机电的安全制动器
阅读说明：本技术 机电的安全制动器 (Electromechanical safety brake ) 是由 R·贝克 P·林德纳 于 2020-09-22 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种机电的安全制动器,其闭合弹簧为安全制动器的闭合的状态提供压紧力,其中所述压紧力比闭合弹簧在安全制动器的电气操纵的打开的状态中所具有的回复力高出很多倍。(The invention relates to an electromechanical safety brake, the closing spring of which provides a contact pressure for the closed state of the safety brake, wherein the contact pressure is many times higher than the restoring force of the closing spring in the electrically actuated open state of the safety brake.)
技术领域
本发明涉及一种按照权利要求1的前序部分所述的机电的安全制动器。
机电的安全制动器在有关的与安全相关的设备的运行中利用电流被主动地松开或者说提起，所述设备由此能够得以运行。在控制中断或者电流供给中断时，所述安全制动器通过张紧的弹簧来闭合。
本发明涉及对已知的安全制动器的关于这类安全制动器保持打开时持续的电流消耗的改进。
背景技术
由网址www.mayr.com/synchronisation/documentations/k_891_v17_de_26_03_2018.pdf下的现有技术公开了这类安全制动器。在无电流的状态下，螺旋弹簧压向电枢盘。转子被保持在电枢盘与机器的相应的装配面之间。轴通过齿轮毂制动。当电流接通时，形成磁场。电枢盘克服线圈架处的弹簧压力被拉动。所述转子是自由的并且所述轴能够自由运转。在电流切断后，在电流中断的情况下或者在紧急停止的情况下所述安全制动器可靠地且安全地制动。
WO 2011/023728 A1也公开了这类带有螺旋弹簧的弹簧压力制动器，所述螺旋弹簧在闭合的状态中施加必要的制动力。在此设置了补充的阻尼元件，所述阻尼元件的弹簧特性曲线能够被调节。
就所述安全制动器而言不利的是在安全制动器的打开（提起）状态中所需的高电流。在所述状态中，线圈的磁场克服螺旋弹簧的弹簧力做功。所述磁场必须被持续地维持并且必须至少抵消螺旋弹簧的力。安全制动器的制动力矩取决于在闭合/未通电的状态中的弹簧力。在安全制动器打开时，短时地需要强磁场以用于尽管在大气隙的情况下也实现力作用并且克服弹簧力吸引电枢盘。一旦电枢板抵靠在线圈侧处并且因此不再存在气隙，其实就不再需要所述强磁场。在所述打开的状态中，就现有技术的安全制动器而言要维持所述强磁场。由此强电流持续地流动——所述强电流是不利的能量消耗——并且产生系统中不希望的热量。
由可供使用的文献能够推断出，在安全制动器到达终端位置后能够在安全制动器不会无意地且未被察觉地例如由于振动而介入的情况下降低所需的电流。然而，即使该降低的电流也仍然导致显著的热量产生。
发明内容
相比之下，本发明的任务是：实现一种机电的安全制动器，其在打开的状态中的持续的电流消耗被减小。
所述任务通过具有权利要求1的特征的机电的安全制动器来解决。
本发明的其他有利的设计方案在从属权利要求中被描述。
所要求保护的机电的安全制动器能够通过弹簧装置的弹簧力被激活、即闭合。为此，所述弹簧装置具有松弛的闭合位置。所述安全制动器能够通过电磁体被去激活，即所述安全制动器能够通过电磁体被打开。为此，所述弹簧装置具有张紧的打开位置。弹簧装置的表示弹簧力随弹簧行程的变化的弹簧特性曲线按照本发明在闭合位置与打开位置之间具有下降的工作范围，由此弹簧装置在其闭合位置中比在其打开位置中具有更高的弹簧力。因此，在电磁体的确定的初始力之后，在安全制动器的打开的状态中必要的磁力减小，由此使得在安全制动器的打开的状态中的电流消耗也减小。
尤其优选的是：弹簧特性曲线在闭合位置与打开位置之间的工作范围单调下降。由此，不再达到初始时必要的磁力并且初始时必要的磁力在安全制动器打开时始终减小。由此，不再达到初始时必要的电流并且初始时必要的电流在安全制动器打开时始终减小。
当打开位置接近弹簧特性曲线的力零点处的双稳态位置时，在安全制动器的打开的状态中的电流消耗最小。所述打开位置越接近力零点处，电流消耗就越小。
在一种优选的实施例中，弹簧装置由至少一个蝶形弹簧构成。
所述蝶形弹簧具有平坦位置，在所述平坦位置中所述蝶形弹簧具有最小厚度。尤其优选在弹簧特性曲线的工作范围中穿越所述平坦位置。换句话说，所述工作范围优选在平坦位置的两侧延伸，从而在所述平坦位置的不同侧上实现蝶形弹簧的打开位置和闭合位置。
在按照本发明的安全制动器的具体的设计方案中，在线圈架处构造环绕的凹部，蝶形弹簧至少部分区段地被插入到所述凹部中。在一种具体的设计方案中，所述环绕的凹部呈截锥状。
优选蝶形弹簧的内部边缘或者甚至蝶形弹簧的内部区域被容纳在所述环绕的凹部中。
在蝶形弹簧的打开位置中，优选蝶形弹簧的外部边缘或者甚至蝶形弹簧的外部区域被压入到所述环绕的凹部中。
在蝶形弹簧的闭合位置中，优选蝶形弹簧的外部边缘或者甚至蝶形弹簧的外部区域布置在所述环绕的凹部之外。
弹簧装置或者说蝶形弹簧能够构造为常规的分立的构件或者作为替代方案一体地或者说一件式地构造在更大的构件处并且因此构造为所述构件的功能性子区域。由此，所述构件能够与所述弹簧装置一起用增材工艺或者用3D打印制造。
在一种具体的设计方案中，所述构件是线圈架。
按照本发明的安全制动器优选用于机器人的驱动单元中。所述机器人能够是移动的或者固定的。在后一种情况中按照本发明的安全制动器例如能够布置在机器人手臂的关节中。
附图说明
在附图中示出了按照本发明的机电的安全制动器的一种实施例。
其中：
图1以纵向剖视图示出了按照该实施例在闭合位置中的按照本发明的机电的安全制动器；
图2以纵向剖视图示出了在按照本发明的安全制动器的打开的终端位置中的按照本发明的安全制动器的一部分；并且
图3示出了前述两幅图中的蝶形弹簧的弹簧特性曲线。
具体实施方式
在图1中示出的安全制动器具有转子3，所述转子3在示出的实施例中与有待释放的或者有待制动用的轴9刚性连接。作为弹簧装置设置非线性的蝶形弹簧4，通过所述蝶形弹簧4，所述安全制动器被张紧到示出的闭合位置中，在所述闭合位置中轴9被固定。在此蝶形弹簧4处于其闭合位置9中。
电磁体具有线圈1和由此（在图1中向右）可吸引的电枢盘2以及线圈架5，所述线圈架5同时也能够是安全制动器的壳体的一部分。
安全制动器的按照本发明的设计方案尤其涉及蝶形弹簧4的应用及其连接位置的构造。在图1和图2中详细示出了按照本发明的改进的区域。
按照本发明的该实施例，带有近似线性的弹簧特性曲线（弹簧力-弹簧行程-特性曲线）的螺旋弹簧被带有按照图3的非线性的弹簧特性曲线6的卡扣盘或者双稳态的蝶形弹簧4代替。在图3中，在两条虚线之间布置或者说显示了蝶形弹簧4的工作范围7或者说蝶形弹簧4的弹簧特性曲线6。
在制动的（无电流的）状态下，蝶形弹簧4因此以其最大力压向电枢盘2，以形成制动力矩。
为了打开（提起）所述安全制动器，由线圈1短时地形成强磁场。由此电枢盘2克服在弹簧行程s的范围内变小的弹簧力F被吸引到线圈架5处。在此越过了蝶形弹簧4的平坦位置8。
当在线圈1或线圈架5与电枢盘2之间实现接触时，按照图2到达安全制动器的终端位置或者说蝶形弹簧4的打开位置10。在安全制动器的打开的状态中，蝶形弹簧4在其打开位置10处几乎到达力零点y处的双稳态位置。
在安全制动器的被吸引的终端位置中或者说在蝶形弹簧4的打开位置中，弹簧力F减小到对于制动力矩而言所需的力的百分之十之下的一小部分。用于将安全制动器保持在其终端位置中所需的磁场能够类似于弹簧力F被减小。由此，电流消耗被显著降低。
为了将蝶形弹簧4保持在所述打开位置10中，则能够在到达安全制动器的终端位置后由于那里非常小的反作用力而显著地减小磁场，并且因此与在打开运动初始时的电流相比将就已经打开的安全制动器而言所需的持续的电流减小到电流的非常小的一部分。这尤其在移动的应用中是有利的，因为由此延长了电池使用寿命，并且在高度集成的组件中能够显著减少热量产生。
电枢盘2、蝶形弹簧4和线圈架5之间的相互配合必须如此设计，从而能够实现蝶形弹簧4的变形超出其平坦位置8，但是蝶形弹簧4被限制以阻止到达力零点y（参见图3）。为此，将蝶形弹簧4插入到线圈架5的环绕的凹部11中，所述环绕的凹部11截锥状地或者锥状地成形。环绕的凹部11原则上与位于其打开位置10中的蝶形弹簧4相似地成形。
在图2中示出的打开位置10中，蝶形弹簧4被完全容纳在所述凹部11中。在图1中示出的闭合位置11中，蝶形弹簧4仅以其内部区域被容纳在所述凹部11中。
也能够使用其他方式成形的、本质上是双稳态的或者说设有相似的弹簧力变化曲线的弹簧元件。也能够使用多个单独的弹簧元件，所有所述多个单独的弹簧元件单独显示出这类特性，或者至少以相互配合的方式产生这类特性，例如蝶形弹簧叶片组。
公开了一种机电的安全制动器，其闭合弹簧为安全制动器的闭合的状态提供压紧力，其中所述压紧力比闭合弹簧在安全制动器的电气操纵的打开的状态中所具有的回复力高出很多倍。
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