阅读说明：本技术 线性驱动装置 (Linear driving device ) 是由 马塞尔·索尔特曼 于 2020-03-04 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种线性驱动装置(2),包括：用于实现线性运动的线性单元(4),用于以发动机驱动所述线性单元(4)的发动机(10),以及,从所述发动机(10)到所述线性单元(4)的驱动连接部(12)。为了保证在电源故障的情况下仍能够安全工作而提出的是,所述线性驱动装置(2)具有与驱动连接部(12)以旋转方式耦接的离心式制动装置(32)。(The invention relates to a linear drive (2) comprising: -a linear unit (4) for effecting linear movement, -a motor (10) for motor-driving the linear unit (4), and-a drive connection (12) from the motor (10) to the linear unit (4). In order to ensure safe operation even in the event of a power failure, it is proposed that the linear drive (2) has a centrifugal brake device (32) which is rotationally coupled to the drive connection (12).)

线性驱动装置

技术领域

本发明涉及一种线性驱动装置，该线性驱动装置包括：线性单元，其用于实现线性运动；发动机，其用于以发动机驱动线性单元；以及，驱动连接部(Antriebsverbindung)，其从发动机到线性单元。

背景技术

线性驱动装置是一种驱动系统，其用于产生平移运动。在通常情况下，该运动是在一条直线上的(也就是线性的)运动，然而该运动也可按照其他预定的运动过程。

在使用旋转发动机(其作为发动机驱动的驱动装置，通常为电动机)时，发动机的旋转驱动运动被转化为线性的有效运动，正如在用于床的驱动装置、医疗技术方面的设备或者工业应用中一样。为此，线性驱动装置包含一线性单元，其将发动机或者在中间连接的传动装置的旋转运动转化为线性运动。

在大多数情况下，线性单元具有带外螺纹的主轴，在该主轴上设置有螺母，该螺母可相对于主轴转动并由此在纵向上移动。而螺母相对于主轴的平移相对运动被传递到与螺母可操作地连接的万向轴管(Schubrohr)。在万向轴管上或者与万向轴管连接地，此类线性驱动装置具有连接部(例如叉头)，在该连接部上可固定有待移动的负载。万向轴管的纵向运动被用于移动负载。

发明内容

如果使用线性驱动装置升高大的负载，则负载的降低可导致在发动机上出现大的返向扭矩。为了减小该返向扭矩，线性驱动装置可具有一制动装置，其将下降运动的势能转化为热。

本发明的任务在于，提出一种线性驱动装置，其具有高的安全性。

该任务通过根据本发明的线性驱动装置来解决，该线性驱动装置具有与驱动连接部以旋转方式耦接的离心式制动装置。

本发明是基于以下考虑，即现有的制动装置——在电动机发生故障的情况下——必须要维持带有负载的线性驱动装置。在这种情况下，负载的进一步降低仅能够通过手动释放制动装置来实现。然而，在手动释放制动装置时可能存在高风险，即负载通过无自锁(selbsthemmungslose)的主轴非常快速地下降，这是因为线性驱动装置通过其较小的摩擦作用无法充分地制动。这种下降会导致发动机和传动装置的破坏，这一方面是由于在线性驱动装置内特别高的转数，而另一方面则是由于负载到达地面时的突然停止。

借助于离心式制动装置——其与驱动连接部旋转式地耦接——能够对负载的意外下降进行制动并由此避免线性驱动装置的转速过高。离心式制动装置可通过其制动作用将驱动连接部中的转数限制到预定的最大转数或者最大转数范围内，即使对于较高的负载也不会超过该最大转数或者最大转数范围。转数范围——对于离心式制动装置而言，所述最大转数取决于作用在其上的驱动力，即使只是在很小程度上——通过离心式制动装置的设计被方便地设定，从而使得线性驱动装置能够无损害地确保在所述转数范围内的旋转。线性驱动装置可受到保护，并且周边环境能够得到保护以免受到快速下降的负载的影响。

线性单元以机械方式将旋转运动转化为线性运动，反之亦然。为此，该线性单元具有带外螺纹的主轴和在其上旋转的螺母，该螺母被布置成通过旋转运动相对于主轴进行纵向移动。线性驱动装置通过驱动连接部与旋转发动机(例如电动机)连接。驱动连接部可包含传动装置，其将较高的发动机侧的转速转化为较低的线性单元侧的转速。

无论离心式制动装置在驱动连接部上的布置位置如何，驱动连接部的旋转都会导致离心式制动装置的旋转。离心式制动装置保持无制动状态直至达到一预定的转数为止，并且在超过该预定的转数时开始进行制动，该离心式制动装置的力作用随着速度增加而增大。

为了产生制动作用，离心式制动装置有利地包括至少一个摩擦元件，其通过在预定转数以上的离心力作用被压到优选为静止的配合元件(Gegenelement)上并且在该配合元件上发生摩擦，从而使得旋转能量通过摩擦作用转化为热。在下文中，配合元件也被称为摩擦元件，存在至少两个或更多个摩擦元件，这些摩擦元件通过在预定转数以上的离心力作用被相互压到一起，并且以这种方式通过摩擦作用消耗能量。为此，将摩擦元件设置为可相对于彼此移动，从而使得其在离心力的作用下可相对于彼此移动。在下文中，为简单起见仅描述了两个摩擦元件，但是不应将摩擦元件的数量限制为两个。

在本发明的有利设计方案中，线性驱动装置包括在驱动连接部中的传动装置。离心式制动装置有利地与驱动连接部的、设置在发动机与传动装置之间的部件刚性耦接。相比于传动装置的线性元件侧而言，由于在连接区域中通常有更高的转数，因此离心式制动装置可更容易地被触发并且尺寸较小。

当离心式制动装置与发动机的发动机轴刚性连接时，能够实现线性驱动装置简单且紧凑的实现形式。

为了可靠地避免无意触发离心式制动装置，该离心式制动装置有利地包含弹簧，该弹簧将摩擦元件保持在其解除约束位置，以及摩擦元件必须通过离心力抵抗弹簧的弹簧力被移动至其制动位置。将弹簧和两个摩擦元件相对于彼此适当地设置，使得摩擦元件在静止状态下可彼此间隔开，以及摩擦元件可通过旋转的离心力被彼此压到一起从而进行制动。

线性驱动装置可具有发动机控制的制动装置，例如机电驱动的制动装置。有利的是，该制动装置被用于对下降中的负载进行制动，或者该制动装置作为手刹(Feststellbremse)。此类制动装置具有：制动驱动装置，其通常是电驱动装置；以及，摩擦元件，其通过制动驱动装置被彼此压到一起并由此实现其摩擦作用。当存在带有摩擦元件的机电驱动的制动装置时，如果该摩擦元件也是离心式制动装置的摩擦元件则是有利的。可节省摩擦元件，并且可紧凑且成本低廉地制造线性驱动装置。

为了在发生电源故障的情况下对线性驱动装置进行可靠的制动，有利的是，机电驱动的制动装置包含弹簧和制动驱动装置，并实现为使得弹簧在制动驱动装置断电的状态下将摩擦单元压到其制动位置。对于弹簧而言可替代地或补充地，可存在永磁体，该永磁体在制动驱动装置断电的状态下将摩擦单元压到其制动位置。在下文中为简化起见仅描述了弹簧的情况，而其中包括磁体应作为其备选方案。

根据弹簧的实现形式，也可将摩擦元件拉到其制动位置，其中为简化起见，术语“拉(Ziehen)”和“压(Drücken)”在此处能够被半同义地使用，以便与弹簧的作用方向无关地对弹簧进行描述。

机电驱动的制动装置的摩擦元件有利地为径向的摩擦元件，该径向的摩擦单元通过在径向上的运动被向外引至其制动位置，并且通过在径向上的运动从该制动位置被向内移开。在此类实施方式中，摩擦元件可特别容易地通过离心力来致动并且用作离心式制动装置的摩擦元件。在这方面有利的是，如果摩擦元件中的至少一个在其解除约束位置可在径向上移动，从而通过高于一阈值的离心力被压在另一摩擦元件上，由此进行制动。

在该摩擦元件兼作额外制动装置和离心式制动装置的摩擦元件的双重功能的情况下，有利的是存在两个——当然也可能有更多个——彼此相对作用的弹簧。而在制动驱动装置断电的状态下，制动弹簧(Bremsfeder)将摩擦单元压到或拉到其制动位置。并且，解除约束弹簧(Freigabefeder)将制动元件压到或拉到其解除约束位置。在这种情况下，将这些弹簧有利地设置成，制动弹簧压制(überdrücken)解除约束弹簧，使得摩擦元件在制动驱动装置的静止状态下和断电状态下被可靠地压到其制动位置。

不论制动驱动装置的动作如何，离心式制动装置应当被设计为，使得其在达到预定转数的情况下进行制动。这可在以下情况得以实现，即如果摩擦元件中的至少一个在其解除约束位置可在径向上移动，从而通过高于一阈值的离心力被压在另一摩擦元件上，由此进行制动。

为了释放机电驱动的制动装置可存在备选的驱动装置，例如手动的驱动装置(比如机械的杠杆)，其可由操作人员操作。因此，即使在制动装置断电的状态下也可释放制动装置，并且可移动线性驱动装置。为了使离心式制动装置保持工作状态，摩擦元件中的至少一个在其解除约束位置可在径向上移动是有必要的。即使致动备选的驱动装置，摩擦元件也可通过离心力移动至其制动位置并且制动线性驱动装置。

本发明可被特别有利地应用于带有如上所描述的线性驱动装置的剪刀式升降机(Scherenlift)。同样有利的是，在移动的工作平台上使用，所述移动的工作平台为叉车绳索传动装置、剪刀式工作台(Scherentisch)或者挖掘机(Bagger)。在下文中仅以剪刀式升降机为例进行说明，然而也可替代性地由上述的其他设备来替换。

为了升高和降低剪刀式升降机，线性驱动装置通常通过大的杠杆来致动剪刀式升降机，从而使得线性驱动装置较小的运动可导致剪刀式升降机较大的运动。在降低剪刀式升降机时，由于传动条件(übersetzungsbedingt)，有很大的力作用在线性驱动装置上。为了避免线性驱动装置过快旋转，根据本发明的离心式制动装置是特别有利的。

本发明还涉及一种用于制动线性驱动装置的方法，其中，外部的尤其是线性的力作用到线性驱动装置的线性单元，其将该力转化为旋转，并且该旋转通过驱动连接部被至少部分地传递至发动机。

为了保证线性驱动装置的安全运行而提出的是，该旋转致动离心式制动装置，其将该旋转限制在一预定的转数范围内。在达到该转数范围的情况下，离心式制动装置可开始进行制动，这也确保了最大达到的转数保持在预定的转数范围内，这是因为制动力随着转数的增加而变大并且抵消了转数的进一步增大。

到目前为止给出的关于本发明的有利实现方案的描述包含多个技术特征，这些技术特征在若干从属权利要求中进行了概括。然而，这些技术特征还可有利地被单独考虑以及(特别是在回溯权利要求时)组合为有意义的其他组合方式，从而使得从属权利要求中的单独技术特征能够与其他从属权利要求中的单个技术特征、多个技术特征或所有技术特征进行组合。此外，这些技术特征能够单独地和按照任意适当的组合方式来与根据从属权利要求所述的根据本发明的方法以及根据本发明的装置来组合。因此，方法技术特征也可在形式上被客观地视为对应的设备单元的属性，并且，设备单元的功能性技术特征也可在形式上被客观地视为对应的方法技术特征。

附图简述

本发明的上述属性、特征和优点，以及如何实现其所采用的方式和方法，可结合以下关于实施方式的描述被更加清楚且明白地理解，其中所述实施方式将结合附图来详细说明。这些实施方式用于说明本发明，而并非是将本发明限制在其中给出的技术特征的组合，而对于功能性技术特征而言也是如此。另外，每个实施方式的适当技术特征也可被明确孤立地考虑以及根据权利要求进行任意组合。

其中示出的是：

图1示出了一个线性驱动装置，该线性驱动装置包括：带有主轴的线性单元；发动机；以及，位于发动机与线性单元之间的驱动连接部，其带有传动装置和离心式制动装置；

图2示出了一种剪刀式升降机，其带有线性驱动装置；

图3示出了离心式制动装置的两个通过弹簧耦接的摩擦元件；以及

图4示出了通过离心式制动装置的说明性截面图。

附图标记列表

2 线性驱动装置

4 线性单元

6 主轴

8 螺母

10 发动机

12 驱动连接部

14 发动机轴

16 传动装置

18 万向轴管

20 套管

22 活结头

24 剪刀式升降机

26 负载

28 制动系统

30 制动装置

32 离心式制动装置

34 摩擦元件

36 弹簧元件

38 制动衬片

40 支座

42 制动鼓

44 支座

45 发动机轴

46 弹簧

48 机电驱动装置

50 电动机

52 机械装置

54 驱动装置

56 杠杆

58 机械装置

具体实施方式

图1示出了带有线性单元4的线性驱动装置2，该线性单元4包括带有外螺纹的主轴6和带有内螺纹的螺母8，该螺母8在主轴6上运行。线性单元4通过电动机形式的发动机10驱动，该发动机10在图1中仅以示意图形式示出。发动机10和线性单元4通过驱动连接部12彼此连接。该驱动连接部12从发动机轴(Motorwelle)14经由(在图1中同样仅以示意图形式示出的)传动装置16直到线性单元4的主轴6，从而使得发动机10通过传动装置16驱动主轴6。由此，传动装置16将发动机10的较高的转数转化为主轴6的较低的转数。

螺母8与万向轴管18连接，并且与套管20抗旋转地连接，或者以其他方式抗旋转地安放，例如通过叉形头或活结头22安放在台子上。因此，在主轴6旋转运动时，螺母8沿着套管20进行线性运动或者平移运动，从而使得万向轴管18能够缩回和伸出套管20。无论主轴6还是螺母8都与线性单元4的纵向运动轴同心地布置，其中，纵向运动轴也是主轴6的旋转轴。万向轴管18的纵向运动归因于主轴6的旋转运动，该旋转运动被转化为螺母8的平移运动。

在万向轴管18的前端处固定有活结头22，借助该活结头22，线性驱动装置2能够形状配合地与待移动的系统连接。此类系统可能是病床、手术台、起重机或者其他装置。在下文中，以在图2中示例性地示出的剪刀式升降机24为例描述这种用途。

图2以侧视图示意性地示出了一剪刀式升降机24，其承载有负载26，该负载26在本实施方式中为汽车。剪刀式升降机24能够通过线性驱动装置2——其在本图中同样仅是示意性地表示的——被升高或降低。为了升高负载26，万向轴管18要从套管20伸出，而为了降低负载26，万向轴管18要重新缩回套管20。

在升高和降低剪刀式升降机24时，根据构造方式，通过剪刀式升降机24将线性驱动装置2的线性运动转化为负载26或者剪刀式升降机24的升高或降低。线性驱动装置2的较小的线性运动被转化为剪刀式升降机24的较大的升高或降低运动。由于此种转化以及剪刀式升降机24可能承载非常大的负载26，剪刀式升降机24作用在线性驱动装置2上的力很大。对于在主轴6与螺母8之间的非自锁的螺纹连接，剪刀式升降机24或者负载26施加到发动机10上的扭矩也很大。

因此，发动机10的故障——例如由电源的缺陷所导致的故障——可能产生问题。即由发动机10生成的反作用力瓦解，剪刀式工作台24崩溃，并且负载26掉落。为了在发动机断电的状态下仍能够维持剪刀式升降机24，线性驱动装置2包括制动系统28，其带有发动机驱动的可释放的制动装置30。该制动装置30被实现为在断电状态下处于其制动状态。制动装置30的摩擦元件彼此压到一起并刹住发动机10的旋转，进而刹住主轴6的旋转。因此，在发生断电或者其他故障的情况下，可阻止万向轴管18因外部压力导致缩回套管20中。

此外，在出现此类安全性障碍的情况下有必要降低剪刀式升降机24，以便从剪刀式升降机24取下负载26。由于缺少电源供电，制动装置30的机电驱动的释放和发动机10的工作将无法实现。为了能够手动控制该状态，制动装置30包括手动的驱动装置，制动装置30能够借助该手动的驱动装置释放。操作人员能够操作该手动的驱动装置，并且万向轴管18能够——通过负载26致动——缩回套管20中。

然而，此处存在以下问题，即线性驱动装置2仅有相对小的反作用力来抵抗剪刀式升降机24或者负载26的下降，并且负载26的下降仅受到较小的制动。也就是说，制动装置30的手动的驱动装置被实现为仅能够手动地稍微松开制动装置30，从而对万向轴管18的缩回进行制动。这样可能存在风险，即负载26在发生操作失误时会掉落，而这种情况应当避免发生。

为了解决这一问题，制动系统28包括一离心式制动装置32。该离心式制动装置32与驱动连接部12的旋转部强制性地耦接，在所示实施方式中是与发动机轴14刚性耦接。因此，万向轴管18因压力导致缩回套管20中，这将不可避免地导致离心式制动装置32的旋转。如果达到离心式制动装置32的预定的转数范围，则离心式制动装置32开始进行制动，并且将驱动连接部12(在该情况下为发动机轴14)的旋转速度与负载无关地保持在预定的转数范围内。为此，离心式制动装置32包括摩擦元件34(图2)，其通过旋转被激活。

图3以透视图显示了两个此类摩擦元件34。这些摩擦元件34通过分别带有一个或多个弹簧的弹簧元件36彼此连接。图3示出弹簧元件36处于放松或者预紧的状态，并且，摩擦元件34处于其解除约束状态，在该解除约束状态下，离心式制动装置32没有任何制动作用。摩擦元件34分别包括在支座40上的制动衬片38，所述支座40通过未示出的连接与驱动连接部12(在所示情况下为发动机轴14)刚性连接。

在驱动连接部12旋转的情况下，摩擦元件34也发生旋转，并且由于离心力将弹簧元件36拉开。摩擦元件34在径向上被向外压，并且在达到预定的转数范围时与制动鼓(Bremstrommel)42接触，所述制动鼓42在图3中用虚线表示并且仅被示意性地示出。制动鼓42也可被理解为摩擦元件42。摩擦元件34、42的相互作用产生一制动力，该制动力在离心式制动装置32的转数升高时增大，并因此将离心式制动装置32的旋转保持在预定的转数范围内。该预定的转数范围不会被超过，并且在线性驱动装置2断电的状态下和在发动机驱动的制动装置30完全释放时，负载26以期望的速度被降低。

图4示出了通过制动系统28的示意性截面图，该制动系统28带有机电驱动的制动装置30和离心式制动装置32。其中示出的是，外壳固定的制动鼓42、无旋转的摩擦元件34和支座44，该支座44与在图4中仅示意性示出的发动机轴45刚性连接。在支座44与摩擦元件34之间存在弹簧46，其弹簧力是在径向上朝向外的。在制动系统28断电的状态下，弹簧46朝着摩擦元件42或者制动鼓42压摩擦元件34，并由此刹住发动机轴14或者驱动连接部12的旋转。

通过发动机驱动的驱动装置48——其具有电动机50和仅示意性地示出的机械装置52——弹簧46能够在径向上向内收紧，并且从外侧的摩擦元件42释放摩擦元件34。该状态在图4中示出。离心式制动装置32处于其解除约束位置(Freigabestellung)，并且，线性驱动装置2能够正常工作。由于发动机驱动的驱动装置48在断电的状态下解除弹簧46的约束，从而使得制动装置30刹住，因此可存在一备选的且手动的驱动装置54(其例如具有杠杆56)，该驱动装置54同样在图4中仅示意性地示出。借助于该备选的驱动装置54和其他机械装置58，弹簧46可通过手动操作张紧并且释放制动装置30。

在上述的释放状态下，制动系统28的可旋转部分发生旋转运动，摩擦元件34受到离心力作用，该离心力将摩擦元件34在径向上向外拉。正如图3所描述的，在该状态下，摩擦元件34抵抗弹簧元件36进行作用，并且在径向上向外移动，从而在达到预定的转数范围时开始离心式制动装置32的制动。为此目的，将摩擦元件34布置成可在径向上从支座44和/或弹簧46被释放，由此使得其会因离心力接近外侧的摩擦元件42并且开始进行制动。弹簧元件36抵消在径向上的离心运动，并且在离心式制动装置32的静止状态下在径向上向内将摩擦元件34压到弹簧46、支座44或其他未示出的保持元件上。

摩擦元件34不仅是离心式制动装置32的摩擦元件34而且还是发动机驱动的制动装置30的摩擦元件34。为此，其被赋予双重功能，并且其能够以弹簧致动和离心力致动的方式来开始制动装置30或者离心式制动装置32的制动。因此，即使在断电的状态下，线性驱动装置2不但可被安全地刹住而且可被安全地缩回，从而能够使用线性驱动装置2来安全地驱动待移动的系统，例如剪刀式升降机24。