JP4143406B2 - 弾性ブレーキ体 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は少なくとも１つの溝と、該溝内に配置された少なくとも１つの摩擦材料部材とを有する支持体とを含み、該摩擦材料部材は前記溝に沿った方向に移動可能に支承され、なお前記支持体と共に摩擦面を形成する、請求項１の前文に記載のブレーキ体、特にブレーキ・シューまたはディスクブレーキ・パッドに関する。
【０００２】
特に鉄道車両の場合、大きく分けて２つの摩擦ブレーキが存在する。一方はいわゆるブロック・ブレーキであり、他方はディスク・ブレーキである。
【０００３】
ブロック・ブレーキは鉄道車両用のブレーキ装置では、ブレーキ・シューを軌道輪の走行面に押圧するためのクランプ装置しか必要としないので、低コストで製造される鉄道車両用の摩擦ブレーキである。ブロック・ブレーキの構成に関しては、「鉄道車両用ブレーキ・ハンドブック−ブレーキ技術上の概念と価値」（クノール・ブレーキ株式会社、ミュンヘン、１９９０、２２−２３ページ、並びに４１ページ）を参照されたい。
【０００４】
先行技術のブロック・ブレーキの欠点は特に、ホイール走行面の応力が高く、それがホイールの寿命を縮め、かつそのホイールを粗くし、かつ波形の溝が形成されることである。特に後者の作用で、ホイールの転動時の走行ノイズが多くなる。ブロック・ブレーキのこのような欠点は新型の旅客車両向けのディスク・ブレーキを開発し、導入することを促進してきた。
【０００５】
ディスク・ブレーキの場合はブレーキ・ディスクはホイール体の両側に配設される。ブレーキ・パッドがブレーキ・ディスクに作用する。摩擦力によって付随するホイールが制動される。
【０００６】
先行技術によるディスク・ブレーキの構成に関しては、「鉄道車両用ブレーキ・ハンドブック−ブレーキ技術上の概念と価値」（クノール・ブレーキ株式会社、ミュンヘン、５０ページ）を参照されたい。
【０００７】
溝を有するブレーキ・シューは多数の公開公報から既知である。このように、ドイツ特許明細書Ｃ−２７７９０２号は、フェルト材料が収納される溝を有するブレーキ・シューを開示している。フェルト材料は支持体から突起しているので、支持体と共通の摩擦面は形成されない。
【０００８】
ドイツ特許明細書Ｕ−２９５００９７７号から既知のブレーキ・シューは摩擦材料からなる充填材を収納する孔(bore, hole)を含んでいる。この充填材はねじによって支持体に固定され、すなわち固定的に支承される。個々の摩擦材料ブロックの弾力的な、または揺動式の支承はドイツ特許明細書Ｕ−２９５００９７７からは既知ではない。
【０００９】
ドイツ特許明細書Ａ−４３０１００６号、ドイツ特許明細書Ａ−４４３６４５７号、およびドイツ特許明細書Ｕ−９３０７０１７号から既知であるブレーキ・シューは弾力的な、または揺動式に支承された摩擦材料ブロックを含んでいる。これは支持体に直接取付けられ、特に支持体と共に関連する摩擦材料面を形成することはない。
【００１０】
ブロック・ブレーキの場合もディスク・ブレーキの場合も、ブレーキ体の間の、すなわちブレーキ・シューとホイール、もしくはブレーキ・パッドとブレーキ・ディスクとの間の接触圧縮という一般的な問題点がある。
【００１１】
ブレーキ体、もしくはホイールまたはディスクの熱膨脹、並びにそれらの摩耗によって、前記摩擦ブレーキの実際の制動値は、材料定数に基づいて理論的に可能であるよりも常に大幅に低い。
【００１２】
ブロック・ブレーキの場合は更に、ホイール走行面は走行技術上の理由から展開可能な面を形成しない。従って、ブレーキ・シューはホイール走行面上に点状に(punctiform, selective)のみ支持され、もしくは線形の接触を形成することが多い。このような接触によってブロック・ブレーキには強い過大応力が加わる。
【００１３】
前述のブレーキ系統(brake system)の別の問題点は、例えば熱膨脹および軸の移動によって不充分である接触反射(contact pattern, tooth bearing)にある。一般に、材料が硬いほど接触反射は劣化すると言える。接触摩擦が不良であることによって、波形の溝が形成され、またはホイール走行面内に亀裂が生じ、およびその結果、制動時に大きいノイズが発生する。
【００１４】
ドイツ特許明細書第１９８４００６５号から、摩擦材料部材を有するブレーキ体が既知である。摩擦材料部材は支持体内の溝に収納され、溝に沿った方向に移動可能に支承されている。この実施形態によって、支持体と摩擦材料部材とが共通の摩擦面を形成することが可能になる。前記の摩擦材料部材は円筒形に実施され、支持体の収納壁と摩擦材料部材との間には摩擦を軽減する手段が挟装(turn, switch, connect)されている。これは好適には薄板製のスリーブであってよい。
【００１５】
しかし、このような実施形態には幾つかの欠点がある。好適には摩擦軽減手段が挟装されるにも関わらず、支持体に対して摩擦材料部材が移動するごとに、摩擦材料部材、もしくはこれを囲むスリーブは溝の壁に沿って支持体内を慴動するので、前記の手段は摩耗する。制動プロセスで摩擦材料部材の慴動方向に対して横向きの著しい力が加わるので、摩擦材料部材は傾倒し、もしくは支持体内の溝の内壁に対して押圧されるので、摩擦材料部材が支持体に対して相対移動する際には著しい摩擦力が加わり、その結果、急激に摩耗する。それによって特に支持体内の溝が拡大し、そのために、摩擦材料部材が剥離し、もしくは溝から脱落する危険が生ずる。従って、検査期間を早め、摩擦材料部材を頻繁に交換する必要が生じ、拡大した溝を定期的に修正しなければならない。
【００１６】
従って、本発明の目的は、前述の欠点を克服する、特にブロック・ブレーキ用およびディスク・ブレーキ用のブレーキ体を提供することにある。特に、摩擦材料部材と支持体との間の摩擦を回避し、摩擦材料部材の脱落を効果的に防止する必要がある。この実施形態によって低コストの製造、組立て、および維持を可能にする必要がある。
【００１７】
本発明に基づいて、上記の目的は支持体内の溝の長手方向での摩擦材料部材の移動が摺動によってではなく、ばね付勢によって行われることによって達成される。摩擦材料部材と支持体との間の溝に沿った空隙内に、本発明ではせん断弾性中間層が挿入してあり、該せん断弾性中間層は、前記摩擦材料部材上に若しくは前記支持体上に載置され、かつ他方の部材に、つまり前記支持体に若しくは前記摩擦材料部材に固着されている。該せん断弾性中間層は、制動時に、摩擦材料部材が収納される支持体内の溝内へと摩擦材料部材をばね式に移動させるので、支持体と摩擦材料部材とは共同で摩擦面を形成する。
【００１８】
その際に、摩擦材料部材が切り欠き部に押し込まれることを防止するばね力は、せん断弾性層のみによって加えることができ、または摩擦材料部材のブレーキ面と反対側の端部と、切り欠き部の基底部との間の従来型の弾力的な、またはばね付勢による支承によって加えることができる。摩擦材料部材がその長手方向で弾性部材に支承されると、せん断弾性中間層と弾性部材とは、特に有利に同じ材料を含むことができる。そのための前提条件は、材料が圧力弾性特性、ならびにせん断弾性特性を備えていることである。それによって製造コストが低減され、使用される材料の数を制限することができる。その際に、圧力弾性部材とせん断弾性中間層を特に低コストで１つの部品として実施することができる。
【００１９】
本発明に基づくせん断弾性層は様々な実施形態を含む。例えば、摩擦材料部材と支持体との間の充填材(filling, stuffing)を挙げることができよう。更に、管材として摩擦材料部材上に載置されるせん断弾性中間層が考えられる。有利には、摩擦材料部材をせん断弾性材料で被覆することもできる。これらの実施形態によって、製造が簡単になる他、組立てが簡単になり、もしくは交換が簡単になる。
【００２０】
勿論、せん断弾性層を支持体上に、すなわちその切り欠き部内に収納することも可能である。
【００２１】
摩擦材料部材の脱落を防止するために、摩擦材料部材、せん断弾性層、および支持体を互いに固く結合し、特に接着することができる。
【００２２】
脱落を防止するその他の有効な安全措置は、摩擦材料部材を円錐形に実施することによって達成できる。その際に円錐は制動面の方向に先細である場合、脱落は不可能である。
【００２３】
これに対して円錐が制動面の方向に散開していると、特にせん断弾性層が圧力弾性特性も有している場合は、溝の長手方向での圧力がより大きい面積に分散するので、摩擦材料部材と支持体との間の面積あたりの圧力が軽減される。前記の確実な効果を同時に活用できるように、双方の円錐形の形状を互いに連結することも可能である。
【００２４】
摩擦材料部材は制動面の側まで全面を少なくとも間接的に支持体によって囲むことができる。しかし、特に有利な実施形態は、摩擦材料部材を、その制動面とは反対側を支持板(plate)に間接支承することを提案している。これは特に、摩擦材料部材を制動面の方向に円錐形に先細になるように実施すると有利であるが、それは、摩擦材料部材を支持板の側から、支持体のこれも円錐形の切り欠き部内に挿入可能であるからである。支持板を有する実施形態の場合は、２つの支承方法が考えられる。一方では、圧力弾性部材を摩擦材料部材と支持体との間に挟装することができる。他方では、支持板は少なくとも摩擦材料部材の支承領域において自体を弾力的に実施して、必要な力を摩擦材料部材に加えるようにすることができる。
【００２５】
以下に本発明の重要な部材を、図面を参照して示した実施例に基づいて説明する。
【００２６】
図１は本発明に基づく弾性ブレーキ体の断面図を示している。ブレーキ体は支持板１と、支持体２と、摩擦材料部材３とを含んでいる。支持体２は溝６を有している。溝６内には摩擦材料部材３が溝の長手方向に移動可能に収納される。摩擦材料部材３はばね部材４上に支承されている。ばね部材４は支持板１上に支持されている。摩擦材料部材３と支持体２との間の溝６に沿った空隙にはせん断弾性中間層５が収納される。摩擦材料部材３は支持体２の摩擦面９上の休止位置にある。制動時には、摩擦材料部材３はばね部材４上に押圧され、せん断弾性の充填材５によって、摩擦材料部材３と支持体２との間の摩擦による摩耗がないばね式移動が保証される。ばね式移動によって、支持体２と摩擦材料部材３とは制動時に、支持体２の摩擦面９と摩擦材料部材３の摩擦面１０とから構成された共通の摩擦面を形成する。
【００２７】
図２ａには円錐形の摩擦材料部材３を有する、本発明に基づく弾性ブレーキ体が示されている。図２ａに示された実施形態は、制動面の方向に散開する横断面を有する円錐形の摩擦材料部材３を示している。この場合も好適には圧力弾性特性を備えたせん断弾性中間層５を有する本発明に基づく実施形態によって、制動時に摩擦材料部材３と支持体２との間の面積あたりの圧力がより大きい有効接触面によって軽減される。摩擦材料部材の脱落は本発明に基づいて、摩擦材料部材３と、せん断弾性中間層５と、支持体２とが互いに固く結合され、特に接着されることによって防止される。
【００２８】
図２ｂは、断面が制動面の方向に先細にされた、円錐形に実施された摩擦材料部材３を有する本発明に基づくブレーキ体を示している。これは図２ａと同様に、ばね部材４によって支持板１に支承されている。本発明に基づいて、摩擦材料部材３と支持体２との間の空隙には、溝の長手方向にせん断弾性中間層５が挿入される。ここに図示した円錐形の実施形態によって、摩擦材料部材３が脱落することは不可能である。支持板１を有する実施形態によって、支持板１を取り外すと、支持体２内の摩擦材料部材３を簡単に組立てることができる。
【００２９】
勿論、図２ａおよび図２ｂに示した特徴を組合わせることが可能である。このような二重に円錐形に実施された摩擦材料部材を組立てるには、支持板は制動面と対向する摩擦材料部材の端部の輪郭に対応した円錐形の溝を備えていなければならない。
【００３０】
図３ａは本発明に基づく、平坦なホイール走行面８に隣接したブレーキ体を示している。図示した実施形態では、摩擦材料部材３はばね部材４を介して支持体２の溝６の基底部７上に支承されている。せん断弾性中間層５によって、摩擦材料部材３と支持体２との間の摩擦が防止される。
【００３１】
図３ｂは本発明に基づく、平坦ではないホイール走行面８に隣接したブレーキ体を示している。ホイール走行面８の輪郭に対応して、摩擦材料部材３はばね付勢され、またはばね除勢される。せん断弾性中間層５によって、摩擦材料部材３と支持体２との間の摩擦の発生が防止される。ばね力はせん断弾性中間層５のせん断弾性ばね力と、ばね部材４の圧縮ばね力とから合成される。
【００３２】
このように、本発明によるブレーキ体によって初めて、簡単で低コストの構造を特徴とし、かつ摩擦材料部材と支持体との間の摩耗を生ずる摩擦を完全に回避することが初めて可能である、ブレーキ・シューもしくはディクス・ブレーキ・パッドが提供される。組立ては低コストであり、摩擦材料部材は最適に脱落防止される。従って、耐久性がある確実な動作が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 円筒形の摩擦材料部材を有する、本発明に基づくブレーキ体の断面図である。
【図２ａ】 制動面の方向に円錐形に散開した摩擦材料部材を有する、本発明に基づくブレーキ体の断面図である。
【図２ｂ】 制動面の方向に円錐形に先細の摩擦材料部材を有する、本発明に基づくブレーキ体の断面図である。
【図３ａ】 ばね部材によって支承された、本発明に基づく平坦なホイール走行面に隣接したブレーキ体である。
【図３ｂ】 ばね部材によって支承された、本発明に基づく平坦ではないホイール走行面に隣接したブレーキ体である。

Claims (13)

1. ブレーキ体、特にブレーキ・シューまたはディスクブレーキ・パッドであって、
   少なくとも１つの溝（６）を有する支持体（２）と、
   前記溝内に配置された少なくとも１つの摩擦材料部材（３）とを含み、
   該摩擦材料部材（３）は前記溝（６）に沿った方向に移動可能に支承され、かつ前記支持体（２）と共に摩擦面（９、１０）を形成するブレーキ体において、
   前記摩擦材料部材（３）と前記支持体（２）との間の前記溝（６）に沿った空隙内にせん断弾性中間層（５）を挿入してあり、該せん断弾性中間層（５）は、前記摩擦材料部材（３）上に若しくは前記支持体（２）上に載置され、かつ他方の部材に、つまり前記支持体（２）に若しくは前記摩擦材料部材（３）に固着されていることを特徴とするブレーキ体。
2. 前記摩擦材料部材（３）はその長手方向で弾性部材に支承されることを特徴とする請求項１に記載のブレーキ体。
3. 前記弾性部材はばね部材（４）を含むことを特徴とする請求項２に記載のブレーキ体。
4. 前記せん断弾性中間層（５）と前記弾性部材とは同じ材料を含むことを特徴とする請求項２に記載のブレーキ体。
5. 前記せん断弾性中間層（５）と前記弾性部材とが１個の部品として実施されることを特徴とする請求項４に記載のブレーキ体。
6. 前記せん断弾性中間層（５）は前記摩擦材料部材（３）と前記支持体（２）との間の充填材として挿入されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のブレーキ体。
7. 前記せん断弾性中間層（５）は管材として前記摩擦材料部材（３）上に載置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のブレーキ体。
8. 前記せん断弾性中間層（５）は被覆層として前記摩擦材料部材（３）上に載置されることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のブレーキ体。
9. 前記摩擦材料部材（３）と、前記せん断弾性中間層（５）と、前記支持体（２）とは互いに結合され、特に接着されることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載のブレーキ体。
10. 前記摩擦材料部材（３）は長手方向に円錐形に実施されることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載のブレーキ体。
11. 前記溝（６）は盲穴(blind hole) として実施されることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載のブレーキ体。
12. 前記ブレーキ体は支持板（１）を含むことを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載のブレーキ体。
13. 前記摩擦材料部材（３）は少なくとも間接的に前記支持板（１）上に支承されることを特徴とする請求項１２に記載のブレーキ体。

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