TW202202198A - 包含具有速度致動加速度調節棘爪的制動裝置之墜落防護設備 - Google Patents

包含具有速度致動加速度調節棘爪的制動裝置之墜落防護設備 Download PDF

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Abstract

一種墜落防護設備，其具有一鼓輪及一旋轉啟動型制動裝置，該旋轉啟動型制動裝置包括至少一速度致動棘爪，該至少一速度致動棘爪經安裝在一棘爪支撐板上，該棘爪支撐板可相對於該鼓輪旋轉通過一第一位置及一第二位置之間的一預定範圍。當該棘爪支撐板經受高於一預定臨限值之旋轉加速度的一旋轉加速度時，該棘爪支撐板可相對於該鼓輪從該第一位置旋轉至該第二位置。當該棘爪支撐板處於該第二位置時，該速度致動棘爪可藉由一旋轉速度來致動，該旋轉速度低於該棘爪支撐板處於該第一位置時致動該棘爪所需的一旋轉速度。

Description

包含具有速度致動加速度調節棘爪的制動裝置之墜落防護設備
在諸如建築物建造及類似者之應用中經常發現使用墜落防護設備，諸如自縮回式救生索。
概括而言，在本文中揭示一種墜落防護設備，其包含鼓輪及旋轉啟動型制動裝置，該旋轉啟動型制動裝置包括至少一速度致動棘爪，該至少一速度致動棘爪經安裝在一棘爪支撐板上，該棘爪支撐板可相對於該鼓輪旋轉通過一第一位置及一第二位置之間的一預定範圍。當該棘爪支撐板經受高於一預定臨限值之旋轉加速度的一旋轉加速度時，該棘爪支撐板可相對於該鼓輪從該第一位置旋轉至該第二位置。當該棘爪支撐板處於該第二位置時，該速度致動棘爪可藉由一旋轉速度來致動，該旋轉速度低於該棘爪支撐板處於該第一位置時致動該棘爪所需的一旋轉速度。此等及其他態樣將經由下文的詳細說明而顯而易見。然而，無論如何，不應將本案發明內容解釋為限制可主張的申請標的，不論此申請標的是在最初申請之申請案的申請專利範 圍內所提出，或是在審理中以修改或是其他方式呈現的申請專利範圍中皆然。
各圖式中相似的元件符號代表相似的元件。某些元件可能存在有相同或等效的複數者；在此類情況下，一元件符號可僅指示一或多個代表性元件，但應瞭解，此類元件符號適用於所有此等相同元件。除非另外指示，本說明書內所有圖式與繪圖都未依照比例，並且係經選取用於例示本發明不同實施例之目的。尤其是，許多組件的尺寸僅供例示，並且除非明確指示，否則應當可從該等圖式推斷許多組件的尺寸之間並無關聯。雖然可在本揭露中使用諸如「前(front)」、「後(back)」、「向外(outward)」、「向內(inward)」、及「第一(first)」與「第二(second)」等用語，仍應理解彼等用語在使用時僅為相對概念，除非另有註明。諸如「頂部(top)」、「底部(bottom)」、「上部(upper)」、「下部(lower)」、「下方(under)」、「上方(over)」、「水平(horizontal)」、「垂直(vertical)」、及「上(up)」與「下(down)」等用語將被理解為在地球上具有其通常之含義。
除非另外指明，否則本文中使用的幾何描述語係參照如在本文中詳細描述且在圖2所展示之墜落防護設備之鼓輪80及相關之棘爪支撐板70。用語「軸向(axially)」係指至少大致上平行於鼓輪、板、及相關組件之旋轉軸的方向(例如，如圖3所示之旋轉軸81)。用語「徑向(radial)」及類似用語係指大致上平行於鼓輪及板之半徑及 直徑的方向，且大致上垂直於軸向方向。(例如，在一徑向方向上各自延伸之圖10的線31及32。)用語圓周的(circumferential)、圓周地(circumferentially)、及類似用語係指一弧形方向，其相對於鼓輪及相關組件之旋轉軸展現大致恆定的半徑(例如，圖10所指示之軌道路徑25遵循圓周路徑)。
在使用者墜落事件中鼓輪80快速轉動的情況下，各種組件(例如鼓輪80、棘爪支撐板70、及其他品項)的旋轉方向在本文中的各種圖式中以一弧形箭頭標示ω表示。(本文中的討論將清楚說明這些品項有時會在相反方向旋轉；然而，將使用墜落引致的旋轉的特定方向，以標準化本文中使用的用語。)諸如「前導(leading)」及「尾末(trailing)」之用語係用於特徵化各種品項之相對位置，該等各種品項在上述旋轉事件中沿著大致上圓周路徑行進。「前導」係指在此類旋轉時，在「尾末」組件通過固定點之前通過固定點之組件。換言之，如圖10中所展示的棘爪20之端22係一前導端；端23係棘爪20的尾末端。在一些情況下，「前導」方向及「尾末」方向將分別在本文中指圓周向前方向及圓周向後方向。所有這些用語及相關用語及片語的意義將基於本文所呈現的描述及圖式而輕易顯而易見。
如本文中所使用，用語「大致上(generally)」當作特性或屬性的修飾詞時，除非另有具體定義，否則意指所屬技術領域中具有通常知識者可輕易辨識該特性或屬性，但是不需要高度近似(例如可量化特性之+/-20%之內)。除非另有具體定義，否則用語「實質上(substantially)」表示高度近似(例如可量化特性之+/-10%之內)。用 語「基本上(essentially)」表示高度近似(例如可量化特性之加或減2%之內；將理解的是，用語「至少基本上(at least essentially)」包含「精確(exact)」匹配之具體情況。然而，甚至「精確(exact)」匹配或使用例如相同、等於、完全相同、均勻的、恆定的、及類似者的任何其他表徵詞據了解應在適用於特定環境，而非要求絕對精準或完美匹配的一般公差或測量誤差之內。用語「經結構設計以(configured to)」及類似用語之約束性至少與用語「經調適以(adapted to)」一樣，且需要執行特定功能的實際設計意圖，而非僅是執行此一功能的實體能力。應理解，本文中所引用的數值參數(尺寸、比率等等)係藉由使用自該參數之數個測量導出的平均值計算而得(除非另有註明)。
1:墜落防護設備(自縮回式救生索)/設備
10:旋轉啟動型制動裝置
20:棘爪
21:附接點
22:嚙合端/端
23:端
24:樞轉點
25:軌道路徑/軌道
26:質量中心
27:軌道路徑/軌道
28:括弧
29:方塊箭頭
31,32:線/虛線
44:板偏置彈簧/彈簧
45:偏置構件(彈簧)/偏置元件
46:箭頭
52:嚙合端
70:棘爪支撐板/板
71:前表面/主表面
72:主側
74:伸長狹槽/狹槽
75:伸長狹槽/狹槽
76:柱體
80:鼓輪
81:旋轉軸/軸
82:軸
83:主表面
84:板偏置彈簧柱體/擋件/柱體
85:柱體/擋件
86:偏置構件
87:間隔物
88:接收空間
90:棘輪
91:齒
108:錨座端
111:外殼
112:第一外殼件/外殼件
113:第二外殼件/外殼件
114:連接特徵
115:安全索/索
116:鉤
122:摩擦材料層
125:加壓環/環
126:背襯板/板
〔圖1〕係一例示性墜落防護設備的透視圖。
〔圖2〕係一例示性墜落防護設備的各種組件的透視部分分解圖。
〔圖3〕係一例示性墜落防護設備之特定組件的分離透視圖，其包括一鼓輪及一棘爪支撐板，其中一對速度致動棘爪樞轉地安裝於棘爪支撐板上。
〔圖4〕係圖3之品項的部分分解透視圖。
〔圖5〕係圖4之品項的進一步分解圖。
〔圖6〕係一鼓輪及一棘爪支撐板之平面圖，其中一對速度可致動棘爪樞轉地安裝於棘爪支撐板上，其中該棘爪支撐板處於第一位置中，且其中該等棘爪處於完全脫離位置中。
〔圖7〕係圖6的品項的平面圖，其中該棘爪支撐板處於第一位置中，且其中該等棘爪處於嚙合位置中。
〔圖8〕係一鼓輪及一棘爪支撐板之平面圖，其中一對速度可致動棘爪樞轉地安裝於棘爪支撐板上，其中該棘爪支撐板處於第二位置中，且其中該等棘爪處於完全脫離位置中。
〔圖9〕係圖8的品項的平面圖，其中該棘爪支撐板處於第二位置中，且其中該等棘爪處於嚙合位置中。
〔圖10〕係棘爪支撐板的簡化平面圖，其中一速度致動棘爪樞轉地安裝於其上。
〔圖11〕係一例示性摩擦制動器之分離分解透視圖。
在本文中揭示一種墜落防護設備，其係指在使用者墜落之事件中作用以可控制地減速設備之人類使用者的設備。依據定義，此一類墜落防護設備係非機動化設備。此意指設備之安全索非藉由電動馬達移動(即，從設備之外殼延伸或縮回)；換言之，該設備不被用作使用一或多個馬達來升或降負載的系統(例如，升降機、吊車等)之部分。
在許多實施例中，此一類墜落防護設備可係自縮回式救生索(SRL)；即，包含外殼之減速設備至少部分地含有鼓輪捲繞安全索，該鼓輪捲繞安全索可在設備的人類使用者之正常移動期間在輕微張力下從外殼延伸及縮回至外殼中，且在使用者開始墜落時，自動阻止(即，減慢至受控速率，或完全停止)使用者墜落。此一類設備 可包含安全索，該安全索可從設備之下端延伸出，其中該設備具有可連接至例如工作場所之安全錨座的上部錨座端。經常，此一類設備可包含鼓輪，該鼓輪可旋轉地安裝在外殼內，使得當該索縮回到該外殼中時，該安全索可繞該鼓輪捲繞。此一類設備將進一步包含旋轉啟動型制動裝置。此意指一裝置，其經組態以在鼓輪以高於速度的預定臨限值之速度旋轉時減慢(例如，停止)鼓輪的旋轉。
圖1描繪例示性墜落防護設備(自縮回式救生索)1。此一類設備可包含外殼111，該外殼由例如被組裝且緊固在一起以形成該外殼的第一外殼件112及第二外殼件113所提供。外殼件112及113可例如藉由螺栓或任何其他合適的緊固件而緊固在一起。在本文中之圖示省略各種輔助組件(例如，諸如一或多個螺帽、螺栓、螺絲、軸、墊圈、軸襯、墊片、軸承、標籤、輔助外殼件或障蔽件、及類似者)，以易於呈現主要關注之組件；尋常技術人員將輕易明白，可按設備1之運作所需而存在任何此類品項。在一些實施例中，外殼111可承受負載；在一些實施例中，可存在負載托架或類似組件，並可提供設備的負載承載路徑之至少一部分。
例示性設備1的進一步細節係繪示於圖2中，其係省略第二外殼件113的部分分解圖。鼓輪80在至少部分地由外殼111所界定之內部空間內，其界定一接收空間88，在該接收空間中卷繞(例如螺旋卷繞)一長度之安全索115(用語索廣泛涵蓋任何伸長的可卷繞負載承載構件，包括例如由任何合適的合成或天然聚合材料、金屬等，或其任何組合製作的帶子、纜線、繩索等)。索115之近端直接 或間接地連接至鼓輪80(此一類連接涵蓋其中索115之近端連接至其上安裝鼓輪80之軸82的組態)。鼓輪80可旋轉地安裝至外殼111內，例如藉由可旋轉地安裝在軸82上及/或藉由安裝在可相對於外殼旋轉的軸82上。可提供一偏置構件86(在圖2中不可見，但在圖1中以通用表示指示，且其可係例如合適的彈簧，諸如一螺旋線圈扭力彈簧)，其用以使鼓輪偏向旋轉於將縮回安全索115至鼓輪上的方向中，除非該偏置力例如由人類使用者的移動克服。
設備1包含旋轉啟動型制動裝置10，如圖2中之例示性實施例所示。此一旋轉啟動型制動裝置仰賴一或多個速度致動棘爪20。一般而言，至少一棘爪20可與鼓輪80共旋轉。此係指，此類棘爪能夠連同鼓輪80旋轉，其中棘爪在繞軌道運動中心的軌道路徑中移動，該軌道運動中心與鼓輪之旋轉軸重合。在圖2所繪示的實施例中，此一類配置係藉由將棘爪20安裝在棘爪支撐板70上來達成，棘爪支撐板安裝在安裝有鼓輪80之相同軸82上。換言之，在至少一些實施例中，棘爪支撐板70與鼓輪80軸向共安裝且可與鼓輪80共旋轉。所謂可共旋轉意指，在設備1之尋常使用期間之大部分時間，板70將與鼓輪80一致地旋轉；僅在某些情況下(例如，在使用者墜落的事件中)，板70可相對於鼓輪80旋轉通過一預定範圍，如本文稍後所詳細描述的。
在許多實施例中，一或多個棘爪20係樞轉地配置(例如，樞轉地安裝在一棘爪支撐板70上)，使得該一或多個棘爪可樞轉地移動在脫離位置及嚙合位置之間。任何此類棘爪20將被偏置，使得 在尋常使用墜落防護設備時，驅使棘爪20之一嚙合端22進入脫離位置，在該脫離位置中，棘爪之嚙合端不與將限制鼓輪之旋轉的任何組件(例如棘輪齒)嚙合。在所描繪的實施例中，此係藉由使用如圖4及圖5所見的偏置構件(彈簧)45來執行；然而，可使用任何合適的偏置機構或元件。棘爪偏置至脫離位置中允許鼓輪自由地旋轉，因此當使用者從事其工地活動時，允許安全索回應於墜落防護設備的人類使用者之移動而延伸及回縮。在鼓輪開始旋轉高於速度或加速度的預定臨限值的情況下，至少一棘爪20經促動(克服例如彈簧45之偏置力)至嚙合位置，在該嚙合位置中，棘爪之嚙合端22或52能夠實體接觸一棘輪之一齒，以減慢及/或停止鼓輪之旋轉。例示性棘輪90及其齒91係繪示於圖2及圖11之例示性實施例中；然而，將理解，許多棘輪配置係可行的，如本文稍後詳細討論者。
在本文中各種圖式中，一些棘爪係描繪在一嚙合位置中，而其他係描繪在一脫離位置中。應當理解，當該設備處於非墜落情況中(例如，其中鼓輪旋轉非常緩慢或完全不旋轉)時，所有此類棘爪一般將處於脫離位置。在本文中稍後呈現之各種數值關係及計算將理解為以設備1處於所有此類棘爪係處於標稱、完全脫離位置之情況獲得。在一些實施例中，可提供一或多個實體擋件，例如在棘爪支撐板之前表面71上，使得偏置造成各棘爪「貼合(snugged)」抵靠實體擋件，例如，在一完全脫離位置中。
在如在本文中所揭示的旋轉啟動型制動裝置的使用中，至少一棘爪與棘輪之一齒的嚙合將至少減慢，例如將阻止鼓輪之旋 轉。利用一些此類制動裝置，旋轉啟動型制動裝置可使鼓輪「硬停止(hard stop)」，其中鼓輪的旋轉基本上在棘爪嚙合齒的瞬間停止。在許多此類情況中，此類設備之安全索可包括所謂的吸震器(例如撕裂帶材或撕裂條)，以最小化使使用者停止時人類使用者所經歷的力。(將理解，用語「硬停止(hard stop)」係用於方便於區分此一停止與一較漸進式停止(其依靠使用如本文稍後所述之摩擦制動器)；用語「硬停止」並不意味著使用者在停止中經受，例如，過度強硬的力。)利用一些其他此類制動裝置(例如，如在本文的圖式中所描繪)，旋轉啟動型制動裝置仰賴摩擦制動器，該摩擦制動器使鼓輪以更漸進方式停止(如在本文中稍後詳述)，而非使鼓輪接近瞬間而「硬停止」。此可在阻止墜落時最小化人類使用者所經歷之力，例如不需要在安全索中存在吸震器。
在使用例示性墜落防護設備1時，設備之上部錨座端108可(例如藉由連接特徵114)連接至工作場所結構(例如大樑(girder)、小樑(beam)或類似者)之安全錨座(固定點)。然後可將索115之遠端附接至(例如，藉由鉤116)由工作人員佩戴之吊帶。當人類使用者移動遠離固定錨座時，鼓輪80在第一方向上旋轉，使得索115從外殼111內延伸(放出)。當使用者移動朝向固定錨座時，鼓輪80在第二相反方向上旋轉(例如，在扭力彈簧或其他偏置構件之驅使下)，使得索115自動自縮回外殼111內且卷繞在鼓輪80上。在此類使用者活動期間，棘爪20被偏置(例如，藉由前述偏置元件45)，使得棘爪20之嚙合端22不嚙合旋轉啟動型制動裝置的棘輪90的齒91。 在人類使用者墜落且導致索115開始快速自外殼111延伸的事件中，導致棘爪20的嚙合端22移動(亦即，被致動)至一位置，在該位置中，其可藉由本文所揭示之配置與棘輪齒嚙合，因此阻止工人的墜落，如本文詳細討論者。
速度致動棘爪
如在本文中所揭示，墜落防護設備1包含至少一棘爪20，其係一速度致動棘爪，安裝在一棘爪支撐板70上。如本文各種圖式中的例示性實施例中所示，在一些實施例中，至少一速度致動棘爪20可採取一對棘爪20的形式。在一些實施例中，此一對棘爪20可位於遠離彼此的圓周相對位置中(亦即，當沿著旋轉軸81觀看時，鼓輪80與棘爪支撐板70之旋轉軸81的相對側上)，例如在圖6中顯見的。
如從圖6的視圖明顯可見，至少一棘爪20經組態使得當棘爪支撐板70繞其旋轉軸81旋轉時，第一棘爪20將遵循圍繞旋轉軸81之大致圓形軌道路徑。當鼓輪80與棘爪支撐板70以低於特定臨限值的速度旋轉時，棘爪20將在第一脫離位置中。當鼓輪80及棘爪支撐板70係靜止時(意指不繞軸81旋轉)，所有此類棘爪一般將處於完全脫離位置中，意指其等由其各別的偏置構件在脫離方向上盡可能移動至最遠。
當棘爪20沿其軌道路徑之速度超過預定臨限值時，速度致動棘爪20係被致動的棘爪(亦即，被導致從第一脫離位置移動朝 向且進入第二嚙合位置)。為方便起見，棘爪的速度在本文中將稱為旋轉速度。此將理解為指沿著棘爪支撐板的旋轉所決定的其軌道路徑之棘爪的速度；此非指棘爪相對於棘爪支撐板的任何(部分)旋轉(繞棘爪樞轉連接至棘爪支撐板的樞轉點)。在許多實施例中，速度致動棘爪20不會被棘爪可經歷的任何加速度顯著地致動；然而，此類加速度可調節(修改)棘爪之速度回應，如本文稍後所詳細討論者。
如將從例如圖4理解的，在一些實施例中，速度致動棘爪20可藉由一機械偏置構件(例如，一彈簧45)而經偏置朝向一第一脫離位置。此一彈簧45可具有一第一端，該第一端在一附接點21處附接至棘爪20；及一第二相對端，其附接至一柱體85。此一彈簧45在本文中將稱為一棘爪偏置彈簧，其中此一柱體85在本文中稱為一棘爪偏置彈簧柱體。在一些實施例中，此類柱體85可固定在鼓輪80上且可自鼓輪80軸向突出，以延伸穿過棘爪支撐板70中的一狹槽75，如例如圖5及圖6中所見。
在所描繪的實施例中，棘爪偏置彈簧45係一作用於張力之螺旋彈簧。超過預定旋轉速度臨限將導致棘爪20克服彈簧45的偏置力，以移動朝向第二嚙合位置，如本文詳細討論者。將理解的是，可使用任何合適的偏置品項、構件、機構等來偏置一速度致動棘爪20。例如，可使用作用於壓縮而非張力的一棘爪偏置彈簧。或者，可使用扭力彈簧。在一些實施例中，可例如藉由將一或多個磁鐵安裝在棘爪支撐板70上及/或一或多個棘爪上的合適位置中，來使用磁性偏置機構。
在許多實施例中，任何或所有此類棘爪20將在樞轉點處樞轉地安裝於(例如，樞轉地附接至)棘爪支撐板70上。達成此類配置的方法對於尋常熟習技藝者係輕易可理解的，且在本文中不需要進一步詳細地探討。此外，將理解，本文所揭示之一般類型的棘爪之系統可包括各種輔助組件、特徵及配置。同樣地，尋常熟習技藝者將輕易能夠建立此類輔助特徵。
速度致動棘爪的作用將參照圖10進一步詳細討論，其為帶有例示性速度致動棘爪20(顯示於脫離位置中)之棘爪支撐板70的簡化表示。各種特徵及組件(例如，偏置彈簧等等)係自圖10省略，以易於呈現棘爪20的相關特徵。
如本文前文所提及，速度致動棘爪20經偏置使得棘爪20的嚙合端22經驅使朝向(例如，維持於)一脫離位置。當可旋轉鼓輪的旋轉高於旋轉速度(ω)之預定臨限時，棘爪20的嚙合端22經驅使離開脫離位置並進入嚙合位置，在該嚙合位置中，其可嚙合棘輪之一齒。在圖10中展示之一般類型的配置中，棘爪20的嚙合端22將徑向向外移動，從一脫離位置移動至一嚙合位置。(嚴格說來，棘爪20將不與棘輪齒「嚙合」，直到其嚙合端22實際接觸該齒。然而，為了說明之目的，當已經致動棘爪之後，將棘爪視為在嚙合位置中，使得其嚙合端係處於一位置(例如，已徑向向外移動)，其中當棘爪沿其軌道路徑持續移動時其將接觸棘輪齒。)
棘爪20包含樞轉點24，該樞轉點對準於棘爪20與棘爪支撐板70的可樞轉連接(且由其界定)。當棘爪板70旋轉時(在所 描繪的圖式中，逆時鐘方向)，樞轉點24大致上鄰近棘爪20之「尾末」端23，其係與嚙合端22相對的端，嚙合端係棘爪20的「前導」端。樞轉點24將遵循鼓輪(未圖示)及棘爪支撐板70繞旋轉軸81旋轉之軌道路徑25。棘爪20亦包含質量中心26，其同樣地遵循鼓輪及棘爪支撐板繞旋轉軸81旋轉之軌道路徑27。
在一速度致動棘爪20中，質量中心26與樞轉點24至少大致上彼此徑向對準(換言之，質量中心26及樞轉點24至少大致上離旋轉軸81相同的徑向距離)。此意指質量中心26及樞轉點24係定位成使得質量中心26所遵循的軌道路徑27及樞轉點24所遵循的軌道路徑25至少大致上重合。在圖10之例示性描繪中，軌道路徑25與27確切重合；然而，此非必然需要，如下文所討論。
如在圖10中所指示，棘爪20之質量中心26沿著質量中心26/樞轉點24的軌道路徑27/25從棘爪20的樞轉點24圓周地偏移。此沿軌道路徑27/25之圓周偏移係由括弧28所指示。當棘爪支撐板70繞軸81旋轉，將發展出一徑向向外離心力(由方塊箭頭29所指示)。此力與棘爪之樞轉點24之間的偏移將具有棘爪20將繞著樞轉點24旋轉的效果，使得質量中心26大致上徑向向外移動，大約在由方塊箭頭29指示的方向上。在遠離樞轉點24之質量中心26的相對側上的嚙合端22將徑向向外移動至甚至更大的程度。
因此，高於預定臨限的板70之旋轉速度將導致棘爪20的嚙合端22被驅使大致上徑向向外朝向且最終進入嚙合位置。此臨限 值可部分由施加至棘爪20之上文所討論的偏置力設定，但是一般亦受棘爪20之各種參數(例如，質量、質量分布等)影響。
上述解釋已表達了用語「離心力」，其作用以驅使棘爪20之質量中心26大致上徑向向外。一般熟習技藝者將瞭解，嚴格說來，離心力係假想的或「假的」力。實際上發生的是，質量中心26的慣性傾向於導致質量中心26徑向向外偏離(亦即，嘗試在直線路徑中繼續)，而非遵循弧形軌道路徑27。然而，離心力的概念經良好建立且完美適於使用與棘爪支撐板70及棘爪20一起旋轉的一參考框架來討論棘爪20之運動。因此，為了方便說明，在本文討論中使用用語離心力。
沿軌道路徑25/27，在質量中心26與樞轉點24之間的圓周偏移可係任何合適的值。此一偏移可例如藉由從與旋轉軸81重合的頂點所測量的偏移角度(角弧)σ的方式來特徵化，如在圖5中所指示。亦即，角度σ係分別自樞轉點24延伸至旋轉軸81及自質量中心26延伸至旋轉軸81之虛線31與32之間的夾角。在各種實施例中，此類角弧可係至少1、2、4、6、8、或10度。在進一步實施例中，此類角弧可係至多20、18、16、14或12度。藉由具體實例，圖10之例示性設計中所示之圓周偏移角σ係大約12度。在一些情況中，此一偏移可藉由質量中心26與樞轉點24之間的距離、沿質量中心26之(弧形)軌道路徑27測量的距離來特徵化。在各種實施例中，此類距離可係至少1、2、4、或8mm；在進一步實施例中，此類距離可係至多50、20、15、或10mm。
如上文所提及，質量中心26及樞轉點24至少大致上彼此徑向對準之事實意指，質量中心26至少大致上遵循與樞轉點24相同的軌道路徑。(換言之，上文提及之軌道路徑25及27將至少大致上重合，如例如在圖10中顯而易見的。)此具有的效果係：棘爪20的任何加速度(亦即，絕對旋轉速度的變化)將很少或不會使棘爪20的嚙合端22或質量中心大致上徑向向外或向內。因此，棘爪20沿著其軌道路徑回應於棘爪20之絕對旋轉速度，但不顯著回應於沿此軌道路徑的加速度。
為了提供棘爪20未被加速度顯著致動，樞轉點24及質量中心26可不必須「確切地」彼此徑向對準(也就是說，軌道25及27可不必須「確切地」重合)。也就是說，在任何現實生活的設備中，可鑒於下列事實進行小調整，舉例而言，樞轉點24可係非幾何上完美點、可發生摩擦效應、可發生重力效應、可發生慣性效應(例如，由於棘爪板70的質量及/或鼓輪80及繞其上的任何安全索115的質量)等等。因此，在一些情況下，可係可接受的或甚至所欲的是，軌道25及27之間可能有故意的(雖然一般係小)不匹配。因此，該狀況適用如上述，樞轉點24及質量中心26係「至少大致上」彼此徑向對準。此意指，質量中心26之軌道路徑27展現不同於樞轉點24之軌道路徑25之直徑的直徑，為小於正或負10%。在各種實施例中，質量中心26之軌道路徑27可展現一直徑，其係樞轉點24之軌道路徑25之直徑的正或負8、5、3、2、1、或0.5%內。任何此類測量將以棘爪 板70靜止且棘爪20在完全脫離位置中進行。軌道路徑25之直徑將作為用於計算上述百分比之參考基礎(分母)。
上述的討論已呈現其中棘爪20係速度致動同時對於加速度展現很少或無直接回應之配置(然而，如下文所討論，棘爪的速度回應將藉由一足夠高的加速度來調節)。簡而言之，此可藉由提供與棘爪的樞轉點徑向對準且圓周偏移之棘爪的質量中心來達成。如上所述，這些關係不需要是「確切的」。事實上，尋常熟習技藝者將理解，例如，當一速度致動棘爪朝向一嚙合位置移動(例如，徑向向外)時，質量中心將不再如同當棘爪處於完全脫離位置時其與樞轉點徑向對準一般。因此，在一速度致動棘爪移動離開其完全脫離位置之後，其可稍微更受到加速度影響。尋常熟習技藝者將理解，任何此類影響將在本質上係暫態的(例如，僅在棘爪已經在至嚙合位置的途中發揮起作用)。此外，本操作指示，利用本文揭示的一般方式設計且配置的棘爪，任何此類現象可係非常小的量值(例如，不顯著)。
速度致動棘爪的進一步細節(及此類棘爪可與例如加速度致動棘爪區分之方式)係描述於美國臨時專利申請案第62/705,533號中；代理人案號83115US002，標題為Fall-Protection Apparatus Comprising Dual-Actuatable Braking Device，其係同此事件日期申請且以引用方式全部併入本文中。
加速度調節
上文所討論者顯示如本文所揭示之一速度致動棘爪20經組態使得其不顯著地由棘爪(或其附接至的棘爪支撐板70)所經歷的任何加速度致動。然而，根據本文的配置，可藉由棘爪支撐板70所經歷的加速度來調節棘爪之速度致動。此可如此達成：藉由提供安裝棘爪20在一棘爪支撐板70上，該棘爪支撐板可相對於鼓輪80旋轉通過相對於鼓輪80的至少一第一位置與第二位置之間的預定範圍。當該棘爪支撐板處於該第一位置時，該鼓輪及板的旋轉高於一預定第一臨限值之旋轉速度而克服該棘爪偏置力(例如，一棘爪偏置彈簧45的棘爪偏置力)，並導致棘爪之嚙合端被離心力驅入一嚙合位置，在該嚙合位置中該嚙合端可嚙合該棘輪之一齒。當該棘爪支撐板處於該第二位置中時，該鼓輪之旋轉高於一預定第二臨限值之旋轉速度而克服該棘爪偏置力，並導致該棘爪之該嚙合端由離心力驅使至一嚙合位置中，在該嚙合位置中該嚙合端嚙合該棘輪之一齒。
如本文所揭示，該預定第二臨限值的旋轉速度係低於該預定第一臨限值的旋轉速度。當該棘爪支撐板經受高於一預定臨限值之旋轉加速度時，該棘爪支撐板經偏置朝向該第一位置且可相對於該鼓輪旋轉從該第一位置至該第二位置。因此，當該棘爪支撐板經歷低加速度位準時，經偏置朝向其第一位置的該棘爪支撐板將保持在第一位置中，且棘爪僅可藉由將棘爪暴露於第一、較高臨限的速度來致動。若該棘爪支撐板經歷足夠高位準的加速度(足以克服棘爪支撐板朝向第一位置之偏置)，則該棘爪支撐板將相對於該鼓輪輕微旋轉至該第二位置中。當該棘爪支撐板在該第二位置中時，可藉由使棘爪暴 露於第二、較低臨限之速度來致動棘爪。換言之，若棘爪支撐板經歷高加速度，則棘爪可在較低速度致動。此類配置的優點對於尋常熟習技藝者將是輕易顯而易見的。
在本文之圖式中以例示性方式描繪達成此類功能性的一種通用方法。在所描繪的例示性實施例中(如例如圖4至圖6所見)，藉由至少一板偏置彈簧44來偏置棘爪支撐板70。彈簧44之一端係藉由附接至柱體76而附接至棘爪支撐板70，柱體固定至板70，例如，其自板70之主表面71軸向地突出。彈簧44之另一端係附接至板偏置彈簧柱體84，板偏置彈簧柱體經固定至鼓輪80。柱體84自鼓輪80軸向突出，以延伸穿過棘爪支撐板70中的一伸長狹槽74，如例如圖4及圖5中所見。伸長狹槽74沿著棘爪支撐板70至少大致上圓周地延伸，如圖6中所最易見到的。
棘爪20接著藉由一棘爪偏置彈簧45偏置。彈簧45之一端在附接點21處附接至棘爪20。彈簧45之另一端係附接至棘爪偏置彈簧柱體85，棘爪偏置彈簧柱體經固定至鼓輪80。柱體85自鼓輪80軸向突出，以延伸穿過棘爪支撐板70中的一伸長狹槽75，如例如圖4及圖5中所見。伸長狹槽75沿著棘爪支撐板70至少大致上圓周地延伸，如圖6中所最易見到的。(柱體85及84分別突出通過的伸長狹槽75及74將在本文中稱為「第一」及「第二」狹槽。)
可藉由此一配置達成的該速度調節可作用如下(注意，所描繪之例示性配置包括兩個棘爪、兩個彈簧44、兩個彈簧45等)。當棘爪支撐板70經歷很少或無加速度時，棘爪支撐板70將藉由板偏 置彈簧44的作用而相對於鼓輪80被偏置在其第一位置中，如在圖6中所示。只要該板與該棘爪所暴露之加速度及速度維持低(例如，在設備之尋常使用下)，板70將相對於鼓輪80保持在此第一位置中且將與鼓輪80一致地旋轉。在足夠高的速度發生(亦即，高於上文提及之預定第一臨限)時，在棘爪上發展的離心力將克服棘爪偏置彈簧45的偏置力，且棘爪將被驅入一嚙合位置中，如圖7所示。(在圖6或圖7中未顯示棘輪或其齒，以使其他特徵可清楚顯示。)
另一方面，若鼓輪80經受足夠高的加速度(在鼓輪80旋轉的方向上，在圖8中指示為加速度α)，棘爪支撐板70及安裝於其上的棘爪的質量及衍生的慣性將導致板70在鼓輪80加速時「落後」在鼓輪80後方。因此，如在圖8中所展示，當在由箭頭α所指示之方向上鼓輪80之加速度足夠高時，板70將相對於鼓輪80在箭頭46所指示之相對方向上旋轉。(將瞭解，板70之此圓周向後運動係相對於鼓輪80，儘管板70之整體旋轉運動仍可係圓周向前的)。板偏置彈簧44的偏置作用(如其彈簧常數、定向等所規定的，如下文所討論的)與板及棘爪等的質量的組合可經組態使得高於預選值的加速度將克服偏置作用，且將導致板70相對於鼓輪80之移動。
板70相對於鼓輪80之此部分旋轉將修改各棘爪20之偏置。亦即，由於棘爪偏置彈簧45的一端附接至安裝在板70上的棘爪20，且棘爪偏置彈簧45之另一端附接至鼓輪80，板70相對於鼓輪80之旋轉將改變彈簧45之長度，如可藉由比較圖6(其中板70位於第一位置中)及圖8(其中板70位於第二位置中)見到的。
板70在第二位置中時，棘爪偏置彈簧45之長度小於板70在第一位置中時之其長度。因此，根據虎克定律(Hooke’s law)的一般規則，將需要較少離心力(因此，棘爪20的較低旋轉速度)以克服由彈簧45所賦予的偏置力。因此，板70在第二位置中時，可以第二臨限速度致動棘爪20(驅使至一嚙合位置中)，如圖9所示，第二臨限速度低於第一臨限速度，第一臨限速度係板70在第一位置中時致動棘爪所需的臨限速度。
因此，總結來說，當鼓輪80經歷足夠高的加速度(諸如在使用者墜落的事件中)時，板70將稍微、暫時地「落後」鼓輪80，且在如此過程中將自第一位置移動至第二位置，因此改變施加至棘爪20的偏置。將理解的是，此係藉由利用板70(及安裝於其上的棘爪20)之實際質量而達成，而非藉由例如安裝一分開的額外的大元件，其例如可相對於板70旋轉。
板70自第一位置至第二位置之此類旋轉的效應可依據棘爪偏置彈簧45之長度而定量特徵化。在各種實施例中，當板70處於第二位置時之棘爪偏置彈簧45之長度對當板70處於第一位置時之棘爪偏置彈簧45之長度的比率可小於95、90、85、80、75、70、65、或60%。在進一步實施例中，此比率可係至少30、40、50、60、或70%。(在特徵化此類比例下，彈簧之「起作用」部分的長度將被測量)。舉具體實例而言，當板70處於第二位置時之彈簧45之長度(如在圖8中所示)對當板70處於第一位置時之彈簧45之長度(如在圖6中所示)的比率係大約75%。
在許多實施例中，棘爪支撐板70將相對於鼓輪80在圓周向前方向上(即，在「前導」方向上)偏置。在設備的尋常使用中，板70大多數時間一般將保持在此位置中(例如，「貼合」抵靠一或多個實體擋件84或85，如在圖6中所描繪)。在板70經受高於預定臨限值的旋轉加速度時，板70將相對於鼓輪在圓周向後(「尾末」)方向上旋轉通過預定旋轉範圍(從第一位置至第二位置)，如圖8所示。換言之，板70將如上文所述以下述方式在旋轉上「落後」鼓輪80：將允許以比板70相對於鼓輪80之任何此類移動不存在時更低的速度致動棘爪。
尋常熟習技藝者將理解，在一些情況下，一棘爪偏置彈簧45之存在可相對於板70相對於鼓輪80之可能旋轉稍微影響棘爪支撐板70之偏置。例如，在圖6的視圖中，棘爪支撐板70藉由板偏置彈簧44而偏置在逆時針方向的方向中。藉助於附接至安裝於板70上之棘爪20，棘爪偏置彈簧45將至少稍微在相對方向上(順時針方向，在圖6的視圖中)作用以偏置板70。然而，這些品項可經組態使得棘爪偏置彈簧45施加在板70上的任何偏置力相較於板偏置彈簧44施加在板70上的偏置力來說可係最小的。此可至少部分藉由下述達成：例如，藉由適當選擇各別彈簧之彈簧常數及/或長度。然而，此亦可至少部分藉由下述達成：適當選擇彈簧(或其他偏置元件)的位置及/或定向。
因此，在一些實施例中，一棘爪偏置彈簧45可展現一長軸，該長軸相對於該棘爪支撐板的一徑向向內向外方向定向於一第 一角度處。一板偏置彈簧44可展現一長軸，該長軸相對於該棘爪支撐板的徑向向內向外方向定向於一第二角度處。例如基於例如圖6的檢視，將瞭解，棘爪偏置彈簧45之長軸定向成相對接近棘爪支撐板70之徑向向內向外方向可提供彈簧45所施加在板70上的力將在圓周方向上具有向量分量，該向量分量極小。因此，經定向於此一角度的一棘爪偏置彈簧可對驅使棘爪支撐板70在圓周方向上旋轉僅具有些微的影響。(在確切沿著徑向向內向外方向定向的棘爪偏置彈簧45的限制中，彈簧基本上不施力在棘爪支撐板上以旋轉。)
因此，在各種實施例中，上述之第二角度可大於上述之第一角度達至少5、10、15、20、25、或30或更多度(意指該棘爪偏置彈簧經定向成比該板偏置彈簧較接近徑向向內向外方向)。所有此類角度將從一頂點測量，該頂點重合於彈簧對棘爪支撐板的實際附接點(例如，針對彈簧44，在柱體76處)或彈簧對棘爪的實際附接點(例如，針對彈簧45，在附接點21處)，其中鼓輪與棘爪支撐板靜止且其中棘爪支撐板及棘爪都在其標稱位置中(如在例如圖6中)。藉由一特定實例的方式，在圖6之例示性配置中，板偏置彈簧44相對於徑向向內向外方向定向在大約40度的角度處，而棘爪偏置彈簧45相對於徑向向內向外方向定向在大約25度的角度處。在此情況下，第二角度因此大於第一角度大約15度。
任何此類配置可具有以下結果：當鼓輪80係靜止的且棘爪在完全脫離位置中時，板偏置彈簧44施加在棘爪支撐板70上以驅使板70旋轉的第二偏置力向量將大於棘爪偏置彈簧45施加在棘爪 支撐板70上以驅使板70在相反方向上旋轉的任何第一偏置力向量。在各種實施例中，第二偏置力可大於第一偏置力達至少3、5、7、10、或15之一因數。
在許多實施例中，在第一位置與第二位置之間之棘爪支撐板70相對於鼓輪80之預定旋轉範圍將係有限範圍，例如小於180、140、100、60、或40度。在一些實施例中，棘爪支撐板70之第二伸長狹槽74之長度與固定至鼓輪80且延伸穿過狹槽74的板偏置彈簧柱體84的存在之組合可界定棘爪支撐板70相對於鼓輪80之預定旋轉範圍(介於第一與第二位置之間)。亦即，柱體84可作為實體擋件，其在接觸伸長狹槽74之終端後將防止板70相對於鼓輪80之任何進一步運動。在一些實施例中，鼓輪80之第一伸長狹槽75之長度與固定至鼓輪80且延伸穿過狹槽75的棘爪偏置彈簧柱體85的存在之組合可界定棘爪支撐板70相對於鼓輪80之此預定旋轉範圍。亦即，柱體85可作為實體擋件，其在接觸伸長狹槽75之終端後將防止板70相對於鼓輪80之任何進一步運動。在一些實施例中，狹槽74及75可經組態使得其等兩者一起用以界定板70相對於鼓輪80之預定旋轉範圍。亦即，其等皆可佔據非常相似或相同的角弧，如同在圖6之例示性設計中的情況。
在各種實施例中，伸長狹槽74及/或伸長狹槽75之長度可經設定，使得板70相對於鼓輪80之此預定旋轉範圍至少係5、10、15、20、或25度。在進一步實施例中，伸長狹槽74及/或伸長狹槽75之長度可經設定，使得此預定旋轉範圍至多係80、70、60、50、或40 度。(在圖6中所描繪之狹槽74及75建立大約30度之預定旋轉範圍。)
在一些實施例中，例如，若柱體84及/或85係界定預定旋轉範圍，柱體84及/或85可係鼓輪80與棘爪支撐板70之間的一負載承載(力傳輸)路徑的部分。因此，任何此類柱體可由任何適當的材料製成，例如，鋼。在一些實施例中，各柱體的遠端(例如，如圖4所示之柱體84及/或85的遠右端)可位於鼓輪80之收容器中，該收容器可經強化以增強鼓輪與柱體之間的該介面之負載承載及負載傳輸性質。當然，在一些實施例中，此類柱體可僅用於如本文稍早所述之偏置目的；若如此，可提供柱體及孔之一些其他組合，其限制板40相對於鼓輪80之旋轉範圍及/或作為板40與鼓輪80之間的一負載承載路徑的部分。鼓輪80可由展現與所欲強度相稱之性質的任何材料製成。在各種實施例中，鼓輪80可由模製聚合物製成，諸如例如，玻璃纖維強化尼龍；或者，鼓輪80可由金屬製成，諸如例如，澆鑄鋁。同樣地，棘爪支撐板70可由具有適當性質的任何材料製成，例如，鋼。
將理解的是，上述配置係例示性的，且基於此處所提供之指引，變化將係輕易顯而易見的。例如，取代如在本文圖式中使用一或多個拉伸螺旋彈簧44作為板偏置構件，棘爪支撐板70可例如藉由扭力彈簧或類似品項相對於鼓輪80來偏置。此外，本文中之圖式描繪棘爪20係成對提供的例示性實施例，如各種彈簧、伸長狹槽、柱體等。在各種實施例中，可使用任何合適數量的棘爪及對應特徵及組件，例如1、3、或4。在一些實施例中，一合適的低摩擦材料(例 如，聚(甲醛))之間隔物(例如一墊圈或盤)87可提供於棘爪支撐板70之主側72與鼓輪80之一側壁之一主表面83側之間，如圖2及圖4的例示性實施例所示。此一配置可增強板70在足夠加速開始時相對於鼓輪80旋轉。在一些實施例中，鼓輪80之一側壁可包含此一低摩擦材料。
上述討論已經表達棘爪20的速度致動係藉由棘爪支撐板70經受的足夠旋轉「加速度」來調節。就此而言，應注意，嚴格說來，由於運動方向的變化，遵循軌道路徑的任何本體(例如，板70，或棘爪20)係連續地經歷加速度。(換句話說，速度係向量數量，且速度的量值或方向的任何改變對應於加速度。)熟習技藝者將理解到，如本文中所使用的用語「加速度(acceleration)」及「旋轉加速度(rotational acceleration)」具體指示遵循軌道路徑的本體的所謂的切線加速度。換言之，本文使用以調節棘爪的速度回應之加速度對應於本體沿著其軌道路徑的速度的量值變化；僅源自以常數速度遵循軌道路徑的本體之加速度(亦即，向心加速度)具有極少或無影響。
可依需要設定導致棘爪20被致動的速度之上述第一及第二臨限值。各速度臨限可設定為任何適當的標稱值，例如，每秒4、6、8、10、或12呎。各此一標稱值將對應於安全索115的延伸部分(且因此對應於連接至其的使用者)所經歷的線性速度。此可鑑於墜落防護設備的特定設計參數而轉換成棘爪20之旋轉速度的實際值(例如，解開安全索之鼓輪的直徑、棘爪的軌道的直徑等)。此可用於設 定特定參數(例如，偏置彈簧之彈簧常數等)，以確保棘爪20以對應於使用者經歷的速度的所欲臨限之第一及第二旋轉速度被致動。
類似地，可依需要設定修改(調節)棘爪20的速度回應(亦即，導致棘爪支撐板70相對於鼓輪80旋轉)之加速度值。此類加速度臨限可設定為任何合適的標稱值，例如0.6至0.8g。此類標稱值將對應於安全索115的延伸部分(且因此對應於連接至其的使用者)所經歷的線性加速度。鑑於墜落防護設備的特定設計參數，此可轉換成棘爪支撐板70之加速度的實際值。此可用於設定特定參數(例如，板偏置彈簧之彈簧常數等)，以確保棘爪支撐板70相對於鼓輪80以所欲預定加速度(其對應於使用者經歷的所欲加速度臨限)旋轉(以調節棘爪20的速度回應)。
舉具體實例而言，一旋轉致動制動裝置可經組態使得該裝置的一棘爪以例如每秒8、10、或12呎的範圍之標稱使用者墜落速度被致動(若該加速度係相對地低)，且以例如每秒4、5、或6呎的範圍之標稱使用者墜落速度被致動(若該裝置正經歷例如0.6g或更大的標稱加速度)。
本文呈現之圖式繪示例示性配置，其中速度致動棘爪20經組態使得當棘爪經致動朝向嚙合位置時，棘爪之嚙合端徑向向外移動。(此類配置一般係與如下文所討論之徑向面向內的棘輪組合使用。)在其他實施例中，速度致動棘爪20可經組態使得當棘爪經致動朝向嚙合位置時，棘爪之嚙合端徑向向內移動。此可藉由例如將棘爪的質量中心定位在遠離嚙合端之樞轉點的相對側上來達成。其中一或 多個速度致動棘爪係徑向向內致動的配置可與如下文所討論之徑向面向外的棘輪組合使用。鑒於本文所呈現的揭露與設計導引，尋常熟習技藝者將能夠設計一速度致動、加速度調節棘爪，其係徑向向內致動。
上文所討論之品項可由任何合適的材料製成。例如，在一些實施例中，棘爪20可由金屬(諸如鋼)製成。一棘爪支撐板70可同樣由例如鋼製成。一鼓輪80可由以下製成：例如，一模製聚合材料，諸如例如，玻璃纖維強化尼龍；或金屬，諸如例如，澆鑄鋁。彈簧44及/或45可由以下製成：例如，任何合適的材料，例如，不鏽鋼、塗佈鋅之鋼等。
如所提及，本文之配置導致至少一棘爪與棘輪90之一齒91嚙合，如在圖7中之例示性實施例中所指示。此可直接停止鼓輪80之旋轉(例如，本文前文所提及之「硬停止」配置之情況下)，或可啟動一摩擦制動器，該摩擦制動器將鼓輪80之旋轉停止。將理解的是，棘輪之多種變化以及一或多個棘爪與棘輪之齒嚙合的方式都係可能的。例如，在本文圖式描繪的例示性配置中，該棘爪經組態使得棘爪20的嚙合端22將藉由大致上徑向向外移動而從脫離位置行進至嚙合位置。此類配置一般與徑向面向內的棘輪一起使用(意指具有徑向面向內的齒之棘輪；例如，在本文中由圖2之棘輪90所例示之一般類型的棘輪環)。然而，在一些實施例中，一速度致動棘爪20可經組態使得棘爪之嚙合端藉由大致上徑向向內(而非向外)移動而從脫離位置行進至嚙合位置，如上述。此類配置可與徑向面向外的棘輪(例 如，棘輪環或盤)一起使用；例如，如PCT公開申請案第WO2019/012454號的圖3中的品項142所描繪之一般類型的棘輪環。
在一些實施例中，棘輪可被提供例如為設備之外殼的整體(例如模製、澆注或機械加工)特徵，而不是被提供例如為分開製造且插入至墜落防護設備之外殼中之齒盤或齒環。可購自3M Fall Protection,Red Wing,MN且在下文更詳細地討論之PROTECTA墜落防護設備係使用此類型棘輪的產品之實例。美國專利9488235中提出棘輪設計的另一可能變化，其中棘輪呈被提供為墜落防護設備之托架(例如，負載承載托架)之整體部分的單一齒(「停止構件」)之形式。(‘235專利中所述之PROTECTA產品及設備仰賴與本文所揭示完全不同的棘爪配置；僅引述這些品項以說明可能的棘輪變化。)
從上述討論顯而易見，旋轉啟動型制動裝置的棘輪可係存在至少一個齒的任何組件(例如，齒盤或齒環或部分齒盤或部分齒環，或墜落防護托架或外殼之一部分)，該至少一個齒可由棘爪之一嚙合端嚙合以起始旋轉啟動型制動裝置的制動操作。須強調，為了便於描述而使用用語「棘輪」；使用此用語不需要要求必然配置棘輪及棘爪例如使得此等組件的相對旋轉在一個方向上被允許，但在相反方向被排除。(然而，若需要，棘輪及棘爪可被配置成使得提供此類功能)。
在一些實施例中，如本文所揭示的旋轉啟動型制動裝置可使鼓輪「硬停止」(例如，制動裝置可仰賴一棘輪，該棘輪係非旋轉地固定至設備之外殼)，如本文稍早所討論者。然而，在其他實施 例中，如在本文中所揭示的旋轉啟動型制動裝置將包含摩擦制動器(例如，將與摩擦制動器協力工作)。通常，摩擦制動器將包含至少一個摩擦材料層及至少一個可旋轉構件，其中摩擦材料層之摩擦制動表面與可旋轉構件之接觸表面接觸(一般而言，在墜落防護設備的尋常使用期間隨時接觸)。可旋轉構件係指經組態使得該構件及摩擦材料層經設定成由於旋轉啟動型制動裝置的棘爪與棘輪嚙合而施加足夠的差動扭力(differential torque)至摩擦材料層及可旋轉構件時相對於彼此旋轉運動之品項(例如，盤、環、轉子、或類似者)。在許多實施例中，摩擦制動材料層之摩擦制動表面及可旋轉構件之接觸表面時常被壓在一起以提供充分靜態摩擦力，當人類使用者在設備的尋常使用中在工作場所四周移動時，該兩個表面之間不存在相對運動。然而，在棘爪與旋轉啟動型制動裝置的棘輪嚙合時，產生充分差動扭力以克服靜態摩擦力，使得該兩個表面之相對運動(且因此可旋轉構件與摩擦材料層的相對運動)可發生。可旋轉構件及摩擦材料層經組態使得摩擦材料層及可旋轉構件的此相對旋轉將由摩擦材料層之摩擦制動表面與可旋轉構件之接觸表面之間的摩擦力減慢及/或導致停止。此相對旋轉之減慢將有助於減慢(例如，停止)承載安全索之鼓輪的旋轉。
上述係摩擦制動器及其功能的一般描述；許多變化係可行的。在一些實施例中，旋轉啟動型制動裝置10可包含美國專利申請案第16/630584號所上述且在‘584申請案中及對應之PCT公開申請案第WO2019/012454號中詳細討論之圖3的單離分解視圖所揭示的一般類型摩擦制動器，兩者全文皆以引用方式併入本文中。應理解，‘584 申請案的圖3所描繪之具體設計僅係摩擦制動器及棘輪配置的一個實例；許多不同配置係可行的。例如，‘584申請案的圖3描繪包含兩個接觸表面且夾在兩個摩擦材料層之間的棘輪。在其他實施例中，摩擦制動器之棘輪可僅包含單一接觸表面，該單一接觸表面僅可與單一摩擦材料層接觸。此外，棘輪可徑向面向內，而不是如本文稍早所述之徑向面向外。美國專利8430206之圖4中描繪一摩擦制動器，該摩擦制動器包含呈徑向面向內之齒環形式的棘輪，且僅包含與單一摩擦材料層之摩擦制動表面接觸的單一接觸表面，該案全文以引用方式併入本文中。
在一些實施例中，旋轉啟動型制動裝置的棘輪可便利地用作制動裝置的摩擦制動器之可旋轉構件。在許多此類設計中，棘輪能夠相對於設備之外殼旋轉，但一般在設備的尋常使用期間保持靜止。即，鼓輪可相對於外殼(相對緩慢)旋轉以隨著人類使用者在工作場所四周移動時使安全索延伸及縮回。然而，棘輪(其未經受任何旋轉力，且受到一或多個摩擦材料層的摩擦約束)不相對於外殼旋轉。在例如由於墜落而使鼓輪開始迅速旋轉的情況中，棘爪之嚙合端與棘輪之齒嚙合且克服此摩擦約束，且導致棘輪相對於該(等)摩擦材料層旋轉且因此相對於設備之外殼旋轉。接著，摩擦材料之摩擦制動表面與棘輪之接觸表面之間的摩擦減慢或停止棘輪相對於設備之外殼的旋轉，因此減慢或停止可旋轉鼓輪相對於設備之外殼的旋轉。
在圖11之分解圖中所示的總成係此一般類型摩擦制動器之一個實例。此類總成可仰賴棘輪90，其連同摩擦材料層122夾在 加壓環125與背襯板126之間。環125及板126可以賦予所欲摩擦特性之所欲力壓在一起(例如，藉由穿過圖11中可見之各種孔口的螺栓)。應瞭解，圖11之品項僅係達成此類功能性的一種方式；各種修改係可行的(例如，取代加壓環125及/或背襯板126係安裝至墜落防護設備之外殼中的分開製成品項，外殼本身的一部分可扮演此一角色)。
應理解，可採用上文呈現之例示性配置的許多變化。例如，分離板(例如附接至該鼓輪或共安裝在一共同軸上，使得該分開板不可相對於該鼓輪旋轉)可提供用於一摩擦材料層的一接觸表面，而非使摩擦材料直接接觸於鼓輪之壁。在一些實施例中，可將摩擦材料層本身設置在支撐板上(例如，層壓或接合至支撐板)，如在本文中所討論。在其他實施例中，摩擦材料層可係「獨立式(free-standing)」，而不接合至支撐板。可使用任何合適的摩擦材料，例如，軟木、橡膠等。可特別有用的摩擦材料係描述於上文引用之美國專利申請案第16/630584號及對應之PCT公開申請案第WO2019/012454號中，兩者全文皆以引用方式併入本文中。上面的討論使人清楚，棘輪、摩擦材料等的任何相容類型、設計、或配置可與本文所揭示之棘爪配置組合使用。
在本文中所揭示之配置可有利地用於任何墜落防護設備中；具體而言，用於自縮回式救生索中。除了在本文中先前引用之文獻之外，可在其中有利地利用在本文中所揭示之配置的墜落防護設備(例如自縮回式救生索)描述於美國專利8181744、8256574、 8430206、8430207、8511434、及9488235中，以及描述於美國公開專利申請案2016/0096048中。
在一些實施例中，墜落防護設備係自縮回式救生索，其滿足ANSI Z359.14-2014之要求。大致上，本文所揭示之配置可用於任何墜落防護設備中，其中期望增強產品的性能，例如藉由最少化在工作場所四周移動期間可能發生的妨害鎖住之發生，同時確保制動裝置在實際墜落事件中盡可能快速地回應。
如在本文中所描述的墜落防護設備可包含任何所欲尺寸之外殼、鼓輪、旋轉啟動型制動裝置等。在一些實施例中，該設備可經定大小以使得其可作為如本文稍後所討論之一所謂的「個人型」自縮回式救生索。旋轉啟動型制動裝置的尺寸可例如以軌道路徑25的直徑來特徵化，速度致動棘爪20之樞轉點24遵循該軌道路徑。在各種實施例中，軌道路徑25之直徑可係至少20、30、40、或50mm；在進一步實施例中，軌道路徑25之直徑可係至多150、120、90、或60mm。
在各種實施例中，如在本文中描述之墜落防護設備可搭配任何合適的墜落防護系統使用，或作為任何合適的墜落防護系統之部分，諸如例如水平救生索或可縮回水平救生索、定位收緊索(positioning lanyard)、衝擊吸收收緊索、挽索調整器或索抓、垂直安全系統(例如諸如，撓性纜線、剛性軌、爬級輔助(climb assist)或固定式爬梯安全系統)、侷限空間救援系統或吊車系統等等。在一些實施例中，如在本文中所揭示之墜落防護設備可包含外殼，該外殼經組 態使得至少部分地密封設備之內部(諸如可以商標名稱SEALED-BLOK購自3M Fall Protection的產品線)，例如以供在嚴苛環境或海洋環境中使用。在一些情況中，如在本文中所揭示之墜落防護設備可適用於所謂的「前導邊緣(leading edge)」工作場所環境。應進一步注意，在本文中討論主要考慮包含外殼且包含安全索之設備(例如，自縮回式救生索)，該外殼例如安裝至高架錨座，該安全索具有可附接至人類使用者之吊帶的遠端。應理解，在本文中所揭示之配置亦可用於例如包含外殼且包含安全索之「個人」自縮回式救生索中，該外殼可安裝至人類使用者之吊帶，安全索具有可附接至例如高架錨座的遠端。此類設備係藉由可以商標名稱TALON及NANO購自3M Fall Protection的產品線來例示。
應理解，任何此類墜落防護設備可包括在本文中未詳細描述之各種輔助品項或可搭配在本文中未詳細描述之各種輔助品項使用。此類品項可包括(但不限於)收緊索、吸震器、撕裂條(tear strip)、吊帶、皮帶、條帶(strap)、墊料(padding)、工具皮套或囊袋、衝擊指示器、鉤環(carabiner)、D環、錨座連接器、及類似者之一或多者。例如在3M DBI-SALA Full-Line Catalog(Fall 2016)中詳細描述許多此類設備、產品及組件。在一些實施例中，設備之安全索可包含例如在本文中稍早所描述類型之索上吸震器，然而在許多實施例中，由於摩擦制動器之存在而可不需要吸震器。(一例示性吸震器係繪示於前述美國第9488235號專利之圖1中，其以引用方式全文併入本文中。)在其他實施例中，不存在此類吸震器。應理解，如在本文中稍 早所定義及描述的「非機動化」之墜落防護設備仍可包括如電動感測器、監視器、通訊單元、致動器、及類似者之一或多者的此類品項。雖然本文先前的討論主要關注完全阻止(停止)人類使用者之運動的產品，但在一些實施例中規定，如在本文中所述之墜落防護設備可僅用於減慢使用者的墜落，及/或允許使用者以受控速率下降。
所屬技術領域中具有通常知識者應理解，本文所揭示之特定例示性元件、結構、特徵、細節、結構設計等等都可在許多實施例中修改及/或結合。所有此類變化及組合皆經本案發明人設想而全都在本發明的範圍內，並非只有經選擇作為例示性說明的那些代表性設計。因此，本發明的範疇應不侷限於本文中描述的特定例示結構，而是至少延伸至申請專利範圍之語言所述之結構及這些結構的等效物。本說明書中明確敘述作為替代者之元件中的任一者皆可如所欲以任何組合明確包括於申請專利範圍內或排除自申請專利範圍外。本說明書中以開放式語言(例如：包含(comprise)及其衍生語)敘述之元件或元件組合中的任一者，皆可視為另外以封閉式語言(例如：組成(consist)及其衍生語)及半封閉式語言(例如：基本上組成(consist essentially)、及其衍生語)來敘述。雖然在本文中可能已討論各項理論及可能的機制，此類討論無論如何都將不用來限制可主張之申請標的。倘若本說明書之內容與以引用方式併入本說明書中但不主張其優先權之任何文件之揭露間有任何衝突或差異，應以本說明書的內容為主。
20:棘爪
44:板偏置彈簧
45:偏置構件(彈簧)
71:前表面；主表面
72:主側
74:伸長狹槽
75:伸長狹槽
76:柱體
80:鼓輪
84:板偏置彈簧柱體
85:柱體
87:間隔物

Claims (21)

  1. 一種墜落防護設備，其包含：
    一鼓輪，其具有連接至其之一安全索，且該鼓輪可相對於該設備之一外殼旋轉；及，
    一旋轉啟動型制動裝置，其包含：
    至少一速度致動棘爪，其樞轉地安裝在一棘爪支撐板上，該棘爪支撐板與該鼓輪軸向共安裝且可與該鼓輪共旋轉，該至少一棘爪經偏置使得該至少一棘爪之一嚙合端經驅使朝向一脫離位置，及，
    至少一棘輪，其具有至少一齒，該至少一齒可由該至少一棘爪之該嚙合端嚙合，
    其中該棘爪支撐板相對於該鼓輪可旋轉通過至少一第一位置與一第二位置之間的一預定範圍；
    其中當該棘爪支撐板處於該第一位置中時，該可旋轉鼓輪之旋轉高於一預定第一臨限值之旋轉速度導致該至少一棘爪之該嚙合端藉由離心力驅使至一嚙合位置中，在該嚙合位置中該嚙合端嚙合該棘輪之一齒，且，
    其中當該棘爪支撐板處於該第二位置中時，該可旋轉鼓輪之旋轉高於一預定第二臨限值之旋轉速度導致該至少一棘爪之該嚙合端藉由離心力驅使至一嚙合位置中，在該嚙合位置中該嚙合端嚙合該棘輪之一齒，
    其中該預定第二臨限值的旋轉速度係低於該預定第一臨限值的旋轉速度，且
    其中當該棘爪支撐板經受高於一預定臨限值之旋轉加速度的一旋轉加速度時，該棘爪支撐板經偏置朝向該第一位置且可相對於該鼓輪從該第一位置旋轉至該第二位置。
  2. 如請求項1之墜落防護設備，其中該至少一速度致動棘爪係藉由一棘爪偏置彈簧而偏置，該棘爪偏置彈簧之一端附接至該至少一棘爪，該棘爪偏置彈簧之另一端附接至一棘爪偏置彈簧柱體，該棘爪偏置彈簧柱體係固定在該鼓輪上且從該鼓輪軸向突出，以延伸穿過該棘爪支撐板中之一第一伸長狹槽。
  3. 如請求項2之墜落防護設備，其中該第一伸長狹槽沿該棘爪支撐板至少大致上圓周地延伸，且其中該第一伸長狹槽之一伸長長度界定該棘爪支撐板相對於該鼓輪的該預定旋轉範圍。
  4. 如請求項3之墜落防護設備，其中該第一伸長狹槽之該伸長長度界定該棘爪支撐板相對於該鼓輪之該預定旋轉範圍，其係從至少10度至至多60度。
  5. 如請求項2之墜落防護設備，其中該棘爪偏置彈簧柱體係一負載承載品項，其承載該棘爪之該嚙合端與該棘輪之一齒嚙合時所產生之該負載的一部分。
  6. 如請求項1之墜落防護設備，其中該棘爪支撐板係藉由一板偏置 彈簧而偏置，該板偏置彈簧之一端附接至該棘爪支撐板，該板偏置彈簧之另一端附接至一板偏置彈簧柱體，該板偏置彈簧柱體係固定在該鼓輪上且從該鼓輪軸向突出，以延伸穿過該棘爪支撐板中之一第二伸長狹槽。
  7. 如請求項6之墜落防護設備，其中該第二伸長狹槽沿該棘爪支撐板至少大致上圓周地延伸，且其中該第二伸長狹槽之一伸長長度界定該棘爪支撐板相對於該鼓輪的該預定旋轉範圍。
  8. 如請求項7之墜落防護設備，其中該第二伸長狹槽之該伸長長度界定該棘爪支撐板相對於該鼓輪之該預定旋轉範圍，其係從至少10度至至多60度。
  9. 如請求項6之墜落防護設備，其中該板偏置彈簧柱體係一負載承載品項，其承載該棘爪之該嚙合端與該棘輪之一齒嚙合時所產生之該負載的一部分。
  10. 如請求項1之墜落防護設備，其中該棘爪支撐板相對於該鼓輪在一圓周向前方向上偏置，且其中當該棘爪支撐板經受高於該預定臨限值之旋轉加速度的一旋轉加速度時，該棘爪支撐板相對於該鼓輪在一圓周向後方向上旋轉通過該預定旋轉範圍。
  11. 如請求項1之墜落防護設備，其中該至少一速度致動棘爪係藉由一棘爪偏置彈簧而偏置，該棘爪偏置彈簧之一端附接至該至少一棘 爪，該棘爪偏置彈簧之另一端附接至一棘爪偏置彈簧柱體，該棘爪偏置彈簧柱體係固定在該鼓輪上且從該鼓輪軸向突出，以延伸穿過該棘爪支撐板中之一第一伸長狹槽；且其中該棘爪支撐板係藉由一板偏置彈簧而偏置，該板偏置彈簧之一端附接至該棘爪支撐板，該板偏置彈簧之另一端附接至一板偏置彈簧柱體，該板偏置彈簧柱體係固定在該鼓輪上且從該鼓輪軸向突出，以延伸穿過該棘爪支撐板中之一第二伸長狹槽；
    且其中該棘爪偏置彈簧及該板偏置彈簧經組態使得，當該鼓輪係靜止且該至少一棘爪處於一完全脫離位置中時，該板偏置彈簧施加在該棘爪支撐板上以在一方向上旋轉的一偏置力係大於該棘爪偏置彈簧施加在該棘爪支撐板上以在一相對方向上旋轉的一偏置力達至少3倍。
  12. 如請求項11之墜落防護設備，其中該棘爪偏置彈簧展現一長軸，該長軸相對於該鼓輪及棘爪支撐板之一徑向向內向外方向定向在一第一角度處，其中該板偏置彈簧展現一長軸，該長軸相對於該鼓輪及棘爪支撐板之該徑向向內向外方向定向在一第二角度處，且其中該第二角度大於該第一角度達至少10度。
  13. 如請求項11之墜落防護設備，其中該棘爪偏置彈簧柱體及該板偏置彈簧柱體各係一負載承載品項，其承載該棘爪之該嚙合端與該棘輪之一齒嚙合時所產生之該負載的一部分。
  14. 如請求項1之設備，其中該至少一棘爪包含一樞轉點，該樞轉點 遵循該鼓輪旋轉的一軌道路徑，且其中該至少一棘爪包含一質量中心，該質量中心經定位使得該至少一棘爪之該質量中心遵循一軌道路徑，該軌道路徑至少大致上與該至少一棘爪之該樞轉點所遵循之該軌道路徑重合。
  15. 如請求項14之設備，其中當該至少一棘爪處於一完全脫離位置時，該至少一棘爪之該質量中心所遵循之該軌道路徑展現一直徑，該直徑係該至少一棘爪之該樞轉點所遵循之該軌道路徑之該直徑的正或負4%內。
  16. 如請求項14之設備，其中該至少一棘爪之該質量中心係沿該至少一棘爪之該樞轉點之該軌道路徑從該至少一棘爪之該樞轉點圓周地偏移達一偏移角度，該偏移角度從至少2度至至多20度。
  17. 如請求項1之設備，其中該棘爪經偏置使得該至少一棘爪之該嚙合端經驅使大致上徑向向內朝向該脫離位置，且其中該旋轉啟動型制動裝置經組態使得當該可旋轉鼓輪的旋轉高於一預定旋轉速度時，該至少一棘爪之該嚙合端係由離心力驅使大致上徑向向外進入該嚙合位置中，在該嚙合位置中該嚙合端嚙合一徑向面向內棘輪之一齒。
  18. 如請求項1之設備，其中該至少一速度致動棘爪包含一對第一速度致動棘爪，該對第一速度致動棘爪係在該棘爪支撐板上彼此之圓周相對位置中。
  19. 如請求項1之設備，其中該設備經組態使得當該至少一棘爪之該嚙合端與該棘輪之一齒嚙合時，該棘爪支撐板及該鼓輪兩者導致一硬停止，且其中附接至該鼓輪的該安全索包括一線上吸震器。
  20. 如請求項1之設備，其中該制動裝置包含一摩擦制動器，該摩擦制動器包含與該棘輪之一表面接觸的一摩擦材料層，且其中該制動裝置經組態使得當該至少一棘爪之一嚙合端與該棘輪之一齒嚙合時，該棘輪開始旋轉且持續旋轉，直到被該摩擦制動器停止為止。
  21. 如請求項1之設備，其中該設備係一自縮回式救生索，其中該安全索包含一近端及一遠端，該近端連接至該可旋轉鼓輪，該遠端可附接至該設備的一人類使用者之一吊帶或一工作場所之一錨座，且其中該可旋轉鼓輪經偏置朝向以將把該安全索縮回至該鼓輪上之一方向旋轉。
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