(57)【要約】本発明は、特にレール車両ブレーキのためのブレーキアクチュエータであって、ブレーキを締結および／または緩解するブレーキ力発生装置を備えた常用ブレーキユニットと、運転上の非常ブレーキおよび／または固定ブレーキとしてのブレーキを締結するためのエネルギを貯蔵および放出するエネルギ蓄え器（１０）を備えた蓄力ブレーキユニットと、ブレーキ力発生装置および／またはエネルギ蓄え器（１０）により放出されるエネルギをブレーキ締結運動に変換する力変換装置（１００）とが設けられている形式のものに関する。本発明により、ブレーキアクチュエータが、ブレーキを締結および／または緩解するためのエネルギを貯蔵および放出する別のエネルギ蓄え器（１２）を有しており、かつ前記別のエネルギ蓄え器（１２）およびブレーキ力発生装置（２４）が次のように設計可能であって、つまり、ブレーキ力発生装置（２４）によってブレーキ時に加えられる力が、０よりも大であって最大のブレーキ力よりは小である所定のブレーキ締結力値の発生時に、０であるようになっている。
2004514595.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
特にレール車両ブレーキのためのブレーキアクチュエータであって、
ａ）ブレーキを締結および／または緩解するブレーキ力発生装置（２４）を備えた常用ブレーキユニットと、
ｂ）運転上の非常ブレーキおよび／または固定ブレーキとしてのブレーキを締結するためのエネルギを貯蔵および放出するエネルギ蓄え器（１０）を備えた蓄力ブレーキユニットと、
ｃ）ブレーキ力発生装置および／またはエネルギ蓄え器（１０）により放出されたエネルギをブレーキ締結運動に変換する力変換装置（１００）と
が設けられている形式のものにおいて、
ｄ）ブレーキを締結および／または緩解するためのエネルギを貯蔵および放出する別のエネルギ蓄え器（１２）が設けられており、
ｅ）前記別のエネルギ蓄え器（１２）およびブレーキ力発生装置（２４）が次のように設計可能であって、つまり、ブレーキ力発生装置（２４）によりブレーキ時に加えられる力が、０よりも大であって最大のブレーキ力よりは小である所定のブレーキ締結力値の発生時に、０であ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】
前記別のエネルギ蓄え器（１２）がもう一方のエネルギ蓄え器（１０）と共に、非常ブレーキ時および／または固定ブレーキ時においてブレーキ締結方向で作動可能である、請求項１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項３】
前記別のエネルギ蓄え器が、ブレーキを締結するための少なくとも１つの蓄力ばね（１２）を有しており、該蓄力ばね（１２）がブレーキ力発生装置（２４）ともう一方のエネルギ蓄え器（１０）とに対して機械的に並列に接続されており、かつ前記蓄力ばね（１２）が常用ブレーキ時にブレーキ力発生装置（２４）と共にブレーキ締結方向で操作可能である、請求項２記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項４】
蓄力ばね（１２）が、該蓄力ばね（１２）により、ブレーキ力発生装置（２４）の非アクティブ時に、所定の、有利には中間的なブレーキ力を発生し得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】
ブレーキ力発生装置が四象限動作で運転可能な電動モータ（２４）であって、該電動モータ（２４）と蓄力ばね（１２）とが互いに以下のように調整されており、つまり
蓄力ばね（１２）が単独で、最小のブレーキ力と最大のブレーキ力との間に位置する所定のブレーキ力値（運転原点）を生ぜしめ、
蓄力ばね（１２）と電動モータ（２４）との力が、加法的に合力されて、前記運転原点における所定のブレーキ力よりも大きなブレーキ力を生ぜしめ、
蓄力ばね（１２）と電動モータ（２４）との力が、減法的に合力されて、運転原点よりも小さなブレーキ力を生ぜしめる
ようになっている、請求項４記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項６】
前記蓄力ばねが、半径方向で見て外側の蓄力ばね（１２）であって、該外側の蓄力ばね（１２）が、もう一方のエネルギ蓄え器の、半径方向で見て内側の蓄力ばね（１０）を取り囲んでいる、請求項５記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項７】
内側の蓄力ばね（１０）の一方の端部と外側の蓄力ばね（１２）の一方の端部とがアクチュエータハウジング（２）に支持されており、内側の蓄力ばね（１０）の他方の端部が内側のスライドスリーブ（２０）に支持されており、外側の蓄力ばね（１２）の他方の端部が外側のスライドスリーブ（１６）に支持されている、請求項６記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項８】
内側のスライドスリーブ（２０）および外側のスライドスリーブ（１６）が、同軸的に重なり合って配置されており、かつ軸方向で互いに相対的に摺動可能に案内されていて、外側のスライドスリーブ（１６）が、内側のスライドスリーブ（２０）の、軸方向のストッパ（２２）に、ブレーキ締結方向とは逆方向で当接できるようになっている、請求項７記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項９】
外側のスライドスリーブ（１６）が、締結力をブレーキキャリパに加えるコネクティングロッド（５２）と接続されている、請求項８記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１０】
電動モータ（２４）が、内側の蓄力ばね（１０）と機械的に直列に、かつ外側の蓄力ばね（１２）と機械的に並列に接続されている、請求項９記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１１】
力変換装置（１００）が、ブレーキスピンドル（４８）を備えたナット・スピンドル構成ユニット（６４）を有しており、ブレーキスピンドル（４８）に電動モータ（２４）が軸方向で配置されており、前記ナット・スピンドル構成ユニット（６４）が、電動モータ（２４）の回転運動をブレーキスピンドル（４８）の直線的な摺動に変換するために設けられている、請求項１０記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１２】
内側の蓄力ばね（１０）と外側の蓄力ばね（１２）とが、ブレーキスピンドル（４８）に対して同軸的に配置されている、請求項１１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１３】
電動モータ（２４）に、有利には永久磁石式ブレーキ（３４）として形成された停止ブレーキが対応配置されており、該停止ブレーキが、非通電時には閉鎖され通電時には開放されているようになっている、請求項１２記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１４】
外側のスライドスリーブ（１６）により、ナット・スピンドル構成ユニット（６４）のナット（６６）が回転不能に保持されている、請求項１３記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１５】
ブレーキスピンドル（４８）が、電動モータ（２４）のまたは伝動装置の中空シャフト（３６）内で、軸方向で摺動可能に、ただし中空シャフト（３６）に対しては相対回動不能に案内されている、請求項１４記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１６】
ブレーキスピンドル（４８）が内側のスライドスリーブ（２０）内で回転可能に、ただし軸方向では相対的に固定的に支承されている、請求項１５記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１７】
ブレーキアクチュエータが、内側のスライドスリーブ（２０）の軸方向の位置をロックするための、有利には電磁式に操作可能なロック機構装置（９２）を有している、請求項１６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された形式の、特にレール車両用ブレーキのためのブレーキアクチュエータに関する。
【０００２】
今日レール車両分野において、主として３つのブレーキシステム、すなわち空気式または電空式のブレーキシステム、油圧式または電気油圧式のブレーキシステム、ならびに機械式または電気機械式のブレーキシステムが使用されている。この際、ブレーキシステムは、ブレーキアクチュエータの力が、ブレーキをかけるため（アクティブなブレーキシステム）に形成されなければならないのか、またはブレーキを緩解するため（パッシブなブレーキシステム）に形成されなければならないのかに応じて、アクティブまたはパッシブなブレーキシステムとして構成されることができる。機能不全の場合に備えて、空気式のシステムでは圧力空気容器内に、油圧式のシステムでは油圧容器内に、機械式のシステムでは蓄力ばねの形で、エネルギ貯蔵が実施されている。
【０００３】
背景技術で知られている電気機械式のレール車両用ブレーキは、常用ブレーキユニットと、エネルギ蓄え器を備えた蓄力ブレーキユニットとを有している。常用ブレーキユニットは、ブレーキを締結および／または緩解するブレーキ力発生装置を、例えば電動モータ式の駆動装置の形で有している。蓄力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基本的な安全面を考慮した、運転上の非常ブレーキおよび／または駐車ブレーキまたは固定ブレーキとしてブレーキを締結、つまりブレーキをかけるためのエネルギを貯蔵および放出する少なくとも１つのエネルギ蓄え器を有している。蓄力ブレーキユニットは一般的にはばね式蓄力ブレーキとして形成されている。力変換装置は、ブレーキ力発生装置および／またはエネルギ蓄え器により放出されたエネルギをブレーキ締結運動に変換するために働き、例えば電動モータ式の駆動装置によって駆動されるブレーキスピンドルを有している。
【０００４】
全ブレーキ力もしくは全緩解力が、ブレーキ力発生装置としての、電動モータ式の駆動装置によって加えられるので、ブレーキ力発生装置は高い出力モーメントを目的として設計されなければならない。これにより、ブレーキ力発生装置は比較的大きく、それにより比較的重くそして高価である。
【０００５】
したがって本発明の課題は、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、コンパクトかつ安価に構成されるブレーキアクチュエータを提供することである。
【０００６】
本発明により、この課題は請求項１の特徴部に記載された特徴により解決される。
【０００７】
本発明の利点
別のエネルギ蓄え器およびブレーキ力発生装置は、ブレーキ力発生装置によりブレーキ時に加えられる力が、０よりも大であって最大のブレーキ力よりは小である所定のブレーキ締結力値の発生時に、０であるように設計されることができる。そのために、ブレーキ力発生装置は所定の運転時点においてブレーキ力を発生させる必要がない。この場合、ブレーキ力はむしろエネルギ蓄え器、とくに蓄力ばねにより生ぜしめられる。最大のブレーキ力を達成するために、ブレーキ力発生装置はエネルギ蓄え器を補助し、より小さなブレーキ力を生ぜしめるために、ブレーキ力発生装置はエネルギ蓄え器の力に抗して働く。それゆえ、ブレーキ力発生装置は単に補助的な駆動装置として両方の負荷方向で、最大のブレーキ力を起こしかつブレーキを緩解するために働く。これにより、このシステムでは、パッシブなブレーキシステムの重要な利点が、アクティブなブレーキシステムの利点に組み合わされる。しかも、ブレーキ締結のための蓄力ばねは、純粋にパッシブなブレーキシステムの場合に比べて故障する可能性が小さい。それというのは、この蓄力ばねは最大のブレーキ力を、単独で加える必要はなく、ブレーキ力発生装置と一緒に加えればよいからである。しかもその一方で、ブレーキ力発生装置、例えば電動モータは、純粋にアクティブなブレーキシステムの場合に比べて比較的小さく寸法設定し得る。それというのは、ブレーキ力発生装置もブレーキ力を単独で生ぜしめるのではなく、エネルギ蓄え器と一緒に生ぜしめるからである。
【０００８】
請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載したブレーキアクチュエータの有利な変化形および改良形が可能である。
【０００９】
特に有利な手段に基づいて、別のエネルギ蓄え器がもう一方のエネルギ蓄え器と共に、非常ブレーキ時および／または固定ブレーキ時においてブレーキ締結方向で作動可能である。結果として、この別のエネルギ蓄え器は、常用ブレーキ時だけではなく固定ブレーキまたは非常ブレーキ時においてもブレーキ力発生に寄与し、そのためにもう一方のエネルギ蓄え器は比較的小さく寸法設定され得る。さらに、別のエネルギ蓄え器により冗長性が与えられているので、安全性が向上する。
【００１０】
有利には、別のエネルギ蓄え器は、ブレーキを締結する少なくとも１つの蓄力ばねを有しており、この蓄力ばねはブレーキ力発生装置ともう一方のエネルギ蓄え器に対して機械的に並列に接続されており、常用ブレーキ時にはブレーキ力発生装置と一緒にブレーキ締結方向で操作可能である。その際、蓄力ばねは、該蓄力ばねにより、ブレーキ力発生装置の非アクティブ時に、所定の、有利には中間的なブレーキ力が発生され得るように設計されていることができる。
【００１１】
変化例に基づいて、蓄力ばねが、半径方向で見て外側の蓄力ばねとして形成されており、該外側の蓄力ばねが、もう一方のエネルギ蓄え器を形成する、半径方向で見て内側の蓄力ばねを取り囲んでおり、これにより、特に省スペースな配置が得られる。
【００１２】
実施例の説明
以下に図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【００１３】
図１に全体的に符号１を付与されて緩解位置もしくは弛め位置で示された、ブレーキアクチュエータの有利な実施形態は、レール車両の電気機械式のブレーキ締結装置（Ｂｒｅｍｓｚｕｓｐａｎｎｅｉｎｒｉｃｈｔｕｎｇ）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、実質的に中空円筒状のアクチュエータハウジング（図１では破断した形で図示した）２を有しており、アクチュエータハウジング２は一方の軸方向端部でカバー区分４により閉鎖され、カバー区分４は中心に孔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２は実質的に二重壁状に形成されており、内側の壁７と外側の壁８との間のスペースには、内側の蓄力ばね１０と、これに対して同軸的な外側の蓄力ばね１２とが配置されており、その際、外側の蓄力ばね１２は内側の蓄力ばね１０を取り囲んでいる。
【００１４】
蓄力ばね１０，１２は有利にはコイルばねとして形成されており、それぞれ一方の端部でカバー区分４に支持されている。外側の蓄力ばね１２はその他方の端部で、外側のスライドスリーブ１６の環状鍔１４に支持されており、内側の蓄力ばね１０はその他方の端部で内側のスライドスリーブ２０の環状鍔１８に支持されている。その際、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２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および外側のスライドスリーブ１６は軸方向で見て相並んで案内されており、かつ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２の内側の壁７の、半径方向で見て内側の周囲面に沿って摺動可能に案内されており、さらに、外側のスライドスリーブ１６は緩解位置においては内側のスライドスリーブ２０の、軸方向のストッパ２２に当接するようになっている。さらに、外側のスライドスリーブ１６の環状鍔１４は、内側のスライドスリーブ２０の環状鍔１８を軸方向および半径方向で凌駕している。
【００１５】
カバー区分４には、蓄力ばね１０，１３とは反対の面に、四象限動作で運転可能なモータ、有利にはＳＲモータ（スイッチトリラクタンスモータ）２４がフランジを介して結合されており、この際、モータハウジング２８の、軸方向の環状突出部２６はカバー区分４の孔６内でセンタリングされている。ＳＲモータ２４は、半径方向で見て外側の、ハウジングに固定されたステータ３０を有しており、ステータ３０はロータ３２を取り囲んでおり、ロータ３２は停止ブレーキ３４，有利には永久磁石式ブレーキを用いて制動可能であり、永久磁石式ブレーキ３４は非通電には閉鎖されていて通電時には開放されている。ロータ３２は中空シャフト３６上に載設されており、この中空シャフト３６は球軸受３８を介してモータハウジング２８内で回転可能に支承されており、中空シャフト３６の、半径方向で見て内側の周囲面には、軸方向に延びるスプライン軸咬合部４０が設けられており、このスプライン軸咬合部４０に、中間スリーブ４４の、軸方向に延びる半径方向で見て外側の翼部４２が噛み合う。その結果として、中間スリーブ４４は中空シャフト３６に対して相対回動不能に、ただし軸方向には摺動可能に案内されている。
【００１６】
ブレーキスピンドル４８の一方の端部側に設けられたピン４６は同軸的に、中間スリーブ４４の、蓄力ばね１０，１２側の端部内に突入しており、そこで相対回動不能かつ軸方向でも固定的に保持されている。ブレーキスピンドル４８の他方の端部は、図示していないエキセン軸レバー（Ｅｘｚｅｎｔｅｒｗｅｌｌｅｎｈｅｂｅｌ）のためのコネクティングロッド（Ｐｌｅｕｅｌ）５２の、カップ形の区分５０内に突入している。これに加え、コネクティングロッド５２は端部側に長孔５４を有しており、長孔５４内に、エキセン軸レバーを保持する力測定ピン（Ｋｒａｆｔｍｅｓｓｂｏｌｚｅｎ）が係入し得る。エキセン軸レバーは、寸法上の理由から図示していないブレーキキャリパ（Ｂｒｅｍｓｚａｎｇｅ）に作用する。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内に保持されており、かつ外側のスライドスリーブ１６に、例えばねじ山５６により結合されている。
【００１７】
ブレーキスピンドル４８は内側のスライドスリーブ２０内で、有利にはアキシャル荷重とラジアル荷重とを受けることができる、二列式の深溝球軸受５８により回転可能に支承されており、この深溝球軸受５８の内輪は、ブレーキスピンドル４８の雄ねじ山区分上に螺合されたナット６０により、ブレーキスピンドル４８の肩部６２に対して緊締されていて、これによってブレーキスピンドル４８に相対回動不能および相対軸方向運動不能に保持されている。深溝球軸受５８の外輪は内側のスライドスリーブ２０内で同じく回動不能および相対軸方向運動不能に保持されている。
【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によって包囲されており、ナット・スピンドル構成ユニット６４は有利には例えばボール循環型スピンドル（Ｋｕｇｅｌｕｍｌａｕｆｓｐｉｎｄｅｌ）、ローラねじ山伝動装置（Ｒｏｌｌｅｎｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｅｂ）、ねじ山付ローラねじ伝動装置（Ｇｅｗｉｎｄｅｒｏｌｌｅｎｓｃｈｒａｕｂｔｒｉｅｂ）のような転動体ねじ山伝動装置（Ｗａｅｌｚｅｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｅｂ）としてか、あるいは遊星転動体ねじ山伝動装置（Ｐｌａｎｅｔｅｎ−Ｗａｅｌｚｇｅｗｉｎｄｅｔｒｉｅｂ）として形成されていることができる。この際、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内に螺入されており、それによって、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の、半径方向で見て内側の付設部６８と、コネクティングロッド５２の、カップ形の区分５０の端面との間で緊締されるようになっているので、ナット６６はカップ形の区分５０に対して回動防止されて保持されている。それゆえ、ブレーキスピンドル４８の回転時に、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、この際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２のカバー区分４内には環状スペース７０が形成されており、この環状スペース７０内に、ロック機構ナット７２に載設された歯車７４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。カバー区分４の、半径方向に延在していて環状スペース７０を制限している壁７８の、環状スペース７０とは反対側の面７６は、内側と外側の両蓄力ばね１０，１２の各一端部を支持するための支持面を形成している。この壁の他方の、環状空間７０に面した方の面には環状切欠きが設けられており、この環状切欠き内にアキシャル針状ころ軸受８０が保持されており、アキシャル針状ころ軸受８０により歯車７４はアクチュエータハウジング２に対して軸方向で支承されている。その一方で、ロック機構ナット７２は、歯車７４の、アキシャル針状ころ軸受８０から離間する側で、ラジアルな深溝球軸受８２によりアクチュエータハウジング２に対して相対的に支承されており、この深溝球軸受の内輪はロック機構ナット７２の段部８４に対してばね８６により緊締されており、ばね８６は、アクチュエータハウジング２内に着座した止め輪８８により位置決めされている。それゆえ、ばね８６の作用により歯車７４は、ロック機構ナット７２の段部とアキシャル針状ころ軸受８０との間で、力が伝達される（ｋｒａｆｔｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇ）ように保持されている。
【００２０】
ロック機構ナット７２は、内側のスライドスリーブ２０を包囲しており、この内側のスライドスリーブ２０に沿って非自縛式のねじ山９０により回転可能に支承されている。さらに、ソレノイド式のロック機構装置９２には、コイル９４と、歯車７４に関して半径方向で操作可能なロック機構ピストン９６とが設けられており、このロック機構ピストン９６はコイル９４の通電時に戻しばね９８の作用に抗して、円周方向で見て歯車７４の歯の間に係合して、これにより、歯車７４をその回転位置で内側のスライドスリーブ２０に対して相対的に係止する。これに対して、ロック機構ピストン９６は戻しばね９８により、コイル９４の非通電時には半径方向に引き戻され、内側のスライドスリーブ２０に対する歯車７４の自由な回転を許可する。
【００２１】
ＳＲモータ２４はブレーキ力発生装置を形成し、ＳＲモータ２４からブレーキキャリパまでの力伝達経路内に位置するその他のエレメントはブレーキ力変換装置１００を形成している。特に有利には、ブレーキ力発生装置として電動モータ２４が使用される。しかし択一的には、ブレーキ力発生装置は、一方または二方の操作方向に働く液圧式または空気式のブレーキシリンダであってもいいし、一方向または二方向に働く別のユニットであってもよい。ロック機構装置９２、永久磁石式ブレーキ３４およびＳＲモータ２４は、図示していない電子式の制御・調整装置により起動制御可能である。これを背景に以下にブレーキアクチュエータ１の機能について説明する。
【００２２】
図１に示した、ブレーキアクチュエータ１の緩解位置において、内側の蓄力ばね１０および外側の蓄力ばね１２はプレロードもしくは予荷重がかけられている。内側の蓄力ばね１０の力は、内側のスライドスリーブ２０により、非自縛式のねじ山９０を介してロック機構ナット７２に伝達され、そこから歯車７４を介して、ロック機構装置９２の走出したピストン９６に伝達される。ばね力の結果として非自縛式のねじ山９０内にはトルクが生ぜしめられる。つまり歯車７４はロック機構ナット７２と一緒に回転しようとするが、このことはロック機構装置９２の走出したピストン９６により防止されている。
【００２３】
ナット・スピンドル構成ユニット６４は非自縛式であるにもかかわらず、外側の蓄力ばね１２の力は外側のスライドスリーブ１６によりナット・スピンドル構成ユニット６４のナット６６に支えられる。何故ならば、外側の蓄力ばね１２の力に基づいてブレーキスピンドル４８に発生したトルクは、緩解位置において閉じられた永久磁石式ブレーキ３４を介してアクチュエータハウジング２に導入される。ナット６６から力伝達経路はブレーキスピンドル４８と二列式の深溝球軸受５８とを介して内側のスライドスリーブ２０へ延び、そこからは内側の蓄力ばね１０の力と同じ、歯車７４への経路を取る。これが意味することは、緩解位置において外側の蓄力ばね１２も内側の蓄力ばね１０もロック機構装置９２により緊縮された状態で保たれるということである。
【００２４】
緩解位置から常用ブレーキへの移行に際し、永久磁石式ブレーキ３４が電子式の制御・調整装置により通電され、これによりブレーキ３４が開放され、制御・調整装置により同じく電気的なエネルギを供給されるＳＲモータ２４の回転が可能になる。ロータ３２およびブレーキスピンドル４８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とコネクティングロッド５２と一緒に、図２に示した走出した常用ブレーキ位置に運動させられる。このコネクティングロッド５２の走出運動は外側の蓄力ばね１２により補助され、この外側の蓄力ばね１２は、概略的に図４に示されているように、機能上ＳＲモータ２４に対して並列接続されている。
【００２５】
この際、制御・調整装置によるＳＲモータ２４の起動制御と外側の蓄力ばね１２とはそれぞれ互いに、外側の蓄力ばね１２だけで、最小のブレーキ力と最大のブレーキ力との間にあって運転原点（Ｂｅｔｒｉｅｂｓｕｌｌｐｕｎｋｔ）を決定する所定のブレーキ力値が生ぜしめられるように調整されている。ＳＲモータ２４は運転原点においては通電されずに遮断されている。それゆえ、運転原点において作用するブレーキ力の大きさはとりわけ、外側の蓄力ばね１２のばね定数（Ｆｅｄｅｒｒａｔｅ）とプレロードもしくは予荷重の度合とに依存している。最大のブレーキ力を達成するために、ＳＲモータ２４は制御・調整装置によって四象限動作において、ＳＲモータ２４が外側の蓄力ばね１２をブレーキ締結方向つまりブレーキをかける方向への回動とポジティブなモーメントの放出とにより補助するように制御されて、このことは例えば第１の象限での運転に対応する。運転原点における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をブレーキ締結方向とは逆向きに回転させてネガティブなトルクをもたらし、このトルクがナット・スピンドル構成ユニット６４を介して外側の蓄力ばね１２に抗して作用する（第３の象限での運転）。内側の蓄力ばね１０は常用ブレーキ力の発生には関与せずに緊張した状態で留まる。それというのは、歯車７４は、引き続きロックされているロック機構装置９２により係止位置にあるからである。
【００２６】
固定ブレーキの設定は、固定ブレーキにより達成したい最終的な力よりも約２０％少ないブレーキ力に達するまで、上述した常用ブレーキによって導入される。制御装置の適当な制御信号によりＳＲモータ２４は停止され、永久磁石式ブレーキ３４は電流供給の中断によりブレーキ位置に入れられ、ロック機構装置９２は通電の遮断により解除される。この状態は図３に示されている。内側の蓄力ばね１０により生ぜしめられて内側のスライドスリーブ２０に作用するばね力に基づいて、ロック機構ナット７２と内側のスライドスリーブ２０との間の、非自縛式のねじ山９０内にトルクが生ぜしめられる。このトルクは、ロック機構ピストン９６が走入してしまっていることにより、もはや支えられない。従って、ロック機構ナット７２は内側のスライドスリーブ２０に沿って回転を開始し、それに基づいて内側のスライドスリーブ２０はブレーキ締結方向へ運動し、その軸方向のストッパ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。同時に、ロック解除された外側のスライドスリーブ１６は外側の蓄力ばね１２のばね力に基づいてブレーキ締結方向に運動することができる。この際、永久磁石式ブレーキ３４が開放されているか閉鎖されているかは重要ではない。それというのは、中間スリーブ４４はブレーキスピンドル４８と一緒にこの行程時には、ロータ３２の中空シャフト３６のスプライン軸咬合部４０内で軸方向に、図３に示したように摺動するからである。そのためにこの固定ブレーキ位置において、同一方向に作用する両方の蓄力ばね１０，１２のばね力の合計から生ぜしめられる全ブレーキ力が働く。この事実は図４からも明らかであって、ロッカーアームとして図示されたロック機構装置９２を解除した後で、内側の蓄力ばね１０は外側の蓄力ばね１２と一緒にブレーキ力を制輪子において形成する。そして、全てのエネルギ供給は遮断されることができて、レール車両は内側の蓄力ばね１０および外側の蓄力ばね１２のばね力により確実に固定ブレーキ位置に保たれている。これにより得られた固定ブレーキ力をより長時間にわたって維持するためには、内側の蓄力ばね１０と外側の蓄力ばね１２には、極めて僅かな弛緩が許されるに過ぎない。
【００２７】
ブレーキアクチュエータ１の電流供給部および／または制御・調整装置が常用ブレーキ時に故障した場合には、ロック機構装置９２のコイル９４が通電されなくなるので、ロック機構ピストン９６は歯車７４を解放する。それに引き続く結果は、先に固定ブレーキに関して述べたことと同じであるので、非常ブレーキまたは安全ブレーキの場合においても、同一方向に作用する両方の蓄力ばね１０，１２のばね力の合計から成る全ブレーキ力が生ぜしめられる。
【００２８】
固定ブレーキまたは非常ブレーキの後でブレーキを緩解することは、２つのステップで行われる。まず最初に内側の蓄力ばね１０が緊張される。永久磁石式ブレーキ３４が、制御・調整装置により通電されることによって開放され、さらにＳＲモータ２４がブレーキ締結方向に駆動される。この際、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に支持されており、内側のスライドスリーブ２０と一緒に緩解位置の方向に運動する。この際に、ロック機構ナット７２は内側のスライドスリーブ２０に沿って、ロック機構装置９２の開放時に回転する。しかし、このことはロック機構装置９２が閉じられていても、ロック機構ナット７２と歯車７４との間に設けられたフリーホイール１０２により可能である。フリーホイール１０２は、内側の蓄力ばね１０を緊張させる際に、ロック機構ナット７２が歯車７４に対して回動することを可能にしている。逆方向への回動は不可能である。内側の蓄力ばね１０が緊張した状態に達すると、つまり緩解位置にある状態に相当すると、ＳＲモータ２４は制御・調整装置により停止され、コイル９４の通電によりロック機構ピストン９６がロック位置に入れられる。
【００２９】
次のステップでは、ＳＲモータ２４が逆回転方向で、つまり緩解方向で運転されることにより、外側の蓄力ばね１２が緊張させられる。この際、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に支持されており、ブレーキスピンドル４８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と一緒に緩解位置の方向にスクリュー式に移動する。次いで、ＳＲモータ２４が遮断され、かつ永久磁石式ブレーキ３４が電流供給の中断によりブレーキ位置に入れられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
緩解位置にある、本発明によるブレーキアクチュエータの有利な実施形態の断面図である。
【図２】
常用ブレーキ位置にある、図１に示したブレーキアクチュエータの断面図である。
【図３】
非常ブレーキまたは固定ブレーキ位置にある、図１に示したブレーキアクチュエータの断面図である。
【図４】
図１に示したブレーキアクチュエータの、著しく概略化した図である。
【符号の説明】
１　ブレーキアクチュエータ、　２　アクチュエータハウジング、　４　カバー区分、　６　孔、　７　内側の壁、　８　外側の壁、　１０　内側の蓄力ばね、　１２　外側の蓄力ばね、　１４　環状鍔、　１６　外側のスライドスリーブ、　１８　環状鍔、　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、　２６　環状突出部、　２８　モータハウジング、　３０　ステータ、　３２　ロータ、　３４　停止ブレーキ、　３６　中空シャフト、　３８　球軸受、　４０　スプライン軸咬合部、　４２　翼部、　４４　中間スリーブ、　４６　ピン、　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、　５４　長孔、　５６　ねじ山、　５８　深溝球軸受、　６０　ナット、　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　環状スペース、　７２　ロック機構ナット、　７４　歯車、　７６　支持面、　７８　壁、　８０　アキシャル針状ころ軸受、　８２　深溝球軸受、　８４　段部、　８６　ばね、　８８　止め輪、　９０　ねじ山、　９２　ロック機構装置、　９４　コイル、　９６　ロック機構ピストン、　９８　戻しばね、　１００　ブレーキ力変換装置、　１０２　フリーホイール
【国際公開パンフレット】
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【手続補正書】
【提出日】平成14年12月28日(2002.12.28)
【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のためのブレーキアクチュエータであって、
ａ）ブレーキを締結および／または緩解するブレーキ力発生装置（２４）を備えた常用ブレーキユニットと、
ｂ）運転上の非常ブレーキおよび／または固定ブレーキとしてのブレーキを締結するためのエネルギを貯蔵および放出するエネルギ蓄え器（１０）を備えた蓄力ブレーキユニットと、
ｃ）ブレーキ力発生装置（２４）および／またはエネルギ蓄え器（１０）により放出されたエネルギをブレーキ締結運動に変換する力変換装置（１００）と
が設けられている形式のものにおいて、
ｄ）別のエネルギ蓄え器（１２）が、ブレーキを締結するためのエネルギを貯蔵および放出するために設けられており、該別のエネルギ蓄え器（１２）が、ブレーキ力発生装置（２４）ともう一方のエネルギ蓄え器（１０）とに対して機械的に並列に接続された少なくとも１つの蓄力ばね（１２）を有しており、
ｅ）ブレーキ力発生装置（２４）と蓄力ばね（１２）とが互いに以下のように調整されており、つまり常用ブレーキ時に、
蓄力ばね（１２）が単独で、最小のブレーキ力と最大のブレーキ力との間に位置する所定のブレーキ力を生ぜしめるか、
蓄力ばね（１２）とブレーキ力発生装置（２４）との力が、加法的に合力されて、前記所定のブレーキ力よりも大きなブレーキ力を生ぜしめるか、
蓄力ばね（１２）とブレーキ力発生装置（２４）との力が、減法的に合力されて、前記所定のブレーキ力よりも小さなブレーキ力を生ぜしめる
ようになっており、
ｆ）蓄力ばね（１２）がもう一方のエネルギ蓄え器（１０）と共に、非常ブレーキ時および／または固定ブレーキ時においてブレーキ締結方向で作動可能であることを特徴とする、ブレーキアクチュエータ。
【請求項２】
ブレーキ力発生装置が四象限動作で運転可能な電動モータ（２４）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】
前記蓄力ばねが、半径方向で見て外側の蓄力ばね（１２）であって、該外側の蓄力ばね（１２）が、もう一方のエネルギ蓄え器の、半径方向で見て内側の蓄力ばね（１０）を取り囲んでいる、請求項２記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項４】
内側の蓄力ばね（１０）の一方の端部と外側の蓄力ばね（１２）の一方の端部とがアクチュエータハウジング（２）に支持されており、内側の蓄力ばね（１０）の他方の端部が内側のスライドスリーブ（２０）に支持されており、外側の蓄力ばね（１２）の他方の端部が外側のスライドスリーブ（１６）に支持されている、請求項３記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項５】
内側のスライドスリーブ（２０）および外側のスライドスリーブ（１６）が、同軸的に重なり合って配置されており、かつ軸方向で互いに相対的に摺動可能に案内されていて、外側のスライドスリーブ（１６）が、内側のスライドスリーブ（２０）の、軸方向のストッパ（２２）に、ブレーキ締結方向とは逆方向で当接できるようになっている、請求項４記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項６】
外側のスライドスリーブ（１６）が、締結力をブレーキキャリパに加えるコネクティングロッド（５２）と接続されている、請求項５記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項７】
電動モータ（２４）が、内側の蓄力ばね（１０）と機械的に直列に、かつ外側の蓄力ばね（１２）と機械的に並列に接続されている、請求項６記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項８】
力変換装置（１００）が、ブレーキスピンドル（４８）を備えたナット・スピンドル構成ユニット（６４）を有しており、ブレーキスピンドル（４８）に電動モータ（２４）が軸方向で配置されており、前記ナット・スピンドル構成ユニット（６４）が、電動モータ（２４）の回転運動をブレーキスピンドル（４８）の直線的な摺動に変換するために設けられている、請求項７記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項９】
内側の蓄力ばね（１０）と外側の蓄力ばね（１２）とが、ブレーキスピンドル（４８）に対して同軸的に配置されている、請求項８記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１０】
電動モータ（２４）に、有利には永久磁石式ブレーキ（３４）として形成された停止ブレーキが対応配置されており、該停止ブレーキが、非通電時には閉鎖され通電時には開放されているようになっている、請求項９記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１１】
外側のスライドスリーブ（１６）により、ナット・スピンドル構成ユニット（６４）のナット（６６）が回転不能に保持されている、請求項１０記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１２】
ブレーキスピンドル（４８）が、電動モータ（２４）のまたは伝動装置の中空シャフト（３６）内で、軸方向で摺動可能に、ただし中空シャフト（３６）に対しては相対回動不能に案内されている、請求項１１記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１３】
ブレーキスピンドル（４８）が内側のスライドスリーブ（２０）内で回転可能に、ただし軸方向では相対的に固定的に支承されている、請求項１２記載のブレーキアクチュエータ。
【請求項１４】
ブレーキアクチュエータが、内側のスライドスリーブ（２０）の軸方向の位置をロックするための、有利には電磁式に操作可能なロック機構装置（９２）を有している、請求項１３記載のブレーキアクチュエータ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００３】
アメリカ合衆国特許第４５４６２９８号明細書により公知の、電気機械式のレール車両用ブレーキは、常用ブレーキユニットと、エネルギ蓄え器を備えた蓄力ブレーキユニットとを有している。常用ブレーキユニットは、ブレーキを締結および／または緩解するブレーキ力発生装置を、例えば電動モータ式の駆動装置の形で有している。蓄力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基本的な安全面を考慮した、運転上の非常ブレーキおよび／または駐車ブレーキまたは固定ブレーキとしてブレーキを締結、つまりブレーキをかけるためのエネルギを貯蔵および放出する少なくとも１つのエネルギ蓄え器を有している。蓄力ブレーキユニットは一般的にはばね式蓄力ブレーキとして形成されている。力変換装置は、ブレーキ力発生装置および／またはエネルギ蓄え器により放出されたエネルギをブレーキ締結運動に変換するために働き、例えば電動モータ式の駆動装置によって駆動されるブレーキスピンドルを有している。


【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００５】
アメリカ合衆国特許第４７８４２４４号明細書には、１つの蓄力ばねを備えた、電気的に操作可能なブレーキアクチュエータが記載されており、蓄力ばねは常用ブレーキ時にブレーキ力の一部分を形成する。
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、コンパクトかつ安価に構成されるブレーキアクチュエータを提供することである。


【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
本発明の利点
蓄力ばねの形の別のエネルギ蓄え器およびブレーキ力発生装置は、ブレーキ力発生装置によりブレーキ時に加えられる力が、所定の運転時点における０よりも大であって最大のブレーキ力よりは小である所定のブレーキ締結力値の発生時に、０であるように設計されているので、ブレーキ力発生装置は前記所定の運転時点において付加的なブレーキ力を発生させる必要がない。この場合、ブレーキ力はむしろ蓄力ばねだけで生ぜしめられる。最大のブレーキ力を達成するために、ブレーキ力発生装置は蓄力ばねを補助し、より小さなブレーキ力を生ぜしめるために、ブレーキ力発生装置は蓄力ばねの力に抗して働く。それゆえ、ブレーキ力発生装置は単に補助的な駆動装置として両方の負荷方向で、最大のブレーキ力を起こしたりブレーキを緩解したりするために働く。これにより、このシステムでは、パッシブなブレーキシステムの重要な利点が、アクティブなブレーキシステムの利点に組み合わされる。しかも、ブレーキ締結のための蓄力ばねは、純粋にパッシブなブレーキシステムの場合に比べて故障する可能性が小さい。それというのは、この蓄力ばねは最大のブレーキ力を、単独で加える必要はなく、ブレーキ力発生装置と一緒に加えるだけでよいからである。しかもその一方で、ブレーキ力発生装置、例えば電動モータは、純粋にアクティブなブレーキシステムの場合に比べて比較的小さく寸法設定し得る。それというのは、ブレーキ力発生装置もブレーキ力を単独で生ぜしめるのではなく、蓄力ばねと一緒に生ぜしめるからである。


【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
蓄力ばねがもう一方のエネルギ蓄え器と共に、非常ブレーキ時および／または固定ブレーキ時においてブレーキ締結方向で作動可能であるので、この蓄力ばねは、常用ブレーキ時だけではなく固定ブレーキ時かつ／または非常ブレーキ時においてもブレーキ力発生に寄与し、そのためにブレーキ力発生装置のみならず、もう一方のエネルギ蓄え器も比較的小さく寸法設定され得る。さらに、別のエネルギ蓄え器としての蓄力ばねによって冗長性が固定ブレーキ時および／または非常ブレーキ時に与えられているので、安全性が向上する。


【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
蓄力ばねはブレーキ力発生装置に関してかつもう一方のエネルギ蓄え器に関して機械的に並列に接続されており、常用ブレーキ時にはブレーキ力発生装置と一緒にブレーキ締結方向で操作可能である。その際、蓄力ばねは、該蓄力ばねにより、ブレーキ力発生装置の非アクティブ時に、所定の、有利には中間的なブレーキ力が発生され得るように設計されている。


【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載されたブレーキアクチュエータの、有利な発展および改良が可能である。


【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
有利には、蓄力ばねが、半径方向で見て外側の蓄力ばねとして形成されており、該外側の蓄力ばねが、もう一方のエネルギ蓄え器を形成する、半径方向で見て内側の蓄力ばねを取り囲んでおり、これにより、特に省スペースな配置が得られる。




【国際調査報告】
2004514595.tif 000025
2004514595.tif 000026
2004514595.tif 000027
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