JP2009541109A - 鉄道車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、電磁ばねブレーキを有する鉄道車両用ブレーキ装置（１）であって、制動力が被制動部品にばね力によって加えられ、制動力を解消するために磁石装置が設けられており、この磁石装置がばね力に抗して作用し、かつ互いに相対的に移動可能なコイル装置（６）と接極板（７）とから成り、これらのうち可動部品が、被制動部品に作用する制動手段（８）と結合されているものに関する。本発明に係る鉄道車両用ブレーキ装置は強い制動力と短い反応時間との達成を可能とし、寸法が小さいことを特徴としている。このため可動部品が軸線方向摺動可能なプランジャ（２）と結合されており、このプランジャが一方でばね力によって付勢可能であり、他方で制動手段（８）と結合されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前文に記載の、特に鉄道車両用のブレーキ装置に関する。

独国特許第１０３０３８７４号明細書により鉄道車両用の電磁的に通気可能なばねブレーキが公知である。ばねブレーキは実質的に磁石体とブレーキディスクと接極板とから成る。圧縮ばねが接極板に作用し、接極板をブレーキディスクに押付ける。ブレーキ解除のために接極板が磁石体によって吸引される。磁石体は変速機入力軸に嵌着され、制動トルクを支える目的でねじボルトを介して変速機ケースと結合されている。ブレーキディスクは相対回転不能に変速機入力軸に固着されている。変速機入力軸領域でのばねブレーキの設置箇所に基づき、ブレーキは、特に停留ブレーキよりもその制動トルクが小さいにも係らず、満足のゆく結果を提供できる。このブレーキは空気圧又は油圧ブレーキシステムよりも小さな寸法を有し、低損失で作動し、故障し難い部材を有する。制動トルクが小さいことの問題は、ブレーキが変速機入力軸領域にのみ設置でき、好ましくは停留ブレーキとして利用されることにで解決される。このブレーキは、変速機を介装することなく鉄道車両の被制動車輪に直接作用するのには弱すぎる。しかしこれは、車輪近傍の可動部品を直接制動しながら高速において短い反応時間で制動過程を可能とするには望ましい。

本発明の課題は、強い制動力と短い反応時間と僅かな寸法とが達成されることを特徴とするブレーキ装置を提供することである。

この課題は本発明によれば請求項１の特徴事項により解決される。詳細には、電磁ばねブレーキを有する鉄道車両用ブレーキ装置であって、制動力が被制動部品にばね力により加えられ、制動力を解消すべく磁石装置が設けられており、該磁石装置がばね力に抗して作用し、かつ互いに相対的に移動可能なコイル装置と接極板とから成り、これらの内可動部品が、被制動部品に作用する制動手段と結合されているものにおいて、可動部品が軸線方向摺動可能なプランジャと結合されており、該プランジャが一方でばね力により付勢可能であり、他方で制動手段と結合されているブレーキ装置により解決される。

ここで制動手段なる語は、ブレーキ装置の内被制動部品と接触する部品を意味する。制動手段はシューブレーキ、ブロックブレーキ又はディスクブレーキの原理に従って被制動部品に作用する。

プランジャが軸線方向にのみ摺動するように、プランジャ用ガイドを設けることができる。ばねは、弛緩時に制動手段で、又は制動手段を介して、プランジャを被制動部品に押付ける。ばねは、例えばプランジャを被制動車輪の内面に押付ける。ブレーキ装置は、この状態のとき係合している。ブレーキ装置を解除すべく、磁石装置が設けられている。該磁石装置は互いに相対的に移動可能なコイル装置と接極板とから成り、可動部品がプランジャと結合されている。可動部品は、例えばプランジャの末端に設けることができ、この末端にばね力も作用する。磁石装置の非可動部品は固定部品、例えばばねブレーキの固定部品に固定されている。ブレーキ装置を解除するため、コイル装置に相応する電圧を印加せねばならない。これに伴い発生する磁界が接極板を吸引し、可動部品がプランジャと一緒にばね力に抗して移動し、プランジャの他端にある制動手段が被制動部品から引き離される。この時点で、ブレーキ装置は解除されている。停電時、ブレーキ装置は磁界崩壊とばね弛緩とに基づいて自動的に掛かる。このことは、電気機構の機能不全時にも鉄道車両を停止させるべく、安全技術上の理由から大切である。プランジャは、作用線上で力が被制動部品に直接導入されることを可能とする。プランジャは、必要なら、高い制動力を鉄道車両の被制動部品に伝達できる。被制動部品との接触領域におけるプランジャの構成と寸法はそのことに左右されない。

本発明に係るブレーキ装置の有利な諸構成は個々の従属請求項の特徴事項の組合せからそれぞれ読み取ることができる。

可動部品は接極板とするとよい。

可動部品はプランジャと結合されている。可動部品として接極板は、例えばその短辺面をプランジャに固定しておくことができる。接極板が電力の供給を必要としないので、プランジャは出線端子なしに軸線方向に移動可能である。

ブレーキ装置が操作ユニットとして形成され、即ち磁石装置がハウジング内にあり、該のハウジングが圧縮ばねも該圧縮ばねに近い方のプランジャ部分および接極板も受容しており、圧縮ばねから離れた方のプランジャ部分がハウジングから張り出しているとよい。

ハウジングは、圧縮ばねに対しても磁石装置の非可動部品に対しても受け部として利用できる。ハウジングから部分的にのみ張り出すプランジャは、ハウジングにより案内できる。ブレーキ装置は、ハウジングによりコンパクトな構造様式となる。ハウジングは付加的に内部の部材に対する保護機能を持つ。部材相互の位置合せは、ブレーキ装置の製造プロセス中に既に実施でき、鉄道車両に設置するときに初めて行われるのではない。この結果、運転障害をもたらすエラー源の数が減少する。ハウジングは、例えば中空円筒として形成でき、該中空円筒はその一端が底で閉鎖され、他端は開口されている。圧縮ばねは、その一端を底に固定して底で支え、他端にプランジャを担持することができる。磁石装置は、ハウジング内において、例えばプランジャ末端の高さにあり、該末端が圧縮ばねと結合される。磁石装置の可動部品はプランジャと結合される。磁石装置の固定部品はハウジングに固着できる。可動部品は、接極板とコイル装置の何れによっても形成できる。

更に、磁石装置が、内側に巻線のあるＵ形ヨークとして形成される電磁石を有するようにするとよい。

Ｕ形ヨークはその形状によって、接極板と一緒に、巻線の電圧印加によって発生する磁束を最適に通す。そのことから、発生する磁気吸引力が強まる。巻線はヨークの周りに巻き付けたコイルとしたり、Ｕ形ヨークの溝内に配置したりすることができる。

巻線が、個別の巻線としてＵ形ヨーク上に形成されるようにするとよい。

磁石装置は複数のコイル装置を備え得る。例えば多数のＵ形ヨークを設けることができる。巻線が個別の巻線としてＵ形ヨーク上に形成されている場合、電磁石は個々に作動させることができる。電磁石の個別作動によって制動力は段階化可能である。巻線は並列に接続できる。作動する電磁石の数も電流強さも変更できる。しかし巻線は直列に接続してもよい。数多くの可能性が考えられる。電気機構、例えば磁気浮上技術の調節構造体に匹敵する調節系によって、制動力を無段階に調節できる。これにより、穏やかな制動を達成できる。ブレーキの係合時又は解除時の不必要に煩い切換騒音も防止できる。

本発明の有利な１構成では、巻線が両方のＵ形ヨークを介して環状巻として形成されるようにもなし得る。

Ｕ形ヨークは対称に配置されており、環状巻の故に対称に作動可能である。このため、プランジャに対し対称な力導入が可能となり、プランジャの傾きが予防される。その結果ブレーキ装置の運転信頼性が高まる。場合により設けられるプランジャガイドは負荷されることが少なくなる。このため修理費を節約できる。

本発明の他の有利な１形態では、コイル装置と接極板がプランジャを環状に取り囲むように構成できる。

コイル装置と接極板は、例えばプランジャ用中央ブッシングを備えた円形板として形成できる。コイル装置と接極板とのこの構成は、所定の装置体積において最適な力密度を達成する。磁石装置の可動部品はプランジャに固定される。可動部品は、例えばコイル装置である。該コイル装置は円形板の態様のヨークから成り、このヨークが円形溝を有し、この溝内にコイルがある。コイルへの電力供給はプランジャを介して行える。例えばプランジャの内部に線路を布設でき、該線路はプランジャの穴を通してコイルへと通される。コイルへの電圧印加時に磁界がプランジャにより乱されないよう、プランジャは磁化不可能な材料で構成できる。相応する外的ジオメトリ状況のとき、磁石装置の長円形成形も選択できる。

コイル装置と接極板が長方形をなすように構成すると好ましい。

長方形コイル装置は長方形板の態様のヨークによって形成され、この板は中心に長手方向に延びる溝を有する。この溝は別の推移を有してもよい。しかし最初に指摘した変更態様の有する利点として、溝の内部にあるコイルへの電圧印加時、長方形接極板は所定の体積において最大の力密度で吸引される。

更に、接極板に向き合う面にコイル装置が付加的に永久磁石を備え、該永久磁石の磁力がばね力よりも弱くなるように選択されていると好ましい。

永久磁石は、ヨークの接極板側正面を完全に又は部分的に覆うことができる。このように取付けられた永久磁石は、特に簡単にヨークと結合できる。

しかし、類似の作用を持つ永久磁石をヨークの内部に取付けることもできる。永久磁石は接極板をコイル装置の方向に吸引する。コイル装置の遮断時、例えば停電時にブレーキは規定された制動力を生じねばならないので、ブレーキは永久磁石の磁力よりも強い復帰力を備えており、更にこの復帰力は安全技術上規定された十分な制動圧力を発生する。ブレーキ解除時、永久磁石の故にコイル装置の電力消費量を減らし、費用を節約できる。

純電磁石を備えたブレーキ装置のこの実施の形態は、永久磁石同期駆動装置と併せて地下鉄分野にとり十分である。例えば標準軌道の鉄道分野における高い制動力用には、実施例に開示するハイブリッド磁石を利用できる。

本発明の有利な１構成では、ハウジングから張り出すプランジャ部分をレバー状に形成できる。

ばねブレーキの、プランジャによって被制動部品に伝達される力は、プランジャのレバー状の形態により更に高め得る。

更に、複数のコイル装置と付属する接極板をプランジャに前後して配置するとよい。

磁石装置がプランジャに沿って配置され、磁石装置の各可動部品がプランジャと強固に結合され、非可動部品は固定部品と結合される。プランジャに沿って配置される磁石装置の作用がこれらに加わる。磁石装置の数は、所要の制動力に相応して定め得る。制動力に対する要求が異なる複数のブレーキ装置は、磁石装置の数のみを変更することで、同一の部材から組み立てられ。このため製造プロセスが簡素となり、費用が節約される。ブレーキ装置は後の時点でも容易に装備変更できる。この配置により、磁石装置に個々に電圧を印加することが可能となり、またその結果制動力の無段調整が可能となる。ブレーキ装置の直径は、磁石装置の位置によって減らすことができる。

更に、ハウジングが、プランジャの移動方向を基準に、長手摺動可能に支承されているようになし得る。

ハウジングを長手方向に摺動可能に支承すると、ブレーキ装置の再調整が可能となる。制動手段が摩耗に起因して減少することに伴い、ブレーキ係合時に圧縮ばねの長さが増大する。そのため制動力が減少する。制動力を一定に保つべく、圧縮ばねを支えるハウジングを再調整できる。ブレーキ解除時、その際無力のハウジングは再調整のために特別容易に、支承部上を長手方向に正確に摺動し、新たな位置で固定できる。

更に、ハウジングが駆動装置によって長手方向に摺動可能であるようにするとよい。

ハウジングの長手方向の摺動を駆動装置により自動化することは一層安価かつ確実である。この駆動装置はブレーキ解除時に、係合したブレーキのパラメータに基づいて事前に決定される新たな位置へとハウジングを摺動させる。このためコイル装置と接極板との間の距離は例えば電子的に決定できる。ブレーキ係合時、この距離は制動手段の残存する厚さの尺度である。この距離は検出器により又は検出器なしに判定できる。この距離は、例えばインダクタンス測定により求め得る。このため、例えばコイル装置のヨーク内の付加的コイルに正弦波電圧を印加し、電流測定によって接極板との距離を逆推定できる。これは数学的モデルによって、又は目標値との比較によって実行できる。

測定結果の故にブレーキ装置を再調整せねばならない場合、ブレーキの解除後に駆動装置はハウジングを新たな位置に摺動させることができる。ハウジングはこの新たな位置でラッチ装置によって固定でき、又は駆動装置がハウジングを支える。ブレーキ係合時にハウジングに諸力が作用するので、ハウジングを端止めによって固定するとよい。こうして支える駆動装置又はラッチ装置の機能不全時にブレーキ装置の安全な運転を保証できる。

ハウジングが歯伝動装置によって長手方向に摺動可能であることも好ましい。

歯伝動装置は、例えば変速機段の一部となし得る。駆動装置は、伝動装置によりハウジングを摺動させるべく所要の直線移動を生ずる。任意の実施形態、例えば直線的セルフロック式ウォーム伝動装置や直接的スピンドル伝動装置をこの目的に使用できる。伝動装置は駆動モータの回転を歯伝動装置に伝達し、該歯伝動装置は、例えば棒を直線的に摺動させる。この棒は後方からばねブレーキのハウジングに続き、ハウジングを摺動させる。

１実施例を図面に基づき説明する。

図１は本発明に係るブレーキ装置１の１実施例の略縦断面図である。図に示す装置が同様であり又は同じ作用である限り、これらの装置には同じ符号が付けてある。

ばねブレーキのハウジング３は中空円筒によって形成され、該中空円筒は一端を底４で閉鎖され、他端は開口している。ハウジング３の内部で長手方向に延びるばね５は、一端が底４に接し、他端はプランジャ２に接する。プランジャ２はハウジング３の開口端から部分的に張り出し、その先端に制動手段８を有する。磁石装置がハウジング３内に配置されており、この実施例では多重構成の装置を示している。このような磁石装置を１つ以上備えた変更形態も可能である。

その際、磁石装置はプランジャ２に固定された接極板７とコイル装置６とから成り、該コイル装置はハウジングの壁と強固に結合されている。制動手段８はプランジャ２の一端に設けられており、伸長、即ちばね５の圧力により、図１に示す車輪９の踏面に押付けられる。コイル装置６への電圧印加によりコイル装置６とプランジャ２に固着された接極板７との間に磁気吸引力が生ずる。この結果、プランジャ２、従って制動手段８をばね５の圧縮力に抗して車輪９から引き離すことができる。その際ブレーキは解除されている。

図１に示す実施形態は、コイル装置６がプランジャ２に固着され、接極板７がハウジング３に固着されるように変更することもできる。

図２は、プランジャ２の長方形に形成された磁石装置の略縦断面図である。この磁石装置はプランジャ２に対称に配置される２つのコイル装置６から成り、これに付属する接極板７はプランジャ２と平行に延びる固着要素１０とそれぞれ結合されている。コイル装置６は、内部に巻線１２のあるＵ形ヨーク１１から成る。Ｕ形ヨーク１１の正面は付属する接極板７の方を向いている。巻線１２は、Ｕ形ヨーク１１の溝内に個々の導体横断面として示している。しかし巻線１２は、例えばＵ形ヨーク１１の両方の各溝によってプランジャ２の周りに環状に案内しておくこともできる。

環状磁石装置の場合、接極板７もＵ形ヨーク１１も環状ディスクから成り、該ディスクはプランジャ２を挿通する中央穴を備えている。Ｕ形ヨーク１１はプランジャ２と結合されている。接極板７は、プランジャ２と平行に延びて対向する２つの固着要素１０に固定されている。両方の各ヨークディスクに環状溝が延設されており、この溝内に巻線１２が配置されている。この巻線１２への線路案内は、プランジャ２の穴を通して実行できる。

図３はハイブリッド磁石を備えた磁石装置の略縦断面図である。この磁石装置は接極板７とハイブリッド磁石とから成る。ハイブリッド磁石はＵ形ヨーク１１と巻線１２とから成り、ヨークの正面に永久磁石１３が配置されている。しかし永久磁石１３は例えばヨークの内部に配置し、又は正面を部分的にのみ覆うこともできる。巻線１２はＵ形ヨーク１１の溝内に導体横断面によって示している。正面に向き合わせて配置される接極板７は永久磁石１３によって吸引される。巻線１２への相応する電圧印加によって接極板に対する吸引力は更に強めることができる。

直方体状ハウジングを備えた直接駆動装置が輪軸の周りに配置されている場合、ブレーキ装置１は直接駆動装置のハウジングに固着でき、ブレーキ装置１のプランジャ２は輪軸と平行に延び、ブレーキ係合時、輪軸に固着された車輪９の内面を加圧する。

図４は、再調整機構１６を備えた変更態様による本発明に係るブレーキ装置１の略縦断面図である。図１に示す実施例のブレーキ装置１が再調整機構１６によって補充されている。この再調整機構１６は、ばねブレーキのハウジング３と車輪９の方向を向くプランジャ２とのある線上で後方にあり、プランジャは一端で制動手段８を担持している。この線においてハウジング３の底４は棒１７によって再調整機構１６と結合されている。ハウジング３は軸受１８に載置されており、ブレーキ装置１の解除時これらの軸受１８上で線に沿って摺動させ得る。再調整機構１６は、棒１７によってばねブレーキを好適な位置に摺動させ得る。この位置で（図示しない）係止装置はばねブレーキの位置を固定できる。しかし、再摺動に至るまで再調整機構１６がばねブレーキの位置を固定することも可能である。ハウジング３の内部にあるばね５はこの場合固定されている底４を押圧し、プランジャ２を車輪９の方向に摺動させ、制動手段８が車輪に当接する。この位置においてばね５は特定の長さを有する。ばね５の長さは、制動手段８が車輪９に押付けられる制動力を決定する。制動手段８の摩損時に制動力を一定に保つべく、ばね５は追従せねばならない。このため再調整機構１６は支承されたばねブレーキを車輪９の方向に摺動させる。ばねブレーキを摺動させるための区間は、ブレーキ装置１の係合時に決定できる。このため、再調整機構１７を制御する（図示しない）機構がコイル装置６と付属する接極板７との間の距離を決定する。この測定量は制動手段８の摩損の尺度を提供し、検出器によって、又は検出器なしに、例えばこの目的のためにコイル装置６内に付加的に設けられた（図示しない）コイルのインダクタンス測定によって、判定できる。制動手段８の押付け時に発生する諸力は、図示ブレーキ装置１では、ハウジング底４で支えられるばね５を介して棒１７に伝達され、従って再調整機構１６に伝達される。再調整機構１６の内部で棒取付具の機能不全時にブレーキ装置１の安全性はもはや保証されないので、棒１７用に端止め１９が設けられている。端止め１９は再調整機構１６と一緒にベース板２０に固着すｒことができ、該ベース板はばねブレーキの軸受１８も担持している。ベース板２０は、例えば（図示しない）鉄道車両の台車と強固に結合することができる。

図５は再調整用変速機段２１の略縦断面図である。この変速機段２１は、回転する出力軸を備えた駆動装置２２を有する。出力軸は回転可能なセルフロック式スピンドル伝動装置２３として形成できる。この伝動装置が支持楔体２４を線形に摺動させ、該支持楔体は支承されたセグメント２５の縁に接する。支持楔体２４の摺動によって、支承されたセグメント２５は支承軸２６に一致したその円中心の周りを時計回り又は反時計回りの何れかに回転する。セグメント２５の周縁が鋸歯状窪みを担持しており、該窪みは棒１７の隣接する長辺面の逆同一な鋸歯状窪み内に係合する。支承軸２６の周りでセグメント２５が回転することによって棒１７は直線移動する。図示の変速機段２１は再調整機構１６（図８参照）の再調整メカニズム用に利用できる。任意の別の実施形態、例えば直線的セルフロック式ウォーム伝動装置又は直接的スピンドル伝動装置（図示せず）等を、再調整機構１６（図８参照）の再調整メカニズムとして選択的に設けることができる。

本発明に係るブレーキ装置の略縦断面図である。 長方形に形成された磁石装置の略縦断面図である。 ハイブリッド磁石を有する磁石装置の略縦断面図である。 再調整機構を有する本発明に係るブレーキ装置の略縦断面図である。 再調整装置の細部の略縦断面図である。

符号の説明

１ ブレーキ装置、２ プランジャ、３ ハウジング、５ ばね、６ コイル装置、７ 接極板、１１ ヨーク、１２ 巻線、１３ 永久磁石

Claims (14)

1. 電磁ばねブレーキを有する鉄道車両用ブレーキ装置（１）であって、制動力が被制動部品にばね力によって加えられ、制動力を解消するために磁石装置が設けられており、該磁石装置がばね力に抗して作用し、かつ互いに相対的に移動可能なコイル装置（６）と接極板（７）とから成り、これらの内可動部品が、被制動部品に作用する制動手段（８）と結合されているものにおいて、
   可動部品が軸線方向摺動可能なプランジャ（２）と結合されており、該プランジャが一方でばね力によって付勢可能であり、他方で制動手段（８）と結合されているブレーキ装置。
2. 可動部品が接極板（７）である請求項１記載のブレーキ装置。
3. 磁石装置がハウジング（３）内にあり、該ハウジングがばね力用ばね（５）もこのばね（５）に近い方のプランジャ（２）部分および接極板（７）も受容しており、ばね（５）から離れた方のプランジャ（２）部分がハウジング（３）から張り出している請求項２記載のブレーキ装置。
4. 磁石装置が、内側に巻線（１２）のあるＵ形ヨーク（１１）として形成される電磁石を有する請求項１から３の１つに記載のブレーキ装置。
5. 巻線（１２）が個別の巻線としてＵ形ヨーク（１１）上に形成されている請求項１から４の１つに記載のブレーキ装置。
6. 巻線（１２）が両方のＵ形ヨーク（１１）を介して環状巻として形成されている請求項１から５の１つに記載のブレーキ装置。
7. コイル装置（６）と接極板（７）がプランジャ（２）を環状に取り囲む請求項１から６の１つに記載のブレーキ装置。
8. コイル装置（６）と接極板（７）が長方形に形成されている請求項１から７の１つに記載のブレーキ装置。
9. コイル装置（６）が、接極板（７）に向き合う面に付加的に永久磁石（１３）を備えており、この永久磁石の磁力がばね力よりも弱くなるように選択されている請求項１から８の１つに記載のブレーキ装置。
10. ハウジング（３）から張り出すプランジャ（２）部分がレバー状に形成されている請求項１から９の１つに記載のブレーキ装置。
11. 複数のコイル装置（６）と付属する接極板（７）がプランジャ（２）上に前後して配置されている請求項１から１０の１つに記載のブレーキ装置。
12. ハウジング（３）がプランジャ（２）の移動方向を基準に長手摺動可能に支承されている請求項１から１１の１つに記載のブレーキ装置。
13. ハウジング（３）が駆動装置によって長手摺動可能である請求項１２記載のブレーキ装置。
14. ハウジング（３）が歯伝動装置によって長手摺動可能である請求項１３記載のブレーキ装置。

Images