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Die
Erfindung betrifft eine Brems- und/oder Klemmvorrichtung zur Anbringung
an einem parallel zu einer Schiene geführten Schlitten mit einem die Schiene
zumindest teilweise umgreifenden Gehäuse, mit mindestens einem im
oder am Gehäuse
angeordneten fremdangetriebenen Bremselement und mit einer Rückhubvorrichtung
für das
oder die Bremselemente.
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Aus
der
DE 199 02 596
A1 ist eine derartige Brems- und/oder Klemmvorrichtung
bekannt. In einem Gehäuse
ist ein separates Bremselement quer zur Schienenlängsrichtung
beweglich gelagert. Das als Kolben ausgebildete Bremselement wird
direkt pneumatisch angetrieben. Der Rückhub erfolgt durch die elastische
Rückverformung
des Kolbens.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt die Problemstellung zugrunde, eine
Brems- und/oder Klemmvorrichtung zu entwickeln, die bei großen Klemmkräften einen
einfachen und bauraumsparenden Aufbau hat und zudem dauerhaft wartungsfrei ist.
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Diese
Problemstellung wird mit den Merkmalen des Hauptanspruches gelöst. Dazu
hat die Schiene im Kontaktbereich zum Bremselement im Querschnitt
ein stetig gekrümmtes
Profil. Das einzelne Bremselement hat zwei – beim Bremsen und Klemmen
die Schiene kontaktierende – zumindest
annähernd
ebene Reibflächen,
wobei diese einen Winkel zwischen 4 und 45 Winkelgraden einschließen. Die auf
die Schiene wirkenden Bremskräfte
eines Bremselementes haben eine Winkelhalbierende, deren Richtung
mit der Richtung der auf das Bremselement direkt wirkenden Antriebskraft
zumindest annähernd übereinstimmt.
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Bei
dieser Vorrichtung wird z.B. ein als Bremselement gestalteter Pneumatik-
bzw. Hydraulikkolben gegen eine Schiene gepresst, um die Relativbewegung
zwischen der Vorrichtung und der Schiene zu reduzieren und/oder
zu beenden. Dabei besteht – je
nach Ausführungsart – die Vorrichtung
nur aus einem einteiligen Gehäuse,
dem Reibflächen
aufweisenden Bremselement und einer Rückhubvorrichtung. Letztere
umfasst z.B. ein mechanisches Federelement und ein oder zwei Halteelemente
zur Festlegung und Führung
des Federelements.
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Diese
Konstruktion benötigt
nur wenige, unkomplizierte Bauteile, die zudem auf einfachste Weise
montierbar sind.
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Der
den Klemmhub bewirkende Fremdantrieb des oder der Bremselemente
sowie der Antrieb für
den Lösehub
kann u.a. auch nach einem elektrischen, piezoelektrischen, elektromechanischen, oder
mechanischen Prinzip funktionieren. Ggf können das oder die Bremselemente
direkt oder indirekt über
ein oder mehrere Getriebe mittels mindestens einem wärme- bzw.
stromgesteuerten Formgedächtniselement
angetrieben werden. Es ist auch denkbar verschiedenartige Antriebe
für den
Klemm- und/oder Schließhub
miteinander zu kombinieren.
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Der
Querschnitt der Schiene kann kreisrund, oval, elliptisch, polygonartig
oder dergleichen sein. Wird ein Polygon als Querschnitt verwendet,
so sind zumindest die Ecken, die mit den Bremselementen in Kontakt
kommen, mit relativ großen
Radien abgerundet.
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Selbstverständlich kann
die Brems- und/oder Klemmvorrichtung auch vollständig in einen Führungsschuh
oder in den Schlitten integriert werden.
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Die
Vorrichtung ist nicht auf lineare Führungen beschränkt. Sie
kann – bei
einer entsprechenden Anpassung der Reibflächen – auch auf Kreisbahnen oder
anderen z.B. in einer Ebene liegenden gekrümmten Bahnen verwendet werden.
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Weitere
Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und
der nachfolgenden Beschreibung schematisch dargestellter Ausführungsformen.
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1:
Dimetrische Ansicht einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung mit einem
Bremselement;
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2:
Querschnitt zu 1 in der Höhe der Rückhubfedern;
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3:
Querschnitt einer Brems- und/oder Klemmvorrichtung mit zwei gegenüberliegenden Bremselementen;
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4:
Bremselementanordnung bei drei Bremselementen, geöffnet;
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5:
Bremselementanordnung bei drei Bremselementen, geschlossen;
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6:
Bremselementanlage am Viereckpolygon;
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7:
Bremselementanlage am Dreieckpolygon;
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8:
Bremselementanlage am Fünfeckpolygon;
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9:
Bremselementanlage am Doppelkreisabschnittprofil.
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Die 1 zeigt
eine dimetrisch dargestellte Brems- und Klemmvorrichtung im Maßstab 1:1.
Die Vorrichtung hat z.B. ein quaderförmiges Gehäuse (10) mit einer
in Gehäuselängsrichtung
bzw. Führungslängsrichtung
(5) zentral angeordneten Führungsausnehmung (15).
In der zur Gehäuseoberseite offenen
umgriffartigen Führungsausnehmung
(15) ist z.B. eine zylindrische Schiene (9) angeordnet.
Letztere ist in der Regel an dem den Schlitten tragenden Maschinenbett
befestigt. Von der Gehäuseoberseite (11)
her hat das Gehäuse
(10) eine zumindest annähernd
rechteckige Ausnehmung (21), in der ein pneumatisch oder
hydraulisch betätigtes
Bremselement (40) gelagert ist. Das Bremselement (40)
stützt
sich mittels zweier Rückholfedern
(55) über
Stützschrauben
(51) am Gehäuse
(10) ab.
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Aus
Stabilitätsgründen wird
das Gehäuse (10) – bei einer
freihängenden
Schiene (9) – in
der Regel so am tragenden Schlitten befestigt, dass die Gehäuseoberseite
(11) an der Schlittenwandung anliegt, an der es befestigt
ist.
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2 zeigt
das z.B. einteilige Gehäuse
(10) und die Schiene (9) im Querschnitt. Die Schiene
(9) ist am Maschinenbett über an der Schienenlängsseite
angeordnete Schienenträger
(8) befestigt. Um die Schiene (9) umgreifen zu
können,
hat das Gehäuse (10)
hierzu der Länge
nach eine v-förmige
Nut (18), die sich mit einer Durchgangsbohrung (16) überschneidet.
Zusammen bilden die Durchgangsbohrung (16) und die Nut
(18) die Führungsausnehmung (15).
Im Gehäuse
(10) ist die Durchgangsbohrung (16) von den Gehäusestirnseiten
(13, 14) her aufgebohrt, um dort Führungselemente
(19) einzusetzen, vgl. 1. Die Führungselemente
(19) umgreifen die Schiene (9) beispielsweise
auf 300 Winkelgraden. In der Regel liegt der Umgriffswinkel (27)
bei offenen Umgriffen, vgl. 2, zwischen
270 und 320 Winkelgraden.
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Die
Führungselemente
(19) stellen i.d.R. Gleitlagerbuchsen dar. Ggf. können sie
auch als Kugelumlaufschuhe ausgestaltet sein.
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Alternativ
hierzu kann auf die Führungselemente
(19) verzichtet werden, wenn z.B. ein aus einer Aluminiumlegierung
gefertigtes Gehäuse
(10, 110) im Bereich der Durchgangsbohrung hartcoatiert – z.B. anodisch
oxidiert – wird.
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Die
verschiedenen, besonders flach bauenden Gehäuse (10, 110)
der Vorrichtung, vgl. 2 und 3, haben
in den beiden Ausführungsbeispielen
eine Höhe,
die dem 2,1-fachen des Schienendurchmessers entspricht.
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Die
Ausnehmung (21) zur Aufnahme des Pneumatikkolbens (40)
bzw. Bremselements hat eine Quaderform, wobei die normal zur Rückseite
(48) orientierten Quaderformkanten mittels relativ großer Radien
abgerundet sind. Im Bereich des planen Bodens (22) der
Ausnehmung (21) münden
Zu- bzw. Ablaufbohrungen (24) mit Gewindeanschlüssen (25) zur
Zu- bzw. Abführung
des Druckgases in den Druckraum (23).
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Zur
Befestigung am – nicht
dargestellten – Schlitten
hat das Gehäuse
mehrere Befestigungsbohrungen (29).
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Das
den Pneumatikkolben darstellende Bremselement (40) ist
in erster Näherung
ein Quader mit einer Quernut (41), der über einen in einer Nut sitzenden
Dichtring (45) in der Ausnehmung (21) dichtend
angeordnet ist. Die in der Rückseite
(48) des Bremselements (40) angeordnete Quernut
(41) hat zwei einander gegenüberliegende Planflächen, die der
Vorrichtung als Reibflächen
(43, 44) dienen. Beide Reibflächen (43, 44)
schließen
nach den 2–3, 6–9 einen
16°-Reibflächenwinkel
(47) ein, vgl. 7. Jede Reibfläche (43, 44) ist
gegenüber
der vertikalen Mittenlängsebene
(6) um den halben Reibflächenwinkel (47) geneigt.
Die Quernut (41) verbreitert sich in Richtung des pneumatischen
Hubs. Die theoretische Schnittlinie zwischen den Ebenen der Reibflächen (43, 44)
verläuft parallel
zur Führungslängsrichtung
(5). Der Nutgrund der Quernut (41) ist zur Minderung
der Kerbwirkung und zur Erhöhung
der Formsteifigkeit mit großen
Radien ausgerundet.
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Das
Bremselement (40) ist z.B. aus einem Einsatzstahl hergestellt.
Ggf. werden die Reibflächenzonen
durch eingesetzte Bremsbeläge
ersetzt. Die Bremsbeläge
sind dann z.B. aus einem entsprechenden Sinterwerkstoff gefertigt.
Dies kann auch für das
gesamte Bremselement gelten.
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Beidseits
der Quernut (41) sind in der Rückseite (48) zwei
Sacklochbohrungen (46) zur Aufnahme der Rückhubfeder
(55) angeordnet. Beide Bohrungen haben als Federauflage
jeweils einen planen Bohrungsgrund.
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In
die Ausnehmung (21) mündet
von jeder Längsseite
des Gehäuses
her eine Gewindebohrung (28), deren Mittellinie parallel
zur Oberseite (11) und senkrecht zur vertikalen Mittenlängsebene
(6) orientiert ist. Die Gewindebohrungen (28),
die z.B. an den Gehäuselängsseiten
mit Schraubensenkungen ausgestattet sind, liegen oberhalb des Führungsbereichs des
Bremsele ments (40). In den Gewindebohrungen (28)
sitzen Stützschrauben
(51), die in den Hohlraum der Ausnehmung (21)
hineinragen. Dort liegt im Bereich des Schraubenendes der einzelnen
Stützschraube
(51) ein Federführungsbolzen
(52) an. Letzterer hat einen Kopf- und einen Zylinderabschnitt.
Der Zylinderabschnitt steckt im Innenraum der jeweiligen Rückholfeder
(55). Die Rückholfeder (55)
stützt
sich am verbreiterten Kopfabschnitt ab. Der Kopfabschnitt hat im
Ausführungsbeispiel
eine Querkerbe (53) mit z.B. einem halbkreisförmigen Querschnitt. Über die
Querkerbe (53) liegt der Federführungsbolzen (52)
an der jeweiligen Stützschraube (51)
an, vgl. auch 1.
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Nach
den 1 und 2 werden pro Brems- und Klemmvorrichtung
als Bremselementrückholvorrichtung
(50) u.a. zwei Rückholfedern
(55) benutzt. Selbstverständlich können auch mehrere Federn oder
auch ganze Gruppen von Federn benutzt werden, z.B. Tellerfederpakete.
Auch andere Federtypen oder andere mechanische, elektromechanische,
piezoelektrische, pneumatische oder hydraulische Rückholsysteme
können
eingesetzt werden.
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Die 3 zeigt
eine andere Lösungsvariante für die Vorrichtung.
Hier wird zum einen die Schiene (9) über mindestens zwei Bremselemente
(141, 142) abgebremst. Zum anderen sind die Bremselemente (141, 142)
in einem wenigstens zweiteiligen, längsgeteilten Gehäuse (110, 111, 112)
untergebracht. Die hier ebene Gehäusefuge (113) verläuft entlang
der Mittellinie (17) der Durchgangsbohrung (16).
Sie ist zudem parallel zur Gehäuseober-
und -unterseite (11, 12). In jedem Gehäuseteil
(111, 112) befindet sich eine Ausnehmung (121, 122)
in der ein separates Bremselement (141, 142) angeordnet
ist. Die beiden einander gegenüberliegenden
Bremselemente (141, 142) weisen zueinander fluchtende
Sacklochbohrungen (146, 147) auf. Die paarweise
fluchtenden Bohrungen, deren Öffnungen
sich jeweils gegenüber liegen,
nehmen als Paar z.B. je eine Rückholfeder (155)
auf.
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Das
Betätigungsprinzip
und die Art der Reibflächenanordnung
entspricht der Lösungsvariante nach 1 bzw. 2.
Nach 3 wird rechtsseitig im Bereich der Ausnehmungsböden über die
Bohrungen (124–127)
die Druckluft zugeführt.
Die Bohrung (127) ist durch einen Klemmbolzen (128)
dicht verschlossen. Auf der linken Seite dient ein Bohrungs- und
Kanalsystem (156) zur Abfuhr der von den sich schließenden Bremselementen
(141, 142) verdrängten Luft. Ggf. kann dieses
Bohrungs- und Kanalsystem
(156) auch zum Öffnen
der Bremselemente (141, 142) verwendet werden.
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In 4 und 5 sind
drei Bremselemente (141–143) dargestellt,
deren Hübe
sich beim Schließen – also beim
Bremsen- und Klemmen – gegenseitig überschneiden.
Das Bremselement (141) wird nach unten bewegt, während die
Bremselemente (142, 143) nach oben gedrückt werden.
Der jeweilige Hub der drei Bremselemente (141–143)
ist beendet, wenn die eingezeichneten Kontaktlinien (144)
an der Schiene (9) anliegen, vgl. 5. Damit
sich die Klemmkräfte
an der Schiene (9) – hier
gestrichelt dargestellt – gegenseitig
aufheben, ohne die Schiene (9) s-förmig zu verformen, entspricht
die Summe der Bremselementlängen
der beiden unteren Bremselemente (142, 143) der
Bremselementlänge
(42) des oberen Bremselements (141).
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In
den 6 bis 9 sind beispielhaft verschiedene
Schienentypen (91–94)
zusammen mit einem Bremselement (40) im Querschnitt dargestellt. 6 zeigt
ein Viereckpolygon (91), 7 ein Dreieckpolygon
(92) und 8 ein Fünfeckpolygon (93). Alle
Profile, also die jeweiligen Umrisse der ent sprechenden Querschnitte,
liegen nur mit stetig gekrümmten
Bereichen an den Reibflächen
(43, 44) des Bremselements (40) an. Durch
die Profilkrümmung ergibt
sich in der Kontaktzone der Reibfläche ein theoretischer Linienkontakt.
Da in der Regel die Bremselemente (40) und die Schienen
(9, 91–94)
aus Werkstoffen hergestellt sind, die eine materialbedingte Elastizität haben,
ergeben sich mit zunehmendem Krümmungsradius
breiter werdende Kontaktzonen. Letzteres wird bei dem Schienenprofil
nach 9 ausgenutzt. Dort ist ein spiegelsymmetrisches
Profil (94) dargestellt, das in den Kontaktzonen einen
möglichst
großen
Krümmungsradius
aufweist. Eine derartige Profil/Bremselementkombination hat einen
besonders geringen Verschleiß.
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- 5
- Führungslängsrichtung,
Schlittenbewegung
- 6
- vertikale
Mittenlängsebene
- 8
- Schienenträger
- 9
- Schiene,
Führungsschiene,
zylindrisch
- 10,
110
- Gehäuse
- 11
- Gehäuseoberseite
- 12
- Gehäuseunterseite
- 13,
14
- Gehäusestirnseiten
- 15
- Ausnehmung,
umgriffartig
- 16
- Durchgangsbohrung
- 17
- Mittellinie
- 18
- Nut,
v-förmig
- 19
- Führungselemente,
Gleitlagerbuchsen
- 21
- Ausnehmung
für (40)
- 22
- Boden
- 23
- Druckraum
- 24
- Zu-
und Ablaufbohrungen
- 25
- Gewindeanschlüsse
- 27
- Umgriffswinkel,
vgl. 2
- 28
- Gewindebohrungen
- 29
- Befestigungsbohrungen
- 40
- Bremselement,
Pneumatikkolben
- 41
- Quernut
- 42
- Bremselementlänge, aktiv
- 43,
44
- Reibflächen
- 45
- Dichtring
- 46
- Sacklochbohrungen
- 47
- Reibflächenwinkel,
vgl. 7
- 48
- Rückseite
- 49
- Länge, aktiv
- 50
- Bremselementrückholvorrichtung
- 51
- Stützschrauben,
Senkkopfschrauben
- 52
- Federführungsbolzen
- 53
- Querkerbe
- 55,
155
- Rückholfedern
- 91
- Schiene
mit Viereckpolygonquerschnitt
- 92
- Schiene
mit Dreieckpolygonquerschnitt
- 93
- Schiene
mit Fünfeckpolygonquerschnitt
- 94
- Schiene
mit Doppelkreisabschnittprofil
- 95
- Querschnittshöhe der Schiene
(9, 91–94)
- 96
- Querschnittsbreite
der Schiene (9, 91–94)
- 111
- Gehäuseteil,
oben
- 112
- Gehäuseteil,
unten
- 113
- Gehäusefuge,
eben
- 121,
122
- Ausnehmungen
für (141, 142)
- 124–127
- Zuluftbohrungen
- 128
- Klemmbolzen
- 141–143
- Bremselemente,
Pneumatikkolben
- 144
- Kontaktlinien
- 146,
147
- Sacklochbohrungen
- 156
- Bohrungs-
und Kanalsystem