KR960003318B1 - 작동기 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

작동기

제1도는 본 발명에 따른 작동기, 즉 전자기계식 브레이크 유니트의 실시예의 측단면도.

제2도는 다른 실시예의 측단면도.

제3도는 또다른 실시예의 측단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 하우징 2,3 : 덮개

6 : 코일 스프링 7 : 모터 슬리이브

8 : 구동 슬리이브 12 : 로킹 스프링

15 : 스핀들 21 : 디스크.

[기술분야]

본 발명은 하우징 회전운동을 겪는 구동 슬리이브 및 회전 운동을 공급하는 구동링을 포함하는 작동기에 관한 것이다.

본 발명의 구체예로는 특히 철도 차량용 브레이크 유니트로 사용되는 것이 있으나, 여러가지 응용예 및 제어력이 공급되거나 혹은 외력에 대한 제어된 위치를 확보해야 하는 실시예에도 마찬가지로 사용할 수 있다.

[발명의 배경]

종래, 철도차량의 제동은 압축공기를 브레이크 실린더에 가해주어 수행되어 있었으며, 거기서 피스톤이 축방향으로 이동하고 축방향 제동력을 전달하는 것이었다. 그렇지 않으면, 주차 및 비상 제동에 가장 많이 사용되지만 상용 제동에도 자주 사용되며, 강력한 스프링이 보통 실린더내의 압축 공기에 의해 압축 유지되지만 공기압이 저하되면 제동력이 작용된다.

현 추세는 근대 철도차량의 압축 공기 시스템을 피하려는 경향이 있는데, 이를 위해 수단은 공기 제어나 동력발생이 불가능했다. 이와는 대조적으로, 제어 시스템의 전자 장치의 사용이 빈번하다는 점과 근대 철도차량을 여러 용도로 사용할 수 있는 전기 형태의 동력 전달 장치의 단순화 면에서 동력 발생 매체 및 제어매체 모두 전기를 이용하는 것이 바람직할 때가 많다.

따라서, 소위 “와이어 제동”, 즉 전력이 구동기로부터 공급된 전기 신호에 관련하여 기계적 제동력으로 변환되는 개념에 대한 관심이 높아지고 있다. 이런 시스템에서는 특히, 예를 들어 가능한 스키드 방지 기능 면에서의 정밀도 및 응답시간등 뿐만 아니라 철도차량에 있어서의 극한 주위 응력을 견디는 신뢰성 및 능력면에서의 요구가 높다.

소위 전자-기계 작동기나 브레이크 유니트의 설계에 대한 요구를 만족하게 하기 위한 시도로는 여러가지가 알려져 있다. 그 해결책의 예로는 필요에 따라 제동력을 가해주는 정상 스프링(헬리컬 스프링)을 인장시키는데 전기 모터를 사용하는 방법이 있으며, 이는 US-A-874 219, US-A-2 218 605, US-A-4 033 435, US-A-4 202 430, DE-A-3 010 335, GB-A-2 141 500, EP-A-166 156이다.

또, 다른 해결책으로는 전기 모터로부터의 에너지가 코일 스프링이나 클럭 스프링에 저장되는 예로서, US-A-3 131 738, US-A-3 217 843 및 US-A-3 280 944호가 있다. 하나의 소오스로부터 파생되는 이런 해결 방법에 있어서, 브레이크 작동은 스프링을 신장시키기 위해서 사용되는 모터에 의해 제어된다. 이 모터는 이 기술에 의해서는 최근 시스템에서 요구되는 응답 시간 및 제어를 실제로 얻을 수가 없다.

[발명의 요약]

상기한 요구들을 모두 만족시키기 위해, 본 발명에 따른 작동기는 구동 슬리이브와 이 구동 슬리이브를 제1방향으로 회전하게 하는 하우징사이에 있는 클러치 수단과 구동 슬리이브와 그 동축인 구동링 사이를 연결하는 로킹 스프링과, 구동 슬리이브가 제1방향으로 회전할 때만 구동링에 구동 슬리이브를 연결하지만 구동링을 제2방향으로 회전할 수 있게 하는 기능을 수행하도록 로킹 스프링을 제어하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

철도차량용 브레이크 유니트로 사용할 때는, 본 발명에 따른 작동기는 코일 스프링으로부터의 토오크를 받을 수 있는 구동 슬리이브와, 제동력을 발생하는 모터 혹은 기타 수단과, 토오크를 제동용 축방향 힘으로 변환시키는 볼 스크루 혹은 그와 유사한 수단에 연결된 구동링을 포함한다. 본 발명은 구동 슬리이브와 구동링 사이에 토오크를 전달하는 제어가능한 수단을 갖고 있는 것이다. 브레이크 유니트에서, 제1방향은 브레이크 작동 방향이며, 따라서 제2방향은 브레이크 해제 방향이 된다.

적합하게는 로킹 스프링을 제어하는 수단을 구동 슬리이브와 구동링에 동심이며 로킹 스프링의 한단부와 연결되어 제2방향으로 회전하면 로킹 스프링을 개방하고 구동링을 같은 각 거리만큼 제2방향으로 회전시키는 제어 슬리이브이다.

본 발명의 한 실시예에서, 구동 슬리이브는 모터, 적합하게는 전기 모터에 의해 인장 코일 스프링의 토오크를 겪게된다. 이경우, 구동 슬리이브와 유니트 하우징사이의 클러치 수단은 구동 슬리이브가 제1방향으로 회전하는 것을 정상적으로 방지하는 다른 로킹 스프링으로 하는 것도 좋으며, 로킹 스프링의 한 단부는 제어 슬리이브에 연결되어 제1방향으로 회전하면 로킹 스프링이 개방되고 제어 슬리이브와 같은 각거리 만큼 제1방향으로 구동 슬리이브가 회전될 수 있게 한다.

작동기 또는 브레이크 유니트를 “와이어”로 제어하는 데 대한 요구를 만족시키기 위해, 제어 슬리이브는 양방향으로 회전하여 구동링을 양방향으로 회전시키는 전기 제어 모터에 연결할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 구동 슬리이브는 회전모터, 적합하게는 전기 모터에 직접 연결된다. 이경우 구동 슬리이브와 하우징사이의 클러치 수단은 모터에 의해 구동 슬리이브를 제1방향으로만 회전되게 하는 다른 로킹 스프링으로 할 수 있다.

모터는 제어 슬리이브를 양방향으로 회전하도록 제어 슬리이브에 구동 연결하고, 모터와 구동 슬리이브상의 연결에 있어서 구동 슬리이브를 제1방향으로의 회전만을 전달하는 일방 클러치가 배치된다.

본 발명의 또다른 실시예에서는, 제1실시예에서와 같은 구동 슬리이브는 모터, 적합하게는 전기 모터에 의해 인장 코일 스프링의 토오크를 받는다. 또 클러치 수단은 구동 슬리이브가 제1방향으로 회전되는 것을 방지해주는 외부 로킹핀으로 이루어진다. 이 실시예에서, 구동 슬리이브와 구동링 내부 로킹 스프링사이의 배치된 로킹 스프링을 제어하고 외부 로킹 스프링도 제어하는 수단은 제어부재이며, 이는 하우징 혹은 구동링으로부터 각 로킹 스프링의 단부를 로킹 해제하고 따라서 구동 슬리이브가 제1방향으로 회전되거나 구동링이 제2방향으로 회전하는 것을 해제하는 두개의 전자석의 영향하에 축방향으로 이동 가능하다.

[적합한 실시예의 상세한 설명]

본 발명을 이하에 첨부도면을 참조로하여 보다 상세히 설명하기로 한다. 제1도 내지 제3도는 각각 본 발명에 따른 작동기, 즉 전자-기계 브레이크 유니트의 3가지 실시예의 부분단면 측면도이다.

제1도에 다른 전자-기계 브레이크 유니트는 도면 좌측에 스프링 덮개(2)를 갖고 도면 우측에 기구 덮개(3)를 갖는 하우징을 가진다. 덮개(2,3)는 하우징(1)상에 나사 체결된다. 유니트에는 또 아래쪽에 보인 바와 같이 하우징(1)에 대해 축방향 이동가능한 동력 전달부재(4)가 제공되어 있다. 하우징(1)과 부재(4)에는 예를 들어 종래의 철도차량의 디스크 브레이크 캘리퍼에 있어서 유니트 설치용 부착부재(5)가 제공되어 있다(이 브레이크 배치구조는 도면에 도시하지 않았으나 기술분야에 숙련된 자에게는 잘 알려져 있다). 이런 방법으로, 도면 좌측의 부재(4)의 운동이 일어나면 브레이크가 작동된다.'

강력 코일 스프링 또는 클럭 스프링(6)은 하우징(1)에 배치되어 있다. 스프링(6)의 외측단은 회전가능한 모터 슬리이브(7)에 고정되어 있고 그 내측단은 하우징(1)에 저어널된 회전가능 구동 브레이크(8)에 고정되어 있다.

전기 모터(10)는 하우징(1)에 부착되어 있다. 이는 모터 슬리이브(7)상의 기어링(7')에 구동 연결되어 있다. 예를 들어 로킹 스프링(12)같이 일방 커플링은 모터 슬리이브(7)를 코일 스프링(6)을 조이는 방향으로만 회전되게 한다.

구동 슬리이브(8)와 동축으로 된것은 회전가능한 스핀들에 부착된 스핀들 링(4)과 결합하는 스플라인내의 회전가능한 구동링(13)이다.

구동 슬리이브(8)와 구동링(13)사이[그리고 스핀들링(14)을 거쳐 스핀들(15)]의 회전력 전달은 3개의 동심부재, 즉 외부로킹 스프링(16), 제어 슬리이브(7) 및 내부 로킹 스프링(18)으로 이루어지는 배치구조에 의해서 수행된다.

제어 슬리이브(17)의 외측단 혹은 제1도 우측단에는 기구덮개(3)에 부착된 전기 제어 모터(20)의 회전모터축(19)상의 댕응기어와 맞물린 기어링(17')이 제공되어 있다. 적합하게는 DC 혹은 스텝 모터형으로도 할 수 있는 모터(20)의 축(19)에는 고정된 요우크(22)와 협동하는 디스크(21)가 제공되어 있다. 디스크(21)는 요우크(22)에 의해 계수되는 예를 들어 구멍같은 주위 방향 제어 수단을 갖고 있어서, 이하에 명백히 서술하는 바와 같이 제어모터(20)의 회전을 제어한다.

동력 전달 슬리이브(23)는 동력 전달부재(4)에 부착되어 있다. 볼 스크루 스핀들(15)와 함께 볼 스크루를 형성하는 볼너트(25)는 동력 전달 슬리이브(23)에 회전 불가능하게 부착되어 있다. 스핀들(15)은 레이디얼 볼 베어링(26)에 의해 동력 전달 슬리이브(23)내에, 그리고 볼 베어링(28)에 의해 동력 감지 컵(27)내에 저어널되어 있다. 이 베어링은 또 스핀들(15)로부터 컵(27)으로 축방향 힘을 전달하기도 한다.

탄성 디스크(고무나 그와 유사한 재료로 된)는 동력감지 컵(27)과 기구 덮개(3)사이에 형성되어 있다. 압력변환기(31)는 탄성 디스크(30)와 접촉하면서 덮개(3)내에 배치되어 있다. 동력 감지 컵(27) 영역보다 변환기(31)의 동력 수용 면적이 작아지게 설계하면, 스핀들(15)로부터의 총 힘의 소량만이 변환기(31)에 전달되며, 이 변환기는 어떤 종래의 형태로도 할 수 있고 또 거기에 적용된 압력이나 힘에 따라 전기 신호를 전달한다.

다른 부품간, 특히 두개의 로킹 스프링(16,18)과 제어 슬리이브(17)사이의 상호 작용을 이하에 기술하기로 한다.

다음 서술하는 이유로 적용 스프링이라고도 불리우는 외부 로킹 스프링(16)은 구동 슬리이브(8)가 하우징(1)에 대해 한쪽 방향으로 회전하는 것을 방지하는 것을 주 역할로 한다. 이는 축방향으로 도시되어 있으며 좌측 단부는 구동 슬리이브(8)로 로크되어 있다. 스프링(16)의 주요부분은 그 외면이 슬리이브(8)와 하우징(1)의 동축의 원통형 내면과 접촉하도록 되어 있다. 로킹 스프링(16)의 몇개의 권선은 직경이 작으며 그 내면은 원통형 제어 슬리이브(17) 외면과 결합된다.

해제 스프링이라고도 불리우는 내부 로킹 스프링(18)은 구동 슬리이브(8)와 구동링(13)사이에 한쪽 방향으로 회전운동을 전달하는 역할을 주로 하지만, 이하에 서술하는 바와 같이 제어 슬리이브(17)와 구동링(13) 사이에 다른 방향의 회전운동을 전달하는 수단이 되기도 한다. 로킹 스프링(18)의 내면은 구동 슬리이브(8)와 구동링(13)의 동축 원통형 외면과 접촉한다. 스프링(18)의 외면은 구동링(13)에 로크되어 있으며 그 좌측단에는 제어 슬리이브(17)의 좌측단에 있는 축방향 돌출부(17'')와 결합하는 상향 돌출단부(18')가 제공되어 있다.

이제까지 서술한 배치구조의 기능은 다음과 같다. 코일 스프링(6)을 전기 모터(10)등에 의해 인장 또는 권취했다고 하고 전기 모터의 반대방향 회전을 일반 커플링(12)에 의해 방지했다고 하면, 구동 슬리이브(8)는 한쪽 회전 방향으로 큰 토오크를 받게된다. 그러나, 슬리이브(8)는 적용 스프링(16)에 의해 이 방향으로의 회전이 정상적으로 로크된다.

그러나, 제어 슬리이브(17)를 (제어 모터(20)에 의해)회전시키면 외측 로킹 스프링 또는 적용 스프링(16)을 개방할 수 있다. 즉 제어 슬리이브(17)와 결합하는 스프링 권선에 의해 로킹 방향에 반대되는 방향으로 이를 회전할 수 있게 된다. 이로써 구동 슬리이브(8)는 적용 스프링(16)이 하우징(1)에 슬리이브(8)를 다시 로크할 때까지 코일 스프링(6)의 작용하에 자유로이 회전하게 된다. 다시말하면, 구동 슬리이브(8)의 회전운동은 제어 슬리이브(17)의 회전운동에 대응하게 된다. 이런 회전 운동중에 내부 로킹 스프링(18)은-그 로킹 방향 때문에-구동링(13)에 회전운동 및 토오크를 전달한다.

구동링(13)에 전달된 토오크는 볼 스크루 스핀들(15)을 통해 볼 너트(15)와 동력 전달 슬리이브(23)와 동력 전달부재(4)의 축방향 힘으로 변환된다. 적용 행정 또는 운동은 도면좌측이다.

구동 슬리이브(8)는 제어 슬리이브(17)가 적용 스프링(16)로크 해제 방향으로 제어모터에 의해 회전될 때 그 범위까지 회전[그 토오크를 내부 로킹 스프링(18)을 거쳐 구동링(13)에 전달하기 위해]하게만 한다는 것을 이해해야 한다. 또 제어 슬리이브(17) 자체는 구동 슬리이브(8)의 토오크를 받지 않으며 로킹 스프링(16)의 예비 장력을 극복하는데 필요한 작은 토오크만이 제어 슬리이브(17)에 필요하다는 것에 주목해야 한다.

동력 전달부재(4)와 슬리이브(23)의 도면 좌측 방향(상술한 적응 행정과 더불어)으로의 해제 행정이나 운동은 두단계로 나눌수 있다. 즉, 부재(4)와 슬리이브(23)는 전체 브레이크 디스크(또는 제동부재)와 브레이크 캘리퍼 또는 장비로부터 우측으로 복귀력을 받아 브레이크 패드가 복귀력을 0으로 저하시키면서 브레이크 디스크를 떠나려는 상황에서 끝나게 되는 제1단계와, 슬랙에 대한 기술분야에서 브레이크를 예정 거리만큼 브레이크 디스크로부터 제거하는 제2단계가 그것이다.

상술한 제1단계중 해제 방향으로의 운동을 성취하기 위해, 제어 슬리이브(17)는 상술한 적용 행정과는 반대 방향으로 회전된다. 이 회전은 제어 슬리이브(17)와 결합한 외부로킹 스프링(16)의 회전에 의해 방지되지 않으며, 이때 이 제어 슬리이브(17)는 그 상방의 로킹 스프링(16)의 손잡이를 풀어주는 방향으로 회전된다.

제어 슬리이브(17)의 축방향 돌출부(17'')와 내부 로킹 스프링 또는 해제 스프링(18)의 상향 돌출 단부(18')사이의 결합에 의해, 해제 스프링은 힘의 작용이 스핀들(15)내의 회전방향 성분과 너트(25)의 축방향 성분으로부터 변환된 상태하에서 구동링(13)이 회전되는 것을 방지하지 못한다. 그러나, 이는 제어 슬리이브(17)가 회전하고 있는 동안뿐이다. 이런 회전중에 구동 슬리이브(8)-항상 코일 스프링(6)으로부터 토오크를 받고 있는-는 하우징(1)과 결합한 외부 로킹 스프링(16)에 의해 회전하는 것이 방지된다.

또, 구동링(13)의 회전 운동은 제어 슬리이브(17)의 회전운동과 대응하며, 실제로 제어 슬리이브를 회전시키는 제어모터(10)로부터의 토오크는 전혀 필요치 않게된다. 즉, 토오크는 내부 로킹 스프링(18)의 예비인장력을 극복할 만큼만이 필요하게 된다.

해제 행정의 제2단계중에는 브레이크 장비로부터 스핀들(15)을 거쳐 구동링(13)으로는 토오크가 전혀 전달되지 않는다. 따라서 브레이크 디스크와 브레이크 장비내의 브레이크 패드사이의 예정 슬랙을 확립하기 위해서는 브레이크 디스크로부터 브레이크 패드를 추출하는 구동링(13)상에 다른 회전력을 적용할 필요가 있다. 이 회전력은 비교적 약하며, 제어 모터(20)로부터 나온다. 해제 방향으로 더욱 회전되면 그 회전 운동은 해제 스프링(18)을 통해 구동링(13)으로 전달된다. 그때까지 구동 슬리이브(8)는 외부 로킹 스프링(16)에 의해 회전이 방지된다.

이제까지 서술한 기계적 배치구조에 관련된 전기 및 전자 시스템이 있다. 이 시스템은 도면에 도시하지는 않았으나, 전기 모터(10)와 제어모터(20)에 전기 에너지를 공급하고 그들의 기능을 다음과 같이 제어하는 기능을 갖는다.

상술한 바로부터 알 수 있듯이, 전기 모터(10)의 유일한 기능은 코일 스프링(6) 형태의 축압기에 에너지를 공급하는 다시말해 스프링을 인장하에 유지하는 것이다. 모터는 간헐적으로 동작한다.

이 시스템은 모터(10)가 1) 어떤 이유에서든 시스템에 전류가 나갔을때, 그리고 2) 제어모터(20)가 시동된 뒤에 시동되도록 설계되어 있다.

한편, 모터(10)는 모터 전류가 인장 코일 스프링(6)을 표시하는 예정치에 달할 때까지 차단된다.

일반적으로, 말해, 제어 모터(20(및 그에 관련된 제어 슬리이브(17))는 스핀들(15)용 서어보로서 작용한다. 이는 서로다른 조건하에 다음과 같은 기능을 한다.

상술한 바와 같이, 적용 행정은 제어모터(20)에 의해 제어 슬리이브(17)를 어떤방향-적용방향-으로 회전시켜 수행된다.

압력 변환기(31)가 예정 제동력을 표시하거나, 다시말해 스핀들 링(14), 볼 베이링(28), 동력 감지컵(27) 및 탄성 디스크(30)를 거쳐 변환기(31)로 전달된 스핀들(15)내의 반력이 예정치에 달했으면 제어 모터(20)가 차단된다. 이는 구동 슬리이브(8)로부터 내부 로킹 스피링(18)을 거쳐 구동링(13)에 회전 운동이 더이상 전달되지 않음을 으미한다.

디스크(21)와 요우크(22)에 의해 결정된 적용 방향으로 제어 모터(20)가 2회전한 후에는 전기 모터가 미리 차단된 후 시동된다.

또한편, 해제 행정은 제어 모터(20)를 반대 방향-해제 방향-으로 회전하여 성취된다.

제어모터(20)의 회전은 변환기 (31)가 스핀들(15)내의 매우 낮은 반력, 즉 2KN을 나타낼 때까지 일어난다. 이런 지시값을 나타낼 때 제어 모터(20)는 브레이크 장비내의 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이의 예정 슬랙을 확립하도록 디스크(21)의 요우크(22)의 의해 결정된 바와 같이 몇회전을 더하게 된다.

제1도에 도시하고 상술한 바와 같은 실시예에는 몇몇 변형예가 가능하다.

일반적으로, 예를 들어 유니트를 보다 짧게할 필요가 있을 때는 전기 모터(10)는 다른 위치에 있을 수도 있고, 심지어는 예를 들어 충분한 인장하에 코일 스프링(6)을 항상 유지하는 기능을 하는 공기 모터나 유압작동 실린더같은, 코일 스프링(6)에 에너지를 공급하는 다른 수단으로 대체할 수도 있다.

예를 들어 회전부품의 저어널지지나 채택된 볼 스크루의 형태등의 배치구조의 다른 기계적 부품들을 기술분야에 숙련된 자에게는 잘 알려진 바와 같이 매우 많은 변형할 수도 있다.

그러나, 특히 내부 로킹 스프링(18)의 좌측 단부는 도시하고 설명한 구조와는 달리 외부 로킹 스프링(16)의 우측단과 같은 구조로 할 수도 있다.

또, 동력 전달부재(4) 또는 스핀들(15), 즉 동력 감지컵(27), 탄성 디스크(30) 및 압력 변환기(31)등에 축방향 힘에 따른 신호를 제공하는 구조 대신에 다른 수단 예를 들어 적절히 배치된 응력 게이지 등을 사용할 수도 있다. 이 신호는 브레이크 장비의 다른 부품으로부터도 추출할 수 있다.

본 발명의 제2실시예는 제2도에 도시하고 있다. 이 실시예는 상기 설명 밑 제1도에 도시한 것과 많은 유사점을 갖고 있으며 그 주요한 차이점은 이하에 상세히 서술하는 브레이크 유니트용 제어 시스템에 있다.

다음 부품들의 구조 및 기능을 실질적으로 제1실시예와 동일하며, 따라서 이들에 대해서는 상기한 설명을 참조하기로 한다 : 하우징(40), 스프링 리드(41), 동력 전달부재(42), 부착부재(43), 코일 스프링 또는 클럭 스프링(44), 기어링(45')을 구비한 모터 슬리이브(45), 구동 슬리이브(46), 전기모터(47), 로킹 스프링(48), 구동링(49), 스핀들 링(50), 스핀들(51), 동력 전달 슬리이브(52), 볼 너트(53), 레이디얼 볼 베어링(54), 동력 감지컵(55), 볼 베어링(56), 탄성링(57), 및 변압기(58).

이 경우에 있어서, 스핀들(51)은 길게 연장되어 있으며, [제1도의 실시예의 디스크(21) 및 요크(22)와 동일한 방식으로 그리고 동일한 목적을 위해]고정 요크(60)와 협력하는 디스크(59)를 구비하고 있다.

제1도의 실시예에서와 같이 외부 로킹 스프링(61)과 내부 로킹 스프링(62)이 있는데, 일반적으로 말해 이들은 제1실시예의 대응하는 로킹 스프링(16,18)과 동일한 기능을 갖고 있다. 그러나, 후술하는 바와 같이 이들 로킹 스프링의 제어는 전혀 다르다.

외부 로킹 스프링(61)은 그 인장 상태에서 외면이 구동 슬리이브(46) 및 하우징(40)의 공축 원통형 내면과 접촉하도록 배치되어 있다. 내부 로킹 스프링(62)은 그 인장 상태에서 내면이 구동 슬리이브(46) 및 구동링(49)의 공축 원통형 외면과 접촉하도록 배치되어 있다.

제1클러치 와셔(63)는 회전할 수 없지만, 외부 로킹 스프링(61)의 우측 단부와 결합하여 축방향으로 이동 가능하다. 이 와셔(63)는 하우징(40)의 고정 견부(64)와 결합하여 그와함께 치형 클러치(63-64)를 형성할 수도 있다.

마찬가지로, 제2클러치 와셔(65)는 회전이 불가능하지만, 내부 로킹 스프링(62)의 우측 단부와 결합하여 축방향으로 이동할 수가 있다.

두개의 클러치 와셔(63,65)는 두개의 추력 칼라, 즉 제1칼라(68)와 제2칼라(69)사이에 배치된 나선 압축 스프링(67)에 의해 그들 각각의 견부(64,66)와 결합하기 위해 떨어져서 탄성적으로 눌러진다.

원통형 제어부재(70)는 축방향으로 이동가능하며, 하우징(40)내에 고착된 두개의 전자석(72)의 반대 자장들 내에 배치된 반경부(71)를 구비하고 있다. 두개의 추력 칼라 (68,69)측에 있어서, 제어부재(70)에는 두 칼라(68,69)들사이의 거리보다 약간 큰 폭의 원통형 요홈이 제공되어 있다. 이 요홈의 각각의 단부는 후술하는 방식으로 각각의 칼라와 협동하도록 배열되어 있다. 그러나, 도시된 중립 위치[두개의 전자석(72)중 어느 하나도 여기되어 있지 않은 위치]에서, 양클러치(63-64 및 65-66)는 스프링(67)에 의해[칼라(68,69)를 거쳐] 결합된 채로 유지된다.

이미 기술한 바와 같이, 제2도에 따른 실시예의 일반적인 기능은 제1도에 따른 실시예의 것과 동일하다.

코일 스프링(44)이 인장되고 제동 작업이 요구된다고 가장하자. 이를 달성하기 위해서는 구동 슬리이브(46)에 대한 외부 로킹 스프링 또는 적용 스프링(61)의 로킹 효과가 극복되어야만 한다. 좌측 전자석(72)을 여기화해주므로서, 제어부재(70)가 제2도의 좌측으로 이동되어 클러키(63-64)를 풀어주고 로킹 스프링(61)을 인장되지 않게 해주며, 따라서 이 스프링과 하우징(40)의 결합을 풀어준다. 제1도와 관련하여 상술한 바와 같이, 토오크는 구동 슬리이브(46)로부터 내부 로킹 스프링(62)을 거쳐 구동링(49) 및 부가의 부품들에 전달된다.

이러한 제동 작업의 적용은 좌측 전자석(72)이 여기화되어 있는한 계속되며, 이것은 제1도의 실시예에 있어서 제어 슬리이브(17)이 모터(20)에 의해 회전과 대응하는 방식으로 제어된다. 이 전자석이 비여기화되면, 클러치(63-64)는 결합되고 로킹 하우징(61)은 다시 팽창하여 하우징(40)의 원통형 내면과 결합하므로서 구동 슬리이브(46)의 어떠한 부가적인 회전도 방지해준다.

다른 또는 우측 전자석(72)이 여기화되므로서 제어 부재(70)가 제2도의 우측으로 이동되고 클러치(65-66)가 풀려져서 해제 스트로크가 달성된다. 이러한 방식으로, 내부 로킹 스프링(62)은 인장되지 않게 되며, 구동링(49)과의 로킹 결합이 풀리고 따라서 제1도를 참조하여 상술한 것과 같은 방식으로 해제 방향으로 자유로이 회전하게 된다.

본 발명의 제3실시예가 제3도에 도시되어 있다. 이러한 전자 기계 브레이크 유니트는 제1 및 제2실시 예와 유사하지만, 주로 에너지 저장을 위한 어떠한 코일 스프링도 제공되고 있지 않다는 점에서 그들과는 다르다.

이러한 브레이크 유니트는 좌측 리들(81)와 도면 우측의 기계식 리드(82)를 구비한 하우징(80)을 갖고 있다. 상기 리드(81,82)들은 하우징(80)에 나사 결합되어 있다. 이 유니트에는 또한 후술하는 바와 같이 하우징(80)에 관련하여 축방향으로 이동가능한 동력 전달부재(83)가 제공되어 있다. 브레이크 패드(84)는 동력 전달부재(83)에 부착된다. 브레이크 유니트는 본 기술분야에서 숙련된 사람에게 잘 알려진 방식으로 철도차량의 브레이크 디스크 부근에 배치되어 있다. 따라서, 동력 전달부재(83)의 도면 좌측으로 이동은 제동 작용을 초래할 것이다.

구동 슬리이브(85)는 하우징에 회전가능하게 저널되어 있다. 전기 모터(86)는 좌측 덮개(81)에 부착된다. 이것은 모터측(80)의 확대부(87), 구동 슬리이브(85)와 결합되는 피니언(89), 및 확대부(87)와 피니언(89)사이의 로킹 스프링(90) 형태의 일방향 클러치를 거쳐 구동 슬리이브(85)에 구동연결되어 있다. 이런 식으로, 구동 슬리이브(85)는 모터(86)에 의해 후술하는 바와 같이 제동작용을 위한 회전 방향으로만 회전될 수 가 있으며, 반대 방향으로의 모터(86)의 회전은 일방향 클러치(90)로 인해 구동 슬리이브(85)에 전달되지 않는다.

구동 슬리이브(85)와 동축상에, 회전가능한 스핀들(93)에 부착된 스핀들 링(92)과 키이 결합하는 회전가능한 구동링(91)이 설치되어 있다.

구동 슬리이브(85)와 구동링(91)[및 따라서 스핀들링(92)을 거친 스핀들(93)]사이의 회전력 전달은 세개의 동심부재, 즉 외부로킹 스프링 (94)과 제어 슬리이브(95) 및 내부로킹 스프링(96)으로 구성되는 배열 수단에 의해 수행된다.

제어 슬리이브(95)의 외부 단부 또는 제3도의 우측 단부에는 기어휘일(97)과 결합되는 리어링(95')이 제공되며, 상기 기어휘일은 일체로된 확대부(87)를 갖는 모터축(88)상에 배치되어 있다. 모터(86)의 좌측으로 부터 연장하는 모터축(88)부분에는 위치 변환기를 구성하기 위해 고정 요크(99)와 협력하는 디스크(98)가 제공되어 있다. 이러한 위치 변환기는 후술하는 바와 같이 이완 조정을 위해 모터(86)를 제어하는데 사용된다. 기어휘일(97)에 의해, 제어 슬리이브(95)는 전기모터(86)로 양회전 방향으로 회전될 수가 있다.

동력 전달부재(83)에는 동력 전달 슬리이브(100)가 부착되어 있다. 볼 나사 스핀들(93)과 함께 볼 나사를 형성하는 볼 너트(101)는 동력 전달 슬리이브(100)에 회전 불가능하게 부착되어 있다. 상기 스핀들(93)은 레이디얼 볼 베어링(101A)에 의해 동력 전달 슬리이브(100)내에, 그리고 또한 스핀들(93)로부터 컵(102)까지 축방향 힘을 전달해주고 있는 볼베어링(103)에 의해 동력 감지컵(102)내에 저널되어 있다.

탄성 디스크(104)(고무 또는 유사 물질로 제조됨)는 동력 감지컵(102)과 기계식 덮개(82)사이에 한정된다. 변압기(105)는 탄성 디스크(104)와 접촉 상태로 덮개(82)내에 배치되어 있다. 동력 감지컵(102)보다 변압기(105)의 동력 수용 영역을 작게 설계해주므로서, 스핀들(93)로부터의 전체 동력의 단지 일부만이 변압기(105)에 전달되는데, 이 변압기는 어떤 통상적인 설계 형태일 수 있으며 그 위에 가해진 압력 또는 동력에 따라 전기 신호를 전달한다.

다음에, 여러가지 부품들, 특히 두 개의 로킹 스프링(94,96)과 슬리이브(95)사이의 상호 작용에 대해 설명한다.

외부 로킹 스프링(94)은 구동 슬리이브(85)가 하우징(80)에 대해 한 방향으로 회전하는 것을 방지해주는 역할을 한다. 그 좌측 단부는 구동 슬리이브(85)에 걸려 있다. 이 스프링(94)은 그 외면이 슬리이브(85)와 하우징(80)의 공축 원통형 내면과 접촉하도록 배치되어 있다.

내부 로킹 스프링(96)은 주로 구동 슬리이브(85)와 구동링(91) 사이의 회전 운동을 한 방향으로 전달해주는 역할을 하며, 뿐만 아니라 후술하는 바와 같이 제어 슬리이브(95)와 구동링(91)사이의 회전 운동을 다른 방향으로 전달해주는 수단을 설정해준다. 스프링(96)은 대부분은 그 내면이 구동 슬리이브(85)와 구동링(91)의 공축 원통형 외면과 접촉하도록 배치되어 있다. 스프링(96)의 우측 단부는 구동링(91)에 걸리면 반면에, 스프링(96)의 좌측으로의 몇몇 선회부는 보다 큰 직경을 갖고 그 외면에 의해 원통형 제어 슬리이브(95)의 내면과 결합하고 있다.

이제까지 기술한 배치구성의 기능은 다음과 같다. 즉, 여러가지 다양한 부품들이 제3도에 도시한 각각의 위치에 있고 전기 모터(86)가 공전 상태에 있다고 가정하자. 제동 적용을 달성하기 위해서는, 외부 로킹 스프링(94)에 의해 허용된 방향으로 로킹 스프링(90)과 피니언(89)을 거쳐 구동 슬리이브(85)를 구동해주기 위해 모터(86)가 회전 방향으로 시동된다. 이러한 회전 운동중에, 내부 로킹 스프링(96)은 그 로킹 방향으로 인해 구동링(91)에 회전 운동을 전달한다.

전기 모터(86)는 구동 슬리이브(85)를 회전해 줄 뿐만 아니라 기어휘일(97)을 거쳐 적어도 구동 슬리이브(85)와 동일한 회전 속도로 제어 슬리이브(95)를 회전해주므로서, 내부 로킹 스프링(96)의 선회부들도 또한 회전 운동을 하게된다.

전기 모터(86)로부터 구동링(91)에 전달된 회전 및 토오크는 볼 나사 스핀들(93)을 거쳐 볼 너트(101), 동력 전달 슬리이브(100) 및 동력 전달부재(83)에서 축방향 힘으로 바뀐다. 제동 적용 행정 또는 운동은 도면의 좌측으로 가해진다.

모터(86)가 꺼지면, 전체 배열은 얻어진 위치에서 로크되고, 모터(86)가 반대 방향으로 회전되고나서야 비로소 후술하는 바와 같은 달성될 것이다. 이러한 로크 작업은 두개의 로킹 스위치(94,96)에 의해 달성된다.

동력 전달부재(83) 및 슬리이브(100)의 제3도 우측으로의 해제 행정 또는 운동(상술한 바와 같은 제동적용 행정에 연속하여 일어남)은 두 단계로 나누어질 수가 있다. 즉 제1단계중에는 동력 전달부재(83)와 슬리이브(100)가 브레이크 디스크(또는 다른 브레이크식 부재)로부터 우측으로의 복귀력을 받아 이 복귀력이 0으로 떨어져서 브레이크 패드(84)가 브레이크 디스크를 막 떠나려고 하는 상태에서 끝나고, 제2단계중에는 브레이크 패드가 본 기술분야에서 이완으로 참조되는 원하는 거리를 브레이크 디스크로부터 이동하게 된다.

상술한 제1단계동안 해제 방향으로의 운동을 달성하기 위해, 제어 슬리이브(95)는 상술한 바와 같은 제동 적용 행정중의 방향과는 반대 방향으로 회전된다. 이러한 회전은 기어휘일(97)을 거쳐 전기 모터(86)에 의해 달성된다. 그러나, 로킹 스프링(90)으로 인해 구동 슬리이브(85)에는 회전이 전달되지 않는다.

내부 로킹링(96)의 제3도 좌측으로의 선회부와 제어 슬리이브(95)의 결합에 의해, 상술한 제어 슬리이브(95)의 역회전은 로킹 스프링(96)을 풀어서 너트(101)내의 축방향 힘으로부터 스핀들(93)내의 회전력으로 변형되는 동력의 작용하에서 구동링(91)이 회전하는 것을 허용하지만, 이는 단지 제어 슬리이브(95)가 회전되고 있는 동안에 한한다.

해제 행정의 제2단계동안, 브레이크 패드(84)로부터 스핀들(93)을 거쳐 구동링(91)에 전혀 토오크가 전달되지 않는다. 따라서 브레이크 디스크와 브레이크 패드사이에 원하는 이완을 설정해주기 위해서는, 브레이크 디스크로부터 브레이크 패드(84)를 후퇴시키기 위해 구동링(91)상에 또다른 회전력을 가해줄 필요가 있다. 비교적 작은 이러한 회전력은 전기 모터(86)로부터 기어휘일(97)과 제어 슬리이브(95)를 거쳐 생겨난다. 역방향 또는 해제 방향으로의 슬리이브(95)의 연속 회전시에, 이러한 회전 운동은 내부 로킹 스프링(96)을 통해 구동링(91)에 전달된다. 그러나, 여전히 구동 슬리이브(85)는회전 운동에 관계하지 않는다.

이제까지 설명한 기계적인 배치와 연합된 전기 및 전자 시스템이 있다. 도면에 도시되지 않은 이러한 시스템은 전기 모터(86)에 적절한 방향으로의 회전을 위한 전기 에너지를 공급해주는 기능을 갖는다.

상술한 바와 같이, 제동 적용 행정은 전기 모터(86)를 회전시켜서 제어 슬리이브(95)를 소정 방향, 즉 적용 방향으로 회전시키므로서 달성된다.

스핀들 링(92), 볼 베이링(103), 동력 감지컵(102) 및 탄성 디스크(104)를 거쳐 변압기(105)에 전달된 스핀들(93)내의 제동력 또는 다른말로 하면 반력이 원하는 값에 도달되었음을 변압기(105)가 지시하면, 전기모터(86)가 꺼진다.

한편, 해제 행정은 전기모터(86)를 반대 방향, 즉 해제 방향으로 회전시키므로서 달성된다.

전기 모터(86)의 이러한 회전은 변압기(105)가 스핀들(93)내에서의 매우 낮은 반력을 지시할 때까지 계속 된다. 이러한 지시로부터, 전기 모터(86)는 브레이크 패드와 브레이크 디스크사이에 원하는 이완을 설정해 주기 위해서 위치 변압기(98,99)에 의해 결정된 바와 같은 어떤 여분의 선회수를 회전할 수 있게 해준다.

위치 변압기에 의한 것과는 다른 방식으로 원하는 이완의 형성을 제어하는 것이 가능하다. 예를 들면, 전기모터(86)는 시간 조절식일 수도 있다.

제3도에 도시한 작동기의 가능한 수정에는 전기모터(86)에 의해 부재(87,97,95)들을 경유하는 내부 로킹 스프링(96)의 제어를 제2도에 도시한 제어 형태, 즉 전자석으로 교체하는 것이다.

이런식으로 해서 제어 속도는 증가될 수가 있다. 또한, 그와 같은 수정의 결과, 작동기로부터의 제동력의 전달은 어떤 경우들에 있어서는 바람직할 수도 있는 전압 공급원의 단절시에 자동적으로 중단된다. 대안으로, 역의 상황, 즉 작동기가 전압 공급원의 단절시에 자동적으로 활성화되는 것이 얻어질 수도 있다.

Claims (9)

1. 하우징(1-3 ; 40,41 ; 80-82)과, 회전 운동을 받는 구동 슬리이브(8 ; 46; 85) 및 회전 운동을 공급해주는 구동링(13 ; 49 ; 91)을 포함하는 작동기에 있어서, 상기 구동 슬리이브를 제1방향으로의 회전시키기 위해 구동 슬리이브(8 ; 46 ; 85)와 하우징(1-2 ; 40,41 ; 80-82)사이에 위치한 (16 ; 61 ; 94)과, 공통축을 갖는 구동 슬리이브와 구동링(13 ; 49 ; 91)사이를 연결해주기 위한 로킹 스프링(18 ; 62 ; 96) 및 제2방향 즉 반대 방향으로의 구동링의 회전을 허용하는 것을 제외하고는 구동 슬리이브의 제1방향으로의 회전시에만 구동 슬리이브를 구동링에 구동 연결해주는 기능을 수행하기 위한 로킹 스프링 위한 제어수단(17 ; 65-67,69,70 ; ㅡ95)으로 이루어진 것을 특징으로 하는 작동기.
2. 제1항에 있어서, 상기 로킹 스프링(18 ; 96)을 제어해주는 수단은 구동 슬리이브(8 ; 85) 및 구동링(13 ; 91)과 동심이고 로킹 스프링(18 ; 96)의 한 단부와 연결되는 제어 슬리이브(17 ; 95)이며, 상기 제어 슬리이브가 제2방향으로 회전하므로써 로킹 스프링은 개방되고 구동링은 제2방향에서의 제어 슬리이브(제1도 및 제3도)와 동일한 각 거리로 회전되는 것을 특징으로 하는 작동기.
3. 제2항에 있어서 상기 구동 슬리이브(8)는 모처, 양호하게는 전기모터(10)에 의해 인장 코일 스프링(6)의 토오크를 받도록 되어 있으며, (상기 클러치 수단은 구동 슬리이브(8)가 제1방향으로의 정상 회전되는 것을 방지해주는 로킹 스프링(16)이며, 상기 로킹 스프링의 한 단부는 제어 슬리이브(17)에 연결되므로써, 그 제1방향으로의 회전에 의해 로킹 스프링은 개방되며 구동 슬리이브(8)는 제1방향에서의 제어 슬리이브(제1도)와 동일한 각 거리로 회전되는 것을 특징으로 하는 작동기.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어 슬리이브(17)는 그 양 방향으로의 회전을 위해 제어 모터(20)에 연결되는 것을 특징으로 하는 작동기.
5. 제4항에 있어서, 회전 운동을 축방향 운동으로 변화시켜주기 위해 구동링(13)에 연결된 수단(15,25)을 부가로 포함하며 예정된 축방향 힘이 얻어진 경우, 변압기(31)는 제1방향으로의 회전시에 제어 모터(20)를 차단하기 위한 신호를 전달하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 작동기.
6. 제5항에 있어서, 제2방향으로의 회전중인 제어 모터(20)는 변압기(31)가 축방향 힘이 실질적으로 0인 것을 지시하는 신호를 전달한 후에, 예정 슬랙(slack)을 설정하기 위해 소정의 각 거리로 회전하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 작동기.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구동 슬리이브(85)는 회전 모터, 적합하게는 전기 모터(86)에 연결되며, 상기 클러치 수단은 모터(86)에 의한 오직 제1방향으로 구동 슬리이브(85)의 회전을 허용해주는 로킹 스프링(94)인 것을 특징으로 하는 작동기.
8. 제7항에 있어서, 상기 모터(86)는 양 방향으로의 회전을 허용하기 위해 제어 슬리이브(95)에 구동하게 연결되며, 구동 슬리이브에 대한 회전을 오직 제1방향으로만 전달해주는 일방향 클러치(90)가 모터가 구동 슬리이브(85) 사이의 접속부에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 작동기.
9. 제1항에 있어서, 상기 구동 슬리이브(46)는 모터, 적합하게는 전기 모터(47)에 의해 인장 코일 스프링(44)의 토오크를 받도록 되어 있으며, 상기 클러치 수단은 평상시에 구동 슬리이브(46)가 제1방향으로 정상 회전되는 것을 방지해주는 외부 로킹 스프링(61)이고, 구동 슬리이브와 구동링(49)사이에 배치된 로킹 스프링, 즉 내부로킹 스프링(62)을 제어해줌과 동시에 외부 로킹 스프링도 또한 제어해주는 상기 수단은 하우징(40) 또는 구동링(49)으로부터 각각 양쪽 로킹 스프링(61,62)의 단부를 풀어주므로서 구동 슬리이브(46)의 제1방향으로의 회전 또는 구동링의 제2방향으로의 회전을 각각 허용해주기 위한 두개의 전자석(72)의 영향하에 축방향으로 이동가능한 제어 부재(70)인 것을 특징으로 하는 작동기.

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