspitzen vermieden werden, wobei gleichzeitig die Vorteile einer großen Kontaktfläche und der Bereitstellung eines Formschlusses bzw. einer Führungsfunktion erhalten bleiben können.
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Die Kontaktflächen können mehrfach gewölbt sein und insbesondere konvexe und konkave Kontaktflächenbereiche aufweisen.
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Auch an den Rändern der Kontaktflächen können die Übergänge zu benachbarten Flächen abgerundet bzw. gewölbt sein, um elektrische Feldspitzen zu vermeiden.
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Die Vorrichtung kann einen Antrieb zur Bewegung des Schlittens relativ zur Führungsanordnung aufweisen.
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Der Antrieb kann mindestens einen Elektromotor umfassen, der mindestens ein eine Drehbewegung ausführendes Antriebselement umfassen kann. Insbesondere kann es sich bei dem Antrieb um eine Antriebsspindel, also einen sich drehenden Gewindestab handeln, der mit einem Mitnehmer zusammenwirkt, der entsprechend dem Gewinde bei Drehung des Gewindestabs entlang des Gewindestabs bewegt wird.
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Alternativ hierzu kann der Antrieb auch durch einen Riemen-, Seil- oder Kettenantrieb realisiert werden, bei dem ein Antriebsrad ein Seil, eine Kette oder einen Riemen antreibt, mit dem das mindestens eine Mitnehmerelement des Schlittens bewegt werden kann. Das Seil, die Kette oder der Riemen können als Endlosseil, Endloskette oder Endlosriemen ausgeführt sein, die zu einer umlaufenden Drehbewegung angetrieben werden können.
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Der Antrieb oder zumindest Teile davon und insbesondere das Antriebselement können in und/oder entlang der Führungsanordnung angeordnet sein. Das sich bewegende Antriebselement des Antriebs, also beispielsweise eine Antriebsspindel oder ein Antriebsrad, kann beispielsweise in der Vorrichtung im stationären Teil, also außerhalb des sich bewegenden Schlittens, angeordnet sein und muss somit nicht von diesem mitbewegt werden.
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Entsprechende Antriebe können platzsparend innerhalb oder seitlich außerhalb entlang der Führungsanordnung zur Führung des Schlittens angeordnet werden, wobei zusätzlich innerhalb der Führungsanordnung Stromschienen und der Stromabnehmer des Schlittens untergebracht sein können.
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Die Führungsanordnung der Vorrichtung zur Führung des Schlittens kann ein Drehlager zur Rotationsbewegung des Schlittens oder eine Führungsschiene zur translatorischen Bewegung des Schlittens umfassen.
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Eine Führungsschiene kann entlang eines Bewegungspfades angeordnet sein, entlang dem sich der Schlittens bewegen kann. Der Bewegungspfad kann geradlinig und/oder gekrümmt sein. Entsprechend kann auch die Führungsschiene geradlinig und/oder gekrümmt ausgeführt sein. Darüber hinaus ist es auch denkbar, dass die Führungsanordnung segmentiert ist, sodass eine Vielzahl von Führungsschienensegmenten entlang des Bewegungspfades des Schlittens angeordnet sein können, wobei die einzelnen Führungsschienensegmente mit unterschiedlicher Ausrichtung der Längsachse der Führungsschiene angeordnet sein können, um einen gekrümmten Bewegungspfad zu erreichen. Die Führungsschienensegmente können entsprechend über Schnittstellen miteinander verbunden werden, mit denen sichergestellt werden kann, dass der Antrieb des Schlittens und die elektrische Energieversorgung eines auf dem Schlitten angeordneten Bauteils lückenlos gewährleistet ist.
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Zur Bewegung des Schlittens auf der Führungsschiene können der Schlitten und/oder die Führungsschiene Rollen und/oder Gleitelemente sowie Roll - und/oder Gleitflächen, insbesondere mit reibungsarmen und/oder verschleißfesten Beschichtungen auf den Rollflächen oder Gleitflächen aufweisen.
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Bei einer Ausführung der Führungsanordnung als Drehlager kann die Führungsanordnung mindestens eine Buchse und eine drehbar darin aufgenommene Welle sowie ebenfalls Roll - und/oder Gleitelemente bzw. Roll - und/oder Gleitflächen, wie z.B. Kugellager oder dergleichen umfassen
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in die mindestens zweipolige Stromleitung die Funktion der Führungsanordnung und insbesondere der Führungsschiene für den Schlitten integriert werden. So kann beispielsweise die zweipolige Stromleitung als zweiteilige Stromschiene mit mindestens zwei, elektrische isolierten Schienen ausgebildet sein, sodass auf eine zusätzliche Führungsschiene verzichtet werden kann. Ferner kann auch bei einer Führungsanordnung zur drehenden Lagerung des Schlittens die Integration der Stromleitung in die Drehlageranordnung erfolgen. Dies ermöglicht eine besonders platzsparende Ausführung der Vorrichtung.
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Zur Abfuhr der bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Wärme können die Führungsanordnung und insbesondere die Stromleitung und/oder der Schlitten sowie vorzugsweise der Stromabnehmer und/oder der elektrische Anschluss Kühlkanäle aufweisen, durch die ein entsprechendes Kühlmedium geleitet werden kann, um entsprechende Wärme abführen zu können.
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Zusätzlich kann das zu versorgende und zu bewegende Bauteil, wie beispielsweise Induktionsspulen in einer Materialbearbeitungsstation, mit dem oder den Kühlkreisläufen der Vorrichtung oder Teilen der Vorrichtung verbunden werden, sodass das Bauteil auch selbst gekühlt werden kann. Als Kühlmedien können beispielsweise Wasser, Öl oder andere flüssige oder gasförmige Medien verwendet werden.
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Der Schlitten kann so ausgebildet sein, dass er die Führungsanordnung und insbesondere die Führungsschiene zumindest teilweise umgreift oder umschließt, sodass beispielsweise die Außenseiten der Schenkel der Führungsschiene zumindest teilweise vom Schlitten überdeckt werden, wobei insbesondere an der Außenseite eines jeden Schenkels und/oder eines daran angeordneten, zum Schenkel quer verlaufenden Steges einer U - förmigen Führungsschiene mindestens eine Anlage - oder Lauffläche für Gleitelemente und/oder Rollen ausgebildet sein kann. Vorzugsweise können mehrere horizontal und/oder vertikal ausgerichtete Anlage - und/oder Laufflächen vorgesehen sein. Auch dies ermöglicht einen platzsparenden Aufbau, da dadurch der Innenraum der Führungsschiene von der Funktion der Führung des Schlittens und der Lagerung und Bewegung des Schlittens freigehalten wird.
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Es ist auch möglich, dass eine im Wesentlichen U - förmige Führungsschiene, die vorzugsweise gleichzeitig als Stromleitung mit zwei gegenseitig elektrisch isolierten Kontaktelementn in L - Form, die zusammen eine U - Form darstellen, ausgebildet sein kann, einen Aufnahmeraum definiert, in dem Gleit - und/oder Rollelemente des Schlittens aufgenommen werden können, beispielsweise auch die Kontaktelemente.
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Ein Schlitten kann zur Aufnahme und Versorgung von mehr als einem Bauteil verwendet werden und mit mehr als einer zweipoligen Stromleitung, insbesondere mehreren zweipoligen Stromleitungen verbunden werden. Dies ist insofern vorteilhaft, als mehrere zu bewegende Bauteile mit einem Antrieb betrieben und bewegt werden können. Dies reduziert den Platzbedarf sowie Steuer- und Regelungsaufwand.
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Auf einer Führungsschiene können mehrere Schlitten angeordnet werden, wobei dann vorzugsweise eine entsprechende Anzahl von zweipoligen Stromleitungen vorgesehen werden kann.
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Darüber hinaus ist es ebenfalls denkbar, dass das zu versorgende und zu bewegende Bauteil eine entsprechende Vorrichtung aufweist, d.h. dass eine Kombination bzw. Hintereinanderschaltung von mindestens zwei Vorrichtungen möglich ist. Entsprechend wird auch eine Anlage mit mehreren Vorrichtungen zur Bewegung und Energieversorgung eines Bauteils beansprucht, bei denen mindestens eine erste und mindestens eine zweite Vorrichtung so angeordnet sind, dass die zweite Vorrichtung das zu bewegende und zu versorgende Bauteil der ersten Vorrichtung ist, wobei vorzugsweise die Führungsschienen der ersten und der zweiten Vorrichtung quer zueinander angeordnet sind. So können mehrere Bewegungspfade in mehr als eine Raumrichtung kombiniert werden. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn Bauteile (z.B. Induktionsspulen) in mindestens einer Ebene oder im Raum positioniert werden sollen. Dies kann beispielsweise bei der pulverbettbasierten additiven Fertigung der Fall sein.
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Die Vorrichtung eignet sich somit ebenfalls für den Einsatz in Prozesskammern, die eine Schutzgasatmosphäre oder Vakuum in der Prozessumgebung zur Verfügung stellen, beispielsweise für Schweißprozesse. Insbesondere ist die Verwendung innerhalb einer SLM (selective laser melting (Selektives Laserschmelzen)) - Anlage möglich. Dies basiert auf der Möglichkeit die Vorrichtung platzsparend ausführen zu können und nicht gegen bewegte Teile abdichten zu müssen. Entsprechend wird auch eine Materialbearbeitungsanlage, insbesondere eine Anlage zur additiven Fertigung, vorzugsweise durch selektives Laserstrahlschmelzen, beansprucht, bei der mindestens eine Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines bewegten Bauteils oder eine Anlage mit mehreren Vorrichtungen zur Bewegung und Energieversorgung eines Bauteils der oben beschriebenen Art enthalten sind.
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Figurenliste
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Die beigefügte Zeichnungen zeigen in rein schematischer Weise in
- 1 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines Bauteils während der Bewegung des Bauteils,
- 2 einen Querschnitt durch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines Bauteils,
- 3 eine Darstellung einer Materialbearbeitungsanlage zur additiven Fertigung durch selektives Laserstrahlschmelzen,
- 4 einen Querschnitt durch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines Bauteils
- 5 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform von zwei erfindungsgemäßen Kontaktelementpaaren und in
- 6 eine Darstellung eines Kontaktelements für eine Drehverbindung.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Weitere Vorteile, Kennzeichen und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden bei der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Ausführungsbeispiele deutlich. Obwohl die vorliegende Erfindung anhand der dargestellten Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsbeispiele beschränkt.
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Die 1 zeigt in einer rein schematischen Darstellung in einer Querschnittansicht zur grundsätzlichen Beschreibung eine Vorrichtung mit einer Führungsschiene 1 und einem auf der Führungsschiene 1 bewegbar angeordneten Schlitten 10, der entlang der Führungsschiene 1 verfahrbar ist. Die Führungsschiene 1 kann entlang eines geradlinigen oder gekrümmten Bewegungspfades des zu bewegenden Bauteils verlaufen, der bei der Darstellung der Figur senkrecht zur Bildebene verläuft. Die Führungsschiene 1 kann dabei selbst geradlinig und/oder gekrümmt sein. Entlang des Bewegungspfades für das Bauteil können entsprechend mehrere Führungsschienensegmente angeordnet sein.
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Die Führungsschiene 1 des gezeigten Ausführungsbeispiels ist im Querschnitt im Wesentlichen U - förmig, wobei die U - Form durch die Basis 2 und die quer zur Basis 2 verlaufenden Schenkel 3, 4 gebildet ist. Zwischen den Schenkeln 3, 4 und oberhalb der Basis 2 ist ein Aufnahmeraum ausgebildet, in dem eine Antriebseinrichtung 5 und zwei Kontaktelemente 6, 7 angeordnet sind. Der Antrieb 5 ist hierbei zwischen den Kontaktelementen 6 und 7 angeordnet, wobei die Kontaktelemente 6, 7 mehrere Kühlkanäle 18 aufweisen, durch die ein Fluid zur Kühlung der Kontaktelement 6, 7 fließen kann.
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Auf der Führungsschiene 1 ist ein Schlitten 10 gelagert, der entlang der Längsachse der Führungsschiene, die bei dem Querschnitt der Figur senkrecht zur Bildebene ausgerichtet ist, verschoben werden kann. Der Schlitten 10 weist einen Querträger 11 und zwei Seitenwände 12, 13 auf, die sich zumindest teilweise entlang der Außenseite der Schenkel 3, 4 erstrecken. An den Seitenwänden 12, 13 des Schlittens 10 und den Außenseiten der Schenkel 3,4 sind Roll - und/oder Gleitelemente angeordnet, die in der Zeichnung nicht näher dargestellt sind, die mit entsprechend angepassten Anlage - und/oder Rollflächen der Führungsschiene 1 bzw. der Schenkel 3, 4 sowie daran angeordneten Stegen 8, 9 zusammenwirken. Die Anlage - und/oder Rollflächen können mit speziellen Beschichtungen versehen sein, die das Rollen und Gleiten erleichtern und/oder die Lebensdauer erhöhen.
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Der Schlitten 10 weist weiterhin zwei Kontaktelemente 14, 16 auf, die als Kontaktstege von dem Querträger 11 nach unten hervorstehen und in den Aufnahmeraum der Führungsschiene 1 hineinragen, um dort mit den Kontaktelementen 6, 7 der Führungsschiene 1 zur elektrischen Energieversorgung des Schlittens 10 bzw. eines daran angeordneten Bauteils zu sorgen. Entsprechend sind die Kontaktelemente 14,16 des Schlittens 10 so angeordnet, dass sie über Kontaktflächen in Kontakt mit den Kontaktelementen 6,7 der Führungsschiene sind. Die Kontaktflächen sind hier jedoch zunächst als ebene Kontaktflächen ausgebildet. Zur besseren Kontaktierung der Kontaktelemente 14, 16 des Schlittens mit den Kontaktelementen 6, 7 der Führungsschiene 1 sind Beschichtungen 20 vorgesehen. Entsprechende Beschichtung 20 können entweder an den Kontaktelementen 14, 16 des Schlittens 10 oder an den Kontaktelementen 6, 7 der Führungsschiene 1 oder an Beiden angeordnet sein. Beschichtungen 20, die auch bei den nachfolgenden Ausführungsformen angeordnet sein können, sind zur Vereinfachung der Darstellung bei den nachfolgenden Ausführungsformen nicht dargestellt.
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In dem Querträger 11 des Schlittens 10 sind weiterhin zwei mit den Kontaktelementen 14, 16 verbundene elektrische Anschlusspole 15, 17 vorgesehen, über die elektrische Energie, die über die Kontaktelemente 6, 7 der Führungsschiene 1 und die Kontaktelemente 14, 16 des Schlittens 10 übertragen worden ist, an elektrische Verbraucher des Bauteils, das auf dem Schlitten 10 gelagert werden soll, abgegeben werden kann. Zur Befestigung der elektrischen Anschlusspole 15, 17 können entsprechende Bohrungen 21 zur Aufnahme von Schrauben oder dergleichen vorgesehen sein.
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Im Querträger 11 des Schlittens 10 sind genauso wie in den Kontaktelementen 6,7 der Führungsschiene 1 und in den Kontaktelementen 14, 16 des Schlittens 10 Kühlkanäle 18 ausgebildet, um durch ein Kühlmedium eine entsprechende Kühlung zu ermöglichen.
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Zwischen den Kontaktelementen 14, 16 ist an der Unterseite des Querträgers 11 des Schlittens 10 ein Mitnehmerelement 19 angeordnet, welches mit dem Antrieb 5 zusammenwirkt, um eine Bewegung des Schlittens 10 mittels des Antriebs 5 der Führungsschiene 1 zu ermöglichen.
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Der Antrieb 5 kann durch eine Spindel, d. h. einen Gewindestab vergleichbar einer archimedischen Schraube ausgebildet sein, wobei durch Drehung der Spindel das Mitnehmerelement 19 entlang der Längsachse der Führungsschiene 1 verschoben wird. Neben einem Spindelantrieb sind auch andere Antriebsarten, wie Seilantrieb, Riemenantrieb, Kettenantrieb und dergleichen denkbar, wobei ein Seil, eine Riemen oder eine Kette insbesondere in Form eines Endlosseils, Endlosriemens oder einer Endloskette umlaufend um Umlenkräder in einer Schleife entlang der Führungsschiene bewegt werden kann, um den Schlitten entlang der Führungsschiene je nach Drehrichtung hin und her bewegen zu können.
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Die Fgur 2 zeigt eine erste erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Bewegung und Energieversorgung eines sich bewegenden Bauteils, wobei das Bauteil, das auf dem Schlitten 10 der Vorrichtung aufgenommen ist und mit elektrischer Energie versorgt wird, eine Induktionsspule 23 ist. Im Übrigen sind bei der Darstellung der 2 des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung gleiche oder vergleichbare Komponenten mit gleichen Bezugszeichen versehen, wie bei der Ausführungsform der 1, sodass sich eine detaillierte Beschreibung derartige Komponenten und der Teile der Vorrichtung erübrigt, die identisch mit der Ausführungsform der 1 sind, sodass bei der Beschreibung des ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels lediglich auf die Unterschiede zur Ausführungsform nach 1 eingegangen wird. Neben der Darstellung des zu versorgenden und zu bewegenden Bauteils in Form einer Induktionsspule 23 unterscheidet sich die Darstellung der 2 bzw. die entsprechende Ausführungsform dahingehend, dass die Kontakte der Führungsanordnung als kombinierte Strom-/Führungsschienen 26,27 vorgesehen sind, die die Funktion der Kontaktelemente und der Führungsschienen miteinander kombinieren. Entsprechend sind auch die Kontaktelemente 14 und 16 des Schlittens 10 in ihrer Form an die geänderten, kombinierten Strom - / Führungsschienen 26, 27 angepasst.
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Ferner unterscheidet sich die Ausführungsform der 2 gegenüber der Ausführungsform der 1 dahingehend, dass der Antrieb 5 nicht zwischen den Kontaktelementen angeordnet ist, sondern an der Längsseite der Vorrichtung seitlich neben den kombinierten Strom-/Führungsschienen 26, 27, so dass die Strom-/Führungsschienen 26, 27 eng nebeneinander angeordnet werden können, so dass Verluste durch einen großen Abstand der Strom-/Führungsschienen 26, 27 und die Ausbildung eines elektrischen Feldes zwischen diesen vermieden werden können.
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Zum Schutz vor Verschmutzung ist um die Schienenanordnung aus den kombinierten Strom-/Führungsschienen 26, 27 und dem Antrieb 5 ein Gehäuse 22 vorgesehen.
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Darüber hinaus ist in der 2 die erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktelemente 14, 16, 26, 27 mit gewölbten Kontaktflächen gezeigt, wobei der gewölbte Bereich der Kontaktelemente 26, 27 als Vorsprung in eine gewölbte Ausnehmung der Kontaktelemente 14, 16 eingreift. Die komplementär ausgebildeten gewölbten Kontaktflächenbereiche sind mit 34 bezeichnet.
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Die 3 zeigt eine Kombination von zwei Vorrichtungen zur Bewegung und Energieversorgung eines beweglichen Bauteils in einer Materialbearbeitungsanlage. Die Materialbearbeitungsanlage 30 umfasst eine erste Vorrichtung 24 und eine zweite Vorrichtung 25. Die erste Vorrichtung 24 umfasst eine Führungsschiene 28 und einen Schlitten 31, der gemäß dem gezeigten Doppelpfeil auf der Führungsschiene 28 hin und her bewegbar ist. An dem Schlitten der ersten Vorrichtung 24 ist die zweite Vorrichtung 25 mit der Führungsschiene 29 angeordnet, so dass die Führungsschiene 29 der zweiten Vorrichtung 25 mit dem Schlitten 31 der ersten Vorrichtung 24 entlang der Führungsschiene 28 mitbewegt wird.
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Darüber hinaus umfasst die zweite Vorrichtung 25 ebenfalls einen Schlitten 32, der gemäß dem gezeigten Doppelpfeil entlang der Führungsschiene 29 der zweiten Vorrichtung 25 bewegbar ist, so dass eine an dem Schlitten 32 angeordnete Induktionsspule 23 an jeder beliebigen Stelle in der durch die Führungsschienen 28 und 29 aufgespannten Ebene platzierbar ist und dort beispielsweise ein Halbzeug oder ein Produkt aus einem selektivem Laserschmelzverfahren erwärmen kann.
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Die 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung vergleichbar zu der Darstellung der 2. Bei der Ausführungsform der 4 weist der Schlitten 10, der wiederum über einen Antrieb 5 bewegt werden kann, zwei zweipolige Anschlüsse mit jeweils einem elektrischen Anschlusspol 15 und einem Anschlusspol 17 für das oder die mit elektrischer Energie zu versorgenden Bauteile auf. Entsprechend hat die Vorrichtung zur Bewegung und elektrischen Energieversorgung von Bauteilen zwei Paare von kombinierten, L - förmigen Strom-/Führungsschienen 26, 27, die zum einen die Führung des Schlittens 10 bei der Bewegung gewährleisten und zum anderen die Versorgung mit elektrischer Energie sicherstellen. Entsprechend sind an dem Schlitten 10 auch zwei Paare von Kontaktelementen 14, 16 entsprechend den beiden Paaren von elektrischen Anschlusspolen 15, 17 vorgesehen.
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Die kombinierten, L - förmigen Strom-/Führungsschienen 26, 27 bilden jeweils paarweise eine im Wesentlichen U - förmige Führungsschiene, in deren Aufnahmeraum, der durch die Basis und die beiden Schenkel der U - Form gebildet wird, die jeweils zwei Kontaktelemente14, 16 eingreifen. Die Kontaktelemente 14, 16, die jeweils in der Aussparung der zugeordneten, L - förmigen Strom - / Führungsschiene 26, 27 angeordnet sind, werden jeweils durch eine elektrisch isolierte Feder 33 voneinander weggedrückt und gegen die benachbarten, kombinierten Strom-/Führungsschienen 26, 27 gepresst, um einen guten elektrischen Kontakt zu gewährleisten. Bei der L - Form der kombinierten Strom - / Führungsschienen 26, 27 sind gemäß der Erfindung die beiden Schenkel des L mit einer gewölbten Verbindungsfläche versehen, sodass sich wiederum ein gewölbter Kontaktflächenbereich 34 ergibt. Während die kombinierten Strom - / Führungsschienen 26, 27 einen konkaven Kontaktflächenbereich 34 aufweisen, ist der gewölbte Kontaktflächenbereich 34 der Kontaktelemente 14, 16 konvex gewölbt.
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Bei der gezeigten Ausführungsform der 4 ist der Antrieb 5 zwischen den beiden Paaren von Strom-/Führungsschienen 26, 27 im Gehäuse 22 angeordnet.
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Die 5 zeigt eine weitere Ausführungsform erfindungsgemäßer Kontaktelementpaare mit jeweils einem ersten Kontaktelement 35 und einem zweiten Kontaktelement 36, die komplementär ausgebildete gewölbte Kontaktflächenbereiche 34 mit mehrfach gewölbter Kontaktfläche mit jeweils konvexen und konkaven Anteilen aufweisen. Die Bewegungsrichtung 37 der Kontaktelemente 35 und 36 zueinander ist senkrecht zur Bildebene.
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Die 6 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Kontaktelements 38 für eine Drehverbindung um die Drehachse 41. Allerdings ist zur Vereinfachung der Darstellung lediglich ein Kontaktelement 38 gezeigt, während der Drehpartner weggelassen worden ist. Das Kontaktelement 38 weist eine umlaufende Kontaktfläche 40 auf, entlang der sich das nicht gezeigte korrespondierende Kontaktelement gemäß der Bewegungsrichtung 37 bewegt. Die Wölbung der Kontaktfläche 40 um die Wölbungsachse 39 ist jeweils links und rechts in der 6 gut zu erkennen.
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Obwohl die vorliegende Erfindung anhand des Ausführungsbeispiels detailliert beschrieben worden ist, ist es für den Fachmann selbstverständlich, dass die Erfindung nicht auf dieses Ausführungsbeispiel beschränkt ist, sondern dass vielmehr Abwandlungen in der Weise möglich sind, dass einzelne Merkmale weggelassen oder andersartige Kombinationen von Merkmalen verwirklicht werden können, ohne den Schutzbereich der beigefügten Ansprüche zu verlassen. Die Erfindung schließt insbesondere sämtliche Kombinationen der vorgestellten Einzelmerkmale mit ein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Führungsschiene
- 2
- Basis
- 3
- Schenkel
- 4
- Schenkel
- 5
- Antrieb
- 6
- Kontaktelement
- 7
- Kontaktelement
- 8
- Steg
- 9
- Steg
- 10
- Schlitten
- 11
- Querträger
- 12
- Seitenwand
- 13
- Seitenwand
- 14
- Kontaktelement
- 15
- elektrischer Anschlusspol
- 16
- Kontaktelement
- 17
- elektrischer Anschlusspol
- 18
- Kühlkanal
- 19
- Mitnehmer
- 20
- Beschichtung
- 21
- Bohrung
- 22
- Gehäuse
- 23
- Induktionsspule
- 24
- erste Vorrichtung
- 25
- zweite Vorrichtung
- 26
- kombinierte Strom - /Führungsschiene
- 27
- kombinierte Strom - /Führungsschiene
- 28
- Führungsschiene
- 29
- Führungsschiene
- 30
- Materialbearbeitungsanlage
- 31
- Schlitten
- 32
- Schlitten
- 33
- Feder
- 34
- gewölbter Kontaktflächenbereich
- 35
- erstes Kontaktelement
- 36
- zweites Kontaktelement
- 37
- Bewegungsrichtung
- 38
- Kontaktelement
- 39
- Wölbungsachse
- 40
- Kontaktfläche
