JP4090499B2 - 殊に鉄道車両用の、部分ライニング−ディスクブレーキのためのブレーキライニング - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載したブレーキライニングに関する。
鉄道車両用ディスクブレーキにおいて一般的であるように、大面積のブレーキライニングは、高エネルギー制動過程において、その摩擦面で一定の、またほぼ一定の面圧さえも有していない。これは特に、例えばあり継ぎガイドが使用されている場合に、制動装置の側面から非均一な力が導入されることが原因であり、また、摩擦材料の熱膨張に基づいて、ライニング及びブレーキディスクの表面のたまたま厚い領域が、その表面から突き出し、この突き出した領域が、より強い負荷を受け、従ってさらに制動が行われると、隣接する領域よりも熱くなるといことにも起因している。ディスク及びライニングにおけるこのような「ホットスポット；hot spots」は、熱的な過負荷に基づいてディスク及びライニングの早期の高温割れ（hot crack）を生ぜしめることになる。特に堅いライニング材料（樹脂結合材料；resin-bound material、金属焼結材料；metallic sintered materials）においては、前記のような状況が起きる可能性は著しく高い。
前記欠点を避けるために（第１に焼結材料を使用して）、弾性的に支承された個別部材を有するブレーキライニングが使用されている（ドイツ連邦共和国特許出願公開第４３０１００６号明細書）。しかしながらこのような装置においては、ほぼ２つの欠点が確認されている。個別の部材における面圧は、従来のように、一定ではなく、各個別部材の弾性的な支持台のそれぞれの面定数に関連したばねストロークに基づいている。しかもライニングの消費は全体的に非常に無駄であって、従って非常に高価である。有機的に結合された（organically bound)一体的なライニングと比較して４倍から６倍高価である。
冒頭に述べた形式の公知のブレーキライニングにおいては（カナダ国特許第２１２０３９２号明細書）、ライニング部材を支持する支持板は、支持プレートの形状の支持体に限定的に旋回可能に配置されている。ライニング部材は、それぞれ支持板に堅固に結合されており、この支持板自体は、支持プレートにリベット止めされている。それぞれ３つのライニング部材が、３角形の形状を有する支持板の３つの角縁部に位置している。支持板を支持プレートに結合するために使用されるリベットは、それぞれ３角形の支持板の３つの脚の中央領域内に位置決めされているので、支持板の自由な角縁部は、支持プレートに対して限定された程度だけ傾倒運動を行うことができる。このために、支持板は、その中央で、材料弱め箇所を有している。ライニング部材の位置決めの幾何学形状、および本来の支持プレートでの支持板の固定に基づいて、ライニング部材の旋回角度および旋回方向は狭い範囲に設けられている。つまり、各ライニング部材の旋回軸線は、一般に一定に保たれている。支持板の中央に材料弱め箇所が存在するにも拘わらず、次に位置するライニング部材に対してライニング部材の運動の所定の相互依存を考慮する必要がある。何故ならば、角縁部における旋回運動は、支持板の中央を介して、それぞれ隣接する２つのライニング部材の領域に伝達されるからである。その結果、ライニング部材の不都合な傾斜位置、つまりブレーキディスクの軌道に対するライニング部材のリアクションが部分的に、次に位置するライニング部材に伝達される。また、ライニング部材によって、同一面的な滑動形成は得られない。何故ならば、旋回角度若しくは回転角度が規定されているからである。その結果、ブレーキディスクに「ホットスポット；hot spots」が形成される。何故ならば、ばね弾性的な戻し力は、強められたリアクション力として、ディスクの温度を上昇させるからである。
そこで本発明の課題は、構造的に簡単な手段によって、上位概念に記載した形式のブレーキライニングを、ブレーキライニングの摩擦面における面圧の均一化が得られるように構成することである。全制動力を各ライニング部材に明確に規定して分割できるようにしなければならない。また、コストを削減するために、ブレーキライニングまたはその一部を安価な形式で交換できるようにしなければならない。
この課題は、請求項１の特徴部に記載した特徴によって解決された。
全ライニングを多数のライニング部材若しくはグループ部材に分割したことによって、また支持部材におけるライニング部材若しくはグループ部材の支承形式によって及び制動力の導入を固定したことによって、制動力を多数のライニング部材若しくはライニングブロックに均一に分割することができる。しかもライニング部材若しくはグループ部材によって、交換可能な小さいユニットが形成され、これは、あり継ぎガイドを有するブレーキライニングに対して著しく安価にすることができる。支持体（ライニング支持部材またはライニングホルダ）の中心線に対して左右対称に配置されたライニング部材において、若しくはライニング部材より形成されたライニンググループにおいては、ライニング全体を２つのハーフライニングに分割することができる。この場合、最小のライニングユニットとして、支持プレート毎に１つのライニング部材を設けることができる。ライニング部材若しくは、このライニング部材によって形成されたグループ（グループ部材）は、これらのグループを支持する支持プレートと共に、共通のライニング支持部材に配置することができるか、またはライニングホルダに直接配置することができる。面圧の均一化のためには、支持プレートにおけるライニング部材の支承形式、支持プレートの支持部材、ライニング支持部材またはライニングホルダにおける支持プレートの支承形式、また形成された重心点に対する制動力の導入形式が、関係している。有利には、各部材の支承部つまり支持プレートにおける各ライニングブロックの支承部は、ユニバーサルボールジョイント（universal ball joint）を有するボールソケット（ball socket）の対より成っている。この対は、ブレーキライニングにおける押し付け力とこれに対して垂直な摩擦力とから成る合力が、それぞれ、ボールソケットに形成された球面に対して垂直に位置するように構成されている。この場合の合力は、ブレーキディスクの摩擦領域における各ライニング部材の面重心点を通って延びている。全ライニングの面圧を均一化すること、つまりブレーキライニング負荷を均一化するによって、所定の温度限界においてディスクの高いエネルギー吸収が可能である。また、摩耗は温度に超比例（superproprtionally）して上昇するので、温度を一定化若しくは低下させれば、摩耗も小さい。面圧を均一化し、またブレーキディスク負荷を均一にすることによって、高温割れが生じる危険性も減少される。
前記形式のブレーキライニングのさらに別の主要な利点は、運転コストが著しく安価であるという点にある。何故ならば、個別のライニング部材若しくは、複数のライニング部材より形成されたグループ部材は、従来使用された、部材構造形式若しくは全体構造形式のあり継ぎ式のライニングユニットにおけるよりも、著しく安価だからである。公知形式の一体的なブレーキライニングにおいて、また複数部分より成る新規のブレーキライニングにおいても、ライニング交換時には、比較的高価なライニング支持部材も一緒に交換しなければならないが、これに対して、それぞれ安価な支持プレートによって支持することによってライニンググループまたは個別部材を分割することに基づいて、ライニング部材若しくはライニンググループを新たに挿入した後で、ライニング支持部材を再び使用することができる。ライニング部材の全体構造は、有利な形式で、ブレーキング幾何学形状に関連してリングセクタ面（ring sector surface）を形成し、これによってディスクが中空状態で走行する傾向は低くなる。摩擦部材またはライニング部材は、円形形状を有しているが、多角形の形状を有していてもよく、また付加的に回動防止部材を有するか、または回動に対して係止されるような形状に構成されていてもよい。
有利な構成によれば、それぞれ３つの個別部材を１つの共通のライニング部材にまとめることができる。これは、ゴム結合された有機的なライニング材料において有利である。ライニング部材をマルチ形式で旋回可能に、その直接的な支持体つまり支持プレートに、リベット結合、溶接点結合、ねじ結合によって、固定することも可能である。特に重要なことは、使用された形式のブレーキライニングにおいて制動力を所望に導入することである。従って、制動装置の両側から玉継手を介して、つまりそれぞれハーフライニングの重心点で負荷の導入を行うことができる。また、制動力を共通のレバーから２つのハーフライニングに均一に分割するバランスアームを介して、全制動力を導入することも可能である。
ライニング部材若しくはグループライニングのためのライニング支持部材としての、１つの部分より成る支持プレートにおいては、支持部材の共通の中心線の領域に、例えば材料弱め箇所によって所定の旋回可能性を与えることができる。この旋回可能性によって、２つのハーフライニングの重心点を押し付けるレバー力が、個別部材若しくはグループ部竿の３角形点若しくは重心点に分割される（静力学的に規定された力の分解）。
本発明の有利な構成及び実施例は、請求項２以下に記載されている。
以下に本発明を、添付の図面に示した実施例を用いて説明する。
図１は、概略的に示されたブレーキディスクの摩擦面に対する、多数のグループ部材より成るブレーキライニングの概略図が示されており、この場合、幾何学的な配置を示すために、ライニング支持体若しくはライニングホルダは図示されていない。
図２は、支持プレートにおける２つのライニング部材の枢着部（旋回可能な結合部）若しくはヒンジ接続部（linking）および、ライニング支持部に対する配置を示す、図３のII−II線に沿った詳細断面図である。
図３は図２の平面図である。
図４は、各ライニング部材に形成された湾曲部および、支持プレートに対するライニング部材の配置を示す、図２および図３に対して拡大された概略的な側面図である。
図５は、それぞれ３つのライニング部材を備えた支持プレートより成る、ヒンジ接続されたグループ部材を備えたライニング支持部材を下から見た図である。
図６は、図５に示したライニング支持部材を保持するためのライニングホルダの縦断面図である。
図７は、直接ヒンジ接続された複数のグループ部材より形成された重心点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３と、これらの重心点によって形成された、各ライニング半部の制動力の半部を導入するための共通の重心点とを示す、図５および図６に対して概略化したライニングホルダの図である。
図８は、ライニングホルダに直接配置された複数のライニング部材を備えたライニングホルダで、各支持プレート毎のそれぞれ３つの個別部材が１つの共通のライニング部材にまとめ合わされている、図７と比較可能な図である。
図９は、支持プレートにおいてライニング部材をほぼ旋回可能に結合された（quasi articulated）状態を示す、図２と比較可能な図である。
図１０は、支持プレートに対する、扁平に構成されたヒンジ接続部と、ライニングホルダに対して配置されたライニング部材とを示す、図２および図９と比較可能な図である。
図１は、複数のライニング部材３を備えた多数のグループ部材１より構成されたブレーキライニングの、周方向ラインで示された例えば鋼６より成る摩擦面５に対する配置を示している。グループ部材１は、それぞれ複数のライニング部材と、これらのライニング部材を支持する支持プレート７とから形成されている。図示の実施例では、ブレーキングブロックとして構成された３つのライニング部材３をそれぞれ備えた、前記形式の６つのグループ部材１が支持プレート７に設けられており、従って全部で１８のライニング部材が設けられている。ライニング部材は、図１に示されているように、有利にはその全体的な面が円環状のセクタ面として配置されていて、例えば焼結金属より成っている。
図１の実施例では、それぞれ３つの摩擦若しくはライニング部材が、以下に説明する形式で支持プレート７に配置されている。使用された支持プレート７は例えば３角形形状を有しており、この場合ライニング部材３は、ブレーキ円板の摩擦面に向けられた、支持プレート７の側で、所定の旋回自由度を有してヒンジ（旋回可能に）結合されている。
図３のII−II線に沿って断面した図２によれば、各ライニング部材３はそれぞれ、皿頭ねじ９、球形キャップ１１、圧縮コイルばね１３およびナット１５を用いて支持プレート７に旋回可能に結合されている。皿頭ねじ９は、ライニング部材３の中央の切欠１７内に位置していて、図示の形式で球形キャップおよび支持プレートの孔を通って延びており、この場合、圧縮コイルばね１３を介在させて、ナット１５によって対抗ねじ結合が形成されている。球形キャップ１１は、支持プレート７のシェル状の切欠内にはめ込まれており、各ライニング部材の支承部は、ボールソケット（ball socket)とユニバーサルボールジョイント（自在球継手；universall ball joint）とによって形成されている。支持プレート７におけるライニング部材のガイドを概略的に示す図４によれば、ライニング部材には、摩擦力としての力Ｆ_Ｒと押しつけ力Ｆ_Ａとが示されており、これによって合力Ｆが形成されている。この合力Ｆは、それぞれボールソケットの球面に対して垂直に延びている。曲率半径ｒはライニング部材の摩擦面の面中心点に位置している。従って合力Ｆは、必然的にライニング部材の面中心点を通って延びることになる。このような形式によってのみ、ブレーキディスクの摩擦面５に対する、ライニング部材のほぼ一定な面圧Ｐが得られる。
押しつけ力を均一化するために関連して前述された、支持プレート７におけるライニングブロック若しくはライニング部材の配置は、例えば図５に示された形状のライニング支持部材１９における、各支持プレート７の配置のためにも当てはまる。ライニング支持部材は、図１に概略的に示した支持プレート７を保持するための保持プレートとして設けられている。この場合（図２参照）、各支持プレート７には、やはり、ねじ２１、球形キャップ２３、圧縮コイルばね２５、ナットが配属されており、従って各支持プレート７は、ライニング部材と同様に、所定の旋回自由度を有してライニングプレート１９に取り付けられている。図５は、それぞれ３つのライニング部材を備えた、支持プレート７のライニング支持部材１９を下から見た図を示している。
ライニング支持部材１９には、１８個のライニング部材が設けられており、このライニング支持部材１９自体は、図６の、後ろから見た図で示されたライニングホルダ２９に取り付け可能である。ライニングホルダは、懸架舌片に懸架させるために使用されるアイ３１を有していて、ほぼ同様の構成のライニング支持部材１９を、そのブレーキディスクに向けられた側で支持している。このためにライニングホルダ２９は、例えばその、図６の下端部で、ばねクリップ３３によって緊締可能なピンを備えており、このピンは、図６に示した位置とは反対側の位置で、ライニング支持部材のアイ３５のうちの１つに後ろから係合し、この場合、ライニング支持部材から延びる別の固定部材（図示せず）が、ライニングホルダの開口部を貫通して、ライニングホルダに対してねじ固定される。これによって、ライニング支持部材を、このライニング支持部材に配置されたライニング部材と共に、ライニングホルダから迅速に取り外す可能性が提供される。何故ならば、前記固定部材を解除するか、若しくはばねクリップによって緊締可能な保持ピンを引き抜いた後で、ライニングホルダに対して横方向でライニング支持部材を引き抜くことができるからである。
ライニング部材を備えた支持プレートは、図２および図５においては、ライニング支持部材で支持されており、ライニング支持部材自体は、ライニングホルダに固定可能である（図６）。所定の使用例においては、支持プレートがライニングホルダに直接設けられている（図７）。
面圧を均一化するための、本発明によるライニングホルダの主要な特徴は、各ライニング部材およびこれらのライニング部材を支持する支持プレートの幾何学的な対応配置、並びにこれらのライニング部材および支持プレートの、支持体（ライニング支持部材またはライニングホルダ）における配置である。図７に概略的に示された、ライニングホルダにおける支持プレートの直接的な保持部においては、支持プレートによって支持されたそれぞれ３つのライニング部材より成る各グループ部材がライニング押しつけ力の導入箇所としての１つの共通の重心点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３を有していることが示されている。３つのグループ部材１の重心点Ｄ１，Ｄ２，Ｄ３は、３角形を形成しており、この３角形の重心点Ｓは、各ディスク側のライニング毎に全制動力の半分の力導入箇所を形成している。この場合、中心軸線の両側において、それぞれ３つの支持プレートに、それぞれ９つのライニング部材を備えた２つのハーフライニングが考えられる。従って、ライニング全体にそれぞれ２つの重心点Ｓが存在する。重心点Ｓの両側に、図７に概略的に示されたブレーキレバー３７の負荷導入箇所、或いは液圧式または空圧式のブレーキピストン（図示せず）の相応の圧力点が位置している。有利には、力導入ラインの領域つまり重心点Ｓの領域に、それぞれ１つのスペーサ円板が設けられていて、ライニングホルダからライニング支持部材にほぼ点状の力伝達が可能である。スペーサ円板は、ライニング支持部材またはライニングホルダの互いに向き合う面の一方に形成されている。従って、ブレーキレバー３７を介して、図７に示した、全ライニングの上側または下側に導入される押しつけ力（それぞれ各ライニングの半分の全制動力に相当する）は、前記配置によって、重心点Ｓ若しくはＤ１，Ｄ２およびＤ３を介して均一に支持プレート７に導入され、この際に、支持プレートと、この支持プレートに配置されたライニング部材とは、前記支承部を有しているので、全体的に、ライニング全体の面圧の均一化が得られる。全体的に、均一なブレーキディスク負荷が得られ（摩擦面に亙って一定なエネルギー供給）、これによって高温割れの危険性が減少される。その他の重要な利点は、ライニング部材が雑音のない制動特性を有しているという点にある。何故ならばライニング部材は、本発明の支承部に従って「起立」しないからである。
ライニングホルダにおける負荷導入は、制動装置の両側から球軸受を介して、つまり、それぞれ、図７に関連して述べられているように、ハーフライニングの重心点で行うことができる。それぞれ半分の制動力を導入する際のライニングの分割は、ライニング支持部材（図７）の２つの半部間で所定の固有運動が可能であるということが前提である。図５および図７に示されているように、ライニング支持部材若しくはライニングホルダの中心線の領域に、窓若しくは切欠によって形成された、材料弱め箇所が設けられていて、これによって、ライニング支持部材若しくはライニングホルダの半部が、中心線に関連して限定的に旋回可能となっている。これは、重心点に関連した力の導入と協働して、押し付け力の均一化に役だっている。制動力を導入するためには、制動力を共通のレバーによって２つのハーフライニングに均一に分割することができるバランスアームによって作業すれば特に有利である。この場合、共通のレバーは、中央でライニング支持部材若しくはライニングホルダに向かって延びている。
図２、図３および図５で、６角形で示されたライニング部材は、別の形状を有していてもよい。例えば、図１および図７に概略的に示されたように、例えば円形に形成されていてもよい。有利には支持プレート７毎に３つのライニング部材が設けられているが、その数は、それぞれ押し付け力の導入が重心点の幾何学的な配置に従って均一に行われることを前提として、変えてもよい。また、それぞれ３つのライニング部材を１つの部材にまとめることも可能である。これは、例えばゴム結合された有機的なライニング材料において効果的である。図８では、各ライニング半部毎にハート形の３つのライニング部材が設けられ、合計で６つのライニング部材が設けられている。これらのライニング部材は、支持プレートによって保持されている。図７に示した実施例におけるように、支持プレートは、ライニングホルダに直接旋回可能に配置されており、この場合、力の導入はやはり、３つのライニング部材の各重心点に形成された中央の重心点で行われる。
図９によれば、各部材若しくはライニング部材は、「ほぼ旋回可能；quasi articulated」に、例えば、リベット固定、溶接点固定、ねじ結合等によって、支持プレートに配置することができる。図９に従って設けられたスペーサ部材３９は、それぞれライニング部材１と支持プレート７との間に挿入されており、このスペーサ部材３９は、押し付け力を均一化するために、必要な限定的な旋回可能性を提供する。勿論、個別部材またはこの個別部材の部分を回動不能に（例えばピンと孔とによって）構成することも可能である。
図１０には、比較可能な図３に示した実施例のものに対して、著しく低い位置に組み込まれた、支持プレート７におけるライニング部材１の保持部および、ライニング部材１９における支持プレートのホルダの実施例が示されている。皿頭ねじ９と比較可能な保持ピン４１が設けられており、この保持ピン４１は、ライニング部材、球形キャップ４３及び支持プレート７に形成された孔を貫通し、この際に、皿ばね４５は、ライニング部材がばね力によって支持プレートに引き寄せられることによって、保持ピンに後ろから係合する。これと同様の形式で、ライニング支持部材に対する支持プレートの保持及び緊締も形成されている。図１０による配置の利点は、ライニングホルダからライニング支持部材を取り外すために、ライニングホルダに対する垂直な運動は必要ではない。ライニング支持部材は、図６に関連して示されたピンホルダを解除してから（ピンホルダの解除後）、側方または端面側に引き抜くことができる。これによって、ライニングホルダを取り外すことなしに、非常に簡単にライニング支持部材を解除することができるので、場合によっては各ライニング部材および／または支持プレートを、これらに保持されたらライニング部材と一緒に交換することもできる。これは、いわゆるあり継ぎガイド（dovetail guide）を有する公知の構造に対して大きい利点を提供する。公知の構造においては１つの部分より成るブレーキライニングは摩耗すると、ライニング支持部材と一緒に交換する必要があるが、これに対して本発明による、ブレーキライニングの構成は、ライニング支持部材場合によって支持プレートを再び使用することができる。

Claims (7)

1. 殊に鉄道車両用の、部分ライニング−ディスクブレーキのためのブレーキライニングであって、多数のライニング部材より成っており、これらのライニング部材が、支持体（１９；２９）を有する保持部でガイドされていて、支持体に作用するブレーキ操作によってブレーキディスクの摩擦面に押し付けられるようになっており、ライニング部材（３）が支持プレート（７）に配置されていて、支持プレートが前記支持体に旋回可能に保持されている形式のものにおいて、
   イ）ライニング部材（３）がそれぞれ、玉継手によって、支持プレートの、ライニング部材に向いた側に旋回可能にガイドされており、
   ロ）ライニング部材（３）がその旋回可能範囲内で、それぞれ１つのばね（１２；４５）によって、支持プレート（７）に対して弾性的に緊締されており、
   ハ）各ライニング半部毎に、それぞれ複数のライニング部材（３）と支持プレート（７）とから形成されたグループ部材（１）が設けられており、
   ニ）グループ部材（１）が、その重心点で、ライニング押し付け力の導入箇所を有しており、
   ホ）それぞれ少なくとも３つのグループ部材（１）の重心点が、３角形を形成していて、この３角形の重心点が、各ライニング半部毎に、全制動力の半分の力の力導入箇所を形成しており、
   ヘ）支持体がプレート状のライニング支持部材（１９）より成っており、グループ部材（１）が、ライニング支持部材（１９）に旋回可能に枢着されている、
   ことを特徴とする、殊に鉄道車両用の、部分ライニング−ディスクブレーキのためのブレーキライニング。
2. ライニング部材（３）が、それぞれ支持プレート（７）の向き合う側のボールソケット内に配置されたユニバーサルボールジョイントによって旋回可能にガイドされている、請求項１記載のブレーキライニング。
3. ライニング支持部材（１９）自体が、ブレーキディスク装置のライニングホルダ（２９）に迅速取り外し可能に固定されている、請求項１又は２記載のブレーキライニング。
4. ２つのライニング半部の力導入ラインの領域内で、ライニング支持部材（１９）とライニングホルダ（２９）との間にそれぞれ１つのスペーサ円板が設けられており、これによって、スペーサ部材の領域内で、ライニングホルダからライニング支持部材への力の導入が行われるようになっている、請求項３記載のブレーキライニング。
5. ライニング支持部材（１９）が、その中心線の領域内で、この中心線を中心にして限定的に旋回可能である、請求項１から４までのいずれか１項記載のブレーキライニング。
6. ライニング支持部材（１９）が、中心線の領域内で材料弱め箇所を有している、請求項５記載のブレーキライニング。
7. ライニングホルダの中心線の領域内に材料弱め箇所が設けられている、請求項３又は４記載のブレーキライニング。

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