WO2008090197A2 - Bremse für eine linear und rotatorisch bewegliche welle - Google Patents

Bremse für eine linear und rotatorisch bewegliche welle Download PDF

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    • F16D2121/20—Electric or magnetic using electromagnets
    • F16D2121/22—Electric or magnetic using electromagnets for releasing a normally applied brake

Definitions

  • the present invention relates to a brake for braking a linearly and rotationally movable shaft.
  • a brake for braking a linearly and rotationally movable shaft.
  • such a brake can be used for rotary-linear motors.
  • Combination drives which produce a rotary-linear movement require in certain applications a detection of a movement axis (linear or rotary). So far, this fixing of a movement axis has been achieved by a position control of the respective axes. The position control, however, is a very energy-intensive solution that must be avoided.
  • combination drives may require that the shaft be detected during normal operation or provide an emergency stop function. This in turn can be realized by a position control, but leads to the corresponding energy and regulatory effort.
  • the object of the present invention is therefore to be able to ensure the braking or locking a linearly and rotationally movable shaft in a simple and cost-effective manner.
  • a brake for braking a linearly and rotationally movable shaft with a brake holder and at least two arcuate brake shoes, which are each equipped with a brake pad, which are attached to the brake bracket and which can be pressed against the movable shaft.
  • the invention provides a brake for braking a linearly and rotationally movable shaft with a brake holder, a linear ball bush, the linear movably but non-rotatably mounted on the shaft, a brake disc which is rotationally connected to the linear ball bush, and a braking device for braking a rotational movement of the brake disc.
  • two of the brake shoes of the first-mentioned brake are rotatably mounted on a common axis on the brake holder. This not only allows the brake shoes to swing symmetrically, but it can also be the rotational forces transmitted via the common axis to the brake bracket.
  • the brake or locking device is structurally easy to implement.
  • the brake can have a brake sleeve which can be mounted on the shaft by means of a rotation bearing device, wherein the at least two brake shoes can be pressed against the brake sleeve for braking the linear movement of the shaft.
  • the brake may have a linear ball bush in which the shaft is storable, wherein the at least two brake shoes to the linear ball bushing for Brakes the rotational movement of the shaft are pressed. In this way, a linear-invariant, rotary brake can be realized, with the rotation is braked, but the linear motion remains unaffected.
  • the brake device may have a spring pressure brake. This is particularly advantageous for emergencies when the preloaded spring without external energy consumption leads to deceleration of the shaft.
  • the spring-applied brake can be kept electromagnetically in a non-braking state.
  • An electromagnetic system for retaining the brake components generally proves to be particularly advantageous in terms of reliability and design effort.
  • the linear ball bush of the brake according to the invention can be mounted on the brake mount with a double row angular contact ball bearing.
  • This angular contact ball bearing can accommodate not only radial loads, but also axial loads in both directions.
  • FIG. 1 shows a cross section through a holding brake according to the present invention for a rotary-linear motor.
  • 2 shows a perspective view of the holding brake of FIG. 1;
  • FIG. 3 shows a cross section through a rotationally-invariable, linear brake according to the present invention
  • FIG. 4 shows a perspective view of the brake of FIG. 3 and FIG. 5 shows a cross section through a linearly invariant, rotary brake according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 shows a cross section through a linearly invariant, rotary brake according to an embodiment of the present invention.
  • the holding brake shown in cross-section in Figure 1 at the same time serves to detect the output shaft of a rotary-linear motor, not shown in the rotational and linear axis of movement.
  • the holding brake has a brake holder 1, which surrounds the shaft 2 to be braked in an annular manner.
  • the shaft 2 is linearly and rotationally movable according to the arrows 3 and 4.
  • the brake holder 1 At the brake holder 1 are two half-shells 5, d. H. arcuate jaws, formed with brake pad. On the half-shells 5 each have a radial braking force 6, which presses the half-shells 5 on the shaft 2. Due to the direct action of the brake shoes or half shells 5 on the surface of the shaft 2, both its rotational and its linear movement is decelerated. If the shaft 2 is not moved, it can be detected by the brake for both axes of motion.
  • the brake of Figure 1 is shown in perspective.
  • the two brake shoes or half shells 5 are mounted together on a bearing 7 rotatably mounted on the brake holder 1.
  • the two half-shells 5 are pulled together by a spring 8.
  • the holding brake thus brakes the shaft 2 without external power supply.
  • the two half-shells 5 are kept apart by an electromagnetic system, not shown, or by another analogously acting system. A power failure then automatically leads to deceleration or locking of the shaft 2.
  • the FEI variant, linear brake shown schematically in Figure 3 can be used. Again surrounds a brake bracket 11 a shaft 12.
  • the shaft is according to the arrows 13 and 14 linearly and rotationally movable.
  • the brake sleeve 16 moves rotationally and linearly with the shaft 12.
  • the brake sleeve 16 is detected in its rotational and linear movement by the half-shells 15 with the brake pads.
  • the shaft 12 is held by the rotary bearing 17, which is designed here as a double ball bearing, in its axial position. But it still has a rotational degree of freedom. This means that, even if the brake sleeve 16 is fixed, the shaft 12 in the brake sleeve 16 can continue to rotate.
  • the brake is invariant with respect to the rotational movement.
  • FIG 4 the rotationally-invariant, linear brake of FIG 3 is shown in perspective in an implementation form.
  • the brake sleeve 16 can be clearly seen here, which surrounds the shaft 12 in an annular manner.
  • the arcuate brake shoes 15 are mounted together on a bearing 18 and clamped together with a spring 19 at their free ends.
  • FIG. 5 shows a further embodiment of the present invention, namely a linear-invariant, rotary brake.
  • a brake holder 21 surrounds a shaft 22 in turn annularly.
  • the shaft 22 is linearly and rotationally movable according to the arrows 23 and 24. It is rotatably mounted in a linear ball bushing 25 (see DE 39 10 457 Al).
  • the linear ball bushing 25 itself is surrounded by a sleeve 26.
  • the double row angular contact ball bearing 27 receives forces in both axial directions 23.
  • a brake disc 28 is secured to the sleeve 26 rotationally with a certain axial play.
  • An unillustrated spring force mechanism presses the brake pad 29 on the brake disk 28 and this on the second brake pad 30th
  • a brake is present, which can determine or slow down the rotational movement especially in a combination drive, but is invariant with respect to the linear movement.
  • the brake according to the invention is used in particular in rotary linear motors.
  • the motor in a preferred embodiment, the brake already in its housing or even in its laminated core, so that an extremely compact drive for rotational and linear movements as well as for the respective braking operations is created.
  • Such drives are particularly for production machines in the fields of wood processing, metal processing, plastics processing (plastic injection molding) as well as food used. It depends on rotational as well as linear feed and defined braking or holding torque at each stop.

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Abstract

Bei kombinierten Dreh-Linear-Bewegungen einer Welle (2) sollen entweder beide Bewegungen oder eine davon ohne hohen Energieaufwand einfach abgebremst werden können. Hierzu wird eine Bremse mit einer Bremsehalterung (1) sowie mindestens zwei bogenförmigen Bremsbacken (5) vorgeschlagen, die jeweils mit einem Bremsbelag ausgestattet sind, die an der Bremsehalterung (1) befestigt sind und die an die bewegliche Welle (2) anpressbar sind. Damit lässt sich in vorteilhafter Weise sowohl die Linear- als auch die Rotationsbewegung der Welle (2) abbremsen. Zum Abbremsen nur der Linearbewegung kann eine auf der Welle rotatorisch gelagerte, axial feste Bremshülse verwendet werden. Ferner kann eine Linearkugelbüchse zum Abbremsen der Drehbewegung genutzt werden, ohne die lineare Bewegung zu beeinflussen.

Description

Beschreibung
Bremse für eine linear und rotatorisch bewegliche Welle
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle. Insbesondere lässt sich eine derartige Bremse für Dreh-Linear-Motoren einsetzen .
Kombinationsantriebe, die eine Dreh-Linear-Bewegung erzeugen, erfordern in bestimmten Anwendungen ein Feststellen einer Bewegungsachse (linear oder rotatorisch) . Bislang wurde dieses Fixieren der einen Bewegungsachse durch eine Positionsregelung der jeweiligen Achsen erzielt. Die Positionsregelung stellt jedoch eine sehr energieaufwändige Lösung dar, die es zu vermeiden gilt.
Weiterhin besteht bei Kombinationsantrieben unter Umständen das Erfordernis, die Welle im Rahmen des normalen Betriebs festzustellen bzw. eine Notstopfunktion bereitzustellen. Dies ist wiederum durch eine Positionsregelung realisierbar, führt aber zu dem entsprechenden Energie- und Regelungsaufwand.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, das Bremsen bzw. Feststellen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle auf einfache und kostengünstige Art und Weise gewährleisten zu können.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch eine Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle mit einer Bremsehalterung sowie mindestens zwei bogenförmigen Bremsbacken, die jeweils mit einem Bremsbelag ausgestattet sind, die an der Bremsehalterung befestigt sind und die an die bewegliche Welle anpressbar sind.
Weiterhin wird erfindungsgemäß bereitgestellt eine Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle mit einer Bremsehalterung, einer Linearkugelbüchse, die linear beweglich aber verdrehsicher auf der Welle montierbar ist, einer Bremsscheibe, die verdrehsicher mit der Linearkugelbüchse verbunden ist, und einer Bremseinrichtung zum Bremsen einer Rotationsbewegung der Bremsscheibe.
Mit den erfindungsgemäßen Bremsen ist es somit möglich, entweder beide Bewegungen, die rotatorische und die lineare, gleichzeitig zu bremsen oder aber eine dieser beiden Bewegungen zu bremsen, wobei die andere Bewegung unbeeinflusst bleibt. Der Energieaufwand für das Bremsen ist in jedem Fall deutlich reduziert gegenüber der bekannten Positionsregelung zum Bremsen derartiger Bewegungen.
Vorzugsweise sind zwei der Bremsbacken der erstgenannten Bremse an einer gemeinsamen Achse an der Bremsehalterung drehbeweglich gelagert. Damit lassen sich die Bremsbacken nicht nur symmetrisch schwenken, sondern es lassen sich auch die rotatorischen Kräfte über die gemeinsame Achse auf die Bremsehalterung übertragen.
Zum Feststellen bzw. Bremsen sowohl der linearen als auch der rotatorischen Bewegungsachse ist es von Vorteil, wenn die mindestens zwei Bremsbacken beim Bremsen direkt an der Oberfläche der Welle reiben. Damit ist die Bremse bzw. Feststell- einrichtung konstruktiv einfach realisierbar.
In einer speziellen Ausführungsform kann die Bremse eine mit Hilfe einer Rotationslagereinrichtung auf der Welle lagerbare Bremshülse aufweisen, wobei die mindestens zwei Bremsbacken an die Bremshülse zum Bremsen der Linearbewegung der Welle anpressbar sind. Dadurch ergibt sich in vorteilhafter Weise eine dreh-invariante, lineare Bremse, mit der zwar die Linearbewegung gebremst werden kann, aber die Drehbewegung unbe- einflusst bleibt.
Bei einer anderen Ausführungsform kann die Bremse eine Linearkugelbüchse aufweisen, in der die Welle lagerbar ist, wobei die mindestens zwei Bremsbacken an die Linearkugelbüchse zum Bremsen der Drehbewegung der Welle anpressbar sind. Hierdurch kann eine linear-invariante, rotatorische Bremse realisiert werden, mit der zwar die Drehbewegung gebremst wird, aber die Linearbewegung unbeeinflusst bleibt.
Bei der oben dargestellten zweiten Lösungsvariante einer erfindungsgemäßen Bremse mit der Linearkugelbüchse kann die Bremseinrichtung eine Federdruckbremse aufweisen. Dies ist insbesondere für Notfälle vorteilhaft, wenn die vorgespannte Feder ohne externen Energieaufwand zum Abbremsen der Welle führt.
Die Federdruckbremse kann elektromagnetisch in einem nicht bremsenden Zustand gehalten werden. Ein elektromagnetisches System zum Zurückhalten der Bremskomponenten erweist sich in der Regel hinsichtlich der Zuverlässigkeit und des Konstruktionsaufwands als besonders günstig.
Die Linearkugelbüchse der erfindungsgemäßen Bremse kann mit einem doppelreihigen Schrägkugellager an der Bremshalterung gelagert sein. Durch dieses Schrägkugellager lassen sich nicht nur radiale Belastungen, sondern auch axiale Belastungen in beiden Richtungen aufnehmen.
Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
FIG 1 einen Querschnitt durch eine Haltebremse gemäß der vorliegenden Erfindung für einen Dreh-Linear-Motor; FIG 2 eine perspektivische Ansicht der Haltebremse von FIG 1;
FIG 3 einen Querschnitt durch eine dreh-invariante, lineare Bremse gemäß der vorliegenden Erfindung;
FIG 4 eine perspektivische Ansicht der Bremse von FIG 3 und FIG 5 einen Querschnitt durch eine linear-invariante, rotatorische Bremse gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die nachfolgend näher geschilderten Ausführungsbeispiele stellen bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dar.
Die in FIG 1 im Querschnitt dargestellte Haltebremse dient gleichzeitig zum Feststellen der Abtriebswelle eines nicht dargestellten Dreh-Linear-Motors in der rotatorischen und linearen Bewegungsachse. Die Haltebremse weist hier eine Brem- sehalterung 1 auf, die die zu bremsende Welle 2 ringförmig umgibt. Die Welle 2 ist entsprechend den Pfeilen 3 und 4 linear und rotatorisch beweglich.
An der Bremsehalterung 1 sind zwei Halbschalen 5, d. h. kreisbogenförmige Backen, mit Bremsbelag ausgebildet. Auf die Halbschalen 5 wirkt jeweils eine radiale Bremskraft 6, die die Halbschalen 5 auf die Welle 2 drückt. Durch das direkte Einwirken der Bremsbacken bzw. Halbschalen 5 auf die Oberfläche der Welle 2 wird sowohl deren rotatorische als auch deren lineare Bewegung abgebremst. Wenn die Welle 2 nicht bewegt ist, kann sie durch die Bremse für beide Bewegungsachsen festgestellt werden.
In FIG 2 ist die Bremse von FIG 1 perspektivisch wiedergegeben. Die beiden Bremsbacken bzw. Halbschalen 5 sind gemeinsam an einem Lager 7 drehbar an der Bremsehalterung 1 gelagert. An ihrem freien Ende werden die beiden Halbschalen 5 durch eine Feder 8 zusammengezogen. Die Haltebremse bremst somit die Welle 2 ohne externe Energiezufuhr ab. Um den Freilauf der Welle 2 zu gewährleisten, werden die beiden Halbschalen 5 durch ein nicht dargestelltes elektromagnetisches System oder durch ein analog wirkendes anderes System auseinander gehalten. Ein Stromausfall führt dann automatisch zum Abbremsen bzw. Feststellen der Welle 2.
Bei speziellen Anwendungen kann es notwendig sein, lediglich die Linearbewegung der Welle 2 zu bremsen. Für dieses Einsatzgebiet kann die in FIG 3 schematisch dargestellte drehinvariante, lineare Bremse eingesetzt werden. Wiederum umgibt eine Bremsehalterung 11 eine Welle 12. Die Welle ist gemäß den Pfeilen 13 und 14 linear und rotatorisch beweglich. Halbschalen 15, die mit Bremsbelägen ausgestattet sind, drücken hier jedoch nicht auf die Welle 12, sondern auf eine Brems- hülse 16. Diese ist mit Hilfe eines Rotationslagers 17 auf der Welle 12 rotationsbeweglich, axial fest gelagert.
Im nicht bremsenden Zustand der Bremse bewegt sich die Bremshülse 16 rotatorisch und linear mit der Welle 12. Beim Brem- sen wird jedoch durch die Halbschalen 15 mit den Bremsbelägen die Bremshülse 16 in ihrer rotatorischen und linearen Bewegung festgestellt. Die Welle 12 wird dabei durch das Rotationslager 17, das hier als Doppelkugellager ausgeführt ist, in ihrer axialen Position gehalten. Sie besitzt aber weiterhin einen rotatorischen Freiheitsgrad. Dies bedeutet, dass, auch wenn die Bremshülse 16 feststeht, sich die Welle 12 in der Bremshülse 16 weiterdrehen kann. Die Bremse ist invariant gegenüber der Drehbewegung.
In FIG 4 ist die dreh-invariante, lineare Bremse von FIG 3 in einer Realisierungsform perspektivisch dargestellt. Gegenüber dem Beispiel von FIG 2 ist hier deutlich die Bremshülse 16 zu erkennen, die die Welle 12 ringförmig umgibt. Auch in diesem Beispiel sind die bogenförmigen Bremsbacken 15 gemeinsam an einem Lager 18 gelagert und mit einer Feder 19 an ihren freien Enden miteinander verspannt.
Die Funktionen der einzelnen Komponenten sind im Zusammenhang mit den FIG 2 und 3 oben bereits erläutert.
FIG 5 zeigt schließlich eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, nämlich eine linear-invariante, rotatorische Bremse. Eine Bremsehalterung 21 umgibt eine Welle 22 wiederum ringförmig. Die Welle 22 ist entsprechend den Pfei- len 23 und 24 linear und rotatorisch beweglich. Sie ist in einer Linearkugelbüchse 25 (vgl. DE 39 10 457 Al) verdrehfest gelagert. Die Linearkugelbüchse 25 selbst ist von einer Hülse 26 umgeben. Auf diese ist ein doppelreihiges Schrägkugellager zur rotatorischen Lagerung der Hülse 26 an der Bremsehalte- rung 21 gepresst. Das doppelreihige Schrägkugellager 27 nimmt Kräfte in beiden axialen Richtungen 23 auf.
Weiterhin ist an der Hülse 26 verdrehfest mit einem gewissen axialen Spiel eine Bremsscheibe 28 befestigt. Zu beiden Seiten der Bremsscheibe sind ringförmige Bremsbeläge 29 und 30 angeordnet. Ein nicht dargestellter Federkraftmechanismus drückt den Bremsbelag 29 auf die Bremsscheibe 28 und diese weiter auf den zweiten Bremsbelag 30.
Im nicht bremsenden Zustand hält ein Elektromagnet 31 den Bremsbelag 29 von der Bremsscheibe 28 ab. Der Elektromagnet wird durch eine elektrische Leitung 32 angesteuert. Falls der Elektromagnet 31 nicht mit Strom versorgt wird, fällt die Bremse ein, und durch die Drehmomentenübertragung von der Bremsscheibe 28 auf die Welle 22 wird letztere gebremst bzw. festgestellt. Die verdrehfeste Linearkugelbüchse 25 ermöglicht dabei jedoch einen linearen Freiheitsgrad der Welle 22. Die Linearkugelbüchse 25 wird durch das Kugellager 27 in axialer Position gehalten.
In vorteilhafter Weise ist durch die linear-invariante, rotatorische Bremse gemäß dem Ausführungsbeispiel von FIG 5 somit eine Bremse vorhanden, die speziell bei einem Kombinationsantrieb die rotatorische Bewegung feststellen bzw. bremsen kann, jedoch invariant gegenüber der linearen Bewegung ist.
Die erfindungsgemäße Bremse wird insbesondere bei Dreh- Linear-Motoren eingesetzt. Dabei nimmt der Motor in einer bevorzugten Ausführungsform die Bremse bereits in sein Gehäuse oder sogar in sein Blechpaket auf, so dass ein äußerst kompakter Antrieb für rotatorische und lineare Bewegungen als auch für die jeweiligen Bremsvorgänge geschaffen ist.
Derartige Antriebe sind besonders für Produktionsmaschinen in den Bereichen Holzverarbeitung, Metallverarbeitung, Kunst- stoffVerarbeitung (KunststoffSpritzgießen) als auch Nahrung einsetzbar. Dabei kommt es auf rotatorische als auch lineare Zuführung und definierte Bremsvorgänge oder Haltemomente beim jeweiligen Stillstand an.

Claims

Patentansprüche
1. Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle mit - einer Bremsehalterung (1,11,21) und
— mindestens zwei bogenförmigen Bremsbacken (5,15), die jeweils mit einem Bremsbelag ausgestattet sind, die an der Bremsehalterung (1,11,21) befestigt sind und die an die bewegliche Welle (2,12,22) anpressbar sind.
2. Bremse nach Anspruch 1, wobei zwei der Bremsbacken (5,15) an einer gemeinsamen Achse (7,18) an der Bremshalterung drehbeweglich gelagert sind.
3. Bremse nach Anspruch 1 oder 2, wobei die mindestens zwei Bremsbacken (5,15) beim Bremsen direkt an der Oberfläche der Welle (2,12,22) reiben.
4. Bremse nach einem der vorhergehenden Ansprüche, die eine mit Hilfe einer Rotationslagereinrichtung (17) an der Welle (2,12,22) lagerbare Bremshülse (16) aufweist, wobei die mindestens zwei Bremsbacken (5,15) an die Bremshülse (16) zum Bremsen der Linearbewegung der Welle anpressbar sind.
5. Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, die eine Linearkugelbüchse (25) ausweist, in der die Welle (2,12,22) lagerbar ist, wobei die mindestens zwei Bremsbacken (5,15) an die Linearkugelbüchse zum Bremsen der Drehbewegung der Welle anpressbar sind.
6. Bremse zum Bremsen einer linear und rotatorisch beweglichen Welle (2,12,22) mit
— einer Bremsehalterung (1,11,21),
— einer Linearkugelbüchse (25), die linear beweglich aber verdrehsicher auf der Welle (2,12,22) montierbar ist,
— einer Bremsscheibe (28), die verdrehsicher mit der Linearkugelbüchse (25) verbunden ist, und - einer Bremseinrichtung (29,30,31) zum Bremsen einer Rotationsbewegung der Bremsscheibe (28) .
7. Bremse nach Anspruch 6, wobei die Bremseinrichtung (29, 30,31) eine Federdruckbremse aufweist.
8. Bremse nach Anspruch 7, wobei die Federdruckbremse elektromagnetisch in einem nicht bremsenden Zustand gehalten wird.
9. Bremse nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Linearkugelbüchse (25) mit einem doppelreihigen Schrägkugellager (27) an der Bremsehalterung (1,11,21) gelagert ist.
10. Dreh-Linear-Motor mit einer rotatorischen und linearen Bewegungsachse, der eine Bremse nach einem der Ansprüche 1 bis 9 aufweist.
11. Dreh-Linear-Motor nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Bremse im Motor bzw. Motorgehäuse integriert ist.
12. Produktionsmaschine mit zumindest einem Drehlinearmotor nach Anspruch 10 oder 11.
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