-
Die Erfindung betrifft eine Antriebseinheit
für Werkzeugmaschinen
umfassend ein Lagergehäuse, einen
sich in Richtung einer Längsachse
erstreckenden Aktor, welcher in zwei in einer zur Längsachse parallelen
Längsrichtung
im Abstand voneinander angeordneten und am Lagergehäuse gehaltenen
Lagern in der Längsrichtung
relativ zum Lagergehäuse verschiebbar
und um die Längsachse
relativ zum Lagergehäuse
drehbar gelagert ist.
-
Derartige Antriebseinheiten sind
aus dem Stand der Technik bekannt. Sie dienen insbesondere als sogenannte
Pinolen dazu, Werkzeuge oder Werkstücke zur Bearbeitung zu positionieren,
wobei diese Pinolen einen Werkzeugträger oder ein Werkzeug zum Bearbeiten
eines Werkstücks
tragen.
-
Derartige Pinolen werden in der Regel
linear durch Spindelantriebe verschoben und durch Drehantriebe angetrieben.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine
Antriebseinheit für
Werkzeugmaschinen konstruktiv möglichst
vorteilhaft zu gestalten.
-
Diese Aufgabe wird bei einer Antriebseinheit für Werkzeugmaschinen
der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß auf dem
Aktor Sekundärteilelemente
für einen
rotatorischen Linearantrieb des Aktors um die Längsachse sowie für einen
translatorischen Linearantrieb in der Längsrichtung angeordnet sind,
welche zumindest zum Teil eine zum rotatorischen Antrieb wirksame Sekundärteilstruktur
bilden und zumindest zum Teil eine translatorischen Antrieb wirksame
Sekundärteilstruktur
bilden, daß um
den Aktor herum Primärteilelemente
für den
rotatorischen Linearantrieb des Aktors um die Längsachse sowie für den translatorischen
Linearantrieb des Aktors in der Längsrichtung angeordnet sind,
welche zumindest zum Teil eine rotatorisch wirkende Primärteilstruktur
bilden und zumindest zum Teil eine ranslatorisch wirkende Primärteilstruktur
bilden.
-
Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist
darin zu sehen, daß durch
das Anordnen von Sekundärteilelementen
unmittelbar auf dem Aktor, die einerseits einen rotatorischen Linearantrieb
und andererseits einen translatorischen Linearantrieb ermöglichen,
eine besonders einfache insbesondere kompakt bauende Antriebsstruktur
geschaffen ist, die andererseits aufgrund der unmittelbaren Anordnung auf
dem Aktor auch noch zusätzlich
eine hohe Lagestabilität,
Lagegenauigkeit und Steifigkeit gewährleistet.
-
Hinsichtlich der verwendeten Sekundärteilelemente
wurden keine näheren
Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß die Sekundärteilelemente
Magnete umfassen.
-
Ein anderes vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
sieht vor, daß die
Sekundärteilelemente
stromlose Wicklungen umfassen, in welchen durch Felder des Primärteils Ströme induziert
werden und somit auch eine Magnetisierung induziert wird.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der Sekundärteilstruktur
und der Sekundärteilelemente
derselben wurden bislang keine näheren
Angaben gemacht. Sie sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß die
rotatorisch wirksame Sekundärteilstruktur Sekundärteilelemente
mit in der Längsrichtung
streifenförmig
verlaufenden Magnetpolen aufweist. Derartige in der Längsrichtung
streifenförmige
Magnetpole eignen sich besonders günstig für einen rotatorischen Linearantrieb.
-
Unter einem Magnetpol sind dabei
magnetische Pole zu verstehen, die entweder durch die von den Sekundärteilelementen
umfaßten
Magnete oder durch die stromlosen Wicklungen magnetisiert sind.
-
Ferner ist es besonders vorteilhaft,
wenn die linear translatorisch wirksame Sekundärteilstruktur Sekundärteilelemente
mit quer zur Längsrichtung verlaufenden
Magnetpolen aufweist. Derartige Magnetpole eigenen sich besonders
günstig
für einen translatorischen
Linearantrieb in der Längsrichtung.
-
Besonders vorteilhaft ist es, wenn
die Sekundärteilelemente
in einer Azimutalrichtung des Aktors verlaufend ausgebildete Magnetpole
umfassen.
-
Alternativ zum Ausbilden einer Sekundärstruktur
mit in Längsrichtung
streifenförmigen
und in Azimutalrichtung umlaufenden Magnetpolen sieht ein anderes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Sekundärstruktur
vor, daß diese
in einem zweidimensionalen Flächenmuster
angeordnete Magnetpole von Sekundärelementen aufweist, von denen sowohl
in der Längsrichtung
als auch in der Azimutalrichtung mehrere aufeinanderfolgend angeordnet sind.
-
Zweckmäßigerweise ist dabei vorgesehen, daß die Magnetpole
der Sekundärteilelemente
sich in der Längsrichtung
und der Azimutalrichtung nur über einen
Bruchteil von weniger als einem Zehntel der Ausdehnung der Sekundärteilstruktur
in der jeweiligen Richtung erstrecken.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der Primärteilstruktur
wurden bislang keine näheren
Angaben gemacht. So ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die rotatorisch
wirksame Primärteilstruktur
Primärteilelemente
mit in der Längsrichtung
verlaufenden und durch eine Spule magnetisierbaren Polen aufweisen.
-
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß die translatorisch
wirksame Primärteilstruktur Primärteilelemente
mit quer zur Längsrichtung
verlaufenden und durch eine Spule magnetisierbaren Polen aufweist.
-
Besonders günstig ist es, wenn die Primärteilelemente
in Azimutalrichtung verlaufende Pole aufweisen, welche insbesondere
ringförmig
um den Aktor herum verlaufen.
-
Dabei können die quer zur Längsrichtung verlaufenden
Pole entweder in schräg
zur Längsrichtung
verlaufenden Flächen,
die eben oder gekrümmt sein
können,
oder vorzugsweise in senkrecht zur Längsrichtung verlaufenden Ebenen
liegen.
-
Alternativ dazu ist vorgesehen, daß die Primärteilstruktur
in einem zweidimensionalen Flächenmuster
angeordnete Primärteilelemente
aufweist, die jeweils durch eine Spule magnetisierbare Pole umfassen,
von denen sowohl in der Längsrichtung
als auch in der Azimutalrichtung mehrere aufeinander folgend angeordnet
sind.
-
Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn sich
die Primärteilelemente
in der Längsrichtung
und der Azimutalrichtung nur über
einen Bruchteil von weniger als einem Zehntel der Ausdehnung der
Primärteilstrukturen
in den jeweiligen aus erstrecken.
-
Hinsichtlich der Ausdehnung der Primärteilstruktur
und der Sekundärteilstruktur
relativ zueinander wurden keine näheren Angaben gemacht. Um sicherzustellen,
daß bei
dem Bewegen des Aktors in der Längsrichtung
stets dieselbe Kraft erzeugt wird, ist entweder die Sekundärteilstruktur
oder die Primärteilstruktur
mit einer größeren Ausdehnung
in Längsrichtung
auszubilden, so daß stets
die Fläche,
mit welche beide miteinander überlappen,
gleich groß ist.
-
Als besonders günstig hat es sich erwiesen, wenn
die Sekundärteilstruktur
in der Längsrichtung eine
Ausdehnung aufweist, die mindestens um einen maximalen Vorschubweg
des Aktors größer als
die Ausdehnung der mit dieser zusammenwirkenden Primärteilstruktur
ist. Damit ist in einfacher und insbesondere kostengünstiger
Weise sichergestellt, daß die
zur Verschiebung in der Längsrichtung
erzeugbare Kraft stets gleich groß sein kann.
-
Ferner ist im Fall einer Auftrennung
der Primärteilstrukturen
in eine rotatorische und eine linear translatorische Primärteilstruktur
vorzugsweise vorgesehen, daß diese
mit ihren einander zugewandten Enden in einem Abstand voneinander
angeordnet sind, der mindestens dem maximalen Vorschubweg des Aktors
in der Längsrichtung
entspricht.
-
Diese Lösung ist insbesondere vorteilhaft, wenn
der rotatorischen Primärteilstruktur
und der linear translatorischen Primärteilstruktur eine rotatorische
bzw. linear translatorische Sekundärteilstruktur zugeordnet ist.
-
Vorzugsweise ist in diesem Fall vorgesehen, daß die rotatorische
Sekundärteilstruktur
und die linear translatorische Sekundärteilstruktur in der Längsrichtung
im wesentlichen aneinander anschließen.
-
Ist jedoch die Primärteilstruktur
so ausgebildet, daß diese
sowohl einen rotatorischen Antrieb als auch einen linear translatorischen
Antrieb zuläßt, so ist
vorzugsweise vorgesehen, daß die
rotatorische Primärteilstruktur
und die linear translatorische Primärteilstruktur unmittelbar aneinander
anschließend angeordnet
sind.
-
Um ferner sicherzustellen, daß für die Sekundärteilstruktur
ausreichend Bewegungsfreiheit zur Verfügung steht, ist vorzugsweise
vorgesehen, daß ein
Abstand zwischen einer einem Lager zugewandten Seite einer Primärteilstruktur
und dem jeweiligen Lager mindestens dem maximalen Vorschubweg des
Aktors in der Längsrichtung
entspricht.
-
Hinsichtlich der Ausbildung des Aktors
wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Erläuterung der einzelnen Ausführungsbeispiele
keinerlei nähere Angaben
gemacht. So ist es besonders vorteilhaft, wenn der Aktor zur Längsachse
rotationssymmetrische Mantelflächen
aufweist.
-
Vorzugsweise sind dabei die Mantelflächen insbesondere
auch Mantelflächen
im Bereich der Sekundärteilstrukturen.
-
Ferner ist vorteilhafterweise vorgesehen, daß der Aktor
zur Längsachse
rotationssymmetrische Lagerflächen
aufweist, welche in Lageraufnahmen der Lager geführt sind.
-
Dabei kann die Mantelfläche im Bereich
der Sekundärteilstruktur
einen anderen Radius aufweisen als im Bereich der Lagerfläche. Besonders
günstig
ist es, wenn die Mantelfläche
im Bereich der Sekundärteilstruktur
einen mit mindestens einer Lagerfläche identischen Radius aufweist.
-
Noch vorteilhafter ist es, wenn die
Mantelflächen
denselben Radius wie die Lagerflächen
aufweisen.
-
Ferner sind vorteilhafterweise die
Lagerflächen
so angeordnet, daß sie
in der Längsrichtung
auf die Sekundärteilstruktur
folgen.
-
Bei einer Ausführung der Antriebseinheit, welche
in der Längsrichtung
besonders kurz baut, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Lagerflächen zumindest
teilweise die Sekundärteilstruktur übergreifen,
so daß es
nicht notwendig ist, einen Abstand zwischen der Primärteilstruktur
und den Lagern vorausehen, da die Sekundärteilstruktur beim Verschieben
des Aktors in der Längsrichtung
auch in die Lager hinein bewegbar ist.
-
Hinsichtlich der Art der Steuerung
des Aktors wurden im Zusammenhang mit der bisherigen Beschreibung
der einzelnen Ausführungsbeispiele
keine näheren
Angaben gemacht.
-
Um den Aktor hinsichtlich der für eine Werkzeugmaschine
erforderliche Präzision
und Steifigkeit exakt positionieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen,
daß die
Antriebseinheit eine Steuerung zur Positionierung des Aktors in
der Längsrichtung
und der Azimutalrichtung aufweist.
-
Diese Steuerung ist dabei vorzugsweise
so ausgebildet, daß sie
eine Lageerkennungseinrichtung umfaßt.
-
Die Lageerkennungseinrichtung kann
dabei in unterschiedlichster Art und Weise arbeiten.
-
Beispielsweise wäre es denkbar, über optische
interferometrische Messungen die Lage des Aktors zu erfassen.
-
Eine hinsichtlich der Lageerkennung
besonders präzise
und insbesondere funktionssichere Lösung sieht vor, daß die Lageerkennungseinrichtung eine Lageerfassungseinheit
und eine von der Lageerfassungseinheit abtastbare Lageerfassungsstruktur
umfaßt.
-
Eine derartige Lageerfassungseinheit
und eine Lageerfassungsstruktur können in unterschiedlichster
Art und Weise angeordnet sein. Beispielsweise wäre es denkbar, die Lageerfassungseinheit
am Aktor anzuordnen und vom Aktor aus dessen Position hinsichtlich
der Lageerfassungsstruktur zu ermitteln.
-
Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Lageerfassungsstruktur
mit dem Aktor verbunden ist und die Lageerfassungseinheit am Lagergehäuse angeordnet
ist.
-
Hinsichtlich der Ausbildung der Lageerfassungsstruktur
wurden bislang keine näheren
Angaben gemacht. So sieht ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß sich die
Lageerfassungsstruktur in der Azimutalrichtung erstreckt, insbesondere
um die Winkellagen des Aktors zu erfassen. Dies ist besonders günstig dann
möglich,
wenn die Lageerfassungsstruktur als in der Azimutalrichtung geschlossene
Struktur ausgebildet ist.
-
Um gleichzeitig auch noch mit der
Lageerfassungsstruktur in vorteilhafter Weise die Lage des Aktors
in Längsrichtung
erfassen zu können,
ist vorzugsweise vorgesehen, daß die
Lageerfassungsstruktur sich in der Längsrichtung erstreckt.
-
Besonders zweckmäßig läßt sich die Lageerfassungsstruktur
dann realisieren, wenn diese auf einer um die Längsachse des Aktors umlaufenden
Fläche
angeordnet ist.
-
Dabei ist es günstig, wenn die Lageerfassungsstruktur
auf einer zylindrisch zur längsachse des
Aktors verlaufenden Fläche
angeordnet ist, da dann in einlacher Art und Weise sowohl Linearverschiebungen
als auch Drehverschiehungen durch Erfassen der Lageerfassungsstruktur
in der zylindrischen Fläche
möglich
sind.
-
Die Zylinderfläche für die Lageerfassungsstruktur
könnte
auf einem separaten Teil angeordnet sein.
-
Besonders günstig ist es, wenn die Lageerfassungsstruktur
auf einer Zylinderfläche
des Aktors angeordnet ist.
-
Alternativ dazu ist vorzugsweise
vorgesehen, daß die
Lageerfassungsstruktur auf einer quer zur Längsachse verlaufenden Fläche des
Aktors angeordnet ist.
-
Hinsichtlich der Anordnung der Lageerfassungsstruktur
am Aktor selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht
eine vorteilhafte Lösung
vor, daß die
Lageerfassungsstruktur in einem Innenraum des Aktors angeordnet
ist. Eine derartige Anordnung der Lageerfassungsstruktur hat den
großen
Vorteil, daß damit
die Lageerfassungsstruktur unabhängig
von der Sekundärteilstruktur
angeordnet und auch abgetastet werden kann und außerdem die Lageerfassungsstruktur
gegenüber äußeren Einflüssen geschützt ist.
-
Alternativ dazu ist vorgesehen, daß die Lageerfassungsstruktur
auf einer Außenseite
des Aktors angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, daß damit die
Lageerfassungsstruktur zur Erfassung der Lage leicht zugänglich ist.
-
Besonders vorteilhaft ist es dabei,
wenn die Lageerfassungsstruktur auf einer Mantelfläche des Aktors
angeordnet ist. Die Lageerfassungsstruktur kann dabei neben der
Sekundärteilstruktur
angeordnet sein.
-
Eine andere vorteilhafte Ausführungsform die
insbesondere eine kompakte Bauweise der Antriebseinheit ermöglicht,
sieht vor, daß die
Lageerfassungsstruktur sich zumindest teilweise über die Sekundärteilstruktur
erstreckt.
-
Eine besonders günstige Lösung sieht dabei vor, daß die Lageerfassungsstruktur
ungefähr
in einem mittigen Bereich der Sekundärteilstruktur angeordnet ist.
-
Insbesondere bei einer rotatorisch
wirksamen und einer translatorischen Sekundärteilstruktur ist vorzugsweise
vorgesehen, daß die
Lageerfassungsstruktur sich sowohl über die rotatorisch wirksame
als auch über
die linear translatorisch wirksame Sekundärteilstruktur erstreckt.
-
Feinsichtlich der Ausbildung der
Lageerfassungsstruktur wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht
ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel
vor, daß die
Lageerfassungsstruktur in einem regelmäßigen Muster angeordnete Strukturkörper umfaßt.
-
Vorzugsweise sind die Strukturkörper alle identisch
ausgebildet.
-
Zweckmäßigerweise sind die Strukturkörper mit
zwischen diesen liegenden Zwischenräumen in der Lageerfassungsstruktur
angeordnet.
-
Alternativ dazu ist vorgesehen, daß die Lageerfassungsstruktur
ein stochastisches Flächenmuster
aufweist, wobei in diesem Fall die Lageerfassungseinheit vorzugsweise
eine Kamera ist.
-
Hinsichtlich der Abtastung der Lageerfassungsstruktur
ist vorzugsweise vorgesehen, daß diese
durch mindestens einen Sensor der Lageerfassungseinheit abtastbar
ist, mit welchem ein Drehwinkel des Aktors um die Längsachse
erfassbar ist.
-
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen,
daß die Lageerfassungsstruktur
durch mindestens einen Sensor der Lageerfassungseinheit abtastbar
ist, mit welchem eine linear translatorische Bewegung in der Längsrichtung
erfassbar ist.
-
Hinsichtlich der Art wie die Steuerung
zur Positionierung des Aktors arbeitet wurden im Zusammenhang mit
der bisherigen Erläuterung
der einzelnen Ausführungsbeispiele
keine näheren
Angaben gemacht.
-
So sieht eine vorteilhafte Lösung vor,
daß die rotatorisch
wirksame Primärteilstruktur
durch die Steuerung hinsichtlich der Drehstellung des Aktors relativ
zum Lagergehäuse
mittels einer Lageregelung ansteuerbar ist. Das Vorsehen einer derartigen
Lageregelung hat den Vorteil, daß damit eine sehr exakte Positionierung
des Aktors in der Drehstellung möglich
ist.
-
Ferner sieht eine vorteilhafte Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Lösung vor,
daß die
linear translatorisch wirksame Primärteilstruktur durch die Steuerung
hinsichtlich der linearen Position des Aktors in der Längsrichtung
relativ zum Lagergehäuse
mittels einer Lageregelung ansteuerbar ist.
-
Besonders günstig ist es dabei, wenn die
Lageregelung für
die linear translatorische Position des Aktors relativ zum Lagergehäuse und
die Lageregelung Für
die Drehposition des Aktors relativ zum Lagergehäuse parallel arbeitet, so daß damit
jede Überlagerung
einer linear translatorischen Bewegung mit einer Drehbewegung ausführbar ist.
-
Weitere Merkmale und Vorteile der
Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der
zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
-
In der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
schematische Draufsicht auf ein mögliches Ausführungsbeispiel
einer Drehmaschine mit erfindungsgemäßen Antriebseinheiten;
-
2 ein
erstes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
3 einen
Schnitt längs
Linie 3-3 in 2;
-
4 eine
schematische Darstellung ähnlich 2 eines zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
5 eine
schematische Darstellung ähnlich 2 eines dritten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
6 eine
schematische Ansicht ähnlich 2 eines vierten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
7 eine
Darstellung eines Verlaufs magnetisierbarer Pole und deren Kraftwirkung
in Abwicklung;
-
8 eine
schematische Darstellung ähnlich 2 eines fünften Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
9 eine
schematische Darstellung ähnlich 2 eines sechsten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit;
-
10 eine
schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels einer Lageerkennungseinrichtung;
-
11 eine
schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Lageerkennungseinrichtung;
-
12 eine
schematische Darstellung einer ersten Form von Strukturelementen
einer Lageerfassungsstruktur;
-
13 eine
schematische Darstellung einer zweiten Form von Strukturelementen
einer erfindungsgemäßen Lageerfassungseinrichtung;
-
14 eine
schematische Darstellung einer dritten Form von Strukturelementen
einer erfindungsgemäßen Lageerfassungseinrichtung;
-
15 eine
weitere Form einer Lageerfassungsstruktur;
-
16 eine
erste Möglichkeit
einer Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels
einer erfindungsgemäßen Lageerkennungseinrichtung;
-
17 eine
zweite Möglichkeit
der Anordnung des zweiten Ausführungsbeispiels
der erfindungsgemäßen Lageerkennungseinrichtung;
-
18 eine
dritte Möglichkeit
der Anordnung einer erfindungsgemäßen Lageerkennungseinrichtung
und
-
19 ein
drittes Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lageerkennungseinrichtung.
-
Ein in 1 dargestelltes
Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Werkzeugmaschine, in
diesem Fall einer Drehmaschine, umfaßt ein Maschinengestell 10,
an welchem eine Antriebseinheit 12 für eine Spindel 14 gehalten
ist, welche zum Aufnehmen eines Werkstücks 16 ein Spannfutter 18 aufweist,
wobei die Spindel 14 durch die Antriebseinheit 12 um
eine Spindelachse 20 drehbar und in Richtung der Spindelachse 20,
das heißt
eine Z-Richtung, verschiebbar durch die Antriebseinheit 12 antreibbar und
gelagert ist.
-
Ferner umfaßt die Werkzeugmaschine eine Antriebseinheit 22 zum
Bewegen eines Werkzeugträgers 24,
welcher beispielsweise zwei Revolverköpfe 26 und 28 umfaßt, die
an einem gemeinsamen Revolverkopfträger 30 sitzen, und
gegenüber
dem Revolverkopfträger 30 um
eine Schaltachse 32 drehbar sind, wobei die Schaltachse 32 beispielsweise
parallel zur Z-Richtung verläuft.
-
Darüber hinaus ist der gesamte
Revolverkopfträger 30 durch
die Antriebseinheit 22 um eine Achse 32, beispielsweise
eine B-Achse, drehbar und in Richtung der Achse 32, das
heißt
beispielsweise eine X-Richtung, verschiebbar, wobei die X-Richtung quer,
vorzugsweise senkrecht zur Spindelachse 20 verläuft, so
daß durch
Verschiebung der Werkzeugträger 24 Werkzeuge 36 der
Revolverköpfe 26, 28 in der
X-Richtung zur Spindelachse 20 verschiebbar und positionierbar
sind, um das Werkstück 16 zu
bearbeiten, wobei die Bewegung des Werkstücks 16 in der Z-Richtung
durch Verschieben der Spindel 14 erfolgen kann.
-
Sowohl die Bewegungen des Werkzeugträgers 24 als
auch die Bewegungen der Spindel 14 werden durch eine Steuerung 40 gesteuert,
welche mit den Antriebseinheiten 12 und 22 zusammenwirkt, um
sowohl die Spindel 14 als auch den Werkzeugträger 24 relativ
zueinander so zu positionieren, daß jedes der Werkzeuge 36 in
der für
die Bearbeitung des Werkstücks 16 geeigneten
Weise zum Einsatz kommt.
-
Die Antriebseinheit 12 für die Spindel 14 und die
Antriebseinheit 22 für
den Werkzeugträger 24 können dabei
vom Prinzip her in gleicher Weise aufgebaut sein, wobei bei einem
ersten in 2 und 3 dargestellten Ausführungsbeispiel
jede dieser Antriebseinheiten 12, 22 einen Aktor 50 umfaßt, der
relativ zu einem Lagergehäuse 52 sowohl
um eine Längsachse 54 drehbar
als auch in Richtung der Längsachse 54 verschiebbar
gelagert ist. Der Aktor 50 bildet im Falle der Spindel 14 einen
Teil der Spindel 14, welcher das Spannfutter 18 trägt, und
im Fall des Werkzeugträgers 24 einen
Teil des Werkzeugträgers 24,
welcher den Lagerkopf 30 trägt.
-
Der Aktor 50 ist dabei durch
zwei im Abstand voneinander angeordnete Lager 56 und 58 am
Lagergehäuse 52 gelagert,
welche beispielsweise als hydrostatische oder aerostatische Lager
ausgebildet sind.
-
Ferner ist der Aktor 50 vorzugsweise
als zur Längsachse 54 kreiszylindrischer
Körper
mit Mantelflächen 60 ausgebildet,
der zur Ausbildung des Lagers 56 Lagerflächen 62 aufweist,
die in einer fest am Lagergehäuse 52 angeordneten
Lageraufnahme 64 sowohl um die Längsachse 54 drehbar
als auch in Richtung dieser verschiebbar sind. Außerdem weist der
Aktor 50 zur Bildung des Lagers 58 Lagerflächen 66 auf,
die gegenüber
einer am Lagergehäuse 52 angeordneten
Lageraufnahme 68 um die Längsachse 54 drehbar
und in Richtung dieser verschiebbar sind.
-
Zum Antrieb des Aktors 50 ist
dieser mit einer ersten Sekundärteilstruktur 70R versehen,
welche erste Sekundärteilelemente 72R aufweist,
die jeweils Magnetpole 74R bilden. Die Magnetpole 74R sind
so angeordnet, daß in
einer Azimutalrichtung 76 zur Längsachse 54 aufeinanderfolgende
Magnetpole 74R alternierende Polaritäten 74RN, 74RS aufweisen
und die beispielsweise in einer parallel zur Längsachse 54 verlaufenden
Längsrichtung 78 langgestreckt
ausgebildet sind.
-
Ferner ist der Aktor 50 mit
einer zweiten Sekundärteilstruktur 70L versehen,
die zweite Sekundärteilelemente 72L aufweist,
die ihrerseits Magnetpole 74L bilden. Die Magnetpole 74L sind
so angeordnet, daß in
der Richtung 78 aufeinanderfolgende Magnetpole 74L alternierende
Polaritäten 74LN, 74LS aufweisen
und beispielsweise in der Azimutalrichtung 76 um die Längsachse 54 herumverlaufend ausgebildet
sind.
-
Die Sekundärteilstrukturen 70R und 70L können dabei
durch Sekundärteilelemente 72R und 72L gebildet
werden, die entweder Permanentmagnete oder nicht aktiv stromgespeiste
Kurzschlußwicklungen
umfassen.
-
Der ersten Sekundärteilstruktur 70R ist
eine erste Primärteilstruktur 80R zugeordnet,
welche erste Primärteilelemente 82R aufweist,
die in der Azimutalrichtung 76 aufeinanderfolgend angeordnete
magnetisierbare Pole 84R aufweist, wobei in der Azimutalrichtung 76 aufeinanderfolgende
Pole 84R alternierende Polaritäten 84RN, 84RS aufweisen.
Vorzugsweise sind die Magnetpole 84R in der Längsrichtung 78 langgestreckt
ausgebildet. Ferner ist jedem der Pole 84R eine Spule 86R zur
Magnetisierung des jeweiligen Pols 84R zugeordnet.
-
Auch der zweiten Sekundärteilstruktur 70L ist
eine Primärteilstruktur 80L zugeordnet,
welche einzelne Primärteilelemente 82L aufweist,
die magnetisierbare Pole 84L bilden, wobei in der Längsrichtung 78 aufeinanderfolgende
Pole 84L alternierende Polaritäten 84LN, 84LS aufweisen
und sich vorzugsweise in der azimutalen Richtung 76 um
die zweite Sekundärteilstruktur 70L herum
erstrecken.
-
In gleicher Weise wie die Primärteilelemente 82R umfassen
auch die Primärteilelemente 82L Spulen 86L zur
Magnetisierung der Pole 84L.
-
Die erste Primärteilstruktur 80R bildet
somit mit der ersten Sekundärteilstruktur 70R einen
rotatorischen Direktantrieb 90R zum Erzeugen einer Drehbewegung
des Aktors 50 um die Längsachse 54 und die
zweite Primärteilstruktur 80L bildet
zusammen mit der zweiten Sekundärteilstruktur 70L einen
zweiten in der Längsrichtung 78 wirksamen
direkten Linearantrieb für
die Bewegung des Aktors 50 relativ zum Lagergehäuse 52.
-
Erfindungsgemäß ist dabei der rotatorische Direktantrieb 90R so
ausgebildet, daß das
von diesem erzeugbare Drehmoment unabhängig von der Position des Aktors 50 bezüglich der
Richtung 78 ist und andererseits ist vorzugsweise der lineare
Direktantrieb 90L so ausgebildet, daß dessen Kraftwirkung auf den
Aktor 50 in Längsrichtung 78 unabhängig ist von
der Drehstellung des Aktors 50 relativ zum Lagergehäuse 52.
-
Somit ist bei der erfindungsgemäßen Lösung die
von jedem der beiden Direktantriebe 90R und 90L erzeugte
Kraftwirkung unabhängig
von der vom anderen Direktantrieb 90L bzw. 90R erzeugten
Bewegung.
-
Vorzugsweise ist hierzu vorgesehen,
daß die erste
Sekundärteilstruktur 70R in
der Längsrichtung 78 eine
Ausdehnung AR aufweist, die mindestens um einen maximalen Vorschubweg
V des Aktors 50 relativ zum Längengehäuse 52 größer ist
als eine Erstreckung ER der ersten Primärteilstruktur 80R in
der Längsrichtung 78.
-
Vorzugsweise ist ebenfalls eine Ausdehnung AL
der zweiten Sekundärteilstruktur 70L in
der Längsrichtung 78 um
den maximalen Vorschubweg V größer als
eine Erstreckung EL der zweiten Primärteilstruktur 80L in
der Richtung 78.
-
Um den Aktor 50 in der Längsrichtung 78 bewegen
zu können,
ohne daß die
Sekundärteilstrukturen 70R und 70L mit
den Lagern 56, 58 kollidieren, sind die Sekundärteilstrukturen 70R und 70L so
anzuordnen, daß bei
der Bewegung des Aktors 50 mit dem maximalen Vorschubweg
V keine Kollision mit den Lagern 56, 58 oder diese
tragenden Wandbereichen 57, 59 des Lagergehäuses 52 auftritt,
so daß bei
einer Positionierung des Aktors 50 mittig zwischen einer
maximal zurückgezogenen
Stellung und einer maximal vorgeschobenen Stellung der Abstand von
den jeweiligen Lagern 56, 58 zugewandten Enden 71 von
den Lagern 56 oder 58 oder diese Lager tragenden
Wandbereichen 57, 59 mindestens dem halben Vorschubweg
entspricht.
-
Um andererseits die Primärteilstrukturen 80R und 80L in
allen Vorschubstellungen voll wirksam zu erhalten, sind die Primärteilstrukturen 80R, 80L mit
ihren den Lagern 56, 58 zugewandten Enden 81 so
anzuordnen, daß diese
mindestens einen dem maximalen Vorschubweg V entsprechenden Abstand von
den Lagern 56 oder 58 oder den diesen tragenden
Wandbereichen 57, 59 des Lagergehäuses 52 aufweisen.
-
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
einer erfidungsgemäßen Antriebseinheit,
dargestellt in 4, ist
der Aktor 50 in einem Lagergehäuse 52' durch zwei Lager 56 und 58 gelagert,
die allerdings so angeordnet sind, daß zwischen dem Lager 56 und dem
Lager 58 sowohl die erste Sekundärteilstruktur 70R als
auch die zweite Sekundärteilstruktur 70L und die
erste Primärteilstruktur 80R sowie
die zweite Primärteilstruktur 80L sitzen
und somit der Aktor 50 beiderseits der Direktantriebe 90R und 90L gelagert
ist. Folglich ist eine sehr stabile Führung für den Aktor 50 möglich, welches
sich sowohl positiv auf die stabile Positionierung des Werkzeugträgers 24 oder
der Spindel 14 auswirkt.
-
Im übrigen sind die Direktantriebe 90L und 90R in
gleicher Weise ausgebildet wie beim ersten Ausführungsbeispiel.
-
Hinsichtlich der im Zusammenhang
mit dem zweiten Ausführungsbeispiel
nicht beschriebenen Elemente finden dieselben Bezugszeichen wie
beim ersten Ausführungsbeispiel
Verwendung und hinsichtlich der Beschreibung derselben wird vollinhaltlich
auf die Ausführungen
zum ersten Ausführungsbeispiel
Bezug genommen.
-
Um eine möglichst kurze Baulänge zu erreichen,
sind bei dem zweiten Ausführungsbeispiel
die Primärteilstrukturen 80R und 80L so
angeordnet, daß deren
einander zugewandten Enden 79 einen Abstand voneinander
aufweisen, welcher mindestens dem maximalen Vorschubweg entspricht.
-
Darüber hinaus sind die Primärteilstrukturen 80R und 80L so
angeordnet, daß deren
den Lagern 56, 58 zugewandte Enden 81 von
diesen oder den die Lager tragenden Wandbereichen 57, 59 einen Abstand
aufweisen, der mindestens dem maximalen Vorschubweg entspricht.
-
Bei einem dritten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
dargestellt in 5, trägt der Aktor 50 eine
Sekundärteilstruktur 70', die nicht
mehr wie bei den vorangegangenen Ausführungsbeispielen in eine erste
und zweite Sekundärteilstruktur
unterteilt ist, sondern so aufgebaut ist, daß sie sowohl in der Azimutalrichtung 76 um
die Längsachse 54 als
auch in der Längsrichtung 78 wirksam
ist.
-
In diesem Fall ist die Sekundärteilstruktur 70' beispielsweise
so aufgebaut, daß sie
Magnetpole 74'N
und 74'S aufweist,
die sowohl in der zur Azimutalrichtung 76 als auch in der
Längsrichtung 78 alternierend
aufeinanderfolgen, wobei in diesem Fall die die Magnetpole 74'N bildenden
Bereiche die die Magnetpole 74'S bildenden Bereiche umschließen, so daß die die
Magnetpole 74'N bildenden
Bereiche eine Art zusammenhängendes
Gitter bilden, zwischen denen die die Magnetpole 74'S bildenden
Bereiche in Form isolierter Inseln angeordnet sind.
-
Bei einer derartigen Sekundärteilstruktur 70' ist ein rotatorischer
und ein linear Translatorischer Antrieb des Aktors 50 dadurch
möglich,
daß sowohl eine
erste Primärteilstruktur 80R als
auch eine zweite Primärteilstruktur 80L vorgesehen
sind, die beide in gleicher Weise wie bei den voranstehenden beiden Ausführungsbeispielen
in der Längsrichtung 78 aufeinanderfolgend
angeordnet sind und in gleicher Weise ausgebildet sind, wie im Zusammenhang
mit dem ersten Ausführungsbeispiel
beschrieben, allerdings in diesem Fall in der Längsrichtung 78 unmittelbar
aneinander anschließen.
-
Die erste Primärteilstruktur 80R ermöglicht mit
den in der Azimutalrichtung 76 aufeinanderfolgenden alternierenden
Polen 74'N
und 74'S einen
rotatorischen Antrieb des Aktors 50, während die zweite Primärteilstruktur 80L eine
lineare Verschiebung des Aktors 50 in der Längsrichtung 78 aufgrund
der in der Längsrichtung 78 aufeinanderfolgenden
alternierenden Magnetpole 74'N
und 74'S ermöglicht.
-
Die einheitliche und durchgehende
Sekundärteilstruktur 70' ermöglicht es
somit, die Primärteile 80R und 80L unmittelbar
aneinander anschließend anzuordnen
und somit einen mindestens dem Vorschubweg V in Richtung der Längsachse 54 entsprechenden
Abstand zwischen den Primärteilstrukturen 80R und 80L zu
vermeiden, so daß das
dritte Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Antriebseinheit
immer noch um den Vorschubweg V des Aktors 50 in der Richtung 78 kürzer baut
als die ersten und zweiten Ausführungsbeispiele,
allerdings die Möglichkeit
eröffnet,
die in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel vorgesehenen
Primärteilstrukturen 80R und 80L einzusetzen.
-
Bei einem vierten Ausführungsbeispiel,
dargestellt in 6, ist
eine Sekundärteilstruktur 70'' vorgesehen, welche schachbrettartig
nebeneinander angeordnete Magnetpole 74''N und 74''5 aufweist, wobei jeder der Magnetpole 74'' durch ein Sekundärteilelement 72'' gebildet ist.
-
Damit ist der Aktor 50 sowohl
in der Azimutalrichtung 76 als auch in der zur Längsachse 54 parallelen
Richtung 78 mit aufeinanderfolgend angeordneten Magnetpolen 74'' versehen, welche insgesamt die
Sekundärteilstruktur 70'' bilden.
-
Die Sekundärteilstrutktur 70'' muß jedoch nicht zwingend rechteckförmige Magnetpole 74'' aufweisen, sondern kann auch mit
andersartig geformten Magnetpolen ausgeführt sein, die jeweils symmetrisch
zu Kreuzungspunkten M einer sowohl in der Azimutalrichtung 76 als
auch in der Richtung 78 gleichförmigen Netzstruktur aufweisen,
so daß die Kreuzungspunkte
M sowohl in der Azimutalrichtung 76 als auch in der Längsrichtung 78 gleiche
Abstandsmaße
voneinander aufweisen.
-
Zum Antrieb einer derartigen Sekundärteilstruktur 70'' sowohl hinsichtlich einer Drehung
um die Längsachse 54 als
auch einer Verschiebung in der Längsrichtung 78 sind
zwei Primärteilstrukturen 80I und 80II vorgesehen.
-
Jede dieser Primärteilstrukturen 80I und 80II umfaßt dabei
magnetisierbare Pole 84I bzw. 84II, die auf einer
zur Längsachse 54 koaxialen
kreiszylindrischen Fläche
derart verlaufen, daß,
wie in 7 dargestellt,
in der Abwicklung die magnetisierbaren Pole 84I der Primärteilstruktur 80I parallel
zueinander und schräg
zur Längsrichtung 78 sowie
schräg
zur Azimutalrichtung 76, beispielsweise längs einer
Verbindungslinie zwischen den Mittelpunkten M der Netzstruktur in
einer Richtung 88I verlaufen, die in der Abwicklung einen
spitzen Winkel mit der Längsrichtung 78 und
der Azimutalrichtung 76 bildet.
-
Die Pole 84I sind ferner
in einer Richtung 89I aufeinanderfolgend mit alternierender
Polarität
angeordnet.
-
Die Pole 84 wirken somit
auf die diesen gegenüberliegenden
Magnetpole 74" so,
daß einer
ein Pol 84I der Primärteilstruktur 80I mit
einer Reihe von in der Richtung 88I aufeinanderfolgenden
Magnetpolen 74II der Sekundärteilstruktur 70'' wechselwirkt, wodurch auf den
Aktor 50 eine Kraft F in der Richtung 89I wirkt,
die in eine Kraft FL, welche parallel zur Längsrichtung 78 und
eine Kraft FA, welche parallel zur Azimutalrichtung 76 wirkt,
zerlegbar ist.
-
Die Sekundärteilstruktur 80II ist
in ähnlicher Weise
ausgebildet wie die Sekundärteilstruktur 80I, allerdings
mit dem Unterschied, daß die
Richtungen 88II und 89II quer zu den Richtungen 88I und 89I verlaufen
und somit die entstehende Kraft FII quer zur Kraft FI wirkt und
somit die Kräfte
FLI und FLII sowie FAI und FAII parallel zueinander gerichtet sind
und somit entgegengesetzt oder in dieselbe Richtung wirken können.
-
Durch geeignete Ansteuerung der Primärteilstrukturen 80I und 80II besteht
nun die Möglichkeit, die
Kräfte
FI und FII so zu wählen,
daß sich
diese entweder hinsichtlich ihrer Komponenten FAI und FAII und/oder
FII und FLII aufheben oder ergänzen
und somit insgesamt eine Drehung des Aktors 50 in Richtung 76 und/oder
eine Linearverschiebung des Aktors 50 in der Richtung 78 bewirken.
-
Die beschriebene Lösung gemäß 6 und 7 erlaubt es, den Aktor 50 so
zu betreiben, daß dieser rotiert
oder linear in eine Richtung verschiebbar ist. Noch vorteilhafter
ist es, insgesamt vier den Primärteilstrukturen 80I und 80II entsprechende
Primärteilstrukturen
vorzusehen, so daß sich
insgesamt Kräfte FPI,
-FPI, FPII, -FPII erzeugen lassen, mit welchem durch den Direktantrieb
gesteuert ein stillstehender Aktor realisierbar ist, der auch durch
den Direktantrieb fixiert in dieser Stellung gehalten werden kann.
-
Bei einem fünften Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 8 ist die Sekundärteilstruktur 70'' in gleicher Weise ausgebildet
wie bei dem vierten Ausführungsbeispiel,
darüber
hinaus ist aber auch die Primärteilstruktur 80'' entsprechend ausgebildet, das heißt, daß in der
Abwicklung schachbrettförmig
nebeneinander angeordnete Primärteilelemente 82'' vorgesehen sind, welche jeweils
einzelne magnetisierbare Pole 84'' bilden,
die dann sowohl in der Richtung 78 als auch in der Richtung 76 aufeinanderfolgende
Reihen mit alternierender Magnetisierung 84''N und 84''S bilden.
-
Die einzelnen Primärteilelemente 82'' sind somit einzeln in geeigneter
Weise ansteuerbar, um den Aktor 50 in der Richtung 76,
das heißt
in Form eine Drehung um die Längsachse 54 und/oder
eine Linearbewegung in der Richtung 78, das heißt parallel
zur Längsachse 54,
zu bewegen.
-
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist es nicht notwendig,
daß sich
die Sekundärteilstruktur 70'' über die Primärteilstruktur 80'' hinauserstreckt, sondern es ist
aufgrund der Einzelansteuerung der Primärteilelemente 82'' auch möglich, die Sekundärteilstruktur 70'' mit einer kürzeren Ausdehnung in der Richtung 78 auszubilden,
als die Primärteilstruktur 80''.
-
Gezeichnete Lösung gemäß 8 funktioniert noch besser, wenn die
Polteilung der Primärteilstruktur 80'' in der Azimutalrichtung 76 und
der Längsrichtung 78 kleiner
sein als die Polteilung der Sekundärteilstruktur 70''.
-
Bei einem sechsten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Antriebseinheit,
dargestellt in 9, sind
diejenigen Elemente, die mit denen der ersten Ausführungsbeispiele
identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß hinsichtlich derselben
vollinhaltlich auf die Ausführungen
zu den voranstehenden Ausführungsbeispielen
Bezug genommen wird.
-
Im Gegensatz zu den voranstehenden
Ausführungsbeispielen
haben die auf dem Aktor 50 vorgesehenen Lagerflächen 62' des Lagers 56 sowie
die Lagerflächen 66' des Lagers 58 einen
Durchmesser, welcher dem der Mantelfläche 60'' der
Sekundärteilstruktur 70'' entspricht, so daß auch die
Möglichkeit besteht,
mit dem die Sekundärteilstruktur 70'' aufweisenden Bereich des Aktors
in die Lageraufnahmen 64 hineinzufahren, um den maximal
möglichen
Vorschubweg V des Aktors 50 zu realisieren. Damit entfällt auch
die Notwendigkeit eines Abstandes zwischen den den Lagern 56, 58 zugewandten
Enden 81 der Primärteilstruktur 80'', so daß sich die Lageraufnahmen 64, 68 unmittelbar
an die Primärteilstruktur 80'' anschließen können.
-
Im Zusammenhang mit den bislang beschriebenen
Ausführungsbeispielen
wurde lediglich die Art des Antriebs des Aktors dargestellt.
-
Um jedoch sowohl den rotatorischen
Direktantrieb 90 als auch den linear translatorischen Direktantrieb 90 exakt
ansteuern zu können,
ist es für
die Steuerung 40 erforderlich, die Position des Aktors 50 in
der Azimutalrichtung 76 und in der parallel zur Längsachse 54 verlaufenden
Richtung 78 exakt zu erfassen, um die Direktantriebe 90 mittels
Lageregelung betreiben zu können.
-
Bei einem ersten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lageerkennungseinrichtung 100,
dargestellt in 10, ist
eine erste Lageerfassungseinheit 110 vorgesehen, welche
vorzugsweise koaxial zur Längsschse 54 eine
Position eines mittleren Bereichs 112 einer Stirnseite 114 des
Aktors 50 erfaßt,
welche beispielsweise die Stirnseite ist, die dem Spannfutter 18 oder
dem Revolverkopfträger 30 gegenüberliegend
angeordnet ist. Beispielsweise ist dabei die erste Lageerfassungseinheit 110 so
ausgebildet daß sie
interferometrisch den Abstand zu dem Bereich 112 erfaßt.
-
Es wäre aber ebenfalls denkbar koaxial
zur Längsachse 54 einen
fest mit dem Aktor 50 verbundenen Glasmaßstab vorzusehen,
der mit dem Aktor 50 mit drehbar ist und dessen Verschiebung
in Richtung 78 durch eine Variante der ersten Lageerfassungseinheit 110 erfassbar
ist.
-
Darüber hinaus ist mindestens eine
zweite Lageerfassungseinheit 120 vorgesehen, welche eine Lageerfassungsstruktur 122 auf
der Stirnseite 114 des Aktors 50 erfaßt. Vorzugsweise
ist dabei die zweite Lageerfassungseinheit 120 so ausgebildet, daß sie in
der Lage ist, die Lageerfassungsstruktur 122 in unterschiedlichen
Positionen des Aktors 50 in der Längsrichtung 78 und
unabhängig
von diesen Positionen des Aktors 50 zu erfassen, so daß durch Abtasten
der Lageerfassungsstruktur 122, beispielsweise von Strukturelementen 124 mit
unterschiedlicher Reflektivität
auf optischem Wege durch die zweite Lageerfassungseinheit 120,
die Drehlage des Aktors 50 ständig und unabhängig von
der Verschiebung des Aktors 50 in der Längsrichtung 78 erfassbar ist.
-
Bei einem zweiten Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Lageerfassungseinrichtung 100' ist sowohl
eine Bewegung in der Azimutalrichtung 76 als auch eine
Bewegung in der zur Längsrichtung 78 dadurch
erfassbar, daß auf
einer sich in der Azimutalrichtung 76 und der Längsrichtung 78 und
koaxial zur Längsachse 54 verlaufenden
Zylinderfläche 130 die Lageerfassungsstruktur 122' mit Strukturelemente 132 vorgesehen
ist, die sich hinsichtlich ihrer Detektierbarkeit von zwischen den
Strukturelementen 132 liegenden Zwischenbereichen 134 unterscheiden und
durch einen Übergangsbereich 136,
im einfachsten Fall eine Kante gegenüber den diese umgebenden Bereichen 134 abgegrenzt
sind. Die Strukturelemente 132 können dabei sich in vielfältiger Weise
gegenüber
den diese umgebenden Bereichen 134 unterscheidbar sein.
Im einfachsten Fall sind die Strukturelemente 132 gegenüber den
diese umgebenden Bereichen 134 Erhebungen oder Vertiefungen,
die beispielsweise optisch oder induktiv oder kapazitiv detektierbar
sind.
-
Um dabei sowohl eine Bewegung in
der Azimutalrichtung 76 als auch in der Längsrichtung 78 erfassen
zu können,
erfolgt eine Abtastung einer durch die Strukturelemente 132 und
die diese umgebenden Bereichen 134 gebildeten Lageerfassungsstruktur 122' beispielsweise
durch die Lageerfassungseinheit 120' mittels gleichzeitiger Abtastung
dreier Tastpunkte TP1, TP2, TP3, wobei die Tastpunkte TP1 bis TP3 in
einen derartigen Muster relativ zueinander anzulegen sind, daß dann,
wenn der Tastpunkt TP1 auf einem der Strukturelemente 132 liegt,
die Tastpunkte TP2 und TP3 in die Strukturelemente 132 umgebenden
Bereichen 134 liegen und zwar so, daß der Tastpunkt TP2 in der Längsrichtung 78 gegenüber dem Tastpunkt
TP2 verschoben angeordnet ist und der Tastpunkt TP3 in der Azimutalrichtung 76 gegenüber dem
Tastpunkt -TP1 verschoben angeordnet ist, wie in 11 dargestellt.
-
Erfolgt bei der beschriebenen Anordnung
der Tastpunkte TP1 bis TP3 eine Bewegung des Aktors 50 und
somit der Zylindertläche 130 in
der Richtung 78, so bewegt sich der Tastpunkt TP3 zwischen
den Strukturelementen 132 hindurch, ohne daß die Lageertassungseinheit 120' Änderungen,
insbesondere an Übergangsbereichen 136,
feststellt, während
die Tastpunkte TP1 und TP2 jeweils von dem ein Strukturelement 132 umgebenden
Bereich 134 auf das Strukturelemente 132 übergehen
und wiederum von diesem auf einen das Strukturelement 132 umgebenden
Bereich 134 und somit die Übergangsbereiche 136 ständig durchlaufen
und folglich an den Tastpunkten TP1 und TP2 ständig Änderungen entsprechend dem
Abstand der Strukturelemente 132 und der Bewegung des Aktors 50 in
der Richtung 78 festgestellt werden.
-
Sind somit in der Lageerfassungsstruktur 122' die Strukturelemente 132 einerseits
in der Azimutalrichtung 76 und andererseits in der Längsrichtung 78 aufeinanderfolgend
in Form eines regelmäßigen Gitters
angeordnet, so kann eine Lageertassungseinheit 120' der Lageerkennungseinrichtung 100' gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
durch die Veränderungen
an den Tastpunkten TP1 bis TP3 erkennen, daß sich der Aktor 50 in
Richtung 78 bewegt.
-
Bewegt sich andererseits der Aktor 50 im Sinne
einer Drehung um die Längsachse 54,
so wird am Tastpunkt TP2 keine Änderung
festzustellen sein, während
an dem Tastpunkt TP1 und TP3 stets aufeinanderfolgend Änderungen
eintreten und somit ist die Lageerkennungseinrichtung 100' in der Lage, eine
Bewegung in der Azimutalrichtung 76 zu erkennen.
-
In derselben Weise können auch überlagerte Bewegungen
in der Azimutalrichtung 76 und in der Längsrichtung 78 erkannt
werden.
-
Derartige Strukturelemente 132 können in unterschiedlichster
Art und Weise ausgebildet sein. Wie in 12 dargestellt, besteht die Möglichkeit,
die Strukturelemente 132 als Würfel auszubilden, welche sich
gegenüber
den diese umgebenden Bereichen 134 abheben, wobei die als
Würfel
ausgebildeten Strukturelemente eine Oberfläche 138 aufweisen, deren
Kantenlängen
A und B ist und die zwischen den Strukturelementen sich erstreckenden
Bereichen in Richtung der Kantenlänge A einen Abstand a und in
Richtung der Kantenlänge
B einen Abstand b voneinander aufweisen, wobei vorzugsweise der
Abstand a gleich der Kantenlänge
A und der Abstand b gleich der Kantenlänge B ist.
-
Bei einer Variante, dargestellt in 13, sind die Strukturelemente 132' als Pyramidenkörper ausgebildet,
welche sich beispielsweise auch mit ihren Grundflächen aneinander
anschließen
können,
so daß die
die Pyramidenkörper 132' umgebenden
Bereiche 134 letztlich nur eine linienförmige Ausdehnung aufweisen.
-
Bei einer dritten Variante dargestellt
in 14, sind die Strukturelemente 132'' Vertiefungen, welche sich ausgehend
von einer diese umgebenden Flächenbereich 134'' in das die Fläche 130 bildende Material
hineinerstrecken.
-
Alternativ dazu ist es, wie in 15 dargestellt denkbar,
anstelle einer regelmäßigen Struktur mit
Strukturelementen 124 oder 132 eine stochastische
Struktur vorzusehen, deren stochastisches Muster dann beispielsweise
von seiner mit einer Kamera versehenen Lageerfassungseinheit 120'' erfaßt und mit einem abgespeicherten
Muster der stochastischen Struktur verglichen werden muß, um exakt die
Position der Lageerfassungsstruktur 122' mit einem stochastischen Muster
relativ zur Lageerfassungseinheit 120'' ermitteln
zu können.
-
Die Anordnung der Lageerkennungsstruktur 122 oder 122' an dem Aktor 50 kann
in unterschiedlichster Weise erfolgen. Beispielsweise ist es – wie in 15 dargestellt – denkbar,
die Lageerkennungsstruktur 122' in einem mittigen Bereich des
Aktors 50 vorzusehen, beispielsweise in einem Bereich,
in welchem die Lageerkennungsstruktur 122' sowohl teilweise die erste Sekundärteilstruktur 70A als
auch teilweise die zweite Sekundärteilstruktur 70L übergreift,
wobei die Lageerfassungseinheit 120' so angeordnet ist, daß sie an
dem Statorgehäuse 52' zwischen der
ersten Primärteilstruktur 80R und
der zweiten Primärteilstruktur 80L angeordnet
ist und somit in der Lage ist, die Lageerkennungsstruktur 122' in einem sich
zwischen den Primärteilstrukturen 80R und 80L zur
Detektion zugänglichen
Bereich zu erfassen.
-
Da die Lageerkennungsstruktur 122' gegenüber der
Fläche 130 lediglich
Abweichungen im Bereich von weniger als 1 mm aufweist, kann die
Lageerkennungsstruktur so angeordnet sein, daß diese die Sekundärteilstrukturen 70R und 70L übergreift, ohne
deren Wirksamkeit negativ zu beeinflussen. Es ist damit auch möglich, die
Lageerkennungsstruktur 122' so
anzuordnen, daß Teile
derselben – je
nach Stellung des Aktors 50 entweder von der Primärteilstruktur 80R oder
der Primärteilstruktur 80L umgeben
sind, ohne die Wechselwirkung zwischen der jeweiligen Primärteilstruktur 80R, 80L und
der entsprechenden Sekundärteilstruktur 70R bzw. 70L zu
stören
oder einen Luftspalt zwischen der jeweiligen Primärteilstruktur 80R, 80L und
der entsprechenden Sekundärteilstruktur 70R bzw. 70L negativ
zu beeinflussen.
-
Bei einem weiteren, in 17 dargestellten Ausführungsbeispiel,
welches vom Aufbau der Primärteilstruktur
dem fünften
Ausführungsbeispiel
gemäß 8 entspricht, ist die Lageerkennungsstruktur 122' in einem Bereich
der Sekundärteilstruktur 70'' angeordnet, welcher von der Primärteilstruktur 80'' wollständig umschlossen ist und die
Primärteilstruktur 80'' umfaßt lediglich eine Ausnehmung
auf, um die Lageerfassungseinheit 120' so anordnen zu können, daß sie in
allen Stellungen des Aktors 50, insbesondere in allen Stellungen
des Aktors 50 in der Längsrichtung 78 in
der Lage ist, die Lageerfassungsstruktur 122' zu erfassen.
-
Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, dargestellt
in 18 wird die Tatsache,
daß der
Aktor 50 einen nennenswert großen Durchmesser aufweist, dahingehend
ausgenutzt, daß der
Aktor 50 mit einer von der Stirnseite 114 sich
in diesen hineinerstreckenden und einen Innenraum 148 umschließenden Ausnehmung 150 versehen,
deren zur Mittelachse 54 koaxiale zylindrische Wandfläche 152 die
Zylinderfläche 130 bildet,
auf welcher die Lageerfassungsstruktur 122' angeordnet ist. Die Lageerfassungseinheit 120' ist dabei an
einem Arm 154 angeordnet, welcher sich in die Ausnehmung 150 hineinerstreckt
und somit die Lageerfassungseinheit 100' so positioniert, daß diese
unabhängig
von der Verschiebung des Aktors 50 in der Längsrichtung 78 und auch
unabhängig
von der Drehung des Aktors 50 in der Azimutalrichtung 76 stets
noch in der Lage ist, der Strukturelemente 132 der Lageerfassungsstruktur 122' sowie diese
umgebenden Bereiche 134 zu detektieren und somit sowohl
die Position des Aktors 50 in der Längsrichtung 78 als
auch die entsprechende Drehposition des Aktors 50 zu erfassen.
-
Ergänzend oder alternativ dazu
ist es aber auch möglich,
wie in 19 dargestellt,
die Lageerfassungsstruktur 122' mit der Lageerfassungseinheit 120' zu detektieren,
jedoch zusätzlich
noch eine ergänzende
Lageerfassungseinheit 110' vorzusehen, welche
zusätzlich
noch die Position des Aktors 50 in der (Richtung 78 präzise erfaßt, um eindeutig
die detektierte Drehstellung des Aktors 50 um die Längsachse 54 von
der Bewegung des Aktors 50 in Richtung 78 trennen
zu können.