JP2004518100A - 電子機械式のブレーキ締付け装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、特にレール車両用ブレーキのための電子機械式のブレーキ装置（１）であって、ブレーキを締付け及び／又は解除するためのブレーキアクチュエータ（２）と、ブレーキアクチュエータ（２）から供給されるエネルギーをブレーキ締付け運動に変換するための力変換器（８）とを有している形式のものに関する。本発明は、力変換器（８）が、力の流れ内に配置された、間接的に又は直接的にブレーキ力測定を行うための少なくとも１つの測定センサを備えた剪断力測定ピン（５８）及び／又はブレーキレバー（３６）を有していることを特徴としている。

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載した形式の、特にレール車両用ブレーキのための電子機械式のブレーキ締付け装置に関する。
【０００２】
今日では、レール車両分野において３つのブレーキシステム、つまり電気空圧式（エレクトロニューマチック式）のブレーキシステム、電気油圧式（エレクトロハイドロリック式）のブレーキシステム並びに電気機械式（エレクトロメカニカル式）のブレーキシステムが設けられている。この場合、ブレーキシステムは、制動するために（アクティブなブレーキシステム）又は制動解除するために（パッシブなブレーキシステム）、ブレーキアクチュエータの力を加える必要があるかどうかに応じて、アクティブなブレーキシステム又はパッシブなブレーキシステムとして構成することができる。運転に故障が生じた場合、電気空圧式のシステムにおいては、圧力タンク内でエネルギーの蓄積が行われ、電気油圧式のシステムにおいては油圧タンク内でエネルギーの蓄積が行われ、また電気機械式のシステム内では蓄力ばねとしてエネルギーの蓄積が行われる。
【０００３】
従来技術によれば、ブレーキアクチュエータを備えたレール車両のための電気機械式のブレーキ締付け装置が公知である。ブレーキアクチュエータは、運転ブレーキユニットと、エネルギー蓄え器を備えた蓄力式ブレーキユニットとを有している。運転ブレーキユニットは、例えば電気機械式の駆動装置として構成された、ブレーキを締付けかつ／又は解除するためのブレーキ力発生器を有している。蓄力式ブレーキユニットは、エネルギーを蓄えかつ放出するための少なくとも１つのエネルギー蓄え器を有している。このエネルギー蓄え器は、運転ブレーキユニットが故障した場合に設定された安全レベルで駆動される非常用ブレーキとして及び／又はパーキングブレーキ又は補助ブレーキとしてしてのブレーキをために用いられる。蓄力式ブレーキユニットは一般的に蓄力ばね式ブレーキとして構成されている。
【０００４】
力変換器は、ブレーキ力発生器及び／又はエネルギー蓄え器から放出されるエネルギーをブレーキ締付け運動に変換するためのものである。電動モータ式の駆動装置は、調整エレクトロニクス及び電力エレクトロニクスによってスリップ制御式に又は負荷修正式に制動制御を行うことができる。目標値と実際値とを比較するために、それぞれ存在する実際のブレーキ力のための値が必要となるので、直接的にブレーキ力測定のための又は値を測定するためのセンサを設ける必要があり、このセンサから実際のブレーキ力が導き出されるようになっている。
【０００５】
電気空圧式及び電気油圧式のブレーキシステムにおいては、圧縮空気又はハイドロリック液体内に存在する運転圧力を測定するための圧力センサが用いられ、この圧力センサから、瞬間的なブレーキ力の高さが導き出される。電気機械式のシステムにおいてはこのような媒体は存在していない。
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式の電気機械式のブレーキ締付け装置を改良して、簡単かつ正確にブレーキ力の測定を行うことができるようなものを提供することである。
【０００７】
この課題は、本発明によれば請求項１に記載した特徴によって解決された。
【０００８】
発明の利点
メカトロニクス（ｍｅｃｈａｔｒｏｎｉｓｃｈｅ）による剪断力センサピンは、力変換と力測定とを同時に行う２つの機能を合わせたものである。従って本発明によるブレーキ締付け装置は、一方では小さい構造を有し、他方では小さい構造エレメント及びわずかな重量を有している。また、力センサが力変換器の力の流れ内に、何も介在させずに直接組み込まれていることによって、高い測定精度が得られる。剪断力センサピンは、確実な力の伝達を保証するために、機械的に強い長期耐久限度を有するように構成されている。
【０００９】
従属請求項に記載した手段によって、請求項１に記載したブレーキ締付け装置の有利な実施態様及び改良が可能である。
【００１０】
本発明の特に有利な実施例によれば、剪断力センサピンは、力変換器の少なくとも２つの力伝達エレメントを互いに結合するヒンジのヒンジピンを形成している。ヒンジは、ブレーキアクチュエータによってリニア状に操作可能なコンロッドを、ブレーキライニングに作用する偏心体装置のブレーキレバーに接続する。これによって、力測定個所は、力の作用箇所のすぐ近くに位置することになるので、例えば軸受摩擦又はヒステリシス等の妨害値の影響が小さいので、それによって非常に正確な測定が可能となる。
【００１１】
本発明の有利な手段によれば、ブレーキ力を測定するための測定センサが、剪断力センサピンの外周面で保持された少なくとも１つの伸張測定ストリップを有している。伸張測定ストリップは、公知の形式で、高い精度を有すると同時に広い測定範囲を有しており、温度変化及び圧力衝撃に対して強いので、特に非常用ブレーキの枠内で衝撃的に発生する力の作用において有利である。さらにまた、伸張測定ストリップは、良好な長時間形状安定性並びに高い耐腐食性を特徴としている。
【００１２】
本発明の実施態様によれば、重複した（ｒｅｄｕｎｄｎｔｅ）測定センサ及び／又は重複したセンサ信号評価エレクトロニクス、特に種々異なる測定原理を有する重複した測定センサ、及び／又は種々異なる構造及び形式の重複したセンサ信号評価エレクトロニクスが設けられている。これによって、測定装置の高い確実性が得られ、しかも２つ又はそれ以上の測定回路の測定信号を比較することによって、合理性検査が可能である。
【００１３】
図面
本発明の１実施例が図面に示されていて、以下に詳しく説明されている。
【００１４】
図１は、剪断力センサピンが組み込まれている本発明によるブレーキアクチュエータの有利な実施例の断面図、
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った剪断力センサピンの断面図である。
【００１５】
実施例の説明
図１に全体が符号１で示された電子機械式のブレーキ締付け装置の有利な実施例は、レール車両のために設けられていて、運転ブレーキユニットと蓄力式ブレーキユニットとを備えたブレーキアクチュエータ２を有している。運転ブレーキユニットは、電気駆動装置例えば電気式のサーボモータ４を有しており、このサーボモータ４は、ブレーキアクチュエータ２のアクチュエータケーシング６内に収容されている。機械式の力変換器８は、ブレーキアクチュエータ２によって提供されたエネルギーをブレーキ締付け運動に変換するために用いられる。
【００１６】
サーボモータ４は同軸的なブレーキスピンドル１０を回転運動に変換する。この回転運動は、力変換器８によって、ブレーキディスク１４に向かう方向のブレーキパッド１２のブレーキ締付け運動に変換される。力変換器８は特に、ブレーキスピンドル１０に回転可能に支承されたスピンドルナット１８を備えたスピンドル／ナット構造ユニット１６を有している。スピンドルナット１８は、ブレーキスピンドル１０の回転時にスピンドル軸線方向のリニア運動（線運動）を行う。サーボモータ４とは反対側の、ブレーキスピンドル１０の端部は、コンロッド２０の円筒形の中空区分内に突入しており、このコンロッド２０はスピンドルナット１８に軸方向で堅固に結合されている。さらに、コンロッド２０の円筒形の中空区分はスライドスリーブ２２内で軸方向に堅固に保持されており、このスライドスリーブ２２に対して、アクチュエータケーシング６で支持された少なくとも１つの蓄力ばね２４がブレーキ解除位置でプレロード（予圧）をかけられている。蓄力ばね２４は、蓄力式ブレーキユニットの一部であって、エネルギーを蓄えて放出するために用いられる。このエネルギーは、運転ブレーキユニットの故障時に設定された安全性レベルで駆動される非常ブレーキとして、及び／又はパーキングブレーキ又は補助ブレーキとしてブレーキをために用いられる。運転ブレーキユニットも蓄力式ブレーキユニットもコンロッド２０に作用する。蓄力ばね２４は、ロック装置２６によってプレロードのかけられた位置で保持される。
【００１７】
コンロッド２０のプレート状のコンロッドヘッド２８は、スライドスリーブ２２から突き出していて、コンロッドアイ３０を備えている。特に図２に示されているように、対抗ピン３２は、コンロッドアイ３０を貫通し、さらに、このロッドアイ３０に対して同軸的な貫通孔３４を貫通している。この貫通孔３４は、コンロッドアイ３０を軸方向で取り囲む、ブレーキレバー３６の一端部に設けられた側面３８に形成されている。ブレーキレバー３６の側面３８とコンロッドヘッド２８とヒンジピン３２とは一緒に、力変換器８のヒンジ４０を形成しており、それによってブレーキレバー３６は、スピンドル軸線４２に対して垂直に、コンロッド２０に枢着されている。ブレーキ締付け装置内でブレーキスピンドル１０が駆動されるか、若しくはロック装置２６が解除されると、蓄力ばね２４は、ヒンジピン３２のコンロッド２０が軸方向に突き出す（ａｕｓｆａｈｒｅｎ）ことに基づいて、特にピン軸線４４に対してほぼ垂直に作用する剪断力によって負荷される。
【００１８】
ブレーキレバー３６の他方の端部は、偏心体軸４６を備えた偏心体装置に作用する。この偏心体軸４６は、フォークレバー４８にヒンジ接続（枢着）されており、このフォークレバー４８は別のフォークレバー５０と共に１つのブレーキフォーク５２を形成している。フォークレバー４８，５０の一方の端部にはそれぞれ、ブレーキライニング１２を備えたライニングホルダ５４が配置されており、このライニングホルダ５４は、ブレーキディスク１４の軸線方向で摺動可能である。ブレーキライニング１２とは反対側の、フォークレバー４８，５０の端部は、プッシュロッド調節装置５６を介して互いに接続されており、このプッシュロッド調節装置５６は有利には電気操作式に設計されている。以上の装置は同様に力変換器８の一部を形成しており、この力変換器８は、サーボモータ４又は蓄力ばね２４によって生ぜしめられた、コンロッド２０の突き出し運動を、ブレーキディスク１４に向かう方向での、ブレーキライニング１２のブレーキ締付け運動に変換する。
【００１９】
本発明によればヒンジ４０のヒンジピン３２は、剪断力センサピン５８によって形成される。剪断力センサピンは、ブレーキライニング１２に作用するブレーキ力を直接的に又は間接的に導き出す値を測定するための少なくとも１つの測定センサ６０を備えている。有利な実施例では、測定センサは伸張測定ストリップ（ＤＭＳ）６０によって形成されている。この伸張測定ストリップは、例えばピン軸線４４に対して垂直方向な平面内で環状に延びる溝６２内に受容されている。伸張測定ストリップ６０を備えた溝６２は、ブレーキレバー３６の側面３８とコンロッド２８との軸方向の当接箇所の領域内に配置されていて、それによって、剪断負荷のかかる剪断力測定ピン５８の剪断平面内に正確に配置されている。伸張測定ストリップ６０は、互いに逆向きに作用する剪断力に基づいて生ぜしめられる、剪断力測定ピン５８の剪断変化に比例する信号を発生させて、この信号を評価エレクトロニクス６４に供給するように、有利には接着によって剪断力測定ピン５８の周囲に固定されている。
【００２０】
選択的に、溝６２を省いてもよい。また伸張測定ストリップ６０を剪断力センサピン５８の外周面に直接固定してもよい。別の選択的な実施例に従って又は付加的に、伸張測定ストリップ６０は、ピン軸線４４に対して同軸的な、剪断力センサピン５８の中空孔内で保持されるようになっていてもよい。この場合、剪断力センサピンは薄壁状に構成されている。剪断力センサピン５８の代わりに、又は付加的に、１つ又は複数の伸張測定ストリップ６０をブレーキレバー３６に配置して、ブレーキレバー３６の変形からブレーキ力を導き出すようにしてもよい。
【００２１】
さらにまた、運転中に発生する剪断力センサピン５８及び／又はブレーキレバー３６の変形を測定できるような形式の測定センサを使用することもできる。この測定センサは、有利には容量式、圧電式又は圧電抵抗式の原理に従って作業する。測定装置のできるだけ高い確実性を得るために、測定センサ６０及び／又は評価エレクトロニクス６４を余分に設けることができる。特に、種々異なる原理による測定センサ及び、種々異なる構造及び形式の評価エレクトロニクスを重複して設けてもよい。
【００２２】
剪断力測定ピン５８は一端部で、直径の拡張されたピンヘッド６６を有しており、このピンヘッド６６内にセンサ信号評価エレクトロニクス６４が収容されている。センサ信号評価エレクトロニクス６４は、ピンヘッド６６内に鋳込まれ、それによって振動減衰又は振動遮断されたセンサが得られる。有利な形式で使用された伸張ストリップ６０は、ＤＭＳ−ブリッジ回路の評価エレクトロニクス６４を有している。組み立てた状態で、ピンヘッド６６の端面側の環状面は、軸方向でブレーキレバー３６の上側の側面３８に軸方向で当接する。ピンヘッド６６とは反対側の、剪断力測定ピン５８の端部は、位置固定されたスナップリングを受容するための、ピン軸線４４に対して直交する横方向に延びる２つの外側溝６８を有している。
【００２３】
評価エレクトロニクス６４ではさらに、剪断変形信号が、それぞれブレーキライニング１２に作用する実際ブレーキ力のための信号に変換される。実際ブレーキ力はさらに、目標値と実際値とを比較することによって所望の目標ブレーキ力を調整することができるように、図示してない制御及び調整装置に供給される。さらに、受信された信号は、確実な制動時にブレーキ締付け装置１の機能性及び力制御を監視するための実際ブレーキ力のために使用される。しかも測定結果を立証するために、駆動側で電流センサによって測定されたモータ電流が実際ブレーキ力のための信号と整合される。
【図面の簡単な説明】
【図１】
剪断力センサピンが組み込まれている本発明によるブレーキアクチュエータの有利な実施例の断面図である。
【図２】
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った剪断力センサピンの断面図である。
【符号の説明】
１ ブレーキ締付け装置
２ ブレーキアクチュエータ
４ サーボモータ
６ アクチュエータ
８ 力変換器
１０ ブレーキスピンドル
１２ ブレーキライニング
１４ ブレーキディスク
１６ スピンドル・ナット・構造ユニット
１８ スピンドルナット
２０ コンロッド
２２ スライドスリーブ
２４ 蓄力ばね
２６ ロック装置
２８ コンロッドヘッド
３０ コンロッドアイ
３２ ヒンジピン
３４ 貫通孔
３６ ブレーキレバー
３８ 側面
４０ ヒンジ
４２ スピンドル軸線
４４ ピン軸線
４６ 偏心体軸
４８ フォークレバー
５０ フォークレバー
５２ ブレーキフォーク
５４ ライニングホルダ
５６ プッシュロッド調節装置
５８ 剪断力測定ピン
６０ 測定センサ（ＤＭＳ）
６２ 溝
６４ 評価エレクトロニクス
６６ ピンヘッド
６８ 外側溝

Claims (15)

1. 特にレール車両用ブレーキのための電子機械式のブレーキ装置であって、ブレーキを締付け及び／又は解除するためのブレーキアクチュエータ（２）と、ブレーキアクチュエータ（２）から供給されるエネルギーをブレーキ締付け運動に変換するための力変換器（８）とを有している形式のものにおいて、
   力変換器（８）が、力の流れ内に配置された、間接的に又は直接的にブレーキ力測定を行うための少なくとも１つの測定センサを備えた剪断力測定ピン（５８）及び／又はブレーキレバー（３６）を有していることを特徴とする、電子機械式のブレーキ締付け装置。
2. 剪断力測定ピン（５８）が、力変換器（８）の少なくとも２つの力伝達エレメント（２０，３６）を互いに接続するヒンジ（４０）のヒンジピン（３２）を形成している、請求項１記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
3. ヒンジ（４０）が、ブレーキアクチュエータ（２）によってリニア状に操作可能なコンロッドを、ブレーキライニング（１２）に作用する偏心体装置のブレーキレバー（３６）に接続する、請求項２記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
4. 剪断力測定ピン（５８）がコンロッド（２０）のコンロッドヘッド（２８）を貫通し、さらに、コンロッドヘッド（２８）によって軸方向で取り囲まれたブレーキレバー（３６）の側面（３８）に形成された、コンロッド２８）に対して同軸的な貫通孔（３４）を貫通している、請求項３記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
5. ブレーキレバー（３６）が偏心体軸（４６）を有する偏心体装置に作用し、該偏心体装置が少なくとも１つのフォークレバー（４８）に枢着されていて、該フォークレバー（４８）が別のフォークレバー（５０）と共に１つのブレーキフォーク（５２）を形成しており、この場合、フォークレバー（４８，５０）の両端部に、ブレーキディスク（１４）の軸線方向でシフト可能な、ブレーキライニング（５２）を備えたブレーキホルダ（４８，５０）が配置されている、請求項４記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
6. 間接的に又は直接的にブレーキ力測定を行うための測定センサが、剪断力測定ピン（５８）の外周面及び／又はブレーキレバー（３６）の外周面で保持された伸張測定ストリップ（６０）を有している、請求項１から５までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
7. 間接的に又は直接的にブレーキ力測定を行うための測定センサが、薄壁状の剪断力測定ピンの中空孔内で保持された少なくとも１つの伸張測定ストリップ（６０）を有している、請求項１から６までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
8. 剪断力測定ピン（５８）の外周面に、伸張測定ストリップ（６０）を受容するための切欠（６２）が設けられており、該切欠が、ブレーキレバー（３６）の側面（３８）とコンロッド（２８）との軸方向の当接面の領域内に配置されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
9. 間接的に又は直接的にブレーキ力測定を行うための測定センサ（６０）が、剪断力測定ピン（５８）内に組み込まれた少なくとも１つの圧力測定変換器、有利には容量式、圧電式又は圧電抵抗式の原理で作業する圧力測定変換器を有している、請求項１から８までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
10. 剪断力測定ピン（５８）が、端面側で直径の増大されたピンヘッド（６６）を有しており、該ピンヘッド（６６）内にセンサ信号評価エレクトロニクス（６４）が配置されている、請求項１から９までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
11. センサ信号評価エレクトロニクス（６４）がピンヘッド（６６）内に、振動及び衝撃に対して保護されて鋳込まれている、請求項１０記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
12. 重複した測定センサ（６０）及び／又は重複したセンサ信号評価エレクトロニクス（６４）、特に種々異なる測定原理を有する重複した測定センサ、及び／又は種々異なる構造及び形式の重複したセンサ信号評価エレクトロニクスが設けられている、請求項１１記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
13. 測定センサ（６０）によって、瞬間的なブレーキ力のための実際値が信号として調整装置に供給されるようになっている、請求項１から１２までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
14. ブレーキアクチュエータ（２）が電動モータ（４）を有しており、該電動モータのモータ電流が電流センサによって検出可能である、請求項１から１３までのいずれか１項記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。
15. モータ電流のための信号が、ブレーキ力のための信号と整合可能である、請求項１４記載の電子機械式のブレーキ締付け装置。