DE10151631B4

DE10151631B4 - Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung

Info

Publication number: DE10151631B4
Application number: DE2001151631
Authority: DE
Inventors: Steffen Ihlenfeld; Hans-Werner Meyer; Frank Albersmann
Original assignee: Volkswagen AG; Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2004-02-12
Anticipated expiration: 2021-10-20
Also published as: DE10151631A1

Abstract

Bewegungs- und/oder Positionierungsvorrichtung mit einer Bewegungsplattform (2), einer Mehrzahl von Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) und zumindest zwei ersten Führungsbahnen (3a, 4a), wobei die einzelnen Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) mittels zumindest eines Koppelgliedes (9) mit der Bewegungsplattform (2) verbunden und entlang der zumindest zwei ersten Führungsbahnen (3a, 4a) jeweils unabhängig voneinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsplattform (2) eine konstante Orientierung in einer ersten Bewegungsebene aufweist, wobei die Bewegungsplattform (2) zumindest mittels zweier parallel zueinander angeordneter, jeweils einzeln an einem gemeinsamen Führungsschlitten (5, 6, 7,8) gelenkig gelagerter und jeweils einzeln an der Bewegungsplattform (2) gelenkig gelagerter Koppelglieder (9) geführt ist, und wobei eine Anzahl von Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) eine Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden der Bewegungsplattform (2) in der ersten Bewegungsebene übersteigt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, welche insbesondere zum schnellen Bewegen und Positionieren von Objekten wie Bearbeitungseinheiten oder Gegenständen in einer Bewegungsebene anwendbar ist.
Bekannte Bewegungsvorrichtungen nutzen häufig Anordnungen mehrerer miteinander verbundener und aufeinander aufbauender Bewegungsplattformen zum Bewegen und Positionieren von Bearbeitungseinheiten oder Gegenständen mit einem seriellen Aufbau entsprechender Bewegungsachsen der Bewegungsplattformen. Derartige Bewegungsvorrichtungen mit seriellem Aufbau können aus zwei Bewegungsplattformen zur Bewegung von Objekten in einer Bewegungsebene bestehen, wobei eine erste Bewegungsplattform, die sog. Grundbewegungsplattform, welche entlang einer ersten Bewegungsachse in eine vorgegebene Position bewegbar ist, eine zweite Bewegungsplattform, welche entlang einer zweiten Bewegungsachse in eine vorgegebene Position bewegbar ist trägt. Diese Bewegungsachsen sind meist orthogonal zueinander ausgerichtet. Auf der zweiten Bewegungsplattform ist das zu bewegende Objekt, beispielsweise eine Bearbeitungseinheit oder ein Gegenstand angeordnet.
Bei einem sequentiellen Bewegen der Bewegungsplattformen wird dann zunächst die Grundbewegungsplattform in eine vorgegebene Position verfahren und anschließend die mit der Grundbewegungsplattform verbundene zweite Bewegungsplattform orthogonal zu der Bewegungsrichtung der Grundbewegungsplattform in eine gewünschte Position der Bearbeitungseinheit oder des Gegenstandes bewegt.
Derartige serielle Anordnungen sind beispielsweise bei konventionellen Werkzeugmaschinen realisiert, wobei die Antriebsachsen einer solchen konventionellen Werkzeugmaschine aufeinander aufbauen. Dies bedeutet, dass eine erste Achse eine nachfolgende zweite orthogonal zur ersten Achse angeordnete Achse mitträgt. Über eine solche serielle Anordnung ist gewährleistet, dass die Achsen orthogonal zueinander ausgerichtet sind und eine Ausrichtung der Maschinenachsen mit einer Ausrichtung der Werkstückachsen übereinstimmt.
Dementsprechend ist es bei derartigen seriellen Anordnungen notwendig, bei einer Bewegung bzw. Positionierung der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung eine kombinierte Masse aller Bewegungsplattformen derselben zu bewegen, wodurch derartige Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen eine geringe Dynamik bei einer Bewegung bzw. Positionierung aufweisen. Zudem werden eventuell auftretende Bewegungs- bzw. Positionierungsfehler durch die gekoppelte Bewegung beider Bewegungsplattformen zueinander bei der Bewegung oder Positionierung aufsummiert. Um derartige Summenfehler zu minimieren, werden hohe Genauigkeitsanforderungen an die entsprechenden an einer Bewegung beteiligten Bauelemente derartiger serieller Anordnungen gestellt, wodurch ein hoher Fertigungsaufwand und hohe Herstellkosten begründet sind. Weiterhin weisen derartige serielle Anordnungen eine geringe Anzahl an gleichartigen Bauteilen, also Wiederholungsbauteilen, auf, wodurch der Fertigungsaufwand und die mit diesem verbundenen Herstellkosten noch zusätzlich ansteigen.
Weiterhin sind Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen mit Parallelstrukturen bekannt. Solche Parallelstrukturen. bestehen zumindest aus einer Bewegungsplattform, der sog. Werkzeugplattform, und einer Gestellplattform, welche durch Führungsketten miteinander verbunden sind. Hierzu zählen auch die allgemein als Hexapoden bezeichneten Bewegungs- und/oder Positionierungsvorrichtungen, welche sechs Führungsketten mit jeweils sechs Gelenkfreiheitsgraden aufweisen, wobei ein Gelenk pro Führungskette als Antrieb ausgeführt ist. Der Antrieb der Führungsketten ist als Dreh- oder Schubantrieb ausgebildet, welcher in der Gestellplattform gelagert oder in die Führungskette integriert ist.
Somit besitzen Hexapoden getriebetechnisch sechs Bewegungsfreiheitsgrade, vergleichbar den vorstehend beschriebenen seriellen Anordnungen.
Derartige Hexapoden erfordern jedoch einen hohen fertigungstechnischen Aufwand, insbesondere im Hinblick auf die räumlich bewegbaren Gelenke, verbunden mit hohen Herstellkosten. Ein hoher Aufwand ist zudem hinsichtlich einer Kalibrierung, also einer Ermittlung der Lage der räumlichen Gelenkpunkte notwendig. Weiterhin ist zur Steuerung und Kontrolle einer Bewegung bzw. Positionierung bei Hexapoden ein hoher steuerungstechnischer und insbesondere auch ein hoher messtechnischer Aufwand erforderlich.
Ergibt sich die Notwendigkeit die Parallelkinematik zu bewegen, wobei die Gestellplattform und die Werkzeugplattform bewegt werden, so spricht man von Hybridkinematiken. Es ergeben sich vergleichbar den Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen mit seriellen Anordnungen hohe zu bewegende Massen. Zudem treten für die Parallelkinematiken Problematiken bezüglich eines Summenfehlers vergleichbar den seriellen Kinematiken auf.
Bei Parallelkinematiken treten zudem abhängig von einer Stellung der Führungsketten im Arbeitsraum auch Schwankungen der Übersetzungsverhältnisse und der Steifigkeiten auf.
Eine weitere bekannte Ausführungsform parallelen Anordnungen sind die sog. Scherenkinematiken, wobei bei Scherenkinematiken anzumerken ist, dass diese zusätzlich zu den vorgenannten Nachteilen eine ausgeprägte Schwankung der Übersetzungsverhältnisse und der Steifigkeiten der Führungsketten aufweisen.

Weiterhin sind aus der zur Bildung des Oberbegriffes des Patentanspruches 1 herangezogenen EP 0 868 964 A1 räumliche, kinematisch bestimmte Maschinenkinematiken offenbart, mit denen eine Plattform (ein Werkstück oder ein Werkzeugträger) im Raum bewegbar ist, wobei eine Anzahl an Freiheitsgraden jeweils einer Anzahl an Antrieben entspricht. Insbesondere die in den 6 und 6a gezeigte Maschinenkinematik weist eine Plattform mit einer dreiseitigen Grundfläche auf. An jeder der drei Seitenflächen oder Plattform ist ein Stab S3 angeordnet. Jeder dieser Stäbe S3 ist Teil eines Gelenkvierecks mit den Stäben S1 bis S4. Jeweils zwei der Stäbe S1 bis S4 sind an ihren Enden gelenkig an den Gelenkpunkten GP1 und GP4 über Kugelgelenke miteinander verbunden. Aufgrund der gemeinsamen Befestigung an der Plattform sind die Stäbe S3 zwangsgeführt. Somit sind die einzelnen Gelenkvierecke über die Plattform miteinander gekoppelt. Die Gelenkpunkte der Stäbe S3 sind jeweils gleichzeitig Bestandteil zweier unmittelbar benachbarter Gelenkvierecke, wodurch die jeweils benachbarten Gelenkvierecke sich jeweils einen Gelenkpunkt teilen und sich eine Kopplung der Plattform und eine Beschränkung der Bewegungsmöglichkeiten derselben ergibt. Jeweils der zum Stab S3 parallele Stab S1 jedes der Gelenkvierecke ist an einem Drehmotor D gelagert. Jeder Drehmotor D wiederum ist an einem Linearantrieb A1 bis A3 gelagert, wobei die einzelnen Linearantriebe A1 bis A3 längsbeweglich an einer gestellfesten Linearführung G1 bis G3 abgestützt sind, und wobei diese Linearführungen G1 bis G3 parallel zueinander angeordnet sind.

Ein Parallelführung über die drei miteinander in der beschriebenen Weise gekoppelten Gelenkvierecke ist allerdings nicht möglich. Die Plattform ist dementsprechend nicht in einer Bewegungsebene parallel geführt.

Zudem ist aus der DE 199 63 863 A1 eine Bearbeitungsanlage für die spanende Bearbeitung von Freiformflächen von Werkstücken mit zwei Bearbeitungsvorrichtungen bekannt. Die Bearbeitungsvorrichtungen sind gleichartig ausgebildet und (zumindest mechanisch) voneinander unabhängig. Die Bearbeitungsvorrichtungen weisen dabei jeweils eine Quertraverse und einen Kreuzschieber auf, wobei ein sog. Spindelstock an einem Kreuzschieber gelagert ist, und wobei der Kreuzschieber an einer Quertraverse angeordnet ist. Die Quertraverse ist in ihren Endbereichen jeweils an einem, beiderseits eines Werkstücktisches angeordneten Maschinenrahmen gelagert, wobei die Quertraverse entlang des Maschinenraumes verlagerbar ist.

Weiterhin ist aus der WO 99/32256 A1 eine Werkzeugmaschine zum Bearbeiten von länglichen Werkstücken bekannt, wobei das Werkstück in einer Aufnahme eingespannt, in der Aufnahme um seine Längsachse drehbar und mit einer Werkzeugspindel bearbeitbar ist, und wobei die Werkzeugspindel in einer die Werkzeugspindel tragenden Einheit aufgenommen ist. Die Werkzeugmaschine weist drei Führungsschlitten auf, welche mit der die Werkzeugspindel tragenden Einheit jeweils über einen Lenker verbunden sind. Dabei sind zwei der Führungsschlitten zur Lagerung der die Werkzeugspindel tragenden Einheit an einem Maschinengestell vorgesehen, wobei diese beiden Führungsschlitten entlang einer gemeinsamen Führungsschiene verlagerbar sind, wodurch die die Werkzeugspindel tragende Einheit in der X-Z-Ebene verlagerbar ist. Der dritte Führungsschlitten ist derart an der Werkzeugspindel bzw. der die Werkzeugspindel tragenden Einheit angelenkt, daß eine Rotation der Werkzeugspindel um die Y-Achse ermöglicht ist.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung zu schaffen, die eine schnelle und präzise Parallelführung eines Objektes in einer Bewegungsebene bei einem geringen fertigungstechnischen Aufwand ermöglicht.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst.

Die erfindungsgemäße Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung weist eine Bewegungsplattform, eine Mehrzahl an Führungsschlitten und zumindest zwei erste Führungsbahnen auf, wobei die einzelnen Führungsschlitten mittels zumindest eines Koppelgliedes mit der Bewegungsplattform verbunden und entlang der zumindest zwei ersten Führungsbahnen jeweils unabhängig voneinander bewegbar sind, wobei die Bewegungsplattform eine konstante Orientierung in einer ersten Bewegungsebene aufweist, wobei die Bewegungsplattform zumindest mittels zweier parallel zueinander angeordneter, jeweils einzeln an einem gemeinsamen Führungsschlitten gelenkig gelegerter und jeweils einzeln an der Bewegungsplattform gelenkig gelegerter Koppelglieder geführt ist, und wobei eine Anzahl an Führungsschlitten eine

Anzahl an Bewegungsfreiheitsgraden der Bewegungsplattform in einer ersten Bewegungsebene übersteigt.

Durch Ausbildung einer Parallelführung mittels der zwei parallelen Koppeln ist es mit der erfindungsgemäßen Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung in vorteilhafter Weise möglich, eine Bewegungsplattform in der ersten Bewegungsebene zu bewegen bzw. zu positionieren, wobei die Orientierung der Bewegungsplattform in der Bewegungsebene erhalten bleibt.

Zudem weist die erfindungsgemäße Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung annähemd konstante Steifigkeiten unabhängig von einer Stellung der Führungsketten im Arbeitsraum auf.

Da die Anzahl an Führungsschlitten die Anzahl an Bewegungsfreiheitsgraden der Bewegungsplattform übersteigt, die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung demzufolge eine redundante Anzahl an unabhängig voneinander bewegbaren Führungsschlitten aufweist, beinhaltet die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung zumindest eine redundante Führungskette. Dementsprechend bestehen weitreichende Optimierungsmöglichkeiten der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung, insbesondere im Hinblick auf eine Steifigkeit oder eine Dynamik der Bewegung der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung.

Zudem ermöglicht die erfindungsgemäße Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung auf einfache Art und Weise eine Integration eines direkten Meßsystems zum Messen der Lage der Bewegungsplattform.

Die erfindungsgemäße Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung weist zudem eine hohe Anzahl an gleichartig ausgeformten Bauteilen (Wiederholungsbauteilen) auf, wodurch die Fertigungskosten gegenüber bekannten Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtungen mit einer geringen Anzahl an Wiederholungsbauteilen erheblich reduziert sind. Folglich sind die Fertigungskosten insbesondere gegenüber bekannten seriellen Bewegungsvorrichtungen verringert.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weisen die Führungsschlitten der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung jeweils zumindest einem linearen Bewegungsfreiheitsgrad auf.

Gemäß einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung drei Führungsschlitten auf, wobei zumindest einer der drei Führungsschlitten mittels jeweils zweier parallel zueinander angeordneter Koppelglieder mit der Bewegungsplattform verbunden ist.

Gemäß einem weiteren, ebenfalls besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung vier Führungsschlitten auf, wobei zumindest zwei der vier Führungsschlitten mittels zweier parallel zueinander angeordneter Koppelglieder mit der Bewegungsplattform verbunden sind.

Dadurch ergibt sich eine Anordnung mehrerer Scherenkinematiken, wobei eine räumliche Orientierung der Bewegungsplattform aufgrund der Parallelführungen) in der ersten Bewegungsebene auch bei Verlagerungen der Führungsschlitten erhalten bleibt. Dabei ist anzumerken, dass sich in diesem Ausführungsbeispiel eine sehr effektive Möglichkeit der Steifigkeitsoptimierung, insbesondere Steifigkeitserhöhung der Bewegungs- und Positionierungsvorrichtung ergibt.

Bevorzugterweise sind die Koppelglieder jeweils mittels einer ersten Gelenkverbindung mit der Bewegungsplattform und mittels einer zweiten Gelenkverbindung mit dem jeweiligen Führungsschlitten verbunden, wobei die einzelnen ersten und zweiten Gelenkverbindungen jeweils einen Drehfreiheitsgrad aufweisen.

Auf vorteilhafte Weise sind somit einfache Gelenke im Gegensatz zu den vorerwähnten räumlichen Gelenken der parallelen Kinematiken ermöglicht. Dennoch ergibt sich eine Anordnung vergleichbar einer Scherenkinematik, wobei eine räumliche Orientierung der Bewegungsplattform in der ersten Bewegungsebene auch bei Verlagerungen der Führungsschlitten erhalten bleibt. Dementsprechend kann die Bewegungsplattform mittels der Verlagerung der ersten und der zweiten Quertraverse in der Bewegungsebene bewegt bzw. positioniert werden, wobei eine Orientierung der Bewegungsplattform in der Bewegungsebene durch den gleichbleibenden Abstand zwi schen der ersten und der zweiten Quertraverse, falls keine Verlagerung der Führungsschlitten erfolgt, erhalten bleibt. Wird ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Quertraverse verändert, kann eine Orientierung der Bewegungsplattform in der ersten Bewegungsebene beeinflusst werden. Folglich ergibt sich eine weitere Beeinflussungsmöglichkeit der Bewegung und/oder Positionierung der Bewegungsplattform.

Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung kann zudem Dämpfungselemente aufweisen, wobei die Dämpfungselemente an den ersten Gelenkverbindungen und/oder an den zweiten Gelenkverbindungen und/oder in die Koppelglieder integriert angeordnet sein können.

Die einzelnen Koppelglieder können weiterhin längenunveränderlich ausgeführt sein. Alternativ dazu kann zumindest eines der Koppelglieder längenveränderlich ausgebildet sein, wobei das längenveränderliche Koppelglied eine längenveränderbare Einheit aufweist.

Bevorzugterweise wissen die Führungsschlitten jeweils eine mit denselben verbundene Antriebseinheit auf, wobei die Antriebseinheiten insbesondere Linearaktoren, wie Linearmotoren, pneumatische oder hydraulische Zylinder, hydraulische Motoren oder Servomotoren aufweisen.

Da wie schon vorstehend erläutert, die Anzahl an Führungsschlitten und damit auch die Anzahl an Antriebseinheiten die Anzahl an Bewegungsfreiheitsgraden der Bewegungsplattform übersteigt, und folglich die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung eine redundante Anzahl an Antriebseinheiten aufweist, bestehen weitreichende Optimierungsmöglichkeiten der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung, insbesondere im Hinblick auf eine Antriebsleistung der zur Bewegung der Führungsschlitten eingesetzten Antriebe.

Die zumindest zwei ersten Führungsbahnen der Führungsschlitten sind vorteilhafterweise parallel zu oder in der ersten Bewegungsebene der Bewegungsplattform angeordnet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung genau zwei erste Führungsbahnen auf, wobei die eine der zwei ersten Führungsbahnen mit einer ersten Quertraverse und die entsprechend weitere erste Führungsbahn mit einer zweiten Quertraverse verbunden ist, und wobei zumindest zwei der Führungsschlitten entlang einer der beiden ersten Führungsbahnen bewegbar sind.

Bevorzugterweise sind die erste und die zweite Quertraverse parallel zueinander ausgerichtet.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung sind die erste und die zweite Quertraverse jeweils entlang von zumindest einer zweiten Führungsbahn bewegbar abgestützt, wobei ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Quertraverse fest vorgegeben oder veränderbar ist.

Die zweite Führungsbahn kann im wesentlichen senkrecht zu der ersten bzw. der zweiten Quertraverse ausgerichtet sein.

Bevorzugterweise weist die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung genau zwei zweite Führungsbahnen auf, welche jeweils die erste und die zweite Quertraverse abstützen.

In einem weiteren Ausführungsbeispiel sind die Führungsschlitten als Kreuzschlitten ausgebildet, wobei die Führungsschlitten jeweils entlang einer der ersten Führungsbahnen und entlang einer dritten Führungsbahn, welche zu der jeweiligen ersten Führungsbahn quer angeordnet ist, verlagerbar sind, und wobei eine Bewegung der Führungsschlitten entlang der jeweiligen dritten Führungsbahnen einer Bewegung der Führungsschlitten entlang der jeweiligen ersten Führungsbahnen überlagert ist. Die dritten Führungsbahnen der Führungsschlitten sind vorteilhafterweise jeweils im wesentlichen senkrecht zu den ersten Führungsbahnen der Führungsschlitten angeordnet.

Folglich ist die Bewegungsplattform zusätzlich zur Bewegung in der ersten Bewegungsebene vorteilhafterweise auch schnell und präzise in einer zweiten Bewegungsebene verlagerbar.

Es ist vorteilhaft, wenn eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung und Koordinierung der einzelnen Antriebseinheiten der Führungsschlitten und/oder der Antriebseinheiten der ersten und der zweiten Quertraverse und/oder des längenveränderbaren Koppelgliedes vorgesehen ist.

Dadurch wird auf vorteilhafterweise möglich, den Mechanismus der Bewegungsund/oder Positioniervorrichtungen elektronisch zu verspannen und Meßsysteme einzubringen bzw. mit der Vorrichtung zu verbinden.

Die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung umfasst vorzugsweise in optisches und/oder induktives Meßsystem zu einer Erfassung einer Position der Bewegungsplattform und/oder der Führungsschlitten.

Bevorzugterweise weist die Bewegungsplattform eine Aufnahmeeinrichtung insbesondere zu einer Aufnahme eines Werkzeuges, eines Werkstückes oder eines zu bewegenden Stückgutes auf.

Weitere bevorzugte Ausführungsbeispiele der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung sind in den entsprechenden weiteren abhängigen Ansprüchen dargelegt.

Die Endung wird nachstehend anhand von bevorzugten Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den dazugehörigen Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigt:
1 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines Ausführungsbeispieles der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung,
2 eine schematische Darstellung einer Draufsicht eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung,
3 eine schematische Darstellung von Relativbewegungen zwischen einer ersten und einer zweiten Quertraverse der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach 2,
4 eine schematische Darstellung zweier Ausführungsbeispiele eines Führungsschlittens der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung,
5 eine schematische dreidimensionale Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispieles der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung, und
6 eine Seitendarstellung der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach 5.
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung gezeigt, welches insbesondere zur schnellen und präzisen Bewegung und Positionierung einer Bewegungsplattform 2 in einer ersten Bewegungsebene vorgesehen ist, wobei die erste Bewegungsebene in dem gezeigten Ausführungsbeispiel horizontal angeordnet ist. Die Bewegungsplattform 2 weist zudem eine Aufnahmeeinrichtung (nicht gezeigt), insbesondere zur Aufnahme eines Werkzeuges, eines Werkstückes oder eines zu bewegenden Stückgutes auf, wobei die Bewegungsplattform 2 insbesondere auch mit einer Aufnahme einer Werkzeughalterung ggf. mit einer Arbeitsspindel zur Ausführung einer zusätzlichen Vertikalbewegung bestückt sein. Die Bewegungsplattform 2 weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine rechteckige Querschnittsfläche auf.
In 1 ist ein derartiges zu bearbeitendes Werkstück durch die gestrichelte Umrisslinie 2a angedeutet, welches als eine ebene Platte mit einer rechteckigen Querschnittsfläche ausgeführt ist. Diese ist mit der Bewegungsplattform 2 verbunden. Die Querschnittsfläche des Werkstückes 2a ist dabei exzentrisch zu einer Längsachse M der Bewegungsplatfform 2, die der Symmetrieachse der Bewegungsplattform 2 entspricht, angeordnet.
Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist jedoch nicht auf das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel bezüglich der Querschnittsfläche der Bewegungsplatfform 2 oder einer Ausrichtung der Bewegungsplattform 2 bezüglich des Werkstückes 2a, oder der Querschnittsfläche der Werkstückes beschränkt. Abhängig vom konkreten Anwendungsfall beispielsweise bezüglich einer Ausgestaltung Werkstückes 2a, eines zur Verfügung stehenden Einbauraumes oder eines benötigten Arbeitsraumes ist die Querschnittsfläche und/oder die Ausrichtung der Bewegungsplattform 2 anpassbar, ohne dass wesentliche Änderungen der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung notwendig wären.
Die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung weist mehrere in dem gezeigten Ausführungsbeispiel acht parallel geschaltete Koppelglieder 9 auf, welche die Bewegungsplattform 2 mit den einzelnen Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 verbinden, wobei die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung mehrere in gezeigten Ausführungsbeispiel vier parallel geschaltete Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 aufweist. Dabei weist die Bewegungsplattform 2 an einer Mantelfläche derselben mehrere in gezeigten Ausführungsbeispiel acht erste Gelenkverbindungen 9a auf, welche die Bewegungsplattform 2 jeweils einzeln mit den Koppelgliedern 9 verbinden, wobei die Koppelglieder 9 zudem jeweils über eine zweite Gelenkverbindungen 9b mit den einzelnen Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 verbunden sind.
Folglich weist jedes der acht Koppelglieder 9 eine erste Gelenkverbindung 9a und eine zweite Gelenkverbindung 9b auf, wobei die ersten und die zweiten Gelenkverbindungen 9a, 9b in dem gezeigten Ausführungsbeispiel jeweils einen Drehfreiheitsgrad jeweils um eine zur ersten Bewegungsebene senkrechte Achse und damit um eine vertikale Achse, die senkrecht auf der Längserstreckung der Koppelglieder 9 angeordnet ist, aufweisen.
Dabei sind die ersten und die zweiten Gelenkverbindungen 9a, 9b in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Scharniergelenke ausgeführt.
Das in 1 gezeigte Ausführungsbeispiel weist vier gleichartig ausgebildete Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 auf, deren Eigenschaften nachstehend noch eingehend erläutert werden. Dabei definiert eine Längserstreckung der einzelnen Koppelglieder 9 einen jeweiligen Abstand zwischen den einzelnen Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 und der Bewegungsplattform 2.
Die Koppelglieder 9 sind in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel längenunveränderlich ausgeführt.
Zudem sind die Koppelglieder 9 in einer zur Längserstreckung der einzelnen Koppelglieder 9 senkrechten Ebene, d.h. in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel einer vertikalen Ebene, als flächige Einheiten mit einer rechteckigen Querschnittsfläche ausgebildet, wobei eine Breite der Querschnittsfläche der Koppelglieder 9 wesentlich geringer ist als eine Höhe dieser Querschnittsfläche. Dabei bezieht sich die Breite der Querschnittsfläche der Koppelglieder 9 auf eine Kante derselben, welche parallel zur ersten Bewegungsebene angeordnet ist und die Höhe der Querschnittsfläche der Koppelglieder 9 auf eine weitere Kante derselben, welche senkrecht zur ersten Bewegungsebene angeordnet ist. Dementsprechend ist die Höhe der Querschnittsfläche der Koppelglieder 9 vertikal und im wesentlichen senkrecht zur Längserstreckung der Koppelglieder 9 zwischen dem jeweiligen Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 und der Bewegungsplattform 2 angeordnet.
Bei dieser Ausgestaltung der Koppelglieder 9 weisen die Koppelglieder 9 eine hohe Steifigkeit senkrecht zu ihrer Längserstreckung und damit eine hohe Steifigkeit senkrecht zu einer ersten Bewegungsebene der Bewegungsplattform 2 auf. Die hohe Steifigkeit bewirkt eine hohe Tragfähigkeit der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung bei einer gleichzeitigen hohen Dynamik der (sehr präzisen) Positionierbewegung.
Abhängig vom konkreten Anwendungsfall, insbesondere bei Restriktionen bezüglich eines zur Verfügung stehenden Einbauraumes verbunden mit Vorgaben für einen benötigten Arbeitraum der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung, können die Koppelglieder 9 jedoch auch als stabförmige Gebilde mit beispielsweise rechteckigen, polygonen, elliptischen oder kreisförmiger Querschnittsfläche ausgeführt werden, ohne dass die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung wesentlich verändert werden müsste.
In dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist jeder der vier Führungsschlitten, 5, 6, 7, 8 über zwei parallel zueinander ausgerichtete Koppelglieder 9 mit der Bewegungsplattform 2 verbunden. Dabei sind die parallelen Koppelglieder 9 an der Mantelfläche der Bewegungsplattform 2 über die ersten Gelenkverbindungen 9a angelenkt. Über die zweiten Gelenkverbindungen 9b sind die Koppelglieder 9 mit den einzelnen Führungsschlitten 5,6,7,8 verbunden. Dementsprechend bildet jeder der Führungsschlitten 5,6,7,8 zusammen mit Bewegungsplattform 2 eine Scherenkinematik, wobei über die hohe An zahl an Koppelgliedern 9 die Steifigkeit der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung mitbestimmt und dementsprechend gesteigert ist.
Zwei der Führungsschlitten, die in 1 links von Bewegungsplattform 2 angeordneten Führungsschlitten 5, 6, sind entlang einer geradlinigen ersten Führungsbahn 3a verlagerbar. Diese erste Führungsbahn 3a, die an einer ersten Quertraverse 3 angeordnet ist, weist eine Führungsschiene auf, in die jeweils ein entsprechendes Gegenstück der Führungsschlitten 5, 6 eingreift. Dabei ist die Quertraverse 3 an den Stirnseiten derselben auf zwei zweiten Führungsbahnen 13, 14 abgestützt.
Zwischen der Führungsschiene der ersten Führungsbahn 3a und dem entsprechenden Gegenstück der Führungsschlitten 5, 6 sind jeweils Linearaktoren als Antriebseinrichtungen angeordnet, wobei die Linearaktoren mit einer zentralen Steuereinheit (nicht gezeigt) verbunden sind. Im gezeigten Ausführungsbeispiel umfassen die Linearaktoren Linearmotoren. Die Führungsschlitten 5, 6 sind entlang der ersten Führungsbahn 3a jeweils unabhängig voneinander bewegbar, wobei die Steuereinheit Start/Stop Signale bzw. ein Zeitintervall zwischen diesen Start/Stop Signalen verbunden mit einem Bewegungsgeschwindigkeitsverlauf in diesem Zeitintervall an die Antriebseinheiten sendet.
Über ein nicht im einzelnen gezeigtes Messsystem ist eine tatsächliche Position der Führungsschlitten 5, 6 entlang der ersten Führungsbahn 3a ertassbar, wobei das Meßsystem bevorzugt optische oder induktive Wegaufnehmer umfasst.
Zwei weitere Führungsschlitten, die in 1 rechts der Bewegungsplattform 2 angeordneten Führungsschlitten 7, 8, sind entlang einer weiteren, ebenfalls geradlinigen ersten Führungsbahn 4a, die an einer zweiten Quertraverse 4 angeordnet ist, bewegbar. Die zweite Quertraverse 4 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur ersten Quertraverse 3 angeordnet und an den Enden derselben auf den beiden zweiten Führungsbahnen 13, 14 abgestützt.
Die weitere Führungsbahn 4a weist ebenfalls eine Führungsschiene auf, in die entsprechend geformte Gegenstücke der Führungsschlitten 7, 8 eingreifen. Zwischen der Führungsschiene der weiteren Führungsbahn 4a und den Führungsschlitten 7, 8 sind wiederum Linearaktoren zum unabhängigen Bewegen der Führungsschlitten entlang der Führungsbahn 4a vorgesehen, wobei die Antriebseinheiten mit der zentralen Steuereinheit verbunden und eine Position dieser Führungsschlitten über das (optische oder induktive) Messsystem bestimmbar ist.
Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist jedoch nicht auf die beschriebene Ausgestaltung der Antriebseinheiten mit Linearmotoren beschränkt. Ebenso können als Antriebseinheiten pneumatische oder hydraulische Zylinder, hydraulische Motoren, oder Servomotoren eingesetzt werden.
Die erste Führungsbahn 3a der ersten Quertraverse 3 und die erste Führungsbahn 4a der zweiten Quertraverse 4 sind in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zueinander ausgerichtet.
Aus den vorangestellten Betrachtung ergibt sich auch, dass die in 1 links der Bewegungsplattform 2 angeordneten Führungsschlitten 4, 6 eine Doppelscherenkinematik für eine Bewegung in der ersten Bewegungsebene bilden. Die in 1 rechts der Bewegungsplattform 2 angeordneten Führungsschlitten 7, 8 bilden ebenfalls eine eigenständige Doppelschere für eine Bewegung in der ersten Bewegungsebene.
Aus den vorangestellten Ausführungen wird zudem deutlich, dass jeder der vier Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 über eine separate Parallelführung aus zwei parallelen Koppelgliedern 9 mit der Bewegungsplattform 2 verbunden ist. Dementsprechend bleibt eine Orientierung der Bewegungsplattform 2 in der Bewegungsebene konstant.
In dem Ausführungsbeispiel nach 1 weist jeder der Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 einen Bewegungsfreiheitsgrad auf. Die Bewegungsplattform 2 weist hingegen lediglich zwei Freiheitsgrade auf. Folglich umfasst die Bewegungs- oder Positioniervorrichtung in dem in 1 gezeigten Ausführungsbeispiel eine redundante Anzahl an Führungsschlitten (Bewegungseinheiten), wodurch sich eine Überbestimmung und damit Optimierungsmöglichkeiten der Bewegungsabläufe, der Antriebsleistung und der Steifigkeit ergeben.
Zudem besteht die Möglichkeit, den Mechanismus über die Steuereinheit (oder die Steuereinheiten) elektronisch zu spannen.
Durch die ausschließliche Bewegung der Führungsschlitten 5,6,7,8 entlang zweier erster Führungsbahnen 3a, 4a ergibt sich zudem eine einfache Möglichkeit, eine Lage und/oder Orientierung der Bewegungseinrichtung 2 direkt zu messen.
Weiterhin ist durch die beschriebene Gleichgestaltung der Koppelglieder 9 ein thermosymmetrischer Aufbau realisiert, wodurch eine Orientierung der Bewegungsplattform nicht durch unterschiedliche Erwärmungen von Baugruppen der Bewegungsund/oder Positioniervorrichtung abhängig ist.
In 2 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel dargestellt. Auch in diesem Ausführungsbeispiel weist die Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung zwei parallele erste Führungsbahnen 3a, 4a auf, die an den entsprechenden ersten und zweiten Quertraversen 3, 4 angeordnet sind, wobei jeweils zwei Führungsschlitten 5, 6 bzw. 7, 8 entlang der beiden ersten Führungsbahnen 3a, 4a verlagerbar sind.
Wie schon im Zusammenhang mit 1 beschrieben, ist auch in dem in 2 dargestellte Ausführungsbeispiel die erste Quertraverse 3 an einem Ende derselben auf einer ersten der beiden zweiten Führungsbahnen 13 abgestützt. Am entsprechend gegenüberliegenden Ende der ersten Quertraverse 3 ist dieselbe auf der weiteren der beiden zweiten Führungsbahnen 14 abgestützt.
Die zweite Quertraverse 4, die in diesem Ausführungsbeispiel parallel zur ersten Quertraverse 3 ausgerichtet ist, ist an einem Ende derselben auf der ersten der beiden zweiten Führungsbahnen 13 abgestützt. Das entsprechend gegenüberliegende Ende des Querträgers 4 ist auf der weiteren der beiden zweiten Führungsbahnen 14 abgestützt.
Die beiden zweiten Führungsbahnen 13, 14, sind parallel zueinander und senkrecht zu den Quertraversen 3, 4 ausgerichtet.
Über zwischen der ersten Quertraverse 3 bzw. der zweiten Quertraverse 4 und den beiden zweiten Führungsbahnen 13, 14 im Kontaktbereich derselben angeordnete Antriebseinheiten, insbesondere Linearaktoren sind die erste bzw. die zweite Quertraverse entlang der zweiten Führungsbahnen 13, 14 verlagerbar.
Dabei kann ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Quertraverse 3, 4 verändert werden. Ebenso sind die erste und die zweite Quertraverse 3, 4 bei gleichbleibendem Abstand (zusammen) verlagerbar.
In 3 sind diese vorstehend beschriebenen Bewegungsmöglichkeiten der ersten und der zweiten Quertraverse 3, 4 gemeinsam oder relativ zueinander über die darin dargestellten Bewegungspfeile A bzw. B verdeutlicht.
Die abgebildeten Bewegungspfeile A verdeutlichen dabei ein Ausführungsbeispiel bei dem jede der Quertraversen 3, 4 entlang der zweiten Führungsbahnen 13, 14 unabhängig von der jeweils anderen Quertraverse verlagerbar ist, wodurch die relative Bewegung der Quertraversen 3, 4 zueinander und/oder relativ zu den zweiten Führungsbahnen 13, 14 geschaffen ist.
Folglich ist ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Quertraverse 3, 4 frei wählbar und beeinflussbar, wodurch eine weitere Bewegungs- und Positionierungsmöglichkeit für die Bewegungsplattform 2 zusätzlich zu der Bewegung bzw. Positionierungsmöglichkeit mittels der Führungsketten, welche jeweils einen angetriebenem Führungsschlitten und ein zugehöriges Koppelglied 9 bzw. die zugehörigen Koppelglieder 9 umfassen. Es ergibt sich somit bei einem veränderbaren Abstand zwischen den Quertraversen 3, 4 eine weitere Optimierungsmöglichkeit der Bewegung der Bewegungsplattform 2 in der ersten Bewegungsebene.
Der ebenfalls abgebildete Bewegungspfeil B zeigt in Verbindung mit der durch die Linie 16 symbolisierten längenunveränderlichen Verbindung zwischen den Quertraversen 3, 4 ein alternatives Ausführungsbeispieles, wobei die Quertraversen 3, 4 bei gleichbleibendem Abstand entlang der zweiten Führungsbahnen 13, 14 verschoben werden. Durch diesen Bewegungspfeil B und die schematisch angedeutete längenunveränderliche Verbindungseinrichtung 16 ist die Bewegungsmöglichkeit mit festem Abstand zwischen den Quertraversen 3, 4 verdeutlicht.
Eine derartige Ausgestaltung der Abstützung mit festem Abstand zwischen den Quertraversen 3, 4 ist exemplarisch in 5 gezeigt, wobei der Seitenständer 11, welche in 5 im Vordergrund angeordnet ist, und der Seitenständer 12, welcher in 5 im Hintergrund angeordnet ist, jeweils als U-förmige Träger mit zwei Armen und einer die Arme verbindenden Basis ausgebildet sind. In diesem Fall ist eine Antriebseinheit pro zweiter Führungsbahn 13 oder 14 ausreichend, um die Verlagerung der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung zu gewährleisten.
Die weiteren Merkmale der beiden Ausführungsbeispiele nach 3 entsprechen den im Zusammenhang mit 1 beschriebenen Merkmalen.
In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel sind die entlang der ersten Führungsbahn 3a der ersten Quertraverse 3 angeordneten Führungsschlitten 5, 6, also die in 2 links der Bewegungsplattform 2 dargestellten Führungsschlitten, jeweils über eine Parallelführung, d.h. über zwei Koppelglieder 9 mit der Bewegungsplattform 2 verbunden. Die beiden entlang der weiteren ersten Führungsbahn 4a der zweiten Quertraverse 4 angeordneten Führungsschlitten 7, 8, also den in 2 rechts der Bewegungsplattform 2 dargestellten Führungsschlitten, sind hingegen jeweils über ein Koppelglied 9 mit der Bewegungsplattform 2 verbunden. Dementsprechend bilden die links angeordneten Führungsschlitten 5, 6 eine Doppelscherenkinematik, jeweils mit einer Parallelführung, und die rechts der Bewegungsplattform 2 angeordneten Führungsschlitten 7, 8 bilden eine weitere Doppelscherenkinematik.
Auch bei einer derartigen Kinematik nach dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist eine Orientierung der Bewegungsplattform 2 in der ersten Bewegungsebene konstant. Es ergibt sich wiederum eine redundante Anzahl an angetriebenen Führungsschlitten 5, 6, 7, 8, wodurch sich die Überbestimmung und damit Optimierungsmöglichkeiten ergeben.
In dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel greifen die Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 wiederum in Führungsschienen der ersten Führungsbahnen 3a, 4a. Allerdings sind die Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel als Kreuzschieber ausgebildet, wodurch ein gleichmäßiges Absenken der Führungsschlitten aus der ersten Bewegungsebene heraus möglich ist. Damit ergibt sich eine zweite, im wesentlichen senkrechte Bewegungsebene zu der vorstehend beschriebenen ersten Bewegungsebene der Bewegungsplattform 2.
Die Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 weisen in dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils ein als Vierkanthohlprofil ausgebildetes Bewegungselement 8b auf, das mit den Koppelgliedern 9 verbunden ist. Dieses Bewegungselement 8b ist in einem gleichartig ausgebildeten Hohlprofil, dem Führungselement 8a, aufgenommen, welches das Bewegungselement 8b allerdings nicht vollständig umfasst. Das Bewegungselement 8b ist in diesem Führungselement 8a, welches eine dritte Führungsbahn darstellt, quer zu den ersten Führungsbahnen 3a, 4a bewegbar. Eine Bewegung entlang der dritten Führungsbahnen wird durch Antriebseinrichtungen, die einzeln mit den Bewegungselementen 8b verbunden sind, ermöglicht.
Die vorliegende Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist jedoch nicht auf die vorstehend beschriebene Ausbildung des Querschnitts des 8b als Vierkanthohlprofil und des dieses umfassenden Führungselementes 8a als entsprechendes Hohlprofil festgelegt. Ohne wesentliche Änderungen am vorliegenden Kreuzschiebersystem vornehmen zu müssen, kann die Querschnittsfläche des Bewegungselementes 8b auch kreisförmig, elliptisch oder polygon ausgeführt werden. Das dieses umfassende Führungselement 8a weist dann eine entsprechende Querschnittsfläche zur Erfüllung der Aufnahme- und Führungsfunktion auf. Als Antriebseinheiten sind wiederum Linearaktoren, insbesondere Linearmotoren, sowie hydraulische als auch pneumatische Zylinder, Schrittmotoren, Spindelanordnungen, Servomotoren einsetzbar.
Unterhalb der in 2 gezeigten Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung ist ein Maschinentisch 15 zum Aufnehmen oder Ablegen eines mit der Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung bewegten Objektes, beispielsweise eines geformten Blechteiles oder des Werkstückes 2a angedeutet.
In 4 ist die im Zusammenhang mit 2 beschriebene Ausgestaltung der Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 als Kreuzschieber verdeutlicht, wobei in der linken Hälfte der 4 schematisch ein als Kreuzschieber ausgebildeter Führungsschlitten 8 abgebildet ist.
Die schon vorstehend eindeutig beschriebene Bewegungsmöglichkeit des Führungsschlittens 8 entlang der ersten Führungsbahn 4a der Quertraverse 4 ist durch den Bewegungspfeil C dargestellt.
Die weitere Bewegungsmöglichkeit des Bewegungselementes 8b, welches mit dem Koppelglied 9 verbunden und im Führungselement 8a beweglich aufgenommen ist, ist ebenfalls schematisch gezeigt. Diese zweite Bewegungsmöglichkeit, also die Bewegungsmöglichkeit quer zur ersten Führungsbahn 4a, ist durch den weiteren Bewegungspfeil D, der eine Bewegungsmöglichkeit des Bewegungselementes 8a angibt, verdeutlicht.
In 4 ist im rechten Teil die vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschriebene Ausführung des Führungsschlittens 7 mit der Bewegungsmöglichkeit gemäß dem Bewegungspfeil C entlang der ersten Führungsbahn 4a als Alternative zur Ausbildung als Kreuzschieber schematisch dargestellt.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach den 2 oder 3 in einer dreidimensionalen Darstellung abgebildet. Der in 5 im Vordergrund abgebildete U-förmige Seitenständer 11 stützt dabei die ersten und der zweiten Quertraverse 3, 4 auf der im Vordergrund angeordneten zweiten Führungsbahn 14 ab. Der in 5 im Hintergrund abgebildete U-förmige Seitenständer 12 stützt dabei die ersten und der zweiten Quertraverse 3, 4 auf der im Hintergrund angeordneten zweiten Führungsbahn 13 ab. Dementsprechend ist ein Abstand zwischen den Quertraversen 3, 4 konstruktiv vorgegeben, vergleichbar der vorstehend beschriebenen längenunveränderlichen Verbindungseinrichtung 16.
Aus 5 sind weiterhin die schon vorstehend beschriebenen Bewegungselemente mit Vierkanthohlprofilen zusammen mit den entsprechenden als Hohlprofile ausgebildeten Führungselementen der einzelnen Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 entnehmbar.
Weiterhin ist in dieser Darstellung die Längserstreckung der Bewegungsplattform 2 in Vertikalrichtung, d.h. senkrecht zur ersten Bewegungsebene, und die Ausbildung der Bewegungsplattform als Hohlprofil erkennbar.
Auch ist eine Anlenkung der Koppelglieder 9 an den Führungselementen der Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 deutlich entnehmbar. Dabei ist jedes der Koppelglieder 9 über ein Scharniergelenk mit zwei Anlenkpunkten an der Bewegungsplattform 2 und an den Bewegungselementen der entsprechenden Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 angelenkt.
Zudem wird die Ausbildung der Koppelglieder 9 als flächige Einheit senkrecht zur ersten Bewegungsebene deutlich. Durch diese flächige Ausgestaltung der Koppelglieder 9 ist die Steifigkeit der vorliegenden Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung wesentlich gegenüber normalen Stäben erhöht.
In 6 ist das in 5 dreidimensional gezeigte Ausführungsbeispiel in einer Seitenansicht dargestellt.
Die Längserstreckung der Vierkantprofile der Kreuzschieber zusammen mit der Bewegung entlang der dritten Führungsbahnen gut erkennbar.
In 6 ist ebenfalls die Ausbildung der zweiten Führungsbahn 14 in einem Stirnbereich einer Abstützung 14a erkennbar.
Die im Zusammenhang mit der vorstehenden Beschreibung der 1 bis 6 beschriebenen Antriebseinheiten können alle bekannten Antriebsarten für lineare Bewegungen umfassen. Insbesondere können die Führungsschlitten mit Linearaktoren wie Linearmotoren oder Servomotoren bzw. hydraulischen Motoren oder hydraulischen oder pneumatischen Zylindern verbunden sein.
Den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ist insbesondere gemeinsam, dass diese eine Parallelkinematik mit redundanten Antrieben aufweisen, d.h. dass eine Anzahl an Antrieben bzw. Führungsschlitten, die mit diesen Antrieben verbunden sind, größer ist als ein Freiheitsgrad der Kinematik der Bewegung der Bewegungsplattform 2 insbesondere in der ersten Bewegungsebene.
Vorstehend wurden die Koppelglieder 9 als längenunveränderliche flächig ausgebildete Baueinheiten beschrieben. Es ist jedoch ebenso möglich, eines bzw. mehrere o der alle Koppelglieder längenveränderbar auszubilden, wodurch eine Ändenrung der Orientierung der Bewegungsplattform in der ersten Bewegungsebene ermöglicht ist.
Weiterhin kann durch Einbringung von Dämpfungselementen zwischen den Koppelgliedern 9 und den Führungsschlitten 5, 6, 7, 8 bzw. zwischen den Koppelgliedern 9 und der Bewegungsplattform 2 bzw. integriert in die Koppelglieder 9 das dynamische Verhalten weitergehend optimiert werden.
Durch die beschriebene Ausbildung, insbesondere die gleichartige Ausführung (Gleichgestaltung) der Koppelglieder 9 ist ein thermosymmetrischer Aufbau realisiert.

Claims

Bewegungs- und/oder Positionierungsvorrichtung mit einer Bewegungsplattform (2), einer Mehrzahl von Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) und zumindest zwei ersten Führungsbahnen (3a, 4a), wobei die einzelnen Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) mittels zumindest eines Koppelgliedes (9) mit der Bewegungsplattform (2) verbunden und entlang der zumindest zwei ersten Führungsbahnen (3a, 4a) jeweils unabhängig voneinander bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegungsplattform (2) eine konstante Orientierung in einer ersten Bewegungsebene aufweist, wobei die Bewegungsplattform (2) zumindest mittels zweier parallel zueinander angeordneter, jeweils einzeln an einem gemeinsamen Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) gelenkig gelagerter und jeweils einzeln an der Bewegungsplattform (2) gelenkig gelagerter Koppelglieder (9) geführt ist, und wobei eine Anzahl von Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) eine Anzahl von Bewegungsfreiheitsgraden der Bewegungsplattform (2) in der ersten Bewegungsebene übersteigt.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) jeweils zumindest einen linearen Bewegungsfreiheitsgrad aufweisen.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Koppelglieder (9) jeweils mittels einer ersten Gelenkverbindung (9a) mit der Bewegungsplattform (2) und mittels einer zweiten Ge lenkverbindung (9b) mit dem jeweiligen Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) verbunden sind, wobei die einzelnen ersten und zweiten Gelenkverbindungen (9a, 9b) jeweils zumindest einen Drehfreiheitsgrad aufweisen.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Koppelglieder (9) längenunveränderlich ausgebildet sind.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eines der Koppelglieder (9) längenveränderlich ausgebildet ist, wobei das längenveränderliche Koppelglied (9) eine längenveränderbare Einheit aufweist.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) jeweils eine mit denselben verbundene Antriebseinheit aufweisen, wobei die Antriebseinheiten insbesondere lineare Aktoren, pneumatische oder hydraulische Zylinder, hydraulische Motoren, Linearmotoren oder Servomotoren aufweisen.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest zwei ersten Führungsbahnen (3a, 4a) der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) parallel zu oder in der ersten Bewegungsebene der
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch drei Führungsschlitten (5, 6, 7, 8), wobei zumindest einer der drei Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) mittels zweier parallel zueinander angeordneter Koppelglieder (9) mit der Bewegungsplattform (2) verbunden ist.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch vier Führungsschlitten (5, 6, 7, 8), wobei zumindest zwei der vier Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) mittels zweier parallel zueinander angeordneter Koppelglieder (9) mit der Bewegungsplattform (2) verbunden sind.
Bewegungs- und/oder Pasitioniervorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch Dämpfungselemente, wobei die Dämpfungselemente an den ersten Gelenkverbindungen (9a) und/oder an den zweiten Gelenkverbindungen (9b) und/oder in die Kappelglieder (9) integriert angeordnet sind.
Bewegungs- und/oder Pasitioniervorrichtung nach Anspruch 11, dadurah gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Quertraverse (3, 4) parallel zueinander aus gerichtet sind.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Quertraverse (3, 4) jeweils entlang von zumindest einer zweiten Führungsbahn (13, 14) bewegbar abgestützt sind, wobei ein Abstand zwischen der ersten und der zweiten Quertraverse (3, 4) fest vorgegeben oder veränderbar ist.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Führungsbahn (13, 14) im wesentlichen senkrecht zu der ersten und/oder der zweiten Quertraverse (3, 4) ausgerichtet ist.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, gekennzeichnet genau zwei zweite Führungsbahnen (13, 14), welche jeweils die erste und die zweite Quertraverse (3, 4) abstützen.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Führungsbahnen der Führungsschlitten (5,6,7,8) jeweils im wesentlichen senkrecht zu den ersten Führungsbahnen (3a, 4a) der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) angeordnet sind. Bewegungsplattform (2) angeordnet sind.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch genau zwei erste Führungsbahnen (3a, 4a), wobei eine der ersten Führungsbahnen (3a) mit einer ersten Quertraverse (3) und die entsprechend weitere erste Führungsbahn (4a) mit einer zweiten Quertraverse (4) verbunden sind, und wobei zumindest zwei der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) entlang einer der beiden ersten Führungsbahnen (3a, 4a) bewegbar sind.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) als Kreuzschlitten ausgebildet sind, wobei die Führungsschlitten dabei jeweils entlang der ersten Führungsbahnen (3a, 4a) und entlang von zu den ersten Führungsbahnen (3a, 4a) senkrechten dritten Führungsbahnen verlagerbar sind, und wobei eine Bewegung der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) entlang derjeweiligen dritten Führungsbahnen einer Bewegung der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) entlang der jeweiligen ersten Führungsbahnen (3a, 4a) überlagert ist.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, gekennzeichnet durch eine Kontrolleinrichtung zur Steuerung und Koordinierung der einzelnen Antriebseinheiten der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8) und/oder der Antriebseinheiten der ersten und der zweiten Quertraverse (3, 4) und/oder des längenveränderbaren Koppelgliedes.
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch ein insbesondere optisches und/oder induktives Messsystem zu einer Erfassung einer Position der Bewegungsplattform (2) und/oder der Führungsschlitten (5, 6, 7, 8).
Bewegungs- und/oder Positioniervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Bewegungsplattform (2) eine Aufnahmeeinrichtung insbesondere zu einer Aufnahme eines Werkzeuges, eines Werkstückes (2a) oder eines zu bewegenden Stückgutes aufweist.