JP4452612B2 - 車両のディスクブレーキ用のブレーキライニング - Google Patents

Description

本発明は、ディスクブレーキのための請求項１の上位概念に記載の形式のブレーキライニングに関する。

車両、殊に高い速度に達する鉄道車両にとって、使用されるブレーキライニングの摩擦エレメントは、硬い材料から成っている。

良好な支持作用を得るため、即ちブレーキディスクの摩擦面への摩擦エレメントの均一な面圧を達成するために、種々の構成手段が公知である。

例えば、支持プレートの背面に支えられた皿ばねを用い、該皿ばねによって摩擦エレメントを支持プレートに弾性的に支承するようになっている。さらに別の手段では摩擦エレメントをたわみばね上に弾性的に案内するようになっており、或いは摩擦エレメントを変形可能な中間薄板に結合するようになっている。

ヨーロッパ特許第０７８４７６１Ｂ１号明細書並びにドイツ連邦共和国特許第１９７０９９６２Ｃ１号明細書は、等圧式ブレーキライニングを開示するものである。この場合には、摩擦エレメントは支持プレートに向いた側に球欠状の領域を有しており、該領域は支持プレートの、該領域に適合されたボールソケット部内に密着している。前記ドイツ連邦共和国特許明細書に記載の手段では、基準面を六角形に形成された摩擦エレメントを緊締ばねによって保持するようになっており、該緊締ばねは支持プレートの背面に支えられている。

前記公知のブレーキライニングにおいては、費用のかかる煩雑な製造並びに、摩擦エレメントの、構造的な処置の施されるにも拘わらず支持作用の不良に基づく全く不十分な摩擦特性が問題である。

本発明の課題は、冒頭に述べた形式のブレーキライニングを改善して、摩擦エレメントの摩擦特性を最適にしかつ経済的な製造を可能にすることである。

前記課題は、請求項１若しくは２に記載の構成を有するブレーキライニングによって解決される。

支持プレートの、本発明の請求項１に記載の構成によって得られる形状弾性若しくは弾性的なたわみ変形は、全体的に支持作用を改善し、かつ特にホットスポット(hot spots)、即ち不均一な加熱による局所的な過剰応力を防止する。

本発明の有利な実施態様により、摩擦エレメントをそれぞれ緊締ばねによって支持プレートに取り付けることに基づき、両方の構成部材間の、例えばリベット若しくは溶接によって行われる剛性的で破損のおそれのある結合が避けられ、その結果、運転の安全性が著しく改善される。

前記利点は請求項２に記載のブレーキライニングにも同じく当てはまり、この場合には、各摩擦エレメントを支持プレートに取り付ける背面側の緊締ばねのほかに、別のばね部材を摩擦エレメントと支持プレートとの間に配置してあり、該ばね部材は有利には支持プレートの、摩擦エレメントに向いた側に設けられた凹設部（受容部）内に受容されている。凹設部の形状寸法は、有利には平面で見て円形輪郭を有するばね部材が軸線方向でも半径方向でも確保して受容されるように規定されている。

緊締ばねは、摩擦エレメントをばね部材の弛緩位置でも常に締め付けているように、初期応力（プレストレス）を掛けて取り付けられる。

ばね鋼から成るばね部材は、請求項１の構成に基づく支持プレートの部分的な変形可能性に対応して、大きなばね弾性たわみ量を有している。このようなばね部材を使用する場合には、支持プレートは安価な鋳造材料若しくは剛性の低い鋼薄板から製造されてよく、これによってコストに関する著しい利点が得られる。

さらに、原理的に構成部品を少なくでき、即ち支持プレート、及び摩擦エレメント、及び緊締ばね、並びに請求項２に記載の構成に基づくばね部材だけが設けられている。このような簡単な構造は、摩擦エレメントが摩耗した場合に極めて簡単に交換できることを可能にし、その結果、修理に起因した運転中止を著しく短くできる。

前述のようなモジュール構造のブレーキライニングによって、構成部品である摩擦エレメント及びばねを変更することなく使用でき、その結果、既存の構成部品が問題なく利用可能である。これによって支持プレートだけを本発明の構成に対応して変更するとよい。

請求項１に記載の支持プレートは原理的には、特に経済的な精密鋳造法で製造されてよい。支持プレートを鋼鋳造品若しくはアルミニウム鋳造品から形成するほかに、鋼薄板深絞り品として形成することも可能である。

本発明の別の実施態様では、支持プレートのボールソケット部の領域に半径方向スリットを設けてあり、該半径方向スリットはボールソケット部に、摩擦表面に対して垂直方向の弾性作用を付与する。ボールソケット部から支持プレートの背面へ貫通するスリットの代わりに、溝を設けてよく、該溝によっても所望の弾性作用を得ることができる。

スリットの前記半径方向の配置のほかに、別の配置も考えられ、何れの場合にも弾性は支持プレートの局所的な材料弱体化によって達成される。このことは１つの実施態様では、ボールソケット部を皿ばねとして形成することであり、この場合に材料厚さは半径にわたって一定（一様）であってよく、若しくは変化していてよい。

支持プレートの前述の局所的に限定された弾性の代わりに、ボールソケット部の外側で局所的に限定されることなく生じる弾性を付与するようにすることも可能である。このために、支持プレートを薄く形成してかつ摩擦エレメントとのオーバーラップ領域に摩擦エレメントの支持のための突起若しくはネップ部又は類似のものを設けることは可能である。

支持プレートの所定の一様な厚さ若しくは規定して変化された厚さによって、摩擦エレメントの支持領域での弾性変形を生ぜしめることができる。

ボールソケット部の外側で支持プレートに規定して配置されたスリット若しくは溝も、摩擦エレメントのための支持領域で所定の弾性作用を可能にする。

請求項２に記載の構成では、各ばね部材は成形ばねとして形成されていて、中心に配置されたボールソケット部を有しており、ボールソケット部に摩擦エレメントの球欠状の領域が接触して、即ち受容されている。このような形状係合（形状による束縛を伴った結合）によって、摩擦エレメントの半径方向の固定も達成される。このことは、摩擦エレメントの対応する領域を球欠状ではなく、円錐形に形成して、かつ成形ばねの受容領域を摩擦エレメントの前記領域に適合することによっても達成される。成形ばねはさらにストッパを有しており、該ストッパによって該成形ばねのばね作用が制限される。

本発明の実施態様では、成形ばねの代わりにばね部材として皿ばねを設けてもよい。この場合には市販の規格部品を使用できるので、該実施態様は経済的な手段である。

この場合に摩擦エレメントの位置決めは皿ばねの中心孔によって達成され、中心孔内に摩擦エレメントの球欠状の領域が接触され若しくは摩擦エレメントの、中心孔に寸法を適合された円柱状或いは円錐形の付加部が接触されるようになっている。この場合には、中心孔の縁部領域は発生する押圧力に基づく局所的な塑性変形によって摩擦エレメントの球欠状若しくは円錐形の領域に沿って圧着され、その結果、寸法的に正確な形状係合及び遊びのない座着が実質的に加工作業なしに達成される。

有利には支持プレートの、皿ばねと接触する受容部の直径は摩擦エレメントの対応する寸法よりも小さくなっており、従って支持プレートの受容部に隣接の縁部領域はストッパを成しており、該ストッパは摩擦エレメントと終端位置で接触し、これによって支持プレートは皿ばねのばね行程を制限するようになっている。

本発明のさらに有利な実施態様を従属項に記載してある。

次ぎに本発明の実施例を添付の図面に基づく説明する。

図面において、
図１は請求項１記載のブレーキライニングの実施例の部分的な背面図であり、
図２は図１のブレーキライニングの線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図であり、
図３はブレーキライニングの図１の支持プレートの一部分の平面図であり、
図４は請求項１記載のブレーキライニングの別の実施例の部分的な背面図であり、
図５は請求項１記載のブレーキライニングのさらに別の実施例の部分的な背面図であり、
図６は請求項２記載のブレーキライニングの実施例の部分的な背面図であり、
図７は図６のブレーキライニングの線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図であり、
図８は図６のブレーキライニングの線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図であり、
図９は請求項２記載のブレーキライニングの別の実施例の、図８の断面図に対応する断面図である。

図１には車両、特に鉄道車両のディスクブレーキのためのブレーキライニングを示してあり、ブレーキライニングは支持プレート２を有しており、支持プレートに支持薄板上の摩擦材料から成る複数の摩擦エレメント（図２）を取り付けてあり、摩擦エレメントはブレーキ操作に際してブレーキディスク（図示省略）の摩擦面に圧着されるようになっている。

図２から明らかなように、摩擦エレメント１は支持プレート２に向いた側に、球欠状の領域８を有しており、該領域は、該領域に適合して支持プレート２に設けられたボールソケット部３内に密着している。軸線上で球欠状の領域８に保持ピン７を一体成形してあり、保持ピンにリング状若しくは環状の緊締ばね６を係合させてあり、緊締ばねは支持プレート２の背面側の切欠き（凹設部）１１の底部に支えられている。

図１並びに図２から明らかなように、支持プレート２には、摩擦エレメント１とのオーバーラップ領域にスリット４を半径方向若しくは放射状に設けてあり、該スリットはボールソケット部３の領域内へ延びており、その結果、支持プレート２は前記スリットによって規定された領域で部分的に弾性変形可能で、即ち弾性的にたわみ変形可能である。

スリット４を半径方向若しくは放射状に設けることによって、各２つのスリット４間に三角形の条片部（ウエブ）を形成してあり、該条片部の先端領域は摩擦エレメント１の球欠状の領域８と接触して支持している。ブレーキ操作に際して生じる反力Ｆは、支持プレートの弾性領域内で、即ち前記条片部で該条片部の先端を変形させる。

図１に示す断面図から明らかなように、支持プレート２の背面側にあり継ぎ案内の案内条片５を設けてあり、該案内条片を介してブレーキライニングは車両の不動の構成部品に形状係合的に、即ち形状による束縛（拘束）を伴って保持されるようになっている。

図３には支持プレート２のみを該支持プレートの切欠きと一緒に、即ち半径方向のスリット４及びボールソケット部３と一緒に示してあり、摩擦エレメントはここでは図示を省略してある。

図４の実施例では、支持プレート２は厚さを薄くして形成されている。摩擦エレメント１とのオーバーラップ領域で支持プレート２に隆起する突起１０を設けてあり、該突起（ネップ部）に摩擦エレメントを接触させるようになっている。この場合に部分的な弾性変形作用は、突起１０を設けてあること並びに支持プレートの厚さを減少して、即ち薄くして形成してあることに基づき生ぜしめられる。支持プレート２の厚さは一様であってよいものの、規定して変化させることもでき、これによって正確に設定された弾性変形を得ることができる。

支持プレート２の局所的に制限されることのない弾性作用は、図５に示す実施例によって得られる。支持プレート２内にスリットを所定の配置で設けてあり、該スリットは負荷の際の摩擦エレメントの相応の変位を可能にする。

図６には請求項２に記載の構成に基づくブレーキライニングを示してあり、該ブレーキライニングの基本構造は図１及び図２に示すものに相応している。

異なる点として、支持プレート２は部分的に弾性変形可能な領域を有するのではなく、各摩擦エレメント１に対応してそれぞれ１つの凹設部（受容部）１２を配置されており、該凹設部内にばね部材１３，１４（図８及び図９）を受容してあり、該ばね部材は一方では凹設部１２の底部に支えられ、かつ他方では所属の摩擦エレメント１に支えられている。

図７及び図８に示す実施例では、ばね部材１３は皿ばねとして形成されており、該皿ばねは皿ばねの中心孔の縁部で以て摩擦エレメント１に接触している。

凹設部１２の深さは、負荷軽減された状態の皿ばねの高さよりも小さくなっており、その結果、摩擦エレメント１は支持プレート２に対してわずかな距離を置いて位置している。

同じく凹設部１２の平面輪郭寸法（平面投影輪郭寸法）も摩擦エレメント１の平面輪郭寸法よりも小さくなっており、従って支持プレート２の、凹設部１２に隣接する縁部領域は、支持プレート２へ向けて押圧された際の摩擦エレメント１に対するストッパを形成している。

皿ばね１３の内径は、球欠状の領域８の、摩擦エレメント１と接続する箇所の直径にほぼ相当している。これによって、摩擦エレメント１の半径方向の固定、即ち位置決めを達成している。

緊締ばね６のばね行程は、摩擦エレメント１の所定の行程よりも大きくなっており、従って摩擦エレメント１は支持プレート２に完全に接触した状態でもばねの締め付け力を受けている。

図９ではばね部材１４を成形ばねとして形成してあり、該成形ばねは同心的に配置された球冠状の凹み部１５を有しており、該凹み部内に、摩擦エレメント１の球欠状の領域８はセンタリングして、即ち同心的に受容されている。

成形ばね１４は該成形ばねの凹み部１５を画成する縁部領域で以て摩擦エレメント１の背面（後ろ側）に接触しているので、凹み部１５によって摩擦エレメント１のセンタリングのほかに半径方向の固定も保証されている。

成形ばね１４の外径並びに皿ばね１３の外径は凹設部１２の外径に相応しており、従って皿ばね１３も成形ばね１４も凹設部内に確保した状態で、即ち位置決めした状態で受容されている。

さらに成形ばね１４には、軸線方向で摩擦エレメント１へ向かって延びるつば１６を環状に設けてあり、該つば（カラー）は摩擦エレメントの背面に対して所定の距離を置いて位置していて、運転時に押し込まれた場合の成形ばね１５のばね行程に対するストッパを形成している。

本発明に基づくブレーキライニングの実施例の部分的な背面図 図１のブレーキライニングの線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図 ブレーキライニングの図１の支持プレートの一部分の平面図 本発明に基づくブレーキライニングの別の実施例の部分的な背面図 本発明に基づくブレーキライニングのさらに別の実施例の部分的な背面図 本発明に基づく別のブレーキライニングの実施例の部分的な背面図 図６のブレーキライニングの線ＶＩＩ−ＶＩＩに沿った断面図 図６のブレーキライニングの線ＶＩＩＩ−ＶＩＩＩに沿った断面図 本発明に基づく別のブレーキライニングの別の実施例の、図８の断面図に対応する断面図

符号の説明

１ 摩擦エレメント、 ２ 支持プレート、 ３ ボールソケット部、 ４ スリット、 ５ 案内条片、 ６ 緊締ばね、 ７ 保持ピン、 ８ 球欠状の領域、 ９ スリット、 １０ 突起、 １１ 切欠き、 １２ 凹設部、 １３，１４ ばね部材、 １５ 凹み部、 １６ つば

Claims (29)

1. 鉄道車両のディスクブレーキ用のブレーキライニングであって、１つの支持プレート（２）を備えており、該支持プレートに、ブレーキ操作に際してブレーキディスクの摩擦面に圧着可能な複数の摩擦エレメント（１）がそれぞれ、接続された１つの緊締ばね（６）を用いて取り付けられており、緊締ばね（６）が支持プレート（２）の、摩擦エレメント（１）とは逆側の背面に支えられている形式のものにおいて、支持プレート（２）が、摩擦エレメント（１）の平面とのオーバーラップ領域で局所的な材料弱体化により部分的に弾性的にたわみ変形可能であることを特徴とする、車両のディスクブレーキ用のブレーキライニング。
2. 各摩擦エレメント（１）に対応してばね部材（１３，１４）を配置してあり、該ばね部材が一方で摩擦エレメント（１）の背面に支えられかつ、他方で支持プレート（２）の、摩擦エレメントに向けられた面に支えられていて、摩擦エレメント（１）の半径方向の固定部を形成している請求項１記載のブレーキライニング。
3. 弾性変形のために支持プレート（２）内に、スリット（４，９）若しくは溝を所定の配置で設けてある請求項１記載のブレーキライニング。
4. 各摩擦エレメント（１）をそれぞれ支持プレート（２）のボールソケット部（３）内に支承してあり、スリット（４）が半径方向へ延びるように前記ボールソケット部（３）に配置されている請求項１から３のいずれか１項記載のブレーキライニング。
5. 各摩擦エレメント（１）をそれぞれ、支持プレート（２）に設けられたボールソケット部（３）内に支承してあり、ボールソケット部（３）が少なくとも部分的に皿ばねとして形成されている請求項１記載のブレーキライニング。
6. それぞれ２つのスリット（４）によって画定されて条片部を形成する領域の厚さが半径にわたって一定であり、若しくは変化している請求項１又は３乃至５のいずれか１項記載のブレーキライニング。
7. ボールソケット部（３）に設けられたスリットが互いに平行に配置されている請求項４記載のブレーキライニング。
8. 摩擦エレメント（１）の平面とのオーバーラップ領域に局所的な肉厚部を設けてあり、肉厚部に摩擦エレメント（１）を接触させてある請求項１記載のブレーキライニング。
9. 肉厚部が突起（１０）として形成されている請求項８記載のブレーキライニング。
10. 支持プレート（２）の厚さが全体的に一定であり、若しくは規定して変化されている請求項７記載のブレーキライニング。
11. 摩擦エレメント（１）の平面とのオーバーラップ領域の外側で支持プレート（２）にスリット（９）を、所定の位置に設けてある請求項１記載のブレーキライニング。
12. 各ばね部材（１３，１４）が、支持プレート（２）に設けられた凹設部（１２）内に受容されている請求項２記載のブレーキライニング。
13. ばね部材（１３）が皿ばねとして形成されている請求項２記載のブレーキライニング。
14. 皿ばね（１３）が、中央孔を画定している縁部で以て摩擦エレメント（１）に接触している請求項１３記載のブレーキライニング。
15. 凹設部（１２）の深さが、無負荷状態の皿ばね（１３）の高さよりも小さくなっている請求項１２又は１３記載のブレーキライニング。
16. 皿ばね（１３）の内法の直径が、摩擦エレメント（１）の球欠状の領域（８）として形成された付加部、若しくは円柱状の付加部、若しくは円錐形の付加部の最大の外径に相当している請求項１３記載のブレーキライニング。
17. 凹設部（１２）の外径が、摩擦エレメント（１）の最大の平面輪郭寸法よりも小さくなっている請求項１２又は１３記載のブレーキライニング。
18. ばね部材（１４）内に摩擦エレメント（１）が背面で以て受容されて半径方向で固定されている請求項２記載のブレーキライニング。
19. ばね部材（１４）が凹み部（１５）を有しており、該凹み部内に摩擦エレメント（１）の、該凹み部に適合された付加部が受容されている請求項１８記載のブレーキライニング。
20. 凹み部（１５）が、球冠状に若しくは円錐形に形成されている請求項１９記載のブレーキライニング。
21. ばね部材（１４）の凹み部（１５）を画成する縁部領域が、摩擦エレメント（１）に接触している請求項１９又は２０記載のブレーキライニング。
22. ばね部材（１４）が周囲に軸線方向へ延びるつば（１６）を有しており、該つばが支持プレート（２）を、摩擦エレメント（１）に向いた側でわずかに越えて突出している請求項１８記載のブレーキライニング。
23. 凹み部（１５）を画成する縁部領域が、凹設部（１２）の底部を基準としてつば（１６）よりも高くなっている請求項２１又は２２記載のブレーキライニング。
24. 凹設部（１２）の直径が、ばね部材（１４）の外径に相当している請求項１１又は１８記載のブレーキライニング。
25. ばね部材（１４）の外側の平面輪郭寸法が、摩擦エレメント（１）の最大の平面輪郭寸法よりも小さくなっている請求項２４記載のブレーキライニング。
26. ばね部材（１３，１４）がばね薄板から形成されている請求項２記載のブレーキライニング。
27. 支持プレート（２）が鋼鋳造品若しくはアルミニウム鋳造品から成っている請求項１又は２記載のブレーキライニング。
28. 支持プレート（２）が鋼薄板から成っている請求項１又は２記載のブレーキライニング。
29. 支持プレート（２）が鋼薄板・深絞り製品として形成されている請求項１又は２８記載のブレーキライニング。

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