DE102008016359A1

DE102008016359A1 - Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen einer Linearführung

Info

Publication number: DE102008016359A1
Application number: DE102008016359A
Authority: DE
Inventors: Sergej Mensch; Eva-Maria Steibel
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2008-03-29
Filing date: 2008-03-29
Publication date: 2009-10-01

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zum Klemmen und/oder Bremsen eines linear auf einem ersten Bauteil (2) geführten zweiten Bauteils (12), umfassend wenigstens ein scheibenförmiges Bauteil (5), welches zum Übertragen einer einen Klemm- oder Bremsvorgang auslösenden Kraft dient. Es wird vorgeschlagen, dass das scheibenförmige Bauteil (5) derart ausgebildet ist, dass es beim Übertragen der Kraft eine Drehbewegung ausführt. Durch diesen Aufbau wird ein sehr kompakter und in seiner Funktion zuverlässiger Aufbau der Vorrichtung erzielt.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen eines linear auf einem ersten Bauteil geführten zweiten Bauteils, umfassend wenigstens ein scheibenförmiges Bauteil, welches zum Übertragen einer einen Klemm- oder Bremsvorgang auslösenden Kraft dient.
Hintergrund der Erfindung
Im Maschinenbau, insbesondere im Werkzeugmaschinenbau, ist es häufig erforderlich, linear gegeneinander verschobene Bauteile, beispielsweise mittels Profilschienenführungen geführte schlittenartige Bearbeitungseinheiten oder Zustelleinrichtungen nach einer Verstellung oder Positionierung zu bremsen beziehungsweise zu klemmen. Die Betätigung der benötigten Klemmvorrichtungen erfolgt dabei zumeist hydraulisch, pneumatisch oder auch elektrisch. Aufgrund nur beschränkt zur Verfügung stehenden Bauraums ist man bestrebt, die Klemmvorrichtungen möglichst kompakt zu halten. In verschiedenen betrieblichen Umgebungen sind keine entsprechenden Anschlüsse für Druckluft oder Hydraulik vorhanden, so dass elektrisch betriebene Klemmvorrichtungen benötigt werden. Bei gleicher Baugröße sind aber pneumatische beziehungs weise hydraulische Klemmvorrichtungen den elektrischen Klemmvorrichtungen hinsichtlich der erzeugbaren Klemmkräfte deutlich überlegen. Man ist in solchen Fällen daher gezwungen, überproportional große Klemmvorrichtungen mit entsprechendem Material- und Kostenaufwand einzusetzen.
In der DE 199 02 596 A1 ist eine gattungsgemäße Klemmvorrichtung beschrieben, bei der ein erstes, schienenartiges Bauteil vorgesehen ist es, auf dem ein zweites, schlittenartiges Bauteil linear verschoben wird. In dem schlittenartigen Bauteil ist eine Klemmvorrichtung mit einem zur Übertragung einer Druckkraft ausgebildeten scheibenförmigen Bauteil integriert. Das scheibenförmige Bauteil ist Teil einer Druckkammer, die zur Klemmung des schlittenartigen Bauteils mit einem Druck beaufschlagt wird und sich dabei in Richtung auf das schienenartige Bauteil derart verformt, dass ein einstückig mit dem scheibenförmigen Bauteil verbundener Druckstempel auf das schienenartige Bauteil drückt und so das schlittenartige Bauteil geklemmt beziehungsweise gebremst wird. Die Konstruktion soll zur Einsparung von Bauteilen, geringeren Montagekosten und Einsparung von Bauraum dienen.
Die DE 200 07 499 U1 beschreibt eine Brems- und Klemmvorrichtung für Führungen mit zwei spiegelbildlich zueinander angeordneten Brems- beziehungsweise Klemmbacken, welche über Betätigungseinrichtungen pneumatisch, hydraulisch oder auch elektromotorisch betätigt werden. Die Klemmbacken legen sich klemmend an unmittelbar benachbarte Seitenflächen einer Führungsschiene an. Zwischen den Seitenflächen der Führungsschiene und den jeweils unmittelbar benachbarten Klemmbacken ist eine die Reibung zur Führungsschiene beeinflussende Auflage vorgesehen. Des Weiteren ist zwischen den Betätigungseinrichtungen und den Klemmbacken ein Herzkurvengetriebe oder ein Keilgetriebe angeordnet. Durch diesen Aufbau soll mit äußerst geringer externer Steuer- beziehungsweise Betätigungsenergie eine hohe Klemmkraft erzeugt werden können.
Weiterhin sind aus der DE 10 2005 016 723 A1 und der DE 200 02 915 U1 Bremsvorrichtungen bekannt, die keilförmige Mittel zur Weiterleitung der den Brems- beziehungsweise Klemmvorgang auslösenden Kraft aufweisen.
Aufgabe der Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen eines linear auf einem ersten Bauteil geführten zweiten Bauteils bereit zu stellen, welche bei vergleichsweise kompakter Bauweise eine zuverlässige Klemmung ermöglicht.
Zusammenfassung der Erfindung
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass Drehbewegungen sehr Platz sparend zur Realisierung von bestimmten Funktionen, wie etwa linearen Stellbewegungen, eingesetzt werden können.
Die Erfindung geht gemäß den Merkmalen des Hauptanspruchs aus von einer Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen eines linear auf einem ersten Bauteil geführten zweiten Bauteils, umfassend wenigstens ein scheibenförmiges Bauteil, welches zum Übertragen einer einen Klemm- oder Bremsvorgang auslösenden Kraft dient. Zudem ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das scheibenförmige Bauteil derart ausgebildet ist, dass es beim Übertragen der Kraft eine Drehbewegung ausführt. Durch diesen Aufbau wird ein sehr kompakter und in seiner Funktion zuverlässiger Aufbau der Vorrichtung erzielt.
Die Unteransprüche beschreiben bevorzugte Weiterbildungen oder Ausgestaltungen der Erfindung.
Wenn gemäß einer ersten bevorzugten Weiterbildung der Erfindung vorgesehen ist, dass das scheibenförmige Bauteil mittelbar oder unmittelbar über ein Getriebe antreibbar ist, so lassen sich verschiedenste Übersetzungsverhältnisse (mithin auch Verstärkungsfaktoren zur Erzeugung der Klemmkraft) realisieren.
Gemäß einer zweiten Weiterbildung des Erfindungsgedankens kann das Getriebe ein Zahnradgetriebe sein, welches eine Spindel aufweist, die ein erstes Zahnrad antreibt, und bei dem das erste Zahnrad ein zweites Zahnrad antreibt, welches im Durchmesser größer ist als das erste Zahnrad. Durch diese Konstruktion können Kräfte sehr zuverlässig übertragen werden, wobei zudem ein vergleichsweise hoher Verstärkungsfaktor erzielbar ist; mit anderen Worten, eine relativ kleine Betätigungskraft kann eine vergleichsweise hohe Klemmkraft bewirken.
Wenn zudem in vorteilhafter Weise vorgesehen ist, dass die Spindel von einem Elektromotor angetrieben wird, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung an Orten eingesetzt werden, wo entsprechende pneumatische oder hydraulische Anschlüsse fehlen.
Gemäß einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, das scheibenförmige Bauteil mit mehreren keil- oder rampenförmigen Bauteilen zu versehen, welche mit stiftartigen Elementen derart zusammenwirken, dass bei einer Drehung des scheibenförmigen Bauteils die stiftartigen Elemente zu einer linearen Bewegung in Richtung ihrer Längsachse gezwungen werden und dadurch wenigstens ein Klemmelement betätigt wird, wodurch eine Klemmung oder Bremsung bewirkt wird. Durch die so erzielte Keilwirkung können zusätzliche Verstärkungseffekte erzielt werden. Dabei sollten vorzugsweise vier keil- oder rampenförmige Bauteile an dem scheibenförmigen Bauteil angeordnet oder ausgebildet sein. Auf diese Weise können schneller aufeinander folgende Bremsvorgänge realisiert werden beziehungsweise das scheibenförmige Bauteil braucht nur um eine kleinere Drehung (beispielsweise nur in etwa 45°) bewegt zu werden, um mit den keilförmigen Bauteilen die stiftartigen Elemente zu bewegen und somit eine Klemmung zu bewirken.
Wenn vorteilhafte Weise vorgesehen ist, dass die stiftartigen Elemente ein kegelförmiges Ende aufweisen, mit dem sie jeweils in Wirkkontakt mit dem Klemmelement treten, kann auf eine sehr elegante Art eine Betätigung der Klemmelemente realisiert werden.
Es ist von Vorteil, wenn das erste Bauteil als Führungsschiene ausgebildet ist und jeweils wenigstens ein Klemmelement an jeder Längsseite der Führungsschiene angeordnet oder ausgebildet ist. Dabei sollten die Klemmelemente zweckmäßigerweise jeweils in etwa in der Mitte der Gesamthöhe der Führungsschiene, also in etwa mittig an dieser angeordnet sein. Auf diese Weise kann die Klemmkraft an dieser Stelle sehr zentral auf die Führungsschiene übertragen werden und es kommt nicht so leicht zu unerwünschten Kippbewegungen der Vorrichtung.
Weiter bringt es Vorteile, wenn die Klemmelemente stangenförmig und mit einem in etwa einem kreisrunden Querschnitt ausgebildet sind. Dabei kann zudem zweckmäßigerweise vorgesehen sein, dass die Führungsschiene entlang ihrer Längsseiten verlaufende Ausnehmungen aufweist, die zur zumindest teilweisen Aufnahme der Klemmelemente dienen. Auch diese Maßnahmen tragen zu einer kompakten Bauweise der Vorrichtung und einer guten Übertragung der Klemmkraft bei.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist das scheibenförmige Bauteil konzentrisch zum zweiten Zahnrad angeordnet und drehfest mit diesem verbunden. So reichen bereits zwei Zahnräder aus, um das scheibenförmige Bauteil in die gewollte Drehbewegung zu versetzen.
Schließlich sieht eine zweckmäßige Ausbildung der Erfindung vor, dass das zweite Zahnrad ringförmig ausgebildet ist, um zu einer Gewichtsreduzierung dieses bewegten Teils und damit zu einer geringeren Trägheit des Systems zu gelangen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnung an einem bevorzugten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Darin zeigt
1 eine perspektivische Explosionsdarstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen einer Linearführung,
2a–2c eine Darstellung des scheibenförmigen Bauteils in mehreren Ansichten,
3 die auf einer Führungsschiene montierte erfindungsgemäße Vorrichtung mit Gehäuse, in perspektivischer Ansicht,
4 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene IV-IV in 3,
5 eine Detailansicht gemäß Detail V in 4,
6 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene VI-VI in 3,
7 eine Ansicht aus der Richtung des Pfeils VII in 3,
8 eine Schnittdarstellung gemäß der Schnittebene VIII-VIII in 7, und
9 die auf der Führungsschiene montierte Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen einer Linearführung ohne Gehäuse in einer perspektivischen Ansicht
Detaillierte Beschreibung der Zeichnungen
In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 in einer Explosionsdarstellung zu sehen. Diese Vorrichtung 1 umfasst einen Elektromotor 6, welcher eine Spindel 7 antreibt. Die Spindel 7 treibt ein erstes Zahnrad 3 an, welches wiederum ein zweites Zahnrad 4 antreibt. Das zweite Zahnrad 4 ist ringförmig ausgebildet und im Durchmesser deutlich größer als das erste Zahnrad 3. Ferner ist ein scheibenförmiges Bauteil, nämlich eine kreisrunde Keilscheibe 5 zu erkennen, welche im Durchmesser in etwa dem inneren Kreisdurchmesser des ringförmigen Zahnrades 4 entspricht. Die Keilscheibe 5 weist in ihrer Mitte eine Öffnung 50 auf, die zur Aufnahme eines Zentrierungsbolzens 11 dient. Ferner sind zwei klotzförmige Halterungen 8 zur Halterung von Keilstiften 9 (mit einer Längsachse L) erkennbar. Zu diesem Zweck weisen die Halterungen 8 jeweils einen Flansch mit zwei Bohrungen 80 bzw. Öffnungen auf, welche (80) im Durchmesser etwas größer sind als der Durchmesser der Keilstifte 9, so dass die Keilstifte 9 leicht in Richtung ihrer Längsachse L in den Bohrungen 80 hin und her gleiten können. Des Weiteren sind zwei Klemmelemente 10 dargestellt, welche stangenförmig ausgebildet sind und einen in etwa kreisrunden Querschnitt aufweisen. Die Klemmelemente 10 können eine reibungsintensive Oberfläche aufweisen oder auch aus einem entsprechenden Werkstoff gefertigt sein.
Die vorerwähnten Bauteile sind in montiertem Zustand in einem Gehäuse 12 verborgen, welches eine Führungsschiene 2 teilweise aufnimmt und linear auf der Führungsschiene 2 geführt wird, wie anhand der weiteren Figuren noch näher dargestellt wird. Das Gehäuse 12 weist im Querschnitt eine in etwa rechteckige Form auf mit zwei Querwänden und zwei Längswänden, wobei die untere Längswand eine Ausnehmung 120 aufweist, in die ein Teil der Führungsschiene 2 hineinragen kann. Die Führungsschiene 2 weist mehrere Befestigungsbohrungen 20 auf, um die Führungsschiene 2 an einem weiteren, nicht gezeigten Maschinenbauteil befestigen zu können. Das Gehäuse 12 dient zur Aufnahme einer bezüglich der Führungsschiene 2 axial zu verschiebenden Last.
In den Figuren 2a bis 2c ist die Keilscheibe 5 näher dargestellt. Diese weist an ihrer Unterseite (also der zur Führungsschiene 2 weisenden Seite) vier Erhebungen 51 auf, welche in Umfangausrichtung der Keilscheibe 5 in etwa um 90° versetzt angeordnet sind. Die Erhebungen 51 weisen jeweils eine Keilfläche 510 auf, wobei alle Keilflächen 510 in Drehrichtung der Keilscheibe 5 gleich ausgerichtet sind, und zwar mit in Drehrichtung ansteigender Keilfläche 510. In der Mitte der Keilscheibe 5 ist eine kreisrunde Öffnung 50 zur Aufnahme des Zentrierungsbolzens 11 vorgesehen.
In 3 ist nun die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 im montierten Zustand dargestellt, wobei im Gehäuse 12 das zweite Zahnrad 4, die Halterungen 8, die Keilstifte 9, eines der Klemmelemente 10 und die Führungsschiene 2 erkennbar sind.
In den 4 bis 8 ist die Anordnung der montierten Bauteile innerhalb des Gehäuses 12 noch besser zu erkennen. So sind die Halterungen 8 an den unteren Längsseitenwänden des Gehäuses 12 befestigt und nehmen die Keilstifte 9 wie beschrieben auf. Die Führungsschiene 2, welche durch die Ausnehmung 120 in das Gehäuse 12 hineinragt, weist im Querschnitt an seinem beiden den Keilstiften 9 zugewandten Längsseiten Ausnehmungen 21 auf. In diesen Ausnehmungen 21 ist jeweils ein Klemmelement 10 teilweise aufgenommen sowie an dieser (2) befestigt, so dass sich die beiden Klemmelemente 10 zwischen den Keilstiften 9 einerseits und der Führungsschiene 2 andererseits befinden.
Die Abmessungen und der Abstand der erwähnten Bauteile ist so bemessen, dass die Keilstifte 9 mit ihrer Spitze, welche durch ein kegelförmiges Ende 90 gebildet wird, die Klemmelemente 10 ohne nennenswerte Vorspannung berühren beziehungsweise auf diesen mit ihren jeweiligen Kegelflächen punktförmig aufliegen. Mit ihrem anderen Ende ragen die Keilstifte 9 aus den Halterungen 8 nach oben heraus und bis nahezu an die Unterseite der Keilscheibe 5 heran. Die Erhebungen 51 sind auf der Unterseite der Keilscheibe 5 derart ausgerichtet, dass sie bei einer Drehung der Keilscheibe 5 die Oberseite der Keilstifte 9 mit ihren Keilflächen 510 in etwa mittig kontaktieren. Es ist weiter zu erkennen, dass im Montagezustand die Keilscheibe 5 und das Zahnrad 4 konzentrisch um den Zentrierungsbolzens 11 ausgerichtet sind. Das Zahnrad 4 ist dabei drehfest mit der Keilscheibe 5 verbunden und dicker als die Keilscheibe 5 (4).
Des weiteren zeigen die 6, 7 und 9, dass der Elektromotor 6, welcher die Spindel 7 antreibt, an der oberen Wand des Gehäuses 12 befestigt ist. Wie bereits erwähnt, wird das erste Zahnrad 3 durch die Spindel 7 angetrieben und treibt seinerseits wiederum das zweite, große Zahnrad 4 an. Bei Ansteuerung des Elektromotor 6 wird die Keilscheibe 5 somit über ein aus der Spindel 7, dem ersten Zahnrad 3 und dem zweiten Zahnrad 4 bestehenden Getriebe in eine Drehbewegung versetzt, wodurch die Keilstifte 9 zu einer Zwangsbewegung in Richtung ihrer Längsachse L veranlasst werden. Durch geeignete Wahl des Übersetzungsverhältnisses des Getriebes, das heißt des Größenverhältnisses der Zahnräder 3 und 4, kann auch das an der Keilscheibe 5 wirkende Drehmoment dem jeweiligen Bedarfsfall angepasst werden.
Beim Herunterbewegen der Keilstifte 9 drücken diese mit ihrem kegelförmigen Ende 90 gegen die Klemmelemente 10, wodurch letztlich das Gehäuse 12 abgebremst wird. Die Führungsschiene 2 weist eine Gesamthöhe H auf, wobei die Klemmelemente 10 jeweils in etwa in der Mitte dieser Gesamthöhe H an den Längsseiten die Führungsschiene 2 befestigt sind. Dies führt zu einer gleichmäßigen, im wesentlichen kipp- und ruckfreien Bremsung. Bei diesem Vorgang müssen die Keilstifte 9 und damit die Keilscheibe 5 natürlich auch entsprechende Reaktionskräfte in vertikaler Richtung aufnehmen können. Es sind daher geeignete Maßnahmen vorzusehen, die eine Kraftaufnahme der Keilscheibe 5 in diese Richtung gestatten. Diese sind jedoch nicht näher dargestellt. Beispielsweise kann der Zentrierbolzen 11 ebenfalls an der oberen Wand des Gehäuses 12 befestigt und mit einem Absatz versehen sein, gegen den die Keilscheibe 5 zur Aufnahme der Vertikalkräfte gedrückt wird.

1: Vorrichtung
10: Klemmelement
11: Zentrierungsbolzen
12: Gehäuse
120: Ausnehmung des Gehäuses
2: Führungsschiene der Vorrichtung
20: Befestigungsbohrung
21: Ausnehmung der Führungsschiene
3: Erstes Zahnrad
4: Zweites Zahnrad
5: Scheibenförmigen Bauteil, Keilscheibe
50: Öffnung in der Keilscheibe
51: Erhebung auf der Keilscheibe
510: Keilfläche
6: Elektromotor
7: Spindel
8: Halterung für Keilstifte
80: Bohrung zur Aufnahme eines Keilstifts
9: Keilstift
90: Kegelförmiges Ende des Keilstiftes
H: Höhe der Führungsschiene
L: Längsachse des Keilstiftes

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 19902596 A1 [0003]
- DE 20007499 U1 [0004]
- DE 102005016723 A1 [0005]
- DE 20002915 U1 [0005]

Claims

Vorrichtung zum Klemmen und/oder Bremsen eines linear auf einem ersten Bauteil (2) geführten zweiten Bauteils (12), umfassend wenigstens ein scheibenförmiges Bauteil (5), welches zum Übertragen einer einen Klemm- oder Bremsvorgang auslösenden Kraft dient, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Bauteil (5) derart ausgebildet ist, dass es beim Übertragen der Kraft eine Drehbewegung ausführt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Bauteil (5) mittelbar oder unmittelbar über ein Getriebe (3, 4,7) antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (3, 4,7) ein Zahnradgetriebe ist, welches eine Spindel (7) umfasst, die ein erstes Zahnrad (3) antreibt, bei dem das erste Zahnrad (3) ein zweites Zahnrad (4) antreibt, welches (4) im Durchmesser größer ist als das erste Zahnrad (3).
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Spindel (7) von einem Elektromotor (6) antreibbar ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das scheibenförmige Bauteil (5) mit mehreren keil- oder rampenförmigen Erhebungen (51) versehen ist, welche (51) mit stiftartigen Elementen (9) derart zusammenwirken, dass bei Drehung des scheibenförmigen Bauteils (5) die stiftartigen Elemente (9) zu einer linearen Bewegung in Richtung ihrer Längsachse (L) gezwungen werden und dadurch wenigstens ein Klemmelement (10) betätigt wird, wodurch die Klemmung oder Bremsung bewirkt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vier keil- oder rampenförmige Erhebungen (51) an dem scheibenförmigen Bauteil (5) vorgesehen sind.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die stiftartigen Elemente (9) ein kegelförmiges Ende (90) aufweisen, mit dem sie jeweils in Wirkkontakt mit dem Klemmelement (10) treten.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Bauteil (2) als Führungsschiene ausgebildet ist und jeweils wenigstens ein Klemmelement (10) an jeder Längsseite der Führungsschiene (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (10) jeweils in etwa in der Mitte der Höhe (H) der Führungsschiene (2) an dieser angreifen.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmelemente (10) stangenförmig ausgebildet sind, mit einem in etwa einem kreisrunden Querschnitt.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (2) entlang ihrer Längsseiten verlaufende Ausnehmungen (21) aufweist, die zur zumindest teilweisen Aufnahme der Klemmelemente (10) dienen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, dass das scheibenförmige Bauteil (5) konzentrisch zum zweiten Zahnrad (4) angeordnet und drehfest mit diesem verbunden ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (4) ringförmig ausgebildet ist.