KR20150007289A - 차량용 디스크 브레이크 - Google Patents

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KR20150007289A
KR20150007289A KR1020147029715A KR20147029715A KR20150007289A KR 20150007289 A KR20150007289 A KR 20150007289A KR 1020147029715 A KR1020147029715 A KR 1020147029715A KR 20147029715 A KR20147029715 A KR 20147029715A KR 20150007289 A KR20150007289 A KR 20150007289A
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KR1020147029715A
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요한 바움가르트너
알렉산더 버트
Original Assignee
크노르-브렘제 시스테메 퓌어 누츠파조이게 게엠베하
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Abstract

본 발명은 차량용, 특히 상용차용 디스크 브레이크에 관한 것으로, 브레이크 디스크의 양측에 배치되고 브레이크 패드를 가진 브레이크 슈, 하나의 브레이크 슈의 체결을 위한 체결 장치 및 브레이크 디스크의 다른 측면에 있는, - 즉 반응측에 있는 - 브레이크 슈에 체결력을 전달하기 위한 브레이크 캘리퍼를 포함하고, 디스크 브레이크의 브레이크 캘리퍼는 캘리퍼 프레임을 포함하고, 상기 프레임은 성형된 중공 프로파일로 제조된다.

Description

차량용 디스크 브레이크{DISC BRAKE FOR VEHICLES}
본 발명은 브레이크 디스크의 양측에 배치되고 브레이크 패드를 가진 브레이크 슈, 하나의 브레이크 슈의 체결을 위한 체결 장치 및 브레이크 디스크의 다른 측면에 있는, - 즉 반응측에 있는 - 브레이크 슈에 체결력을 전달하기 위한 브레이크 캘리퍼를 포함하는 차량용, 특히 상용차용 디스크 브레이크에 관한 것이다.
대형 상용차를 위한 압축 공기 작동식 디스크 브레이크의 브레이크 캘리퍼는 디자인 자유도 및 간단한 제조 가능성으로 인해 일반적으로 주조 구조로서 구현된다. 재료로서 더 높은 강도 등급의 구상 흑연을 포함하는 주철이 사용된다.
일반적인 디스크 브레이크는 DE 37 16 202 호에 공개되어 있다. 이 문헌에 기술된 디스크 브레이크는 압축 공기식으로 작동되고, 따라서 특히 실제로도 효과적인 것으로 입증된 상용차 분야에서 사용하기에 적합하다. 브레이크 슈에 체결력을 전달하기 위한 반응측의 힘 전달 장치로서 주철로 이루어진 브레이크 캘리퍼가 사용된다.
이러한 브레이크 구조는 상용차의 모든 축 부품들처럼 심한 경량화 부담을 갖는데, 그 이유는, 중랑의 감소가 한편으로 가능한 유효 하중을 높이고, 다른 한편으로 축 부품들의 소위 비탄성 질량의 감소로 인해 화물 보호 및 주행 특성과 교통 안전성을 개선하는 데 기여하기 때문이다. 브레이크의 중량 최적화는, 악화된 작동 동작으로 인한 브레이크 캘리퍼의 파손 위험 및/또는 상기 브레이크 캘리퍼의 변형이 증가하지 않고는, 이용 가능한 주조 재료에 의해 추가 개선이 불가능할 정도로 진행되었다(행정, 응답 시간, 필요 압축 공기, 고르지 않은 패드 마모 등).
대안 재료로서 강이 적합한 것으로 보이는데, 그 이유는 높은 파단 연신율 및 높은 내구성과 관련해서 매우 높은 강도가 달성될 수 있고, 지금까지 사용된 주철 재료에 비해 동일한 응력에서 약 35% 더 높은 탄성 계수만큼 캘리퍼의 저변형이 보장되기 때문이다. 낮은 제조 비용과 동시에 소정의 낮은 중량을 구현하기 위해 강판의 이용이 적합한 것으로 간주된다. 복합 구조로서 강판 캘리퍼의 구현을 위한 제 1 방법은 DE 196 42 384 A1호에 기술되어 있다.
DE 196 42 384 A1호에 압축 공기 작동식 디스크 브레이크가 제안되고, 브레이크 슈에 체결력을 전달하기 위한, 반응측의 상기 디스크 브레이크의 힘 전달 장치 - 즉 브레이크 캘리퍼 - 는 둘레가 폐쇄된 프레임 방식으로 형성되고, 상기 프레임은 체결력을 흡수한다. 모듈 바디는 브레이크 메카니즘을 수용하고, 상기 메카니즘의 예비 조립을 가능하게 한다. 폐쇄된 프레임은 성형 공정에 의해 박판으로 제조된다.
브레이크 캘리퍼의 전반적인 풀(full) 강판 구조는 비용 구조에서 경쟁력이 없는데, 그 이유는 사용된 박판 반제품의 클리핑(clipping)이 강판으로 이루어진 브레이크 캘리퍼의 비용 구조에 상당히 부정적인 영향을 미치기 때문이다. 높은 재료 비용은 주로 브레이크 캘리퍼 프레임의 복합 구조로 인해 발생되고, 상기 구조로 인해 풀 강판 구조에서 불가피하게 많은 양의 클리핑이 발생한다.
주요 개발 목적은 디스크 브레이크의 중량과 비용의 최적화이다. 디스크 브레이크의 비용 구조와 관련해서 지배적인 부품 중량 및 상기 부품 중량의 지배로 인해 특히 중량 감소 및 비용 감소를 위한 브레이크 캘리퍼가 제공된다. 이 경우 브레이크 캘리퍼에서 감소한 중량은 확실하게 자체 중량 감소를 야기하고, 이는 특히 상용차 브레이크에서 중요한 양상인데, 그 이유는 작은 차량 자체 중량에 의해 더 많은 유효 하중이 추가로 적재될 수 있기 때문이다.
또한 브레이크 캘리퍼의 더 작은 중량으로 인해 차량의 비탄성 질량도 감소하고, 이는 차량의 민첩성 및 주행 편의성에 긍정적으로 작용하고, 이것은 예를 들어 특히 승용차 및 관광 버스에서도 중요한 양상이다.
본 발명의 과제는 전술한 단점들이 방지될 수 있고, 저렴하고 경제적으로 제조될 수 있고, 하나의 부품으로 주조된 브레이크 캘리퍼를 포함하는 디스크 브레이크에 비해 현저한 중량 및 비용 상의 장점을 갖는 디스크 브레이크를 제공하는 것이다.
상기 과제는 반응측에 브레이크 슈에 체결력을 전달하기 위한 성형된 강 중공 프로파일로 이루어진 캘리퍼 프레임을 가진 브레이크 캘리퍼를 포함하는 디스크 브레이크가 제공됨으로써 해결된다.
이러한 브레이크 캘리퍼 프레임은, 예를 들어 박판 딥 드로잉 가공부로서 제조된 캘리퍼 헤드에 용접에 의해 연결될 수 있고, 또한 주조된 캘리퍼 헤드와 조합도 가능하다.
이러한 제조 방법에서 재료 손실은 최소로 감소된다. 중공 프로파일의 제조 시 에지의 트리밍(trimming)만이 필요하다. 예를 들어 박판으로 제조된 캘리퍼 헤드는 더 많은 클리핑 없이 제조될 수 있는 트로프형(trough-shaped) 딥 드로잉 가공부이다. 캘리퍼 헤드와 캘리퍼 프레임의 연결로 필수 용접 공정들이 감소된다.
U형 캘리퍼 프레임은 중공 프로파일로 형성되고, 그 형상은 주로 브레이크 디스크, 외부에 놓인 브레이크 패드 및 휠 브레이크를 중심으로 회전하는 림과 휠 허브에 의해 결정된다. 휠의 회전부들에 대한 간격이 작게 유지될수록, 높은 브레이킹 성능을 달성하기 위해 브레이크에 더 많은 조립 공간이 제공될 수 있다.
이러한 이유로 캘리퍼 프레임을 위한 가용 조립 공간은 매우 협소하다. 브레이크의 인장력을 후면으로 인도하는 캘리퍼 프레임의 측면 견인 로드는 브레이크 디스크와 림 사이의 링 갭 내에 배치되어야 하고, 제조 공차, 브레이크 디스크의 열 팽창 및 부하에 따른 변형을 수용하기 위한 충분한 간극이 제공되어야 한다. 견인 로드로부터 전달된 반응력을 외부 브레이크 패드 내로 도입하는 캘리퍼 프레임의 후부는 높은 휨 강성을 필요로 하는데, 그 이유는 이러한 특징에 의해 캘리퍼 변형이 기본적으로 결정되기 때문이다. 다른 한편으로 캘리퍼 후부에 의해 응력을 받는 축방향 조립 공간은 가능한 한 작아야 하고, 따라서 브레이크 디스크는 그 장착 위치에서 바람직한 스티어링 롤(steering roll) 반경의 달성을 위해 최대한 외부로 이동될 수 있다.
이러한 경계 조건으로 인해, 견인 로드는 방사방향으로 매우 편평하게 형성되고, 브레이크 디스크는 체결력 전달을 위해 필요한 횡단면을 달성하기 위해 비교적 넓게 놓여 있다. 캘리퍼 후부는 그와 달리 축방향으로 최대 가능한 휨 강성을 달성하기 위해 가능한 한 두껍게 형성되므로, 거의 정방형 횡단면이 주어진다.
중공 프로파일로 제조된 캘리퍼 프레임에서, 이러한 완전히 상이한 횡단면 형태들 및 치수 설계 요구들을 균일한 직경과 벽 두께를 갖는 하나의 파이프로 형상화하는 것에 어려움이 있다. 형상에 대한 요구는 예를 들어 모든 횡단면에서 환형 중성 섬유의 길이가 파이프의 평균 직경의 원주 라인의 길이와 반드시 동일해야 하는 것이다.
본 발명에 따른 디스크 브레이크의 다른 바람직한 실시예들은 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따른 디스크 브레이크의 실시예들은 도면에 도시되고 하기에 설명된다.
본 발명에 따르면, 전술한 단점들이 방지될 수 있고, 저렴하고 경제적으로 제조될 수 있고, 하나의 부품으로 주조된 브레이크 캘리퍼를 포함하는 디스크 브레이크에 비해 현저한 중량 및 비용 상의 장점을 갖는 디스크 브레이크를 얻을 수 있다.
도 1은 브레이크 캘리퍼의 반응측 부분을 형성하는 성형된 강-중공 프로파일로 이루어진 캘리퍼 프레임과 체결 장치를 둘러싸는 주조부를 포함하는 본 발명에 따른 디스크 브레이크의 변형 실시예를 도시한 도면.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 디스크 브레이크의 변형 실시예를 도시한 입체 분해도.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 디스크 브레이크의 성형된 강-중공 프로파일로 이루어진 캘리퍼 프레임을 도시한 입체도.
도 4는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 디스크 브레이크의 성형된 강-중공 프로파일로 이루어진 캘리퍼 프레임의 도 3의 IV-IV의 절단 평면을 따른 단면도.
도 5는 도 1에 도시된 본 발명에 따른 디스크 브레이크의 성형된 강-중공 프로파일로 이루어진 캘리퍼 프레임의 도 3의 V-V의 절단 평면을 따른 단면도.
도 6은 도 1에 도시된 본 발명에 따른 디스크 브레이크의 성형된 강-중공 프로파일로 이루어진 캘리퍼 프레임의 도 3의 VI-VI의 절단 평면을 따른 단면도.
본 발명에 따른 디스크 브레이크(1)의 실시예가 도 1에 도시된다. 명료함을 위해 디스크 브레이크(1)의 브레이크 캘리퍼(2)만이 도시된다. 브레이크 캘리퍼(2)는 하우징(3)을 포함하고, 상기 하우징은 디스크 브레이크(1)의 견인 장치(도시되지 않음)를 수용한다. 하우징(3)은 이 실시예에서 주조 공정으로 제조되고, 따라서 바람직하게 더 높은 강도의 구상 흑연을 포함하는 주철로 제조된다. 브레이크 캘리퍼는 또한 U형 캘리퍼 프레임(4)을 갖고, 상기 프레임은 하우징(3)에 고정된다.
도 2에서는 하우징(3)에 대한 캘리퍼 프레임(4)의 고정이 도시된다. 이를 위해 하우징(3)은 포켓 형태의 리세스(5)를 포함하고, 상기 리세스는 슬롯형 구조를 갖고, 하우징(3)의 양측에 배치된다. 쌍으로 대칭으로 배치된 포켓 형태의 리세스(5)는 하우징(3)의 반응측 단부를 향해 개방되어 있다. 캘리퍼 프레임(4)은 견인 로드(6)의 2개의 단부에서 수평 대칭축(VSA)에 의해 규정된 대칭 평면에 대해 각각 90°벤딩(bending)된 숄더(12)를 갖는다. 숄더(12)의 형상은 포켓 형태의 리세스(5)에 대해 윤곽이 일치하도록 형성되므로, 숄더(12)는 캘리퍼 프레임(4)의 조립 상태에서 포켓 형태의 리세스(5) 내로 삽입된다.
도 3에서 U형 캘리퍼 프레임(4)이 상세히 도시된다. 캘리퍼 프레임(4)의 견인 로드(6)는 평행한 측면을 가진 타원형 횡단면(7)을 갖고, 상기 횡단면은 도 4 또는 도 6에 도시된다. 2개의 견인 로드(6)를 연결하는 캘리퍼 프레임(4)의 섹션은 D형 횡단면(8)을 갖고, 상기 횡단면도 도 4에 도시된다. 이 경우 횡단면 형상의 볼록한 부분은 브레이크 디스크로부터 떨어져 있는 횡단면의 측면에 놓이고, 견인 로드(6)의 수직 대칭축에 대해 평행한 횡단면의 부분은 브레이크 디스크를 향한 측면에 놓인다. 캘리퍼 프레임(4)의 견인 로드(6)와 캘리퍼 후부(10) 사이의 90°벤딩부(9)는 전이 횡단면(11)을 갖고, 상기 전이 횡단면은 캘리퍼 프레임(4)의 2개의 견인 로드(6)의 평행한 측면을 가진 타원형 횡단면(7)과 캘리퍼 프레임(4)의 캘리퍼 후부(10)의 D형 횡단면(8)의 전이에 의해 형성되고, 도 5에 도시된다.
본 발명에 따라, 캘리퍼 프레임(4)의 벽 두께(t)는 캘리퍼 프레임(4)의 모든 임의의 지점에서 균일하고, 캘리퍼 프레임(4)의 제조를 위해 필요한 성형 과정에 의해 크게 변경되지 않으므로, 성형도가 높은 영역에서도 캘리퍼 프레임(4)에 2번째 등급의 상응하게 높은 표면 모멘트가 발생되고, 상기 모멘트는 성형 영역의 인장 영역에서 방법 상의 전형적인 재료 수축에 의해 감소되지 않는다. 이로 인해 캘리퍼 프레임(4)의 재료는 강도와 관련해서 최적으로 그리고 하중에 적합하게 이용될 수 있다.
캘리퍼 프레임(4)의 전체 횡단면에 걸쳐 실질적으로 일정한 벽 두께(t)를 달성하기 위해, 본 발명에 따라 다단계의 성형 공정이 제공되고, 성형 공정의 제 1 단계는 캘리퍼 후부(10)의 영역 내로 질량 예비 분포를 제공하는데, 그 이유는 그렇지 않은 경우 캘리퍼 프레임(4)의 2개의 견인 로드(6)에서 캘리퍼 후부(10)의 영역의 D형 횡단면(8)보다 작은 횡단면 면적을 갖는, 평행한 측면을 가진 타원형 횡단면(7)의 영역의 벽 두께와 관련해서, D형 횡단면(8)의 영역의 일정한 벽 두께(t)가 성형 과정으로 달성될 수 없기 때문이다.
또한 본 발명에 따라, 다단계 성형 공정의 마지막 단계는 내부 고압 성형 공정이고, 상기 공정에 의해 특히 캘리퍼 후부(10)의 영역의 D형 횡단면(8) 및 캘리퍼 프레임(4)의 캘리퍼 후부(10)와 견인 로드(6) 사이의 90°벤딩부(9) 영역의 전이 횡단면(11)이 형성된다.
캘리퍼 프레임 기본 형상 및 숄더(12)는 적절한 성형 방법, 예컨대 선회 벤딩에 의해 중공 프로파일로 제공되고, 이 경우 중공 프로파일은 바람직하게 평행한 측면을 가진 타원형 횡단면(7)을 갖는다.
강 파이프로 제조된 캘리퍼 프레임은 주조-캘리퍼 하우징에 형상 끼워맞춤 결합 방식으로 연결되고, 추가로 용접된다(도 1 및 도 2). 그러나, 너트 나사산을 포함하는 상응하는 스크루 인서트(screw insert)가 파이프 단부 내로 용접되는 경우에, 나사 결합이 제안될 수도 있다.
박판 브레이크 하우징의 경우에, 이러한 연결은 용접에 의해서만 이루어진다.
전술한 형상들은 예로서만 파악되어야 한다. 예를 들어 캘리퍼 후부(10)의 휨 강성을 높이기 위해, 대향 배치된 면들, 예를 들어 패드 접촉면과 대향 배치된 외벽에 있는 파이프 벽을 부분적으로 내측으로 변형함으로써, 상기 대향 배치된 부분면들이 서로 접촉하고 용접될 수 있는 것이 바람직할 수도 있다.
1 : 디스크 브레이크 2 : 브레이크 캘리퍼
3 : 하우징 4 : 캘리퍼 프레임
5 : 포켓 형태의 리세스 6 : 캘리퍼 프레임
7 : 평행한 측면을 가진 타원형 횡단면
8 : D형 횡단면 9 : 90°벤딩부
10 : 캘리퍼 후부 11 : 전이 횡단면
12 : 숄더 VSA : 수직 대칭축
HSA : 수평 대칭축 t : 벽 두께

Claims (15)

  1. 차량용, 특히 상용차용 디스크 브레이크(1)로서, 브레이크 디스크의 양측에 배치되고 브레이크 패드를 가진 브레이크 슈, 하나의 브레이크 슈의 체결을 위한 체결 장치 및 브레이크 디스크의 다른 측면에 있는, - 즉 반응측에 있는 - 브레이크 슈에 체결력을 전달하기 위한 브레이크 캘리퍼(2)를 포함하는 디스크 브레이크(1)에 있어서,
    상기 디스크 브레이크(1)의 상기 브레이크 캘리퍼(2)는 캘리퍼 프레임(4)을 포함하고, 상기 프레임은 성형된 중공 프로파일로 제조되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 캘리퍼 프레임(4)은 적어도 하나의 견인 로드(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 캘리퍼 프레임(4)은 적어도 하나의 캘리퍼 후부(6)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리퍼 프레임(4)은 상기 브레이크 캘리퍼(2)에 상기 캘리퍼 프레임(4)을 고정하기 위한 적어도 하나의 숄더(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 견인 로드(6)는 평행한 측면을 가진 실질적으로 타원형 횡단면(7)을 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리퍼 후부(10)는 실질적으로 D형 횡단면(8)을 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 숄더(12)는 평행한 측면을 가진 실질적으로 타원형 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리퍼 프레임(4)의 중공 프로파일은 일정한 벽 두께(t)를 갖는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리퍼 프레임(4)은 상기 브레이크 캘리퍼(2)의 하우징(3)에 재료 결합 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캘리퍼 프레임(4)은 상기 브레이크 캘리퍼(2)의 상기 하우징(3)에 형상 끼워 맞춤 결합 방식 및/또는 비 형상 끼워 맞춤 결합 방식으로 고정되는 것을 특징으로 하는 디스크 브레이크.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 디스크 브레이크(1)의 캘리퍼 프레임(4)을 위한 성형 방법으로서,
    상기 성형 방법은 캘리퍼 후부(10)의 영역으로의 질량 예비 분포를 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 캘리퍼 후부의 영역으로의 질량 예비 분포는 압축 공정인 것을 특징으로 하는 성형 방법.
  13. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 디스크 브레이크(1)의 캘리퍼 프레임(4)을 위한 성형 방법으로서, 상기 성형 방법은 벤딩(bending) 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 벤딩 공정은 선회 벤딩 공정인 것을 특징으로 하는 성형 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 디스크 브레이크(1)의 캘리퍼 프레임(4)을 위한 성형 방법으로서, 상기 성형 방법은 내부 고압 성형 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 성형 방법.
KR1020147029715A 2012-04-20 2013-04-19 차량용 디스크 브레이크 KR20150007289A (ko)

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