制動装置を備えた転がり軸受け

专利摘要:
本発明は、制動装置を備えた転がり軸受け（１）、特に回動結合装置であって、軸受け外輪（２）と軸受け内輪（３）とから成っており、該軸受け外輪（２）と軸受け内輪（３）との間で、付属の走行軌道に沿って転動体（５）が転動し、制動作用を形成するために、摩擦結合によって、軸受け輪（２，３）の一方と結合された摺動可能な制動エレメント（１１）が、対応する別の一方の軸受け輪（３，２）と結合された対向面に押し付けられていて、摩擦結合は、電磁石によって解消されるようになっているものに関する。本発明によれば、制動エレメント（１１）は、組み込まれた軸受け構成部材として、軸受け輪（２，３）の一方の内側に配置されていて、ばね力によって、対向面に押し付けられており、ばね力は、可変に調節されるようになっており、電磁石は、軟鉄コアとしての軸受け輪（２，３）の一方と、該軸受け輪（２，３）を包囲するコイル（１１．７）とから成っている。
公开号:JP2011505524A
申请号:JP2010535316
申请日:2008-10-22
公开日:2011-02-24
发明作者:ヌイスル クリスティアン；シュテルツレ ユルゲン
申请人:シェフラー テクノロジーズ ゲゼルシャフト ミット ベシュレンクテル ハフツング ウント コンパニー コマンディートゲゼルシャフトＳｃｈａｅｆｆｌｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ＧｍｂＨ ＆ Ｃｏ． ＫＧ；
IPC主号:F16C41-00

专利说明:

[0001] 本発明は、制動装置を備えた転がり軸受け、特に回動結合装置であって、軸受け外輪と軸受け内輪とから成っており、軸受け外輪と軸受け内輪との間で、付属の走行軌道に沿って転動体が転動し、制動作用を形成するために、摩擦結合によって、軸受け輪の一方と結合された摺動可能な制動エレメントが、対応する軸受け輪の別の一方と結合された対向面に押し付けられていて、摩擦結合は、電磁石によって解消されるようになっているものに関する。]
[0002] 背景技術
制動装置を備えた転がり軸受けは、古くから知られている。風力設備に設けられた転がり軸受け回動結合装置では、比較的短時間で、走行軌道における溝形成によって故障の発生する恐れがある。この現象は、特に風方向を補償するための僅かな旋回運動によって生じ、ここでは走行軌道に沿って転動体がスライドする。この磨耗を排除するために、様々な手段によって転がり軸受けにおける僅かな回動抵抗を高めることが公知である。これに関連して、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３７２５９７２号明細書およびドイツ連邦共和国特許出願公開第４１０４１３７号明細書では、追加的に環状に延びる制動装置を使用することが提案されている。制動力ひいては所望の回動抵抗は、外側から調節することができる。この場合の欠点によれば、前者では、制動エレメントが風力設備の停止状態でしか持ち上げられない。後者では、制動装置は、機械式の多数の個別構成部材から成っていて、したがって製造が面倒であり、取扱が複雑である。]
[0003] ドイツ連邦共和国特許第１９０４９５４号明細書において、下部構造に旋回可能な上部構造を支承するための、ショベル、クレーンなどの回転軸のない回動結合装置が公知である。回動結合装置は、一体的な回動リングならびに２つの成形リングから構成された別の２つの部分から成る回動リングから成っている。両方の回動リングは、２列の玉軸受けの球によって相互に支持されていて、制動装置を備えている。制動装置は、単数または複数の制動片支持体を備えており、制動片支持体は、一体的な回動リングと結合している構成部材に取り付けられている。この構造体の欠点によれば、制動装置が実際の軸受け構造体の外側に配置されていて、したがって追加的な構成スペースが要求される。]
[0004] 冒頭で述べた、制動機能を有する軸受け構造体は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１０１２７４８７号明細書において公知である。図１に示したラジアル軸受け構造体は、ラジアル軸受けとして形成された溝付玉軸受けと、軸方向にその横に配置された制動装置とを備えている。溝付き軸受けは、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間で保持器に配置された軸受け球とから成っている。さらに溝付き軸受けは、２つのシールリングを備えており、シールリングは、リング室を両側で周囲に対してシールしている。制動装置は、内側の保持リングと外側の保持リングとを備えている。内側の保持リングの、半径方向外向きのフランジに、フラットワイヤばねを介して制動ディスクが取り付けられており、制動ディスクは強磁性材料から成っていて、フランジとは反対側で、制動ライニングを備えている。フラットワイヤばねによる取付により、制動ディスクは、内側の保持リングと相対回動不能に結合されていて、軸方向に摺動可能である。制動ライニングに対向して、外側の保持リングに対向面が形成されており、対向面に、制動ライニングが制動時に押圧される。さらに外側の保持リングは、電気コイルと単数または複数の永久磁石を備えており、電気コイルおよび永久磁石は、それぞれ制動ディスクと溝付き玉軸受けとの間に配置されていて、機械式に外側の保持リング、ひいては対向面と結合されている。] 図１
[0005] この場合の欠点によれば、制動装置は、軸方向で外側部分として軸受けにフランジ結合する必要があり、したがって追加的な構成スペースを必要とする。保持リングは、比較的複雑に形成されていて、手間の掛かる方式でピンによって軸受けリングと結合する必要がある。別の欠点は、制動作用が、制動ディスクを引き付ける永久磁石によって及ぼされることに起因する。特定の使用状況では、恒常的な磁界は不都合である。なぜならば場合によっては鉄を含む汚れが軸受けによって引き寄せられるからである。]
[0006] 発明の開示
本発明の課題は、前述の欠点を解消して、要求される構成スペースが最小であり、その都度の使用状況に適合する制動力を実現する、簡単に製作することのできる制動装置を提供することである。]
[0007] 本発明によれば、この課題は、請求項１の上位概念に記載の構成に関して、特徴部に記載の構成によって解決される。この場合制動エレメントは、組み込まれた軸受け構成部材として、軸受け輪の一方の内側に配置されていて、ばね力によって、対向面に押し付けられており、ばね力は、可変に調節されるようになっており、電磁石は、軟鉄コアとしての軸受け輪の一方と、軸受け輪を包囲するコイルとから成っている。]
[0008] このようにして制動装置を備えた軸受け構造体が形成され、ここでは制動装置は、追加的な構成スペースをほとんど必要としない。なぜならば制動装置が軸受けに組み込まれた構成部材であるという理由による。軸受け輪の一方（通常回動する軸受け輪）に制動エレメントを取り付けたことにより、このようにして、制動装置を備えた転がり軸受けを省スペースに実現することができる。別の利点によれば、組み込まれた転がり軸受け構成部材として制動装置を配置したことによって、制動装置は、追加的かつ面倒な方式で実際の軸受け構造体と結合する必要はない。]
[0009] 電磁石の使用によって、制動力は問題なく解消できるので、転がり軸受けはスムーズに運動することができる。このように形成された、制動装置を備えた転がり軸受けは、恒常的に存在する摩擦モーメントが所望されるが、特定の状況下では極めて迅速に摩擦モーメントを解消する必要がある場合に、特に有利に用いられる。たとえば医療分野に該当するが、転がり軸受け構造は、回動結合装置に用いられ、たとえば多様に形成された医療機器と接続された天井取付式アームに用いられる。その利点によれば、恒常的に存在する摩擦モーメントによって、一方では回動結合装置の不都合な相対回動が防止され、他方では回動結合装置は、制動装置の解除によって容易に変位可能である。非常時には、両方のリングの迅速な相対回動が必要である場合、相対回動は、作用する制動装置によって実現される。有利には、制動力は、両方の軸受け輪の相対回動が依然として人間の筋力によって実現されるように、調節されている。]
[0010] 本発明の別の利点によれば、組み込まれた調節可能な制動構想が実現されており、制動構想は、個別的に顧客によって軸受け構造体を組み立てる際に適合させることができる。制動ユニットを組み立てたあとで摩擦対偶は、押圧ばねの数と同様に僅かに影響を及ぼすことしかできないので、本発明にとって、ばね長さの調節が重要である。なぜならばばね長さが、ばね定数に関して比例的にばね力に影響を及ぼすからである。したがって多種多様な仕様に関して、幾何学的に同じ寸法のばねが用いられるが、ばね力は、ほぼ任意に調節することができる。公知のように、ばね力は、摩擦ライニングに作用し、軸受け構造体の保持モーメントを規定する。換言すると、保持モーメントは、ばねの数および幾何学形状によってまずは固定的に設定されるが、調節リングの調節によって可変である。]
[0011] 本発明の別の形態は、従属請求項に記載した。]
[0012] 請求項２によれば、制動エレメントは、強磁性のアンカプレートと、押圧板と、軸受け輪の一方に配置されたコイルとから成っており、アンカプレートと押圧板との間に制動ライニングが配置されており、軸受け輪の一方と結合されたアンカプレートは、周方向に相互間隔を有して配置された複数のガイドピンを介して軸方向摺動可能に保持されていて、かつ周方向に相互間隔を有して配置された複数のばねエレメントを介して、可変の予荷重を掛けられるようになっていて、ばねエレメントは、軸方向に自由に運動可能な円形リング状の調節リングに支持されるようになっている。]
[0013] ここでは、ばね予荷重の均等な変化が重要であり、摩擦ライニングの面圧を超える片側の過負荷が回避される。このことは円形リング状の調節リングによって実現され、調節リングは、軸受けリングの一方に摺動可能に配置されていて、これによって軸方向にばね端部に作用できるので、ばねの長さひいてはばね力は可変である。]
[0014] 請求項３および請求項４に記載の別の形態によれば、調節リングは、ねじ山を介して、軸受け輪の一方に付属するねじ山に収容されており、押圧板は、ねじ山を介して、軸受け輪の一方に付属するねじ山に収容されている。]
[0015] 両方の形態によって、簡単に、電磁石の空隙を、制動力を解消するために極めて精確に調節することができる。空隙の調節が小さ過ぎる場合、制動作用の解消されない恐れがある。なぜならば制動ライニングが持ち上がらないからである。これに対して空隙が大き過ぎる場合、磁界が弱められ、電磁石は不必要に大きく設計する必要がある。他方では、調節リングの摺動によって、無段階にばねの長さひいては所望の予荷重に影響を及ぼすことができる。]
[0016] 請求項５の追加的な形態もまた有利であり、接着、ナット止めまたはピン止めによって、調節リングの不意の脱落が防止されている。調節過程のあとで、調節リングの回動ひいては制動力の不都合な変化は防止される。]
[0017] 請求項６に記載した追加的な形態では、転動体は、クロスローラとして形成されており、交互に変位した軸線を有するほぼ正方形の横断面を有する、クロスローラのローラが、走行軌道に沿って転動する。この配置構造の利点によれば、特にＸ字形の配置構造で交互に配置された転動体が走行軌道に沿って転動するので、あらゆる方向からの荷重（軸方向荷重、半径方向荷重および傾動モーメント荷重）を、単個のクロスローラ軸受けによって吸収することができる。]
[0018] 請求項７および請求項８に記載の別の形態では、制動エレメントと転動体とは、軸受け輪の一方に配置されたシールエレメントによって分離されており、シールエレメントは、有利には接触シールとして形成されている。このようにすると制動装置は、転動体から到来する、制動装置の作用を大幅に悪化させ得る潤滑剤と接触することがない。]
[0019] 請求項９に記載した本発明の別の形態によれば、軸受け輪の一方は、周の少なくとも１箇所で、半径方向に延びる潤滑剤通流孔を備えている。このようにして転動体および走行軌道の効果的な潤滑による転がり軸受け構造体の特にスムーズな作動が実現される。]
[0020] さらに本発明の別の形態では、転がり軸受けは、医療機器に使用可能である。第１の例は、天井取付式アームであり、天井取付式アームは既に長年来公知であり、ドイツ連邦共和国特許出願公開第３６２７５１７号明細書、ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０６８０３号明細書およびドイツ連邦共和国特許第１９９６３５１２号明細書に記載されている。開示されていない最近の天井取付式アームも同様に制動装置を備えており、制動装置は、２つの制動リングから成っており、制動リングは、軸受け構造体を半径方向外側から包囲する。ここでも制動装置は、追加的に製作する必要のある、実際の軸受けの外側に配置される構成部材を成していて、同様に従来技術に記載した欠点を有している。第２の例は、患者用ベッドまたは患者用テーブルであり、医療処置のために、鉛直軸線を中心にテーブル板を回動することによって、周方向で様々な位置を占めることができる。このためにテーブルは、一方の端部で、回動結合装置を介して、確実に、しかも可動に支持する必要がある。なぜならば他方の端部が、周方向の回動中に多少自由に振動する、つまり支持されていないからである。]
[0021] 本発明の別の形態は、以下の、発明を実施するための形態の説明、ならびに実施の形態を略示した図面から判る。]
図面の簡単な説明

[0022] 本発明による転がり軸受けの側面図である。
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った縦断面図である。
図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った斜視図である。
図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った部分縦断面図である。
図１のＩＶ−ＩＶに沿った部分縦断面図である。] 図１
[0023] 図１〜図４に示した、本発明に従って形成された転がり軸受け１は、外側の軸受け輪としての軸受け外輪２と内側の軸受け輪としての軸受け内輪３とから成っており、軸受け外輪２および軸受け内輪３は、軸受けの軸線４を中心に同心的に相並んで配置されている。軸受け外輪３と軸受け内輪２との間に形成された、詳しくは図示していないリング室に、クロスローラとしての転動体５が取り付けられており、クロスローラの、交互にずらした軸線を有し、ほぼ正方形の横断面を有するローラは、図示していない走行面に沿って転動する。両方の軸受け輪２，３は、図示していない接続構造と結合するための固定孔６，７を備えている。看取されるように、軸受け外輪３は、周の反対側の２箇所に、半径方向に延びる潤滑剤通流孔８を備えており、潤滑剤通流孔８は、転動体５を収容するリング室に通じており、他方の端部で、潤滑剤ニップル９によってそれぞれ閉じられている。軸受け内輪３と軸受け外輪２とは、上部で、シールエレメント１０によって結合されており、シールエレメント１０は、軸受け内輪３の図示していない収容部に固定されていて、接触式（擦過式）に形成されている。] 図１ 図２ 図３ 図４
[0024] 本発明における制動エレメント１１は、強磁性のアンカプレート１１．１から成っており、アンカプレート１１．１は、図３に示したように、円形リング状に形成されていて、周方向で相互間隔を有する複数のガイドピン１１．２により、軸受け外輪２に軸方向摺動可能に保持されている。ガイドピン１１．２は、アンカプレート１１．１の、詳しくは示していない孔に係止し、孔は、直径でガイドピン１１．２の直径よりも幾分か大きくなっている。図２および図２ａから看取されるように、アンカプレート１１．１は、一方の端面側で、均等に相互間隔を有して周方向の複数の位置で、ばねエレメント１１．３によって、軸方向力を掛けられている。ばねエレメント１１．３は、軸受け外輪２の図示していない孔に収容されていて、アンカプレート１１．１とは反対側の端部で、円形リング状の調節リング１１．４に支持されている。調節リング１１．４は、符合を付していない雌ねじ山で、同様に符合を付していない雄ねじ山を介して軸方向摺動可能に軸受け外輪２に保持されている。さらに制動エレメント１１に押圧板１１．５が付属しており、押圧板１１．５も同様に円形リング状に形成されていて、かつ図示していない雌ねじ山を介して、軸受け内輪３に、軸受け内輪３の図示していない雄ねじ山を介して保持されている。押圧板１１．５とアンカプレート１１．１との間に制動ライニング１１．６が配置されており、制動ライニング１１．６は、本形態では、押圧板１１．５と固く結合されている。さらに看取されるように、軸受け外輪２は、図示していない孔を備えており、孔に、コイル１１．７が配置されており、コイル１１．７は、給電ライン１１．８を備えている。] 図２ 図２ａ 図３
[0025] コイル１１．７の非通電状態では、軸受け配置構造は制動されていて、つまり軸受け外輪２と軸受け内輪３とは、摩擦結合（摩擦結合とは、部材相互の摩擦力に基づく結合を意味する）で相互に結合されている。なぜならば軸受け外輪２と結合されたアンカプレート１１．１が、ばねエレメント１１．３によって、ブレーキライニング１１．６を介して、軸受け内輪３に固定された押圧板１１．５に押し付けられているからである。給電ライン１１．８を介してコイル１１．７に電流が供給されると、発生した磁界によって、アンカプレート１１．１は、軸受け外輪２に向かって移動するので、アンカプレート１１．１は、軸受け外輪２に固く当接して、空隙１１．９が解消される。空隙１１．９は、非通電状態では、アンカプレート１１．１と軸受け外輪２との間に形成されている。とりわけ図２および図２ａから看取されるように、コイル１１．７の非通電状態では、空隙１１．９は、押圧板１１．５によって極めて精確に調節することができ、押圧板１１．５が回動することにより軸受け内輪３に対する押圧板１１．５の軸方向位置が変化される。さらに看取されるように、ばねエレメント１３の長さの調節は、軸受け外輪２に対して調節リング１１．４の位置が回動変化することにより、ばねエレメント１３が大小の程度に圧縮されることによって得られる。ばねエレメント１１．３に付した矢印で示したが、ばねエレメント１１．３の軸方向の伸張もしくは圧縮は、調節リング１１．４のねじ山を介して可変である。ばね長さは、ばね定数に関してばね力に影響を及ぼし、この場合ばね力は、ばねエレメントの軸方向短縮度を高める。] 図２ 図２ａ
[0026] １転がり軸受け、 ２軸受け外輪、 ３軸受け内輪、 ４軸受け軸線、 ５転動体、 ６固定孔、 ７ 固定孔、 ８潤滑剤通流孔、 ９ 潤滑剤ニップル、 １０シールエレメント、 １１制動エレメント、 １１．１アンカプレート、 １１．２ガイドピン、 １１．３ ばねエレメント、 １１．４調節リング、 １１．５押圧板、 １１．６制動ライニング、 １１．７コイル、 １１．８給電ライン、 １１．９ 空隙]

权利要求:

請求項1
制動装置を備えた転がり軸受け（１）、特に回動結合装置であって、外側の軸受け輪（２）と内側の軸受け輪（３）とから成っており、該外側の軸受け輪（２）と内側の軸受け輪（３）との間で、付属の走行軌道に沿って転動体（５）が転動し、制動作用を形成するために、摩擦結合によって、軸受け輪（２，３）の一方と結合された摺動可能な制動エレメント（１１）が、対応する軸受け輪（３，２）の別の一方と結合された対向面に押し付けられていて、摩擦結合は、電磁石によって解消されるようになっているものにおいて、制動エレメント（１１）は、組み込まれた軸受け構成部材として、軸受け輪（２，３）の一方の内側に配置されていて、ばね力によって、対向面に押し付けられており、ばね力は、可変に調節されるようになっており、電磁石は、軟鉄コアとしての軸受け輪（２，３）の一方と、該軸受け輪（２，３）を包囲するコイル（１１．７）とから成っていることを特徴とする、転がり軸受け。
請求項2
制動エレメント（１１）は、強磁性のアンカプレート（１１．１）と、押圧板（１１．５）と、軸受け輪（２，３）の一方に配置されたコイル（１１．７）とから成っており、アンカプレート（１１．１）と押圧板（１１．５）との間に制動ライニング（１１．６）が配置されており、軸受け輪（２，３）の一方と結合されたアンカプレート（１１．１）は、周方向に相互間隔を有して配置された複数のガイドピン（１１．２）を介して軸方向摺動可能に保持されていて、かつ周方向に相互間隔を有して配置された複数のばねエレメント（１１．３）を介して、可変の予荷重を掛けられるようになっていて、ばねエレメント（１１．３）は、軸方向に自由に運動可能な円形リング状の調節リング（１１．４）に支持されるようになっている、請求項１記載の転がり軸受け。
請求項3
調節リング（１１．４）は、ねじ山を介して、軸受け輪（２，３）の一方に付属するねじ山に収容されている、請求項２記載の転がり軸受け。
請求項4
押圧板（１１．５）は、ねじ山を介して、軸受け輪（３，２）の一方に付属するねじ山に収容されている、請求項２記載の転がり軸受け。
請求項5
接着、ナット止めまたはピン止めによって、調節リング（１１．４）の不意の脱落が防止されている、請求項３記載の転がり軸受け。
請求項6
転動体（５）は、クロスローラとして形成されており、交互に変位した軸線を有するほぼ正方形の横断面を有する該クロスローラのローラが、走行軌道に沿って転動する、請求項１記載の転がり軸受け。
請求項7
制動エレメント（１１）と転動体（５）とは、軸受け輪（２，３）の一方に配置されたシールエレメント（１０）によって分離されている、請求項１記載の転がり軸受け。
請求項8
シールエレメント（１０）は、接触シールとして形成されている、請求項７記載の転がり軸受け。
請求項9
軸受け輪（２，３）の一方は、周の少なくとも１箇所で、半径方向に延びる潤滑剤通流孔（８）を備えている、請求項１記載の転がり軸受け。
請求項10
医療機器に用いられる、請求項１から９までのいずれか１項記載の転がり軸受け。