(57)【要約】本発明は、工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械に関し、機械（１６）は可動性の機械要素（１１、１３）の制動のための電気式アクチュエータ（２）を有する電磁ブレーキ（１）を備え、アクチュエータ（２）は作動力（ＦB）を発生し摩擦構成要素（７ａ、７ｂ）に作用して摩擦力（ＦR）を生じさせるため摩擦構成要素を対向摩擦構成要素（８）に対し押圧し、摩擦対応メンバ（８）と電気式アクチュエータ（２）との間には、電気式アクチュエータ（２）により発生された作動力（ＦB）の自己増力に導く機構（１７，１８）が存在し、工作機械は、摩擦力（ＦR）が設定量（ＦRsoll）に適応されるようにアクチュエータ（２）を制御する装置（６）を備える。本発明は、機械要素（１１、１３）の制動のため簡単に作り上げられ信頼性のあるブレーキ（１）を備えた工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械を提供する。
2010508161.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
工作機械（１６）の可動性機械要素（１１、１３）の制動のための電気式アクチュエータ（２）を有する電磁ブレーキ（１）を備え、前記アクチュエータ（２）は作動力（ＦB）を発生し摩擦メンバ（７ａ、７ｂ）に作用して摩擦力（ＦR）を生じさせるため前記摩擦構成要素を対向摩擦構成要素（８）に対し押圧し、前記対向摩擦構成要素（８）と前記電気式アクチュエータ（２）との間には、前記電気式アクチュエータ（２）により発生された作動力（ＦB）の自己増力に導く機構（１７，１８）が存在し、前記工作機械は、前記摩擦力（ＦR）が設定量（ＦRsoll）に適応されるようにアクチュエータ（２）を制御する装置（６）を備え、前記設定量（ＦRsoll）は制動過程中前記ブレーキの急激な遮断が避けられるような値を有する工作機械。
【請求項２】
前記摩擦構成要素（７ａ、７ｂ）が制動過程中直線的な運動を行う請求項１記載の工作機械。
【請求項３】
前記対向摩擦構成要素（８）が動かないように固定されている請求項１又は２記載の工作機械。
【請求項４】
前記対向摩擦構成要素（８）が制動過程中直線的な運動を行う請求項１記載の工作機械。
【請求項６】
前記設定量（ＦRsoll）が前記機械要素（１１、１３）の速度及び質量に依存して前記装置（６）に設定される請求項１〜４のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項７】
前記ブレーキ（１）が、非常発生時に制動を実行する非常ブレーキとして形成されている請求項１〜６のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項８】
前記アクチュエータ（２）と前記機構（１７、１８）との間に前記作動力（ＦB）を測定するためのセンサ（４）が配置され、測定された前記作動力（ＦB）から摩擦力（ＦR）が確定される請求項１〜７のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項９】
前記アクチュエータ（２）が電動機又は可動コイルとして形成されている請求項１〜８のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項１０】
前記ブレーキ（１）がガイドレールブレーキ又はロッフォブレーキとして形成されている請求項１〜９のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項１１】
前記アクチュエータ（２）ないし前記装置（６）の電圧欠落時に、前記ブレーキ（１）が自動的に制動動作を実行する請求項１〜１０のいずれか１つに記載の工作機械。
【請求項１２】
前記アクチュエータ（２）の制御が前記装置（６）を用いて安全技術で行われる請求項１〜１１のいずれか１つに記載の工作機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工作機械、生産機械、ないしメンテナンス機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
安全技術は、ＥＣ（ヨーロッパ共同体）機械指令１９９５の発効によって著しく重要性を増した。この指令は、すべてのヨーロッパの国々において国内法に移行され、従ってＥＣにおいてはすべての機械製造業者に対し拘束力をもつ。ヨーロッパ以外の国々においてはそれに匹敵する要求がしばしば、国内の製造物責任法（例えば米国及び日本）から間接的に出てくる。安全技術はしたがって世界市場の焦点にある。この事実は市場に、簡単且つ信頼できる方法で安全技術上の要求の実行を可能にする工作機械、生産機械及びメンテナンス機械の必要を生じさせる。
【０００３】
上述の機械においては、通常の市場ではしばしば高力動的な駆動部、特にリニア駆動部が投入される。機械機構、モータ、周波数変換装置、調節部及び制御部は高度に発展した段階にある。その間に、運転における機械的摩擦は、それが緊急時には制動トルクとしては無視され得る、特に無視されなければならないまでに減少してきた。駆動部の作動に基く全損時に、機械軸が比較的高速度で、非常ブレーキの投入なしに限界停止部に対し作動する場合には、システムに存在する機械的エネルギーが制御されることなく崩壊されるので、機械要素の損傷をしばしば避けることができない。例えば調整駆動の場合に処理速度が減ぜられている場合でさえ、容認できないほどに大きい減速経路が発生し、操作員を危険にさらすことがあり得る。このことは、垂直機械軸が問題になるか、水平機械軸が問題になるかには無関係に認められる。危険解析の枠組みにおいて、機械製造業者は危険度を最小化するための適切な措置を講じなければならない。
【０００４】
電気的駆動部を有する機械においては、ブレーキの型が以下のように区別される。
【０００５】
保持ブレーキ：
保持ブレーキは通例、機械軸の駆動部の遮断後機械軸を保持するため、機械軸が静止している場合にのみ閉じられる。保持ブレーキの制動トルクは機械軸の急速な停止のためには少な過ぎる。さらにまた、保持ブレーキは作動に基く非常制動の若干の回のみ耐え得る。
【０００６】
主ブレーキ：
主ブレーキは通例、駆動部に暗黙のうちに統合されている。機械軸が制動されるべき場合には、モータを制御する静止型変換装置が切換えられ、エネルギーの流れの向きが反対にされる。モータは発電制動され、したがってその機械的エネルギーを崩壊させる。主ブレーキは通常運転において駆動軸の制動に用いられる。
【０００７】
非常ブレーキ：
非常ブレーキは通例、負荷に直接取り付けられ、非常時のみ制動のために投入される。非常ブレーキは、機械軸をできるだけ急速に停止させるために、必要な制動トルクを調達し、その際通例は制動過程中の機械要素に対する損傷をできるだけ避けられるようにしなければならない。非常時は例えば、駆動部が全損に至り（例えば静止型変換装置の故障によって）、主ブレーキが従ってもはや働かない場合に生じる。
【０００８】
乗り物に使用するため自己増力を有する電気機械式ブレーキは刊行物から知られている（例えば特許文献１参照）。
【０００９】
さらに、上述の自己増力を有する電気機械式ブレーキはまた別の刊行物からも知られている（例えば非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】独国特許出願公開第１９８１９５６４Ａ１号明細書
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】革新的ブレーキ技術（Innovative Brake Technology）2004年2月、eStop GmbH発行
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の課題は、機械要素に制動をかけるための簡単に組み立てられかつ信頼性のあるブレーキを有する工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この課題は、工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械において、機械が可動性の機械要素の制動のための電気的アクチュエータを有する電磁ブレーキを備え、アクチュエータは作動力を発生し摩擦構成要素に作用して摩擦力を生じさせるため摩擦構成要素を対向摩擦構成要素に対し押圧し、対向摩擦構成要素と電気的アクチュエータとの間に電気的アクチュエータにより発生される作動力の自己増力に導く機構が存在し、機械は摩擦力が設定量に適応されるようにアクチュエータを制御する装置を有することによって解決される。
【００１４】
本発明の有利な構成は従属する請求項から明らかである。
【００１５】
摩擦メンバが制動過程中直線的な運動を行うと有利であることが判明している。それは工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械はしばしば直線的な運動動作を行うからである。
【００１６】
さらに、対向摩擦構成要素は動かないように固定されていると有利であることが判明している。
【００１７】
さらに、対向摩擦構成要素が制動過程中直線的な運動を行うと有利であることが判明しており、それは工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械はしばしば直線的な運動動作を行うからである。しかしまた、もちろん機械的な反転、すなわち摩擦構成要素が動かないように固定され、対向摩擦構成要素が制動過程中直線的な運動を行うことも可能である。
【００１８】
さらに、ブレーキが、非常発生時に制動を行う非常ブレーキとして形成されていると有利であることが判明している。非常時に有利に制動を行う非常ブレーキとしてブレーキを形成することは、まさに非常時には信頼性のある制動が保証されなければならないから特に有利である。
【００１９】
さらに、アクチュエータと機構との間に作動力を測定するためのセンサが配置され、その測定された作動力から摩擦力が確定されると有利であることが判明している。これによって、摩擦力を簡単な方法で確定する可能性がもたらされる。
【００２０】
さらに、設定量が、制動過程中ブレーキの突然の遮断が避けられるような値を有すると有利であることが判明している。これによって、機械要素の損傷を避けることができる。
【００２１】
さらに、アクチュエータが電動機又は可動コイルとして形成されていると有利であることが判明している。アクチュエータを電動機又は可動コイルとして形成することは、アクチュエータの特に簡単な形成を意味する。
【００２２】
さらに、ブレーキがガイドレールブレーキ又はロッドブレーキとして形成されていると有利であることが判明している。ガイドレールブレーキ又はロッドブレーキは、工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械において市場で通常使用される。
【００２３】
さらに、アクチュエータ及び装置の少なくともいずれかが電圧欠落の際、ブレーキが自動的に制動過程を行うと、これによって電圧欠落の場合にも機械要素の安全な制動が保証されるので有利であることが判明している。
【００２４】
さらに、アクチュエータの制御が装置を用いて安全技術で行われると有利であることが判明している。
【００２５】
以下に本発明の実施例を図面について詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ブレーキ及び装置を示す。
【図２】本発明に従う工作機械の構成を示す。
【図３】本発明に従う工作機械の別の構成を示す。
【図４】本発明に従う工作機械のさらに別の構成を示す。
【発明を実施するための形態】
【実施例】
【００２７】
図１において、図式的な形で電磁ブレーキ１及び電磁ブレーキ１を制御する装置６が示されている。本実施例の枠組みにおいては、装置６はアクチュエータ２の供給電圧を準備するための統合された静止型変換装置を有する調節装置の形で存在する。しかしもちろん静止型変換装置はまた外部の構成要素として実現されていてもよい。
【００２８】
装置６はアクチュエータ２を制御し、そのことは矢印５で示されている。アクチュエータ２はシリンダ３を介してくさび１８に作用し、このくさびを装置６の制御信号に相応して図１による描写では上方又は下方に動かす。アクチュエータ２はその際例えば電動機の形に又は可動コイルとして実現されていてよい。アクチュエータ２はくさび１８を動かすため、くさび１８にシリンダ３を介して作用する作動力ＦBを発生する。作動力ＦBは、アクチュエータ２とくさび１８との間に配置されているセンサ４によって測定され、作動力ＦBを調節するための入力量として装置６の調節実際量として入力量として与えられ、そのことはくさび１８によって示されている。くさび１８は傾き角αを有する。
【００２９】
作動力がくさび１８上に作用すると、くさびは型要素１７に沿って下方へ押され、法線力ＦNを生じさせ、この力は摩擦構成要素７ｂに作用し摩擦力ＦRを生じさせるため摩擦構成要素７ｂを対向摩擦構成要素８に対し押圧する。くさび１８及び型要素１７はその際実施例の枠組みにおいては、電気的アクチュエータ２によって生じる作動力ＦBの自己増力をもたらす機構を形成する。したがって、高い摩擦力ＦRを発生するため比較的わずかな作動力ＦBを必要とするにすぎない。
【００３０】
ブレーキが制動に利用する摩擦力ＦBに対しては次式が成立する。
ＦR＝−ＦB／｛１−tan(α)／μ｝                  （１）
μ：摩擦値
α：傾き角
【００３１】
上述の自己増力を有する電磁ブレーキの原理は、乗り物の制動のためブレーキをかけるべき回転する部材において従来技術であり、冒頭に述べた刊行物から知られている。
【００３２】
機械要素にブレーキをかけるため、特に工作機械、生産機械ないしメンテナンス機械の機械要素にブレーキをかけるためにそのようなブレーキの使用、特にそのような機械において非常ブレーキとしてそのようなブレーキを使用することは知られていない。
【００３３】
図２には、ブレーキが組み込まれている工作機械１６が示されている。工作機械１６は図２においては図式的に示されており、本発明を理解する上で必要な工作機械１６の構成要素のみが示されている。工作機械１６は固定式の機械台１５を有し、その機械台に２つのガイドレール９ａ及び９ｂ並びに対向摩擦構成要素８が固定して取り付けられている。本実施例の枠組みにおいてはキャリア板１１の形で存在する機械要素に４つのガイドシュー１０ａ、１０ｂ、１０ｄ及び１０ｃが固定して取り付けられている。ガイドシューはガイドレール９ａ及びガイドレール９ｂと関連して、キャリア板１１のＸ方向の直線的な運動を案内するための案内部を形成する。キャリア板１１の変位運動の自動化された実行のために、キャリア板１１にはリニアモータ１２が、即ちもっと正確に表現すればリニアモータの可動部分が取り付けられている。キャリア板１１上にはフライス１４を駆動するために用いられる駆動部１３が取り付けられている。
【００３４】
さらに工作機械１６は、例えばブレーキシューの形であり得る２つの摩擦構成要素７ａ及び７ｂを有する既に上述したブレーキ１を有する。対向摩擦構成要素８は本実施例の枠組みにおいてはレールの形で実施されており、その際摩擦構成要素８は機械台１５と固くそしてそのようにして機械台１５と動かないように結合されている。型要素１７はキャリア板１１と固く結合されている。
【００３５】
通常運転においては、制動動作はリニアモータ１２の冒頭に述べたエネルギー反転によって実行される。
【００３６】
例えば、リニアモータを制御するパワーエレクトロニクス内の故障のような非常の場合が発生したときは、キャリア板１１の動き及び従って駆動部１３及びフライス１４の動きは、通常の場合主ブレーキとして使用されるリニアモータ１２を用いては止めることはできず、それによって例えば駆動部１３のような機械要素又は人員を危険にさらすことになる。
【００３７】
非常の場合が発生したときは、ブレーキ１を用いて依然として制動動作を実行することができる。ブレーキはそのようにして、非常の場合が発生したとき制動動作を行う非常ブレーキとして形成されている。同時に、非常ブレーキはまた保持ブレーキとしても使用することができ、それによって、駆動部が遮断されたとき機械軸の動きを止めるためのみに適する市場で通用の保持ブレーキはもはや問題にならない。摩擦構成要素７ａ及び７ｂは制動過程中本実施例の枠組みにおいては直線的な動きを行う。対向摩擦構成要素８はその際動くことなく固定されている。それに代えて、もちろん対向摩擦構成要素が例えばキャリア板１１上に固定され、そのようにして制動過程中直線的な動きを行い、一方摩擦構成要素は機械台１５と固定して結合されていることも可能である。
【００３８】
もちろん又、対向摩擦構成要素が直線的な動きを行わず、回転運動を行うことも可能で、その結果ブレーキは回転する機械軸、特に回転する機械要素にブレーキをかけることもできる。
【００３９】
とりわけ、アクチュエータ２とくさび１８との間に作動力ＦBを測定するためのセンサ４を配置すると有利であり、その際装置６によって、測定された作動力ＦBから作動力ＦBの調節のための調節実際量としての摩擦力ＦRが式（１）を用いて確定される。これによって、摩擦力ＦRの費用のかかる直接の測定を省略することができる。
【００４０】
作動力ＦBを調節するための調節設定量として用いられる設定量FRsollはその際制動過程中ブレーキの急激な遮断が回避されるような値を有する。これによって、ブレーキ遅延が大き過ぎる結果の機械の損傷を避けることができる。
【００４１】
設定量ＦRsollはこの際固定された設定値を有することができるが、或はまた、設定量は例えば機械のブレーキをかけるべき機械要素の速度及び質量に依存して例えば装置６の制御部によって設定することもできる。しかし言うまでもなく、設定量ＦRsollを確定するために必要な手段が装置６内に統合されていてもよい。装置６には必ずしも純粋の調節装置を対象とする必要はなく、調節装置と制御装置とを組み合わせたものを対象とすることもできる。
【００４２】
例えば機械の完全な供給電圧が欠落した場合にも機械要素のなお確実な制動動作を可能にするため、装置６の電圧が欠落した場合にはブレーキによって自動的に制動過程が実行される。そのため、アクチュエータ２は例えばばね要素、特にばねのような機械的エネルギー蓄積要素を有する。ばねは例えばアクチュエータ２内に配置された電磁石によって張られた状態に保持することができる。アクチュエータ２ないし装置６の供給電圧が欠落すると、ブレーキは自動的に制動過程を行い、その過程においてばねはシリンダ３を押し、そのようにしてくさび１８への作動力ＦBを発生させる。装置及びそのようにしてアクチュエータの制御部はその際安全技術、即ち例えば対応する認証機関によって認証された技術で作り上げられ、その結果ブレーキの欠落はきわめてあり得ないことである。
【００４３】
図３には本発明の別の構成が示されている。図３に示される実施形態は、基本構造においては本質的に先に図２において述べた実施形態に対応している。それ故図３において同一要素には図２と同一の符号が付されている。唯一つの本質的な相違は、図３による実施形態では対向摩擦構成要素がガイドレール９ａの形で存在することである。このガイドレール９ａはしたがってブレーキ１の対向摩擦構成要素の機能も動く機械要素の案内も引き受ける。ブレーキはそのようにしてガイドレールブレーキとして形成されている。望ましくないモーメントを避けるため、ガイドレール９ｂもブレーキ１と同一のブレーキ１´を設けると有意義となる。
【００４４】
図４には本発明の別の構成が示されている。図４に示される実施形態は、基本構造においては本質的に先に図２において述べた実施形態に対応している。それ故図４において同一要素には図２と同一の符号が付されている。唯一つの本質的な相違は、図４による実施形態では対向摩擦構成要素が離れて機械台１５に配置されたロッド８の形に形成されていることである。キャリア板１１の案内はその場合図２による実施形態と同じように本質的にはガイドレール９ａ及び９ｂとガイドシュー１０ａ、１０ｂ、１０ｃ及び１０ｄによって行われ、一方制動動作はロッド８を介して行われる。ブレーキはそのようにしてロッドブレーキとして形成されている。
【００４５】
さらに電磁ブレーキの使用は、ブレーキの活性化及び不活性化の際の制動トルクの柔らかい移行を可能にする。これによって、機械の機械的要素が傷まないように大事に扱われ、そのことは市場で通常使用されているブレーキシステムに対し明白な利点である。
【符号の説明】
【００４６】
１  電磁ブレーキ
２  アクチュエータ
３  シリンダ
４  センサ
５  矢印
６  装置
７ａ、７ｂ  摩擦構成要素
８  対向摩擦構成要素
９ａ、９ｂ  ガイドレール
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ  ガイドシュー
１１  キャリア板
１２  リニアモータ
１３  駆動部
１４  フライス
１５  機械台
１６  工作機械
１７  型要素
１８  くさび
【図１】
2010508161.tif 000003
【図２】
2010508161.tif 000004
【図３】
2010508161.tif 000005
【図４】
2010508161.tif 000006
【国際調査報告】
2010508161.tif 000007
2010508161.tif 000008
2010508161.tif 000009
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