专利名称：自缩回牵索和带有棘爪锁定结构的制动机构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自縮回牵索或"SRL"，其主要用于工业用途，但还适于一些 娱乐用途。本发明还涉及较大系列的受控下落装置，尤其是与吊带一起使用来保护 其佩戴者不受突然的加速下落阻止事件的影响。
背景技术：
自縮回牵索具有多种工业最终用途，包括但不限于建造、制造、危险材料/ 补救、石棉消减、喷涂、喷砂、焊接、采矿、多种油气工业应用、电力设施、核能、 纸浆、砂磨、研磨、多级索具、盖屋顶、搭脚手架、通信、汽车修理和装配、入库 以及铁路建设，这里仅举出几个例子。 一些最终用途比其它用途更加特殊，就像 Franke的美国专利第6,695,095号的建筑/建造系统；或Ostrobod的美国专利第 5,730,407号的屋顶固定系统。在下落保护安全设备的领域中，有许多种自縮回牵索或救生索。在有任何下落 的危险时，个人可以且应该佩戴自縮回牵索或救生索。这种自縮回牵索通常包括罩 壳，该罩壳包括可转动的转筒或毂，通常由带子、缆索或甚至绳子制成的救生索巻 绕在该转筒或毂上。当有意地施加一定程度的拉力时，转筒沿第一方向转动以将绳 索从罩壳中退绕(或"放出")。当该拉力的程度减小或释放时，转筒/毂可沿相反 方向缓慢转动，从而使绳索以所想要的方式围绕转筒/毂縮回或重新巻绕。该罩壳 还包括制动机构或组件，用于在绳索退绕得太快、即比正常放出的预定最大速度更 快时停止转筒/毂的转动。这种突然的绳索放出意味着，牵索佩戴者/使用者经历了 需要停止或阻止的下落。只要无意的突然下落发生，SRL的罩壳中的制动机构就工作。这意味着阻止4SRL佩戴者下落得太快。在已经阻止了最初的下落之后，本发明防止部分地由于 绳索自身的弹性引起的后续(通常增加的)绳索放出，实际上，无意的蹦极跳"回 弹"可在许多目前的牵索制动机构上施加过度的应变，而也可能危及SRL佩戴者 的安全/复原。SRL通常在一端连接至固定点，通常在使用者实施特定分配任务之处或附近 的支承结构上。来自SRL罩壳的绳索夹紧(或以其它方式附连)至工人所佩戴的 吊带。在Reynolds等的美国专利第6,804,830号中示出和描述了一种代表性的吊带， 其内容以参见的方式引入本说明书中。SRL的已知模型包括在Schreiber等的美国专利第6,810,99号、Wolner等的美 国专利第5,186,289号、Wolner的美国专利第4,877,110号和Wolner等的美国专利 申请第10/914,631号(2005年3月10日作为US 20050051659公开)中披露的模 型。然而，这些装置中没有一种装置像本发明那样程度地致力于绳索回弹抑制。因此，希望开发一种带有制动机构的自縮回牵索，该制动机构具有锁定元件， 防止棘爪在回弹过程中释放。发明内容总的来说，本发明提供一种改进的自縮回牵索，该自縮回牵索可停止或阻止下 落事件，同时减小回弹或转筒/毂发生棘轮效应(ratcheting)的危险性。更具体地 说，本发明提供一种用在自縮回牵索中的改进的制动机构，其中，绳索(带子或缆 索)围绕保持在罩壳中的可转动转筒巻绕。这种制动机构通常包括多个棘爪，用于 在下落事件过程中，与第一转动平面中的带齿板(或棘轮(sperrad))相配合。本 发明通过结合至少一个棘爪锁定元件来对现有SRL制动机构作出改进，该棘爪锁 定元件较佳地包括弹簧状可变形材料，该可变形材料将与SRL的静止(即，非转 动)部件、较佳的是罩壳内部的一个或多个远端肋柔性配合。较佳地，棘爪锁定元 件定位在平行于包含制动机构的棘爪的平面的一平面中。用于本发明的棘爪锁定元 件的较佳可变形材料是由合成橡胶制成的小O形圈。本发明通过使SRL的制动机构棘爪保持配合一段延长的持续时间，来对已知 的SRL作出改进。使用机械装置来将这种棘爪保持在位，本发明实际增加了转筒 容许的反向转动量同时保持制动机构锁定，通过在几何形状上使棘爪和棘轮板齿端 之间的相互作用最大化来将可能的转动量接近加倍。较佳地，本发明具有一个以上棘爪锁定元件，用于防止转筒发生棘轮效应，艮P，防止初始下落阻止之后转筒增加的反向转动。由于本发明的优点和其它改进，在下落阻止之后，多个棘爪锁定元件将这种制 动组件的棘爪保持在锁定位置，由此使SRL佩戴者/使用者能更加安全和可靠，防 止下落阻止之后的释放或回弹。
通过参见附图而作出的对较佳实施例的下面详细描述，本发明的其它特征、目 的和优点将会变得更加清楚，在附图中图1A是根据本发明的完全装配的、具有制动机构的自縮回牵索(SRL)的立 体图，该制动机构带有棘爪锁定元件；图1B是图1A的罩壳的分解的局部剖开图，示出了从罩壳向内延伸的远端肋 的一个较佳实施例；图2是本发明的转筒制动机构的一个较佳实施例的立体图，该转筒制动机构将 附连至静止罩壳框架(未示出)上；图3A至3C是用于示意地示出本发明的带有棘爪锁定元件的制动机构的三幅 图(i)处于其正常操作状态(图3A); (ii)处于其锁定状态，在下落阻止之后与 棘轮齿相配合(图3B);以及(iii)处于其锁定模式，锁定元件压縮抵靠在罩壳内 部的远端肋上(图3C);图3D示出了用本发明可以支持的反向转动增加角度，同时仍然保持在锁定状 态；以及图4A至4D是安装在凸轮从动件上的、本发明的棘爪锁定元件的较佳实施例 的俯视图、仰视图、侧视图和前视图。
具体实施方式
现在参见图1A，图中示出了完全装配的典型自縮回牵索。本发明的带有棘爪 锁定元件的改进制动机构设在该SRL单元的内部，并且在该图中无法看到。但制 动机构部分可在图1B的分解的局部剖开图中更佳地示出。这种SRL包括罩壳10， 在该罩壳周围覆盖着盖子20，可拆卸该盖子以便维护。罩壳10在其一端(在方向 上来说，在图1A的顶部)具有固定连接器30，用于使SRL佩戴者/使用者能将该 单元固定到固定点。在这种特定的模型中，还示出了负载指示器按钮40，用于迅 速地显示该特定单元还没有经受下落阻止，这样目前使用起来是安全的。在图1A的罩壳10的下方，延伸着绳索50，在这种情况下，绳索由尼龙带子 制成，但是也可理解，本发明的制动机构也可与由金属缆索和/或绳子制成的SRL 绳索一起使用，所有这些绳索都会经受其自身程度的绳索回弹。在某些情况下，带 有缠绕带子的转筒的SRL是较佳的，因为它们通常比缆索配重重量轻。在绳索50 的下端，图1A示出了增强绳索50与安全钩70的连接的缝合结构60。然而应该理 解，已知多种其它方式来将SRL单元连接至佩戴者的给定的安全吊带。如同可从图1B中最佳看到的，罩壳10的内侧壁较佳地包括远端肋80。在本 发明的该实施例中，肋80用作用于与较佳的棘爪锁定元件相互作用的固定或静止 接触点，该棘爪锁定元件将在后面详细描述。退一步来说，远端肋80可以由从罩 壳前内壁向内延伸的突部(或短柱)和/或从穿过罩壳10的整个SRL框架向上延 伸的短柱来补充或完全替换。在后面的图中，该罩壳框架部分在合适之处用附图标 记F来示出。在SRL的罩壳10内，包含了制动机构100。尽管在图2和3A至3D中没有 完全示出，但是该机构较佳地包括多个棘爪110，这些棘爪作用在用于转筒/毂单元 (未示出)的凸轮板120的下方，该转筒/毂单元可转动地附连至罩壳框架F。在 该SRL的正常操作中，绳索50将反复地从该转筒/毂单元退绕然后围绕该转筒/毂 单元重新巻绕。在本发明的该实施例中， 一凸轮从动件130固定地附连至棘爪110 的端部。在图2中，示出了成对的棘爪110和凸轮从动件130，它们定位成在大体 六边形的外凸轮板120的下方180度地隔开。下文中将参见图4A至4D来详细描 述凸轮从动件130的一个实施例。在图3A至3C的三个示意图中，示出了处于不同操作模式的本发明的较佳棘 爪锁定元件220。在图3A和3B中，在带子从罩壳退绕或放出的过程中，转筒转 动的通常方向用箭头A来表示。图3A示出了棘爪110与齿140相互作用的正常操 作情况，齿140从棘轮150向外延伸，该棘轮围绕中心安装轴线转动，所有齿都在 外六边形凸轮板120的区域下方。在该SRL制动机构中，棘爪110上的凸轮从动 件130与六边形凸轮板120的周缘协配地运动。较佳地，棘爪锁定元件220包括安 装在短柱210上的柔性元件200。柔性元件200较佳地平行于棘轮150的转动平面 定位。对于图3A所示的特定转动位置，安装在凸轮从动件130上的短柱210上的 柔性元件200未与从罩壳10的侧壁向内延伸的远端肋80相接触。在其第二操作模式中(如图3B所示)，本发明的制动机构已被致动且处于第 一锁定位置。在这种状态中，棘爪110的末端T搁置在棘轮150的根部R中，邻近该棘轮的给定齿140。通过安装在棘爪110上的凸轮从动件130的相应运动，短 柱210上的柔性元件200就与远端肋80相接触。在回弹的过程中，棘轮150和凸 轮板120沿相反方向(在图3C中用箭头B表示)转动；然而，短柱210上的柔性 元件200柔性地压縮抵靠在远端肋80上，以将棘爪110保持在相对于棘轮150的 锁定位置中。为了便于在图3B和3C之间比较棘轮150的凸轮板120的相对位置， 作出了图3D。图3D更佳地示出了本发明的制动机构如何能够将棘轮150和因此 转筒的最大容许转动增大到大约28度(角度M)，或者换种方式说通过仅仅操纵 相关棘轮齿和棘爪末端的几何形状就可实现的13度(13。)的转动角度的接近两倍， 以保持在锁定位置。图4A至4D以俯视立体图(图4A)、对应仰视图(图4B)、侧视图(图4C) 和前视图(图4D)示出了本发明的棘爪锁定元件的一个较佳实施例。在每幅图中， 柔性元件200 (较佳的是O形圈)可被完全或部分地看到在向上、向外突出的短柱 210上，该短柱安装在凸轮从动件130上。如同在图4C和4D中所更佳看到的， 短柱210较佳地具有用于容纳和保持0形圈于其上的槽G。 O形圈较佳地由合成 橡胶制成，更佳地由EPDM (三元乙丙橡胶)制成。然而应该理解，因此也可用其 它材料来替代，从而使柔性元件能与从罩壳10自身的内表面和/或从穿过SRL延 伸的永久框架F上的一个或多个点延伸的SRL单元的静止部件相配合。在较佳凸轮从动件130的结构中，凸轮从动表面132定位在棘爪裙部134上方， 棘爪裙部134用来将凸轮从动件130保持在位，以使柔性元件200有效地锁定与裙 部134相接触的棘爪。如同可从图4B的仰视图和图4D的前视图中最佳看到的， 凸轮从动件130包括新月形的下部外壁136，该下部外壁136限定棘爪容座138， 该棘爪容座138将凸轮从动件130不可转动地安装在棘爪110的一端上。较佳地，在附图2中的每个棘爪110具有其自身的棘爪锁定元件，其可相互关 联或不相互关联。假如棘爪锁定元件构造成同时或接近同时地机械锁定，SRL将 具有更加理想的内置安全冗余度。本发明的其它实施例使用多个棘爪锁定元件来将至少一个棘爪保持在锁定位 置，即使在转筒/毂的转动变向时的回弹过程中也是如此。尽管任何这种棘爪锁定 元件应该是柔性的并安装在棘爪110上，但是在离心驱动的制动器/离合器中、或 在其它转动部件的制动元件中也可实现类似的改进。尽管目前较佳的实施例描绘了 具有齿的棘轮，这些齿从中心轴线向罩壳内壁向外延伸，但是应该理解，棘爪、板 和锁定元件的类似系统也可容易地实施成反向的，即实施成一种制动机构，在该制动机构中，棘轮板在终止于向内延伸或突出的齿之前围绕制动机构周缘延伸。使用围绕安装在凸轮从动件上的短柱包裹的小直径和大直径O形圈来比较性 地测试棘爪锁定元件。两种圈尺寸都可用来防止转筒发生棘轮效应，同时不会以其它方式干扰SRL单元在正常操作条件下縮回带子的能力，但是小圈表现出稍好的棘爪锁定性能。还有，无论相对尺寸如何，棘爪锁定元件与其相应固定接触点相结合，使本发明的SRL和制动机构能满足或超出ANSI A 10.32和Z359标准、以及 EN和OSHA的相应标准中的所有要求。在描述了目前较佳的实施例之后，应该理解，本发明的装置和方法可以构造和 引导成适用于特定的应用。上述实施例在所有方面都将被理解成仅仅是示例性的和 非限制性的。本发明的范围由后面的权利要求书而不是前面的说明书来限定。所有 落入权利要求书的等同意义和范围的改变都将包含在该范围内。
权利要求
1.一种具有改进的制动机构的自缩回牵索，包括(a)罩壳；(b)在所述罩壳中的可转动转筒；(c)用于围绕所述转筒卷绕的绳索；以及(d)制动机构，所述制动机构包括棘轮；多个棘爪，用于与所述棘轮上的多个齿相配合；以及至少一个棘爪锁定元件，所述棘爪锁定元件安装在所述棘爪中的一个棘爪上，用于与安装在所述牵索中的静止元件柔性地配合，以在所述转筒反向转动的过程中将至少一个棘爪保持在锁定位置。
2. 如权利要求1所述的牵索，其特征在于，所述棘爪锁定元件位于附连至所述 棘爪的凸轮从动件上。
3. 如权利要求1所述的牵索，其特征在于，所述棘爪锁定元件包括O形圈。
4. 如权利要求1所述的牵索，其特征在于，所述静止元件延伸自所述罩壳的内壁。
5. 如权利要求1所述的牵索，其特征在于，所述制动机构包括隔开180度的两 个棘爪，并且所述棘轮具有至少四个齿。
6. 如权利要求5所述的牵索，其特征在于，每个棘爪具有其自己的棘爪锁定元件。
7. 如权利要求6所述的牵索，其特征在于，每个棘爪锁定元件彼此独立地工作。
8. 如权利要求1所述的牵索，其特征在于，所述棘轮具有中心转动轴线，齿朝 向外部周缘向外延伸。
9. 如权利要求1所述的牵索，其特征在于，所述绳索包括带状材料。
10. 在用于自縮回牵索的制动机构中，所述自縮回牵索包括围绕罩壳中的可转 动转筒巻绕的绳索，所述制动机构具有多个棘爪，所述棘爪与具有多个齿的棘轮相 配合，改进之处包括至少一个棘爪锁定元件，所述至少一个棘爪锁定元件安装在所述棘爪中的一个 棘爪上，用于与所述牵索中的静止元件柔性地配合，以在所述转筒反向转动的过程 中将至少一个棘爪保持在锁定位置。
11. 如权利要求IO所述的改进，其特征在于，所述制动机构包括隔开180度的两个棘爪，并且所述棘轮具有至少四个齿。
12. 如权利要求11所述的改进，其特征在于，所述棘轮具有中心转动轴线，齿朝向外部周缘向外延伸。
13. 如权利要求12所述的改进，其特征在于，每个棘爪具有其自己的棘爪锁定 元件。
14. 如权利要求13所述的改进，其特征在于，每个棘爪锁定元件彼此独立地工作。
15. 如权利要求10所述的改进，其特征在于，所述棘爪锁定元件位于附连至所 述棘爪的凸轮从动件上。
16. 如权利要求10所述的改进，其特征在于，所述棘爪锁定元件包括用合成橡 胶制成的O形圈。
17. 如权利要求10所述的改进，其特征在于，所述静止元件延伸自所述罩壳的 内壁。
18. —种自縮回牵索，具有罩壳；所述罩壳中的可转动转筒；用于围绕所述转筒巻绕的绳索；以及制动机构，所述制动机构包括至少一个锁定元件，用于与所 述牵索的静止部件柔性地配合，以在所述转筒反向转动的过程中将所述制动机构保 持在锁定位置。
19. 如权利要求18所述的牵索，其特征在于，有多个锁定元件。
20. 如权利要求19所述的牵索，其特征在于，所述锁定元件包括柔性橡胶材料。
全文摘要
一种自缩回牵索，具有罩壳；在该罩壳中的可转动转筒；用于围绕该转筒卷绕的绳索；以及改进的制动机构，用于防止罩壳中的转筒由于下落阻止事件之后的绳索回弹而发生棘轮效应。该制动机构具有多个棘爪锁定元件，用于与牵索的静止部件柔性地配合，以在转筒反向转动的过程中将至少一个棘爪保持在锁定位置，由此防止发生棘轮效应。
文档编号A62B35/04GK101405059SQ200780009249
公开日2009年4月8日 申请日期2007年1月16日 优先权日2006年3月14日
发明者T·W·埃克 申请人:矿井安全装置公司