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Die
Erfindung betrifft eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung eines an
mindestens einer Führungsschiene
geführten
Schlittens wobei die Vorrichtung mindestens ein, über ein
Schiebekeilgetriebe betätigbares,
Reibgehemme umfasst, das wenigstens eine in einem Vorrichtungsgehäuse gelagerte, an
die Führungsschiene
anpressbare Reibbacke aufweist und wobei das mit Hilfe von Fremdenergie
bewegte Schiebekeilgetriebe zur Be- und zur Entlastung des Reibgehemmes
pro Be- und Entlastungsrichtung mittels mindestens einem Stellglied
oder mittels einem Federsystem, das mindestens ein Federelement
umfasst, bewegbar ist. Das einzelne Stellglied lagert zwischen einem
Gestell oder Gehäuse
und einem darin geführten – in einer
Arbeitsrichtung bewegliches – Betätigungselement
ein oder mehrere Formgedächtniselemente,
wobei die Formgedächtniselemente
direkt oder über
ein Getriebe auf das Betätigungselement
wirken. Jedes Formgedächtniselement
weist eine Hüllgestalt
für einen
Zustand niedriger und eine Hüllgestalt
für einen
Zustand hoher Energie auf und jede Hüllgestalt hat in Arbeitsrichtung
eine eigene von der jeweils anderen Hüllgestalt differierende Länge. Das
einzelne Formgedächtniselement
wechselt durch die Zu- oder Abführung von
Energie von der einen Hüllgestalt
in die andere.
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Aus
der
DE 102 07 605
C1 ist eine vergleichbare Brems- und/oder Klemmvorrichtung bekannt. Das
Schiebekeilgetriebe wird dort pneumatisch betätigt.
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Die
EP 0 834 380 A1 beschreibt
eine Klemmung mit einem rohrförmigen – sich primär in Längsrichtung
ausdehnenden – Formgedächtniselement und
einer elektrischen Patronenheizung. Die separate Patronenheizung
sitzt im – vollständig umschlossenen – Formgedächtniselement.
Das hat zur Folge, dass das Formgedächtniselement nur von innen
aus beheizt und nur von außen
her abgekühlt
werden kann. Das bedingt eine langsame Aufheizung und eine noch
viel langsamere Abkühlung.
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In
der
US 4,897,006 wird
ein pressenartiges Gerät
zur stufenweisen Druckaufbringung beschrieben. Als Antrieb für die stufenweise
Druckaufbringung werden Tellerfedern verwendet, die aus einem Formgedächtniselementwerkstoff
gefertigt werden. Das Gerät
wird als Ganzes in einem Umluftofen sehr langsam erwärmt, um
dann z.B. zwei Stunden erhitzt zu bleiben.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine
Brems- und/oder Klemmvorrichtung zu entwickeln, die bei großer Klemmkraft
einen geringen Bauraumbedarf und eine geringe Eigenmasse hat. Zudem
soll sie bei wartungsarmer, einfacher und sicherer Handhabung die Brems-
und Klemmkräfte
reaktionsschnell und nahezu verschleißfrei freisetzen.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Dazu
hat die Hüllgestalt
des einzelnen Formgedächtniselements
die Form einer Tellerfeder, wobei die Hüllgestalt mit kurzer Arbeitslänge einer
mechanisch belasteten Tellerfeder entspricht, während die Hüllgestalt mit großer Arbeitslänge eine
mechanisch unbelastete Tellerfeder darstellt. Das einzelne Formgedächtniselement besteht
aus zwei Ringen, zwischen denen mehrere Verbindungselemente als
Verformungszonen in Form von geraden oder gebogenen Speichen angeordnet
sind. Die Verformungszonen sind durch ein Durchleiten von elektrischem
Strom aufheizbar.
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Die
einzelne Brems- und/oder Klemmvorrichtung umfasst ein Reibgehemme
und ein zweidimensionales ebenes Schiebekeilgetriebe. Das Reibgehemme
wirkt über
eine Reibbacke auf eine Führungsschiene,
auf der der Maschinen- oder Messgeräteschlitten gelagert und geführt ist,
der diese Vorrichtung trägt.
Das einzelne Reibgehemme entwickelt seine Brems- und Klemmwirkung
durch das Betätigen
eines Stellgliedes. Ggf. kann es auch durch das Freisetzen von in
einem Federspeicher gespeicherten Federenergie aktiviert werden.
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Die
hier verwendeten Stellglieder basieren beispielsweise auf einem
metallurgischen Formgedächtniseffekt.
Durch Zufuhr und/oder Wegnahme einer bestimmten Wärmemenge ändern sog.
Formgedächtniselemente
ihre Gestalt. Die Gestaltsänderung wird
zur Erzeugung von Weg und Kraft ausgenutzt. Die Wegänderung
kann hierbei linear oder gekrümmt,
wie z.B. in einem Schwenkzylinder, orientiert sein. Sie kann auch
ein-, zwei-, oder dreidimensional erfolgen.
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Die
Gestaltsänderung
der Formgedächtniselemente
kann elektrisch oder thermisch bewirkt werden. Im zweiten Fall werden
beispielsweise heiße Gase,
Dampf oder heiße
Flüssigkeiten
durch die Formgedächtniselemente
gefördert.
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Die
Führungsschiene,
an denen die Reibbacken zur Anlage kommen, können z.B. prismatische, rechteckförmige, runde,
ovale oder polygonförmige Querschnitte
haben. Auch ist die Reibpaarung nicht auf Linearführungen
begrenzt. Anstelle der erwähnten
Führungsschienen
können
im Raum gekrümmte Schienen
verwendet werden.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung eines schematisch dargestellten Ausführungsbeispiels.
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1:
Schnitt durch eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung mit zwei Reibgehemmen
im unbetätigten
Zustand;
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2:
Vorrichtung nach 1 im betätigten Zustand;
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3:
Schnitt durch eine halbseitige Brems- und/oder Klemmvorrichtung
mit zwei Linearantrieben pro Reibgehemme im betätigten Zustand;
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4:
Rückansicht
der Brems- und/oder Klemmvorrichtung nach 3;
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5:
Linearantrieb mit gleichsinnig angeordneten Formgedächtniselementen;
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6:
Dimetrischer Längsschnitt
zu 5;
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8:
Längsschnitt
zu 5;
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9:
Draufsicht auf ein unbetätigtes
Formgedächtniselement
mit drei u-förmigen
Verformungsabschnitten;
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10:
Draufsicht auf ein unbetätigtes Formgedächtniselement
mit vier geraden, speichenförmig
angeordneten Verformungsabschnitten.
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Die 1 bis 4 zeigen
eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung, wie sie beispielsweise in
vielen Horizontal- oder Vertikalschlitten u.a. in Werkzeug- und
Messmaschinen verwendet werden. Die Vorrichtungen der vorliegenden
Ausführungsform
sind hierbei am entsprechenden Geräteschlitten so angeordnet,
dass sie die – die
Schlittenlängsführung vorgebenden – Führungsschienen
z.B. mit zwei Reibgehemmen umgreifen.
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In
den 1 bis 4 ist ein Abschnitt einer doppelprismatischen
Führungsschiene
(1) dargestellt. Die Führungsschiene
(1) besteht aus einem Stab mit einem annähernd quaderförmigen Hüllquerschnitt,
in den beidseitig je eine im Wesentlichen v-förmige Nut mit verbreitertem
Nutgrund eingearbeitet ist. Sie kontaktiert über ihre Bodenfläche (7)
z.B. das sie tragende hier nicht dargestellte Maschinenbett. Zwischen
je zwei Führungsflächen (4, 5)
befindet sich hier je eine den Nutgrund bildende vertikale Stegfläche (6),
an der sich beim Bremsen die Reibbeläge (99) der Reibgehemme
(90) abstützen.
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Die
Führungsschiene
(1) wird von einem Gehäuse
(10) beidseitig umgriffen. Im Gehäuse (10) sind zwei
gegeneinander Brems- und Klemmkräfte erzeugende
Vorrichtungen integriert. Das im Prinzip c-förmige Gehäuse (10) besteht aus
einem Quader, der quer zu seiner Längsausdehnung eine Umgriffsnut
(14) aufweist, die einen rechteckförmigen Querschnitt hat. In
dem durch die Nut (14) entstandenen Freiraum ist die Führungsschiene
(1) platziert. Die Nutbreite ist wenige Millimeter breiter
als die Führungsschienenbreite
in dem vom Gehäuse
(10) umgriffenen Bereich. Die Nuttiefe entspricht ca. 85%
der Führungsschienenhöhe.
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Das
Gehäuse
(10) hat z.B. gemäß 4 – quer zur
Führungslängsrichtung
(2) – eine
Gesamtbreite, die ca. der dreifachen Breite der Führungsschiene
entspricht. Die Gesamthöhe
des Gehäuses (10)
beträgt
z.B. 130% der Führungsschienenhöhe. Die
Länge des
Gehäuses
(10) – in
der Zeichnungsebene von 3 gemessen – entspricht beispielsweise
dem Eineinhalbfachen der Führungsschienenhöhe aus 2.
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Das
Gehäuse
(10) hat nach 4 eine rechte (11)
und eine linke Gehäusezone
(12). Beide Zonen (11, 12), befinden
sich unterhalb eines Bereiches, über
den die Vorrichtung am entsprechenden Schlitten befestigt wird.
Jede Gehäusezone
(11, 12), vgl. 3, weist
eine mehrstufige Durchgangsbohrung (23, 31, 34, 38)
auf, deren Mittellinie (39) parallel zur Führungslängsrichtung
(2) orientiert ist, vgl. 3. Die Durchgangsbohrung
setzt sich aus einer Führungsflächenbohrung
(23), einer Käfigsitzausnehmung
(31), einer Stößelbohrung
(34) und einer Zylinderbüchsenbohrung (38)
zusammen.
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Im
Bereich der Öffnung
der Führungsflächenbohrung
(23) befindet sich ein Feingewinde und eine einen Quetschring
(24) aufnehmende Nut.
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Am
planen ringflächigen
Grund der Führungsflächenbohrung
(23) befindet sich als Anschlag ein Sicherungsring (29).
Hinter dem Sicherungsring (29) liegt die Käfigsitzausnehmung
(31). Sie erstreckt sich über den gesamten Bereich einer
quer zur Stufenbohrung (23, 31, 34, 38)
vorhandenen Gehemmebohrung (41). Die Ausnehmung (31)
ist ein Langloch, dessen Breite geringfügig größer ist als die eines dort eingebauten
Käfigs
(95). Die maximale Höhe
der Ausnehmung (31) entspricht dem Durchmesser der Führungsflächenbohrung
(23). Die Ausnehmung (31), vgl. in 4 die
gestrichelte Linie in der Gehäusezone
(11), hat im Querschnitt an den nicht geradlinigen Flanken
eine ovale Kontur, die im oberen und unteren Bereich abschnittsweise
der Kontur der Führungsflächenbohrung
folgt.
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An
die Käfigsitzausnehmung
(31) bzw. eine Hauptbohrung (42), vgl. 2,
schließt
sich die erheblich kleinere, kurze Stößelbohrung (34) an.
Sie bildet den engsten Querschnitt der gesamten Stufenbohrung (23, 31, 34, 38).
Die Stößelbohrung
(34) mündet
in eine Zylinderbüchsenbohrung
(38), deren Durchmesser z.B. dem Durchmesser der Führungsflächenbohrung
(23) entspricht. Die Zylinderbüchsenbohrung (38)
trägt ein
Feingewinde. Alle Abschnitte der Stufenbohrung liegen koaxial zu
der Mittellinie (39).
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Die
quer zur Stufenbohrung (23, 31, 34, 38) verlaufende
Gehemmebohrung (41) hat eine Mittellinie (46),
die die Mittellinien (39) der Stufenbohrungen im Ausführungsbeispiel
im Abstand von z.B. 1 mm kreuzt. Beispielsweise schneidet die Mittellinie
(46) die Mittellinie (2) der Führungsschiene (1).
Letztere (2) liegt in einer Ebene, die durch zwei Geraden
definiert wird, die wiederum durch den Schnitt von jeweils zwei
an eine Stegfläche
(6) anschließende
ebenen Führungsflächen (4, 5)
erzeugt werden. Die Mittellinie (46) ist um ca. 7% der
Tiefe des Gehäuses
(10) zur Zylinderbüchsenbohrung
(38) hin versetzt.
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Jede
Gehemmebohrung (41) hat drei abgestufte Bereiche, vgl. 3.
Von der Gehäuseaußenseite
her sind das eine Hauptbohrung (42), eine Druckstückführungsbohrung
(44) und eine Austrittsbohrung (45). Die Hauptbohrung
(42) schneidet sich mit der Käfigsitzausnehmung (31).
In den Gehäusezonen
(11, 12), siehe 1, kann
man die Durchdringungslinien (43) erkennen.
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In
diesem Bereich sitzt der Käfig
(95), der zwei Zylinderrollen (106, 107)
lagert. Beide Zylinderrollen (106, 107) liegen
an einem Schiebekeil (92) eines Schiebekeilgetriebes an.
Die außenliegende
Zylinderrolle (106) stützt
sich an einer Einstellschraube (91) ab, während die
innenliegende Zylinderrolle (107) an einem hier unbelasteten
Druckstück
(96) anliegt.
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Im
Bereich der Einstellschraube (91) trägt die Hauptbohrung (42)
ein Feingewinde. Die Einstellschraube (91) ist eine zylindrische
Scheibe, die an der äußeren Stirnfläche Bohrungen
für den
Eingriff eines Zapfenschlüssels
aufweist. Sie hat ein Außengewinde,
das in einer Ringnut endet. In der Nut ist ein Quetschring als Schraubensicherung
eingelassen.
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Das
Druckstück
(96) ist ein zylindrischer Kolben mit einer angeformten
Kolbenstange. Die Kolbenstange ragt bei betätigtem Reibgehemme (90) aus
der Austrittsbohrung (45) heraus. Am Übergang der Kolbenstange zum
Kolben befindet sich eine Stirnnut, in der ein elastischer Rückhubring
(98) mit z.B. rechteckigem Einzelquerschnitt sitzt.
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Vor
der außenseitigen
Stirnfläche
des Druckstückes
(96) ist in der Umgriffsnut (14) eine Reibbacke
(99) angeordnet, vgl. 4. Die Reibbacke
(99) ist hier beispielsweise ein prismatischer Körper, dessen
Kontur teilweise mit der Nutkontur der Führungsschiene (1)
korrespondiert. Sie ist im Wesentlichen ein langgestreckter Quader,
der zur Führungsschiene
(1) hin im Bereich deren Führungsflächen (4, 5)
je eine 45°-Schräge aufweist.
Die Höhe
der Reibbacke (99) entspricht z.B. der doppelten Reibbackenbreite. In
der der Stegfläche
(6) der Führungsschiene
(1) zugewandten Außenfläche ist
beispielsweise ein Reibbelag (104) eingepresst. Dazu ist
in die Reibbacke (99) von der Außenfläche her eine Vertiefung eingearbeitet,
deren Tiefe z.B. das Vierfache des Betrages ist, um den der Reibbelag
(104) über
die umliegende Außenfläche übersteht.
Der Überstand
beträgt
beispielsweise 0,5 mm. Die Vertiefung stellt sich in der Außenfläche als
Rechteck mit abgerundeten Ecken dar. Die Breite ist geringfügig kleiner
als die Höhenausdehnung
der Stegfläche
(6). Die Länge
des Reibbelags (104) entspricht z.B. dem Vierfachen seiner Breite.
Sie ist z.B. geringfügig
kürzer
als die Tiefe des Gehäuses
(10).
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Für den Reibbelag
(104) wird ein pulvermetallurgisch hergestellter Reibwerkstoff
auf Bronzebasis verwendet. Der Reibwerkstoff enthält zusätzlich keramische
Bestandteile. Der Reibbelag (104) ist in die Vertiefung
(101) eingepresst. Ggf. ist der Reibbelag (104)
an den seitlichen Wandungen der Vertiefung (101) verklebt
oder verlötet.
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Es
ist auch möglich
den Reibbelag z.B. als eine Reihe von mehreren runden, eckigen oder
polygonalen Scheiben in entsprechende Vertiefungen einer Reibbacke
anzuordnen.
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Zwischen
dem Druckstück
(96) und der Einstellschraube (91) ist der Schiebekeil
(92) umgeben von dem Käfig
(95) angeordnet. Der Schiebekeil (92) ist z.B.
ein trapezförmiger
Körper
mit rechteckigen Querschnitten. Er ist starr, z.B. mittels einer
Schraube (54) an einem in der Führungsflächenbohrung (23) gelagerten
Führungskolben
(53) befestigt. Der Schiebekeil (92), der auch
die Kolbenstange des Führungskolbens
(53) darstellt, hat u.a. eine Stütz- (94) und eine
Keilfläche
(93). Beide Flächen
sind rechteckig und z.B. plan. Die jeweils dem Druckstück (96)
zugewandte Keilfläche
(93) schließt
mit diesem z.B. einen spitzen Winkel von 1 bis 5 Winkelgraden ein.
Die Stützfläche (94)
verläuft
parallel zur Stirnfläche
der benachbarten Einstellschraube (91). Beispielsweise
verjüngen
sich die Querschnitte des Schiebekeils (92) linear mit
zunehmendem Abstand weg von der Kolbenstangenseite des Führungskolbens
(53).
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Im
Ausführungsbeispiel
nach den 1 und 2 ist das
erste, in der Nähe
des Führungkolbens gelegene
Viertel der Länge
des Schiebekeils (92) nicht abgeschrägt. Beim Schiebekeil (92)
des Ausführungsbeispiel
nach 3 schließt
sich an die Keilfläche
(93) zusätzlich
eine Plateaufläche
(101) an. Letztere ist parallel zur Stützfläche (94) orientiert.
Auf ihr liegt die Druckrolle (107) bei betätigter Vorrichtung auf.
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Der
den Schiebekeil (92) umgebende Käfig (95) hat eine
Querschnittsform, die mit Spiel in die Käfigsitzausnehmung (31)
passt. Er hat mittig – parallel
zur Führungslängsrichtung – zur Aufnahme
des Schiebekeils (92) einen rechteckigen Durchbruch, der
geringfügig
größer ist
als der größte Querschnitt des
Schiebekeils (92). Quer zu diesem Durchbruch befindet sich
außermittig
ein ebenfalls rechteckiger Durchbruch. Letzterer dient der Aufnahme
der Zylinderrollen (106, 107). Der Durchbruch
ist um ca. 7% der Käfiglänge aus
der Käfigmitte
heraus – von
der Kolbenstangenseite des Führungskolbens
(53) weg – versetzt.
Die Höhen
der Durchbrüche
entsprechen z.B. der Länge
der Zylinderrollen (106, 107). Beide Durchbrüche sind
nicht höhenversetzt.
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Im
Feingewinde der Führungsflächenbohrung
(23) ist ein Kühlkörpergehäuse (51)
eingeschraubt. In dem Kühlkörpergehäuse (51),
eine dünnwandige
zylindrische, ggf. gerippte Büchse
mit planem Boden, lagert jeweils ein Linearstellglied (60),
das bei Bedarf auf die Vorderseite des Führungskolbens (53)
wirkt. Das Linearstellglied (60) wird z.B. mittels eines
Sicherungsringes (55) im Kühlkörpergehäuse (51) axial fixiert.
Anstelle eines nach 3 mit Kühlrippen (52) ausgestatteten
vollflächigen
Gehäuses
kann auch ein z.B. filigranes mit vielen Durchbrüchen versehenes Gestell verwendet
werden, das das Stellglied (60) nur abschnitts- oder teilweise
umgreift. Ggf. kann das Stellglied z.B. auch über ein Außengewinde direkt im Feingewinde
der Führungsflächenbohrung
(23) eingeschraubt und gesichert werden.
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Der
in die Führungsflächenbohrung
(23) hineinragende Rand des Kühlkörpergehäuses (51) kann einen
Anschlag für
den Führungskolben
(53) bilden. Letzterer hat beispielsweise einen wirksamen
Durchmesser von ca. 25 mm.
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Die
in den 1 bis 3, 6 und 8 dargestellten
Stellglieder (60) haben jeweils ein büchsenförmiges Gehäuse (61), das mit
einem Gehäusedeckel
(63) verschlossen ist. Im Gehäuse (61) befinden
sich in der Regel mehrere beispielsweise hintereinander angeordnete
Formgedächtniselemente
(81, 82). Letztere wirken auf ein Betätigungselement
(65), das in einer z.B. zentralen Bohrung (64) des
Gehäusedeckels
(63) in Arbeitsrichtung (59) des Stellglieds (60)
als Schubglied geradlinig verschiebbar geführt ist.
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Nach 3 sind
am Vorrichtungsgehäuse (10)
vier Stellglieder (60) angeordnet. Alle Stellglieder (60)
umfassen jeweils fünf
Formgedächtniselemente
(81, 82). Die einzelnen Formgedächtniselemente
(81, 82) haben z.B. eine Hüllgestalt, die der Hüllgestalt
einer handelsüblichen
Tellerfeder nach DIN 2093 vergleichbarer Größe zumindest annähernd entsprechen.
Die Formgedächtniselemente (81, 82)
sind im Gehäuse
(61) zwischen dem Gehäuseboden
(62) und dem Gehäusedeckel
(63) gestapelt. Sie sind in den 1 bis 8 nur
symbolisch vereinfacht als tellerfederähnlichen Bauteile dargestellt.
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In
den 9 und 10 sind zwei unbetätigte, einteilig
hergestellte Formgedächtniselemente (81, 82)
in der Draufsicht darge stellt. Jedes Formgedächtniselement (81, 82)
besteht aus zwei Ringen (85) und (86), zwischen
denen z.B. mehrere Verbindungselemente (87, 88)
in Form von geraden oder gebogenen Speichen angeordnet sind. Die
Verbindungselemente (87, 88) sind die sogenannten
Verformungszonen des einzelnen Formgedächtniselements (81, 82).
Die Formgedächtniselemente
haben beispielsweise einen Durchmesser von 20 bis 30 Millimetern
und eine Wandstärke
von ca. einem Millimeter. Bei diesen Abmessungen erzielen sie bei
einer Temperaturerhöhung
von 60° auf
80° Celsius,
abhängig
von der Länge
der Verformungszonen, eine Längenänderung
in Arbeitsrichtung (59) – also normal zur Zeichnungsebene – von ca.
2 bis 3 Millimetern. Ein ausgelenktes Element (81, 82)
ist dann mit einer Stützkraft
von 50 bis 100 Newton belastbar.
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Nach 10 sind
bei dem Formgedächtniselement
(82) zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring
(86) vier zumindest annähernd
geradlinige Verbindungselemente (88) angeordnet. Sie sind
zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring (86) mit äquidistanter
Teilung verteilt. Das einzelne Verbindungselement (88)
steht tangential vom Innenring (85) ab. Zur Betätigung des
Formgedächtniselements
(82) wird diesem Wärme
zugeführt. Nach
Zufuhr einer bestimmten Wärmemenge
verformen sich die Verbindungselemente bogenförmig normal zur Zeichnungsebene.
Dadurch wird der axiale Abstand der konzentrischen Ringe (85, 86)
z.B. vergrößert. Die
Gesamthöhe
des einzelnen Formgedächtniselements
(82) verdoppelt sich hierbei mindestens.
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Gemäß 9 sind
bei dem Formgedächtniselement
(81) zwischen dem Innenring (85) und dem Außenring
(86) drei u-förmige
Verbindungselemente (87) angeordnet. Jedes Verbindungselement (87)
erstreckt sich über
eine Viertelkreisfläche.
Bei einer Zufuhr von Wärme
verformen sich die beiden Schenkel eines Verbindungselements gleichsinnig, so
dass sich ein größerer Hub
ergibt als bei den Verbindungselementen (86).
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Im
Ausführungsbeispiel
werden die Verbindungselemente (87, 88) mittels
Stromdurchfluss erhitzt. Dazu wird zwischen dem Innenring (85)
und dem Außenring
(86) eine elektrische Spannung angelegt. Hat das unbetätigte, relativ
kühle Formgedächtniselement
(81, 82) eine Hüllgestalt (83) einer belasteten
Tellerfeder, so hat das erhitzte Element die Hüllgestalt (84) einer
unbelasteten Tellerfeder.
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In 3 beinhaltet
das unten dargestellte Stellglied (60) fünf betätigte Formgedächtniselemente
(81, 82). Sie sind im Gehäuse (61) wechselweise gestapelt,
wobei das unterste Element mit seinem Außenring auf dem Gehäuseboden
(62) aufliegt. Das oberste Element des Stapels trägt das Schubglied (65).
Das Schubglied (65) stützt
sich am oberen Formgedächtniselement
(81, 82) über
einen Sicherungsring (66) oder dergleichen ab. Zwischen
dem Sicherungsring (66) und dem Gehäusedeckel (63) ist ein
Federteller (67) und eine Rückholfeder (68) angeordnet.
Die Rückholfeder
(68) drückt über den
Federteller (67) gegen den Stapel aus Formgedächtniselementen
(81, 82).
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Das
in 3 oben dargestellte Stellglied (60) ist
baugleich zu dem unteren. Allerdings sind dort die Formgedächtniselemente
(81, 82) nicht betätigt. Ihre jeweilige Hüllgestalt
(83) hat im Verhältnis
zu den Hüllgestalten
des anderen Stellglieds (60) ein kleineres Volumen. Dadurch
befindet sich das Schubglied (65) in seiner hinteren, eingefahrenen
Position.
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In
den 5 bis 8 ist ein Stellglied dargestellt,
in dem die Formgedächtniselemente
(81, 82) gleichsinnig angeordnet sind, d.h. alle
Elemente (81, 82) sind parallel zueinander aus gerichtet.
Dazu sind in der Innenwandung des Gehäuses (61) z.B. Nuten (71)
eingearbeitet, vgl. 8, in denen Sicherungsringe
(72) als Auflage für
die einzelnen Formgedächtniselemente
(81, 82) dienen. Auch das Schubglied (65)
weist entsprechende Nuten (73) und Sicherungsringe (74)
auf, an denen sich die Innenkanten der Elemente (81, 82)
abstützen.
In derartigen Stellgliedern kann die Stützkraft entsprechend der Anzahl der
Formgedächtniselemente
(81, 82) vervielfacht werden. Allerdings entspricht
die Länge
eines Arbeitshubs nur der eines Elements (81, 82).
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Selbstverständlich kann
die aus den 1 bis 3 bekannte
Anordnung mit der Anordnung nach den 6 bzw. 8 kombiniert
werden, um so Hub und Stützkraft
variieren zu können.
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Während des
Normalbetriebes des die Vorrichtung tragenden Schlittens befindet
sich die Vorrichtung entsprechend der 1 im unbetätigten Zustand.
Der Führungskolben
(53) benutzt den freien Rand des Gehäuses (51) als Anschlag,
vgl. 3. Der Schiebekeil (92) befindet sich
in seiner hinteren Position. Die Zylinderrollen (106, 107)
sitzen unbelastet im Käfig
(95). Der einzelne Käfig
(95) wird jeweils von zwei Schraubenfedern (27),
die in nichtdargestellten Käfigbohrungen
eingesteckt sind und sich am Boden der Käfigsitzausnehmung (31)
abstützen, gegen
einen als Anschlag dienenden Sicherungsring (29) gedrückt, vgl.
rechte Gehäuseseite
der Vorrichtung in den 1 und 2. Dort
sind die räumlich darüber liegenden
Schraubenfedern (28) nur zur Verdeutlichung weggelassen.
Das jeweilige Druckstück (96)
liegt bei weitgehend entlastetem, aber dennoch anliegendem Rückhubring
(98) in der Regel nicht an der Reibbacke (99)
an. Der Rückhubring
(98) hat noch mindestens so viel Vorspannung, dass das Druckstück (96),
die Zylinderrollen (106, 107) und der Schiebekeil
(92) spielfrei an der Einstellschraube (91) anliegen.
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Nach 1 ist
in der Bohrung des freien Ende des Schiebekeils (92) eine
Schraubenfeder (28) angeordnet, die den Schiebekeil (92)
in seiner hinteren Position hält.
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Gemäß 3 würde bei
der unbetätigten Brems-
und Klemmvorrichtung am freien Ende des Schiebekeils (92)
das freie Ende des Schubgliedes (65) des dann betätigten Linearstellgliedes
(60) anliegen.
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Werden
nun bei der Vorrichtung nach 1 die Formgedächtniselemente
(81, 82) bestromt, wird ein Bremsvorgang eingeleitet
bzw. ein Festklemmen eingeleitet. Die ihr Hüllvolumen vergrößernden
Formgedächtniselemente
(81, 82) schieben mittels des Schubglieds (65)
den Schiebekeil (92) über
den Führungskolben
(53) in die Käfigsitzausnehmung
(31) hinein, vgl. 2. Um hier
die Klemmkraft zu halten, bleiben die Formgedächtniselemente (81, 82)
solange bestromt, wie die Klemmung bestehen bleiben soll. Zumindest
die Verformungszonen der Elemente (81, 82) sind
dann auf ca. 80°Celsius
aufgeheizt. Ggf. werden die Verformungszonen der Formgedächtniselemente
(81, 82) während
der Klemmphase schwächer
oder impulsartig unterbrochen mit Strom versorgt, um eine unnötige Erwärmung der
Vorrichtung zu vermeiden.
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Zum
Lösen der
Klemmung wird die Stromversorgung der Formgedächtniselemente (81, 82) abgeschaltet.
Nach einer entsprechenden Abkühlungsphase,
deren Länge
i.d.R. größer als
ca. 200 Nanosekunden sein sollte, verkürzen sich die Formgedächtniselemente
(81, 82) wieder, z.B. sobald die Erwärmung der
Verformungszonen unter 60°Celsius gefallen
sind. Sie nehmen ihre ursprüngliche
Gestalt vollständig
an.
-
Bei
der Vorrichtung nach 3 läuft zum Klemmen ein vergleichbarer
Bewegungsablauf ab. Vor dem Einleiten des Klemmens sind beide Stellantriebe
stromlos geschaltet und verharren z.B. bei Raumtemperatur.
-
Im
Unterschied zu der Vorrichtung nach den 1 und 2 liegt
die Druckrolle (107) an einer Plateaufläche (101) an. Da diese
Fläche
im Wesentlichen parallel zu den Stirnflächen des Druckstücks (96)
orientiert ist, verharrt der Schiebekeil (92) – bei betätigter Vorrichtung
ohne das Einwirken von Rückstellkräften in
seiner Position. Folglich kann das Stellglied (60) sofort
wieder deaktiviert werden. Die Erwärmung der Vorrichtung ist somit
minimal.
-
Zum
Lösen der
Klemmung wird nun das jeweils andere Stellglied (60) benutzt.
Nach einem kurzzeitigen Bestromen schiebt dessen Schubglied (65)
den Schiebekeil (92) in seine Ausgangsposition.
-
- 1
- Führungsschiene,
doppeltrapezförmig
- 2
- Führungslängsrichtung,
Mittellinie
- 4,
5
- Führungsflächen
- 6
- Stegfläche
- 7
- Bodenfläche
- 10
- Vorrichtungsgehäuse, Gehäuse
- 11
- Gehäusezone,
rechts
- 12
- Gehäusezone,
links
- 14
- Umgriffsnut
- 23
- Führungsflächenbohrung
- 24
- Quetschring
- 27
- Schraubenfeder
für Rückhub von
(95)
- 28
- Schraubenfeder
für Rückhub von
(92)
- 29
- Sicherungsring
- 31
- Käfigsitzausnehmung,
Ausnehmung
- 34
- Stößelbohrung
- 38
- Zylinderbüchsenbohrung
- 39
- Mittellinie
- 41
- Gehemmebohrung
- 42
- Hauptbohrung
- 43
- Durchdringungslinie
- 44
- Druckstückführungsbohrung
- 45
- Austrittsbohrung
- 46
- Mittellinie
- 51
- Kühlkörpergehäuse, Gestell
- 52
- Kühlrippen
- 53
- Führungskolben
- 54
- Schraube
- 55
- Sicherungsring
- 59
- Arbeitsrichtung
- 60
- Stellglied,
Linearstellglied
- 61
- Gehäuse, büchsenförmig
- 62
- Gehäuseboden
- 63
- Gehäusedeckel
- 64
- Deckelbohrung
- 65
- Betätigungselement,
Schubglied, Stößel
- 66
- Sicherungsring
- 67
- Federteller
- 68
- Rückholfeder
- 71
- Nuten
in (60)
- 72
- Sicherungsringe,
groß
- 73
- Nuten
in (65)
- 74
- Sicherungsringe,
klein
- 79
- Kabel
- 81
- Formgedächtniselement
- 82
- Formgedächtniselement
- 83
- Hüllgestalt,
kleines Hüllvolumen
- 84
- Hüllgestalt,
großes
Hüllvolumen
- 85
- Innenring
- 86
- Außenring
- 87
- Verbindungselemente,
Verformungszonen, u-förmig
- 88
- Verbindungselemente,
Verformungszonen, geradlinig
- 90
- Reibgehemme
- 91
- Einstellschraube
- 92
- Schiebekeil
- 93
- Keilfläche
- 94
- Stützfläche
- 95
- Käfig
- 96
- Druckstück
- 98
- Rückhubring,
elastisch
- 99
- Reibbacke
- 101
- Plateaufläche
- 104
- Reibbelag
- 106
- Zylinderrolle,
außenliegend
- 107
- Zylinderrolle,
innenliegend