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Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsbremsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine.
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Stand der Technik
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Sicherheitsbremsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, beispielsweise aus
DE 10 2008 054 694 A1 .
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Offenbarung der Erfindung
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Die Erfindung geht aus von einer Sicherheitsbremsvorrichtung für eine Werkzeugmaschine zum Bremsen eines mittels eines Motors über eine Welle, insbesondere eine Abtriebswelle, angetriebenen Bearbeitungswerkzeugs bei einer Annäherung oder Berührung des Sägeblatts durch einen Benutzer, aufweisend zumindest eine Bremsvorrichtung, die als zumindest zweiteilige Klauenkupplung ausgebildet ist, wobei zumindest ein erster Klauenkupplungsteil und ein zweiter Klauenkupplungsteil der Klauenkupplung (oder äquivalent: Klauenbremse) jeweils mehr als ein Verzahnungselement aufweisen, die dazu vorgesehen sind, bei einem Bremsvorgang ineinander in Eingriff zu stehen und derart eine Rotation der Welle zu bremsen, insbesondere zu stoppen. Erfindungsgemäß ist der erste Klauenkupplungsteil mittels eines Dämpfungselements in axialer Richtung der Welle beweglich und im Wesentlichen drehfest auf der Welle angeordnet. Ferner ist der zweite Klauenkupplungsteil dazu vorgesehen, im Wesentlichen drehfest, insbesondere im Wesentlichen unbeweglich, bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein.
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Unter einer „Sicherheitsbremsvorrichtung“ soll insbesondere eine Vorrichtung verstanden werden, die ein Bearbeitungswerkzeug in einer Situation, in der Gefahr von dem Bearbeitungswerkzeug für einen Bediener ausgeht, mittels zumindest der Bremsvorrichtung bremst oder stoppt. Insbesondere bremst die Sicherheitsbremsvorrichtung das Bearbeitungswerkzeug bei einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Benutzer. In einer Ausführungsform umfasst die Sicherheitsbremsvorrichtung ferner eine Recheneinheit und eine Sensoreinheit, wobei die Recheneinheit mit zumindest einem Sensor der Sensoreinheit kommuniziert, wobei der Sensor dazu vorgesehen ist, eine Gefahr für einen Bediener, insbesondere eine Annäherung des Bedieners an das Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch den Bediener, zu detektieren. Eine Elektronik der Sicherheitsbremsvorrichtung kann dann, nach Detektion einer Annäherung des Bedieners an das Bearbeitungswerkzeug und/oder nach Detektion eines Kontakts des Bedieners mit dem Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise ein Aktorelement auslösen, welches einen Bremsvorgang unter Verwendung der Bremsvorrichtung auslöst. Das Aktorelement kann insbesondere als Bestandteil der Bremsvorrichtung oder auch separat realisiert sein. Das Aktorelement kann in einem Ausführungsbeispiel als eine Hubeinheit ausgebildet sein, welche zumindest einen der zwei Klauenkupplungsteile der Klauenkupplung aktiv bewegt, um die beiden Klauenkupplungsteile bei einem Bremsvorgang miteinander in Eingriff zu bringen und derart eine Rotation der Welle zu stoppen, insbesondere zu blockieren. Derartige Aktorelemente sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
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Unter „vorgesehen“ soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden.
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Unter einer „Werkzeugmaschine“ soll eine prinzipiell beliebige Werkzeugmaschine verstanden werden, die ein mittels eines Motors über eine Welle, insbesondere eine Abtriebswelle, angetriebenes, drehbar gelagertes Bearbeitungswerkzeug aufweist. Das Bearbeitungswerkzeug kann insbesondere auch als Werkzeugaufnahme realisiert sein. Das Bearbeitungswerkzeug ist im Wesentlichen drehfest mit der Abtriebseinheit verbunden oder zumindest in einem Betriebszustand der Werkzeugmaschine im Wesentlichen drehfest mit der Abtriebseinheit verbindbar, beispielsweise über eine Werkzeugaufnahme, sodass ein Drehmoment von der Abtriebseinheit, insbesondere der Abtriebswelle, auf das Bearbeitungswerkzeug übertragbar ist. Unter „im Wesentlichen drehfest“ ist an dieser Stelle zu verstehen, dass das Bearbeitungswerkzeug in einem Bremsvorgang gegenüber der Abtriebseinheit eine Relativrotation von weniger als 15°, insbesondere von weniger als 10°, ganz insbesondere von weniger al 5° vollführt. Das Drehmoment wird von einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor, insbesondere einem bürstenlose Gleichstrommotor (EC-Motor), und/oder einem anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Motor, erzeugt. Die Welle, insbesondere die Abtriebswelle, kann unter Verwendung eines Getriebes oder einer Kupplung oder auch ohne derartige Verbindungselemente mit der Antriebseinheit verbunden sein. Beispiele derartiger Werkzeugmaschinen umfassen insbesondere Bohrmaschinen, Motorsensen, Rasenmäher, Kreissägen, Tischkreissägen, Kappsägen, Gehrungssägen oder andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werkzeugmaschinen. In einer Ausführungsform kann die Werkzeugmaschine als handgehaltene Handwerkzeugmaschine realisiert sein, beispielsweise als kabellose akkubetriebene Handkreissäge oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Werkzeugmaschine als eine Handkreissäge mit einem mittels eines Motors über eine Welle angetriebenen, als Kreissägeblatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug und mit einer Sensorplatte, die einen Kontakt menschlicher Haut mit dem Bearbeitungswerkzeug erfasst, realisiert sein.
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Die Welle, insbesondere die Abtriebswelle, ermöglicht eine Rotation des Bearbeitungswerkzeugs durch Drehung der Welle um ihre Längsachse. Typischerweise sind alle weiteren Freiheitsgrade, insbesondere eine Bewegung in radialer Richtung eines kreisförmigen Querschnitts der Welle oder in axialer Richtung der Welle, konstruktiv unterbunden.
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Unter einer „Bremsvorrichtung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die der Abbremsung oder dem Stoppen der Rotation des Bearbeitungswerkzeugs im Falle der Detektion einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Bediener dient. Die Bremsvorrichtung ist erfindungsgemäß als zumindest zweiteilige Klauenkupplung (oder dazu äquivalent: Klauenbremse) realisiert.
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Unter einem „Dämpfungselement“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die speziell dazu vorgesehen und ausgelegt ist, einen auf das erste Klauenkupplungsteil und/oder auf das zweite Klauenkupplungsteil während eines Bremsvorgangs wirkenden Impuls („Schlag“) zu verringern, insbesondere zu dämpfen. In einem Ausführungsbeispiel ist das Dämpfungselement aus Stahl gefertigt. Derart kann ein besonders einfach realisierbares und folglich besonders wirtschaftliches Dämpfungselement angegeben werden.
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Unter einer „zweiteiligen Klauenkupplung“ ist eine Kupplung zu verstehen, die durch formschlüssige Kupplung funktioniert, indem Verzahnungselemente an den beiden Klauenkupplungsteilen miteinander in Eingriff gebracht werden und somit eine Momentübertragung in Folge einer Relativbewegung der beiden Klauenkupplungsteile zueinander, insbesondere in Folge einer Relativbewegung der beiden Klauenkupplungsteile in Rotationsrichtung zueinander, ermöglichen. Durch Realisierung der Sicherheitsbremsvorrichtung mittels einer Klauenkupplung kann eine formschlüssige Verbindung genutzt werden, um auf besonders schnelle und sichere Weise einen Bremsvorgang durchzuführen.
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Der erste Klauenkupplungsteil ist mittels des Dämpfungselements in axialer Richtung der Welle beweglich und im Wesentlichen drehfest auf der Welle angeordnet. Der zweite Bremsvorrichtungsteil ist im Wesentlichen drehfest mit einem anderen Bestandteil der Werkzeugmaschine, insbesondere beispielsweise einem Gehäuse, einem Getriebegehäuse, einem Motorgehäuse oder einer anderen Struktur der Werkzeugmaschine, verbunden und somit zumindest im Wesentlichen drehfest bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet. In einer Ausführungsform kann der zweite Klauenkupplungsteil dazu vorgesehen sein, im Wesentlichen unbeweglich mit dem anderen Bestandteil der Werkzeugmaschine verbunden zu sein und somit nicht nur im Wesentlichen drehfest bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein. In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Klauenkupplungsteil gegenüber einem Motorgehäuse der Werkzeugmaschine im Wesentlichen unbeweglich ausgeführt. Derart kann insbesondere eine freie Rotation des zweiten Klauenkupplungsteil bezüglich der Werkzeugmaschine und auch bezüglich der Welle, insbesondere bezüglich der Abtriebswelle, und somit bezüglich dem im Wesentlichen drehfest mit der Welle verbundenen ersten Klauenkupplungsteil unterbunden werden.
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Unter „im Wesentlichen drehfest“ ist zu verstehen, dass ein jeweiliger Klauenkupplungsteil nicht wesentlich in Richtung des Umfangs der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, verschiebbar (rotierbar) oder gleitend gelagert ist. Unter „der erste Klauenkupplungsteil ist im Wesentlichen drehfest auf der Welle angeordnet“ ist zu verstehen, dass der erste Klauenkupplungsteil mit einer Drehbewegung der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, mitdrehend mit der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, verbunden ist, wobei durch „im Wesentlichen“ eine maximale Relativbewegung von Welle, insbesondere Abtriebswelle, und erstem Klauenkupplungsteil zueinander zugelassen sein soll, die kleiner als 15°, insbesondere kleiner als 10°, ganz insbesondere kleiner als 5° ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die maximal zulässige Relativbewegung des ersten Klauenkupplungsteil 12,5°. Insbesondere tritt diese Relativbewegung nur bei einem sehr großen anliegenden Drehmoment auf das erste Klauenkupplungsteil auf, wie es bei einem schlagartigen Bremsvorgang auftreten kann.
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Unter „der zweite Klauenkupplungsteil ist im Wesentlichen drehfest angeordnet, insbesondere bezogen auf die Werkzeugmaschine im Wesentlichen drehfest angeordnet“ ist zu verstehen, dass eine maximale Relativbewegung von dem Bestandteil der Werkzeugmaschine, an dem das zweite Klauenkupplungsteil befestigt ist, und dem zweiten Klauenkupplungsteil zueinander zugelassen sein soll, die kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 10°, ganz insbesondere kleiner als 5° ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die maximal zulässige Relativbewegung des zweiten Klauenkupplungsteil 15°. Die Relativbewegung kennzeichnet dabei eine Drehung des zweiten Klauenkupplungsteils um eine eigene Achse in Rotationsrichtung der Welle. Auch diese Relativbewegung tritt insbesondere nur bei einem sehr hohen anliegenden Drehmoment auf das zweite Klauenkupplungsteil auf, wie es bei einem schlagartigen Bremsvorgang auftreten kann. In einer Ausführungsform kann der zweite Klauenkupplungsteil auch dazu vorgesehen sein, im Wesentlichen unbeweglich mit dem anderen Bestandteil der Werkzeugmaschine verbunden zu sein und somit gänzlich ortsfest (nicht nur drehfest) bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein. Aber auch hier ist unter „im Wesentlichen unbeweglich“ zu verstehen, dass eine maximale Relativbewegung (in Rotationsrichtung der Welle) von dem Bestandteil der Werkzeugmaschine, an dem das zweite Klauenkupplungsteil befestigt ist, und dem zweiten Klauenkupplungsteil zueinander zugelassen sein soll, die kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 10°, ganz insbesondere kleiner als 5° ist. In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Klauenkupplungsteil gegenüber einem Motorgehäuse der Werkzeugmaschine im Wesentlichen unbeweglich ausgeführt.
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Unter „in axialer Richtung der Welle beweglich“ ist zu verstehen, dass der erste Klauenkupplungsteil in axialer Richtung der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, verschiebbar gelagert ist.
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In einer alternativen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist der zweite Klauenkupplungsteil dazu vorgesehen, drehfest mit einem anderen Bestandteil der Werkzeugmaschine, insbesondere beispielsweise einem Gehäuse, einem Getriebegehäuse, einem Motorgehäuse oder einer anderen Struktur der Werkzeugmaschine verbunden zu sein und somit zumindest drehfest bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein. In einer Ausführungsform kann der zweite Klauenkupplungsteil dazu vorgesehen sein, unbeweglich mit dem anderen Bestandteil der Werkzeugmaschine verbunden zu sein und somit gänzlich ortsfest (nicht nur drehfest) bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein. In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Klauenkupplungsteil gegenüber einem Motorgehäuse der Werkzeugmaschine unbeweglich, insbesondere ortsfest, ausgeführt. „Ortsfest“ bedeutet insbesondere unbeweglich bezogen auf ein Gehäuse oder eine Struktur der Werkzeugmaschine. Derart kann insbesondere eine freie Rotation des zweiten Klauenkupplungsteil bezüglich der Werkzeugmaschine während eines Bremsvorgangs unterbunden werden.
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Unter „Verzahnungselementen“ sind konstruktiv bedingte Vorsprünge sowohl des ersten Klauenkupplungsteils als auch des zweiten Klauenkupplungsteils zu verstehen, die dazu vorgesehen sind, miteinander in Eingriff gebracht zu werden. Dabei bilden die Verzahnungselemente eines Klauenkupplungsteils gleichzeitig die Verzahnungselemente des anderen Klauenkupplungsteils aufnehmende Ausnehmungen aus, sodass bei Interaktion der Klauenkupplungsteile Vorsprünge (Verzahnungselemente) und Ausnehmungen (Vertiefungen zwischen benachbarten Verzahnungselementen) komplementär zu einander angeordnete Paare bilden. Die Verzahnungselemente werden im Falle eines Bremsvorgangs derart miteinander in Eingriff gebracht, dass durch Momentübertragung zwischen dem mit der Welle mitrotierenden ersten Klauenkupplungsteil und dem gegenüber der Welle im Wesentlichen drehfest an der Werkzeugmaschine angeordneten zweiten Klauenkupplungsteil eine Momentübertragung erzeugbar ist, die der Rotationsbewegung des ersten Klauenkupplungsteil entgegenwirkt und derart die Rotation der Welle bremst, insbesondere stoppt oder blockiert.
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Zur Durchführung eines Bremsvorgangs wird mittels des Aktorelements das Dämpfungselement sehr schnell in axialer Richtung entlang der Welle in das erste Klauenkupplungsteil gepresst, wobei das erste Klauenkupplungsteil durch die Translationsbewegung des Dämpfungselements in Richtung des zweiten Klauenkupplungsteils bewegt bzw. mitgerissen wird. Sobald sich die beiden Klauenkupplungsteile derart angenähert haben, dass deren Verzahnungselemente miteinander in Eingriff gebracht sind, wird eine Rotation der Welle gebremst, insbesondere gestoppt. Ein in Folge der Blockade auftretender Schlag (Drehimpulsübertrag) wird erfindungsgemäß durch das Dämpfungselement abgefangen. Derart wird eine Belastung der Bauteile, insbesondere der Verzahnungselemente des ersten Klauenkupplungsteils und des zweiten Klauenkupplungsteils, während eines Bremsvorgangs reduziert.
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In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist das Dämpfungselement über eine Nutengeometrie drehfest auf der Welle angeordnet. Eine Nutengeometrie umfasst dabei insbesondere eine Nut und eine Feder (oder eine anderweitige Erhöhung), die miteinander in Eingriff gebracht werden können. Derart kann das Dämpfungselement auf besonders einfache und sichere Weise drehfest an der Welle angeordnet sein, wobei es während eines Bremsvorgangs insbesondere zu keiner Relativbewegung von Welle und Dämpfungselement zueinander kommt. Ferner ist die Nutengeometrie derart ausgestaltet, dass eine Bewegung des Dämpfungselement in axialer Richtung der Welle möglich ist, d.h. eine axiale Verschiebbarkeit des Dämpfungselements ist konstruktiv zugelassen. Dazu sind Nut und Feder (beispielsweise Nut auf der Innenseite des Dämpfungselements, Feder auf der Außenseite der Welle) insbesondere in axialer Richtung der Welle ausgerichtet.
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In einer Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist das Dämpfungselement derart ausgestaltet, dass während eines Bremsvorgangs eine Dämpfung einer Rotationsenergie in Rotationsrichtung der Welle erfolgt. In einer Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist das Dämpfungselement zwischen dem ersten Klauenkupplungsteil und der Abtriebswelle angeordnet und der erste Klauenkupplungsteil über eine Nutengeometrie im Wesentlichen drehfest an dem Dämpfungselement angeordnet. Auf diese Weise bildet das erste Klauenkupplungsteil eine Art Hülse, die um das Dämpfungselement herum angeordnet ist. Entsprechend befindet sich das Dämpfungselement in dem ersten Klauenkupplungsteil, sodass eine besonders kompakte Anordnung realisierbar ist. Ferner erlaubt die Anbindung des ersten Klauenkupplungsteils an das Dämpfungselement mittels einer Nutengeometrie eine axiale Verschiebung des ersten Klauenkupplungsteils bezüglich des Dämpfungselements (oder umgekehrt), sofern die Nut(en) und Feder(n) in axialer Richtung angeordneten ist/sind. Insbesondere weist die Nutengeometrie Spiel auf, d.h. die Nut ist geringfügig größer ausgeführt als die damit in Eingriff zu bringende Feder. Auf Grund dieser Ausgestaltung der Nutengeometrie kann es zwischen dem Dämpfungselement und dem ersten Klauenkupplungsteil bei einem schlagartigen Bremsvorgang, je nach anliegendem Drehmoment, zu einer Relativbewegung kommen, die weniger als 15°, insbesondere weniger als 10°, ganz insbesondere weniger als 5° beträgt. In einem Ausführungsbeispiel beträgt diese Relativbewegung 12,5°. Somit wirkt das Dämpfungselement in Rotationsrichtung dämpfend.
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In einer alternativen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist das Dämpfungselement zwischen dem ersten Klauenkupplungsteil und der Welle angeordnet, wobei das Dämpfungselement einteilig, insbesondere einstückig, mit dem ersten Klauenkupplungsteil ausgeführt ist. Insbesondere kann dabei das Dämpfungselement einstückig mit dem ersten Klauenkupplungsteil als ein 2-Komponenten-Bauteil realisiert sein, wobei das Dämpfungselement ein dämpfendes Material aufweist. Unter „einteilig“ ist dabei insbesondere zu verstehen, dass ein integrales Bauteil vorliegt, welches prinzipiell auch aus unterschiedlichen Komponenten zusammengesetzt sein kann, die beispielsweise kraft- und/oder formschlüssig zusammengehalten werden. Unter „einstückig“ ist insbesondere zu verstehen, dass ein integrales, insbesondere stoffschlüssiges, Bauteil vorliegt. Insbesondere erscheint das Bauteil nicht als aus mehreren aneinander gefügten Bauteilen zusammengesetzt zu sein, die voneinander gelöst werden können. Eine entsprechende Zerlegung kann daher nicht ohne Zerstörung des Bauteils erfolgen.
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In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist das Dämpfungselement derart ausgestaltet, dass während eines Bremsvorgangs eine Dämpfung einer Rotationsenergie in Axialrichtung der Welle erfolgt. Derart kann das Dämpfungselement zur Erzeugung einer Lineardämpfung, einer Rotationsdämpfung oder einer Kombination von Lineardämpfung und Rotationsdämpfung einsetzbar sein. In einer Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung weist das Dämpfungselement zumindest eine einseitig zumindest teilweise geschlossene Nut auf, wobei auf der zumindest teilweise geschlossenen Seite der Nut eine Rampenkontur ausgebildet ist. Mittels der Rampenkontur, die eine Phase oder Anschrägung in der Nut des Dämpfungselements darstellt, kann im Falle eines Bremsvorgangs bei einem Aufeinanderdrücken des Dämpfungselements und des ersten Klauenkupplungsteils zumindest ein Teil der Energie aus der Rotationsbewegung durch Umwandlung in eine Energie einer Translationsbewegung abgefangen und umgewandelt werden. Indem das Dämpfungselement sowohl translatorisch als auch rotatorisch gestaucht wird, kann eine bei einem schlagartigen Bremsvorgang freiwerdende Rotationsenergie effizient durch eine Rotationsdämpfung und eine Lineardämpfung gedämpft werden. Eine während eines schlagartigen Bremsvorgangs auftretende Energiespitze (Schlag) kann derart in ein durch die erfindungsgemäßen Komponenten kompensierbares Maß abgeschwächt werden, wobei gleichzeitig eine möglichst kleine Relativbewegung zwischen Dämpfungselement und erstem Klauenkupplungsteil resultiert. Derart kann die Sicherheit eines Bedieners der Werkzeugmaschine deutlich erhöht werden.
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In einer Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung weist das zweite Klauenkupplungsteil zumindest eine Ausnehmung zur Aufnahme eines Dämpfungsmaterials (dämpfendes Material) auf, wobei das zweite Klauenkupplungsteil in einem an einem Gehäuse der Werkzeugmaschine angeordneten Zustand mittels des Dämpfungsmaterials in einer Rotationbewegung gedämpft ist. Mittels des Dämpfungsmaterials ist es in einem Ausführungsbeispiel möglich, eine bei einem schlagartigen Bremsvorgang freiwerdende Rotationsenergie vorteilhaft abzudämpfen, indem der zumindest eine Bolzen in der zumindest einen Ausnehmung auf das dämpfende Material verdreht wird, wobei eine geringfügige Rotationsbewegung des zweiten Klauenkupplungsteils bezogen auf das Gehäuse resultiert. In einem Ausführungsbeispiel kann die zumindest eine Ausnehmung ein Verdrehen des zweiten Klauenkupplungsteils um weniger als 45°, insbesondere um weniger als 22°, ganz insbesondere um weniger als 15° zulassen. Die Relativbewegung von zweitem Klauenkupplungsteil und Gehäuse zueinander in Folge der Rotation beträgt in einem Ausführungsbeispiel 12°. Derart kann ein Drehimpulsübertrag und ein Energieübertrag während eines Bremsvorgangs von dem zweiten Klauenkupplungsteil auf das Gehäuse der Werkzeugmaschine vorteilhaft gedämpft werden.
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In einer Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung weist das zweite Klauenkupplungsteil zumindest eine reibarme Oberfläche auf, wobei die reibarme Oberfläche in einem an dem Gehäuse der Werkzeugmaschine angeordneten Zustand zumindest zur Gehäuseoberfläche weist. Alternativ ist es auch denkbar, anstatt einer Oberfläche mit reibarmen Eigenschaften eine Gleithülse oder Gleitscheibe zwischen dem zweiten Klauenkupplungsteil und dem Gehäuse anzuordnen. Derart kann auf einfache Weise ermöglicht werden, dass das zweite Klauenkupplungsteil sich im Falle eines Bremsvorgangs zur Kompensation eines Schlags relativ zum Gehäuse der Werkzeugmaschine bewegen kann.
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Durch die erfindungsgemäße Auslegung der Sicherheitsbremsvorrichtung hinsichtlich einer Dämpfung der bei einem Bremsvorgang freiwerdenden Energie, insbesondere eines Impulsübertrags, kann eine besonders vorteilhafte Bremswirkung oder Bremseffektivität unter Berücksichtigung der Robustheit, Reaktionszeit, Bremszeit etc. der Bremsvorrichtung erreicht werden. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bremsvorrichtung der Sicherheitsbremsvorrichtung auf konstruktiv besonders einfache Weise eine besonders hohe Bremseffektivität, d.h. eine besonders kurze Zeit zwischen Auslösung des Bremsvorgangs (durch das Aktorelement) bis zum Stillstand des Bearbeitungswerkzeugs, erreicht werden. Die Bremsvorrichtung reagiert besonders schnell nach Auslösung des Aktorelements, um Verletzungen des Bedieners im Falle eines Eingriffs in das sich bewegende Bearbeitungswerkzeug zu vermeiden oder gänzlich auszuschlie-ßen. Insbesondere beträgt eine Bremszeit nach Auslösen des Aktorelements weniger als 5 Millisekunden, insbesondere weniger als 3 Millisekunden, ganz insbesondere weniger als 1,5 Millisekunden. Ferner kann die Bremsvorrichtung der Sicherheitsbremsvorrichtung konstruktiv besonders einfach und daher auch besonders zuverlässig realisiert sein. Gleichzeitig werden die bei dem Bremsvorgang übertragenden Impuls und Energie vorteilhaft gedämpft, sodass die Stabilität der Bauteile, insbesondere des ersten Klauenkupplungsteils und des zweiten Klauenkupplungsteils, nicht beeinträchtigt wird. Eine besonders zuverlässige und langlebige Sicherheitsbremsvorrichtung kann realisiert werden, die Verletzungen bei einer Nutzung der Werkzeugmaschine während der gesamten Lebensdauer der Werkzeugmaschine zuverlässig vermeidet oder geringhält.
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Ferner betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Handwerkzeugmaschine, insbesondere eine Handkreissäge mit einem als Kreissägeblatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Sicherheitsbremsvorrichtung. Auf diese Weise wird zum Abbremsen einer Bewegung, insbesondere einer Rotation, des Bearbeitungswerkzeugs eine besonders kurze Bremszeit, ermittelt zwischen einem Auslösen eines Bremsvorgangs bis zum Stoppen des Bearbeitungswerkzeugs, erreicht. Insbesondere beträgt diese maximale Bremszeit (nach Auslösung des Bremsvorgangs durch den Aktuator) weniger als 5 Millisekunden, insbesondere weniger als 3 Millisekunden, ganz insbesondere weniger als 1,5 Millisekunden. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die maximale Bremszeit 2,8 Sekunden. Somit kann die Sicherheit eines Benutzers der Werkzeugmaschine deutlich erhöht werden.
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In einem Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine weist diese ferner eine Sensorplatte auf, die eine Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Benutzer, insbesondere einen Kontakt menschlicher Haut mit dem Bearbeitungswerkzeug, detektiert. Eine Elektronik der Werkzeugmaschine initiiert nach dem Detektieren einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Benutzer die Auslösung des Aktorelements, welches daraufhin einen Bremsvorgang auslöst. Das Aktorelement bewegt dabei aktiv das Dämpfungselement in axialer Richtung der Welle, um somit die beiden Klauenkupplungsteile bei einem Bremsvorgang miteinander in Eingriff zu bringen und derart eine Rotation der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, zu bremsen, insbesondere zu stoppen. Das Aktorelement kann in einem Ausführungsbeispiel als eine Hubeinheit ausgebildet sein, welche zumindest das Dämpfungselement aktiv bewegt, um die beiden Klauenkupplungsteile bei einem Bremsvorgang miteinander in Eingriff zu bringen und derart eine Rotation der Welle zu bremsen, insbesondere zu stoppen. Dabei wird unter einer „Hubeinheit“ ein oder mehrere Elemente verstanden, welche bei Anlegen einer Aktivierungsenergie, beispielsweise in Form eines elektrischen Stroms, in der Lage sind, sich axial schlagartig auszudehnen und zumindest ein Klauenkupplungsteil der Klauenkupplung schlagartig (≤ 5 Millisekunden) axial zu bewegen, um die beiden Klauenkupplungsteile derart miteinander in Eingriff zu bringen. Derartige Hubeinheiten oder auch andere Aktorelemente sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.
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Zeichnungen
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Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.
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Es zeigen:
- 1: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in perspektivischer Darstellung,
- 2: eine Schnittdarstellung durch Teile der Werkzeugmaschine samt erfindungsgemäßer Sicherheitsbremsvorrichtung und Bremsvorrichtung in schematischer Darstellung,
- 3: eine vergrößerte Ansicht der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung,
- 4 Einzelansichten (a) bis (c) der wesentlichen Komponenten der erfindungsgemäßen Bremsvorrichtung.
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1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10, realisiert als Handkreissäge 10a. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungen nicht auf eine Handkreissäge 10a beschränkt zu verstehen sind, sondern die den Ausführungen zu Grunde liegenden technischen Lehren prinzipiell auch auf beliebige andere, einem Fachmann sinnvoll erscheinende Werkzeugmaschinen, insbesondere beispielsweise Bohrmaschinen, Rasenmäher, Motorsensen oder dergleichen übertragbar sind.
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Die Handkreissäge 10a umfasst ein erstes Gehäuse, welches als Motorgehäuse 12 ausgebildet ist, und ein zweites Gehäuse 14. Die Handkreissäge 10a weist einen Handgriff 16 und eine Grundplatte 18 zur Führung der Handkreissäge 10a auf. Die Handkreissäge 10a weist zu ihrer Energieversorgung einen Netzanschluss (hier nicht näher dargestellt) auf. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausführungsform der Handkreissäge 10a kann auch ein stromnetzunabhängiger Betrieb der Handkreissäge 10a unter Verwendung eines Akkumulators vorgesehen sein.
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Das Motorgehäuse 12 umschließt einen Innenraum, in dem zumindest ein Motor 22 in Form eines elektromotorischen Antriebs angeordnet ist. Wie in 2 schematisch dargestellt, treibt der Motor 22 über eine Motorwelle 24 und eine Welle 26 ein Bearbeitungswerkzeug 28 bei einem Arbeitsvorgang drehend an. Das Bearbeitungswerkzeug 28 ist hier als Sägeblatt, insbesondere als Kreissägeblatt, ausgebildet. Eine Sägeblattabdeckung 30 schützt vor einer Berührung des Bearbeitungswerkzeugs 28 und vor durch das Bearbeitungswerkzeug 28 ausgeschleuderte Werkstückspäne eines Werkstücks (vgl. 1).
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Eine Sicherheitsbremsvorrichtung 32 ist zum Bremsen des Bearbeitungswerkzeugs 28 vorgesehen, sobald eine Berührung oder Annäherung eines menschlichen Körperteils, wie beispielsweise einer Hand, mit einem Sensor 34 der Handkreissäge 10a detektiert wird. Der Sensor 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch das Bearbeitungswerkzeug 26, d.h. durch das Kreissägeblatt, realisiert. Der Sensor 34 ermöglicht eine Detektion eines sich dem Bearbeitungswerkzeug 28 nähernden Körperteils auf Grund kapazitiver Messungen, wobei in Folge einer Detektion ein Detektionssignal erzeugt und an eine Steuervorrichtung (hier Elektronik 102) der Handkreissäge 10a, insbesondere an die Sicherheitsbremsvorrichtung 32, ausgegeben wird.
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Die Sicherheitsbremsvorrichtung 32 umfasst ein Aktorelement 36, welches dazu vorgesehen ist, in Folge einer Detektion einer Berührung oder einer Annäherung eines menschlichen Körperteils an das Bearbeitungswerkzeug 28 einen Bremsvorgang auszulösen. Dabei wird, ausgelöst durch Empfang des Detektionssignals von dem Sensor 34, von einer hier nicht näher dargestellten Elektronik der Sicherheitsbremsvorrichtung 32 ein Stromfluss durch das Aktorelement 36 initiiert, in Folge dessen das Aktorelement 36 einen Bremsvorgang auslöst, indem das Aktorelement 36 auf die ordnungsgemäße Funktionalität (d.h. die Rotation) der Abtriebswelle 26 einwirkt und diese bremst oder blockiert.
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2 zeigt ferner ein auf der Motorwelle 24 angeordnetes erstes Zahnrad 38, welches mit einem auf der Abtriebswelle 26 angeordneten zweiten Zahnrad 40 kämmt. Derart bilden erstes Zahnrad 38 und zweites Zahnrad 40 eine Sicherheitskupplung sowie eine Getriebestufe. Insbesondere schützt die Sicherheitskupplung den Motor 22 vor einem Schaden, der durch ein Blockieren des Bearbeitungswerkzeugs hervorgerufen werden kann. Ferner kann mittels der Sicherheitskupplung die während eines Bremsvorgangs zu bremsende Masse verringert werden, indem die Motorwelle von der Abtriebswelle entkoppelt wird. Derart kann eine besonders kurze Bremszeit ermöglicht werden. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sicherheitskupplung dazu vorgesehen, bei Überschreiten eines Schwellwerts des übertragenen Drehmoments von mindestens 5 Nm, maximal 12 Nm, bevorzugt 10 Nm, die Motorwelle 24 von der Abtriebswelle 26 zu entkoppeln.
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Die Sicherheitsbremsvorrichtung 32 umfasst ferner eine Bremsvorrichtung 42 zum Bremsen des mittels des Motors 22 über die Abtriebswelle 26 angetriebenen Bearbeitungswerkzeugs 28 bei einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs 28 durch einen Benutzer. Die Bremsvorrichtung 42 ist als zumindest zweiteilige Klauenkupplung mit einem ersten Klauenkupplungsteil 44 und einem zweiten Klauenkupplungsteil 46 ausgebildet. Das erste Klauenkupplungsteil 44 und das zweite Klauenkupplungsteil 46 weisen jeweils mehr als ein Verzahnungselement 48 auf, die dazu vorgesehen sind, bei einem Bremsvorgang ineinander in Eingriff zu stehen (vgl. 3) und derart eine Rotation der Abtriebswelle 26 zu stoppen, insbesondere zu blockieren. Der erste Klauenkupplungsteil 44 ist mittels eines Dämpfungselements 39 (vgl. insbesondere 3 und 4) axial beweglich und im Wesentlichen drehfest auf der Welle 26 angeordnet. Der zweite Klauenkupplungsteil 46 ist im Wesentlichen drehfest bezogen auf die Werkzeugmaschine, insbesondere bezogen auf das Motorgehäuse 12, angeordnet.
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In 3 ist die Bremsvorrichtung 42 vergrößert und auf die wesentlichen Bauteile reduziert dargestellt. Die Bremsvorrichtung 42 weist zumindest ein erstes Klauenkupplungsteil 44 und ein zweites Klauenkupplungsteil 46 auf. Beide Klauenkupplungsteile 44, 46 weisen je acht Verzahnungselemente 48 auf, zwischen denen sich jeweils Ausnehmungen 50 befinden.
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Ein Dämpfungselement 39 (vgl. auch 4a) ist über eine Nutengeometrie 41 drehfest auf der Welle 26, insbesondere der Abtriebswelle, angeordnet. Auf dem Umfang des Dämpfungselements 39 sind Nuten 47 und Federn 43 angeordnet. Das Dämpfungselement 39 und das erste Klauenkupplungsteil 44 (vgl. auch 4b) sind über die Geometrie der Nuten 47 und Federn 43 derart miteinander verbunden, dass eine axiale Verschiebung zwischen dem Dämpfungselement 39 und dem ersten Klauenkupplungsteil 44 gewährleistet ist. Das erste Klauenkupplungsteil 44 weist dazu zumindest ein Federelement 45 und ebenfalls Nuten auf. Bedingt durch die Geometrie der Nuten 41 des Dämpfungselements 39 und der Federelemente 45 des ersten Klauenkupplungsteils 44 ist eine radiale Relativbewegung zwischen dem Dämpfungselement 39 und dem ersten Klauenkupplungsteil 44 kleiner als 15° möglich. Die axiale Bewegung beträgt insbesondere zwischen 2,0 und 10 mm, insbesondere zwischen 3,5 und 5,0 mm. Somit ist das Dämpfungselement 39 zwischen dem ersten Klauenkupplungsteil 44 und der Welle 26 angeordnet, wobei der erste Klauenkupplungsteil 44 über die Nutengeometrie im Wesentlichen drehfest an dem Dämpfungselement 39 angeordnet ist. Die zumindest eine Nut 47 des Dämpfungselements 39 ist einseitig geöffnet, wobei auf der geschlossenen Seite der Nut 47 eine Rampenkontur 49 ausgebildet ist. Die Rampenkontur 49 dient der Umlenkung einer Rotationsbewegung (vgl. Bezugszeichen 104 in 3) in eine Translationsbewegung des Dämpfungselements 39, sodass das Dämpfungselement 39 derart ausgestaltet ist, dass eine Dämpfung eines Schlags während eines Bremsvorgangs ebenfalls in axialer Richtung 100 der Welle 26 erfolgt.
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Im Ausführungsbeispiel der 3 wird das Dämpfungselement 39 zur Einleitung eines Bremsvorgangs mittels eines Aktorelements 36 in axialer Richtung 100 bewegt. Das Aktorelement 36 ist hier als eine Hubeinheit ausgebildet, welche, ausgelöst durch einen Stromfluss durch die Hubeinheit, eine Hebelbewegung ausführt, wobei das mit der Hubeinheit verbundene Dämpfungselement 39 in axialer Richtung 100 bewegt wird. Die Hebelbewegung findet in einer Zeit unter 5 Millisekunden, insbesondere unter 1,5 Millisekunden, statt.
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Das zweite Klauenkupplungsteil 46 (vgl. auch 4c) ist als Abstandselement ausgebildet und ist mit dem Motorgehäuse 12 der Handkreissäge 10a fest verbunden (vgl. 2 und 3). Das zweite Klauenkupplungsteil 46 weist ebenfalls Verzahnungselemente 48 auf, die beabstandet zueinander angeordnet sind. Zwischen den Verzahnungselementen 48 befinden sich Ausnehmungen 50. Das erste Klauenkupplungsteil 44 und das zweite Klauenkupplungsteil 48 sind derart zueinander angeordnet, dass bei Berührung der beiden Klauenkupplungsteile 44, 46, das heißt bei einem Bremsvorgang der Handkreissäge 10a, die Verzahnungselemente 48 des ersten Klauenkupplungsteils 44 in die Ausnehmungen 50 des zweiten Klauenkupplungsteils 46 greifen und die Verzahnungselemente 48 des zweiten Klauenkupplungsteils 46 in die Ausnehmungen 50 des ersten Klauenkupplungsteils 44 greifen. Beim Bremsvorgang dreht sich das auf der Welle 26 angeordnete erste Klauenkupplungsteil 44 weiter und das zweite Klauenkupplungsteil 46 ist gegen Verdrehen und/oder Verschieben im Wesentlichen gesichert um eine Bremsung zu ermöglichen. Das zweite Klauenkupplungsteil 46 weist zumindest eine Ausnehmung 51 auf, durch die zumindest ein Bolzen 53 zur Befestigung des zweiten Klauenkupplungsteils 46 an dem Motorgehäuse 12 Gehäuse der Werkzeugmaschine geführt ist, wobei die zumindest eine Ausnehmung 51 ein Dämpfungsmaterial (beispielsweise aus Gummi; hier nicht näher dargestellt) aufweist, mittels dem (bzw. gegen das) der Bolzen 53 in der Nut gelagert ist (vgl. 5). Im Falle einer Verdrehung des zweiten Klauenkupplungsteils 46 im Falle eines Bremsvorgangs stütz sich das zweite Klauenkupplungsteil mittels des dämpfenden Materials gegen den Bolzen 53 ab.
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In einer alternativen Ausführung, vgl. 5, ist das zweite Klauenkupplungsteil 46 ebenfalls als Abstandselement ausgebildet. Die Anbindung des zweite Klauenkupplungsteils 46 an das Motorgehäuse 12 ist hier jedoch anders gelöst. Anstelle einer umrandeten Ausnehmung (wie in 4c, Bezugszeichen 51) weist hier das zweite Klauenkupplungsteil 46 eine geöffnete Ausnehmung 51 auf. Die Ausnehmung 51 in 5 dient sowohl der Aufnahme eines Dämpfungsmaterials (beispielsweise aus Gummi) 55, als auch einer Feder eines Rahmenteils 54, wobei der Rahmenteil 54 mittels zumindest eines Bolzens 53 drehfest an dem Motorgehäuse 12 Gehäuse der Werkzeugmaschine 10 angeordnet ist. Im Falle einer Verdrehung des zweiten Klauenkupplungsteils 46 im Falle eines Bremsvorgangs stütz sich das zweite Klauenkupplungsteil 46 nun mittels des Dämpfungsmaterials 55 gegen das Rahmenteil 54 und somit mittelbar gegen den Bolzen 53 ab.
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Es sei angemerkt, dass unter Bolzen ebenfalls alternative, einem Fachmann geläufige Befestigungsmittel wie Schrauben etc. verstanden werden sollen.
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Ferner weist das zweite Klauenkupplungsteil 46 zumindest eine reibarme Oberfläche auf (hier nicht näher dargestellt), wobei die reibarme Oberfläche in einem an dem Motorgehäuse 12 der Werkzeugmaschine 10 angeordneten Zustand zur Oberfläche des Motorgehäuses weist.
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Bei einem Bremsvorgang wird mittels des Aktorelements 36 das Dämpfungselement 39 sehr schnell in axialer Richtung 100 entlang der Welle 26 in das erste Klauenkupplungsteil 44 gepresst, wobei das erste Klauenkupplungsteil 44 durch die Translationsbewegung des Dämpfungselements 39 in Richtung des zweiten Klauenkupplungsteils 46 bewegt bzw. mitgerissen wird. Sobald sich die beiden Klauenkupplungsteile 44, 46 derart angenähert haben, dass deren Verzahnungselemente 48 miteinander in Eingriff gebracht sind, wird eine Rotation der Welle 26 gebremst, insbesondere gestoppt. Der in Folge der Blockade auftretende Schlag wird durch das Dämpfungselement 39 sowie das dämpfende Material 55 abgefangen. Derart wird eine Belastung der Bauteile, insbesondere der Verzahnungselemente des ersten Klauenkupplungsteils und des zweiten Klauenkupplungsteils, während eines Bremsvorgangs reduziert.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008054694 A1 [0002]
