KR102058535B1 - 철도차량용 브레이크 디스크 조립체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 브레이킹 작용에 의하여 열이 발생하더라도 열변형에 의한 결합 강도 저하를 방지하고, 또한 발생한 열을 신속하게 외부 배출할 수 있는 철도차량용 브레이크 디스크 조립체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 철도차량용 브레이크 디스크 조립체에 있어서, 내경부를 갖는 중앙부, 상기 중앙부 양측에 형성되는 확장부 및 확장부 끝단 측면에 형성되는 측단부를 포함하는 허브; 및 몸체부와 상기 허브 측단부와 결합하는 단차부를 포함하는 디스크를 포함하되, 상기 측단부에 형성된 결합홀과 상기 단차부에 형성된 결합홀에 볼트가 삽입되어 상기 허브와 디스크가 결합하고, 상기 측단부에는 안착홈이 형성되고, 상기 단차부에는 상기 안착홈에 삽입되는 돌기홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

Description

철도차량용 브레이크 디스크 조립체{Brake disc assembly for railway vehicle}

본 발명은 철도차량용 브레이크 디스크 조립체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 방열 특성이 우수한 철도차량용 브레이크 디스크 조립체에 관한 것이다.

일반적인 철도차량 특히 고속열차는 외부에서 공급되는 전력을 이용하여 구동모터를 구동하여 선로 위를 이동하며, 이때 선로와 접촉하는 휠이 장착되어 있으며, 또한 차량의 제동을 위한 제동장치를 구비하여 차량의 속도를 조절할 수 있는 구조로 이루어져 있다.

특히 철도차량은 높은 중량으로 구성되고, 레일을 따라 이동되기 때문에 제동장치의 신뢰성이 확보되어야 하는 것은 물론이다. 철도차량에는 대차에 차축이 구비되고, 이 차축의 양측부에는 레일을 따라 구동하는 차륜이 장착되어 있으며, 상기 차축에는 제동장치가 구비되는데 통상 차축의 양측부에 브레이크 디스크가 장착되는 형태로 상기 브레이크 디스크는 브레이크 패드의 압착력에 의하여 제동력이 발생한다.

상기 브레이크 디스크는 반복되는 패드와 접촉에 의하여 매우 높은 압력과 마찰이 동시에 발생하므로, 엄격한 기계적 특성을 만족해야지만 철도차량용으로 사용될 수 있다.

상기와 같은 철도 차량의 특성을 고려한 다양한 브레이크 디스크들이 제안되었다. 예를 들면, 공개특허 제2014-0066590호에는 중앙 부위가 철도차량의 차축에 끼워지고, 외주연이 차륜에 결합되어 상기 차륜과 동축으로 회전하는 철도차량용 브레이크 디스크이고, 상기 철도 차량용 브레이크 디스크의 일면에는 고내열성 나노물질로 이루어진 적어도 하나의 패턴부가 형성되는 철도차량용 고내열성 브레이크 디스크의 구성이 개시되어 있다.

또한, 공개특허 제2012-0132036호에는 철도 차량의 차륜 양측부에 볼트와 너트에 의해 고정되는 한 쌍의 브레이크 디스크에 있어서, 상기 한 쌍의 브레이크 디스크에 각각 형성되되, 대응면에 형성된 슬라이드부와, 상기 차륜에 설치되어 슬라이드부에 결합되는 체결부로 이루어진 브레이크 디스크의 구성이 개시되어 있다.

그리고 공개특허 제2005-0006325호에는 디스크 조립체의 구성이 개시되어 있으며, 특히 상기 구성은 일정반경을 갖는 내경과 외변을 형성하는 외경을 구비하고, 내경과 외경으로 연통하며 일정간격으로 이격되는 장착공이 형성되는 복수의 고정공이 형성되는 디스크본체; 디스크본체의 각각의 장착공에 해제 가능하며 삽설되며 탄성이 조절될 수 있는 복수의 분할핀; 및 중앙에는 차축에 고정되는 보어가 형성되고 주변에는 디스크본체의 각각의 장착공에 삽설된 분할핀의 일부가 삽입되는 장착홈이 형성되며 각각의 장착공 사이에 고정공이 형성되는 장착플랜지를 구비하는 허브본체와, 허브본체의 각각의 장착홈에 상응하고 분할핀의 나머지 부분을 수용하는 복수의 장착공과 장착플랜지의 각각의 고정공과 연통하며 볼트에 의해 고정되는 복수의 고정공이 형성되는 허브커버를 구비하는 허브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 고속열차의 경우에는 일반적인 철도차량에 비하여 더 높은 속도로 이동하므로, 브레이크 디스크의 특성 또한 일반적인 차량용에 비하여 높은 특성을 요구한다. 현재 우리나라 고속열차에 사용되는 브레이크 디스크는 원형 형태의 디스크 몸체, 상기 디스크 몸체에 중심에 형성되는 내경부를 포함하고, 상기 내경부에는 허브에 결합을 위한 다수의 결합홀들이 형성되는 구조를 사용하고 있다.

상기와 같은 디스크는 별도의 허브를 통하여 차륜에 결합하고, 또한 별도의 패드가 상기 디스크의 측면을 가압하는 형태로 브레이킹 동작이 수행되어 디스크 내마모성 등이 요구되며, 추가하여 지속적인 브레이킹 동작에 따라 발생되는 열은 디스크와 허브를 통하여 외부 배출되나, 현재 적용되고 있는 브레이크 디스크 조립체는 강도적인 측면만을 고려한 구조로 브레이킹 작용에 의하여 열이 발생된 경우, 구조적인 안전성을 계속 유지할 수 있는 점과 발생된 열을 신속하게 배출할 수 잇는 점에서는 다소 미흡한 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로, 브레이킹 작용에 의하여 열이 발생하더라도 열변형에 의한 결합 강도 저하를 방지하고, 또한 발생한 열을 신속하게 외부 배출할 수 있는 철도차량용 브레이크 디스크 조립체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 철도차량용 브레이크 디스크 조립체에 있어서, 내경부를 갖는 중앙부, 상기 중앙부 양측에 형성되는 확장부 및 확장부 끝단 측면에 형성되는 측단부를 포함하는 허브; 및 몸체부와 상기 허브 측단부와 결합하는 단차부를 포함하는 디스크를 포함하되, 상기 측단부에 형성된 결합홀과 상기 단차부에 형성된 결합홀에 볼트가 삽입되어 상기 허브와 디스크가 결합하고, 상기 측단부에는 안착홈이 형성되고, 상기 단차부에는 상기 안착홈에 삽입되는 돌기홈이 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 돌기홈과 상기 안착홈은 결합홀이 형성되지 않는 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 단차부는 테두리에 상기 측단부의 끝단을 수용하는 격벽을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 철도차량용 브레이크 디스크 조립체에 있어서, 내경부를 갖는 중앙부, 상기 중앙부 양측에 형성되는 확장부 및 확장부 끝단 측면에 형성되는 측단부를 포함하는 허브; 및 몸체부와 상기 허브 측단부와 결합하는 단차부를 포함하는 디스크를 포함하되, 상기 측단부에 형성된 결합홀과 상기 단차부에 형성된 결합홀에 볼트가 삽입되어 상기 허브와 디스크가 결합하고, 상기 확장부는 허브 내부와 바깥이 서로 연통되는 복수의 통공을 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 측단부는 복수의 단을 포함하는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 단은 상기 측단부에 형성된 결합홀이 형성되지 않는 부분에 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 확장부는 허브 내부와 바깥이 서로 연통되는 복수의 통공을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 철도차량용 브레이크 디스크 조립체는 디스크와 허브가 볼트에 의한 결합 이외에 안착홈과 돌출돌기의 결합에 의하여 열변형이 발생하더라도 반경 방향의 상대적인 변형을 억제하여 볼트 결합력을 일정하게 유지하고, 또한 허브에 형성된 통공과 단에의하여 조립체의 방열 특성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 철도차량용 브레이크 디스크 조립체의 구조를 나타내는 조립도이며,
도 2는 도 1에 도시된 허브의 구성도이며,
도 3은 허브의 측면도이며,
도 4는 도 1에 도시된 디스크의 구성도이며,
도 5는 허브의 다른 실시예이며,
도 6은 허브의 또 다른 실시예이다.

이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 철도차량용 브레이크 디스크 조립체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 허브(10)와 상기 허브(10) 측면에 결합하는 디스크(50)를 포함하여 구성된다. 이때 상기 디스크(50)는 허브(10) 양측면에 각각 하나씩 결합하여 구성되므로, 하나의 허브(10) 당 2개의 디스크(50)를 포함한다.

상기 허브(10)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 축대칭 형태이며, 중앙에 형성되는 중앙부(11)와 상기 중앙부(11) 좌우측에 위치하는 확장부(13)를 포함하여 구성되며, 상기 중앙부(11)는 원통형상으로 내경부(12)를 포함하며, 상기 내경부(12)에 차축이 삽입되고, 별도의 고정부재에 의하여 상기 허브(10)가 상기 차축에 고정되어, 차축의 회전에 따라 상기 허브(10)도 회전한다.

상기 확장부(13)는 상기 중앙부(11)에서 연장형성되는 형태이며, 외경 및 내경이 길이방향으로 증가하는 형태로 구성된다.

좌우측 확장부(13)는 서로 동일한 형태, 즉, 대칭형 형상으로 구성될 수 있으나, 필요한 경우에는 길이만 다른 형태로도 구현될 수 있다.

상기 확장부(13)의 끝 측면에는 측단부(20)가 허브(10) 중심축에 대하여 수직 방향으로 형성되며, 상기 측단부(20)에 디스크(50)가 결합하며, 상기 디스크(50) 결합을 위한 결합홀(21)이 복수개 형성되어 있다.

또한, 상기 측단부(20)에는 상기 결합홀(21)이 형성되지 않은 부분에 반경 방향으로 형성되는 안착홈(22)이 복수개 형성되어 있다.

상기 안착홈(22)은 사각형 단면으로 구성하는 것이 바람직하며, 각각 일정한 거리에 배치되는 것이 바람직하다.

즉, 2개의 안착홈(22)은 180도 간격으로 배치되고, 3개인 경우는 120도 간격, 4개인 경우 90도 간격과 같이 등간격으로 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안착홈(22)은 측단부(20) 전체에 걸쳐 반경 방향으로 형성되도록 구성하는 것이 토크 전달 측면에서 바람직하다.

한편, 디스크(50)는 도 4에 도시된 바와 같이, 원형 형상의 몸체부(51)와 상기 몸체부(51)의 반경 방향 내측에 형성된 단차부(52)와 상기 단차부(52)의 반경 방향 내측에 형성된 관통부(53)를 포함하여 구성된다.

여기서 몸체부(51)는 실제 브레이킹 작용을 위한 마찰부재들이 접촉하는 부분으로 재료적 특성이 중요한 역할을 한다.

상기 단차부(52)는 상기 몸체부(51)에 비하여 두께가 작게 형성되며, 다수의 결합홀(61)이 형성되어 있다. 상기 결합홀(61)은 상기 허브(10) 측단부(20)에 형성된 결합홀(21)과 대응되는 구성으로 형성된 위치와 크기 그리고 개수가 상기 측단부(20)에 형성된 결합홀(21)과 동일하다. 물론 상기 결합홀(21, 61)에 볼트가 삽입되고, 결합된 볼트에 너트가 결합하여 상기 디스크(50)와 허브(10)가 결합한다.

필요한 경우 상기 결합홀(21, 61) 중 하나에 암나사를 형성하여 볼트가 결합하는 것만으로 디스크(50)와 허브(10)를 결합하는 형태로도 구현 가능하다.

한편, 상기 단차부(52)는 복수의 돌기홈(62)을 포함한다. 상기 돌기홈(62)은 상기 허브(10) 측단부(20)에 형성된 안착홈(22)과 대응되는 구성이며, 상기 디스크(50)가 상기 허브(10)와 결합할 시 상기 돌기홈(62)이 상기 안착홈(22)에 삽입되어 결합된다.

따라서, 상기 돌기홈(62)의 형상은 상기 안착홈(22)에 정확히 결합할 수 있는 형태로 구성된다. 상기 안착홈(22)이 직육면체의 홈 형상이면, 상기 돌기홈(62) 역시 직육면체의 돌기 형상으로 구성된다.

상기 돌기홈(62)와 상기 안착홈(22)은 디스크(50)와 허브(10) 사이의 토크 전달 특성을 향상시키고, 브레이킹 동작에 의하여 디스크(50)가 열팽창되더라도 반경방향 변형을 방지하는 역할을 하여 볼트에 작용하는 반경 방향의 힘을 감소시켜 열발생에 따른 구조적인 변형을 방지하고, 또한 전체 허브(10) 및 디스크(50) 조립체의 수명을 연장하는 효과를 제공하는 장점이 있다.

즉, 상기 돌기홈(62)과 안착홈(22)이 없는 종래 기술에서 디스크(50)가 브레이킹 동작에 의하여 열변형이 발생하는 경우 반경 방향 팽창에 따라 발생하는 볼트의 전단력을 억제하는 효과가 상기 돌기홈(62)과 안착홈(22)에 의하여 발생된다.

한편, 상기 단착부(52)는 끝단 테두리부에 형성되는 격벽(63)을 포함하여 구성될 수 있다.

상기 격벽(63) 역시 상기 측단부(20) 끝단이 수용하는 형태로 구성되어 디스크(50)의 반경 방향의 열변형을 억제하는 효과를 제공한다.

즉, 상기 돌기홈(62), 안착홈(22) 및 격벽(63)은 허브(10)와 디스크(50) 사이의 결합력을 증가시키고, 또한 열변형에 따른 볼트의 수명 저하를 방지하는 효과가 있다.

한편, 상기 허브(10)는 도 5에 도시된 바와 같이, 확장부(13)에 복수의 통공(15)을 형성하는 형태로도 구현될 수 있다.

특히 상기 통공(15)은 브레이킹 동작에 따라 디스크(50)의 온도가 올라가고, 고온이 된 디스크(50)에 의하여 허브(10) 내부의 공기가 가열된 경우 외부 공간과 연통하는 역할을 하므로, 허브(10) 및 디스크(50)의 방열에 유리한 작용을 한다.

또한, 상기 허브(10)는 도 6에 도시된 바와 같이, 측단부(20) 중 결합홀(21)이 형성되지 않는 부분에 단(25)을 형성하는 형태로도 구현될 수 있다.

상기 단(25)은 결합홀(21)과 결합홀(21) 사이에 형성되며, 이때 디스크(50)는 평탄한 형태로 구성하여, 결합 시 상기 단(25)의 깊이만큼 연통부가 형성되어 방열에 유리한 작용을 한다.

상기에서 설명한 방열 특성 또는 고온에서 결합력을 향상하는 허브(10)와 디스크(50)의 구성들은 각각 선택적으로 적용될 수도 있으나, 필요한 경우에는 전체 구성이 조합된 형태로도 구현될 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 허브 11: 중앙부
12: 내경부 13: 확장부
15: 통공 20: 측단부
21: 결합홀 22: 안착홈
25: 단 50: 디스크
51: 몸체부 52: 단차부
53: 관통부 61: 결합홀
62: 돌기홈 63: 격벽
100: 철도차량용 브레이크 디스크 조립체

Claims (7)

1. 철도차량용 브레이크 디스크 조립체에 있어서,
   내경부를 갖는 중앙부, 상기 중앙부 양측에 형성되는 확장부 및 확장부 끝단 측면에서 중심부 방향으로 연장 형성되는 측단부를 포함하는 허브; 및
   몸체부와 상기 허브 측단부와 결합하는 단차부를 포함하는 디스크를 포함하되,
   상기 측단부에 형성된 결합홀과 상기 단차부에 형성된 결합홀에 볼트가 삽입되어 상기 허브와 디스크가 결합하고,
   상기 측단부에는 안착홈이 형성되고,
   상기 단차부에는 상기 안착홈에 삽입되는 돌기홈이 형성되며,
   상기 단차부는 테두리에 상기 측단부의 끝단을 수용하는 격벽을 포함하고,
   상기 측단부는 복수의 단을 포함하고,
   상기 확장부는 허브 내부와 바깥이 서로 연통되는 복수의 통공을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 브레이크 디스크 조립체.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
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6. 청구항 1에 있어서, 상기 돌기홈, 상기 안착홈 및 상기 단은 결합홀이 형성되지 않는 부분에 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 브레이크 디스크 조립체.
   
7. 삭제

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