DE10344240B4 - Druckluftbalancer mit Bremse - Google Patents
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Abstract
– eine drehbare und entlang ihrer Drehachse verschiebbare Seiltrommel (4) zum Auf- und Abrollen eines die Last haltenden Seiles (2),
– ein Kugelgewindegetriebe, das eine Axialbewegung eines gasdruckbeaufschlagten Kolbens (7) in eine Drehung und axiale Bewegung der Seiltrommel (4) umwandelt, und
– eine Einrichtung (12) zur Notabbremsung der Seiltrommel (4), mit wenigstens einem mit der Seiltrommel (4) verlaufende Schwenkachse (19) von einer Ruhestellung in eine Bremsstellung bewegbar ist und in Bremsstellung mit einem feststehenden Zylinder (13) einen Reibschluss bildet,
dadurch gekennzeichnet, dass ab einer bestimmten Drehzahl wenigstens ein separates Fliehkraftelement (16) ein Moment erzeugt, so dass der Bremsschuh (15) durch das Fliehkraftelement (16) ab der bestimmten Drehzahl von der Ruhestellung in die Bremsstellung schwenkt, und dass ein durch den Reibschluss erzeugtes Moment den Bremsschuh (15) in der Bremsstellung hält und drückt.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Druckluftbalancer zum Heben, Halten und Senken einer Last.
- Ein Druckluftbalancer weist üblicherweise eine drehbare Seiltrommel auf, die entlang ihrer Drehachse verschiebbar angeordnet ist. Durch Drehen der Seiltrommel wird ein Seil abgerollt beziehungsweise aufgerollt, an dem die zu haltende Last hängt. Über ein Kugelgewindegetriebe ist die Seiltrommel mit einem gasdruckbeaufschlagten Kolben verbunden. Das Kugelgewindegetriebe wandelt dabei eine Axialbewegung des Kolbens in eine Drehung und axiale Bewegung der Seiltrommel um.
- Um beispielsweise die an dem Seil hängende Last anzuheben, wird der Gasdruck auf den Kolben erhöht, wodurch der Kolben sich axial bewegt. Dies führt zu einer Drehung der Seiltrommel, sodass das Seil aufgerollt wird. Soll hingegen die Last auf einer Höhe gehalten werden, stehen der Gasdruck auf den Kolben und die Schwerkraft der Last im Kräftegleichgewicht. Die Last schwimmt oder schwebt somit auf einem Gas- oder Luftkissen. Aufgrund der Kompressibilität des Gases kann die Last aus ihrer Gleichgewichtslage in einem gewissen Bereich von Hand nach oben oder unten bewegt werden, ohne dass dafür der Gasdruck auf den Kolben neu eingestellt werden muss. Dies erleichtert die Arbeit beim Einbauen und Einlegen von Teilen in Maschinen, da beide Hände frei sind und ein Austarieren des einzubauenden Teils einfach möglich ist.
- Bei Druckluftbalancern ist es des Weiteren bekannt, eine Einrichtung zur Notabbremsung der rotierenden Seiltrommel vorzusehen. Löst sich beispielsweise die Last von dem Seil, fehlt dem gasdruckbeaufschlagten Kolben zur Gleichgewichtslage die Gegenkraft, sodass der Kolben durch den daran anliegenden Gasdruck ruckartig axial verschoben wird und die Seiltrommel in schnelle Drehung versetzt. Das Seilende wird dadurch stark beschleunigt, schlägt dabei aus und kann zu Verletzungen oder Beschädigungen führen.
- Um dies zu verhindern, weist die Einrichtung zur Notabbremsung gemäß der
EP 1 136 423 A1 eine Klinge auf, die in radialer Richtung der Seiltrommel gesehen von einer inneren Ruhestellung in eine Bremsstellung schwenkbar ist. Das Schwenken erfolgt durch Fliehkräfte, die auf die mit der Seiltrommel rotierende Klinge wirkt. In Bremsstellung verkeilt sich die Klinke schlagartig mit einem feststehenden Gehäuse zu einer formschlüssigen Verbindung, wodurch die Drehung der Seiltrommel gestoppt wird. Um den Stoß der schlagartigen Verkeilung für die Seiltrommel abzudämpfen, ist die Klinge mit der Seiltrommel durch eine aufwendige Innenkonus-Außenkonus-Befestigung verbunden, wobei Innenkonus und Außenkonus lediglich axial verspannt sind, um eine gewisse relative Bewegung zueinander zu ermöglichen. - Aus der
US 5 522 581 ist eine Einrichtung mit einem federbeaufschlagten Bremsschuh bekannt, der mit der Seiltrommel rotiert und ab einer bestimmten Drehzahl durch Fliehkräfte in eine Bremsstellung bewegt wird, in der eine Reibfläche des Bremsschuhs gegen einen feststehenden Zylinder gedrückt wird. Durch den Reibschluss zwischen Bremsschuh und Zylinder wird die Seiltrommel abgebremst. - Aus der DD-PS 21 675 ist eine Fliehkraftbremse für Bremstrommeln von Seilwinden bekannt. Die Fliehkraftbremse ist ab einer gewissen Drehzahl wirksam, da ab dieser Drehzahl die Bremsflächen durch Fliehkräfte von der Ruhestellung in die Bremsstellung verlagert werden. Dabei wirken die Fliehkräfte direkt auf die Bremsflächen und nicht auf separate Fliehkraftelemente. Weiterhin wird bei stillstand der Seilwinde die Bremswirkung wieder aufgehoben.
- Der Bremsschuh weist dabei einen aufwändigen Aufbau auf, da er mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllen muss: Zum einen muss er eine ausreichende Masse aufweisen, um bei Rotation genügend Fliehkraft zu entwickeln, die den Bremsschuh rückhaltende Federkraft zu überwinden. Zum anderen müssen die Schwerpunktlage, die Lage der Reibfläche sowie die Lage des Ansatzpunktes für die Federkraft im Bezug zur Schwenkachse des Bremsschuhs genau abgestimmt sein, damit eine Notabbremsung bei Überschreiten einer bestimmten Drehzahl sicher stattfindet.
- Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, einen Druckluftbalancer mit einer Einrichtung zur Notbremsung bereitzustellen, die zuverlässig arbeitet und einfach aufgebaute Teile aufweist.
- Die Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Die Einrichtung zur Notbremsung weist dabei neben dem Bremsschuh ein zusätzliches Bauteil, ein Fliehkraftelement, auf. Dem Fliehkraftelement kommt die Aufgabe zu, ab einer bestimmten Drehzahl ein Moment zu erzeugen, das den Bremsschuh um seine Schwenkachse in eine Bremsstellung bewegt. Der Bremsschuh ist lediglich so auszulegen, dass, sobald er sich in Bremsstellung befindet, von den auf den Bremsschuh wirdenden Kräfte in der Bremsstellung gehalten wird beziehungsweise weiter in diese gedrückt oder geschwenkt wird.
- Auf den Bremsschuh wirken bei einem Reibschluss mit dem feststehenden Zylinder eine zum Zylinder tangentiale Kraft Kt und eine radiale Kraft Kr, wobei die tangentiale Kraft Kt der Reibkraft und die radiale Kraft Kr der Kraft entspricht, mit der der Bremsschuh gegen die feststehende Zylinderfläche gedrückt wird. Die Kraft Kt entspricht dabei dem Produkt aus der radialen Kraft Kr und einem Reibstoffkoeffizienten μ, der, von der Reibpaarung zwischen Bremsschuh und Zylinder abhängt.
- Die beiden Kräfte Kt und Kr erzeugen ein Moment um die Schwenkachse des Bremsschuhs. Die Reibpaarung zwischen Bremsschuh und feststehendem Zylinder sowie die Anordnung zwischen Schwenkachse des Bremsschuhs sowie der Kontaktstelle von Bremsschuh und Zylinder sind so ausgelegt, dass das Moment der Kräfte Kt und Kr den Bremsschuh in der Bremsstellung halten beziehungsweise den Bremsschuh weiter in die Bremsstellung drücken. Dies bewirkt, dass die Reibkräfte weiter ansteigen, wodurch wiederum das Moment der Reibkräfte um die Schwenkachse ansteigt. Der Bremsschuh ist daher eine selbsthemmende Klemmsperre, der die Seiltrommel zuverlässig und schnell abbremst.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist der feststehende Zylinder als zur Seiltrommel koaxiales Seilführungsgehäuse ausgebildet, in dem der Bremsschuh angeordnet ist. Der Bremsschuh rotiert dabei in dem Seilführungsgehäuse zusammen mit der Seiltrommel mit gleicher Drehzahl. In der Bremsstellung wird der Bremsschuh in radialer Richtung nach außen gegen eine innere Mantelfläche des Seilführungsgehäuses gedrückt.
- Der Bremsschuh umfasst vorzugsweise einen Reibbelag, der verschleißfest ist und in Zusammenwirkung mit dem Material des feststehenden Zylinders einen hohen Reibkoeffizienten aufweist. Vorzugsweise weist der Reibbelag eine gekrümmte Reiboberfläche auf, deren Krümmung im Wesentlichen der Krümmung der inneren Mantelfläche des Seilführungsgehäuses entspricht. In Bremsstellung führt dies zu einer großen Kontaktfläche zwischen Bremsschuh und Seilführungsgehäuse, was eine sichere und schnelle Notabremsung begünstigt.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel bilden der Reibbelag des Bremsschuhs und die innere Mantelfläche des Seilführungsgehäuses einen keilförmigen Reibschluss. Dadurch werden die Bremskräfte begrenzt, zu große Stöße vermieden und eine weichere Blockierung der Seiltrommel ermöglicht.
- Vorzugsweise hält eine Feder den Bremsschuh in der Ruhestellung. Das durch die Feder erzeugte Rückhaltemoment um die Schwenkachse des Bremsschuhs muss daher durch das Moment, das das Fliehkraftelement auf den Bremsschuh ausübt, überwunden werden, damit der Bremsschuh in die Bremsstellung schwenkt.
- Durch geeignete Auswahl der Federkonstanten und/oder der Vorspannung der Feder kann die Drehzahl der Seiltrommel, ab der das durch das Fliehkraftelement erzeugte Moment größer ist als das Rückhaltemoment genau eingestellt werden.
- Das Fliehkraftelement kann um eine Schwenkachse bewegbar sein, die parallel zur Drehachse der Seiltrommel und damit auch parallel zur Schwenkachse des Bremsschuhs verläuft. Somit kann die auf das Fliehkraftelement wirkende Fliehkraft optimal für das Auslenken des Bremsschuhs genutzt werden.
- In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel weist der Bremsschuh eine Auflagefläche für das Fliehkraftelement auf. Die Auflagefläche ist vorzugsweise in radialer Richtung des feststehenden Zylinders nach innen gerichtet. Dies heißt, dass das Fliehkraftelement mit einer korrespondierenden Fläche in radialer Richtung innen am Bremsschuh anliegt. Eine Feder, die den Bremsschuh in der Ruhestellung hält, hält somit auch das Fliehkraftelement in einer radial gesehen inneren Ruhestellung. Folglich ist nur eine Feder notwendig, beide Bauteile in ihrer entsprechenden Ruhestellung zu halten.
- Vorzugsweise sind die Schwenkachsen des Bremsschuhs und des Fliehkraftelements in einem Quadranten des feststehenden Zylinders angeordnet und die Auflagefläche in einem benachbarten Quadranten. Diese Anordnung ermöglicht bei einem gegebenen Zylinderdurchmesser vergleichsweise große Momente um die Schwenkachsen, sodass die für das Fliehkraftelement notwendige Masse gering gehalten werden kann. Auch ist es zweckmäßig, den Ansatzpunkt der Federkraft für den Bremsschuh in dem benachbarten Quadranten anzuordnen, damit mit möglichst kleiner Feder eine hohes Rückhaltemoment erzeugt werden kann.
- In einem Ausführungsbeispiel sind wenigstens zwei Bremsschuhe vorgesehen, die jeweils in einer Drehrichtung der Seiltrommel zur Notabbremsung führen. Dadurch ist ein besonders sicherer Betrieb des Druckluftbalancers möglich.
- Anhand eines in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigen
-
1 einen Druckluftbalancer im Längsschnitt; -
2 eine Einrichtung zur Notabbremsung; und -
3 die Einrichtung zur Notabbremsung der2 in Bremsstellung. -
1 zeigt einen Druckluftbalancer im Längsschnitt, der mit dem Bezugszeichen1 gekennzeichnet ist. Der Druckluftbalancer1 umfasst einen Zylindermantel2 und seitlich montierte Abschlussdeckel3 . In dem Druckluftbalancer1 ist eine drehbare und entlang ihrer Drehachse verschiebbare Seiltrommel4 angeordnet. Über ein Kugelgewindegetriebe, bestehend aus einer Kugelrollspindel5 und einer Kugelmutter6 wird eine axiale Bewegung eines Kolbens7 in eine Drehung und axiale Bewegung der Seiltrommel4 umgewandelt. - Der Kolben
7 begrenzt zusammen mit einem der Abschlussdeckel3 , einem Teil des Zylindermantels2 und einem Teil der Kugelrollspindel5 eine Kammer8 , in die ein Druckmedium, vorzugsweise Luft, geleitet werden kann. Wird die Kammer8 mit Druckluft beaufschlagt, wird der Kolben7 axial verschoben. Dabei drückt er gegen die axial verschiebbare Seiltrommel4 über ein Axialkugellager9 , das eine relative Drehung zwischen Kolben7 und Seiltrommel4 zulässt. Aufgrund des Zusammenwirkens der feststehenden Kugelrollspindel5 und der Kugelmutter6 , die drehfest mit der Seiltrommel verbunden ist, dreht sich durch die axiale Verschiebung die Seiltrommel4 um ihre eigene Achse. - Die Steigung einer in der
1 nicht dargestellten Kugelrollbahn in der Kugelrollspindel5 ist dabei so bemessen, dass ein auf der Seiltrommel4 aufgerolltes Seil (nicht dargestellt) immer an einer gleichen Seilaustrittsöffnung10 heraustritt. - An einem dem Kolben
7 abgewandten Ende11 der Seiltrommel4 ist eine Einrichtung zur Notabbremsung der Seiltrommel angeordnet. Die Einrichtung ist in1 nur schematisch dargestellt und ist mit dem Bezugszeichen12 versehen. Die Einrichtung12 ist drehfest mit der Seiltrommel4 verbunden. Die Seiltrommel4 und die Einrichtung12 sind in einem feststehenden Zylinder13 angeordnet, der hier als zur Seiltrommel koaxiales Seilführungsgehäuse ausgebildet ist. - Zum Einhängen oder Verbinden des Druckluftbalancers
1 in eine in der1 nicht dargestellten Führungsschiene oder dergleichen ist eine Halterung14 vorgesehen. Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass in1 der Kolben7 maximal ausgelenkt ist. In diesem Fall hat die an dem Seil hängende Last eine maximale Höhe erreicht. Durch Ablassen von Druckluft aus der Kammer8 kann die Last abgesenkt werden, wobei der Kolben soweit axial verschoben werden kann, bis er an dem in1 rechten Abschlussdeckel3 zur Anlage kommt. -
2 zeigt die wesentlichen Bauteile der Einrichtung12 im Querschnitt, d.h. entlang der in der1 gestrichelten Linie II-II. Ein Bremsschuh15 und ein Fliehkraftelement16 sind drehfest mit der Seiltrommel4 verbunden, sodass sie bei Drehung der Seiltrommel4 um eine in die2 hineinragende Achse17 (diese entspricht der Drehachse der Seiltrommel4 ) rotieren.2 zeigt den Bremsschuh15 in einer Ruhestellung, in der ein Reibbelag18 das feststehende Seilführungsgehäuse13 gerade nicht berührt. Der Bremsschuh15 ist um eine parallel zur Achse17 verlaufende Schwenkachse19 bewegbar. Eine Feder20 hält den Bremsschuh15 in der in der2 gezeigten Ruhestellung. - Auch das Fliehkraftelement
16 weist eine Schwenkachse21 auf, die parallel zur Achse17 beziehungsweise zur Drehachse der Seiltrommel4 verläuft. Wird nun die Seiltrommel4 in Drehung versetzt, wirkt auf das Fliehkraftelement16 um die Schwenkach se21 eine radial nach außen wirkende Fliehkraft. Dadurch drückt das Fliehkraftelement16 gegen eine in radialer Richtung nach innen gerichtete Auflagefläche22 des Bremsschuhs15 . Ist ein Moment aufgrund der auf die Auflagefläche22 drückenden Kraft größer als ein Rückhaltemoment der Feder20 , wird der Bremsschuh15 aus der Ruhestellung um die Schwenkachse19 in eine Bremsstellung geschwenkt. Diese Bremsstellung ist in3 dargestellt. In der Bremsstellung steht das auf der Seiltrommel4 aufgerollte Seil23 still. - Der Bremsschuh
15 liegt mit dem Reibbelag18 an dem zylindrischen Seilführungsgehäuse13 an. Durch den Reibschluss zwischen Bremsschuh15 und dem Seilführungsgehäuse13 wirken auf den Bremsschuh15 Kräfte, die zu einer Notabbremsung der Seiltrommel4 führen. Dies gilt, wenn sich die Seiltrommel4 mit dem Bremsschuh15 und dem Fliehkraftelement16 gegen den Uhrzeigersinn drehen. Auf den Bremsschuh15 wirken dabei eine radiale Kraft Fr oder Normalkraft24 und eine Tangentialkraft25 , wobei das Verhältnis von Tangentialkraft25 zur Normalkraft24 durch den Reibkoeffizienten der Reibpaarung zwischen Reibbelag18 und dem Seilführungsgehäuse13 gekennzeichnet ist. Wie der3 zu entnehmen ist, erzeugt die Resultierende26 aus Normalkraft24 und Tangentialkraft25 ein Moment um die Drehachse19 des Bremsschuhs15 , das den Bremsschuh in der Bremsstellung hält beziehungsweise weiter in die Bremsstellung schwenkt. Somit weist der Bremsschuh15 eine Klemmwirkung auf, die zu einer sicheren Abbremsung der Seiltrommel4 führt, sobald ein Kontakt zwischen Reibbelag18 und Seilführungsgehäuse13 hergestellt worden ist. Zu beachten ist, dass das Moment durch die Resultierende26 um die Schwenkachse19 größer sein muss als das Rückhaltemoment durch die Feder20 , um eine sichere Notabbremsung zu gewährleisten. -
- 1
- Druckluftbalancer
- 2
- Zylindermantel
- 3
- Abschlussdeckel
- 4
- Seiltrommel
- 5
- Kugelrollspindel
- 6
- Kugelmutter
- 7
- Kolben
- 8
- Kammer
- 9
- Axialkugellager
- 10
- Seilaustrittsöffnung
- 11
- Ende
- 12
- Einrichtung
- 13
- Seilführungsgehäuse
- 14
- Halterung
- 15
- Bremsschuh
- 16
- Fliehkraftelement
- 17
- Achse
- 18
- Reibbelag
- 19
- Schwenkachse
- 20
- Feder
- 21
- Schwenkachse
- 22
- Aufladefläche
- 23
- Seil
- 24
- Normalkraft
- 25
- Tangentialkraft
- 26
- Resultierende
Claims (9)
- Druckluftbalancer (
1 ) zum Heben, Halten und Senken einer Last, umfassend: – eine drehbare und entlang ihrer Drehachse verschiebbare Seiltrommel (4 ) zum Auf- und Abrollen eines die Last haltenden Seiles (2 ), – ein Kugelgewindegetriebe, das eine Axialbewegung eines gasdruckbeaufschlagten Kolbens (7 ) in eine Drehung und axiale Bewegung der Seiltrommel (4 ) umwandelt, und – eine Einrichtung (12 ) zur Notabbremsung der Seiltrommel (4 ), mit wenigstens einem mit der Seiltrommel (4 ) verlaufende Schwenkachse (19 ) von einer Ruhestellung in eine Bremsstellung bewegbar ist und in Bremsstellung mit einem feststehenden Zylinder (13 ) einen Reibschluss bildet, dadurch gekennzeichnet, dass ab einer bestimmten Drehzahl wenigstens ein separates Fliehkraftelement (16 ) ein Moment erzeugt, so dass der Bremsschuh (15 ) durch das Fliehkraftelement (16 ) ab der bestimmten Drehzahl von der Ruhestellung in die Bremsstellung schwenkt, und dass ein durch den Reibschluss erzeugtes Moment den Bremsschuh (15 ) in der Bremsstellung hält und drückt. - Druckluftbalancer (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der feststehende Zylinder (13 ) als zur Seiltrommel (4 ) koaxiales Seilführungsgehäuse (13 ) ausgebildet ist, in dem der Bremsschuh (15 ) angeordnet ist. - Druckluftbalancer (
1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsschuh (15 ) einen Reibbelag (18 ) mit einer gekrümmten Reiboberfläche aufweist, deren Form im Wesentlichen der Krümmung einer inneren Mantelfläche des Seilführungsgehäuses (13 ) entspricht. - Druckluftbalancer (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Reibbelag (18 ) des Bremsschuhs (15 ) und der feststehende Zylinder (13 ) einen keilförmigen Reibschluss bilden. - Druckluftbalancer (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Feder (20 ) den Bremsschuh (15 ) in der Ruhestellung hält. - Druckluftbalancer (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fliehkraftelement (16 ) um eine Schwenkachse (21 ) bewegbar ist, die parallel zur Drehachse (17 ) der Seiltrommel (4 ) verläuft. - Druckluftbalancer (
1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Bremsschuh (15 ) eine in radialer Richtung des feststehenden Zylinders (13 ) nach innen gerichtete Auflagefläche (22 ) für das Fliehkraftelement (16 ) aufweist. - Druckluftbalancer (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen des Bremsschuhs und des Fliehkraftelements (19 ,21 ) in einem Quad ranten der Seiltrommel (4 ) angeordnet sind und die Auflagefläche (22 ) in einem benachbarten Quadranten. - Druckluftbalancer (
1 ) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens zwei Bremsschuhe (15 ) vorgesehen sind, die in jeweils einer Drehrichtung der Seiltrommel (4 ) zur Notabbremsung führen.
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US5522581A (en) * | 1994-01-13 | 1996-06-04 | Zimmerman International Corp. | Balancing hoist and material handling system |
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- 2003-09-23 DE DE2003144240 patent/DE10344240B4/de not_active Expired - Fee Related
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