JP2008508491A - 安全ブレーキ - Google Patents

Abstract

本発明は、ハイドロリック的／ニューマチック的に通気される安全ブレーキ（１）に関する。
このために必要となるマスタシステム（７）は、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット（８）と、該ピストンシリンダユニットに対して並列に位置する、モータ式に駆動される、出力制御可能なハイドロリックシステムとから構成されている。

Description

本発明は請求項１の上位概念部に記載の形式の安全ブレーキ、つまり該安全ブレーキの、ブレーキロック位置を達成するまで力発生器の力により規定されたブレーキモーメントが、ブレーキ過程投入の場合に、まずは制動したい荷重の運動エネルギを完全に消滅させるために働き、次いで荷重をブレーキロック位置に保持するために働き、前記規定されたブレーキモーメントが、圧力媒体で充填されたピストンシリンダユニットの圧力負荷によって生ぜしめられる、ブレーキロータとブレーキステータとの間の相対運動により可変であり、このために前記ピストンシリンダユニットが、圧力媒体管路を介してマスタシステムに連通接続されている形式のものに関する。

このような形式の安全ブレーキは機械工学において、既知の荷重を停止状態にまで制動するために働く。ブレーキ過程が投入された場合には、制動させたい、まだ運動させられている荷重は強制的に停止状態にまでもたらされなければならない。なぜならば、さもないと安全ブレーキの安全機能が満たされなくなるからである。

この場合、運動させられている荷重に基づいて生じる、外力により付与された荷重モーメントには、ブレーキロータとブレーキステータとの間に発生するブレーキモーメントが対抗する。したがって、ブレーキモーメントは連続的に、荷重モーメントにより提供された運動エネルギの完全な消滅をもたらす。その後に、安全ブレーキはブレーキロック位置に位置する。この場合、ブレーキロータとブレーキステータとの間には、もはや滑り摩擦は生じなくなり、静摩擦が生じる。

このような安全ブレーキは、たとえば圧力媒体によって通気されるばね力操作式のブレーキとして知られている。

この場合、ばねは力発生器として働く。力発生器はハイドロリック的なコンポーネントによって、さらにまだその力作用の点でアシストされ得る。

しかし、この力発生器の機能は、通気過程において圧力媒体がピストンシリンダユニット内に流入して、安全ブレーキがそのブレーキ解除位置へ移動させられると、いかなる場合でもピストンシリンダユニットによって解除される。

したがって、ばね力を介して導入されたブレーキ機能は、ピストンシリンダユニット内に制御導入された圧力媒体により阻止され、これにより安全ブレーキは再び解除される。

このようなパッシブ型ブレーキに対して択一的に、アクティブ型ブレーキも使用され得る。アクティブ型ブレーキの場合には、ばね力操作に対して付加的にまたはばね力操作の代わりに、ハイドロリック的な圧力媒体またはニューマチック的な圧力媒体によりブレーキ機能が生ぜしめられる。

本発明を制限することなしに、逆の原理に基づいたブレーキも考えられる。「逆の原理に基づいたブレーキ」とは、ブレーキが力発生器によってブレーキ解除位置へ移動させられ、そして圧力媒体によってブレーキロック位置へ負荷されていることを意味する。

したがって、上で挙げた、種々異なる構造の全てのブレーキについて、以下の説明が相応して該当する。

したがって、以下においては、本発明を制限することなしに常に、ばね力負荷されかつ圧力媒体によって通気されたブレーキについてのみ説明する。ただし、その他の構造のブレーキに関して特に必要であれば特記するものとする。

このような安全ブレーキは、たとえば機械工学において、たとえばエスカレータ、プレス、移送ベルト等における荷重を制動するために働く。安全ブレーキは、ブレーキ解除位置とブレーキロック位置との間の運転領域において停止状態にまでのブレーキロータの回転数の連続的な減少が行われることによりすぐれている。

回転数の連続的な減少時に、ブレーキロータとブレーキステータとの間には滑り摩擦しか加えられない。この滑り摩擦は最終的にはブレーキロック位置がとられると同時に静摩擦へ移行する。その後に荷重は、ブレーキが圧力媒体によって通気されるまで停止状態に保持される。

念のため付言しておくと、圧力媒体としてはハイドロリック的な圧力媒体もニューマチック的な圧力媒体も挙げられる。

このようなばね力負荷されたブレーキでは、ブレーキモーメントが、実質的には加えられるばね力により固定的に規定されている。このことはその他の構造の力発生器にも云える。

しかし、ブレーキモーメントが力発生器の種類にのみ関連して規定されることは、たとえばブレーキ作用を荷重に関連して行いたい場合や、たとえば摩耗の原因で追従制御したい場合には不都合であると感じられる。

１つの実際の使用例がエスカレータにおいて与えられている。

つまり、僅か数人で負荷されたエスカレータは非常事態では、安全ブレーキが満載状態のエスカレータの高いブレーキモーメントに合わせて設計されていても、乗客を配慮して乗客への損傷が懸念され得ない程度にゆっくりと制動されることが望ましい。

しかしそれと同時に、ブレーキライニングにおける高い摩耗に基づき、力発生器のばね力が、ブレーキロック位置を得るために、新品価のブレーキライニングで通常行われるよりも大きく引き出されなければならない場合には、やはり高いブレーキモーメントが達成されなければならない。

それゆえに、本発明の課題は、公知の安全ブレーキを改良して、僅かな構成手間をかけるだけでハイドロリック的またはニューマチック的に制御可能な、きめ細やかなシステムが生じるような安全ブレーキを提供することである。

この課題は、請求項１の特徴部に記載の特徴、つまりマスタシステムが、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットに対して付加的に別のピストンシリンダユニットを有しており、該別のピストンシリンダユニットのハイドロリック側が、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットに対して並列に同じく圧力媒体管路に接続されており、前記別のピストンシリンダユニットの、ハイドロリック側とは反対の側が、永続的に種々異なる位置に位置決め可能な移動駆動装置によってモータ式に負荷可能であることにより解決される。

本発明によれば、ハイドロリック的またはニューマチック的な制御のきめ細やかさが改善されるという利点が得られる。

この利点は、マスタシステムが２つのピストンシリンダユニットに分割され、両ピストンシリンダユニットのうち一方のピストンシリンダユニットはハイドロリック的またはニューマチック的にしか制御されず、ブレーキ構成部分をブレーキロック位置もしくはブレーキ解除位置からブレーキ解除位置もしくはブレーキロック位置へ移動させるために設計されており、もう一つの別のピストンシリンダユニットはやはりマスタシステムの構成要素であるが、ブレーキ解除位置とブレーキロック位置との間の安全ブレーキの運転領域における運転圧の出力制御を引き受けるために、より小さな構成サイズを持って設けられていることにより達成される。

前記別のピストンシリンダユニットの小型構造のシステムは、より小さな運動質量を有するだけではなく、ピストンとシリンダとの間での一層小さな起動モーメントもしくは動き出しモーメント（Losbrechmomente）をも有するので、前記別のピストンシリンダユニットの反応時間だけではなく反応速度も、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットに比べて制御技術的に、よりきめ細やかとなる。

この利点は、前記別のピストンシリンダユニットが、ようするにブレーキのスイッチオン・オフのためにしか働かないハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットと一緒に、共通の圧力媒体管路に並列に接続されていて、この圧力媒体管路を介して、当該安全ブレーキをブレーキロック位置とブレーキ解除位置との間で移動させるために働くピストンシリンダユニットに圧力媒体が供給されることにより達成される。

したがって、３つのピストンシリンダユニットが設けられており、これらのピストンシリンダユニットのうち、第１のピストンシリンダユニットは安全ブレーキをブレーキロック位置からブレーキ解除位置へ移動させるためだけに働き、ブレーキロータとブレーキステータとの間の相対位置に直接に影響を与える。

ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットはこの場合、第１のピストンシリンダユニットへの圧力媒体の制御導入もしくは制御導出のために働く。このハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットに対して並列に、本発明によれば前記別のピストンシリンダユニットが位置している。この別のピストンシリンダユニットは一方ではそのハイドロリック側で、前記ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニットに対して並列に同じく圧力媒体管路に接続されており、他方では前記ハイドロリック側とは反対の側で移動駆動装置に接続されている。

この移動駆動装置は、前記別のピストンシリンダユニットを永続的に種々異なる位置に位置決めする機能を引き受ける。

この目的のためには、移動駆動装置がモータ式に形成されていて、前記別のピストンシリンダユニットが永続的に種々異なる位置に位置決めされるように該別のピストンシリンダユニットを負荷する。

移動駆動装置と前記別のピストンシリンダユニットとの間に圧縮ばねが配置されると、前記別のピストンシリンダユニットによって簡単な制御技術的な過程を実施することもできる。

付加的に、所定の運転パラメータを検出するための少なくとも１つの測定センサが設けられていることが提案される。この測定センサは移動駆動装置を出力制御するための制御回路に組み込まれている。

この場合、圧力媒体管路内の静圧が検出されて、移動駆動装置の出力制御のために使用されると有利である。

これに対して補足的に、別の運転パラメータ、たとえば制動したい荷重等の検出のために働く別の測定センサが設けられていてもよい。

圧力媒体管路内の圧力が、前記ピストンシリンダユニットをブレ―キ解除位置の方向へ移動させるために必要となる圧力よりも小さい場合に、本発明による前記別のピストンシリンダユニットが、ばね弾性的に支持されたフローティング状態（Schwebe）に保持されるように圧縮ばねが設定されていると有利である。これにより、前記別のピストンシリンダユニットのピストンとシリンダとの間には、運転パラメータの、運転時に必然的に生じる変動に関連した僅かな左右変位が可能となる。この場合、圧縮ばねは前記別のピストンシリンダユニットのジオメトリ寸法に関しては、前記ピストンシリンダユニットをブレ―キ解除位置の方向へ移動させるために必要となる圧力を受けて、本発明による前記別のピストンシリンダユニットが後方のストッパに当接するまで圧縮ばねが押合わせ可能もしくは緊縮可能となるように、つまり圧縮ばねがこのときにその最大応力に到達するように設定されていると望ましい。

このことは、たとえば圧縮ばねがこのときにその各巻き条の当付け下に押し合わされるか、または前記別のピストンシリンダユニットのピストンが、所属のシリンダに設けられたハウジング側のストッパに当接することにより行うことができる。

前記別のピストンシリンダユニットは有利には唯一つのハイドロリック側しか有していない。

前記別のピストンシリンダユニットの、前記ハイドロリック側とは反対の側は機械的に負荷される。

このためには、調節スピンドルを介して前記別のピストンシリンダユニットに作用する電気的な駆動装置を使用することが提案される。

このような調節スピンドルは、純電気的に制御され、ひいては高い反応速度を可能にする市販のスピンドルサーボモータの構成要素である。

このためには補足的に、それぞれ使用される測定センサと、モータレギュレータとの間に相応する変換器を設置することが提案される。この変換器の出力側は運転パラメータのその都度測定された量に相当する電気的な信号を送出する。

以下に、本発明の１実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、本発明の第１実施例を示す概略図である。

図面には安全ブレーキ１が図示されている。

このような安全ブレーキは位置固定のブレーキステータ２と、ブレーキロータ３とを有している。ブレーキロータ３はブレーキステータ２に対して相対的に回転可能に支承されている。

ブレーキロータ３とブレーキステータ２との間には、ブレーキパッドもしくはブレーキライニング（交差斜線で示す）が設けられている。

力発生器４としては、圧縮ばねが働く。これらの圧縮ばねを用いて、軸方向移動可能なブレーキステータ２はブレーキロータ３のブレ―キライニングに圧着され、これにより、その都度の荷重モーメント下にブレーキロータ３の停止状態が得られる。

こうして達成されたブレーキロック位置から再びブレーキ解除位置を得るためには、ピストンシリンダユニット５が働く。このピストンシリンダユニット５は圧力媒体管路６を介してマスタシステム７に接続されている。

この場合に重要となるのは、マスタシステム７が、互いに別個の２つのピストンシリンダユニット８，１１を有していることである。

スレーブ側およびマスタ側で純然たるハイドロリック的に制御される純然たるハイドロリック式のピストンシリンダユニット８に対して付加的に、別のピストンシリンダユニット１１が設けられている。

ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８は方向切換弁９を介して、この方向切換弁９の位置に応じて圧力源に接続されるか、またはタンクに接続される。

図示されているように方向切換弁９が空気抜き位置に位置していると、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８のピストンを最大で後方のストッパ１０に当接するまで移動させることができる。これにより、ブレーキロック位置とブレーキ解除位置との間で安全ブレーキ１をシフトさせるために有効となるピストンシリンダユニット５の閉鎖された空間は最小となり、それと同時に力発生器４はその最大引出し長さをとる。

これとは異なり、別のピストンシリンダユニット１１は唯一つのハイドロリック側１２しか有していない。このハイドロリック側１２はハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８の出力側に対して並列に、同じく圧力媒体管路６に接続されている。

したがって、両ピストンシリンダユニット８，１１は圧力媒体管路６に並列に接続されているので、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８のハイドロリック室と、別のピストンシリンダユニット１１のハイドロリック室とには、それぞれ互いに等しい圧力が生ぜしめられ、この圧力は圧力媒体管路６内にも形成される。

このためには、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８の圧力室と、別のピストンシリンダユニット１１の圧力室との間に連通する接続管路１３が働く。

別のピストンシリンダユニット１１の、ハイドロリック側１２とは反対の側１４は、種々異なる位置に永続的に位置決め可能な移動駆動装置１５によってモータ式に負荷される。

したがって、別のピストンシリンダユニット１１のモータ負荷により、ピストンとシリンダとの間には、移動駆動装置１５のその都度の位置に関連して規定された相対位置が調節され、ひいては圧力媒体管路６内に所定の前圧が形成される。この前圧は、安全ブレーキ１がその終端位置、つまりブレーキ解除位置またはブレーキロック位置に位置していない限りは、力発生器４のその都度の変位と平衡している。

さらに図面から判るように、移動駆動装置１５と別のピストンシリンダユニット１１との間には圧縮ばね１６が嵌め込まれている。

したがって、移動駆動装置１５と別のピストンシリンダユニット１１のピストンとの間の結合は、この別のピストンシリンダユニット１１のピストンがピストンシリンダユニット８内での過剰圧力形成により、ハウジング固定のストッパの方向へ移動させられない限りは、圧縮ばね１６の影響を受けてフローティング式に形成される。

さらに図面から判るように、所定の運転パラメータの検出のための測定センサ１７が設けられており、そしてこの測定センサ１７は移動駆動装置１５を出力制御するための制御回路に組み込まれている。

この目的のためには、測定センサ１７と、出力側で移動駆動装置１５のモータ式の駆動装置に作用するレギュレータ１８との間に変換器が設けられている。この変換器は測定センサの出力信号を、モータ式の移動駆動装置１５のための入力信号として適した信号に変換する。

この場合、測定センサとしては圧力センサが図示されている。この圧力センサは圧力媒体管路６内の静圧を検出するために働く。この場合、この静圧はこの連通システム内部のあらゆる個所において取り出され得る。

さらに、別の運転パラメータを検出するために働く別の測定センサ１９が設けられていてよい。

こうして、圧力以外にも、別の運転パラメータ、たとえば付随した荷重等を、移動駆動装置１５の制御のための制御回路内に供給することができる。

そして、この場合にも云えることは、測定された値はコンバータを介して、モータ式の移動駆動装置１５を直接に制御することのできる信号に変換されなければならない。

この場合、圧縮ばね１６は、圧力媒体管路６内の圧力が、ピストンシリンダユニット５をブレーキ解除位置の方向で移動させるために必要とされる圧力よりも小さく形成されている場合に別のピストンシリンダユニット１１が、ばね弾性的に支持されたフローティング状態に小さな起動モーメントを持って保持されるように設定されている。しかし圧縮ばねはそれと同時に、ピストンシリンダユニット５をブレーキ解除位置の方向へ移動させるために必要となる圧力を受けて圧縮ばねが押し合わされて、別のピストンシリンダユニット１１がストッパに当接するように設計されていなければならない。

この目的のためには、別のピストンシリンダユニット１１のシリンダの後壁が、このときに強制的に図面で見て右側へ向かって移動させられたピストンのための後方のストッパ２０を形成している。したがって、この運転事例に関しては、ハイドロリック量の制御は考慮されていない。

択一的に、このために圧縮ばねは、その個々の巻き条がこのときに密着長さにまで押し合わされるように設定されていてもよい。

このためには図１に示したように、別のピストンシリンダユニット１１のピストンが、有利には規定の範囲２１内でフローティング位置に保持され、この場合、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８の構成サイズに比べて、別のピストンシリンダユニット１１の小さな構成サイズに基づき、各位置からの小さな変位時における一層小さな起動モーメントもしくは動き出しモーメントが期待され得るので、全体的にはきめ細やかな制御が生じ得る。

さらに図示されているように、移動駆動装置１５は電気的な駆動装置（図示しない）を有しており、この駆動装置は調節スピンドル２２を介して別のピストンシリンダユニット１１に作用する。

調節スピンドル２２と電動モータ式の駆動装置とは、一緒になってスピンドルサーボモータの形の１つの構成ユニットを形成している。

機能に関して：
当該システムはハイドロリック流体で充填されかつ空気抜きされている。

ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット８のピストンは後方の位置、有利にはストッパ位置に位置している。

別のピストンシリンダユニット１１のピストンは圧縮ばね１６の小さなプレロード力（予荷重力）によって所定の量だけシリンダ内に侵入されており、この侵入位置はゼロ位置である。

この位置において、安全ブレーキはブレーキロック位置に位置する。

次いで、方向切換弁９が図面で見て左側へ向かって移動させられると、ポンプの吐出管路を介してピストンシリンダユニット８の右側の室が加圧され、当該ピストンは図面で見て左側へ向かって移動させられる。

この場合、特定の圧力が超過されると、圧縮ばね１６は、この圧縮ばね１６が密着長さにまで緊縮するまで押し合わされるか、または別のピストンシリンダユニット１１のピストンがハウジングで後方のストッパ２０に当接するまで押し合わされる。

その後に、当該安全ブレーキは通気される。すなわち、ブレーキロック位置が解除され、荷重は引き続き運動することができる。

このときに、測定センサ１７，１９はレギュレータ１８へ目下の目標値を報知するので、スピンドルサーボモータ２３を介して圧縮ばね１６のプリロードに影響が与えられ、ひいてはシステム全体に影響が与えられる。

次いで、ブレーキ過程を導入するために方向切換弁９が再び図示の位置へ、つまりブレーキロック位置へ向かって移動させられ、かつそれと同時にピストンシリンダユニット８の制御室がタンクへ排出されると、ブレーキ過程が開始する。

しかし、このときに圧縮ばね１６のプリロードはほぼ維持されているので、力発生器４によりブレーキライニングに加えられる力は、圧縮ばね１６のプリロードから得られる力等価（Kraftaequivalent）によって減じられる。

したがって、ブレーキングは常時、移動駆動装置１５の位置に関連して行われる。

この機能は電源故障時でも維持され、このことは安全ブレーキの運転のために必要となる。

このときに、スピンドルサーボモータ２３は電源故障時でもその直前の調節位置に留まるので、その場合にも、直前にセンサにより求められた目標値を持ったブレーキングが行われる。さらに、ブレーキのいかなる停止時でも、スピンドルサーボモータ２３は、ゼロ位置とみなされた位置へ再び力に関連して移動させられるので、力・ストロークコントロールにより、安全ブレーキの自動的な状態コントロールが可能となる。

本発明の第１実施例を示す概略図である。

符号の説明

１ 安全ブレーキ
２ ブレーキステータ
３ ブレーキロータ
４ 力発生器
５ ピストンシリンダユニット
６ 圧力媒体管路
７ マスタシステム
８ ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット
９ 方向切換弁
１０ 後方のストッパ
１１ 別のピストンシリンダユニット
１２ ハイドロリック側
１３ 接続管路
１４ ハイドロリック側１２とは反対の側
１５ 移動駆動装置
１６ 圧縮ばね
１７ 測定センサ（Ｐ）
１８ レギュレータ
１９ 別の測定センサ（Ｇ．．．）
２０ 後方のストッパ
２１ フローティング位置の範囲
２２ 調節スピンドル
２３ スピンドルサーボモータ

Claims (10)

1. 安全ブレーキ（１）であって、該安全ブレーキ（１）の、ブレーキロック位置を達成するまで力発生器（４）の力により規定されたブレーキモーメントが、ブレーキ過程投入の場合に、まずは制動したい荷重の運動エネルギを完全に消滅させるために働き、引き続き荷重をブレーキロック位置に保持するために働き、前記規定されたブレーキモーメントが、圧力媒体で充填されたピストンシリンダユニット（５）の圧力負荷によって生ぜしめられる、ブレーキロータ（２）とブレーキステータ（３）との間の相対運動により可変であり、このために前記ピストンシリンダユニット（５）が、圧力媒体管路（６）を介してマスタシステム（７）に連通接続されている形式のものにおいて、マスタシステム（７）が、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット（８）に対して付加的に別のピストンシリンダユニット（１１）を有しており、該別のピストンシリンダユニット（１１）のハイドロリック側（１２）が、ハイドロリック的に制御されるピストンシリンダユニット（８）に対して並列に同じく圧力媒体管路（６）に接続されており、前記別のピストンシリンダユニット（１１）の、ハイドロリック側（１２）とは反対の側が、永続的に種々異なる位置に位置決め可能な移動駆動装置（１５）によってモータ式に負荷可能であることを特徴とする安全ブレーキ。
2. 移動駆動装置（１５）と前記別のピストンシリンダユニット（１１）との間に、圧縮ばね（１６）が嵌め込まれている、請求項１記載の安全ブレーキ。
3. 運転パラメータを検出するための少なくとも１つの測定センサ（１７，１９）が設けられており、該測定センサ（１７，１９）が、移動駆動装置（１５）を出力制御するための制御回路に組み込まれている、請求項１または２記載の安全ブレーキ。
4. 圧力媒体管路（６）内の静圧を検出するための圧力センサ（１７）が設けられている、請求項３記載の安全ブレーキ。
5. 別の運転パラメータを検出するための少なくとも１つの別のセンサ（１９）が設けられている、請求項４記載の安全ブレーキ。
6. 前記別のセンサが、制動したい荷重の重量モーメントまたは荷重モーメントを検出するために働く、請求項５記載の安全ブレーキ。
7. 圧力媒体管路（６）内の圧力が、前記ピストンシリンダユニット（５）をブレ―キ解除位置の方向へ移動させるために必要となる圧力よりも小さい場合に、前記別のピストンシリンダユニット（１１）が、ばね弾性的に支持されたフローティング状態に保持されるように圧縮ばね（１６）が設定されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の安全ブレーキ。
8. 前記ピストンシリンダユニット（５）をブレ―キ解除位置の方向へ移動させるために必要となる圧力を受けて、前記別のピストンシリンダユニット（１１）がストッパ（２０）に当接するまで圧縮ばね（１６）が押合わせ可能となるように該圧縮ばね（１６）が設定されている、請求項７記載の安全ブレーキ。
9. 移動駆動装置（１５）が電気的な駆動装置を有しており、該電気的な駆動装置が、調節スピンドル（２２）を介して前記別のピストンシリンダユニット（１１）に作用している、請求項１から８までのいずれか１項記載の安全ブレーキ。
10. 前記電気的な駆動装置が、前記調節スピンドルと共にスピンドルサーボモータ（２３）の形の構成ユニットとして形成されている、請求項９記載の安全ブレーキ。

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