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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Abbremsen eines mit einer Antriebswelle verbundenen drehbaren Bearbeitungswerkzeugs.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei Bearbeitungsmaschinen, insbesondere bei Holzbearbeitungsmaschinen wie Kreissägen oder Hobelmaschinen, besteht das Risiko schwerer Verletzungen, wenn ein Körperteil eines Benutzers in das sich mit hoher Geschwindigkeit drehende Bearbeitungswerkzeug gelangt. Häufig ist dann eine Amputation, z. B. eines Fingerglieds erforderlich.
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Unter der Bezeichnung SawStop (eingetragene Marke) wird eine Notbremsvorrichtung für Kreissägen vertrieben, bei der das Sägeblatt gegenüber den übrigen Komponenten der Kreissäge elektrisch isoliert ist. Ein Berührkontakt, z. B. zwischen einem Finger eines Benutzers und dem Sägeblatt kann durch einen charakteristischen Signalverlauf eines Sensors detektiert werden. Nach der Detektion einer Berührung löst ein Aktor eine vorgespannte Druckfeder aus, die einen Aluminiumblock radial gegen das Sägeblatt drückt, um dieses in kurzer Zeit zu stoppen. Bei einer derartigen Notauslösung wird allerdings sowohl die Notbremsvorrichtung als auch das Sägeblatt zerstört. Die dadurch entstehenden Reparaturkosten sowie die auftretenden Stillstandszeiten werden als nachteilig angesehen. Zudem besteht die Gefahr, dass Fehlauslösungen auftreten, beispielsweise wenn Holz gesägt wird, dessen Feuchtegehalt einen bestimmten Wert übersteigt.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Abbremsen eines Bearbeitungswerkzeugs anzugeben, die mehrfache Auslösungen erlaubt, ohne dass es zu einer Beschädigung der Vorrichtung oder des Sägeblatts kommt.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß vorgesehen, dass sie einen schaltbaren Freilauf aufweist, der durch ein Bremssignal einkuppelbar ist, um die Antriebswelle und ein ortsfestes Bauteil zu koppeln und durch einen durch das Einkuppeln erzeugten Form- und/oder Kraftschluss abzubremsen.
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Die Erfindung beruht auf der Idee, dass die gewünschte Abbremsung des sich mit hoher Geschwindigkeit drehenden Bearbeitungswerkzeugs, das beispielsweise als Sägeblatt ausgebildet sein kann, auch erreicht werden kann, indem ein schaltbarer Freilauf eingeschaltet, das heißt eingekuppelt wird, um die Antriebswelle mit einem ortsfesten und somit stillstehenden Bauteil zu koppeln. Das von einem Sensor erzeugte Bremssignal entspricht somit einem Notsignal, bei dessen Gabe eine abrupte Abbremsung des Bearbeitungswerkzeugs erfolgt, so dass Verletzungen beim Kontakt eines Körperteils eines Bedieners mit dem Bearbeitungswerkzeug vermieden oder zumindest verringert werden.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass der Freilauf einen Außenring und einen Innenring aufweist, wobei einer der Ringe ortsfest und der andere Ring auf der Antriebswelle angeordnet ist. Vorzugsweise ist der Außenring ortsfest und der Innenring auf der Antriebswelle angeordnet. Durch die drehende Antriebswelle wird der auf der Antriebswelle angeordnete Innenring gedreht, wohingegen der ortsfest angeordnete Außenring stillsteht. Der Außenring kann vorzugsweise an einem Maschinengehäuse einer
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Bearbeitungsmaschine angeordnet sein. Durch das Bremssignal wird ein Schaltvorgang des Freilaufs ausgelöst, so dass ein Form- und/oder Kraftschluss zwischen Innenring und Außenring erzeugt wird, so dass auf die Antriebswelle ein sehr hohes Bremsmoment ausgeübt wird.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Vorrichtung einen elektrisch betätigbaren Aktor zum Einkuppeln des Freilaufs aufweist. Der elektrische oder elektromechanische Aktor bewirkt, dass Innenring und Außenring miteinander gekoppelt werden, wodurch der gewünschte Notbremsvorgang ausgelöst wird. Der Aktor kann den Freilauf entweder direkt oder indirekt über ein zwischengeschaltetes Bauteil betätigen. Ein derartiges Bauteil kann beispielsweise als vorgespannte Feder ausgebildet sein, durch deren gespeicherte Energie der Freilauf geschaltet wird.
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Vorzugsweise kann der Aktor als auf einen Käfig des Freilaufs wirkender Elektromagnet ausgebildet sein. Der Elektromagnet kann dazu ein bewegliches Bauteil aufweisen, das eine Verschiebung und/oder Verdrehung des Käfigs des Freilaufs auslöst, wodurch der benötigte Form- und/oder Kraftschluss zwischen Innenring und Außenring des Freilaufs erzeugt wird, der das Abbremsen der Antriebswelle bewirkt.
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Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann es vorgesehen sein, dass der Freilauf Klemmkörper aufweist, die im eingekuppelten Zustand zwischen Außenring und Innenring gehalten sind. Die Klemmkörper befinden sich ähnlich wie Wälzkörper eines Wälzlagers zwischen Innenring und Außenring und werden durch die durch den Elektromagnet verursachte Bewegung des Käfigs des Freilaufs so verschoben und/oder gedreht, dass der Formschluss entsteht.
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Alternativ kann der Freilauf Klemmrampen aufweisen, mittels denen zwischen einem eingekuppelten und einem ausgekuppelten Zustand geschaltet werden kann. Darüber hinaus kann auch ein formschlüssiger Freilauf eingesetzt werden.
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Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, dass der Freilauf eine festgelegte Elastizität in Umfangsrichtung aufweist, die im eingekuppelten Zustand einen festgelegten Drehwinkel zwischen der Antriebswelle und dem ortsfesten Bauteil ermöglicht. Durch diese bewusst vorgesehene Elastizität werden Spannungsspitzen verringert, die ansonsten zu einer Beschädigung der Vorrichtung führen könnten.
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Alternativ oder zusätzlich kann es bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung vorgesehen sein, dass der Freilauf über wenigstens ein elastisches Zwischenelement radial an einem ortsfesten Bauteil, insbesondere an dem Gehäuse einer Bearbeitungsmaschine, befestigt ist. Somit kann die erwähnte bewusst vorgesehene festgelegte Elastizität auch durch das elastische Zwischenelement erzeugt werden. Bei dieser Ausgestaltung ist zwischen dem Freilauf und dem ortsfesten Bauteil, genauer gesagt zwischen dem Außenring des Freilaufs und dem ortsfesten Bauteil, das elastische Zwischenelement vorgesehen, das eine elastische, nachgiebige Lagerung des Freilaufs bewirkt. Das elastische Zwischenelement dient zur Verringerung von Spannungsspitzen, die ansonsten bei der hohen Verzögerung des Bearbeitungswerkzeugs auftreten könnten. In diesem Zusammenhang kann es selbstverständlich auch vorgesehen sein, dass der Freilauf über mehrere in Umfangsrichtung verteilt angeordnete elastische Zwischenelemente an dem ortsfesten Bauteil gelagert ist.
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Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird es bevorzugt, dass die Antriebswelle eine Riemenscheibe aufweist, die mittels eines Riemens mit einem Antrieb koppelbar oder gekoppelt ist. Optional kann die Vorrichtung auch so ausgebildet sein, dass bei Gabe des Bremssignals auch der Antrieb ausgeschaltet wird, so dass der Antrieb dem Notbremsvorgang nicht entgegenwirkt.
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Daneben betrifft die Erfindung eine Bearbeitungsmaschine mit einer Vorrichtung der beschriebenen Art, mit einem Sensor, der dazu ausgebildet ist, bei einem drohenden Kontakt eines Körperteils eines Benutzers mit dem Bearbeitungswerkzeug das Bremssignal auszulösen. Der Sensor kann z. B. als optischer Sensor, kapazitiver Sensor, resistiver Sensor usw. ausgebildet sein oder auf einem anderen Wirkungsprinzip beruhen. Der Sensor ist so ausgebildet, dass er eine stattfindende oder unmittelbar bevorstehende Berührung des Bearbeitungswerkzeugs detektiert und, gegebenenfalls nach einer Signalverarbeitung, das Bremssignal erzeugt, das dem Aktor zugeführt wird.
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Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Bearbeitungsmaschine ein Bearbeitungswerkzeug aus der folgenden Gruppe aufweisen: Sägeblatt, Fräser, Frässpindel, Bohrer, Hobelwelle. Dementsprechend kann die Bearbeitungsmaschine vorzugsweise als Kreissäge, Fräsmaschine, Bohrmaschine oder Hobelmaschine ausgebildet sein.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
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1 ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; und
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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Die in 1 in einer Draufsicht gezeigte Vorrichtung 1 ist Bestandteil einer Kreissäge und umfasst eine Antriebswelle 2, die mittels zwei Wälzlagern 3, 4 an einem Gehäuse 5 einer als Kreissäge ausgebildeten Bearbeitungsmaschine gelagert ist. Ein in 1 nicht dargestellter Antrieb in Form eines Elektromotors ist über einen Antriebsriemen mit einer fest mit der Antriebswelle 2 verbundenen Riemenscheibe 6 gekoppelt, die drehfest auf der Antriebswelle 2 angeordnet ist.
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Ein Sägeblatt 7 ist mittels einer Mutter 8 drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden.
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Die Vorrichtung 1 umfasst ferner einen Sensor 9, der in 1 lediglich schematisch dargestellt ist und der sich auch an einer anderen Position befinden kann. Der Sensor 9 ist dazu ausgebildet, eine drohende oder stattfindende Berührung eines Körperteils eines Benutzers mit dem Sägeblatt 7 zu detektieren. Wenn ein derartiger Gefahrenzustand detektiert worden ist, wird ein Bremssignal erzeugt, um das Sägeblatt 7 und die Antriebswelle 2 in kürzester Zeit zum Stillstand zu bringen. Dazu weist die Vorrichtung 1 einen schaltbaren Freilauf 10 auf, der eine Kopplung des ortsfesten Gehäuses 5 mit der Antriebswelle 2 ermöglicht. Der schaltbare Freilauf 10 umfasst einen ortsfest an dem Gehäuse 5 angeordneten Außenring und einen auf der Antriebswelle 2 angeordneten Innenring. Zwischen Außenring und Innenring sind in Umfangsrichtung verteilt angeordnete Klemmkörper angeordnet, die durch einen Käfig geführt werden, ähnlich wie in einem Käfig geführte Wälzkörper eines Wälzlagers.
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Während des normalen Betriebs der Vorrichtung 1 und der Bearbeitungsmaschine sind der Außenring und der Innenring nicht miteinander in Eingriff, so dass die Antriebswelle 2 das Sägeblatt 7 dreht.
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Wenn durch den Sensor 9 ein drohender Unfall detektiert worden ist, erzeugt der Sensor 9 ein Bremssignal, das einem als Elektromagnet 11 ausgebildeten Aktor zugeführt wird. Der Elektromagnet 11 dient als Schaltmagnet und weist einen axial bewegbaren Zapfen 12 auf. Wenn das Bremssignal dem Elektromagnet 11 zugeführt wird, wird der Zapfen 12 axial verschoben, der mit dem Käfig für die Klemmkörper gekoppelt ist. Durch diese Bewegung werden Außenring und Innenring des Freilaufs 10 über die Klemmkörper gekoppelt, so dass Außenring und Innenring des Freilaufs kraft- und formschlüssig miteinander gekoppelt sind. Dadurch wird auch das Gehäuse 5 der Bearbeitungsmaschine mit der Antriebswelle 2 gekoppelt, so dass die Antriebswelle 2 in kürzester Zeit bis zum Stillstand abgebremst wird. Zusätzlich werden durch das Bremssignal auch der elektromotorische Antrieb der Riemenscheibe 6 und die Antriebswelle 2 gestoppt. Durch den Schaltvorgang des Freilaufs 10, der die plötzliche Kopplung zwischen Gehäuse 5 und Antriebswelle 2 bewirkt, wird das Sägeblatt 7 abgebremst, wodurch Verletzungen verhindert oder zumindest verringert werden.
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2 zeigt eine Vorrichtung 13, die ähnlich wie die in 1 gezeigte Vorrichtung 1 aufgebaut ist. Auf eine nochmalige Erläuterung derjenigen Komponenten, die mit denjenigen von 1 übereinstimmen, wird daher an dieser Stelle verzichtet.
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In 2 erkennt man, dass der Freilauf 10 über mehrere elastische Zwischenelemente 14, die in Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind, an dem Gehäuse 5 der Bearbeitungsmaschine befestigt ist. Durch diese absichtlich erzeugte Elastizität verringern sich die beim Auslösen des schaltbaren Freilaufs 10 auftretenden stoßartigen Kräfte und Momente, so dass die Gefahr einer Beschädigung der Vorrichtung 13 verringert wird. Die elastischen Zwischenelemente 14 können als Federn ausgebildet sein, beispielsweise als Spiralfedern oder Blockfedern. Es ist auch möglich, die elastischen Zwischenelemente aus einem Material herzustellen, das im Vergleich zu dem Gehäuse 5 eine geringere Steifigkeit aufweist. Beispielsweise können die elastischen Zwischenelemente 14 aus einem Kunststoffmaterial hergestellt sein.
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Nach dem Auslösen eines Bremssignals wird durch den Elektromagneten 11 ein Schaltvorgang des Freilaufs 10 ausgelöst, wodurch die Antriebswelle 2 mit sehr großer Verzögerung bis zum Stillstand abgebremst wird. Die elastischen Zwischenelemente 14 ermöglichen dabei eine zumindest geringe Relativdrehung der Antriebswelle 2 gegenüber dem Gehäuse 5, wodurch Spannungsspitzen verringert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Antriebswelle
- 3
- Wälzlager
- 4
- Wälzlager
- 5
- Gehäuse
- 6
- Riemenscheibe
- 7
- Sägeblatt
- 8
- Mutter
- 9
- Sensor
- 10
- Freilauf
- 11
- Elektromagnet
- 12
- Zapfen
- 13
- Vorrichtung
- 14
- Zwischenelement
