CN1415057A - 制动促动器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种制动促动器，尤其是用于圆盘制动器的铁路机车制动钳的制动促动器，具有一个带有电动驱动装置(24，106)的、用于压紧和释放制动器的运行制动单元，一个带有蓄能弹簧装置(14，14’)的、用于压紧制动器的保险制动单元，以及一个用于将电机旋转运动转换成平移运动以操纵制动压紧机构、特别是操纵制动钳(80)的制动螺杆(34，134)，其特征在于，蓄能弹簧装置(14，14’)与制动螺杆(34，134)相互同心地设置并且机械串联。

Description

制动促动器
本发明涉及一种制动促动器，尤其是用于圆盘制动器的铁路机车制动钳的制动促动器。
由DE 195 14 463 C1已知一种用于车辆、尤其是铁路机车的圆盘制动器的制动钳单元，它有一个带有两个钳式杠杆的制动钳，其中一个钳式杠杆可通过偏心传动装置操纵而另一个支承在壳体上。该制动钳单元是一个制动促动器，它一方面具有一个电动驱动装置，另一方面包括一个带有用于压紧制动器的蓄能装置的保险制动单元。
DE 198 04 454 A1给出了一种用于汽车的可电机操纵的圆盘制动器。对于这种圆盘制动器，减速器设计成带有螺纹滚轮(Gewindero1le)回程的滚动螺杆减速器(Rollengewindetrieb)。
DE 30 48 766给出了一种用于铁路机车定位制动的压紧装置，该装置同样电动操纵，其中电机具有通过减速器将旋转运动转换成操纵机构纵向运动的转换传动装置。
此外EP 0129 969给出了一种制动促动器，其中可以通过电机装置来压紧产生制动力的弹簧。
目前在铁路机车领域主要使用两种车轮制动系统：气动制动系统(电-气动系统和真空制动器可以归入此类)和(电)液压制动系统。迄今为止纯电机制动系统尚不能在市场上占有值得一提的地位。
对于这两种通过缸体里的活塞产生力的技术，力的产生一般只有一个作用方向。活塞的复位通过由于制动杆弹性变形产生的力以及复位弹簧来实现，此外弹簧还确保其达到终端位置。
动力中断情况下的就地能量存储对于气动系统在压力气体容器中实现，或对于液压系统在相应的液体容器中实现，以及对于电机系统通过备用电池或冗余电源来实现。另外对于被动系统也可能通过存储在弹簧中的能量很好地进行压紧。
在这样的背景下，本发明的目的在于，提供一种制动促动器，它保证具有高的运行可靠性并且结构紧凑而又价廉地安装制造。
本发明的这个目的通过权利要求1而实现。在此与现有技术不同的是，蓄能弹簧装置与制动螺杆相互同轴设置，这意味着非常节省空间并且低成本地设置这些结构部件。此外通过这种设置还能够以简单的方式实现制动螺杆与蓄能弹簧的机械“串联”，从而将防止它们在运行制动时共同产生制动力。这个保险弹簧可以用作停车制动器，也可以作为出现故障时(例如电流、电气或马达故障)的紧急制动器。有利的是，在制动力较小时能耗也较少。
本发明的其它有利的实施例在从属权利要求中给出。
下面借助于实施例附图详细地描述本发明。附图中：
图1为按照本发明的用于铁路机车制动钳单元的制动促动器的第一个实施例，
图2为图1中的A-A截面图，
图3为原理图，该图表示按照本发明的制动促动器在铁路机车制动钳单元中的安装原理，
图4为图1中的制动促动器在弹簧蓄能器的制动位置，
图5为图1中的制动促动器在弹簧蓄能器的释放位置，
图6为图1中的制动促动器在运行制动时借助于电机驱动，
图7为按照本发明的制动促动器的另一个实施例，
图8为图7中的制动促动器在弹簧蓄能器的制动位置，
图9为图7中的制动促动器在弹簧蓄能器的释放位置，
图10为图7中的制动促动器在运行制动时借助于电机驱动，
图11为图7实施例的结构变型方案。
图1示出一个制动促动器2，具有基本上为空心圆柱形的壳体4，壳体在一个轴向端部通过具有同心孔8的端盖部6封闭。从端盖部6开始壳体4基本上为双层壁为结构，其中在内壁1O与外壁12之间的空间里设置蓄能弹簧14。蓄能(螺旋)弹簧14以其一端支承在端盖部6上，而以其另一轴向端部作用于环形滑盘16上，该滑盘以其内圆周固定在带有凸台20的轴套18上。轴套18的外圆周在内壁1O的内壁上移动地导向。此外轴套18以其背离端盖部的端部在内壁10的轴向端部旁边以凸台20轴向突出于壳体4的端部。
在端盖部6背离蓄能弹簧14一侧上沿轴向依序设置减速器22、电机24和(例如电磁)吸持制动器26。减速器22在其朝向端盖部的轴向侧具有一个空心轴套28作为主动轴。该空心轴套28在其内圆周上设有轴向延伸的槽，翼轮/同步轮30的外部通过轴向轮翼嵌接在槽里面。通过这种方式同步轮30相对于空心轴28不可转动但可轴向移动地导向。同步轮30固定在销轴(也称制动螺杆)34的轴向端部外圆上，制动螺杆的一个轴端位于空心轴28里面，而其另一轴端超出壳体4的轴向端部伸进制动力发生器中。
在与同步轮连接的销轴34的轴向区域，两个轴向套36、38安置在销轴34的上面。外套、螺杆套38可以在内套36上移动并相对于内套可转动。外螺杆套38在其外圆周朝向端盖部区域的大约轴向延伸长度一半上设有外螺纹，外螺纹与旋在螺杆套38上的螺母40的内螺纹接合。螺母40通过两个轴承42，44可旋转地支承在壳体4内并可以通过电磁作用的锁紧装置或者固定销46(见图2)锁定在其转动位置。
螺杆套38在其背离外螺纹的轴向端部设计成阶梯状。轴套20的一端旋紧(或以其它方法固定)在台阶48的外圆上。螺杆套38背离端盖部6的轴向端部通过轴向轴承52，54支承在圆盘50上，该圆盘在轴向又通过位于螺杆套38内圆周环槽里面的挡圈56固定。此外圆盘50支承在销轴34的径向轴肩上。
销轴34在与螺杆套38的轴向端部连接的区域设有螺母/螺杆结构58，该结构例如可以由球循环螺杆(Kugelumlaufspindel)、滚动螺纹传动或行星-螺纹辊传动来实现。当螺杆或销轴34转动时螺母60在销轴34上旋转并使固定在其外圆周上的套62同步转动。套62在其内圆周上设有径向轴肩64，轴肩固定螺母的一个轴向端面，而在螺母的另一端面上螺母60的固定通过轴向顶在螺母上的套筒66实现，该套筒又通过一个固定在轴套62内圆周上的环68轴向固定。具有台阶截面形状的独立的壳体端盖70在轴套62的轴向端部外圆周与壳体4的轴向端部之间延伸。
环或者说螺母68径向支承在磁轭装置72上(也参见图2)，磁轭装置包括环形外壳体74，在该外壳体上可以固定制动钳的杠杆。在环形外壳体74与壳体端盖70之间设置波纹管76用于密封磁轭装置72对面相对于磁轭装置72移动的壳体端盖70。
设置在铁路机车圆盘制动器里面的制动促动器或制动力发生器2由图3的原理图很容易理解。制动促动器2作用于制动钳80的杠杆78端部用于在制动盘84方向上压紧制动爪82，制动盘固定在轴86上。在此磁轭装置72离开壳体4向外移动，使制动杠杆80压紧。
按照本发明的制动促动器的特征在于，在结构上实现紧凑的布置，两种相互完全分开的压紧技术特别紧凑地相互结合，因为制动器不仅可以通过蓄能弹簧14压紧而且可以通过电机24压紧，其中蓄能弹簧14在电机故障情况下构成制动器的保险级。
制动器的主要功能部件是
壳体4；
用于驱动螺纹-制动螺杆34的电机/减速器(带有电机制动器26)22，24；
用于将转动变换成平移移动的螺母/螺杆机构(制动螺杆)58；
带有紧急释放和测力装置的、用于将压紧力施加到制动杠杆80的磁轭装置72；
蓄能弹簧14(保险弹簧)；
由螺母40和螺杆套36(蓄能弹簧螺杆)组成带有定位的、用于压紧固定蓄能弹簧14(制动器46或者说固定销，例如通过电磁进行控制)的第二螺母/螺杆机构；
用于螺杆34与驱动装置之间的平移移动(用于装入弹簧蓄能器)的花键轴结构。
装入弹簧蓄能器时制动器的作用由图4很容易理解。该图示出弹簧蓄能器的制动位置并表明在制动时制动部件的运动方式(旋转、移动或旋转加移动)。
通过释放螺母40上的固定销46中断其固定作用，蓄能弹簧14松弛并通过制动螺杆34的移动建立制动力。在此装入的电机制动器26防止由于制动螺杆34转动而解除制动力。当蓄能弹簧34松弛时蓄能弹簧向前移动滑盘16，滑盘使轴套18以及螺杆套34和38(平移)、轴套62以及整个磁轭装置72(平移)一起同步移动。其中螺母40在螺杆套38上转动，但是螺杆套38以及其它移动部件本身不转动。
为了释放弹簧蓄能制动器，电机24在制动方向上驱动制动螺杆34。因为制动螺杆34通过轴向轴承52，54支承在蓄能弹簧14上，蓄能弹簧14通过增加的制动力在释放固定销的情况下向释放位置移动。通过插入固定销46，蓄能弹簧14被保持在释放位置。在蓄能弹簧14定位以后电机24在释放方向上转动并由此解除还存在的制动力并在制动衬面上建立起一定的气隙(这个过程在图5中未示出)。当“蓄能弹簧制动器”释放时螺杆34不仅转动而且回移。
除了通过操纵弹簧蓄能制动器制动以外，制动还可以通过利用电机驱动装置而实现。这种运行制动仅仅通过控制电机24而实现。轴套28与同步轮30和螺杆34在制动方向上的转动通过螺母/螺杆机构58使气隙搭接并最终建立起制动力。与此相反，轴套28在相反方向上的转动解除制动力并建立起气隙。当操纵电机24时相应地释放电机制动器26。因为固定销46被锁定，螺母40不能转动，使得螺杆套38也处于静止，而制动螺杆34转动。
最大运行制动行程这样设计，使得它能够实现磨损调整。因此不再需要用于面磨损补偿的单独调整。
为了调整压紧力可以在磁轭装置72中组合一个测力装置。为了能够在释放制动器时有针对性地调整气隙，还需要对这个力传感器附加一个位置传感器。当使用伺服电机时一般可以在电机上组合角度测量作为位置测量。在可能的情况下也可以设想回避精确的力测量，因为存在通过刚性杠杆80由位置测量间接得到压紧力的可能。
紧急释放装置86的目的在于，在动力故障情况下能够释放加入的弹簧蓄能制动器。对于上述促动器的方案，这一点由此实现，即，释放制动螺杆螺母(68)在磁轭装置72固定销86上的转矩支承。通过释放电机制动器也可以达到相同的效果，但是高变速比和因此带来的电机与螺杆之间的减速器的磨损将妨碍足够的力减小。
本发明的另一个变型方案在图7和8中给出。图7示出一个用于铁路机车制动器104的压紧装置102。该压紧装置102包括一个电机/减速器106(包括所安装的电机制动器106’)，其从动轴108(或从属于电机6的减速器从动轴)通过齿带110驱动小齿轮112，小齿轮固定在轴套114上，轴套在其轴向内圆周上还设有轴向延伸的槽。该轴套的作用相当于图1中空心轴28的作用。
螺母40’通过固定的内轴套115支承在轴套114上，该内轴套设有非自锁的内螺纹，内螺纹旋在轴套62’的对应外螺纹上。螺母40’也可以通过电磁固定销46’制动。内轴套115通过轴承116、117支承在内部壳体凸肩4”上，内壳体具有用于穿过制动螺杆134的孔。围绕在轴套115外面的是另一个轴套118，该轴套支承在成形于壳体4’内部的壳体4’凸肩4”上并用于容纳与轴套118同轴设置的蓄能弹簧14’。蓄能弹簧14’又以其背离壳体凸肩的一端作用于环形滑盘16’，该滑盘固定在内轴套20’上，内轴套固定在内套筒66’上，套筒又位于端盖120上，该端盖轴向在一端封闭制动螺杆空间。在端盖的外侧(在背离制动螺杆的一侧)铰接着制动杠杆121，该杠杆作用于偏心轮122。偏心轮122具有偏心轴124，该轴铰接在制动杠杆的钳臂126a上，该钳臂与第二钳臂126b构成一个制动钳80。在钳臂126的一端分别设置带有制动爪82的衬层固定体127，该衬层固定体可以在制动盘84的轴向(未示出)上移动。背离制动面或制动爪82的钳臂126的端部通过压杆调节器128相互连接，该调节器最好设计成电动控制的并包括一个力传感器和紧急释放装置(未示出)。
轴套114在其面向壳体4’的轴向端部通过径向轴承130可旋转地支承在壳体端盖132的内圆柱形凸台上。壳体端盖132可以从外面取下并能够接触到用于执行紧急释放过程的位于制动螺杆134轴向端部的六棱体136。
在轴向与六棱体136连接的区域，还在制动螺杆134上设置一个同步轮30’，使制动螺杆134在外轴套114上可以轴向移动但不能相对于轴套114转动。在轴套114与螺母40’之间配有径向轴承130，使螺母40’可以在轴套114上自由旋转。
制动螺杆134和轴肩64相互通过轴向轴承52’支承，该轴承一方面通过螺纹-制动螺杆的台阶(径向)而另一方面通过轴套62’的台阶48’位置固定。在台阶48’的外圆周上固定轴套20’的端部。台阶48’通过轴向轴承52’支承在垫片50’上，垫片又通过位于螺杆套62’内圆周环槽里的挡圈56’轴向固定。
在与螺母40’的轴向端部连接的区域，螺杆轴134设有螺母/螺杆结构58’。当螺杆或销轴134转动时螺母60’在销轴134上转动并使固定在其外圆周上的轴套137一起转动。轴套137在其一端的内圆周上设有径向轴肩137a，它将螺母60’的一端轴向固定，在螺母的另一端螺母60’通过轴向顶靠螺母60’的套筒66’固定，套筒作用在端盖120上。
偏心机构提供一个附加的传动比，它能使促动力减小数倍。与图1实施例的不同在于，磨损补偿调整的功能没有组合在促动器里，因此在图7中示出了单独的补偿调整器(128)。
紧急释放装置的功能同样组合在这个单独的补偿调整器里面，但是也可以设想一个机构，该机构以制动螺杆转动为基础。出于结构空间的原因在这种变化中电机不与制动螺杆同轴设置，而是在侧面通过齿带110与电机连接。在这种变化中促动器的不同位置在对应于图5，6，7的图8，9，1O中示出。
按照图8为了操纵弹簧蓄能器制动释放固定销46’。由此螺母40’与轴套115一起转动，使得蓄能弹簧14’能够松弛，通过弹簧将环形滑盘16’轴向移动，该滑盘与套筒20’一起移动并使套筒62’包括制动螺杆134一起在轴套114内轴向移动。
按照图9弹簧制动的释放通过电机传动实现，电机传动旋转轴套114，轴套使被定位的弹簧14’压紧并使制动螺杆134轴向返回(也参见图5)。
接着通过电机106实现运行制动。固定销46’阻止蓄能弹簧14’的意外松弛。当轴套114转动时同步轮30’和制动螺杆134一起转动。其中螺母60’在制动螺杆上转动，使轴套66’轴向移动并前顶制动杠杆121。当释放制动器时螺母60’在螺杆上反转，使螺杆轴向返回。
图11与图7示例的区别主要在于螺纹-制动螺杆上轴向力的支承形式。在此轴套115同时起到容纳蓄能弹簧14’的作用。弹簧14’又作用于滑盘16’，该滑盘固定在轴套20’上，该轴套安装在内轴套66’上。对于本实施例，在螺杆134轴向端部处的螺纹-制动螺杆的支承是通过轴向轴承52’实现的，该轴承固定在轴套66’的内部台阶和端盖120上。螺母固定在套筒66’里(一端通过台阶48’，另一端通过另一个挡圈138)。图7中实施例附加的套筒/轴套137和138对于本实施例可以省去。
                      附图标记表制动促动器            2壳体                  4端盖部                6孔                    8内壁                  10外壁                  12蓄能弹簧              14滑盘                  16轴套                  18凸台                  20减速器                22电机                  24吸持制动器            26空心轴套              28翼轮/同步轮           30轮翼                  32销轴                  34套                    36，38螺母                  40轴承                  42，44电磁作用的锁紧装置    46台阶                  48圆盘                  50轴承                  52，54挡圈                  56螺母/螺杆结构         58螺母                  60套                    62轴肩                  64轴套                  66环                    68壳体端盖              70磁轭装置              72环形外壳体            74波纹管                76杠杆                  78制动钳                80制动爪                82制动盘                84轴                    86固定销                88压紧装置              102铁路机车圆盘制动器    104电机/减速器           106电机制动器            106’从动轴                108齿带                  110小齿轮                112轴套                  114内轴套                115轴承                  116，117轴套                  118端盖                  120制动杠杆              121偏心轮                122偏心轴                124钳臂                  126a钳臂                  126b衬层固定体            127压杆调节器            128径向轴承              130壳体端盖              132制动螺杆              134六棱体                136轴套                  137

Claims (17)

1.制动促动器，特别是用于铁路机车制动器的制动促动器，具有
-一个带有电动驱动装置(24，106)的、用于压紧和释放制动器的运行制动单元，
-一个带有至少一个蓄能弹簧装置(14，14’)的、用于压紧制动器的保险制动单元，
-一个用于将电动驱动装置的旋转运动转换成平移运动以操纵制动压紧机构、特别是操纵制动钳(80)的制动螺杆(34，134)，
-其中至少一个蓄能弹簧装置(14，14’)与制动螺杆(34，134)相互同心地设置。
2.如权利要求1所述的制动促动器，其特征在于，所述制动螺杆(34，134)与蓄能弹簧装置(14，14’)机械地串联，最好是这样，即，由螺杆和弹簧产生的力决不在运行位置在制动衬片上相叠加。
3.如权利要求1或2所述的制动促动器，其特征在于，所述电机驱动装置具有电机(24)，该电机轴向连接在制动螺杆(34)上。
4.如权利要求1或2所述的制动促动器，其特征在于，在电机(24)与制动螺杆(34，134)之间连接带传动，其中电机(106)基本上平行于螺纹-制动螺杆(34，134)，或者在电机(24)与制动螺杆(34，134)之间连接行星或正齿轮传动机构。
5.如上述任一项权利要求所述的制动促动器，其特征在于，对电机(24，106)配备一个电磁吸持制动器(26，106’)。
6.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述蓄能弹簧(34，134)由螺簧构成。
7.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，通过螺母/螺杆结构(58)将电机(24，106)的旋转运动转换成制动螺杆(34，134)的平移移动。
8.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，在螺母/螺杆结构(58)的一个轴向端部设置一个用于将压紧力施加到制动钳(80)上的磁轭装置(72)。
9.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述磁轭装置(72)设有紧急释放装置(固定销88)和/或测力装置。
10.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述制动螺杆(34，134)在减速器(22)的从动轴或轴套(28，114)里可以轴向移动但是不可以相对于从动轴/轴套(28，114)转动。
11.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，具有螺母(40，40’)和螺杆套(38)的第二螺母/螺杆结构设有用于压紧固定蓄能弹簧(14)的锁紧装置(46)。
12.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，将所述锁紧装置(46)设计成可电磁操纵的。
13.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述螺杆套(138)可相对于螺杆转动并通过轴向轴承(52，54)支承在该螺杆上。
14.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述电机(6)通过齿带(10)驱动小齿轮(12)，此小齿轮可旋转地支承在螺杆套(114)上。
15.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，偏心机构的偏心杠杆(121)作用于制动促动器的轴向端部，该偏心机构与制动钳(80)连接。
16.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述电机(24，106)直接无变速地作用于制动螺杆(34，134)。
17.如上述权利要求中任一项所述的制动促动器，其特征在于，所述弹簧装置(14，14’)包括多个分布在制动螺杆(34，134)圆周上的单个弹簧。
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