DE102004053390A1

DE102004053390A1 - Klemmvorrichtung

Info

Publication number: DE102004053390A1
Application number: DE102004053390A
Authority: DE
Inventors: Klaus Hofmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-02
Filing date: 2004-11-02
Publication date: 2006-05-18
Also published as: WO2006047979A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen im Wesentlichen H-förmigen Grundkörper, dessen Schenkel in einem ersten Bereich eine zu klemmende Komponente umgreifen, während sie in einem zweiten Bereich durch ein Spannelement derart miteinander zug- und/oder druckfest verbunden sind, dass eine Belastung des Spannelements senkrecht zu seiner Längsrichtung durch ein mechanisches Betätigungselement eine Verformungskraft in der Längsrichtung erzeugt, die durch die Schenkel als Klemmkraft auf die Komponente übertragbar sind oder von ihr lösbar sind.

Description

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 bekannt. 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 Fixiermitfel zum Einsatz kommen.
Bekannt ist der Einsatz von lösbaren Klemmvorrichtungen insbesondere auch auf dem Gebiet von Werkzeugmaschinen. So sind Klemmvorrichtungen bekannt, die die Längsbewegung entlang einer Führung, einer Säule oder Schiene bremsen oder fixieren sollen.

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 A1. 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 A1 ist eine Klemmvorrichtung bekannt, bei der ein im Wesentlichen 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 gefertigt werden.

In ähnlicher Weise offenbart die EP 0 936 366 A2 eine Bremsvorrichtung für eine Linearführung, 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 vorgenannten Nachteile überwindet und dabei kostengünstig und konstruktiv einfach herstellbar 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 vorgesehen. 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 Schenkelabschnitte sind dabei zur unmittelbaren oder mittelbaren Einleitung einer Klemmkraft 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 verstärkendes 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 eingebrachte Kraft über den als Hebel wirkenden Schenkel in den dem Mittelsteg gegenüber liegenden anderen Schenkelabschnitt des gleichen Schenkels übertragen wird. Der weitgehend 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 "geschlossen", 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 Schenkelabschnitte gerichtet sind, von diesen aufgenommen werden. Alternativ ist auch eine ausschließlich zugfeste Verbindung des Spann elements mit den oberen Schenkelabschnitten so denkbar, dass in Längsrichtung des Spannelements wirkende Zugkräfte, die die oberen Schenkelabschnitte zusammenzuziehen trachten, von diesen aufgenommen werden. Schließlich ist auch eine zug- und druckfeste Verbindung zwischen Spannelement und oberen Schenkelabschnitten möglich, 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 Blechstreifens oder dergleichen haben, der durch Belastung senkrecht zu seiner Oberfläche in wählbaren Grenzen verformbar sein soll. Er erstreckt sich von einem oberen Schenkelabschnitt 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 verbunden 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 Druckkräften 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 ausgebildete 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 senkrecht dazu eine mechanische Verformungskaft in das Spannelement eingeleitet wird. Eine Ausdenkung 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 Verformung behindert, etwa durch die Einspannung zwischen den oberen Schenkelabschnitten des Grundkörpers, so entstehen die gewünschten Kräfte für die Klemm- oder Bremswirkung.

Erfindungsgemäß 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 Ausführung der Klemmvorrichtung. Durch den Verzicht auf jegliche Fluide, die etwa zur Verformung eines eingeschlossenen Volumens verwendet 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.ä.) 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 Folgenden „Kraftrichtung") erforderlich, um die gewünschten Klemm- bzw. Bremskräfte zu erzeugen. Eine solche Bewegung kann durch einen einfachen verschieblichen Bolzen, 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 Angriffspunkt am Spannelement für das Betätigungselement denkbar, wenn dies konstruktiv oder kräftetechnisch gewünscht oder nötig wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Betätigungselement elektrisch ansteuerbar. Im Gegensatz zu einer ebenfalls möglichen rein mechanischen Ausführungsform kann über die elektrische Ansteuerung eine zeitlich und betragsmäßig genauer vorgebbare Verformungskraft in das Spannelement eingeleitet werden. Denkbar 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 maximale 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 Verformungskraft, 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 Spannelements 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 Wirkverbindung 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 Bewegungskräften 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 Betätigungselement zwischen zwei Stellungen hin und her bewegt. Denkbar ist hier insbesondere 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 Magnet auch mit einem Exzenter kombinieren, so dass der mit dem Elektromagneten gekoppelte 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, kräfteoptimierten 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 ermöglicht ein graduelles und individuell genau wählbares Verformungsverhalten des Spannelements mit den daraus resultierenden Klemm- bzw. Bremskräften. Ist dagegen lediglich die Erzeugung von abgestuften Brems- oder Klemmkräften entlang eines bestimmten 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 Rastzustand gehalten werden. Dies erlaubt eine energetisch optimierte Betätigung der Klemmvorrichtung.

Selbstverständlich ist eine solche Beibehaltung der jeweiligen Position des Betätigungselements auch für den Fall der stufenlosen Bewegung denkbar. Beispielsweise bei Vorsehung 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 vorteilhaften Ausführungsform eine Rückstelleinrichtung vor, die eine automatische Rückführung des Betätigungselements in eine vorgebbare – vorzugsweise klemmende – Stellung bewirkt. Hintergrund ist hierbei die Idee, beispielsweise im Falle einer ungeplant unterbrochenen Stromversorgung einen definierten und sicheren Zustand der Klemmvorrichtung automatisch, also unabhängig von der äußeren Stromversorgung herbeizuführen. Beispielsweise kann bei Werkzeugmaschinen aus Sicherheitsgründen erforderlich 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 überführbar ist, in der das Spannelement eine Klemmkraft erzeugt.

Grundsätzlich kann eine solche (maximale) Klemmkraft gegeben sein, wenn das Spannelement durch das Betätigungselement maximal belastet wird. Durch Wegnahme dieser Belastung würde sich die Klemmvorrichtung entsprechend lösen und die Komponente freigeben. Jedoch ist auch der umgekehrte Fall denkbar, dass erst bei einer bestimmten Belastung des Spannelements dieses eine im Grundkörper vorherrschende Vorspannung überwindet und eine Klemmung freigibt, die bei unbelastetem Spannelement durch die Eigenspannung des Grundkörpers voll zum Tragen käme.

Eine einfachste Form der Rückstelleinrichtung kann einen Federmechanismus umfassen, der – etwa über einen Elektromagneten – bei bestehender Versorgungsspannung im gegen die Feder vorgespannten Zustand ein geplantes Einwirken des Betätigungselements 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 verhindert (beispielsweise, indem die Feder das Betätigungselement aus dem Wirkungsbereich des Spannelements herausdrängt). Der Federmechanismus dient dabei als Energiespeicher, 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 Rückstelleinrichtung 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 Ausführungsform ist dabei insbesondere zu nennen:
Bei bestehender Grundversorgung der Betriebsspannung sei ein bistabiler Elektromagnet zur Bewegung des Betätigungselements so beschaltet, dass eine an diesem Magneten anliegende Spannung mit vorgegebner Polung eine Freigabe der Klemmung, also den ungeklemmten Zustand der Klemmvorrichtung bewirkt. Parallel zu dem Elektromagneten sei ein Kondensator geschaltet, der in diesem Zustand mit aufgeladen wird und als Energiespeicher dienen soll. Um das Betätigungselement in eine den geklemmten Zustand der Klemmvorrichtung bewirkenden Stellung zu bewegen, sei eine umgekehrte 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 vermeiden. Allerdings kann aufgrund des Stromausfalls diese umgekehrte Beschaltung eigentlich nicht mehr durchgeführt werden. Zu diesem Zweck ist erfindungsgemäß vorgesehen, 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 bereitstehender Versorgungsspannung einen ersten, entgegen die Federkraft gerichteten Schaltzustand 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 Ausführung einer solchen Rückstelleinrichtung denkbar. Dabei würde der Spannungsausfall elektronisch detektiert und der Energiespeicher ebenfalls elektronisch in geeigneter Polung auf den Elektromagneten aufgeschaltet werden, ohne dass hierzu eine elektromechanische Komponente 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 Verformungskraft 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 gekrümmte, in Längsrichtung verkürzte Form annehmen. Dann würde eine vom Betätigungselement 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
1 eine perspektivische Ansicht einer Klemmvorrichtung in einer Ausführungsform, und
2 eine erfindungsgemäße Rückstelleinrichtung in zwei Schaltzuständen a und b.
In 1 ist eine Klemmvorrichtung V dargestellt. Die Klemmvorrichtung V ist oberhalb 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 angeordnet. 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 übertragen.
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 Schenkelabschnitte A₂ und B₂ relativ zueinander auseinander gedrückt bzw. zusammengezogen, so bewegen sich die zugehörigen Abschnitte A₁ und B₁ in entgegengesetzter Richtung, 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 Schenkelabschnitte A₂ und B₂ eingesetzt, so dass eine Änderung der Abmessungen des Spannele ments in dessen Längsrichtung zu den vorbeschriebenen Bewegungen der Schenkelabschnitte führt.
Oberhalb des Spannelements S ist ein Betätigungselement T angeordnet, welches einen Exzenter E umfasst. Die Achse des Betätigungselements T bzw. des Exzenters E verläuft 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 Spannelements S unterschiedlich wählbar.
In der Darstellung gemäß 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 vorgenannten Weise so auseinander- bzw. zusammengedrückt, dass die gewünschte Klemmkraft 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 Rückverformung des Spannelements S in seine ursprünglich leicht nach oben gebogene Form, wodurch eine Verkürzung des Spannelements in dessen Längsrichtung erfolgt. Entsprechend reduzieren sich die Klemmkräfte um die Komponente K, so dass die Klemmvorrichtung 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 Oberflächenverschleiß des Spannelements S im Bereich des Eingriffs des Exzenters E.
Nicht dargestellt in 1 ist der Antrieb des Betätigungselements T, welcher durch einen bistabilen Elektromagneten realisiert sein soll.
In 2a bzw. 2b ist schematisch die Funktionsweise einer erfindungsgemäßen Rückstelleinrichtung dargestellt. In 2a ist eine Rückstelleinrichtung R gezeigt, die einen Schalter D umfasst. Der Schalter D wird dabei von einem links dargestellten Elektromagneten gegen eine rechts dargestellte Feder bewegt, wodurch unterschiedliche Schaltzustände eintreten. Wird der Elektromagnet durch eine ordnungsgemäß bestehende Spannungsversorgung mit Strom versorgt (dieser Zustand soll in 2a dargestellt sein), so verbindet der Schalter eine im oberen Teil der 2a angedeutete Spannungsversorgung mit einem bistabilen Elektromagneten L, der im unteren Bereich der 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 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 2b dargestellte Schaltungszustand ein. Der dann nicht mehr mit Spannung versorgte Elektromagnet vermag den Schalter D nicht mehr in der Position gemäß 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 automatisch umkehrt.
Geht man davon aus, dass der gemäß 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

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 wesentlichen parallele Schenkel (A, B) durch wenigstens einen flexiblen Mittelsteg (M) verbunden sind, b) wobei die zu einer ersten Seite des Mittelstegs (M) ausgerichteten Schenkelabschnitte (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) ausgerichteten Abschnitte (A₂, B₂) über wenigstens ein zug und/oder druckfestes Spannelement (S) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, d) dass zur Einleitung einer Verformungskraft in das Spannelement (S) ein Betätigungselement (T) vorgesehen ist, welches in einer im wesentlichen senkrecht zu dem Spannelement (S) verlaufenden Kraftrichtung (Z) mit dem Spannelement (S) in Wirkverbindung bringbar ist.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verformung 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.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (T) elektrisch ansteuerbar ist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (T) einen auf das Spannelement einwirkenden Exzenter (E) umfasst.
Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Antrieb des Betätigungselements (T) ein Magnet (L), vorzugsweise ein bistabiler Magnet vorgesehen ist.
Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungselement (T) in stufenloser oder rastbarer Bewegung mit dem Spannelement (S) zusammenwirkt.
Klemmvorrichtung nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Rückstelleinrichtung (R) zur automatischen Rückführung des Betätigungselements (T) in eine vorgebbare Stellung vorgesehen ist.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstelleinrichtung (R) einen Energiespeicher (C) umfasst, der bei Ausfall einer elektrischen Energie die erforderliche Rückstellenergie liefert.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass a) als Antrieb des Betätigungselements ein bistabiler Elektromagnet (L) vorgesehen 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.
Klemmvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Energiespeicher (C) bei bestehender Stromversorgung des Schalters (D) zum Elektromagneten (L) parallelgeschaltet ist.