JP2009503388A - 自己安定化式のブレーキライニングを備えたレール車両ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、１つの軸線（６２；８４）を中心にして傾倒可能に支承されて少なくとも１つのブレーキライニング（３０；５８）またはブレーキブロック（７６）を支持している少なくとも１つのブレーキライニングホルダ（３２；５６）またはブレーキブロックホルダ（７８）を備えたレール車両ブレーキ装置に関する。本発明の構成では、傾斜摩耗の発生時に、該傾斜摩耗に抗して作用するトルクが発生するようにブレーキライニング（３０；５８）もしくはブレーキブロック（７６）および摩擦パートナにおける摩耗中心点が移動するようにブレーキライニング（３０；５８）またはブレーキブロック（７６）のジオメトリ形状が形成されている。

Description

背景技術
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の形式の、１つの軸線を中心にして傾倒可能に支承されて少なくとも１つのブレーキライニング（Bremsbelag）またはブレーキブロック（Bremsklotz）を支持している少なくとも１つのブレーキライニングホルダまたはブレーキブロックホルダを備えたレール車両ブレーキ装置に関する。

このような形式のレール車両ブレーキ装置は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０８０３４号明細書に開示されている。ブレーキブロックおよびブレーキライニングの最大耐用年数を達成するためには、提供されている摩耗体積ができるだけ均一に利用されなければならない。このためには、摩擦ライニングが摩耗行程の経過中に傾斜位置を取らないことが重要となる。すなわち、この傾斜位置によって使用可能な摩耗厚さが減じられてしまうからである。

レール車両では、輪軸がボギー台車に対して一般に側方の移動を実施し得る。さらに、車輪ブレーキ、たとえばブロックブレーキを支持するボギー台車に対する輪軸の、制限された高さ移動も可能である。その場合、ブレーキライニングまたはブレーキブロックが、軸線の側方移動および／または高さ移動にもかかわらず輪軸の車輪に設けられた対応するブレーキ面に対峙して位置し得るようにするためには、ブレーキライニングホルダ、ブレーキブロックホルダまたはブレーキブロックシューを傾倒可能に支承することが必要となる。しかしこのことには、ブレーキライニングまたはブレーキブロックが、対応するブレーキ面に対して傾斜位置を取り、ひいてはブレーキライニングまたはブレーキブロックが斜めにも摩滅消耗してしまうという不都合がある。傾斜摩耗を決定付けるのは、ブレーキライニングまたはブレーキブロックの摩擦面におけるいわゆる「摩耗中心点」の位置である。この摩耗中心点には、ブレーキ力Ｆ_{ｂｒｅｍｓ}が仮想的に（fiktiv）作用する。摩耗中心点は複雑な方法に基づいて計算により測定され得る。

このような問題の例としては、図１に、車軸固定のブレーキディスク（図示しない）と協働するコンパクトブレーキキャリパ６に設けられたブレーキキャリパレバー４におけるピン結合部２によるブレーキライニングホルダ１の汎用の懸吊形式が示されている。ブレーキライニングホルダ１の傾倒可能な支承形式が原因となって、ブレーキライニング８の小さな傾斜摩耗によって摩耗中心点１０は、反動力としてピン結合部２に作用するピン力Ｆ_{Ｂｏｌｚｅｎ}の力作用線１２に対してストローク距離ｈ１分だけ側方へ移動するので、ブレーキライニング８に作用するトルクが生じ、このトルクに基づき、図２から容易に想像し得るように、摩耗時間にわたって増大する傾斜摩耗が生ぜしめられる結果となる。このことは、不安定な挙動の意味で傾斜摩耗の自己増幅を生ぜしめ、この場合、傾斜摩耗が進行するにつれて、傾斜摩耗はますます大きくなる。唯一つのブレーキライニング８の代わりに、コンパクトブレーキキャリパ１８の、ピン結合部１４により傾倒可能に支承されたブレーキライニングホルダ１６に保持された複数のブレーキライニング２０、たとえば図３に示したように六角形の横断面を有する複数のブレーキライニング２０が使用されても、これらのブレーキライニング２０に傾斜摩耗が生じ得る。同じ問題は、ブロックブレーキ２２においても生じる。この場合、図４には、ブレーキレバー２６とピストンロッドとに対してピン結合部２８により旋回可能に支承されているブレーキブロックホルダ２４が図示されている。

冒頭で述べた、摩擦パートナに面した摩擦面から摩耗体積の内部にまで延びる切欠き、つまりたいていは長手方向と横方向とに延びるスリット１９（図１参照）の形の切欠きは、第１に摩擦面上の水を外方へ導出し、これによって湿った環境において摩擦面に流体力学的な潤滑膜が形成されないように、ひいては滑り摩擦係数が減じられないようにするために働く。さらに、前記スリット１９は、ブレーキライニングがその厚さに沿って不均一に加熱され、これにより不均一な熱膨張が生じた場合に、ブレーキライニングの撓みを阻止する。

傾斜摩耗を阻止するためには、複数の技術的な解決手段が知られている：とりわけ慣用のブレーキキャリパにおいて使用されている手段は、ブレーキライニングの傾斜摩耗を阻止する広幅の懸吊ラグもしくはハンガラグ（Haengelasche）を使用することである。コンパクトブレーキキャリパにおいて使用される別の手段は、ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９５０８０３４号明細書に記載されているような平行リンクである。両手段において顧慮しなければならないことは、レール車両の輪軸が通常、曲線通過時においてある程度の半径方向調節可能性を有しており、それに対してブレーキキャリパはボギー台車に固定的に組み付けられていることである。半径方向で調節された輪軸およびボギー台車枠に対して相対的に平行に案内されたブレーキライニングにおいて制動過程の間、ブレーキライニングの許容され得ない程高いエッジプレス（片当たり）が得られないようにするためには、この平行ガイドがある程度の弾性を有しなければならない。すなわち、このような汎用の平行ガイドは正確な平行案内と曲線通過時におけるフレキシブル性との間の妥協を成している。さらに、付加的に必要となる平行ガイドがコスト要因となる。

他方において、ブレーキブロックおよびブレーキライニングの摩耗は別のパラメータ、たとえば面圧、滑り速度、滑り面の粗さ、たとえば制動時の熱膨張により変化し得る滑り面の平坦度、車輪もしくはブレーキディスクの材料、ブレーキブロックもしくはブレーキライニングの材料、周辺温度、冷却、空気湿度およびブレーキエネルギに関連している。これらの影響因子量を考慮して、傾斜摩耗傾向が低減されるように力導入点を設定することは可能である。欧州特許出願公開第５５１８６８号明細書によれば、腎臓形のディスクブレーキライニングの力導入点を摩擦面の面重心の平面に配置するのではなく、半径方向で少しだけブレーキディスク軸線の方向にずらし、これにより、摩擦面の周速が比較的小さい個所において、より高いライニング圧を生ぜしめ、ひいては均一なライニング摩耗を得ることが提案される。

さらに、最適な力導入点を求めるためには、計算プログラムが存在している。結果のチェックもしくは最適化は摩擦検査台における試験または走行試験により可能となる。

しかし、力導入点の最適の位置は車両の走行速度に関連しているという事実に基づき、全ての使用事例にとって最適な押圧点を見い出すことは不可能である。このことは、同じライニングを使用した場合でも、当該ライニングは高速の車両では一方の方向における傾斜摩耗の傾向を有し、低速の車両では他方の方向における傾斜摩耗の傾向を有することを意味する。

それに対して、本発明の根底を成す課題は、冒頭で述べた形式のレール車両ブレーキ装置を改良して、ブレーキライニングの傾斜摩耗が簡単に減じられ、これによって提供されている摩耗体積が一層良好に利用されるようなレール車両ブレーキ装置を提供することである。

この課題は、本発明によれば請求項１の特徴部に記載の特徴により解決される。

発明の利点
本発明は、傾斜摩耗の発生時に、該傾斜摩耗に抗して作用するトルクが発生するようにブレーキライニングもしくはブレーキブロックおよび摩擦パートナにおける摩耗中心点が移動するようにブレーキライニングまたはブレーキブロックのジオメトリ形状、つまり幾何学的形状をデザインするという思想を基礎としている。

この場合、ブレーキライニングまたはブレーキブロックは、たとえばブレーキライニングホルダまたはブレーキブロックホルダ内に保持された保持体積と、たとえばブレーキディスクまたは車輪踏面のような摩擦パートナと協働する摩耗体積とを有している。

本発明の有利な実施態様では、摩耗体積の、前記軸線に対して直角な１つの平面に配置された少なくとも１つの横断面が、前記摩擦パートナに向かって先細りになっている。なぜならば、ブレーキライニングもしくはブレーキブロックの、このときに船舶の船体のように傾けられた側面に基づいて、傾斜位置によって摩擦面の摩耗中心点が逆の方向へ移動するからである。こうして、安定化作用を発揮するトルクが発生し、このトルクは、斜めに傾いているブレーキライニングもしくはブレーキブロックを、傾斜した船舶の場合のように再び整直させる。

ドイツ民主共和国特許第８７０５８号明細書には、たしかに円錐状の横断面を備えたブレーキライニングが開示されているが、しかしこの形状は単に、ブレーキライニングが、製造にコストのかかる複雑な外側輪郭を有することなしに、摩耗によるブレーキライニング交換の際にブレーキライニングをブレーキライニングホルダの鳩尾状ガイド内に簡単に導入し得るようにするという目的のためだけに選択されている。同じことは、ドイツ連邦共和国特許出願公開第２１００００９号明細書に開示されているブレーキライニングにも云える。

本発明のさらに別の有利な実施態様では、摩耗体積に設けられた切欠きの、前記軸線に対して直角な１つの平面に配置された少なくとも１つの横断面が、摩擦パートナに向かって拡張している。

図面
以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。

図１は、公知先行技術による、ブレーキディスクと協働するブレーキキャリパを示す斜視図であり；
図２は、図１に示したブレーキキャリパのブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを示す横断面図であり；
図３は、公知先行技術の別の構成による、ブレーキディスクと協働するブレーキキャリパを示す斜視図であり；
図４は、公知先行技術のブロックブレーキ装置を示す斜視図であり；
図５は、本発明の第１実施例による、ブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを未摩耗の状態で示す横断面図であり；
図６は、図５に示したブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを、摩耗した状態で示す横断面図であり；
図７は、本発明の第２実施例による、ブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを未摩耗の状態で示す横断面図であり；
図８は、図７に示したブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを、摩耗した状態で示す横断面図であり；
図９は、本発明の第３実施例による、ブレーキブロックホルダとブレーキブロックとを、未摩耗の状態で示す横断面図であり；
図１０は、図９に示したブレーキブロックホルダとブレーキブロックとを、摩耗した状態で示す横断面図である。

実施例の説明
図５には、本発明の第１実施例による、ブレーキライニング３０を支持しているブレーキライニングホルダ３２が図示されている。このブレーキライニングホルダ３２は、図１に図示されているようなコンパクトブレーキキャリパ３４（ただし図１には、公知先行技術のブレーキライニング８が図示されている）において使用されると有利である。このコンパクトブレーキキャリパ３４はブレーキディスク３１に作用し、この場合、ブレーキライニング３０はブレーキディスク３１の側面と両側で摩擦接触する。ブレーキライニングホルダ３２はコンパクトブレーキキャリパ３４のブレーキキャリパレバーに、それぞれ２つのピン結合部６２と締付けねじ３６とによって取り付けられている。これらのピン結合部６２は、ブレーキディスク平面に対して平行に配置されているピン軸線を中心としたブレーキライニングホルダ３２の旋回を可能にする。このことは、車輪軸と一緒に回転するブレーキディスク３１が当該車輪軸と一緒に軸方向運動を実施した場合にブレーキライニング３０が引き続きブレーキディスク３１の側面に対して平行に位置決めされ得るようにするために必要となる。

図５から判るように、ブレーキライニング３０は、各ブレーキライニングホルダ３２内に保持された保持体積３８と、ブレーキディスク３１と協働する摩耗体積４０とを有している。この摩耗体積４０は所定の摩耗限界にまで摩耗され得る。ブレーキライニング３０の保持体積３８とブレーキライニングホルダ３２との間の結合は、たとえば鳩尾状ガイド４２によって実現されていてよい。

図５には、ピン力Ｆ_{Ｂｏｌｚｅｎ}の力作用線４４も示されており、この場合、この作用線４４はブレーキライニング３０の未摩耗の状態において、ブレーキ力Ｆ_{Ｂｒｅｍｓ}がブレーキライニング３０の摩擦面４６に作用している摩耗中心点５４とまだ共線的（kollinear）である。破線により、摩耗体積４０に存在する横方向スリット４８が描かれている。この横方向スリット４８は第１に摩擦面上の水を外方へ導出するために働く。これによって、湿った周辺環境においても、摩擦面４６に流体力学的な潤滑膜が形成されなくなり、ひいては滑り摩擦係数が減じられるという望ましくない状況が回避される。さらに、前記横方向スリット４８は、ブレーキライニング３０がその厚さに沿って不均一に加熱され、ひいては不均一な熱膨張が生じた場合に、ブレーキライニング３０の撓みを阻止する。

図面から判るように、ブレーキライニング３０の摩耗体積４０の、ピン結合部６２の軸線に対して直角な平面に配置された横断面はブレーキディスク３１へ向かって先細りになっている。このような横断面先細りはなだらかにかつ滑らかに延びていると有利である。すなわち、ブレーキライニング３０の側面５０は平坦で、かつ図５に示した未摩耗の状態ではブレーキライニング３０の中心線５２に対してブレーキディスク３１に向かって収斂するように斜めに配置されている。

このようなジオメトリデザインに基づき、ブレーキライニング３０の傾斜摩耗が発生すると、ブレーキ力Ｆ_{Ｂｒｅｍｓ}が仮想的に作用するブレーキライニング３０の摩耗中心点５４がピン力Ｆ_{Ｂｏｌｚｅｎ}の力作用線４４に対してストロークｈ_２分だけずらされ、この場合、傾斜摩耗に抗して作用するトルクが発生し、このトルクは、ブレーキライニング３０の摩耗体積４０の、あまり摩耗に見舞われていない方の区分、つまり図６で見て右側の区分が、より高く負荷されるような方向で、ブレーキライニング３０にプリロードもしくは予荷重をかける。こうして、傾斜摩耗は減じられ、ブレーキライニング３０の一層均一な消耗が得られる。

図７および図８には、ブレーキライニングホルダ５６の別の実施例が示されている。このブレーキライニングホルダ５６には、焼結材料から成る複数の、たとえば六角形のブレーキライニング５８が、たとえばざる底球面状の球冠体６０によって前後左右の全ての側に旋回可能に支承されている。ブレーキライニングホルダ５６はピン結合部６２によってブレーキキャリパのブレーキキャリパレバーに対して支承されている。基本的構造は、六角形のブレーキライニング５８の横断面の形成の点を除いて、図３に示した実施例に相当している。六角形のブレーキライニング５８の、全ての側に旋回可能な支承に基づき、傾斜摩耗はピン結合部６２の軸線に対して直角な横断平面において生じるだけではなく、全ての方向において生じ得る。それにゆえに、ブレーキライニング５８の摩耗体積６４の横断面は、ブレーキディスク６６に対して直角なあらゆる平面で見てブレーキディスク６６に向かって先細りになるようにテーパされていなければならない。

前で説明した実施例の場合と同様に、ブレーキライニング５８のこのようなジオメトリデザインに基づき、傾斜摩耗が生じると、摩擦面７０における摩耗中心点６８は所定のストロークｈ_２分だけずらされ、この場合、傾斜摩耗に抗して作用するトルクが発生し、このトルクは、図８から判るように、摩耗体積６４の、あまり摩耗に見舞われていない方の区分が、より高い負荷を受けるような方向で、ブレーキライニング５８にプリロードもしくは予荷重をかける。ブレーキライニング５８の側面７２の、前後左右全ての側での傾斜に基づき、この効果はピン結合部６２のピン軸線に対して直角な、図７および図８に示した横断平面に限定されているのではなく、ブレーキディスク６６のブレーキ面に対して直角な全ての横断平面において可能となる。

傾斜摩耗の発生時に、傾斜摩耗に抗して作用するトルクが生じるように摩擦面の摩耗中心点がずれるようにブレーキライニングのジオメトリ形状をデザインするという本発明の思想は、ブロックブレーキ７４においても適用され得る。図９および図１０に示した実施例は、制輪子であるブレーキブロック７６を支持するブレーキブロックホルダ７８である。この場合、ブレーキブロック７６の摩擦面８０は、制動したい車輪の、ブレーキ摩擦面８２を形成する踏面に相応して、円形の横断面を有している。この場合にも、ブレーキブロックホルダ７８はピン結合部８４を介して、図４に示したように旋回可能に取り付けられている。

この実施例の場合でも、ブレーキブロック７６の摩耗体積８６の、ピン結合部８４の軸線に対して直角な平面に配置された横断面は、車輪のブレーキ摩擦面８２に向かって先細りになっている。この横断面先細りもやはり滑らかでかつ連続的に延びていると有利である。すなわち、ブレーキブロック７６の側面８８は平坦で、かつ図９に示した未摩耗の状態では、ブレーキブロック７６の中心線９０に対して収斂するように斜めに配置されている。

前で説明した実施例の場合と同様に、ブレーキブロック７６のジオメトリデザインに基づき、傾斜摩耗が生じると、摩擦面８０における摩耗中心点９２はピン力Ｆ_{Ｂｏｌｚｅｎ}の力作用線９４に対して所定のストロークｈ_２分だけずらされ、この場合、傾斜摩耗に抗して作用するトルクが発生し、このトルクは、摩耗体積８６の、あまり摩耗に見舞われていない方の区分、つまり図１０で見て左側の区分が、より高い負荷を加えられるような方向で、ブレーキブロック７６にプリロードもしくは予荷重をかける。

さらに、ブレーキブロック７６に設けられたスリット９６は、図４に示した公知先行技術の場合のように均一な直角の横断面を有しているのではなく、この横断面は少なくとも部分的に車輪の踏面８２に向かって拡張している。ブレーキブロック７６の側面８８と同様に、この横断面拡張はピン結合部８４の軸線に対して直角な横断平面に限定されていると有利である。ブレーキブロック７６の、スリット９６を仕切る内側の面９８はいわばブレーキブロックの側面をも成しているので、このような構成は、ブレーキブロック７６の外側の側面８８の傾斜を生ぜしめる、同じ傾斜摩耗を補償する効果を生ぜしめる。

公知先行技術による、ブレーキディスクと協働するブレーキキャリパを示す斜視図である。 図１に示したブレーキキャリパのブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを示す横断面図である。 公知先行技術の別の構成による、ブレーキディスクと協働するブレーキキャリパを示す斜視図である。 公知先行技術のブロックブレーキ装置を示す斜視図である。 本発明の第１実施例による、ブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを未摩耗の状態で示す横断面図である。 図５に示したブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを、摩耗した状態で示す横断面図である。 本発明の第２実施例による、ブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを未摩耗の状態で示す横断面図である。 図７に示したブレーキライニングホルダとブレーキライニングとを、摩耗した状態で示す横断面図である。 本発明の第３実施例による、ブレーキブロックホルダとブレーキブロックとを、未摩耗の状態で示す横断面図である。 図９に示したブレーキブロックホルダとブレーキブロックとを、摩耗した状態で示す横断面図である。

符号の説明

１ ブレーキライニングホルダ
２ ピン結合部
４ ブレーキキャリパレバー
６ コンパクトブレーキキャリパ
８ ブレーキライニング
１０ 摩耗中心点
１２ 力作用線
１４ ピン結合部
１６ ブレーキライニングホルダ
１８ コンパクトブレーキキャリパ
１９ スリット
２０ ブレーキライニング
２２ ブロックブレーキ
２４ ブレーキブロックホルダ
２６ ブレーキレバー
２８ ピン結合部
３０ ブレーキライニング
３１ ブレーキディスク
３２ ブレーキライニングホルダ
３４ コンパクトブレーキキャリパ
３６ 締付けねじ
３８ 保持体積
４０ 摩耗体積
４２ 鳩尾状ガイド
４４ 力作用線
４６ 摩擦面
４８ 横方向スリット
５０ 側面
５２ 中心線
５４ 摩耗中心点
５６ ブレーキライニングホルダ
５８ ブレーキライニング
６０ 球冠体
６２ ピン結合部
６４ 摩耗体積
６６ ブレーキディスク
６８ 摩耗中心点
７０ 摩擦面
７２ 側面
７４ ブロックブレーキ
７６ ブレーキブロック
７８ ブレーキブロックホルダ
８０ 摩擦面
８２ ブレーキ摩擦面
８４ ピン結合部
８６ 摩耗体積
８８ 側面
９０ 中心線
９２ 摩耗中心点
９４ 力作用線
９６ スリット
９８ 側面

Claims (7)

1. １つの軸線（６２；８４）を中心にして傾倒可能に支承されて少なくとも１つのブレーキライニング（３０；５８）またはブレーキブロック（７６）を支持している少なくとも１つのブレーキライニングホルダ（３２；５６）またはブレーキブロックホルダ（７８）を備えたレール車両ブレーキ装置において、傾斜摩耗の発生時に、該傾斜摩耗に抗して作用するトルクが発生するようにブレーキライニング（３０；５８）もしくはブレーキブロック（７６）および摩擦パートナにおける摩耗中心点が移動するようにブレーキライニング（３０；５８）またはブレーキブロック（７６）のジオメトリ形状が形成されていることを特徴とするレ―ル車両ブレーキ装置。
2. ブレーキライニング（３０；５８）またはブレーキブロック（７６）が、ブレーキライニングホルダ（３２；５６）またはブレーキブロックホルダ（７８）内に保持された保持体積（３８）と、ブレーキディスク（３１；６６）または車輪踏面（８２）のような摩擦パートナと協働する摩耗体積（４０；６４；８６）とを有している、請求項１記載のレール車両ブレーキ装置。
3. 摩耗体積（４０；６４；８６）の、前記軸線（６２；８４）に対して直角な１つの平面に配置された少なくとも１つの横断面が、摩擦パートナ（３１；６６；８２）に向かって先細りになっている、請求項２記載のレール車両ブレーキ装置。
4. 摩擦パートナ（８２）に面した摩擦面（８０）からブレーキライニングまたはブレーキブロック（７６）の摩耗体積（８６）に突入するように延びる切欠き（９６）の、前記軸線（８４）に対して直角な１つの平面に配置された少なくとも１つの横断面が、摩擦パートナ（８２）に向かって拡張している、請求項２記載のレール車両ブレーキ装置。
5. 多角形状の少なくとも１つのブレーキライニング（５８）が、ブレーキライニングホルダ（５６）に対して全ての側に傾倒可能に形成されており、摩耗体積（６４）の横断面が、摩擦パートナ（６６）に対して直角なあらゆる平面で見て該摩擦パートナ（６６）に向かって先細りになっている、請求項２記載のレール車両ブレーキ装置。
6. 横断面先細りおよび／または横断面拡張が、滑らかに連続的に延びている、請求項１から５までのいずれか１項記載のレール車両ブレーキ装置。
7. 当該車両ブレーキ装置が、ブロックブレーキ装置（７４）またはディスクブレーキ装置（３４）である、請求項１から６までのいずれか１項記載のレール車両ブレーキ装置。

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