JP5535075B2 - ブレーキ装置を備える転がり軸受 - Google Patents

Description

発明の分野
本発明は、ブレーキ装置を備える転がり軸受、特に回転結合部であって、軸受アウターレース及び軸受インナーレースを備え、該軸受アウターレースと該軸受インナーレースとの間で、対応する軌道上を転動体が転動するようになっており、摩擦力結合による制動作用を達成するために、一方の軸受レースに結合される可動な制動要素が、対応する他方の軸受レースに結合される対応面に圧着されており、前記摩擦力結合が電磁石によって解除可能である形式のものに関する。

発明の背景
ブレーキ装置を備える転がり軸受は、既に従来公知である。風力発電機における転がり軸受回転結合部では、比較的短時間で軌道内の波状痕形成（Ｒｉｆｆｅｌｂｉｌｄｕｎｇ）により故障する危険が存在する。この現象は、特に、風向きを補償するための旋回運動が僅かであることにより発生する。このとき、軌道上での転動体の滑動が生じる。この磨耗を排除するために、さまざまな対策によって転がり軸受における小さな回転抵抗を高めることが知られている。ＤＥ３７２５９７２Ａ１及びＤＥ４１０４１３７Ａ１は、この関連において、付加的に周囲を取り巻くブレーキ装置を使用することを提案している。制動力、ひいては所望の回転抵抗は、外部から調節可能である。その際の欠点は、第１には、ブレーキ装置が風力発電機の停止時にのみ解除可能である点にある。第２には、ブレーキ装置が多数の機械的な個別部品からなり、これにより、製造に手間がかかり、かつ取扱が複雑である点にある。

ＤＥ１９０４９５４Ｂにおいて、旋回可能な上部構造を下部構造に支承するための、掘削機、起重機又はこれに類するもののためのピボットレスの回転結合部が公知である。この回転結合部は、それぞれ、１つの部品からなる回転リングと、２つの部品、すなわち２つの異形リングから構成される別の回転リングとからなる。両回転リングは、それぞれ２列の玉軸受の球によって互いに支持されており、ブレーキ装置を装備している。ブレーキ装置は、それぞれ、単数又は複数のブレーキシュー支持体を有する。ブレーキシュー支持体は、１つの部品からなる回転リングに結合されている構成部分に固定されている。この装置では、ブレーキ装置が本来の軸受装置の外に配置されており、それゆえ付加的な構成スペースを必要とすることが欠点である。

上位概念を形成する制動機能を備える軸受装置は、ＤＥ１０１２７４８７Ａ１から公知である。図１に記載のラジアル軸受装置は、ラジアル軸受として形成される深溝玉軸受と、軸方向で深溝玉軸受の隣に配置されるブレーキ装置とを有する。深溝玉軸受は、内輪、外輪、及び内輪と外輪との間で保持器内に配置される軸受球からなる。さらに、深溝玉軸受は２つのシールリングを有する。２つのシールリングはリング室を両側で周囲に対して封止している。ブレーキ装置は、内側の保持リング及び外側の保持リングを有する。内側の保持リングの、半径方向外側に向かって方向付けられたフランジには、フラットワイヤばねを介してブレーキディスクが固定されている。ブレーキディスクは、強磁性の材料からなり、フランジとは反対の側にブレーキライニングを有する。フラットワイヤばねを用いて固定することによって、ブレーキディスクは、相対回動不能に内側の保持リングに結合されており、かつ軸方向ではスライド可能である。ブレーキライニングに対向して、外側の保持リングには、ブレーキライニングが制動時に圧着される対応面が形成されている。さらに、外側の保持リングは、電気的なコイルと、単数又は複数の永久磁石とを有する。コイル及び永久磁石は、それぞれ、ブレーキディスクと深溝玉軸受との間の領域に配置されており、機械的に外側の保持リングに、ひいては対応面にも結合されている。

その際の欠点は、ブレーキ装置が軸方向で外的な部分として軸受にフランジ固定されなければならず、それゆえ付加的な構成スペースを必要とする点にある。保持リングは、相対的に複雑に構成されており、手間をかけて初めてピンにより軸受レースに結合されなければならない。別の欠点は、制動作用がブレーキディスクを吸引する永久磁石によって発現されることに起因する。特定の用途では、しかし、常時の磁界は、場合によっては鉄を含有する異物が軸受に吸い寄せられてしまうので不都合である。さらに、前述のブレーキ装置にあっては、特定の用途にとって過小な制動力が形成されるにすぎないことが欠点である。

発明の概要
それゆえ、本発明の課題は、上記欠点を回避し、最小の構成スペースで高いブレーキ出力を発生させる、簡単に製造可能なブレーキ装置を提供することである。

本発明により、上記課題は、請求項１の上位概念部に記載の構成との関連で、請求項１の特徴部に記載の構成、すなわち、ブレーキ装置を備える転がり軸受、特に回転結合部であって、軸受アウターレース及び軸受インナーレースからなり、該軸受アウターレースと該軸受インナーレースとの間で、対応する軌道上を転動体が転動するようになっており、摩擦力結合による制動作用を達成するために、一方の軸受レースとともに可動な制動要素が、他方の軸受レースに結合される対応面に圧着されており、前記摩擦力結合が電磁石によって解除可能である形式のものにおいて、前記電磁石が軟鉄心（Ｗｅｉｃｈｅｉｓｅｎｋｅｒｎ）としての一方の軸受レースと、該軟鉄心を取り巻くコイルとからなり、一方の軸受レースに結合される強磁性の可動子プレートが、他方の軸受レースに結合されるプレッシャプレートに向かって押圧されており、可動子プレートとプレッシャプレートとの間に、両側でブレーキライニングと作用結合していて、別個に形成された案内ピンを介してそれぞれ一方の軸受レースに形状結合式に結合されているそれぞれ少なくとも１つのディスクが配置されていることにより解決される。

こうして、保持トルクが、同じ半径方向の構成スペースで、可動子プレートとプレッシャプレートとの間に配置されるディスクの個数に応じて奇数の倍数で高められている、モジュール式に構成されたブレーキ装置が提供されている。個々のディスクは、回転するものと、回転しないものとが交互となるように形成されている。その結果、個々のディスク間の相対運動が生じる。このことは案内ピンによってなされ、案内ピンは、軸方向のスライドと、回転方向での連行とを可能にし、ディスクは、交互に軸受インナーレースと軸受アウターレースとに結合されている。

制動要素を一方の軸受レース、通常であれば回転する軸受レースに格納することによって、こうして、ブレーキ装置を備える転がり軸受を省スペースに実現することが可能となる。別の利点は、ブレーキ装置を転がり軸受の組み込まれた構成部分として配置することによって、ブレーキ装置を付加的にかつ手間を要して本来の軸受装置に結合しなくて済むことにある。また、種々異なる大きさに設定されたばねを使用することによって、簡単に予圧力の大きさ、ひいては加えたい制動力の大きさに影響を及ぼすことができ、有利である。また、電磁石の使用によって、制動力を問題なく解消することができるので、この場合、転がり軸受は軽快に可動である。上位概念部に記載され、このように形成される、ブレーキ装置を備える転がり軸受は、常に、常時存在する摩擦モーメントが所望されるものの、特定の状況では極めて迅速にこの摩擦モーメントの解消がなされなければならないときに特に有利に使用される。このような状況は例えば医療分野において、転がり軸受装置が回転結合部、例えば種々異なって構成された医療機器に結合されているシーリングマウント（Ｄｅｃｋｅｎｓｔａｔｉｖ）において使用されるときに該当する。常時存在する摩擦モーメントによって回転結合部の不都合な回動が一方では防止され、他方では回転結合部がしかしブレーキ装置の解除によって簡単に可動調節可能であることは有利である。

本発明の別の有利な形態は、従属請求項に係る発明である。好ましくは、前記可動子プレートが、周方向で互いに間隔を置いた複数の案内ピンを介して軸方向で可動に保持されており、かつ前記可動子プレートに対して、周方向で互いに間隔を置いた複数のばね部材を介して予圧が印加されており、前記コイルの非通電状態では前記可動子プレートと前記軸受レースとの間にエアギャップが形成されている。好ましくは、プレッシャプレートが、円環状に形成されており、ねじ山を介して前記軸受レースの対応するねじ山によって収容されている。好ましくは、前記転動体が、２つの逆向きのアキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受の軸受ニードルによって形成されており、該軸受ニードルの回転軸線の延長線の交点が前記軸受インナーレース内に又は前記軸受アウターレース内に位置する。好ましくは、前記アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受が互いにＯ型配列で並べられており、軌道を支持する軌道ディスクを有する。好ましくは、前記軌道ディスクが硬化プロセスにかけられている。好ましくは、前記軌道ディスクと、前記軸受レースの少なくとも一方とが、それぞれ異なる材料から製造されている。好ましくは、コイルを有しない軸受レースが軽金属又はプラスチックから製造されている。好ましくは、一方の軸受レースが、予圧の調節のために２つの部分から形成されており、軸方向で可動な調節ナットに結合されている。好ましくは、前記調節ナットがねじ山を介して前記軸受レースの対応する相手側ねじ山によって収容されている。好ましくは、医療機器のためのシーリングマウントで使用可能である。

請求項２によれば、可動子プレートが、周方向で互いに間隔を置いた複数の案内ピンを介して軸方向で可動に保持されており、かつ可動子プレートに対して、周方向で互いに間隔を置いた複数のばね部材を介して予圧が印加されており、コイルの非通電状態では可動子プレートと軸受レースとの間にエアギャップが形成されている。こうして、制動作用を発現する手段、すなわちばね部材、及び制動作用を解除する手段、すなわちコイル巻線は、直接隣接して軸受レース内に配置されているので、存在する構成スペースは、最大限に利用されている。

請求項３に記載の別の特徴としては、プレッシャプレートが、円環状に形成されており、ねじ山を介して軸受レースの対応するねじ山によって収容されていることが望ましい。これにより、ブレーキ力を解除するための電磁石のエアギャップが極めて精緻に調節可能であることが保証されている。エアギャップが過小に設定されていると、ブレーキライニングが持ち上がらないので、制動作用が解除されない恐れが存在する。逆にエアギャップが過大であると、磁界が弱まり、電磁石は不必要に大きく設計されねばならなくなる。

請求項４に記載の別の付加的な特徴としては、転動体が、２つの逆向きのアキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受の軸受ニードルによって形成されており、軸受ニードルの回転軸線の延長線の交点が軸受インナーレース内に又は軸受アウターレース内に位置する。有利には４点接触軸受又はクロスローラ軸受として構成されている公知の回転結合部に対して、２つのアキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受を使用すると、定格荷重が同じか、又はより高い場合、製造は明らかに安価となる。この関連において、請求項５によれば、アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受が互いにＯ型配列で並べられており、軌道を支持する軌道ディスクを有することは、有利であることが判っている。請求項６に記載の本発明の別の特徴としては、軌道ディスクを硬化プロセスにかけてもよい。その際、請求項７によれば、軌道ディスクと、軸受レースの少なくとも一方とが、それぞれ異なる材料からなるようにすると、有利であることが判っている。その結果、さらに上述の軸受装置の軽量化が実現可能である。この場合、請求項８によれば、コイルを有しない軸受レースが軽金属又はプラスチックから製造されていると有利である。この軸受レースは、アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受の大幅により硬質の軌道ディスクを収容する。

軸受の予圧を調節するための別の付加的な特徴として、請求項９によれば、一方の軸受レースが２つの部分から形成されており、軸方向で可動な調節ナットに結合されている。請求項１０記載の別の特徴として、調節ナットがねじ山を介して軸受レースの対応する相手側ねじ山によって収容されていると有利であることが判っている。

最後に、本発明の最後の特徴として、転がり軸受が、医療機器のためのシーリングマウントにおいて使用可能である。この種のシーリングマウントは、既に従来公知であり、例えばＤＥ３６２７５１７Ａ１、ＤＥ４３０６８０３Ａ１及びＤＥ１９９６３５１２Ｃ１に記載されている。最後の刊行物に記載のシーリングマウントは、ブレーキ装置も備えており、このブレーキ装置は、軸受装置を半径方向外側から包囲する２つのブレーキリングからなる。この従来技術でも、ブレーキ装置は、付加的に製造しなければならない、本来の軸受の外側に配置しなければならない構成部分として示されており、やはり、従来技術において説明した欠点を内包する。

本発明のその他の特徴は、以下の説明及び図面から看取される。図面には、本発明の実施の形態が簡略化された形態で図示されている。

本発明により構成される転がり軸受の、図２の線Ｉ−Ｉに沿った縦断面図である。 この軸受の側面図である。 本発明の第２の変化態様の縦断面図である。 軸受の転動体の領域を拡大した部分図である。

図面の詳細な説明
図１〜図４に示す本発明により形成される転がり軸受１は、軸受アウターレース２及び軸受インナーレース３からなる。軸受アウターレース２及び軸受インナーレース３は、軸受軸線４を中心に同心的に入れ子に配置されている。両者の間に形成される環状室内には、アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受（Ａｘｉａｌｓｃｈｒａｅｇｎａｄｅｌｌａｇｅｒ）５，６が配置されている。アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受５，６は、互いにＯ型配列（Ｏ−Ａｎｏｒｄｎｕｎｇ）で、具体的には背面組合せ形式で並べられている。両者は軸受ニードル５．１，６．１の形態の転動体を有する。転動体はそれぞれ１つのケージ５．２，６．２内で案内されている。軸受ニードル５．１，６．２の回転軸線５．３，６．３の延長線は、軸受インナーレース３内に位置する点７において交差する。アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受５，６にはそれぞれ２つの軌道ディスク（Ｌａｕｆｓｃｈｅｉｂｅ）５．４，６．４が属する。軌道ディスク５．４，６．４は、軸受ニードル５．１，６．１のための詳細には図示しない軌道を形成する。特に図４から判ることは、傾き角αが変更可能であって、受容される半径方向の力と軸方向の力の比に影響を及ぼすことが可能である点にある。軸受インナーレース３が２つの部分から形成されていることも見て取れる。調節ナット３．１は、その雌ねじ山３．１．１でもって軸受インナーレース３の雄ねじ山３．２に螺合されて、軸方向にスライド可能である。こうして、軸受の予圧は、簡単に、調節ナット３．１を締めることによって調節可能である。両アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受５，６は、軸受アウターレース２のＶ字形の突出部に圧着される。

図１によれば、本発明に係る制動要素８は、強磁性の可動子プレート８．１からなる。可動子プレート８．１は、円環状に形成されており、回転する軸受インナーレース３に案内ピン８．２を介して形状結合（ｆｏｒｍｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：形状による束縛）式に結合されている。案内ピン８．２は、さらに、ディスク８．４に結合されている。その結果、軸受インナーレース３が回転すると、軸受インナーレース３とともに可動子プレート８．１及びディスク８．４も回転する。案内ピン８．２は、周方向で均等に互いに間隔を置いて配置されており、かつ可動子プレート８．１及びディスク８．４が軸方向でスライド可能であるように寸法設定されている。可動子プレート８．１とディスク８．４との間には別のディスク８．３が配置されている。この別のディスク８．３は、案内ピン８．５を介して、固定の軸受アウターレース２に結合されている。制動要素８には、さらに、プレッシャプレート８．６が属する。プレッシャプレート８．６は、ねじ山８．６．１を介して軸受アウターレース２のねじ山２．２に螺合されている。均等に周方向で互いに間隔を置いたばね部材８．７も制動要素８に属する。ばね部材８．７は、可動子プレート８．１をプレッシャプレート８．６に向かって押圧する。可動子プレート８．１、ディスク８．３，８．４及びプレッシャプレート８．６は、ブレーキライニング８．８によって互いに隔離されている。摩擦相手の配置は、回転するものと回転しないものとが交互に配置されているように選択されている。軸受インナーレース３とともに、案内ピン８．２を介して、可動子プレート８．１及びディスク８．４は回転する。これに対して、プレッシャプレート８．６はねじ山８．６．１を介して、かつディスク８．３は案内ピン８．５を介して、軸受アウターレース２に固定されている。ブレーキライニング８．８の配置は、ディスク８．３及びプレッシャプレート８．６に固定に結合されているようになされている。

さらに、図示されているように、軸受インナーレース３には、軸方向で開いた切欠き３．３が設けられている。切欠き３．３内にはコイル８．９が配置されている。可動子プレート８．１と軸受インナーレース３とは、コイル８．９が通電されていない状態では、エアギャップ８．１０によって互いに間隔を置いている。エアギャップ８．１０は、プレッシャプレート８．６の種々異なる軸方向の位置によって極めて正確に調節可能である。コイル８．９が通電されていない状態では、軸受装置は制動されている。すなわち、軸受アウターレース２と軸受インナーレース３とは、互いに摩擦力結合（ｒｅｉｂｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ：摩擦力による束縛）式に結合されている。案内ピン８．２を介して軸受インナーレース３に結合される可動子プレート８．１は、摩擦ライニング８．８を介してディスク８．３に圧着され、ディスク８．３は、さらに、別の摩擦ライニング８．８を介してディスク８．４に圧着され、ディスク８．４は、さらに、別の摩擦ライニング８．８を介してプレッシャプレート８．６に圧着される。コイル８．９に電流が流されると、発生した磁界によって、可動子プレート８．１が軸受インナーレース３の端面に向かって運動するので、可動子プレート８．１及び軸受インナーレース３の両方は、互いに当接することにより固定され、エアギャップ８．１０は消失する。その結果、部材８．６，８．４，８．１２，８．１１，８．３及び８．１間の摩擦力結合は解除されている。

図３に示した本発明の第２の変化態様は、図１に示したものとは、ディスク８．３及び８．４に対して付加的に、両ディスク８．１１及び８．１２が配置されている点で相違する。その結果、ブレーキ性能はさらに向上する。回転する軸受インナーレース３には、案内ピン８．２を介して可動子プレート８．１並びにディスク８．４及び８．１１が形状結合式に、一体的に回転し、しかし軸方向では可動であるように結合されている。固定の軸受アウターレース２は、ねじ山２．２を介してプレッシャプレート８．６のねじ山８．６．１に結合され、かつ案内ピン８．５を介してディスク８．１２及び８．３に結合されている。その結果、ディスク８．１２及び８．３も固定されている。ディスク８．１２及び８．３は、軸方向でスライド可能である。コイル８．９が通電されていない状態では、ばね部材８．７を介して可動子プレート８．１、ディスク８．３，８．１１，８．１２，８．４がプレッシャプレート８．６に圧着されているので、軸受１は制動されている。関与するすべての対偶は、対応するブレーキライニング８．８によって互いに隔離されている。通電されると、コイル８．９がばね部材８．７の作用を解除するので、エアギャップ８．１０は解消され、かつ関与する対偶８．１，８．３，８．１１，８．１２，８．４及び８．６相互の軸方向の間隔によって、摩擦力結合は解消されている。ブレーキライニング８．８の配置は、ブレーキライニング８．８がディスク８．３，８．１２及びプレッシャプレート８．６に固く結合されているようになされている。

１ 転がり軸受
２ 軸受アウターレース
２．１ 突出部
２．２ ねじ山
３ 軸受インナーレース
３．１ 調節ナット
３．１．１ 雌ねじ山
３．２ 雄ねじ山
３．３ 切欠き
４ 軸受軸線
５ アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受
５．１ 軸受ニードル
５．２ ケージ
５．３ 回転軸線
５．４ 軌道ディスク
６ アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受
６．１ 軸受ニードル
６．２ ケージ
６．３ 回転軸線
６．４ 軌道ディスク
７ 点
８ 制動要素
８．１ 可動子プレート
８．２ 案内ピン
８．３ ディスク
８．４ ディスク
８．５ 案内ピン
８．６ プレッシャプレート
８．６．１ ねじ山
８．７ ばね部材
８．８ ブレーキライニング
８．９ コイル
８．１０ エアギャップ
８．１１ ディスク
８．１２ ディスク
α 傾き角

Claims (11)

1. ブレーキ装置を備える転がり軸受（１）、特に回転結合部であって、軸受アウターレース（２）及び軸受インナーレース（３）を備え、該軸受アウターレース（２）と該軸受インナーレース（３）との間で、対応する軌道上を転動体が転動するようになっており、摩擦力結合による制動作用を達成するために、前記軸受インナーレース（３）とともに可動な制動要素が、前記軸受アウターレース（２）に結合される対応面に圧着されており、前記摩擦力結合が電磁石によって解除可能である形式のものにおいて、
   前記電磁石が、軟鉄心としての前記軸受インナーレース（３）と、該軟鉄心を取り巻くコイル（８．９）とを備え、該コイル（８．９）は、前記軸受インナーレース（３）に設けられた切欠き（３．３）内に配置されており、
   前記軸受インナーレース（３）に結合される強磁性の可動子プレート（８．１）が、前記軸受インナーレース（３）内に配置されたばね部材（８．７）によって、前記軸受アウターレース（２）に結合されるプレッシャプレート（８．６）に向かって押圧されており、
   可動子プレート（８．１）とプレッシャプレート（８．６）との間に、両側でブレーキライニング（８．８）と作用結合している少なくとも１つの第１のディスク（８．４，８．１１）及び少なくとも１つの第２のディスク（８．３，８．１２）が配置されており、
   前記可動子プレート（８．１）及び前記少なくとも１つの第１のディスク（８．４，８．１１）は、第１の案内ピン（８．２）を介して、それぞれ前記軸受インナーレース（３）に形状結合式に結合されており、
   前記少なくとも１つの第２のディスク（８．３，８．１２）は、第２の案内ピン（８．５）を介して、前記軸受アウターレース（２）に形状結合式に結合されていることを特徴とする、ブレーキ装置を備える転がり軸受。
2. 前記可動子プレート（８．１）が、周方向で互いに間隔を置いた複数の案内ピン（８．２）を介して軸方向で可動に保持されており、かつ前記可動子プレート（８．１）に対して、周方向で互いに間隔を置いた複数のばね部材（８．７）を介して予圧が印加されており、前記コイル（８．９）の非通電状態では前記可動子プレート（８．１）と前記軸受インナーレース（３）との間にエアギャップ（８．１０）が形成されている、請求項１記載の転がり軸受。
3. プレッシャプレート（８．６）が、円環状に形成されており、ねじ山（８．６．１）を介して前記軸受アウターレース（２）の対応するねじ山（２．２）によって収容されている、請求項１又は２記載の転がり軸受。
4. 前記転動体が、２つの逆向きのアキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受（５，６）の軸受ニードル（５．１，６．１）によって形成されており、該軸受ニードル（５．１，６．１）の回転軸線（５．３，６．３）の延長線の交点（７）が前記軸受インナーレース（３）内に位置する、請求項１から３までのいずれか１項記載の転がり軸受。
5. 前記アキシャルアンギュラコンタクトニードル軸受（５，６）が互いにＯ型配列で並べられており、前記軸受ニードル（５．１，６．１）の軌道を形成する軌道ディスク（５．４，６．４）を有する、請求項４記載の転がり軸受。
6. 前記軌道ディスク（５．４，６．４）が硬化プロセスにかけられている、請求項５記載の転がり軸受。
7. 前記軌道ディスク（５．４，６．４）と、前記軸受レース（２，３）の少なくとも一方とが、それぞれ異なる材料から製造されている、請求項５又は６記載の転がり軸受。
8. コイルを有しない軸受アウターレース（２）が軽金属又はプラスチックから製造されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の転がり軸受。
9. 軸受アウターレース（２）又は軸受インナーレース（３）が、予圧の調節のために２つの部分から形成されており、軸方向で可動な調節ナット（３．１）に結合されている、請求項１から８までのいずれか１項記載の転がり軸受。
10. 前記調節ナット（３．１）がねじ山（３．１．１）を介して前記軸受インナーレース（３）の対応する相手側ねじ山（３．２）によって収容されている、請求項９記載の転がり軸受。
11. 医療機器のためのシーリングマウントで使用可能である、請求項１から１０までのいずれか１項記載の転がり軸受。

Images