CN1376241A - 车辆制动器的夹紧装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于车辆制动器的夹紧装置,特别是用于火车制动器的夹紧装置,优选用于火车盘式制动器的夹紧装置,其包括一制动力发生器(6)用以夹紧和/或松开车辆制动器和一制动力转发器(60)用以将由制动力发生器(6)发生的能量转换为制动夹紧运动,其特征在于,制动力转发器(60)配置成这样,即为了产生一确定的制动夹紧力由制动力发生器(6)在一制动过程中施加的力为零,而该制动夹紧力大于零而小于最大制动力。

Description

车辆制动器的夹紧装置
本发明涉及按照权利要求1的前序部分所述的车辆制动器、尤其是火车制动器用的夹紧装置。
由195 14 463 C已知一同一种型式的夹紧装置。
在该文件中描述了一气动的运行制动器与一弹簧储能式停车制动器的组合。通过弹簧储能筒的完全排气装入弹簧储能器。
EP 0 125 873 B1描述了一种包括电机驱动的制动致动器用以上紧弹簧储能器。在弹簧储能式运行制动器中最大的夹紧力可通过一可移动的弹性挡块来调整。
此外由EP 0 693 633 A2已知一种永磁式制动器，其中通过两个磁铁装置产生夹紧力。两磁力可以相加或相减。
此外US 5 620 077描述了一种弹簧储能式运行制动器，其中为了上紧弹簧储能器使用一电机。电机和弹簧储能器作为制动致动器通过一可电操作的离合装置相连接。具有弹簧储能器的制动致动器这样操作，即通过弹簧的压缩达到其松开位置。主轴只在一个方向，而且只有弹簧上紧的方向是起作用的。通过这样的配置，即制动器是弹簧操作的并且需用电能，以便脱开制动器或压缩弹簧，达到制动器的“故障保险配置”(Fail-Safe-Auslegung)。
基本上现在在火车领域中使用双轮制动系统：气动制动系统(电气动系统和真空制动也视为这一类)和(电)液压制动系统。纯电机械的制动系统至今没有可能开辟值得提起的市场上的规模。
力的产生在两种技术中通过缸中的活塞来实现，该力的产生在一般情况下只有一个有效方向。活塞的复位通过由于制动杆系的弹性变形产生的力和通过复位弹簧来实现，并且保证其达到终端。具有双缸的特殊结构形式(即在活塞的每一侧均有可能建立压力以便实现两个有效方向)特别是由于成本之故还没有可能实施。
同样，由于优先应用只具有一个有效方向的活塞，在构造一制动系统时不是实现主动的制动系统就是实现被动的制动系统。然而这些系统取决于功率强大的驱动或在电机械系统时相当大的电机，并且在一被动的系统的情况下要求很大的调整弹簧。
用于供应中断的情况下的部分能量存储在气动系统中以压缩空气容器或在液压系统中以相应的液压容器和在电机械系统中通过辅助电池组成多余的电源来实现。此外，被动的系统包含通过弹簧中存储的能量一次夹紧的可能性。
在主动的制动系统的情况下在具有最大制动力的制动时必须施加最大致动力，而在被动的制动系统的情况下将全部致动力用于松开。
在这样的背景下，本发明的目的在于，提供一种夹紧装置，其制动力发生器和其制动力转发器的部分不仅与主动作用的制动系统也与被动作用的制动系统相比可以具有基本上较小的尺寸。
本发明通过权利要求1的内容达到这个目的。
不同于现有技术，制动力转发器这样配置，即为了产生一确定的制动夹紧力值由制动力发生器在一制动过程中施加的力为零，而该制动夹紧力值大于零而小于最大制动力。因此在一确定的运行点或对于在零与最大制动力之间的制动夹紧力值，制动力发生器不起作用；而是在该点的制动力，其实单独由储能器(例如弹簧)产生。另一方面该纯弹簧制动力产生在“零点”也不位于如在纯被动的系统中那样的最大制动力处。为了产生最大制动力，其实是另外的制动力(和能量)发生器起作用。为了产生较小的制动力，制动力发生器可以说起作为反抗储能器的力或弹簧力的“制动力降低器”的作用。
不同于由现有技术已知的，制动力发生器由此可在两个载荷方向使用，即不仅用于施加最大制动力也用于松开制动器。通过将制动力转发器设计成使其即使在切断的驱动或制动力发生器时例如邻近一中等的制动力，也只需要一种“支持性的驱动”，以便调准最大制动力或制动松开位置。驱动装置，在电机械系统中的一电机，被用于在松开时减小弹簧力而在制动时在达到制动夹紧力与弹簧力之间的力平衡以后进一步提高制动力。驱动装置由此根据一种“双向原理”操作。为此该系统将被动的制动系统的重要优点与主动的制动系统的优点结合起来。类似于一被动的制动系统，按照本发明的包括零点偏移的系统还实现一种故障保险系统。另一方面，用于制动夹紧的储能弹簧可以设计得明显小于纯被动的系统中的。在电驱动的情况下弹簧及其上紧和驱动的电机的尺寸由于本发明均可小到一半，其中由于逐渐增大的载荷集合的优点，制动停止、即停车制动时确定的剩余制动力的预定以及一软弹簧特性可以随意而连续地减小。
由于在另一方面又不同于主动的制动系统中的情况，驱动装置不必要单独产生制动，驱动装置以及全部的传动线路的尺寸可以设计得比在纯主动的系统中的小。
最后还可以看出本发明的另一优点，即在中等的制动力的范围内的调整过程利用本发明、尤其是按照从属权利要求2至4之一项只需要不多的制动能量。
从属权利要求2至4分别说明了本发明的优选的配置(零点在25与75％之间，或在40与60％之间，或在50％时)。常常，作为可靠的回复水平，例如在中断电能的情况下，最大制动力的50％的制动力将是足够的。基本上可以自由选择零点，专家在这里可以根据应用情况的相关可靠性要求，即车辆和线路参数确定零点。这样，他为了实现足够的制动储能例如在用于具有许多坡道的城市的有轨制动系统的配置中将零点定在比在基本上没有许多坡道行驶的有轨系统的城市中高几个百分数。
特别优选的是将一电机用作为制动力发生器，其通过本发明可以特别紧凑地配置。另外还可以设想，制动力发生器是一(在两个操作方向的)液压或气动的制动缸或者另一在一个方向或两个方向起作用的装置。
作为储能器总是建议设置一弹簧或弹簧组。弹簧或弹簧组优选这样配置并与制动力转发器和制动力发生器相匹配，即借助于弹簧/弹簧组在制动力发生器不起作用的情况下可以产生一确定的、特别是中等的制动力。特别是电机与弹簧或弹簧组相匹配成这样：
—弹簧或弹簧组在最小与最大制动力之间单独产生一确定的制动力值(运行零点)；
—弹簧和电机以力相加产生一制动力大于运行零点的确定的制动力之制动力；以及
—弹簧和电机以力相减产生一小于运行零点的制动力。通过本发明的这样的实施形式，电机和弹簧或弹簧组均可配置成比在纯主动的或被动的电机械制动系统中的小，其中弹簧或电机均必须分别单独产生最大的制动力或松开力。
本发明的其他一些有利的实施形式可由其余的从属权利要求中得知。
以下参照附图借助于实施例更详细地描述本发明。其中：
图1示出设有本发明的夹紧装置的制动钳装置之第一实施例，其处于制动松开位置；
图2示出图1的制动钳装置邻近中等制动力时的夹紧装置；
图3示出图1的制动钳装置邻近最大制动力时的夹紧装置；
图4示出一制动力图解；以及
图5示出一图解，其说明在主要制动元件上产生的力与在按图1的型式的制动器中的设定行程的关系。
图1示出用于火车盘式制动器4的夹紧装置2。夹紧装置2包括一构成为电机6(具有配装的电机制动器6′)的制动力发生器，其中电机的从动轴8(或配置电机6的传动装置的从动轴)通过齿形带10驱动小齿轮12，其借助于一(滚针)轴承16相对于主轴套14可旋转地支承在一多阶梯主轴套14上。
在小齿轮12的轴向端面配装一具有供电线19的电磁齿式离合器18，其又固定到主轴套14的一轴向端部上。如果电机6旋转并从而通过齿形带10带动小齿轮12旋转，则在电磁齿式离合器18接合的情况下主轴套14随着一起旋转。当打开电磁齿式离合器时与此相反齿轮12在主轴套14上自由旋转。
如在图2和3中可特别好地看到，主轴套14固定在一螺杆或“更好地”固定在一轴20上，其一轴向端部用滚珠轴承22可旋转地支承在一套23中，套23不能扭转地嵌入两半的制动器机架(或支座)26(具有部件26a和26b)的一个开孔24中。在开孔24中用螺钉拧入一封盖28，其提供接近回调螺母30的可能性以便用手调节主轴(例如为了松开制动器)。
小齿轮12的第二个远离封盖28的轴向端面邻接在主轴套14的一个轴向的加宽的阶梯14′上，其中阶梯14′的外圆周嵌入一在制动器机架26上向内成形的空心圆柱形的制动器机架26的机架伸出部分26c中并且借助于一滚动轴承32可旋转地支承在机架伸出部分26c中。
螺杆或轴20的第二轴向端部越过机架伸出部分26c的轴向端面向外延伸。阶梯14′的空心圆柱形端部的内壁和内部的机架伸出部分26′的内壁为一可轴向移动的外套34形成一空心圆柱形容纳孔。主轴螺母36不能扭转地嵌入套34的轴向开孔中，主轴螺母36可扭转地安装到螺杆20上，螺杆20在该部分具有外螺纹。(在这里可以实现连轴传动(Waelzspindeltrieb))。
一弹簧组38设置在机架伸出部分26c与一套34的盘式伸出部分34′之间。在套伸出部分34′的远离弹簧组38的端面又成形一具有长孔41的凸耳40，一销42插入该长孔41中，销42与一偏心装置46的偏心杆44的一端相连接。偏心装置具有偏心轴48，其铰接到一夹钳杆49a上，夹钳杆49a与一第二夹钳杆49b一起构成制动钳50。在各夹钳杆49的一端分别安装具有制动摩擦片54的摩擦片固定架52，其可沿一制动盘56的轴线方向移动。各夹钳杆49位于远离制动摩擦片54的各端通过一传压杆调节器58相互连接，该传压杆调节器58优选设计成电操作并且包括一力传感器和一紧急松开装置(未示出)。
制动器的作用由图1至3的相互配合将是明显的。图1说明松开位置，图2说明具有中等制动力的制动位置而图3说明具有最大制动力的制动位置。单独由弹簧力达到中等制动位置。
电机6构成制动力发生器，其后面是传力线路的其他一些元件或从电机6至制动盘56的一个制动力转发器60。弹簧组38构成一储能器，其也用于产生制动力。
如可看出的，在制动力逐渐增加时弹簧组38松弛。其中弹簧组设计成使在邻近一中等的制动力时电机不需要通电。然而为了到达松开位置和到达最大制动力，电机6分别向相反的旋转方向运转并从而调节由主轴套14、螺杆20和套34构成的直移式传动机构的轴向长度。直移式传动机构的长度变化又调节偏心装置46并借此打开或闭合制动钳50。
图4中C轴表示由致动器施加的力而B轴表示贴紧到制动块上的力。曲线B1表示一被动的制动系统的特性，曲线B2表示一主动的制动系统的特性，而B3表示本发明的制动系统的优选的标定(中心的零点)。相反曲线B4表示一偏心的零点偏移。该零点位于最大制动力的约70％处，从而该系统更强地类似于一被动的制动系统的设计(在制动力发生器中断时有较强的弹簧或较强的制动力)。被动的制动系统，其中在最大制动力时驱动装置产生的力为零牛顿，被用于例如全环形轨道区域而主动的制动系统，其中在传动最大制动力时产生最大力，被用于U形轨道区域。相反，按照本发明储能弹簧38单独邻近中等制动力。
在按照图1的型式的实际实施例中，偏心轴传动机构的传动比为1/10-1/15。总致动力在该实际实施中约为几个kN，由此在制动盘上由多倍的力产生一最大的制动力，偏移的零点大致位于弹簧力与制动力之间的平衡点。
最后图5还示出在主轴横截面内的力(曲线1：参见图3中线A-A)。其在设定行程中邻近几个kN，在制动行程中该力降低并且在主轴行程为几个cm时达到0N值，以便在主轴行程逐渐增大时转入负值区域。同样还示出弹簧力(曲线2)；总制动块力，其在制动行程过程中基本上线性增加(曲线3)；主轴力矩(曲线4)和电机力矩(曲线5)。
       附图标记清单2夹紧装置            32滚动轴承4火车盘式制动器      34套6电机                36套螺母8从动轴              34′盘式套伸出部分10齿形带             38弹簧组12小齿轮             40凸耳14主轴套             41长孔16滚针轴承           42销18电磁齿式离合器     44偏心杆19供电线             46偏心装置20螺杆               48偏心轴22滚珠轴承           49夹钳杆23套                 50制动钳24开孔               52摩擦片固定架26制动器机架         54制动摩擦片26a，26b部件         56制动盘28封盖               58传压杆调节器30回调螺母           60制动力转发器26c伸出部分

Claims (20)

1.用于车辆制动器的夹紧装置，特别是用于火车制动器的夹紧装置，优选用于火车盘式制动器的夹紧装置(2)，其包括：
a)一用以夹紧和/或松开车辆制动器的力发生器(6)；
b)特别是一用以存储和发出能量以便夹紧和/或松开制动器的储能器(38)；
c)一用以将由制动力发生器(6)和/或特别是由储能器发出的能量转换为制动夹紧运动的力转发器(60)；
其特征在于，
d)制动力转发器(60)配置成这样，即为了产生一确定的制动夹紧力值由制动力发生器(6)在一制动过程中施加的力为零，而该制动夹紧力值大于零而小于最大制动力。
2.按照权利要求1所述的夹紧装置，其特征在于，制动力转发器(60)配置成这样，即为了产生一确定的制动夹紧力由制动力发生器(6)在一制动过程中施加的力为零牛顿，而该制动夹紧力处于最大制动力的约25％与75％之间的范围内。
3.按照权利要求2所述的夹紧装置，其特征在于，所述制动力转发器配置成这样，即为了产生一确定的制动夹紧力由制动力发生器在一制动过程中施加的力为零牛顿，而该制动夹紧力处于最大制动力的40％与60％之间的范围内。
4.按照权利要求3所述的夹紧装置，其特征在于，制动力转发器(60)配置成这样，即为了产生一确定的制动夹紧力由制动力发生器(6)在一制动过程中施加的力为零牛顿，而该制动夹紧力处于最大制动力的50％处。
5.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述制动力发生器为一电机(6)。
6.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述制动力发生器为一在两个操作方向起作用的制动缸。
7.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述制动缸设计成液压作用的或气动作用的。
8.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述储能器具有用以夹紧制动器的一弹簧或一弹簧组(38)。
9.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述弹簧或弹簧组(38)配置成使在制动力发生器(6)不起作用时可借助其产生一确定的、尤其是一中等的制动力。
10.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，电机(6)和弹簧或弹簧组(38)相互匹配成这样，即
—弹簧或弹簧组(38)单独产生一确定的在最小与最大制动力之间的制动力值(运行零点)；
—弹簧和电机(6)以力相加产生一大于运行零点的确定的制动力之制动力；以及
—弹簧(38)和电机(6)以力相减产生一小于运行零点的制动力。
11.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，制动力发生器(6)对直移式传动机构(14，20，34)产生作用以便夹紧和松开夹紧元件。
12.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述夹紧元件为一火车制动钳(50)其用以夹紧制动盘(56)的制动摩擦片(54)。
13.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，电机(6)通过一齿形带(10)驱动一小齿轮(12)，其可旋转地支承在一主轴套(14)上。
14.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，主轴套(14)固定在螺杆(20)上，其可旋转地支承在一制动器机架(26)上。
15.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，旋转主轴(14)可旋转地支承在制动器机架(26)上。
16.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，螺杆(20)轴向通过主轴套(14)的端部伸出并在该部分上设有螺纹，一个套螺母(36)拧到该螺纹上。
17.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，套螺母(36)嵌入套(34)中，其中套(34)设置成使其在螺杆(20)相对旋转时随套螺母(36)轴向移动。
18.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，在一套(34)的轴向端部连接一偏心装置(46)的偏心杆(44)，其与一制动钳(50)相连接。
19.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，在电机(6)与主轴套(14)之间连接一离合器。
20.按照上述权利要求之一项所述的夹紧装置，其特征在于，所述离合器构成为电磁齿式离合器(18)。
CNB008132070A 1999-09-23 2000-09-15 车辆制动器的夹紧装置 Expired - Fee Related CN100368699C (zh)

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