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Die Erfindung bezieht sich auf eine Bremsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des
Patentanspruchs 1.
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Solche Bremsvorrichtungen können beispielsweise in Robotern, Fahrzeugen,
Aufzügen und Transportbändern genutzt werden.
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Bei den bekannten Scheiben- und Bandbremsen wird durch das Aufpressen eines
Bremskörpers auf ein abzubremsendes Bauteil, beispielsweise eine rotierende
Scheibe, ein rotierendes oder ein linear bewegtes Band, dem bewegten Bauelement
kinetische Energie entzogen und diese in Wärme umgesetzt. Hierdurch wird die Bewegung
des Bauteils verzögert oder vollständig unterbunden.
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Bei vielen Scheiben- und Bandbremsen wird die Kraft, welche auf das abzubremsende
Bauteil auszuüben ist, über einfache Hebelmechanismen in Form von
Scherenausführungen oder direkt durch einen pneumatischen, elektrischen oder hydraulischen
Antrieb aufgebracht.
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Die Größe der Bremskräfte, die aufgebracht werden können, werden durch die
Bauweise dieser Hebelmechanismen begrenzt. Konventionelle Hebelbremsen mit großer
Bremskraft erfordern lange Hebel und ein entsprechend großes Bauvolumen. Eine
große Stellkraft erfordert einen langen Stellweg. Es werden also Vorrichtungen mit
entsprechend großem Hub benötigt. Der lange Hub und die Hebel ergeben große zu
bewegende Massen. Lange Stellwege in Verbindung mit großen zu bewegenden
Massen bewirken, dass es vom Auslösen des Bremsvorgangs bis zum Auftreffen des
Bremselements auf dem abzubremsenden Bauteil länger dauert, als dieses
wünschenswert ist.
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Wird die Bremskraft von einem Hebelmechanismus ohne Übersetzung direkt auf den
Bremskörper aufgebracht, ist hierfür eine große, schwere und teuere Einrichtung
erforderlich, welche die hierfür notwendigen Stellkräfte aufbringen kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine kompakte, leichte und sehr schnell
greifende Bremsvorrichtung aufzuzeigen, die zudem kostengünstig hergestellt werden
kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.
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Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung ist zum Abbremsen von Bauteilen in Form
von rotierenden Scheiben, Bändern oder Trommeln gleichermaßen geeignet. Zum
Übertragen der Bremskräfte auf ein abzubremsendes Bauteil ist die Vorrichtung mit
einem Kniehebel ausgerüstet, der mit einer Antriebsvorrichtung in Verbindung steht.
Mit Hilfe des Kniehebels wird ein erster beweglicher Bremskörper auf einen zweiten
fest arretierten Bremskörper zubewegt. Dabei wird das abzubremsende Bauteil, das
zwischen beiden Bremskörpern positioniert ist, gegen den feststehenden Bremskörper
gedrückt. Ein solcher Kniehebel ist in der Lage, bei kleinem eingangsseitigem Hub und
kompakten Abmessungen große Kräfte zu erzeugen, was durch die hohen
Kraftübersetzungen im Verhältnis 1 : 3 bis 1 : 10 bewirkt wird. Wesentlich höhere
Übersetzungsverhältnisse sind bei Bedarf auch möglich. Durch einen kurzen Hub und eine
kleine Masse, die zu bewegen ist, ergeben sich für die erfindungsgemäße
Bremsvorrichtung extrem kurze Schließzeiten bei gleichzeitig hohen Bremskräften. Mit der
erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung, deren Normalkräfte im Bereich von kN liegen,
sind Schließzeiten zwischen 10 ms und 30 ms realisierbar.
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Zum Betätigen der Bremsvorrichtung wird beispielsweise ein
Impulsmagnet-Linearantrieb verwendet. Diese Antriebsvorrichtung zeichnet sich durch ein hohes
Beschleunigungsvermögen und statische Kräfte bei extrem geringer Leistungsaufnahme
aus. Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung verfügt deshalb über eine hohe
Bremskraftwirkung, kompakte Abmessungen, geringe Leistungsaufnahme und extrem
schnelle Schließzeiten.
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Mit Hilfe dieses Linearantriebs wird der bewegliche Bremskörper, der damit über einen
Kniehebel mechanisch verbunden ist, in Richtung des zweiten, nicht beweglichen
Bremskörpers bewegt, bis das abzubremsende Bauteil auf die Oberfläche des
arretierten Bremskörpers aufsitzt. Dem abzubremsenden Bauteil wird durch die beiden
Bremskörper, die Reibungskräfte auf das Bauteil ausüben, kinetische Energie
entzogen. Diese wird in Wärme umgesetzt, während die Bewegung des Bauteils gleichzeitig
verzögert oder vollständig unterbunden wird.
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Für den Antrieb des Kniehebels bzw. des Bremskörpers kann auch eine pneumatische
oder hydraulische Antriebsvorrichtung verwendet werden, die sehr leicht ist. Eine
damit ausgerüstete Bremsvorrichtung hat den Vorteil, dass sie insgesamt ein geringes
Gewicht ausweist. Selbstverständlich kann die Bremsvorrichtung auch mit jeder
anderen Antriebsvorrichtung ausgerüstet werden, welche die hierfür erforderlichen
Eigenschaften aufweist.
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Die Bremsvorrichtung ist sowohl für rotierende Scheiben als auch Bänder geeignet.
Wird sie als Scheibenbremse genutzt, so sind die beiden Bremskörper als flache
Ringscheiben ausgebildet. Wird die Bremsvorrichtung als Bandbremse genutzt, so
werden die beiden Bremskörper durch jeweils eine Blechtrommel oder ein Blechband
gebildet, das um ein Rotationselement gewickelt ist. Auf die Flächen der Bremskörper,
die mit dem abzubremsenden Bauteil in einem unmittelbaren Kontakt stehen, kann bei
Bedarf jeweils ein Bremsbelag aufgebracht werden. Ebenso besteht die Möglichkeit,
die Bremskörper aus einer hierfür geeigneten Keramik zu fertigen.
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Die erfindungsgemäße Bremsvorrichtung kann auch als Ruhebremse genutzt werden.
Der Kniehebel wird in diesem Fall von einer Feder betätigt. Diese wird beispielsweise
mit Hilfe eines Elektromagneten in einem gespannten Zustand gehalten. Beim
Abschalten oder dem Ausfall der elektrischen Energie kann sich die Feder entspannen.
Daraufhin drückt der bewegliche Bremskörper, der mit dem Kniehebel verbunden ist,
das abzubremsende Bauteil gegen den zweiten Bremskörper.
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Weitere erfinderische Merkmale sind in den abhängigen Ansprüchen gekennzeichnet.
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Die Erfindung wird nachfolgend an Hand von schematischen Zeichnungen näher
erläutert.
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Es zeigen:
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Fig. 1 eine zum Bremsen von Scheiben ausgebildete Bremsvorrichtung,
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Fig. 2 eine Variante der in Fig. 1 dargestellten Bremsvorrichtung,
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Fig. 3 eine Bremsvorrichtung für ringförmig angeordnete Bänder,
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Fig. 4 eine spezielle Anordnung der in Fig. 3 dargestellten Bremsvorrichtung.
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Die in Fig. 1 dargestellte Bremsvorrichtung 1 umfasst im wesentlichen einen Kniehebel
2, eine Antriebsvorrichtung 3 und zwei Bremskörper 4 und 5. Die Antriebsvorrichtung 3
ist zum Betätigen des Kniehebels 2 vorgesehen. Sie ist bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel als Impulsmagnet-Linearantrieb ausgebildet. Es kann
selbstverständlich auch eine pneumatische oder hydraulische Antriebsvorrichtung (hier nicht
dargestellt) verwendet werden. Andere Antriebsvorrichtungen mit den gleichen
Eigenschaften können ebenfalls genutzt werden. Der Kniehebel 2 ist über eine Drehachse 6
mit einer Antriebsachse 3W der Antriebsvorrichtung 3 verbunden. Diese
Antriebsachse 3W kann vertikal hin und her bewegt werden. Über die Drehachse 6 ist
der Kniehebel 2 zudem mit einem Führungselement 7 verbunden, das entlang eines
vertikal angeordneten Stabs 8 auf und ab bewegt werden kann. Der Stab 8 ist parallel
zu der Antriebsachse 3W ausgerichtet. Über eine zweite Drehachse 9 ist der
Kniehebel 2 mit ersten Ende 10A eines Führungsstabs 10 verbunden, der senkrecht zu dem
Stab 8 bewegt werden kann. Die beiden Drehachsen 6 und 9 werden vorzugsweise
am ersten Ende 2A bzw. zweiten Ende 2B des Kniehebels 2 angeordnet. Am ersten
Ende 10A des Führungsstabs 10 ist auch der erste Bremskörper 4 befestigt. Der
übrige Teil des Führungsstabs 10 ist in einem Führungskanal 11 angeordnet, entlang
dessen er hin und her bewegt werden kann. Der zweite Bremskörper 5 ist in einem
vorgebbaren Abstand vom ersten Bremskörper 4 fest installiert. Die beiden
Bremskörper 4 und 5 sind spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Beide Bremskörper 4
und 5 sind bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel als flache Ringscheiben
ausgebildet, und aus Stahl oder Keramik gefertigt. Auf die Flächen der Bremskörper 4
und 5, kann, falls erforderlich, jeweils ein Bremsbelag (hier nicht dargestellt)
aufgebracht werden. Der Abstand zwischen den beiden Bremskörpern 4 und 5 wird von der
Dicke einer Scheibe 20 bestimmt, die eine Rotationsbewegung um ihre Achse
ausführt, und die mit Hilfe der Bremsvorrichtung 1 abgebremst werden kann. Der Abstand
zwischen den Bremskörpern 4 und 5 ist so bemessen, dass sich die Scheibe 20
berührungsfrei zwischen den beiden Bremskörpern 4 und 5 drehen kann. Die
Bremsvorrichtung 1 ist innerhalb eines Gehäuses 12 angeordnet, in welches die Scheibe 20 mit
ihrem äußeren Rand soweit hineinragt, dass dieser zwischen den beiden
Bremskörpern 4 und 5 angeordnet ist. Die Antriebsvorrichtung 3 ist außen auf das Gehäuse 12
aufgesetzt und damit verbunden. Die Antriebsachse 3W ist durch eine Öffnung in das
Gehäuse 12 hineingeführt. Soll die Scheibe 20 abgebremst werden, so wird die
Antriebsachse 3W nach unten und der Kniehebel 2 in Richtung auf den feststehenden
Bremskörper 5 zubewegt. Zusammen mit dem Kniehebel 2 wird auch der erste
Bremskörper 4 mit bewegt. Die Scheibe 20 von dem ersten Bremskörper 4 gegen den
zweiten Bremskörper 5 gedrückt und abgebremst. Soll die Scheibe 20 wieder in
Rotation versetzt werden, so wird die Antriebsachse 3W nach oben bewegt (hier nicht
dargestellt), wodurch der Kniehebel 2 und damit der Bremskörper 4 von dem zweiten
Bremskörper 5 bzw. der Scheibe 20 wegbewegt wird.
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Fig. 2 zeigt eine Bremsvorrichtung 1, die im wesentlichen wie die in Fig. 1 dargestellte
und in der zugehörigen Beschreibung erläuterte Bremsvorrichtung 1 aufgebaut ist.
Gleiche Bauteile sind deshalb mit gleichen Bezugszeichen versehen. Der Unterschied
zwischen den beiden Bremsvorrichtungen 1 besteht darin, dass die in Fig. 2
dargestellte Bremsvorrichtung 1 spiegelsymmetrisch zu der Bremsvorrichtung 1 gemäß Fig.
1 ausgerichtet ist. Eine horizontale Ebene bildet dabei die Symmetrieachse.
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Fig. 3 zeigt eine Bremsvorrichtung 1, die zum Abbremsen eines Rades oder eines
Bandes 21 vorgesehen ist, das zu einem Ring geformt ist. Die Bremsvorrichtung 1 ist
auch hierbei im wesentlichen so ausgebildet wie die in Fig. 1 dargestellte und in der
zugehörigen Beschreibung erläuterte Bremsvorrichtung 1. Gleiche Bauteile sind
deshalb auch hier mit den gleichen Bezugszeichen versehen. Der wesentliche
Unterschied zwischen beiden Bremsvorrichtungen 1 besteht in der Ausbildung der
Bremskörper 4 und 5 sowie der Führung des Bandes 21. Bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel ist die Kontaktfläche 4F des Bremskörpers 4, die dem Band 21
zugewandt ist, konkav geformt. Im Gegensatz dazu ist die Kontaktfläche 5F des
feststehenden Bremskörpers 5 konvex geformt. Die Krümmungsradien der beiden
Kontaktflächen 4F und 5F werden durch den Krümmungsradius des Bandes 21 bestimmt. Die
erfindungsgemäße Bremsvorrichtung 1 ist auch bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel von einem Gehäuse 12 umgeben, auf dem die Antriebsvorrichtung 3
angeordnet und mit dem sie verbunden ist. Das Band 21 wird zwischen den beiden
Bremskörpern 4 und 5 durch das Gehäuse 12 geführt. Es ist hierfür mit zwei
Öffnungen versehen, deren Positionen, Formen und Abmessungen an den
Krümmungsradius des Bandes 21 und dessen Dicke angepasst sind.
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Fig. 4 zeigt eine Bremsvorrichtung 1 für ein Band 21 oder ein Rad, deren
Durchmesser größer ist als die maximale Länge der Bremsvorrichtung 1. Die Bremsvorrichtung 1
ist so ausgebildet und ausgerichtet wie die in Fig. 3 dargestellte und in der
zugehörigen Beschreibung erläuterte Bremsvorrichtung 1. Gleiche Bauteile sind deshalb auch
bei diesem Ausführungsbeispiel mit gleichen Bezugszeichen versehen. Die
Bremsvorrichtung 1 ist zudem im Innenbereich des Bandes 21 angeordnet. Das Band 21 ist
auch hierbei durch das Gehäuse 12 der Bremsvorrichtung 1 zwischen den beiden
Bremskörpern 4 und 5 hindurch geführt. Die Kontaktfläche 4F des Bremskörpers 4 ist
in diesem Fall konvex ausgebildet, während die Kontaktfläche 5F des Bremskörpers 5
konkav ausgebildet ist. Falls die Installation der Bremsvorrichtung 1 in dieser Weise
erforderlich ist, kann das Band 21, wie in Fig. 4 dargestellt, auch durch das Gehäuse
der Antriebsvorrichtung 3 geführt werden.
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Die Bremsvorrichtung 1 kann auch als Ruhebremse genutzt werden. Der Kniehebel 2
wird in diesem Fall beispielsweise mit Hilfe einer Feder (hier nicht dargestellt) betätigt,
die zusammen mit einem Elektromagneten die Funktion der Antriebsvorrichtung 3
übernimmt. Die Feder wird mit Hilfe des Elektromagneten (hier nicht dargestellt) in
einem gespannten Zustand gehalten. Beim Abschalten oder dem Ausfall der
elektrischen Energie wird die Feder entspannt, da der Elektromagnet dann keine Kraft mehr
auf die Feder ausübt. Daraufhin wird das abzubremsende Bauteil 20, 21 von dem
beweglichen Bremskörper 4, der mit dem Kniehebel 2 verbunden ist, gegen den zweiten
Bremskörper 5 gedrückt.