Titel

Aktorik für ein Bremselement

Die Erfindung betrifft eine Aktorik für ein Bremselement.

Stand der Technik

Offenbarung der Erfindung

Es wird vorgeschlagen, eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere eine Handkreissäge mit einem als Sägeblatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug, mit einer Sicherheitsbremsvorrichtung zum Bremsen des

Bearbeitungswerkzeugs auszustatten. Es wird vorgeschlagen, dass ein

Aktorelement die Sicherheitsbremsvorrichtung auslöst, sobald eine Annäherung menschlicher Haut oder eine Berührung des Sägeblatts mit menschlicher Haut erkannt wird. Somit kann die Sicherheit eines Benutzers der

Handwerkzeumaschine erhöht werden.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Merkmale sind vorteilhafte Weiterbildungen der Sicherheitsbremsvorrichtung nach dem Hauptanspruch möglich.

Erfindungsgemäß ist die Sicherheitsbremsvorrichtung als Klauenkupplung mit einem ersten Klauenkupplungsteil und einem zweiten Klauenkupplungsteil ausgebildet. Dadurch wird vorteilhaft eine formschlüssige Verbindung hergestellt, wodurch eine Bremsung schnell und sicher statt findet. Es soll ein besonders schnell reagierende Aktorelement zur Auslösung der Klauenkupplung zur Verfügung gestellt werden, um Verletzungen bei einem Eingriff in das Kreissägeblatt zu vermeiden oder möglichst gering zu halten. Das wird dadurch erreicht, dass das Aktoreielement die Sicherheitsbremsvorrichtung direkt betätigt.

In einer Ausführungsform ist das Aktorelement als eine Hubeinheit ausgebildet welche zumindest ein Klauenkupplungsteil der Klauenkupplung aktiv bewegt. Unter einer Hubeinheit wird ein oder mehrere Elemente verstanden, welche bei Anlegen einer Aktivierungsenergie, hier bevorzugt ein elektrischer Strom, in der Lage sind, sich axial schlagartig auszudehnen und zumindest ein

Klauenkupplungsteil der Klauenkupplung schlagartig (< 5ms) axial zu bewegen.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Aktorelement als„shape memory alloy“ (SMA)-Element ausgebildet, welches zumindest ein Klauenkupplungsteil der Klauenkupplung aktiv bewegt.

Weitere Vorteile und zweckmäßige Ausführungen sind der Figurenbeschreibung und den Zeichnungen zu entnehmen.

Zeichnungen

Es zeigen:

Figur 1: eine erfindungsgemäße Handwerkzeugmaschine in

schematischer Darstellung,

Figur 2: eine Ausführungsform eines Aktorelements in schematischer

Darstellung,

Figur 3: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in

schematischer Darstellung, Figur 4: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in schematischer Darstellung,

Figur 5: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in

schematischer Darstellung,

Figur 6: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in

schematischer Darstellung,

Figur 7: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in

schematischer Darstellung,

Figur 8: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in

schematischer Darstellung,

Figur 9: eine weitere Ausführungsform eines Aktorelements in

schematischer Darstellung.

Beschreibung

Für die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorkommenden gleichen Bauteile werden dieselben Bezugszahlen verwendet.

Figur 1 zeigt eine Handwerkzeugmaschine 10, die als Handkreissäge ausgebildet ist, sowie die Handkreissäge 10 in einer Schnittdarstellung.

Die Handkreissäge 10 umfasst ein erstes Gehäuse 12, welches als

Motorgehäuse ausgebildet ist und ein zweites Gehäuse 14. Die Handkreissäge 10 weist einen Handgriff 11 und eine Grundplatte 13 zur Führung der

Handkreissäge 10 auf.

Das Motorgehäuse 12 nimmt einen elektromotorischen Antrieb 16 auf. Der elektromotorischen Antrieb 16 treibt über eine Motorwelle 18 und eine Bearbeitungswelle 20 ein Bearbeitungswerkzeug 22 bei einem Arbeitsvorgang drehend an. Das Bearbeitungswerkzeug 22 ist als Sägeblatt, insbesondere als Kreissägeblatt ausgebildet. Eine Sägeblattabdeckung 24 schützt vor einer Berührung des Sägeblatts 22 und vor durch das Sägeblatt 22 ausgeschleuderten Werkstückspänen eines Werkstücks.

Auf der Motorwelle 18 ist ein erstes Zahnrad 25 angeordnet, das mit einem auf der Bearbeitungswelle 20 sitzenden zweiten Zahnrad 26 kämmt. Das zweite Zahnrad 26 hat die Aufgabe einer Sicherheitskupplung. Das erste Zahnrad 25 und die Sicherheitskupplung 26 bilden eine erste Getriebestufe.

Die Sicherheitskupplung 26 schützt den elektromotorischen Antrieb 16 vor einem Schaden, der durch ein Blockieren des Bearbeitungswerkzeugs hervorgerufen werden kann.

Desweiteren hat die Sicherheitskupplung die Funktion, beim schlagartigen Bremsen, die abzubremsenden Massen möglichst gering zu halten indem der Antriebsstrang nach der Sicherheitskupplung abgekoppelt bez. das vom

Antriebsstrang kommenden Drehmoment in seiner Spitze begrenzt wird und somit eine möglichst kurze Bremszeit zu ermöglichen.

Die Sicherheitskupplung 26 trennt bei Überlast, d.h. bei Überschreiten einer Grenze des übertragenen Drehmoments die Motorwelle 18 von der

Bearbeitungswelle 20. Die Grenze des zu übertragenen Drehmoments beträgt hierbei mindestens 5 Nm, maximal 12 Nm, bevorzugt jedoch 10 Nm.

Eine Sicherheitsbremsvorrichtung 30 ist zum Bremsen des Sägeblatts 18 vorgesehen, sobald eine Berührung oder Annäherung eines menschlichen Körperteils, wie ein Finger mit dem Sägeblatt 22 erfasst wird. Eine Aktoreinheit 60 ist dazu vorgesehen, die Sicherheitsbremsvorrichtung 30 zu betätigen.

Erfindungsgemäß betätigt die Aktoreinheit 60 ein Bauteil der

Sicherheitsbremsvorrichtung 30, welches direkt in die Bearbeitungswelle 20 eingreift. Erfindungsgemäß ist ein Bremssystem 30 als Klauenkupplung ausgebildet ist, wie in Figur 2 gezeigt. Ein erster Teil 32 der Klauenkupplung 30 ist auf der Bearbeitungswelle 20 angeordnet. Das erste Kupplungsteil 32 ist mit der Bearbeitungswelle 20 drehfest verbunden. Ein zweites Teil 34 der

Klauenkupplung 30 ist im Motorgehäuse der Handkreissäge 10 angeordnet. Das zweite Teil 34 der Klauenkupplung 30 ist gegenüber dem Motorgehäuse 12 drehfest ausgeführt, jedoch axial verschiebbar. Bei einem Bremsvorgang wird das zweite Teil 34 der Klauenkupplung 30 in Richtung R in das erste Teil 32 der Klauenkupplung 30 axial bewegt. Es können aber auch beide Kupplungsteile 32, 34 axial zum jeweils anderen hinbewegt werden, wodurch die Kupplung geschlossen werden kann. Die Klauen greifen ineinander und ein Formschluß erzeugt. Somit wird die Bewegung der Bearbeitungswelle 20 gestoppt.

Im Ausführungsbeispiel in Figur 2 ist die Aktoreinheit 60 als Hubeinheit ausgebildet. Soll ein Bremsvorgang eingeleitet werden, wird die Hubeinheit 60 bestromt, sobald eine Berührung oder Annäherung eines menschlichen

Körperteils, wie ein Finger mit dem Sägeblatt 22 erkannt wird und eine Bremsung eingeleitet wird. Die Hubeinheit 60 dehnt sich dabei in Richtung R räumlich aus und bewegt das zweite Teil 34 der Klauenkupplung 30 in Richtung R axial in das mit der Bearbeitungswelle 20 verbundene erste Teil 32 der Klauenkupplung 30, hinein. Die Klauen greifen ineinander und ein Formschluß erzeugt. Die räumliche Ausdehnung der Hubeinheit 60 findet dabei in einer Zeit unter 5ms, insbesondere unter 1,5 ms statt.

Dadurch wird die Bearbeitungswelle 20 schlagartig blockiert.

Unter schlagartig wird hier verstanden, dass die Bearbeitungswelle 20 in einer Zeit unter 10 ms, insbesondere unter 5 ms blockiert wird. Das ist die Zeit, die von der Bestromung des Aktors 60 bis zum Stillstand der Bearbeitungswelle 20 vergeht.

Um das Sicherheitsbremssystem 30 wieder frei zu geben, werden die beiden Klauenkupplungsteile 32, 34 über eine Feder 62 auseinander gedrückt. Die Feder 62 ist zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der

Klauenkupplung 30 angeordnet. Es können aber auch zwei oder mehr Federn zum Einsatz kommen. Wird die Hubeinheit 60 nicht mehr bestromt, bewegt diese sich in ihre Ausgangslänge zurück. Damit wird das zweite Teil 34 der

Klauenkupplung 30 in Richtung S bewegt und der Formschluss wird gelöst.

In Figur 3 ist das Aktorelement 60 als ein shape memory alloy (SMA) Kabel ausgebildet. Die Funktion der Klauenbremse 30 ist analog wie in der

Figurenbeschreibung zu Figur 2 beschrieben. Die axiale Bewegung des zweiten Klauenkupplungselements 34 in das mit der Bearbeitungswelle 20 drehende erste Klauenkupplungselements 32 erfolgt über das SMA Kabel 60.

Das SMA Kabel 60 ist über zwei Anschlusspunkte 61a, 61b fest mit dem

Motorgehäuse 12 verbunden. Das SMA Kabel 60 ist dabei gegenüber dem zweiten Teil 34 der Klauenkupplung 30 elektrisch isoliert.

Soll der Bremsvorgang eingeleitet werden, wird an das SMA Kabel 60 eine Spannung von 50 bis 250V, insbesondere von 80 bis 120V angelegt.

Dabei fließt durch das SMA Kabel 60 ein Strom von 100 bis 400 A, insbesondere ein Strom von 200A. Dadurch verkürzt sich das SMA Kabel um 2 bis 8%, bevorzugt um 4%. Durch die Verkürzung greift das SMA Kabel 60 in das zweite Teil 34 der Klauenbremse 30 ein und bewegt das zweite Teil 34 der

Klauenbremse 30 in Richtung R in das erste Teil 32 zweite Teil 34 der

Klauenbremse 30. Die Klauen greifen ineinander und es wird ein Formschluß erzeugt. Dadurch wird die Bearbeitungswelle 20 schlagartig blockiert.

Das SMA Kabel 60 kann auch als ein Aktorelement 60 mehrsträngig ausgeführt sein. Mehrere SMA Kabel als Aktoren können über einen Umfang des zweiten Teils 34 der Klauenkupplung 30 symmetrisch verteilt.

In Figur 4 ist der zweite Teil 34 der Klauenkupplung 30 starr mit dem Gehäuse der Handkreissäge 10 verbunden. Das erste Teil 32 der Klauenkupplung 30 ist axial verschiebbar auf der Bearbeitungswelle 20 angeordnet. Hinter dem ersten Klauenkupplungsteil 32 befindet sich eine Scheibe 64 die über ein Gleitlager 66 in Kontakt mit dem erste Teil 32 der Klauenkupplung 30 steht. Die Scheibe 64 ist mit dem Gehäuse der Handkreissäge 10 drehstabil, axial verschiebbar verbunden. Über ein als Hubeinheit ausgebildetes Aktorelement 60 wird die Scheibe 64 in Richtung R der Sicherheitsbremsvorrichtung 30 bewegt. Dabei nimmt die Scheibe 64 das erste Teil 32 der Klauenkupplung 30 in Richtung R mit und drückt das erste Teil 32 der Klauenkupplung 30 in das fest mit dem Gehäuse verbundenen zweite Teil 34 der Klauenkupplung 30. Die Klauen greifen ineinander und die Bewegung der Bearbeitungswelle 20 wird schlagartig gestoppt.

Eine Feder 62 ist zwischen dem ersten Teil 32 und dem zweiten Teil 34 der Klauenkupplung 30 angeordnet. Um das Sicherheitsbremssystem 30 wieder frei zu geben, werden die beiden Klauenkupplungsteile 32, 34 über die Feder 62 auseinander gedrückt.

Der Aktorelement 60 in Figur 5 ist als ein SMA Draht ausgebildet, der über eine Scheibe 64 das erste Teil 32 der Klauenkupplung 30 in das zweite Teil der Klauenkupplung 30 zieht.

Figur 6 zeigt ein Aktorelement 60, der als SMA Kabel ausgeführt ist. Das Aktorelement 60 ist mit einer Scheibe 64 verbunden, die über ein Kugellager drehend mit der Bearbeitungswelle 20 verbunden ist. Die Scheibe 64 ist dabei entweder mit einer gleitfähigen Beschichtung versehen oder zwischen der Scheibe 64 und dem ersten Teil 32 der Klauenkupplung 30 befindet sich ein Gleitlager, das ein reibarmes Gleiten zwischen der Scheibe 64 und dem ersten Teil 32 der Klauenkupplung 30 erlaubt. Über einen oder mehrere SMA- Kabel 60, die zwischen der Scheibe 64 und dem ersten Teil 32 der Klauenkupplung 30 gesponnen sind, ist die Scheibe 64 gegen das mitdrehen auf der

Bearbeitungswelle 20 gesichert.

Das zweite Klauenkupplungsteil 34 hat keine mechanische Verbindung zur Bearbeitungswelle 34 und ist über Nuten im Gehäuse axial verschiebbar und gegen mitdrehen gesichert gelagert. Über verkürzen des SMA Kabels 60 oder der SMA Kabel wird das gegenüber der Bearbeitungswelle 20 stehende Klauenkupplungselement 34 an die Scheibe 64 heranbewegt und schiebt hierdurch die Kupplungselemente 32, 34 zusammen.

Das erste Teil 34 der Klauenkupplung 30 wird somit in das zweite drehfest mit der Welle 20 verbundenen Teil der Klauenkupplung 32 hineinbewegt. Die Klauen greifen ineinander und die Bewegung der Bearbeitungswelle 20 wird schlagartig gestoppt.

Im Ausführungsbeispiel in Figur 7 wird das erstes Kupplungselement 32 über eine vorgespante Feder 62 in das zweite Kupplungselement 34 gedrückt. Ist die Feder vorgespannt, wird das erste Kupplungselement 32 gegen die Federkraft über zwei Schleifstifte 63 in der Ausgangsposition gehalten. Auf dem ersten Teil 32 der Kuppelung 30 befindet sich eine Nut 70, in der der Schleifstift 62 eingreift.

Das Aktorelement 60 ist hierbei als ein Piezo-Stack ausgebildet, der sich axial ausdehnt.

Der Hub des Aktorelements 60 wird über einen drehbar gelagerten Hebelarm 72 verstärkt. Hierbei ist der Hebelarm 72 so gestaltet, dass das Verhältnis zwischen A und B mindestens 1:5 beforzugt 1:10 entspricht.

Sobald das Aktorelement 60 bestromt ist, gibt der Hebel 72 das erste

Klauenkupplungselement 32 frei. Dies wird über die Feder 62 in das zweite

Klauenkupplungsteil 34 bewegt. Dadurch wird die Bearbeitungswelle 20 blockiert.

Im Ausführungsbeispiel in Figur 8 wird das erstes Kupplungselement 32 über eine vorgespannte Feder 62 in das zweite Kupplungselement 34 bewegt. Ist die Feder vorgespannt, wird das erste Kupplungselement 32 gegen die Federkraft über zwei Schleifstifte 60 in der Ausgangsposition gehalten. Auf dem ersten Teil 32 der

Kuppelung 30 befindet sich eine Nut 70, in der der Schleifstift 63 eingreift.

Das Aktorelement 60 ist hierbei als ein oder mehrere SMA Kabel ausgebildet.

Verkürzt sich das SMA Kabel 60 infolge einer Bestromung, wird das erste Kupplungselement 32 mit der Federenergie in das zweite Kupplungselement 34 bewegt.

Im Ausführungsbeispiel in Figur 9 ist das Aktorelement 60 als Hubelement auf der Bearbeitungswelle 22 angeordnet. Auf der Bearbeitungswelle 22 befinden sich zwischen dem ersten Klauenelement 32 und einer Scheibe 64 ein oder mehrere Aktorelemente. Der Strom zum Aktorelement 60 wird über einen Schleifring 74 übertragen.

Hierbei sind die Schleifringe direkt in die Scheibe 64 eingearbeitet.