KR20190042069A - 레버 유형 브레이크 장치 - Google Patents

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델네르 브라케스 아베
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Abstract

레버 유형의 브레이크 장치에 있어서, 작동 수단은 전기 모터(20) 및 앵글 기어(21)를 구비하는 스크류 잭(19)의 형태로 구현되며, 앵글 기어는 레버(2;5) 사이에 결합된 잭 스크류(22)를 구동한다. 하나의 레버에 결합된 부하 센서(29)는 동력 조절 수단(25)을 통하여 브레이크 모드에서 가해지는 힘을 제어한다. 다른 레버에 결합된 위치 센서(31)는 공전 모드에서 레버의 위치들을 결정한다.

Description

레버 유형 브레이크 장치
본 발명은 로터리 샤프트의 회전을 느리게 하거나 또는 정지시키는데 적절하거나, 또는 레일을 따라서 차량 또는 장치의 이동을 정지시키거나 또는 느리게 하는데 적절한 브레이크 장치에 관한 것이다. 본 발명의 브레이크 장치는, 브레이크 장치의 브레이크 패드들 사이의 회전에서 반경 방향 디스크 또는 플랜지를 유지하는 로터리 샤프트와 관련되어 사용되거나 또는 비 제동 모드(non-braking mode)에서 브레이크 패드들 사이에서 길이 방향으로 연장되는 레일을 따라서 움직이는 차량 또는 장치와 관련되어 사용되도록 의도된다.
특히, 본 발명은 레버 유형 브레이크 장치(lever type braking device)에 관한 것으로서, 이것은 제 1 축 둘레에서의 회동 운동을 위하여 저널(journal)되어 있는 좌측 레버, 상기 제 1 축에 평행한 제 2 축 둘레에서의 회동 운동을 위하여 저널되어 있는 우측 레버를 포함하고, 축들은 각각의 레버를 짧은 레버 길이 및 긴 레버 길이로 분할한다. 좌측 및 우측 브레이크 패드들은 각각 좌측 및 우측 레버들의 짧은 레버 길이들에 피봇되게 저널되어 있다. 작동 수단은 레버들의 긴 길이들과 맞물리게 구성되고, 레버들을 개별의 축들 둘레에서 반대 회전 방향으로 회동시키도록 작동될 수 있으며, 작동 수단은 브레이크 패드들의 움직임을 브레이크 위치와 공전 위치 사이에서 제어하고 브레이크 작용시에 브레이크 패드들에 의해 가해지는 클램핑 힘을 발생시킨다.
본 발명의 제 2 양상은, 한편으로 설정 피봇 위치(set pivot position)에서의 회전에 대하여 로터리 샤프트를 적극적으로 잠그기 위한 구조적이고 기능적인 수단 및, 다른 한편으로 로터리 샤프트의 피봇 위치를 휴지 상태로 조절하도록 구성된 샤프트 회전 메커니즘과 일체화된 조립체의 브레이크 장치에 관한 것이다.
본 발명의 브레이크 장치는 적용예를 정지 및/또는 유지시키도록 구성된 레버 브레이크들의 카테고리를 지칭할 수 있다. 이것은 수천 뉴톤(N) 내지 수백 킬로뉴톤(kN) 범위의 브레이크 힘을 위해 설계됨으로써 광범위한 용도를 가지는데, 예를 들어 프로펠러 또는 터빈의 회전을 정지시키기 위한 풍력 플랜트(wind power plant) 및 해양 선박에서 이용된다.
비록 브레이크의 힘은 가장 전통적인 적용예에서 유압에 의해 발생될지라도, 다른 적용예들은 유압 유체 회로가 누설되는 결과를 회피하기 위하여 대안의 동력을 필요로 할 수 있다.
과거에는 디스크 브레이크 설계에서 유압을 전기적인 동력으로 대체하기 위한 시도가 이루어졌다. 예를 들어, 유럽 출원 EP 2　500　597 A1 은 풍력 플랜트를 위한 디스크 브레이크 구성체를 개시하며, 여기에서 전기 모터는 워엄 기어 트랜스미션을 통하여 브레이크를 활성화시키는데, 상기 워엄 기어 트랜스미션(worm gear transmission)은 스핀들을 축방향 병진으로 브레이크 패드를 향해 구동하는 행성 롤러 스크류(planetary roller screw)를 구비한다.
로터리 샤프트들을 위한 디스크 브레이크들에 전기 동력을 적용하는 것에서 해결될 필요가 있는 하나의 문제점은 회전자의 진동으로서, 이것은 브레이크 패드들 및 파워 트랜스미션의 구성 요소들을 통하여 모터로 전달될 수 있다. 이러한 진동은 모터의 회전 부품들 및 베어링들에서 마모를 일으키는 것에 더하여, 기어들의 위치를 변경시킬 수 있고, 결과적으로 브레이크 힘을 손실시킬 수 있다. 위험한 환경에서, 만약 진동이 브레이크의 비자발적인(involuntary) 적용을 일으키도록 허용된다면 작업자의 안전이 위험해질 수 있다.
항공기 회전자 또는 프로펠러의 적용예에서, 미국 출원 US 2014/0231188 A1 은 탄성적으로 굽혀지는 레버를 포함하는 레버 유형 브레이크를 구비한 로터리 샤프트 브레이크 시스템을 개시한다. 공전 위치 뿐만 아니라 브레이크 모드에서, 굽힘 레버는 레버들과 맞물린 선형 액튜에이터에 의하여 변형된 상태로 강제된다. 따라서 진동 및 비자발적으로 가해진 브레이크 작용을 회피하기 위하여, 굽힘 레버는 전기적으로 동력을 받는 액튜에이터에 의한 응력하에 지속적으로 경화된다.
금속 또는 강철이 본질적으로 탄성적일지라도, 변형 부하(deforming load) 아래에서 지속적으로 경화되는 금속 또는 강철 요소는 궁극적으로 재료의 결정 구조 변화 및 피로를 겪을 것이며, 굽힘 저항의 감소를 초래한다. 레버 브레이크의 적용예에서, 굽힘 저항에서의 점진적인 감소는 브레이크 모드에서 가해지는 클램핑의 힘에 잠재적으로 영향을 미칠 수 있다. 미국 출원 US 2014/0231188 A1 에서, 클램핑의 힘은 제동시에 굽힘 변형 가능한 레버의 휨(bow)을 측정함으로써 제어된다.그러나, 시간이 지나면, 굽힘의 정도는 굽힘 변형 가능한 브레이크 레버들에 의해 발생되는 브레이크 효과 및 클램핑 힘의 진정한 값을 나타내지 않을 수 있다.
본 발명의 목적은 전기 동력으로 작동되는 대안의 레버 유형 브레이크 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 특별한 목적은 클램핑 힘의 제어부를 가진 전기 동력 레버 유형의 브레이크 장치를 제공하는 것으로서, 이것은 강철과 같은 금속으로 만들어진 힘 증대(force multiplying) 브레이크 레버에서 시간이 지남에 따른 특성 변화에 의해 방해받지 않는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전체가 전기적으로 동력화된 일체형 조립체로 브레이크 장치를 제공하는 것으로서, 이것은 예를 들어 설치 또는 유지 관리 동안에 소망에 따라서 로터리 샤프트를 정지, 유지 및/또는 회전시키는 구조적 및 기능적 수단을 가진다.
적어도 제 1 목적은 처음에 설명된 바와 같이 레버 유형의 브레이크 장치에 의해 실질적으로 충족되는데, 여기에서 작동 수단은 스크류 잭의 형태로 구현되며, 상기 스크류 잭은 전기 모터 및 레버들 사이에 결합된 잭 스크류를 구동하는 앵글 기어(angle gear)를 포함한다. 하나의 레버에 결합된 부하 센서(load sensor)는, 동력 조절 수단(power regulating means)을 통하여, 브레이크 모드에서 가해진 힘을 제어한다. 다른 레버에 결합된 위치 센서는 공전 모드(idling mode)에서 레버 위치들을 판단한다.
본 발명의 필수적인 특징은 힘 증대 레버(force multiplying lever)들의 사용으로서, 이것은 지렛대(leverage)의 결과로서 동력 효과에 대한 필요성을 감소시킬 뿐만 아니라, 레버 길이들의 비율 및 잭(jack)의 결과적인 행정 길이에 기인하여, 회전 모터 샤프트를 통하여 가해진 힘의 보다 정확한 제어 및 조절을 제공하기도 한다. 지점(fulcrum)의 일 측에 있는 긴 레버 길이와 다른 측에 있는 짧은 레버 길이 사이의 길이들의 관계는 2:1-6:1 의 범위에 있는 레버 비율을 제공하도록, 바람직스럽게는 3:1-5:1 의 범위에 있는 레버 비율, 그리고 가장 바람직스럽게는 대략 4:1 의 비율을 제공하도록 결정될 수 있다.
다른 장점은 제안된 바와 같은 앵글 기어 드라이브(angle gear drive)를 구비하는 스크류 잭의 선택에 의해 달성된다. 실질적으로 액튜에이터에 의해 가해지는 힘의 방향으로 설치되어야만 하고 전형적으로 레버 구성의 좌측 또는 우측에 있는 선형 드라이브(linear drive)와는 대조적으로, 앵글 기어 드라이브는 레버 시스템에 일체화될 수 있고, 잭 스크류의 길이를 따르는 힘의 선 둘레의 그 어떤 적절한 피봇 방위로도 모터의 방위(orientation of motor)에 대하여 커다란 자유를 부여한다.
본 발명의 해법은 여러가지 상이한 적용예들에 대하여 크기를 맞출 수 있다는 점을 당업자는 깨달을 것이며, 또한 특정 설계의 계산에서, 모터 강도, 스크류 잭 기어 비율, 레버 비율, 브레이크 패드 면적 및 브레이크 패드 마찰 계수등과 같은 어떤 파라미터들이 사용될 것인지를 당업자는 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 개시의 목적을 위하여, 관심 대상인 파라미터 마다에 대하여 적용될 수 있는 값의 범위를 상세하게 특정하는 것은 필요하지도 않고 유용하지도 않다. 그러나, 앵글 기어 드라이브(angle gear drive)는 본 발명의 하나의 필수적인 특징이기 때문에, 5:1-50:1 의 범위인 앵글 기어 비율(angle gear ration)은 바람직한 설계 파라미터로서 개시된다.
개시되고 청구된 본 발명에 의하여 달성되는 다른 장점은 측정에서의 높은 정확성 및 일관성으로서, 이것은 레버상의 결과적인 효과보다 액튜에이터로부터 가해지는 힘을 기록하는 센서에 의해 제공된다. 피로, 온도 또는 다른 원인에 기인하는 것이든, 레버 재료에서의 그 어떤 특성 변화에도 불구하고, 브레이크는 항상 레버 비율로 곱해진, 부하 센서에 의해 등록되는 클램핑의 힘을 제공한다.
다른 장점은 브레이크 패드들과 개재된 브레이크 디스크 또는 플랜지 사이의 공기 간극(air gap)이 위치 센서의 간단한 조절에 의하여 공전 모드에서 용이하게 설정될 수 있다는 것이다. 브레이크 패드들에서 마찰 요소들의 마모로부터 초래되는 공기 간극의 확장은 동일한 수단에 의하여 용이하게 보상될 수 있다.
레버 구성체는 자유 부양 방식(free floating manner)으로 브래킷(bracket)들에 저널(journal)되며, 이것은 브레이크 모드에서 브레이크 디스크 또는 플랜지의 각각의 측부에 균일하게 가해지는 클램핑의 힘을 위하여 레버들이 그들의 위치를 자동적으로 조절함을 의미한다. 브레이크가 해제되었을 때 브레이크 패드들이 양쪽 측면에서 디스크로부터 자유롭게 되는 것을 보장하기 위하여, 피봇 제한 수단이 카운터 지지부(counter support)로서 브래킷들상에 제공됨으로써 공전 위치로의 복귀시에만 하나의 레버의 단일 피봇을 방지한다. 브래킷상의 이러한 피봇 제한 수단은 조절 가능하고, 공전 위치에서도 레버들에게 어떤 움직임의 자유를 제공하도록 조절된다. 이러한 방식으로, 레버들은 공전 위치에서 응력으로부터 완전하게 해제된다.
텐션 스프링과 같은 탄성 부재는 레버와 그것의 관련된 브래킷 사이에 연결될 수 있다. 탄성 부재는, 적절하다면, 공전 위치에서 레버들의 자동적인 회동(spontaneous swinging)을 방지하는데 효과적이며, 따라서 레버 구성체에서 진동 및 소음을 중화(counteracting)시킨다.
브레이크 패드들은 좌측 및 우측 레버들의 상호 대향되는 내측으로 면하는 측부에 피봇되게 지지된다. 텐션 스프링 및 피봇 제한부는 각각 브레이크 패드들이 공전 위치에서 평행한 관계로 유지되는 것을 보장한다. 피봇 제한부는 브레이크 패드들과 브레이크 디스크/플랜지 사이에서 평행의 제어를 허용하도록 바람직스럽게는 조절 가능하다.
스크류 잭의 앵글 기어는 모터 샤프트상의 워엄 스크류(worm screw) 및 잭 스크류(jack screw)상의 기어 휘일(gear wheel)을 포함한다. 맞물리는 쓰레드(threads)들은 브레이크 모드에서 클램핑 힘을 유지하도록 자체 잠금의 맞물림을 제공하게끔 설계될 수 있다. 브레이크 위치로부터 공전 위치로의 브레이크 패드들의 복귀는 전기 모터의 회전 방향을 역전시킴으로써 달성될 수 있다.
앵글 기어들에서의 자체 잠금 구성이 사용되지 않는 경우에, 모터에 작용하는 전자-기계적 브레이크 또는 전자-자기적 브레이크를 가진 모터가 브레이크 모드에서 가해지는 클램핑 힘을 유지하도록 대신 사용될 수 있다.
브레이크의 구성 요소들의 구조적 설계와 관련하여, 레버의 단면적은, 특히 두께 치수는 점진적이고 연속적인 감소로써 구성될 수 있으며, 이것은 레버의 긴 길이에서 테이퍼를 형성한다는 점이 언급되어야 한다. 파괴로 이어질 수 있는 그 어떤 종류의 표시라도 회피하는 매끄러운 면들과 조합되어, 레버에서의 테이퍼는 브레이크가 가해질 때 균일하고 유리한 응력 분포를 달성한다.
이제까지 설명된 브레이크는 독립적인 장치로서, 이것은 자체적으로 여러 상황에 적용될 수 있다.
브레이크 장치의 하나의 특별히 유리한 구현예는 포지티브(positive) 잠금 및 해제 메커니즘을 가진 조립체에 있으며, 상기 메커니즘은 로터리 샤프트에 고정된 플랜지 또는 브레이크 디스크와 맞물림으로써 로터리 샤프트를 포착하도록 구성되고 작동될 수 있으며, 이러한 방식으로, 설정된 피봇 위치에서의 회전에 대하여 로터리 샤프트를 확실하게 잠기게 한다.
브레이크 장치의 다른 특별하게 유리한 구현예는 샤프트 회전 메커니즘을 가진 조립체에 있으며, 상기 메커니즘은 로터리 샤프트의 피봇 위치를 휴지 상태(standstill)로 조절하도록 구성된다.
양쪽의 경우에, 조립체는 바람직스럽게는 신장되고, 플레이트와 같은 스탠드(stand)를 구비하며, 이것은 저부 단부에 지지 베이스를 가진다.
스탠드는 스탠드의 좌측 측부 및 우측 측부상에 각각 좌측 브래킷 및 우측 브래킷을 장착하도록 적합화된다. 이러한 경우에 레버들의 짧은 부분 및 긴 부분은, 실질적으로 평탄한 스탠드의 대향하는 전후의 테두리(rim)들 외측에서, 브레이크 패드들 및 스크류 잭들을 각각 위치시키기에 충분한 길이들을 가진다는 점이 이해될 것이다.
완전하게 통합된 해법에서, 모든 세가지 기능들, 즉, 브레이크 장치, 잠금 및 해제 메커니즘 및 샤프트 회전 메커니즘은, 모두 스탠드상에 배치되고 지지될 수 있다. 그러한 경우에, 스탠드상의 위치에서 바람직한 순서는 잠금 및 해제 메커니즘을 베이스 지지부에 인접한 스탠드의 최저 단부에 배치하며, 왜냐하면 조립체의 이러한 부분은 가장 큰 부하를 스탠드로 전달할 것으로 예상되기 때문이다. 마찬가지 이유로, 샤프트 회전 메커니즘은 바람직스럽게는 스탠드의 최상부 단부에 배치되어, 브레이크 장치를 장착하기 위한 스탠드의 중심 영역을 남긴다.
잠금 및 해제 메커니즘은 로터리 샤프트에 고정된 플랜지 또는 브레이크 디스크와 함께 작용하는 신장 가능/수축 가능 플런저를 포함하며, 브레이크 디스크 또는 플랜지는 다수의 관통 구멍들을 포함하며, 상기 관통 구멍들은 브레이크 디스크 또는 플랜지의 주위의 반경 방향 내부에서 원에 위치된다. 플런저는 전기 모터 및 선형 장치에 의하여 연장 및 수축에서 전기적으로 작동될 수 있다.
샤프트 회전 메커니즘(shaft turning mechanism)은 기어 휘일을 포함하며, 기어 휘일은 로터리 샤프트에 고정된 플랜지 또는 브레이크 디스크의 치형 주위부(toothed periphery)와 맞물릴 수 있는 치형 주위부를 가지고 회전 가능하게 구성된다. 기어 휘일은 전기 모터 및 베벨 기어 드라이브(bevel gear drive)에 의하여 전기적으로 회전 가능할 수 있다.
본 발명의 실시예 및 세부 내용들은 첨부된 도면을 참조하여 이제 설명될 것이다.
도 1 은 브레이크 장치의 3 차원 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 평면(II-II)을 따라서 취해진, 도 1 의 브레이크 장치의 위로부터의 부분적인 단면도이다.
도 3 은 도 1 및 도 2 의 브레이크 장치를 포함하는 일체화된 조립체의 3 차원 사시도이다.
도 4 는 다른 시야각으로부터 도시된 일체화된 조립체의 대응하는 3 차원 사시도이다.
우선, 본 발명에서 "좌측" 및 "우측"은 오직 식별의 목적을 위해서만 사용되며, 관찰자에 대한 절대 방향을 나타내는 것으로 이해되어서는 아니된다.
도 1 및 도 2 는 본 발명의 브레이크 장치(1)를 도시한다. 브레이크 장치(1)는 좌측 레버(2)를 구비하며, 이것은 좌측 브래킷에 안착된 차축(4)에 의해 형성된 제 1 축 주위에서의 스윙(swinging) 움직임을 위하여 좌측 브래킷(3)에 피봇되게 저널(journal)되어 있다. 우측 레버(5)는 우측 브래킷에 안착된 차축(7)에 의하여 형성된 제 2 축 둘레에서의 스윙 움직임을 위하여 상승하는 방식으로 우측 브래킷(6)에 피봇되게 저널되어 있다. 브래킷(3,6)들은 아래에서 예시되는 바와 같이 지지 구조의 대향하는 측들에 장착되도록 구성된다.
차축(4,7)들은 좌측 및 우측 지점(fulcrums)들을 한정하며, 이것은 레버들을 각각 긴 레버 길이(2',5') 및 짧은 레버 길이(2", 5")로 분할한다(도 2 참조). 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서, 긴 레버 길이(2',5')에는 테이퍼 두께(tapering thickness, w)가 형성되며, 상기 두께는 개별의 지점으로부터 레버들의 단부들을 향하여 연속적으로 감소한다. 레버(2,5)들의 형상은 상기 레버들의 매끄럽고 연속적인 표면을 중단시킬 그 어떤 형상도 없다는 점이 관찰된다.
좌측 브레이크 패드(8)는 좌측 레버(2)의 짧은 길이의 단부에서 피봇(9)상에 피봇되게 저널된다. 우측 브레이크 패드(10)는 대응되는 방식으로 우측 레버(5)의 짧은 길이의 단부에서 피봇(11)상에 피봇되게 저널된다. 도 1 및 도 2 에 도시된 실시예에서, 브레이크 패드들은 힌지(12,13)에 저널되며, 상기 힌지들은 레버(2,5)의 상호 대향하고, 내측으로 향하는 측부 면(2i, 5i)들에 장착된다.
브레이크 패드(8,10)들은 피봇 제한부(pivot limiter, 14, 15)와 각각 관련되는데, 피봇 제한부들은 공전 위치에서, 즉, 비 제동 모드(non-braking mode)에서 브레이크 패드들의 피봇 위치를 결정한다. 특히, 피봇 제한부는 브레이크 패드들과 브레이크 디스크 또는 플랜지 사이 뿐만 아니라, 브레이크 패드들 사이에서 각각 실질적으로 평행한 관계를 보장하도록 조절될 수 있게 배치되며 (도 2 의 브레이크 디스크(16) 참조), 이것은 비 제동 모드에서 디스크의 양측에서의 공기 간극(air gap)을 제외하고, 사용시에 브레이크 패드들 사이의 간극을 점유한다. 도시된 실시예에서, 피봇 제한부는 텐션 스프링(17, 18)과 각각 함께 작용하는 쓰레드 볼트(threaded bolt, 14, 15)로서 구현되고, 스프링들은 브레이크 패드들을 피봇 제한부를 향하여 편향시키는데 유효하다.
브레이크 장치(1)에서, 브레이크 파워는 전기적으로 작동되는 스크류 잭(screw jack, 19)에 의하여 발생된다. 스크류 잭(19)의 주요 구성 요소들은 전기 모터(20), 앵글 기어 드라이브(angle gear drive, 21) 및 잭 스크류(22)이다. 이러한 구성 요소들은 레버들중 하나의 긴 레버 길이의 단부 영역에 매달리는데, 이러한 경우에 좌측 레버(2)의 단부에 매달린다. 장착 브래킷(23)은 스크류 잭 하우징(24)을 레버(2)의 내측으로 향하는 측부(2i)상에 맞물림으로써 스크류 잭을 레버에 피봇되게 연결한다.
모터(20)는 동력 제어 조절 수단(25) 및 모터 브레이크(26)를 포함한다. 모터 출력 샤프트(27)는 기어 너트(geared nut, 28)와 맞물리는 웜 쓰레드(worm thread)를 유지하며, 이것은 스크류 잭 하우징(24)에 회전되게 저널된다. 너트는 잭 스크류 상에서 외측 쓰레드와 맞물리는 내측 쓰레드를 가진다. 모터에 전력이 인가될 때, 브레이크 패드들이 브레이크 디스크 또는 플랜지와 접촉할 때까지 레버들이 떨어지게 미는 것을 제동함에 있어서, 회전 너트(28)는 잭 스크류를 선형 병진으로 구동한다. 스크류 잭(19)을 구비하는 레버 조립체는 제 1 및 제 2 차축(4,7)상에서 자유롭게 회동(swing)하는 단위체이기 때문에, 레버 조립체는 브레이크 디스크/플랜지와의 정렬을 위해 자동적으로 조절될 것이다.
부하 센서(load sensor, 29)는 브레이크 모드에서 스크류 잭(19)에 의해 가해지는 클램핑 힘을 제어하도록 구성된다. 센서(29)는 우측 레버(5)에 결합된 로드 셀(load cell)이며, 보다 정확하게는 이것은 우측 레버(5)의 긴 길이(5')의 단부 영역에 지지된 센서 시트(sensor seat, 30) 안에 고정되게 수용된다. 센서(29)는 브레이크 모드에서 잭 스크류로부터 가해지는 부하를 취하여 전기 신호를 발생시키는데, 전기 신호의 전압은 부하에 비례한다. 부하 센서로부터의 출력 신호는 미터 값(metric value)으로 해석되며, 이것은 브레이크 패드들에 의해 가해지는 클램핑 힘을 판단하도록 레버들의 비율, 기어 비율 및 모터 파워와 같은 다른 미터 파라미터(metric parameter)와 함께 사용된다. 이러한 계산은 외부 제어 유닛에서 이루어질 수 있는데, 외부 제어 유닛은 제어 유닛 안에 프로그램된 힘 제어 시퀀스(force control sequence)의 수행에 응답하여 전력 공급을 조절 또는 차단하도록 모터 전력 제어부에 결합된다.
공전 위치에서 좌측 및 우측 레버들의 상대적인 위치는 모터 전력 제어부에 연결된 위치 센서(31)를 통하여 판단된다. 위치 센서(31)는 잭 스크류(22)가 브레이크 모드에서 연장 위치로부터의 복귀에서 미리 결정된 수축 위치(retracted position)에 도달될 때 모터에 공급되는 전력의 차단을 개시한다. 위치 센서(31)는 잭 스크류(22)의 극단 단부(32)의 위치를 검출하는데, 잭 스크류는 레버(2)의 개구를 통하여 레버의 외측으로 향하는 측부에 결합된 하우징(33)에 도달한다. 모터에 대한 전력 공급을 차단하는 촉발 위치(triggering position)를 설정하기 위하여 탈착 가능한 해치(detachable hatch, 23)는 하우징 안의 위치 센서로의 접근을 제공한다.
피봇 제한 수단은 브레이크 장치내에 설치되어 공전 위치(idle position))에서 레버 조립체의 자동적인 회동을 방지한다. 도시된 실시예에서, 볼트(35, 36)들은 브래킷(3,6)들에 각각 고정되고, 레버들의 내측으로 향하는 측부에 대하여 조절될 수 있게 배치됨으로써 레버들에 공전 위치를 제공하며, 이러한 공전 위치는 디스크 브레이크/플랜지의 각각의 측부상에서 브레이크 패드들과 디스크 브레이크 또는 플랜지 사이의 공기 간극의 형성을 보장한다.
피봇 제한 수단 또는 볼트(35, 36)들은 레버들의 내측면들을 향하여 최소의 유격(clearance)을 위하여 조절될 수 있다. 텐션 스프링(도면에서는 미도시)과 같은 탄성 수단들이 브래킷들과 레버들 사이에 배치될 수 있어서 필요하다면 진동과 소음을 방지한다.
보충적인 기능 및 수단을 가진 조립체와 브레이크 장치(1)의 일체화는 이제 도 3 및 도 4 를 참조하여 설명될 것이다.
일체화된 조립체는 브레이크 장치(1), 도면 번호 100 으로 전체적으로 표시된 잠금 해제 메커니즘 및, 대응하여 200 으로 표시된 샤프트 회전 메커니즘을 포함한다. 브레이크 장치(1), 잠금 및 해제 메커니즘(100) 및 샤프트 회전 메커니즘(200)은 전체적으로 평탄하고 플레이트와 같은 구조의 스탠드(37)에서 지지되는데, 이것은 스탠드의 하부 단부에 부착된 베이스 플레이트(38)로부터 세워진다. 사용시에, 베이스 플레이트는 브레이크 설치를 필요로 하는 적용예의 구조 부분에 볼트 체결될 수 있다.
일체화된 조립체는 특수하게 설계된 브레이크 디스크(39)와 함께 작용하도록 구성된다. 브레이크 디스크는 샤프트와 브레이크 디스크 사이에서 회전되게 고정된 관계로 회전 샤프트(샤프트는 도면에서 생략됨)를 삽입하기 위한 중심 개구(40)를 가진다. 특히, 특별한 디자인은 치로 형성된 주위부(toothed periphery, 41) 및 다수의 관통 구멍(42)들을 포함하며, 상기 관통 구멍들은 원(circle)에 배치되는데, 즉, 치로 형성된 주위부 내측에 반경 방향의 등간격으로 배치된다. 관통 구멍(42)들은 원을 따라서 균일하게 이격될 수 있다.
구멍(42)들은 잠금 및 해제 메커니즘(10)의 플런저(plunger)와 함께 작용하도록 구성된다. 도면에 도시되지 않은 플런저는 하우징(101)에 설치되고, 하우징에서, 하우징 안에 수축된 위치로부터, 플런저가 관통 구멍(42)들중 하나에 삽입된 연장 위치로 움직이도록 저널된 하우징에 설치된다. 연장 및 수축에서 플런저의 작동은 전기 모터(102) 및 선형 드라이브(103)에 의하여 달성된다.
브레이크 디스크(39)의 치형 주위부(41)는 샤프트 회전 메커니즘(200)에 회전되게 저널된 기어 휘일(gear wheel, 201)과 함께 작용하도록 배치된다. 기어 휘일(201)은 브레이크 디스크와 치로 맞물린(toothed engagement) 작동 위치와 브레이크 디스크(39)에 맞물려 있지 않은 휴지 위치 사이에서 측방으로 전환 가능될 수 있다. 전기 모터(202) 및 베벨 기어(203)에 의하여, 기어 휘일이 브레이크 디스크에 맞물려 있고 그리고 맞물려 있지 않게 전환이 이루어질 수 있다. 맞물림 모드에서, 기어 휘일(201)은 브레이크 디스크 및, 그에 고정된 샤프트를 느리게 회전시키도록 회전될 수 있다. 전기 모터(204)는 베벨 기어 드라이브(bevel gear drive, 205)와 기어 박스(206)를 통하여 기어 휘일(201)에 구동되게 연결된다. 설치 및 유지 작동에서 로터리 샤프트 위치의 미세한 조절에 적절한 느린 회전을 발생시키기 위하여, 기어 박스(206)는 모터 스핀들 속도를 실질적으로 감소시키도록 구성된다. 카운터(207)는 로터리 샤프트의 회전을 브레이크 디스크의 치형 주위부(toothed periphery)의 단일 치 길이(single tooth length)로 제어하도록 구성될 수 있다. 기어 휘일 및, 따라서 브레이크 디스크 및 샤프트를 설정된 피봇 위치에 포착하기 위하여, 모터(204)에는 모터 스핀들에 적용될 수 있는 모터 브레이크(208)가 설치될 수 있다.
본 발명의 브레이크 장치는 유리하게는 해양 선박 추진 샤프트를 가진 조립체에 적용된다.
브레이크 장치의 다른 유용한 구현예는 동력 발생 샤프트를 가진 조립체이다.
브레이크 장치의 다른 유용한 구현예는 채광 기계를 가지는 조립체이다.
브레이크 장치의 다른 유용하고 유리한 구현예는 제조 프로세스 기계를 가진 조립체이다.
브레이크 장치의 다른 가능한 구현예는 레일을 따라서 움직이는 차량 또는 장치를 가진 조립체이다.
사용자 및 환경에 대한 장점은 일체화된 조립체의 작동 기능을 위한 전기 드라이브의 필수적인 특징에 있다는 점을 주목할 필요가 있다. 청구되고 설명된 브레이크 장치(1)는 상기의 성취를 위한 필수 불가결한 기초를 제공한다는 점이 이해될 것이다.
1. 브레이크 장치 2. 좌측 레버
3. 좌측 브래킷 5. 우측 레버
6. 우측 브래킷 7. 제 2 축

Claims (15)

  1. 제 1 축(4) 둘레에서의 회동 움직임(swing motion)을 위하여 좌측 브레킷(3)에 저널(journal)되어 있는 좌측 레버(2);
    제 1 축과 평행한 제 2 축(7) 둘레에서의 회동 움직임을 위하여 우측 브래킷(6)에 저널되어 있는 우측 레버(5)로서, 상기 축들은 각각의 레버를 ?은 레버 길이(2";5") 및 긴 레버 길이(2';5')로 분할하는, 우측 레버;
    좌측 레버 및 우측 레버의 짧은 길이들에 각각 피봇되게 저널되어 있는 좌측 브레이크 패드(8) 및 우측 브레이크 패드(10);
    레버들의 긴 길이들과 맞물리고 개별의 축(4;7)들 둘레에서 레버들을 반대 회전 방향(contra rotating direction)으로 회동시키도록 작동될 수 있는 작동 수단(19)으로서, 브레이크 위치와 공전 위치 사이에서 브레이크 패드들의 움직임을 제어하고 또한 브레이크 작용시에 브레이크 패드들에 의해 가해지는 클램핑 힘(clamping force)을 발생시키는, 작동 수단(19);을 포함하고,
    작동 수단은 스크류 잭(screw jack, 19)으로서, 상기 스크류 잭은 레버(2;5)들 사이에 결합된 잭 스크류(22)를 구동하는 앵글 기어(angle gear, 21) 및 전기 모터(20)를 포함하고, 하나의 레버(5)에 결합된 부하 센서(load sensor, 29)는 동력 조절 수단(25)을 통하여 브레이크 모드에서 가해지는 힘을 제어하고, 다른 레버(2)에 결합된 위치 센서(31)는 공전 모드(idling mode)에서 레버의 위치를 판단하는 것을 특징으로 하는, 브레이크 장치(1).
  2. 제 1 항에 있어서, 브래킷(3,6)들에 있는 조절 가능한 피봇 제한 수단(35, 36)은 공전 위치에서 레버(2;5)들에 자유로운 움직임을 제공하는, 브레이크 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 텐션 스프링과 같은 탄성 부재는 레버(2;5)와 상기 레버에 관련된 브래킷(3;6) 사이에 연결되고, 공전 위치에서 레버들의 자동적인 회동을 방지하기에 유효한, 브레이크 장치.
  4. 전기한 항에 있어서, 브레이크 패드(8;10)들은 좌측 레버(2) 및 우측 레버(5)의 상호 대향하는 측부 면(2i;5i)들에 피봇되게 지지되고, 공전 위치에서 텐션 스프링(17;18) 및 조절 가능 피봇 제한부(14;15)에 의하여 각각 평행한 관계로 유지되는, 브레이크 장치.
  5. 전기한 항에 있어서, 앵글 기어(angle gear, 21)는 워엄 스크류(worm screw, 27) 및 기어 너트(geared nut, 28)를 포함하되, 브레이크 위치로부터 공전 위치로의 브레이크 패드들의 복귀는 전기 모터(20)의 회전 방향을 역전시킴으로써만 달성 가능하도록 쓰레드(thread)들은 자체 잠금 맞물림(self-locking engagement)을 제공하게끔 설계되는, 브레이크 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 앵글 기어(21)는 5:1 내지 50:1 의 범위인 기어 비율을 가지는, 브레이크 장치.
  7. 전기한 항에 있어서, 긴 레버 길이(2';5')와 짧은 레버 길이(2";5") 사이에서 길이의 관계는 2:1 내지 6:1 범위인 레버 비율을 제공하고, 바람직스럽게는 3:1 내지 5:1 범위인 레버 비율을 제공하는, 브레이크 장치.
  8. 전기한 항에 있어서, 레버(들)의 단면적, 특히 두께 치수(ω)는 좌측 레버 및/또는 우측 레버의 긴 레버 길이의 단부를 향하여 점진적으로 연속 감소하는, 브레이크 장치.
  9. 전기한 항에 있어서, 좌측 브래킷(3) 및 우측 브래킷(6)은 스탠드(37)의 좌측 측부 및 우측 측부상에서 각각 지지되고, 브레이크 장치는 포지티브(positive) 방식의 잠금 및 해제 메커니즘(100)을 더 포함하고, 상기 잠금 및 해제 메커니즘은, 스탠드상에 배치되고, 로터리 샤프트에 고정된 플랜지(39) 또는 브레이크 디스크와의 맞물림에 의하여 로터리 샤프트를 포착하도록 작동 가능한, 잠금 장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 잠금 및 해제 메커니즘(100)은 연장 가능/수축 가능 플런저를 포함하고, 상기 연장 가능/수축 가능 플런저는 전기 모터(102) 및 선형 드라이브(linear drive, 103)에 의하여 신장 및 수축하도록 전기적으로 작동되는, 브레이크 장치.
  11. 전기한 항들중 어느 한 항에 있어서,
    좌측 브래킷(3) 및 우측 브래킷(6)은 스탠드(37)의 좌측 측부 및 우측 측부상에 각각 지지되고, 브레이크 장치는 샤프트 회전 장치(shaft turning mechanism, 200)를 더 포함하고, 상기 샤프트 회전 장치는, 스탠드상에 배치되고, 로터리 샤프트에 고정된 플랜지(39) 또는 브레이크 디스크와의 맞물림에 의해 로터리 샤프트를 회전시키도록 작동 가능한, 브레이크 장치.
  12. 제 11 항에 있어서, 샤프트 회전 메커니즘(200)은 기어 휘일(201)을 포함하고, 상기 기어 휘일은, 로터리 샤프트에 고정된 플랜지(39) 또는 브레이크 디스크의 치형 주위부(toothed periphery, 41)와 맞물릴 수 있는 치형 주위부를 가지고 회전될 수 있게 구성된, 브레이크 장치.
  13. 제 12 항에 있어서, 기어 휘일(201)은 전기 모터(204) 및 베벨 기어 드라이브(205)에 의해 전기적으로 회전 가능한, 브레이크 장치.
  14. 전기한 항에 있어서, 로터리 샤프트에 고정된 플랜지(39) 또는 브레이크 디스크를 가진 로터리 샤프트를 구비한 조립체에서, 브레이크 디스크 또는 플랜지는 치형 주위부(41)를 포함하는, 브레이크 장치.
  15. 전기한 항에 있어서, 로터리 샤프트에 고정된 브레이크 디스크 또는 플랜지(39)를 가진 로터리 샤프트를 구비한 조립체에서, 브레이크 디스크 또는 플랜지는, 브레이크 디스크 또는 플랜지의 주위부의 반경 방향 내측에서 원에 위치된 다수의 관통 구멍(42)들을 포함하는, 브레이크 장치.
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