KR102070699B1 - 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브 - Google Patents

고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브에 관한 것으로, 본 발명은 고속열차에 설치되어 동력을 전달받아 회전하는 회전축이 관통하고, 적어도 한 쌍의 디스크 사이에 배치되며, 상기 회전축과 연동하여 회전하는 허브 본체; 상기 허브 본체의 양단으로부터 상기 회전축의 길이방향을 따라 각각 확장되는 허브 확장부; 상기 허브 확장부의 끝단에서 상기 회전축을 향해 돌출되고 상기 디스크와 결합하는 허브 플랜지; 및 상기 허브 확장부와 상기 허브 플랜지 및 상기 디스크사이에는 적어도 일부 이격된 방열공간을 포함할 수 있다.
본 발명은 디스크와 허브 사이에 외부공기가 유입될 수 있는 공간을 마련하고 허브 확장부의 표면적을 넓히며 두께를 차축의 길이 방향을 따라 점차 얇게 형성하고 두께를 감소시켜 공기와의 접촉하는 표면적을 증가시킴으로써, 고속열차의 제동 시 발생하는 마찰열을 보다 신속하게 냉각이 가능한 효과가 있다.

Description

고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브{HUB HAVING IMPROVED EFFICIENCY OF HEAT DISSIPATION FOR DISK OF HIGH SPEED TRAINS}
본 발명은 방열효율 향상형 허브에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브에 관한 것이다.
일반적으로, 고속으로 주행 중인 열차가 제동을 하는 경우 디스크 표면은 600℃ 이상의 고온의 마찰열이 발생된다.
상기 디스크는 고온의 마찰열이 발생하더라도 외부에 노출되어 공기에 의해 공냉식으로 냉각될 수 있다.
등록특허 제10-0368610호(2003.01.24. 공고)는 디스크부의 열팽창에 다른 응력을 흡수하기 위해 각각의 브레이크 압착부 사이에 형성된 리브들 중 일부를 고정부의 연결부까지 연장시켜 후부가 형성됨에 따라 취약구조의 연결부가 보강됨으로써 제동 시 연결부에서의 크랙의 발생이 방지되는 철도차량용 브레이크디스크에 관한 것이다.
등록특허 제10-0368610호(2003.01.24. 공고)는 허브가 디스크부의 가운데에 배치되는 형태로써, 디스크부의 표면에는 외부 공기와의 접촉면적이 늘어남에 따라 제동 시 발생되는 마찰열에 대한 냉각을 수행할 수 있는 리브가 개시되어 있다.
하지만, 등록특허 제10-0368610호(2003.01.24. 공고)는 복수 개의 디스크가 회전축에 마련되고 허브가 상기 복수 개의 디스크 사이에 배치되는 형태를 고려하지 않은 것으로, 허브가 일측에 배치되는 디스크의 냉각에 대하여는 전혀 고려된 바가 없다.
KR 10-0368610 B1
본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은, 디스크 사이에 배치된 허브의 구조를 변경하여 디스크와 허브 사이에 외부공기가 유입될 수 있는 공간을 마련하고, 허브 확장부의 두께를 감소시켜 공기와 접촉하는 표면적을 증가시킴으로써, 고속열차의 제동 시 발생하는 마찰열을 보다 신속하게 냉각할 수 있는 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 외부공기와 접촉하는 디스크 표면 뿐만 아니라 허브를 통해 디스크 표면의 마찰열을 대기 중으로 방열하여 디스크 표면온도를 낮춤으로써, 디스크의 열 충격(Thermal impact) 현상을 저감시키고 디스크의 열 충격 현상에 의해 동반되는 수명 감소현상을 예방할 수 있는 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브는, 고속열차에 설치되어 동력을 전달받아 회전하는 회전축이 관통하고, 적어도 한 쌍의 디스크 사이에 배치되며, 상기 회전축과 연동하여 회전하는 허브 본체; 상기 허브 본체의 양단으로부터 상기 회전축의 길이방향을 따라 각각 확장되는 허브 확장부; 상기 허브 확장부의 끝단에서 상기 회전축을 향해 돌출되고 상기 디스크와 결합하는 허브 플랜지; 및 상기 허브 확장부와 상기 허브 플랜지 및 상기 디스크사이에는 적어도 일부 이격된 방열공간;을 포함할 수 있다.
바람직하게, 상기 허브 확장부는 상기 허브 본체에서 상기 허브 플랜지를 향하는 길이방향을 따라 두께가 점차적으로 줄어들 수 있다.
바람직하게, 상기 허브 플랜지는, 상기 디스크와 접하는 외면에 상기 디스크와 마주보고 상기 허브 확장부를 향하여 오목한 플랜지 홈; 및 상기 플랜지 홈과 이웃하며 상기 디스크를 향해 미리 정해진 두께만큼 돌출된 플랜지 돌출부;를 포함하고, 상기 플랜지 홈과 상기 플랜지 돌출부가 교번되게 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 돌출부와 상기 디스크가 결합수단에 의해 결합될 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 플랜지 홈과 상기 방열공간은 외부와 연통되어 외부의 공기 유입 및 유출이 가능하다.
더욱 바람직하게, 상기 플랜지 홈과 상기 플랜지 돌출부는 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 플랜지 홈과 상기 플랜지 돌출부는 상기 회전축을 중심으로 나선형태로 형성될 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 플랜지 홈은 고속열차가 전진하는 상기 회전축의 회전 방향으로 휘어질 수 있다.
더욱 바람직하게, 상기 플랜지 홈과 상기 플랜지 돌출부는 상기 회전축과 멀어질수록 폭이 점차적으로 넓어질 수 있다.
본 발명은 디스크와 허브 사이에 외부공기가 유입될 수 있는 공간을 마련하고 허브 확장부의 표면적을 넓히며 두께를 차축의 길이 방향을 따라 점차 얇게 형성하고 두께를 감소시켜 공기와의 접촉하는 표면적을 증가시킴으로써, 고속열차의 제동 시 발생하는 마찰열을 보다 신속하게 냉각이 가능한 효과가 있다.
또한 본 발명은, 디스크 표면온도를 낮춤으로써, 디스크의 열 충격(Thermal impact) 현상을 저감시킴고, 디스크의 열 충격 현상에 의해 동반되는 디스크의 수명 감소현상을 예방할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브가 설치된 고속열차의 차축을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브와 디스크의 배치를 나타낸 분리 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 사시도이다.
도 4는 도 3의 A-A´에서의 단면도이다.
도 5는 도 4의 B의 발췌도로서 디스크와의 결합을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 플랜지의 일부를 나타낸 도면이다.
도 7의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 측면도이다.
도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 변형예이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
이하, 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브가 설치된 고속열차의 차축을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 고속열차의 차축은 고속열차의 하측에 설치되고, 한 쌍의 레일(미도시) 상에서 고속열차가 이동하도록 동력을 전달할 수 있다. 고속열차의 차축은 회전축(10)과 바퀴(20), 디스크(30) 및 허브(40)를 포함할 수 있다.
고속열차의 차축은 한 쌍의 레일 사이의 거리에 대응하는 길이를 갖는 회전축(10)을 구비할 수 있다.
회전축(10)의 양단에 각각 설치되는 바퀴(20)는 한 쌍의 레일 각각에 회전축(10)의 회전에 따라 이동이 가능하도록 배치될 수 있다.
회전축(10)에는 복수 개의 디스크(30)가 배치될 수 있다. 디스크(30)는 고속열차의 제동을 위한 것으로 바퀴(20)보다는 상대적으로 작은 크기를 가지며, 회전축(10)이 관통할 수 있다.
서로 이웃하는 디스크(30) 사이에는 허브(40)가 배치될 수 있다. 허브(40)는 회전축(10)이 고속으로 회전할 때 디스크(30)를 지지하고, 회전축(10)이 허브(40)를 관통하며 허브(40)의 양단은 각각 디스크(30)와 결합될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브와 디스크의 배치를 나타낸 분리 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 사시도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브는 허브 본체(100)와 허브 확장부(200) 및 허브 플랜지(300)를 포함할 수 있다.
허브 본체(100)는 양단이 개구된 중공형의 원기둥 형상을 가질 수 있다. 허브 본체(100)는 고속열차에 설치되고, 동력을 전달받아 회전하는 회전축(10)이 관통할 수 있다. 허브 본체(100)는 적어도 한 쌍의 디스크(30) 사이 즉, 서로 이웃하는 디스크(30) 사이에 배치될 수 있다. 허브 본체(100)는 회전축(10)과 연동되도록 회전축(10)이 관통할 수 있다.
허브 확장부(200)는 허브 본체(100)의 양단으로부터 각각 허브 본체(100)와 멀어지는 방향 즉, 회전축(10)의 길이방향을 따라 확장되며 연장될 수 있다. 이때, 허브 확장부(200)의 내경은 허브 본체(100)의 내경보다 상대적으로 크게 마련되는 것이 바람직하고, 회전축(10)의 길이방향을 따라 허브 확장부(200)의 내경이 점차적으로 커지도록 형성되는 것이 바람직하다.
도 4는 도 3의 A-A´에서의 단면도이고, 도 5는 도 4의 B의 발췌도로서 디스크와의 결합을 나타낸 단면도이다.
도 4와 도 5를 참조하면, 허브 확장부(200)는 허브 본체(100)와 연결되는 부분으로부터 후술하는 허브 플랜지(300)를 향하는 길이방향을 따라 두께가 점차적으로 줄어들고 표면적은 점점 커질 수 있다. 이는 후술하는 방열공간(330)의 크기를 보다 넓게 형성하기 위함임과 동시에 허브 확장부(200)의 두께를 감소시킴으로써 표면적을 넓게하여 허브의 방열효율을 향상시키기 위함이다.
허브 플랜지(300)는 각각의 허브 확장부(200)로부터 연장될 수 있다. 이때, 허브 플랜지(300)는 허브 확장부(200)로부터 외측이 아닌 내측 즉, 회전축(10)을 향하는 방향으로 돌출될 수 있다. 허브 플랜지(300)는 결합수단(322)에 의해 디스크(30)와 결합할 수 있다. 도면에는 결합수단(322)이 볼트로 도시되었지만, 이에 한정하지 않고 허브 플랜지(300)와 디스크(30)가 결합할 수만 있다면 제작자의 의도에 따라 다양한 결합수단을 사용해도 무방하다.
[참고도 1]
Figure 112018041261973-pat00001
참고도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 방열향상 효과를 나타낸 그래프로써, 종래기술은 허브 플랜지(300)가 각각의 허브 확장부(200)로부터 외측으로 돌출된 형태의 허브를 나타낸다.
참고도 1에 도시된 바와 같이, 허브와 디스크의 결합수단 또는 체결부의 온도측정에서 종래기술은 최대 온도가 138.73℃이지만, 본 발명은 최대 온도가 128.96℃로 낮아진 것을 알 수 있다. 또한, 최대 온도 발생 이후 100초간 평균 방열효율에서 종래기술은 -0.91℃/sec이지만, 본 발명은 -1.02℃/sec로 측정되었다.
그리고 허브 내측의 최대온도를 측정하였을 때, 종래기술은 최대온도가 28.06℃이지만, 본 발명에서 최대온도는 27.61℃로 나타났다.
이를 종합해보면, 본 발명은 종래보다 최대 온도에서와 방열 효율에서도 더욱 뛰어난 성능을 보이고 있다고 할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 플랜지의 일부를 나타낸 도면이고, 도 7의 (a)는 본 발명의 일실시예에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브의 측면도이며, 도 7의 (b)는 도 7의 (a)의 변형예이다.
도 6과 도 7의 (a) 및 (b)를 참조하면, 허브 플랜지(300)는 플랜지 홈(310)과 플랜지 돌출부(320)를 포함할 수 있다.
허브 플랜지(300)와 디스크(30)가 결합할 때, 회전축(10)의 길이방향을 따른 허브 플랜지(300)의 외측면이 디스크(30)와 접할 수 있다. 플랜지 홈(310)과 플랜지 돌출부(320)는 허브 플랜지(300)의 상기 외측면에 형성될 수 있다.
플랜지 홈(310)과 플랜지 돌출부(320)는 서로 단차지게 형성될 수 있고, 서로 이웃하며 교번되어 형성될 수 있다.
플랜지 홈(310)은 디스크(30)와 접하는 외측면에 디스크(30)와 마주보고 허브 확장부(200)를 향하여 오목하게 형성될 수 있다. 플랜지 홈(310)과 후술하는 방열공간(330)은 외부와 연통되어 외부의 공기 유입 및 유출이 가능하다.
플랜지 돌출부(320)는 플랜지 홈(310)과 이웃하며, 디스크(30)를 향해 미리 정해진 두께만큼 돌출되게 형성될 수 있다. 플랜지 돌출부(320)는 관통공(321)이 형성될 수 있다. 이때, 결합수단(322)이 관통공(321)과 디스크(30)에 형성된 관통공(미부호)을 관통함으로써, 허브 플랜지(300)는 디스크(30)와 결합할 수 있다.
플랜지 홈(310)과 플랜지 돌출부(320)는 회전축(10)과 멀어질수록 폭이 점차적으로 넓어질 수 있다.
한편, 플랜지 홈(310)과 플랜지 돌출부(320)는 회전축(10)을 중심으로 방사상으로 형성될 수 있다.
또한, 플랜지 홈(310´)과 플랜지 돌출부(320´)는 회전축(10)을 중심으로 나선형태로 형성될 수 있다. 이때, 어느 한 플랜지 홈(310´)은 상기 고속열차의 진행방향 즉, 고속열차가 전진하는 회전축(10)의 회전 방향으로 휘어진 것이 바람직하다. 이 경우, 고속열차가 전진하는 방향으로 이동하면서 회전축(10)과 바퀴(20), 디스크(30) 및 허브(40)가 고속열차의 진행방향으로 회전되므로, 상대적으로 폭이 넓게 형성된 플랜지 홈(310´)의 외측을 통해 후술하는 방열공간(330)으로 외부 공기의 유입이 용이하다. 그리고 회전축(10)과 상대적으로 먼 플랜지 홈(310)의 외측은 내측보다 상대적으로 넓게 형성되므로, 회전방향을 따라 회전되는 허브 플랜지(300)의 회전력과 함께 외부 공기 유입에 용이하다.
허브 플랜지(300)가 디스크(30)와 결합함으로써, 허브 확장부(200)와 허브 플랜지(300) 및 디스크(30)는 방열공간(330)이 형성될 수 있다. 방열공간(330)은 고속열차가 제동될 때 디스크(30)에 발생하는 열을 식히기 위한 공간일 수 있다.
고속열차가 300㎞/h 이상과 같은 고속으로 주행 중에 제동 시 디스크(30) 표면은 600℃ 이상의 고온 마찰열이 발생할 수 있다. 상기 고온의 마찰열은 디스크(30)와 결합한 허브(40)로 전달될 수 있다. 본 발명의 일실시예에서는 허브(40)로 전달되는 열 또는 허브(40)와 마주하는 디스크(30) 표면의 열을 방열공간(330)을 통해 대기중으로 방열할 수 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
10 : 회전축 20 : 바퀴
30 : 디스크 40 : 허브
100 : 허브 본체 200 : 허브 확장부
300 : 허브 플랜지 310 : 플랜지 홈
320 : 플랜지 돌출부 321 : 관통공
322 : 결합수단 400 : 방열공간

Claims (9)

  1. 고속열차에 설치되어 동력을 전달받아 회전하는 회전축이 관통하고, 적어도 한 쌍의 디스크 사이에 배치되며, 상기 회전축과 연동하여 회전하는 허브 본체;
    상기 허브 본체의 양단으로부터 상기 회전축의 길이방향을 따라 각각 확장되는 허브 확장부;
    상기 허브 확장부의 끝단에서 상기 회전축을 향해 돌출되고 상기 디스크와 결합하는 허브 플랜지; 및
    상기 허브 확장부와 상기 허브 플랜지 및 상기 디스크사이에는 적어도 일부 이격된 방열공간;
    을 포함하되,
    상기 허브 확장부는 상기 허브 본체에서 상기 허브 플랜지를 향하는 길이방향을 따라 두께가 점차적으로 줄어들고,
    상기 허브 플랜지는,
    상기 디스크와 접하는 외면에 상기 디스크와 마주보고 상기 허브 확장부를 향하여 오목한 플랜지 홈; 및
    상기 플랜지 홈과 이웃하며 상기 디스크를 향해 미리 정해진 두께만큼 돌출된 플랜지 돌출부;
    를 포함하고,
    상기 플랜지 홈과 상기 플랜지 돌출부가 교번되게 형성되고,
    상기 플랜지 돌출부와 상기 디스크는 결합수단에 의해 결합되고,
    상기 플랜지 홈과 상기 방열공간은 외부와 연통되어 외부의 공기 유입 및 유출이 가능한 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랜지 홈과 상기 플랜지 돌출부는 상기 회전축을 중심으로 방사상으로 형성된 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 플랜지 홈은 고속열차가 전진하는 상기 회전축의 회전 방향으로 휘어진 고속열차의 브레이크 디스크용 방열효율 향상형 허브.
  9. 삭제
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