CN103109104A - 电动制动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制动器，具有至少一个制动操作元件，所述制动操作元件与行星式滚子丝杠单元和电动的驱动装置操作连接，以便在制动操作元件的制动位置和轴向错开的非制动位置之间调节制动操作元件，其中行星式滚子丝杠单元具有多个在圆周方向上分布地设置的螺纹滚子，这些螺纹滚子一方面与抗旋转地与电动的驱动装置相连的丝杠元件处于螺纹嵌接，另一方面与位置固定地设置的壳体处于螺纹嵌接，各螺纹滚子绕其自身的轴线和绕丝杠元件的轴线能旋转地设置，螺纹滚子的轴线分别平行于丝杠元件的轴线，其中，制动操作元件仅与丝杠元件耦合。

Description

电动制动器
技术领域
本发明涉及一种用于例如风力发电设备的制动器，具有至少一个制动操作元件，所述制动操作元件与一行星式滚子丝杠单元和电动的驱动装置操作连接，以便在制动操作元件的制动位置和轴向错开的非制动位置之间调节制动操作元件，其中行星式滚子丝杠单元具有多个在圆周方向上分布地设置的螺纹滚子，所述螺纹滚子一方面与不可相对旋转地与电动的驱动装置相连的丝杠元件处于螺纹嵌接，另一方面与位置固定地设置的壳体处于螺纹嵌接，螺纹滚子绕其自身的轴线和绕丝杠元件的轴线能旋转地设置，各螺纹滚子的轴线分别平行于丝杠元件的轴线。
背景技术
由WO 03/076818A1已知一种风力发电设备，其中作用在制动盘上的制动操作元件（制动块）与电动的驱动装置耦合，以便往复运动。所述电动的驱动装置包括电机，所述电机通过杠杆与将摆动运动转换成轴向运动的传动装置耦合。所述传动装置可以构造成丝杠传动装置或滚珠丝杠传动装置或行星式滚子丝杠机构。所述传动装置包括能轴向移动并且抗旋转地在壳体中被引导的丝杠元件，制动操作元件固定地设置在所述丝杠元件的一个端部上。这种已知的制动器是不利的，因为电机和丝杠元件之间的摆动杠杆耦合形成一个力传递链，这种力传递链导致较低的效率。此外，这种制动器具有较大的结构体积。
由EP 1 837 555A1一种具有直接作用的电动致动器的制动器，所述致动器将电动驱动装置的旋转运动直接转换成一个体部的轴向运动，所述体部使作用在制动盘上的制动操作元件（制动块）在制动位置和非制动位置之间往复运动。作用在制动操作元件上的体部构造成行星式滚子丝杠单元的螺纹滚子，所述螺纹滚子一方面与电机的构造成丝杠元件的转子轴螺纹嵌接，另一方面与位置固定地设置的环形壳体螺纹嵌接。螺纹滚子绕其自身的轴线以及作为行星滚动体绕丝杠元件的轴线能旋转地设置。行星滚动体的轴线平行于丝杠元件的轴线延伸。这种已知的制动器使得可以节省位置地实现对制动操作元件的直接力作用。但这种已知的制动器的不利之处在于，力传递流直接从螺纹滚子经由两个轴向轴承延伸到制动操作元件上；与此同时，螺纹滚子设置成施加力的。所述轴承必须设计得非常精确，以便确保制动操作元件同步的往复运动。附加地，为了将制动操作元件定位在中央，还需要波纹管。
发明内容
本发明的目的在于，这样改进所述制动器，以较小的耗费产生较高的压力，同时确保较高的效率和较小的结构体积。
为了实现所述目的，与权利要求1的前序部分相结合，本发明特征在于，制动操作元件只与丝杠元件耦合。
本发明的特别的优点在于，通过行星式滚子丝杠单元在利用较高的效率的情况下向制动操作元件传递较高的压力。由此实现了简单且可靠的力导入，其中力传递流由抗旋转地与电动驱动装置耦合的丝杠元件传递到制动操作元件上。行星式滚子丝杠单元的螺纹滚子仅起传递力的作用，而不起施加力的作用。通过行星式滚子丝杠单元，可以产生较高的压力和拉力。电动驱动装置具有较低的降速比，这降低了位置需求和成本。
根据本发明的一个优选的实施形式，制动操作元件通过轴向轴承与丝杠元件相连。由此可以有利地降低用于力导入的耗费。优选沿力传递路径只需要唯一一个轴向轴承或唯一一个轴承单元，从而降低制造成本并可以保持维护成本较低。
根据本发明的一个改进方案，丝杠元件构成为钟罩状的，并具有底部和从底部突出的空心圆柱段，电动驱动装置的至少一部分设置在空心圆柱段中。根据应用场合，由此可以有利地将设计不同的电动驱动装置与丝杠元件或与行星式滚子丝杠单元耦合。
根据本发明的一个改进方案，根据应用场合，在丝杠元件的空腔中可以设置电机或电机-传动装置单元。电动的驱动装置因此能够设计成针对制动器的使用要求变化，而不必改变制动器的基本结构。
根据本发明的一个可选的实施形式，电动的驱动装置可以设置在壳体的外部，所述驱动装置优选可以通过齿轮传动装置或带传动装置与丝杠元件耦合。因此电动驱动装置有利地可以与丝杠元件的尺寸无关地配置。
根据本发明的一个改进方案，在一个共同的环形笼架中优选设置多个螺纹滚子，所述笼架具有凹口，用于螺纹滚子的螺纹嵌接。螺纹滚子沿轴向方向有利地能自由运动地支承。所述笼架使得实现了在丝杠元件的外侧和壳体的内侧之间的间隙中对螺纹滚子的改进的引导。
根据本发明的一个改进方案，电动的驱动装置和/或丝杠元件固定地与一罩壳连接，所述罩壳以纵向壁在外侧在壳体上沿轴向被引导地延伸。由此，可以有利地实现对丝杠元件或制动操作元件的对中的支承。
根据本发明的一个改进方案，罩壳和/或壳体具有检测元件，用于确定罩壳与壳体的沿轴向方向和/或沿圆周方向的相对位置。由此有利地可以与力矩相关和/或与位置相关地、例如与负载相关地实现关闭电机。例如检测元件可以用于识别制动操作元件的制动衬片磨损，并据此产生用于更换制动操作元件的相应的信号或用于提高作用在制动操作元件上的压力的相应的信号。检测元件优选设置在产生主力的平面内，从而可以无翘曲地进行检测。
根据本发明的一个改进方案，设置限位开关和与限位开关共同作用的凸块和/或弹簧元件作为检测元件。有利地由此可以与力相关地由于丝杠元件绕其轴线的旋转运动和/或由于丝杠元件的轴向运动实现制动器的关闭。
附图说明
下面结合附图详细说明根据本发明的实施例。
其中：
图1示出按本发明的第一实施例的制动器在非制动位置中的径向剖视图，
图2根据图1的制动器在制动位置中的径向剖视图，
图3示出根据图1的制动器在行星式滚子丝杠单元的区域内的轴向剖视图，
图4示出按本发明的第二实施例的制动器在制动位置中的径向剖视图，
图5示出按本发明的第三实施例的制动器在制动位置中的径向剖视图，以及
图6示出按本发明的第四实施例的制动器在制动位置中的径向剖视图。
具体实施方式
根据本发明的制动器1优选可以在风力发电设备中用于对风轮叶片进行制动。可选地，制动器1也可以在用于太阳跟踪装置的制动系统中使用或用于在机械制造领域或医疗技术中的制动系统中。
制动器1主要具有制动操作元件2（制动块）、与制动操作元件2耦合的行星式滚子丝杠单元3以及与行星式滚子丝杠单元3耦合的电动驱动装置4。
制动操作元件2一方面具有保持盘5，所述保持盘通过构造成滚针轴承的轴向轴承6与钟罩状的丝杠元件7耦合。另一方面，制动操作元件2保持盘5的在背离丝杠元件7的一侧具有制动衬片8，所述制动衬片在操作制动器1时，即在制动操作元件2轴向运动时由根据图1的非制动位置被带入根据图2的制动位置，即带入与制动盘9的压力贴靠位置。在制动盘9的背向制动操作元件2的一侧上设置另一个制动衬片8’，该制动衬片固定地与位置固定地设置的并包围丝杠元件7的壳体11的底脚10相连接。壳体11构造成环形壳体，该壳体的外部和/或内部的外壳壁至少部分地圆柱状地延伸。底脚10或环形壳体11由此构成制动钳。
钟罩状的丝杠元件7具有径向延伸的底部12以及在底部12的背向制动操作元件2的一侧上突出于底部的空心圆柱段13。电动的驱动装置4至少部分地设置在空心圆柱段13中。电动的驱动装置4可以只由电机构成，其驱动轴固定地与丝杠元件7和/或保持盘5连接。可选地，电动的驱动装置4也可以由电机和与电机耦合的齿轮传动装置组成，所述齿轮传动装置设置在电极和丝杠元件7的底部12之间。齿轮传动装置的输出侧的齿轮固定地与丝杠元件7和/或保持盘5连接。齿轮传动装置优选构造成行星传动装置，所述行星传动装置完整地嵌入丝杠元件7的空心圆柱段13内。电机优选部分地设置在所述空心圆柱段13中。
如图1和2所示，电动驱动装置4通过螺纹固定件14固定地法兰连接在丝杠元件7的底部12上。
电动的驱动装置4固定地与罩壳15连接，所述罩壳利用圆柱形的纵向壁16在行星式滚子丝杠单元3的高度上包围环形壳体11。通过设置在环形壳体11的外侧上的导向元件17，罩壳15相对于环形壳体11沿轴向方向被引导地设置。罩壳15因此通过导向元件17沿轴向方向以及沿圆周方向被引导地设置。在纵向壁16的自由端上，在纵向壁和环形壳体11之间设置环形密封件18。
行星式滚子丝杠单元3除了在空心圆柱段13上具有外螺纹的丝杠元件7以外还具有多个在圆周方向上分布设置的螺纹滚子19，这些螺纹滚子基本上在空心圆柱段13的外壁20和环形壳体11的内壁21之间的环形缝隙中延伸。螺纹滚子10构造成实心的和圆柱形的，并分别在一体的环形的笼架23的径向延伸的边界壁部22、22'之间延伸。笼架23的边界壁部22、22'分别具有开口，螺纹滚子19的自由端支承在这些开口中。优选分别在边界壁部22、22'之间延伸的螺纹滚子19具有外螺纹，从而这些螺纹滚子一方面与丝杠元件7的空心圆柱段13的外壁20螺纹嵌接，另一方面与环形壳体11的内壁21螺纹嵌接。螺纹滚子19一方面绕其自身的轴线能旋转地支承，另一方面绕丝杠元件7的轴线A能旋转地支承。由于丝杠元件7固定地或抗旋转地与电动驱动装置4的驱动轴相连，在操作电动的驱动装置4时，丝杠元件7和螺纹滚子19被置于旋转。由于螺纹滚子19与位置固定地设置的环形壳体11的螺纹嵌接，丝杠元件7的旋转运动与其轴向运动相叠加，从而丝杠元件7由根据图1的未制动位置可以轴向移动到根据图2的制动位置，在制动位置中制动衬片8、8'以预定的压力作用在制动盘9上。
至少在螺纹滚子19的区域内，壳体11局部构造成圆环形的。
在图2中，环形壳体11和制动盘9之间的力传递流程用箭头K表示。可以看到，力传递流通过丝杠元件7和轴向轴承6作用到制动操作元件2上。空心圆柱段13的外壁20、环形壳体11的内壁21以及螺纹滚子19具有这样的螺距，使得制动操作元件2在非制动位置和制动位置之间以及在制动位置和非制动位置之间移动规定的行程H。
可以看到，电动的驱动装置4与丝杠元件7同轴地设置。电动的驱动装置4至少部分地位于丝杠元件7的空心圆柱段13中，从而由行星式滚子丝杠单元3和电动的驱动装置4构成的结构单元具有紧凑的结构。
为了检测丝杠元件7相对于环形壳体11的沿轴向方向和沿圆周方向的相对位置，罩壳15和/或环形壳体11具有检测元件。为了确定罩壳15在根据图2的制动位置中的轴向位置，环形壳体11在朝向罩壳15的边缘上具有限位开关24，所述限位开关例如可以构造成微型开关。一旦罩壳15以其径向表面到达限位开关24的接触片25，则限位开关24触发对电动驱动装置4的关机或者触发在制动位置中对其的锁定。
此外，环形壳体11在圆周边缘上具有另一个限位开关26，该限位开关的接触销27与设置在罩壳15的纵向壁16的内侧的凸块28共同作用，使得识别到非制动位置，即丝杠元件7相对于环形壳体11的移出位置。在限位开关26被触发时，电动的驱动装置4被关闭。
为了与力相关地关闭电动的驱动装置4，附加地设有在圆周方向分布设置的多个限位开关29作为检测元件，该检测元件固定在环形壳体11的外圆周侧。各限位开关29的接触销30与轴向延伸的凸条31或点状的凸块共同作用，所述凸条或凸块设置在纵向壁16的内侧。在图3中还可以看到，罩壳15通过弹簧元件32沿圆周方向支承在环形壳体11上。因为限位开关29设置在环形壳体11的外部的圆周凹口中，所述限位开关能够从外面接近并且设置成易于操作的。一旦丝杠元件7或罩壳15绕纵轴线A旋转了预先规定的角度α，则限位开关29被触发并可以由此根据转角关闭电动的驱动装置4。
通过所述的检测元件因此确保了与旋转位置和/或纵向位置相关地关断丝杠元件7。由此特别是可以简单地在制动衬片8、8'磨损时进行预调节或补充调节。
根据本发明的按图4至6的另一个实施形式，电动的驱动装置4也可以设置在壳体（环形壳体11）的外部。
根据本发明的按图4的实施形式，电动的驱动装置4通过螺纹件39与构造成实心的丝杠元件1'连接。电动的驱动装置4与丝杠元件7'同心地支承。为了将电动的驱动装置4与实心的丝杠元件7'螺纹连接，罩壳15具有相应的中心孔。
各实施例的相同的构件或构件功能用相同的附图标记表示。
根据本发明的按图5的另一个实施形式，电动的驱动装置4通过齿轮传动装置40与丝杠元件7'耦合。电动的驱动装置4相对于丝杠元件7'平行错开地设置，所述电动的驱动装置通过支承元件42支承在罩壳15的纵向壁16上。电动的驱动装置4和其他实施例中一样具有电机和传动装置，所述传动装置与齿轮传动装置40的主动齿轮43耦合。主动齿轮43与相对于丝杠元件7'同轴设置的齿轮44相啮合，该齿轮优选通过螺纹件固定地与丝杠元件V的背向保持盘5的端侧相连。丝杠元件7和前面的实施例相同固定地与一销45耦合，该销与保持盘5一体地连接。齿轮44具有毂，通过所述毂齿轮与罩壳15固定连接。齿轮44可以力锁合和/或形锁合地与罩壳15连接。
根据本发明按图6的另一个实施形式，电动驱动装置4可以不是直接通过主动齿轮43与同轴于丝杠元件7’设置的轮46耦合，而是通过齿轮传动装置或带传动装置41或链传动装置与其耦合。在前面的实施例中，设置开放式的带传动装置41，传动带47一方面包围主动齿轮43，另一方面包围同轴于丝杠元件7’设置的带轮46。
本发明所述的实施例不是穷举的，而是相反具有用于说明本发明的示例性特性。例如前面所述的各特征也可以相互组合使用。

Claims (14)

1.一种制动器，具有至少一个制动操作元件，所述制动操作元件与行星式滚子丝杠单元和电动的驱动装置作用连接，以便在制动操作元件的制动位置和轴向错开的非制动位置之间调节制动操作元件，其中行星式滚子丝杠单元具有多个在圆周方向上分布地设置的螺纹滚子，这些螺纹滚子一方面与抗旋转地与电动的驱动装置相连的丝杠元件处于螺纹嵌接，另一方面与位置固定地设置的壳体处于螺纹嵌接，各螺纹滚子绕其自身的轴线和绕丝杠元件的轴线能旋转地设置，螺纹滚子的轴线分别平行于丝杠元件的轴线地设置，其特征在于，制动操作元件（2）仅与丝杠元件（7、7'）耦合。
2.根据权利要求1所述的制动器，其特征在于，至少所述丝杠元件（7、7'）通过行星式滚子丝杠单元（3）能相对于壳体（11）轴向运动地支承。
3.根据权利要求1或2的制动器，其特征在于，从电动的驱动装置（4）到制动操作元件（2）的力传递通过所述丝杠元件（7、7'）进行。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的制动器，其特征在于，所述丝杠元件（7、7'）固定地与电动的驱动装置（4）连接，丝杠元件（7、7'）和电动的驱动装置（4）相对于壳体（11）沿轴向和圆周方向被引导地设置。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制动器，其特征在于，制动操作元件（2）通过轴向轴承（6）与丝杠元件（7）连接。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制动器，其特征在于，丝杠元件（7）构成为钟罩状的，并具有底部（12）和在底部（12）的背向制动操作元件（2）的一侧从底部突出的空心圆柱段（13），用于容纳电动的驱动装置（4）的至少一部分，并且电动的驱动装置与丝杠元件同轴地设置。
7.根据权利要求6所述的制动器，其特征在于，电动的驱动装置（4）包括带有驱动轴的电机，所述驱动轴固定地与丝杠元件（7）连接，电机部分地或完全地设置在丝杠元件（7）的空心圆柱段（13）中；或者电动的驱动装置（4）包括电机和与电机耦合的齿轮传动装置，齿轮传动装置的输出侧的齿轮固定地与丝杠元件（7）连接，至少所述齿轮传动装置部分或完全地设置在丝杠元件（7）的空心圆柱段（13）中。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的制动器，其特征在于，电动的驱动装置（4）设置在壳体（11）的外面，电动的驱动装置（4）在丝杠元件（7'）的背向保持盘（5）的一侧固定地与丝杠元件连接；或者电动的驱动装置（4）通过齿轮传动装置（40）或通过开放式的带传动装置（41）或通过链传动装置与丝杠元件（7'）连接。
9.根据权利要求8所述的制动器，其特征在于，电动的驱动装置（4）相对于丝杠元件（7'）平行错开地设置，并且电动的驱动装置（4）支承在罩壳（15）上。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的制动器，其特征在于，各螺纹滚子（19）沿圆周方向分组地设置在环形的笼架（23）中。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的制动器，其特征在于，电动的驱动装置（4）和/或丝杠元件（7、7'）固定地与罩壳（15）连接，所述罩壳以纵向壁（16）在外侧通过壳体（11）上的导向元件（17）沿轴向被引导地设置。
12.特别是根据权利要求1至11中任一项所述的制动器，其特征在于，罩壳（15）和/或壳体（11）具有检测元件（24、25、26、27、28、29、30、31），用于确定罩壳（15）或丝杠元件（7）沿轴向方向和/或沿圆周方向相对于壳体（11）的相对位置。
13.根据权利要求12所述的制动器，其特征在于，在壳体（11）的朝向罩壳（15）的边缘上和/或在壳体（11）的圆周边缘上设置限位开关（24、26、29）作为检测元件，这些限位开关分别与设置在罩壳（15）的纵向壁（16）的内侧上的凸块（28、31）和/或与罩壳（15）的径向壁共同作用。
14.根据权利要求12或13所述的制动器，其特征在于，罩壳（15）沿圆周方向通过至少一个弹簧元件（32）支承在壳体（11）上。
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