WO2006047979A1 - Klemmvorrichtung - Google Patents

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WO2006047979A1
WO2006047979A1 PCT/DE2005/001800 DE2005001800W WO2006047979A1 WO 2006047979 A1 WO2006047979 A1 WO 2006047979A1 DE 2005001800 W DE2005001800 W DE 2005001800W WO 2006047979 A1 WO2006047979 A1 WO 2006047979A1
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clamping
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clamping element
force
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PCT/DE2005/001800
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Klaus Hofmann
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Klaus Hofmann
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • F16D2125/58—Mechanical mechanisms transmitting linear movement
    • F16D2125/68—Lever-link mechanisms, e.g. toggles with change of force ratio

Definitions

  • the present invention relates to a clamping device for releasably braking or fixing a relative to the clamping device moving component.
  • Clamping devices of the aforementioned type are known from many fields of technology. Purpose is to complicate a relative movement (braking) or hindering completely (fixing). The clamping device can therefore be used depending on the application as a brake or as a pure fixative.
  • clamping devices which brake or fix the longitudinal movement along a guide, a column or rail.
  • a partially flexible base body is deformed by hydraulic deformation of a chamber so that clamping forces can be introduced or detached from a body.
  • the hydraulic medium used in each case is permanently ready to hold under suitable pressure.
  • a clamping device is known from EP 0 834 380 A1, in which a substantially H-shaped main body is deformed, in which a metal which deforms under the influence of heat is inserted in such a way that the legs of the H are bent apart or pulled together resulting in a clamping force to produce.
  • a corresponding thermal energy is to be provided here, and in view of the small volume change of the metal, it is necessary to produce it in very narrow tolerances.
  • EP 0 936 366 A2 discloses a braking device for a linear guide in which an electromechanical force transducer (piezoactuator) forces the legs of the H's apart to create corresponding clamping forces.
  • electromechanical force transducer piezoactuator
  • the object of the invention is therefore to provide a clamping device which overcomes the disadvantages mentioned above and is cost-effective and structurally simple to manufacture.
  • the object is achieved by a clamping device according to claim 1.
  • the invention is based on the recognition that the generation of clamping forces can be realized very easily by mechanical loading of a clamping element which deforms transversely to this load.
  • a substantially H-shaped basic body is provided.
  • the two substantially parallel legs of this body are connected to each other by at least one flexible central web, so that the substantially H-shaped configuration is achieved.
  • the leg sections aligned with a first, for example, lower side of the central web are used for the direct or indirect initiation of a clamping movement. force formed on the component to be clamped or braking.
  • the two lower leg sections could embrace a rail on both sides.
  • a rotating body such as a disc, brake disc or the like may be included.
  • the initiation of the braking force can be carried out directly from these leg portions in the components, and between the component and leg portions also suitable brake or clamping pads can be arranged. Also conceivable is the indirect forwarding of the braking forces, for instance via a lever mechanism or the like which reinforces the braking forces.
  • the legs of the H-shaped main body also extend on the second side of the central web, following the previous example so upwards.
  • the limbs themselves are largely rigid, so that a force introduced laterally into a limb section is transmitted via the limb acting as a lever into the other limb section of the same limb opposite the middle limb.
  • the largely flexible central web serves as a hinge for this lever.
  • the tensioning element may have the form of a flat sheet metal strip or the like, which should be deformable by load perpendicular to its surface within selectable limits. It extends from an upper leg section to the opposite upper leg section of the other leg and can be inserted under a predeterminable tensile or compressive stress or also tensionless between the leg sections and connected with these for power transmission.
  • the metal strip or a similarly shaped clamping element may also contain recesses in its surface or may also have a three-dimensional profile, as long as the transmission of tensile or compressive forces to the adjacent leg sections is ensured.
  • Each change in length of the clamping element leads at its connection points with the upper leg sections to compressive or tensile forces which seek to push apart or contract the leg sections.
  • Each leg transmits these forces introduced at its upper portion via the swivel joint formed by the central web into the lower sections, where they can be tapped off as braking or clamping forces.
  • the essence of the invention is to effect a deformation of the clamping element in its longitudinal direction connecting the leg sections, in that a mechanical deformation cone is introduced into the clamping element perpendicularly thereto.
  • a deflection of the tensile and / or compression-resistant running clamping element in the direction of this deformation force leads to an expansion or shortening of Spannele ⁇ element transverse to this deformation force, ie in the longitudinal direction. If this deformation is hindered, for example by the clamping between the upper leg abutment cut the body, so arise the desired forces for the clamping or braking action.
  • the deformation force is introduced perpendicularly to the longitudinal direction of the clamping element, and this is done by a simple mechanical actuating element without the use of any fluids.
  • the advantage of the invention lies in the particularly simple and uncomplicated execution of the clamping device. By dispensing with any fluids that would be used, for example, to deform an enclosed volume, the constructional outlay for providing this fluid or for sealing connecting lines, chambers to be filled, etc. is eliminated. Possible consequential damage due to leaks can not occur here either.
  • the invention utilizes the idea of reliably building up high braking or clamping forces by means of the simplest mechanical means (clamping element in the form of sheet metal strips or the like) and comparatively low deformation forces. Since the actuating element does not act directly on the inner sides of the upper leg sections, but perpendicular to the clamping element inserted therebetween arise already by low deformation forces in this direction of force sufficiently high deformation forces perpendicular thereto.
  • the acting perpendicular to the longitudinal direction of the clamping element actuator can advantageously be carried out very simple. Ultimately, only one movement or movement component perpendicular to the longitudinal direction of the tensioning element (in the following "force direction”) is required in order to produce the desired clamping or braking forces
  • the action of the actuating element can advantageously take place approximately midway between the leg sections on the tensioning element, for example to effect the optimum force transmission or simple mechanical design Take advantage of access to the clamping element. In principle, however, any other point of attack on the clamping element for the actuating element is also conceivable, if this is desired or necessary in terms of design or force.
  • the actuating element is elek ⁇ controlled.
  • Denk ⁇ bar would be, for example, an electric motor which deforms about a perpendicular to the clamping element acting spindle this in one or the other direction.
  • the actuating element comprises an eccentric acting on the clamping element.
  • the shaft of the eccentric is preferably arranged perpendicular to the direction of force, so that by rotation of the eccentric about its axis, the clamping element times more, sometimes less deflected.
  • the clamping element experiences a maximum or minimum deflection, which results in a maximum or minimum clamping force in the lower leg sections of the main body.
  • the advantage of such an eccentric is the relatively precise adjustability of the desired deformation force, which is realized by relatively simple mechanical means.
  • the eccentric can be driven by a suitable gear, so that the rotational position of the eccentric is arbitrarily precisely adjustable.
  • Bolt or moved by a spindle actuator can be arbitrarily engaged with the clamping element or detached from it.
  • the advantage lies here u.a. in the lower wear of the clamping element, the lowerorients ⁇ forces of the actuating element in the decoupled area and also the simple interchangeability of the actuating element, when this is movable in a position detached from the clamping element.
  • a particularly advantageous embodiment of the invention provides that a magnet, preferably a bistable magnet is provided as a drive of the actuating element.
  • This may in particular be an electromagnet, which moves the actuating element back and forth between two positions.
  • an electromagnet which moves the actuating element back and forth between two positions.
  • an arrangement is conceivable such that one position causes a maximum deflection of the clamping element, while the other position loads the clamping element little or not at all.
  • Such an electromagnet is very easy to control and cost effective as a robust component.
  • such a magnet can also be combined with an eccentric so that the eccentric coupled to the electromagnet can rotate back and forth between the two above-described positions.
  • a bistable rotary magnet which includes the required for the actuation of the eccentric rotary motion anyway.
  • the advantage of the eccentric is also that the deformation force introduced into the clamping element is continuously built up or reduced with the rotary movement to a maximum or from there to a minimum.
  • An impact load of the clamping element is thereby advantageously avoided, at the same time facilitates the rotational movement of the eccentric with its tangential components of movement a simple, Optimized structure of the ultimate desired deformation force perpendicular to the clamping element.
  • the actuating element can interact steplessly or else in latchable steps with the clamping element.
  • the infinitely variable actuation makes possible a gradual and individually exactly selectable deformation behavior of the chip element with the resulting clamping or braking forces. If, on the other hand, only the generation of graduated braking or clamping forces along a specific grid is required, then the actuating element can be moved in a snap-action manner in the steps required for this purpose.
  • the design of the lockable arrangement the
  • Actuating be held even without special holding energy in the respective Rastzu ⁇ . This allows an energetically optimized actuation of the Klemm ⁇ device.
  • the clamping device provides a restoring device as a special safety feature, which effects an automatic return of the actuating element into a predeterminable-preferably clamping-position.
  • the background here is the idea, for example, in the case of an unplanned interrupted power supply automatically lead a defined and secure state of the Klemm ⁇ device, so independently of the external power supply herbeizu ⁇ .
  • An aspect of The invention therefore provides that the actuating element can always be converted via the restoring device into such a state in which the clamping element generates a clamping force.
  • the reset device comprises such an energy store which supplies the required reset energy in the event of an electrical power failure.
  • the stored energy is not used to prevent interaction of the actuating element with the clamping element, but to transfer the clamping element specifically in the predetermined predetermined state.
  • the energy store may be act an electrical capacitor which is able to store the required for the control or movement of the actuating element in the desired position energy.
  • This automatic wiring can be realized, for example, by a switch (for example a relay) which can be actuated electrically against a spring force and, when the supply voltage is ready, assumes a first switching state directed against the spring force. If the supply voltage drops for this electrically operated switch, then the spring actuates the switch in the sense that the capacitor in the aforementioned manner reversed poled with the electromagnet is connected, so that it can transfer the clamping device in the clamped state.
  • a switch for example a relay
  • the switch for example a relay
  • the tensioning element can be shaped both flat and slightly curved in its unloaded state, and assume the respective other shape under load due to the deformation force.
  • a tensioned in the unloaded state clamping element would be advantageous in the direction of a largely flat shape charged so that it expands under load in the longitudinal direction or generates corresponding compressive forces. In the unloaded state, the clamping element would take its curved shape again and the clamping forces would be reduced or eliminated.
  • 1 is a perspective view of a clamping device in a Aus ⁇ guide, and 2 shows a resetting device according to the invention in two switching states a and b.
  • a clamping device V is shown.
  • the clamping device V is arranged above a component K, which is a relative to the clamping device V a
  • the component K is to be understood here approximately in the sense of a rail.
  • a substantially H-shaped main body G is arranged.
  • the main body has two substantially parallel to each other
  • the legs A and B extend with their areas A 1 and B 1 .
  • the leg sections A 1 and B 1 surround the rail-shaped component K from two sides in order to thereby transmit a clamping force.
  • the substantially rigid legs A and B extend into the area above the central web M and define there the sections A 2 and B 2 . If the leg sections A 2 and B 2 are pressed apart or compressed relative to one another, the associated sections A 1 and B 1 move in the opposite direction, so that a clamping force is created or released in the region of the component K becomes.
  • a clamping element S is arranged between the leg portions A 2 and B 2 .
  • Clamping element S is in this embodiment pressure-tight between the Schenkelab ⁇ sections A 2 and B 2 used, so that a change in the dimensions of Spannele ⁇ ment in the longitudinal direction leads to the above-described movements of Schenkelab ⁇ sections.
  • an actuating element T is arranged, which comprises an eccentric E.
  • the axis of the actuating element T and the eccentric E ver ⁇ runs approximately in the direction of movement of the component K.
  • the actuator T with its eccentric E is arranged so that the eccentric E by rotation about its axis a deformation force in the direction Z on the clamping element S is able to exercise.
  • the introduced deformation force and the resulting deformation of the chip element S can be selected differently.
  • the eccentric is in the maximum possible amount in
  • the clamping element S has a substantially planar shape, which regresses on discharge in a slightly upwardly curved stress-free form. Since the eccentric expands the clamping element maximally by the deformation shown in its longitudinal direction, the legs A and B are in the vor ⁇ called manner apart or compressed so that the desired clamping force can be applied to the component K. On the other hand, if the eccentric rotates through approximately 180 ° about its axis into the upper deflection, this permits the return deformation of the tensioning element S into its originally slightly bent-up shape, whereby the tensioning element is shortened in its longitudinal direction. Correspondingly, the clamping forces around the component K are reduced, so that the clamping device is transferred to the released state.
  • the outer shell On its outer periphery, the eccentric on a bearing, the outer shell is arranged so freely rotatable about the eccentric, that in contact with the
  • a reset device R which has a
  • Switch D includes.
  • the switch D is moved by a solenoid shown on the left against a spring shown on the right, whereby different switching states occur. If the electromagnet is supplied with current by a properly existing power supply (this state should be shown in FIG. 2 a), then the switch connects a voltage supply, indicated in the upper part of FIG. 2 a, with a bistable electromagnet L, which is located in the lower part Area of Fig. 2a should be indicated by the symbol M in a circle. Parallel to this bistable electromagnet L is an electrical storage means in the form of a capacitor C connected, which is supplied in the switch position shown in FIG. 2a in the same direction to the bistable electromagnet L with voltage and it is charged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen im wesentlichen H-förmigen Grundkörper (G) , dessen Schenkel (A, B) in einem ersten Bereich eine zu klemmende Komponente umgreifen, während sie in einem zweiten Bereich durch ein Spannelement (S) derart miteinander zug- und/oder druckfest verbunden sind, dass eine Belastung des Spannelements senkrecht zu seiner Längsrichtung durch ein mechanisches Betätigungselement (T) eine Verformungskraft in der Längsrichtung erzeugt, die durch die Schenkel als Klemmkraft auf die Komponente übertragbar sind oder von ihr lösbar sind. Das Betätigungselement (T) umfasst einen auf das Spannelement (S) einwirkenden Exzenter (E) .

Description

Klemmvorrichtung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Klemmvorrichtung zum lösbaren Bremsen oder Fixieren einer relativ zur Klemmvorrichtung bewegten Komponente.
Klemmvorrichtungen der vorgenannten Art sind aus vielen Bereichen der Technik be¬ kannt. Zweck ist es, eine Relativbewegung zu erschweren (Bremsen) oder gänzlich zu behindern (Fixieren). Die Klemmvorrichtung kann also je nach Anwendungsbereich als Bremse oder auch als reines Fixiermittel zum Einsatz kommen.
Bekannt ist der Einsatz von lösbaren Klemmvorrichtungen insbesondere auch auf dem Gebiet von Werkzeugmaschinen. So sind Klemmvorrichtungen bekannt, die die Längs¬ bewegung entlang einer Führung, einer Säule oder Schiene bremsen oder fixieren sol¬ len.
Aus der US 5,855,446 ist eine hydraulische Klemmvorrichtung bekannt, bei der ein durch einen Balg eingeschlossenes Volumen hydraulisch vergrößert wird, wobei eine Bremskraft auf eine Welle oder Schiene ausgeübt wird. In ähnlicher Weise funktioniert der Gegenstand aus der US 3,663, 027.
Ebenfalls hydraulisch betätigt wird die Klemm- und/oder Bremsvorrichtung gemäß WO 01/34990 Al. Dabei wird durch hydraulische Verformung einer Kammer ein teilweise flexibler Grundkörper so verformt, dass Klemmkräfte auf einen Körper eingebracht oder von diesem gelöst werden können.
Als nachteilig hat sich bei diesen Klemmvorrichtungen herausgestellt, dass durch die Verwendung von hydraulisch genutzten Medien die Dichtheit des Systems zwingend erforderlich ist, um ein Funktionieren zu gewährleisten. Darüber hinaus ist das jeweils verwendete hydraulische Medium unter geeignetem Druck permanent bereit zu halten. Aus der EP 0 834 380 Al ist eine Klemmvorrichtung bekannt, bei der ein im Wesentli¬ chen H-förmiger Grundkörper verformt wird, in dem ein sich unter Wärmeeinfluss verformendes Metall so eingesetzt wird, dass die Schenkel des H's auseinandergebogen bzw. zusammengezogen werden, um daraus resultierend eine Klemmkraft zu erzeugen. Nachteiligerweise ist hier eine entsprechende thermische Energie bereit zu stellen und angesichts geringer Volumenänderung des Metalls muss in sehr engen Toleranzen ge¬ fertigt werden.
In ähnlicher Weise offenbart die EP 0 936 366 A2 eine Bremsvorrichtung für eine Line- arführung, bei der ein elektromechanischer Kraftwandler (Piezoaktuator) die Schenkel des H's auseinanderdrückt bzw. zusammenzieht, um entsprechende Klemmkräfte zu erzeugen. Als nachteilig muss auch hier die erforderliche Genauigkeit in der Fertigung gesehen werden, ebenso wie die hohen Bauteilkosten.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Klemmvorrichtung zu schaffen, die die vorge¬ nannten Nachteile überwindet und dabei kostengünstig und konstruktiv einfach herstell¬ bar ist.
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Klemmvorrichtung nach Anspruch 1.
Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, dass die Erzeugung von Klemmkräften sehr einfach durch mechanische Belastung eines Spannelements realisiert werden kann, welches sich quer zu dieser Belastung verformt. In einer einfachsten Ausführungsform der Klemmvorrichtung ist dabei ein im Wesentlichen H-förmiger Grundkörper vorgese- hen. Die beiden im Wesentlichen parallel verlaufenden Schenkel dieses Grundkörpers sind dabei durch wenigstens einen flexiblen Mittelsteg miteinander verbunden, so dass die im Wesentlichen H-förmige Gestalt erreicht wird.
Die zu einer ersten, beispielsweise unteren Seite des Mittelstegs ausgerichteten Schen- kelabschnitte sind dabei zur unmittelbaren oder mittelbaren Einleitung einer Klemm- kraft auf die zu klemmende oder bremsende Komponente ausgebildet. Beispielsweise könnten die beiden unteren Schenkelabschnitte eine Schiene beidseitig umgreifen. In gleicher Weise kann statt der Schiene auch ein rotierender Körper, etwa eine Scheibe, Bremsscheibe oder dergleichen umfasst sein.
Die Einleitung der Bremskraft kann dabei unmittelbar von diesen Schenkelabschnitten in die Komponenten erfolgen, wobei zwischen Komponente und Schenkelabschnitten auch geeignete Brems- oder Klemmbeläge angeordnet sein können. Denkbar ist auch die mittelbare Weiterleitung der Bremskräfte, etwa über ein die Bremskräfte verstär- kendes Hebelwerk oder dergleichen.
Die Schenkel des H-förmigen Grundkörpers erstrecken sich auch auf der zweiten Seite des Mittelstegs, dem vorigen Beispiel folgend also nach oben. Die Schenkel an sich sind weitgehend starr ausgebildet, so dass eine seitlich in einen Schenkelabschnitt einge- brachte Kraft über den als Hebel wirkenden Schenkel in den dem Mittelsteg gegenüber liegenden anderen Schenkelabschnitt des gleichen Schenkels übertragen wird. Der weit¬ gehend flexible Mittelsteg dient dabei als Gelenk für diesen Hebel.
Die auf der zweiten Seite des Mittelstegs angeordneten Schenkelabschnitte sind über wenigstens ein zug- und/oder druckfestes Spannelement miteinander verbunden. Der zunächst nach oben offene Bereich des H's wird also durch dieses Spannelement "ge¬ schlossen", welches dabei vorzugsweise im Wesentlichen parallel zu dem flexiblen Mittelsteg ausgerichtet ist.
Das Spannelement ist mit den beiden oberen Schenkelabschnitten jeweils beispielsweise so verbunden, dass Druckkräfte, die in Längsrichtung des Spannelements in Richtung auf die Innenseite der oberen Schenlcelabschnitte gerichtet sind, von diesen aufgenom¬ men werden. Alternativ ist auch eine ausschließlich zugfeste Verbindung des Span¬ nelements mit den oberen Schenkelabschnitten so denkbar, dass in Längsrichtung des Spannelements wirkende Zugkräfte, die die oberen Schenkelabschnitte zusammenzu- ziehen trachten, von diesen aufgenommen werden. Schließlich ist auch eine zug- und druckfeste Verbindung zwischen Spannelement und oberen Schenkelabschnitten mög¬ lich, wobei jede Art der Längenänderung des Spannelements in dessen Längsrichtung von den Schenkelabschnitten aufgenommen wird.
' Das Spannelement kann in einer einfachen Ausführung die Form eines flachen Blech¬ streifens oder dergleichen haben, der durch Belastung senkrecht zu seiner Oberfläche in wählbaren Grenzen verformbar sein soll. Er erstreckt sich von einem oberen Schen¬ kelabschnitt zum gegenüberliegenden oberen Schenkelabschnitt des anderen Schenkels und kann unter einer vorgebbaren Zug- oder Druckspannung oder auch spannungslos zwischen die Schenkelabschnitte eingesetzt und mit diesen zur Kraftübertragung ver¬ bunden sein. Der Blechstreifen oder ein vergleichbar geformtes Spannelement kann dabei in seiner Oberfläche erforderlichenfalls auch Ausnehmungen enthalten oder auch ein dreidimensionales Profil aufweisen, solange die Übertragung von Zug- oder Druck- kräften auf die benachbarten Schenkelabschnitte gewährleistet ist.
Jede Längenänderung des Spannelements führt an seinen Verbindungspunkten mit den oberen Schenkelabschnitten zu Druck- bzw. Zugkräften, die die Schenkelabschnitte auseinanderzudrücken bzw. zusammenzuziehen trachten. Jeder Schenkel überträgt diese an seinem oberen Abschnitt eingeleiteten Kräfte über das durch den Mittelsteg ausge¬ bildete Schwenkgelenk in die unteren Abschnitte, wo sie als Brems- oder Klemmkräfte abgreifbar sind.
Der Kern der Erfindung besteht darin, eine Verformung des Spannelements in dessen die Schenkelabschnitte verbindenden Längsrichtung dadurch zu bewirken, dass senk¬ recht dazu eine mechanische Verformungskaft in das Spannelement eingeleitet wird. Eine Auslenkung des zug- und/oder druckfest ausgeführten Spannelements in Richtung dieser Verformungskraft führt zu einer Ausdehnung oder Verkürzung des Spannele¬ ments quer zu dieser Verformungskraft, also in dessen Längsrichtung. Wird diese Ver- formung behindert, etwa durch die Einspannung zwischen den oberen Schenkelab- schnitten des Grundkörpers, so entstehen die gewünschten Kräfte für die Klemm- oder Bremswirkung.
Erfmdungsgemäß wird die Verformungskraft anders als im Stand der Technik hierbei zum einen senkrecht zur Längsrichtung des Spannelements in dieses eingebracht, zum anderen geschieht dies durch ein einfaches mechanisches Betätigungselement ohne Einsatz irgendwelcher Fluide. Der Vorteil der Erfindung liegt hier in der besonders einfachen und unkomplizierten Ausfuhrung der Klemmvorrichtung. Durch den Verzicht auf jegliche Fluide, die etwa zur Verformung eines eingeschlossenen Volumens ver- wendet würden, entfällt der konstruktive Aufwand zur Bereitstellung dieses Fluids bzw. zur Abdichtung von Verbindungsleitungen, zu füllenden Kammern etc. Auch mögliche Folgeschäden aufgrund von Undichtigkeiten können hier nicht auftreten. Des Weiteren nutzt die Erfindung den Gedanken, durch einfachste mechanische Mittel (Spannelement in Ausführung als Blechstreifen o.a.) und vergleichsweise geringe Verformungskräfte hohe Brems- bzw. Klemmkräfte zuverlässig aufzubauen. Da das Betätigungselement nicht unmittelbar auf die Innenseiten der oberen Schenkelabschnitte einwirkt, sondern senkrecht dazu auf das dazwischen eingesetzte Spannelement entstehen bereits durch geringe Verformungskräfte in dieser Kraftrichtung ausreichend hohe Verformungskräfte senkrecht dazu.
Das senkrecht zur Längsrichtung des Spannelements wirkende Betätigungselement kann dabei vorteilhaft sehr einfach ausgeführt sein. Letztendlich ist nur eine Bewegung bzw. Bewegungskomponente senkrecht zur Längsrichtung des Spannelements (im Fol¬ genden „Kraftrichtung") erforderlich, um die gewünschten Klemm- bzw. Bremskräfte zu erzeugen. Eine solche Bewegung kann durch einen einfachen verschieblichen Bol¬ zen, einen in entsprechender Kraftwirkung bewegten Hebel etc. sehr einfach realisiert sein, ohne aufwändige elektromechanische oder fluidmechanische Komponenten zu benötigen. Der Angriff des Betätigungselements kann dabei vorteilhaft etwa mittig zwischen den Schenkelabschnitten am Spannelement erfolgen, beispielsweise um die optimale Kraftübersetzung zu bewirken oder konstruktive einfachen mechanischen Zugang zum Spannelement auszunutzen. Grundsätzlich ist aber auch jeder andere An¬ griffspunkt am Spannelement für das Betätigungselement denkbar, wenn dies konstruk¬ tiv oder kräftetechnisch gewünscht oder nötig wird.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement elek¬ trisch ansteuerbar. Im Gegensatz zu einer ebenfalls möglichen rein mechanischen Aus¬ führungsform kann über die elektrische Ansteuerung eine zeitlich und betragsmäßig genauer vorgebbare Verformungskraft in das Spannelement eingeleitet werden. Denk¬ bar wäre beispielsweise ein Elektromotor, der über eine senkrecht zum Spannelement wirkende Spindel dieses in die eine oder andere Richtung verformt.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, dass das Betätigungselement einen auf das Spannelement einwirkenden Exzenter umfasst. Die Welle des Exzenters ist dabei vorzugsweise senkrecht zur Kraftrichtung angeordnet, so dass durch Rotation des Exzenters um seine Achse das Spannelement mal mehr, mal weniger ausgelenkt wird.
Im Laufe einer Umdrehung des Exzenters erfährt das Spannelement dabei eine maxi¬ male oder minimale Auslenkung, die eine maximale bzw. minimale Klemmkraft in den unteren Schenkelabschnitten des Grundkörpers zur Folge hat. Der Vorteil eines solchen Exzenters liegt in der relativ genauen Einstellbarkeit der gewünschten Verformungs- kraft, die dabei durch relativ einfache mechanische Mittel realisiert wird. Der Exzenter kann über ein geeignetes Getriebe angetrieben werden, so dass die Drehposition des Exzenters beliebig genau einstellbar ist.
Eine parallel zum Spannelement bzw. zu dessen im wesentlichen ebener Oberfläche angeordnete Achse des Exzenters kann dabei sowohl in Längsrichtung des Spannele¬ ments als auch quer dazu oder in einer beliebigen Zwischenstellung ausgerichtet sein. Maßgeblich bleibt allein, dass die Verformungskraft eine Komponente senkrecht zum Spannelement umfasst. Erfindungsgemäß soll das Betätigungselement mit dem Spannelement in Wirkverbin¬ dung bringbar sein, ohne dass diese Verbindung permanent bestehen muss. Denkbar wäre im vorliegenden Fall also, dass der Exzenter nur beispielsweise im Bereich einer halben Umdrehung mit dem Spannelement zusammenwirkt und dieses ansonsten völlig freigibt. In gleicher Weise kann ein in Kraftrichtung auf das Spannelement einwirkender
Bolzen oder ein durch eine Spindel bewegtes Betätigungselement beliebig mit dem Spannelement in Eingriff gebracht oder von diesem losgelöst werden. Der Vorteil liegt hier u.a. in dem geringeren Verschleiß des Spannelements, den geringeren Bewegungs¬ kräften des Betätigungselements im losgekoppelten Bereich und auch der einfachen Austauschbarkeit des Betätigungselements, wenn dieses in eine vom Spannelement losgelöste Stellung bewegbar ist.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass als Antrieb des Betätigungselements ein Magnet, vorzugsweise ein bistabiler Magnet vorgesehen ist. Dabei kann es sich insbesondere um einen Elektromagneten handeln, der das Betäti¬ gungselement zwischen zwei Stellungen hin und her bewegt. Denkbar ist hier insbeson¬ dere eine Anordnung dergestalt, dass die eine Stellung eine maximale Auslenkung des Spannelements bewirkt, während die andere Stellung das Spannelement wenig oder gar nicht belastet. Ein solcher Elektromagnet ist sehr einfach ansteuerbar und als robustes Bauteil auch kostengünstig einsetzbar. Erfindungsgemäß lässt sich ein derartiger Ma¬ gnet auch mit einem Exzenter kombinieren, so dass der mit dem Elektromagneten ge¬ koppelte Exzenter sich zwischen den vorbeschriebenen beiden Stellungen hin und her drehen kann. Infrage kommt hierbei insbesondere ein bistabiler Drehmagnet, der die für die Betätigung des Exzenters erforderliche Drehbewegung ohnehin beinhaltet.
Der Vorteil des Exzenters liegt auch darin, dass die in das Spannelement eingebrachte Verformungskraft mit der Drehbewegung kontinuierlich zu einem Maximum bzw. von dort zu einem Minimum aufgebaut bzw. abgebaut wird. Eine stoßartige Belastung des Spannelements wird dabei vorteilhaft vermieden, gleichzeitig erleichtert die Drehbewe- gung des Exzenters mit ihren tangentialen Bewegungskomponenten einen einfachen, kräfiteoptimierten Aufbau der letztendlich gewünschten Verformungskraft senkrecht zum Spannelement.
Vorteilhafterweise kann das Betätigungselement stufenlos oder auch in rastbaren Schritten mit dem Spannelement zusammenwirken. Die stufenlose Betätigung ermög¬ licht ein graduelles und individuell genau wählbares Verformungsverhalten des Span¬ nelements mit den daraus resultierenden Klemm- bzw. Bremskräften. Ist dagegen ledig¬ lich die Erzeugung von abgestuften Brems- oder Klemmkräften entlang eines bestimm¬ ten Rasters erforderlich, so kann das Betätigungselement in den dazu erforderlichen Schritten rastbar bewegt werden. Je nach Ausbildung der rastbaren Anordnung kann das
Betätigungselement dabei auch ohne besondere Halteenergie in dem jeweiligen Rastzu¬ stand gehalten werden. Dies erlaubt eine energetisch optimierte Betätigung der Klemm¬ vorrichtung.
Selbstverständlich ist eine solche Beibehaltung der jeweiligen Position des Betätigungs¬ elements auch für den Fall der stufenlosen Bewegung denkbar. Beispielsweise bei Vor¬ sehung eines geeigneten Getriebes ließe sich ein davon angetriebener Exzenter in jede beliebige Stellung drehen und dort bspw. durch Selbsthemmung halten, sobald das Getriebe nicht weiter angetrieben würde.
Als besonderes Sicherheitsmerkmal sieht die Klemmvorrichtung in einer weiteren vor¬ teilhaften Ausfuhrungsform eine Rückstelleinrichtung vor, die eine automatische Rück¬ führung des Betätigungselements in eine vorgebbare - vorzugsweise klemmende - Stel¬ lung bewirkt. Hintergrund ist hierbei die Idee, beispielsweise im Falle einer ungeplant unterbrochenen Stromversorgung einen definierten und sicheren Zustand der Klemm¬ vorrichtung automatisch, also unabhängig von der äußeren Stromversorgung herbeizu¬ führen. Beispielsweise kann bei Werkzeugmaschinen aus Sicherheitsgründen erforder¬ lich sein, bei Ausfall einer Strom- oder Notstromversorgung stets den klemmenden oder bremsenden Zustand der Klemmvorrichtung herbeizuführen, um unkontrollierte oder unkontrollierbare Bewegungen der Werkzeugmaschine zu verhindern. Ein Aspekt der Erfindung sieht daher vor, dass das Betätigungselement über die Rückstelleinrichtung stets in einen solchen Zustand überfuhrbar ist, in der das Spannelement eine Klemm¬ kraft erzeugt.
Grundsätzlich kann eine solche (maximale) Klemmkraft gegeben sein, wenn das Span¬ nelement durch das Betätigungselement maximal belastet wird. Durch Wegnahme die¬ ser Belastung würde sich die Klemmvorrichtung entsprechend lösen und die Kompo¬ nente freigeben. Jedoch ist auch der umgekehrte Fall denkbar, dass erst bei einer be¬ stimmten Belastung des Spannelements dieses eine im Grundkörper vorherrschende Vorspannung überwindet und eine Klemmung freigibt, die bei unbelastetem Spannele¬ ment durch die Eigenspannung des Grundkörpers voll zum Tragen käme.
Eine einfachste Form der Rückstelleinrichtung kann einen Federmechanismus umfas¬ sen, der - etwa über einen Elektromagneten - bei bestehender Versorgungsspannung im gegen die Feder vorgespannten Zustand ein geplantes Einwirken des Betätigungsele¬ ments auf das Spannelement zulässt. Fällt die Versorgungsspannung ungeplant ab, so gibt der Elektromagnet den Federmechanismus derart frei, dass dieser ein weiteres Zusammenwirken des Betätigungselements mit dem Spannelement mechanisch verhin¬ dert (beispielsweise, indem die Feder das Betätigungselement aus dem Wirkungsbereich des Spannelements herausdrängt). Der Federmechanismus dient dabei als Energiespei¬ cher, der bei Ausfall einer elektrischen Energie zur Bereitstellung der nötigen - für die Überführung des Spannelements in den gewünschten gesicherten Zustand erforderlichen — Energie vorgesehen ist.
Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Rückstel¬ leinrichtung einen solchen Energiespeicher umfasst, der bei Ausfall einer elektrischen Energie die erforderliche Rückstellenergie liefert. In diesem Fall wird die gespeicherte Energie nicht dazu verwendet, ein Zusammenwirken des Betätigungselements mit dem Spannelement zu verhindern, sondern das Spannelement gezielt in den zuvor festgeleg- ten Sollzustand zu überführen. Insbesondere kann es sich bei dem Energiespeicher um einen elektrischen Kondensator handeln, der die für die Ansteuerung bzw. Bewegung des Betätigungselements in die Sollstellung erforderliche Energie zu speichern vermag.
Folgende Ausfuhrungsform ist dabei insbesondere zu nennen:
Bei bestehender Grundversorgung der Betriebsspannung sei ein bistabiler Elektroma¬ gnet zur Bewegung des Betätigungselements so beschaltet, dass eine an diesem Ma¬ gneten anliegende Spannung mit vorgegebener Polung eine Freigabe der Klemmung, also den ungeklemmten Zustand der Klemmvorrichtung bewirkt. Parallel zu dem Elek- tromagneten sei ein Kondensator geschaltet, der in diesem Zustand mit aufgeladen wird und als Energiespeicher dienen soll. Um das Betätigungselement in eine den geklemm¬ ten Zustand der Klemmvorrichtung bewirkenden Stellung zu bewegen, sei eine umge¬ kehrte Polung des Elektromagneten erforderlich.
Im Falle eines unerwarteten Stromausfalles muss es Ziel sein, den geklemmten Zustand herbeizuführen, um unkontrollierte Bewegungen (beispielsweise im Bereich einer Werkzeugmaschine oder auch bei anderen Relativbewegungen) unbedingt zu vermei¬ den. Allerdings kann aufgrund des Stromausfalls diese umgekehrte Beschaltung eigent¬ lich nicht mehr durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgese- hen, den Kondensator im Falle eines Stromausfalls automatisch in umgekehrter Polung auf den Elektromagneten zu schalten, so dass dieser seine gewünschte Sollstellung für den geklemmten Zustand der Klemmvorrichtung einnimmt.
Diese automatische Beschaltung kann beispielsweise durch einen elektrisch gegen eine Federkraft betätigbaren Schalter (bspw. ein Relais) realisiert werden, der bei bereitste¬ hender Versorgungsspannung einen ersten, entgegen die Federkraft gerichteten Schalt¬ zustand einnimmt. Fällt die Versorgungsspannung für diesen elektrisch betätigten Schalter ab, so betätigt die Feder den Schalter in dem Sinne, dass der Kondensator in vorbenannter Weise umgekehrt gepolt mit dem Elektromagneten verschaltet wird, so dass dieser die Klemmvorrichtung in den geklemmten Zustand überführen kann. Selbstverständlich ist auch eine ausschließlich elektronische Ausfuhrung einer solchen Rückstelleinrichtung denkbar. Dabei würde der Spannungsausfall elektronisch detek- tiert und der Energiespeicher ebenfalls elektronisch in geeigneter Polung auf den Elek- tromagneten aufgeschaltet werden, ohne dass hierzu eine elektromechanische Kompo¬ nente wie beispielsweise der gegen die Feder elektrisch zu betätigende Schalter (Relais) vonnöten wäre.
Das Spannelement kann in seinem entlasteten Zustand sowohl eben als auch leicht gekrümmt geformt sein, und die jeweils andere Form unter Belastung durch die Ver¬ formungskraft annehmen. Ein im unbelasteten Zustand gekrümmtes Spannelement würde vorteilhaft in Richtung auf eine weitgehend ebene Gestalt belastet, so dass es sich unter Last in Längsrichtung ausdehnt bzw. entsprechende Druckkräfte erzeugt. Im entlasteten Zustand nähme das Spannelement seine gekrümmte Form wieder an und die Klemmkräfte würden reduziert oder aufgehoben.
Umgekehrt kann das Spannelement auch im unbelasteten Zustand eine weitgehend ebene Gestalt mit maximaler Längsausdehnung annehmen und unter Last eine ge¬ krümmte, in Längsrichtung verkürzte Form annehmen. Dann würde eine vom Betäti- gungselement aufgebrachte Verformungskraft ein Lösen der Klemmkräfte bewirken, die bei Wegfall der Belastung wieder zunähmen
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend anhand von Figurenbeispielen erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Klemmvorrichtung in einer Aus¬ führungsform, und Fig. 2 eine erfindungsgemäße Rückstelleinrichtung in zwei Schaltzuständen a und b.
In Fig. 1 ist eine Klemmvorrichtung V dargestellt. Die Klemmvorrichtung V ist ober- halb einer Komponente K angeordnet, die relativ zu der Klemmvorrichtung V eine
Längsbewegung auszuführen vermag. Die Komponente K ist hier etwa im Sinne einer Schiene zu verstehen.
Oberhalb der Komponente K ist ein im Wesentlichen H-förmiger Grundkörper G ange- ordnet. Der Grundkörper weist zwei im Wesentlichen parallel zueinander angeordnete
Schenkel A und B auf, die durch einen flexiblen Mittelsteg M miteinander verbunden sind und so die H-Form des Grundkörpers G ausbilden.
Unterhalb des Mittelstegs M erstrecken sich die Schenkel A bzw. B mit ihren Bereichen A1 bzw. B1. Die Schenkelabschnitte A1 und B1 umgreifen dabei von zwei Seiten die schienenförmig ausgebildete Komponente K, um dadurch eine Klemmkraft zu übertra¬ gen.
Die im Wesentlichen starren Schenkel A und B erstrecken sich in den Bereich oberhalb des Mittelstegs M und definieren dort die Abschnitte A2 und B2. Werden die Schen¬ kelabschnitte A2 und B2 relativ zueinander auseinander gedrückt bzw. zusammengezo¬ gen, so bewegen sich die zugehörigen Abschnitte A1 und B1 in entgegengesetzter Rich¬ tung, so dass im Bereich der Komponente K eine Klemmkraft entsteht bzw. gelöst wird.
Zwischen den Schenkelabschnitten A2 und B2 ist ein Spannelement S angeordnet. Das
Spannelement S sei in diesem Ausführungsbeispiel druckfest zwischen die Schenkelab¬ schnitte A2 und B2 eingesetzt, so dass eine Änderung der Abmessungen des Spannele¬ ments in dessen Längsrichtung zu den vorbeschriebenen Bewegungen der Schenkelab¬ schnitte führt. Oberhalb des Spannelements S ist ein Betätigungselement T angeordnet, welches einen Exzenter E umfasst. Die Achse des Betätigungselements T bzw. des Exzenters E ver¬ läuft dabei in etwa in Bewegungsrichtung der Komponente K. Das Betätigungselement T mit seinem Exzenter E ist so angeordnet, dass der Exzenter E durch Rotation um seine Achse eine Verformungskraft in Richtung Z auf das Spannelement S auszuüben vermag. Je nach vorgewähltem Abstand der Exzenterachse zum Spannelement ist die eingebrachte Verformungskraft und die daraus resultierende Verformung des Span¬ nelements S unterschiedlich wählbar.
In der Darstellung gemäß Fig. 1 ist der Exzenter um den maximal möglichen Betrag in
Z-Richtung nach unten ausgelenkt und drückt dabei das Spannelement S ebenfalls nach unten. In dieser maximal belasteten Stellung hat das Spannelement S im Wesentlichen ebene Form, die sich bei Entlastung in eine leicht nach oben gekrümmte spannungsfreie Form zurückbildet. Da der Exzenter das Spannelement durch die gezeigte Verformung in dessen Längsrichtung maximal ausdehnt, werden die Schenkel A und B in der vorge¬ nannten Weise so auseinander- bzw. zusammengedrückt, dass die gewünschte Klemm¬ kraft auf die Komponente K aufgebracht werden kann. Dreht sich der Exzenter dagegen um etwa 180° um seine Achse in die obere Auslenkung, so erlaubt dies die Rückver¬ formung des Spannelements S in seine ursprünglich leicht nach oben gebogene Form, wodurch eine Verkürzung des Spannelements in dessen Längsrichtung erfolgt. Entspre¬ chend reduzieren sich die Klemmkräfte um die Komponente K, so dass die Klemmvor¬ richtung in den gelösten Zustand überführt wird.
Auf seinem äußeren Umfang weist der Exzenter ein Lager auf, dessen äußere Schale so frei drehbar um den Exzenter angeordnet ist, dass sich diese bei Berührung mit dem
Spannelement S nicht mitdreht, die in Z-Richtung auftretenden Verformungskräfte jedoch in das Spannelement S einleitet. Dadurch ergibt sich ein geringer Oberflächen¬ verschleiß des Spannelements S im Bereich des Eingriffs des Exzenters E. Nicht dargestellt in Fig. 1 ist der Antrieb des Betätigungselements T, welcher durch einen bistabilen Elektromagneten realisiert sein soll.
In Fig. 2a bzw. 2b ist schematisch die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Rück- Stelleinrichtung dargestellt. In Fig. 2a ist eine Rückstelleinrichtung R gezeigt, die einen
Schalter D umfasst. Der Schalter D wird dabei von einem links dargestellten Elektro¬ magneten gegen eine rechts dargestellte Feder bewegt, wodurch unterschiedliche Schaltzustände eintreten. Wird der Elektromagnet durch eine ordnungsgemäß bestehen¬ de Spannungsversorgung mit Strom versorgt (dieser Zustand soll in Fig. 2a dargestellt sein), so verbindet der Schalter eine im oberen Teil der Fig. 2a angedeutete Spannungs¬ versorgung mit einem bistabilen Elektromagneten L, der im unteren Bereich der Fig. 2a durch das Symbol M in einem Kreis angedeutet sein soll. Parallel zu diesem bistabilen Elektromagneten L sei ein elektrisches Speichermittel in Form eines Kondensators C geschaltet, welches in der Schalterstellung gemäß Fig. 2a gleichsinnig zu dem bistabilen Elektromagneten L mit Spannung versorgt und dabei aufgeladen wird.
Fällt nun die vorgesehene Spannung im Bereich der Klemmvorrichtung unerwartet ab (beispielsweise durch "Notaus"), so tritt der in Fig. 2b dargestellte Schaltungszustand ein. Der dann nicht mehr mit Spannung versorgte Elektromagnet vermag den Schalter D nicht mehr in der Position gemäß Fig. 2a zu halten, so dass die rechts dargestellte Feder den Schalter in einen anderen Schaltzustand verschiebt. In diesem Schaltzustand wird das Speichermittel C in umgekehrter Polung mit dem bistabilen Elektromagneten L verschaltet, so dass dieser seinen Zustand bzw. die Ausrichtung des Exzenters automa¬ tisch umkehrt.
Geht man davon aus, dass der gemäß Fig. 2a dargestellte Zustand stets den gelösten Zustand der Klemmvorrichtung repräsentiert, so ist durch diese Rückstelleinrichtung sichergestellt, dass bei Stromausfall die Klemmvorrichtung stets in den geklemmten und damit sicheren Zustand überführt wird.

Claims

Patentansprüche
Klemmvorrichtung (V) zum lösbaren Bremsen oder Fixieren einer relativ zur
Klemmvorrichtung bewegten Komponente (K),
a) mit einem im Wesentlichen H-förmigen Grundkörper (G), dessen im wesentli¬ chen parallele Schenkel (A, B) durch wenigstens einen flexiblen Mittelsteg (M) verbunden sind,
b)wobei die zu einer ersten Seite des Mittelstegs (M) ausgerichteten Schenkelab¬ schnitte (A1, B1) zur unmittelbaren oder mittelbaren Einleitung einer Brems¬ oder Klemmkraft an der Komponente (K) ausgebildet sind, und
c) wobei die zur entgegengesetzten zweiten Seite des Mittelstegs (M) ausgerich¬ teten Abschnitte (A2, B2) über wenigstens ein zug und/oder druckfestes Span¬ nelement (S) miteinander verbunden sind, und
d)zur Einleitung einer Verformungskraft in das Spannelement (S) ein Betätigungs¬ element (T) vorgesehen ist, welches in einer im wesentlichen senkrecht zu dem Spannelement (S) verlaufenden Kraftrichτung (Z) mit dem Spannelement (S) in Wirkverbindung bringbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
e) das Betätigungselement (T) einen auf das Spannelement einwirkenden Exzen¬ ter (E) umfasst.
2. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfor¬ mung eine Längenänderung des Spannelements (S) senkrecht zur Kraftrichtung (Z) und damit ein Verschwenken der Schenkel (A, B) zur Klemmung oder Lösung der Komponente (K) bewirkt.
3. Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (T) elektrisch ansteuerbar ist.
4. Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb des Betätigungselements (T) ein Magnet (L) , vorzugsweise ein bi¬ stabiler Magnet vorgesehen ist.
5. Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (T) in stufenloser oder rastbarer Bewegung mit dem Spannelement (S) zusammenwirkt.
6. Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstelleinrichtung (R) zur automatischen Rückführung des Betäti¬ gungselements (T) in eine vorgebbare Stellung vorgesehen ist.
7. Klemmvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstel¬ leinrichtung (R) einen Energiespeicher (C) umfasst, der bei Ausfall einer elektri¬ schen Energie die erforderliche Rückstellenergie liefert.
8. Klemmvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass
a) als Antrieb des Betätigungselements ein bistabiler Elektromagnet (L) vorgese¬ hen ist, und
b) als Energiespeicher (C) ein elektrisches Speichermittel vorgesehen ist, c) wobei der Energiespeicher (C) über einen elektrisch betätigbaren und gegen eine Feder vorgespannten Schalter (D) dem Elektromagneten (L) in der für die Rückstellung erforderlichen elektrischen Polung zugeschaltet wird, wenn die Stromversorgung für den Schalter (D) ausfällt.
9. Klemmvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Energie¬ speicher (C) bei bestehender Stromversorgung des Schalters (D) zum Elektroma¬ gneten (L) parallelgeschaltet ist.
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