(57)【要約】本発明は、特にレール車両ブレーキに用いられるブレーキアクチュエータであって、エネルギ蓄え式ブレーキユニットが設けられていて、該エネルギ蓄え式ブレーキユニットが、有利には安全ブレーキおよび／またはパーキングブレーキの場合にブレーキを緊締作動させるためのエネルギを蓄えかつ放出するためのエネルギ蓄え器（１０）と、該エネルギ蓄え器（１０）をロックしかつロック解除するためのロック装置（９０）とを備えている形式のものに関する。本発明の構成では、ロック装置（９０）のロック解除後に、エネルギ蓄え器（１０）から放出されるエネルギの一部によって、はずみ質量体（１１８）が減衰目的のために回転運動にもたらされるようになっている。
2004516431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にレール車両ブレーキに用いられるブレーキアクチュエータであって、エネルギ蓄え式ブレーキユニットが設けられていて、該エネルギ蓄え式ブレーキユニットが、有利には安全ブレーキおよび／またはパーキングブレーキの場合にブレーキを緊締作動させるためのエネルギを蓄えかつ放出するためのエネルギ蓄え器（１０）と、該エネルギ蓄え器（１０）をロックしかつロック解除するためのロック装置（９０）とを備えている形式のものにおいて、ロック装置（９０）のロック解除後に、エネルギ蓄え器（１０）から放出されるエネルギの一部によって、はずみ質量体（１１８）が減衰目的のために回転運動にもたらされるようになっていることを特徴とするブレーキアクチュエータ。
【請求項２】
ロック装置（９０）がロックされた状態で、エネルギ蓄え器（１０）により形成された力および／またはモーメントが、はずみ質量体（１１８）の少なくとも一部を介して当該ブレーキアクチュエータ（１）のハウジング（３）内に導入可能であり、かつ該ハウジング（３）で支持可能である、請求項１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項３】
エネルギ蓄え器（１０）とはずみ質量体（１１８）との間に、３．０〜８．０の範囲内の変速比を有する変速伝動装置（７６，９６）が接続されている、請求項２記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項４】
はずみ質量体（１１８）がエネルギ蓄え器（１０）にスリップクラッチ（７４）によって解離可能に連結されており、ただし該スリップクラッチ（７４）は、ブレーキ位置の達成後にはずみ質量体（１１８）がエネルギ蓄え器（１０）から連結解除されるように設計されている、請求項３記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項５】
はずみ質量体（１１８）が、少なくとも１つのはずみディスク（９８）と、ロック装置（９０）のハウジング（９２）内に回転可能に支承された軸（９４）と、傘歯車（９６）とを有しており、前記軸（９４）の一方の端部に前記はずみディスク（９８）が配置されており、前記軸（９４）の他方の端部に前記傘歯車（９６）が配置されており、該傘歯車（９６）が、該傘歯車（９６）に対して直角に配置された傘形環状歯車（７６）と共に変速伝動装置を形成している、請求項４記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項６】
前記傘形環状歯車（７６）が前記スリップクラッチ（７４）によって、同軸的なロックナット（７２）と相対回動不能に連結可能であり、該ロックナット（７２）が、非緩み止め式のねじ山（８８）によって、ブレーキ緊締作動方向に線状に移動可能なブレーキ操作機構（２０）に沿ってねじ込み可能であり、該ブレーキ操作機構（２０）にエネルギ蓄え器（１０）が作用している、請求項５記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項７】
前記スリップクラッチ（７４）が、前記傘形環状歯車（７６）と前記ロックナット（７２）とに設けられた、軸方向のばねプリロードに基づいて相対回動不能に噛み合った状態に保持された軸方向端面歯列（７８）により形成されている、請求項６記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項８】
エネルギ蓄え器が少なくとも１つのコイルばね（１０）を有しており、該コイルばね（１０）が、一方では当該ブレーキアクチュエータ（１）のハウジング（３）に支持されていて、他方ではブレーキ操作機構（２０）に支持されている、請求項７記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項９】
前記ブレーキ操作機構がスリーブ（２０）を有しており、該スリーブ（２０）の外周面に前記非緩み止め式のねじ山（８８）が形成されている、請求項８記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１０】
はずみ質量体（１１８）の軸（９４）が、前記コイルばね（１０）の軸方向に対してほぼ直角に延びている、請求項９記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ロック装置（９０）がブレーキ（１１６）を有しており、該ブレーキ（１１６）が、はずみ質量体（１１８）に、特にはずみディスク（９８）に作用している、請求項１０記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ブレーキが、電磁式に操作可能な電磁式歯ブレーキ（１１６）により形成されており、該電磁式歯ブレーキ（１１６）が、前記はずみディスク（９８）により軸方向移動可能に保持されかつ少なくとも１つの圧縮ばね（１１０）によりブレーキ解除位置に押圧されたリング（１０４）を有しており、該リング（１０４）に歯冠（１０８）が設けられており、該歯冠（１０８）が、少なくとも１つの電磁コイル（１１２，１１２′）の通電により、前記圧縮ばね（１１０）の作用に抗して、当該ブレーキアクチュエータ（１）のハウジング（３）に支持された別の歯冠（１０８′）と噛合い可能である、請求項１１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１３】
前記リング（１０４）が前記軸（９４）に対して同軸的に配置されていて、前記はずみディスク（９８）に設けられた軸方向の環状切欠き（１０２）内に、前記はずみディスク（９８）から軸方向の延びるピン（１０６）に沿って摺動可能に収容されている、請求項１２記載のブレーキアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、特にレール車両ブレーキに用いられるブレーキアクチュエータに関する。
【０００２】
現在、レール車両分野では主として３種類のホイールブレーキシステムが使用されている。すなわち、ニューマチック（空力）式またはエレクトロニューマチック（電気空力）式のブレーキシステム、ハイドロリック（液力）式またはエレクトロハイドロリック（電気液力）式のブレーキシステムならびにメカニカル（機械）式またはエレクトロメカニカル（電気機械）式のブレーキシステムが使用されている。この場合、ブレーキアクチュエータの力がブレーキ導入のために付与されなければならない（アクティブなブレーキシステム）のか、またはブレーキ解除のために付与されなければならない（パッシブなブレーキシステム）のかに応じて、ホイールブレーキシステムはアクティブなブレーキシステムまたはパッシブなブレーキシステムとして構成されている。運転故障の場合を考慮して、ニューマチック式のブレーキシステムでは圧縮空気タンクにおけるエネルギ蓄えが行われ、ハイドロリック式のブレーキシステムではハイドロタンクにおけるエネルギ蓄えが行われ、エレクトロメカニカル式のブレーキシステムでは蓄えばねの形でエネルギ蓄えが行われる。
【０００３】
公知先行技術に基づき、常用ブレーキユニットと、エネルギ蓄え器を備えたエネルギ蓄え式ブレーキユニットとを有するエレクトロメカニカル式のレール車両ブレーキが知られている。常用ブレーキユニットは、たとえば電動モータ式の駆動装置の形のブレーキ緊締作動および／またはブレーキ解除のためのブレーキ力発生器を有している。エネルギ蓄え式ブレーキユニットは、常用ブレーキユニットの故障時における下位の安全レベルの意味での運転上の非常ブレーキおよび／またはパーキングブレーキまたは留置ブレーキ（Ｆｅｓｔｓｔｅｌｌｂｒｅｍｓｅ）としてブレーキを緊締作動させるためのエネルギを蓄えかつ放出するための少なくとも１つのエネルギ蓄え器を有している。エネルギ蓄え式ブレーキユニットは一般にばねエネルギ蓄え式ブレーキとして形成されている。力変換器により、ブレーキ力発生器および／またはエネルギ蓄え器から送出されたエネルギがブレーキ緊締作動運動へ変換される。力変換器は、たとえば電動モータ式の駆動装置により作動されるブレーキスピンドルを有している。
【０００４】
パーキングブレーキまたは非常ブレーキの場合にばねエネルギ蓄え式ブレーキが起動されると、蓄えばねに蓄えられた位置エネルギもしくはポテンシャルエネルギが衝撃的に放出されて、力変換器の各エレメントの高い運動エネルギに変換される。これらのエレメントはブレーキ位置の達成後にやはり衝撃的に減速される。この場合、ブレーキシステムは大きな力にさらされており、このように大きな力は早期の摩耗または損傷を招いてしまう恐れがある。
【０００５】
本発明の課題は、冒頭で述べた形式のブレーキアクチュエータを改良して、エネルギ蓄え式ブレーキユニットの起動時に生ぜしめられる負荷が減じられると同時に、高いブレーキ作用も得られるようなブレーキアクチュエータを提供することである。さらに、この目的は僅かな構成手間しか伴わず、かつスペース節約的に実現可能となることが望まれる。
【０００６】
この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。
【０００７】
発明の利点
エネルギ蓄え式ブレーキの起動時に衝撃的に放出される位置エネルギの大部分がはずみ質量体の回転エネルギに変換されるので、残りの運動エネルギは減少する。この運動エネルギによって力変換器のエレメントをブレーキ緊締作動方向へ加速させることができる。したがって、ブレーキシステムに作用する衝撃負荷は減じられ、これによりブレーキシステムの寿命や信頼性が向上する。はずみ質量体は、場合によっては既に存在する、エネルギ蓄え式ブレーキユニットをロックするためにしか働かない回転体に対して付加的に設けられており、これらの回転体はロック装置の解除後に同じく回転する。はずみ質量体は特に、ロック装置の解除時に衝撃的に行われるエネルギ放出を著しく減衰するために十分となる質量慣性モーメントを有している。著しいエネルギ消耗を発生させるために比較的長い加速区間を必要とする、線状に運動されるはずみ質量体に比べて、回転式のはずみ質量体のためには僅かな構成スペースしか必要とならない。さらに、オイル圧ショックアブソーバまたはガス圧ショックアブソーバとは異なり、回転はずみ質量体は温度とは無関係に使用可能である。
【０００８】
請求項２以下に記載の構成により、請求項１に記載のブレーキアクチュエータの有利な改良が可能になる。
【０００９】
本発明の特に有利な構成では、ロック装置がロックされた状態で、エネルギ蓄え器により形成された力および／またはモーメントが、はずみ質量体の少なくとも一部を介して当該ブレーキアクチュエータのハウジング内に導入可能であり、かつ該ハウジングで支持可能である。したがって、はずみ質量体はロック装置の構成要素を成していて、ロック装置の力伝達経路に組み込まれている。これによって、はずみ質量体は二重機能を満たす。この場合、はずみ質量体は過剰エネルギを減少させるために働くと同時に、ロックエレメントとしても働き、これにより特にスペース節約的でかつ軽量の構造が得られる。
【００１０】
本発明の別の有利な構成では、エネルギ蓄え器とはずみ質量体との間に、有利には大きな変速比を有する変速伝動装置が接続されている。これにより、ロックエレメントとしても働くはずみ質量体をロックするために解除位置で加えられなければならない力は減じられる。はずみ質量体が、たとえば電磁的な保持力によりロックされる場合には、小さな磁力を有する電磁コイルで十分となる。これにより、ブレーキアクチュエータの電流消費および加熱が低下する。それと同時に、大きな変速比に基づき、回転エネルギに二乗に関与するはずみ質量体の回転数も増大するので、エネルギ蓄え式ブレーキユニットの起動時に高い減衰度が与えられている。
【００１１】
はずみ質量体がエネルギ蓄え器にスリップクラッチによって解離可能に連結されていると有利である。この場合、スリップクラッチは、ブレーキ位置の達成後にはずみ質量体がエネルギ蓄え器から連結解除されるように設計されている。ブレーキ位置の達成後にはずみ質量体が引き続き回転するようにはずみ質量と支承摩擦とが設定されていると、このような手段により、はずみ質量体に蓄えられた回転エネルギを徐々に減少させてゆくことができる。このことはブレーキアクチュエータの寿命にとって好都合となる。
【００１２】
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。
【００１３】
実施例の説明
図１には、本発明によるブレーキアクチュエータの有利な実施例が示されている。ブレーキアクチュエータは全体を符号１で示されていて、解除位置で図示されている。このブレーキアクチュエータ１はレール車両のエレクトロメカニカル式のブレーキ緊締作動装置２の駆動ユニットとして働く。ブレーキアクチュエータ１は、ほぼ中空円筒状のアクチュエータハウジング３を有している。このアクチュエータハウジング３は一方の軸方向端部に向かってカバー区分４によって閉鎖される。このカバー区分４は端部側の開口６を有している。カバー区分４を起点として、アクチュエータハウジング３はほぼ二重壁に形成されており、この場合、内側の壁７と外側の壁８との間の空間には、内側の蓄えばね１０と、この内側の蓄えばね１０に対して同軸的な外側の蓄えばね１２とが配置されている。外側の蓄えばね１２は内側の蓄えばね１０を取り囲んでいる。
【００１４】
内側の蓄えばね１０および外側の蓄えばね１２は、有利にはコイルばねとして形成されていて、それぞれその一方の端部でアクチュエータハウジング３に支持されている。外側の蓄えばね１２の他方の端部は外側のスライドスリーブ１６に設けられた環状つば１４に支持されており、内側の蓄えばね１０の他方の端部は内側のスライドスリーブ２０に設けられた環状つば１８に支持されており、この場合、内側のスライドスリーブ２０は外側のスライドスリーブ１６とアクチュエータハウジング３の内側の壁７との間に配置されている。さらに、内側のスライドスリーブ２０と外側のスライドスリーブ１６とは軸方向で互いに接したまま摺動可能に案内されていて、内側のスライドスリーブ２０はアクチュエータハウジング３の内側の壁７の、半径方向内側の周面に接したまま摺動可能に案内されており、この場合、外側のスライドスリーブ１６は解除位置において、内側のスライドスリーブ２０に設けられた軸方向のストッパ２２に当接する。さらに、外側のスライドスリーブ１６の環状つば１４は軸方向と半径方向とで内側のスライドスリーブ２０の環状つば１８を超えて突出している。
【００１５】
カバー区分４には、両蓄えばね１０，１２とは反対の側で、四象限運転で運転可能なスイッチトリラクタンスモータ（ｓｗｉｔｃｈｅｄ  ｒｅｌｕｃｔａｎｃｅ  ｍｏｔｏｒ）２４（以降、「ＳＲモータ」と呼ぶ）が収容されている。このＳＲモータ２４は半径方向外側のハウジング固定のステータ３０を有しており、このステータ３０はロータ３２を取り囲んでいる。このロータ３２は保持ブレーキ３４、有利には永久磁石ブレーキによって制動可能である。この保持ブレーキ３４は無電流状態では閉じられていて、通電された状態では開かれている。図２から良く判るように、ロータ３２は中空軸３６に装着されており、この中空軸３６は玉軸受け３８を介してアクチュエータハウジング３内に回転可能に支承されている。中空軸３６の半径方向内側の周面は軸方向に延びるスプライン軸歯列４０を備えており、このスプライン軸歯列４０内には、中間スリーブ４４に設けられた、半径方向外側で軸方向に延びるフィン４２が係合している。したがって、中間スリーブ４４は中空軸３６に対して相対的に回動不能ではあるが、しかし軸方向では摺動可能に案内されている。
【００１６】
中間スリーブ４４の、両蓄えばね１０，１２寄りの端部には、ブレーキスピンドル４８の端部側のジャーナル４６が同軸的に突入していて、中間スリーブ４４内に相対回動不能にかつ軸方向不動に保持されている。ブレーキスピンドル４８の他方の端部は、図１に示したように偏心レバー５３のためのコネクティングロッド５２に設けられたカップ形の区分５０に突入している。コネクティングロッド５２のカップ形の区分５０は外側のスライドスリーブ１６内に軸方向不動に保持されているが、しかし球冠体によって側方に旋回することができる。コネクティングロッド５２の、両蓄えばね１０，１２とは反対の側の端面には、アイが一体成形されており、このアイ内にはピン５５が係合している。このピン５５は偏心装置の偏心レバー５３の一方の端部に結合されている。偏心装置は偏心軸５６を有しており、この偏心軸５６はトングレバー５７に枢着されている。このトングレバー５７は別のトングレバー５７′と共に１つのブレーキトングを形成している。両トングレバー５７，５７′の一方の端部には、それぞれブレーキパッド５８を備えたパッドホルダが配置されている。ブレーキパッド５８はブレーキディスク５９の軸線の方向に沿って移動可能である。両トングレバー５７，５７′の、ブレーキパッド５８とは反対の側に位置する端部は、押圧ロッド式アクチュエータ５９′を介して互いに結合されている。この押圧ロッド式アクチュエータ５９′は電気的に操作されるように設計されていると有利である。
【００１７】
図２から判るように、ブレーキスピンドル４８は内側のスライドスリーブ２０の内部に回転可能に支承されていて、有利には２列式の深溝形玉軸受け６１によって支承されている。この深溝形玉軸受け６１は軸方向力をも半径方向力をも受け止めることができる。深溝形玉軸受け６１のうち内レースは、ブレーキスピンドル４８に設けられた雄ねじ山区分に螺合されたナット６０によって、ブレーキスピンドル４８に設けられた肩部６２に向かって緊締され、これによりブレーキスピンドル４８に相対回動不能にかつ軸方向不動に保持される。深溝形玉軸受け６１の外レースは内側のスライドスリーブ２０内に同じく相対回動不能にかつ軸方向不動に保持されている。
【００１８】
ブレーキスピンドル４８はナット／スピンドル構成ユニット６４によって取り囲まれている。このナット／スピンドル構成ユニット６４は有利には転がりねじ山伝動装置（Ｗａｅｌｚｅｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｅｂ）、たとえばボール循環型スピンドル伝動装置（Ｋｕｇｅｌｕｍｌａｕｆｓｐｉｎｄｅｌ）、ローラねじ山伝動装置（Ｒｏｌｌｅｎｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｅｂ）、ねじ山ローラねじ伝動装置（Ｇｅｗｉｎｄｅｒｏｌｌｅｎｓｃｈｒａｕｂｔｒｉｅｂ）として、あるいは遊星転がりねじ山伝動装置（Ｐｌａｎｅｔｅｎ−Ｗａｅｌｚｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｅｂ）として形成されていてよい。コネクティングロッド５２のカップ形の区分５０は、ナット／スピンドル構成ユニット６４のナット６６が外側のスライドスリーブ１６に設けられた半径方向内側の付設部６８と、コネクティングロッド５２のカップ形の区分５０の端面との間に緊締されるようになるまで外側のスライドスリーブ１６内に挿入されているので、このナット６６はコネクティングロッド５２に対して相対回動不能に保持されている。したがって、ブレーキスピンドル４８が回転すると、ナット６６はブレーキスピンドル４８に沿って並進的に案内され、このときに外側のスライドスリーブ１６とコネクティングロッド５２とを連行する。
【００１９】
アクチュエータハウジング３のカバー区分４には、環状室７０が形成されている。この環状室７０内には、フリクションクラッチもしくはスリップクラッチ７４によりロックナット７２に駆動結合されている傘形環状歯車７６（Ｔｅｌｌｅｒｒａｇ）がブレーキスピンドル４８に対して同軸的に収容されている。この傘形環状歯車７６はロックナット７２の半径方向外側の周面に装着されていて、このロックナット７２にスリップクラッチ７４によって上側の限界トルクにまで相対回動不能に結合されている。スリップクラッチ７４は、傘形環状歯車７６とロックナット７２とにそれぞれ設けられた、軸方向で互いに内外に噛み合った端面歯列７８により形成されると有利である。この場合、アクチュエータハウジング３にはスナップリング８０によって皿ばねユニット８２が軸方向で支持されており、この皿ばねユニット８２は半径方向の深溝形玉軸受け８４に作用している。この深溝形玉軸受け８４はロックナット７２を、アクチュエータハウジング３に対して相対的に支承している。前記皿ばねユニット８２は、端面歯列７８の摩擦接続および形状接続（係合に基づいた嵌合）のために必要となる軸方向力を提供する。傘形環状歯車７６の、端面歯列７８とは反対の側は、スラストニードル軸受け８６によってアクチュエータハウジング３に対して軸方向で支承されている。ロックナット７２は内側のスライドスリーブ２０を取り囲んでいて、この内側のスライドスリーブ２０に、非セルフロック式の、つまり非緩み止め式のねじ山８８によって回転可能に支承されている。
【００２０】
有利には電磁式に操作可能であるロック装置９０はハウジング９２を有している。このハウジング９２は環状室７０に設けられた半径方向の開口にフランジ締結されている。ロック装置９０は軸９４を有しており、この軸９４の半径方向内側の端部には傘歯車９６が、反対の側の半径方向外側の端部には円筒状のはずみディスク９８が、それぞれ配置されている。傘歯車９６は傘形環状歯車７６の歯列と噛み合っていて、この傘形環状歯車７６と共に傘歯車伝動装置を形成している。この傘歯車伝動装置は比較的高い変速比を有しており、この変速比はたとえば３．０〜８．０の範囲にある。軸９４はロック装置９０のハウジング９２内に深溝形玉軸受け１００によって回転可能に支承されており、この場合、軸９４はブレーキスピンドル４８に対して直角に配置されている。
【００２１】
はずみディスク９８の、ブレーキスピンドル４８に向けられた側の端面は、リング１０４のための環状切欠き１０２を有している。リング１０４は軸９４に対して同軸的に配置されていて、軸方向の延びるピン１０６に沿って摺動可能に取り付けられている。これにより、リング１０４ははずみディスク９８に相対回動不能に結合されている。さらに、リング１０４の、はずみディスク９８とは反対の側に向けられた端面は、半径方向外側の歯冠１０８を有しており、この歯冠１０８は、ロック装置９０のハウジング９２に支持された別の歯冠１０８′に向かい合って位置していて、圧縮ばね１１０の作用に基づきこの歯冠１０８′から離れる方向に押圧されている。リング１０４には、さらにロック装置９０のハウジング９２に軸方向で相前後して配置された２つの電磁コイル１１２，１１２′が向かい合って位置している。両電磁コイル１１２，１１２′は電気的な接続部１１４により通電可能である。リング１０４と、両歯冠１０８，１０８′と、両電磁コイル１１２，１１２′とは一緒になって１つの電磁式歯ブレーキ１１６を形成している。
【００２２】
両電磁コイル１１２，１１２′が通電されると、磁気的な吸引力が生ぜしめられ、この吸引力はリング１０４を、圧縮ばね１１０の作用に抗してピン１０６に沿って軸方向で電磁コイル１１２，１１２′へ向かって運動させる。これにより、リング１０４の歯冠１０８はロック装置９０のハウジング９２に保持された歯冠１０８′と噛み合い、ひいてはこの歯冠１０８′と相対回動不能の結合を成立させる。その場合、傘形環状歯車７６を介してロック装置９０に導入されたトルクをロック装置９０のハウジング９２で支持することができる。この場合、傘歯車９６と軸９４とはずみディスク９８とを通る力伝達経路が形成される。
【００２３】
それに対して電磁式歯ブレーキ１１６の解除位置では、両電磁コイル１１２，１１２′が通電されていないので、リング１０４の歯冠１０８は圧縮ばね１１０の作用により、ロック装置９０のハウジング９２に保持された歯冠１０８′との噛合いから解除され、その結果、傘形環状歯車７６は傘歯車９６、軸９４およびはずみディスク９８と一緒にロック装置９０のハウジング９２に対して自由に回転することができる。その場合、はずみディスク９８とリング１０４と軸９４と傘歯車９６とは一緒になって、ブレーキスピンドル４８に対して直角にまたはブレーキ緊締作動方向に対して直角に回転可能でかつスリップクラッチ７４をはさんでロックナット７２とは反対の側に配置された１つのはずみ質量体１１８を形成する。この場合、はずみディスク９８の半径に基づき、はずみ質量体１１８の質量慣性モーメントにおけるはずみディスク９８の占める割合が最大となる。
【００２４】
ＳＲモータ２４はブレーキ力発生器を形成し、ＳＲモータ２４からトングレバー５７，５７′にまでの力伝達経路の別のエレメントはブレーキ力変換器１２０を形成する。ブレーキ力発生器として電動モータ２４が使用されると特に有利である。しかし択一的には、ブレーキ力発生器が１つまたは２つの操作方向に作用するハイドロリック式またはニューマチック式のブレーキシリンダであってもよいし、あるいは１つまたは２つの方向に作用する別のユニットであってもよい。ロック装置９０と永久磁石ブレーキ３４とＳＲモータ２４とは、開ループ制御および閉ループ制御のための電子制御装置（図示しない）によって制御可能である。このような背景に基づき、ブレーキアクチュエータ１は以下に述べる機能を有している：
ブレーキアクチュエータ１の図１に示した解除位置では、外側の蓄えばね１２と内側の蓄えばね１０とがプリロードもしくは予荷重をかけられている。内側の蓄えばね１０のばね力は内側のスライドスリーブ２０から非緩み止め式のねじ山８８を介してロックナット７２へ伝達され、さらにロックナット７２からスリップクラッチ７４を介して傘形環状歯車７６とはずみディスク９８とに伝達される。内側の蓄えばね１０のばね力に基づき、非緩み止め式のねじ山８８にはトルクが生ぜしめられる。すなわち、ロックナット７２ははずみ質量体１１８と一緒に回転しようとする。しかしこのことは、通電された、つまり閉じられた電磁式歯ブレーキ１１６によって阻止される。
【００２５】
外側の蓄えばね１２のばね力は、ナット／スピンドル構成ユニット６４が非緩み止め式に形成されているにもかかわらず、外側のスライドスリーブ１６によってナット／スピンドル構成ユニット６４のナット６６に支持される。なぜならば、外側の蓄えばね１２のばね力に基づきブレーキスピンドル４８に生ぜしめられたトルクが、解除位置で閉じられた永久磁石ブレーキ３４を介してアクチュエータハウジング３に導入されるからである。ナット６６から、力伝達経路はブレーキスピンドル４８と２列式の深溝形玉軸受け６１とを介して内側のスライドスリーブ２０に進入し、そしてこの内側のスライドスリーブ２０からは、内側の蓄えばね１０のばね力と同じ経路をたどって傘形環状歯車７６に導入される。このことは、解除位置では外側の蓄えばね１２も内側の蓄えばね１０も、ロック装置９０によって緊締された状態に保持されることを意味する。
【００２６】
解除位置から常用ブレーキ状態への移行時では、永久磁石ブレーキ３４が電子制御装置により通電され、これにより永久磁石ブレーキ３４が開いて、ＳＲモータ２４の回転を可能にする。ＳＲモータ２４には、制御装置によってやはり電気的なエネルギが供給される。ロータ３２とブレーキスピンドル４８との回転により、ナット／スピンドル構成ユニット６４のナット６６は外側のスライドスリーブ１６およびコネクティングロッド５２と一緒に常用ブレーキ位置へ引き出される。コネクティングロッド５２のこの引出し運動は外側の蓄えばね１２によって助成される。外側の蓄えばね１２は機能的に見てＳＲモータ２４に並列接続されている。
【００２７】
制御装置によるＳＲモータ２４の制御と、外側の蓄えばね１２とはこの場合、外側の蓄えばね１２が単独で、最小ブレーキ力と最大ブレーキ力との間にあって、かつ作動ゼロ点を規定する所定のブレーキ力値を発生させるように互いに調整されている。ＳＲモータ２４は作動ゼロ点では無電流状態に切り換えられている。したがって、作動ゼロ点において作用するブレーキ力の大きさは、とりわけ外側の蓄えばね１２のばね率（ばね定数）とプリロード度もしくは予荷重度とに関連している。最大ブレーキ力を達成するためには、ＳＲモータ２４が制御装置によって四象限運転で制御され、この場合、ＳＲモータ２４は外側の蓄えばね１２をブレーキ緊締作動方向への回転と、正の制動モーメントの送出とによって助成する。このことは、たとえば第１象限での運転に相当する。作動ゼロ点におけるブレーキ力よりも小さなブレーキ力を達成するためには、ＳＲモータ２４がやはりブレーキ緊締作動方向へ回転するが、しかしジェネレータに類似して負のトルクを提供する。この負のトルクはナット／スピンドル構成ユニット６４を介して外側の蓄えばね１２に作用する（第２象限での運転）。内側の蓄えばね１０は常用ブレーキ力の形成には関与しておらず、緊縮された状態のままとなる。なぜならば、引き続き通電されている電磁式歯ブレーキ１１６によってロックナット７２がロックされているからである。
【００２８】
留置ブレーキまたはパーキングブレーキを用いて得られる最終ブレーキ力よりも約２０％低いブレーキ力が達成されるまで、上で説明した常用ブレーキを実施することにより、留置ブレーキまたはパーキングブレーキの制御された導入が開始される。制御装置の相当する制御信号により、ＳＲモータ２４が停止され、永久磁石ブレーキ３４は電流供給の中断により閉じられ、電磁式歯ブレーキ１１６は通電遮断により解除される。内側のスライドスリーブ２０に作用する、内側の蓄えばね１０により形成されたばね力に基づき、ロックナット７２と内側のスライドスリーブ２０との間の非緩み止め式の台形ねじ山８８にトルクが形成され、このトルクは、このときに自由に回転可能となったはずみ質量体１１８によってもはや支持されなくなる。その結果、ロックナット７２は内側のスライドスリーブ２０に沿って回転を開始し、この内側のスライドスリーブ２０はその後にブレーキ緊締作動方向へ運動して、軸方向のストッパ２２を介して外側のスライドスリーブ１６をコネクティングロッド５２と共に連行する。それと同時に、ロック解除された外側のスライドスリーブ１６は外側の蓄えばね１２のばね力に基づきブレーキ緊締作動方向へ運動することができる。このときに、永久磁石ブレーキ３４が開かれているのか、または閉じられているのかは重要ではない。なぜならば、この過程の際に中間スリーブ４４がブレーキスピンドル４８と一緒にロータ３２の中空軸３６のスプライン軸歯列４０内を軸方向に移動するからである。したがって、留置ブレーキ位置では、並列に作用する両蓄えばね１０，１２のばね力の総和から得られる全ブレーキ力が作用する。
【００２９】
ブレーキ緊締作動運動の間、ロックナット７２の回転は傘歯車伝動装置７６，９６を介して、より高い回転数で行われるはずみ質量体１１８の回転に変換されるので、弛緩する蓄えばね１０，１２の位置エネルギの大部分は回転エネルギに変換される。ブレーキ位置が達成されると、全エネルギ供給を遮断することができる。そしてレール車両は内側の蓄えばね１２と外側の蓄えばね１０のばね力によって留置ブレーキ位置に信頼性良く保持されている。これにより得られた留置ブレーキ力を比較的長い時間にわたって維持するためには、内側の蓄えばね１２および外側の蓄えばね１０において小さなリラクセーション（緩和）しか許容され得ない。有利には、両蓄えばね１０，１２が、Ｆａ．Ｔｒｅｆｉｌｅｕｒｏｐｅ社の高強度のケイ素ばね線材ＣＳｉＶａ  ＴＨ−３８１  ＨＲＡから成っている。
【００３０】
ブレーキ位置の達成と同時に、ロックナット７２の回転は停止する。ロックナット７２と傘形環状歯車７６との間のスリップクラッチ７４は、上側の限界トルク（この上側の限界トルクが超えられると、端面歯列７８の間での相対回動が開始され得る）がブレーキ終端位置においてはずみ質量体１１８の質量慣性モーメントと、ブレーキ当付け行程の実施後に存在する減速との積から成るトルクによって超過されるように設計されている。これにより、ブレーキ位置の達成後にはずみ質量体１１８は、さしあたり引き続き回転することができ、そして主として傘形環状歯車７６とロックナット７２とに設けられた端面歯列７８の間で行われる摩擦に基づいて、徐々に停止させられる。これにより、はずみ質量体１１８に蓄えられた回転エネルギを徐々に減少させてゆくことができる。
【００３１】
ブレーキアクチュエータ１への電流供給および／または開ループ制御および閉ループ制御のための制御装置および常用ブレーキ時の上位の車両制御部が故障した場合には、ロック装置９０の電磁コイル１１２，１１２′がもはや通電されなくなるので、圧縮ばね１１０はリング１０４をはずみディスク９８の方向へ引き戻し、ひいては電磁式歯ブレーキ１１６を解除する。これに続く結果は、上で留置ブレーキまたはパーキングブレーキにつき説明したものと同じであるので、非常ブレーキまたは安全ブレーキの場合にも、並列に作用する両蓄えばね１０，１２のばね力の総和から全ブレーキ力が生ぜしめられる。
【００３２】
留置ブレーキ位置または非常ブレーキ位置からのブレーキの解除は２つのステップで行われる。この場合、まず内側の蓄えばね１０が緊縮される。永久磁石ブレーキ３４が制御装置によって通電され、ひいては開放され、ＳＲモータ２４がブレーキ緊締作動方向へ駆動される。このときに、回転するブレーキスピンドル４８はナット／スピンドル構成ユニット６４のナット６６に支持されて、内側のスライドスリーブ２０と一緒に解除位置の方向へ運動する。このときに、ロックナット７２はロック装置９０が開放された状態で内側のスライドスリーブ２０に沿って回転する。解除位置における状態に相当する、内側の蓄えばね１０の緊縮された状態が達成されると、ＳＲモータ２４は制御装置によって停止され、ロック装置９０は電磁コイル１１２，１１２′の通電によってロック位置へもたらされる。しかし、電磁コイル１１２，１１２′が既に通電されていて、ひいてはロック装置９０が既に閉じられている場合でも、内側の蓄えばね１０の緊縮は可能である。
【００３３】
引き続き、次のステップで、外側の蓄えばね１２が緊縮される。この場合、ＳＲモータ２４が逆回転方向、つまり解除方向へ作動される。ブレーキスピンドル４８はロックされた内側のスライドスリーブ２０に支持されて、その回転によりナット／スピンドル構成ユニット６４のナット６６を外側のスライドスリーブ１６と一緒に解除位置の方向へねじ込む。引き続き、ＳＲモータ２４が遮断され、永久磁石ブレーキ３４が作動させられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明によるブレーキアクチュエータの有利な実施例を解除位置で示す断面図である。
【図２】
ブレーキアクチュエータのエネルギ蓄え式ブレーキユニットのロック装置を図１の一部の拡大図として示す図である。
【符号の説明】
１  ブレーキアクチュエータ
２  ブレーキ緊締作動装置
３  アクチュエータハウジング
４  カバー区分
６  開口
７  内側の壁
８  外側の壁
１０  内側の蓄えばね
１２  外側の蓄えばね
１４  環状つば
１６  外側のスライドスリーブ
１８  環状つば
２０  内側のスライドスリーブ
２２  軸方向のストッパ
２４  ＳＲモータ
３０  ステータ
３２  ロータ
３４  保持ブレーキ
３６  中空軸
３８  玉軸受け
４０  スプライン軸歯列
４２  フィン
４４  中間スリーブ
４６  ジャーナル
４８  ブレーキスピンドル
５０  カップ形の区分
５２  コネクティングロッド
５３  偏心レバー
５５  ピン
５６  偏心軸
５７  トングレバー
５７′  トングレバー
５８  ブレーキパッド
５９  ブレーキディスク
５９′  押圧ロッド式アクチュエータ
６０  ナット
６１  深溝形玉軸受け
６２  肩部
６４  ナット／スピンドル構成ユニット
６６  ナット
６８  付設部
７０  環状室
７２  ロックナット
７４  スリップクラッチ
７６  傘形環状歯車
７８  端面歯列
８０  スナップリング
８２  皿ばねユニット
８４  深溝形玉軸受け
８６  スラストニードル軸受け
８８  非緩み止め式のねじ山
９０  ロック装置
９２  ハウジング
９４  軸
９６  傘歯車
９８  はずみディスク
１００  深溝形玉軸受け
１０２  環状切欠き
１０４  リング
１０６  ピン
１０８  歯冠
１０８′  歯冠
１１０  圧縮ばね
１１２  電磁コイル
１１２′  電磁コイル
１１４  電気的な接続部
１１６  電磁式歯ブレーキ
１１８  回転はずみ質量体
１２０  ブレーキ力変換器
【国際公開パンフレット】
2004516431.tif 000003
2004516431.tif 000004
2004516431.tif 000005
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2004516431.tif 000008
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2004516431.tif 000023
2004516431.tif 000024
【手続補正書】
【提出日】平成15年3月27日(2003.3.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にレール車両ブレーキに用いられるブレーキアクチュエータであって、エネルギ蓄え式ブレーキユニットが設けられていて、該エネルギ蓄え式ブレーキユニットが、有利には安全ブレーキおよび／またはパーキングブレーキの場合にブレーキを緊締作動させるためのエネルギを蓄えかつ放出するためのエネルギ蓄え器（１０）と、該エネルギ蓄え器（１０）をロックしかつロック解除するためのロック装置（９０）とを備えており、該ロック装置（９０）のロック解除後に、エネルギ蓄え器（１０）から放出されるエネルギの一部によって、はずみ質量体（１１８）が減衰目的のために回転運動にもたらされるようになっている形式のものにおいて、はずみ質量体（１１８）が、質量慣性を発生させるためにのみ働く少なくとも１つの独立した別体のはずみエレメント（９８）を有していることを特徴とするブレーキアクチュエータ。
【請求項２】
ロック装置（９０）がロックされた状態で、エネルギ蓄え器（１０）により形成された力および／またはモーメントが、はずみ質量体（１１８）の少なくとも一部を介して当該ブレーキアクチュエータ（１）のハウジング（３）内に導入可能であり、かつ該ハウジング（３）で支持可能である、請求項１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項３】
エネルギ蓄え器（１０）とはずみ質量体（１１８）との間に、３．０〜８．０の範囲内の変速比を有する変速伝動装置（７６，９６）が接続されている、請求項２記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項４】
はずみ質量体（１１８）がエネルギ蓄え器（１０）にスリップクラッチ（７４）によって解離可能に連結されており、ただし該スリップクラッチ（７４）は、ブレーキ位置の達成後にはずみ質量体（１１８）がエネルギ蓄え器（１０）から連結解除されるように設計されている、請求項３記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項５】
はずみエレメントがはずみディスク（９８）により形成されており、はずみ質量体（１１８）が、さらにロック装置（９０）のハウジング（９２）内に回転可能に支承された軸（９４）と、傘歯車（９６）とを有しており、前記軸（９４）の一方の端部に前記はずみディスク（９８）が配置されており、前記軸（９４）の他方の端部に前記傘歯車（９６）が配置されており、該傘歯車（９６）が、該傘歯車（９６）に対して直角に配置された傘形環状歯車（７６）と共に変速伝動装置を形成している、請求項４記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項６】
前記傘形環状歯車（７６）が前記スリップクラッチ（７４）によって、同軸的なロックナット（７２）と相対回動不能に連結可能であり、該ロックナット（７２）が、非緩み止め式のねじ山（８８）によって、ブレーキ緊締作動方向に線状に移動可能なブレーキ操作機構（２０）に沿ってねじ込み可能であり、該ブレーキ操作機構（２０）にエネルギ蓄え器（１０）が作用している、請求項５記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項７】
前記スリップクラッチ（７４）が、前記傘形環状歯車（７６）と前記ロックナット（７２）とに設けられた、軸方向のばねプリロードに基づいて相対回動不能に噛み合った状態に保持された軸方向端面歯列（７８）により形成されている、請求項６記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項８】
エネルギ蓄え器が少なくとも１つのコイルばね（１０）を有しており、該コイルばね（１０）が、一方では当該ブレーキアクチュエータ（１）のハウジング（３）に支持されていて、他方ではブレーキ操作機構（２０）に支持されている、請求項７記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項９】
前記ブレーキ操作機構がスリーブ（２０）を有しており、該スリーブ（２０）の外周面に前記非緩み止め式のねじ山（８８）が形成されている、請求項８記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１０】
はずみ質量体（１１８）の軸（９４）が、前記コイルばね（１０）の軸方向に対してほぼ直角に延びている、請求項９記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１１】
前記ロック装置（９０）がブレーキ（１１６）を有しており、該ブレーキ（１１６）が、はずみ質量体（１１８）に、特にはずみディスク（９８）に作用している、請求項１０記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１２】
前記ブレーキが、電磁式に操作可能な電磁式歯ブレーキ（１１６）により形成されており、該電磁式歯ブレーキ（１１６）が、前記はずみディスク（９８）により軸方向移動可能に保持されかつ少なくとも１つの圧縮ばね（１１０）によりブレーキ解除位置に押圧されたリング（１０４）を有しており、該リング（１０４）に歯冠（１０８）が設けられており、該歯冠（１０８）が、少なくとも１つの電磁コイル（１１２，１１２′）の通電により、前記圧縮ばね（１１０）の作用に抗して、当該ブレーキアクチュエータ（１）のハウジング（３）に支持された別の歯冠（１０８′）と噛合い可能である、請求項１１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１３】
前記リング（１０４）が前記軸（９４）に対して同軸的に配置されていて、前記はずみディスク（９８）に設けられた軸方向の環状切欠き（１０２）内に、前記はずみディスク（９８）から軸方向の延びるピン（１０６）に沿って摺動可能に収容されている、請求項１２記載のブレーキアクチュエータ。
【国際調査報告】
2004516431.tif 000025
2004516431.tif 000026
2004516431.tif 000027
2004516431.tif 000028
2004516431.tif 000029
2004516431.tif 000030