KR101522753B1 - 레일 휠 - Google Patents

Abstract

휠 본체(1) 및 고정 요소들에 의해 그 양측에 연결된 휠 브레이크 디스크들(2)을 구비하는 본 발명에 따른 레일 휠은 적어도 휠 브레이크 디스크들(2)에 휠 본체(1)에 접촉하는 각각의 접촉 영역에 기계적으로 및 열적으로 부하 능력이 높은 중간층(7)이 배치되도록 구성된다.

Description

레일 휠{RAIL WHEEL}

본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 레일 휠(rail wheel)에 관한 것이다.

공지의 레일 휠들에서는, 휠 본체(wheel body)의 양측에 연결되는 휠 브레이크 디스크들이 둘레에 분배된 다수의 고정 요소들, 특히 관통 볼트들에 의해 휠 본체에 고정된다.

그와 같이 고정함에 있어서, 냉각 리브, 센터링 아이(centering eyes), 및 고정 아이(fixing eyes)가 형성되어 있는 휠 브레이크 디스크들은 휠 본체에 직접 위치되는데, 그것도 특히 휠 허브를 바깥쪽 볼 레이스(ball race)와 연결하는 휠 브리지에 위치된다.

하지만, 휠 브레이크 디스크들이 휠 본체에 직접 접촉함으로 인해, 작동 조건에 기인하여 상당한 문제점들이 생기게 된다.

즉, 제동 중에 나타나는 축 방향 온도 구배로 인해, 휠 브레이크 디스크의 반경 방향 바깥쪽으로 휠 브리지와 접촉 영역 사이에서 면압(surface pressure)이 너무 지나치게 상승하게 된다(만약 각각의 브레이크 디스크를 휠 본체에 볼트로 체결하지 않았다면, 브레이크 디스크가 판 스프링의 형태를 띠게 되었을 것임).

그와 더불어, 환형 휠 브레이크 디스크들은 높은 열 하중에 의해 나타나는 마찰 면들에서의 내부 인장 응력으로 인해 반대쪽으로 접시 모양으로 변형되는 성향이 있다.

그러면, 냉각 상태에서 반경 방향의 안쪽에 놓인 접촉 영역의 면압이 지나치게 상승하게 된다.

열적 조건에 기인하는 휠 브레이크 디스크의 "호흡", 즉 반경 방향의 주기적 수축 및 팽창으로 인해, 제동 과정 중에 접촉 영역에서 소위 마찰 미끄러짐이 발생한다.

전술된 면압의 지나친 상승에 의해, 무엇보다도 제동 출력이 높을 경우에는 접촉 영역의 구역에서 휠 브레이크 디스크들과 휠 본체 사이의 침식이 일어나거나 휠 브리지에서 국부적인 소성 변형이 일어나고, 그것은 장기적으로 균열 형성과 같은 휠의 손상을 가져올 수 있다.

본 발명의 과제는 구조적으로 간단한 수단에 의해 작동 조건에 기인한 과도 응력을 방지하고, 그럼으로써 내구 수명을 전체적으로 증대시키도록 서두에 전제된 타입의 레일 휠을 개량하는 것이다.

그러한 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 레일 휠에 의해 해결된다.

적어도 각각의 접촉 영역에서 휠 브레이크 디스크들과 휠 본체 사이에 기계적으로 및 열적으로 부하 능력이 높은 중간층을 배치함으로써, 침식 현상 및 그에 따른 휠 손상이 방지되게 된다.

제동 중에 열적 조건에 기인하여 나타나는, 선행 기술에서 "호흡"으로서 지칭된 휠 브레이크 디스크의 변형이 이제는 아무런 영향도 미치지 않게 되는데, 왜냐하면 중간층이 반경 방향으로 휠 본체에 고정 유지될 경우에 휠 브레이크 디스크가 적절히 미끄러지거나, 아니면 중간층이 그에 부착된 휠 브레이크 디스크와 함께 그 위의 휠 본체에 대해 미끄럼 이동하는 소위 미끄럼 층으로서의 기능을 중간층이 수행하기 때문이다.

그와 관련하여, 중간층은 그 면적 크기에 있어 휠 브레이크 디스크의 접촉 영역의 대응 크기와 동일하거나 더 커서 작은 면압이 작용하도록 하는 것이 바람직하다.

따라서, 전술된 휠 브리지에서의 침식 현상 또는 소성 변형이 방지되어 그 결과로 생기는 균열 형성을 효과적으로 회피하게 된다.

물론, 그것은 레일 휠 전체의 내구 수명의 현격한 증대 및 작동 신뢰성의 뚜렷한 개선을 가져온다.

덧붙여, 그 경도가 휠 브리지의 경도 또는 강도보다 훨씬 더 높은 시트 플레이트로 중간층을 제조하는 것도 바람직하다.

이미 입증된 바와 같이, 그러한 사용 목적에 적합한 것은 통상적으로 롤 제품으로 존재하는, 연마된 표면을 갖는 스테인리스강인데, 그러한 시트 플레이트의 인장 강도는 > 1000 N/㎟이고, 두께는 약 1㎜이어야 한다. 하지만, 원칙적으로는 다른 시트 플레이트 두께도 사용될 수 있다.

본 발명의 바람직한 부가의 구성에 따르면, 중간층들은 원주 방향으로 서로 나란히 접하는 원형 링 섹션들로 이뤄진다.

그와 관련하여, 30°, 60°, 120°, 또는 180°의 원형 링 섹션들을 고려할 수 있다. 물론, 중간층은 기본적으로 일체형 시트 플레이트 링으로서 구성될 수도 있다. 원형 링 섹션들을 반경 방향으로 고정하는 것은 포지티브 로킹(positive locking) 방식 또는 마찰 맞물림(frictionally engaged) 방식으로 이뤄진다. 포지티브 로킹은 휠 브리지에서 또는 휠 브레이크 디스크의 접촉 측면에서 이뤄질 수 있다.

반면에, 마찰 맞물림은 휠 브레이크 디스크들을 휠 브리지 또는 휠 본체에 고정하는 볼트 체결을 이용한 적절한 클램핑에 의해 구현된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구성들이 종속 청구항들에 특징져있다.

본 발명은 구조적으로 작동 조건에 기인한 과도 응력을 간단한 수단에 의해 방지함으로써 그 내구 수명이 전체적으로 현격히 증대하는 레일 휠을 제공한다. 특히, 적어도 각각의 접촉 영역에서 휠 브레이크 디스크들과 휠 본체 사이에 기계적으로 및 열적으로 부하 능력이 높은 중간층을 배치함으로써, 휠 본체의 침식 현상 및 그에 따른 균열 형성과 같은 휠 손상을 방지하여 그 내구 수명을 증대시킨 레일 휠을 제공한다.

이하, 본 발명의 실시예들을 첨부 도면들에 의거하여 더욱 상세히 설명하기로 한다. 첨부 도면들 중에서,
도 1은 본 발명에 따른 레일 휠의 부분 섹션을 나타낸 단면 측면도이고;
도 2 및 도 3은 본 발명의 또 다른 실시예를 확대된 부분 섹션으로 각각 나타낸, 도 1에 상응하는 단면 측면도들이며;
도 4는 레일 휠의 일부를 나타낸 평면도이고;
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예를 확대된 부분 섹션으로 나타낸 단면 측면도이다.

도 1에는, 레일 휠의 부분 영역, 그 중에서도 특히 휠 본체(1)의 양측에 휠 브레이크 디스크들(2)이 연결되는 영역이 도시되어 있다.

여기서, 반경 반향으로 연장되는 2개의 넓은 접촉 면들을 형성하는 휠 본체(1)의 휠 브리지(3)는 볼트(6)가 통과하여 안내되는 구멍(14)을 구비하는데, 그러한 볼트(6)에 의해 휠 브레이크 디스크들(2)이 휠 본체(1)에 고정적으로 연결되게 된다.

도시된 볼트 이외에도 둘레 원주에 걸쳐 동일한 각도 간격으로 분포되는 다수의 볼트들의 각각의 볼트(6)는 각각의 휠 브레이크 디스크(2)의 고정 아이(5)를 통해 안내되는데, 그 고정 아이(5)는 휠 브레이크 디스크의 냉각 리브들(4)과 마찬가지로 전방 측에서 휠 브리지(3)에 대한 접촉 영역을 형성한다.

고정 아이(5) 및 냉각 리브들(4)의 접촉 영역들과 휠 브리지(3) 사이에는 각각의 휠 브레이크 디스크(2)에 부속되는 중간층(7)이 배치되고, 그에 따라 중간층(7)의 한쪽에는 휠 브리지(3)가 접하고, 다른 한쪽에는 휠 브레이크 디스크의 접촉 영역이 접하게 된다.

그러한 중간층(7)은 기계적으로 및 열적으로 부하 능력이 높은 재료, 바람직하게는 그 경도 또는 강도가 휠 브리지(3)의 경도 또는 강도보다 더 큰 경질 압연(hard-rolled) 시트 플레이트로 이뤄진다.

도 4에서 특히 명확히 알 수 있는 바와 같이, 중간층(7)은 둘레에 걸쳐 균일하게 분포되는 원형 링 섹션들로 이뤄지는데, 원형 링 섹션들의 수는 변할 수 있다. 예를 들어, 볼트들(6)의 수가 12개일 경우에는 동수의 원형 링 섹션들이 마련되고, 그에 따라 원형 링 섹션들이 각각 30°의 각도를 이루게 된다.

반경 방향으로의 고정을 위해, 중간층들(7)을 포지티브 로킹 방식으로 유지되는데, 그를 위해 도 1에 도시된 예에서는 휠 브리지(3)가 계단부들(8)을 구비하고, 중간층들(7)이 반경 방향으로 거의 미끄러짐 불가하게 그 계단부들(8)에 수납된다.

볼트들(6)의 통과를 위해, 중간층들(7)은 적절한 개구부들을 구비한다.

도 3 및 도 5에서와 마찬가지로 중간층들(7)의 접촉 영역이 확대 도시되어 있는 도 2에 도시된 예의 경우, 양쪽으로의, 즉 바깥쪽 및 안쪽으로의 반경 방향 고정은 구멍(14)에 삽입되어 거기에 축 방향으로 고정 유지되는 슬리브(9)에 의해 이뤄지는데, 슬리브(9)는 양쪽으로 적어도 중간층들(7)의 두께만큼 휠 브리지(3)를 넘어 돌출된다.

슬리브(9)의 바깥 지름은 중간층(7)의 중앙 리세스의 안지름과 같고, 그에 따라 슬리브(9)가 한편으로는 지장 없이 끼워지고, 다른 한편으로는 옆으로 미끄러지는 일이 없이 고정 유지되게 된다.

즉, 도 1 및 도 2에 따른 실시 타입에서는, 중간층들(7)이 휠 브리지(3)에 클램핑된다. 실제로 바깥쪽 접촉 영역을 이루는 냉각 리브들(4)의 반경 방향 폭에 의해 그 바깥 반지름이 결정되는 중간층들(7)이 눈에 뜨일 정도로 넓은 면적으로 휠 브리지(3)에 접촉함으로써, 시트 플레이트와 휠 브리지 사이에서 뚜렷한 온도 차가 발생하는 것이 방지되고, 그에 따라 열적 조건에 기인하여 중간 시트 플레이트가 휠에 대해 비틀어지는 것도 방지되게 된다. 휠 브리지 상에서 시트 플레이트가 미끄러지는 일도 일어나지 않는다.

반면에, 각각의 중간층(7)에 지지되는 휠 브레이크 디스크(2)는 열적 조건에 기인한 형상 변경 시에 중간층(7) 상에서 반경 방향으로 미끄러지고, 그에 따라 휠 브리지의 침식 또는 손상이 배제되게 된다.

전술된 의미에서, 중간층들(7)은 도 5에 도시된 예에서도 역시 휠 브리지(3)에 클램핑된다.

그를 위해, 중간층들(7)은 칼라(collar)로서의 역할을 하고 구멍(14) 속에 맞물리는 가장자리 굽힘부들(13)을 휠 브리지(3)의 구멍들(14)의 구역에 구비하는데, 그 가장 자리 굽힘부(13)의 바깥 지름은 구멍(14)의 안지름과 대략 동일하여 양쪽으로의 반경 방향 고정이 보장되게 된다.

도 3에는, 중간층들(7)을 고정하는 또 다른 예가 도시되어 있다.

여기서, 휠 브레이크 디스크(2)는 휠 브리지(3)와 대면하는 그 접촉 영역들에 계단부들(10)을 구비하고, 그 계단부들(10)에 각각의 중간층(7)이 수납되어 반경 방향으로 고정된다.

휠 브레이크 디스크(2)가 온도 조건에 기인하여 반경 방향으로 팽창 및 수축할 경우, 각각의 중간층(7)이 똑같은 정도로 동반 이동하고, 그에 따라 중간층들(7)이 실제로 휠 브리지(3) 상에서 미끄러지게 된다.

도 4에서 알 수 있는 바와 같이, 또 다른 타입으로 중간층들(7)을 고정하는 것은 휠 브리지(3)와 휠 브레이크 디스크들(2) 사이에 배치되는 연결 블록들(11)과 합치되는 영역에서 그 평면도 치수가 연결 블록들과 일치하는 펀칭 구멍들을 중간층들(7)에 마련하되, 연결 블록들(11)이 해당 펀칭 구멍들을 통과하여 층들이 포지티브 로킹 방식으로 휠 브리지(3)에 고정되게 하는 것이다.

각각의 제동 과정 중에는 휠 브레이크 디스크(2)와 중간층(7) 사이에서 온도 차가 발생하기 때문에, 중간층들(7)은 곡률 차로 인한 비틀어짐이 생기지 않도록 구성된다.

그러한 중간층(7)의 구성은 중간층이 바깥쪽 에지 및 안쪽 에지에 접촉 섹션들(12)을 구비하고, 그 접촉 섹션들(12)이 계단부들(8, 10)의 대응 계단 에지들에 접하도록 하는 형태로 이뤄진다(도 4를 참조).

기본적으로, 링의 형태의 일체형 중간층도 제기능을 다할 수 있다. 하지만, 레일 휠용 휠 브레이크 디스크의 큰 지름으로 인해, 원형 링 섹션들을 사용하는 것이 비용상으로 훨씬 더 저렴한데, 그러한 원형 링 섹션들은 스탬핑, 레이저, 또는 워터 제트에 의해 절단된다.

도 4에 도시된 예에서는, 60°의 원형 링 섹션들이 선택되고, 각각의 중간층(7)이 바깥쪽 에지에 2개의 접촉 섹션들(12)을, 그리고 안쪽 에지에 하나의 접촉 섹션(12)을 구비하는데, 길이를 기준으로 안쪽 접촉 섹션(12)은 중앙에 놓이는 반면에 2개의 바깥쪽 접촉 섹션들(12)은 바깥쪽 에지 영역들에 배치되어 3점 접촉이 제공되고, 그러한 3점 접촉에 의해 전술된 바와 같이 곡률 차에서의 비틀어짐이 방지되게 된다.

1: 휠 본체 2: 휠 브레이크 디스크 3: 휠 브리지
4: 냉각 리브 5: 고정 아이 6: 볼트
7: 중간층 8: 계단부 9: 슬리브
10: 계단부 11: 연결 블록 12: 접촉 섹션
13: 가장자리 굽힘부 14: 구멍

Claims (18)

1. 휠 본체(1) 및 고정 요소들에 의해 휠 본체의 양측에 연결된 휠 브레이크 디스크들(2)을 구비하는 레일 휠에 있어서,
   적어도 휠 브레이크 디스크들(2)에 있어서의 휠 본체(1)와 접촉하는 각각의 접촉 영역에 기계적으로 및 열적으로 부하 능력이 높은 중간층(7)이 배치되고,
   중간층들(7) 각각은 휠 본체(1) 또는 휠 브리지(3)보다 더 높은 강도를 갖는 시트로 이뤄지며,
   중간층들(7)은 스테인리스강으로 이루어진 시트로 이루어지고 연마된 표면을 갖는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 시트 플레이트는 ≥ 1000 N/㎟의 인장 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 각각의 중간층(7)은 원형 링으로서 구성되는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
6. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)은 원형 링 섹션들로 형성되는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
7. 제6항에 있어서, 상기 원형 링 섹션들은 동일한 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
8. 제6항에 있어서, 상기 원형 링 섹션들을 동일한 각도를 이루는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
9. 제6항에 있어서, 상기 원형 링 섹션들은 30°, 60°, 120°, 또는 180°의 각도를 각각 이루는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
10. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)의 반경 방향 폭은 적어도 휠 브레이크 디스크들의 접촉 영역들의 최대 반경 방향 폭과 일치하는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
11. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)은 반경 방향으로 휠 본체(1)에 고정 유지되는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
12. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)은 반경 방향으로 각각의 휠 브레이크 디스크(2)에 고정 유지되는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
13. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)은 휠 브레이크 디스크들(1) 또는 휠 브리지(3)의 계단부들(8)에 수납되는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
14. 제1항 또는 제4항에 있어서, 휠 브레이크 디스크들(2)을 고정하는 볼트들(6)을 통과시키기 위한 휠 브리지(3)의 구멍들(14)에 슬리브들(9)이 유지되고, 슬리브들(9)은 양쪽으로 휠 브리지(3)를 넘어 돌출되어 중간층들(7)의 개구부들을 통과하되, 슬리브들(9)의 바깥 지름이 중간층들(7)의 개구부들의 안지름과 일치하는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
15. 제14항에 있어서, 중간층들(7)은 구멍들(14)과 합치되는 영역에 구멍들(14) 속에 맞물리는 칼라형 가장자리 굽힘부들(13)을 구비하되, 가장자리 굽힘부들(13)의 바깥 지름이 구멍들(14)의 안지름과 일치하는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
16. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)은 반경 방향으로의 고정을 위해 휠 브레이크 디스크들(2)의 접촉 영역들의 계단부들(10)에 수납되는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
17. 제1항 또는 제4항에 있어서, 중간층들(7)이 원형 링 섹션들로서 구성될 경우, 각각의 원형 링 섹션은 바깥쪽 둘레에 각각의 단부 영역을 이루는 2개의 접촉 섹션들(12)을 구비하고, 안쪽 둘레에 중앙에 배치된 접촉 섹션(12)을 구비하되, 접촉 섹션들(12)은 계단부들(8, 10)의 경계들에 접하는 것을 특징으로 하는 레일 휠.
18. 제1항 또는 제4항에 있어서, 휠 브레이크 디스크들(2)과 휠 브리지(3) 사이에 연결 블록들(11)이 배치되는 경우, 중간층들(7)은 연결 블록들(11)과 합치되는 영역에 연결 블록들(11)이 맞물리는 펀칭 구멍들을 구비하되, 연결 블록들(11)의 평면도 치수가 대응 펀칭 구멍들의 평면도 치수와 일치하는 것을 특징으로 하는 레일 휠.

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