CN112689717A - 具有楔形齿轮和机械能蓄能器的制动器及其操作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种制动器，包括制动器壳体；至少一个夹持体，用于将制动力施加到线性移动或旋转的待制动配对件上；具有弹簧装置的机械能蓄能器，该机械能蓄能器在制动过程中，将力施加到楔形齿轮的致动活塞上，该致动活塞与夹持体至少间接驱动连接，直到到达制动位置为止；用于使制动器释放的致动器装置；以及固定装置，用于可控制地保持制动器释放位置。本发明包括具有机械齿轮箱和形状记忆致动器的致动器装置，其中在制动器释放位置，固定装置至少经由机械齿轮箱间接地作用于机械齿轮箱中的弹簧装置或单独的制动器释放组件，并且机械齿轮箱的齿轮箱输入侧与形状记忆致动器保持恒定的驱动连接，机械齿轮箱的齿轮箱输出侧与弹簧装置保持恒定的驱动连接。形状记忆致动器被配置为使得在激活状态下，所述形状记忆致动器通过机械齿轮箱将弹簧装置移动到制动器释放位置；以及在制动器释放位置的方向上抵抗弹簧装置的力的齿轮箱运动的整个过程中，机械齿轮箱的传动比的梯度增加，其中，在制动器释放位置中，机械齿轮箱的传动比的大小大于一，并且至少对应于在制动位置中的传动比的两倍。

Description

具有楔形齿轮和机械能蓄能器的制动器及其操作方法

技术领域

本申请涉及根据权利要求1的前序特征的具有楔形齿轮和机械能蓄能器的制动器及其操作方法。

背景技术

具有夹持体的制动器是已知的，该夹持体由机械能蓄能器的弹簧装置通过楔形齿轮进行力加载，并且尤其用于制动线性运动或旋转的机器组件。夹持体通常接合在待制动的配对件(counterpart)的轮廓凹槽中，其中对于线性制动器的设计参考DE10127664C1，其公开了一种具有楔形齿轮的通用制动器，该楔形齿轮沿着导轨运动，其中，楔形致动活塞致动夹持体，在制动过程中，楔形致动活塞通过机械能蓄能器的弹簧装置加载力。制动器由电磁体释放，该电磁体在过电流操作中产生用于复位弹簧装置的力。在制动释放开始时，要移动的楔形齿轮的致动活塞与电磁体的锚相距一定距离，因此，弹簧的最大复位力以及因此装置的制动力受到限制。

如果使用液压或气动致动器装置向机械能蓄能器的弹簧装置施加力以释放制动器，则可以产生高致动力。另外，这通过释放工作压力而带来了简单的制动器释放的优点。如例如由DE 102012025438 A1所描述的，这种致动器设计的前提是用于必要的液压缸的足够大的安装空间。

此外，为了实现故障保存(fail-save)原理，优选静态电流制动器，该静态电流制动器在没有外部能量供应的情况下进行制动。为此，如DE 10252915 B3或DE 102015010495A1所述，机械能蓄能器的弹簧装置可以通过气动、液压、电磁、机电或压电致动器预紧，从而实现的制动器释放位置可以通过电磁或机电致动的锁定机构进行固定。对于该保持位置，可以将致动器与弹簧装置分离。例如，如果为此目的应用电动机，则可以将用于释放制动器的驱动主轴移至零位。

用于偏置设计用于高制动力的弹簧装置的致动器通常尺寸较大。因此，作为替代的致动器，形状记忆材料已经被提出，其特征在于高的力密度并且使用相变效应来进行致动运动。

首先，由能够热激活的形状记忆合金制成的组件，形状记忆合金例如为TiNi、TiNiCu、CuZnNi或CuAlNi，在提供马氏体(martensite)结构的低温相中，发生塑性变形。加热到足够高的温度以将马氏体结构转变成奥氏体(austenite)结构，在进行塑性变形之前重新建立形状。随后的冷却(马氏体结构重新出现)不会在没有施加附加力的情况下将具有单向作用的形状记忆合金恢复到其原始变形状态。然而，可以通过同时施加多个塑性变形和温度变化循环来训练材料，从而产生双向效应，并且可以创建根据温度在两个定义的形状之间变化的致动组件。

除了形状记忆效应的热激活以外，已知存在有电场或紫外线辐射的影响下经历相变的材料，其中材料结构的变化导致形状记忆效应。这种材料的例子是提供高度形状变化的NiMnGa或具有肉桂酸基团的形状记忆聚合物。

从EP 2597329 A1中已知了用于将力直接施加到大型风力涡轮机制动器的制动活塞上的形状记忆致动器。此外，DE 102007013421 A1描述了设计成干式工作的车辆盘式制动器，为此，通过楔形齿轮作用的形状记忆致动器用于产生制动力。此外，DE 102005055759A1公开了一种运动系统，该运动系统由换能器材料驱动并且包括用于执行用于车辆制动器的致动元件的肘节杆。其没有描述在死点位置附近使用肘节杆机构。

此外，从DE 102005020126 A1中已知用于在事故情况下安全锁定机动车组件的形状记忆致动器，其公开了用于预紧弹簧元件的形状记忆致动器。在这种情况下，通过具有双接头设计的肘节机构将力施加到弹簧装置上，其中，线状形状记忆元件固定到两个外接头端并在肘节杆的中心接头上延伸。当形状记忆材料激活时，线材产生的牵引力会导致膝杆伸出，直到到达齿轮的死点附近，直到固定位置的移动才继续进行。另外，对于所公开的线布置存在平坦的传输特性。

对于具有楔形齿轮和机械能蓄能器的通用制动器，DE 102009041907 A1公开了可加热或可冷却的形状记忆元件，作为致动器的可能设计。此外，DE 102004060109 A1公开了一种由形状记忆材料制成的碟形弹簧装置，该碟形弹簧装置与具有楔形表面的制动活塞直接驱动连接。所公开的设计的缺点是在制动时主动控制形状记忆材料，因此没有实现静态电流制动。这也适用于DE 102016005003 A1公开的线性制动器，该线性制动器具有由形状记忆线材驱动并位于制动器壳体外部的鲍登线缆致动器，因此需要额外的安装空间。鲍登线缆致动器允许使用较长的线材长度，其中，由于行程较长，建议使用具有恒定传动比的减速齿轮，以直接向作用在夹具壳体上的活塞元件施加力。为了保持制动力，鲍登线缆中的形状记忆线材必须连续通电以实现永久激活。作为替代方案，提到了通过附加的闩锁元件保持制动位置的可能性。其没有公开用于释放闩锁的设计和包括另外的致动器的设计，该另外的致动器对于释放制动器是必要的，因为鲍登拉索装置仅产生牵引力。

此外，由DE 102016118772 A1已知具有机械能蓄能器的制动器，其弹簧装置由形状记忆线材释放。为此，形状记忆线材与弹簧装置直接驱动连接。因此，必须通过给它们通电以保持释放位置来保持其持续激活，直到触发制动器为止。对于第一实施例，在制动期间会中断流过形状记忆线材的电流，其中，在冷却形状记忆线材的过程中，会在朝着制动位置的方向上发生运动，该运动由弹簧装置产生的力驱动。为了克服缓慢的制动器释放的缺点，第二实施例提出在形状记忆线材和弹簧装置之间提供分离装置，该分离装置在制动开始时释放并且由另外的形状记忆线材致动器移动。除了由于需要外部能量来激活制动器的缺点之外，另一任务是在释放制动器时将所公开的制动装置重置为联接状态。为此，附加的形状记忆致动器必须执行与制动器释放方向相反的致动运动，其中，线形形状记忆致动器不能用于该目的。

发明内容

本发明的目的是公开一种具有机械能蓄能器的制动器，包括用于向楔形齿轮施加力的弹簧装置和用于制动释放的形状记忆致动器，其导致紧凑的尺寸和高效的制动力以及快速的制动释放。此外，公开了一种用于操作这种制动器的方法。

该任务通过独立权利要求的特征解决。有利的实施方式是从属权利要求的主题。发明人的出发点是提供一种制动器，该制动器包括在制动器壳体内具有弹簧装置的机械能蓄能器，该机械能蓄能器将力施加到楔形齿轮的致动活塞上直到到达制动位置。楔形齿轮用于驱动至少一个夹持体，该夹持体在制动时接合在待制动的导轨或旋转的配对件的凹槽中。

预张紧弹簧装置的致动器装置用于释放制动器。此外，提供了一种固定装置，该固定装置以可控制的方式保持制动器释放位置，使得致动器装置可以被去激活。优选地，固定装置根据静态电流原理工作，使得仅在存在控制信号或持续供电的情况下才保持制动器释放位置。由电磁夹具形成的固定装置是特别优选的。另一个优选实施例是借助于电磁夹具固定的弹簧加载的致动器。对于结构简单的设计，固定装置可以是用于释放制动器的致动器装置的一部分，其中，固定装置包括形状记忆致动器，该形状记忆致动器在释放制动器时被断电并因此被去激活。

对于优选的另一实施方式，固定装置在制动器壳体上具有弹簧弹性的支撑件，该弹簧弹性的支撑件设计成提供弹性止挡件，以用于朝着制动器释放方向或朝着制动方向的运动。

用于释放制动器的致动器装置包括机械齿轮和形状记忆致动器，其中，齿轮输入侧与形状记忆致动器永久驱动连接。因此，存在齿轮输出侧和机械能蓄能器的弹簧装置的永久驱动连接，使得机械能蓄能器经由机械齿轮与形状记忆致动器永久驱动连接。

形状记忆致动器被设计成使得在激活状态下，该形状记忆致动器经由机械齿轮将机械能蓄能器装置的弹簧装置移动到制动器释放位置。在本文中，形状记忆致动器在激活状态下理解为具有材料结构的致动器，该材料结构在发生相变之后具有与未激活状态之一相比更陡的伸长率-张力曲线。可以通过热、磁或光学方式触发相变。对于由能够热激活的形状记忆合金制成的形状记忆致动器的优选实施例，通过电流或与外部热源的连接，发生了从具有马氏体结构的非激活状态到具有奥氏体结构的激活状态的相变。有利地，使用形状记忆线材，该形状记忆线材在热状态下比在冷状态下具有更高的弹簧硬度，使得在激活时产生牵引力，该牵引力在释放制动器时作用在机械齿轮的输入侧。

根据本发明，机械齿轮被设计为使得存在非线性传动特性，其中，在与弹簧装置的力相反的朝向制动器释放位置的方向上的整个齿轮运动过程中，机械齿轮的传动比的梯度单调增加，且其中，机械齿轮在制动器释放位置中的传动比的量大于一并且对应于在制动位置中的传动比的至少两倍。对于优选实施例，在制动器释放位置中的机械齿轮的传动比的量至少是在制动位置中的传动比的五倍。

在本文中，传动比一词应理解为机械齿轮的输入速度与输出速度之间的比率，其中，不管动力流的方向如何，分配了输入速度的齿轮输入侧都与形状记忆致动器保持永久驱动连接。相应地，在齿轮输出侧上有一个到弹簧装置的永久驱动连接，该弹簧装置的运动由机械齿轮驱动，被分配给输出速度。即使机械齿轮的动力流在制动期间(即，在从制动器释放位置到制动位置的齿轮运动期间)反向，该定义也保持不变。

根据本发明的齿轮设计具有多个优点。一方面，固定装置可以这样布置，使得其至少通过机械齿轮间接地作用在弹簧装置上，并且，在减速齿轮的情况下，可以根据减小的保持力要求将其设计成小尺寸，并实现控制的节能。

为朝向制动器释放的齿轮运动而增加的传动比的另一优点涉及形状记忆致动器的致动器容量的改进利用和至制动器释放位置的有利的最终方法。在这种情况下，发明人已经认识到，可以特别好地利用形状记忆致动器在激活状态下的非线性伸长率-张力特性，该状态具有低伸长率的奥氏体相和用于增加伸长率的应力诱发的混合相，如果在朝着制动器释放位置运动的过程中，在制动器释放期间施加在输入侧机械齿轮上的致动力在制动器释放位置附近的最终逼近中最大程度地降低了。结果，形状记忆致动器材料的改进利用允许使用紧凑的致动器，该致动器优选地完全布置在制动器壳体内。

对于有利的实施方式，产生牵引力的形状记忆致动器，特别是形状记忆线材，作用在平行于机械能蓄能器的弹簧装置的移动方向移动的引导滑架上。为了进一步的优选设计，使用形状记忆线材，该形状记忆线材从制动壳体上的定位轴承通过惰轮延伸到机械齿轮上的浮动轴承。

发明人已经认识到，当释放制动器时，将传动比的最陡的部分用于到达固定装置的最终途径是有利的。这允许以大大减小的反作用力最终执行到制动器释放位置的操作。因此，传动比从弹簧位置的作用力到从制动位置到制动器释放位置的齿轮传动比的单调增加的梯度允许精确地接近保持位置，其中，对于一个有利的实施例，使用位置传感器来检测向制动器释放位置的接近运动。此外，为了有利的进一步发展，用于检测形状记忆致动器的温度和/或电阻的传感器用于从其伸长率-张力特性得出位置信息。

此外，重要的是，根据本发明选择的传动比导致这样的效果，即，制动器的释放以形状记忆致动器的高度激活开始，其中，在制动器释放运动的过程中可以降低激活水平。因此，对于能够热激活的形状记忆致动器，释放运动的初始阶段在高温下进行，导致较大的初始致动力。由于传动比从制动位置到制动器释放位置的传动比的单调增加并且由于附加的要求，机械齿轮在制动器释放位置中的传动比的量大于一并且至少对应于在制动位置中的传动比的数值的两倍，对于释放释放运动的最后阶段，可以降低形状记忆致动器的激活程度。因此，在最后接近过程中，形状记忆组件保持在略高于相变回到非激活状态的阈值之上，其中，激活的形状记忆组件中减小的张力会额外导致较低的反向相变温度。因此，一旦达到制动器释放位置，便可以在很短的时间内启动重新制动，其中根据本发明的装置要求，在制动时，可用的弹簧力必须足够大，以既可以通过楔形齿轮将制动力施加到制动器的夹持体上，又要满足将永久耦合的形状记忆致动器返回到制动位置的附加要求。如果将线形元件用于形状记忆致动器，则这意味着必须在制动期间伸长形状记忆线材。这假定了形状记忆致动器处于未激活状态。因此，对于可以被热激活的形状记忆材料，必须等待直到实现释放制动器之后的冷却为止，其中由于根据本发明选择的齿轮特性，其持续时间缩短了。

对于优选的另一实施例，用于释放制动器的致动器装置包括多个形状记忆组件，这些形状记忆组件平行地作用并且可以被单独地控制。由此，根据本发明的传动特性可以仅在一部分能够单独控制的形状记忆组件处于激活状态的情况下用于执行最终到达制动器释放位置的步骤，因此进一步缩短了冷却所需的时间。

对于优选实施例，机械齿轮被设计为肘节杆齿轮。通过传动机构动力学实现了根据本发明的传动比的单调增加的梯度，从而产生了制动器释放位置，该制动器释放位置对应于在齿轮死点位置附近的齿轮设置。齿轮死点位置的附近应理解为涉及肘节杆齿轮的位置，在该位置上传动比的量至少为5或优选地至少为10。两种不同的设计是可能的。对于第一变型，朝向制动器释放位置的运动引导向齿轮死点位置，而没有完全到达它。如果在制动器释放位置中由弹簧装置提供的力仍然足够以致于在制动期间使未激活的形状记忆致动器伸长，则这允许简单的设计。因此，对于第一变型，使用具有电磁夹具的固定装置，该固定装置通过机械齿轮的至少一部分平衡在制动器释放位置中的弹簧装置的力。

对于第一变型的有利的另一实施例，可以通过一个附加的制动弹簧系统在制动器释放位置上增强弹簧装置通过机械齿轮作用的力，以实现更快的制动释放，该弹簧在有限的行程长度上作用在机械齿轮上。也可以将根据静态电流原理运行的固定装置分配给该附加的制动弹簧系统。

对于具有肘节杆齿轮的第二变型，制动器释放期间的齿轮运动至超出齿轮死点位置的停止点位于齿轮死点位置附近，并且在上述范围内，其提供的传动比的量至少为5，优选至少为10。之所以考虑传动比，是因为在经过齿轮死点位置之后，齿轮输出处的运动方向反转了，因此传动比为负值。因此，在释放制动器时，随着传动比特性梯度的增加，在抵抗弹簧装置力的方向上进行齿轮运动之后，在经过齿轮止点位置后，有一个具有下降的传动比特性的限定区域，对此弹簧装置起到了驱动作用。

对于第二变型的制动器释放位置，在触发固定装置之后，机械能蓄能器本身的弹簧装置不能执行超出齿轮死点位置的向后运动。所以，提供了单独的制动器释放装置，该制动器释放装置优选地被设计为另一弹簧元件。其中在肘节杆齿轮上的力施加点和/或其力方向不同于弹簧装置之一，其与制动器的夹持体驱动连接。制动器释放装置用于将肘节杆回移到齿轮死点位置的另一侧。因此，优选地，将单独的制动器释放装置的力作用限制在齿轮制动运动的一部分，其中，特别优选地，将该部分限制在齿轮死点位置附近。

当释放制动器时，第二变型的齿轮运动被引导到超出齿轮死点位置，其需要设计成可控制地保持制动器释放位置的固定装置，该固定装置在单独的制动器释放装置上施加约束力。优选地，使用电磁夹具，其对于制动器释放位置直接作用在制动器释放装置上，或者通过至少一部分机械齿轮作用在其上，并且优选地在通电时保持其张紧。对于根据静态电流原理运行的替代实施例，使用电螺线管来形成第二变型的固定装置和制动器释放装置。

附图说明

下面参考附图说明本发明的有利实施例，附图示出以下内容：

图1以透视图示出了具有线性制动器的滑架，该线性制动器包括在导轨上的形状记忆致动器。

图2以侧剖视图示出了根据本发明的处于制动位置的制动器的第一实施例。

图3示出了处于制动器释放位置的图2的线性制动器。

图4示出了图2的B-B剖视图。

图5示出了热激活的形状记忆材料的相变特性。

图6示出了图5的相变温度的机械张力依赖性。

图7显示了能够热激活的形状记忆材料的伸长率-张力曲线。

图8示出了图2-4所示的第一实施例的机械齿轮的传动比特性。

图9示出了具有根据图8的特性的齿轮的运动以及在制动器释放期间在齿轮输入侧上的有效力。

图10以侧视图示出了根据本发明的处于制动位置的制动器的第二实施例。

图11示出了处于制动器释放位置的图10的第二实施例。

图12以侧视图示出了根据本发明的处于制动位置的制动器的第三实施例。

图13示出了处于制动器释放位置的根据图12的第三实施例。

图14以侧视图示出了根据本发明的处于制动位置的制动器的第四实施例。

图15示出了处于制动器释放位置的图14的线性制动器。

图16以侧视图示出了根据本发明的处于制动位置的制动器的第五实施例。

图17示出了处于制动器释放位置的图16的制动器。

具体实施方式

图1示出了具有双棱柱轮廓的导轨2上的滑架1的示意性简化透视图。滑架1包括制动器壳体4，制动器壳体4具有布置在其中的形状记忆致动器17，该形状记忆致动器17具有能够单独控制的形状记忆组件18.1至18.5。制动器壳体4包括由壳体盖6和壳体基部7封闭的壳体中间部分5。滑架1以U形方式扣紧型材轨道2，其中具有双重布置，在第一壳体侧部26中具有第一线性制动器并且在第二壳体部27中具有第二线性制动器。两个壳体侧部26、27经由壳体上部28连接。

图2和图3示意性地示出了本发明的第一实施例的纵向截面A-A，其中在图4中示出了穿过楔形齿轮9的中心平面的相应截面B-B。示出了具有弹簧装置13的机械能蓄能器12，该弹簧装置经由推杆34与楔形齿轮9的致动活塞10.1直接驱动连接。从图4中可以明显看出，在制动期间，带有倾斜表面的致动活塞10.1-10.4对滚动轴承11.1-11.4施加了作用力，该致动活塞被分配了滚动轴承11.1-11.4。

为了在释放制动器期间张紧弹簧装置13，图2示出了具有机械齿轮16的致动器装置14和形状记忆线材20形式的形状记忆致动器17。形状记忆线材20在壳体中间部分5上的定位轴承32和引导滑架21内部的浮动轴承33之间形成多个绕组，其在壳体中间部分5和壳体盖6之间的滑动轴承30中移动。引导滑架21通过刚性连杆35.3与机械齿轮16的输入侧直接驱动连接。在齿轮的输出侧，通过刚性连杆35.1和推杆34在机械齿轮16和弹簧装置13之间还有另一个永久驱动连接。

对于所示的优选实施例，为了提供能够单独控制的形状记忆元件18.1、18.2，形状记忆线材20在各自的改向段处通过粘合剂连接到定位轴承32或非定位轴承33。图2和图3未示出能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2的相应的分开的电触点。

具有刚性连杆35.1、35.2和35.3的肘节杆齿轮，用于实现根据本发明的齿轮特性，其中在与弹簧装置13的力相反地朝向制动器释放位置LS的齿轮运动期间，传动比的梯度单调增加。定位轴承在中心由刚性连杆35.2的枢轴承36.3构成，此外，在枢轴承36.2和36.4上实现浮动轴承。在齿轮输入侧上与引导滑架21的耦合通过构造为浮动轴承的枢轴承36.5实现。另一个由枢轴承36.1产生的浮动轴承布置在第一刚性连杆35.1和推杆34之间。

由于推杆34在壳体侧的引导，弹簧装置13的运动与带有形状记忆致动器17的引导滑架21的运动平行。平行的引导导致紧凑的设计，其利用壳体中间部分5的整个纵向延伸来容纳足够长的、能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2。

图2示出了处于制动位置BS的机械齿轮16。为了释放线性制动器，通过加热到相变温度以上来激励和激活能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2。这导致能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2的张力增加，这些形状记忆组件使引导滑架21移动直到其与固定装置15接触。对于所示的实施例，固定装置15由电磁夹具形成。优选地，其具有后弹簧弹性支撑件29，该后弹簧弹性支撑件29被设计成使得可以在制动释放方向上进行弹簧压缩并且存在止挡件来限制在制动方向上的运动。在这个位置上，其在图3中显示为制动器释放位置LS，通过给固定装置15的电磁夹具通电来固定引导滑架21的位置，因此，形状记忆致动器17的加热电流可以被切断，并且该形状记忆致动器17返回到可能释放制动器的冷状态。

对于图2和图3所示的实施例，从制动位置BS到制动器释放位置LS的运动朝向齿轮死点位置，而没有完全到达齿轮死点位置。在该位置，在形状记忆致动器17已经充分冷却的情况下，通过触发固定装置15的电磁夹具并且由于弹簧装置13提供的驱动力，可以在没有附加致动器的情况下进行制动。

为了阐明形状记忆致动器17的致动运动以及由此产生的齿轮设计的要求，参考图5-7。图5示出了在温度循环过程中能够热激活的形状记忆材料的微观结构内的马氏体含量。对于冷形状记忆致动器17，存在完整的马氏体结构，其中，一旦在加热期间达到初始奥氏体温度阈值As，则发生从马氏体到奥氏体的相继转变，其在最终奥氏体温度阈值Af下完成。对于随后的冷却，会有滞后效应，其中，低于Af的初始马氏体温度阈值Ms标志着向马氏体的回归开始，并且在也低于As的最终马氏体温度阈值Mf处完成了回归。如图6所示，温度阈值Mf、Ms、As和Af取决于形状记忆材料的机械张力。

从图7中示意性地画出的伸长率-张力曲线可以看出，马氏体相存在伪弹性区域，其后的曲线类似于钢弹簧元件的曲线。对应于伪弹性区域存在一个平台(plateau)，对于该平台，具有马氏体结构的形状记忆材料具有几乎水平的伸长率-张力曲线。如果由于加热而发生了从马氏体到奥氏体的转变，如图5和6所示，形状记忆致动器17显示出非常陡峭的伸长率-张力曲线，其中超过一定程度的伸长率，发生朝向伪弹性行为的纽结，其特征在于奥氏体和马氏体的混合相，这是由微观结构内的张力引起的。如示意图所示，形状记忆材料在拟弹性区域中表现出明显的滞后行为。此外，可以通过调节温度来改变奥氏体相的伸长率-张力曲线。在这种情况下，虚线所示的特性曲线与奥氏体相相比具有更高的温度，而该奥氏体相的温度高于绘制出来的特性曲线。因此，当释放制动器时，通过充分加热形状记忆致动器17，可以通过温度控制将足够大的力施加在机械齿轮上，形状记忆致动器17的活性材料的初始伸长率为3-4％，因此对于较低的传动比可以实现与弹簧装置13的作用相反的齿轮运动。为了将较短的线材长度用于形状记忆致动器17的能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2，使得尺寸紧凑，可以利用具有奥氏体相的急剧下降的伸长率-张力曲线的范围，如果插入的机械齿轮16具有根据本发明的特征，则只要传动齿轮抵抗弹簧装置13的力而运动，传动比的梯度就会单调增加。

图8示出了根据图2和图3的第一实施例的机械齿轮16的动力学。在图9中，GE指定从制动位置BS到制动器释放位置LS的齿轮输入侧的运动的路径长度，相对于此，用实线绘出了齿轮输出路径GA的长度，在前进过程中，其朝着制动器释放位置LS展平。因此，如图8所示，传动比I增加，理论上在齿轮死点位置TP处假设无穷大的数值。其中没有详细示出超过齿轮死点位置TP的运动的负传动比特性。

根据本发明，确定制动位置BS和制动器释放位置LS，使得对于最终的制动释放运动而言存在高的传动比I，只需要克服弹簧装置16的力进行工作，即在齿轮输出侧A上有一个与齿轮输出路径GA相反的力。对于制动器释放位置LS，要求传动比I的量大于一，其中该量优选地至少是制动位置BS的传动比I的两倍，并且优选地为五倍。特别优选的是趋近齿轮死点位置TP，其中肘节杆齿轮的传动比I的数值至少为5，优选至少为10。

传动比的阈值在图8中以水平虚线示出，该阈值表示传动比的量的两倍，并且标记了允许在没有较大反力的情况下接近固定装置15的范围。传输比的最佳五倍阈值在图8中用双点划线表示。对于制动释放运动的最后部分，所选择的传动特性允许降低在制动释放开始时初始设置为高的形状记忆致动器17的激活水平。因此，对于最终方法，最好将温度范围应用到仅略高于图5所示的初始马氏体阈值温度Ms的温度范围，或者将工作点设置在属于Ms和Mf之间的温度区间的混合相范围内。由于可以缩短形状记忆致动器17的冷却时间，这使得在到达制动器释放位置LS之后制动器的有利的快速释放。

为了说明在中断释放运动过程中减小的力要求，参考图9中的点划线，其表示在齿轮输入侧E处压缩在齿轮输出侧A处的弹簧装置13所需的力。当释放制动器以延长形状记忆致动器17时，该力可用。假设冷的、未激活的形状记忆致动器17，则所需力在图9中用双点划线表示。显然，在制动过程开始时，弹簧装置13在制动过程中提供的驱动力也足够大，其中形状记忆致动器17优选地被设计为使得随着伸长率的增加，达到图7所示的马氏体相的伪弹性范围，其中，在制动运动过程中，依次增加的力可用于作用在夹持体3上。

对于形状记忆致动器17的实施例，包括能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2的组件，由于对操纵力的要求降低，优选地已经去激活了能够单独控制的形状记忆组件18.1、18.2的一部分，以最终到达制动器释放位置LS。这降低了形状记忆致动器17的平均温度，允许形状记忆组件18.1、18.2保持激活状态，以便在到达制动器释放位置LS之后更快地冷却，这进一步缩短了制动器释放之后的时间，在该时间段内无法执行新的制动。

对于本发明的第二个结构简化的实施例，图10和11所示的侧向剖视图表示制动位置BS和制动器释放位置LS。用相同的附图标记示出与第一实施例中的那些组件相对应的组件。

对于第二实施例，固定装置由形状记忆致动器的能够单独控制的形状记忆组件18.1形成。其在制动器释放位置LS中永久激活，并产生反作用力，该反作用力通过机械齿轮16传递，以保持机械能蓄能器12的弹簧装置13处于压缩状态。为了确保在制动器释放位置LS上的机械齿轮16不会超出齿轮死点位置，在释放制动器时，引导滑架21的运动受到可调止挡件38的限制。为了开始制动，形状记忆组件18.1也被断电，其中，在冷却到低于用于相变的反转的温度之后，其释放压缩的弹簧装置13。由于延迟的制动释放，第二实施例适合作为驻车制动器。

对于本发明的第三实施例，图12和13所示的侧向剖视图表示制动位置BS和制动器释放位置LS。与第一实施例和第二实施例的组件相对应的组件用相同的附图标记表示。

与第一和第二实施例相反，对于第三实施例，在制动器释放期间，齿轮运动被引导超过齿轮死点位置TP的狭窄限定距离，齿轮运动受到限制，使得弹簧力仍然足够小，从而可以根据上述实施例来执行形状记忆致动器17的致动。优选地，制动器释放位置BS设置在齿轮死点位置TP附近，对于该齿轮死点位置TP，肘节杆齿轮的传动比的量至少为5，优选地至少为10。

对于第三实施例，传动比单调增加的梯度的要求仅适用于齿轮死点位置TP，即，对于制动器释放运动的与弹簧装置13的力相反的那部分。由于在齿轮通过死点位置后，弹簧装置13的力作用在制动器释放运动的方向上，压缩弹簧装置13不能单独从制动器释放位置开始制动释放，因此需要一个附加的制动器释放装置19，其中作用在机械齿轮16上的力施加点和/或其作用力方向不同于弹簧装置13，以便在制动过程中将肘节杆再次移动到齿轮死点位置的另一侧。因此，制动器释放装置19可以设计成弹簧元件。优选地，将制动器释放装置19的空间范围限制在齿轮死点位置TP附近。有利地，这涉及传动比至少为5，优选至少为10的范围。此外，对于图2和图3所示的本发明的实施例，在齿轮死点位置TP之前具有制动器释放位置BS，可以使用一个辅助制动弹簧系统来加速制动释放并作用在肘节杆上，以辅助制动的开始。

图14和15示出了根据本发明的第四实施例，该第四实施例与第三实施例一样，具有在制动器释放期间的齿轮运动，该齿轮运动在狭窄的限定距离内超过了齿轮死点位置TP。与先前的实施例相反，固定装置15通过电磁夹具作用在制动器释放装置19上。

图16和图17示出了根据本发明的第五实施例，其中相同的附图标记用于与之前的实施例相对应的组件。与先前的实施例相反，机械齿轮16包括肘节杆，肘节杆具有由刚性主体35.1和35.2、作为定位轴承的枢轴承36.3和作为浮动轴承的枢轴承36.1和36.2形成的双腿布置。形状记忆线材20以曲折的方式围绕惰轮22.1至22.5引导并且在壳体侧的定位轴承32和布置在第一刚性构件35.1的中心接头上的浮动轴承33之间拉伸，该形状记忆线材20用作形状记忆致动器17。用于扁平(flat-built)制动器的这种布置允许容纳形状记忆线材20，该形状记忆线材20足够长，并且还能够在肘节杆上施加动力攻击点和力施加方向，这实现了根据本发明的传动特性。

另外，为第五实施例提供了位置传感器24，以控制朝向制动器释放位置LS的最终接近。由此未详细显示所使用的控制电子设备。对于受控的接近运动，可替代地或附加地使用形状记忆线材20上的传感器装置23，执行温度和/或电阻测量，以根据线材的伸长率确定齿轮位置。此外，在壳体基部7上设置有用于肘节杆齿轮的可调止挡件37。

本发明的其他实施例可以从以下权利要求中得出。

附图标记

1 滑架

2 导轨

3、3.1 夹持体

4 制动器壳体

5 壳体中间部分

6 壳体盖

7 壳体基部

9、9.1 楔形齿轮

10.1-10.4 致动活塞

11.1-11.4 滚动轴承

12、12.1 机械能蓄能器

13、13.1 弹簧装置

14 致动器装置

15 固定装置

16、16.2 机械齿轮

17 形状记忆致动器

18.1–18.5 能够单独控制的形状记忆组件

19 制动器释放装置

20 形状记忆线材

21 引导滑架

22.1–22.5 惰轮

23 传感器装置

24 位置传感器

25 型材槽

26 第一壳体侧部

27 第二壳体侧面

28 壳体上部

29 弹簧弹性支撑件

30 滑动轴承

31 滑动轴承

32 定位轴承

33 浮动轴承

34、34.1 推杆

35.1、35.2、35.3 刚性连杆

36.1-36.8 枢轴承

37 可调止挡件

38 可调止挡件

LS 制动器释放位置

BS 制动位置

E 齿轮输入侧

A 齿轮输出侧

GE 齿轮输入路径

GA 齿轮输出路径

Claims (19)

1.一种制动器，包括：

制动器壳体(4)，

至少一个夹持体(3)，用于将制动力施加到线性移动或旋转的待制动配对件上；

具有弹簧装置(13)的机械能蓄能器(12)，其在制动过程中将力施加到楔形齿轮(9)的致动活塞(10.1、10.2)上，直到达到制动位置(BS)，其中，致动活塞(10.1、10.2)至少具有与夹持体(3)的间接驱动连接；

用于释放制动器的致动器装置(14)；和

用于能够控制地保持制动器释放位置(LS)的固定装置(15)；

其特征在于，

致动器装置(14)包括机械齿轮(16)和形状记忆致动器(17)，其中，对于处于制动器释放位置(LS)的制动器，固定装置(15)至少经由机械齿轮(16)间接地作用在弹簧装置(13)上或作用在用于机械齿轮(16)的单独的制动器释放装置上；且

所述机械齿轮(16)的齿轮输入侧(E)与形状记忆致动器(17)处于永久驱动连接；且

所述机械齿轮(16)的齿轮输出侧(A)与所述弹簧装置(13)处于永久驱动连接；

其中，对于激活状态，形状记忆致动器(17)设计成通过所述机械齿轮(16)将所述弹簧装置(13)朝着制动器释放位置(LS)移动；并且

在与所述弹簧装置(13)的力相反的朝向所述制动器释放位置(LS)的齿轮运动的整个过程中，所述机械齿轮(16)的传动比的梯度增大，其中，在所述制动器释放位置(LS)的所述机械齿轮(16)的传动比的量大于一且为所述制动位置(BS)的传动比的量的至少两倍。

2.根据权利要求1所述的制动器，其中，在所述制动器释放位置(LS)中的所述机械齿轮(16)的传动比的量至少是在所述制动位置(BS)中的所述机械齿轮(16)的传动比的五倍。

3.根据权利要求1或2所述的制动器，其中，所述机械齿轮(16)设计为肘节杆齿轮。

4.根据权利要求3所述的制动器，其中，对于所述制动器释放位置(LS)，所述肘节杆齿轮在传动比为至少5且优选至少为10的齿轮死点位置(TP)附近进行转向。

5.根据前述权利要求中任一项所述的制动器，其中设置制动器使得在释放固定装置(15)之后，夹持体(3)和未激活的形状记忆致动器(17)通过弹力作用运动到制动位置(BS)。

6.根据前述权利要求中的任一项所述的制动器，其中，所述固定装置(15)根据静态电流原理进行操作。

7.根据权利要求6所述的制动器，其中，所述固定装置(15)包括电磁夹具或通过电磁夹具固定的弹力致动器或形状记忆致动器。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的制动器，其中所述肘节杆齿轮设置成使得当释放制动器时，从制动器释放位置(BS)到制动器释放位置(LS)的齿轮运动不通过所述齿轮死点位置(TP)。

9.根据权利要求8所述的制动器，其中，制动期间的齿轮运动由所述机械能蓄能器(12)的弹簧装置(13)和辅助制动弹簧系统提供的合力作用来驱动，其中，所述辅助制动弹簧系统在制动过程中在齿轮运动的空间限定部分上对所述肘节杆齿轮施加力作用。

10.根据权利要求3至7中任一项所述的制动器，其中所述肘节杆齿轮布置成使得当制动器释放时，从所述制动位置(BS)到所述制动器释放位置(LS)的齿轮运动通过齿轮死点位置(TP)，且制动器释放装置(19)设置为使得在制动期间所述制动器释放装置(19)提供使肘节杆齿轮移动到超过所述齿轮死点位置(TP)的力。

11.根据权利要求10所述的制动器，其中，所述制动器释放装置(19)的力作用在空间限定于在制动期间的齿轮运动的一部分。

12.根据前述权利要求中任一项所述的制动器，其中，所述形状记忆致动器(17)设置在所述制动器壳体(4)内。

13.根据权利要求12所述的制动器，其中，所述形状记忆致动器(17)包括至少一个形状记忆线材(20)，所述至少一个形状记忆线材(20)在平行于弹簧装置(13)的移动方向能够移动的引导滑架(21)上施加力，和/或包括绕惰轮(22.1，...，22.5)引导的至少一个形状记忆线材(20)。

14.根据前述权利要求中任一项所述的制动器，其中，所述形状记忆致动器(17)包括能够热激活的形状记忆合金元件，能够热激活的形状记忆合金元件具有与其相关联的传感器装置(23)，用于确定激活状态的温度和/或电阻。

15.根据前述权利要求中任一项所述的制动器，具有用于检测接近所述制动器释放位置(LS)的位置传感器(24)。

16.根据前述权利要求中任一项所述的制动器，在所述制动器壳体(4)处具有用于所述固定装置(15)的弹簧弹性支撑件(29)，设定为能够在制动释放方向上进行弹簧压缩，并设置止挡件以限制在制动方向上的运动。

17.根据前述权利要求中任一项所述的制动器，其中，所述制动器是用于制动滑架(1)的线性制动器，所述滑架(1)沿着导轨(2)移动。

18.一种用于操作根据权利要求1-3中任一项所述的制动器的方法，其中，在制动释放期间，所述机械齿轮(16)被引导至齿轮死点位置(TP)附近，对于齿轮死点位置(TP)附近，传动比的量至少为5，优选至少为10，且所述机械齿轮(16)通过所述固定装置(15)保持在制动器释放位置(LS)。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述形状记忆致动器(17)包括能够单独控制的形状记忆组件(18.1，...，18.n)，以及，释放制动器后，在到达所述制动器释放位置(LS)之前，能够单独控制的形状记忆组件(18.1，...，18.n)的部分被去激活。

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