KR101909712B1 - 산업기계용 디스크 브레이크 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산업기계의 다리 하단에 설치되어 기계의 주행을 제동하기 위해 사용되는 디스크 브레이크를 제공코자 하는 것이다.
즉, 본 발명은 산업기계의 기체하부에 형성되는 스탠드 단부에 구성되는 베이스판과; 상기 베이스판에 나란히 이격형성되는 제1힌지축 및 제2힌지축과; 제1힌지축과 제2힌지축에 각각 관통결합되는 제1암 및 제2암과; 제1암과 제2암 상부에서 제1힌지축과 제2힌지축에 끼움 결합되는 수평지지판과; 상기 제1암과 제2암의 단부에 각각 회동핀으로 연결 구성되는 핸드와; 양 핸드의 대향되는 위치에 고정 설치되는 패드와; 제2암의 타단부에서 제2힌지핀으로 결합 구성되며, 상기 제1암의 타단부에 제1힌지핀으로 연결 구성되는 로드를 작동시켜 상기 제1암을 제1힌지축을 중심으로 회동시키는 구동부와; 상기 베이스판과 수평지지판 사이로 제1힌지축과 제2힌지축을 연결한 중심부에 형성되는 스토퍼와; 상기 제1암과 제2암에서 힌지축을 기준으로 패드가 설치된 반대방향에 위치하며, 스토퍼와 직교되게 제1암과 제2암에 형성된 암나사공에 결합되는 조절볼트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 디스크 브레이크를 이용하면, 브레이크의 부피와 무게가 현격하게 감소되어 소형 경량화를 기할 수 있고, 설치와 유지보수가 용이한 장점이 있다.

Description

산업기계용 디스크 브레이크 {Disk brake for industry machinery}

본 발명은 산업기계용 디스크 브레이크로서, 이를 보다 상세히 설명하면 부두나 항만의 컨테이너 크레인이나 갠트리 크레인 같은 산업기계의 다리 하단에 설치되어 기계의 주행을 제동하기 위해 사용되는 디스크 브레이크에 관한 것이다.

브레이크는 주행중인 차량이나 기계를 감속하거나 정지 또는 정지상태를 유지하기 위한 장치로 주행중의 운동에너지를 기계적인 마찰장치에 의해서 열에너지로 바꾸어 그의 마찰열을 대기중에 방출하여 제동을 하는 방식으로써, 드럼식 유압 브레이크와 디스크식 유압브레이크 등이 많이 사용되어 왔다.

그러나 이와 같은 종래 유압식 디스크 브레이크는 브레이크는 오일이 채워진 압력실에서 발생하는 고압으로 액츄에이터를 작동시켜 제동력을 얻기 때문에 고압 유체의 기밀유지를 위한 다수의 부품이 필요하게 되고, 꾸준히 누수되는 오일을 보충하고 일정한 주기로 계속 교환해주어야 하는 번거로움도 뒤따랐다.

이러한 종래 유압식 브레이크의 단점을 해결하기 위해 대한민국 등록특허공보 특0157085호 에서는 전동모터를 이용한 디스크 브레이크가 개시되어 있다. 이는 외형 몸체를 이루는 하우징(1), 하우징(1)의 일측에 일부 몰입 설치된 전동모터(2), 전동모터(2)의 동력을 부여받아 진퇴운동하는 나사산을 갖는 모터축(3), 모터축(3)과 연동되며 하우징(1)내에서 전진하는 피스톤(4), 하우징(1)의 타측에 구비되며 일측이 하우징(1)의 내측에 지지되고 타측이 피스톤(4)과 이격구비되는 한쌍의 슈(5), 한쌍의 슈(5) 내측에 대향 구비된 한쌍의 패드(6), 한쌍의 패드(6) 사이에 면접촉되도록 일부 삽입된 디스크(7), 피스톤(4) 측에 위치한 슈(5)와 피스톤(4)의 일단부 사이에 협지되며 제동력에 따라 발생되는 전압에 비례하며 슈(5)를 디스크(7)측으로 밀착시키는 압전소자(8)로 구성되는 것을 특징으로 한다.

하지만 상기와 같은 전동모터식 디스크 브레이크는 차량의 충분한 제동력을 확보하기 위하여 전동모터의 용량이 커지므로 그에 따른 전력소모가 큰 문제점이 있었다.

한편, 대한민국 등록특허공보 10-0374990에서는 크레인의 다리 하단에 고정 설치되는 브레이크장치 케이스와 브레이크장치 케이스에 설치된 상태로 레일을 따라 슬라이딩되는 브레이크결합체와의 결합을 "十"자형 가이드에 의해 사방으로 유동되도록 결합함으로서, 레일이 상하좌우로 휘어진 경우에도 브레이크결합체는 사방으로 휜 레일을 따라 활주하고, 브레이크결합체와 브레이크장치 케이스와의 결합부위에서는 "十"자형 가이드가 사방으로 유동하면서 레일이 변형된 량만큼을 보상하여 변형된 레일 상에서도 크레인이 원활하게 활주될 수 있도록 한 크레인용 레일 브레이크장치가 개시되어 있으나, 상기 기술은 레일에 마찰되어 제동하는 원리여서 레일이 없는 산업기계에는 적용할 수 없는 등의 문제점이 있었다.

KR 10-0157085 B1 (1998.07.28.) KR 10-0374990 B1 (2003.02.21)

본 발명에서는 상기한 종래 기술의 제반 문제점들을 해결코자 새로운 기술을 창안한 것으로서,

산업기계용 디스크 브레이크에 있어서 모터나 유압대신 전자석을 이용하여 간단하고 컴팩트한 구성의 브레이크 장치를 제공하는데 발명의 목적이 있다.

또한 정확하고 신뢰성 있는 브레이크 동작이 이루어질 수 있도록 하면서, 브레이크 제동력을 외부에서 손쉽게 조절할 수 있는 산업기계용 디스크 브레이크를 제공함을 발명에서 해결하고자 하는 과제로 한다.

이와 함께 별도로 기술하지는 않았으나 하기의 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용과 청구범위를 감안하여 유추할 수 있는 범위 내의 또 다른 목적들도 본 발명의 전체 과제에 포함되도록 한다.

상기한 발명의 과제를 해결하기 위한 구체적인 수단으로 본 발명에서는 산업기계용 디스크 브레이크를 구성하되,

산업기계의 기체하부에 형성되는 스탠드 단부에 구성되는 베이스판과; 상기 베이스판에 나란히 이격형성되는 제1힌지축 및 제2힌지축과; 제1힌지축과 제2힌지축에 각각 관통결합되는 제1암 및 제2암과; 제1암과 제2암 상부에서 제1힌지축과 제2힌지축에 끼움 결합되는 수평지지판과; 상기 제1암과 제2암의 단부에 각각 회동핀으로 연결 구성되는 핸드와; 양 핸드의 대향되는 위치에 고정 설치되는 패드와; 제2암의 타단부에서 제2힌지핀으로 결합 구성되며, 상기 제1암의 타단부에 제1힌지핀으로 연결 구성되는 로드를 작동시켜 상기 제1암을 제1힌지축을 중심으로 회동시키는 구동부와; 상기 베이스판과 수평지지판 사이로 제1힌지축과 제2힌지축을 연결한 중심부에 형성되는 스토퍼와; 상기 제1암과 제2암에서 힌지축을 기준으로 패드가 설치된 반대방향에 위치하며, 스토퍼와 직교되게 제1암과 제2암에 형성된 암나사공에 결합되는 조절볼트;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편 상기 구동부는, 상기 제2암의 타단부에서 제2힌지핀과 결합되는 브래킷과; 상기 브래킷에 고정되며 중심에는 상기 로드가 관통되는 설치판과; 상기 설치판의 후방에 형성되는 하우징과; 설치판과 하우징 사이로 작동공간을 갖도록 이격시키는 가이드핀과; 상기 작동공간 안에 위치하고 가이드핀이 내입되는 가이드홈이 형성되며, 상기 로드의 타단이 중심에 결합되는 자성을 갖는 흡착판과; 상기 하우징 내부에 위치하여 전원이 인가되면 자력이 생성되어 흡착판에 인력을 제공하는 전자석과; 상기 하우징의 배면 중심부에 나사결합되며, 내측으로는 코일스프링을 수용하기 위한 설치홈이 형성되고 외측 단부의 외주면에는 공구가 결합되는 조절홈이 형성된 헤드캡과; 상기 흡착판과 헤드캡의 설치홈 사이에 개재되는 코일스프링;으로 구성되는 것을 본 발명의 또 다른 해결수단으로 한다.

상술한 과제 해결을 위한 구체적인 수단에 의하면,

브레이크의 제동이 전자석으로 이루어지므로 큰 동력을 필요로 하는 유압 또는 모터로 동작되는 액츄에이터가 불필요하여 구조가 간단하고 전력소모가 적어 생산비와 유지비를 절감할 수 있다.

그리고 전체적인 부피와 무게가 현격하게 감소되어 소형 경량화를 기할 수 있고, 설치와 유지보수가 용이하다.

또한 자력에 의해 동작되므로 제동시 응답속도가 빠르고 제어동작에 정확성과 신뢰성이 높으며, 제동토크 조절이 외부에서 손쉽게 이루어질 수 있는 등 기대되는 효과가 다대한 발명이다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 산업기계용 디스크 브레이크를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명에서 제공하는 산업기계용 디스크 브레이크를 나타낸 평면도.
도 3은 본 발명에서 제공하는 산업기계용 디스크 브레이크의 분해사시도.
도 4는 디스크 브레이크의 제동작용을 보인 평면도.

이하에서 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명한다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지기능에 대하여 이 분야의 기술자들에게 자명한 사항으로서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1은 본 발명에서 제공하는 산업기계용 디스크 브레이크를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명에서 제공하는 산업기계용 디스크 브레이크를 나타낸 평면도이며, 도 3은 본 발명에서 제공하는 산업기계용 디스크 브레이크의 분해사시도로, 본 발명은 부두나 항만의 컨테이너 크레인이나 갠트리 크레인 같은 산업기계의 주행을 위해 기체(100)의 하부에서 구름회전하는 바퀴와 연결된 디스크(110)에 패드(10)를 면접 마찰시켜 기계의 주행을 제동하기 위해 사용되는 디스크 브레이크(1)에 관한 것이다.

산업기계의 기체(100) 하부에는 디스크(110)와 인접되게 브레이크(1) 장치가 설치되는 스탠드(2)를 돌출형성하고, 스탠드(2)의 단부에는 베이스판(3)을 형성한다.

상기 베이스판(3)에는 제1힌지축(4)과 제2힌지축(4')을 나란히 이격 형성하고, 제1힌지축(4)상에는 제1힌지축을 중심으로 회동하는 제1암(5)을 관통결합하며, 제1힌지축(4)상에는 제2힌지축(4')을 중심으로 회동하는 제2암(5')을 관통 결합하여 제1암(5)과 제2암(5')이 디스크(110)를 사이에 두고 마주보게 위치시킨다.

한편, 제1암(5)과 제2암(5') 상부에는 제1힌지축(4)과 제2힌지축(4') 상부에 끼움 결합되는 수평지지판(16)을 더 구성하여 힌지축의 구조강도를 높이면서 제1암과 제2암이 힌지축에서 이탈되지 않도록 하며, 제1암(5)과 제2암(5')은 베이스판(3) 상부와 수평지지판(16) 하측으로 와셔(6)를 매개로 결합하여 회동 작동이 원활히 이루어지도록 한다.

상기 제1암(5)과 제2암(5')의 단부에는 각각 핸드(8)를 회동핀(7)으로 연결하여 회동하도록 구성하며, 양 핸드(8)의 대향되는 위치에는 디스크(110)와 압착 면접되어 기계의 주행을 정지시키는 패드(10)가 부착되는 설치대(9)가 형성된다. 설치대(9)는 패드(10)의 접지면적보다 더 넓게 구성하도록 하고, 상기 패드(10)는 미끄럼마찰이 균일하게 발생하고 수명이 긴 동계 소결합금으로 제작된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

디스크(110)의 제동을 위해서는 패드(10)가 설치된 암의 단부를 힌지축을 중심으로 회동시켜야 하므로, 이를 위해 상기 제1암(5)의 타단부에 제1힌지핀(18)으로 결합되는 연결구(17)와 연결구에 일단이 결합되는 로드(19)를 직선운동시켜 상기 제1암을 제1힌지축(4)을 중심으로 회동시키는 구동부(20)를 형성하되, 구동부(20)의 몸체는 제2암(5')의 타단부에서 제2힌지핀(18')으로 결합 구성된다.

상기 구동부(20)는 작동스위치나 버튼에 의해 전원이 인가되면 전자석(27)의 인력으로 로드(19)가 인입되고, 전원이 차단되면 코일스프링(28)의 탄성력에 의해 로드가 인출되도록 한 것으로, 도시된 도면을 참조하면, 구동부(20) 본체는 제2암(5')의 타단부와 제2힌지핀(18')으로 브래킷(21)에 의해 결합된다.

상기 브래킷(21)은 중심으로 상기 로드(19)가 관통되는 설치판(22)에 연결되며, 중심부 전방으로는 로드가 흔들림 없이 직선운동 할 수 있도록 안내하는 가이드관체(23)가 결합된다.

상기 설치판(22) 후방에는 전자석(27)과 코일스프링(28)이 내입되는 하우징(26)을 형성하되 설치판(22)과 하우징(26) 사이로 테두리 방향으로 등간격으로 형성되는 가이드핀(24)을 개재하여 작동공간(S) 마련한다.

작동공간(S) 내에는 로드(19)의 타단부가 고정 결합되며 자성을 갖는 금속으로 제작된 흡착판(25)을 구성하고, 흡착판(25)의 테두리 부근에는 상기 가이드핀(24)이 내입되는 가이드홈(25a)을 형성하여 흡착판(25)에 결합된 로드(19)가 작동시에 뒤틀리거나 한쪽으로 쏠리는 것을 예방하여 안정적인 작동성을 보장하게 된다.

상기 하우징(26)의 내측 중심에는 코일스프링(28)이 위치하여 일단이 흡착판(25)에 면접되고 타단이 하우징의 배면 중심에 나사결합되는 헤드캡(29)에 탄지되게 구성된다. 코일스프링(28)의 외측으로는 스위치의 작동으로 전원이 인가되면 자력이 생성되는 전자석(27)을 구성함으로써 흡착판(25)을 자력으로 하우징(26)으로 밀착시키고, 자력이 해제되면 코일스프링(28)의 복원력에 의해 외부로 인출된다.

상기 헤드캡(29)은 내부에 코일스프링(28)을 수용하는 설치홈(29a)이 형성되고 외주면에는 하우징(26)과 결합되기 위한 나사부(29b)가 형성된다. 외부로 노출되는 헤드캡(29)의 말미에 형성된 조절홈(29c)에 작업자가 공구를 결합하여 헤드캡(29)을 돌리면 코일스프링(28)의 압축상태를 조절하여 브레이크(1)의 제동력을 가감할 수 있는 것이다.

이 때 헤드캡(29)의 설치홈(29a) 내부로 스러스트베이링을 내입하고 코일스프링(28)의 단부를 스러스트베어링(30)에 탄지되도록 하면 헤드캡(29)의 회전이 용이하게 이루어지므로 제동력의 조절이 보다 수월하게 이루어질 수 있고 또한 조절홈(29c) 내부와 스프링의 마찰에 의한 기계적 손상을 예방하여 스프링의 내구성을 높일 수 있게 된다.

상기 구동부(20)와 로드(19)에 의해 직접적으로 연결되어 동작하는 제1암(5)과는 달리 제2암(5')의 작동은 상기 베이스판(3)과 수평지지판(16) 사이에 위치하며 제1힌지축(4)과 제2힌지축(4')을 연결한 중심부에 형성되는 스토퍼(11)와, 상기 제1암(5)과 제2암(5')에서 힌지축을 기준으로 패드(10)가 설치된 반대방향에 위치하며 스토퍼(11)와 직교되게 제1암과 제2암에 형성된 암나사공(13)에 결합되는 조절볼트(14) 및 조절볼트(14)의 위치를 고정하는 잠금너트(15)에 의해 이루어지며, 이러한 작용에 대한 설명은 하기에서 도면과 함께 설명하기로 한다.

도 4는 디스크 브레이크의 제동 작용을 보인 평면도이다.

일반적으로 부두의 갠트리 크레인과 같은 산업기계는 정지상태에서 화물을 하역하는 등의 기계 고유의 업무를 수행하고 위치를 이동해야 하는 경우에만 주행을 하므로 정지상태에서 사용빈도가 훨씬 많다. 따라서 브레이크 패드(10)는 보통상태일 때 디스크(110)에 압착되어 안정적인 정지상태를 유지하고 기계를 주행할 때만 패드(10)를 이격하여 바퀴의 주행을 가능하게 한다.

도 4a는 브레이크의 패드(10)가 디스크(110)를 압착하여 정지된 상태를 나타낸 것으로 전자석(27)에 자력이 인가되지 않은 상태에서는 중심에 설치된 코일스프링(28)의 탄성력에 의해 흡착판(25)은 기체(100)와 소정의 틈새(L)만큼 이격되어 있고 제1암(5)과 제2암(5')에 결합된 조절볼트(14)와 스토퍼(11) 사이 역시 이격되어 있다.

산업기계의 위치를 이동할 때는 운전석의 작업자가 스위치나 레버를 조작하여 전원을 인가하면 전자석(27)에 자력이 생성되어 자성을 갖는 금속으로 제작된 흡착판(25)을 끌어당기게 되므로, 도 4b에서와 같이 흡착판(25) 중심에 결합된 로드(19)가 구동부(20)가 위치한 방향으로 인입되어 제1암(5)이 제1힌지축(4)을 중심으로 반시계방향으로 회동하여 패드(10)가 디스크(110)로부터 이격된다. 이 때 제1암에 결합된 조절볼트(14)의 내측 단부가 스토퍼(11)에 접촉되어 제1암(5)의 회동각을 제한하게 된다.

상기와 같이 흡착판(25)이 하우징(26)에 밀착되다가 조절볼트(14)에 의해 제1암(5)의 회동이 제한되면 도 4c와 같이 반작용으로 하우징이 정지된 흡착판(25)으로 밀착되면서 제2암(5')이 제2힌지축(4')을 중심으로 시계방향으로 회동하여 제2암(5')에 결합된 조절볼트(14)가 스토퍼(11)와 접할 때까지 패드(10)가 디스크(110)로부터 이격된다.

기계의 제동은 상기한 과정의 역순으로 이루어지는 것으로 먼저 스위치를 차단하여 전자석(27)에 자력이 해제되면 상기 흡착판(25)은 하우징(26) 중심부에 설치되는 코일스프링(28)의 압축력에 의해 외부로 인출된다. 이에 따라 제1암(5)이 시계방향으로 회동함으로써 패드(10)가 디스크(110)의 일면과 마찰이 이루어져 제1암의 회동이 제한되면 그 반작용으로 하우징(26)이 우측으로 밀려나면서 제2암(5')이 반시계방향으로 회동하여 반대측의 디스크(110)를 가압하여 제동이 이루어진다.

이처럼 디스크의 양 면을 제1암(5)과 제2암(5')의 단부에 형성된 패드(10)로 균일하게 가압하게 되고, 제1암과 제2암은 힌지축(4)(4')을 중심으로 각운동 하지만 핸드(8)와의 결합은 회동핀(7)으로 이루어져 있으므로 패드가 편마모 되는 현상이 최소화되어 제동력이 우수하고 응답성이 높은 장점이 있다.

아울러 제동력을 제공하는 코일스프링(28)이 외부로 노출되지 아니하고 하우징 내측에 위치하여 오염과 외부충격에 안전하고 헤드캡(29)과는 스러스트베어링(30)을 매개로 설치되어 있어 스프링의 내구성이 우수하고 장기간 안정적인 제동력을 보장할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명의 상세한 설명에는 본 발명의 가장 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 기술범위에 벗어나지 않는 범위 내에서는 다양한 변형실시도 가능하다 할 것이다. 따라서 본 발명의 보호범위는 상기 실시 예에 한정하여 정하여 질 것이 아니라 후술하는 특허청구범위의 기술들과 이들 기술로부터 균등한 기술수단들에까지 보호범위가 인정되어야 할 것이다.

1:디스크 브레이크 100:기체 110:디스크
2:스탠드 3:베이스판 4:제1힌지축 4':제2힌지축 5:제1암 5'제2암
6:와셔 7:회동핀 8:핸드 9:설치대 10:패드
11:스토퍼 12:연결판 13:암나사공 14:조절볼트 15:잠금너트 16:수평지지판
17:연결구 18:제1힌지핀 18':제2힌지핀 19:로드
20:구동부
21:브래킷 22:설치판 23:가이드관체 24:가이드핀
25:흡착판 25a:가이드홈 26:하우징 27:전자석 28:코일스프링
29:헤드캡 29a:설치홈 29b:나사부 29c:조절홈 30:스러스트베어링
S:작동공간 L:틈새

Claims (3)

1. 산업기계의 기체(100)하부에 돌출 형성되는 스탠드(2);
   상기 스탠드(2) 단부에 형성되는 베이스판(3);
   상기 베이스판(3)에 나란히 이격형성되는 제1힌지축(4) 및 제2힌지축(4');
   제1힌지축(4)과 제2힌지축(4')에 각각 관통결합되는 제1암(5) 및 제2암(5');
   제1암(5)과 제2암(5') 상부에서 제1힌지축(4)과 제2힌지축(4')에 끼움 결합되는 수평지지판(16);
   상기 제1암(5)과 제2암(5')의 단부에 각각 회동핀(7)으로 연결 구성되는 핸드(8);
   양 핸드(8)의 대향되는 위치에 고정 설치되는 패드(10);
   제2암(5')의 타단부에서 제2힌지핀(18')으로 결합 구성되며, 상기 제1암(5)의 타단부에 제1힌지핀(18)으로 연결 구성되는 로드(19)를 작동시켜 상기 제1암(5)을 제1힌지축(4)을 중심으로 회동시키는 구동부(20);
   상기 베이스판(3)과 수평지지판(16) 사이로 제1힌지축(4)과 제2힌지축(4')을 연결한 중심부에 형성되는 스토퍼(11);
   스토퍼(11)와 직교되게 제1암(5)과 제2암(5')에 형성된 암나사공(13)에 관통 결합되는 조절볼트(14);를 포함하며,
   상기 구동부(20)는,
   상기 제2암(5')의 타단부에서 제2힌지핀(18')과 결합되는 브래킷(21);
   상기 브래킷(21)에 고정되며 중심에는 상기 로드(19)가 관통되는 설치판(22);
   상기 설치판(22)의 후방에 형성되는 하우징(26);
   설치판(22)과 하우징(26) 사이로 작동공간(S)을 갖도록 이격시키는 가이드핀(24);
   상기 작동공간(S) 안에 위치하고 가이드핀(24)이 내입되는 가이드홈(25a)이 형성되며, 상기 로드(19)의 타단이 중심에 결합되는 자성을 갖는 흡착판(25);
   상기 하우징(26) 내부에 위치하여 전원이 인가되면 자력이 생성되어 흡착판(25)에 인력을 제공하는 전자석(27);
   상기 하우징(26)의 배면 중심부에 나사결합되며, 내측으로는 코일스프링(28)을 수용하기 위한 설치홈(29a)이 형성되고 외측 단부의 외주면에는 공구가 결합되는 조절홈(29c)이 형성된 헤드캡(29);
   상기 흡착판(25)과 헤드캡(29)의 설치홈(29a) 사이에 개재되는 코일스프링(28);으로 구성되는 것을 특징으로 하는 산업기계용 디스크 브레이크.
   
2. 청구항 1에 있어서;
   상기 헤드캡(29)의 조절홈(29c) 내부로 스러스트베이링(30)을 내입하여 코일스프링(28)이 스러스트베어링(30)에 탄지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 산업기계용 디스크 브레이크.
   
3. 삭제

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