CN101980826A - 用于机床的保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于突然地制动机床的旋转的轴用以保护机床使用者的紧急制动系统，包括制动鼓，该制动鼓为了对轴进行制动能够与至少一个制动蹄啮合，其中，构造并且布置所述制动鼓以及所述至少一个制动蹄，从而在由轴的旋转引起的离心力或者说离心加速度的影响下进行制动鼓和制动蹄之间的制动啮合。

Description

用于机床的保护系统

技术领域

本发明涉及一种用于机床的尤其用于圆锯的保护系统，该保护系统在非常短的通常处于几毫秒范围内的时间间隔内发挥其保护作用，从而在危险情况下保护机床的使用者防止受伤。

背景技术

目前基本上存在三种不同的方案用于实现这种用于台式圆锯以及标准圆锯的保护系统，该保护系统应该防止使用者与旋转的锯片接触或者受到后果严重的切割伤害。

美国制造商的在公司名Saw Stop Inc.下管理并且推销的保护系统是一种紧急制动系统，一旦相应构造的传感器检测到危险情况，该紧急制动系统就基于制动执行机构与锯片的直接啮合实现机床的制动。在此，通过使用热线触发器借助于预张紧的弹簧将可旋转布置的铝块撞到运行的锯片的齿部中，该铝块楔入其中并且以这种方式吸收机床的所有在锯开过程中旋转的几何体的旋转能量。作为副作用，利用单侧的对切割的力作用使得锯片通过结构上专门设计的布置在锯台上的悬挂装置沉入锯台中。借助于这种装置能够使机床的触发保护机构的操作者避开后果严重的身体伤害。在此，直接作用到加工工具上、也就是作用到锯片的切割几何体上是不利的，因为通过齿部的部件的断裂会产生对于操作者来说额外的潜在危险。此外，为了恢复保护系统的备用状态，需要通过随时准备的替代单元来更换制动单元包括锯片，操作者必须储备该替代单元，从而能够在进行制动过程之后在使用保护功能的情况下继续工作。这与用于购买以及安装的巨大的后续成本和相应的时间开销相联系。此外，由此出发，所有涉及制动过程的部件、也就是说机床的所有旋转的几何体都会在减速阶段中遭受很强的负荷。制造商以及关于所述系统的相应的出版物都没有证明关于所述设备的疲劳强度方面的数据。

另一方案跟随一种保护系统的使用，该保护系统用于仅仅将锯片沉入锯台中，而不引入锯片的制动过程。在此，借助于烟火技术的引爆剂将锯片包括主轴和其支承从危险区域移除，从而能够防止操作者的严重的伤害。这种保护系统的缺点是需要在毫秒范围内的严格的时间规定下以下沉装置的形式使较大的质量运动。由此所需的对于所述保护执行机构来说不可或缺的烟火技术的点火剂还引起了昂贵的部分可逆性，该部分可逆性不仅在时间上而且在组织上限制了在具有随时可用的保护系统的机床上立即继续工作。此外，这种保护系统由于受限制的结构空间以及非常特殊的处理方式而仅仅适合较大的静态的设备，例如台式圆锯，该台式圆锯在其内部实现了这种结构。相反，对于在较小的手持式设备例如裁断以及斜切锯(Kapp-und 

)或者嵌板锯

的应用来说，要剔除这种系统。

由斯图加特大学的机床学院(IFW)公开的受资助的关于用于标准圆锯的保护系统的项目“Cut-Stop”(VDI/VDE/IT)的公开文献描述了一种方案，该方案借助于盘式制动装置的特殊形状、也就是自增强的楔形制动器将机床的主轴并且由此将锯片置于停止状态。在此，借助于烟火技术的点火剂将楔形块加速并且随后撞到修改的制动钳形式的固定的楔形引导机构与旋转的制动盘之间。对于专门的楔形角度α和制动衬面值μ的选择和组合来说，所述装置自锁地起作用，从而用该结构根据有待减速的惯性能够满足对于制动过程的相应时间要求。然而这种保护系统的缺点在于，如在所述公开文献中描述的一样，由于夹在摩擦副中的楔形块，需要在触发保护执行机构之后更换完整的制动单元。有待实施的工作范围的所需要的时间花费在此总共为大约10-12分钟，用于完全恢复系统准备状态。由此，这里也适用刻不容缓的系统可逆性的部分限制。

发明内容

从现有技术出发，本发明的任务是提供一种用于机床的具有替换结构的保护系统，该保护系统在几毫秒内发挥其保护作用并且至少部分地消除了开头所描述的问题。

为了解决该任务，本发明提供一种紧急制动系统用于突然地制动机床的旋转的轴，其中该紧急制动系统具有制动鼓和至少一个制动蹄，所述制动鼓和制动蹄为了将轴制动而相互啮合。按本发明如此构造并且布置所述制动鼓以及所述至少一个制动蹄，从而在由轴的旋转引起的离心力或者说离心加速度的影响下实现制动鼓和制动蹄之间的制动啮合。本发明相应的定位是，通过使用旋转的轴的既有的旋转能量借助于自增强的或者自锁的摩擦副的结构来实现机床的旋转的轴的减速，该机床例如可以是台式圆锯、裁断以及斜切锯或者嵌板锯。通过这种方式能够确保制动的预先给定的在几毫秒范围内的时间范围。

在此应该清楚，能够机械地、机电地、烟火技术地、气动地或者液压地实现例如作为对传感器的输出信号的回应的制动过程的触发并且原则上不与确定的介质绑定，该传感器检测对于使用者来说危险的情况，然而其中由于简单的结构以及非常良好的可逆性，机电的触发是优选的。

根据本发明的设计方案，所述至少一个制动蹄可摆动地固定在制动蹄支架上，该制动蹄支架布置在旋转的轴上并且随着该轴进行旋转。优选设置闭锁装置，该闭锁装置能够在闭锁位置和解锁位置之间进行调整，在闭锁位置中制动蹄保持在制动蹄支架上，在解锁位置中如此释放所述至少一个制动蹄，使得其朝着制动鼓的方向进行摆动运动，从而产生制动啮合。换句话说，一旦闭锁装置转移到其解锁位置中，所述随着旋转的轴旋转的至少一个制动蹄在利用旋转的轴的离心力的情况下突然在几毫秒内朝着位置固定的制动鼓的方向进行运动。

所述闭锁装置优选包括至少一个定位元件，该定位元件能够在闭锁位置和解锁位置之间运动，在闭锁位置中该定位元件与所述至少一个制动蹄啮合，在解锁位置中该定位元件与所述制动蹄脱耦。这种定位元件例如可以构造成定位销或者类似构件。

所述闭锁装置有利地包括执行器，该执行器将闭锁装置从闭锁位置转移到解锁位置中。该执行器例如可以是磁性执行器，该磁性执行器吸引环形电枢，在该环形电枢上固定着定位销形式的定位元件，从而将定位销从制动蹄中移出，从而释放制动蹄。

此外，所述紧急制动系统优选包括耦合装置，如此提供该耦合装置，使得其在其耦合的位置中将有待制动的轴与传动系进行连接，并且在紧急制动时自动地转移到其脱耦的位置中，在该脱耦的位置中有待制动的驱动轴与传动系脱耦。在紧急制动过程中传动系的这种脱耦确保了例如可以具有驱动轴和可能的传动级的传动系从真正的制动过程中排除，由此，该传动系不会经受在制动过程中出现的较大的减速力矩。这一方面带来了这样的优点，即传动系的组件不会由于制动过程而受到损坏。另一方面，驱动侧的组件的几何体不必在结构上配合制动过程的要求，因此，所述组件能够制造得不那么结实并且成本低廉地进行制造。此外，由此还获得了有待减速的惯性矩的有利的减少，因为不必制动传动系的组件。由此能够决定性地减少在减速阶段中的系统载荷。相应地，能够在相同的力作用下显著缩短对于锯片的制动过程来说所需的持续时间。作为替代方案，当然也可以在制动持续时间不变的情况下减少力作用。

根据优选的设计方案，将有待制动的轴构造成空心轴，在该空心轴的空心空间内定位传动系的驱动轴。在此，耦合装置有利地由设置在所述至少一个制动蹄上的突起形成，该突起在耦合的位置中穿过设置在有待制动的轴中的通孔嵌入驱动轴的凹处中，使得驱动轴和有待制动的轴不可相对旋转地相互连接，并且该突起在脱耦的位置中与驱动轴的凹处脱离啮合，使得有待制动的轴不再被驱动轴驱动。以这种方式能够在制动过程中实现传动系的脱耦。所述突起优选与所述凹处形状配合地啮合，由此实现了突起在凹处中可靠的啮合。为此，例如可以将突起构造成拱形的并且将凹处构造成棱柱状的。

在这里应该指出，所述突起的数量不必对应于所述凹处的数量。如此，例如可以设置四个凹处并且仅仅设置两个突起。优点如下，即驱动轴在触发紧急制动系统之后只需要略微旋转，从而将突起再布置在一对凹处中。也可以设置两个以上的制动蹄，然而在这些制动蹄中只需将两个制动蹄通过相应的由突起和凹处形成的连接固定在驱动轴上。

此外，所述按本发明的紧急制动系统优选具有复位装置用于使所述至少一个制动蹄返回运动到其初始位置中，从而确保在进行制动过程之后完全的系统可逆性。在此，该复位装置与摩擦副的自增强结构并且由此与制动系统的几何体进行紧密地协调。所述复位装置例如不仅能够通过使用相应尺寸的拉力弹簧元件而且能够通过使用压力弹簧元件得到实现。

此外，本发明还涉及一种具有前面所述类型的紧急制动系统的机床，其中该机床优选是圆锯，准确地说是台式圆锯、裁断以及斜切锯或者嵌板锯。

然而应该清楚，按本发明的制动系统也可以应用到其它机床上，所述机床出于特定的原因规定在给出的几毫秒范围内的时间范围内可有针对性地触发减速。也就是在原则上，在具体情况下能够使本发明配合其它的机床。

附图说明

下面参照附图对本发明的示例性的实施方式进行更准确的描述。其中：

图1是按本发明的实施方式的紧急制动系统在没有触发制动过程的状态下的示意性的正视图；

图2是在图1中示出的紧急制动系统在触发了制动过程的状态下的示意性的正视图；

图3是在图1和2中示出的紧急制动系统在没有触发制动过程的状态下的纵剖图；

图4是在图1到3中示出的紧急制动系统在触发了制动过程的状态下的示意性的纵剖图；

图5是在图1到4中示出的紧急制动系统在没有触发制动过程的状态下的示意性的横截面图；以及

图6是在图1到5中示出的紧急制动系统在触发了制动过程的状态下的示意性的横截面图。

具体实施方式

图1到6示出了按本发明的实施方式的紧急制动系统的示意图，该紧急制动系统整体用附图标记10表示并且用于在危险情况下将台式圆锯(没有示出)的锯片在非常短的在几个毫秒范围内的时间间隔内置于停止状态。所述紧急制动系统10包括固定的制动鼓12，该制动鼓固定在台式圆锯的没有详细示出的框架部件上。在结构上必须如此设计所述框架部件，使得其经受在减速阶段中产生的制动力矩并且能够承受该制动力矩。此外，紧急制动系统10包括制动蹄支架14，该制动蹄支架与锯片侧的输出轴16固定地连接，使得其随着输出轴沿着用箭头17表示的旋转方向进行旋转。在制动蹄支架14上固定着两个沿直径方向相互对置的制动蹄18，所述制动蹄分别围绕着摆动栓20可旋转地得到支承。所述制动蹄18在其指向制动鼓12的表面上分别设有摩擦衬面22，其中所述摩擦衬面22在紧急制动系统10的制动过程中与固定的制动鼓12啮合，使得摩擦衬面22与制动鼓12形成了摩擦副。在图1中示出的还没有触发制动过程的状态下，所述制动蹄18借助于定位销24固定地保持在制动蹄支架14上，从而所述制动蹄不能围绕摆动栓20进行旋转。

所述定位销24是闭锁装置26的一部分，该闭锁装置还具有磁性执行器28，用该磁性执行器能够将定位销24在闭锁位置和解锁位置之间进行调整，在闭锁位置中所述制动蹄18保持在制动蹄支架14上，在解锁位置中如此释放所述制动蹄18，使得其围绕其摆动栓20朝着制动鼓12的方向执行摆动运动，从而在摩擦衬面22和制动鼓12之间产生制动啮合。如图3中所示，闭锁装置26的磁性执行器28固定地固定在输出轴16上。作为替代方案，所述磁性执行器28也可以固定在没有示出的位置固定的壳体部分上，并且无接触地作用到定位销24上。可以通过磁性执行器28向前以及向后运动的定位销24延伸通过设置在制动蹄支架14中的通孔30并且在图1、3和5示出的还没有引入制动过程的状态下嵌入啮合口32中，所述啮合口分别设置在制动蹄18中。以这种方式将制动蹄18锁定在制动蹄支架14上。在触发制动系统的情况下，所述磁性执行器28吸引环形电枢，在该环形电枢上固定着定位销24，从而从制动蹄支架14中释放确定的分离行程s并且由此释放制动蹄18，参见图4。所述制动蹄由于通过旋转的输出轴16产生的离心力或者说离心加速度紧靠到固定的制动鼓12上，由此在制动蹄18的摩擦衬面22和制动鼓12之间形成使输出轴16减速所要求的摩擦副。即使所述定位销24在该实施例中借助于磁性执行器28向前以及向后运动，也应该指出，所述定位销24作为替代方案也可以在弹簧力的作用下或者以类似方式沿着两个运动方向之一进行运动。例如，能够在磁性执行器28的影响下使定位销24向前运动，而通过一个或者多个弹簧元件将定位销24进行复位，或者相反。

根据结构的几何尺寸确定其强化因子C^*，其中该强化因子对于本结构来说必须处于系统的自强化或者自锁的范围内。对于这种情况来说，只需要较短的脉冲用于形成摩擦副，因为制动蹄18由于所出现的力平衡而压到制动鼓12上。

如尤其从图3和4中获知，借助于紧急制动系统10制动的输出轴16构造成空心轴，在其空心空间中容纳着驱动轴34，该驱动轴形成了没有详细示出的传动系的一部分。为了不可相对旋转地相互连接输出轴16和驱动轴34，在制动蹄18上朝着输出轴16和驱动轴34的中心的方向构造了突出的拱形的突起36，所述突起分别穿过设置在输出轴16中的通孔38，并且嵌入驱动轴34的棱柱状的凹处40中，如在图5中所示。通过设置在制动蹄18上的突起36嵌入驱动轴34的相应的凹处40中，将输出轴16和驱动轴34不可相对旋转地相互连接。如果从图5中示出的状态出发引入制动过程，那么在定位销24以分离行程s从制动蹄18中拉出之后，所述制动蹄18围绕其相应的摆动栓20朝着制动鼓12的方向旋转，使得布置在制动蹄18上的突起36与驱动轴34的配属的凹处40脱离啮合，由此将驱动轴34与输出轴16脱耦。通过该脱耦，传动系不会遭受在制动过程中产生的减速力矩，从而不会损坏传动系。此外能够将传动系的组件构造得不那么结实，因为所述组件在制动过程中不会经受很大的载荷。如此，例如可以将马达侧的驱动轴34的横截面构造得比在没有设置用于与传动系脱耦的脱耦装置的情况下更小。然而重要的是，由此获得的优点是，将有待减速的组件的数量降低到最小值。这在减速阶段中对系统载荷起到积极作用，如前面已经描述的一样。

由于紧急制动系统10的前面所描述的结构，能够大大缩短用于触发制动过程的时间的时间间隔，因为在离心力或者说离心加速度的影响下实现制动鼓12和制动蹄18之间的制动啮合，该离心力或者说离心加速度由输出轴16的旋转引起。原则上能够根据计算证明，所要求的响应时间能够在几毫秒的范围内。

此外，在图1到6中示出的结构实现了机电的系统，而不使用其它也许使得完全的可逆性受到威胁并且对于完全的可逆性意味着限制的能量形式。

由于使用摩擦副的摩擦圆周力的在两侧的作用，保护了这里使用的滚动支承，并且不必由于整个系统的疲劳强度的事项而修改或者甚至重新设计所述滚动支承，由此会将提高的惯性置于系统中。

通过如在这里所描述的结构，还避免了制动单元的旋转的外几何形状，由此能够实现具有紧凑结构的容易封装的封闭的系统，该系统在与机床打交道时还积极地适应工作保护的专门事项。

应该清楚地知道，通过相应传感器的输出信号来操作磁性执行器28，所述传感器检测操作者危险地接近台式圆锯的锯片的状态。这种传感器在现有技术中得到公开，因此在这里的描述中不对这种传感器进行详细探讨。

即使在前面描述的实施方式中选择圆锯作为机床的例子，但是应该清楚地认识到，本发明的原理也能够应用到其它机床上。

最后应该清楚，按本发明的紧急制动系统的前面所述的实施方式没有以任何方式进行限制。更确切地说，在不离开本发明的通过附随的权利要求定义的保护范围的情况下，能够进行修改和改进。

Claims (12)

1.用于突然地制动机床的旋转的轴(16)用以保护机床使用者的紧急制动系统(10)，包括制动鼓(12)和至少一个制动蹄(18)，所述制动鼓和所述制动蹄为了对所述轴(16)进行制动而相互啮合，其特征在于，构造并且布置所述制动鼓(12)以及所述至少一个制动蹄(18)，从而在由轴(16)的旋转引起的离心力的影响下进行所述制动鼓(12)和所述制动蹄(18)之间的制动啮合。

2.按权利要求1所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，所述至少一个制动蹄(18)可摆动地固定在制动蹄支架(14)上，该制动蹄支架布置在所述轴(16)上并且随着该轴进行旋转。

3.按权利要求2所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，设置了闭锁装置(26)，该闭锁装置能够在闭锁位置和解锁位置之间进行调整，在所述闭锁位置中所述制动蹄(18)保持在所述制动蹄支架(14)上，并且在所述解锁位置中释放所述至少一个制动蹄(18)，使得其朝着所述制动鼓(12)的方向进行摆动运动，从而产生制动啮合。

4.按权利要求3所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，所述闭锁装置(26)具有至少一个定位元件(24)，该定位元件能够在闭锁位置和解锁位置之间运动，在所述闭锁位置中该定位元件与所述至少一个制动蹄(18)啮合，并且在所述解锁位置中该定位元件与所述制动蹄(18)脱耦。

5.按权利要求3或4所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，所述闭锁装置(26)具有执行器(28)，该执行器将所述闭锁装置(26)从所述闭锁位置转移到所述解锁位置中。

6.按上述权利要求中任一项所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，该紧急制动系统具有耦合装置，提供该耦合装置，使得其在其耦合的位置中将有待制动的轴(16)与传动系进行连接，并且在紧急制动过程中自动地转移到其脱耦的位置中，在该脱耦的位置中有待制动的输出轴(16)与所述传动系脱耦。

7.按权利要求6所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，将有待制动的轴(16)构造成空心轴，在该空心轴的空心空间内定位所述传动系的驱动轴(34)，并且所述耦合装置由至少一个设置在所述至少一个制动蹄(18)上的突起(36)形成，该突起在耦合的位置中穿过设置在有待制动的轴(16)中的通孔(38)嵌入所述驱动轴(34)的凹处(40)中，使得所述驱动轴(34)和所述有待制动的轴(16)不可相对旋转地相互连接，并且该突起在脱耦的位置中与所述驱动轴(34)的凹处(40)脱离啮合，使得所述有待制动的轴(16)不再被所述驱动轴(34)驱动。

8.按权利要求7所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，所述突起(36)与所述凹处(40)形状配合地啮合。

9.按上述权利要求中任一项所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，该紧急制动系统具有复位装置用于使所述至少一个制动蹄(18)返回运动到其初始位置中。

10.按权利要求9所述的紧急制动系统(10)，其特征在于，所述复位装置具有拉力弹簧元件和/或压力弹簧元件。

11.具有按上述权利要求中任一项所述的紧急制动系统(10)的机床。

12.按权利要求11所述的机床，其特征在于，所述机床是圆锯。

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