Sicherheitsklemm- und/oder Sicherheitsbremsvorrichtung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Sicherheitsklemm- und/oder

Sicherheitsbremsvorrichtung für Maschinenelemente umfassend wenigstens zwei Klemmelemente mit je einem die Klemm- und/oder Bremswirkung auslösenden Nehmerkolben und einem Aktorsystem zur Erzeugung einer Kraft, die auf die Nehmerkolben übertragen wird.

Klemm- und/oder Bremsvorrichtungen kommen in den verschiedensten Ausführungsformen und in unterschiedlichen Anwendungsbereichen zum Einsatz. Sowohl bei der punktgenauen Fixierung von Werkzeugen oder Werkstücken an einer Linearschiene als auch beim Schutz vor ungewolltem Herabfallen oder Gleiten entlang einer solchen Schiene kommen lineare Klemm- bzw. Bremssysteme gleichermaßen zum Einsatz. Auch bei der Notfallbremsung von schnell rotierenden Maschinenwellen oder Scheibenbremsen kommen diese zur Anwendung.

Zur Kraftübertragung von einer äußeren Steuerung der Klemm- und/oder Bremsvorrichtung auf das zu bremsende bzw. zu klemmende Element kann in derartigen Vorrichtungen ein elektromagnetisches, pneumatisches oder hydraulisches Aktorsystem zum Einsatz kommen, bei dem die Ansteuerung zunächst auf einen Geberkolben wirkt. Von diesem ausgehend wird die Brems- bzw. Klemmkraft auf einen Nehmerkolben übertragen, der seinerseits kraftausgangsseitig beispielsweise direkt auf das zu bremsende bzw. zu klemmende Element wirken kann. Im Falle von Bremssystemen ist dabei in der Regel im Hinblick auf die zu berücksichtigende Reibung und dergleichen zwischen dem Nehmerkolben und dem zu bremsenden Element noch eine Bremsbacke geschaltet. Der Nehmerkolben löst somit in beiden Fällen sowohl die Brems- als auch die Klemmwirkung aus.

Dabei unterscheidet man prinzipiell zwischen Aktivklemm- bzw. bremssystemen, bei denen die Bremskraft aktiv von außen im Bremsfall induziert wird und Passiv- klemm- bzw. bremssysteme, bei denen das Klemm- bzw. Bremssystem im Ruhezustand geschlossen ist und nur durch Kräfte in Wirkung geöffnet werden kann. Bei letzterem wird meist eine Druckfeder vorgespannt, die im Bremsfall gelöst wird und somit die in der Feder gespeicherte Kraft auf den Bremskolben überträgt. Je nach Anwendungsgebiet und vorgeschriebenen Sicherheitsbestimmungen wird daher auf ein Aktiv- oder Passivklemm- bzw. bremssystem zurückgegriffen. Nachteilig an existierenden Klemm- bzw. Bremssystemen ist, dass die maximal erreichbare Bremskraft bei dem Passivklemm- bzw. bremssystem durch die Feder und die durch sie mögliche maximale Vorspannung bzw. durch die von außen zuführbare Kraft des Aktorsystems beschränkt ist. Dies kann allerdings in Fällen, in denen erhöhte Sicherheitsvoraussetzungen an das Klemm- bzw. Bremssystem gestellt werden, unter Umständen nicht ausreichen oder aber nur unter Verwendung von hohen Energien oder entsprechend großen Aktorsystemen erreicht werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, eine Sicherheitsklemm- und/oder Sicherheitsbremsvorrichtung für Maschinenelemente der oben

genannten Art anzugeben, die bei besonders energieeffizienter und kompakter Bauweise trotzdem höchste Sicherheitsanforderungen und Normen erfüllen kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem das Aktorsystem als Doppelaktorsystem ausgebildet ist.

Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass für die Erfüllung von Sicherheitsanforderungen und Normen die Klemm- bzw. Bremskraft als auch die Reaktionszeit bis zum Eintreten der vollständigen Klemm- bzw. Bremswirkung besonders relevant sind. Zur Erfüllung beider Kriterien ist dabei die Kraft des Aktorsystems, die auf die Nehmerkolben wirkt und diese in Richtung des zu bremsenden Elements schiebt, besonders wichtig. Für eine möglichst energieeffiziente und kompakte Bauweise wird daher die Klemm- bzw. Bremskraft nicht nur auf mehrere Nehmerkolben aufgeteilt, sondern auch das Aktorsystem als Doppelaktorsystem ausgeführt. Durch die Aufteilung auf mehrere Aktoren kann der notwendige gesamte Aktorhub reduziert werden. Beim Doppelaktor bedeutet dies, dass der Aktorhub halbiert werden kann, sodass die Aktoren in der Anzugsphase mit wesent- lieh geringeren Energien betrieben werden und somit auch kompakter ausgeführt werden können. Es hat sich dabei nämlich gezeigt, dass in der für Klemm- und Bremselemente wichtigen Anzugsphase der notwendige Anzugsstrom überproportional zum Anzugshub steigt. Durch die Ausführung des Aktorsystems als Doppelaktor, kann die erzeugende Magnetkraft auf zwei Aktorsysteme aufgeteilt werden, sodass insgesamt weniger Energie für beide Aktorsysteme aufgebracht werden muss.

Die Klemmelemente sind in bevorzugter Ausführung als Passivklemmelemente ausgebildet. Dies bedeutet, dass eine Kraft an die Klemmelemente angelegt sein muss, um die Klemmelemente in einer geöffneten Stellung zu halten, d.h. in einer Stellung, in der die Bremselemente keinen reibschlüssigen Kontakt zu dem zu bremsenden Bauteil haben. Dies führt dazu, dass eine Notfallklemmung bzw. -bremsung auch dann möglich ist bzw. insbesondere dann ausgelöst wird, wenn die Energieversorgung des Systems unterbrochen ist.

Für die Übertragung der von den Aktoren erzeugten Kraft auf die Nehmerkolben der Klemmelemente ist in vorteilhafter Ausführung ein Hebelsystem vorgesehen. Je nach Ausführung der einzelnen Hebel bzw. Positionierung der Schwenkachse, kann durch das Hebelsystem eine zusätzliche Kraftverstärkung erreicht werden. Somit ist eine weitere Reduktion der benötigten Energie für die Aktoren möglich.

Um eine besonders einfach Bauweise zu erreichen und die Anzahl der externen Anschlüsse zu reduzieren, wird in besonders bevorzugter Ausführung ein elektromagnetisches Doppelaktorsystem eingesetzt. Dabei sind Haftmagnete und/oder Topfmagnete besonders vorteilhaft. In alternativer bevorzugter Ausführung um- fasst das Aktorsystem pneumatische und/oder hydraulische Zylinder, durch die die Kraft, die auf die Nehmerkolben wirkt, erzeugt wird.

Im Falle der pneumatischen und/oder hydraulischen Zylinder wird in vorteilhafter Ausgestaltung eine zusätzliche Boosterkammer verwendet, um die Zylinder im Bremsfall zusätzlich zu beschleunigen, sodass die Bremswirkung weiter verstärkt und die Reaktionszeit verkürzt wird. Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch die Verwendung eines Doppelaktorsystems mit elektromagnetischen Aktoren wesentlich geringere Eingangsspannungen verwendet werden können. Dabei kann auf Kleinspannungen, beispielsweise 24 V Anschlüsse, zurückgegriffen werden, ohne dass auf die Einhaltung von Sicherheitsvorschriften und Normen verzichtet werden muss. Die Verwendung von Kleinspannungen führt dabei nicht nur zu einer Reduzierung der benötigten Energie und somit zu Kosteneinsparungen im Dauerbetrieb der Klemm- bzw. Bremsvorrichtung, sondern auch dazu, dass Richtlinien im Bereich des Arbeitsschutzes leichter erfüllt werden können, da weder mit Hochspannungen gearbeitet wird noch das Bauelement sich spürbar aufheizt. Auch bei der Verwendung eines pneumatischen und/oder hydraulischen Aktorsystems wird durch die Aufteilung auf zwei Aktoren eine besonders kompakte Bauweise ermöglicht, da die einzelnen Aktoren kleiner ausgeführt werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

FIG. 1 ein Klemm- bzw. Bremselement mit einem Topfmagnete umfassenden

Doppelaktor,

FIG. 2 ein Klemm- bzw. Bremselement mit einem Haftmagnete umfassenden

Doppelaktor, und

FIG. 3 ein Klemm- bzw. Bremselement mit einem pneumatisch-hydraulische

Zylinder umfassenden Doppelaktor.

Gleiche Teile sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Die Klemm- bzw. Bremsvorrichtung 1 nach der FIG. 1 ist beispielhaft dazu ausgebildet eine rotierende Bremsscheibe 2 zu bremsen. Generell kann die Klemmbzw. Bremsvorrichtung 1 aber auch dazu eingesetzt werden andere Elemente, wie beispielsweise Schienen oder Leisten, zu bremsen oder aber Bauelemente an die- sen Elementen zu klemmen. Zum Bremsen der Bremsscheibe 2 im Ausführungsbeispiel nach FIG. 1 sind dabei zwei Klemmelemente 3a, 3b vorgesehen, die jeweils einen Nehmerkolben 4a, 4b umfassen. Diese Nehmerkolben 4a, 4b umfassen jeweils einen Bremsbelag 6a, 6b, der im Bremsfall in reibschlüssigen Kontakt mit der Bremsscheibe 2 bringbar ist. Die Nehmerkolben 4a, 4b sind dabei auf beiden Seiten der Bremsscheibe 2 angeordnet, so dass die Klemm- bzw. Bremsvorrichtung 1 die Bremsscheibe quasi umgreift. Die Klemm- bzw. Bremsvorrichtung 1 ist dabei als Passivbremssystem ausgebildet, das bedeutet, dass eine Kraft auf die Nehmerkolben 4a, 4b ausgeübt werden muss, damit sich die Bremsbeläge 6a, 6b nicht in Kontakt mit der Bremsscheibe 2 befinden. Die Klemm- bzw. Bremsvorrichtung 1 umfasst daher je ein Federelement 20a, 20b, die bei der Öffnung der Nehmerkolben 4a, 4b durch die anliegende Kraft vorgespannt werden und im Bremsfall, d.h. beim Wegfall der anliegenden Kraft, die Nehmerkolben 4a, 4b in Richtung der Bremsscheibe 2 beschleunigen und die Bremsbeläge 6a, 6b an die Bremsscheibe 2 drücken. In einer zusätzlichen Ausgestaltung können auch die Klemmelemente 3a, 3b weitere Federelemente umfassen, die beispielsweise in einer Linie mit dem Führungsweg der Nehmerkolben 4a, 4b angeordnet, sodass ein verkanten der Nehmerkolben 4a, 4b im Bremsfall vermieden wird.

Die auf die Nehmerkolben 4a, 4b einwirkende Kraft zur Öffnung der Klemm- bzw. Bremsvorrichtung 1 wird durch ein Doppelaktorsystem 10 erzeugt. Das Doppelaktorsystem 10 beim Ausführungsbeispiel nach der FIG. 1 umfasst zwei Aktoren, die als Topf- bzw. Hubmagneten 12a, 12b ausgeführt sind und in einem Magnetgehäuse 14 angeordnet sind. Bei anliegender Spannung wird durch Magnetspulen 16a, 16b ein Magnetfeld erzeugt, so dass Magnetanker 18a, 18b in die Magnetspulen 16a, 16b gezogen werden. Jeder Magnetanker 18a, 18b spannt dabei das bereits erwähnte Federsystem 20a, 20b vor. Der Hub bzw. die Kraft der Magnetanker 18a, 18b wird über jeweils ein Hebelsystem 22a, 22b auf die Nehmerkolben 4a, 4b übertragen. Dabei kann bei entsprechender Positionierung der Schwenkachse 23a, 23b die auf die Nehmerkolben 4a, 4b wirkende Kraft weiter verstärkt werden. Beim Wegfall der anliegenden Spannung, baut sich das Magnetfeld in den Magnetspulen 16a, 16b ab, wodurch die Magnetanker 18a, 18b nicht länger in die Magnetspulen 16a, 16b gezogen werden. Durch das vorgespannte Federsys- tem 20a, 20b wird nun eine entgegengesetzt wirkende Kraft auf die Nehmerkolben 4a, 4b übertragen und mit dem möglichen zusätzlichen Federsystem in den Klemmelementen 3a, 3b, die Nehmerkolben 4a, 4b bzw. die Bremsbeläge 6a, 6b in Kontakt mit der Bremsscheibe 2 gebracht.

Im Gegensatz zum Ausführungsbeispiel nach der FIG. 1 , ist in der Klemm- bzw. Bremsvorrichtung 1 nach der FIG. 2 anstelle der Topfmagnete Haftmagnete 24a, 24b vorgesehen, die im gemeinsamen Magnetgehäuse 14 angeordnet sind. Bei anliegender Spannung werden die Magnetanker 26a, 26b an die Stirnfläche der Magnetspulen 28a, 28b gezogen. Wie bereits oben beschrieben, wird durch die Anziehung der Magnetanker 26a, 26b das Federsystem 20a, 20b vorgespannt und die Nehmerkolben 4a, 4b über das Hebelsystem 22a, 22b von der Bremsscheibe 2 gelöst. Wie auch bei der Klemm- bzw. Bremsvorrichtung nach FIG. 1 , wird der Magnetanker beim Fehlen der anliegenden Spannung nicht länger an die Magnetspule gezogen, so dass durch die Federsysteme 20a, 20b und die Hebelsysteme 22a, 22b die Bremsbeläge 6a, 6b der Nehmerkolben 4a, 4b an die Bremsscheibe 2 gedrückt werden und die Bremsscheibe 2 somit gebremst wird.

In der Klemm- bzw. Bremsvorrichtung nach FIG. 3 wird anstelle der elektromagnetischen Aktoren aus den Ausführungsbeispielen nach FIG. 1 und FIG. 2 ein pneumatisches und/oder hydraulisches Zylindersystem als Aktoren 12a, 12b verwendet. Dabei werden anstelle der Magnetanker nun Geberkolben 30a, 30b verwendet, die mittels eines pneumatischen oder hydraulischen Mediums, welches in eine Druckkammer 32a, 32b gebracht wird, verschoben werden. Diese Geberkolben 30a, 30b wirken ebenfalls mit den Hebelsystemen 22a, 22b zusammen und bewirken, dass die Federsysteme 20a, 20b bei anliegen des pneumatischen und/oder hydraulischen Druckes vorgespannt werden und die Klemm- bzw. Bremsvorrichtung geöffnet wird. Beim Wegfall des pneumatischen und/oder hydraulischen Druckes, wird wie in den anderen Ausführungsbeispielen der Nehmerkolben 4a, 4b mittels dem vorgespannten Federsystem 20a, 20b und dem Hebelsystem 22a, 22b in Richtung der Bremsscheibe 2 gedrückt. Dies kann durch einen Booster weiter verstärkt werden. Dabei wird im Bremsfall ein pneumatisches und/oder hydraulisches Medium in eine Boosterkammer 34 gefüllt, und somit die Geberkolben 30a, 30b auseinandergedrückt, wodurch die Klennnn- bzw. Bremsbewegung der Neh- merkolben 4a, 4b aktiv unterstützt und somit die Klemm- bzw. Bremswirkung verstärkt und die Reaktionszeit verringert wird.

Bezugszeichenliste

1 Klemm- bzw. Bremsvorrichtung

2 Bremsscheibe

3a, 3b Klemmelemente

4a, 4b Nehmerkolben

6a, 6b Bremsbeläge

10 Doppelaktorsystem

12a, 12b Topf- bzw. Hubmagnet

14 Magnetgehäuse

16a, 16b Magnetspule

18a, 18b Magnetanker

20a, 20b zweites Federsystem

22a, 22b Hebelsystem

23a, 23b Schwenkachse

24a, 24b Haftmagnet

26a, 26b Magnetanker

28a, 28b Magnetspulen

30a, 30b Geberkolben

32a, 32b Druckkammer

34 Boosterkammer