KR20190086776A - 통기성 브레이크 디스크 - Google Patents

Abstract

하나 이상의 고정 지점들에서 허브에 고정되도록 구성된 마찰 링이 제공된다. 상기 마찰 링은 링 형상의 몸체; 브레이크 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면; 제동력을 부여하기 위해 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면; 상기 마찰 링을 상기 허브 또는 상기 차축에 고정하기 위한 파스너(fastener)를 수용하기 위한 적어도 하나의 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 마찰 링의 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함한다. 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작다. 또한, 허브와 고정 링을 포함하는 브레이크 어셈블리가 또한 제공된다.

Description

통기성 브레이크 디스크

관련 출원의 상호 참조

본원은 2016년 12월 12일자로 출원된 미국 특허 출원 제15/375,317호에 대한 우선권을 주장하며, 이 문헌의 개시 내용은 그 전체가 참조로서 본 명세서에 포함된다.

기술 분야

본 발명은 휠과 같은 회전체의 브레이크 디스크에 관한 것이며, 보다 구체적으로는 디스크의 적어도 일 부분을 가로지르는 공기 흐름을 유도하여 그로부터 열을 전달하는 통기 구조를 갖는 환형 브레이크 디스크에 관한 것이다. .

브레이크 디스크는 브레이크 죠우(brake jaw)와 같은 브레이킹 기구에 의해 제어되는 브레이크 슈 또는 패드에 의해 접촉될 수 있는 매끄럽고 단단한 접촉면을 제공하기 위해 휠 또는 로터에 부착된다. 디스크와 슈 또는 패드 사이의 접촉이 확립되면, 이 요소들 사이의 마찰은 휠의 회전을 늦추거나 정지시키기에 충분하다. 디스크 브레이크는 일반적으로 예를 들어 크레인 및 리프트와 같은 산업 기계뿐만 아니라 에스컬레이터, 엘리베이터, 스키 리프트 등과 같은 운반 설비를 포함하는 다양한 응용들에서 사용된다. 또한 디스크 브레이크 어셈블리는 철도 차량, 대중 교통 차량, 트럭 및 자동차와 같은 운송 차량에도 사용된다.

브레이크 슈와 브레이크 디스크 사이의 마찰 접촉의 결과로서 현저한 열이 발생하는 것이 잘 알려져 있다. 이 열은 브레이크 어셈블리 부분의 열팽창을 유발할 수 있으며 장시간 사용 이후에는 브레이크 어셈블리가 변형되거나 열화될 수 있다. 보다 구체적으로, 공지된 브레이킹 장치는 브레이킹 어셈블리에 걸쳐 넓은 온도 구배를 야기하는 발생 열의 균일한 분배를 일반적으로 허용하지 않는다. 이러한 온도 구배로 인해 틈새와 균열이 브레이크 디스크에 형성될 수가 있다. 또한, 흔히 냉각 공기 흐름은 이러한 발생 열의 파괴적인 영향을 막기에 충분히 균일하지도 않고 적절하지도 않다. 그 대신, 냉각 공기는 열 전이 현상을 악화시키는 브레이크 디스크의 온도 구배를 사실상 증가시킬 수도 있다. 또한, 브레이크 요소의 접촉면에서 발생하는 상당한 양의 열이 브레이크 디스크가 장착된 샤프트로 전달된다. 이 전달된 열로 인하여 샤프트 및/또는 휠에서 산화가 일어나 브레이크 요소를 교체하는 것을 더 어렵게 만들 수 있다. 장시간의 열 노출은 브레이크 시스템 및 휠의 성능에 영향을 미치는 브레이크 요소 및/또는 구동 부재의 센터링 또는 캘리브레이션을 달라지게 하기도 한다.

본원에 참조로서 포함된 "Braking disc with replaceable linings, for brake-discs"("the '294 patent")라는 발명의 명칭을 가진 Poli의 미국 특허 제4,132,294호에는 레이디얼 핀 또는 브레이크 어셈블리의 전방 및 후방 브레이크 디스크 사이의 공기 흐름을 유도하기 위한 질(gill)을 포함하는 환형 브레이크 디스크가 개시되어 있다. 전방 및 후방 브레이크 디스크는 휠 또는 휠 허브의 중심부 근처에 위치한 디스크 표면 상의 개구들을 포함한다. 공기가 이 개구들로 유입되어 핀 또는 질에 의해 브레이크 디스크의 내부면을 따라 반경 방향 외측으로 향하게 된다. 브레이크 디스크에 의해 생성되는 열은 이러한 핀 또는 질로 전달되어 공기 흐름에 의해 통기된다. 이러한 방식으로, 핀 또는 질은 브레이크 디스크 및 휠로부터 열을 제거함으로써 그것의 성능을 향상시키게 된다.

브레이크 어셈블리의 열팽창 및 열화는 디스크 자체의 형상에 의해서도 또한 처리된다. 보다 구체적으로, 브레이크 라이닝 및/또는 브레이크 디스크에 보다 쉽게 접근 가능하게 하고 유지 보수를 단순화하기 위해, 2개 이상의 인터록킹 세그먼트 또는 마찰 링으로 형성되는 브레이크 디스크가 개발되었으며, 이것은 개별적으로 제거 및 교체될 수 있다. 예를 들어, '294 특허에는 중앙 허브 둘레에 배치된 2개 이상의 라이닝을 포함하는 디스크 브레이크가 개시되어 있다.

열에 노출될 때 세그먼트가 팽창할 수 있도록 개별 세그먼트가 갭만큼 이격되어 있는 다른 세그먼트형 디스크 브레이크가 공지되어 있다. 예를 들어, 참조로서 본 명세서에 포함되는, "Brake disc assembly for a rotational body"라는 발명의 명칭을 가진 Poli의 미국 특허 제5,788,026호에는 환형 링을 형성하도록 회전체에 부착된 다수의 브레이크 디스크 세그먼트를 갖는 디스크 브레이크가 개시되어 있다. 디스크 브레이크의 대응하는 세그먼트들은 이 세그먼트들 및 회전체의 관통 구멍들을 연장하는 파스너들에 의해서 서로 부착된다. 이 세그먼트들은 또한 세그먼트의 소켓으로부터 인접한 세그먼트의 대응 소켓으로 연장되는 요소들 또는 핀들을 결합함으로써 환형 디스크 브레이크 내의 인접한 세그먼트들에 슬라이딩 가능하게 연결된다. 이러한 방식으로, 세그먼트들이 디스크 브레이크와 브레이킹 기구 사이의 접촉에 의해 발생되는 열, 마찰 및 압력에 응답하여 움직이고 팽창할 수 있다.

그러나, 개선된 냉각 및 통기 구조를 가진 브레이크 디스크에 대한 필요성이 존재한다. 특히, 냉각 효과를 높이려면 디스크의 공기 흐름 양과 속도를 최대화해야만 한다. 또한, 공기 흐름 패턴은 공기 흐름이 상당한 양의 열에 가장 노출될 가능성이 높은 디스크 부분에 사용 가능하도록 개선되어야 한다. 본 명세서에 개시된 브레이크 디스크는 그렇게 최적화되고 개선된 공기 흐름을 위해 설계된 것이다.

전술한 견지에서, 본 발명의 브레이크 어셈블리는 휠, 로터 또는 허브에 연결되는 마찰 링 또는 브레이크 디스크를 제공하며, 이 디스크의 내측 표면을 따라 반경 방향 외측으로 공기 흐름을 유도함으로써 브레이크 디스크로부터 열을 통기시킨다. 반경 방향 돌출부들 또는 핀들과 관통 구멍들 및 파스너들의 배치를 포함하는 브레이크 디스크의 구조는, 이 디스크를 통한 통기를 최대화하도록 설계되었다. 특히, 본 발명자는 관통 구멍 및 핀 구조들의 특정 배치를 통해 디스크와 허브 사이의 공기 흐름이 효과적으로 최대화되는 것을 인식하였다. 이러한 공기 흐름의 결과로서, 디스크의 열 응력 및 열 팽창으로 인한 손상이 효과적으로 감소된다. 따라서, 본 브레이크 디스크 어셈블리는 마모에 의한 손상에 덜 민감하며, 공지의 다른 시스템들보다 조용하게 작동한다.

일반적으로, 본 발명은 회전체의 허브 또는 차축에 연결되도록 구성된 브레이크 어셈블리에 관한 것이다. 유리하게는, 본 어셈블리는 기존의 브레이킹 시스템과 관련된 결함 및 단점의 일부 또는 전부를 해소하거나 극복한다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 마찰 링은 링 형상의 몸체; 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면; 제동력을 부여하기 위해 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면; 마찰 링을 상기 허브 또는 차축에 고정하기 위한 파스너(fastener)를 수용하기 위한 적어도 하나의 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 마찰 링의 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함한다. 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 브레이크 어셈블리는 전방 마찰 링 및 후방 마찰 링을 형성하도록 배치되는 하나 이상의 세그먼트들을 포함하는 브레이크 디스크를 포함한다. 상기 마찰 링들은 브레이킹 기구(braking mechanism)에 접촉하도록 구성된다. 상기 어셈블리는 또한 차축에 연결되도록 구성된 허브를 포함하며, 상기 허브는 중심 로터 및 상기 중심 로터의 적어도 일부를 둘러싸는 방사상으로 연장되는 플랜지를 포함한다. 상기 어셈블리는 또한 상기 플랜지에 상기 브레이크 디스크를 고정하기 위해 상기 플랜지에 고정되어 상기 플랜지를 통해 연장되는 핀을 포함한다. 각각의 세그먼트는 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면과 제동력을 부여하기 위해 상기 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면을 갖는 몸체; 상기 세그먼트를 상기 허브 또는 상기 차축에 연결하는 상기 핀을 수용하기 위해 상기 몸체를 통해 연장되는 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함한다. 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 하나 이상의 고정 지점들에서 허브 및/또는 차축에 고정되도록 구성되는 브레이크 디스크로서, 상기 브레이크 디스크는 전방 마찰 링 및 후방 마찰 링을 형성하도록 배치된 하나 이상의 세그먼트들을 포함한다. 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은, 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면과 제동력을 부여하기 위해 상기 허브 또는 상기 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면을 갖는 몸체; 상기 세그먼트를 상기 허브 또는 상기 차축에 연결하는 핀을 수용하기 위해 상기 몸체를 통해 연장되는 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함한다. 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작다.

이하는, 본 발명의 예들이 다음과 같이 번호가 부여된 조항들에 기재된 것이다:

제 1 항: 마찰 링으로서, 링 형상의 몸체; 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면; 제동력을 부여하기 위해 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면; 마찰 링을 상기 허브 또는 상기 차축에 고정하기 위한 파스너(fastener)를 수용하기 위한 적어도 하나의 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 마찰 링의 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함하며, 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작은, 마찰 링.

제 2 항: 제 1 항의 마찰 링으로서, 상기 채널은 상기 마찰 링의 둘레 내측 에지와 둘레 외측 에지 사이에서 연장되며, 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 위치되는, 마찰 링.

제 3 항: 제 1 항 또는 제 2 항의 마찰 링으로서, 상기 채널의 유입부가 상기 채널의 유출부로부터 반경 방향 내측에 배치되며, 이에 따라 상기 공기 흐름이 상기 마찰 링의 둘레 내측 에지로부터 둘레 외측 에지로 향하게 되도록 하는, 마찰 링.

제 4 항: 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항의 마찰 링으로서, 상기 적어도 하나의 관통 구멍은 상기 돌출부들 각각의 반경 방향 내측 단부로부터 반경 방향 내측에 배치되는, 마찰 링.

제 5 항: 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 마찰 링으로서, 상기 마찰 링은 공기 입구 영역을 최대화하여 상기 마찰 링의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 유량(air flux)을 최대화하기 위해 최소 개수의 고정 지점들을 가지고 상기 허브 또는 상기 차축에 고정되도록 구성되는, 마찰 링.

제 6 항: 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항의 마찰 링으로서, 상기 돌출부들은 방사상으로 연장되는 핀(fin)들을 포함하는, 마찰 링.

제 7 항: 제 6 항의 마찰 링으로서, 상기 방사상으로 연장되는 핀들은, 반경 방향 내측 부분이 반경 방향 외측 부분보다 좁게 되도록 반경 방향이 테이퍼링되어 있고, 상기 내측 표면들에 인접한 상기 핀들의 부분들이 상기 핀들의 중심 부분들보다 넓게 되도록 횡 방향(transverse direction)이 테이퍼링되어 있는, 마찰 링.

제 8 항: 제 6 항 또는 제 7 항의 마찰 링으로서, 상기 방사상으로 연장되는 핀들이 중심 종 방향 축을 규정하며, 상기 중심 종 방향 축은 상기 세그먼트의 반경으로부터 적어도 5도만큼 오프셋되는, 마찰 링.

제 9 항: 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 마찰 링으로서, 인접한 방사상으로 연장되는 핀들 사이에서 연장되는 적어도 하나의 횡 방향 리브를 더 포함하며, 이에 따라 만곡(curving) 공기 흐름 경로를 형성하는, 마찰 링.

제 10 항: 제 9 항의 마찰 링으로서, 상기 적어도 하나의 관통 구멍은 상기 횡 방향 리브들로부터 반경 방향 내측에 위치되는, 마찰 링.

제 11 항: 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 마찰 링으로서, 상기 적어도 2개의 돌출부들은, 상기 마찰 링의 단일 반경이 상기 돌출부들 모두를 통과하게 되도록 위치되는, 마찰 링.

제 12 항: 브레이크 어셈블리로서, 전방 마찰 링 및 후방 마찰 링을 형성하도록 배치되는 하나 이상의 세그먼트들을 포함하는 브레이크 디스크 - 상기 마찰 링들은 브레이킹 기구(braking mechanism)에 접촉하도록 구성됨 -; 차축에 연결되도록 구성되는 허브 - 상기 허브는 중심 로터 및 상기 중심 로터의 적어도 일부를 둘러싸는 방사상으로 연장되는 플랜지를 포함함 -; 및 상기 브레이크 디스크를 상기 플랜지에 고정하기 위해 상기 플랜지에 고정되어 상기 플랜지를 통해 연장되는 핀을 포함하며, 각각의 세그먼트는, 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면과 제동력을 부여하기 위해 상기 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면을 갖는 몸체; 상기 세그먼트를 상기 허브 또는 상기 차축에 연결하는 상기 핀을 수용하기 위해 상기 몸체를 통해 연장되는 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함하며, 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작은, 브레이크 어셈블리.

제 13 항: 제 12 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 채널은 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면의 둘레 내측 에지와 둘레 외측 에지 사이에서 연장되며, 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 위치되는, 브레이크 어셈블리.

제 14 항: 제 12 항 또는 제 13 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은, 단일 고정 지점에서 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각이 상기 허브에 고정되도록 단일 관통 구멍을 포함하는, 브레이크 어셈블리.

제 15 항: 제 14 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 플랜지에 고정될 경우, 각각의 세그먼트는 상기 단일 고정 지점을 중심으로 회전 가능한, 브레이크 어셈블리.

제 16 항: 제 12 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은 공기 입구 영역을 최대화하여 각 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 유량을 최대화하기 위해 다수의 고정 지점들을 가지고 상기 허브에 고정되는, 브레이크 어셈블리.

제 17 항: 제 12 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 허브는 냉각 공기를 상기 채널로 지향시키도록 위치된 적어도 하나의 유입 포트를 포함하는, 브레이크 어셈블리.

제 18 항: 제 17 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 유입 포트는 상기 로터의 일 부분에 대해 연장되는 적어도 하나의 원주 방향 슬롯을 포함하는, 브레이크 어셈블리.

제 19 항: 제 12 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 돌출부들은 방사상으로 연장되는 핀을 포함하고, 또한 인접한 방사상으로 연장되는 핀들 사이에서 연장되는 하나 이상의 횡 방향 리브들을 더 포함하며, 상기 횡 방향 리브들은 만곡 공기 흐름 경로를 형성하도록 위치되는, 브레이크 어셈블리.

제 20 항: 제 12 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항의 브레이크 어셈블리로서, 상기 적어도 2개의 돌출부들은, 상기 세그먼트의 반경이 상기 적어도 2개의 돌출부들 각각을 통과하도록 위치되는, 브레이크 어셈블리.

제 21 항: 하나 이상의 고정 지점들에서 허브 및/또는 차축에 고정되도록 구성되는 브레이크 디스크로서, 전방 마찰 링 및 후방 마찰 링을 형성하도록 배치된 하나 이상의 세그먼트들을 포함하며, 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은, 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면과 제동력을 부여하기 위해 상기 허브 또는 상기 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면을 갖는 몸체; 상기 세그먼트를 상기 허브 또는 상기 차축에 연결하는 핀을 수용하기 위해 상기 몸체를 통해 연장되는 관통 구멍; 및 채널을 형성하는 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함하며, 상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작은, 브레이크 디스크.

제 22 항: 제 21 항의 브레이크로서, 상기 채널은 상기 마찰 링의 둘레 내측 에지와 둘레 외측 에지 사이에서 연장되며, 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 위치되는, 브레이크 디스크.

제 23 항: 제 21 항 또는 제 22 항의 브레이크 디스크로서, 각각의 세그먼트는, 단일 고정 지점에서 상기 각각의 세그먼트가 상기 허브 및/또는 차축에 고정되도록 단일 관통 구멍을 포함하는, 브레이크 디스크.

제 24 항: 제 23 항의 브레이크 디스크로서, 상기 허브 및/또는 차축에 고정될 경우, 각각의 세그먼트는 상기 단일 고정 지점을 중심으로 회전 가능한, 브레이크 디스크.

제 25 항: 제 21 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항의 브레이크 디스크로서, 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은 공기 입구 영역을 최대화하여 각 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 유량을 최대화하기 위해 최소 개수의 고정 지점들을 가지고 상기 허브에 고정되는, 브레이크 디스크.

전술한 특징과 다른 특징 및 특성뿐만 아니라 구조물의 관련 요소들의 동작 방법들 및 기능들 그리고 부품들의 조합과 제조 경제성은 본 명세서의 일부를 형성하는 첨부 도면들을 참조하여 하기의 설명 및 첨부된 청구 범위를 고려할 때에 더욱 명백해질 것이며, 다양한 도면들에서 동일한 도면 부호는 대응하는 부분을 나타낸다. 그러나, 본 도면들은 단지 예시 및 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 한계에 대한 정의로서 의도되지 않는다는 것이 명백히 이해될 것이다. 본 상세한 설명 및 청구 범위에서 사용되는 단수 형태는 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한 복수의 대상을 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예들의 장점 및 특징 중 일부가 상기에 요약되어 있다. 이들 실시예들은, 장치의 다른 잠재적인 실시예들과 함께, 도면과 관련된 상세한 설명과 함께 다음의 도면을 참조할 경우 당업자에게 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브레이크 디스크 어셈블리의 정면도이다.
도 2는 도 1의 라인 A-A에 따른 도 1의 어셈블리의 일부의 단면도이다.
도 3은 도 1의 라인 B-B에 따른 도 1의 어셈블리의 일부의 단면도이다.
도 4는 브레이크 디스크 세그먼트의 면에 평행한 평면을 따라 취한 도 1의 어셈블리의 일부의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 예시적인 브레이크 디스크 어셈블리의 정면도이다.
도 6은 도 5의 라인 A2-A2에 따른 도 5의 어셈블리의 일부의 단면도이다.
도 7은 도 5의 라인 B2-B2에 따른 도 5의 어셈블리의 일부의 단면도이다.
도 8은 브레이크 디스크 세그먼트의 면에 평행한 평면을 따라 취한 도 1의 어셈블리의 일부의 단면도이다.

다음의 설명은 당업자가 본 발명을 수행하기 위해 고려되는 설명된 실시예들을 만들고 사용할 수 있도록 제공된다. 그러나, 다양한 수정물, 등가물, 변형물 및 대안물이 당업자에게는 용이하게 명백할 것이다. 임의의 및 모든 이러한 수정물, 변형물, 등가물 및 대안물은 본 발명의 사상 및 범위 내에 속한다. 또한, 첨부된 도면들에 예시되고 이하의 명세서에 설명되는 특정 장치들은 본 발명의 단순한 예시적인 실시예들임을 이해해야 한다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들과 관련된 구체적인 치수 및 다른 물리적 특성은 제한적인 것으로 고려되지 않아야 한다. 본 발명의 이해를 돕기 위해, 첨부된 도면 및 설명은 본 발명의 바람직한 실시예들을 도시한 것이며, 이로부터 본 발명, 그 구조의 다양한 실시예들, 구성 및 동작 방법, 및 많은 이점들이 이해되고 인식될 수 있다.

이하의 설명을 위해, 용어 "단부", "상부", "하부", "우측", "좌측", "수직", "수평", "상단", "하단", "횡 방향 ","종 방향 " 및 이들의 파생어들이 도면들에서 배향된 바와 같이 본 발명에 관련된다.

본 발명은 철도 차량 휠과 같은 회전체 또는 차륜 구조용의 마찰 링 또는 브레이크 디스크에 관한 것이다. 본 마찰 링 또는 브레이크 디스크는 첨부 도면들에 도시된 바와 같이 단일 구조(예를 들어, 모노블록 디스크)이거나 또는 세그먼트형일 수 있다. 브레이크 디스크는 철도 차량 휠의 회전을 제한하기 위해 사용될 수 있으며, 특히 속도가 200km/hr 미만인 저속 철도 차량을 위해 사용될 수 있다. 브레이크 디스크는 회전체에 연결되도록 적응되고 브레이크 죠우, 브레이크 패드 또는 브레이크 슈와 같은 브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성된 구조를 지칭한다. 브레이크 디스크와 슈 사이의 마찰은 회전체의 회전을 늦추거나 정지시킨다. 브레이크 디스크는 일반적으로 허브 장착형이거나 또는 휠 장착형이다. 허브 장착형 브레이크 디스크(차축 장착형 디스크라고도 함)는 회전체의 허브 또는 차축에 연결된다. 반대로, 휠 장착형 브레이크 디스크는 허브 또는 차축이 아닌 휠 자체의 표면에 직접 연결된다.

일부 예들에서, 브레이크 디스크는 안전 계산에 의해 허용되는 최소 개수의 고정 지점들을 가지고 허브에 고정되도록 구성된다. 안전 계산은 사용 중에 디스크에 가해지는 힘을 모델링하기 위한 컴퓨터 모델링 기술을 포함할 수 있다. 최소 개수의 고정 지점을 결정하는 것은 예를 들어 사용 중에 충분한 정지력을 확보하기 위해 브레이크 디스크와 허브 사이에 안정적이고 충분히 강한 연결을 형성하는데 필요한 고정 지점의 수를 고려할 수 있다. 세그먼트형 브레이크 디스크의 경우, 각각의 세그먼트는 단일 고정 지점에서 허브에 장착될 수 있다. 세그먼트는 단일 고정 지점을 중심으로 회전하도록 허용될 수 있다. 최소 개수의 고정 지점에서 허브에 세그먼트 및/또는 디스크를 장착하면 최대 공기 유입 면적을 가진 디스크를 만들 수 있고, 이에 따라 브레이크 디스크의 내측 표면을 가로지르는 최대 공기 유량을 제공하며 가능한 최대 통기를 제공하게 된다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 허브 장착형 브레이크 디스크 어셈블리(10)가 도시되어 있다. 그러나, 어셈블리(10)는 또한 본 발명의 범위 내에서 휠 몸체에 직접 장착하도록 구성될 수도 있는 것으로 이해된다. 어셈블리(10)는 그로부터 연장되는 레이디얼 플랜지(radial flange)(14)를 갖는 허브(12)를 포함한다. 허브(12)는 철도 차량의 차축 또는 유사한 회전 구조체와 같은 회전체를 수용하도록 구성될 수 있다. 플랜지(14)는 전방측 표면(18) 및 후방측 표면(20)(도 2 및 도 3에 도시됨)을 포함한다. 플랜지(14)는 전체적으로 동일한 두께일 수 있거나 또는 상이한 두께 또는 강성을 갖는 영역들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 플랜지(14)는 높고 낮은 강성을 갖는 교대 동심 밴드(alternating concentric band)(도시되지 않음)들을 포함할 수 있다. 다양한 영역들의 강성은 플랜지(14)의 두께 또는 재료 조성을 변화시킴으로써 발생할 수 있다.

어셈블리(10)는 플랜지(14)의 전방측 표면(18)에 연결된 전방 측면(24) 및 후방측 표면(20)에 연결된 후방 측면(24')(도 2 및 3에 도시됨)을 갖는 마찰 링 또는 브레이크 디스크(2)를 더 포함한다. 일반적으로, 제동 성능을 향상시키기 위해 브레이크 디스크(2)의 측면들(24, 24')을 플랜지(14)의 보다 단단한 영역에 부착하는 것이 바람직하다. 다음의 설명에서는, 전방 측면(24)의 구조가 설명된다. 후방 측면(24')은 전방 측면(24)과 유사하거나 동일한 구조를 가지며, 따라서 이하에서 설명되는 특징들을 포함한다.

특히 도 1을 참조하면, 브레이크 디스크(2)는 복수의 세그먼트들(126)로 형성된 세그먼트형 디스크이다. 예를 들어, 디스크(2)는 5개의 실질적으로 동일한 형상의 세그먼트들로 형성될 수 있다. 세그먼트형 브레이크 디스크(2)가 본 명세서에서 설명되고 예시되지만, 브레이크 디스크는 본 발명의 범위 내에서 링 형상 모노블록 구조일 수도 있음을 이해해야 한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 세그먼트들(126)은 폐쇄된 환형 링을 형성하도록 허브(12) 주위에 연결될 수 있다. 폐쇄된 링은 마찰 링으로 지칭될 수도 있다. 도 1에 도시된 세그먼트들(126)이 동일한 크기 및 형상이지만, 브레이크 디스크(2)는 상이한 형상 및 크기를 갖는 세그먼트들을 포함할 수 있는 것으로 이해된다. 총 세그먼트 개수는 짝수 또는 홀수일 수 있다.

세그먼트들(126)은 인접 세그먼트들(126)의 반경 방향 단부들(142) 사이의 반경 방향 갭(36)에 의해 서로 분리될 수 있으며, 이에 따라 세그먼트들(126)은 브레이크 슈 또는 패드에 의해 가해지는 온도 및 힘에 따라 자유롭게 팽창 또는 수축할 수 있다. 세그먼트들(126)은 갭(36)을 가로질러 연장되는 결합 요소들(38)에 의해 함께 연결된다. 도 1에 도시된 디스크 어셈블리(10)의 실시예에서, 각각의 세그먼트(126)는 세그먼트(126)의 외측 둘레 측면(144) 근처에 위치된 하나의 결합 요소(38)에 의해 인접 세그먼트(126)에 연결된다. 특정 실시예들에서, 브레이크 디스크(24)는 각 세그먼트(126) 사이에 다수의 결합 요소들(38)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 어셈블리(10)는 각 세그먼트(126) 사이에 2개의 결합 요소(38)를 포함할 수 있다. 결합 요소들(38)은 세그먼트(126)의 중심 축(X)으로부터 등거리 위치들에 위치될 수 있다. 결합 요소(38)는 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 핀(pin), 파스너(fastener) 또는 슬라이더(slider)일 수 있다. 결합 요소들(38)은, 각각의 결합 요소(38)가 인접한 세그먼트들(126)의 대응하는 소켓들(140) 사이에서 연장되도록, 각각의 세그먼트(126)의 반경 방향 단부(142)로부터 내측으로 연장되는 소켓(140)에 삽입되도록 구성된다. 일 실시예에서, 각각의 소켓(140)의 깊이는 관련된 결합 요소(38)의 길이보다 크다. 따라서, 세그먼트들(126)이 결합 요소(38)에 대해 자유롭게 움직이게 되며, 이에 따라 결합 요소(38)가 하나의 세그먼트(126) 내로 더 멀리 삽입되어 인접 세그먼트(126)로부터 멀리 당겨지게 된다.

특히 도 2 및 도 3을 참조하면, 각각의 세그먼트(126)의 각 측면(24, 24')은 표준 브레이킹 표면으로서 기능하는 외측 표면(128)을 포함한다. 외측 표면(128)은 브레이킹 기구에 의해 제어되는 브레이크 슈 또는 패드와 같은 브레이크 표면에 의해 접촉되도록 구성되는 실질적으로 편평한 표면 또는 면을 제공한다. 선택적으로, 표면(128)은 외측 표면(128)과 브레이킹 기구 사이의 마찰을 증가시키기 위해 접촉을 개선하고 필요하다면 그 질감, 경도 또는 내구성을 증가시키도록 처리되거나 기계 가공되는 영역들을 포함할 수 있다. 각각의 세그먼트(126)의 각 측면(24, 24')은 또한 외측 표면(128)의 반대편에 있는 내측 표면(130)을 포함한다. 내측 표면(130)의 일부는 브레이크 어셈블리(10)가 사용 중일 때 정지력(F)을 제공하기 위해 전방측 표면(18) 및 플랜지(14)와 접촉하도록 구성된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 세그먼트(126)와 플랜지(14) 사이의 접촉을 용이하게 하기 위해, 세그먼트(126)의 내측 표면(130)은 플랜지(14)의 전방측 표면(18)과 물리적으로 접촉하는 더 두껍거나 더 넓은 부분(132)을 포함할 수 있다. 이 경우, 세그먼트는 허브(12)에 인접하면서 더 두껍고 세그먼트(126)의 외측 둘레 측면(144) 근처에서는 더 얇은 일반적으로 테이퍼진 외관을 갖는다.

도 2 및 도 3을 계속 참조하면, 세그먼트들(126)은 각각의 세그먼트(126)의 전방 측면(24) 및 후방 측면(24')의 내측 표면들(130) 사이에서 연장되는 돌출부들을 더 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 돌출부들은 방사상으로 연장되는 핀(fin)들을 포함한다. 다른 실시예들에서, 돌출부들은 리브(rib), 배플(baffle), 컬럼(column), 벽(wall) 또는 이들의 임의의 조합을 포함할 수 있다. 돌출부들은 세그먼트(126)의 내측 표면(130)과 일체로 형성되거나 또는 공지된 접착제 또는 파스너를 사용하여 그것에 부착될 수 있다. 돌출부들은 플랜지(14) 및 세그먼트(126)를 통기 및 냉각시키기 위해 플랜지(14)의 표면 및 세그먼트(126)의 내측 표면(130)을 가로지르는 냉각 공기 흐름(C)(도 3에 도시됨) 또는 공기 유량을 유도하도록 배치된다. 디스크 어셈블리(10)가 사용 중일 경우 연속적으로 공급되는 냉각 공기를 제공함으로써 세그먼트(126)와 브레이킹 기구 사이의 접촉으로부터 생성되는 열의 영향을 상쇄시킨다. 세그먼트(126)의 냉각 및 통기는 열 응력 및 열 팽창의 결과로서의 세그먼트(126) 열화를 방지하는 세그먼트(126)에 걸쳐 보다 균일한 온도 구배를 제공한다.

휠 장착형 브레이크 디스크의 경우, 세그먼트(126)의 전방 측면(24) 및 후방 측면(24')이 분리되어 있음을 알 수 있다. 이 경우, 돌출부들은 휠 또는 회전체의 표면과 접촉하는 접촉 표면들을 포함한다. 바람직하게는, 측면들(24, 24')이 이러한 방식으로 분리되거나 분할될 경우, 이들은 서로 자유롭게 슬라이딩하거나 이동할 수 있다. 결과적으로, 세그먼트들(126)의 열팽창이 제한되지 않는다. 유사하게, 팽창에 의해 야기되는 열 응력은 대향하는 세그먼트들(126) 사이에서 트랜스레이트되지 않으며, 사용 중에 돌출부들이 손상될 가능성을 감소시킨다.

도 2, 도 3 및 도 4를 계속 참조하면, 돌출부들은 대체로 편평한 대향면들을 가진 길고 얇은 구조를 갖는 레이디얼 핀(radial fin)들(135)일 수 있다. 핀들(135)은 브레이크 디스크 어셈블리(10)를 통하여 통기가 최대가 되도록 위치된다. 통기를 최대화하면 브레이크 디스크 세그먼트들(126)의 냉각이 향상된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 핀들(135)은 세그먼트(126)의 내측 표면(130)과 접촉하는 실질적으로 직사각형 또는 타원형 베이스 영역을 가질 수 있다. 핀들(135)은 세그먼트(126)의 내측 표면(130)을 따라 그것의 내측 둘레 에지(146)에서 외측 둘레 에지(144)까지 반경 방향 외측으로 연장될 수 있다. 핀들(135)은 내측 표면(들)(130)으로부터의 거리가 증가함에 따라 좁아지게, 테이퍼질 수 있다. 핀들(135)은 또한 세그먼트(126)의 내측 둘레 측면(146) 근처에서 더 넓고 외측 둘레 측면(144) 근처에서 더 좁게 이루어질 수 있으며, 이에 따라 인접한 핀들(135) 사이의 거리가 허브(12)로부터 더 멀어지도록 증가할 수 있다.

특정 실시예들에서, 핀들(135)은 세그먼트(126)의 반경을 따라 내측 둘레 측면(146)으로부터 반경 방향 외측으로 직접 연장될 수 있다. 대안적으로, 핀들(135)은 다양한 공기 흐름 패턴을 얻기 위해 세그먼트(126)의 내측 표면(130) 상의 다른 곳에 위치될 수도 있다. 예를 들어, 특정 실시예들에서는, 핀들(135) 중 일부가 세그먼트(126)의 반경에 대해 핀(135)의 중심 축이 기울어지도록(예를 들어, 적어도 5도만큼) 위치될 수 있다. 이 배향에서, 인접한 핀들(135) 사이의 거리는 허브(12)로부터 실질적 반경 방향 외측으로 증가한다. 임의의 다른 실시예들에서, 각각의 핀(135)의 중심 축은 인접한 핀들의 중심 축에 평행할 수 있다. 핀들(135)은, 세그먼트(126)의 반경 방향 단부들(142) 근처에 위치한 핀들(135)이 세그먼트(126)의 중심 근처의 핀들(135)보다 길게 되도록 하는 상이한 길이들일 수도 있다. 이하에서 설명되는 바와 같이, 상이한 길이를 갖는 핀들(135)을 가질 경우에는 다양한 연결 구조체들이, 세그먼트(126)를 다른 세그먼트들(126) 및/또는 허브(12)(도 2 및 도 3에 도시됨)에 연결하기 위해 세그먼트(126)의 내측 표면(130)에 포함될 수 있게 된다.

특정 실시예들에서, 핀들(135)은 인접한 핀들(135) 사이에 채널들(150)을 규정하도록 위치될 수 있다. 예를 들어, 채널들(150)은 도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이 방사상으로 연장되는 채널들(150)일 수 있다. 채널들(150)은 핀들(135)의 반경 방향 연장 측면들, 세그먼트들(126)의 대향 측면들(24, 24')의 내측 표면(130) 및 플랜지(14)의 전방 및 후방 측면들(18, 20)에 의해 둘러싸인다. 외부 냉각 공기는 세그먼트(126)의 내측 둘레 측면(146)과 허브(12) 사이에 위치된 입구 부분(152)을 통해 채널들(150)로 들어가서 냉각 공기 흐름 C(도 3 및 도 4에 도시됨)을 따라 채널들(150)을 통과한다. 이 공기는 세그먼트들(126)의 외측 둘레 측면(144) 근처에 위치한 출구 부분들(154)을 통해 채널들(150)로부터 배출된다. 입구 부분(152)은 허브(12) 주위에서 연장되는 환형 개구일 수 있다. 대안적으로, 특정 실시예들에서, 입구 부분(들)(152)은 허브(12) 주위에 위치된 다수의 별개의 구멍, 슬롯 또는 개구일 수도 있다. 또한 출구 부분(154)은 세그먼트들(126)의 외측 둘레 측면(144) 주위에 배열된 환형 개구, 부분 환형 개구, 슬롯 또는 다수의 구멍일 수도 있다. 그러나, 각각의 경우에 있어서, 입구 부분(152)의 단면적은, 최대화되더라도, 출구 부분(154)의 단면적보다 작다. 따라서, 채널들(150)의 단면적은 디스크(24)의 중심으로부터 더 멀어질 수록 증가한다.

특히 도 4를 참조하면, 입구 부분(152)과 출구 부분(154) 사이의 단면적의 증가로 인하여 공기 흐름 속도 또는 공기 속도가 채널(150)의 길이를 따라 증가하게 된다. 증가된 공기 속도는 세그먼트(126)의 통기 및 냉각을 향상시킨다. 특정 실시예들에서, 단면적의 변화를 달성하기 위해, 채널들(150)의 폭은, 입구 부분(152) 근처의 채널(150)의 폭(D)이 출구 부분(154)에서의 채널(150)의 폭(E)보다 작게 되도록(도 3에 도시됨), 그것의 길이를 따라 증가한다.

핀들(135)은 채널들(150)을 통한 공기 흐름을 증가시키기 위해 다양한 패턴으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 핀들(135)의 길이는 세그먼트(126)의 반경 방향 단부들(142) 근처에 위치한 핀들(135)이 각 세그먼트(126)의 중심 부분에 있는 핀들(135)보다 길어지게 되도록, 달라질 수 있다. 또한, 세그먼트(126)의 반경 방향 단부들(142) 근처에 위치된 핀들(135)은 횡 방향 부재(156)에 의해 접촉될 수 있다. 횡 방향 부재(156)는 도 1에 도시된 소켓(140) 및 결합 요소(38)를 수용할 수 있다. 횡 방향 부재(156)는 부재(156)에 인접하게 위치된 채널들(150)을 통한 공기 흐름을 차단 또는 제한하여, 다른 채널들(150)을 통과하도록 공기를 강제할 수 있다.

도 2 내지 도 4를 다시 참조하면, 각각의 세그먼트(126)는 세그먼트(126)를 허브(12)에 연결하기 위한 적어도 하나의 고정 지점을 더 포함한다. 바람직하게는, 각각의 세그먼트(126) 상의 고정 지점의 수는 세그먼트(126)의 내측 표면(130)으로부터 연장되는 공기 흐름 제한 구조체 또는 돌출부의 수를 감소시키도록 최소화된다. 공기 흐름 제한 구조체의 수를 최소화하면 세그먼트(126)와 휠 허브(12) 사이의 공기 유량이 최대화되며, 이에 따라 개선된 통기 효과를 발생시킨다. 바람직하게는, 세그먼트(126)는 일반적으로 세그먼트(126)의 내측 둘레 측면(146) 부근에 위치되는, 단일 고정 지점만을 포함한다.

예를 들어, 고정 지점은 세그먼트(126)의 외측 표면(128)(도 4에 도시되지 않음)과 내측 표면(130) 사이에서 연장되는 횡 방향 관통 구멍(158)(도 3에 도시되지 않음)일 수 있다. 바람직하게는, 각각의 세그먼트(126)는 하나의 횡 방향 관통 구멍(158)만을 포함한다. 특정 실시예들에서, 세그먼트(126)는 또한 관통 구멍(158)을 수용하기 위한 연장 부분(160)(도 4에 도시됨) 또는 브래킷을 포함할 수 있다. 관통 구멍(158)은 내측 표면(130)의 더 넓은 부분(132)에 의해 둘러싸일 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 더 넓은 부분(132)은 핀들(135) 중 하나와 일체로 형성될 수 있다. 핀들(135)의 더 넓은 부분(132)은 브레이크 디스크(24)를 통과하는 공기 흐름을 제한 또는 한정하여, 통기의 효과를 감소시킨다. 따라서, 관통 구멍(158)의 수를 감소시키면 브레이크 디스크를 통기시키는 효율이 증가하게 된다. 더 넓은 부분(132)은 그것의 양측에 채널(150)을 가질 수 있다. 내측 표면(130)의 더 넓은 부분(132)의 배열 및 형상은 내측 표면(130)의 더 넓은 부분(132) 및 관통 구멍(158)으로부터 멀리 열을 통기시키기 위한 양호한 공기 흐름을 허용한다.

관통 구멍들(158)은 브레이크 디스크(2)를 허브(12)의 플랜지(14)에 연결하기 위한 핀, 나사 또는 볼트와 같은 파스너(62)를 수용하도록 구성된다. 플랜지(14)는 각각의 관통 구멍(158)에 맞춰 정렬되며 파스너(62)를 수용하도록 구성된 보어(64)를 포함한다. 파스너(62)는 브레이크 디스크 세그먼트들(126)과 브레이크 표면 사이의 접촉에 의해 발생되는 하중을 지지할만큼 충분히 강해야 한다. 전술한 바와 같이, 본 발명자는 관통 구멍(158)의 수가 브레이크 디스크(24)를 통과하는 공기 흐름을 증가시키기 위해 최소화되어야 한다는 것을 인식하였다. 따라서, 파스너(62)는 세그먼트(126)가 단일의 고정된 지점에서만 허브(12)에 연결되기 때문에 생성된 더 큰 회전력을 흡수하기 위해 강도 및 변형에 대한 저항력이 강화될 수 있다. 파스너(62)는 플랜지(14)의 관통 구멍(158) 및 보어(64)를 통해 삽입되어 세그먼트들(126)을 플랜지(14) 및 허브(12)에 견고하게 고정적으로 연결할 수 있다.

특정 실시예들에서, 관통 구멍들(158)은 그것이 관통 구멍(158) 개구 위로 연장되지 않도록 파스너(62)의 상단 부분이 관통 구멍(158) 내에서 리세스되게 충분히 깊을 수 있다. 파스너(62)를 리세스하면 브레이크 슈 또는 브레이크 패드와 같은 브레이크 표면과 접촉하거나 방해하지 않게 된다.

사용 시에, 브레이크 디스크 어셈블리(10)는 허브(12)에 연결된 차축의 회전에 의해 회전됨으로써, 그것에 부착된 브레이크 디스크(2)를 또한 회전시키게 된다. 이 회전은 공기가 세그먼트들(126)에 의해 규정되는 출구 부분들(154)을 통해 어셈블리(10)로부터 반경 방향 외측으로 강제되는 원심 효과(centrifugal effect)를 생성한다. 보다 구체적으로, 일부 예들에서, 레이디얼 핀(radial fin)들(135)은 공기가 입구 부분(152)을 통해 채널들(150) 내로 유입되고 도 3에 도시된 냉각 공기 흐름 경로(C)를 따라 출구 부분(154)을 통해 배출되는 원심 펌핑 효과를 생성하도록 배열된다.

차축의 회전을 정지시키거나 느리게 하기 위해, 제동력(F)이 세그먼트들(126)의 외측 표면(들)(128)에 가해진다. 제동력(F)은 세그먼트들(126)의 돌출부들 및 플랜지(14)를 통해 연장되는 파스너(62)에 의해 플랜지(14) 및 허브(12)에 전달된다. 보다 구체적으로, 이 제동력(F)이 원주 방향으로 가해져서, 브레이크 표면(예를 들어, 브레이크 슈 또는 패드)에 접촉된 세그먼트(126)들이 관통 구멍(158)에 의해 규정된 고정 지점을 중심으로 선회하도록 함으로써, 인접한 세그먼트들(126)로도 힘을 전달한다. 세그먼트들(126)이 결합 요소(38)에 의해 슬라이딩 가능하게 연결되기 때문에, 세그먼트들(126)은 가해지는 힘에 응답하여 선회하거나 회전할 수 있다. 그러나, 접촉된 세그먼트(126)의 대향 측면들 상의 인접한 세그먼트(126)에 가해지는 힘이 동등하지만 방향이 반대이기 때문에, 세그먼트들(126)의 회전은 제한된다. 따라서, 세그먼트들(126)이 효과적으로 함께 록킹되며, 이것은 세그먼트들(126)이 반경 방향 갭(36)에 의해 분리되더라도 브레이크 디스크(10)가 연속 또는 단일 구조로서 기능한다는 것을 의미한다(그렇지 않으면 고정 지점을 중심으로 회전할 수 있음).

브레이크 어셈블리(10)가 사용중일 경우, 열(H)(도 3에 도시됨)이 생성됨으로써 접촉된 세그먼트들(126)이 팽창하게 된다. 열(H)은 세그먼트들(126)로부터 핀들(135)과 같은 돌출부들을 통해 플랜지(14) 및 허브(12)로 전달된다. 또한 세그먼트들(126)은 세그먼트들(126)을 허브(12)로부터 반경 방향 외측으로 밀어내는 경향이 있는 구심력에 노출된다. 파스너(62)는 세그먼트들(126)이 허브(12)로부터 외측으로 멀리 슬라이딩되는 것을 방지하기 위해 이러한 구심력을 상쇄시킬만큼 충분히 기계적으로 강해야 한다. 또한 브레이크 디스크 어셈블리(10)의 회전에 의해 야기되는 회전 또는 구심력은 입구 부분(152)을 통해 냉각 공기를 브레이크 디스크(24) 내로 끌어당긴다. 공기 흐름(C)이 채널들(150)을 통해 안내되어 핀들(135), 플랜지(14) 및 세그먼트(126)의 내측 표면(130)을 지나 흐르게 된다. 냉각 공기 흐름(C)은 또한 관통 구멍(158)을 둘러싸는 내측 표면(130)의 더 넓은 부분(132) 주위를 유동한다. 열(H)은 플랜지(14) 및 세그먼트들(126)의 표면들로부터 공기 흐름(C)으로 전달되며 전술한 원심 펌핑 모션의 결과로서 출구 부분(154)를 통해 브레이크 디스크 어셈블리(10)로부터 멀리 이동된다. 이러한 방식으로, 열(H)이 세그먼트(126) 및 브레이크 디스크 어셈블리(10)로부터 멀리 통기됨으로써 브레이킹 성능을 향상시키게 되고 또한 세그먼트(126), 플랜지(14) 및 허브(12)가 장기간의 사용으로부터 구조적으로 열화하는 것을 방지하게 된다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 허브(12)에 연결된 마찰 링 또는 브레이크 디스크(202)를 포함하는 다른 예시적인 브레이크 디스크 어셈블리(210)가 도시되어 있다. 브레이크 디스크(202)는 도 1 내지 도 4와 관련하여 기술된 브레이크 디스크들(2)에서의 공기 흐름과 반대 방향으로 브레이크 디스크(202)를 통과하는 공기 흐름을 유도하도록 배열된다. 예를 들어, 본 명세서에서 설명된 바와 같이, 레이디얼 핀(135)의 수 및 밀도를 제거 또는 감소시킴으로써, 도 1 내지 도 4와 관련하여 기술된 펌핑 효과가 감소되거나 제거될 수 있다. 그 대신에, 브레이크 디스크(202)에서, 냉각 공기가 그것의 외측 둘레 에지에서 개구들을 통해 디스크(202) 내로 유입될 수 있으며 브레이크 디스크(202)를 통해 브레이크 어셈블리(210)의 허브(12) 또는 차축에 인접하게 위치한 유출 요소들쪽으로 향하게 될 수 있다.

일부 예들에서, 브레이크 디스크(202)는 함께 연결되어 링을 형성하는 복수의 세그먼트(226)를 포함한다. 디스크(202)는 크기 및 형상이 실질적으로 동일한 약 5개의 세그먼트를 포함할 수 있다. 세그먼트들(226)은 인접한 세그먼트들(226) 사이에서 연장되는 핀들 또는 결합 요소들(238)에 의해 원주 방향으로 함께 연결될 수 있다. 결합 요소들(238)은 인접한 세그먼트들(226) 사이에 갭(236)을 생성할 수 있다. 갭(236)은 사용중에 세그먼트들(226)의 팽창 및 수축을 허용한다.

세그먼트들(226)은 제동력을 부여하기 위해 브레이크 표면에 접촉되도록 구성된 외측 표면(228) 및 반대편의 내측 표면(230)을 각각 갖는, 전방 측면(224) 및 후방 측면(224')을 포함할 수 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 전방 측면(224)은 단일 구조를 형성하기 위해 후방 측면(224')에 연결될 수 있고 및/또는 후방 측면(224')과 일체로 형성될 수 있다. 전술한 예들에서와 같이, 세그먼트들(226)은 세그먼트들(226)의 반경 방향 내측 부분들에 위치되고 핀들(62)을 수용하는 크기를 갖는 관통 구멍들(258)과 같은 고정 지점들에서 허브(12)에 고정된다. 일부 예들에서, 각각의 세그먼트(226)는 단일 관통 구멍(258)에 의해 규정되는 고정 지점과 같은 단 하나의 고정 지점에서 허브(12)에 고정된다. 이러한 구성에서, 허브(12)에 연결될 경우, 세그먼트(226)는 단일 고정 지점을 중심으로 회전할 수 있다.

세그먼트들은 세그먼트들(226)의 측면들(224, 224')의 내측 표면들(230) 사이에서 연장되는 복수의 돌출부들을 더 포함한다. 도 5 내지 도 8에 도시된 바와 같이, 돌출부들의 일부는 리브들(236)과 같은 횡 방향 연장 요소들일 수 있다. 여기서 사용된 바와 같이, 횡 방향 연장 요소 또는 구조체는 그것의 반경 방향 단면적보다 큰 횡 방향 단면적을 갖는 구조체를 지칭하는 것이다. 리브들(236)은 세그먼트들(226)과 일체로 형성되거나 또는 세그먼트들(226)에 고정적으로 연결될 수 있다. 일부 예들에서, 리브들(236)은 만곡된 또는 만곡하는 공기 흐름 경로에서 세그먼트들(226)을 통과하는 공기 흐름을 유도하도록 위치된 원형 또는 타원형 반경 방향 단면을 가질 수 있다. 이 공기 흐름 경로가 도 7 및 도 8에서 화살표 C로 도시되어 있다.

리브들(236)은 세그먼트(226)의 반경 방향 외측 절반 또는 외측 1/3에 위치될 수 있으며, 세그먼트(226)의 적어도 하나의 반경(R)(도 8에 도시됨)이 적어도 두 개의 리브(236)를 통과하도록 배치될 수 있다. 일부 예들에서는, 관통 구멍(258)이 리브들(236)로부터 반경 방향 내측에 위치된다. 도 8에 도시된 바와 같이, 세그먼트(226)는 도 1 내지 도 4와 관련하여 기술된 핀들(135)과 유사한 형상을 갖는 방사상으로 연장되는 핀(235) 형태의 다수의 돌출부를 더 포함할 수 있다. 핀들(235)은 세그먼트(226)의 내측 표면(들)을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 채널들(250)을 규정한다. 일부 예들에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 핀들(235)은 세그먼트(226)의 중간 부분의 내측 둘레 표면으로부터 연장된다.

사용 시에, 브레이크 디스크 어셈블리(210)는 허브(12)에 연결된 차축의 회전에 의해 회전됨으로써, 그것에 부착된 브레이크 디스크(202)를 또한 회전시킨다. 이 회전은 각각의 세그먼트(226)를 통해 공기가 반경 방향 내측으로 유입되는 구심력 효과를 생성한다. 예를 들어, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 냉각 공기(C)의 공기 흐름 경로는 각 세그먼트(226)의 외측 둘레 에지에 인접하게 위치된 유입 부분들(254)에서 브레이크 디스크(202) 내로 유입된다.

바람직하게는, 리브들은(236) 각 세그먼트(226)의 유입 부분(254)의 작은 부분만을 덮거나 막게 되며, 이것은 이러한 방식으로 상당한 양의 냉각 공기가 세그먼트(226) 내로 유입될 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 각각의 세그먼트(226)의 둘레 최외측 부분은 단지 약 3개 내지 6개, 바람직하게는 약 4개의 리브(236)만을 가질 수 있다. 반면에, 도 4에 도시된 세그먼트(126)의 둘레 최외측 부분은 세그먼트(126)를 통과하는 공기 흐름의 약 40% 내지 60%를 덮거나 막는 약 10개 내지 15개의 핀(135)을 포함한다.

차축의 회전을 정지시키거나 느리게 하기 위해, 제동력이 세그먼트들(226)의 외측 표면(들)(228)에 가해진다. 이 제동력은 세그먼트들(226)의 돌출부들(예를 들어, 핀들(235) 및 리브들(236)) 및 플랜지(14)를 통해 연장되는 파스너(62)에 의해 플랜지(14) 및 허브(12)로 전달된다. 이 제동력은 또한 세그먼트들(226)이 관통 구멍(258)에 의해 규정되는 고정 지점을 중심으로 선회하도록 함으로써, 인접한 세그먼트들(226)에 힘을 전달할 수 있다.

제동력이 세그먼트(들)(226)에 가해질 경우, 열(H)(도 7에 도시됨)이 생성됨으로써 접촉된 세그먼트들(226)이 팽창하게 된다. 열(H)은 세그먼트들(226)로부터 돌출부들(예를 들어, 핀들(235) 및 리브들(236))을 통해 플랜지(14) 및 허브(12)로 트랜스레이트된다. 열(H)은 냉각 공기 흐름(C)에 의해 상쇄된다. 구체적으로, 공기 흐름(C)은 리브들(236) 주위를 지나 핀들(235)에 의해 규정된 채널들(250)을 통과한다. 열(H)은 플랜지(14) 및 세그먼트들(226)의 표면들로부터 냉각 공기 흐름(C)으로 전달되며, 출구 부분들(252)을 통해 브레이크 디스크 어셈블리(210)로부터 멀리 이동된다. 이러한 방식으로, 열(H)이 세그먼트(226) 및 브레이크 디스크 어셈블리(210)로부터 멀리 통기됨으로써 브레이킹 성능이 향상되고 세그먼트(226), 플랜지(14) 및 허브(12)가 장기간의 사용으로부터 구조적으로 열화하는 것이 방지된다.

브레이크 디스크 및 회전체에 대한 특정 실시예들이 상세히 설명되었지만, 당업자는 본 발명의 전반적인 내용에 비추어 그 세부 사항에 대한 다양한 변형 및 대안이 개발될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 따라서, 개시된 특정 장치들은 첨부된 청구항들의 전체 범위 및 그 등가물 전체에 주어진 발명의 범위를 제한하기 위한 것이 아니라 예시적인 것으로 의도된다. 또한, 본 발명이 현재 가장 실용적이고 바람직한 실시예들인 것으로 고려되는 것에 기초하여 예시의 목적으로 상세하게 설명되었지만, 그러한 세부 사항은 그 목적만을 위한 것이며 본 발명이 개시된 실시예들로 한정되지 않는다는 것을 이해해야 하며, 반대로, 첨부된 청구항들의 사상 및 범위 내에 있는 변형물들 및 균등한 구성들을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 본 발명은 가능한 범위 내에서, 임의의 실시예의 하나 이상의 특징이 임의의 다른 실시예의 하나 이상의 특징과 조합될 수 있음을 고려한 것임을 이해해야 한다.

Claims (25)

1. 마찰 링으로서,
   링 형상의 몸체;
   브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면;
   제동력을 부여하기 위해 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면;
   마찰 링을 상기 허브 또는 상기 차축에 고정하기 위한 파스너(fastener)를 수용하기 위한 적어도 하나의 관통 구멍; 및
   채널을 형성하는 상기 마찰 링의 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함하며,
   상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작은, 마찰 링.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 채널은 상기 마찰 링의 둘레 내측 에지와 둘레 외측 에지 사이에서 연장되며, 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 위치되는, 마찰 링.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 채널의 유입부가 상기 채널의 유출부로부터 반경 방향 내측에 배치되며, 이에 따라 상기 공기 흐름이 상기 마찰 링의 둘레 내측 에지로부터 둘레 외측 에지로 향하게 되도록 하는, 마찰 링.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 관통 구멍은 상기 돌출부들 각각의 반경 방향 내측 단부로부터 반경 방향 내측에 배치되는, 마찰 링.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 마찰 링은 공기 입구 영역을 최대화하여 상기 마찰 링의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 유량(air flux)을 최대화하기 위해 최소 개수의 고정 지점들을 가지고 상기 허브 또는 상기 차축에 고정되도록 구성되는, 마찰 링.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 돌출부들은 방사상으로 연장되는 핀(fin)들을 포함하는, 마찰 링.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 방사상으로 연장되는 핀들은, 반경 방향 내측 부분이 반경 방향 외측 부분보다 좁게 되도록 반경 방향이 테이퍼링되어 있고, 상기 내측 표면들에 인접한 상기 핀들의 부분들이 상기 핀들의 중심 부분들보다 넓게 되도록 횡 방향(transverse direction)이 테이퍼링되어 있는, 마찰 링.
8. 제 6 항에 있어서,
   상기 방사상으로 연장되는 핀들이 중심 종 방향 축을 규정하며, 상기 중심 종 방향 축은 상기 세그먼트의 반경으로부터 적어도 5도만큼 오프셋되는, 마찰 링.
9. 제 6 항에 있어서,
   인접한 방사상으로 연장되는 핀들 사이에서 연장되는 적어도 하나의 횡 방향 리브를 더 포함하며, 이에 따라 만곡(curving) 공기 흐름 경로를 형성하는, 마찰 링.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 관통 구멍은 상기 횡 방향 리브들로부터 반경 방향 내측에 위치되는, 마찰 링.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 돌출부들은, 상기 마찰 링의 단일 반경이 상기 돌출부들 모두를 통과하게 되도록 위치되는, 마찰 링.
12. 브레이크 어셈블리로서,
    전방 마찰 링 및 후방 마찰 링을 형성하도록 배치되는 하나 이상의 세그먼트들을 포함하되, 상기 마찰 링들은 브레이킹 기구(braking mechanism)에 접촉하도록 구성되는 브레이크 디스크;
    차축에 연결되도록 구성되며, 중심 로터 및 상기 중심 로터의 적어도 일부를 둘러싸는 방사상으로 연장되는 플랜지를 포함하는 허브; 및
    상기 브레이크 디스크를 상기 플랜지에 고정하기 위해 상기 플랜지에 고정되어 상기 플랜지를 통해 연장되는 핀을 포함하며,
    각각의 세그먼트는,
    브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면과 제동력을 부여하기 위해 상기 허브 또는 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면을 갖는 몸체;
    상기 세그먼트를 상기 허브 또는 상기 차축에 연결하는 상기 핀을 수용하기 위해 상기 몸체를 통해 연장되는 관통 구멍; 및
    채널을 형성하는 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함하며,
    상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작은, 브레이크 어셈블리.
13. 제 12 항에 있어서,
    상기 채널은 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면의 둘레 내측 에지와 둘레 외측 에지 사이에서 연장되며, 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 위치되는, 브레이크 어셈블리.
14. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은, 단일 고정 지점에서 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각이 상기 허브에 고정되도록 단일 관통 구멍을 포함하는, 브레이크 어셈블리.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 플랜지에 고정될 경우, 각각의 세그먼트는 상기 단일 고정 지점을 중심으로 회전 가능한, 브레이크 어셈블리.
16. 제 12 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은 공기 입구 영역을 최대화하여 각 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 유량을 최대화하기 위해 최소 개수의 고정 지점들을 가지고 상기 허브에 고정되는, 브레이크 어셈블리.
17. 제 12 항에 있어서,
    상기 허브는 냉각 공기를 상기 채널로 지향시키도록 위치된 적어도 하나의 유입 포트를 포함하는, 브레이크 어셈블리.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 유입 포트는 상기 로터의 일 부분에 대해 연장되는 적어도 하나의 원주 방향 슬롯을 포함하는, 브레이크 어셈블리.
19. 제 12 항에 있어서,
    상기 돌출부들은 방사상으로 연장되는 핀을 포함하고, 또한 인접한 방사상으로 연장되는 핀들 사이에서 연장되는 하나 이상의 횡 방향 리브들을 더 포함하며, 상기 횡 방향 리브들은 만곡 공기 흐름 경로를 형성하도록 위치되는, 브레이크 어셈블리.
20. 제 12 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 돌출부들은, 상기 세그먼트의 반경이 상기 적어도 2개의 돌출부들 각각을 통과하도록 위치되는, 브레이크 어셈블리.
21. 하나 이상의 고정 지점들에서 허브 및/또는 차축에 고정되도록 구성되는 브레이크 디스크로서, 전방 마찰 링 및 후방 마찰 링을 형성하도록 배치된 하나 이상의 세그먼트들을 포함하며, 상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은,
    브레이킹 기구에 의해 접촉되도록 구성되는 외측 표면과 제동력을 부여하기 위해 상기 허브 또는 상기 차축의 일 부분과 접촉하도록 구성되는 내측 표면을 갖는 몸체;
    상기 세그먼트를 상기 허브 또는 상기 차축에 연결하는 핀을 수용하기 위해 상기 몸체를 통해 연장되는 관통 구멍; 및
    채널을 형성하는 상기 내측 표면으로부터 연장되는 적어도 2개의 돌출부들을 포함하며,
    상기 채널의 유입부의 단면적은 상기 채널의 유출부의 단면적보다 작은, 브레이크 디스크.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 채널은 상기 마찰 링의 둘레 내측 에지와 둘레 외측 에지 사이에서 연장되며, 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 흐름을 유도하도록 위치되는, 브레이크 디스크.
23. 제 21 항에 있어서,
    각각의 세그먼트는, 단일 고정 지점에서 상기 각각의 세그먼트가 상기 허브 및/또는 차축에 고정되도록 단일 관통 구멍을 포함하는, 브레이크 디스크.
24. 제 23 항에 있어서,
    상기 허브 및/또는 차축에 고정될 경우, 각각의 세그먼트는 상기 단일 고정 지점을 중심으로 회전하도록 허용되는, 브레이크 디스크.
25. 제 21 항에 있어서,
    상기 하나 이상의 세그먼트들 각각은 공기 입구 영역을 최대화하여 각 세그먼트 몸체의 상기 내측 표면을 가로지르는 공기 유량을 최대화하기 위해 최소 개수의 고정 지점들을 가지고 상기 허브에 고정되는, 브레이크 디스크.

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