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ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
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Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungsmodul für ein Transportsystem, eine Funktionseinheit umfassend ein Energieversorgungsmodul, ein System zum Aufbau einer Funktionseinheit, Verwendung eines Energieversorgungsmoduls sowie eine Anordnung aufweisend eine Transportstrecke, einen beweglichen Träger und eine Funktionseinheit.
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Als Transportsystem wird ein System zum Transportieren von Objekten, beispielsweise von zu verpackenden oder zu befüllenden Objekten in der Verpackungsindustrie, bezeichnet. Das Transportsystem ist beispielsweise ein Bandfördersystem, ein Kettenfördersystem oder ein Linearmotorsystem und weist zumindest einen Träger auf. Im Falle eines Linearmotorsystems ist der Träger als Linearmotorläufer ausgebildet, der zu einer als Linearmotorstrecke ausgebildeten Transportstrecke relativ beweglich gelagert ist. Der Träger ist entlang der Transportstrecke verfahrbar oder positionierbar. In Ausgestaltungen sind mehrere Träger, beispielsweise bis zu 400 Träger, auf einer Transportstrecke vorgesehen. In Ausgestaltungen weist die Transportstrecke eine räumliche Ausdehnung von bis zu 30 Metern auf. In Verbindung mit zusätzlichen Transportbändern ist es denkbar, dass sich die räumliche Ausdehnung mit der Transportstrecke auf über 100 Meter erstreckt. Diese räumlichen Ausdehnungen sind jedoch lediglich beispielhaft und es sind größere und kleinere Ausdehnungen denkbar.
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EP 1 767 474 A2 zeigt mehrere als Selbstfahrträger bezeichnete Träger, die einen eigenen Fahrmotor aufweisen oder als Linearmotorläufer gestaltet sind, und die jeweils eine als Greifer gestaltete Funktionseinrichtung aufweisen. Mit dem Greifer werden Produkte gegriffen und sortiert. Die Selbstfahrträger werden über eine berührungslose Energieübertragung und aufmodulierte Signale mit Energie und Daten versorgt.
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AUFGABE UND LÖSUNG
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine flexibel einsetzbare Energieversorgung für ein Transportsystem mit mehreren entlang einer Transportstrecke verfahrenbaren Trägern, eine Funktionseinheit für ein Transportsystem, ein zugehöriges System sowie eine Verwendung und eine zugehörige Anordnung zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Energieversorgungsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 1, durch die Funktionseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 5, durch das System mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie durch die Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und durch die Anordnung mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
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Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Energieversorgungsmodul für ein Transportsystem mit mehreren entlang einer Transportstrecke bewegbaren Trägern geschaffen, wobei das Energieversorgungsmodul eine Träger-Schnittstelle mit zumindest einem Träger-Koppelelement zum mechanischen Koppeln mit einem Träger des Transportsystems, eine Funktions-Schnittstelle mit zumindest einem elektrischen Anschlusselement für eine mit elektrischer Energie betriebene Funktionseinrichtung und einen mit dem zumindest einen Anschlusselement elektrisch verbundenen Empfänger einer kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung zum Empfangen von Energie für die Funktionseinrichtung aufweist.
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Als mit elektrischer Energie betriebene Funktionseinrichtung wird im Zusammenhang mit der Anmeldung eine Einrichtung bezeichnet, welche zur Durchführung einer Funktion an einem auf dem Träger transportierten Objekt und/oder an einem entlang der Strecke vorgesehenen Objekt dient. Die Funktion ist dabei anwendungsorientiert in Bezug auf auszuführende Arbeitsschritte entlang der Transportstrecke wählbar.
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In einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktionseinrichtung ein Greif- oder Spannsystem, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein Vakuumgreifsystem und ein mechanischen Backengreifsystem, und/oder ein Drehsystem ist. Im Zusammenhang mit der Anmeldung wird als Vakuumgreifsystem ein System bezeichnet, das zumindest eine Vakuumpumpe aufweist, die durch das Energieversorgungsmodul mit elektrischer Energie versorgt wird. Mittels des Vakuumgreifsystems sind zu greifende Objekte greifbar. Als mechanisches Backengreifsystem wird ein System bezeichnet, das bewegliche Greifbacken aufweist, durch die auch zu greifende Objekte sicher greifbar sind, wobei die Greifbacken einzeln unter Zufuhr von elektrischer Energie ansteuerbar sind. Als Drehsystem wird ein System bezeichnet, mittels welchem ein Objekt bei Zufuhr von Energie dreh- oder rotierbar ist. Ein derartiges Drehsystem dient in einer Ausgestaltung der Rotation eines entlang der Transportstrecke vorgesehenen Elements. In anderen Ausgestaltungen ist das Drehsystem in Kombination mit dem Greif- oder Spannsystem vorgesehen, beispielsweise mit dem Vakuumgreifsystem oder dem mechanischen Greifsystem, um die zu greifenden Objekte zu drehen und anwendungsorientiert zu positionieren. Das Drehsystem umfasst in einer Ausgestaltung einen elektrisch antreibbaren Stellmotor. Für den Fachmann sind spezifische Anwendungen, bei denen ein Einsatz von mit Funktionseinrichtungen versehenen Trägern dienlich ist, ohne erfinderisches Zutun erkennbar, so dass er ohne erfinderisches Zutun auch weitere geeignete Ausgestaltungen von Funktionseinrichtung für die jeweilige spezifische Anwendung vorsieht und/oder mit neuen oder den genannten Funktionseinrichtungen kombiniert.
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Das Energieversorgungsmodul dient der Energieversorgung einer an dem Träger des Transportsystems vorsehbaren Funktionseinrichtung. Das Energieversorgungsmodul umfasst zu diesem Zweck einen Empfänger, mittels welchem Energie von einer externen Energiequelle empfangen werden kann, wobei diese Energie der Funktionseinrichtung an dem mindestens einen Anschlusselement zur Verfügung gestellt werden kann.
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Das Energieversorgungsmodul ist eine separate Einheit, welche mit dem Träger mechanisch verbindbar ist, und über Anschlusselemente Energie für unterschiedliche Funktionseinrichtungen bereitstellt.
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Der Empfänger wirkt mit einer zu der Energieübertragungseinrichtung gehörenden externen Energiesendeeinrichtung zusammen. Einem Fachmann sind diesbezüglich sowohl Methoden kontaktloser Energieübertragung im Nahfeld als auch im Fernfeld bekannt. In Ausgestaltungen ist eine induktive Energieübertragung im Nahfeld aufgrund ihres hohen Wirkungsgrads vorgesehen.
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In Ausgestaltungen umfasst die externe Energiesendeeinrichtung einen zumindest abschnittsweise entlang der Transportstrecke verlaufenden Energieleiter. Der Energieleiter verläuft dabei in einer Ausgestaltung entlang der gesamten Transportstrecke. In anderen Ausgestaltungen sind abschnittsweise Unterbrechungen, beispielsweise im Bereich von Kurven oder dergleichen vorgesehen. Der Empfänger erfüllt dabei eine Funktion einer Antenne zum Empfangen von Energie und umgibt in Ausgestaltungen den Energieleiter zumindest abschnittsweise. In einer Ausgestaltung ist der Empfänger als U-förmiger Abnehmer ausgebildet.
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Der Empfänger ist direkt oder indirekt mit dem mindestens einen Anschlusselement elektrisch verbunden, so dass an dem mindestens einen Anschlusselement Energie für die Funktionseinrichtung bereitstellbar ist. Die elektrische Verbindung umfasst in vorteilhaften Ausgestaltungen elektronische Komponenten, mittels welche die mittels des Empfängers an das Energieversorgungsmodul übertragene Energie in geeigneter Form umgewandelt, zwischengespeichert oder auf andere Weise für die Funktionseinrichtung aufbereitet wird.
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Das mindestens eine Anschlusselement ist durch den Fachmann je nach Anforderungen der Funktionseinrichtungen geeignet gestaltbar. In einer Ausgestaltung wird an dem Anschlusselement ein Gleichspannungssignal bereitgestellt, wobei als zugehörige Masse ein Gehäuseteil des Energieversorgungsmoduls oder des Trägers dient. Vorzugsweise sind jedoch mindestens zwei Anschlusselemente zur Bereitstellung eines Gleichspannungssignals, beispielsweise von ca. 24V, und einer Masse vorgesehen. An der Funktionseinrichtung ist üblicherweise neben Stellelementen, wie Motoren, Pumpen oder dergleichen, welche eine vergleichsweise hohe Leistung benötigen, eine Steuerungselektronik vorgesehen, welche eine demgegenüber niedrigere Leistung benötigt. In einer Ausgestaltung weist das Energieversorgungsmodul zu diesem Zweck drei Anschlusselemente in Form von freiliegenden Kontakten auf. Ein erster Kontakt ist als Masseanschluss zum Bereitstellen eines Bezugspotentials gestaltet. Ein zweiter Kontakt ist als Energielastanschluss für eine Energieversorgung der Stellelemente mit hoher Leistung gestaltet und ein dritter Kontakt ist als Elektroniklastanschluss für eine Versorgung von elektronischen Bauteilen und/oder elektronischen Schaltungen, insbesondere einer Steuerungselektronik, gestaltet. Dadurch, dass ein Energielastanschluss und ein davon getrennter Elektroniklastanschluss vorgesehen werden, ist es möglich, situativ eine Energieversorgung lediglich über einen dieser Anschlusselemente für die Funktionseinrichtung zur Verfügung zu stellen, wobei eine Energieversorgung über das zweite Anschlusselement unterbrochen wird.
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Die Träger-Koppelelemente dienen dem mechanischen Koppeln des Energieversorgungsmoduls mit dem Träger des Transportsystems und sind durch den Fachmann je nach Ausgestaltung des Trägers geeignet gestaltbar. In einer Ausgestaltung ist das Energieversorgungsmodul mit einem Träger eines als Linearmotorsystem gestalteten Transportsystems koppelbar. Ein derartiges Linearmotorsystem umfasst mehrere Träger, die als Linearmotorläufer gestaltet oder mit einem Linearmotorläufer gekoppelt sind. Die Linearmotorläufer sind entlang der als Linearmotorstrecke gestalteten Transportstrecke bewegbar. In weiteren Ausgestaltungen ist das Energieversorgungsmodul mit anderen Transportsystemen verwendbar, beispielsweise mit Transportsystemen, die eine kontinuierliche und/oder diskontinuierliche Beförderung von Objekten auf Trägern erlauben, wie Bandförderanlagen, Rollen- oder Kettenförderer.
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Mechanisches Koppeln ist in Ausgestaltungen mittels auf Prinzipien eines Formschlusses und/oder eines Kraftschlusses beruhenden Koppelelementen realisiert, welche eine werkzeuglos zerstörungsfrei lösbare Befestigung erlauben. Zu diesen Koppelelementen zählen beispielsweise Klemmmittel sowie Rastmittel, Mittel, welche sich ineinander verzahnen oder verriegeln und/oder Mittel, die eine Nut- und Federverbindung bilden. Dies ermöglicht eine schnelle Umrüstung eines Trägers und/oder einen einfachen Austausch eines Energieversorgungsmoduls bei einem Defekt. Alternativ sind Schraubverbindungen oder dergleichen und/oder Magnetverbindungen vorgesehen.
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In einer Ausgestaltung ist die Funktionseinrichtung mechanisch mit dem Träger gekoppelt und damit lediglich indirekt über den Träger mit dem Energieversorgungsmodul mechanisch gekoppelt.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Funktions-Schnittstelle auch zumindest ein Funktions-Koppelelement zum mechanischen Koppeln des Energieversorgungsmoduls mit der Funktionseinrichtung aufweist. Dies erlaubt eine sichere mechanische Verbindung der Module miteinander, durch welche auch eine sichere elektrische Verbindung für eine zuverlässige Energieübertragung gewährleistet ist.
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In einer Ausgestaltung umfasst die Funktionseinrichtung eine Kommunikationseinrichtung für eine Kommunikation mit einer externen Steuereinrichtung. In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass mittels der kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung Daten für und von dem Energieversorgungsmodul von und zu einer externen Datenübertragungseinrichtung übertragbar sind. In einer Ausgestaltung ist zu diesem Zweck der Empfänger derart gestaltet, dass neben dem Empfangen von Energie auch eine Datenübertragung mittels des Empfängers möglich ist. Ein Datenaustausch geschieht beispielsweise während einer Energieübertragung zu dem Energieversorgungsmodul ununterbrochen kontaktlos zwischen dem Empfänger und der externen Datenübertragungseinrichtung. Beispielsweise ist ein Datenaustausch über ein moduliertes Energieträgersignals realisiert. In anderen Ausgestaltungen umfasst die externe Datenübertragungseinrichtung einen zumindest abschnittsweise entlang der Transportstrecke verlaufenden Datenleiter. Der Datenleiter ist in Ausgestaltungen parallel zu dem Energieleiter angeordnet und steht mit dem Empfänger in Datenkontakt, wobei beispielsweise ein Datenaustausch über induktive Einkopplung eines Bussignals realisiert ist. In weiteren Ausgestaltungen ist der Datenaustausch zwischen dem Energieversorgungsmodul und der externen Datenübertragungseinrichtung mittels einer an dem Energieversorgungsmodul vorgesehenen Kommunikationseinrichtung dergestalt realisiert, dass sich die externe Datenübertragungseinrichtung in Funkentfernung zu dem Empfänger befindet und der Datenaustausch somit über eine Funkübertragung geschieht. Unabhängig von einer Gestaltung der Datenübertragungseinrichtung zu dem Energieversorgungsmodul ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass die Daten der Funktionseinrichtung mit dem Energieträgersignal an dem mindestens einen Anschlusselement zur Verfügung gestellt werden. In anderen Ausgestaltungen sind weitere Anschlusselemente vorgesehen, wobei Daten und Versorgungsenergie an unterschiedlichen Anschlusselementen bereitgestellt werden.
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Die zu übertragenden Daten sind durch den Fachmann je nach Anwendungsfall geeignet wählbar. Daten sind beispielsweise Betriebsdaten, um die Funktionseinrichtung für eine bestimmte Anwendung oder in einer bestimmten Weise zu betreiben und/oder Prozessdaten, um Parameter der Funktionseinrichtung bei der bestimmten Anwendung abzufragen und/oder an diese für eine Anwendung zu übermitteln. Die Daten sind vorzugsweise abhängig von der Gestaltung der Funktionseinrichtung wählbar. Die Funktionseinrichtung umfasst in Ausgestaltungen ein Greifsystem, Betriebsdaten und/oder Prozessdaten umfassen in diesem Fall beispielsweise Greifbackenpositionswerte und Greifkraftwerte eines mechanischen Greifsystems, Unterdruckwerte eines Vakuumgreifsystems. Alternativ oder zusätzlich umfasst die Funktionseinrichtung in Ausgestaltungen ein sogenanntes Drehsystem zum Drehen eines auf dem Träger oder entlang der Strecke vorgesehenen Objekts, Betriebsdaten und/oder Prozessdaten umfassen in diesem Fall beispielsweise Drehpositionswerte des Drehsystems.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass an dem Energieversorgungsmodul mindestens ein Energie- und/oder Datenspeicher zum Speichern von Energie und/oder Daten von dem und für die Funktionseinrichtung vorgesehen ist.
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In Ausgestaltungen ist ausschließlich ein Energiespeicher vorgesehen, der zur Versorgung der elektronischen Bauteile und elektronischen Schaltungen der Funktionseinrichtung und/oder des Energieversorgungsmoduls dient. Der Energiespeicher stellt beispielsweise eine Energiemenge von 30 Wattsekunden zur Verfügung, für einen Fall, dass die Energieversorgung über den Empfänger unterbrochen sein sollte oder Schwankungen in der Energieversorgung auftreten. Dem Fachmann sind Daten- und Energiespeicher bekannt, die dazu geeignet sind Daten von und für die Funktionseinrichtung sowie Energie für die Funktionseinrichtung zu speichern. In Ausgestaltungen weist das Energieversorgungsmodul einen als Akkumulator gestalteten Energiespeicher auf. Eine Aufladung des Akkumulators geschieht in einer Ausgestaltung kontinuierlich solange eine Energieübertragung an das Energieversorgungsmodul erfolgt. In anderen Ausgestaltungen erfolgt eine Aufladung zusätzlich oder ausschließlich während sich das Energieversorgungsmodul in einem Ladebereich befindet. In dem Ladebereich weisen der Empfänger und die externe Energieübertragungseinrichtung einen Mindestabstand zueinander auf. Dem Fachmann sind Mindestabstände bezüglich verschiedener Methoden kontaktloser Daten- und/oder Energieübertragung bekannt, so dass er diese anwendungsspezifisch wählen kann.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Funktionseinheit zur Verbindung mit einem Träger eines Transportsystems geschaffen, wobei die Funktionseinheit aus Modulen aufgebaut ist, umfassend zumindest ein Funktionsmodul mit einer Funktionseinrichtung und ein vorstehend beschriebenes Energieversorgungsmodul, wobei das Funktionsmodul mit dem Energieversorgungsmodul für eine Energieversorgung des Funktionsmoduls mittels des zumindest einen Anschlusselements der Funktions-Schnittstelle und einem dazu komplementären Anschlusselement des Funktionsmoduls elektrisch verbunden ist.
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Die Funktionseinheit ist modular aufgebaut, wobei als modularer Aufbau im Zusammenhang mit der Anmeldung ein bausteinartiger Aufbau aus aufeinander abgestimmten, separaten Elementen bezeichnet wird. Bei dem modularen Aufbau sind einzelne Module so ausgebildet, dass sie anwendungsspezifisch und/oder bei einem Defekt austauschbar sind, ohne dass dieser Austausch einen Austausch eines weiteren Moduls erfordert.
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In einer Ausgestaltung sind das Energieversorgungsmodul und das Funktionsmodul lediglich indirekt mittels des Trägers jedoch nicht unmittelbar miteinander mechanisch gekoppelt. In anderen Ausgestaltungen sind das Energieversorgungsmodul und das Funktionsmodul einer Funktionseinheit mechanisch miteinander mittels Funktions-Koppelelementen verbunden, wobei die Funktionseinheit über das Energieversorgungsmodul mit dem Träger mechanisch verbindbar ist. Der Träger gibt die Träger-Schnittstelle vor und das Energieversorgungsmodul ist über das Träger-Koppelelement mit dem Träger mechanisch zerstörungsfrei lösbar verbindbar. In Ausgestaltungen sind das Träger-Koppelelement des Energieversorgungsmoduls und das Funktions-Koppelelement des Funktionsmoduls gleich ausgestaltet, so dass das Funktionsmodul für eine alternative Anwendung ohne eine Energiezufuhr unmittelbar mit dem Träger verbindbar ist. In einer anderen Ausgestaltung sind das Träger-Koppelelement und das Funktions-Koppelelement der Energieversorgungsmodul nicht mechanisch gleich ausgebildet. Dadurch ist das Energieversorgungsmodul mit dem Funktionsmodul nur über das Funktions-Koppelelement mechanisch verbindbar, während das Energieversorgungsmodul mit dem Träger nur über das Träger-Koppelelement mechanisch verbindbar ist.
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In weiteren Ausgestaltungen sind mehrere Funktionsmodule mit einem Energieversorgungsmodul mechanisch und elektrisch verbunden, wobei die Funktionsmodule auch verkettet miteinander und mit dem Energieversorgungsmodul zumindest elektrisch verbindbar sind.
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In einer weiteren Ausgestaltung sind die mechanische Verbindung in Form der Koppelelemente als auch die elektrische Verbindung in Form der Anschlusselemente an einer Funktions-Schnittstelle gemeinsam ausgebildet, so dass mit der mechanische Verbindung der Module eine elektrischen Verbindung zwischen dem Energieversorgungsmodul und dem Funktionsmodul realisiert wird.
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Das Funktionsmodul ist anwendungsspezifisch gestaltet, wobei das Funktionsmodul in einer Ausgestaltung ein Greif- oder Spannsystem, insbesondere ausgewählt aus der Gruppe umfassend ein Vakuumgreifsystem und ein mechanischen Backengreifsystem, und/oder ein Drehsystem aufweist.
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In Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Funktionsmodul und dem Energieversorgungsmodul über das zumindest eine Anschlusselement der Funktions-Schnittstelle Daten übertragbar sind.
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In Ausgestaltungen stellt das Energieversorgungsmodul an der Funktions-Schnittstelle eine Gleichspannung, beispielsweise in Höhe von 24V, für das Funktionsmodul zur Verfügung, wobei ein Datenaustausch in einer Ausgestaltung mittels Modulation des Trägersignals der Gleichspannung erfolgt. Die Anschlusselemente sind vorzugsweise als freiliegende Kontakte gestaltet, wobei - wie oben beschrieben - in einer Ausgestaltung drei Anschlusselemente vorgesehen sind. Das Funktionsmodul weist dabei drei zu den Kontakten des Energieversorgungsmoduls komplementär ausgebildete Kontakte auf. In einer Ausgestaltung sind die Kontakte des Funktionsmoduls als überfederte Pins ausgestaltet.
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In einer weiteren Ausgestaltung ist ein Kommunikationssystem für den Datenaustausch zwischen dem Funktionsmodul, dem Energieversorgungsmodul und/oder dem Energieversorgungsmodul und der externen Datenübertragungseinrichtung vorgesehen, wobei das Kommunikationssystem ein sogenanntes IO-Link-System gemäß der Norm IEC 61131-9 ist. Das IO-Link-System wird dabei in vorteilhaften Ausgestaltungen sowohl für eine Datenkommunikation zwischen der externen Datenübertragungseinrichtung und dem Empfänger des Energieversorgungsmoduls als auch für eine Datenkommunikation zwischen dem Energieversorgungsmodul und dem Funktionsmodul eingesetzt.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein System zum Aufbau einer Funktionseinheit geschaffen, umfassend mindestens zwei Funktionsmodule mit unterschiedlichen Funktionseinrichtungen und ein Energieversorgungsmodul, wobei die mindestens zwei Funktionsmodule mit dem Energieversorgungsmodul anwendungsorientiert kombinierbar und über einheitliche Schnittstellen in Form des zumindest einen Anschlusselements der Funktions-Schnittstelle mit dem Energieversorgungsmodul zumindest elektrisch verbindbar sind.
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In Ausgestaltungen sind jeweils einzelne Funktionsmodule mit einem Energieversorgungsmodul über die einheitliche Schnittstelle mechanisch und elektrisch verbunden, wobei die einzelnen Funktionsmodule durch die jeweils einheitlichen Schnittstellen anwendungsorientiert austauschbar sind. Die Funktionseinrichtungen sind jeweils so gestaltet, dass ein Leistungsbedarf der Energie entspricht, die durch das einheitlich gestaltete Energieversorgungsmodul bereitgestellt wird. In Ausgestaltungen weisen die Funktionsmodule und das Energieversorgungsmodul mehrere einheitliche Schnittstellen in Form von Koppelelementen und/oder Anschlusselementen auf, wobei Positionen der Funktionsmodule auf dem Energieversorgungsmodul dadurch variierbar sind.
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Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung ist eine Verwendung eines Energieversorgungsmoduls mit einer Funktionseinrichtung vorgesehen, wobei das Energieversorgungsmodul zur Energieversorgung oder zur Energieversorgung und zum Datenaustausch mit der Funktionseinrichtung über das zumindest eine Anschlusselement der Funktions-Schnittstelle zumindest elektrisch verbunden ist.
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Durch das Energieversorgungsmodul ist eine Funktionseinrichtung auf einem Träger vorsehbar, welche für einen Betrieb elektrische Energie benötigt, wobei die benötigte Energie von einer nicht auf dem Träger mitgeführten Energiequelle bereitgestellt wird. Mittels des Energieversorgungsmoduls ist in Ausgestaltungen auch der Datenaustausch und somit die Datenkommunikation zwischen der Funktionseinrichtung und einer externen Datenübertragungseinrichtung sichergestellt.
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Gemäß einem fünften Aspekt der Erfindung ist eine Anordnung aufweisend eine Transportstrecke in Form einer Linearmotorstrecke, einen beweglichen Träger in Form eines Linearmotorläufers und mindestens eine mit dem Träger mechanisch gekoppelte Funktionseinheit vorgesehen, wobei die mindestens eine Funktionseinheit auf dem Träger angeordnet ist und der Träger auf der Transportstrecke angeordnet ist.
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In Ausgestaltungen ist der Linearmotorläufer mit der Funktionseinheit verbunden, wobei die Funktionseinheit an einer horizontal angeordneten Träger-Schnittstelle mit dem Linearmotorläufer verbindbar ist. In alternativen Ausgestaltungen ist eine vertikale Träger-Schnittstelle der Funktionseinheit zur Verbindung mit dem Linearmotorläufer vorgesehen.
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In weiteren alternativen Ausgestaltungen ist mindestens ein Trägeradapter passend zu dem Linearmotorläufer zur Verbindung der Funktionseinheit mit dem Linearmotorläufer vorgesehen. Die Funktionseinheit ist über das Energieversorgungsmodul und/oder über das Funktionsmodul mit dem Trägeradapter verbindbar. In Ausgestaltungen ist der mindestens eine Trägeradapter so ausgebildet, dass er mit Linearmotorläufern unterschiedlicher Hersteller mittels einer zu den Linearmotorläufern der unterschiedlichen Hersteller passenden Schnittstelle verbindbar ist. In anderen Ausgestaltungen sind unterschiedliche Trägeradapter vorgesehen, welche jeweils eine an einen Linearmotorläufer eines bestimmten Herstellers angepasste Schnittstelle aufweisen.
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In weiteren Ausgestaltungen ist der Trägeradapter mit der horizontalen Schnittstelle der Funktionseinheit verbunden und weist eine zusätzliche vertikale Schnittstelle auf, wobei die Funktionseinheit mittels der zusätzlichen vertikalen Schnittstelle des Trägeradapters mit dem Linearmotorläufer verbunden ist. In wieder anderen Ausgestaltungen ist die Schnittstelle in einem Winkel zu einer horizontalen Verfahrebene angeordnet, wobei die Schnittstelle in dem Winkel von der Funktionseinheit direkt ausgebildet ist oder mittels des Trägeradapters ausgebildet ist.
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In Ausgestaltungen sind mehrere Funktionseinheiten auf einem Linearmotorläufer angeordnet. Die mehreren Funktionseinheiten sind in einer Ausgestaltung sowohl mit dem Linearmotorläufer als auch untereinander verbunden. Einer Verbindung zwischen mehreren Funktionseinheiten ist in Ausgestaltungen mittels einheitlicher Schnittstellen realisiert.
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Figurenliste
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Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind. Für gleiche oder ähnliche Bauteile oder Elemente werden in den Zeichnungen einheitliche Bezugszeichen verwendet. Dabei zeigen:
- 1: eine dreidimensionale schematische Darstellung eines Energieversorgungsmoduls,
- 2: eine dreidimensionale schematische Explosions-Darstellung einer ersten Ausführungsform einer Anordnung umfassend einen Träger eines Linearmotorsystems und eine mit dem Träger mechanisch gekoppelte Funktionseinheit mit einen Vakuumgreifer zusammen mit einem von der Funktionseinheit aufgenommen Objekt,
- 3: eine dreidimensionale schematische Explosions-Darstellung eines Teils eines Vakuumgreifers ähnlich 2 zusammen mit einem externen Drehsystem und einem Objekt,
- 4: eine dreidimensionale schematische Explosions-Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer Anordnung umfassend einen Träger eines Linearmotorsystems und eine mit dem Träger mechanisch gekoppelte Funktionseinheit mit einen Backengreifsystem zusammen mit einem von der Funktionseinheit aufgenommen Objekt,
- 5: eine dreidimensionale schematische Explosions-Darstellung eines Backengreifsystems ähnlich 4 mit einem externen Drehsystem und einem Objekt,
- 6: eine dreidimensionale schematische Explosions-Darstellung einer dritten Ausführungsform einer Anordnung umfassend einen Träger eines Linearmotorsystems und eine mit dem Träger mechanisch gekoppelte Funktionseinheit mit einen Drehsystem zusammen mit einem von der Funktionseinheit aufgenommen Objekt,
- 7: eine dreidimensionale schematische Darstellung der vierten Ausführungsform der Anordnung ähnlich 6 mit einem Datenleiter und
- 8: eine dreidimensionale schematische Explosions-Darstellung einer fünften Ausführungsform einer Anordnung umfassend einen Träger eines Linearmotorsystems und eine mit dem Träger mechanisch gekoppelte Funktionseinheit.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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1 zeigt ein Energieversorgungsmodul 1 mit einer Träger-Schnittstelle 10, einer Funktions-Schnittstelle 12, einem Empfänger 14 einer kontaktlosen Energieübertragungseinrichtung und einem Energiespeicher 16.
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Das Energieversorgungsmodul 1 dient der Energieversorgung einer in 1 nicht dargestellten Funktionseinrichtung, welche auf einem in 1 nicht dargestellten beweglichen Träger eines Transportsystems vorgesehen ist. Das Energieversorgungsmodul 1 umfasst zu diesem Zweck den Empfänger 14, mittels welchem Energie von einer externen Energiequelle empfangbar ist. Die Energie wird der Funktionseinrichtung an der Funktions-Schnittstelle 12 bereitgestellt.
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Das Energieversorgungsmodul 1 ist mit einem in 1 nicht dargestellten Träger eines Transportsystems mittels der Träger-Schnittstelle 10 mechanisch verbindbar. Zu diesem Zweck weist die dargestellte Träger-Schnittstelle 10 an einer Unterseite zwei Träger-Koppelelemente 100 auf. Die Träger-Koppelelemente 100 sind als Klemmmittel mit Rastfunktion ausgestaltet, so dass das Energieversorgungsmodul 1 mittels der Träger-Koppelelemente 100 über einen sich ausbildenden Form- und Kraftschluss mit einem in 1 nicht dargestellten Träger eines Transportsystems mechanisch verbindbar ist. Die Anordnung, Zahl und Gestaltung der Träger-Koppelelemente 100 ist jedoch lediglich beispielhaft und es sind zahlreiche Abwandlungen denkbar.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Funktions-Schnittstelle 12 drei Anschlusselemente 120a, 120b, 120c in Form von flachen, frei liegenden Kontakten auf. Die flachen Kontakte sind in dem Ausführungsbeispiel in eine Oberfläche des Energieversorgungsmoduls 1 eingelassen.
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Zusätzlich zu den drei Anschlusselementen 120a, 120b, 120c weist die Funktions-Schnittstelle 12 zwei Funktions-Koppelelemente 122 auf, die ebenfalls als Klemmmittel mit Rastfunktion ausgestaltet sind, so dass das Energieversorgungsmodul 1 mittels der Funktions-Koppelelemente 122 über einen sich ausbildenden Form- und Kraftschluss mit einem weiteren Modul, beispielsweise einem in 1 nicht dargestellten Funktionsmodul 3a, 3b, 3c, mechanisch verbindbar ist. Die Anordnung, Zahl und Gestaltung der Funktions-Koppelelemente 122 ist jedoch ebenfalls lediglich beispielhaft und es sind zahlreiche Abwandlungen denkbar.
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Das Energieversorgungsmodul 1 stellt in einer Ausgestaltung Energie für Abnehmer unterschiedlicher Leistung an der Funktions-Schnittstelle 12 zur Verfügung. Zu diesem Zweck ist in der dargestellten Ausgestaltung beispielsweise ein erstes Anschlusselement 120a als Masseanschluss ausgestaltet, während ein zweites Anschlusselement 120b als Energielastanschluss und ein drittes Anschlusselement 120c als Elektroniklastanschluss ausgestaltet ist. Die Nummerierung der Anschlusselemente 120a, 120b, 120c dient dabei lediglich der Unterscheidung und ist nicht als einschränkende Definition betreffend die Anordnung zu verstehen. Die Anschlusselemente werden auch zusammen mit dem Bezugszeichen 120 referenziert. In einer Ausgestaltung wird an dem Energielastanschluss und dem Elektroniklastanschluss jeweils ein Spannungspotential von 24V bereitgestellt, wobei sich die an den Anschlusselementen 120b, 120c bereitgestellten Signale hinsichtlich ihrer übertragbaren Leistung unterscheiden. Beispielsweise sind über den Energielastanschluss Leistungen von ca. 20 Watt übertragbar. Über den Elektroniklastanschluss sind dagegen nur kleinere Leistungen, beispielsweise im Bereich von ca. 5 Watt, übertragbar. Der Energielastanschluss und der Elektroniklastanschluss sind von unterschiedlichen Abnehmern, beispielsweise von unterschiedlichen Komponenten der in 1 nicht dargestellten Funktionseinrichtung nutzbar.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist an einer zu der Träger-Schnittstelle 10 und der Funktions-Schnittstelle 12 orthogonal ausgerichteten Seitenfläche des Energieversorgungsmoduls 1 der Empfänger 14 angeordnet, welcher schematisch U-förmig dargestellt ist. Der Empfänger 14 ist mit den drei Anschlusselementen 120a, 120b, 120c elektrisch verbunden. Die Verbindung erfolgt in einer Ausgestaltung unmittelbar. Vorzugsweise sind jedoch elektronische Komponenten zwischen dem Empfänger 14 und den Anschlusselementen 120a, 120b, 120c vorgesehen, mittels welche die mittels des Empfängers 14 empfangene Energie in geeigneter Form umgewandelt, zwischengespeichert oder auf andere Weise für die Anschlusselemente 120a, 120b, 120c aufbereitet wird.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist zumindest der Energiespeicher 16 zwischen dem Empfänger 14 und den drei Anschlusselementen 120a, 120b, 120c elektrisch eingebunden. Der Energiespeicher 16 ist beispielsweise derart gestaltet, dass bei Wegfall einer Energiezufuhr zu dem Energieversorgungsmodul 1 an dem Elektroniklastanschluss zumindest eine Energiemenge von ca. 30 Wattsekunden für eine Elektronik einer angebundenen Funktionseinrichtung zur Verfügung steht, wohingegen eine Energieversorgung für Abnehmer mit höherer Leistung unterbrochen wird.
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2 zeigt eine erste Ausgestaltung einer Anordnung umfassend einen Träger 20 und eine mit dem Träger 20 mechanisch gekoppelte Funktionseinheit 5a mit einem Energieversorgungsmodul 1 gemäß 1, zusammen mit einem von der Funktionseinheit aufgenommen Objekt 6.
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Der Träger 20 ist als Linearmotorläufer eines Linearmotorsystems 2 gestaltet und entlang einer Linearmotorstrecke 22 verfahrbar, wobei in 2 nur ein Abschnitt eines Linearmotorsystems 2 dargestellt ist. Das Energieversorgungsmodul 1 ist mittels der Träger-Koppelelemente 100 mit dem Linearmotorläufer des Linearmotorsystems 2 verbindbar. Dazu sind die Träger-Koppelelemente 100 des Energieversorgungsmoduls 1 auf den Linearmotorläufer 20 passend ausgestaltet. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel weist der Träger 20 Koppelelemente 200 auf, wobei die Träger-Koppelelemente 100 und zugehörige Koppelelemente 200 eine form- und kraftschlüssige Verbindung bilden, es sind jedoch auch andere Verbindungsarten denkbar.
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Die dargestellte Funktionseinheit 5a umfasst ein Funktionsmodul 3a mit einer als Vakuumgreifsystem 30 gestalteten Funktionseinrichtung.
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An der Funktionseinrichtung ist eine Vakuumpumpe 300 vorgesehen, welche für ihren Betrieb mit elektrischer Energie zu versorgen ist. Die Vakuumpumpe 300 steht mit Saugelementen 302 in Strömungsverbindung, so dass das Objekt 6 angesaugt und gehalten werden kann. Die Saugelemente 302 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel an einem Belag 310 vorgesehen, welcher mit der Vakuumpumpe 300 fluidisch gekoppelt ist. Den Saugelemente 302 sind in einer Ausgestaltung nicht dargestellte ansteuerbare Ventile zugeordnet, so dass die Saugelemente 302 einzeln ansteuerbar sind.
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Das dargestellte Funktionsmodul 3a weist für eine Energieversorgung durch das Energieversorgungsmodul 1 drei zu den drei Anschlusselementen 120 des Energieversorgungsmoduls 1 passend ausgestaltete Anschlusselemente 320 auf. Die Anschlusselemente 320 des Funktionsmoduls 3a sind als überfederte Pins ausgestaltet, so dass beim Aufsetzen des Funktionsmoduls 3a auf das Energieversorgungsmodul 1 die Anschlusselemente 320 des Funktionsmoduls 3a für die elektrische Verbindung zur Energieversorgung an die Anschlusselementen 120 des Energieversorgungsmoduls 1 angedrückt werden.
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Neben den drei Anschlusselementen 320 weist das Funktionsmodul 3a zwei passend zu den Funktions-Koppelelementen 122 des Energieversorgungsmoduls 1 ausgestaltete Energieversorgungsmodul-Koppelemente 322 auf, mittels derer das Funktionsmodul 3a mit dem Energieversorgungsmodul 1 mechanisch verbindbar ist.
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Der Empfänger 14 des Energieversorgungsmoduls 1 empfängt die Energie von einem Energieleiter 40, welcher entlang der Linearmotorstrecke 22 und parallel zu dieser verläuft. Mittels des Energieleiters 40 wird Energie induktiv auf den Empfänger 14 übertragen und von diesem über die Anschlusselemente 120a, 120b, 120c dem Funktionsmodul 3a bereitgestellt. In dem schematisch dargestellten Ausführungsbeispiel verläuft der Energieleiter 40 zwischen den Schenkel des U-förmig ausgestalteten Empfängers 14 des Energieversorgungsmoduls 1, die Darstellung ist jedoch lediglich beispielhaft.
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Der Belag 310 und ein Gehäuse der Vakuumpumpe 300 sind in dem dargestellten Ausführungsbeispiel mechanisch mittels Koppelelemente 326 gekoppelt. Die Koppelelemente 326 sind baugleich zu den Koppelelemente 122, 322 gestaltet. Dadurch ist es möglich, für eine alternative Ausgestaltung den Belag 310 unmittelbar mit dem Energieversorgungsmodul 1 zu koppeln.
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3 zeigt schematisch einen Belag 310 des Vakuumgreifer 30 gemäß 2 zusammen mit einem externen Drehsystem 34a und einem Objekt 6. Das dargestellte Drehsystem 34a ist durch eine Zahnstange 340 und ein Zahnrad 342 realisiert, wobei die Zahnstange 340 extern, ähnlich dem Energieleiter 40 zumindest abschnittsweise entlang der Linearmotorstrecke 22 (vgl. 2) angeordnet ist und das Zahnrad 342 an dem Funktionsmodul 3a angeordnet ist. Bewegt sich die Funktionseinheit 5a relativ zu der Zahnstange 340 entlang der Linearmotorstrecke 22, so greift das Zahnrad 342 in die Zahnstange 340 ein. Es kommt zu einer Drehbewegung des Belags 310 und somit zu einer Drehung des Objekts 6. Dabei ist in einer Ausgestaltung vorgesehen, dass zu diesem Zweck der Belag 310 von einem Gehäuse der Vakuumpumpe 300 (vgl. 2) zumindest teilweise mechanisch entkoppelt wird, jedoch fluidisch mit der Vakuumpumpe 300 in Verbindung bleibt. In anderen Ausgestaltungen erfolgt auch eine fluidische Entkopplung.
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4 zeigt eine zweite Ausgestaltung einer Funktionseinheit 5b, umfassend ein Energieversorgungsmodul 1 gemäß 1, zusammen mit einem diese Funktionseinheit 5b aufnehmenden Träger 20 eines Linearmotorsystems 2 und mit einem von der Funktionseinheit 5b aufgenommen Objekt 6. Die Funktionseinheit 5b ist ähnlich der Funktionseinheit 5a gemäß 2 und für gleiche Bauteile werden einheitliche Bezugszeichen verwendet.
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Im Unterschied zu der Ausgestaltung gemäß 2 ist bei der Ausgestaltung gemäß 4 ein Funktionsmodul 3b mit einem Backengreifsystem 32 vorgesehen. Das Funktionsmodul 3b weist für das Backengreifsystem 32 zumindest einen Antrieb auf, mit dem Greifbacken 33 relativ zueinander verfahrbar sind, um das Objekt 6 zu greifen. Die Energie für einen Antrieb 330 des Funktionsmoduls 3b ist, wie bei dem Funktionsmodul 3a, durch das Energieversorgungsmodul 1 zur Verfügung gestellt, das wiederum kontaktlos von dem Energieleiter 40 Energie empfängt. Das Funktionsmodul 3b umfasst elektrische Anschlusselemente 320 und Energieversorgungsmodul-Koppelemente 322. Wie der Vergleich der 2 und 4 zeigt, sind die elektrischen Anschlusselementen 320 und die Energieversorgungsmodul-Koppelemente 322 der Funktionsmodule 3a und 3b baugleich gestaltet, so dass die Funktionsmodule 3a und 3b wahlweise mit dem Energieversorgungsmodul 1 verbindbar sind.
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5 zeigt ein Backengreifsystem 32 ähnlich 4 mit einem externen Drehsystem 34b und das beispielhafte Objekt 6. Das dargestellte Drehsystem 34b ist durch zwei Zahnräder 342 realisiert, wobei ein erstes Zahnrad 342 extern drehbar angetrieben angeordnet ist. Das erste Zahnrad 342 ist beispielsweise an einer Position entlang der Linearmotorstrecke 22 (vgl. 4) angeordnet. Ein zweites Zahnrad 342 ist an dem Funktionsmodul 3b angeordnet. Befindet sich die Funktionseinheit 5b in der Position, in der das erste Zahnrad 342 in das zweite Zahnrad 342 greift, so treibt das erste Zahnrad 342 das zweite Zahnrad 342 an. Es kommt zu einer Drehbewegung der Greifbacken 33 und somit zu einer Drehung des Objekts 6.
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6 zeigt eine dritte Ausgestaltung einer Funktionseinheit 5c, umfassend ein Energieversorgungsmodul 1 gemäß 1, zusammen mit einem diese Funktionseinheit 5c aufnehmenden Träger 20 eines Linearmotorsystems 2 und mit einem von der Funktionseinheit 5c aufgenommen Objekt 6. Die Funktionseinheit 5c ist ähnlich der Funktionseinheit 5a gemäß 2 und für gleiche Bauteile werden einheitliche Bezugszeichen verwendet.
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Die Funktionseinheit 5c weist ein Funktionsmodul 3c auf, das ein Vakuumgreifsystem 30 und zudem ein Drehsystem 34c besitzt. Das Drehsystem 34c weist einen an dem Funktionsmodul 3c vorgesehenen, elektrisch betätigbaren Antrieb auf, so dass das Objekt 6 an beliebiger Position entlang der Linearmotorstrecke 22 drehbar ist. Energie für das Funktionsmodul 3c bezieht die Funktionseinheit 5c über das Energieversorgungsmodul 1 wie im Zusammenhang mit 2 beschrieben.
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Mittels des Linearmotorsystems 2 ist der Linearmotorläufer 20 und somit die Funktionseinheit 5c entlang der Linearmotorstrecke 22 und dem entlang der Linearmotorstrecke 22 verlaufenden Energieleiter 40 bewegbar, so dass je nach Verlauf des Energieleiters 40 ununterbrochen oder mit streckenweisen Unterbrechungen Energie für die Funktionseinheit 5c bereitstellbar ist.
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Vorzugsweise werden an die Funktionsmodulen 3a, 3b, 3c gemäß den 2, 4 und 6 zudem Daten von einer externen Datenübertragungseinrichtung, insbesondere einer externen Steuereinrichtung (nicht dargestellt) oder dergleichen übertragen.
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Ein Datenaustausch erfolgt in einer Ausgestaltung ebenfalls mittels der Anschlusselemente 120, 320, wobei ein Energieträgersignal hierzu moduliert wird. In anderen Ausgestaltungen sind dafür zusätzliche Anschlusselemente vorgesehen. In wieder anderen Ausgestaltungen findet der Datenaustausch zwischen dem Energieversorgungsmodul 1 und/oder dem Funktionsmodul 3a, 3b, 3c und einer nicht dargestellten externen Datenübertragungseinrichtung via Funk mittels zusätzlicher Kommunikationseinrichtungen statt. Daten sind Betriebsdaten und/oder Prozessdaten, wie beispielsweise Unterdruckwerte eines Vakuumgreifsystems 30 oder Drehpositionswerte des Drehsystems 34c und/oder Stellsignale zur Aktivierung oder Deaktivierung der Funktionseinrichtungen.
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7 zeigt eine vierte Ausführungsform einer Anordnung ähnlich 6. Im Unterschied zu 6 ist bei der Ausgestaltung gemäß 7 zusätzlich ein Datenleiter 42 vorgesehen, über den der Datenaustausch zwischen dem Energieversorgungsmodul 1 und/oder dem Funktionsmodul 3c und der nicht dargestellten externen Datenübertragungseinrichtung stattfindet. Der Datenleiter 42 ist Teil der nicht dargestellten externen Datenübertragungseinrichtung und mit dieser verbunden. Der Datenaustausch findet über eine induktive Kopplung eines Bussignals statt, so dass Daten zwischen dem Funktionsmodul 3c und der externen Datenübertragungseinrichtung über das Energieversorgungsmodul 1 und den Datenleiter 42 ausgetauscht werden.
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8 zeigt eine fünfte Ausführungsform einer Anordnung umfassend einen Träger 20 eines Linearmotorsystems 2 und eine mit dem Träger 20 mechanisch gekoppelte Funktionseinheit 5c gemäß den Ausgestaltungen der 6 und 7 mit einem Energieversorgungsmodul 1 gemäß 1, zusammen mit einem von der Funktionseinheit 5c aufgenommen Objekt 6.
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Im Unterschied zu den vorangegangenen Ausführungsformen verläuft eine Linearmotorstrecke 22 des Linearmotorsystems 2 gemäß 8 nicht in einer horizontalen Ebene, sondern erstreckt sich in vertikaler Richtung. Für eine Anbindung der Funktionseinheit 5c an den Träger 20 ist ein Trägeradapter 7 vorgesehen. Der Trägeradapter 7 weist eine erste Schnittstelle für das Energieversorgungsmodul 1 auf, wobei diese passend zu der Träger-Schnittstelle 10 des Energieversorgungsmoduls 1 (vgl. 1) ausgebildet ist. Der Trägeradapter 7 weist eine zweite Schnittstelle für den als Linearmotorläufer gestalteten Träger 20 auf, die orthogonal zu der ersten Schnittstelle angeordnet ist. Somit ist es mittels des Trägeradapters 7 möglich, die Funktionseinheit 5c um 90 Grad gekippt auf dem Träger 20 zu befestigen.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich beispielhaft und wie für den Fachmann erkennbar, sind zahlreiche Abwandlungen denkbar.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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