WO2013068401A1 - Druckmittelbetätigte bremse - Google Patents
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Definitions
- Brakes are known in the prior art, which are by frictional contact with a guide rod in a position to decelerate and hold linearly moving and / or rotating masses of defined speed and / or speed.
- Such a brake is disclosed for example in DE 102 60 274 A1 and shown in FIG. 1 attached here.
- the brake described therein operates according to the so-called closed-circuit principle, ie the brake is closed by energy storage such as springs and opened by external energy such as pressure medium again.
- the axial force of the springs 4 acts on an inner conical pressure or clamping ring 10, which deflects the axial force radially inwards over the outer cone of the collet 3.
- the proposed in the aforementioned prior art cone angle of the collet or the pressure ring is in terms of achievable braking force or achievable braking torque and response speed of the brake is a good compromise and will not be explained here.
- a guide rod 2 As a guide rod 2 is used in the brake, a cylindrical rod on which the braking force and the braking torque is generated via the metallic collet.
- the metallic collet 3 is directly in contact with the surface of the metallic cylindrical rod.
- the actuating medium pressure-oil or compressed air is provided in the brake, as it is often available as an energy form in the industry.
- the piston surface of the piston 6 for the actuating medium is designed in the brake as an annular surface whose size is bounded on the outside by the cylindrical brake housing 1 and inside by the cylindrical geometry of the guide rod 2.
- fluid-operated brake BR 1 in quiescent current execution, which means that the clamping force between the guide rod 2 and collet 3 in the pressureless state by an energy storage, here shown as springs 4, generated and maintained.
- the piston chamber 8 is supplied axially via the pressure supply 12 with a pressure medium acting on the annular piston surface 7 of a piston 6, which in turn shifts the clamping ring 10 against the force of the springs 4 in the brake housing 1 and thereby the Clamp between the collet 3 and guide rod 2 cancels, if desired.
- the fluid-operated brake according to the prior art according to FIG. 1 therefore has the following disadvantages:
- the size of the annular surface of the piston 6 is limited and thus the achievable by a predetermined pressure piston force and thus the realizable braking force or the realizable braking torque is limited.
- the object of the invention is therefore to enable a significant increase in the achievable braking force or the achievable braking torque, without that therefore the outer diameter of the brake must increase and the wear on the friction pair between the collet and guide rod increases inadmissible.
- the object is achieved in that the collet is provided in the friction pairing with a friction material and that within the brake a plurality of axially behind one another pistons are arranged concentrically arranged on an axis one behind the other and configured and interconnected Add the resulting axial forces due to the pressure medium on the piston.
- Figure 1 is a fluid-operated brake according to the prior art discussed above with a limited annular piston surface and metallic contact between the collet and cylindrical guide rod.
- FIG. 2 shows a brake according to the invention with several (eg 3) on one
- the collet is provided in the contact area to the guide rod with a friction material;
- 3 shows an enlarged detail from FIG. 2 (detail A), which shows the arrangement and configuration of the pistons arranged one behind the other;
- Fig. 4 is an enlarged detail of Fig. 2, showing the arrangement of
- Fig. 5 shows another embodiment of the present invention.
- the brake BR 2 of the invention shown in FIGS. 2-4 consists of a 3-part brake housing with a largely cylindrical housing tube 1 .1, a terminal Einstellflansch 1 .2 and provided at the opposite end guide flange 1 .3, wherein in the brake housing 1 other functional parts are arranged.
- each of the piston assemblies each consist of a piston 6, 6.1, 6.2 with a piston surface 7, 7.1, 7.2, a piston chamber 8, 8.1, 8.2 and one fixed to the brake housing 1 intermediate plate 9, 9.1, 9.2.
- the largely cylindrical housing tube 1 .1 is formed thickened in its in the sectional view of FIG. 2 upper part over the length of the axial extent, namely for receiving a parallel to the central axis A of the linear brake pressure supply 12 in the form of a bore, of the several branch bores 13, 13.1, 13.2, ... (etc. to n) extend radially inwards, which open into individual piston chambers 8, 8.1, 8.2, ... (etc. to n) arranged axially one behind the other in the interior of the brake housing, if necessary, to apply these to the respectively available pressure medium of the pressure feed 12.
- the abovementioned piston chambers are bounded axially on the side facing the guide flange 1 .3 by individual intermediate plates 9, 9.1, 9.2,..., Etc., to n), each of which is engaged by two retaining rings engaging into the cylindrical inner surface of the housing tube 1 14 (Fig. 3) are axially fixed.
- axially displaceable annular piston 6, 6.1, 6.2, ... (etc., to n) are provided, which on the guide flange 1 .3 facing end surface respectively an axially extending sealing collar 19 (Fig. 3) having at its outer end a small radial distance from the concentric outer surface of the guide rod 2.
- each axially displaceable annular piston 6, 6.1, 6.2, ... (etc., to n) is (radially adjacent to the guide rod 2) an axially projecting centering collar 18 (FIG ), which is connected to the piston centering 20 of the respectively adjacent (if present) ring piston 6, 6.1, 6.2, ... (etc. to n).
- each piston is thus able to on its opposite piston surface 7, 7.1, 7.2, .. . (etc., to n)
- each of the intermediate plates 9, 9.1, 9.2, etc. has radially on the outside an intermediate plate seal 15 on the inner surface of the housing tube 1. 1 and radially inward another collar seal 17 which terminates against the outer piston sealing surface 21 of each sealing collar 19 of the respective piston 6, 6.1, 6.2 and so on.
- the pistons in turn have at their radially outer edge on the piston seals 16 which seal on the housing sealing surface 1 .6 of the housing tube 1 .1 sliding.
- the friction material 3.1 is a sleeve-shaped coating of a commercially available, bonded with synthetic friction lining suitable Thickness which is glued on the cylindrical inner surface of the collet 3.
- the friction material arranged in the collet can be made of a polymer mixture and can be applied by a coating method such as thermal spraying.
- the collet 3 is in the illustrated brake BR 2 via the guide flange 1 .3 fixedly connected to the brake housing 1, thereby enabling a high rigidity and a play-free force or torque transmission.
- Fig. 5 shows a very similar construction and functioning brake with largely identical items, but with the difference that the respective pistons 6, 6.1, 6.2, etc. and the cooperating arrangement of collet cone 3.2 and inner clamping cone 1 1 mirror image of the embodiment of FIG. 2, wherein the inner clamping cone 1 1 is in this case connected via the screws 3.3 with the adjustment, namely radially inwardly of the springs 4.
- This structure of Fig. 5 has the consequence that in the absence or sufficiently low pressure of the pressure medium, the force the springs outweighs and thus the brake is released, because the collet cone 3.2 is thereby removed from the fixed inner clamping cone 1 1 axially to the right in Fig. 5.
- a sufficiently high pressure of the pressure medium causes a displacement of the collet cone 3.2 in Fig. 5 to the left, d. H. against the force of the springs 4, so that the brake thus engages or is closed.
- Anschraubgewinde 1 .4 This should be derived externally via the brake housing, the force of the brake, for example, on pneumatic cylinders whose piston rod is to be clamped by the brake according to the invention.
- Housing thread 1 .5 Making the detachable connection between the parts 1 .1 and 1 .2 or 1 .1 and 1 .3.
- Housing sealing surface 1 .6 On this surface seal the piston seals 16 of the axially movable piston 6, 6.1, 6.2 from.
- Screw 3.3 This connects the collet 3 with the guide flange 1 .3.
- Circlips 14 Axial fixing of the intermediate plates 9, 9.1, 9.2 in the housing tube 1 .1.
- Inter-plate seal 15 sealing between intermediate plates 9, 9.1, 9.2 and housing tube 1 .1.
- Piston seal 16 seal between the axially movable piston 6, 6.1, 6.2 and the housing tube 1 .1.
- Collar seal 17 sealing between axially movable pistons 6, 6.1, 6.2 and the intermediate tubes 9, 9.1, 9.2 fixed in the housing tube 1 .1.
- Centering collar 18 Serves in conjunction with the sealing collar 19 of the centering between the individual pistons.
- Sealing collar 19 The collar seals run on the piston sealing surface of the sealing collar and the pistons are centered on each other by the interaction between the sealing collar and the centering collar.
- Piston Centering 20 The pistons are centered in this area. For this purpose, a cylindrical fit (clearance or interference fit) is used or a thread at this point.
- Piston sealing surface 21 The collar seals of the intermediate plates run on the piston sealing surfaces.
- Piston contact surface 22 About the piston contact surfaces, the force of the springs 5 is transmitted to the collet or contact surfaces via the piston acts Sunnnne of the piston forces generated by pressure medium to open the brake against the force of the springs.
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Abstract
Bremse (BR 2) für eine axial und/oder drehbewegte Führungsstange (2), bestehend aus einem die Führungsstange (2) umgebenden Bremsengehäuse (1), einer darin zentrisch angeordneten und mit dem Bremsengehäuse (1) fest verbundenen Spannzange (3), die beim Bremsen radial auf eine Führungsstange (2) drückt, und einem Innenspannkonus (11), der durch druckmittelbetätigte Kolben (6, 6.1, 6.2, 6.n) im Gehäuse (1) axial bewegt wird und dessen Axialbewegung durch das Zusammenwirken von Innenspannkonus (11) und Spannzangenkonus (3.2) radial zur Führungsstange (2) umgelenkt wird. Um eine Steigerung der Bremskraft zu ermöglichen, ohne deswegen den Außendurchmesser der Bremse zu vergrößern, sind in der Bremse (BR 2) mehrere parallel zur Mittelachse (A) bewegliche Kolben (6, 6.1, 6.2, 6.n) hintereinander angeordnet, die so in einer Wirkverbindung zueinander stehen, dass sich die durch das Druckmittel auf die einzelnen Kolben (6, 6.1, 6.2, 6.n) wirkenden Kräfte addieren.
Description
Druckmittelbetätigte Bremse
Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine druckmittelbetätigte Bremse nach dem Oberbegriff des Hauptanspruches. Nach dem Stand der Technik sind Bremsen bekannt, die durch reibschlüssigen Kontakt mit einer Führungsstange in der Lage sind, linear bewegte und/oder rotierende Massen aus definierter Geschwindigkeit und/oder Drehzahl abzubremsen und zu halten.
Eine derartige Bremse wird beispielsweise in DE 102 60 274 A1 offenbart und in der hier beigefügten Fig. 1 dargestellt. Die darin beschriebene Bremse arbeitet nach dem sogenannten Ruhestromprinzip, d.h. die Bremse wird durch Energiespeicher wie beispielsweise Federn geschlossen und durch Fremdenergie wie beispielsweise Druckmittel wieder geöffnet. Bei der Bremse wirkt die axiale Kraft der Federn 4 auf einen inneren konischen Druck- oder Klemmring 10, der die Axialkraft über den Außenkonus der Spannzange 3 radial nach innen umlenkt.
Der im vorgenannten Stand der Technik vorgeschlagene Konuswinkel der Spannzange bzw. des Druckringes stellt dabei hinsichtlich erreichbarer Bremskraft bzw. erreichbarem Bremsdrehmoment und Ansprechgeschwindigkeit der Bremse einen guten Kompromiss dar und wird hier nicht näher erläutert.
Als Führungsstange 2 dient bei der Bremse eine zylindrische Stange, auf der über die metallische Spannzange die Bremskraft bzw. das Bremsdrehmoment erzeugt wird. Dabei steht die metallische Spannzange 3 direkt mit der Oberfläche der metallischen zylindrischen Stange in Kontakt. Als Betätigungsmedium ist bei der Bremse Druck-Öl oder Druck-Luft vorgesehen, wie es als Energieform in der Industrie vielfach zur Verfügung steht.
Die Kolbenfläche des Kolbens 6 für das Betätigungsmedium ist bei der Bremse als Kreisringfläche ausgeführt, deren Größe außen durch das zylindrische Bremsengehäuse 1 und innen durch die zylindrische Geometrie der Führungsstange 2 begrenzt wird. Mit dieser beschränkten Fläche des Kolbens und mit dem vorgegebenen Druck eines vorhandenen Druckmediums können somit nur stark eingeschränkte Kräfte erzeugt werden und es lassen sich damit nur die Kräfte relativ schwacher Federn 4 überwinden, was seinerseits die Bremskraft/das Bremsmoment begrenzt.
Bei der in Fig. 1 dargestellten druckmittelbetätigten Bremse BR 1 nach dem Stand der Technik handelt es sich um eine Bremse BR 1 in Ruhestrom- Ausführung, was bedeutet, dass die Klemmkraft zwischen Führungsstange 2 und Spannzange 3 im drucklosen Zustand durch einen Energiespeicher, hier
als Federn 4 dargestellt, erzeugt und aufrecht erhalten wird. Die in einem aus Gehäuserohr 1 .1 , Einstellflansch 1 .2 und Führungsflansch 1 .3 bestehenden Bremsengehäuse 1 angeordneten Federn 4 werden über achsparallele Einstellschrauben 5 in Richtung der Mittelachse A vorgespannt und üben durch den mit einem Innenspannkonus 1 1 ausgestatteten Klemmring 10 auf die mit einem Spannzangenkonus 3.2 ausgestattete Spannzange 3 eine axiale Kraft aus, die radial zur Führungsstange 2 hin umgelenkt wird und durch die Reibung zwischen Spannzange 3 und Führungsstange 2 eine parallel zur Mittelachse A wirkende Bremskraft und/oder ein Bremsdrehmoment erzeugt, je nachdem ob sich die Führungsstange 2 dreht und/oder axial verschiebt.
Zum Öffnen der Bremse BR 1 wird der Kolbenraum 8 axial über die Druckzuführung 12 mit einem Druckmedium versorgt, das auf die kreisringförmige Kolbenfläche 7 des einen Kolbens 6 wirkt, der wiederum den Klemmring 10 gegen die Kraft der Federn 4 im Bremsengehäuse 1 verschiebt und dadurch die Klemmung zwischen Spannzange 3 und Führungsstange 2 aufhebt, wenn dies gewünscht wird.
Nachteilig an der beschriebenen Bremse BR 1 nach dem Stand der Technik ist zum einen die begrenzte Bremskraft bzw. das begrenzte Bremsdrehmoment durch den Reibkoeffizienten zwischen metallischer Oberfläche der Spannzange 3 und metallischer Oberfläche der Führungsstange 2 und durch die konstruktiv begrenzte Kolbenfläche 7 des Kolbens 6.
Zum anderen kann es durch die direkt miteinander in Kontakt stehenden metallischen Oberflächen von Spannzange 3 und Führungsstange 2 vor
allem beim Bremsen aus höheren Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen zu Oberflächenschäden an Spannzange 3 und/oder Führungsstange 2 kommen.
Die druckmittelbetätigte Bremse nach dem Stand der Technik gemäß Fig. 1 weist demnach folgende Nachteile auf:
- Durch den metallischen Kontakt zwischen Spannzange 3 und der zylindrischen Führungsstange 2 sind der Reibkoeffizient und damit die erzielbare Bremskraft bzw. Bremsdrehmoment begrenzt und es besteht vor allem beim Bremsen aus hohen Geschwindigkeiten bzw. Drehzahlen die Gefahr, dass die Reibflächen an der zylindrischen Führungsstange bzw. an der Spannzange beschädigt werden.
- Durch die äußere Baugröße/den Durchmesser der Bremse und den Durchmesser der zylindrischen Führungsstange ist die Größe der kreisringförmigen Fläche des Kolbens 6 limitiert und es wird somit die durch einen vorgegebenen Druck erzielbare Kolbenkraft und damit die realisierbare Bremskraft bzw. das realisierbare Bremsdrehmoment eingeschränkt.
Aufgabe der Erfindung ist es demnach, eine deutliche Steigerung der erzielbaren Bremskraft bzw. des erzielbaren Bremsdrehmoments zu ermöglichen, ohne dass sich deswegen der Außendurchmesser der Bremse vergrößern muss und der Verschleiß an der Reibpaarung zwischen Spannzange und Führungsstange sich unzulässig erhöht.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die Spannzange im Bereich der Reibpaarung mit einem Reib-Werkstoff versehen wird und dass innerhalb der Bremse mehrere axial hintereinander liegende Kolben angeordnet werden, die auf einer Achse konzentrisch hintereinander angeordnet und so ausgestaltet und miteinander verbunden sind, dass sich die durch das Druckmedium auf die Kolben ergebenden Axialkräfte addieren.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Linearbremse ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Anhand der Figuren 2 - 5 sollen die Vorteile der erfindungsgemäßen druckmittelbetätigten Bremse näher erläutert werden. Es zeigen:
Fig. 1 eine druckmittelbetätigte Bremse nach dem oben erörterten Stand der Technik mit einer limitierten kreisringförmigen Kolbenfläche und metallischem Kontakt zwischen Spannzange und zylindrischer Führungsstange;
Fig. 2 eine erfindungsgemäße Bremse mit mehreren (z. B. 3) auf einer
Achse hintereinander angeordneten Kolben, die so ausgestaltet und miteinander verbunden sind, dass sich deren durch das Druckmedium erzeugte Kräfte addieren. Die Spannzange ist im Kontaktbereich zur Führungsstange mit einem Reib-Werkstoff versehen;
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt aus der Fig. 2 (Detail A), der die Anordnung und Ausgestaltung der hintereinander angeordneten Kolben zeigt;
Fig. 4 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 2, der die Anordnung des
Reib-Werkstoffes in der Spannzange verdeutlicht;
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die in den Fig. 2 - 4 gezeigte erfindungsgemäße Bremse BR 2 besteht aus einem 3-teilig aufgebauten Bremsengehäuse mit einem weitgehend zylindrischen Gehäuserohr 1 .1 , einem endständigen Einstellflansch 1 .2 und einem am gegenüberliegenden Ende vorgesehenen Führungsflansch 1 .3, wobei im Bremsengehäuse 1 weitere Funktionsteile angeordnet sind.
Im Gegensatz zum Stand der Technik ist die erfindungsgemäße Bremse BR
2 mit mehreren, z. B. 3 konzentrisch zur Mittelachse A hintereinander liegenden Kolbenanordnungen ausgerüstet, wobei jede der Kolbenanordnungen jeweils aus einem Kolben 6, 6.1 , 6.2 mit einer Kolbenfläche 7, 7.1 , 7.2, einem Kolbenraum 8, 8.1 , 8.2 und einer mit dem Bremsengehäuse 1 fest verbundenen Zwischenplatte 9, 9.1 , 9.2 besteht. Selbstverständlich sind auch mehr als
3 solcher hintereinander liegender Kolbenanordnungen möglich.
Das weitgehend zylindrische Gehäuserohr 1 .1 ist in seinem in der Schnittansicht der Fig. 2 oberen Teil über die Länge der axialen Erstreckung verdickt ausgebildet, und zwar zur Aufnahme einer zur Mittelachse A der Linearbremse parallelen Druckzuführung 12 in Gestalt einer Bohrung, von der
mehrere Abzweigungsbohrungen 13, 13.1 , 13.2, ... (usw. bis n) radial einwärts ausgehen, die in einzelne, axial im Inneren des Bremsengehäuses hintereinander angeordnete Kolbenräume 8, 8.1 , 8.2, ... (usw. bis n) münden, um diese bei Bedarf mit dem jeweils zur Verfügung stehenden Druckmittel der Druckzuführung 12 zu beaufschlagen.
Die vorgenannten Kolbenräume werden axial auf der dem Führungsflansch 1 .3 zugewandten Seite von einzelnen Zwischenplatten 9, 9.1 , 9.2, ... (usw., bis n) begrenzt, die jeweils durch zwei in die zylindrische Innenfläche des Gehäuserohrs 1 .1 eingreifende Sicherungsringe 14 (Fig. 3) axial fixiert sind. Auf der axial gegenüber liegenden Seite der vorgenannten Kolbenräume (den Federn 4 zugewandt) sind axial verschiebliche Ring-Kolben 6, 6.1 , 6.2, ... (usw., bis n) vorgesehen, die auf der dem Führungsflansch 1 .3 zugewandten Stirnfläche jeweils einen axial sich erstreckenden Dichtbund 19 (Fig. 3) aufweisen, der an seinem äußeren Ende einen kleinen radialen Abstand von der konzentrischen Außenfläche der Führungsstange 2 aufweist. An der entgegengesetzten anderen (den Federn 4 zugewandten) Stirnfläche eines jeden axial verschieblichen Ringkolbens 6, 6.1 , 6.2, ... (usw., bis n) ist (radial an der Führungsstange 2 anliegend) ein axial vorstehender Zentrierbund 18 (Fig. 3) vorgesehen, der mit der Kolben-Zentrierung 20 des jeweils benachbarten (soweit vorhanden) Ring-Kolbens 6, 6.1 , 6.2, ... (usw. bis n) verbunden ist.
Die am axial äußeren Ende eines jeden Dichtbundes 19 gelegene Kolben- Anlagefläche 22 eines jeden Kolbens greift am stirnseitigen Ende des benachbarten Kolbens an, und im Ergebnis ist jeder Kolben somit in der Lage, den auf seiner entgegengesetzten Kolbenfläche 7, 7.1 , 7.2, ... (usw., bis n)
vom Druckmittel aufgebauten Druck bzw. die daraus resultierende Druckkraft an den axial davor (in Fig. 3 links) angeordneten Ringkolben weiter zu geben: Durch die hintereinander aufgereihte Anordnung der einzelnen Kolben, Kolbenräume und Zwischenplatten gelingt es, trotz eines gegenüber dem Stand der Technik weitgehend unveränderten Gesamtdurchmessers der vom Druckmittel gelösten Bremse einen deutlich erhöhten Kraftangriff der Spannzange 3 bzw. des Spannzangenkonusses an der Führungsstange zu ermöglichen, ohne durch die Lösekraft der Kolbenanordnung beschränkt zu sein.
Bei ausbleibendem Druck des Druckmittels in der Druckzuführung 12 bzw. den damit verbundenen Kolbenräumen 8, 8.1 , 8.2 (usw., bis n) erlangt die durch die achsparallelen Schrauben 5 einstellbare Vorspannkraft der Druckfedern 4 die Oberhand und verschiebt die gesamte Kolbenanordnung der Kolben 6, 6.1 , 6.2, ... usw. in Fig. 2 nach rechts und sorgt dafür, dass der Spannzangenkonus 3.2 auf die in dem Führungsflansch 1 .3 mit Hilfe der Schrauben 3.3 fixierte Spannzange 3 aufgleitet und somit den Klemmeingriff derselben an der Führungsstange 2 erzeugt.
Wenn andererseits ein ausreichend starker Druckmitteldruck in der Druckzuführung 12 und somit in allen Kolbenräumen 8, 8.1 , 8.2, etc. vorherrscht, kompensiert die addierte Druckkraft der aneinander gereihten Kolben und Kolbenräume die Kraft der starken Druckfedern 4 und verschiebt somit den Spannzangenkonus 3.2 in Fig. 2 nach links, d. h. die Spannzange 3 wird gelöst und gibt die Führungsstange 2 zur Rotation und/oder zur Axialverschiebung frei.
Wenn also bei der Bremse BR 2 an der Druckzuführung 12 kein Druck anliegt, bewegen die Federn 4 die über die Kolben-Anlageflächen 22 miteinander in Kontakt stehenden Kolben 6, 6.1 , 6.2 in Richtung zum Führungsflansch 1 .3, wobei die Kraft der Federn 4 über den mit dem Spannzangenkonus 3.2 in Kontakt stehenden Innenspannkonus 1 1 radial auf die Spannzange 3 umlenkt wird und wodurch zwischen dem mit der Spannzange 3 an seiner Innen-Umfangsfläche fest verbundenen Reibwerkstoff 3.1 und der Führungsstange 2 die Bremskraft bzw. das Bremsdrehmoment erzeugt wird. Durch den zwischen der Führungsstange 2 und der Innenfläche der Spannzange 3 eingefügten Reibwerkstoff 3.1 kommt es zum einen auch bei hoher Bremskraft bzw. hohen Bremsdrehmomenten und bei Bremsungen aus hoher Geschwindigkeit bzw. hoher Drehzahl zu keiner Beschädigung der Reibflächen, und zum anderen kann durch den hohen Reibkoeffizienten zwischen Führungsstange 2 und Reibwerkstoff 3.1 bei sonst gleichen Verhältnissen eine höhere Bremskraft bzw. ein höheres Bremsdrehmoment erzeugt werden.
Zum Öffnen der Bremse BR 2 werden die Kolbenräume 8, 8.1 , 8.2 zwischen den Kolben 6, 6.1 , 6.2 und den Zwischenplatten 9, 9.1 , 9.2 über die Druckzuführung 12 mit einem Druckmedium versorgt, das auf die kreisringförmigen Kolbenflächen 7, 7.1 , 7.2 der Kolben 6, 6.1 , 6.2 wirkt und die miteinander in Verbindung stehenden Kolben 6, 6.1 , 6.2, gegen die Kraft der Federn 4 in Richtung zum Einstellflansch 1 .2 verschiebt. Dabei addieren sich die Kräfte der Kolben 6, 6.1 , 6.2 und sind damit in der Lage, im Vergleich zur Bremse BR 1 nach dem Stand der Technik deutlich höhere Kräfte der Federn 4 zu überwinden. Dies ermöglicht im Umkehrschluss bei annähernd gleichen Außenabmessungen und bei gleichen Betriebsdrücken des Druckmediums
den Bau von Bremsen BR 2 mit deutlich gesteigerten Bremskräften bzw. Bremsdrehmomenten. Theoretisch ist es bei der erfindungsgemäßen Bremse
BR 2 möglich, beliebig viele, d. h. 1 n Kolbenanordnungen hintereinander vorzusehen.
Aus dem Detail A der Fig. 3 wird insbesondere die Lage und Wirkungsweise der verschiedenen Dichtflächen 15, 16 und 17 ersichtlich: Jede der Zwischenplatten 9, 9.1 , 9.2, usw. weist radial außen eine Zwischenplattendich- ung 15 an der Innenfläche des Gehäuserohrs 1 .1 sowie radial innen eine weitere Bund-Dichtung 17 auf, die gegen die äußere Kolben-Dichtfläche 21 eines jeden Dichtbundes 19 des jeweiligen Kolbens 6, 6.1 , 6.2 usw. abschließt. Die Kolben wiederum weisen an ihrem radial äußeren Rand die Kolbendichtungen 16 auf, die an der Gehäusedichtfläche 1 .6 des Gehäuserohrs 1 .1 gleitend abdichten.
Im Detail B der Fig. 4 ist schließlich ein Aspekt der erfindungsgemäßen Bremse BR 2 dargestellt, bei dem die Positionierung des mit der Spannzange 3 fest verbundenen Reibwerkstoffes 3.1 verdeutlicht wird: Es handelt sich um eine hülsenförmige Beschichtung aus einem handelsüblichen, mit Kunstharz gebundenen Reibbelag geeigneter Dicke, der auf der zylindrischen Innenfläche der Spannzange 3 aufgeklebt ist. Alternativ kann der in der Spannzange angeordnete Reibwerkstoff aus einem Polymergemisch bestehen und kann durch ein Beschichtungsverfahren wie thermisches Spritzen aufgebracht werden. Beim Schließen der Bremse BR 2 gelangt der Reib- werkstoff 3.1 mit der Führungsstange 2 in Kontakt.
Die Umlenkung der durch die Federn 4 erzeugten Kraft auf die Spannzange 3 bzw. die Führungsstange 2 erfolgt durch die miteinander in Kontakt stehenden Flächen von Innenspannkonus 1 1 und Spannzangenkonus 3.2.
Die Spannzange 3 ist bei der dargestellten Bremse BR 2 über den Führungsflansch 1 .3 fest mit dem Bremsengehäuse 1 verbunden und ermöglicht dadurch eine hohe Steifigkeit und eine spielfreie Kraft- bzw. Drehmomentübertragung.
Fig. 5 zeigt eine ganz ähnlich aufgebaute und funktionierende Bremse mit weitgehend identischen Einzelteilen, allerdings mit dem Unterschied, dass die jeweiligen Kolben 6, 6.1 , 6.2 usw. und die damit kooperierende Anordnung aus Spannzangenkonus 3.2 und Innenspannkonus 1 1 spiegelbildlich zur Ausführungsform der Fig. 2 angeordnet sind, wobei der Innenspannkonus 1 1 hierbei über die Schrauben 3.3 mit dem Einstellflansch verbunden ist, und zwar radial einwärts von den Federn 4. Dieser Aufbau der Fig. 5 hat zur Folge, dass bei ausbleibendem oder ausreichend niedrigem Druck des Druckmittels die Kraft der Federn überwiegt und somit die Bremse gelöst wird, weil der Spannzangenkonus 3.2 sich dabei vom festliegenden Innenspannkonus 1 1 axial nach rechts in Fig. 5 entfernt. Andererseits bewirkt ein ausreichend hoher Druck des Druckmittels eine Verschiebung des Spannzangenkonus 3.2 in Fig. 5 nach links, d. h. entgegen der Kraft der Federn 4, so dass die Bremse somit greift bzw. geschlossen wird.
In den Zeichnungen der zwei Ausführungsformen der Erfindung ist gezeigt, dass die kreisringförmigen Kolbenflächen aller Kolben (annähernd) gleich groß sind - siehe Anspruch 8. Allerdings ist es auch möglich, die kreisring-
förmigen Kolbenflächen aller Kolben mit voneinander abweichendem Innenoder Außendurchmesser zu versehen, so dass die einzelnen Kolbenflächen unterschiedlich groß werden - siehe Anspruch 9. Diese Möglichkeit ist in den Zeichnungen nicht gezeigt, kann aber zu fertigungstechnischen Vorteilen führen, wenn die Abfolge der gestuften Durchmesser in geeigneter Weise gewählt wird, weil sich dadurch z. B. zum Teil Sicherungsringe und gehäuse- seitig deren Einstiche sparen lassen, d. h. bei einer solchen Ausgestaltung kann sich ein verringerter Fertigungsaufwand ergeben.
Im Übrigen sei auf die nachfolgende kurze Beschreibung der Funktion von weiteren Details der Bremse anhand der jeweiligen Bezugszeichen verwiesen:
Anschraubgewinde 1 .4: Damit soll die Kraft der Bremse über das Bremsengehäuse extern abgeleitet werden, beispielsweise auf Pneumatikzylinder, deren Kolbenstange durch die erfindungsgemäße Bremse geklemmt werden soll.
Gehäusegewinde 1 .5: Herstellen der lösbaren Verbindung zwischen den Teilen 1 .1 und 1 .2 bzw. 1 .1 und 1 .3.
Gehäusedichtfläche 1 .6: Auf dieser Fläche dichten die Kolbendichtungen 16 der axial beweglichen Kolben 6, 6.1 , 6.2 ab.
Schraube 3.3: Damit wird die Spannzange 3 mit dem Führungsflansch 1 .3 verbunden.
Sicherungsringe 14: Axiale Fixierung der Zwischenplatten 9, 9.1 , 9.2 im Gehäuserohr 1 .1 .
Zwischenplattendichtung 15: Abdichtung zwischen Zwischenplatten 9, 9.1 , 9.2 und Gehäuserohr 1 .1 .
Kolbendichtung 16: Abdichtung zwischen den axial beweglichen Kolben 6, 6.1 , 6.2 und dem Gehäuserohr 1 .1 .
Bund-Dichtung 17: Abdichtung zwischen axial beweglichen Kolben 6, 6.1 , 6.2 und den im Gehäuserohr 1 .1 fixierten Zwischenplatten 9, 9.1 , 9.2.
Zentrierbund 18: Dient im Zusammenspiel mit dem Dichtbund 19 der Zentrierung zwischen den einzelnen Kolben.
Dichtbund 19: Auf der Kolbendichtfläche des Dichtbundes laufen die Bund- Dichtungen und durch das Zusammenspiel zwischen Dichtbund und Zentrierbund werden die Kolben zueinander zentriert.
Kolbenzentrierung 20: In diesem Bereich werden die Kolben zueinander zentriert. Dazu wird an dieser Stelle eine zylindrische Passung (Spiel- oder Presspassung) verwendet oder ein Gewinde.
Kolbendichtfläche 21 : Auf den Kolbendichtflächen laufen die Bund-Dichtungen der Zwischenplatten.
Kolbenkontaktfläche 22: Über die Kolbenkontaktflächen wird die Kraft der Federn 5 auf die Spannzange übertragen bzw. über die Kolben kontaktflächen wirkt die Sunnnne der durch Druckmittel erzeugten Kolbenkräfte zum Öffnen der Bremse gegen die Kraft der Federn.
Bezugszeichenliste:
1 Bremsengehäuse
1 .1 Gehäuserohr
1 .2 Einstellflansch
1 .3 Führungsflansch
1 .4 Anschraubgewinde
1 .5 Gehäusegewinde
1 .6 Gehäusedichtfläche
2 Führungsstange
3 Spannzange
3.1 Reibwerkstoff
3.2 Spannzangenkonus
3.3 Schraube
4 Feder
5 Einstellschraube
6 Kolben
6.1 Kolben 1
6.2 Kolben 2
6.n Kolben n
7 Kolbenfläche
7.1 Kolbenfläche 1
7.2 Kolbenfläche 2
7.n Kolbenfläche n
8 Kolbenraum
8.1 Kolbenraum 1
8.2 Kolbenraum 2
8.n Kolbenraum n
9 Zwischenplatte
9.1 Zwischenplatte 1
9.2 Zwischenplatte 2
9.n Zwischenplatte n
10 Klemmring
1 1 Innenspannkonus
12 Druckzuführung
13 Abzweigbohrung
13.1 Abzweigbohrung 1
13.2 Abzweigbohrung 2
13.n Abzweigbohrung n
14 Sicherungsring
15 Zwischenplattendichtung
16 Kolbendichtung
17 Bund-Dichtung
18 Zentrierbund
19 Dichtbund
20 Kolben-Zentrierung
21 Kolben-Dichtfläche
22 Kolben-Anlagefläche
A Mittelachse der Linearbremse
BR 1 Bremse i Stand der Technik
BR 2 Bremse 2 Erfindungsgegenstand
Claims
1 . Bremse (BR 2) für eine axial und/oder drehbewegte Führungsstange (2), bestehend aus einem die Führungsstange (2) umgebenden Bremsengehäuse (1 ), einer darin zentrisch angeordneten und mit dem Bremsengehäuse (1 ) fest verbundenen Spannzange (3), die beim Bremsen radial auf eine Führungsstange (2) drückt, einem
Innenspannkonus (1 1 ), der durch druckmittelbetätigte Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) im Gehäuse (1 ) axial bewegt wird und dessen Axialbewegung durch das Zusammenwirken von Innenspannkonus (1 1 ) und
Spannzangenkonus (3.2) radial zur Führungsstange (2) umgelenkt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
in der Bremse (BR 2) mehrere parallel zur Mittelachse (A) bewegliche Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) hintereinander angeordnet sind, die so in einer Wirkverbindung zueinander stehen, dass sich die durch das Druckmittel auf die einzelnen Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6. n) wirkenden Kräfte addieren.
2. Bremse (BR 2) nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Spannzange (3) an deren Innendurchmesser mit einem
Reibwerkstoff (3.1 ) versehen ist, zwischen dem und der Bremsstange (2) die Bremskraft bzw. das Bremsdrehmoment durch Reibschluss erzeugt wird.
3. Bremse (BR 2) nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremse (BR) durch Energiespeicher, vorzugsweise Federn (4) geschlossen und durch Druckbeaufschlagung der Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) geöffnet wird (Fig. 2).
4. Bremse (BR 2) nach den Ansprüchen 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Bremse bei Druckbeaufschlagung der Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) geschlossen und durch Energiespeicher, vorzugsweise Federn (4) geöffnet wird (Fig. 5).
5. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Führungsstange (2) eine zylindrische Außenkontur aufweist.
6. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Mittelachsen (A) der Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) auf der Mittelachse (A) der Bremse (BR 2) liegen.
7. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bremsengehäuse (1 ) sowie die Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) annähernd rotationssymmetrisch ausgeführt sind und die
Kolbenflächen (7, 7.1 , 7.2, 7.n) eine Kreisringform aufweisen.
8. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass
die kreisringförmigen Kolbenflächen (7, 7.1 , 7.2, 7.n) aller Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) annähernd gleich groß sind.
9. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, dass
die kreisringförmigen Kolbenflächen (7, 7.1 , 7.2, 7.n) aller Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) bedingt durch voneinander abweichende
Außendurchmesser oder Innendurchmesser unterschiedlich sind.
10. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der in der Spannzange (3) befindliche Reibwerkstoff (3.1 ) aus einem handelsüblichen mit Kunstharz gebundenen Reibbelag besteht und mit der Spannzange (3) verklebt ist.
1 1 . Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der in der Spannzange (3) befindliche Reibwerkstoff (3.1 ) aus einem Polymergemisch besteht und durch ein Beschichtungsverfahren wie thermisches Spritzen aufgebracht wird.
12. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
die Kolbenräume (8, 8.1 , 8.2, 8.n) einerseits durch die Kolbenflächen (7, 7.1 , 7.2, 7.n) der Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) und andererseits durch die mit dem Gehäuse fest verbundenen Zwischenscheiben (9, 9.1 , 9.2, 9.n) begrenzt sind.
13. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) miteinander durch konzentrische Gewinde verbunden sind.
14. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Kolben (6, 6.1 , 6.2, 6.n) miteinander durch zylindrische
Presspassungen oder Spielpassungen verbunden bzw. zentriert sind.
15. Bremse (BR 2) nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Bremsengehäuse (1 ) Schnittstellen in Form von auf einem
Teilkreis des Bremsengehäuses (1 ) befindlichen Anschraubgewinden (1 .4) zum Anbau der Bremse (BR 2) an handelsübliche
Druckmittelzylinder aufweist.
16. Bremse (BR 2) nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Schnittstellen in Form von auf einem Teilkreis des
Bremsengehäuses (1 ) befindlichen Anschraubgewinden (1 .4) den Schnittstellen der zur Bremse (BR) passenden handelsüblichen Druckmittelzylinder entspricht.
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