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Die
Erfindung betrifft eine Klemm- und/oder Bremsvorrichtung mit den
Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
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Klemm-
oder Bremsvorrichtungen sind in den verschiedensten Ausführungsformen
für die
verschiedensten Anwendungsfälle
bekannt. So ist in der EP-A-0 936 366 eine Bremsvorrichtung für eine Linearführung bekannt,
welche einen Tragkörper
aufweist, der längs
einer Führungsschiene
verfahrbar ist. Der Tragkörper
weist Bremsbacken auf, die auf die beiden Längsseiten einwirken. Der Tragkörper ist H-förmig ausgebildet
und weist einen dünnen
elastisch biegsamen Steg und zwei untere Schenkel auf, mit welchen
er die Führungsschiene
umgreift. Zwischen jeweils einem unteren Schenkel und der Führungsschiene
ist eine Bremsbacke angeordnet. Der Tragkörper ist mit zwei oberen Schenkeln
versehen, die gemeinsam mit dem Steg einen Aufnahmeraum bilden,
in welchem ein auf die oberen Schenkel einwirkendes krafterzeugendes
Mittel vorgesehen ist. Hierbei kann es sich um eine hydraulisch
oder pneumatisch betätigbare
Kniehebelmechanik oder einen Piezoaktuator handeln. Des Weiteren
kann als Kraftwandler ein hydraulisch oder pneumatisch betätigbarer
Keilschieber vorgesehen sein, der in einem hierzu sich in Längsrichtung
der Bremsvorrichtung verjüngend
ausgebildeten Raum zwischen den oberen Schenkeln des Tragkörpers geführt ist.
In allen Fällen erfolgt
durch die Kraftbeaufschlagung der beiden oberen Schenkel ein Biegen
des elastischen Stegs, so dass die beiden unteren Schenkel mit den
Bremsbacken nach innen bewegt werden bzw. die Führungsschiene mit einer größeren Kraft
beaufschlagen.
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Nachteilig
bei dieser bekannten Bremsvorrichtung in Verbindung mit dem Einsatz
eines elektromechanischer Wandlers, beispielsweise eines Piezoelements,
ist insbesondere dessen Empfindlichkeit gegenüber Erschütterungen oder anderweitige
mechanische Belastungen.
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Der
Einsatz einer Kniehebelmechanik oder eines Keilschiebers bedeutet
ebenso wie ein elektromechanischer Wandler einen hohen Montage-
bzw. Herstellungsaufwand.
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Zudem
besteht insbesondere bei Klemmvorrichtungen die Forderung nach ausreichend
hohen Klemmkräften,
die sich bei bekannten Vorrichtungen nur mit einem relativ hohen
konstruktiven und damit finanziellen Aufwand realisieren lassen.
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Aus
der
US 5,855,446 ist
eine hydraulische Klemmbuchse bekannt, welche an einer Welle ausgerichtet
und mit ihr bspw. drehfest verbunden werden kann. Die Buchse weist
einen im Wesentlichen stabilen Buchsenkörper auf, der in einem Abstand um
eine Antriebswelle angeordnet ist. An diesen Buchsenkörper angrenzend
und der Welle zugewandt ist eine mit Druck beaufschlagbare Kammer vorgesehen.
Eine sich im wesentlichen parallel zur Welle erstreckende Seitenwand
dieser Kammer dient hier gleichzeitig als Bremselement, welches
bei Druckbeaufschlagung der Kammer durch die Expansion der Kammer
gegen die Welle gedrückt
wird, um so eine reibschlüssige
Verbindung herzustellen. Durch eine Σ-förmige Ausbildung der seitlich
angrenzenden Wände
der Kammer soll verhindert werden, daß sich die Buchse bei Druckbeaufschlagung
der Kammer schief zur Welle ausrichtet. Die Σ-förmigen Seitenwände der
Kammer ermöglichen
im Beaufschlagungsfall eine Ausdehnung dieser Seitenwände in radialer
Richtung auf die Welle zu, noch bevor der zunehmende Kammerdruck
auch die parallel zur Welle verlaufende Kammerwand gegen die Welle presst.
So kann sich die Buchse rechtwinklig zur Wellenachse ausrichten,
bevor die drehfeste Verbindung erzeugt wird.
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Diese
Klemmvorrichtung weist keine günstige
Kräfteübersetzung
für die
Erzeugung hoher Anprebskräfte
auf. Ferner ist die Kammer in ihrer Gestalt und insbesondere in
ihrer Anordnungsmöglichkeit
relativ zum Buchsenkörper
eingeschränkt. Bremswirkung
kann hier nur durch Beaufschlagung mit Überdruck erzielt werden, und
das eigentliche Bremselement, welches gegebenenfalls hohe Antriebskräfte übertragen
muss, ist nicht fest mit dem Buchsenkörper verbunden, sondern nur über die
erzwungenerweise relativ instabile Druckkammer.
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Aus
der WO 01/34990 A1 ist eine Klemm- und/oder Bremsvorrichtung bekannt,
bei der an einem Grundkörper
eine mit Druck beaufschlagbare Kammer vorgesehen ist, die zumindest
in einem Teilbereich von wenigstens einer biegbaren aber zug- und/oder
druckfesten Wandung begrenzt ist. Die der Wandung gegenüberliegende
Begrenzung der Kammer kann ebenfalls wie die erste Wandung ausgeführt sein.
Sie kann aber auch starrer Teil eines Körpers sein. Bevorzugt liegen
die Wandungen in einem verhältnismäßig geringen
Abstand. Die aus der Verformung der Kammer resultierenden Kräfte werden mindestens
zum Teil in Richtung bzw. entlang der Wandung geleitet und im Bereich
der Verbindung der Wandung mit einem Grundkörper in diesen eingeleitet.
Wählt man
den Angriffspunkt solcher Kräfte
an dem Grundkörper
geeignet aus, und ist dieser Grundkörper wenigstens teilweise elastisch
verformbar, so können
die Kräfte über diesen
Grundkörper
an andere Stellen des Grundkörpers,
bspw. in Klemm- oder Bremsbereiche übertragen werden. Ein entsprechendes
Brems- oder Klemmmittel in diesen Bereichen kann dann mittels der
Kräfte
in eine Beaufschlagungsposition hinein oder aus dieser heraus bewegt werden,
um ein Führungselement
oder ein zu klemmendes oder zu bremsendes Element zu bremsen oder
freizugeben. Dabei kann sowohl aufgebrachter Über- als auch Unterdruck in
der Kammer genutzt werden, um sowohl Zug- als auch Druckkräfte in den Grundkörper einzuleiten.
Selbstverständlich
können die
Klemm- und/oder Bremsbereiche vor und nach der Krafteinleitung noch
in Eingriff mit dem Führungselement
oder dem zu klemmenden oder zu bremsenden Element stehen, wobei
sich jedoch Änderungen der
Beaufschlagungskräfte
zwischen den Klemm- und/oder Bremsbereichen und dem jeweils anderen Element
ergeben.
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Diese
bekannte Klemm- und/oder Bremsvorrichtung geht von der Erkenntnis
aus, dass eine geeignete Kammer bei Beaufschlagung mit Unter- oder Überdruck
eine Verformung anstrebt. Wird diese Kammer zu einem großen Teil
von wenigstens einer annähernd
ebenen Wandung gebildet, so verursacht Über- oder Unterdruck in der
Kammer zunächst
eine Verformung in eine erste Richtung, welche im Wesentlichen senkrecht
zu dieser Wandung verläuft.
Um der Verformung (Expansion oder Kontraktion) in dieser ersten
Richtung nachzugeben resultiert, daraus entsprechend umgekehrt eine
Kontraktion oder Expansion der Kammer in eine im Allgemeinen senkrecht
zur ersten Richtung (also im Wesentlichen parallel zu der Wandung)
verlaufende zweite Richtung. Dabei wird die Tatsache genutzt, dass
geringe Kräfte bzw.
Verformungen in der ersten Rich tung große Kräfte in der zweiten Richtung
erzeugen, die zum Bremsen bzw. Klemmen oder zum Lösen vorgespannter
Klemm- bzw. Bremsvorrichtungen genutzt werden können.
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Schließlich ist
aus der WO2005//044491 A1 eine Dehnspanneinrichtung bekannt, welche
einen Grundkörper
aufweist mit einer an einem axialen Endbereich des Grundkörpers vorgesehenen,
dünnwandigen
Dehnbüchse,
die eine zentrale Aufnahme für
ein zu spannendes Bauteil bildet. Des Weiteren ist ein Spannring
vorgesehen, welcher die Dehnbüchse unter
Bildung einer dazwischen liegenden, ringförmigen Druckkammer umgibt und
welcher mit dem Grundkörper
verschraubt ist. Die Druckkammer ist mit einem Hydraulikmittel gefüllt. Die
Dehnbüchse kann
elastisch verformt werden, um ein Bauteil in der Aufnahme zu fixieren.
Hierzu wird der Spannring unter Verkleinerung des Volumens der Druckkammer durch
Verdrehen gegenüber
dem Grundkörper
axial verstellt. Das Hydraulikmittel ist bei dieser Dehnspanneinrichtung
als elastischer Festkörper
ausgebildet. Zwischen dem elastischen Feststoffkörper und einer Druckfläche des
Spannrings ist ein Gleitringelement angeordnet, um eine axiale Druckkraft
vom Spannring auf den Feststoffkörper
zu übertragen.
Durch die Verwendung des Gleitrings werden rein axiale Druckkräfte auf
den Feststoffkörper
eingeleitet und deren axiale Bewegung von der Drehbewegung des Spannrings
entkoppelt.
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Diese
Dehnspanneinrichtung ermöglicht
jedoch nur das Klemmen eines rotationssymmetrischen Körpers mittels
des ringförmig
ausgebildeten, als Hydraulikmittel dienenden Feststoffkörpers. Ausgehend
von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde,
eine Klemm- und/oder Bremsvorrichtung zu schaffen, die als Hydraulikmedium
einen Feststoffkörper
mit den damit verbundenen Vorteilen aufweist und welche bei einfacher
Bauweise eine flexible Anpassung an unterschiedlichste Klemm- und/oder
Bremsaufgaben ermöglicht.
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Die
Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass durch die Verwendung
eines stift- oder dornartig ausgebildeten Betätigungselements, welches an
beliebiger Position in das als Feststoffkörper ausgebildete Hydraulikmedium
eingreifen bzw. einstechen kann, unterschiedlichste Klemm- und/oder
Bremsaufgaben gelöst
werden können.
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Anders
als bei der Dehnspanneinrichtung gemäß der WO2005/044491 A1 ist
es nicht erforderlich, ein Betätigungselement
in Form eines Gleitrings an eine spezielle Geometrie des Hydraulikmediums anzupassen.
Somit können
identisch ausgebildet Betätigungselemente
zur Realisierung unterschiedlichster Klemm- und/oder Bremsvorrichtungen
verwendet werden. Hierdurch ergeben sich Kostenvorteile sowohl bei
Anpassungsentwicklungen als auch bei der Lagerhaltung für eine entsprechende
Fertigung.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung ist das Hydraulikmedium als elastischer Feststoffkörper ausgebildet.
Grundsätzlich
ist im Rahmen der vorliegenden Beschreibung ein als Feststoffkörper ausgebildetes
Hydraulikmedium dahingehend zu verstehen, dass es sich um einen
Feststoffkörper handelt,
der sich bei einer Deformation im Wesentlichen inkompressibel verhält und welcher,
analog zur einer Hydraulikflüssigkeit,
eine im Wesentlichen gleichmäßige Druckverteilung
innerhalb des Volumens und an den das Volumen begrenzenden Flächen zeigt.
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Ein
derartiger Feststoffkörper
muss nicht notwendigerweise elastische Eigenschaften aufweisen. Vielmehr
kann auch bei einer rein plastischen Verformung eine Inkompressibilität bei gleichmäßiger Druckverteilung
gegeben sein. Ein elastisches Verhalten weist jedoch den Vorteil
auf, dass sich das Hydraulikmedium jeweils wieder selbsttätig in eine
Ausgangsgestalt des Volumens zurückzieht,
wenn Kraftänderungen
rückgängig gemacht
werden, die zu einer Deformation des Volumens geführt haben.
Bei einem derartigen elastischen Feststoffkörper kann es sich beispielsweise
um einen geeigneten Elastomer handeln.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann das Beaufschlagungselement, welches die Klemm-
und/oder Bremskräfte
auf einen weiteren Körper überträgt, einstückig mit
dem Gehäuse
ausgebildet oder lösbar
mit diesem verbunden sein, wobei das Beaufschlagungselement einen
elastisch biegbaren Bereich aufweist, welcher vom Hydrau likmedium
beaufschlagt wird. Eine Volumenänderung des
Hydraulikmediums an einer beliebigen Stelle führt somit zu einer entsprechenden
Volumenänderung
des elastisch biegbaren Bereichs des Beaufschlagungselements.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann das Beaufschlagungselement als ein im Gehäuse verschiebbar
geführter
Kolben ausgebildet sein.
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Das
Hydraulikmedium kann fest mit dem Beaufschlagungselement verbunden
sein, beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren.
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Hierdurch
ergibt sich, insbesondere im Fall eines als Kolben ausgebildeten
Beaufschlagungselements, der Vorteil, dass sich bei Verwendung eines elastischen
Feststoffkörper-Hydraulikmediums
das Beaufschlagungselement zusammen mit dem Hydraulikmedium wieder
in die Ausgangsposition zurück
bewegt. Das Verbinden kann im Fall eines Elastomers beispielsweise
durch Verkleben oder Vulkanisieren erfolgen.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann das Hydraulikmedium eine zylindrische Form aufweisen
oder ringförmig
ausgebildet sein. Hierdurch ergibt sich eine einfache geometrische
Form, die zusammen mit dem wenigstens einen stift- oder dornartig
ausgebildeten Betätigungselement
eine einfache Bauweise ermöglicht.
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Nach
einer anderen Ausführungsform
der Erfindung kann das wenigstens eine Betätigungselement als Stift ausgebildet
sein, der in Richtung der Bewegungsrichtung des Stifts zur Erzeugung
einer Druckerhöhung
im Hydraulikmedium gesehen, im rückwärtigen Bereich
einen größeren Querschnitt aufweist
als im vorderen Bereich, wobei der Stift das Hydraulikmedium vollständig durchgreift.
Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass eine Volumenänderung durch
den Differenzquerschnitt erzeugt wird, der sich als Unterschied
der Querschnittsflächen
des vorderen und rückwärtigen Bereichs
ergibt. Die Volumenänderung
ist dabei (konstante Querschnitte im vorderen und rückwärtigen Bereich
vorausgesetzt) gleich der Differenzquerschnittsfläche multipliziert
mit dem jeweils gegebenen Bewegungsweg.
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Gegenüber einem
reinen Einstechen eines Dorns in ein Hydraulikmedium wird hierdurch
der Vorteil erreicht, dass jeweils nur eine relativ geringe Materialbewegung
des Feststoffkörper-Hydraulikmediums
bewirkt wird, was sich positiv auf die Haltbarkeit des Materials
(Anzahl der Wiederholungszyklen) auswirkt.
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Das
vordere Ende eines derart ausgebildeten Stifts kann in eine Ausnehmung
des Gehäuses eingreifen,
welche eine solche Tiefe aufweisen muss (eine rein lineare Bewegung
des Stifts vorausgesetzt), dass ein Bewegungsweg möglich ist,
der die geforderte Volumenänderung
erzeugt.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
kann ein derart ausgebildeter Stift mit seinem vorderen Ende auch
die betreffende Gehäusewandung
durchragen. Hierdurch kann der Bewegungsweg des Stifts sichtbar
gemacht werden. Gleichzeitig kann ein Verschleiß des Feststoffkörper-Hydraulikmediums
auf diese Weise sichtbar gemacht werden, beispielsweise wenn das
Stiftende mit zunehmender Anzahl von Betätigungen der Klemm- und/oder Bremsvorrichtung
(in seiner Ausgangsstellung oder Endstellung) immer weiter aus dem
Gehäuse
herausragt.
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Auf
diese Weise können
nicht nur Verschleißerscheinungen
des Hydraulikmediums sondern auch Verschleißerscheinungen des Beaufschlagungselements
sichtbar gemacht werden.
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Nach
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung kann das wenigstens eine Betätigungselement als Hülsenteil
ausgebildet sein und zusätzlich ein
Eingriffsteil vorgesehen sein, welches das Hydraulikmedium teilweise
oder vollständig
durchgreift und welches einen Querschnitt aufweist, der im Wesentlichen
komplementär
zum Querschnitt des Innenraums des Hülsenteils ausgebildet ist.
Auf diese Weise kann das Hülsenteil
im Wesentlichen spielfrei auf dem Eingriffsteil verschoben werden,
wobei das Hülsenteil
während
des gesamten möglichen
Bewegungswegs mit dem Eingriffsteil in Eingriff stehen sollte.
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Auch
bei dieser Ausführungsform
ergibt sich die Volumenänderung
entsprechend dem axialen Verschiebeweg des Hülsenteils multipliziert mit
der Querschnittsfläche
der ringförmigen
Wandung des Hülsenteils.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann das Eingriffsteil fest oder lösbar mit dem Beaufschlagungsteil oder
einer Gehäusewandung
verbunden sein. Dabei ermöglicht
die Verbindung mit dem Beaufschlagungsteil das Realisieren einer
Bewegung des Betätigungselements
in derselben Richtung in der auch die Bewegung des Beaufschlagungselements
erfolgen soll. Erfolgt die Bewegung des Beaufschlagungselements
in einer andere Richtung, beispielsweise senkrecht zur Bewegungsrichtung
des Betätigungselements,
so kann das Eingriffsteil mit einer Gehäusewandung verbunden sein.
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Nach
einer Ausführungsform
der Erfindung kann die Außenwandung
des vorderen Endes des Hülsenteils,
welches das Eingriffsteil umfasst, verjüngt ausgebildet sein, beispielsweise
einen angefasten Bereich aufweisen.
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Zur
Betätigung
des wenigstens einen Betätigungselements,
um eine Volumenänderung
(genau genommen eine Änderung
der Gestalt des Volumens) des Hydraulikmediums zu bewirken, kann
beispielsweise ein Pneumatikzylinder oder ein Betätigungsseil
vorgesehen sein.
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Durch
die Realisierung eines hydraulischen Prinzips mittels eines Feststoffkörpers bleibt
der Vorteil des hydraulischen Prinzips erhalten, wonach im Fall
eines Betätigungselements,
welches eine kleine wirksame Querschnittsfläche aufweist, mit welchem das
Hydraulikmedium beaufschlagt wird, mit einer geringen Kraft ein
hoher Druck im Hydraulikmedium erzeugt werden kann. Dieser hohe
Druck innerhalb des Hydraulikmediums kann durch die Verwendung einer
relativ großen
Fläche,
mit welcher das Beaufschlagungselement vom Hydraulikmedium beaufschlagt
wird, in eine hohe Klemm- und/oder Bremskraft umgesetzt werden.
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Weitere
Ausführungsformen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung wird nachfolgend
anhand in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. In der
Zeichnung zeigen
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1 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine erste Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung mit einem dornartigen Betätigungselement,
wobei die Bewegungsrichtungen des Betätigungselements und des Beaufschlagungselements
senkrecht zueinander stehen;
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2 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung mit einem ringförmigen Feststoffkörper-Hydraulikmedium;
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3a eine
schematische, perspektivische Ansicht einer dritten Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung mit einem hülsenförmigen Betätigungselement;
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3b einen
Querschnitt durch die Ausführungsform
in 3a;
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4a eine
schematische Darstellung einer vierten Ausführungsform einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung
mit einem stiftartigen Betätigungselement,
welches das Hydraulikmedium vollständig durchgreift;
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4b einen
Längsschnitt
durch die Ausführungsform
in 4a;
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5a eine
perspektivische Ansicht einer Spanneinrichtung mit drei Klemm- und/oder Bremsvorrichtungen;
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5b einen
axialen Schnitt durch die Ausführungsform
nach 5a;
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6 eine
perspektivische Ansicht einer Scheibenbremse mit einer weiteren
Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung mit einem Feststoffkörper-Hydraulikmedium.
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Die
in 1 in einem schematischen Längsschnitt dargestellte Klemm-
und/oder Bremsvorrichtung 1 zeigt einen schlittenartigen
Teil 3, welcher verschiebbar auf einer Schiene 5 geführt ist.
Hierzu üblicherweise
vorhandene Wälzlager
sind aus Gründen der
Einfachheit nicht dargestellt.
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Auf
dem schlittenartigen Teil 3 ist die eigentliche Klemm-
und/oder Bremsvorrichtung 1 vorgesehen. Diese umfasst ein
Gehäuse 7,
in welchem ein Pneumatikzylinder 9 vorgesehen ist. Der
Pneumatikzylinder 9 umfasst einen Kolben 11, in
dessen Umfang ein Einstich ausgebildet ist, in dem ein Dichtelement 13 aufgenommen
ist. Das Dichtelement 13 dichtet bei einer Beaufschlagung
der rückwärtigen Seite
des Kolbens mit Druckluft, welche dem Druckraum 15 des
Pneumatikzylinders 9 zuführbar ist, den Druckraum 15 gegenüber einem
drucklosen Raum 17 ab, so dass auf den Kolben 13 eine
in 1 nach rechts gerichtete Druckkraft ausgeübt wird.
Der Wert der Druckkraft ergibt sich aus der Beaufschlagungsfläche der
rückwärtigen Seite
des Kolbens 13 multipliziert mit dem Druck der dem Druckraum 15 zugeführten Druckluft.
Der Druckraum 15 bzw. der gesamte Pneumatikzylinder 9 ist
auf seiner rückwärtigen Seite
(in 1 links) mittels eines Deckels 19 verschlossen,
der dicht in eine entsprechende, mit einem Gewinde versehene Bohrung
des Gehäuses 7 eingeschraubt
werden kann. Aus Gründen
der Übersichtlichkeit
sind entsprechende Zuleitungen für
die Druckluft nicht dargestellt.
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Mit
der der mit Druckluft beaufschlagten Seite abgewandten Seite des
Kolbens 11 ist ein dornartiges Betätigungselement 21 vorgesehen,
das zusammen mit dem Kolben 11 bewegbar ist bzw. die vom
Kolben 11 erzeugte Druckkraft aufnimmt. Das vordere Ende
des Betätigungselements 21 ragt durch
eine den Pneumatikzylinder begrenzende Wandung 23 in ein
aus einem Feststoffkörper
gebildetes Hydraulikmedium 25. Das Hydraulikmedium weist
eine zylindrische Form auf und ist in einer entsprechenden zylindrischen
Ausnehmung 27 im Gehäuse 7 gehalten.
In der zylindrischen Ausnehmung 27 des Gehäuses 7 ist
ein Beaufschlagungselement in Form eines Kolbens 29 verschiebbar
gehalten. Der Kolben 29 kann mit seiner Vorderseite bereits
im Ausgangszustand an der Schiene 5 anliegen. Es kann jedoch
im Ausgangszustand auch ein geringer Spalt zwischen der Vorderseite
des Kolbens 29 und der Schiene 5 gegeben sein.
Die rückwärtige Stirnseite
des Kolbens 29 kann mit dem Hydraulikmedium 25 verbunden
sein, beispielsweise durch Kleben oder Vulkanisieren.
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Die
zylindrische Ausnehmung 27 ist mittels eines Verschlusselements 31 verschlossen,
welches in den oberen Bereich der zylindrischen Ausnehmung 27 einschraubbar
ist. Das Verschlusselement beaufschlagt mit seiner nach innen gewandten
Stirnseite das Hydraulikmedium 25.
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Wird
nun ausgehend von einem drucklosen Zustand des Pneumatikzylinders 9 dessen
Druckraum 15 mit Druckluft beaufschlagt, so wird das dornartige
Betätigungselement 21 mit
seiner Spitze (weiter) in das Hydraulikmedium 25 eingedrückt. Hierdurch
wird eine Änderung
der Gestalt des Volumens des Hydraulikmediums 25 erzeugt.
Da sich das Hydraulikmedium 25 nur in Richtung der Bewegungsrichtung
des Kolbens 29 ausdehnen kann, wird der Kolben 29 zunächst in
Richtung auf die Schiene 5 zubewegt, sofern im Ausgangszustand
der Kolben nicht bereits an der Schiene 5 anliegt. Verursacht
das Eindringen des Betätigungselements
in das Hydraulikelement eine Volumenverdrängung, die größer ist
als die Volumenänderung,
die erforderlich ist, um den Kolben 29 bei einem gegebenen
Abstand zwischen dessen Vorderseite und der Schiene bis in eine
Position zu bewegen, in der der Kolben 29 an der Schiene 5 anliegt,
so ergibt sich innerhalb des Hydraulikmediums 25 eine Druckerhöhung. Der
Enddruck ist dabei abhängig
von der Kraft, mit welcher der Kolben 13 das Betätigungselement 21 in
das Hydraulikmedium 25 hineindrückt. Maßgeblich hierfür ist die
Querschnittsfläche
des Betätigungselements
in dessen Betätigungsrichtung.
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Nach
den Gesetzen der Hydrostatik wird der Kolben 29 mit einer
Druckkraft an die Schiene 5 angepresst, die sich aus dem
im Hydraulikmedium 25 erzeugten Druck und der Querschnittsfläche des
Kolbens 29 ergibt. Maßgeblich
ist auch hier die effektive Querschnittsfläche des Kolbens senkrecht zu
seiner Bewegungsrichtung, die vom Hydraulikmedium 25 beaufschlagt
wird.
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Da
die Querschnittsfläche
des Betätigungselements 21 klein
gegen die Querschnittsfläche
des Kolbens 29 ist, ergibt sich eine Beaufschlagungskraft für den Kolben 29,
die dem Produkt aus der Beaufschlagungskraft für das Betätigungselement 21 und dem
Verhältnis
der Querschnittsfläche
des Kolbens 29 zur Querschnittsfläche des Betätigungselements 21 ergibt.
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Auf
diese Weise kann das schlittenartige Teil 3, welches, wie
in 1 dargestellt, auf beiden Seiten jeweils eine
identische Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 1 aufweist,
auf der Schiene 5 geklemmt oder freigegeben bzw. hinsichtlich
seiner Bewegung gebremst werden.
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2 zeigt
einen schematischen Querschnitt durch eine weitere Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 10, welche zur Klemmung
eines rotationssymmetrischen Teils, beispielsweise einer Welle geeignet
ist. Das Gehäuse 7 weist
in diesem Fall einen Aufnahmedurchbruch 33 auf, in welchem
ein zu klemmendes Element, beispielsweise eine Welle, aufgenommen
sein kann. Im Gehäuse 7 ist
des Weiteren eine ringförmige
Ausnehmung 35 vorgesehen, in welchem ein ringförmig ausgebildetes
Hydraulikelement 25 aufgenommen ist. Die ringförmige Ausnehmung 35 ist
mittels eines flanschartigen Teils 37 verschlossen, wobei
die in axialer Richtung verlaufende Wandung des Teils 37 den Aufnahmedurchbruch 33 begrenzt.
Im Gehäuse 7 ist des
Weiteren ein ringförmig
ausgebildeter Pneumatikzylinder 9 vorgesehen. Dieser umfasst
einen ringförmigen
Kolben 11, an dessen rückwärtiger Seite
ein Druckraum 15 ausgebildet ist. Die Zuführleitungen und
Zuführöffnungen
für das
pneumatische Medium sind in 2 aus Gründen der
Einfachheit nicht dargestellt. Mit dem Kolben 11 sind mehrere
dornartige Betätigungselemente 21 verbunden,
die durch jeweils eine passende Bohrung in der senkrecht zur Achse
der gesamten Vorrichtung verlaufende Wandung ragen und mit ihrem
vorderen Ende das Hydraulikmedium 25 beaufschlagen bzw.
in dieses hineinragen.
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Die
die ringförmige
Ausnehmung 35 zur Aufnahme des Hydraulikmediums 25 begrenzende
Innenwandung 39 des Gehäuses 7 bildet
bei der in 2 dargestellten Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 10 ein Beaufschlagungselement
für das
Klemmen und/oder Bremsen des nicht dargestellten rotationssymmetrischen
Elements, welches in den Aufnahmedurchbruch 33 einsetzbar
ist.
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Wird
bei der in 2 dargestellten Klemm- und/oder
Bremsvorrichtung 10 der Druckraum 15 mit Druckluft
beaufschlagt, so wird der ringförmige
Kolben 11 zusammen mit den dornartigen Betätigungselementen 21 in
Richtung auf das Hydraulikmedium 25 bewegt, sofern die
Innenwandung 39 nicht bereits im Ausgangszustand an dem
zu klemmenden Element anliegt. Ist zwischen dem zu klemmenden Element und
der Innenwandung 39 im Ausgangszustand ein Spalt vorhanden,
so werden die Betätigungselemente 21 so
weit in das Hydraulikmedium 25 hineingedrückt, bis
die hierdurch verursachte Änderung
der Gestalt des Volumens des Hydraulikmediums 25 ein Anliegen
der Innenwandung 39 an die Außenfläche des zu klemmenden Elements
bewirkt. Anschließend erfolgt
eine Erhöhung
des Drucks im Hydraulikmedium 25 entsprechend der mittels
des Pneumatikzylinders 9 erzeugten Druckkraft, die sich
auf die einzelnen Betätigungselemente 21 aufteilt.
Das zu klemmende Element wird damit mit einer auf dessen Umfangsfläche wirkenden
Anpresskraft gehalten, die sich aus dem Produkt der am zu klemmenden
Element anliegenden Fläche
der Wandung 39 und dem im Hydraulikmedium 25 wirksamen
Druck ergibt.
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Die
in 3 dargestellte weitere Ausführungsform
betrifft wieder das Bremsen bzw. Klemmen eines auf einer Schiene 5 geführten schlittenartigen
Teils 3. In dem in 3 dargestellten,
schlittenartigen Teil 3 ist eine Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 20 vorgesehen,
welche wiederum einen Pneumatikzylinder 9 mit einem Kolben 11 umfasst.
Der Pneumatikzylinder 9 ist mit einem Deckel 19 verschlossen,
welcher eine entsprechende Bohrung im Gehäuse 7 verschließt. Wie
aus 3 ersichtlich, kann der Deckel 19 mit
dem Gehäuse 7 verschraubt werden.
Der Deckel 7 weist eine Gewindebohrung 19a auf,
in welche eine Anschlussleitung für das Zuführen von Druckluft eingeschraubt
werden kann.
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An
der dem Druckraum 15 bzw. der Gewindebohrung 19a abgewandten
Seite des Kolbens 11 ist ein hülsenartiges Betätigungselement 41 vorgesehen,
welches eine zur Bewegungsrichtung des Kolbens 11 parallele
Achse aufweist. Das Betätigungselement 41 durchgreift
die Bodenwandung 43a eines topfförmigen Aufnahmeelements 43,
in welchem ein Hydraulikmedium 25 aufgenommen ist. Der
Aufnahmeraum des topfförmigen
Aufnahmeelements 43 für das
Hydraulikmedium 25 ist auf seiner offenen Seite durch ein
Beaufschlagungselement in Form eines Kolbens 29 begrenzt.
Der Kolben 29 ist mit einem stiftförmigen Eingriffsteil 45 verbunden,
welches das Hydraulikmedium 25 durchgreift und in das hülsenartige
Betätigungselement 41 eingreift.
Die Geometrie des Eingriffsteils 45 und die Geometrie des
hülsenartigen
Betätigungselements
sind dabei jeweils so aufeinander abgestimmt, dass das Betätigungselement 41 im
Wesentlichen spielfrei auf dem Eingriffsteil 45 geführt ist.
Hierdurch wird zum Einen ein Verkanten bei der Verschiebebewegung
vermieden und zum Anderen wird verhindert, dass Hydraulikmedium
in einen zu großen
Spalt zwischen der Innenwandung des hülsenartigen Betätigungselements 41 und
der Außenwandung
des in dieses eingreifenden Eingriffsteils 45 hineingepresst
wird.
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Wird
bei der in den 3a und 3b dargestellten
Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 20 der Kolben 11 des
Pneumatikzylinders 9 mit Druckluft beaufschlagt, so wird
das Betätigungselement 41,
welches verschiebbar auf dem Eingriffsteil 45 geführt ist, aus
einer Ausgangsposition (weiter) in das Hydraulikmedium 25 hineingedrückt.
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Wie
bereits zuvor in Verbindung mit den Ausführungsformen nach den 1 und 2 erläutert, ergibt
sich hierbei zunächst
ein Schließen
eines gegebenenfalls bestehenden Spalts zwischen der Vorderseite
des als Beaufschlagungselement wirkenden Kolbens 29 und
der entsprechenden Anlagefläche der
Schiene 5 und anschließend
eine Druckerhöhung im
Hydraulikmedium 25. Die Druckerhöhung ist bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel abhängig von
der ringförmigen
Querschnittsfläche
des hülsenförmigen Betätigungselements 41 und
der auf dieses wirkenden Kraft, die vom Pneumatikzylinder 9 erzeugt
wird. Die auf die Schiene 5 mittels des Beaufschlagungselements
bzw. den Kolben 29 ausgeübte Kraft ergibt sich wiederum
aus der vom Hydraulikmedi um 25 beaufschlagten Fläche des
Kolbens 29 sowie dem im Hydraulikmedium herrschenden Druck. Wie
bereits zuvor beschrieben, ergibt sich hierdurch wieder eine Übersetzung
der mittels des Betätigungselements 41 auf
das Hydraulikmedium 25 ausgeübten Kraft entsprechend dem
Verhältnis
zwischen der vom Hydraulikmedium 25 beaufschlagten Fläche des
Kolbens 29 und der effektiv wirksamen ringförmigen Querschnittsfläche des
Betätigungselements 41.
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Wie
aus 3b ersichtlich, dient das topfförmige Aufnahmeelement 43 zur
Einstellung eines Spalts zwischen dem Kolben 29 und der
Schiene 5 bzw. zur exakten Positionierung des Kolbens 29 in seiner
Ausgangslage in Bezug auf die Schiene 5. Hierzu ist das
topfförmige
Element mittels einer Gewindebohrung in das Gehäuse 7 einschraubbar
und auf diese Weise verstellbar. Zur Verstellung dienen Bohrungen 43b in
der rückwärtigen Stirnseite
des topfförmigen
Elements 43, in welches ein entsprechendes Werkzeug mit
Vorsprüngen
zur Drehung des Elements 43 eingreifen kann.
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Selbstverständlich kann
bei dieser Ausführungsform,
ebenso wie bei allen anderen Ausführungsformen bereits im Ausgangszustand,
d.h. im drucklosen Zustand des Pneumatikzylinders bzw. in der Ausgangsposition
des Betätigungselements 41 bzw. 21 eine
Vorspannung zwischen dem Beaufschlagungselement und dem zu klemmenden
Element eingestellt werden. Hierzu sollte die Ausgangsstellung des
Betätigungselements
durch einen Anschlag fixiert sein.
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Die
bei der Ausführungsform
gemäß 3 realisierte Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 20 mit einem
hülsenartigen
Betätigungselement
weist den Vorteil auf, dass infolge der kleinen Durchmesseränderung
beim Eindrücken
des Betätigungselements 41 in
das Hydraulikmedium 25 im Hydraulikmedium 25 lediglich
eine geringe Verschiebung von Material bzw. nur geringe Bewegungen
von differenziell kleinen Materialvolumina des Hydraulikelements 25 erforderlich
sind. Das Material des Hydraulikmediums 25 ist somit geringeren
Belastungen ausgesetzt, was zu einer verbesserten Haltbarkeit und
Standzeit des Materials führt.
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Auch 4 zeigt ein schlittenartiges Teil 3, welches
verschiebbar auf einer Schiene 5 geführt ist. Die in das schlittenartige
Teil 3 integrierte Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 30 unterscheidet
sich von der in 3 dargestellten Ausführungsform
dadurch, dass die Bewegungsrichtungen von Betätigungselement und Beaufschlagungselement
senkrecht zueinander stehen. Das Prinzip der Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 30 gemäß 4 entspricht somit weitestgehend der Ausführungsform nach 1.
Es kann somit weitestgehend auf die vorstehenden Ausführungen
in Verbindung mit der Ausführungsform
gemäß 1 verwiesen
werden.
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Im
Unterschied zu der Ausführungsform
der Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 1 nach 1 weist
die Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 30 gemäß 4 jedoch ein stiftartiges Betätigungselement 47 auf,
welches in seinem rückwärtigen Bereich einen
größeren Durchmesser
bzw. einen größeren Querschnitt
aufweist als in seinem vorderen Bereich, wobei das stiftartige Betätigungselement
das Hydraulikmedium 25 vollständig durchgreift und mit seinem
vorderen Ende in einen Durchbruch in der Gehäusewandung 51 ragt.
Die Funktionsweise der Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 30 in
Bezug auf das Bewirken einer Änderung
der Gestalt des Volumens des Hydraulikmediums 25 ist vergleichbar
mit der betreffenden Funktionsweise der Ausführungsform einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 20 gemäß 3. Auch hier wird eine Aufweitung eines Durchbruchs
im Hydraulikmedium 25 durch das Einschieben eines Bereichs
mit größerem Durchmesser bzw.
größerer Querschnittsfläche erreicht.
Anstelle eines teleskopartig ein Eingriffsteil umfassenden Betätigungselements 41 wird
bei der Ausführungsform nach 4 jedoch ein einteiliges, stiftartiges
Betätigungselement 47 mit
einer entsprechenden Änderung
des Querschnitts verwendet.
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Die
durch die Änderung
der Gestalt des Volumens des Hydraulikmediums 25 bewirkt
Ausübung einer
Kraft auf den Kolben 29, welcher als Beaufschlagungselement
dient, ist wiederum identisch mit der betreffenden Funktionsweise
der Ausführungsform
nach 1.
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Da
bei der Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 30 nach 4 das Betätigungselement 47 durch
den Durchbruch 49 in der Gehäusewandung 51 ragt,
kann dies als Erkennungszeichen dienen, ob sich das System in der
Ausgangsstellung oder der geklemmten Stellung befindet. Bei der
in 4b dargestellten Ausgangsposition ragt das vordere
Ende des Betätigungselements 47 noch
nicht über
die Wandung 51 hinaus. Wird der Kolben 11 des
Pneumatikzylinders 9 zusammen mit dem Betätigungselement 47 in
die klemmende Stellung bewegt, in welcher das Betätigungselement
weiter in das Hydraulikmedium 25 eintaucht, so ragt das vordere
Ende des Betätigungselements 47 über die Wandung 51 hinaus,
wodurch die klemmende bzw. bremsende Stellung der Vorrichtung 30 optisch
angezeigt wird.
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5 zeigt ein Nullspannsystem 53,
mit welchem ein Aufnahmeelement 55 in einer exakt definierten
Position fixiert und klemmbar ist. Wie aus der perspektivischen,
teilweise aufgebrochenen Ansicht gemäß 5a ersichtlich,
weist das Nullspannsystem 53 hierzu drei Klemm- und/oder
Bremssysteme 40 auf, die jeweils um einen Winkelabstand
von 120° versetzt
sind. Die Klemm- und/oder Bremsvorrichtungen 40 gemäß 5 sind ähnlich ausgebildet wie die Klemm-
und/oder Bremsvorrichtungen 30 gemäß 4.
Auch hier wird das Prinzip eines hülsenartigen Betätigungselements 47 verwendet,
welches ein stiftartiges Eingriffsteil 45 umfasst. Das
Hydraulikmedium 25, ein verschiebbarer Kolben 29 und
ein Verschlussdeckel 31 sind in gleicher Weise wie bei
der Ausführungsform
nach 4 in jeweils eine radial zu dem
zu klemmenden, rotationssymmetrischen Aufnahmeelement 25 vorgesehen.
An der Unterseite des Nullspannsystems 53 ist ein Pneumatikzylinder 9 integriert.
Dieser umfasst einen Kolben 11, der in seiner Ausgangsstellung
an einem Deckel 19 des Pneumatikzylinders 9 anliegt.
Ein Druckraum 15 wird zwischen der Rückseite des Kolbens 11 und
der Innenwandung des Deckels 19 gebildet. Aus Gründen der Einfachheit
sind wiederum Zuführleitungen
für das Zuführen von
Druckluft nicht dargestellt. Der Kolben 11 ist mit den
hülsenartigen
Betätigungselementen 47 für die drei
Klemm- und/oder Bremsvorrichtungen 40 verbunden. Des Weiteren
sind stiftförmige
Eingriffselemente 45 vorgesehen, die jeweils das Hydraulikmedium 25 durchragen
und fest zwischen einer oberen Wandung (5b) und
dem Deckel 19 fixiert sind.
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Auf
diese Weise lässt
sich durch eine Druckbeaufschlagung des Druckraums 15 über den
Kolben 11 des Pneumatikzylinders 9 gleichzeitig
eine Bewegung aller drei Betätigungselemente 47 bzw.
das Ausüben
einer Kraft zur Erzeugung einer Druckerhöhung im jeweiligen Medium 25 erreichen.
Durch die Änderung
der Gestalt des Volumens jedes Hydraulikmediums 25 bzw.
durch die Änderung
der im jeweiligen Hydraulikmedium 25 wirkenden Druckkraft
ergibt sich ein Schließen
eines Spalts zwischen den Vorderseiten der Kolben 29 und
dem Außenumfang
des Aufnahmeelements 25 bzw. nach dem Anliegen der Kolben 29 an
das Aufnahmeelement 55 eine entsprechende Erhöhung der
Anpresskräfte.
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6 zeigt
eine Scheibenbremse 57, welche eine Bremsscheibe 59 und
eine Klemm- und/oder
Bremseinrichtung 50 umfasst. Die Bremseinrichtung 50 weist
ein Gehäuse 7 auf,
in welchem, ähnlich
wie bei den Ausführungsformen
nach den 4 und 5 in
einer zylindrischen Ausnehmung 27 ein Hydraulikmedium 25 und
ein Verschlusselement 31 sowie ein als Beaufschlagungselement
für die Bremsscheibe 59 wirkender
Kolben 29 aufgenommen sind. Der Kolben 29 kann
im Fall der in 6 dargestellten Scheibenbremse
als Bremsbelag ausgebildet sein und aus einem hierfür geeigneten
Material bestehen. Auf der dem Kolben 29 gegenüber liegenden
Seite ist ein weiterer Bremsbelag 61 in einer entsprechenden
zylindrischen Ausnehmung im Gehäuse 7 gehalten,
welcher mit einem in das Gehäuse 7 einschraubbaren
Verschlusselement 31 verbunden sein kann. Vorzugsweise
ist auch der Kolben 29 mit dem Hydraulikmedium 25 verbunden.
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Das
Hydraulikmedium 25 ist bei der in 6 dargestellten
Ausführungsform
einer Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 50 von einem stiftartigen Betätigungselement 47 durch
Griffen, welches analog der Ausführungsform
nach 4 ausgebildet ist. Das einen
geringeren Querschnitt aufweisende Ende des Betätigungselements 47,
welches das Hydraulikmedium 25 durchgreift, ist mit einem
Zugseil 63 verbunden.
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Das
Zugseil ist durch eine zylindrische Bohrung 65 im Gehäuse 7 geführt, in
welches das einen kleineren Querschnitt aufweisende Ende des Betätigungselements 47 hinein ragt.
Am Boden der zylindrischen Bohrung 65 ist eine Scheibe 67 vorgesehen, welche
eine zentrische Bohrung aufweist, durch welche das Zugseil 63 hindurchgeführt ist.
Die Scheibe 67 dient mit ihrer unteren Stirnseite als Anschlag
für die
Stirnseite des Betätigungselements 47 und
mit ihrer oberen Stirnseite als Anschlag für eine in der Bohrung 65 vorgesehene
Schraubenfeder 69. Das obere Ende der Schraubenfeder 69 beaufschlagt
ein in die Ausnehmung 65 einschraubbares Verschlusselement 71,
welche eine zentrische Bohrung aufweist, durch welche das Zugseil 63 hindurchgeführt ist.
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Auf
diese Weise kann durch das Aufbringen einer Zugkraft mittels des
Zugseils 63 das Betätigungselement 47 mit
dem rückwärtigen Bereich,
welcher einen größeren Querschnitt
aufweist, in das Hydraulikmedium 25 hineinbewegt werden.
Hierdurch ergibt sich in der vorstehend beschriebenen Art und Weise
eine Bewegung des Kolbens 29 in Richtung auf die Bremsscheibe 59 und
nach dem Anliegen des Kolbens 29 an der Bremsscheibe 59 eine
entsprechende Bremskraft. Durch die Scheibe 67 und die Schraubenfeder 69 wird
ein selbsttätiges
Rückstellen des
Betätigungselements 47 erreicht,
wenn die auf das Zugseil 63 wirkende Zugkraft geringer
ist als die von der Schraubenfeder 69 auf die Scheibe 67 ausgeübte Kraft.
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Selbstverständlich kann
anstelle des stationären
Bremsbackens 61 auch auf dieser Seite der Bremsscheibe 59 im
Gehäuse 7 eine
zweite Klemm- und/oder Bremsvorrichtung 50 vorgesehen sein.
Die beiden Zugseile können
miteinander verbunden sein und an diesem Verbindungsseil kann das
eigentliche Zugseil angreifen. Anstelle eines Verbindungsseils kann
in diesem Fall selbstverständlich
auch ein starres Verbindungselement vorgesehen sein.
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Gegenüber herkömmlichen
Scheibenbremsen weist diese Scheibenbremse den Vorteil eines äußerst einfachen
und kompakten Aufbaus auf, wobei keinerlei Kraftumlenkungen, Hebelmechaniken, Kulissenführungen
oder dergleichen erforderlich sind. Gegenüber rein ölhydraulischen Bremsen weist eine
derartige Scheibenbremse den Vorteil auf, dass durch die Verwendung
des Feststoffkörper-Hydraulikmediums
keinerlei Dichtungsprobleme auftreten können.
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Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass, soweit sinnvoll, selbstverständlich einzelne
Merkmale, die vorstehend nur im Zusammenhang mit jeweils einer bestimmten
Ausführungsform
beschrieben sind, auch analog mit anderen Ausführungsformen kombinierbar sind.
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Abschließend sei
darauf hingewiesen, dass das Antreiben des Betätigungselements grundsätzlich durch
jede geeignete Antriebseinrichtung erfolgen kann, beispielsweise
auch durch eine elektromagnetische Antriebseinrichtung, wie einen
Hubmagneten, der mit dem Betätigungselement
oder einem damit verbundenen Element gekoppelt ist.
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Das
Betätigungselement
kann auch vorgespannt sein, beispielsweise mittels eines federnden Elements,
welches das Betätigungselement
in seiner Ruhelage so beaufschlagt, dass die Klemm- und/oder Bremsvorrichtung
das jeweilige Element klemmt oder bremst.
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Der
Antrieb kann dann so ausgebildet sein, dass bei dessen Aktivierung
das Betätigungselement so
bewegt wird, dass die über
die damit verursachte Änderung
der Gestalt des Volumens des Hydraulikmediums die klemmenden oder
bremsenden Kräfte, die
auf das jeweilige Element ausgeübt
werden, reduziert oder ganz aufgehoben werden.