KR101578173B1 - 다공성 코어를 포함하는 기계적 마찰 장치 - Google Patents

Abstract

브레이크 또는 클러치 디스크 마찰 장치(10)는 두 개의 외부 마찰 층(18.1, 18.2) 사이에 끼워진 중앙 층(16)을 포함한다. 중앙 층(16)은 두 개의 마찰 층(18.1, 18.2)의 다공성 레벨보다 더 높은 다공성 레벨을 가지고 있다. 중앙 층(16)은 열을 두 개의 외부 마찰층(18.1, 18.2)의 마찰 표면으로부터 이동시켜 방출하는 열 전달 수단으로서의 역할을 하는 와이어 프레임 구조의 형태이다. 와이어 프레임 구조는 X 타입의 격자 샌드위치 구조 또는 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드 구조이다.

Description

다공성 코어를 포함하는 기계적 마찰 장치{MECHANICAL FRICTION DEVICE INCLUDING A POROUS CORE}

본 발명은 다공성 코어를 포함하는 기계적 마찰 장치와 관련이 있다. 특히, 그러나 배타적이지는 않으면서, 본 발명은 두 개의 외부 마찰 층들 사이에 끼워진 다공성 층을 포함하는 브레이크 또는 클러치 디스크와 관련이 있다.

차량의 브레이크 시스템은 필수적이다. 다른 브레이크 시스템 중에서, 디스크 브레이크는 브레이크 디스크와 브레이크 패드 사이의 접촉에 의하여 운동에너지를 열로 발산시키기 위해 광범위하게 사용되어 왔다. 디스크 브레이크의 작동에 관하여 잘 알고 있는 자라면 제동을 하는 동안에 기계적 및 열적 부하가 동시에 브레이크 디스크에 적용된다는 것을 알 것이다. 따라서, 브레이크 디스크는 브레이크 패드에 의해 브레이크 디스크에 가해지는 압축력을 견딜 수 있어야 할 뿐만 아니라 디스크와 패드 사이의 마찰력으로 인해 발생하는 열적 부하를 처리할 수 있어야 한다.

제동을 하는 동안에 브레이크 패드에 의하여 연속적인 조임력(clamping force)이 브레이크 디스크에 작용한다. 메르세데스 벤츠 아테고(Mercedes-Benz Atego)와 같은 중간 사이즈의 화물 차량에는 총 디스크 영역의 약 1/6을 차지하는 약 19,49 x

㎡(0.2107 m x 0.0925 m)의 접촉부에서 약 120kN의 조임력이 브레이크 디스크에 작용하는 것으로 판단되어 왔다. 상기 파라미터에 근거하여, 브레이크 패드 아래에 있는 브레이크 디스크의 재료에 직접적으로 가해지는 평균 압축 응력(compressive stress)은 대략 6MPa이다.

또한, 메르세데스 벤츠 아테고(Mercedes-Benz Atego)와 같은 중간 사이즈의 화물 차량의 브레이크 디스크에 가해지는, 브레이크 디스크와 패드 사이의 마찰열로 인한 열유량(heat flux)은 대략 0.2 MW/㎡로 판단되어 왔다. 이러한 값은 3.5%의 일정한 경사도를 80km/h의 일정한 속력으로 내려가고 있는 차량에 근거한 것이다.

다수의 연구는 브레이크 디스크에 가해지는 고열과 고열의 비 균일한 분배가 브레이크의 페이드(fade)를 초래할 수 있으며 디스크와 패드의 마모를 증가시킨다는 것을 나타낸다. 유도된 열 응력장(induced thermal stress field)은 디스크의 저주기 피로(low-cycle fatigue), 균열 및 치명적인 결함으로도 이어질 수 있다. 만일 전체 온도가 지나치게 높다면, 브레이크 액은 캘리퍼스 실린더(calliper cylinders) 내에서 끓을 수 있으며, '유체 페이드(fluid fade)' 및 잠재적으로는 제동 효과를 감소시키는 위험으로 이어질 수 있다.

이러한 브레이크 결함 문제를 해결하기 위해서는, 브레이크 디스크는 고레벨의 열유량을 처리할 수 있어야 한다. 현재 사용되고 있는 고레벨의 열유량을 처리하는 하나의 방법은 브레이크 디스크에 포함된 열 교환 소자(heat exchange element)를 이용하여 열을 제거하는 것이다. 잘 알려진 해결책은 디스크가 회전함에 따라 공기의 강제 대류가 유발되는 슬롯이나 구멍을 포함하는 브레이크 디스크를 디자인하는 것이다. 또다른 잘 알려진 해결책은 디스크의 본체 내에 있는 공기 유동 채널에 반경 베인(radial vanes), 곡선 베인(curved vanes) 및 핀-핀(pin-fins)과 같은 열 교환 소자를 포함하는 것이다. 이러한 타입의 디스크 브레이크는 업계에서는 일반적으로 배기 디스크 브레이크(vented disk brake) 또는 통풍 디스크 브레이크(ventilated disc brake)로 지칭된다.

브레이크 디스크가 회전할 때 냉각 흐름이 통풍 채널(ventilated channel)로 유입된다. 통풍 브레이크의 하나의 타입은 각각이 반경 방향으로 연장된 다수의 고리 모양의 이격 채널을 포함한다. 또다른 타입의 통풍 브레이크는 브레이크 패드를 결합하는 사용중인 두 개의 마찰 디스크 사이에 위치한 단일의 고리 모양의 채널을 포함한다. 다수의 열 교환 소자는 고리 모양의 채널 내에 위치하며 두 개의 외부 마찰 디스크 사이에서 연장된다.

통풍 브레이크 디스크의 통풍 채널 내에 반경 베인만 장착된 통풍 브레이크 디스크 주위의 속도 필드에 대한 연구는 냉각 흐름은, 통풍 채널로 유입되기 전에, 브레이크 디스크 축에 대하여 반대 방향으로 회전하는 소용돌이를 친다는 것을 나타낸다. 전향력(Coriolis force)으로 인하여, 베인 통로(vane passage)로의 입사 흐름 각은 높아지며, 베인의 리딩 에지(leading edge)로부터의 흐름의 분리를 유발한다. 따라서, 각각의 베인의 흡입부에 광범위한 흐름 재순환 지역이 형성되어, 통풍 채널 내에서의 냉각 흐름의 양을 감소시킨다. 통풍 채널 내에서의 냉각 흐름을 증가시키기 위해서, 흐름의 분리를 억제하는 곡선 베인과 같은 일부 향상된 베인 디자인이 고안되었다. 결과적으로, 냉각 흐름의 질량 유량 비율 및 대응하는 냉각 성능은 더 향상된 것으로 보고되었다. 그러나, 방사상으로 분산된 베인에 의해 초래된 높은 비균일한 열의 전달은 또한 베인 근처의 디스크에서 높은 온도 구배로 이어진다. 대응하여, 열 응력은 그러한 브레이크 디스크에 베인을 따라 크래킹(cracking)과 관련된 열적 피로를 발생시키기 쉽게 하며, 중량이 많이 나가는 차량에 브레이크 디스크를 적용하는 것을 제한한다. 브레이크 디스크 내에서의 광범위한 열적 구배를 감소시키기 위한 시도로, 통풍 채널 내에서 반경 방향 및 원주 방향으로 분배되는 핀-핀(pin-fins)을 가지는 브레이크 디스크가 개발되었다.

비록 전체적으로는 베인과 핀-핀을 가지는 브레이크 디스크의 열 전달 성능이 향상된 것으로 보이지만, 브레이크 디스크에 대한 설계 제약은 브레이크 디스크 디자인의 모든 측면을 동시에 최적화하기 어렵게 한다. 브레이크 디스크의 냉각 성능 뿐만 아니라 중량과 강성을 최적화하는 것이 바람직하다. 이는 대립되는 디자인 요구 사항으로 이어진다.

통풍 디스크 채널 내에서의 열 교환 소자에 대한 설계 유연성은, 일반적으로 상기 소자는 브레이크 패드와 브레이크 디스크 사이에서 높은 조임력 또는 압축력을 견디기 위한 충분한 구조적 무결성을 가져야 한다는 사실의 관점에서 제한된다. 이러한 이유로 인해, 경차량 및 중차량에 사용된 통풍 브레이크 디스크는 브레이크 디스크에 수직으로 돌출된 견고한 열 교환 소자에 의해 점유된 30% 이상의 통풍 디스크 채널의 체적을 가진다. 열 교환 소자의 이러한 배열의 하나의 문제점은 브레이크 디스크의 원주를 따라 확산되는 어떠한 열도 존재하지 않으며, 원주 방향으로 열 응력을 유발한다는 것이다.

열적으로, 통풍 디스크 브레이크는, 최초로 브레이크 디스크 및 패드에 대한 낮은 온도를 보증하는 것과, 두번째로 반경 방향 및 원주 방향에서 낮은 온도 구배를 보증하는 것이 요구된다. 더욱이, 강제 대류 내에서 통풍 채널 및 열 교환 소자로보터 열을 제거하는 냉각 흐름은 브레이크 디스크의 원심 운동에 의해 유도되므로, 열 교환 소자를 거치는 낮은 압력 강하가 일반적으로 요구된다.

본 발명의 목적은 브레이크 또는 클러치 디스크와 같은 기계적 마찰 장치에 존재하는 상기 문제점들 중 적어도 일부를 감소시키는 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 기계적 마찰 장치를 제공하는 것이며, 구체적으로는 현존하는 마찰 장치를 대체하는 유용한 브레이크 또는 클러치 디스크를 제공하는 것이다.

본 발명의 부가적인 목적은, 알려진 통풍 디스크 브레이크와 비교하여, 필요한 강도, 강성 및 향상된 열 방출 특성을 가지는 중량을 감소시킨 브레이크 또는 클러치 디스크, 및 다른 마찰 장치를 위한 구조를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 두 개의 외부 마찰 층 사이에 끼어있는 중앙의 층을 포함하는 기계적 마찰 장치가 제공된다. 중앙의 층은 상기 두 개의 마찰 층에 비하여 높은 다공성 레벨을 가지고 있으며, 상기 중앙의 층은 열을 외부 마찰 층의 마찰 표면으로부터 방출하기 위한 열 전달 수단으로서의 역할을 하는 와이어 프레임(wire-frame structure) 구조를 형성하고 있다.

본 발명의 하나의 실시예에서, 와이어 프레임 구조는 X 타입의 격자 샌드위치(lattice sandwich) 구조이다. 본 발명의 다른 실시예에서, 와이어 프레임 구조는 와이어를 엮은 벌크(bulk) 다이아몬드 구조이다.

중앙의 층은 적어도 약 40%, 바람직하게는 약 90%의 다공성 레벨을 가질 수 있다.

중앙의 층은 바람직하게는 강철로 제작된다.

두 개의 외부 마찰층은 바람직하게는 주철 또는 강철로 제작된다.

마찰 장치는 브레이크 또는 클러치 디스크일 수 있다.

본 발명의 제2 측면에 의하면, 예를 들어, 브레이크 또는 클러치 디스크에서와 같은 기계적 마찰 장치에서의 방열 수단으로서 와이어 프레임 구조의 사용이 제공된다.

와이어 프레임 구조는 X 타입의 격자 샌드위치 구조 또는 와이어를 엮은 벌크 다이아몬드 구조의 형태일 수 있다.

와이어 프레임 구조는 바람직하게는 와이어 프레임 구조의 다공성 레벨보다 낮은 다공성 레벨을 가지는 두 개의 외부 마찰층 사이에 끼어있는 구조이다.

본 발명은 다음의 도면들과 함께 더 세부적으로, 예로서만, 서술될 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 디스크 브레이크 조립부의 브레이크 디스크 형태의 기계적 마찰 장치의 사시도.
도 2는 도 1의 브레이크 디스크의 일부가 절단된 형태로, 와이어 프레임 구조를 포함하는 중앙층을 도시하는 브레이크 디스크의 사시도.
도 3은 도 1의 브레이크 디스크의 와이어 프레임 구조로 사용될 수 있는, X 타입의 격자 샌드위치 구조의 와이어 배열.
도 4는 도 1의 브레이크 디스크의 와이어 프레임 구조로 사용될 수 있는, 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드 구조 와이어의 배열.
도 5는 실험 테스트에서 도 1의 고리 모양의 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드 구조 및 브레이크 디스크에 사용하기 위한 벌크 다이아몬드 구조의 단위 셀.
도 6은 통풍 브레이크 디스크로 통합된 도 5의 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드 구조.
도 7은 참고로서 실험 테스트 중에 사용된 종래 기술의 핀-핀(pin-finned) 브레이크 디스크의 치수.
도 8은 도 6의 브레이크 디스크의 흡입 흐름 패턴.
도 9는 도 6의 WBD 브레이크 디스크의 냉각 성능과 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 냉각 성능을 비교하는 일시적인 국부 표면 온도 비교.
도 10은 도 6의 WBD 브레이크 디스크의 냉각 성능과 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 냉각 성능을 비교하는 일시적 평균 표면 온도 비교.
도 11은 도 9에서 (II)로 표시된 점선으로부터 추출된 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 반경 방향의 온도 프로파일과 도 6의 WBD 브레이크 디스크의 반경 방향의 온도 프로파일의 비교.
도 12는 1000rpm의 적외선 카메라로 촬영된, 도 6의 WBD 브레이크 디스크의 대표적인 디스크 표면온도 분포와 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 대표적인 디스크 표면온도 분포의 비교.
도 13은 도 7의 핀-핀 디스크의 ReDh = 14400에서 정지 냉각을 위한 적외선 카메라에 의해 측정된 내부 말단 벽의 온도 지도.
도 14는 도 6의 WBD 디스크의 ReDh = 14400에서 정지 냉각을 위한 적외선 카메라에 의해 측정된 내부 말단 벽의 온도 지도.
도 15는 도 13 및 도 14에서 라인 III(a)를 따라 취해진 평균 온도에 의해 정규화된, 도 6의 WBD 브레이크 디스크와 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 측정된 방위각 온도 프로파일.
도 16은 도 6의 WBD 브레이크 디스크의 θ = 22.5°에서 측정된 반경 방향의 온도 프로파일 및 도 13 및 도 14에서 라인 III(b)를 따라 취해진 평균 온도에 의해 정규화된 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크.
도 17은 도 6의 WBD 브레이크 디스크 및 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 측정된 출구 반경 방향 속도 프로파일.
도 18은 정지상태에서의 도 6의 WBD 브레이크 디스크와 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 압력 강하 대 냉매 유입 속도.
도 19는 정지상태에서의 도 6의 WBD 브레이크 디스크와 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 마찰 계수 대 레이놀즈 수(Reynolds number).
도 20은 도 6의 WBD 브레이크 디스크와 도 7의 핀-핀 브레이크 디스크의 브레이크 디스크 회전 속력의 기능으로서의 펌프 용량(pumping capacities).

도면을 참조하면, 도면 번호는 특징을 가리키는 것과 같이, 본 발명에 따른 기계적 마찰 장치의 제한하지 않는 예는 일반적으로 도면번호 10에 도시된다.

기계적 마찰 장치의 첨부된 도면들은 디스크 브레이크 조립부의 브레이크 디스크로 도시된다. 브레이크 디스크(10)는 때로는 로터(roter)로도 일컬어지는 허브(12) 및 디스크(14)를 포함한다. 디스크(14)는 디스크의 두 개의 외부 부분(18.1, 18.2)에 위치한 고리 모양의 통풍 채널(16)을 가진다. 외부 부분(18.1. 18.2)은 마찰 디스크(rubbing discs)로도 일컬어진다. 사용중인 디스크(14)의 두 개의 마찰 디스크(18.1, 18.2)는 제동을 하는 동안에 브레이크 패드를 체결(도면에는 도시되지 않음)한다. 디스크 브레이크 조립부는 일반적으로 제동을 하는 동안에 브레이크 패드 사이에 있는 디스크(14)를 조이는 두 개의 브레이크 패드를 포함한다는 것이 이해되어야 한다. 즉, 마찰 디스크(18.1, 18.2)의 외부 표면(20.1, 20.2)은 마찰 표면으로서 역할을 하거나 또는 브레이크 패드 및 브레이크 디스크(10) 사이에서 인터페이스로서 역할을 한다. 따라서, 마찰 디스크(18.1, 18.2)는 마찰 층으로도 일컬어진다.

디스크(14)에서 평균 압축 응력은 디스크 패드 인터페이스로부터 디스크의 축 중심으로 감소한다(즉, 채널(16)의 위치를 향해 감소). 이러한 응력의 감소는 디스크(14)의 중심부에 다공성 소재 층(22)을 포함하는 것을 허용한다. 도시된 실시예에서, 중앙의 소재 층(22)은 채널(16)의 중앙에 위치한 경량의 높은 다공성의 셀 구조(22)로 제작되며, 다공성 소재 층(22)은 두 개의 마찰 디스크(18.1, 18.2) 사이에 끼워진다. 두 개의 외부 마찰 층(18.1, 18.2) 사이에 끼워진 다공성 소재 층(22)의 포함은, 다공성 소재 층(22)이 제동을 하는 동안에 열 전달 수단으로서의 역할을 하므로 중량을 감소시킬 뿐만 아니라 방열성을 향상시킨다. 상기 내용은 아래에서 자세하게 서술된다.

바람직한 실시예에서, 다공성 층(22)의 구조는 와이어 프레임의 형태이다. 와이어 프레임의 정의는 공통의 노드(nodes)들에서 연결되거나 교차하는 연장된 와이어로 구성된 임의의 삼차원 구조를 포함하도록 해석되어야 한다. 도 3 및 도 4에는 두 개의 와이어 프레임 구조가 도시되어 있다. 도 3의 와이어 프레임 구조는 X 타입 격자 샌드위치 구조(30)로 일컬어지며 도 4의 와이어 프레임 구조는 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드(wire-woven bulk diamond, WBD) 구조(40)로 일컬어진다. 비록 다양한 다른 형태의 와이어 프레임 구조가 이용될 수 있다고 하더라도, 본 명세서에는 X 타입 격자 샌드위치 구조(30)와 WBD 구조(40)만이 상세하게 서술될 것이다.

도 3을 참조하면, X 타입 격자 샌드위치 구조(30)는 피라미드(34)의 모양으로 배열된 엇갈린 스트럿(staggered strut)(32)의 두 개의 그룹으로 형성되며, 오프셋 노드(offset nodes)(36)의 열을 따라 확장된 메탈 시트를 접은 후 접힌 구조(코어으로서)를 상 하부 페이스시트(facesheets)로 납땜하여 샌드위치 구조를 형성함으로써 제조된다. 이러한 구조는 경차량의 디스크 브레이크에 사용하기 적합한 것으로 생각된다.

도 4를 참조하면, WBD 구조(40)는 금속 와이어(42)를 나선형으로 엮음으로써 제조된다. 나선형 와이어(42)는 다이아몬드와 같은 단위셀을 가지는 다층 와이어가 엮인 벌크 다이아몬드 구조를 형성하기 위해 여섯 방향으로 조립되고 엮인다. 도 4는 8면체 및 육팔면체로 구성된 다층의 와이어가 엮인 벌크 다이아몬드 셀 구조의 제작을 도시한다. 주어진 상대 밀도, 강도 및 강성을 X 타입의 격자 샌드위치 구조(30)와 비교해 본다면, WBD 구조(40)는 중차량의 디스크 브레이크에 사용하기 적합한 것으로 생각된다.

세 개의 선택된 세장비(slenderness ratios)에 대한 WBD 구조(40)의 특성은 아래의 표 1에 도시되어 있다. 아래의 세 개의 예의 다공성 레벨은 모두 90% 보다 높다.

[표 1] 와이어가 엮인 벌크 다이아몬드 구조의 소재 특성

위에 서술한 와이어 프레임 구조의 90%가 넘는 상대적 밀도 레벨에 근거하여, 중앙 층(22)은 종래의 통풍 디스크의 열 교환 소자에 비해 높은 다공성을 가지며, 종래의 통풍 디스크는 일반적으로 약 50%의 최대 상대 밀도 레벨을 가진다. WBD 구조(40)를 사용한 압축 테스트 결과는, 매우 낮은 상대 밀도에서, 다공성 셀 구조는 제동을 하는 동안의 조임력으로 인해 초래된 높은 압축응력을 견딜 수 있다는 것을 서술한다.

브레이크 디스크 채널(16)(경차량을 위한 통풍 브레이크 디스크의 경우)에 사용된 소재의 대략 30%의 중량 감소에 더하여, 높은 다공성 중앙 층(22)은 효율적인 열 교환기로서의 역할을 한다는 것이 발견되었다. 아래에 상세하게 서술한 바와 같이,실험 결과는, 종래의 통풍 브레이크 디스크에서 주로 2차원 흐름 혼합을 하는 것과는 반대로, 중앙 층(22) 내에서 발생한 3차원 흐름 혼합을 나타한다. 3차원 흐름 혼합의 이점은 열을 반경 반향과 원주 방향에 교대로 확산시켜서 반경 방향과 원주 방향의 온도 구배를 최소화 할 수 있다는 것이다.

높은 다공성 중앙 층(22)의 사용의 또다른 이점은 와이어 프레임 구조의 가는 인대에 의해 국부적 열 분산이 증가하므로 전체적인 열 전달을 향상시킬 수 있다는 것이다. 또한, 전체적으로 흐름 저항이 작기 때문에 와이어 프레임 구조는 더 많은 냉각 흐름, 또는 증가한 질량 흐름률이 통풍 디스크 채널로 유입될 수 있게 한다.

제동을 하는 동안에 브레이크 디스크(10)에 가해지는 압축력 및 열적 부하를 견디는 와이어 프레임 구조의 성능에 기초하면, 와이어 프레임 구조는 통풍 브레이크 디스크에 사용되는 적합한 열 전달 수단으로 생각된다. 상기 와이어 프레임 구조의 구조적 및 열적 특성으로 인하여 와이어 프레임 구조는 경량이며, 또한 종래의 디스크 브레이크에 비해 전체적인 중량을 감소시킬 수 있는 이점을 가지고 있다.

본 발명에 따른 높은 다공성 층(22)을 포함하는 브레이크 디스크(10)는 제동을 하는 동안에 낮아진 작동 온도 및 최소화된 국부 열적 불균일성의 결과로 브레이크의 수명을 연장할 것으로 생각된다. 또한, 경량화된 브레이크 디스크는 연료 소비량을 감소시킬 것으로도 예상된다.

실험 결과

본 발명에 따른 브레이크 디스크(10)에서 와이어 프레임 구조의 사용의 이점은 전적으로 실험 테스트에서 조사되었다. 실험에서는 WBD 구조를 형성하는 와이어 프레임 구조가 사용되었다.

금속성의, 구체적으로 연강인, WBD 구조와 WBD 구조가 통합된 통풍 브레이크 디스크가 도 5 및 도 6에 도시된다. 직경이

인 강선을 사용하여 최초로 단일 층의 WBD 구조가 제작된다. 와이어는 4개의 와이어를 피치

에서 함께 비틂으로써 나선형으로 형성된다. 다음으로, 나선형 와이어는 특정한 위상 기하학(topology)을 형성하기 위하여 3차원적으로 조립된다. 그 다음으로, 조립부에 구리 페이스트(copper paste)(CubondTM 17LR 등급, SCM Metal Products, Inc.)가 분사되며 H₂-N₂ 혼합물의 탈산화된 공기 내에서 1120℃의 온도로 납땜이 된다. 납땜의 결과로, 와이어 또는 인대는 접촉점에서 서로 연결되며, 납땜이 되지 않은 WBD 구조와 비교해 보면 납땜은 열-기계적 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 그 후에, 도 6에 도시된 바와 같이 단일 층의 WBD 구조는 고리 모양으로 절단된 다음 두 개의 연강층의 마찰 디스크 사이에 끼워진 후 마찰 디스크에 납땜이 된다.

테스트 샘플

약 32.3W/(mK)의 열 전도성을 가지는 주철로 제작된 상업적 핀-핀 브레이크 디스크가 참고로 테스트 되었다. 핀-핀 브레이크 디스크(100)는 두 개의 마찰 디스크 사이에 끼워진 4열의 핀-핀(102)을 포함한다. 도 7에 도시된 바와 같이, 핀-핀의 내부 및 외부 열은 무딘 말단을 가지고 있는 반면 핀-핀의 두 개의 중앙열은 원형의 단면을 가지고 있다. 각각의 열에는 30개의 핀-핀이 배열되어 있으며, 총 120개의 핀-핀이 배열되어 있다. 핀-핀들은 통풍 채널의 총 체적의 대략 30%를 차지하며, 약 0.7의 다공성 레벨을 가지고 있다. 핀-핀 배열의 표면부 밀도는 약 81㎡/㎥로 계산되었다. 정지 테스트에서, 말단 벽의 열 전달의 측정을 위해 내측의 마찰 디스크는 제거되었다. 테스트를 하는 동안에 사용된 핀-핀 브레이크 디스크의 세부적인 치수가 아래의 표 2에 요약되어 도시되었다.

[표 2] 핀-핀 브레이크 디스크의 세부적 치수(밀리미터)

두 개의 독립적 WBD 브레이크 디스크(10)가 제작되었다. 직경이

= 1.5 mm인 냉간 압연(cold-rolled)된 연강 와이어(SAE1006B)를 사용하여 고리 모양의 WBD 구조가 최초로 제작되었다. 회전 테스트에 사용하기 위한 하나의 WBD 구조는 두 개의 연강 마찰 디스크에 납땜되었다. 정지 테스트에 사용하기 위한 다른 하나의 WBD 구조는 하나의 연강 마찰 디스크에 납땜되었다. 마찰 디스크에 사용된 연강(SAE1006)은 약 64.9W/(mK)의 열 전도성을 갖는다. WBD 구조의 단위 셀은 두 개의 타입의 인대로 형성되어 있다: 9.5mm (=0.5lh) 길이의 제1 인대 및 19mm (=lh)길이의 제2 인대. 단위 셀의 전체적인 치수는

= 13.0mm,

= 13.0mm 이며,

= 14.0mm 이다. 따라서, 아래의 식을 사용하면 본 WBD 구조의 다공성 레벨과 표면부 밀도는 각각 약 0.9 및 300㎡/㎥로 계산된다.

ε 및 ρSA는 각각 WBD 구조의 다공성 및 표면부 밀도이다. WBD 구조의 상응하는 항복 강도(yield strength), 최대 강도, 및 영률(Young's modulus)은 각각 3.2 MPa, 4.8 MPa 및 1.08 GPa로 측정되었다. WBD 브레이크 디스크의 다른 치수는 핀-핀 브레이크 디스크의 치수와 동일하다.

테스트

세 개의 다른 타입의 테스트가 실시되었다. 제1 테스트는 압력 강하 및 국부 말단 벽 열 전달을 특정하기 위한 정지 테스트이었다. 제2 테스트는 일시적 및 정상상태의 냉각 작용을 조사하기 위한 회전 테스트이었으며, 제3 테스트는 정상 상태의 열 유체 특성 및 냉각 흐름률을 조사하기 위한 회전 테스트이었다.

결과에 대한 논의

입구 흐름 패턴

브레이크 디스크가 회전함에 따라, 냉각 흐름은 두 개의 마찰 디스크 사이에 형성된 통풍 채널로 들어간다. 브레이크 디스크의 입구에서 흐름 패턴을 이해하기 위해, 입구 흐름 패턴이 중성 부력 헬륨 거품(neutrally buoyant helium bubbles)에 의해 시각화되며 도 8에 결과가 도시되었다. 헬륨 거품은 통풍 브레이크 디스크 상부 회전축에 위치한 발전기에서 방출되었다.

브레이크 디스크의 회전은 외부로 유체의 흐름을 시작하게 하는 통풍 채널 내에서 원심력을 발생시키며 통풍 채널의 입구에서 정압(static pressure)을 낮춘다. 따라서, 주변의 공기가 흡입되어 채널로 들어가게 된다(도 8에 경로선 A 및 B에 의해 도시됨). 원심력은 공기를 연속적으로 통풍 채널 밖으로 배출된다. 유사하게, 마찰 디스크의 외부 표면 근처의 공기 또한 원심력에 의해 반경 방향의 밖으로 배출된다(경로선 C에 도시됨). 마찰 디스크의 통풍 채널 내의 흐름과 외부 표면 위의 흐름은 모두 브레이크 디스크의 냉각에 기여한다.

일시적 및 정상상태의 냉각 성능

브레이크 디스크의 냉각 성능을 특정하기 위해, 2%의 구배를 가지는 내리막에서 40km/h(즉, 200rpm)의 속력으로 운행하는 차량의 연속적인 제동을 시뮬레이션 한 제동 테스트가 실시되었다. 시뮬레이션 된 제동 성능은 1.9 KW이었으며 비어있는 중간 크기의 트럭의 일반적인 차륜 하중(wheel load)(900kg)과 대응되었다. 도 9는 각각의 브레이크 디스크에 대해 사전에 조정된 적외선 카메라로 촬영된 선택된 온도 간격에서 핀-핀 및 WBD 브레이크 디스크의 표면 온도 분포를 질적으로 비교한다. 마찰(기체 바깥의) 디스크에서 표면 온도의 평탄한 원주방향의 분포는 브레이크 패드와 디스크 사이에 적절한 접촉이 이루어진다는 것을 나타낸다. 전반적으로, WBD 브레이크 디스크의 표면온도는 핀-핀 디스크의 표면온도보다 낮으며, 이는 WBD 구조에 의해 제공되는 통풍 채널에서의 냉각이 핀-핀 디스크에 의해 제공되는 냉각보다 더 잘 이루어지고 있음을 나타낸다. 마찰 디스크에서 표면 온도의 시간에 따른 변화를 정량화하기 위해, 구역-평균(도 9에 (I)로 표시된 부분, 도 9의 적외선 열화상을 포함하는 적외선 열 화상 계열로부터의 표면 온도)이 추출되었으며 그 결과는 도 10에 도시되었다. 제동이 시작됨에 따라, 양쪽 모두의 브레이크의 표면온도는 가파르게 상승하였으나 표면온도의 상승 비율은 점진적으로 감소되었으며, 최종적으로 t = 4300s 이후에 정상상태에 도달하였다. 연성 주철(핀-핀 브레이크 디스크에 사용)은 연강(WBD 브레이크 디스크에 사용)과 유사한 밀도 및 비열을 가지고 있다는 사실에 주의하여야 한다. 정상상태 체제에서(예를 들어 t > 4300), WBD 브레이크는 실질적으로 낮은 표면 온도를 나타내며, 표면 온도는 핀-핀 브레이크 디스크보다 약 24.0%가 낮다.

다음으로, 양쪽 모두의 브레이크에서 표면 온도의 반경 방향의 다양성이 고려된다. 도 11은 도 9에 (II)로 표시된 점선으로부터 추출된 반경 방향 표면온도의 프로파일을 나타낸다. 양쪽 브레이크 모두에 대하여, 표면 온도가 최초로 상승하여 r/Ro = 0.8에서 정점을 이루며, r/Ro가 증가함에 따라 표면 온도는 감소한다. 이는 브레이크 허브(brake hub)에 가까운 더 개선된 냉각을 나타내며, 이는 마찰 가열로 인해 생성된 열은 부가적으로 확장된 표면으로서의 역할을 하는 고체 허브에 전도된다는 사실 때문이다. 큰 반경에서, 더 강한 원심력으로부터의 더 높은 전단응력(shear stress)에 의해 유도된, 마찰 표면에서의 더 높은 국부 열 전달 계수로 인해 최외곽의 마찰 디스크 근처의 표면 온도는 약간 감소한다. r/Ro > 0.68 에서, WBD 브레이크는 훨씬 더 낮은 표면 온도를 가진다. 예를 들어, 표면 온도는 r/Ro = 0.8에서 약 90℃가 낮다.

정상상태의 열 전달 특성

핀-핀 구조를 가지는 상용 통풍 브레이크 디스크와 다공성 WBD 구조를 가지는 브레이크 디스크의 냉각 작용이 비교되었으며, 2%의 구배의 내리막에서 40km/h(즉, 200rpm)의 속력에서 1.9kW의 제동력으로 연속적으로 제동을 하는 차량이 시뮬레이션 되었다. 이는 그러한 냉각 작용이 차량 속력(또는 브레이크 디스크의 회전 속도)와 같은 작동환경에 영향을 받는 방법에 있어서 실용적인 중요성이 있다. 이를 위해서, 100 rpm에서 1000 rpm까지의 광범위한 범위의 회전 속력에서 정상상태의 전체적인 열 전달이 특성화 되었다.

도 12는 1000 rpm에서 적외선 카메라에 의해 촬영된 양쪽 모두의 브레이크 디스크에 대한 대표적인 디스크 표면 온도 분포를 나타낸다. 테스트 결과는 정상상태에서 WBD 브레이크 디스크의 표면온도는 핀-핀 브레이크 디스크의 표면온도보다 현저하게 낮다는 것을 서술하며, 제동 테스트 결과마다 테스트 결과가 일치한다. 도 12에 도시된 부분에 걸쳐서 평균 표면 온도에 근거하여 대류 열 전달(넛셀수(Nusselt number))이 계산되었다. 100 rpm에서 1000 rpm 까지의 회전속력에 대해, 넛셀수는 아래의 식에서 회전 레이놀즈 수(rotational Reynolds number)와 함수로 관련이 된다:

핀-핀 브레이크 디스크에서 C = 0.8609 이며 n = 0.5836이다; WBD 브레이크 디스크에서 C = 0.5776 이며 n = 0.6431 이다. 양쪽 모두의 브레이크 디스크에 관한 넛셀 수는 회전 레이놀즈 수와 함께 단순하게 증가한다. WBD 브레이크 디스크는 핀-핀 브레이크 디스크보다 성능이 뛰어나며, 약 16%(100 rpm) 내지 36%(1000 rpm)의 열을 더 제거한다. 200 rpm에서, WBD 구조는 핀-핀 보다 약 27%의 열을 더 제거하는 것으로 알려져 있으며, 이는 도 10에서 마찰 디스크에서 관측된 24%의 온도 감소치와 적절하게 일치한다.

WBD 구조는 핀-핀 배열(약 81㎡/㎥)보다 훨씬 더 큰 표면적 밀도(약 300㎡/㎥)를 가지고 있으며, 부분적으로, WBD 브레이크 디스크에서 전체적인 열 전달의 실질적인 향상에 기여한다.

열 균일성

브레이크 디스크 표면에 대해 열 구배를 최소화하거나 열 균일성을 최대화하는 것은 중요한 디자인 파라미터 중 하나이다. 정적인 통풍 채널에서 내부의 말단 벽 표면의 세부적인 국부 온도 분포는 적외선 카메라를 이용하여 매핑되었다.

도 13은 핀-핀 구조와 함께 통풍 채널의 국부 온도 지도를 나타내며 높은 불균일한 온도 분포를 분명히 나타낸다. 핀-핀으로의 열 전도로 인해 각각의 핀-핀 및 각각의 핀-핀 근처에서 국부 말단 벽 온도는 다른 부분보다 낮다. 다른 한편으로는, 국부 측벽 온도는 각각의 정점(vertex) 또는 각각의 정점 부근에서 핀-핀 디스크(도 14)와 유사한 다른 부분보다 낮은 반면, WBD 구조의 정점은 훨씬 작으며 광범위하게 퍼져나간다. 따라서, 반경방향 및 원주 방향에서 더 균일한 열 분배가 WBD 구조에 의하여 제공된다.

도 15 및 16은 도 13 및 도 14의 방위 프로필에 대한 III(a) 및 반경 프로필에 대한 III(b)로부터 추출되는 국부 온도 데이타가 있는 부분에서 핀-핀 구조보다는 WBD 구조에 의해 달성될 수 있는 더 균일한 열 분배를 정량적으로 나타낸다. 방위각으로(도 15), 규모 및 빈도의 측면에서 국부 말단 벽 온도의 적은 변동은 WBD 구조에 의해 나타난다. WBD 구조가 형성하는 가장 개방된 흐름 경로 부분(즉, θ = 0°)과 가장 폐쇄된 흐름 경로 부분(즉, θ = 22.5°) 사이의 말단 벽 온도 차이가 중요하지 않다는 것에 주목한다는 것은 흥미롭다. 반경 방향으로(도 16), WBD 디스크로부터 균일한 모양의 방사형 분배를 얻을 수 있는 반면, 핀-핀 디스크의 외부 표면으로 향하여 국부 온도가 약간 증가하는 경향(냉각 흐름이 감소함에 따른 작은 국부 레이놀즈수로 인해)이 있다.

WBD 구조의 형태에 근거하여, 높은 공기역학적 이방성(aerodynamic anisotropy)이 예상된다. 도 17은 반경 속도(Uo)가 평균 배출 속도 Uout에 의해 정규화된 θ = 0°내지 45°인 방위각을 가지는 WBD 디스크의 배출구에서 측정된 속도 프로파일을 나타낸다. 배출 속도는 매우 불균일하며, 상당한 공기역학적 이방성을 나타낸다. 통풍 채널로 유입되는 냉각 흐름은 균일할 수도 있으나 채널 내부의 중간 부분의 형태에 의한 흐름 저항(또는 차단)에 따라 재분배된다. WBD 구조에서, θ = 22.5°에서 냉각 흐름률을 감소시키는 최상의 냉각 흐름에 의한 흐름 차단이 발생하는 반면, θ = 0°에서는 최소 흐름 차단이 발생하며 바람직한 흐름 경로를 제공한다. WBD 브레이크 디스크와 비교했을 때, 핀-핀의 공기역학적 이방성은 무시할 수 있다는 것에 주목해야 한다(도 17). 그러한 강한 공기역학적 이방성이 존재하더라도, WBD 디스크에서 말단 벽의 열 절달 분포는 매우 균일하다. 더 개방된 흐름 경로를 따르는 냉각 흐름은 더 높은 운동량을 가지는 것으로 생각된다. 이는 국부 레이놀드 수가 증가하면 더 많은 열을 제거한다는 것을 나타낸다. 반면에, 더 폐쇄된 흐름 경로를 따라 대류하는 최소 운동량을 가지는 냉각 흐름은 열을 제거하는 WBD 인대에 의해 촉진된 더 높은 레벨로 혼합 흐름이 이루어진다. 이러한 2개의 다른 원리의 조합은 균일한 모양의 말단 벽 열 전달(또는 온도) 분포를 제공한다. 그러한 열-유체적 특징은 WBD 구조의 형태에서 WBD 구조의 대류 흐름 및 열 전달의 강한 종속으로 인하여 회전 환경에 적용될 수 있을 것으로 예상된다. 더욱이, 도 13 내지 도 16의 말단 벽의 열 분포는 또한 열 응력을 최소화하는 WBD 디스크 표면에서 더 작은 국부 온도 구배를 암시한다.

WBD 구조에 의한 열 전달의 향상

압력 강하 및 흡입 능력

통풍 브레이크 디스크에서, 강제 대류에서 방열 소자로부터 열을 제거하는 냉각 흐름은 브레이크 디스크가 회전할 때의 원심력에 의해 유발된다. 통풍 채널로 냉각 흐름을 더 유입시키기 위하여, 코어 구조에 걸친 낮은 압력 강하가 바람직하다. 정적인 핀-핀 및 WBD 브레이크 디스크에 걸친 압력 강하는 광범위한 질량 흐름률에서 측정되었다. 도 18은 통풍 채널의 유입구에서 냉각 흐름 속도에 따라 다양한 각각의 구조에 걸친 압력 강하를 나타낸다. 냉각 흐름 속도에 따른 압력 강하에서 단순한 증가 및 완전한 속도 범위에서 핀-핀 구조보다는 WBD 구조로부터의 높은 압력 강하가 고려되었다. 통풍 채널은 r축을 따라 분기하기 때문에, 비가역적인 압력 손실에 대항하여 압력이 회복된다. 결과적으로, 측정된 압력 강하는 가역적 및 비가역적 압력 구성요소 모두를 포함한다.

구조 전반에 걸친 정확한 압력 손실과 가역적 압력 회복은 아래의 식으로 추정될 수 있다:

및

은 각각 통풍 채널의 유입구 및 배출구에서 2개의 압력 태핑의 반경위치이다. 양쪽의 브레이크 디스크 모두에 대해, 만일 채널 내에 같은 체적이 삽입된 코어 구조에 의해 채널이 점유되고 있다는 것을 가정한다면, 압력 회복은 측정된 압력 강하로부터의 체계적인 편차로서 측정된 압력 강하에 기여한다는 것은 언급되어야 한다. 양쪽의 브레이크 디스크는 다른 다공성을 가지고 있다. 즉, 핀-핀은 통풍 채널 내에서 대략 20%의 체적을 더 차지하나, 간단히 그 차이는 무시된다. 가역적 압력 회복은 압력 손실을 감소시키는 데에 유리하게 작용하며 측정된 압력 강하의 약 20%를 구성한다.

측정된 압력 데이터는 도 19의 무-차원 형태, 마찰 계수로 재구성된다. 비교를 위해, WBD 구조와 유사한 위상 기하학(topology) 및 다공성을 가지는 와이어로 엮인 벌크 카고메 구조(wire-woven bulk Kagome structure, WBK)를 통한 층류에 대한 마찰 계수가 포함되었다. 레이놀즈 수의 범위 및 WBK 구조로부터의 구별할 수 있는 경사에 근거하여, WBD 브레이크 디스크를 통한 냉각 흐름은 난류체제(turbulent flow regime) 내에 있는 것으로 보일 수 있다. 따라서, 드래그(drag)의 형성은 압력 손실을 억제한다.

고려된 레이놀즈 수의 전체적인 범위 내에서, WBD 구조를 통한 압력 강하는 핀-핀 구조를 통한 압력 강하보다 약 15% 내지 30% 더 높다. WBD 구조는 통풍 채널 총 체적의 약 10%를 차지하는 반면, 핀-핀은 통풍 채널 총 체적의 약 30%를 차지한다는 것에 주의해야 한다. 요약하면, 주어진 냉각 흐름에 대해, WBD 브레이크 디스크는 흐름 채널을 차지하는 소재는 적으면서 핀-핀 브레이크 디스크보다 대략 20%의 압력 강하를 더 유발한다. 이러한 높은 압력 강하는 WBD 구조의 형태로 구성된 강한 난류 흐름 경로에 의해 촉진된 강한 혼합 흐름으로 인한 것이다.

브레이크 디스크의 주어진 회전 속력에 대해 WBD 구조가 더 강한 원심력을 생성하지 않는 이상 WBD 구조 내에서의 높은 압력 강하는 냉각 흐름의 흡입을 방해하는 것으로 추론될 수 있다. 도 20은 양쪽 모두의 브레이크 디스크의 회전 속력을 변화시키는 동안 측정된 냉각 흐름의 질량 흐름률을 도시한다. 양쪽 모두의 브레이크가 냉매 질량 흐름률과 회전 속력 사이의 동일한 선형 관계에 따라 거의 동일한 양의 냉각 흐름을 이끌어낸다는 것은 의외이다. 따라서, 고정된 회전 속력에 대한 동일한 저항 질량 흐름률은 약 20%의 적은 소재를 가지는 WBD 구조는 WBD 구조에 의해 초래된 높은 압력 강하를 극복한 후 압력강화와 실질적으로 균형을 이루는 더 강한 원심력을 생성할 수 있다는 것을 나타낸다고 결론을 내릴 수 있다.

다수의 연구는 통풍 채널에 배열된 "엇갈린(staggered)" 핀-핀 배열(정적인 관점에서)은 강한 전향력(Coriolis force)으로 인한 회전 환경에서 "직렬(inline)"의 핀-핀 배열로서 역할을 하는 것을 나타낸다. 일반적으로, 엇갈린 배열은 직렬 배열보다 원형의 핀-핀 배열에서 약 40% 더 높은 압력 강하를 초래한다. 따라서, 회전 조건에서 WBD 구조에 의한 원심력은 정적인 조건에서 관찰된 원심력보다 더 강할 수 있다. 다른 한편으로는, WBD 구조의 복잡한 3차원적인 특성으로 인해, 정적인 조건과 회전하는 조건 사이의 압력 강하의 차이는 중요하지 않을 수도 있다.

데드 플로우(dead flow) 영역의 억제

통풍 채널에서 엇갈린 핀-핀 배열은(정적인 관점에서) 회전 조건에서 "직렬"의 핀-핀 배열로서 역할을 한다. 큰 흐름 분리 및 재순환부는 후방의 두꺼운 핀-핀을 배출한다. 이러한 해로운 부분은 적은 교차점을 가지며 서로 고립된다. 그러나, WBD 브레이크 디스크에서, 각각의 얇은 인대 후방에 있는 각성 영역(wake region)은 협소하다. WBD 구조의 3차원 형태에 의해 촉진된 혼합 흐름은 이러한 각성 영역 사이에서 강한 상호작용을 유발할 수 있으며, 각성 영역에서 유체를 교체하는 역할을 하며, WBD 브레이크 디스크에서 전체적 및 국부적 대류 열 전달의 향상으로 이어진다.

소재 열 전도성

핀-핀 브레이크 디스크에 이용된 연성 주철은 32.3 W/(mK)의 낮은 열 전도성을 가지고 있는 반면, WBD 브레이크 디스크의 제조에 이용된 연강은 약 64.9 W/(mK)의 열 전도성을 가지고 있다. WBD 구조에 의해 개선된 냉각 작용은 WBD 구조의 높은 열 전도성으로 인한 것이 아니라는 것을 보증하기 위하여, 소프트웨어 패키지 ANSYS CFX 14.5에 의한 다수의 3차원 복합흐름과 열 전달이 핀-핀 브레이크 디스크에 대하여 시물레이션 되었으며, 간결성을 위해, 본 명세서에는 시뮬레이션의 세부적 결과는 서술되지 않았다. 실험 검증을 통하여, 브레이크 디스크 소재(적어도 2개의 선택된 소재, 즉 연성 주철 및 연강)의 열 전도성은 최대 회전 속력에서 2.5% 미만의 표준편차로 통풍 브레이크 디스크에서 국부적 및 전체적인 열 전달을 결정하는 데에 어떠한 역할도 하지 않는다는 것이 발견되었다.

아래의 결론은 위에 서술한 실험 결과로부터 얻을 수 있다:

i) 마찰 디스크 표면 온도의 실질적인 감소는, 약 24%로서, 내리막에서 연속적인 제동을 하는 동안에 WBD 구조에 의해 달성된다.

ii) 정상상태의 제동에서, WBD 구조는 100 rpm 내지 1000 rpm의 범위에 대응하는 회전 속력에서 핀-핀 브레이크 디스크보다 16% 내지 36% 더 높은 전체적인 냉각 성능을 제공한다.

iii) WBD 구조의 3차원으로 형성된 가는 인대는 방위각 및 방사적으로 더 균일한 열 전달로 이어진다.

iv) 높은 다공성 WBD 구조가 핀-핀 구조보다 더 높은 압력 강하를 유발하더라도, WBD의 강한 흡입 능력은 브레이크 디스크의 주어진 회전 속력에 대해 동일한 결과의 냉매 흐름률의 상승을 제공한다.

v) WBD 구조의 확대된 열 전달부위와 결합한 강한 혼합 흐름은 열 전달의 향상에 기여한다.

Claims (11)

1. 두 개의 외부 마찰 층 사이에 끼워진 중앙 층을 포함하는 기계적 마찰 장치로서,
   상기 중앙 층은 상기 두 개의 외부 마찰층의 다공성 레벨보다 높은 다공성 레벨을 가지고,
   상기 두 개의 외부 마찰층은 상기 두 개의 외부 마찰층 사이의 통풍 채널을 한정하는 디스크 형태를 가지며,
   상기 중앙 층은 상기 통풍 채널에 위치하여 열을 상기 두 개의 외부 마찰 층의 마찰 표면으로부터 방출하기 위한 열 전달 수단으로서의 역할을 하는 와이어 프레임 구조로 이루어진 고리 모양의 코어를 가지는 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 와이어 프레임 구조는 X 타입의 격자 샌드위치 구조 또는 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드 구조(wire-woven bulk diamond structure)인 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 중앙 층은 40% 이상의 다공성 레벨을 가지는 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 중앙 층은 90%의 다공성 레벨을 가진 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 중앙 층은 강철로 이루어진 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 두 개의 외부 마찰 층은 강철 또는 주철(cast iron)로 이루어진 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 장치는 디스크 브레이크 또는 클러치 디스크인 것을 특징으로 하는 기계적 마찰 장치.
8. 열을 두 개의 외부 마찰층의 마찰 표면으로부터 방출하도록 하는 기계적 마찰 장치의 상기 두 개의 외부 마찰층 사이의 통풍 채널에 위치한 방열을 위한 수단으로서 고리 모양의 와이어 프레임 코어를 사용하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 와이어 프레임 코어는 X 타입의 격자 샌드위치 구조 또는 와이어로 엮인 벌크 다이아몬드 구조인 것을 특징으로 하는 고리 모양의 와이어 프레임 코어를 사용하는 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 와이어 프레임 코어는 상기 와이어 프레임 코어의 다공성 레벨보다 낮은 다공성 레벨을 가지는 두 개의 외부 마찰 층 사이에 끼워진 것을 특징으로 하는 고리 모양의 와이어 프레임 코어를 사용하는 방법.
11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 마찰 장치는 브레이크 또는 클러치 디스크인 것을 특징으로 하는 고리 모양의 와이어 프레임 코어를 사용하는 방법.

Images