Titel

Sicherheitsbremsvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Sicherheitsbremsvorrichtung für eine Werkzeugma schine.

Stand der Technik

Sicherheitsbremsvorrichtungen sind aus dem Stand der Technik bekannt, bei spielsweise aus DE 10 2008 054 694 Al.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfindung geht aus von einer Sicherheitsbremsvorrichtung für eine Werkzeug maschine zum Bremsen eines mittels eines Motors über eine Welle angetriebenen Bearbeitungswerkzeugs bei einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungs werkzeugs durch einen Benutzer. Die Sicherheitsbremsvorrichtung weist zumin dest eine Bremsvorrichtung auf, die als zumindest zweiteilige Klauenkupplung fa der äquivalent: Klauenbremse) mit einem ersten Klauenkupplungsteil und einem zweiten Klauenkupplungsteil ausgebildet ist, wobei der erste Klauenkupplungsteil auf der Welle im Wesentlichen drehfest, insbesondere auch axial beweglich, an geordnet ist und wobei der zweite Klauenkupplungsteil dazu vorgesehen ist, im Wesentlichen drehfest, insbesondere im Wesentlichen unbeweglich, bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein und der erste Klauenkupplungsteil und der zweite Klauenkupplungsteil jeweils mehr als ein Verzahnungselement aufwei sen, wobei die Verzahnungselemente dazu vorgesehen sind, bei einem Bremsvor gang ineinander in Eingriff zu stehen und derart eine Rotation der Welle zu brem sen, insbesondere zu stoppen oder zu blockieren.

Unter einer„Sicherheitsbremsvorrichtung” soll insbesondere eine Vorrichtung ver standen werden, die ein Bearbeitungswerkzeug in einer Situation, in der Gefahr von dem Bearbeitungswerkzeug für einen Bediener ausgeht, mittels zumindest der Bremsvorrichtung bremst oder stoppt. Insbesondere bremst die Sicherheitsbrems vorrichtung das Bearbeitungswerkzeug bei einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Benutzer. In einer Ausführungsform umfasst die Sicherheitsbremsvorrichtung ferner eine Recheneinheit und eine Sensorein heit, wobei die Recheneinheit mit zumindest einem Sensor der Sensoreinheit kom muniziert, wobei der Sensor dazu vorgesehen ist, eine Gefahr für einen Bediener, insbesondere eine Annäherung des Bedieners an das Bearbeitungswerkzeug und/oder eine Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch den Bediener, zu de- tektieren. Eine Elektronik der Sicherheitsbremsvorrichtung kann dann, nach De tektion einer Annäherung des Bedieners an das Bearbeitungswerkzeug und/oder nach Detektion eines Kontakts des Bedieners mit dem Bearbeitungswerkzeug, bei spielsweise ein Aktorelement auslösen, welches einen Bremsvorgang unter Ver wendung der Bremsvorrichtung auslöst. Das Aktorelement kann insbesondere als Bestandteil der Bremsvorrichtung oder auch separat realisiert sein. Das Aktorele ment kann in einem Ausführungsbeispiel als eine Hubeinheit ausgebildet sein, wel che zumindest einen der zwei Klauenkupplungsteile der Klauenkupplung aktiv be wegt, um die beiden Klauenkupplungsteile bei einem Bremsvorgang miteinander in Eingriff zu bringen und derart eine Rotation der Welle zu bremsen, insbesondere zu stoppen. Derartige Aktorelemente sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt. Eine aktive Bewegung zumindest eines der zumindest zwei Klau enkupplungsteile kann dabei beispielsweise durch ein Hebelelement, ein Fe derelement, ein Getriebeelement oder dergleichen realisiert werden.

Unter„vorgesehen” soll insbesondere speziell ausgestattet, ausgelegt und/oder programmiert verstanden werden. Unter einer„Werkzeugmaschine” soll eine prinzipiell beliebige Werkzeugmaschine verstanden werden, die ein mittels eines Motors über eine Welle, insbesondere eine Abtriebswelle, angetriebenes, drehbar gelagertes Bearbeitungswerkzeug auf weist. Das Bearbeitungswerkzeug kann insbesondere auch als Werkzeugauf nahme realisiert sein. Das Bearbeitungswerkzeug ist im Wesentlichen drehfest mit der Abtriebseinheit verbunden oder zumindest in einem Betriebszustand der Werk zeugmaschine im Wesentlichen drehfest mit der Abtriebseinheit verbindbar, bei spielsweise über eine Werkzeugaufnahme, sodass ein Drehmoment von der Ab triebseinheit, insbesondere der Abtriebswelle, auf das Bearbeitungswerkzeug übertragbar ist. Unter„im Wesentlichen drehfest“ ist an dieser Stelle zu verstehen, dass das Bearbeitungswerkzeug in einem Bremsvorgang gegenüber der Abtriebs einheit eine Relativrotation von weniger als 15°, insbesondere von weniger als 10°, ganz insbesondere von weniger al 5° vollführt. Das Drehmoment wird von einer Antriebseinheit, beispielsweise einem Elektromotor, insbesondere einem bürsten lose Gleichstrommotor (EC-Motor), und/oder einem anderen, dem Fachmann als sinnvoll erscheinenden Motor, erzeugt. Die Welle, insbesondere die Abtriebswelle, kann unter Verwendung eines Getriebes oder einer Kupplung oder auch ohne der artige Verbindungselemente mit der Antriebseinheit verbunden sein. Beispiele der artiger Werkzeugmaschinen umfassen insbesondere Bohrmaschinen, Motorsen sen, Rasenmäher, Kreissägen, Tischkreissägen, Kappsägen, Gehrungssägen o- der andere dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Werkzeugmaschinen. In ei ner Ausführungsform kann die Werkzeugmaschine als handgehaltene Handwerk zeugmaschine realisiert sein, beispielsweise als kabellose akkubetriebene Hand kreissäge oder dergleichen. In einem Ausführungsbeispiel kann die Werkzeugma schine als eine Handkreissäge mit einem mittels eines Motors über eine Welle an getriebenen, als Kreissägeblatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug und mit ei ner Sensorplatte, die einen Kontakt menschlicher Haut mit dem Bearbeitungswerk zeug erfasst, realisiert sein.

Eine„Welle“, insbesondere eine Abtriebswelle, ermöglicht eine Rotation des Bear beitungswerkzeugs durch Drehung der Welle um ihre (axiale) Längsachse. Typi scherweise sind alle weiteren Freiheitsgrade, insbesondere eine Bewegung in ra dialer Richtung eines kreisförmigen Querschnitts der Welle oder in axialer Rich tung der Welle, konstruktiv unterbunden. Unter einer„Bremsvorrichtung“ ist eine Vorrichtung zu verstehen, die der Abbrem sung oder dem Stoppen der Rotation des Bearbeitungswerkzeugs im Falle der Detektion einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Bediener dient. Die Bremsvorrichtung ist erfindungsgemäß als zumindest zweiteilige Klauenkupplung (oder dazu äquivalent: Klauenbremse) realisiert. Unter einer„zweiteiligen Klauenkupplung“ ist eine Kupplung zu verstehen, die durch formschlüssige Kupplung funktioniert, indem Verzahnungselemente an den beiden Bremsvorrichtungsteilen miteinander in Eingriff gebracht werden und somit eine Momentübertragung in Folge einer Relativbewegung der beiden Klauenkupp lungsteile zueinander, insbesondere in Folge einer Relativbewegung der beiden Klauenkupplungsteile in Rotationsrichtung zueinander, ermöglichen. Durch Reali sierung der Sicherheitsbremsvorrichtung mittels einer Klauenkupplung kann eine formschlüssige Verbindung genutzt werden, um auf besonders schnelle und si chere Weise einen Bremsvorgang durchzuführen. Der erste Klauenkupplungsteil ist auf der Welle, insbesondere auf der Abtriebswelle, im Wesentlichen drehfest angeordnet. In einer Ausführungsform kann der erste Klauenkupplungsteil axial beweglich oder in einer weiteren Ausführungsform auch axial unbeweglich auf der Abtriebseinheit angeordnet sein. Der zweite Klauenkupplungsteil ist dazu vorge sehen, im Wesentlichen drehfest mit einem anderen Bestandteil der Werkzeugma schine, insbesondere beispielsweise einem Gehäuse, einem Getriebegehäuse, ei nem Motorgehäuse oder einer anderen Struktur der Werkzeugmaschine, verbun den zu sein und somit zumindest im Wesentlichen drehfest bezogen auf die Werk zeugmaschine angeordnet zu sein. In einer Ausführungsform kann der zweite Klauenkupplungsteil dazu vorgesehen sein, im Wesentlichen unbeweglich mit dem anderen Bestandteil der Werkzeugmaschine verbunden zu sein und somit nicht nur im Wesentlichen drehfest bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet zu sein. In einem Ausführungsbeispiel ist der zweite Klauenkupplungsteil gegenüber einem Motorgehäuse der Werkzeugmaschine im Wesentlichen unbeweglich aus geführt. Derart kann insbesondere eine freie Rotation des zweiten Klauenkupp lungsteils bezüglich der Werkzeugmaschine und auch bezüglich der Welle, insbe sondere bezüglich der Abtriebswelle, und somit bezüglich dem im Wesentlichen drehfest mit der Welle verbundenen ersten Klauenkupplungsteil unterbunden wer den. Unter em Wesentlichen drehtest“ ist zu verstehen, dass ein jeweiliger Klauenkupp lungsteil nicht wesentlich in Richtung des Umfangs der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, verschiebbar (rotierbar) oder gleitend gelagert ist. Unter„der erste Klauenkupplungsteil ist im Wesentlichen drehfest auf der Welle angeordnet“ ist zu verstehen, dass der erste Klauenkupplungsteil mit einer Drehbewegung der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, mitdrehend mit der Welle, insbesondere der Ab triebswelle, verbunden ist, wobei durch„im Wesentlichen“ eine maximale Relativ bewegung von Welle und erstem Klauenkupplungsteil zueinander zugelassen sein soll, die kleiner als 15°, insbesondere kleiner als 10°, ganz insbesondere kleiner als 5° ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die maximal zulässige Relativbe wegung des ersten Klauenkupplungsteils 12,5°. Insbesondere tritt diese Relativ bewegung nur bei einem sehr großen anliegenden Drehmoment auf das erste Klauenkupplungsteil auf, wie es bei einem schlagartigen Bremsvorgang auftreten kann.

Unter„der zweite Klauenkupplungsteil ist im Wesentlichen drehfest bezogen auf die Werkzeugmaschine angeordnet“ ist zu verstehen, dass eine maximale Relativ bewegung von dem Bestandteil der Werkzeugmaschine, an dem das zweite Klau enkupplungsteil befestigt ist, und dem zweiten Klauenkupplungsteil zueinander zu gelassen sein soll, die kleiner als 30°, insbesondere kleiner als 10°, ganz insbe sondere kleiner als 5° ist. In einem Ausführungsbeispiel beträgt die maximal zu lässige Relativbewegung des zweiten Klauenkupplungsteil 15°.

Unter„axial beweglich/unbeweglich“ ist zu verstehen, dass der erste Klauenkupp lungsteil in axialer Richtung der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, verschieb bar bzw. unverschiebbar gelagert ist.

Unter„Verzahnungselementen“ sind konstruktiv bedingte Vorsprünge sowohl des ersten Klauenkupplungsteils als auch des zweiten Klauenkupplungsteils zu verste hen, die dazu vorgesehen sind, miteinander in Eingriff gebracht zu werden. Dabei bilden die Verzahnungselemente eines Klauenkupplungsteils gleichzeitig Verzah nungselemente des anderen Klauenkupplungsteils aufnehmende Ausnehmungen aus, sodass bei Interaktion der Klauenkupplungsteile Vorsprünge (Verzahnungs- elemente) und Ausnehmungen (Vertiefungen zwischen benachbarten Verzah nungselementen) komplementär zu einander angeordnete Paare bilden. Die Ver zahnungselemente werden im Falle eines Bremsvorgangs derart miteinander in Eingriff gebracht, dass durch Momentübertragung zwischen dem mit der Welle im Wesentlichen drehfest angeordneten (mitrotierenden) erstem Klauenkupplungsteil und dem gegenüber der Welle zumindest im Wesentlichen drehfest an der Werk zeugmaschine angeordneten zweiten Klauenkupplungsteil eine Momentübertra gung erzeugbar ist, die der Rotationsbewegung des ersten Klauenkupplungsteil entgegenwirkt und derart die Rotation der Welle bremst, insbesondere bremst oder stoppt. In einer Ausführungsform sind die Verzahnungselemente äquidistant und insbesondere derart am jeweiligen Klauenkupplungsteil vorgesehen, dass sie - bezogen auf die Drehachse der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, drehsym metrisch zu dieser angeordnet sind. Derart kann ein Winkelabstand D zwischen benachbarten Verzahnungselementen definiert werden, wobei der Winkelabstand D den von der Drehachse der Welle aus beobachteten Winkel D zwischen diesen beiden Verzahnungselementen darstellt. Sind zwei Verzahnungselemente bei spielsweise gegenüberliegend - bezogen auf die Drehachse der Welle - zueinan der an einem Klauenkupplungsteil angeordnet, so beträgt ihr Winkelabstand D 180°. Bei einem Winkelabstand von 360° weist ein Klauenkupplungsteil somit le diglich ein Verzahnungselement auf, bei einem jeweiligen Winkelabstand von 180° hingegen zwei Verzahnungselemente und bei einem jeweiligen Winkelabstand von 40° neun Verzahnungselemente.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass bei einer Auslegung der Brems vorrichtung der Sicherheitsbremsvorrichtung eine Anzahl und Verteilung der Ver zahnungselemente - insbesondere bezogen auf einen im Wesentlichen kreisför migen Umfang eines jeweiligen Klauenkupplungsteils (definiert durch die Umlauf richtung der Verzahnungselemente bei einer Rotation eines Klauenkupplungsteils) - von signifikanter Bedeutung ist, um Vorgaben einer maximal tolerierbaren Reak tionszeit der Bremsvorrichtung (Bremszeit) zu erreichen.

Insbesondere ist der Winkelabstand D zwischen benachbarten Verzahnungsele menten einerseits möglichst klein zu wählen, um eine hohe Anzahl von Verzah- nungselementen vorsehen zu können. Die hohe Anzahl von Verzahnungselemen ten ermöglicht es, den Drehwinkel zu reduzieren, um den sich die Welle samt ers tem Klauenkupplungsteil drehen muss, bis zwei Verzahnungselemente des ersten und des zweiten Klauenkupplungsteils in Eingriff stehen. Der kleine Drehwinkel entspricht einer geringen Bremsdauer At (d.h. maximal tolerierbaren Bremsdauer oder Reaktionszeit), bis die beiden Klauenkupplungsteile bei einem Bremsvorgang miteinander in Eingriff gebracht sind. Allerdings bewirkt eine hohe Anzahl von Ver zahnungselementen auch eine geringe Breite der Verzahnungselemente (in Um laufrichtung) und somit eine verringerte Stabilität der Verzahnungselemente. Ins besondere eine zu geringe Breite der Verzahnungselemente kann dazu führen, dass ein Fertigungsverfahren nicht mehr wirtschaftlich durchgeführt werden kann und/oder dass die Verzahnungselemente während eines Bremsvorgangs verfor men oder gar brechen. Eine optimierte Anordnung betreffend Anzahl, Winkelab stand und Breite der Verzahnungselemente ist daher wünschenswert.

Erfindungsgemäß ist ein maximaler Winkelabstand A _ma x von zueinander benach barten Verzahnungselementen des ersten Klauenkupplungsteils und/oder des zweiten Klauenkupplungsteils in Abhängigkeit von einer maximalen Drehzahl der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, bestimmt. Der„maximale Winkelabstand A _max “ bezeichnet dabei den größten beobachtbaren Abstand von zwei benachbar ten Verzahnungselementen - bezogen auf die Drehachse des entsprechenden Klauenkupplungsteils und somit bezogen auf die Rotationsachse der Welle, insbe sondere der Abtriebswelle. Die„maximale Drehzahl“ der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, ist eine durch die Konstruktion und Parametrisierung der Werkzeug maschine vorgegebene Größe. Beispielsweise beträgt die maximale Drehzahl ei ner exemplarischen Handkreissäge 5000 Umdrehungen pro Minute (U[rpm], ent sprechend 83,3 Umdrehungen pro Sekunde (U[rps])). Somit wird eine speziell und besonders an die Parametrisierung oder Auslegung der Werkzeugmaschine an gepasste Bremsvorrichtung der Sicherheitsbremsvorrichtung vorgeschlagen. Da bei definiert der maximale Winkelabstand A _ma x zweier benachbarter Verzahnungs elemente eine maximale Bremszeit im Sinne einer maximalen„Eingreifzeit“ der Verzahnungselemente während eines Bremsvorgangs, d.h. diejenige Zeit, die ver streicht, bis zwei Verzahnungselemente nach Auslösung eines Bremsvorgangs miteinander in Eingriff stehen und derart gegeneinander wirken, dass eine weitere Rotation der Welle, insbesondere der Abtriebswelle, gebremst oder blockiert wird. Eine hohe Anzahl von Verzahnungselementen bewirkt einen verhältnismäßig ge ringen Winkelabstand zwischen den einzelnen Verzahnungselementen (über den Umfang des Klauenkupplungsteils). Folglich können auch die Verzahnungsele mente nur eine geringere Materialstärke in Rotationsrichtung (d.h. in Umfangsrich tung des Klauenkupplungsteils) aufweisen.

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist der maximale Winkelabstand A _ma x von zueinander benachbarten Verzahnungsele menten des ersten Klauenkupplungsteils und/oder des zweiten Klauenkupplungs teils gegeben gemäß der Funktion A _max = U[rps] 360° At. Dabei ist der maximale Winkelabstand (in Umlaufrichtung) erfindungsgemäß abhängig von der maximalen Drehzahl U[rps] und einer vorgegebenen, insbesondere maximal zu tolerierenden, Bremsdauer At angebbar. In einer Ausführungsform beträgt At < 5 Millisekunden, insbesondere At < 3,0 Millisekunden, ganz insbesondere At < 1,5 Millisekunden. In einem Ausführungsbeispiel beträgt At = 2,8 Millisekunden. Auf diese Weise kann eine besonders schnell reagierende Bremsvorrichtung der Sicherheitsbremsvor richtung realisiert werden. Beispielsweise ergibt sich für eine exemplarische maxi male Drehzahle von 83.3 U[rps] (hier: pro Sekunde - entsprechend 5000 U[rpm]) einer Handkreissäge und eine geduldete maximale Bremsdauer von At < 1 Millise kunde ein maximaler Winkelabstand A _ma x von zueinander benachbarten Verzah nungselementen von gleich oder weniger als 30°. Die maximal zu tolerierenden Bremsdauern At beziehen sich lediglich auf die Interaktionszeit der beiden Klau enkupplungsteile, lassen jedoch weitere Zeitanteile - wie sie beispielsweise aus einer Verzögerung durch Auslösung des Aktorelements entstehen - außer Be tracht. Erst mit den oben genannten, kurzen Bremsdauer können zufriedenstel lende Gesamtbremszeiten (inkl. aller Zeitanteile ab Berührung, d.h. einschließlich Verzögerungen verursacht durch Sensorik, Aktorik und tatsächliche Bremsdauer At) der Werkzeugmaschine erreicht werden, die weniger als 10 Millisekunden, ins besondere weniger als 7 Millisekunden, ganz insbesondere weniger als 5 Millise kunden betragen. Es sei angemerkt, dass es sich bei den Zeitangaben jeweils um Angaben ohne Fertigungstoleranzen handelt. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist die Anzahl a der Verzahnungselemente des ersten Klauenkupplungsteils und/oder des zweiten Klauenkupplungsteils gegeben gemäß der Funktion a = V ^£ /U[rpm], mit der maximalen Drehzahl U[rpm] (hier: pro Minuten) und den Konstanten g und e, wobei insbesondere g > 1,2 und e > 80000, bevorzugt g > 1,5 und e > 170000, und besonders bevorzugt g > 1,7 und e > 300000. Auf diese Weise kann ein be vorzugtes Verhältnis der Verzahnungselemente in Abhängigkeit der maximalen Drehzahl und der gewünschten (d.h. maximal tolerierbaren) Bremsdauer At ange geben werden.

Folgende Tabelle fasst bevorzugte Anzahlen von Verzahnungselementen in Ab hängigkeit einer maximalen Drehzahl U[rpm] zusammen (gerundete Werte):

In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist das Verhältnis der Anzahl a der Verzahnungselemente des ersten Klauenkupp lungsteils und des zweiten Klauenkupplungsteils (oder umgekehrt) ganzzahlig, ins besondere 1 oder 2 oder 3. In einer alternativen Ausführungsform kann dieses Verhältnis 4 oder 5 sein. Insbesondere von 1 abweichende Verhältnisse ermögli- chen, insbesondere fertigungsbedingte Abweichungen zuzulassen. Beispiels weise kann es herstellungsbedingt erforderlich sein, dass aufgrund unterschiedli chen Herstellungsverfahren (schmieden, fleißpressen, sintern, etc.) die Klauen kupplungsteile unterschiedlich viele Verzahnungselemente besitzen. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform der Sicherheitsbremsvorrichtung ist eine maximale Breite ß (in Umlaufrichtung gesehen) der Verzahnungselemente des ersten Klauenkupplungsteils und/oder des zweiten Klauenkupplungsteils in Abhängigkeit von der Anzahl der Verzahnungselemente bestimmt. Insbesondere ist die maximale Breite ß der Verzahnungselemente (d.h. in Umlaufrichtung ermit telt) des ersten Klauenkupplungsteils und/oder des zweiten Klauenkupplungsteils gegeben gemäß der Funktion ß = Q a ^~s , wobei insbesondere Q = 218 und s =

1,311. Somit kann realisiert werden, dass die Verzahnungselemente eine vorteil hafte Breite aufweisen, die in einem Herstellprozess auf einfache Weise realisier bar ist. Ferner kann sichergestellt werden, dass die Breite der Verzahnungsele mente derart gewählt ist, dass bei bevorzugter Anzahl der Verzahnungselemente deren Breite nicht zu gering gewählt ist, sodass ein Brechen der Verzahnungsele mente während eines Bremsvorgangs vermieden werden kann.

Folgende Tabelle fasst bevorzugte Breiten von Verzahnungselementen in Ab hängigkeit ihrer Anzahl zusammen (gerundete Werte):

Durch die erfindungsgemäße Auslegung der Sicherheitsbremsvorrichtung hin sichtlich einer Anzahl und Verteilung der Verzahnungselemente, welche während eines Bremsvorgangs in Eingriff gebracht werden, in Abhängigkeit von der Dreh- zahl einer Abtriebswelle einer Werkzeugmaschine, in welcher die Sicherheits bremsvorrichtung eingesetzt wird, kann eine besonders vorteilhafte Bremswirkung oder Bremseffektivität unter Berücksichtigung der Robustheit, Reaktionszeit, Bremszeit etc. der Bremsvorrichtung erreicht werden. Insbesondere kann durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Bremsvorrichtung der Sicherheitsbrems vorrichtung auf konstruktiv besonders einfache Weise eine besonders hohe Brem seffektivität, d.h. eine besonders kurze Zeit zwischen Auslösung des Bremsvor gangs bis zum Stillstand des Bearbeitungswerkzeugs, erreicht werden. Die Brems vorrichtung reagiert besonders schnell nach Auslösung des Aktorelements, um Verletzungen des Bedieners im Falle eines Eingriffs in das sich bewegende Bear beitungswerkzeug zu vermeiden oder gänzlich auszuschließen. Ferner kann die Bremsvorrichtung der Sicherheitsbremsvorrichtung konstruktiv besonders einfach und daher auch besonders zuverlässig realisiert sein.

Ferner betrifft die Erfindung eine Werkzeugmaschine, insbesondere eine Hand werkzeugmaschine, insbesondere eine Handkreissäge mit einem als Kreissäge blatt ausgebildeten Bearbeitungswerkzeug, umfassend eine erfindungsgemäße Sicherheitsbremsvorrichtung. Auf diese Weise wird zum Abbremsen einer Bewe gung, insbesondere einer Rotation, des Bearbeitungswerkzeugs eine besonders kurze Bremszeit, ermittelt zwischen einem Auslösen eines Bremsvorgangs bis zum Stoppen des Bearbeitungswerkzeugs (= Eingreifzeit der Klauenkupplung), er reicht. Insbesondere beträgt diese maximale Bremszeit At < 5 Millisekunden, ins besondere At < 3,0 Millisekunden, ganz insbesondere At < 1,5 Millisekunden. So mit kann die Sicherheit eines Benutzers der Werkzeugmaschine deutlich erhöht werden.

In einem Ausführungsbeispiel der Werkzeugmaschine weist diese ferner eine Sen sorplatte auf, die eine Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerkzeugs durch einen Benutzer, insbesondere einen Kontakt menschlicher Haut mit dem Bearbeitungswerkzeug, detektiert. Eine Elektronik der Werkzeugmaschine bestromt nach dem Detektieren einer Annäherung oder Berührung des Bearbei tungswerkzeugs durch einen Benutzer das Aktorelement, welches einen Brems vorgang auslöst. Das Aktorelement kann in einem Ausführungsbeispiel als eine Hubeinheit ausgebildet sein, welche zumindest einen der zwei Klauenkupplungs teile der Klauenkupplung aktiv bewegt, um die beiden Klauenkupplungsteile bei einem Bremsvorgang miteinander in Eingriff zu bringen und derart eine Rotation der Welle zu stoppen, insbesondere zu blockieren. Dabei wird unter einer„Hubein heit“ ein oder mehrere Elemente verstanden, welche bei Anlegen einer Aktivie rungsenergie, beispielsweise in Form eines elektrischen Stroms, in der Lage sind, sich axial schlagartig auszudehnen und zumindest ein Klauenkupplungsteil der Klauenkupplung schlagartig, insbesondere in weniger als 5 Millisekunden, axial zu bewegen, um die beiden Klauenkupplungsteile miteinander in Eingriff zu bringen. Derartige Hubeinheiten oder auch andere Aktorelemente sind dem Fachmann aus dem Stand der Technik bekannt.

Zeichnungen

Die Erfindung ist anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbei spielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen. Gleiche Bezugszei chen in den Figuren bezeichnen gleiche Elemente.

Es zeigen:

Figur 1: eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine in perspektivischer

Darstellung,

Figur 2: eine Schnittdarstellung durch Teile der Werkzeugmaschine samt erfindungsgemäßer Sicherheitsvorrichtung und Bremsvorrichtung in schematischer Darstellung,

Figur 3: eine erfindungsgemäße Bremsvorrichtung in schematischer Dar stellung.

Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Werkzeugmaschine 10, realisiert als Hand kreissäge 10a. Es sei darauf hingewiesen, dass die Ausführungen nicht auf eine Handkreissäge 10a beschränkt zu verstehen sind, sondern die den Ausführungen zu Grunde liegenden technischen Lehren prinzipiell auch auf beliebige andere, ei nem Fachmann sinnvoll erscheinende Werkzeugmaschinen, insbesondere bei spielsweise Bohrmaschinen, Rasenmäher, Motorsensen oder dergleichen über tragbar sind. Die Handkreissäge 10a umfasst ein erstes Gehäuse, welches als Motorgehäuse 12 ausgebildet ist, und ein zweites Gehäuse 14. Die Handkreissäge 10a weist ei nen Handgriff 16 und eine Grundplatte 18 zur Führung der Handkreissäge 10a auf. Die Handkreissäge 10a weist zu ihrer Energieversorgung einen Netzanschluss (hier nicht näher dargestellt) auf. In einer alternativen oder zusätzlichen Ausfüh rungsform der Handkreissäge 10a kann auch ein stromnetzunabhängiger Betrieb der Handkreissäge 10a unter Verwendung eines Akkumulators vorgesehen sein.

Das Motorgehäuse 12 umschließt einen Innenraum, in dem zumindest ein Motor 22 in Form eines elektromotorischen Antriebs angeordnet ist. Wie in Figur 2 dar gestellt, treibt der Motor 22 über eine Motorwelle 24 und eine Welle 26, insbeson dere eine Abtriebswelle, ein Bearbeitungswerkzeug 28 (vgl. Figur 1) bei einem Ar beitsvorgang drehend an. Das Bearbeitungswerkzeug 28 ist hier als Sägeblatt, insbesondere als Kreissägeblatt, ausgebildet. Eine Sägeblattabdeckung 30 schützt vor einer Berührung des Bearbeitungswerkzeugs 28 und vor durch das Bearbeitungswerkzeug 28 ausgeschleuderte Werkstückspäne eines Werkstücks (vgl. Figur 1).

Eine Sicherheitsbremsvorrichtung 32 ist zum Bremsen des Bearbeitungswerk zeugs 28 vorgesehen, sobald eine Berührung oder Annäherung eines menschli chen Körperteils, wie beispielsweise einer Hand, mit einem Sensor 34 der Hand kreissäge 10a detektiert wird. Der Sensor 34 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch einen kapazitiv messenden Sensor realisiert. Der Sensor 34 ermöglicht eine Detektion eines sich dem Bearbeitungswerkzeug 28 nähernden Körperteils auf Grund kapazitiver Messungen (beispielsweise mittels eines Wechselfelds), wobei in Folge einer Detektion ein Detektionssignal erzeugt und an eine Steuervorrich tung der Handkreissäge 10a ausgegeben wird (Kabelverbindung in Figur 2 zwi schen Sensor 34 und Elektronik 102).

Die Sicherheitsbremsvorrichtung 32 umfasst ein Aktorelement 36, welches dazu vorgesehen ist, in Folge einer Detektion einer Berührung oder einer Annäherung eines menschlichen Körperteils an das Bearbeitungswerkzeug 28 einen Brems vorgang auszulösen. Dabei wird, ausgelöst durch Empfang des Detektionssignals von dem Sensor 34, von einer hier nicht näher dargestellten Elektronik 102 der Sicherheitsbremsvorrichtung 32 ein Stromfluss durch das Aktorelement 36 initiiert, in Folge dessen das Aktorelement 36 einen Bremsvorgang auslöst, indem das Ak torelement 36 auf die ordnungsgemäße Funktionalität (d.h. die Rotation) der Welle 26 einwirkt und diese bremst oder stoppt.

Figur 2 zeigt ferner ein auf der Motorwelle 24 angeordnetes erstes Zahnrad 38, welches mit einem auf der Welle 26 angeordneten zweiten Zahnrad 40 kämmt. Derart bilden erstes Zahnrad 38 und zweites Zahnrad 40 eine Sicherheitskupplung sowie eine Getriebestufe. Insbesondere schützt die Sicherheitskupplung den Mo tor 22 vor einem Schaden, der durch ein Blockieren des Bearbeitungswerkzeugs hervorgerufen werden kann. Ferner kann mittels der Sicherheitskupplung die wäh rend eines Bremsvorgangs zu bremsende Masse und Energie verringert werden, indem die Motorwelle 24 von der Welle 26 entkoppelt wird. Derart kann eine be sonders kurze Bremszeit ermöglicht werden. In dem dargestellten Ausführungs beispiel ist die Sicherheitskupplung dazu vorgesehen, bei Überschreiten eines Schwellwerts des übertragenen Drehmoments von mindestens 5 Nm, maximal 12 Nm, bevorzugt 10 Nm, die Motorwelle 24 von der Welle 26 zu entkoppeln.

Die Sicherheitsbremsvorrichtung 32 umfasst ferner eine Bremsvorrichtung 42 zum Bremsen des mittels des Motors 22 über die Welle 26 angetriebenen Bearbei tungswerkzeugs 28 bei einer Annäherung oder Berührung des Bearbeitungswerk zeugs 28 durch einen Benutzer. Die Bremsvorrichtung 42 ist als zumindest zwei teilige Klauenkupplung mit einem ersten Klauenkupplungsteil 44 und einem zwei ten Klauenkupplungsteil 46 ausgebildet, wobei der erste Klauenkupplungsteil 44 auf der Welle 26 im Wesentlichen drehfest und axial beweglich angeordnet ist. Der zweite Klauenkupplungsteil 46 ist im Wesentlichen drehfest, insbesondere im We sentlichen unbeweglich, bezogen auf die Werkzeugmaschine, d.h. bezogen auf das Motorgehäuse 12, angeordnet. Der erste Klauenkupplungsteil 44 und der zweite Klauenkupplungsteil 46 weisen jeweils mehr als ein Verzahnungselement 48 auf, die dazu vorgesehen sind, bei einem Bremsvorgang ineinander in Eingriff zu stehen (vgl. Figur 3) und derart eine Rotation der Welle 26 zu bremsen, insbe sondere zu stoppen. Bei einem Bremsvorgang wird das erste Klauenkupplungsteil 44 in Richtung des zweiten Klauenkupplungsteils 46 axial entlang der Welle 26 bewegt (in Richtung 100). Durch die axiale Bewegung des ersten Klauenkupplungsteils 44 zu dem zweiten Klauenkupplungsteil 46 wird eine Kupplung von erstem Klauenkupplungs teil 44 und zweitem Klauenkupplungsteil 46 durchgeführt, d.h. die Kupplung wird geschlossen. Die Verzahnungselemente 48 des ersten Klauenkupplungsteils 44 und des zweiten Klauenkupplungsteils 46 greifen folglich ineinander und bilden einen Formschluss. Auf Grund des Formschlusses wirkt ein der Rotation der Ab triebswelle entgegen gerichtetes Drehmoment zwischen erstem Klauenkupplungs teil 44 und zweitem Klauenkupplungsteil 46. Folglich wird die Rotation der Ab triebswelle und des ersten Klauenkupplungsteils 44 gebremst, insbesondere ge stoppt oder blockiert.

Im Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird das erste Klauenkupplungsteil 44 mittels des Aktorelements 36 axial bewegt. Das Aktorelement 36 ist hier als eine Hubein heit ausgebildet, welche, ausgelöst durch einen Stromfluss durch die Hubeinheit, eine Hebelbewegung ausführt, wobei der erste Klauenkupplungsteil 44 in axialer Richtung 100 bewegt wird. Die Hebelbewegung findet in einer Zeit unter 5ms, ins besondere unter 1,5 ms, statt.

In Figur 3 ist die Bremsvorrichtung 42 vergrößert und auf die wesentlichen Bauteile reduziert dargestellt. Die Bremsvorrichtung 42 weist zumindest ein erstes Klauen kupplungsteil 44 und ein zweites Klauenkupplungsteil 46 auf. Beide Klauenkupp lungsteile 44, 46 weisen Verzahnungselemente 48 auf, zwischen denen sich je weils Ausnehmungen 50 befinden. Das Verhältnis der Anzahl a der Verzahnungs elemente 48 des ersten Klauenkupplungsteils 44 zu der Anzahl a der Verzah nungselemente 48 des zweiten Klauenkupplungsteils 46 beträgt eins (gleiche An zahl, jeweils acht). Ein maximaler Winkelabstand A _ma x von zueinander benachbar ten Verzahnungselementen 48 des ersten Klauenkupplungsteils 44 und des zwei ten Klauenkupplungsteils 46 ist in Abhängigkeit von einer maximalen Drehzahl der Welle 26 bestimmt. Die maximalen Drehzahl der Welle 26 in beschriebenem Aus führungsbeispiel beträgt 5000 Umdrehungen pro Minute. Der maximale Winkelab stand A _max ist hier gemäß der Funktion A _max = U[rps] 360° At gegeben, wobei eine maximal zu tolerierende Bremsdauer At (ab Auslösung des Aktorelements) weniger als 1,5 Millisekunden betragen soll. Demnach ergibt sich als maximaler Winkelabstand A _max von zueinander benachbarten Verzahnungselementen 48 des ersten Klauenkupplungsteils 44 und des zweiten Klauenkupplungsteils 46 jeweils 45°.

Ferner ist die Anzahl a der Verzahnungselemente 48 des ersten Klauenkupplungs teils 44 und des zweiten Klauenkupplungsteils 46 gemäß der Funktion a = ^/e/U[rpm] gegeben, mit den Konstanten g = 1,377 und e = 79606, sodass sich die Anzahl zu (gerundet) acht ergibt. Die Breite ß (maximale Breite in Umlaufrichtung oder Rotationsrichtung) der Verzahnungselemente 48 des ersten Klauenkupp lungsteils 44 und des zweiten Klauenkupplungsteils 46 ist in Abhängigkeit von der Anzahl (acht) der Verzahnungselemente 48 definiert und beträgt gemäß der Funk tion ß = Q a ^~ ° mit Q = 218 und s = 1,311 ca. fünfzehn Grad.