JP3833886B2 - トルク開放式ディスクブレーキ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、トルクで開放されるディスクブレーキに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ディスクブレーキは、駆動シャフトと被駆動シャフトとの間に配備されていて、被駆動シャフトに対して円周方向に回転不能に配置された少なくとも１つのブレーキホイールと、ブレーキホイールと接するように配置された少なくとも１つの摩擦面と、ブレーキホイールを軸方向に摩擦面に対して圧迫するように配置された少なくとも１つのバネ装置と、駆動シャフトのトルクおよびねじり、ならびに場合によっては被駆動シャフトの逆トルクの作用により、ブレーキホイールを摩擦面から軸方向に離して浮揚させる手段とを含み、この手段によって、ブレーキホイールおよび摩擦面の間のブレーキ結合はバネ装置のバネ力に抗して開放される。この種のディスクブレーキは、例えば、クレーンもしくは巻き上げ装置、またはこれらに相当し例えば重力による独立した駆動力を有しない他の対象の運搬動作を停止するのに適用される。
【０００３】
自己停止伝導装置式の公知のディスクブレーキはドイツ特許第197 26 656号に開示されている。これはモータと共に負荷ブレーキとしての役目を果たし、モータの回転速度は、過同期域には到達せず、したがって、制動動作（発電機として機能する）させることはできない。伝導装置シャフトの一端は、したがって、ケーシングの終端面において軸受けに取り付けられていて、この面に対し、前記シャフトの周囲に一定の距離をおいてこれに平行なピンが固定されていて、このピンにブレーキディスクが配置されている。各ディスクにはそれらを支持する摩擦面があり、これらのディスクは、伝導装置シャフトに対して、回転不能であるが軸方向に可動に配置されていて、摩擦面は、ブレーキディスクの各側面を支えるように配置されている。ケーシングの終端面から最も遠くに配置された支持ディスクは更に、段階的な直径を有する孔を含み、これらの孔は、同一の円周上に、相互に所定の間隔をおいて配置されている。第２の摩擦面の前記支持ディスクから一定の間隔をおいて、伝導装置の小歯車があり、軸方向に非可動であるが、回転可能に伝導装置シャフトに配置されている。この小歯車にも同様に、円錐形の断面を有する開口部が支持ディスクと同数設けられていて、同様に配置されている。孔が設けられた支持ディスクと前記伝導装置の小歯車との間にはバネが配置されていて、孔が設けられた支持ディスクと、これに対応する伝導装置の小歯車における孔との間には、揺りテコが配置されている。伝導装置を停止する力は、前記バネが支持ディスクの摩擦面をブレーキディスクに対して圧迫することによって得られる。一方、前記揺りテコによってブレーキは開放される。これを目的として、揺りテコは、それらのアームより太い板状の頭部を摩擦面の支持ディスク端部において有し、その頭部は、支持ディスク間を支持ディスクにおける孔を通って伸びていて、それらの間で圧迫されている。ここで、伝導装置の小歯車がトルクを受けると、これが摩擦面の支持ディスクに対して回転を開始し、揺りテコは、支持ディスクにおける孔および伝導装置の小歯車のデザインによって、傾斜した位置に動くことができる。同時に、揺りテコの板状の頭部は、摩擦面の支持ディスクを捕捉し、したがって、非常な摩擦面が相互に離されるため、伝導装置を停止する連結は開放される。支持ディスクと伝導装置の小歯車との間で依然として大きくなりつつある回転角とともに、停止力は更に減少し、駆動トルクが、残留した停止トルクおよび負荷トルクの合計に等しくなると、ブレーキは完全に開放され、伝導装置シャフトは上方（巻き上げ方向）に自由に回転可能となる。ブレーキは下方（下降方向）には開放されないが、負荷トルクと回転角（ラジアン）とを乗じたものは熱に変換される（Ｅ＝Ｔ_Ｌ×φ）。これにより、使用対象は小さい装置に限定される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この方式の問題は、まさに、ブレーキを開放し摩擦および損傷を受けやすいこの揺りテコ方式にある。この構造は騒音も発生し、これは摩耗によって更に激しくなる。ブレーキの停止および開放を望み通りに操作するには、摩擦面がどれほど摩耗しているかを注意深く検査することが必要である。なぜなら、調整できないからである。むろん、これは、ブレーキの機能が摩擦面またはブレーキディスクの摩耗にともなって変化することも意味する。この方式はまた、比較的複雑であり、多くの特殊な部品を必要とし、従来の伝導モータおよび伝導装置で形成される設備に対して直接に使用するには不適当である。
【０００５】
欧州特許出願第0 109 918号には、ブレーキアクチュエータが開示されていて、回転中のホイールを停止するためにディスクブレーキスタックを圧迫する圧力プレートに、強い圧力を与えている。このアクチュエータは、電動トルクモータまたはボールねじ機構のいずれかと関連して機能する剛性バネを含み、ボールねじのラムを駆動して圧力プレートと係合させまたは係合を解除する旋回大歯車に、増大したトルクを与える。バネは停止操作の促進または開放のいずれにも適用可能である。しかし、このブレーキアクチュエータは、単に航空機のホイールに効力を及ぼすブレーキを強化するにすぎない。
【０００６】
本発明は、前記ドイツ特許によって最も良好に示された上述の従来技術を基礎として開発を開始し、トルクによって機械的に開放され、別個の高価な電磁ブレーキと置換可能であり、すべての面で従来技術のブレーキより優れたディスクブレーキを提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上述の課題を解決するために、本発明によるディスクブレーキは、トルクで開放される上述の形式であり、駆動シャフトおよび被駆動シャフトは、互いに対する制限された回転角内で回転可能となるように相互に接続されていて、前記軸方向の移動をもたらしブレーキ結合を開放する手段は、ブレーキホイールと駆動シャフトとの間に配置されたカム手段を含むことを特徴とする。
【０００８】
本発明は、駆動シャフトと被駆動シャフトとを互いに直接結合するという発想に基づいているが、その上、それらを互いに対して制限的に回転させることにより、簡便で非常に信頼性の高い軸方向の押圧手段が駆動シャフトとブレーキホイールとの間に配備される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
次に添付図面を参照して本発明によるディスクブレーキの好ましい実施例を詳細に説明する。
【００１０】
図１ないし図３において、参照符号１は、駆動装置としての役目を果たし回転子２を含む電動モータを示し、回転子２は、回転子のシャフト３に対しては、トルクロックによって、すなわち回転不能に固定されていて、このシャフトは、モータの本体６における軸受け４および５に取り付けられている。参照符号７は、例えばクレーンのトロリーにおける、被駆動装置および特にその被駆動部を示す。被駆動装置７は、伝導装置８の第２のシャフト９に連結されていて、一方、伝導装置の第１のシャフト10は、モータの出力シャフト11、すなわち被駆動シャフトに接続されている。被駆動シャフトは、回転子シャフト３、すなわち駆動シャフトの内部に同軸状に配置されこれを貫いていて、被駆動シャフト11は回転子シャフト３によって、出力シャフト11に対して円周方向に回転不能に固定されたブレーキホイール12を介して駆動される。ブレーキホイール12と、出力シャフト11に対して軸方向に非可動となるよう配置された係止部13との間には、シャフト11を包囲しモータの本体６に固定された環状摩擦面15に対してブレーキホイール12を圧迫する渦巻きバネ14がある。
【００１１】
回転子シャフト３およびモータの出力シャフト11は、互いに対する制限された回転角内で回転可能となるように相互連結されている。ここではそれは回転子シャフト３とブレーキホイール12とによって実現されていて、これらは部分的に互いの内部に配置され、ブレーキホイール12は、その壁から突出した障壁部17を設けた軸方向の環状凹部16を含み、回転子シャフト３は軸方向の突起18を含み、これは前記障壁部17によって決定された範囲内で回転可能である（図２）。
【００１２】
一方、ブレーキホイール12とモータの回転子シャフト３との間には、カム手段19〜21が配置されていて、これらは、回転子シャフト３のトルクおよびねじりの作用により、ブレーキホイール12を摩擦面15から軸方向に離して浮揚させ、これによって、それらの間のブレーキ結合はバネ装置14のバネ力に抗して開放される。
【００１３】
カム手段19〜21は、ブレーキホイール12の、回転子２に面する側の側面に配置された環状カム経路19と、横シャフト20とを含み、横シャフトは回転子シャフト３に固定され両側に向かって等しい距離だけ突出していて、横シャフトの端部には、カム経路19に沿って走行する軸受け21が設けられている（図３）。
【００１４】
カム経路19は、経路の両側の２つの底部22と、これら底部の間の各経路部分の中央にある２つの頂部23とを含み、それら頂部は、底部22から所定の軸方向の距離に位置していて、その分、ブレーキホイール12の面からの軸方向の距離が底部に比べて長い。したがって、同時に、回転子シャフト３と出力シャフト11との間の回転角α（図３）は、底部22と頂部23とがなす角より小さく制限する必要がある。
【００１５】
図１ないし図３に示すディスクブレーキは次のように機能する。
【００１６】
モータ１に電流が与えられない時は、トルクも生じない。したがって、バネ14はブレーキホイール12を摩擦面15に対して圧迫する。ブレーキトルクはブレーキ面12および15の摩擦係数、それらの平均半径およびバネ14の力の関数である。モータ１がスイッチオンされるとトルクの生成が開始され、トルクは回転子シャフト３および軸受け21をカム経路19に対して回転させる。この回転動作により、軸受け21とカム経路19との間に軸方向の力が生成され、この力は回転子シャフト３におけるトルク、被駆動装置７の逆トルクおよびカム経路19のピッチの関数である。この軸方向の力はバネ14の力に打ち勝ち、ブレーキホイール12を動かして摩擦面15から離す。回転子２は、したがって、自由に回転可能となる。被駆動装置７およびブレーキホイール12を加速するのに必要なトルクは、被駆動装置の摩擦トルクと同様に、ブレーキの開放に貢献する。常に、２次側には十分なトルクがあり、ブレーキを開放可能である。ブレーキは常に開放され、これはモータ１が始動すると、逆トルクとして働くブレーキトルクを超越する必要があるからである。モータ１が再びスイッチオフされると、モータ１はトルクの生成を終了する。するとバネ14はブレーキホイール12を摩擦面15に対して再び圧迫し、これによってシステム全体が停止する。
【００１７】
上記の機能を実現するための条件は、第１に、回転子シャフト３の出力シャフト11（ブレーキホイール12）に対する上記ねじりの可能性である。このねじりの末端位置では、金属／金属の接触が相互接続部３および11の間に生じ、この接触によりモータ１のトルクがシャフト11によって伝達される。前記ねじりおよびカム経路19のピッチは、ブレーキの開放に必要な軸方向の力を生じる。ブレーキの開放を保つため、十分に大きな逆トルクが被駆動装置７で優勢となる必要がある。カム経路19のピッチは、ブレーキを閉止可能とするため、自動保持方式としてはならない。これは、カム経路19のピッチの正接をカム経路19とその対抗部材（軸受け21）との間の摩擦係数より著しく大きくする方法により、実行する。ブレーキを閉止する時は、回転子２の減速度は、生成されたトルクがブレーキを開放するほど大きくなってはならない。負荷を考慮した加速も、モータ１の加速トルクでブレーキが開放されるほど大きくなってはならない。一方、例えば、負荷の揺動によって生じる加速力のためにブレーキが開放するという事実は、望ましい特徴となりうる。なぜなら、この場合のブレーキの開放によってトロリーは負荷より上に移動し、これによって揺動が相殺されるからである。これらの特徴は、ブレーキホイール12のフライヤの質量によって影響を受けうる。ブレーキホイール12の軸方向の動作は、カム経路19のピッチより小さく制限して、上述の開放機構が「その限度を超える」ことのないようにする必要がある。
【００１８】
図４ないし図６は本発明によるディスクブレーキの他の実施例を示し、これは、カム手段19〜23がブレーキホイール12の他の種類のカム経路190と、回転子シャフト３における傾斜して取り付けられた軸受け200とに置換されている点で、図１ないし図３の実施例と異なる。ブレーキホイール12に対して傾斜した軸受け200のエッジ200aと、カム経路190との相互のねじり動作により、第１の実施例と同様の作用、すなわちブレーキホイール12によるブレーキを開閉する軸方向の動作が得られる。カム経路190は最低点190aを含み、そこから２つの上昇経路部分190bが伸びていて、それらの間に、上昇部のない平坦経路部分190cがある。上昇部分190bは、回転子シャフト３およびブレーキホイール12の相互ねじりに合致させるため、制限されている。
【００１９】
図７は本発明によるディスクブレーキの第３の実施例を示し、これが図１ないし図３に示す実施例と異なるのは、第１に、カム手段19〜23が、ブレーキホイール12に配置された第１の環状カム経路290と、回転子シャフト３に配置された第２の同様のカム手段291とに置換されている点であり、これらの経路は共同して、先に述べた２つの実施例で得られるものと同様の、ブレーキホイール12と回転子シャフト３との間の軸方向の動作を生じる。カム経路290および291のカムの数、すなわち高低点の数は、２個ないしｎ個としてよいが、各経路について等しい数とする。第２の相違点は、回転子シャフト３と出力シャフト11との間の互いに対する制限されたねじりが、ブレーキホイール12の軸方向の動作Ａをカム経路290および291によって決定される軸方向の動作より小さく制限することによって実行されている点であり、この場合、トルクは回転子シャフト３から出力シャフト11へ、カム経路290および291の間の連結によって伝達される。ブレーキホイール12の軸方向の動作は、回転子シャフト３に固定されバネ装置14をブレーキホイール12に対して圧迫する係止部13によって制限される。したがって、第１および第２の実施例における環状凹部16、障壁部17および突起18は必要ない。
【００２０】
図８に示す本発明によるディスクブレーキの第４の実施例は、上述のすべての実施例と異なり、ブレーキホイール320および出力シャフト310が１つの統合体として形成され、これが回転子シャフト330の一端に取り付けられていて、所定の範囲内で回転可能であり軸方向に移動可能である。これらの制限された移動可能性は、図７の実施例に類似したカムおよび障壁部の配置290、291および13によって実現されている。ここでは係止部13およびバネ14は回転子シャフト330に取り付けられていて、これにより、トルクを前方に伝達する出力シャフト310の端部は、環状突起310aとして回転子シャフト330を越えて突出している。
【００２１】
図７および図８で実行される軸方向の動作は、むろん、図１ないし図６の実施例と同様の方法で生じさせてもよいが、これは構造をいたずらに複雑化させかねない。なぜなら、図７および図８で述べたカム経路290および291は、図１ないし図６の実施例のカム手段19〜21および190〜200とは逆に、モータトルクの伝達に対しても良好な耐性を有するからである。
【００２２】
本発明の上述の明細書は、本発明の基礎的な概念を述べたものにすぎない。しかし、当業者であれば、添付の特許請求の範囲に記載の範囲内で、他の多くの方式によって本発明およびその詳細を実現可能である。したがって、駆動シャフトおよび被駆動シャフトの互いに対するねじりと、ブレーキホイールおよび駆動シャフトの間のカム手段とは、他の関連技術から知られている多くの他の方法によって実現可能であり、添付図面に示した実施例の詳細も組み合わせることができる。駆動装置および被駆動装置の結合は、被駆動シャフトおよびブレーキホイールを被駆動装置に配置する方法で行ってもよく、伝達装置内で、例えば、それらを更に駆動装置と統合した構造を形成し、または駆動装置から完全に独立したものとしてもよい。
【００２３】
【発明の効果】
このように本発明によれば、電磁ブレーキと比較すると、本発明によるブレーキの利点は、第１に、欠点として一般的に経験されている、例えば（伝達すべきトロリーの動作に対する抵抗装置などの伝導装置における）駆動装置の摩擦トルクなどの損失が、ブレーキの開放に利用できることである。常に、被駆動装置には十分な逆トルクがあり、ブレーキを開放可能である。ブレーキが常に開放しているのは、駆動装置（例えばかご形モータ）が始動すると、これは常に逆トルクとして働くブレーキトルクを超越する必要があるからである。ブレーキの操作には別個の磁石を必要としないため、電動モータ方式において、ブレーキ電圧をモータ電圧に適合させることも必要なく、これは大きな利点である。整流器も必要としない。ブレーキの開放力は、摩擦面の摩耗に依存せず、これに鑑みれば、ブレーキは調整の必要がない。ブレーキの摩耗外周は、カム手段の配置に依存する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるトルク開放式ディスクブレーキが適用される第１の対象およびその実装を示す図である。
【図２】図１の断面２−２を示す図である。
【図３】図１の断面３−３を示す図である。
【図４】本発明によるトルク開放式ディスクブレーキの他の実装図である。
【図５】図４のブレーキホイールのカム経路の正面図である。
【図６】図４のブレーキホイールのカム経路の側面図である。
【図７】本発明によるブレーキホイールの第３の実装図である。
【図８】本発明によるブレーキホイールの第４の実装図である。
【符号の説明】
３ 回転子シャフト
11 出力シャフト
12 ブレーキホイール
14 バネ装置
15 摩擦面
19 環状カム経路
20 横シャフト
21 軸受け

Claims (9)

1. 駆動シャフトと被駆動シャフトとの間にディスクブレーキが配備されていて、
   前記被駆動シャフトに対して円周方向に回転不能に配置された少なくとも１つのブレーキホイールと、
   該ブレーキホイールと接するように配置された少なくとも１つの摩擦面と、
   前記ブレーキホイールを軸方向に前記摩擦面に対して圧迫するように配置された少なくとも１つのバネ装置と、
   前記駆動シャフトのトルクおよびねじり、ならびに場合によっては前記被駆動シャフトの逆トルクの作用により、ブレーキホイールを摩擦面から軸方向に離して浮揚させる手段とを含み、該手段によって、該ブレーキホイールおよび摩擦面の間のブレーキ結合は前記バネ装置のバネ力に抗して開放され、
   前記駆動シャフトおよび被駆動シャフトは、互いに対する制限された回転角内で回転可能となるように相互に接続されていて、
   軸方向の移動および前記ブレーキ結合の開放をもたらす前記手段は、前記ブレーキホイールおよび駆動シャフトの間に配置されたカム手段を含み、
   前記カム手段は、前記ブレーキホイールに配置された第１の環状カム経路と、前記駆動シャフトに配置された第２の同様のカム経路とを含み、第２のカム経路は、第１のカム経路と接しているトルク開放式ディスクブレーキにおいて、
   前記駆動シャフトと被駆動シャフトとの間の互いに対する制限されたねじりは、前記ブレーキホイールの軸方向の動作を、前記カム経路で決定される軸方向の動作より小さく制限することによって実現され、これによって、前記トルクは、前記駆動シャフトから被駆動シャフトへ、前記カム経路間の結合を介して伝達され、
   第２のカム経路は、前記駆動シャフトに傾斜して取り付けられた軸受けを含み、該軸受けは、第１のカム経路と接していることを特徴とするトルク開放式ディスクブレーキ。
2. 請求項１に記載のディスクブレーキにおいて、第２のカム経路は、前記駆動シャフトに固定されその両側に突出している横シャフト装置を含み、該装置の両端には、第１のカム経路に沿って走行する軸受けが設けられていることを特徴とするディスクブレーキ。
3. 請求項２に記載のディスクブレーキにおいて、第１のカム経路は、該経路の両側の２つの底部と、該底部の間の各経路部分の中央にある２つの頂部とを含み、該頂部は、前記底部から所定の軸方向の距離に位置していて、前記ブレーキホイールの面からの軸方向の距離が長いことを特徴とするディスクブレーキ。
4. 請求項１ないし３のいずれかに記載のディスクブレーキにおいて、前記ブレーキホイールの軸方向の動作は、前記被駆動シャフトに固定され前記ブレーキホイールに対して前記バネ装置を圧迫する係止部によって制限されることを特徴とするディスクブレーキ。
5. 請求項１ないし４のいずれかに記載のディスクブレーキにおいて、前記駆動シャフトと被駆動シャフトとの間の互いに対する制限されたねじりは、部分的に互いの内部に配置された前記駆動シャフトとブレーキホイールとによって更に制限され、前記ブレーキホイールは、その壁から突出した少なくとも１つの障壁部を設けた軸方向の環状凹部を含み、前記駆動シャフトは、少なくとも１つの軸方向の突起を含み、該突起は前記障壁部によって決定された範囲内で回転可能であることを特徴とするディスクブレーキ。
6. 請求項１ないし５のいずれかに記載のディスクブレーキにおいて、駆動装置は前記被駆動シャフトを含むことを特徴とするディスクブレーキ。
7. 請求項１ないし６のいずれかに記載のディスクブレーキにおいて、前記被駆動シャフトは、前記駆動シャフトの内部に配置され、被駆動装置を駆動するために該装置に結合されていることを特徴とするディスクブレーキ。
8. 請求項１に記載のディスクブレーキにおいて、前記ブレーキホイールおよび被駆動シャフトは、１つの統合体として形成されていて、該統合体は、前記駆動シャフトの一端に取り付けられていることを特徴とするディスクブレーキ。
9. 請求項１に記載のディスクブレーキにおいて、前記ブレーキホイールの軸方向の動作は、前記駆動シャフトに固定され前記ブレーキホイールに対して前記バネ装置を圧迫する係止部によって制限されることを特徴とするディスクブレーキ。

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