CN112437849B - 制动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制动装置，该制动装置具有框架、至少一对彼此相对的制动元件、与每个制动元件可操作地连接的至少一个致动元件以及弹簧装置，其中，每个制动元件具有布置成一排的三个关节区段，并通过挠性轴承彼此连接，该挠性轴承的中间关节区段具有接触区段，并且邻接中间关节区段的两个关节区段分别通过挠性轴承一体地连接至框架，并通过所述弹簧装置将力施加在每个制动元件上，借助于该力，可将相应的接触区段以限定的力压在位于制动元件之间的待制动元件上，并且所述制动装置被设计为使得通过连续的能量输入到致动元件，可以在制动元件上产生抵消弹簧装置施加在制动元件上的力的力，并且当没有能量输入到致动元件时，后者施加在制动元件上的力被消除。

Description

制动装置
本发明涉及根据权利要求1至8所述的制动装置。
从US 8 534 429 B2中已知一种用于多相电动机的制动系统，其中，在该多相电动机的输出轴上放置有盘，该盘与由压电致动器驱动并具有杠杆传动装置的夹紧装置接触，其中通过在夹紧装置和盘之间的所述接触，由于产生的摩擦，可以实现多相电动机的位置的制动或保持。由此产生的优点是，不必为多相电动机提供电能来保持期望的位置，并且可以显著地节省能量。
然而，位于伺服电动机之外的外部制动系统也需要能量来维持夹紧接触或夹紧力。换句话说，只要多相电动机的位置要由制动系统保持，就有必要向压电致动器施加电压。这也导致能量损失，但是这比向多相电动机供应电能以保持期望的位置要少得多。另外，在电能供应中断的情况下，例如在断电的情况下，制动系统变得无效。
由DE 10 2012 107 362 A1已知一种用于制动轨道引导的运输装置的制动装置，尤其是用于升降机的制动装置。在该制动装置中，两个带有制动片并通过实心关节可枢轴转动地安装的制动杆可以压在布置在它们之间的导轨上。在一种运行模式中，电动机形式的致动器确保将制动杆或制动片抬离导轨，并形成气隙。在该运行模式中，电动机以一定的功率运行，电动机通过该功率永久地抵抗弹簧装置的力而工作，该弹簧装置将制动杆向彼此拉动，从而使制动装置保持打开并且使导轨的平稳地运动成为可能。如果在其他运行模式下启动了制动过程，则电动机功率持续降低，以使弹簧装置的力变得更占优势，从而确保了相对的制动杆彼此相对运动，最后制动片与导轨摩擦接触。电动机功率的持续降低导致制动片平缓地滑到导轨上。通过这种制动装置，在电源中断或电动机故障的情况下也可以进行紧急制动。但是，在这种情况下，由于弹簧力在突然失去电动机功率后立即起作用并以高速将制动杆向彼此推压，因此突然产生制动作用。
由DE 10 2012 107 362 A1已知的制动装置的一个缺点是其占用的安装空间较大。为了获得期望的高制动力，一方面，必须设计非常长的制动杆，另一方面，必须将制动片设计得较大，以使制动片与要制动的导轨之间具有较大的接触面。这也具有缺点，因为致动器和弹簧装置被布置为相对靠近制动杆的旋转点，从而为了获得更大的力，需要功率更大的电动机和产生大力的弹簧装置。另一个缺点是由电动机和弹簧装置产生的力的不对称作用，从而在某些情况下会向制动杆中引入不对称的力，从而在制动片和导轨之间产生不对称的摩擦力，这可能会导致刹车片的磨损不均匀，并降低制动功率。
因此，本发明的目的是提供一种制动装置，利用该制动装置尽管尺寸紧凑但仍可以实现高且均匀或对称分布的制动力。
该目的通过根据本发明的制动装置来实现。
在说明书的以下部分中有时与诸如角度、尺寸、位置、取向或方向之类的几何数据的说明一起使用的术语“基本上”，应理解为相应的几何数据与每种情况下指定的几何数据之间的偏差可能为+/-5％，其中，例如，该偏差是由于制造或装配公差引起的。
根据本发明的制动装置包括框架、至少一对彼此相对的制动元件、与相应的制动元件工作连接的至少一个致动元件以及弹簧装置。每个制动元件具有三个连续的关节区段，并通过挠性轴承相互连接，其中，中间关节区段具有接触区段，并且邻接中间关节区段的两个关节区段分别通过一个挠性轴承与框架连接。借助于弹簧装置，在相应的制动元件上施加力，通过该力，相应的接触区段可以以限定的力压向位于制动元件之间的待制动元件。
制动装置被设计成使得可以通过向致动元件中输入连续的能量而在制动元件上产生抵消弹簧装置施加在制动元件上的力的力，并且该力优选大于弹簧装置施加在制动元件上的力，从而可以完全去除或补偿该力。
当没有能量输入到致动元件中时，由致动元件施加在制动元件上的力被升高，使得仅由弹簧装置施加在制动元件上的力是有效的。这以高的力从两个相对侧将制动元件或其接触区段均匀地压在待制动元件上，并且制动元件与待制动元件的接触或接合确保防止待制动元件的意外运动或阻止制动元件的任何运动。
由于制动元件的特殊设计，即使是很小的弹簧力也会导致接触区段对待制动元件的高接触力，并且分别相同地分配给每个制动元件的致动器导致对称施加力，从而可以实现总体上较高的均匀或对称分布的制动力。
将每个致动元件设计为压电致动器可能是有利的，在该压电致动器中，可以通过电能输入来引起长度的变化，优选地，长度的增加。压电致动器特别具有以下优点：它们与HV(高真空)或甚至UHV(超高真空)兼容，并且没有磁性。另外，压电致动器的特点在于，它们在保持位置时仅具有低功耗，并且相应的热量产生也较低。当然，也可以使用其他电控致动元件，例如电动机，以在制动元件上施加相应的力。电磁、气动或液压操纵的致动元件也是可以想到的。
此外，制动装置具有杠杆传动装置是有利的。这使得可以实现传动装置的传动比，如果合适的话，仅传动元件的很小的行程，这尤其是在使用压电致动元件时获得的。
制动装置包括至少一个碟形弹簧、拉伸弹簧或至少一个拉伸弹簧区段也是有利的。因此，碟形弹簧或拉伸弹簧或拉伸弹簧区段的力的方向基本垂直于制动元件或基本平行于制动元件是有利的。由于碟形弹簧或拉力弹簧或拉力弹簧区段的力的相应作用方向，可以实现特别有利的力流，这增加了制动装置的功能安全性。当使用带有多个碟形弹簧组时，可以用很小的尺寸获得很高的弹簧力。
另外的优点是，两个制动元件均具有细长的形状，其中，致动元件基本上平行于制动元件的纵向延伸。
此外，有利的是，弹簧装置具有多个拉伸弹簧，每个拉伸弹簧基本上平行于致动元件布置。
可以证明有利的是，弹簧装置包括两个与制动元件连接的弹簧元件，并且每个弹簧元件具有彼此平行布置的两个拉伸弹簧区段，其中，拉伸弹簧区段基本上垂直于致动元件布置。
本发明还涉及一种驱动单元，该驱动单元具有以驱动元件的形式的待制动元件以及根据前述权利要求中任一项所述的用于与该驱动元件配合的制动装置。本发明还涉及一种具有至少一个这样的驱动单元的定位装置。
在使用附图对优选示例性实施例的下面描述中，将更详细地描述本发明的优点和权宜性。在图中：
图1：示出了根据本发明的制动装置的实施例的透视图。
图2：示出了根据图1的制动装置的平面图。
图3：示出了根据图1的制动装置沿着图2切割的截面图。
图4：示出了根据本发明的制动装置的另一实施例的透视图。
图5：示出了根据图4的制动装置的平面图。
图6：示出了根据图4的制动装置沿着图5切割的截面图。
图7：示出了根据本发明的制动装置的另一实施例的透视图。
图8：示出了根据图7的制动装置的平面图。
图9：示出了根据图7的制动装置沿着图8切割的截面图。
图1示出了根据本发明的制动装置(1)的第一实施例的透视图。该制动装置具有彼此相对布置的两个制动元件(3)，其中两个制动元件(3)通过布置在不同端部的两个挠性轴承(6)一体地连接至框架(2)。
每个制动元件(3)具有细长的形状，并包括布置成一排或前后布置的三个关节区段(34)，其中，相邻的关节区段(34)分别通过挠性轴承(33)相互连接。相应中间关节区段具有接触区段(31)，该接触区段(31)设置成与待制动元件接触。两个制动元件(3)的接触区段(31)指向彼此的方向。
总共四个压电致动器形式的致动元件(4)被插入框架(2)中。两个致动元件(4)彼此直接相邻布置并且彼此平行，并作用在框架(2)的相应端部区段上。由于连续的能量输入导致该致动器元件(4)的长度发生变化，框架的一个元件相对于框架(2)的另一个元件(在图1中，框架2的右侧部分)发生位移，为了附接到更高级别的单元。由于制动元件(3)的两侧都通过挠性轴承(6)连接到框架(2)或框架的元件，因此会发生制动元件(3)的期望的运动，其中，带有接触区段(31)的关节区段(34)朝着相邻且相关联的致动元件4移动。相互对置的制动元件(3)进行类似的运动，使得在连续的能量输入到致动元件(4)中并伴随着致动元件(4)的长度变化的情况下，关节区段(34)与接触区段(31)彼此朝相反的方向移动。
每个致动元件(4)和与其相关联的螺钉(100)接触，该螺钉(100)插入框架(2)中对应的螺纹孔中，其中，借助于相应的螺钉(100)，与之接触的致动元件(4)可承受压缩力或预张紧。
弹簧装置(5)位于图1中的框架(2)的左侧元件上，其包括张紧元件(54)和一组碟形弹簧(55)。张紧元件(54)还具有轴颈(56)(在图1中不可见)和具有两个通孔(58)的轴环(collar)区段(57)。轴颈(56)伸入框架(2)中对应形状的凹槽中，而围绕轴颈(56)布置的碟形弹簧(55)一方面支撑在框架(2)上，另一方面支撑在张紧元件(54)的肩区段上。借助于穿过张紧元件(54)的轴环区段(57)的通孔(58)的螺钉(在图1中未示出)，张紧元件(54)与套筒(103)(也未在图1中显示)连接，这种连接同时压缩了碟形弹簧(55)，从而产生了力，利用这个力，框架(2)的两个元件可以沿一个方向彼此相对移动。因此，由弹簧装置(5)施加在框架(2)的元件上的力抵消了由于长度变化而由致动元件在框架(2)的元件上产生的力。因此，弹簧装置(5)的力的方向基本上平行于细长的制动元件(3)的方向。
图2示出了根据图1的制动装置的平面图。图2还示出了沿切割线A-A的切割，其中，相应的截面图在图3中示出。
图3示出了具有张紧元件(54)的弹簧装置(5)，在图3中该张紧元件的轴颈(56)与框架(2)或框架(2)的左侧元件中的对应凹部(102)配合，其中多个碟形弹簧(55)组围绕张紧元件(54)的轴颈(56)布置，该碟形弹簧组支撑在张紧元件(54)的肩区段上。经由张紧元件(54)的具有两个通孔(58)的轴环区段(57)，张紧元件(54)借助于穿过轴环区段(57)的通孔的螺钉(在图3中未显示)连接到制动装置(1)的套筒(103)，其中碟形弹簧(55)通过此连接被压缩，从而将图3左侧的框架(2)的元件压向图3右侧的框架(2)的元件。
图4示出了根据本发明的制动装置1的另一实施方式，其与根据图1至图3的实施例相似。其主要区别在于，弹簧装置(5)被不同地构造，并且布置在不同地方。弹簧装置(5)包括总共四个平板弹簧钢板形式的拉伸弹簧(51)，它们分别布置在致动元件(4)旁边并与其平行排列。因此，弹簧装置(5)或拉伸弹簧(51)的力的方向基本上平行于细长的制动元件(3)的方向。
图5示出了根据图4的制动装置(1)的平面图，而图6对应于沿着图5中所示的切线A-A的截面图。
对于根据图7的制动装置(1)，其也类似于根据图1-3的制动装置或类似于根据图4至6的制动装置，弹簧装置(5)由两个基本上环形的弹簧元件(52)形成，每个弹簧元件具有两个拉伸弹簧区段(53)。每个弹簧元件(52)连接到两个制动元件(3)的关节区段(34)，该关节具有接触区段(31)。因此，弹簧装置(5)的力的方向基本上垂直于细长的制动元件(3)的方向。
图8示出了根据图7所述的制动装置的平面图，并且还指示沿着切割线A-A的切割，其中，对应的截面图在图9中示出。
附图标记列表
1 制动装置
2 框架
3 制动元件
31 (制动元件3的)接触区段
33 (制动元件3的)挠性轴承
34 (制动元件3的)关节区段
4 致动元件
5 弹簧装置
51 (弹簧装置5的)拉伸弹簧
52 (弹簧装置5的)弹簧元件
53 (弹簧元件52的)拉伸弹簧区段
54 (弹簧装置5的)张紧元件
55 (弹簧装置5的)碟形弹簧
56 (张紧元件54的)轴颈
57 (张紧元件54的)轴环区段
58 (轴环区段57的)通孔
6 挠性轴承
100 螺钉
101 螺纹孔
102 (框架2的)凹部
103 (制动装置1的)套筒

Claims (10)

1.一种制动装置(1)，其特征在于，包括框架(2)、至少一对彼此相对的制动元件(3)、与每个制动元件(3)可操作地连接的至少一个致动元件(4)以及弹簧装置(5)，其中每个制动元件(3)具有三个关节区段(34)，所述三个关节区段(34)布置成一排并经由挠性轴承(33)相互连接，并且所述三个关节区段(34)中的中间关节区段具有接触区段(31)，并且邻接所述中间关节区段的两个关节区段分别经由挠性轴承(6)一体地连接到所述框架(2)，并且通过所述弹簧装置(5)将力施加在每个制动元件(3)上，借助于所述力，能够将相应的接触区段(31)以限定的力压在位于所述制动元件之间的待制动的元件上，并且所述制动装置(1)被设计为使得通过连续的能量输入到所述致动元件(4)，能够在所述制动元件(3)上产生抵消所述弹簧装置(5)施加在所述制动元件(3)上的所述力的力，并且当没有所述能量输入到所述致动元件(4)时，所述弹簧装置(5)施加在所述制动元件(3)上的所述力被消除，其中，所述致动元件(4)设置在所述至少一对彼此相对的制动元件(3)的外部。
2.根据权利要求1所述的制动装置，其特征在于，每个致动元件(4)是压电致动器，其中，能够通过电能输入来引起长度的变化。
3.根据权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，所述制动装置具有杠杆传动装置。
4.根据权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，所述弹簧装置(5)包括至少一个碟形弹簧(55)、拉伸弹簧(51)或至少一个拉伸弹簧区段(53)。
5.根据权利要求4所述的制动装置，其特征在于，所述碟形弹簧(55)、所述拉伸弹簧(51)或所述拉伸弹簧区段(53)的力的方向基本上垂直于制动元件(3)或基本上平行于制动元件(3)。
6.根据权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，两个所述制动元件(3)均具有细长的形状，其中，所述致动元件(4)基本上平行于所述制动元件(3)的纵向延伸方向布置。
7.根据权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，所述弹簧装置(5)具有多个拉伸弹簧(51)，每个所述拉伸弹簧基本上平行于致动元件(4)布置。
8.根据权利要求1或2所述的制动装置，其特征在于，所述弹簧装置(5)包括连接至所述制动元件(3)的两个弹簧元件(52)，并且每个所述弹簧元件(52)具有彼此平行布置的两个拉伸弹簧区段(53)，其中所述拉伸弹簧区段(53)基本上垂直于所述制动元件(3)布置。
9.一种驱动单元，其特征在于，所述驱动单元具有待制动的驱动元件、和用于与所述驱动元件配合的根据前述权利要求中任一项所述的制动装置。
10.一种定位装置，其特征在于，所述定位装置具有至少一个根据权利要求9所述的驱动单元。
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