KR100368611B1 - 철도차량용 브레이크 조립체 - Google Patents

철도차량용 브레이크 조립체 Download PDF

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KR100368611B1 KR10-1999-0055597A KR19990055597A KR100368611B1 KR 100368611 B1 KR100368611 B1 KR 100368611B1 KR 19990055597 A KR19990055597 A KR 19990055597A KR 100368611 B1 KR100368611 B1 KR 100368611B1
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Abstract

본 발명은 브레이크 작동시 발생되는 열응력에 대한 완충효과가 우수하고, 브레이크디스크로부터 허브로의 열전달이 방지 또는 감소되며, 열의 방출이 우수하여 크랙의 발생이 방지되는 철도차량용 브레이크 조립체를 제공한다.
그 브레이크 조립체는 차축에 고정되는 원통형의 몸체(14)와, 상기 몸체(14)의 일측변으로부터 반호형으로 연장형성되는 플랜지(16)와, 상기 플랜지(16)의 선단부에 형성되며 다수의 장착구멍(20)이 형성된 장착부(18)를 일체로 구비하는 허브(10); 및 상기 허브(10)의 장착부(18)에 고정되며 상기 장착구멍(20)에 대응하는 고정구멍(26)이 형성된 고정부(24)와, 상기 고정부(24)에 일체로 형성되고 제동장치의 브레이크 패드에 의해 압착되며 상호 대향하는 2개의 브레이크 압착부(30)와, 상기 각각의 브레이크 압착부(30)사이에 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축에 대해 예각의 편향각(a)을 이루며 배열되는 다수의 리브(32)를 일체로 구비하는 브레이크 디스크(12)로 구성된다.

Description

철도차량용 브레이크 조립체{BRAKE ASSEMBLY FOR RAILROAD VEHICLE}
본 발명은 철도차량용 브레이크 조립체에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 브레이크 작동시 발생되는 응력에 대한 완충효과가 우수하고, 브레이크 디스크로부터 허브로의 열전달이 방지 또는 감소하며, 열의 방출이 우수하여 크랙의 발생이 방지되는 철도차량용 브레이크 조립체에 관한 것이다.
일반적으로, 철도차량에는 다양한 연료 또는 전력을 사용하는 동력원이 탑재되어 있으며, 또한 그 철도차량에는 그 동력원으로부터 동력을 전달받아 지상에 부설된 레일을 따라 구동되는 차륜이 장착되어 있다. 물론, 이와 같은 철도차량에는 제동장치가 제공되어 있어 차량의 속도를 조절할 수 있음은 물론 그 차량을 정지시킬 수 있다. 특히, 철도차량의 제동장치는 그 중량이 과도하고 또한 한정된 레일을 따라 이동되기 때문에 제동에 신뢰성이 있어야 한다.
도 1에 도시된 바와 같이, 철도차량에는 차체에 장착되는 차축(1)을 구비하며, 그 차측의 양측에는 도시되지 않은 레일에서 회전 구동되는 차륜(2)이 장착되어 있다. 또한, 차륜의 근접부의 차축(1)에는 차량의 제동을 위한 브레이크 조립체(3)가 장착된다. 브레이크 조립체(3)는 실제로 차축(1)에 장착되는 허브(4)와, 그 허브(4)에 볼트 및 너트로 체결되는 고정부(5)에 의해 결합되는 브레이크디스크(6)로 구성된다. 그 브레이크디스크(6)는 일반적으로 제동시 브레이크장치의 캘리퍼가 압착되며 상호 대향하는 2개의 브레이크 압착부(7)를 포함한다.
또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 각각의 브레이크 압착부(7)사이에는 그 압착부의 보강은 물론 제동시 발생되는 열을 냉각시키기 위한 다수의 리브(8)가 일정간격을 두고 일체로 형성되어 있다. 이들 각각의 리브(8)들은 또한 브레이크 조립체(3)의 중심점(C)으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축(X)상에 일치되도록 형성되어 있으며, 이에 따라, 그 리브(8)들의 실제적인 크기는 브레이크 압착부(6)의 높이 또는 폭으로 제한되어 있다.
이와 같은 구성에 따라, 기관차에서 엔진이 작동되어 철도차량에 동력이 전달되거나 외력이 가해지면 차축(1)이 회전되고 동시에 차륜(2)이 도시되지 않은 레일에서 회전됨으로써 차량이 구동된다. 이때, 차량을 감속시키거나 또는 정지시키기 위해 도시되지 않은 제동장치를 작동시키면 그 제동장치의 캘리퍼에 장착된 브레이크 패드가 브레이크디스크(6)의 브레이크 압착부(7)를 가압함으로써, 브레이크 조립체(3)의 회전이 저지 또는 중지됨에 따라 차축(1) 및 차륜(2)의 회전속도가 감속되거나 정지되는 것이다.
브레이크패드가 브레이크디스크의 브레이크 압착부에 압착되면 마찰열이 심하게 발생되어 브레이크디스크가 팽창하게 된다. 또한, 이 같은 제동이 반복되고, 브레이크디스크의 열팽창으로 인해 브레이크 디스크와 허브를 결합시키기 위해 볼트와 같은 고정수단이 고정되는 고정구멍에 은력이 집중된다. 이에 따라, 운행중 디스크에 크랙이 발생되며, 심한 경우 열차의 탈선을 초래하는 문제점이 있다.
또한, 짧은 길이로 브레이크디스크가 허브에 고정됨으로써, 브레이크디스크에서 발생되는 다양한 응력이 완충됨이 없이 허브로 쉽게 전달됨에 따라 허브에 응력이 집중되어 그 허브와 차축간의 결합이 이완되는 문제점이 있다.
더욱이, 리브의 크기가 제한적이어서 공기와의 접촉면적에 한게가 있으므로 브레이크 압착부를 신속하게 냉각시킬 수 없어 냉각성이 저하되는 문제점이 있다.
이에 본 발명은 상술된 문제점들을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 제동시 브레이크 디스크의 브레이크 압착부에서 발생되는 열 및 응력이 허브로 전달되는 것을 방지 또는 감소시킬 수 있는 철도차량용 브레이크 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 브레이크 압착부에서 발생되어 허브로 전달되는 응력을 완충시킬 수 있는 철도차량용 브레이크 조립체를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 브레이크 압착부에서 발생되는 열을 효과적으로 방출시켜 냉각시킬 수 있는 리브가 형성된 철도차량용 브레이크 조립체를 제공하는데 있다.
도 1은 일반적인 철도차량의 차축에 장착되는 브레이크디스크를 보여주는 정면도.
도 2는 도 1의 브레이크디스크의 절반부를 보여주는 일부는 점선으로 도시된 정면도.
도 3은 본 발명에 따른 브레이크 조립체를 보여주는 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 브레이크 조립체중 브레이크디스크의 리브의 배열을 상세히 보여주는 측면도.
도 5는 본 고안에 다른 브레이크 조립체의 허브와 브레이크 디스크의 다른 실시예에 따른 결합관계를 보여주는 부분단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 허브 12: 브레이크디스크
14: 몸체 16: 플랜지
18: 장착부 20: 장착구멍
22: 장착단 24: 고정부
26: 고정구멍 28: 고정단
30: 브레이크압착부 32: 리브
이 같은 목적들은 철도차량의 차축에 장착되는 브레이크 조립체에 있어서, 차축에 고정되는 원통형 몸체와, 상기 몸체의 일측변으로부터 반호형으로 연장 형성되는 플랜지와, 상기 플랜지의 선단부에 형성되며 다수의 장착구멍이 형성된 장착부를 일체로 구비하는 허브; 및 상기 허브의 장착부에 고정되며 상기 장착구멍에 대응하는 고정구멍이 형성된 고정부와, 상기 고정부에 연장 형성되고 제동장치의 브레이크 패드에 의해 압착되며 상호 대향하는 2개의 브레이크 압착부와, 상기 각각의 브레이크 압착부사이에 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축(X)에 대해 1예각의 편향각을 이루며 배열되는 다수의 리브를 일체로 구비하는 브레이크 디스크;를 포함하는 철도차량용 브레이크 조립체에 의해 달성될 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.
먼저 도 3 및 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 브레이크 조립체는 기본적으로 철도차량의 액슬과 같은 차축에 장착되는 허브(10)와 그 허브(10)에 볼트 및 너트와 같은 체결수단에 의해 장착되는 브레이크디스크(12)를 포함한다.
보다 상세히 설명하면, 허브(10)는 도시되지 않은 차축에 예컨대 강제 압입되어 장착되는 원통형 몸체(14)를 포함한다. 특히, 허브(10)에는 원통형 몸체(14)의 일측변으로부터 일체로 연장형성되고 반호형 또는 반구형의 형상을 갖는 플랜지(16)를 포함하며, 그 플랜지(16)의 선단부에는 브레이크디스크(12)가 볼트 및 너트와 같은 체결수단에 의해 고정되는 장착부(18)가 일체로 형성된다. 물론, 그 장착부(18)에는 일정간격으로 다수의 장착구멍(20)이 천공된다.
선택적으로, 허브(10)의 장착부(18)에는 후술되는 바와 같이 브레이크디스크(12)와 결합할 때 그 브레이크디스크(12)와의 견고한 결합을 위해 장착단(22)이 형성되는 것이 바람직하다.
상술된 허브(10)에 장착되는 브레이크디스크(12)는 도 4에 상세히 도시된 바와 같이, 상기 허브(10)의 장착부(18)에 볼트 및 너트와 같은 체결수단에 의해 체결되어 결합되는 고정부(24)를 포함한다. 그 고정부(24)에는 물론 장착부(18)의 각각의 체결구멍(20)에 대응하는 다수의 고정구멍(26)이 형성된다. 선택적으로, 고정부(24)에는 허브(10)의 장착단(22)에 지지되어 결합되는 고정단(28)이 형성된다.
또한, 브레이크디스크(12)는 허브(10)에 일체로 형성되고 제동장치의 브레이크패드에 의해 압착되며 상호 일정간격으로 대향하는 2개의 브레이크 압착부(30)가 일체로 형성된다. 각각의 브레이크 압착부(30)사이에는 각각의 브레이크 압착부를 보강함은 물론 브레이크 압착부에서 발생되는 열을 냉각시키기 위해 핀(fin)형상으로 형성되는 다수의 리브(32)가 일체로 형성되어 있다.
특히, 각각의 리브(32)들은 브레이크디스크(12)의 중심점(C)으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축(X)에 대해 소정의 편향각(a)을 이루며 일정간격으로 배설된다. 그 편향각(a)은 예각이며, 10°내지 30°인 것이 바람직하며, 12°인 것이 가장 바람직하다. 이와 같이, 각각의 리브(32)가 반경방향축(x)에 대해 편향각(a)을 이루며 경사짐으로써, 전체적으로 통상의 임펠러 구조를 형성하게 된다. 또한, 각각의 리브가 경사짐으로써, 그 길이가 실제적으로 크게되어 외부공기와의 접촉면적이 증가하게 되는 것이다.
물론, 브레이크디스크는 도시된 바와 같이 반원형으로 형성되어 2개가 상호 결합되어 완전한 하나의 브레이크디스크를 형성하는 것으로서, 각각의 절반부를 상호 결합시킬 수 있도록 각각의 절반부의 양측에는 볼트 및 너트와 같은 체결수단이 장입되어 결합되는 고정구멍(34)이 형성되어 있다.
선택적으로 도 5에 도시된 바와 같이, 허브(10)와 브레이크디스크(12)간의 견고한 결합을 위해 허브(10)의 장착부(18)에는 그 둘레를 따라 체결홈(36)이 형성되며, 이에 대응하게 브레이크디스크(12)의 고정부(24)에는 상기 체결홈(36)에 삽입되어 고정되는 체결편(38)이 일체로 돌출형성된다.
이하, 본 발명에 따른 철도차량용 브레이크 조립체의 조립방식 및 그 작용모드에 대해 상세히 설명한다.
작업자는, 2개의 분할형으로 형성된 브레이크디스크를 상호 결합시켜 하나의 완전한 브레이크디스크(12)를 형성한다. 그리고, 허브(10)를 액슬에 압입하여 장착하거나 또는 액슬에 장착하기 전에, 브레이크디스크(12)를 허브(10)에 장착한다. 이때, 허브(10)의 장착부(18)에 형성된 각각의 장착구멍(20)과, 이에 대응하는 브레이크디스크(12)의 고정부(24)에 형성된 각각의 고정구멍(26)과 관통하게 되며 이 관통구멍에 도시되지 않은 볼트 및 너트가 체결됨으로써 허브(10)와 브레이크디스크(12)가 결합되는 것이다. 특히, 이와 같은 결합시 허브(10)의 장착단(22)에 브레이크디스크(12)의 고정단(28)이 밀착됨으로써, 상호 견고하고 안정적인 결합을 이룰 수 있는 것이다.
선택적으로, 허브(10)의 장착부(18)에 체결홈(36)이 형성되며, 브레이크디스크(12)의 고정부(24)에 체결편(38)이 형성된 경우에는 체결편(38)을 체결홈(36)에 삽입한 상태에서 볼트(40) 및 너트(42)를 이용하여 상호 견고하게 결합할 수 있다.
이와 같이 브레이크 조립체가 철도차량의 액슬과 같은 차축에 장착된 상태에서, 철도차량의 기관사가 제동장치를 작동시키면, 그 제동장치에 연계된 캘리퍼에 설치된 브레이크패드(도시되지 않았음)가 회전상태의 브레이크 디스크(12)의 브레이크 압착부(30)를 압착함으로써 그 철도차량이 감속되거나 정지되는 것이다.
한편, 제동시 브레이크패드가 브레이크디스크(12)의 브레이크 압착부(30)를 압착할 때 발생되는 마찰열의 일부는 각각의 브레이크 압착부(30)의 외부 및 그들 각각의 브레이크 압착부 사이를 통해 외부로 방출된다. 특히, 브레이크 디스크(12)로부터 허브(10)로 전달되는 대부분의 열은 플랜지(16)에서 외부로 방열된다. 이는 플랜지(16)가 반호형 또는 반구형으로 형성되어 브레이크 디스크(12)의 고정부(24)로부터 허브(10)의 몸체(14)까지의 길이가 길어 외기와의 접촉면적이 증가되어 있기 때문이다. 또한, 플랜지(16)는 브레이크 디스크(12)로부터 허브(10)로 전달될 수 있는 다양한 응력을 완충시키거나 완화시킨다. 이에 따라, 브레이크 디스크(12)에서 발생될 수 있는 모든 열 및 응력이 허브(10)의 몸체(14)로 전달되는 것이 방지되거나 감소되어 몸체(14)가 차축에서 이완되거나 크랙의 발생이 방지되는 것이다.
또한, 제동시 브레이크패드가 브레이크 디스크(12)의 브레이크 압착부(30)를 압착함으로써 발생되는 열은 각각의 압착부(30)사이에 형성된 각각의 리브(32)들에 의해 외부로 발산되어 그 브레이크디스크(12)가 냉각된다. 이때, 각각의 리브(32)와 외부공기와의 접촉면적이 크므로 그 리브(32)를 통해 열이 신속하게 방출됨으로써 브레이크 압착부(30)는 물론 브레이크디스크(12) 전체가 효과적으로 냉각될 수 있는 것이다. 이는 각각의 리브(32)가 브레이크디스크(12)의 중심점(C)으로부터 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축(X)에 대해 소정의 편향각(a)을 이루며 경사져 있기 때문이다.
이에 따라, 브레이크 작동시 브레이크디스크에서 발생되는 열 및 응력이 허브의 리브 및/또는 플랜지에서 신속하고 용이하게 방출 및 완충되어 브레이크 조립체 전체의 냉각이 신속하게 행해지며 또한 크랙이 방지되는 것이다.
결과적으로, 본 발명에 따른 철도차량용 브레이크 조립체에 의하면, 브레이크 디스크에서 발생되는 응력이 허브의 몸체로 전달되는 것이 방지되거나 감소되어 허브의 이완 및 크랙이 방지됨으로써 제동성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 브레이크디스크의 각각의 리브들과 외기와의 접촉면적이 증대되어 열을 신속하게 방출시킬 수 있어 냉각효율이 향상되는 장점이 있다.
이상에서, 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 본 기술분야의 당업자들이라면 첨부된 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 철도차량의 차축에 장착되는 브레이크 조립체로서, 상기 차축에 고정되는 원통형의 몸체(14)와, 상기 몸체(14)의 일측변으로부터 굴곡되어 연장 형성되는 플랜지(16)와, 상기 플랜지(16)의 선단부에 형성되며 다수의 장착구멍(20)이 형성된 장착부(18)를 일체로 구비하는 허브(10); 및 상기 허브(10)의 장착부(18)에 고정되며 상기 장착구멍(20)에 대응하는 고정구멍(26)이 형성된 고정부(24)와, 상기 고정부(24)에 일체로 형성되고 제동시 제동장치의 브레이크패드에 의해 압착되며 상호 대향하는 2개의 브레이크 압착부(30)와, 상기 각각의 브레이크 압착부(30)사이에 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축(X)에 대해 예각의 편향각(a)을 이루며 배열되는 다수의 리브(32)를 일체로 구비하는 브레이크 디스크(12)를 포함하는 철도차량용 브레이크 조립체에 있어서,
    상기 허브(10)의 장착부(18)에는 그 주변을 따라 장착단(22)이 형성되고, 상기 브레이크 디스크(12)의 고정부(24)에는 상기 허브(10)의 장착단(22)에 안착되는 고정단(28)이 형성되며, 상기 편향각(a)은 10°내지 24°인 것을 특징으로 하는 철도차량용 브레이크 조립체.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 철도차량의 차축에 장착되는 브레이크 조립체로서, 상기 차축에 고정되는 원통형의 몸체(14)와, 상기 몸체(14)의 일측변으로부터 굴곡되어 연장 형성되는 플랜지(16)와, 상기 플랜지(16)의 선단부에 형성되며 다수의 장착구멍(20)이 형성된 장착부(18)를 일체로 구비하는 허브(10); 및 상기 허브(10)의 장착부(18)에 고정되며 상기 장착구멍(20)에 대응하는 고정구멍(26)이 형성된 고정부(24)와, 상기 고정부(24)에 일체로 형성되고 제동시 제동장치의 브레이크패드에 의해 압착되며 상호 대향하는 2개의 브레이크 압착부(30)와, 상기 각각의 브레이크 압착부(30)사이에 반경방향 외측으로 연장되는 반경방향축(X)에 대해 예각의 편향각(a)을 이루며 배열되는 다수의 리브(32)를 일체로 구비하는 브레이크 디스크(12)를 포함하는 철도차량용 브레이크 조립체에 있어서,
    상기 허브(10)의 장착부(18)에는 그 주변을 따라 장착홈(36)이 일체로 형성되며, 상기 브레이크 디스크(12)의 고정부(24)에는 상기 장착부(18)의 장착홈(36)에 삽입되는 체결편(38)이 일체로 돌출 형성되며, 상기 편향각(a)은 10°내지 24°인 것을 특징으로 하는 철도차량용 브레이크 조립체.
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