CN104736875A - 借助外能操纵的线性制动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种线性制动器(LBR)，其用于安装在沿导轨(F)可运动的滑块上，其包括至少部分地包围导轨(F)的制动器壳体(1)，包括设置在制动器壳体(1)上或中的能量储存器，并且包括通过能量储存器加载的、叉形包围导轨(F)的制动活塞(3)，所述制动活塞通过能量储存器横向于在滑块和导轨(F)之间运动的运动方向向导轨运动。制动活塞在此通过在导轨(F)两侧设置的并且对置的活塞斜面(3.2)和楔斜面(5.1)将两个与U形的传递板材(6)连接的夹紧爪(7)挤压向导轨(F)。制动活塞(3)实施为圆柱形的环形活塞，所述圆柱形的环形活塞在一个端侧上由中央地在环形活塞中设置的能量储存器(2)加载并且在另一个端侧上具有包括倾斜面(3.2)的活塞端部(3.6)，并且活塞空间(3.5)环形地构成并且在圆柱形的环形活塞(3)的径向的外侧上在环形活塞和壳体基体(1.1)之间的分界缝(1.4)的区域中构成，其中与环形活塞径向在外面连接的活塞环(8)在端侧限定活塞空间(3.5)。

Description

借助外能操纵的线性制动器
技术领域
本发明涉及一种按照独立权利要求的前序部分的通过输送压缩空气或液压油形式的外能而脱开的线性制动器，其用于安装在平行于导轨可移动的滑块上。在此设定，线性制动器的壳体至少部分地包围导轨并且在线性制动器的壳体中设置一个或多个与能量储存器配合作用的并且通过输送外能可操纵的执行器元件，所述执行器元件引起或取消线性制动器在导轨上的夹紧作用。
背景技术
由现有技术已知用于商业通用的导轨的制动器，如DE 101 27 664C1对其公开的那样。在这里说明，通过借助弹簧元件预张紧的叉形构成的衔铁，两个侧向于导轨设置的并且对置的楔元件横向于导轨的运动方向向导轨挤压并且由此将夹紧力施加到导轨上。
为了取消夹紧设置电磁铁布置结构，所述电磁铁布置结构克服弹簧元件的力吸引衔铁并且因此取消楔元件和导轨之间的夹紧。
在所述制动器中不利的是其小的功率密度，即，制动器每体积单位可取得的小的夹紧力，其原因在于通过电磁铁布置结构的操纵方式所述电磁铁布置结构具有相对于衔铁可实现的小的力。
用于导轨的另一种制动器由DE 10 2006 062 295 B4已知。其示出用于安装在平行于导轨可运动的滑块上的夹紧装置，其中在导轨上的夹紧主动地通过借助外能输送驱动的夹紧元件进行，其中垂直于滑块或制动器的运动方向可运动的叉形的夹紧元件直接通过其棱柱状构成的对称的内部几何结构与导轨的表面处于接触。
在该在先已知的结构中不利的是如下事实，即，夹紧作用仅在存在外部的能源输送时被保持并且夹紧作用在能量不足时失效。
此外在在制动器中可运动的叉形的夹紧元件和导轨之间的直接的接触导致在夹紧元件和导轨之间的接触面上的高的磨损以及导致到制动器上的反作用力，所述反作用力对与制动器连接的滑块在导轨上的引导产生负担。
此外已知按照DE 10 2006 019 410 A1的包括局部地楔形的操纵活塞的制动和/或夹紧装置，其中所述夹紧装置是在轨道上引导的滑块的部分并且具有两个在轨道的两侧可压紧的摩擦蹄片，所述摩擦蹄片由弹簧预紧和操纵活塞的楔形的区段挤压到夹紧位置中，而对操纵活塞的压缩空气/液压油加载相反于弹簧预紧导致制动器的脱开。在该实施形式中不利的尤其是操纵活塞的基本上矩形的设计，这考虑到制动和/或夹紧装置的壳体刚性导致制造技术的困难和强度或稳定性问题。
为了产生夹紧力，在按照DE 10 2006 019 410 A1的夹紧装置中利用弹性实施的壳体，所述壳体在制动器打开时通过对制动器以压力介质加载弹性弯曲打开。在这里限定的壳体刚性不利地作用于可由制动器实现的夹紧力。缺点此外是壳体的小的弹性的弹簧行程。
发明内容
因而本发明的任务是，相对于现有技术提出技术上的改善，其在尽可能小的结构尺寸的情况下能够实现壳体稳定性和在导轨上可实现的制动力的提高并且这样构成，使得夹紧力通过集成到制动器中的、然而与制动器壳体独立的能量储存器产生并且通过输送压缩空气或液压压力油形式的外能取消(失效保护原理)。在此摩擦蹄片的摩擦面应该在没有外部的反作用力的情况下垂直于导向杆的摩擦面运动并且此外很大程度上是无磨损和不需维修的。
按照本发明，该任务利用独立权利要求的特征解决。
制动器装备至少部分地包围导轨的壳体，能量储存器处于所述壳体中，所述能量储存器对一个或多个叉形包围导轨的活塞元件横向于制动器的运动方向以力加载，其中，活塞元件通过适合地确定尺寸的斜面将两个在导轨两侧设置的并且对置的楔元件向导轨的两侧的制动面挤压并且借此将制动器夹紧在导轨上。
在这里所述的按照本发明的装置中，作为用于关闭制动器的能量储存器设置由盘形弹簧形成的弹簧叶片组并且制动器的打开通过经由压缩空气或液压压力油操纵的活塞/气缸装置进行，所述活塞/气缸装置的力克服弹簧叶片组的力作用。通过有力的弹簧元件和具有高的功率密度的活塞/气缸装置的该组合，在这里所述的按照本发明的线性制动器能在小的结构尺寸情况下实现非常高的夹紧力。为了传递所述高的夹紧力，制动器壳体的高刚度是必需的，通过活塞/气缸装置的环形构造有利于这一点。
作为能量储存器，代替盘形弹簧也可设想任何其他类型的机械的弹簧元件、压力介质加载的活塞/气缸装置或压力介质加载的膜片式存储器并且制动器的打开可以备选地也通过电的、机电的或压电的执行器进行。
为了提高力传递的效率以及为了进一步提高夹紧力，在叉形的活塞的倾斜面和制动爪之间设置滚动元件，然而在这里也可设想具有适合的滑动材料的滑动副。
为了进一步提高可实现的夹紧力，可以将多个所述夹紧装置在制动器壳体中沿导轨的运动方向成列相继地设置并且共同操纵。
此外按照本发明的制动器除用于线性导向装置的用途之外只要提供相配的制动面也适合用于夹紧旋转的构件。
附图说明
按照本发明的制动器的设计和工作原理的其他有利的细节由本发明的从属权利要求以及由对接着所述附图的说明得出。
在此示出：
图1是制动器的外观的空间示图；
图2是按照本发明的制动单元的横截面；
图3是图2的横截面的细节A的详细视图，包括夹紧区域的放大图；
图4是图2的横截面的细节B的详细视图，包括活塞/气缸装置的放大图；
图5是线性制动器的构造的纵剖面，包括两个按照本发明的相继地成列设置的制动单元。
图6A、6B是制动活塞从斜下或斜上看的两个透视图。
具体实施方式
图1示出按照本发明的借助外能操纵的线性制动器(LBR)的透视外侧观图，其包括制动器壳体(1)，所述制动器壳体部分地包围同样示出的导轨(F)。为了输送压缩空气或液压油形式的外能，示出的线性制动器(LBR)在制动器壳体(1)上具有用于连接到外部的压力介质源上的连接孔(A)。
图2示出按照本发明的线性制动器(LBR)横向于线性制动器(LBR)在导轨(F)上的运动方向的横截面。在所有图中制动活塞(3)在其上面的终端位置中示出。在此，活塞环(8)贴靠在壳体盖(1.2)的内侧上并且制动器打开。
在三部分式构造的并且由部件壳体基体(1.1)、壳体盖(1.2)和壳体底部(1.3)组成的、很大程度上对称的制动器壳体(1)中，首先设置有由弹簧元件(2)构成的能量储存器，所述能量储存器的力一方面支承在壳体盖(1.2)上并且所述能量储存器的力另一方面将通过总体上圆柱形的活塞轴(3.1)在壳体孔(1.4)中引导的、叉形包围导轨(F)的制动活塞(3)朝向着导轨(F)的方向挤压。制动活塞(3)的叉形构造的活塞端部(3.6)特别明显地在图6A和6B中可看出。
通过两个对称设置的径向内部在两个活塞端部(3.6)上设置的活塞斜面(3.2)，弹簧元件(2)的力被加强并且以90°径向向内换向。这因此通过直线滚动支承件(4)、传递楔(5)、传递板材(6)和在导轨(F)的两个彼此对置的摩擦面(R)上的夹紧爪(7)引起线性制动器(LBR)在导轨(F)上的夹紧。
为了打开线性制动器(LBR)，连接孔(A)通过未进一步示出的压力介质供应装置以压缩空气或液压油形式的压力介质加载，从而在与制动活塞(3)连接的活塞环(8)和在活塞空间的对置的端面上设置的嵌入环(9)之间的在径向处在圆柱形的制动活塞(3)外面的、环形包围制动活塞的活塞空间(3.5)中形成流体静力的压力，所述流体静力的压力使制动活塞(3)克服弹簧元件(2)的力离开导轨(F)地卸载并且因此取消线性制动器(LBR)和导轨(F)的摩擦面(R)之间的夹紧。
在对图2的解释中示出的方法过程原则上说明了所谓的静止制动器的工作原理，这表示，线性制动器(LBR)在没有外能输送的情况下被制动并且通过外能的输送、在本情况中通过流体静力的压力的输送才被打开。由此考虑所谓的失效保护原则，这表示，在输送的、在这里流体静力的压力形式的外能失效时，线性制动器(LBR)保持被制动并且于是不会发生线性制动器(LBR)和导轨(F)之间的未加控制的运动。
借助以细节A示出图2的一部分的图3，再次阐明在线性制动器(LBR)和导轨(F)之间的夹紧力的传递。弹簧元件(2)形式的能量储存器的力(在活塞空间(3.5)压力解除时)将借助两个活塞端部(3.6)叉形包围导轨(F)的制动活塞(3)朝导轨(F)的方向挤压。通过在内部在活塞端部(3.6)上设置的活塞斜面(3.2)与棱柱形构成的传递楔(5)的对应的楔斜面(5.1)的配合作用，弹簧元件(2)的力径向向内换向、被加强并且通过两个传递楔(5)的楔背部(5.2)、柔性的传递板材(6)和与传递板材(6)固定连接的夹紧爪(7)侧向引导到导轨(F)的摩擦面(R)上；在那里引起线性制动器(LBR)和导轨(F)之间的夹紧。
为了提高效率和夹紧力以及为了减少磨损，可以如在图中示出地在活塞端部(3.6)的活塞斜面(3.2)和棱柱形的传递楔(5)的楔斜面(5.1)之间设置直线滚动支承件(4)，所述直线滚动支承件分别包括一个滚动支承件保持架(4.1)和多个滚动体(4.2)、优选圆柱滚子。作为滚动体代替圆柱滚子当然也可能使用球、锥形滚子或桶形的滚子。备选于直线滚动支承件(4)，也可以在活塞斜面(3.2)和楔斜面(5.1)之间设置合适的板形的滑动支承材料。
相对于直线滚动支承件，所述板形的滑动支承材料的使用的特别的优点在于其显著较小的费用以及用于活塞斜面(3.2)和楔斜面(5.1)的与此处于有效连接的表面的较小的制造耗费，所述表面于是不需要耗费的热处理。
示出的U形的传递板材(6)要满足多个任务。其一方面沿导轨(F)的运动方向无间隙地将从夹紧爪(7)传递到摩擦面(R)上的制动力传递到线性制动器(LBR)的制动器壳体(1)上，所述传递板材可以借助示出的紧固螺钉(11)拧紧在所述制动器壳体上。另一方面其用于夹紧爪(7)横向于线性制动器(LBR)在导轨(F)上的运动方向的弹性的引导和保持。
用于满足这些任务，传递板材(6)可以一方面与夹紧爪(7)例如通过粘接、螺纹连接或焊接固定地连接并且可以另一方面具有与制动器壳体(1)的固定连接，例如通过螺纹连接、粘接或焊接。通过传递板材(6)的合适的结构上的构造和其到夹紧爪(7)和壳体基体(1.1)上的连接，能够实现夹紧爪(7)横向于在线性制动器(LBR)和导轨(F)之间的运动方向的弹性运动并且同时保证夹紧爪(7)和制动器壳体(1)之间的制动力平行于线性制动器(LBR)在导轨(F)上的运动方向的无间隙的传递。图2/3的示出的示例中，传递板材(6)通过紧固螺钉(11)与制动器壳体(1)的壳体基体(1.1)连接。
此外传递板材(6)可以通过合适的弹簧刚度和预应力以有利的方式这样设计，使得所述传递板材在线性制动器(LBR)打开时将与传递板材(6)固定连接的夹紧爪(7)轻微从导轨(F)的摩擦面(R)提起并且由此使单独的回位弹簧不再是必要的。
为了例如在出现线性制动器(LBR)的磨损时能够实现制动作用的敏感的再调节，在壳体底部(1.3)的螺纹孔中设置有调节螺钉(10)，所述调节螺钉向传递楔(5)的宽的楔端部(5.3)挤压并且通过活塞斜面(3.2)以及楔斜面(5.1)能够实现夹紧爪(7)向导轨(F)的摩擦面(R)的进给运动。
利用按照本发明的线性制动器(LBR)在导轨(F)的摩擦面(R)上产生高的夹紧力，所述夹紧力在活塞(3)的活塞端部(3.6)上导致大的向外指向的弯曲力矩。出于这个原因在壳体孔(1.4)中在活塞端部(3.6)的区域中设置由滑动材料制成的支承座(12)，所述支承座将夹紧力从活塞端部(3.6)导出到制动器壳体(1)的稳定的壳体基体(1.1)上。
为了提高效率也可设想，在支承座(12)中将滑动材料通过类似直线滚动支承件(4)的合适的滚动支承件代替。
图4以细节B示出图2在用于打开线性制动器(LBR)的压力介质操纵的活塞/气缸装置的区域中的另一个细节。用于闭合线性制动器(LBR)的夹紧力通过能量储存器的弹簧元件(2)产生，所述弹簧元件一方面支承在壳体(1)的壳体盖(1.2)上并且另一方面将在附图中向下指向的力施加到制动活塞(3)上。
如由图4可看出的，为了打开线性制动器(LBR)设置活塞/气缸装置，所述活塞/气缸装置主要包括构件壳体基体(1.1)、制动活塞(3)、活塞环(8)和嵌入环(9)以及需要的密封装置。图4示出――并且如其他图那样――在打开状态中的制动器，即活塞空间(3.5)在图4中承受需要的压力加载，以便将活塞环(8)相反于能量储存器的弹簧元件(2)的力挤压贴靠在壳体盖(1.2)的下侧上。
环形的活塞/气缸装置同中心于能量储存器的弹簧元件(2)这样设置，使得所述活塞/气缸装置在空间上包围弹簧元件(2)或将其接纳在其中。由此可以实现按照本发明的线性制动器(LBR)的壳体(1)的有利地小的结构高度。
为了尽管存在该同中心的布置结构和受挤压的结构方式，为了产生对于打开线性制动器(LBR)所需要的力的大的活塞面可供使用，如接着说明地构造活塞/气缸装置。
制动活塞(3)在其上面的端部上在活塞凸肩(3.3)和活塞螺纹(3.4)的区域中具有相对于活塞杆(3.1)减少的外径。在活塞螺纹(3.4)上通过活塞环螺纹(8.1)拧紧活塞环(8)，所述活塞环通过活塞环内部密封装置(8.2)静态地相对于制动活塞(3)并且通过活塞环外部密封装置(8.3)动态地相对于壳体加宽部(1.5)密封。
在通过活塞凸肩(3.3)和壳体凸肩(1.6)产生的圆环形的活塞空间(3.5)中设置有支承环(9)，所述支承环通过支承环内部密封装置(9.1)动态地相对于制动活塞(3)并且通过支承环外部密封装置(9.2)静态地相对于壳体加宽部(1.5)密封。
通过支承环(9)可能的是，将由活塞凸肩(3.3)和壳体凸肩(1.6)产生的各个圆环面作为用于处于活塞空间(3.5)中的压力介质的有效的作用面累加并且因此为了打开线性制动器(LBR)实现较大的向能量储存器的弹簧元件(2)指向的力。
为了打开线性制动器(LBR)，通过连接孔(A)将压力介质输送到活塞空间(3.5)中，所述活塞空间通过活塞环作用面(8.4)和通过一样大的支承环作用面(9.3)将为了克服弹簧元件(2)的力打开线性制动器(LBR)需要的力产生到制动活塞(3)上。该打开的状态在所有图中示出。在此夹紧爪(7)以在附图中实际上不可见的程度从导轨(F)的摩擦面(R)脱开。
图5最后示出按照本发明的线性制动器(LBR)的优选的构造方式的纵剖面，由此可看出，存在下述可能性，即，为了实现尽可能大的夹紧力，沿线性制动器(LBR)在导轨(F)上的运动方向成列地相继地设置多个按照本发明的制动系统，所述制动系统具有包括弹簧元件(2)的能量储存器和活塞/气缸装置。
在图5的实施例中相继地(成列)示出两个制动系统。为了两个相继地设置的制动系统通过输送的压力介质的同步操纵，各圆环形的活塞空间(3.5)通过其他连接孔(A)相互连接。
此外由图5可看出传递板材(6)在壳体基体(1.1)中借助紧固螺钉(11)的紧固。
附图标记列表
A连接孔
LBR线性制动器
F导轨
R摩擦面
1制动器壳体
1.1壳体基体
1.2壳体盖
1.3壳体底部
1.4壳体孔
1.5壳体加宽部
1.6壳体凸肩
2弹簧元件/能量储存器
3制动活塞/环形活塞
3.1活塞杆
3.2活塞斜面
3.3活塞凸肩
3.4活塞螺纹
3.5活塞空间
3.6活塞端部
4直线滚动支承件
4.1滚动支承件保持架
4.2滚动体
5传递楔
5.1楔斜面
5.2楔背部
5.3楔端部
6传递板材
7夹紧爪
8活塞环
8.1活塞环螺纹
8.2活塞环内部密封装置
8.3活塞环外部密封装置
8.4活塞环作用面
9支承环/嵌入环
9.1支承环内部密封装置
9.2支承环外部密封装置
9.3支承环作用面
10调节螺钉
11紧固螺钉
12支承座
14活塞杆3.1和壳体基体1.1之间的圆柱形的分界缝

Claims (12)

1.线性制动器(LBR)，其用于安装在沿导轨(F)可运动的滑块上，所述线性制动器
-包括至少部分地包围导轨(F)的制动器壳体(1)，
-包括设置在制动器壳体(1)上或制动器壳体中的能量储存器(2)，
-包括通过所述能量储存器轴向加载的制动活塞(3)，所述制动活塞的从制动活塞轴向伸出的活塞端部(3.6)叉形地包围导轨(F)，
-其中，制动活塞(3)为了制动/夹紧通过能量储存器(2)横向于在滑块和导轨(F)之间的运动的运动方向可调节，
-其中，制动活塞(3)的活塞端部(3.6)具有在导轨(F)两侧设置的对置的活塞斜面(3.2)，所述活塞斜面与楔斜面(5.1)合作，所述楔斜面在导轨(F)两侧设置在通过U形的传递板材(6)连接的夹紧爪(7)上，
-其中，夹紧爪(7)基于能量储存器(2)在制动活塞上的压紧力向导轨(F)挤压，
-并且在制动活塞(3)处设有活塞空间(3.5)，所述活塞空间通过连接孔(A)以压力介质相反于能量储存器(2)的力可被加载并且引起线性制动器的打开，
其特征在于，
-制动活塞(3)实施为圆柱形的环形活塞，所述环形活塞在一个端侧上由中央地在环形活塞中设置的能量储存器(2)加载并且在另一个端侧上具有包括倾斜面(3.2)的活塞端部(3.6)，
-并且活塞空间(3.5)环形地构成并且在圆柱形的环形活塞(3)的径向外侧上在环形活塞和壳体基体(1.1)之间的分界缝(14)的区域中构成，
-其中，与环形活塞径向在外面连接的活塞环(8)在端侧限定活塞空间(3.5)。
2.按照权利要求1所述的线性制动器，其特征在于，活塞空间(3.5)的与活塞环(8)轴向对置的端面由分别在分界缝(14)两侧的活塞凸肩(3.3)和壳体凸肩(1.6)构成。
3.按照权利要求1或2所述的线性制动器，其特征在于，活塞空间(3.5)的与活塞环(8)轴向对置的端面由桥接两个凸肩(3.3和1.6)的支承/嵌入环(9)形成，所述支承/嵌入环将上述凸肩的面积累加到由活塞空间(3.5)的压力介质可加载的共同的支承环作用面(9.3)上。
4.按照上述权利要求之一所述的线性制动器，其特征在于，为了闭合线性制动器(LBR)而设置的能量储存器是机械的弹簧元件(2)、优选是盘形弹簧。
5.按照上述权利要求之一所述的线性制动器，其特征在于，在活塞斜面(3.2)和楔斜面(5.1)之间设置有直线滚动支承件(4)。
6.按照权利要求1至4之一所述的线性制动器，其特征在于，在活塞斜面(3.2)和楔斜面(5.1)之间设置有滑动支承元件。
7.按照上述权利要求中的至少一项所述的线性制动器，其特征在于，为了支承作用到活塞端部(3.6)上的弯曲力矩，在壳体基体(1.1)中设置有支承座(12)。
8.按照权利要求7所述的线性制动器，其特征在于，在壳体基体(1.1)中设置的支承座(12)实施为滑动支承件。
9.按照权利要求7所述的线性制动器，其特征在于，在壳体基体(1.1)中设置的支承座(12)实施为直线滚动支承件。
10.按照上述权利要求中的至少一项所述的线性制动器，其特征在于，楔斜面(5.1)设置在可移动的传递楔(5)上并且为了线性制动器(LBR)的间隙再调节和/或磨损再调节借助在壳体底部(1.3)中的调节螺钉(10)可调节。
11.按照上述权利要求之一所述的线性制动器，其特征在于，包括弹簧元件(2)和活塞/气缸装置的多个制动系统沿线性制动器(LBR)的运动方向在导轨上成列相继地设置(图5)。
12.按照上述权利要求中的至少一项所述的线性制动器，其特征在于，线性制动器(LBR)的传递板材(6)构造有弹簧刚度并且实施为，使得所述传递板材在线性制动器(LBR)打开时将夹紧爪(7)与导轨(F)的摩擦面(F)具有距离地弹性地保持。
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