KR20120105463A - 철도 차량 브레이크 디스크 - Google Patents

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Abstract

철도 차량 브레이크 디스크는 원통형 허브, 마찰링 및 상기 허브를 상기 마찰링에 연결하는 종형 플랜지를 포함한다. 상기 원통형 허브는 중앙 축선을 정의하고, 축 너비와 외경을 갖는다. 상기 외경에서의 표면은 외측 허브 외연을 정의한다. 상기 마찰 링은 각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 포함한다. 상기 환형 부재는 하나의 환형 부재의 내면으로부터 나머지 하나의 환형 부재의 내면으로 연장하는 복수의 돌출부에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 종형 플랜지는 상기 허브에 연결된 내측부, 상기 돌출부에 연결된 외측부 및 상기 내측부를 외측부에 연결하는 방사상부를 구비한다. 상기 허브, 상기 마찰링 및 상기 종형 플랜지는 단일 재질로부터 일체로 형성된다.

Description

철도 차량 브레이크 디스크{Railway Vechile Brake Disc}
본원은 2009년 11월 30일자 출원된 미국 특허 가출원 제61/265,009호의 이익을 청구하며, 이 출원의 전체 내용은 참조로서 본 명세서에 일체화된다.
본 발명은 철도 차량 브레이크 디스크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 플랜지에 의해 연결되는 허브와 마찰 링을 갖는 일체 주조식(monoblock) 브레이크 디스크에 관한 것이다.
기차용 브레이크 디스크는 일반적으로 차축상에 압입되거나 바퀴에 볼트로 고정된다. 차축 장착식 브레이크 디스크는 단일의 주조물로부터 제조될 수 있고, 레만(Lehmann) 등에게 허여된 미국 특허 제6,808,050호에 개시된 바와 같이 볼트로 함께 고정되는 별도의 허브와 마찰 링을 포함할 수도 있다. 원피스(one-piece) 또는 일체 주조식 브레이크 디스크는 일반적으로 워스(Wirth)에게 허여된 미국 특허제4,638,891호에서 개시된 바와 같이 허브를 마찰 링에 연결하는 방사상 스포크(spoke)를 일부분으로 포함한다. 제동시 발생하는 열은 마찰 링을 방사상 외측으로 팽창시킨다. 투피스(two-piece) 브레이크 디스크 설계에 있어서, 마찰 링은 일반적으로 디스크가 제동에 의해 가열될 때 허브에 대해 팽창하는 것을 허용한다. 이러한 팽창은 디스크 허브 연결에 의해 수용된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 종래의 원피스 브레이크 디스크(1)는 복수개의 이격된 스포크(4)에 의해 허브(3)에 고정되는 마찰 링(2)을 포함한다. 원피스 브레이크 디스크 설계에 있어서, 상기 마찰 링(2)을 상기 허브(3)에 연결하는 상기 스포크(4)는 상기 마찰 링(2)이 제동으로 인하여 뜨거워질 때의 장력에 의해 늘어난다. 제동하는 동안 상기 연결 스포크(4)의 장력은 차축으로부터 상기 허브(3)를 잡아 당기게 되고, 이는 차축상에 있는 상기 허브(3)의 압입력을 약화시키고, 상기 디스크를 차축상에서 회전시키는 원인이 된다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 다른 종래의 설계는 마찰 링(8)을 허브(9)에 부착하도록 플랜지(7)를 갖는 브레이크 디스크(6)를 이용한다. 이 브레이크 디스크(6)는 각기 다른 물질로 주조되는 투피스 주조물로서, 상기 연결 플랜지/허브(7, 9)가 아닌 상기 마찰 링(8)에 사용되는 재질이며, 이는 상기 브레이크 디스크(6)의 제조시 특정한 문제를 야기한다.
미국 특허 공개 제2004/0124045호 및 제2007/0181389호는 일반적으로 허브를 마찰 링에 연결하는 스포크를 갖는 브레이크 디스크를 개시하고 있고, 이는 본 명세서에 참조 목적으로 포함된다.
본 발명은 철도 차량 브레이크 디스크를 제공하기 위한 것이다.
본 명세서에 상세하게 기재된 철도차량 브레이크 디스크는 원통형 허브, 마찰 링, 및 상기 허브를 상기 마찰 링에 연결하는 종형(bell-shaped) 플랜지를 구비한다. 상기 원통형 허브는 중앙 축선을 정의하고, 축 방향 너비와 외경을 가진다. 상기 외경에서의 표면은 외측 허브 외연을 정의한다. 상기 마찰링은 각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 구비한다. 상기 환형 부재는 하나의 환형 부재의 내면으로부터 나머지 하나의 환형 부재의 내면으로 연장하는 복수의 돌출부(fins)에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 종형 플랜지는 상기 허브에 연결된 내측부, 상기 돌출부에 연결된 외측부 및 상기 내측부를 외측부에 연결하는 방사상부를 구비한다. 상기 허브, 상기 마찰링 및 상기 종형 플랜지는 단일 재질로 일체로 형성되어 브레이크 디스크는 일체 주조식 브레이크 디스크가 되도록 한다.
상기 허브는 상기 축 너비를 정의하는 제1축단 및 제2축단을 구비하고, 상기 종형 플랜지의 내측부는 상기 허브의 제1축단에 연결될 수도 있다. 상기 내측부는 또한 공통 평면상에서 상기 제1축단과 함께 상기 제1축단으로부터 외측으로 방사상으로 연장할 수도 있다. 부가적으로, 상기 내측부는 상기 제1축단을 지나 축방향으로 연장할 수도 있다. 또한, 내측부는 아치형일 수도 있다. 게다가, 상기 내측부는 상기 외측 허브 외연으로부터 외측으로 방사상으로 연장될 수도 있다.
상기 종형 플랜지의 상기 내측부, 상기 외측부 및 상기 방사상부는 또한 대략적으로 균일한 또는 불균일한 두께를 가질 수도 있다. 상기 방사상부는 상기 외측 허브 외연과의 각도를 정의하거나, 상기 외측 허브 외연에 대략적으로 평행할 수도 있다.
다른 실시예에서, 철도 차량 디스크 브레이크는 원통형 허브, 마찰 링, 및 상기 허브를 상기 마찰 링에 연결하는 종형 플랜지를 구비한다. 상기 원통형 허브는 중앙 축선을 정의하고, 축 너비와 외경을 가진다. 상기 외경에서의 표면은 외측 허브 외연을 정의한다. 상기 마찰링은 각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 구비한다. 상기 환형 부재는 하나의 환형 부재의 내면으로부터 나머지 하나의 환형 부재의 내면까지 연장하는 복수의 돌출부(fins)에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 종형 플랜지는 상기 허브에 연결된 내측부, 상기 2개의 마주보는 환형 부재중 하나에 연결된 외측부 및 상기 내측부를 상기 외측부에 연결하는 방사상부를 구비한다.
또 다른 실시예에서, 철도 차량 디스크 브레이크는 중앙 축선을 정의하는 원통형 허브를 포함하며, 상기 허브는 축 너비와 외경을 갖는다. 상기 외경에서의 표면은 외측 허브 외연을 정의한다. 상기 디스크는 각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 포함하는 마찰 링을 더 포함한다. 상기 환형 부재는 하나의 환형 부재의 내면으로부터 나머지 하나의 환형 부재의 내면으로 연장하는 복수의 돌출부(fins)에 의해 서로 연결되어 있다. 상기 플랜지는 상기 허브를 상기 마찰 링에 연결한다. 상기 플랜지는 상기 허브에 연결되는 내측부, 상기 돌출부에 연결되는 외측부 및 상기 내측부를 외측부에 연결하는 방사상부를 구비한다. 상기 허브는 상기 축 너비를 정의하는 제1축단 및 제2축단을 구비하고, 상기 플랜지의 내측부는 상기 제1축단 및 상기 제2축단의 중간 위치에서 상기 허브에 연결된다. 상기 방사상부는 대략 C형태 일 수도 있다. 상기 허브, 상기 마찰링 및 상기 플랜지는 단일 재질로 일체로 형성되어 브레이크 디스크는 일체 주조식 브레이크 디스크를 포함할 수도 있다.
본 발명의 더욱 상세한 내용과 장점은 첨부 도면과 함께 하기의 발명의 상세한 설명을 읽으면서 명확해 질 것이고, 동일한 부분은 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호와 부호로 표시되었다.
도 1은 종래의 일체 주조식 브레이크 디스크의 정면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 3은 다른 종래의 브레이크 디스크를 부분 절개 정면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면 사시도이다.
도 6은 도 5에 도시된 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 7은 도 5에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 8은 도 5에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 10은 도 9에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 11은 도 9의 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 13는 도 12에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 14는 도 12에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 15는 본 발명의 제4실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 16은 도 15에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 17은 도 15에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 18은 본 발명의 제5실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 19는 도 18에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 20은 본 발명의 제6실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 22는 본 발명의 제7실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 23은 도 22에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 24는 본 발명의 제8실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 25는 도24에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 26은 본 발명의 제9실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 27은 도 26에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 28은 본 발명의 제10실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
도 29는 도 28에 도시된 브레이크 디스크의 개략도이고, 브레이크 디스크의 유한 요소 분석 컴퓨터 모델을 도시한다.
도 30은 본 발명의 제11실시예에 따른 브레이크 디스크의 단면도이다.
이하 설명을 위해, 사용된 공간적 방향 용어는 첨부 도면의 형상에서 방향이 결정되거나 그렇지 않으면 하기의 상세한 설명에서 기술된 참조된 실시예와 관련이 있다. 그러나, 이하 설명된 실시예는 많은 다른 변형예와 실시예를 취할 수도 있다는 것으로 이해되어져야 할 것이다. 첨부 도면의 형상으로 예시된 본 명세서에 기술된 특정한 장치 및 구성 요소는 또한 단순히 예시적인 것으로 이해되어야 하고, 발명의 권리를 제한하는 것으로 이해되어서는 안될 것이다.
도 5 내지 도 8을 참조하면, 브레이크 디스크(20)의 일 실시예는 마찰 링(22) 허브(24), 및 플랜지(26)을 포함한다. 본 실시예에서, 상기 마찰 링(22), 상기 허브(24) 및 상기 연결 플랜지(26)는 일체로 형성됨으로, 상기 브레이크 디스크(20)는 일체 주조식 브레이크 디스크를 포함한다. 상기 마찰 링(22)은 두 개의 마주보는 환형 부재(28, 29)를 포함하고, 이들 각각은 외부 제동면(30)과 내면(32)을 갖는다. 상기 환형 부재(28, 29)는 상기 환형 부재(28)의 내면(32)으로부터 다른 상기 환형 부재(29)의 내면(32)으로부터 연장된 방사상으로 이격된 복수개의 핀(pin) 돌출부(fins)(34)에 의해 서로 연결되어 있으나, 가령 방사상 돌출부(fins)와 같은 다른 적절한 돌출부 배치들(fin arrangements)이 사용될 수도 있다. 상기 허브(24)는 제1축단(38) 및 제2축단(40)을 갖는 원통형 바디(36)를 포함한다. 상기 원통형 바디(36)는 외측 허브 외연(outer hub periphery) 또는 표면(39)을 갖는 외면을 구비한다. 상기 원통형 바디(36)는 상기 제1축단(38) 및 상기 제2축단(40) 사이에 정의되는 축 너비(W)를 갖는다. 상기 허브 바디(36)는 차축(도시되지 않음)을 수용하도록 형성되고 중심 축선(L)을 갖는 중앙 개구(42)를 정의한다. 상기 허브(24)는 철도 차량 분야에서 공지된 바와 같이 차축에 압입될 수도 있다.
상기 플랜지(26)는 대략 종형(bell-shaped)이며 내측부(44), 외측부(46), 방사상부(48, radial portion)를 포함하고, 상기 마찰 링(22)을 허브 바디(36)에 연결한다. 도 5 내지 도 8의 실시예에서, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)에서 상기 허브(24)의 허브 바디(36)에 연결되고, 상기 플랜지(26)는 상기 마찰 링(22)의 상기 환형 부재(28, 29) 사이의 거의 중간 위치로 대략적으로 연장한다. 상기 플랜지(26)의 외측부(46)는 상기 플랜지(26)의 외측부(46)를 상기 환형 부재(28, 29)의 내면(32)에 고정하기 위해 상기 복수의 핀 돌출부(34)에 연결되어 있다. 도 7 에 보다 명확하게 도시되어 있는 바와 같이, 상기 플랜지(26)의 외측부(46)는 2열의 핀 돌출부(34)에 의해 상기 플랜지(26) 각각의 측면상에 연결되어 있지만, 상기 플랜지(26)를 마찰 링(22)에 연결하는 핀 돌출부(34)의 수는 변화 될 수도 있다.
상기한 바와 같이, 상기 플랜지(26)는 대략 종형이며, 상기 방사상부(48)는 상기 플랜지(26)의 내측부(44)와 외측부(46) 사이에 연장되어 있다. 특히, 본 실시예에서는, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)에 연결되어 있고, 상기 방사상부(48)는 상기 외측 허브 외연 또는 표면(39)에 대해 방사상 외측으로 약간 테이퍼지게 또는 경사지게 연장된 후 상기 외측부(46)로 이어진다. 그에 따라, 방사상부(48)는 내측부(44)로부터 방사상으로 연장하여 외측부(46)에 이어지고, 상기 외측부(46)는 본 실시예의 상기 마찰 링(22)의 환형 부재(28, 29) 사이의 측방향 위치로 이어진다. 상기 플랜지(26)의 외측부(46)는 상기 핀 돌출부(34)와의 연결을 위해 상기 방사상부(48)로부터 연장되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)와 외측부(46)는 (단면으로 도시된 바와 같이) 서로에 대해 대략 일직선 또는 평행하며, 상기 방사상부(48)는 상기 내외측부(44, 46)사이에 약간 테이퍼지게 또는 각도를 이루어 연장한다. 상기 브레이크 디스크(20)는 강철(steel)과 같은 단일의 재질로 원피스 주조물로 제조될 수 있으나, 다른 적당한 재질이 사용될 수도 있다. 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서 상기 내측부(44), 상기 외측부(46) 및 상기 방사상부(48)는 대략 서로에 대해 균일한(uniform) 두께를 가지고 있지만, 상기 내측부(44), 상기 외측부(46) 및 상기 방사상부(48)는 아래에 논의된 특정한 실시예에 기술된 바와 같이 균일하지 않는(non-uniform) 두께를 가질 수도 있다. 예를 들면, 상기 내측부(44)는 상기 방사상부(48)보다 얇은 두께를 가질 수도 있고, 상기 방사상부(48)은 상기 외측부(46)보다 얇은 두께를 가질 수도 있다. 도 6 에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)과 접하거나 이것을 포함하는 평면(P)에서 그의 내측 또는 내향 대면 측부를 갖도록 형성된다.
상기 허브(24) 및 상기 마찰 링(22)에 대한 상기 플랜지(26)의 형상 또는 구성으로 인해, 상기 브레이크 디스크(20)가 제동 적용이 이루어지고 있을 때, 상기 플랜지(26)는 상기 마찰 링(22)이 외측으로 팽창함에 따라 인장력 대신 굽힘 모멘트(M) 부하를 받고 모든 힘을 상기 허브(24)에 직접 전달하지 않으므로, 상기 허브(24)와 차축 사이에 압입이 유지된다. 다시 말해, 상기 마찰 링(22)이 열부하를 받는 동안, 차축에 대한 상기 허브(24)의 압입은 상기 허브(24)의 방사상 외측 팽창을 방지함으로서 유지된다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20)의 변위 및 응력은 변화하는 변위 및 응력의 영역을 나타내는 서로 다른 크로스 해칭으로 도 7 및 도 8에 각각 도시되어 있다. 아래에 논의된 변위를 나타내는 다른 도면들 뿐만이 아니라, 도 7에서, 상기 브레이크 디스크(20)는 변형 상태에서 하중을 받는 것으로 도시되어 있고, 굽힘 모멘트(M)를 받는 상기 플랜지(26)를 예시하고 있다. 따라서, 상기 마찰 링(22)를 상기 허브(24)에 연결하는 상기 플랜지(26)는 상기 브레이크 디스크(20)가 여전히 압입을 유지하면서 보다 높은 열부하를 처리하는 것을 허용한다. 종래의 일체 주조식 브레이크 디스크에서는, 상기 마찰 링(22)은 스포크를 직접 당겨, 차축으로부터 허브를 잡아당기고, 압입력을 완화한다. 상기 브레이크 디스크(20)의 동작중에, 상기 마찰 링(22)의 방사상 팽창은 상기 마찰 링(22)의 방사상 팽창의 일부만이 상기 허브(24)로 전달되도록 상기 플랜지(26)를 굽히거나 펴도록 작용한다.
도 9 내지 도 11을 참조하면, 브레이크 디스크(20a)의 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20a)는 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하지만 축소된 두께를 갖는 방사상부(48)를 포함한다. 도 9 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서, 내측부(44), 외측부(46), 및 방사상부(48)는 균일하지 않는 두께를 갖는데, 상기 내측부(44)는 상기 방사상부(48)보다 큰 두께를 갖고, 상기 방사상부(48)는 외측부(46)보다 작은 두께를 갖는다. 또한, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)과 접하거나 이것을 포함하는 공통 평면(P)에 놓인 그의 내측 또는 내향 대면 측부를 갖도록 형성된다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20a)의 변위 및 응력은 도 10 및 도 11에 변화하는 변위 및 응력의 영역을 나타내는 서로 다른 크로스 해칭으로 각각 도시되어 있다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 브레이크 디스크(20b)의 또 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20b)는 상기 마찰링(22)에 대한 상기 플랜지(26)의 외측부(46) 연결을 제외하고는, 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하다. 특히, 상기 플랜지(26)의 외측부(46)는 1열의 핀 돌출부(34)에 의해 하나의 환형 부재(28)의 내면(32)에 연결되고, 상기 2열의 핀 돌출부(34)에 의해 다른 환형 부재(29)의 내면(32)에 연결되어 있다. 부가적으로, 상기 플랜지(26)는 상기 외측부(46)로부터 상기 방사상부(48)를 거쳐 상기 내측부(44)까지 실질적으로 균일한 두께를 가지고 있다. 상기 방사상부(48)는 상기 허브(24)의 상기 바디(36)의 외측 허브 외연 (39)에 대해 약간 경사지게 외측으로 상기 외측부(46)까지 테이퍼져 있다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20b)의 변위 및 응력은 도 13 및 도 14에 변화하는 변위 및 응력의 영역을 나타내는 서로 다른 크로스 해칭으로 각각 도시되어 있다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 브레이크 디스크(20c)의 또 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20c)는 상기 마찰 링(22)에 대한 상기 플랜지(26)의 외측부(46)의 연결을 제외하고는, 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하다. 특히, 상기 플랜지(26)의 외측부(46)는 3열의 핀 돌출부(34)에 의해 각각의 하나의 환형 부재(28, 29)의 내면(32)에 연결되어 있다. 부가적으로, 상기 플랜지(26)는 외측부(46)로부터 상기 방사상부(48)을 거쳐 상기 내측부(44)까지 실질적으로 균일한 두께를 가지고 있다. 상기 방사상부(48)는 도 15에 가장 잘 예시되어 있는 바와 같이, 상기 허브(24)의 상기 바디(36)의 외측 허브 외연(39)에 대해 약간 테이퍼지거나 경사지게 반경 방향 외측으로 연장되어 있고, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)과 접하거나 이를 포함하는 공통 평면(P)에 놓인 그의 내측 또는 내향 대면 측부를 갖도록 형성된다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20c)의 변위 및 응력은 도 16 및 도 17에 변화하는 변위 및 응력의 영역을 나타내는 크로스 해칭으로 각각 도시되어 있다.
도 18 및 도 19를 참조하면, 브레이크 디스크(20d)의 또 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20d)는 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하지만, 상기 플랜지(26)는 전체적인 두께가 축소되어 있고, 외측부(46)가 상기 방사상부(48)와 연결되고 상기 내측부(44)가 상기 허브(24)와 연결될 때를 제외하고는 대략 균일한 두께를 나타낸다. 부가적으로, 상기 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)을 지나 축방향으로 연장되어 있고, 대략 아치형(arcuate shape)을 나타낸다. 도 18 에 가장 잘 도시되어 있는 바와 같이, 상기 방사상부(48)는 그 후 상기 허브(24)의 허브 바디(36)의 외측 허브 외연(39)과 대략 평행하게 형성된다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20d)의 변위는 도 19 에서 변화하는 변위의 영역을 나타내는 다른 크로스 해칭으로 도시되어 있다.
도 20 및 도 21을 참조하면, 브레이크 디스크(20e)의 대안 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20e)는 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하지만, 상기 플랜지(26)는 상기 외측부(46)로부터 상기 방사상부(48)을 거쳐 상기 내측부(44)까지 실질적으로 균일한 두께를 가지고 있다. 상기 방사상부(48)는 도 20에 가장 잘 예시되어 있는 바와 같이, 상기 허브(24)의 상기 허브 바디(36)의 외측 허브 외연(39)에 대해 약간 테이퍼지거나 경사지게 방사상 외측으로 연장되어 있고, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)과 접하거나 이를 포함하는 공통 평면(P)에 놓인 그의 내측 또는 내향 대면 측부를 갖도록 형성되어 있다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20e)의 변위는 도 21에서 변화하는 변위의 영역을 나타내는 다른 크로스 해칭으로 도시되어 있다.
도 22 및 도 23을 참조하면, 브레이크 디스크(20f)의 다른 대안 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20f)는, 상기 플랜지(26)가 상기 허브(24)의 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)로부터 축 방향으로 이격된 위치에서상기 허브(24)에 연결되어 있고, 상기 허브 바디(36)의 외측 허브 외연(39)으로부터 외측으로 연장되어 있다는 것을 제외하고는, 도 5 내지 도 8 에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하다. 특히, 상기 방사상부(48)는 상기 허브(24)의 상기 바디(36)의 외측 허브 외연(39)에 대해 약간 경사지게 상기 외측부(46)에 대해 외측 방향으로 테이퍼져 있다. 부가적으로 상기 플랜지(26)는 상기 외측부(46)로부터 상기 방사상부(48)을 거쳐 상기 내측부(44)까지 실질적으로 균일한 두께를 가지고 있다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20f)의 변위는 도 23에서 변화하는 변위의 영역을 나타내는 다른 크로스 해칭으로 도시되어 있다.
도 24 및 도 25를 참조하면, 브레이크 디스크(20g)의 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20g)는 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하지만 상기 플랜지(26)는 상기 외측부(46)로 좁아지는 보다 두꺼운 방사상부(48)를 포함하고 있다. 게다가, 상기 방사상부(48)는 상기 허브(24)의 상기 허브 바디(36)의 외측 허브 외연(39)에 대해 약간 경사지게 상기 외측부(46)에 대해 외측 방향으로 테이퍼져 있고, 상기 플랜지(26)의 상기 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)과 접하거나 이를 포함하는 공통 평면(P)에 놓인 그의 내측 또는 내향 대면 측부를 갖도록 형성되어 있다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20g)의 변위는 도 25 에서 변화하는 변위의 영역을 나타내는 다른 크로스 해칭으로 도시되어 있다.
도 26 및 도 27을 참조하면, 브레이크 디스크(20h)의 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20h)는, 상기 플랜지(26)가 상기 핀 돌출부(34)에 연결 되지 않고 상기 마찰 링(22)의 환형 부재(28)에 연결된 것을 제외하고는, 도 5 내지 도 8 및 도 22과 도 23에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하다. 상기 플랜지(26)는 다른 상기 환형 부재(29)에 연결될 수도 있다. 게다가, 상기 플랜지(26)는 상기 허브(24)의 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)으로부터 축 방향으로 이격된 위치에서 상기 허브(24)에 연결되어 있고, 환형 부재(28)를 향하여 경사지게 테이퍼져 있고, 상기 허브 바디(36)의 외측 허브 외연(39)로부터 외측방향으로 연장되어 있다. 특히, 상기 방사상부(48)는 상기 허브(24)의 허브 바디(36)의 외측 허브 외연(39)에 대해 약간 경사지게 상기 외측부(46)에 대해 외측 방향으로 테이퍼져 있다. 상기 플랜지(26)는 상기 외측부(46)로부터 상기 방사상부(48)을 거쳐 상기 내측부(44)까지 실질적으로 균일한 두께를 가지고 있다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20h)의 변위는 도 27에서 변화하는 변위의 영역을 나타내는 다른 크로스 해칭으로 도시되어 있다.
도 28 및 도 29을 참조하면, 브레이크 디스크(20i)의 또 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20i)는 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하지만, 상기 플랜지(26)는 상기 외측부(46)로부터 상기 방사상부(48)를 거쳐 상기 내측부(44)까지 실질적으로 균일한 두께를 가지고 있다. 방사상부는 도 28에 가장 잘 예시되어 있는 바와 같이 허브(24)의 허브 바디(36)의 외측 허브 외주연(39)에 대해 대략 평행하게 연장되어 있고, 상기 플랜지(26)의 상기 내측부(44)는 상기 허브 바디(36)의 제1축단(38)과 접하거나 이를 포함하는 공통 평면(P)에 놓인 그의 내측 또는 내향 대면 측부를 갖도록 형성되어 있다. 하중을 받는 상기 브레이크 디스크(20i) 변위는 도 29에서 변화하는 변위의 영역을 나타내는 다른 크로스 해칭으로 도시되어 있다.
도 30을 참조하면, 브레이크 디스크(20j)의 다른 실시예가 개시되어 있다. 본 실시예의 상기 브레이크 디스크(20j)는 도 5 내지 도 8에 도시된 상기 브레이크 디스크(20)와 유사하다. 상기 브레이크 디스크(20j)의 플랜지(26)는 그러나, 상기 허브(24)의 중간부 즉, 상기 허브(24)와의 축방향 단부들 사이에서 대략적으로 연장되어 있다. 보다 상세하게는, 상기 플랜지(26)의 내측부(44)는 상기 허브(24)의 중간점으로부터 직각으로 대략 연장되어 있다. 대략 C형으로 형성된 방사상부(48)는 내측부(48)로부터 변화한 후 외측부(46)로 이어지며, 상기 외측부(46)는 마찰 링(22)의 환형 부재(28, 29) 사이의 측방향 위치에 연장된다. 따라서, 상기 내측부(44)와 상기 외측부(46)는(횡단면으로 도시된 바와 같이) 상기 내외측부(44, 46)의 사이에서 연장된 C형 방사상부(48)를 갖는 허브(24)로부터 직각으로 그리고 방사상 외측으로 연장되는 방향으로 서로에 대해 대략적으로 정렬되어 있다.
상기 철도 차량 브레이크 디스크의 실시예들이 전술한 부분에서 제공되는 동안, 본 발명의 기술에 속한 당업자는 본 발명의 범위 및 정신을 벗어남 없이 이러한 실시예에 대하여 수정과 변경을 할 수도 있을 것이다. 따라서, 전술 부분은 제한적이라기 보다 예시적인 것으로 의도되었다. 따라서, 위에 기술된 본 명세서의 발명은 첨부된 청구항에 의해 한정되며, 청구범위의 의미 및 균등 영역내에 속하는 본 발명에 대한 변형은 본 발명의 범위에 속해져야만 할 것이다.

Claims (20)

  1. 철도 차량 브레이크 디스크로서,
    중앙 축선을 정의하고, 축 너비와 외경을 가지며, 상기 외경에서의 표면이 외측 허브 외연을 정의하는 원통형 허브;
    각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 포함하고, 상기 환형 부재는 하나의 환형 부재의 내면으로부터 나머지 하나의 환형 부재의 내면으로 연장하는 복수의 돌출부(fins)에 의해 서로 연결되는, 마찰 링;
    상기 허브를 상기 마찰 링에 연결하며, 상기 허브에 연결된 내측부, 상기 돌출부에 연결된 외측부 및 상기 내측부를 상기 외측부에 연결하는 방사상부를 포함하는 종형(bell-shaped) 플랜지를 포함하고;
    상기 허브, 상기 마찰 링 및 상기 종형 플랜지는 단일 재질로 일체로 형성되어 상기 브레이크 디스크는 일체 주조식(monoblock) 브레이크 디스크를 포함하는 철도 차량 브레이크 디스크.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 축 너비를 정의하는 제1축단 및 제2축단을 구비하고,
    상기 종형 플랜지의 내측부는 상기 허브의 상기 제1축단에서 상기 허브에 연결되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 내측부는 상기 허브의 상기 제1축단을 갖는 공통 평면에서 상기 제1축단으로부터 외측으로 연장되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 내측부는 상기 허브의 상기 제1축단을 지나 축방향으로 연장되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 내측부는 아치형인 철도 차량 브레이크 디스크.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 내측부는 상기 외측 허브 외연으로부터 외측으로 연장되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 내측부, 상기 외측부 및 상기 방사상부는 균일한 두께를 갖는 철도 차량 브레이크 디스크.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 내측부, 상기 외측부 및 상기 방사상부는 불균일한 두께를 갖는 철도 차량 브레이크 디스크.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 방사상부는 상기 외측 허브 외연과의 각도를 정의하는 철도 차량 브레이크 디스크.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 방사상부는 상기 외측 허브에 대략적으로 평행한 철도 차량 브레이크 디스크.
  11. 중앙 축선을 정의하고, 축 너비와 외경을 가지며, 상기 외경에서의 표면이 외측 허브 외연을 정의하는 원통형 허브;
    각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 포함하고, 상기 환형 부재는 상기 하나의 환형 부재의 내면으로부터 상기 다른 하나의 환형 부재의 내면으로 연장하는 복수의 돌출부에 의해 서로 연결되는, 마찰 링;
    상기 허브를 상기 마찰 링에 연결하며, 상기 허브에 연결된 내측부, 상기 마주보는 2개의 환형 부재중 하나에 연결된 외측부 및 상기 내측부를 상기 외측부에 연결하는 방사상부를 구비한 종형 플랜지를 포함하는 철도 차량 브레이크 디스크.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 허브, 상기 마찰링 및 상기 종형 플랜지는 단일 재질로 일체로 형성되어 상기 브레이크 디스크는 일체 주조식 브레이크 디스크를 포함하는 철도 차량 브레이크 디스크.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 허브는 상기 축 너비를 정의하는 제1축단 및 제2축단을 구비하고,
    상기 종형 플랜지의 내측부는 상기 제1축단 및 상기 제2축단의 중간 위치에 서 상기 허브에 연결되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 내측부는 상기 외측 허브 외연으로부터 외측으로 연장되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 내측부, 상기 외측부 및 상기 방사상부는 균일한 두께를 갖는 철도 차량 브레이크 디스크.
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 내측부, 상기 외측부 및 상기 방사상부는 불균일한 두께를 갖는 철도 차량 브레이크 디스크
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 종형 플랜지의 상기 방사상부는 상기 외측 허브 외연과의 각도를 정의하는 철도 차량 브레이크 디스크.
  18. 중앙 축선을 정의하고, 축 너비와 외경을 가지며, 상기 외경에서의 표면이 외측 허브 외연을 정의 하는 원통형 허브;
    각각이 외측 제동면과 내면을 갖는 2개의 마주보는 환형 부재를 포함하고, 상기 환형 부재는 하나의 환형 부재의 내면으로부터 나머지 하나의 환형 부재로 내면으로 연장하는 복수의 돌출부에 의해 서로 연결되는, 마찰 링; 및
    상기 허브를 마찰 링에 연결하며, 상기 허브에 연결된 내측부, 상기 돌출부에 연결된 외측부 및 상기 내측부를 외측부에 연결하는 방사상부를 포함하는 플랜지를 포함하며;
    상기 허브는 상기 축 너비를 정의하는 제1축단 및 제2축단을 포함하며,
    상기 플랜지의 내측부는 상기 제1축단 및 상기 제2축단의 중간 위치에서 상기 허브에 연결되는 철도 차량 브레이크 디스크.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 방사상부는 대략 C형태인 철도 차량 브레이크 디스크.
  20. 제 18 항에 있어서,
    상기 허브, 마찰 링 및 플랜지는 단일 재질로 일체로 형성되어 상기 브레이크 디스크는 일체 주조식 브레이크 디스크를 포함하는 철도 차량 브레이크 디스크.
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