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Die Erfindung bezieht sich auf eine Maschinenanlage mit einer vertikalen Linearführung zur Bewegung von Lasten über einen Riemen entlang einer Führungsschiene und einem an einer Bremsschiene angeordneten und mit der Last verbundenen Bremselement, umfassend wenigstens zwei Klemmelemente mit einer Anzahl von Klemmkörpern, wobei die Klemmkörper im Bremsfall in einen reibschlüssigen Kontakt mit der Bremsschiene gebracht werden können.
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Vertikale Linearführungen kommen im Maschinenbau beispielsweise bei Schiebetüren von Maschineneinhausungen oder bei vertikal verfahrbaren Querarmen von Maschinen zum Einsatz. In diesen Fällen wird die Tür bzw. der Querarm entlang einer Linearführung bewegt und kann somit im Falle des Querarms in eine für den Arbeiter optimale vertikale Position geschoben werden. Zur Vermeidung, dass die Tür oder der Querarm durch ihr Eigengewicht selbstständig nach unten fallen bzw. fahren, ist in solchen Systemen ein Gewichtsausgleich unerlässlich. Dieser Gewichtsausgleich kann in Form eines Gegengewichts, welches mit Hilfe eines über eine Umlenkrolle geführten Seils oder einer Kette mit der Last verbunden ist, realisiert werden. Ebenfalls ist ein über zwei Umlenkrollen geführter vorgespannter Riemen, der mittels der Riemenspannung die Last in Position hält oder ein motorischer Antrieb an einer der Umlenkrollen, bei dem die Massenkräfte vom Antrieb aufgenommen werden, möglich.
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Wenn nun das Seil oder die Kette im Realisierungsbeispiel mit dem Gegengewicht infolge von Materialermüdung, Abnutzung durch Reibung an den Umlenkrollen, Überlastung bei falscher Auslegung oder sonstigen Gründen abreißt, fällt die Tür bzw. der Querarm und das Gegengewicht aufgrund der Gewichtskraft nach unten. Das Gegengewicht befindet sich üblicherweise an einer unzugänglichen Stelle innerhalb der Maschineneinhausung wodurch es keinen großen Schaden an der Maschine anrichten kann. Die Tür bzw. der Querarm dagegen können unmittelbar durch Personen bedient werden, wodurch ein abruptes Fallen dieser Maschinenkomponenten eine besonders hohe Gefahr für die Person darstellen kann. Diese Maschinenkomponenten müssen daher mittels einer Seilbruchsicherung abgefangen werden, um den Arbeiter vor Verletzungen zu schützen und größere Beschädigungen zu vermeiden. In Messmaschinen wird dies beispielsweise gelöst, indem die Seilspannung mit einem Sensor oder Hebel gemessen wird und im Falle eines Nachlassens der Spannung ein Pneumatikventil geöffnet wird, wodurch ein oder mehrere Bremszylinder aktiviert werden.
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Im Falle der Realisierung des Gewichtsausgleichs mittels eines vorgespannten Riemens oder eines motorischen Antriebs, sind derartige Seilbruchsicherungen allerdings nicht verwendbar, da insbesondere bei dynamischen Systemen derartige Seilbruchsicherungen aufgrund der Massenträgheit bereits im normalen Betrieb auslösen könnten und dadurch den Prozessablauf stark behindern würden. Zusätzlich sind obige Anordnung in kleineren Maschinenanlagen, so zum Beispiel auch in Schiebetüren von Maschineneinhausungen, aufgrund des fehlenden Platzes kaum zu realisieren. Dabei führen die Reaktionszeiten bei der Messung der Spannung, der Öffnung des Pneumatikventils und der Aktivierung der Bremszylinder zu einer Verzögerung der Bremswirkung. Gerade dies ist aber bei Bremssystemen, die zum Personenschutz eingesetzt werden nicht zu verantworten.
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Aus der
DE 199 30 123 C1 ist beispielsweise eine Sicherungseinrichtung für eine über einen Wagen an einer Säule verstellbare Komponente eines medizintechnischen Gerätes bekannt. Die Öffnung des Bremselementes erfolgt dabei über die Gewichtskraft einer an einem Seil hängenden Komponente.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Maschinenanlage für vertikale Linearführungen, bei denen Lasten über einen vorgespannten und/oder motorisch angetriebenen Riemen bewegt werden, und ein zugehöriges Bremselement zu entwickeln, welche bei gleichzeitig kompakt gehaltenen Abmessungen selbsttätig einen besonders schnellen und hohen Personen- und Materialschutz liefern.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst, indem ein Ende des Riemens über eine erste Zuglasche mit einem ersten Klemmelement und das andere Ende des Riemens über eine zweite Zuglasche mit einem zweiten Klemmelement derart verbunden ist, dass das Bremselement in Form eines Spannschlosses eingesetzt ist und den Riemen dadurch unterbricht und dass die Klemmelemente durch die Einwirkung einer Riemenspannung in einem geöffneten Zustand sind.
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Die Erfindung geht dabei von der Überlegung aus, dass eine Verringerung der Bremszeit und damit eine Verkürzung des Bremsweges durch die Vermeidung von Anschlüssen von externen Energiezuführungen zur Kraftübertragung realisiert werden könne. Da bei der Verwendung von externen Anschlüssen zur Steuerung bzw. zum Auslösen der Bremswirkung zum einen eine Verzögerung der Bremswirkung und zum anderen eine Erhöhung der Fehler- bzw. Störanfälligkeit des Bremssystems durch die zusätzlichen Komponenten auftritt. Eine Reduzierung der Fehler- bzw. Störanfälligkeit soll dabei durch eine rein mechanische Bauweise des Bremselementes realisiert werden. Zur Vermeidung von derartigen Anschlüssen sollen dabei die im System vorhandenen Kraftkomponenten ausgenutzt werden. Zwei dieser Kraftkomponenten werden dabei durch die Riemenspannung erzeugt und sind in jedem Punkt des Riemens entgegengerichtet und vom Betrage gleich. Da das Bremselement die Last bremsen bzw. klemmen soll, wenn der Riemen abreißt und damit die Zugkraft aus der Riemenspannung wegfällt, wird das Bremselement daher in den Riemen in Form eines Spannschlosses eingesetzt und der Riemen dadurch unterbrochen. Die beiden Enden des Riemens sind dabei derart an den Zuglaschen der Klemmelemente befestigt, dass durch die beiden oben genannten Kraftkomponenten der Riemenspannung das an der Bremsschiene anliegende Bremselement in einen geöffneten Zustand versetzt wird. Sollte nun der Riemen reißen oder die Riemenspannung zum Beispiel in Folge von Materialermüdung des Riemens einen bestimmten Mindestwert unterschreiten, würden sich die Kraftkomponenten automatisch verringern bzw. verschwinden und das Bremselement in Folge dessen schließen, so dass die Last trotz fehlender Riemenspannung weiter an der Bremsschiene gehalten wird.
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Um eine möglichst gleichmäßige Bremsung zu erreichen und ein verkanten der Klemmelemente bzw. Klemmkörper zu vermeiden und somit die Bremskraft möglicherweise zu verringern, sind in bevorzugter Ausführungsform die Klemmelemente spiegelbildlich in Bezug auf eine Symmetrieebene angeordnet.
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Im Bremsfall, dies bedeutet bei Abriss des Riemens und damit Wegfall der Ausgleichskraft, werden in besonders vorteilhafter Ausgestaltung die Klemmkörper durch vorgespannte Federn aus ihrer Freischaltposition in eine Brems- bzw. Klemmposition geschoben.
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Für eine möglichst kompakte und sichere Bauweise sind die Klemmkörper und/oder die dem Klemmkörper zugeordneten Innenflächen des Gehäuses in vorteilhafter Ausführung keilförmig ausgebildet. Dies führt dazu, dass bei einem Wegfall der Zugkraft die Klemmkörper durch die Federkraft parallel zur Bremsschiene bewegt werden, was gleichzeitig durch die keilförmige Ausgestaltung auch eine Verschiebung der Klemmkörper und den ihnen zugeordneten Bremsbacken in Richtung senkrecht zur Bremsschiene hin bedeutet, wodurch im Bremsfall ein reibschlüssiger Kontakt zwischen den Bremsbacken und der Bremsschiene entsteht.
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Für eine zusätzliche Kraftübersetzung der Riemenspannung auf die Klemmkörper sind in bevorzugter Ausführungsform bei mindestens einem Klemmelement mit dem Klemmkörper verbundene Freischalthebel vorgesehen. Durch diese Kraftübertragung ist eine höhere Federkraft bzw. eine höhere Vorspannung möglich und somit eine schnellere Bremsung bei höherer Bremskraft.
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Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, dass durch das Freischalten des Bremselementes mit Hilfe der Riemenspannung eine Bremswirkung erzielt wird, sobald der Riemen abreißt oder die Riemenspannung einen bestimmten Mindestwert unterschreitet. Dieser Mindestwert kann durch geeignete Dimensionierung der Klemmelemente oder auch durch Vorspannung der Federelemente individuell eingestellt werden. Durch die konsequente Nutzung von rein mechanischen Bauelementen ist dieses Bremselement dabei besonders sicher und durch die Vermeidung von externen Anschlüssen zur Kraftübertragung wird die Reaktions- und damit auch Bremszeit möglichst gering gehalten. Das Bremselement kann somit besonders hohe Sicherheitsvorgaben, wie sie im Personenschutz regelmäßig gefordert werden, erfüllen.
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
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1 Ausschnitt einer Maschinenanlage,
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2 einen Querschnitt durch ein Bremselement,
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3 einen Längsschnitt durch ein Bremselement im geöffneten Zustand (in Höhe der Zuglasche),
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4 einen Längsschnitt durch ein Bremselement im geöffneten Zustand (in Höhe der Federelemente),
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5 einen Längsschnitt durch ein Bremselement im geschlossenen Zustand (in Höhe der Federelemente),
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6 einen Längsschnitt durch ein Bremselement mit Freischalthebel im geöffneten Zustand (in Höhe der Zuglasche),
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7 einen Längsschnitt durch ein Bremselement mit Freischalthebel im geschlossenen Zustand (in Höhe der Zuglasche).
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Gleich Teile sind in allen Figuren mit den selben Bezugszeichen versehen.
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Die Maschinenanlage 1 gemäß 1 verfügt über zwei vertikale Linearführungsschienen 2 an welche eine Last 4 über Führungswagen 6 verschiebbar befestigt ist. Diese Last 4 ist dabei nur beispielhaft gezeichnet, da es sich prinzipiell um jede mögliche Last 4, welche entlang einer vertikalen Führungsschiene 2 bewegbar ausgebildet ist, handeln kann. So kann es sich anstelle der Last 4 zum Beispiel auch um einen Werkzeugarm zur Bearbeitung oder Überwachung von Fertigungsschritten oder einer Tür handeln. Zum Halten der Last 4 in einer bestimmten vertikalen Position verfügt die Maschinenanlage 1 über einen Riemen 8, welcher über zwei Umlenkrollen 10 geführt wird und mit der Last 4 verbunden ist. Der Riemen 8 kann dabei derart gespannt sein, dass er die auf die Last 4 einwirkende Gewichtskraft ausgleichen kann. Es allerdings ebenfalls denkbar, dass die Last 4 über einen über eine angetriebene Umlenkrolle 10 verlaufenden Zahnriemen 8 gehalten wird. Die erforderlichen Haltekräfte werden dabei über das Antriebsmoment aufgebracht. Zur Bewegung der Last 4 kann der Riemen 8 auch über eine Antriebseinheit verfügen, die die Bewegung unterstützen bzw. steuern kann. Sollte der Riemen 8 abreißen und somit die Riemenspannung abrupt wegfallen, entsteht durch die fallende Last 4 oder den fallenden Werkzeugarm zum einen eine Gefahr für den Arbeiter an der Maschinenanlage 1 und zum anderen auch die Gefahr von Beschädigungen und damit Betriebsausfällen für die gesamte Maschinenanlage 1. Aus diesen Gründen verfügt die Maschinenanlage 1 über zwei Bremselemente 12, welche im Notfall die fallende Last 4 abbremsen und an den zwei Bremsschienen 3 halten. Die Bremsschienen 3 entsprechen dabei im Ausführungsbeispiel den Führungsschienen 2, können aber auch getrennt und unabhängig von diesen angeordnet sein.
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Der Riemen 8 ist dabei unterbrochen und die Riemenenden an den den Zuglaschen 14 zugeordneten Querverbindungen 16 befestigt. Durch die anliegende Riemenspannung werden die beiden oberen Zuglaschen 14 nach oben und die beiden unteren Zuglaschen 14 nach unten gezogen und die Bremselemente 12 dadurch geöffnet. Die Last 4 lässt sich somit bei anliegender Riemenspannung normal entlang den Führungsschienen 2 bewegen.
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Das Ausführungsbeispiel nach 1 verfügt dabei lediglich zur deutlichen Unterscheidung von Führungsschiene 2 bzw. Bremsschiene 3, Bremselement 12 und Riemen 8 über zwei Führungsschienen 2 bzw. Bremsschienen 3 und Bremselemente 12. Selbstverständlich ist es ebenfalls möglich und angedacht, eine Last 4 an einer einzelnen Führungsschiene 2 zu bewegen, die auch gleichzeitig die Bremsschiene 3 ist, der nur ein Bremselement 12 zugeordnet ist und der Riemen 8 dabei direkt an den Zuglaschen 14 befestigt wird.
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Im Ausführungsbeispiel nach 2 ist das Bremselement 12 im Querschnitt dargestellt. Das Bremselement 12 ist dabei im Wesentlichen U-förmig ausgebildet und umschließt die Bremsschiene 3. Zur Bremsung bzw. Klemmung der fallenden Last an der Bremsschiene 3 ist im Gehäuse 18 des Bremselements 12 ein Klemmkörper 20 vorgesehen, der ebenfalls im Wesentlichen U-förmig die Bremsschiene 3 umschließt. Dieser Klemmkörper 20 ist im Ausführungsbeispiel nach 2 einteilig ausgeführt kann allerdings auch mehrteilig, insbesondere zwei getrennte und auf beiden Seiten der Bremsschiene 3 angeordnete Teile, ausgeführt sein. Dem Klemmkörper 20 sind auf beiden Seiten und der Bremsschiene 3 zugewandt Bremsbacken 22 zugeordnet.
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Diese Bremsbacken 22 treten im Bremsfall mit der Bremsschiene 3 in reibschlüssigen Kontakt und bremsen bzw. klemmen somit die Last an der Bremsschiene 3. Zur Positionierung des Klemmkörpers 20 im Gehäuse 18 des Bremselements 12 sind Längsachsen 24 vorgesehen, entlang derer der Klemmkörper 16 in vertikaler Richtung verschiebbar angeordnet ist.
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In 3 ist ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Bremselements 12 im Längsschnitt gezeigt. Die Schnittebene ist dabei in der zugeordneten Querschnittszeichnung des Bremselements 12 dargestellt. Das Bremselement 12 verfügt dabei über zwei Klemmelemente 26a und 26b, die spiegelbildlich in Bezug auf eine Symmetrieebene 28 angeordnet sind. Das Bremselement 12 ist dabei an der nicht dargestellten Last befestigt und kann im geöffneten Zustand zusammen mit der Last entlang der Führungsschiene 2 verschoben werden, die auch hier wieder der Bremsschiene 3 entspricht. Die Öffnung des Bremselements 12 geschieht dabei über den an beiden Zuglaschen 14 befestigten Riemen 8 (nicht dargestellt). Das Bremselement 12 bleibt damit im geöffneten Zustand, so lange die Riemenspannung an den Zuglaschen 14 und damit dem Bremselement 12 anliegt.
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Die folgenden relativen Positionsangaben beziehen sich immer auf die Richtung der Kraftkomponente der Riemenspannung des Klemmelements 26a und damit entgegengesetzt zur Richtung der Kraftkomponente des Gewichts der Last. Damit bedeutet oben bzw. oberhalb in den folgenden Figuren in Richtung des Riemens und unten bzw. unterhalb in Richtung der Last. Durch die spiegelbildliche Anordnung der beiden Klemmelemente 26a und 26b gilt dies ebenfalls für das zweite Klemmelement 26b.
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Die Zuglasche 14 des Klemmelements 26a verfügt oben über einen Aufnahmenbereich zur Befestigung des Riemens 8 an der Zuglasche 14. Der Riemen 8 kann dabei direkt an der Zuglasche 14 befestigt werden oder, wie es im Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt ist, über eine zusätzliche Verbindung 16. Der untere Bereich der Zuglasche ist T-förmig ausgebildet, wobei die Zuglasche 22 derart im Bremselement 12 angeordnet ist, dass sich der T-Balken der Zuglasche 22 unten befindet und der T-Steg nach oben zum Aufnahmebereich hin verläuft. Oberhalb der beiden Seiten des T-Balkens liegt der Klemmkörper 20 bzw. liegen mehrere Klemmkörper 20 an. Eine Teilung des Klemmkörpers 20 in zwei von einander getrennte Klemmkörper 20 hat dabei den Vorteil, dass im Bremsfall eine Selbstzentrierung der Klemmkörper 20 ermöglicht wird, wodurch die Bremsung gleichmäßig erfolgen kann. Ebenfalls würde im Falle der einteiligen Ausführungsform des Klemmkörpers 20 der Verbindungssteg beim Zusammenschieben der Klemmkörper 20 an die Bremsschiene 3 gebogen werden, wodurch Bremskräfte verloren gehen könnten.
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Im geöffneten Zustand wirkt daher auf die Klemmkörper 20 eine Kraft nach oben, die aus der Riemenspannung resultiert. Die Klemmkörper 20 werden daher nach oben geschoben bzw. oben gehalten und liegen somit nicht an der Bremsschiene 3 an.
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Im Ausführungsbeispiel nach 4 wird das Bremselement 12 aus 3 nochmals in einem anderen Querschnitt gezeigt. Den nach oben geschobenen Klemmkörpern 20 sind dabei Federelemente zugeordnet, die durch die anliegende Riemenspannung vorgespannt sind. Diese Vorspannung kann durch Stellschrauben 32 weiter erhöht bzw. individuell eingestellt werden.
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Im Ausführungsbeispiel nach 5 wird ein Bremselement 12 im geschlossenen Zustand, d.h. im Bremsfall, im Längsschnitt gezeigt. Die Schnittebene entspricht dabei der aus 4. Wie im Querschnitt sichtbar, liegen im Gegensatz zu den 3 und 4 die Bremsbacken 22 an der Bremsschiene 3 direkt an.
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Der Bremsfall liegt dabei vor, wenn der Riemen abreißt bzw. die Riemenspannung einen bestimmten Mindestwert unterschreitet und somit die Klemmkörper 20 nicht mehr in der angehobenen und damit offenen Position gehalten werden können. In diesem Fall fällt die nach oben gerichtete Kraftkomponente der Riemenspannung weg. Die Klemmkörper 20 werden daher durch vorgespannte Federelemente 30 nach unten geschoben. Die Federelemente 30 werden dabei so eingestellt, dass die Federkraft ausreichend groß ist, um die Bremswirkung bei Abriss des Riemens 8 auszulösen. Andererseits darf die Federkraft den aus der Riemenspannung vorgegebenen Maximalwert nicht überschreiten, damit die Klemmelemente bei angelegter Riemenspannung in einer geöffneten Position gehalten werden können
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Die Klemmkörper 20 werden im Bremsfall entlang der Längsachse 24 nach unten geschoben. Dabei ist die seitliche Innenwand des Gehäuses 18 keilförmig ausgebildet, wodurch neben der vertikalen Bewegung der Klemmkörpers 20 auch eine horizontale Bewegung der zugeordneten Bremsbacken 22 in Richtung der Bremsschiene 3 erfolgt. Der dadurch erreichte reibschlüssige Kontakt zwischen den Bremsbacken 22 und der Bremsschiene 3 führt zu einer Bremsung bzw. Klemmung der Last an der Bremsschiene 3. Durch die Gewichtskraft der Last ist das Bremselement 12 auch nach dem Auslösen der Bremswirkung durch die Federelemente 30 bei Wegfall der Kraftkomponente der Riemenspannung weiter in der Lage die Last zu halten. Dabei wird die Steifigkeit des Gehäuses 18 im Gegensatz zur eher flexiblen und elastischen Ausgestaltung des Klemmkörpers 20 ausgenutzt. Der Klemmkörper 20 kann sich dadurch am Gehäuse 18 abstützen und die Last an der Bremsschiene 3 besonders zuverlässig halten.
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Im Vergleich zu den Ausführungsbeispielen in 3 bis 5 verfügen die Ausführungsbeispiele in 6 (im geöffneten Zustand) und 7 (im geschlossenen Zustand) zur Kraftübertragung von den Zuglaschen 14 auf die Klemmkörper 20 über Freischalthebel 34. Die Freischalthebel 34 liegen dabei Oberhalb der beiden Seiten des T-Balkens an der Zuglasche 14 an und stehen teilweise mit dem Gehäuse 18 in Kontakt. Die Freischalthebel 34 sind dabei über Zylinderstifte 36 als Achsen mit den Klemmkörpern 20 verbunden.
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Im geöffneten Zustand wirken daher auf die Freischalthebel 34 die beiden entgegengesetzten Kraftkomponenten der Riemenspannung, welche einerseits durch die Zuglasche 14 der Klemmelemente 26a, 26b und andererseits die Ausformung des Gehäuses auf die Freischalthebel 24 und damit auch auf die federbelasteten Klemmkörper 20 übertragen werden. Die Freischalthebel 24 sind dabei so positioniert, dass sie bei dem beschriebenen Kräftegleichgewicht horizontal bzw. senkrecht zur Bremsschiene 3 liegen. Der mit den Freischalthebeln 24 verbundene Klemmkörper 20 ist in dieser Position der Freischalthebel 24 in einem geöffneten Zustand. Die Bremsbacken liegen demnach nicht an der Bremsschiene 3 an.
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Im Bremsfall werden beim Ausführungsbeispiel nach 7 die Freischalthebel 34 durch die ebenfalls vorhanden Federelemente 30, die an dem Klemmkörper 20 anliegen, in eine Ausnehmung 38 des Gehäuses 18 geschoben. Durch diese Bewegung der Freischalthebel 38 wird der mit ihnen verbundene Klemmkörper 20 nach oben und damit in entgegengesetzter Richtung zu den Ausführungsbeispielen nach 3 bis 5 geschoben. Durch die wiederum keilförmige Ausbildung der seitlichen Innenwände des Gehäuses 18, werden die Klemmkörper wie in den anderen Ausführungsbeispielen an die Bremsschiene gedrückt und der Fall der Last abgebremst.
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Die Klemmelemente 20 eines Bremselements 12 könnten auch derart konstruiert sein, dass ein Klemmelement 20 ohne Freischalthebel 34 und ein Klemmelement 20 mit Freischalthebeln 34 ausgerüstet ist. Durch die umgekehrte Laufrichtung der Klemmkörper 20 und damit verbundene umgekehrte Keilform des Gehäuses bei der Verwendung von Freischalthebeln 34 führt dies dazu, dass die Gewichtskraft der Last in beiden Klemmelementen 20 eine Bremskraftverstärkung bewirkt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Maschinenanlage
- 2
- Führungsschiene
- 3
- Bremsschiene
- 4
- Last
- 6
- Führungswagen
- 8
- Riemen
- 10
- Umlenkrollen
- 12
- Bremselement
- 14
- Zuglasche
- 16
- Querverbindung
- 18
- Gehäuse
- 20
- Klemmkörper
- 22
- Bremsbacken
- 24
- Längsachsen
- 26a, b
- Klemmelemente
- 28
- Symmetrieebene
- 30
- Federelemente
- 32
- Stellschrauben
- 34
- Freischalthebel
- 36
- Zylinderstift
- 38
- Gehäuseausnehmung
