CN107407357A - 制动执行器 - Google Patents

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Abstract

一种制动执行器，该制动执行器用于使制动块或制动垫(9)与车辆的旋转部件制动地接合，所述制动执行器具有产生线性制动力的弹簧装置(24)。偏心机构(21，23，25)设置在从弹簧装置(24)到制动块或制动垫(9)的制动力传递链中，并且设置有电机(2)以控制所述机构中的偏心件(25)的角位置以及因此控制从弹簧装置(24)传递的制动力。

Description

制动执行器
技术领域
本发明涉及一种用于将制动块或制动垫与车辆的旋转部件制动地接合的制动执行器，所述制动执行器包括产生线性制动力的弹簧装置。本发明还涉及包括所述制动执行器的车辆。
背景技术
在制动技术中经常使用强大(powerful)的弹簧装置来产生驻车制动力。例如，可以通过气动或液压压力来压缩弹簧装置。当该压力降低时，弹簧装置被布置成将制动器应用于停车或紧急情况。这种布置通常被称为弹簧制动器。弹簧制动器可以与气动或液压行车制动执行器组合。
还已知在制动技术中利用强大的弹簧装置进行行车制动。同样在这种情况下，弹簧装置可以通过例如气动或液压压力来保持压缩。当该压力降低时，弹簧装置被布置成应用制动器以降低车辆速度，即行车制动。这种行车制动可以称为反向制动(inversebrake)。
这种制动的问题在于，通常由气动或液压压力控制由弹簧产生的行车制动力可能是复杂的，并且不以所需的速度和精度进行。
还要考虑到，现有技术中倾向于越来越多地使用电力来控制和驱动车辆上的不同功能。
WO2004031607A涉及一种特别用于轨道车辆制动器的制动张紧装置，所述装置包括用于张紧和释放制动器的制动执行器，以及用于将制动执行器输出的能量转换成制动张力运动的力转换器。力转换器包括设置在动力传动系中的剪切力测量螺栓，并且设置有用于直接或间接测量制动力的至少一个测量传感器。螺栓形成铰接的铰接轴，该铰接轴穿过力转换器的能够相对于彼此枢转的至少两个力传递元件的通道开口。设置有径向内边缘凹部的衬套径向布置在力传递元件的至少一个开口和剪切力测量螺栓之间。另外，弹簧装置被布置成在制动信号失效的情况下应用制动器。但是，该弹簧在完全受上述制动执行器控制的普通制动状态下不起作用。
在US4334711A中，描述了一种用于铁路车辆的“雪地制动(snow brake)”控制系统。在控制系统中，电子定时电路响应于操作者的制动阀装置被移动到其制动器释放位置而工作，提供通过继电器开关作用的输出信号以使电磁阀端点，该电磁阀通常中断“雪地制动”控制压力向系统继电阀的传递，以在预定时间段内防止“雪地制动”操作一段，所述时间足以允许车辆制动单元释放制动器，由此实现制动单元松紧调节器机构的操作。当时间段到期时，定时电路输出信号消失，并且在制动释放期间的剩余时间内，电磁阀通电以重新建立“雪地制动”控制压力，以保持轻刹车应用有效。该制动控制系统的重点是“雪地制动特征”，防止制动块上形成冰块。但是，US4334711A对制动执行器本身的设计没有任何意见，因此不能向希望设计制动执行器的技术人员提供信息。
CN10321597A公开了一种制动装置，其中弹簧布置成在制动执行器发生故障的情况下提供制动力。该文件也没有涉及制动执行器本身的设计。
DE19617796A描述了一种制动执行器，其中制动力由两个协作单元之间的梯形螺纹接合产生，它们之间的距离可以通过旋转梯形螺纹接合而改变。
DE19851668A公开了一种使用非线性楔形件/弹簧组合来实现可控制动力应用的制动执行器。楔形件的运动由电动电机控制。
US4175645A涉及一种用于车辆，特别是轨道车辆的制动执行器，其在功率损失期间被自动应用并且是电气可重置的。制动器具有偏心构件，其与用于致动制动力的可控弹性构件协作。
WO2014189089描述了一种制动执行器，其包括组合的弹簧/偏心机构，用于通过执行器控制传递的制动力。
发明内容
本发明的目的是减轻或消除上述缺陷。因此，这里的教导涉及特别是用于轨道车辆的反向行车制动器(inverse service brake)，其中弹簧装置的压缩不直接由气动或液压压力(车辆上甚至可能没有气动或液压压力可用)控制，并且其中上述和其他问题得到解决或至少减少。
上述目标，以及在以下描述中将出现的其他目标现在已通过所附独立权利要求中阐述的概念来实现；在相关的从属权利要求中限定了优选实施例。
一方面，本发明提供了一种制动执行器，其包括从弹簧装置到制动块或制动垫的制动力传递链中的偏心机构；以及用于控制所述偏心机构中的偏心件的角位置以及因此控制从所述弹簧装置传递的制动力的电机。
另一方面，本发明提供了一种用于将制动块或制动垫与车辆的旋转部件制动地接合的制动执行器。制动执行器包括产生线性制动力的弹簧装置和将所述弹簧装置和所述制动块或制动垫相互连接的偏心机构。此外，制动执行器具有用于控制偏心件的角位置的电机，其控制所述偏心机构沿着由所述弹簧装置产生的力的方向的运动，并且由此控制从所述弹簧装置传递到所述制动块或制动垫的制动力。
电机通常是电动旋转电机，但也可以是电动直线电机，或者甚至是由任何介质提供动力的另一个电机。
电机的作用是控制偏心机构的位置，这意味着只需要有限的功率，并提高速度和精度。
这里阐述的概念的原理可以用于盘式制动或块式制动，但是在实际情况下，制动执行器用于轨道车辆的盘式制动器。这里，该装置包括用于沿制动施加方向偏置驱动桥的弹簧装置，所述驱动桥连接至制动块以与车辆的制动盘制动接合，并通过偏心件，优选凸轮，在该方向上被控制在其位置上，所述偏心件延伸穿过驱动桥中的开口并且布置在控制轴上，所述控制轴相对于制动执行器的壳体被轴颈支承，并且连接至电机，优选为电动旋转电机。
在这种情况下，弹簧装置可以是由制动执行器的壳体的盖支撑的压缩弹簧，并且控制轴可以轴颈支承在盖的轴支撑件中。
电机的功能主要是控制偏心件或凸轮的位置，这意味着只需要有限的旋转。为此，优选地在电动电机和其输出驱动小齿轮之间设置减速齿轮。减速齿轮可以包括行星减速齿轮。
驱动小齿轮可以与控制轴上的齿轮啮合。为了进一步减速，该齿轮优选地具有比驱动小齿轮大得多的直径。
在实际的实施例中，驱动桥可以与闸瓦托连接，闸瓦托又可以连接到制动块。制动垫可以连接至制动垫保持器，制动垫保持器通过可枢转地附接至壳体的制动杆与闸瓦托连接。
测压元件可以布置在驱动桥和闸瓦托之间。该测压元件的目的优选为感测传递的制动力并且控制电动电机的操作以获得期望的制动特性。
制动执行器可以设置有内置的松紧调节装置，以形成所谓的制动单元。如本领域所公知的，松紧调节装置的目的是补偿制动垫(或制动块)和制动盘(或轮)的磨损。在实际的实施例中，这种松紧调节装置设置在驱动桥和闸瓦托之间。
在实际的实施例中，松紧调节装置包括连接到闸瓦托的螺母杆，该螺母杆设置有外螺纹螺母部分。螺母部分与连接到驱动桥的可旋转调节管内螺纹啮合。调节管布置成通过电磁离合器、锥齿轮和与调节管花键连接的调节管齿轮由电动电机驱动。
在另一方面，提供了一种车辆，所述车辆特别是轨道车辆，所述车辆包括制动执行器，所述制动执行器配置为使制动块或垫与车辆的旋转部件制动地接合。
附图说明
以下将参照附图更详细地描述本文的教导，其中
图1是机电盘式制动单元的等距视图，
图2是相同单元的顶视图，其中某些部分以截面显示，以及
图3是与图1和图2所示盘式制动单元具有相同原理的块式制动单元的示意图。
具体实施方式
首先参考图1，机电盘式制动单元通常包括主体1，主体1中包含用于将旋转运动转换成纵向运动的机构，并且电动旋转电机2附接到主体1。
如本领域公知的，这种制动单元用于安装在车辆的底架下，通常是轨道车辆(未示出)，安装在制动盘D(图2中的虚线)附近，制动盘D安装到旋转部件，通常是车辆的轮轴上，并且与制动单元制动地配合。
制动盘接合组件3以在行车过程中允许制动盘D相对于主体有少量轴向运动的方式连接到主体1。
用于在车辆中安装制动单元的设计不构成本文所阐述的概念的一部分，并且不进一步示出和描述。
接下来主要参照图2，主体1具有壳体4和与壳体4连接的盖子5。电机2也与壳体4连接。
设置有可更换制动垫7的第一制动垫保持器6是制动盘组件3的一部分。具有可替换的制动垫9的第二制动垫保持器8可滑动地布置在附接到第一制动垫保持器6的导杆10上。制动杆11在其中心部分枢转地连接到制动盘组件3。制动杆11的附图中的左侧端部枢转地连接到第二制动垫保持器8，而在附图中的右侧端部枢转地连接到闸瓦托12。复位弹簧13布置在两个制动垫保持器6，8之间的导杆10周围，用于偏压它们分开。
通过这种设计，闸瓦托12在图1中的向下运动将使第二制动垫保持器8沿朝向第一制动垫保持器6的方向移动，以实现制动垫7和9与在这些垫之间旋转的制动盘D的制动接合。然后由复位弹簧13进行返回运动。
电动电机2具有与可旋转的行星轮15齿轮啮合的输出旋转轴14(图2)，行星轮在其外周与固定环轮16齿轮啮合。行星轮15被轴颈支承(journalled)在行星架17中，优选地由主体1中的径向球轴承18轴颈支承。行星架17设置有输出驱动小齿轮19，通过所述行星齿轮，所述驱动小齿轮19的转速相对于电机2的转速显著降低。
但是，电机2和输出驱动小齿轮19之间的减速齿轮可以是不同的设计。
优选地具有比驱动小齿轮19大得多的直径的齿轮20与驱动小齿轮19齿轮啮合。圆柱形的控制轴21被轴颈支承为在盖5中的两个轴支撑件22中旋转。
驱动桥23由壳体4和盖5引导，以在图2中进行向下和向上的纵向移动。强力压缩弹簧24布置在驱动桥23和盖5之间，以用于施加图2中的向下制动施加力，下文中将更清楚地显示。
控制轴21的中心部分形成为与驱动桥23中的开口配合的偏心件或凸轮25，所述开口的形状使得控制轴21与其偏心件25的从所示的驱动桥23位于其最上部位置的静止位置的旋转，并且压缩的弹簧将使得驱动桥23能够在弹簧24的作用下在图2中稍微向下移动。由于在驱动桥23和闸瓦托12之间存在机械连接(待描述)，这样的移动可以导致闸瓦托12的向下运动和制动杆11在制动施加方向上的枢转运动。
部件21，23，25可以一起称为偏心机构。
闸瓦托12设置有在图2中向上延伸的螺母杆26。该螺母杆26设置有与可旋转调节管27内螺纹啮合的外螺纹螺母部分26'。
在驱动桥23中的适当隔室中，调节管27上方设置有活塞28、压力介质29和压力传感器3。在该装置运行期间，来自驱动桥23的力通过压力介质29、活塞28、调节管27和具有其螺母部分26'的螺母杆26相应地传递到闸瓦托12。传递的力由压力传感器30检测，用于控制电动电机2的操作，以获得期望的制动特性。
部件28-30可以一起称为测压元件。
可旋转的调节管27(与螺母杆26的螺母部分26'接合)是现在要描述的松紧调节装置的一部分。
通过电磁离合器31与驱动小齿轮19选择性连接的是与调节管齿轮33形成直角齿轮的锥齿轮32。该齿轮33具有到调节管27的花键连接，使得齿轮33的旋转将带动调节管27旋转，但允许相对的轴向移动。在图2中有一个压缩弹簧34使齿轮33向下偏压。
当偏心件25的旋转运动被指示为相对于期望的制动力来说太长时(这表明制动垫7，9磨损)，电磁离合器31将接合，使得旋转运动通过直角齿轮32，33从驱动小齿轮传递至调节管27，将螺母杆26以及闸瓦托12稍微向下推动，以补偿制动垫7，9和制动盘D的磨损。
部件26，26'，27，31-34可以一起称为松紧调节装置。
示例性的块式制动单元在图3中示意性地描述。图中示出了壳体40，其具有用于将制动单元附接到要制动的轨道车辆的耳状物40'。在壳体40中，偏心机构41可轴向移动，由强大的弹簧42作用。如下所述，由偏心机构41控制，来自弹簧42的力可以通过测压元件43和松紧调节装置44传递至制动块45，制动块45将制动地施加到车辆的车轮W上，在该车轮上安装有制动单元。
偏心机构41具有轴46，该轴46被轴颈支承为在壳体40中旋转并且可以通过电机(未示出)旋转。偏心机构41设置有用于允许其轴向移动的开放侧面或轴向长孔。偏心件在这里被示出为包含在偏心机构41中的横向槽41'中的辊47。辊47连接到杆48，杆48与轴46连接。通过借助电机使轴46旋转角度α，偏心组件41将被允许在弹簧42的作用下在图中向前或向左移动。此外，辊47本身可以通过其与槽41'的左侧接合而产生图中向左的制动力。
在所述两个实施例中使用一个或多个压缩弹簧24，42，但是通常可以使用任何弹簧装置。
用于控制偏心机构的装置被示出和描述为电动旋转电机，但是通常可以使用任何电机。
本发明的教导已经通过盘式制动单元和示意性块式制动单元来示例，但是通常理论上该概念可以体现在任何制动执行器(无测压元件和/或松紧调节装置)中。
电动电机被描述成为偏心件或凸轮提供旋转控制运动，但是设计使得来自电机的力可以作为制动力被添加到弹簧装置的力上。
所描述的实施例的有利方面是，由于偏心机构靠近其平衡(如图3所示)的设计，来自弹簧装置的强大的力可以由小型电机控制。

Claims (12)

1.一种制动执行器，该制动执行器用于将制动块(45)或制动垫(9)与车辆的旋转部件(W；D)制动地接合，所述制动执行器包括产生线性制动力的弹簧装置(24；42)，其特征在于，从所述弹簧装置(24；42)到所述制动块(45)或制动垫(9)的制动力传递链中的偏心机构(21，23，25；41)；以及用于控制所述偏心机构(21，23，25；41)中的偏心件(25；47，48)的角位置以及因此控制从所述弹簧装置(24；42)传递的制动力的电机(2)。
2.根据权利要求1所述的制动执行器，其中，该制动执行器用于将制动块(45)或制动垫(9)与车辆的制动盘(D)制动地接合，所述制动执行器包括用于沿制动施加方向偏置驱动桥(23)的所述弹簧装置(24)，所述驱动桥(23)连接至所述制动垫(9)，并通过所述偏心件在所述方向上被控制在其位置上，所述偏心件优选为凸轮(25)，所述偏心件延伸穿过所述驱动桥(23)中的开口并且布置在控制轴(21)上，所述控制轴(21)相对于所述制动执行器的壳体(4)被轴颈支承，并且连接至电机，所述电机优选为电动旋转电机(2)。
3.根据权利要求2或3所述的制动执行器，其中，所述弹簧装置由所述制动执行器的所述壳体(4)的盖(5)支撑，所述弹簧装置优选为压缩弹簧(24)，并且其中所述控制轴(21)轴颈支承在所述盖(5)的轴支撑件(22)中。
4.根据权利要求2所述的制动执行器，其中，在所述电动电机(2)和所述电动电机(2)的输出驱动小齿轮(19)之间设置有减速齿轮(14-18)。
5.根据权利要求4所述的制动执行器，其中，所述减速齿轮包括行星减速齿轮(14-18)。
6.根据权利要求4或5所述的制动执行器，其中，所述驱动小齿轮(19)与所述控制轴(21)上的齿轮(20)齿轮啮合。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的制动执行器，其中，所述驱动桥(23)与闸瓦托(12)连接，所述闸瓦托(12)与所述制动垫(9)连接。
8.根据权利要求7所述的制动执行器，其中，所述制动垫(9)附接至制动垫保持器(8)，所述制动垫保持器(8)通过枢转附接至制动盘接合组件(3)的制动杆(11)与所述闸瓦托(12)连接。
9.根据权利要求7所述的制动执行器，其中，所述驱动桥(23)和所述闸瓦托(12)之间布置有测压元件(28-30)，所述测压元件(28-30)优选配置为检测向所述闸瓦托(12)传递的制动力。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的制动执行器，其中，所述驱动桥(23)和所述闸瓦托(12)之间布置有松紧调节装置(26，26'，27，31-34)。
11.根据权利要求10所述的制动执行器，其中，具有外螺纹螺母部分(26')的螺母杆(26)连接至所述闸瓦托(12)，所述螺母部分(26')与连接到所述驱动桥(23)的可旋转的调节管(27)内螺纹啮合，并且所述调节管(27)布置成通过电磁离合器(31)、锥齿轮(32)和与所述调节管花键连接的调节管齿轮(33)由电动电机(2)驱动。
12.一种车辆，其特征在于，所述车辆特别是轨道车辆，所述车辆包括根据前述权利要求中任一项所述的制动执行器，所述制动执行器配置为使制动块(45)或制动垫(9)与所述车辆的旋转部件(W；D)制动地接合。
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