DE102007004095A1

DE102007004095A1 - Bremse für eine linear und rotatorisch bewegliche Welle

Info

Publication number: DE102007004095A1
Application number: DE102007004095A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dr. Budde; Aziz Inalkac; Rolf Vollmer; Mykhaylo Toldonov
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2007-01-26
Filing date: 2007-01-26
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2027-01-27
Also published as: DE102007004095B4; US20100000830A1; WO2008090197A2; WO2008090197A3

Abstract

Bei kombinierten Dreh-Linear-Bewegungen einer Welle (2) sollen entweder beide Bewegungen oder eine davon ohne hohen Energieaufwand einfach abgebremst werden können. Hierzu wird eine Bremse mit einer Bremsehalterung (1) sowie mindestens zwei bogenförmigen Bremsbacken (5) vorgeschlagen, die jeweils mit einem Bremsbelag ausgestattet sind, die an der Bremsehalterung (1) befestigt sind und die an die bewegliche Welle (2) anpressbar sind. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise sowohl die Linear- als auch die Rotationsbewegung der Welle (2) abbremsen. Zum Abbremsen nur der Linearbewegung kann eine auf der Welle rotatorisch gelagerte, axial feste Bremshülse verwendet werden. Ferner kann eine Linearkugelbüchse zum Abbremsen der Drehbewegung genutzt werden, ohne die lineare Bewegung zu beeinflussen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle. Insbesondere lässt sich eine derartige Bremse für Dreh-Linear-Motoren einsetzen.
Kombinationsantriebe, die eine Dreh-Linear-Bewegung erzeugen, erfordern in bestimmten Anwendungen ein Feststellen einer Bewegungsachse (linear oder rotatorisch). Bislang wurde dieses Fixieren der einen Bewegungsachse durch eine Positionsregelung der jeweiligen Achsen erzielt. Die Positionsregelung stellt jedoch eine sehr energieaufwändige Lösung dar, die es zu vermeiden gilt.
Weiterhin besteht bei Kombinationsantrieben unter Umständen das Erfordernis, die Welle im Rahmen des normalen Betriebs festzustellen bzw. eine Notstopfunktion bereitzustellen. Dies ist wiederum durch eine Positionsregelung realisierbar, führt aber zu dem entsprechenden Energie- und Regelungsaufwand.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Bremsen bzw. Feststellen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle auf einfache und kostengünstige Art und Weise gewährleisten zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle mit einer Bremsehalterung sowie mindestens zwei bogenförmigen Bremsbacken, die jeweils mit einem Bremsbelag ausgestattet sind, die an der Bremsehalterung befestigt sind und die an die bewegliche Welle anpressbar sind.
Weiterhin wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle mit einer Bremsehalterung, einer Linearkugelbüchse, die linear beweglich aber verdrehsicher auf der Welle montierbar ist, einer Bremsscheibe, die verdrehsicher mit der Linearkugelbüchse verbunden ist, und einer Bremseinrichtung zum Bremsen einer Rotationsbewegung der Bremsscheibe.
Mit den erfindungsgemäßen Bremsen ist es somit möglich, entweder beide Bewegungen, die rotatorische und die lineare, gleichzeitig zu bremsen oder aber eine dieser beiden Bewegungen zu bremsen, wobei die andere Bewegung unbeeinflusst bleibt. Der Energieaufwand für das Bremsen ist in jedem Fall deutlich reduziert gegenüber der bekannten Positionsregelung zum Bremsen derartiger Bewegungen.
Vorzugsweise sind zwei der Bremsbacken der erstgenannten Bremse an einer gemeinsamen Achse an der Bremsehalterung drehbeweglich gelagert. Damit lassen sich die Bremsbacken nicht nur symmetrisch schwenken, sondern es lassen sich auch die rotatorischen Kräfte über die gemeinsame Achse auf die Bremsehalterung übertragen.
Zum Feststellen bzw. Bremsen sowohl der linearen als auch der rotatorischen Bewegungsachse ist es von Vorteil, wenn die mindestens zwei Bremsbacken beim Bremsen direkt an der Oberfläche der Welle reiben. Damit ist die Bremse bzw. Feststelleinrichtung konstruktiv einfach realisierbar.
In einer speziellen Ausführungsform kann die Bremse eine mit Hilfe einer Rotationslagereinrichtung auf der Welle lagerbare Bremshülse aufweisen, wobei die mindestens zwei Bremsbacken an die Bremshülse zum Bremsen der Linearbewegung der Welle anpressbar sind. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine dreh-invariante, lineare Bremse, mit der zwar die Linearbewegung gebremst werden kann, aber die Drehbewegung unbeeinflusst bleibt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bremse eine Linearkugelbüchse aufweisen, in der die Welle lagerbar ist, wobei die mindestens zwei Bremsbacken an die Linearkugelbüchse zum Bremsen der Drehbewegung der Welle anpressbar sind. Hierdurch kann eine linear-invariante, rotatorische Bremse realisiert werden, mit der zwar die Drehbewegung gebremst wird, aber die Linearbewegung unbeeinflusst bleibt.
Bei der oben dargestellten zweiten Lösungsvariante einer erfindungsgemäßen Bremse mit der Linearkugelbüchse kann die Bremseinrichtung eine Federdruckbremse aufweisen. Dies ist insbesondere für Notfälle vorteilhaft, wenn die vorgespannte Feder ohne externen Energieaufwand zum Abbremsen der Welle führt.
Die Federdruckbremse kann elektromagnetisch in einem nicht bremsenden Zustand gehalten werden. Ein elektromagnetisches System zum Zurückhalten der Bremskomponenten erweist sich in der Regel hinsichtlich der Zuverlässigkeit und des Konstruktionsaufwands als besonders günstig.
Die Linearkugelbüchse der erfindungsgemäßen Bremse kann mit einem doppelreihigen Schrägkugellager an der Bremshalterung gelagert sein. Durch dieses Schrägkugellager lassen sich nicht nur radiale Belastungen, sondern auch axiale Belastungen in beiden Richtungen aufnehmen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
1 einen Querschnitt durch eine Haltebremse gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Dreh-Linear-Motor;
2 eine perspektivische Ansicht der Haltebremse von 1;
3 einen Querschnitt durch eine dreh-invariante, lineare Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 eine perspektivische Ansicht der Bremse von 3 und
5 einen Querschnitt durch eine linear-invariante, rotatorische Bremse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Die in 1 im Querschnitt dargestellte Haltebremse dient gleichzeitig zum Feststellen der Abtriebswelle eines nicht dargestellten Dreh-Linear-Motors in der rotatorischen und linearen Bewegungsachse. Die Haltebremse weist hier eine Bremsehalterung 1 auf, die die zu bremsende Welle 2 ringförmig umgibt. Die Welle 2 ist entsprechend den Pfeilen 3 und 4 linear und rotatorisch beweglich.
An der Bremsehalterung 1 sind zwei Halbschalen 5, d. h. kreisbogenförmige Backen, mit Bremsbelag ausgebildet. Auf die Halbschalen 5 wirkt jeweils eine radiale Bremskraft 6, die die Halbschalen 5 auf die Welle 2 drückt. Durch das direkte Einwirken der Bremsbacken bzw. Halbschalen 5 auf die Oberfläche der Welle 2 wird sowohl deren rotatorische als auch deren lineare Bewegung abgebremst. Wenn die Welle 2 nicht bewegt ist, kann sie durch die Bremse für beide Bewegungsachsen festgestellt werden.
In 2 ist die Bremse von 1 perspektivisch wiedergegeben. Die beiden Bremsbacken bzw. Halbschalen 5 sind gemeinsam an einem Lager 7 drehbar an der Bremsehalterung 1 gelagert. An ihrem freien Ende werden die beiden Halbschalen 5 durch eine Feder 8 zusammengezogen. Die Haltebremse bremst somit die Welle 2 ohne externe Energiezufuhr ab. Um den Freilauf der Welle 2 zu gewährleisten, werden die beiden Halbschalen 5 durch ein nicht dargestelltes elektromagnetisches System oder durch ein analog wirkendes anderes System auseinander gehalten. Ein Stromausfall führt dann automatisch zum Abbremsen bzw. Feststellen der Welle 2.
Bei speziellen Anwendungen kann es notwendig sein, lediglich die Linearbewegung der Welle 2 zu bremsen. Für dieses Einsatzgebiet kann die in 3 schematisch dargestellte drehinvariante, lineare Bremse eingesetzt werden. Wiederum umgibt eine Bremsehalterung 11 eine Welle 12. Die Welle ist gemäß den Pfeilen 13 und 14 linear und rotatorisch beweglich. Halbschalen 15, die mit Bremsbelägen ausgestattet sind, drücken hier jedoch nicht auf die Welle 12, sondern auf eine Bremshülse 16. Diese ist mit Hilfe eines Rotationslagers 17 auf der Welle 12 rotationsbeweglich, axial fest gelagert.
Im nicht bremsenden Zustand der Bremse bewegt sich die Bremshülse 16 rotatorisch und linear mit der Welle 12. Beim Bremsen wird jedoch durch die Halbschalen 15 mit den Bremsbelägen die Bremshülse 16 in ihrer rotatorischen und linearen Bewegung festgestellt. Die Welle 12 wird dabei durch das Rotationslager 17, das hier als Doppelkugellager ausgeführt ist, in ihrer axialen Position gehalten. Sie besitzt aber weiterhin einen rotatorischen Freiheitsgrad. Dies bedeutet, dass, auch wenn die Bremshülse 16 feststeht, sich die Welle 12 in der Bremshülse 16 weiterdrehen kann. Die Bremse ist invariant gegenüber der Drehbewegung.
In 4 ist die dreh-invariante, lineare Bremse von 3 in einer Realisierungsform perspektivisch dargestellt. Gegenüber dem Beispiel von 2 ist hier deutlich die Bremshülse 16 zu erkennen, die die Welle 12 ringförmig umgibt. Auch in diesem Beispiel sind die bogenförmigen Bremsbacken 15 gemeinsam an einem Lager 18 gelagert und mit einer Feder 19 an ihren freien Enden miteinander verspannt.
Die Funktionen der einzelnen Komponenten sind im Zusammenhang mit den 2 und 3 oben bereits erläutert.
5 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nämlich eine linear-invariante, rotatorische Bremse. Eine Bremsehalterung 21 umgibt eine Welle 22 wiederum ringförmig. Die Welle 22 ist entsprechend den Pfeilen 23 und 24 linear und rotatorisch beweglich. Sie ist in einer Linearkugelbüchse 25 (vgl. DE 39 10 457 A1 ) verdrehfest gelagert. Die Linearkugelbüchse 25 selbst ist von einer Hülse 26 umgeben. Auf diese ist ein doppelreihiges Schrägkugellager zur rotatorischen Lagerung der Hülse 26 an der Bremsehalterung 21 gepresst. Das doppelreihige Schrägkugellager 27 nimmt Kräfte in beiden axialen Richtungen 23 auf.
Weiterhin ist an der Hülse 26 verdrehfest mit einem gewissen axialen Spiel eine Bremsscheibe 28 befestigt. Zu beiden Seiten der Bremsscheibe sind ringförmige Bremsbeläge 29 und 30 angeordnet. Ein nicht dargestellter Federkraftmechanismus drückt den Bremsbelag 29 auf die Bremsscheibe 28 und diese weiter auf den zweiten Bremsbelag 30.
Im nicht bremsenden Zustand hält ein Elektromagnet 31 den Bremsbelag 29 von der Bremsscheibe 28 ab. Der Elektromagnet wird durch eine elektrische Leitung 32 angesteuert. Falls der Elektromagnet 31 nicht mit Strom versorgt wird, fällt die Bremse ein, und durch die Drehmomentenübertragung von der Bremsscheibe 28 auf die Welle 22 wird letztere gebremst bzw. festgestellt. Die verdrehfeste Linearkugelbüchse 25 ermöglicht dabei jedoch einen linearen Freiheitsgrad der Welle 22. Die Linearkugelbüchse 25 wird durch das Kugellager 27 in axialer Position gehalten.
In vorteilhafter Weise ist durch die linear-invariante, rotatorische Bremse gemäß dem Ausführungsbeispiel von 5 somit eine Bremse vorhanden, die speziell bei einem Kombinationsantrieb die rotatorische Bewegung feststellen bzw. bremsen kann, jedoch invariant gegenüber der linearen Bewegung ist.
Die erfindungsgemäße Bremse wird insbesondere bei Dreh-Linear-Motoren eingesetzt. Dabei nimmt der Motor in einer bevorzugten Ausführungsform die Bremse bereits in sein Gehäuse oder sogar in sein Blechpaket auf, so dass ein äußerst kompakter Antrieb für rotatorische und lineare Bewegungen als auch für die jeweiligen Bremsvorgänge geschaffen ist.
Derartige Antriebe sind besonders für Produktionsmaschinen in den Bereichen Holzverarbeitung, Metallverarbeitung, Kunststoffverarbeitung (Kunststoffspritzgießen) als auch Nahrung einsetzbar. Dabei kommt es auf rotatorische als auch lineare Zuführung und definierte Bremsvorgänge oder Haltemomente beim jeweiligen Stillstand an.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3910457 A1 [0029]

Claims

Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle mit – einer Bremsehalterung (1, 11, 21) und – mindestens zwei bogenförmigen Bremsbacken (5, 15), die jeweils mit einem Bremsbelag ausgestattet sind, die an der Bremsehalterung (1, 11, 21) befestigt sind und die an die bewegliche Welle (2, 12, 22) anpressbar sind.
Bremse nach Anspruch 1, wobei zwei der Bremsbacken (5, 15) an einer gemeinsamen Achse (7, 18) an der Bremshalterung drehbeweglich gelagert sind.
Bremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Bremsbacken (5, 15) beim Bremsen direkt an der Oberfläche der Welle (2, 12, 22) reiben.
Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine mit Hilfe einer Rotationslagereinrichtung (17) an der Welle (2, 12, 22) lagerbare Bremshülse (16) aufweist, wobei die mindestens zwei Bremsbacken (5, 15) an die Bremshülse (16) zum Bremsen der Linearbewegung der Welle anpressbar sind.
Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Linearkugelbüchse (25) ausweist, in der die Welle (2, 12, 22) lagerbar ist, wobei die mindestens zwei Bremsbacken (5, 15) an die Linearkugelbüchse zum Bremsen der Drehbewegung der Welle anpressbar sind.
Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle (2, 12, 22) mit – einer Bremsehalterung (1, 11, 21), – einer Linearkugelbüchse (25), die linear beweglich aber verdrehsicher auf der Welle (2, 12, 22) montierbar ist, – einer Bremsscheibe (28), die verdrehsicher mit der Linearkugelbüchse (25) verbunden ist, und – einer Bremseinrichtung (29, 30, 31) zum Bremsen einer Rotationsbewegung der Bremsscheibe (28).
Bremse nach Anspruch 6, wobei die Bremseinrichtung (29, 30, 31) eine Federdruckbremse aufweist.
Bremse nach Anspruch 7, wobei die Federdruckbremse elektromagnetisch in einem nicht bremsenden Zustand gehalten wird.
Bremse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Linearkugelbüchse (25) mit einem doppelreihigen Schrägkugellager (27) an der Bremsehalterung (1, 11, 21) gelagert ist.
Dreh-Linear-Motor mit einer rotatorischen und linearen Bewegungsachse, der eine Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
Dreh-Linear-Motor nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremse im Motor bzw. Motorgehäuse integriert ist.
Produktionsmaschine mit zumindest einem Drehlinearmotor nach Anspruch 10 oder 11.