KR20210045066A - 일체형 체결 구조를 갖는 철도차량용 제동모듈 - Google Patents

Abstract

일체형 체결 구조를 갖는 철도차량용 제동모듈은 디스크, 허브, 탄성유닛 및 결합유닛을 포함한다. 상기 디스크는 중앙에 개구부가 형성된 디스크 몸체, 및 상기 디스크 몸체의 내면으로부터 상기 개구부를 향하여 돌출되는 복수의 고정유닛들을 포함한다. 상기 허브는 중앙홀이 형성된 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임의 끝단에 형성되는 상면부, 및 상기 상면부 상에 형성되어 상기 고정유닛들의 사이에 삽입되는 복수의 결합블록들을 포함한다. 상기 탄성유닛은 일체로 형성되어, 상기 고정유닛들의 상면 또는 상기 상면부의 저면을 따라 배치된다. 상기 결합유닛은 상기 고정유닛들, 상기 상면부 및 상기 탄성유닛을 서로 고정시킨다.

Description

일체형 체결 구조를 갖는 철도차량용 제동모듈{BRAKING MODULE HAVING INTEGRATED COMBINING UNIT}

본 발명은 철도차량용 제동모듈에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차축과 결합되어 회전하며 제동 패드와 마찰하여 철도차량을 감속시키는 디스크 및 허브를 포함하는 제동모듈로서, 디스크가 원주방향으로 자유롭게 수축 및 팽창할 수 있고, 열차 좌우 방향인 차축 방향으로도 탄성을 가지도록 일체형 체결 구조를 갖는 철도차량용 제동모듈에 관한 것이다.

철도차량용 제동모듈로서 디스크와 허브의 결합관련 기술은 전통적인 기술로 다양한 기술들이 개발되어 왔다.

기존의 경우, 별도의 탄성 부재는 적용되지 않으며, 볼트와 너트 등과 같은 결합유닛을 통해 허브와 디스크를 직접 결합시키는 기술이 있었으나, 제동모듈로 인가되는 힘이 상기 볼트와 너트 등과 같은 결합유닛으로 그대로 전달됨에 따라, 결합유닛의 손상이나 결합의 해제 등의 문제가 종종 발생하였다.

이에, PCT 공개특허 WO2002-025135호와 같이, 차축에 결합되는 허브에 적합한 형상의 디스크를 결합시킨 상태에서, 갭 유지를 위한 스프링을 개재시키며 볼트와 스프링 및 너트를 서로 결합시킴으로써, 스프링의 장력으로 디스크와 허브의 결합 해제를 최대한 방지하는 기술이 개발되었다.

또한, 일본국 공개특허 제2007-269282호에서와 같이, 갭 유지를 위한 스프링을 별도의 고정 프레임의 사이에 위치시키면서 볼트와 스프링 및 너트를 서로 결합시켜, 스프링의 장력을 고정 프레임을 통해 보다 향상시키며 결합력을 향상시키는 기술도 개발되었다.

다만, 상기와 같은 기술들의 경우, 하나의 스프링이 하나의 볼트 및 하나의 너트와 결합되는 것으로 디스크에 수직인 방향으로의 결합력을 향상시킬 수는 있으나, 디스크의 원주방향으로는 자유도가 없어 결합력이 향상되지 않는 단점이 있다.

PCT 공개특허 WO2002-025135호 일본국 공개특허 제2007-269282호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 차축과 결합되어 회전하며 제동 패드와 마찰하여 철도차량을 감속시키는 디스크 및 허브를 포함하는 제동모듈로서, 디스크가 원주방향으로 자유롭게 수축 및 팽창할 수 있고, 열차 좌우 방향인 차축 방향으로도 탄성을 가지도록 일체형 체결 구조를 갖는 철도차량용 제동모듈에 관한 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량용 제동모듈은 디스크, 허브, 탄성유닛 및 결합유닛을 포함한다. 상기 디스크는 중앙에 개구부가 형성된 디스크 몸체, 및 상기 디스크 몸체의 내면으로부터 상기 개구부를 향하여 돌출되는 복수의 고정유닛들을 포함한다. 상기 허브는 중앙홀이 형성된 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임의 끝단에 형성되는 상면부, 및 상기 상면부 상에 형성되어 상기 고정유닛들의 사이에 삽입되는 복수의 결합블록들을 포함한다. 상기 탄성유닛은 일체로 형성되어, 상기 고정유닛들의 상면 또는 상기 상면부의 저면을 따라 배치된다. 상기 결합유닛은 상기 고정유닛들, 상기 상면부 및 상기 탄성유닛을 서로 고정시킨다.

일 실시예에서, 상기 고정유닛들은, 상기 디스크 몸체의 내면을 따라 일정한 간격으로 이격되도록 배치될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 고정유닛들 각각에는, 상기 결합유닛이 삽입되는 고정홀이 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 결합블록들은, 상기 상면부를 따라 일정한 간격으로 이격되도록 배치되어, 상기 고정유닛들의 사이에 삽입될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상면부에서, 상기 결합블록들이 서로 이격된 부분에는 복수의 결합홈들이 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 결합홈들 각각은, 'U'자 형상으로 형성되어, 상기 상면부의 외측을 향하여 개방될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 결합유닛은, 상기 결합홈들을 관통할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄성유닛은, 교번적으로 배열되는 상기 고정유닛들 및 상기 결합블록들의 상면에 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄성유닛은, 중앙에 상기 결합유닛이 관통하는 삽입홀이 형성되며, 상기 고정유닛의 상면에 고정되는 접촉부, 상기 접촉부의 양측으로부터 연장되어 상기 고정유닛 및 상기 결합블록과 소정거리 이격되는 탄성부, 및 상기 서로 인접하는 탄성부들 사이를 연결하며 상기 결합블록의 상면에 위치하는 연장부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄성유닛은, 상기 상면부의 저면에 위치할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄성유닛은, 중앙에 상기 결합유닛이 관통하는 삽입홀이 형성되며, 상기 상면부의 저면으로부터 소정거리 이격되는 탄성부, 상기 상면부의 저면에 접촉하는 접촉부, 및 상기 탄성부와 상기 접촉부를 서로 연결하며, 상기 상면부의 저면으로부터 이격되는 연장부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 탄성유닛은, 교번적으로 배열되는 상기 고정유닛들 및 상기 결합블록들의 상면에 위치하는 상부 탄성유닛, 및 상기 상면부의 저면에 위치하는 하부 탄성유닛을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 상부 탄성유닛 및 상기 하부 탄성유닛 각각은, 중앙에 상기 결합유닛이 관통하는 삽입홀이 형성되며, 상기 상면부의 저면 또는 상기 고정유닛들로부터 소정거리 이격되는 탄성부, 상기 상면부의 저면 또는 상기 결합블록에 접촉하는 접촉부, 및 상기 탄성부와 상기 접촉부를 서로 연결하며, 상기 상면부의 저면 또는 상기 고정유닛들로부터 이격되는 연장부를 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 따른 철도차량용 제동모듈은 디스크, 허브, 고정 플레이트, 결합유닛 및 탄성유닛을 포함한다. 상기 디스크는 중앙에 개구부가 형성된 디스크 몸체, 및 상기 디스크 몸체의 내면으로부터 상기 개구부를 향하여 돌출되는 복수의 고정유닛들을 포함한다. 상기 허브는 중앙홀이 형성된 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임의 끝단에 형성되는 상면부, 및 상기 상면부의 상부에 형성되어 상기 고정유닛들의 사이에 삽입되는 복수의 결합블록들을 포함한다. 상기 고정 플레이트는 상기 고정유닛들 및 상기 결합블록들의 상부에 위치한다. 상기 결합유닛은 상기 디스크, 상기 허브 및 상기 고정 플레이트를 서로 결합한다. 상기 탄성유닛은 상기 고정 플레이트와 상기 결합블록의 상면 사이의 공간 또는 상기 상면부와 상기 결합블록의 저면 사이의 공간에 개재된다.

일 실시예에서, 상기 탄성유닛은, 상기 고정 플레이트와 상기 결합블록의 상면 사이의 공간에 개재되는 상부 탄성유닛, 및 상기 상면부와 상기 결합블록의 저면 사이의 공간에 개재되는 하부 탄성유닛을 포함하고, 상기 결합유닛은, 상기 고정 플레이트, 상기 고정유닛 및 상기 상면부를 관통할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 하나의 결합유닛에 개별적으로 고정되는 탄성유닛을 대체하여, 일체로 형성된 탄성유닛에 복수의 결합유닛들이 모두 결합됨으로써, 수직 방향으로의 결합력을 향상시키는 것은 물론, 특히 디스크 및 허브의 원주방향으로의 팽창, 수축에 대한 결합력을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 디스크 및 허브에 인가되는 응력이나 변형 정도를 감소시킬 수 있어, 제동모듈의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

즉, 일체화된 탄성유닛이 적용됨에 따라, 특정 부분에서 결합유닛의 결합 강도가 낮거나 응력이 집중되는 경우라도, 일체화된 탄성유닛의 다른 부분으로 응력이 분배될 수 있으며, 이에 따라 전반적인 결합 강도가 증가하게 된다.

또한, 디스크의 고정유닛들과 허브의 결합블록들은 서로 교번적으로 결합됨으로써, 디스크 및 허브의 원주방향으로의 변형력이나 응력을 크게 감소시킬 수 있다.

또한, 허브의 상면부 상에 외측을 향하여 형성된 'U'자 형상의 결합홈을 통해, 외부와의 접촉 면적을 넓혀 원주방향으로의 열전달을 최소화할 수 있으며, 특정 부위에서의 열변형이 발생하는 경우 이의 디스크로의 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 'U'자 형상의 결합홈을 통해, 상기 결합유닛이, 축으로부터 외부를 향하는 방향으로 일정한 변위를 가질 수 있어, 상대적으로 디스크 및 허브에 인가되는 응력을 효과적으로 소멸 또는 분배시킬 수 있다.

또한, 디스크가 허브에 직접 체결되는 것이 아니고, 탄성유닛을 매개로 결합유닛을 통해 체결되는 것으로, 원주방향으로의 팽창이 자유로워 디스크의 열팽창으로 인한 응력 전달을 최소화할 수 있다.

나아가, 실시예에 따라, 탄성유닛이 고정유닛의 상부 또는 허브의 상면부의 저면에 선택적으로 위치할 수 있어, 다양한 설계 변형이 가능하여 사용성 및 적용성을 향상시킨다.

더 나아가, 실시예에 따라, 탄성유닛이 결합유닛과 서로 결합되지 않으면서, 결합 블록과 고정 플레이트 또는 결합 블록과 상면부 사이의 공간에 개재됨으로써, 수직 방향 또는 원주 방향으로의 충격을 효과적으로 흡수하면서, 탄성유닛의 변형이 결합유닛의 결합상태에 영향을 미쳐 결합유닛의 결합력을 저하시키는 문제를 방지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 도시한 사시도이다.
도 3은 도 1의 철도차량용 제동모듈의 확대 사시도이다.
도 4는 도 1의 디스크를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 1의 탄성유닛을 도시한 사시도이다.
도 6은 도 1의 허브를 도시한 사시도이다.
도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a는 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈에서, 디스크 전면(前面)의 최대 응력, 디스크 후면의 최대 응력, 디스크 전면(前面)의 최대 변위, 및 디스크 후면의 최대 변위의 시뮬레이션 결과를 도시한 이미지이다.
도 7b, 도 8b, 도 9b 및 도 10b는 도 1의 철도차량용 제동모듈에서, 디스크 전면(前面)의 최대 응력, 디스크 후면의 최대 응력, 디스크 전면(前面)의 최대 변위, 및 디스크 후면의 최대 변위의 시뮬레이션 결과를 도시한 이미지이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 단면도이다.
도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 단면도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 사시도이다. 도 2는 도 1의 'A'부분을 확대하여 도시한 사시도이다. 도 3은 도 1의 철도차량용 제동모듈의 확대 사시도이다. 도 4는 도 1의 디스크를 도시한 사시도이다. 도 5는 도 1의 탄성유닛을 도시한 사시도이다. 도 6은 도 1의 허브를 도시한 사시도이다.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈(10)은, 디스크(100), 허브(200), 탄성유닛(300) 및 결합유닛(400)을 포함한다.

한편, 본 실시예에서의 상기 제동모듈(10)은 철도차량용 제동모듈로 설명하고 있으나, 반드시 철도차량에만 국한되어 적용될 필요는 없으며, 일반 차량용 제동모듈에도 동일한 구조로 적용될 수 있다.

상기 디스크(100)는 중앙이 개구된 개구부(111)를 포함하는 원형 디스크 형상의 디스크 몸체(110), 및 상기 디스크 몸체(110)로부터 돌출되는 복수의 고정유닛들(120)을 포함한다.

상기 디스크 몸체(110)는 소정의 두께를 가지도록 형성되며, 상기 고정유닛들(120)은 상기 디스크 몸체(110)의 내면(112)으로부터 상기 개구부(111)의 중앙을 향하는 방향으로 돌출된다.

상기 내면(112)은 원형 형상을 가지며, 이에 따라 상기 고정유닛들(120)은 상기 내면(112)의 원주 방향을 따라 배열되며, 각각의 고정유닛들(120)은 상기 내면(112)으로부터 상기 개구부(111)의 중앙을 향하는 방향으로 돌출된다.

이 경우, 상기 고정유닛들(120) 각각의 두께는 상기 디스크 몸체(110)의 두께보다 작게 형성될 수 있다.

또한, 상기 고정유닛들(120) 각각은 인접하는 고정유닛들(120)과 일정한 간격으로 서로 이격되며, 이에 따라 상기 서로 인접하는 고정유닛들(120) 사이에는 이격공간(140)이 형성된다.

이 경우, 상기 고정유닛들(120) 각각은, 전체적으로 상측에서 관측하였을 때, 사각형 형상을 가지거나 사다리꼴 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라 상기 이격공간(140)도 사각형 형상 또는 사다리꼴 형상으로 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 형상의 종류는 다양할 수 있으나, 상기 고정유닛들(120) 모두의 형상은 하나의 형상으로 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하며, 마찬가지로 상기 이격공간(140) 모두의 형상도 하나의 형상으로 서로 동일하게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 고정유닛들(120) 각각의 중앙에는 상기 고정유닛을 관통하는 고정홀(130)이 형성되며, 상기 고정홀(130)에는 후술되는 상기 결합유닛(400)이 관통한다.

상기 허브(200)는 중앙에 중앙홀(211)이 형성되며 일 방향으로 연장되는 중앙 프레임(210), 상기 중앙 프레임(210)의 일 끝단에 형성되는 상면부(220) 및 상기 상면부(220) 상에 형성되는 복수의 결합블록들(230)을 포함한다.

상기 중앙 프레임(210)은 단면이 원형인 중공의 연장 프레임이며, 상기 상면부(220)는 상기 중앙 프레임(210)의 일 끝단으로, 상기 디스크(100)와 결합되는 부분에 형성된다.

즉, 상기 상면부(220)는 도 6에 도시된 바와 같이, 소정의 면적을 가지도록 상기 중앙 프레임(210)의 연장방향에 수직인 방향으로 연장되도록 형성된다.

그리하여, 상기 상면부(220)는 중앙에는 중앙홀(211)이 형성되며, 소정의 면적으로 가지는 것으로, 전체적으로 링(ring)의 형상을 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 복수의 결합블록들(230)은 상기 상면부(220)의 상면 상에 서로 소정의 간격을 유지하도록 배열된다.

이 경우, 상기 결합블록들(230) 각각은, 전체적으로 사각 블록 또는 사다리꼴 블록 등의 블록 형상을 가지며, 모두 동일한 형상을 가질 수 있다.

상기 결합블록들(230) 각각의 형상은, 앞서 설명한 상기 고정유닛(120)들의 사이에 형성되는 이격 공간(140)의 형상을 고려하여 형성될 수 있다.

즉, 상기 결합블록들(230) 각각은, 상기 고정유닛들(120)의 사이인 이격 공간(140)으로 삽입되는 것으로, 이와 같은 삽입에 의해, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 결합블록들(230)과 상기 고정유닛들(120)은 서로 교번적으로 배열된다.

이상과 같이, 상기 결합블록들(230)은 상기 이격 공간(140)으로 위치하고, 마찬가지로 상기 고정유닛들(120)은, 상기 결합블록들(230) 사이의 공간인 삽입 공간(250)으로 위치하게 된다.

또한, 이상과 같이 상기 결합블록들(230)과 상기 고정유닛들(120)이 서로 교번적으로 삽입 배열됨으로써, 원주방향, 즉 상기 디스크(100)의 내면(112)을 따른 방향으로의 결합력 및 지지력을 향상시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에서, 상기 상면부(220) 중, 상기 결합 블록들(230)이 형성되지 않는, 즉 상기 삽입공간(250)을 형성하는 상면부(220)에는, 결합홈(240)이 형성된다.

상기 결합홈(240)은, 도 6에 도시된 바와 같이, 'U'자형 형상을 가지는 것으로, 개방된 부분은 상기 상면부(220)에서 외측을 향하는 방향으로 형성된다.

또한, 상기 결합홈들(240)은, 상기 상면부(220) 중, 상기 삽입공간(250)이 형성되는 부분 마다 1개씩 형성되며, 상기 고정홀(130)과 일렬로 형성된다.

그리하여, 상기 결합유닛(400)은, 상기 고정홀(130)을 관통한 후, 상기 결합홈(240)도 관통하게 된다.

다만, 상기 결합홈(240)은 외측을 향하는 방향으로 개방된 'U'자형 형상을 가지는 것으로, 상기 결합유닛(400)이 상기 결합홈(240)에 고정되는 경우, 상기 결합유닛(400)에 대하여 상기 결합유닛(400)을 상기 외측방향, 즉 상기 중앙홀(211)로부터 상기 상면부(220)의 외측을 향하는 방향으로 일정부분 변위를 허용하게 된다.

즉, 상기 고정홀(130)을 통해 상기 디스크(100) 및 후술되는 탄성유닛(300)과 일체로 결합된 상기 결합유닛(400)이, 상기 결합홈(240)을 통해, 상기 허브(200)에 대하여는 외측 방향으로 소정의 변위를 가질 수 있게 된다.

그리하여, 인가되는 외력이나 응력에 대하여 소정 부분 변위 이동이 가능하므로, 외력이나 응력에 대한 흡수 및 분산 효과를 향상시킬 수 있다.

나아가, 상기 'U'자 형상의 결합홈(240)은, 외부를 향하여 개방된 것으로 외부와의 접촉 면적을 증가시키게 된다. 이에 따라, 마찰에 의한 열이 전달되어 열변형이 쉽게 발생할 수 있는 상기 허브(200)에 대하여, 외부와의 접촉 면적을 증가시킴으로써, 발생되는 열의 외부 발산 효과를 향상시키고, 이에 따라 상기 허브(200)는 물론 상기 디스크(100)에 대한 열변형을 감소시키며, 열에 대한 저항력을 향상시킬 수 있다.

상기 탄성유닛(300)은 도 5에 도시된 바와 같이, 원형의 링(ring) 형상으로 일체로 형성되며, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 고정유닛(120)의 상부에 위치한다.

보다 구체적으로, 상기 탄성유닛(300)은, 동일한 하나의 기본 유닛이 반복되어 연결되어 전체적으로 링(ring) 형상을 가지는 것으로, 상기 탄성유닛(300)을 구성하는 하나의 기본 유닛은, 접촉부(310), 탄성부(320) 및 연장부(330)를 포함한다.

상기 접촉부(310)는 중앙에 삽입홀(340)이 형성되어, 상기 결합유닛(400)이 관통되고, 상기 접촉부(310)의 하면은 상기 고정유닛(120)의 상면에 접촉하게 된다.

즉, 상기 결합유닛(400)이 상기 삽입홀(340)을 관통하면서 상기 접촉부(310)를 상기 고정유닛(120)의 상면 상에 접촉시키며 고정시킨다.

상기 탄성부(320)는 상기 접촉부(310)의 양측으로부터 각각 연장되며, 전체적으로 역(reverse)'V'자 형상을 가지며 상기 고정유닛(120)의 상면은 물론 상기 결합블록(230)의 상면으로부터 이격되도록 형성된다.

상기 연장부(330)는 인접하는 상기 탄성부들(320)을 서로 연결하며, 상기 결합블록(230)의 상면 상에 접촉하며 위치한다.

상기 탄성유닛(300)은 전체적으로 원형의 링 형상을 가지되, 축 방향으로는 소정의 너비를 가지도록 형성된다. 따라서, 상기 탄성유닛(300)의 내측 반경과 외측 반경은 서로 다르게 되며, 이에 따라 상기 접촉부(310) 및 상기 탄성부(320)가 각각 축 방향으로 동일한 길이로 형성되는 경우, 내측 반경과 외측 반경의 차이를 보상하기 위한 구조가 필요하며, 상기 연장부(330)가 이에 대한 보상 및 연결을 수행한다.

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 연장부(330)는, 내측 길이보다 외측 길이가 더 크게 형성되며, 평면상에서 관측하였을 때, 전체적으로 삼각형 형상을 가지도록 형성되어, 상기 서로 인접하는 상기 탄성부들(320)을 서로 연결할 수 있게 된다.

이상과 같이, 접촉부(310), 탄성부(320) 및 연장부(330)를 포함하는 하나의 기본 유닛이 복수개가 서로 연결되어, 일체로 형성된 상기 탄성유닛(300)을 형성하게 되며, 상기 탄성유닛(300)은 소정의 굴곡을 가지게 되므로, 수직 방향으로의 탄성력은 물론, 원주방향, 나아가 축방향으로의 탄성력도 소정부분 가질 수 있어, 상기 제동모듈(10)로 인가되는 다양한 방향으로의 응력을 감쇠하거나 효과적인 분배를 수행하게 된다.

상기 결합유닛(400)은 볼트부(410)와 너트부(420)를 포함하는 것으로, 상기 볼트부(410)는, 상부로부터, 상기 탄성유닛(300)의 삽입홀(340), 상기 고정유닛(120)의 고정홀(130), 상기 상면부(220)의 결합홀(240)을 관통하며, 상기 결합홀(240)의 하부에 위치하는 상기 너트부(420)와 서로 결합한다.

그리하여, 상기 결합유닛(400)을 통해, 일체로 형성된 상기 탄성유닛(300)을 매개로, 상기 디스크(100) 및 상기 허브(200)가 서로 결합되게 된다.

도 7a, 도 8a, 도 9a 및 도 10a는 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈에서, 디스크 전면(前面)의 최대 응력, 디스크 후면의 최대 응력, 디스크 전면(前面)의 최대 변위, 및 디스크 후면의 최대 변위의 시뮬레이션 결과를 도시한 이미지이다. 도 7b, 도 8b, 도 9b 및 도 10b는 도 1의 철도차량용 제동모듈에서, 디스크 전면(前面)의 최대 응력, 디스크 후면의 최대 응력, 디스크 전면(前面)의 최대 변위, 및 디스크 후면의 최대 변위의 시뮬레이션 결과를 도시한 이미지이다.

이 경우, 비교의 대상이 된 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈은, 도면을 통해 확인되는 바와 같이, 서로 이격된 고정유닛이 형성되지 않은 일체화된 고정부가 형성되는 디스크와, 결합블록이 형성되지 않은 허브가, 결합유닛을 통해 직접 결합되는 것을 예시하였다.

또한, 상기 비교 시뮬레이션의 경우, 종래기술에 의한 제동모듈 및 본 발명의 실시예에 의한 제동모듈 모두에 비상제동 하중으로 9,500N의 5% 편차 수직 하중, 5% 편차의 전단 응력(shear force), 및 5% 편차의 열유속(heat flux)를 적용한 결과이다.

우선, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 응력이 174MPa인 것으로 도출되었으나, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 응력이 35MPa인 것으로 도출되었다.

또한, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 후면의 최대 응력이 170MPa인 것으로 도출되었으나, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 후면의 최대 응력이 39MPa인 것으로 도출되었다.

또한, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 변위가 0.98mm인 것으로 도출되었으나, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 변위가 0.083mm인 것으로 도출되었다.

나아가, 도 10a 및 도 10b를 참조하면, 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 후면의 최대 변위가 0.96mm인 것으로 도출되었으나, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 표면의 최대 변위가 0.084mm인 것으로 도출되었다.

더 나아가, 도시하지는 않았으나, 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 온도는 280℃인 것으로 도출되었으나, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 온도는 244℃인 것으로 도출되었다.

또한, 종래기술에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 온도는 2670℃인 것으로 도출되었으나, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈의 경우, 디스크 전면(前面)의 최대 온도는 244℃인 것으로 도출되었다.

상기와 같은, 종래기술과 본 실시예에서의 철도차량용 제동모듈의 비교 시뮬레이션 결과는 하기 [표 1]에 일람하였다.

[표 1] 철도차량용 제동모듈의 비교 시뮬레이션 결과

즉, 상기 [표 1]에 일람된 바와 같이, 본 실시예에서의 철도차량용 제동모듈의 경우, 종래기술과 대비하여, 응력 감소율은 대략 78%, 온도 감소율은 대략 10.8% 인 것으로 확인되며, 이상과 같이 종래기술과 대비하여 응력 감소 및 열전달에 있어 우수한 효과를 확인할 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈(20)은 탄성유닛의 배치 및 구조를 제외하고는 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 상기 철도차량용 제동모듈(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 11을 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈(20)에서는, 상기 탄성유닛(301)은 상기 허브(200)의 상면부(221)의 저면(221_1) 상에 배치된다.

이 경우, 상기 탄성유닛(301)은 상기 상면부(221)의 저면(221_1) 상에 접촉되는 접촉부(311), 중앙에 삽입홀(미도시)이 형성되며 상기 저면(221_1)과 소정 거리 이격되도록 배치되는 탄성부(321), 및 상기 접촉부(311)와 상기 탄성부(321)를 연결하며 하부 방향으로 'V'형상의 단면을 가지며 추가로 돌출되도록 형성되는 연장부(331)를 포함한다.

즉, 본 실시예에서의 상기 탄성유닛(301) 역시, 상기 하나의 유닛인 접촉부(311), 탄성부(321) 및 연장부(331)의 연결이 반복되어, 일체로 형성되며, 전체적으로 도 5에 도시된 탄성유닛(300)과 같은 링(ring) 형상으로 형성된다.

본 실시예에서의 결합유닛(401)의 볼트부(411)는 상부로부터 삽입되어, 고정유닛(121) 및 상면부(221)를 관통하여, 상기 탄성부(321)의 삽입홀(미도시)을 통과하고, 상기 탄성부(321)의 하부에 위치한 너트부(421)와 체결될 수 있다.

한편, 본 실시예에서의 상기 탄성유닛(301)도, 도 5에 도시된 탄성유닛(300)과 같이, 상기 접촉부(311)가 중앙에 삽입홀이 형성되며 상기 저면(221_2)에 접촉되며 상기 결합유닛과 결합되고, 상기 탄성부(321)가 상기 저면(221_2)으로부터 이격되도록 배치되는 구조로 형성될 수도 있다.

도 12는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 상기 철도차량용 제동모듈(30)은, 상부 탄성유닛(302)이 추가로 구비되는 것을 제외하고는, 도 11을 참조하여 설명한 상기 철도차량용 제동모듈(20)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 12를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 철도차량용 제동모듈(30)에서, 하부 탄성유닛(303)은, 도 11을 참조하여 설명한 상기 철도차량용 제동모듈(20)의 탄성유닛(301)과 실질적으로 동일하다.

즉, 상기 하부 탄성유닛(303)의 배치는 상기 탄성유닛(301)과 동일하며, 구조에 있어서도, 상기 하부 탄성유닛(303)이 포함하는 접촉부(313), 탄성부(323) 및 연장부(333)는 상기 탄성유닛(301)의 접촉부(311), 탄성부(321) 및 연장부(331)와 동일하다.

한편, 상기 상부 탄성유닛(302)은 고정유닛(122) 및 결합블록(232)의 상부에 위치하는 것으로, 접촉부(312), 탄성부(322) 및 연장부(332)를 포함하는 하나의 기본 유닛이 연속적으로 연결되어, 일체로 형성되며, 도 5에 도시된 바와 같이 전체적으로 링(ring) 형상을 가진다.

이 경우, 상기 상부 탄성유닛(302)은 배치 위치만 다를 뿐, 상기 하부 탄성유닛(303)과 동일한 구조 및 형상을 가질 수 있다.

즉, 상기 접촉부(312)는 상기 결합블록(232)의 상면에 접촉되고, 상기 탄성부(322)는 중앙에는 삽입홀(미도시)이 형성되며 상기 고정유닛(122)과 소정 거리 이격되도록 배치된다.

또한, 상기 연장부(332)는 상기 접촉부(312)와 상기 탄성부(322)를 연결하며 상부 방향으로 역(reverse)'V'형상의 단면을 가지며 추가로 돌출되도록 형성된다.

본 실시예에서의 결합유닛(402)의 볼트부(412)는 상부로부터 삽입되어, 상기 상부 탄성유닛(302)의 탄성부(322)의 삽입홀(미도시), 상기 고정유닛(122) 및 상기 상면부(222)를 관통하여, 상기 하부 탄성유닛(303)의 탄성부(323)의 삽입홀(미도시)을 통과하고, 상기 탄성부(323)의 하부에 위치한 너트부(422)와 체결될 수 있다.

한편, 본 실시예에서의 상기 상부 탄성유닛(302) 또는 상기 하부 탄성유닛(303)도, 도 5에 도시된 탄성유닛(300)과 같이, 상기 접촉부(312, 313)가 중앙에 삽입홀이 형성되며 상기 고정유닛(122) 또는 저면(222_2)에 접촉되며 상기 결합유닛(402)과 결합되고, 상기 탄성부(322, 323)가 상기 결합블록(232) 또는 상기 저면(221_2)으로부터 이격되도록 배치되는 구조로 형성될 수도 있다.

도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈을 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈(40)은 결합 블록(233) 및 탄성유닛(710, 720), 고정 플레이트(500)를 더 포함하는 것을 제외하고, 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명한 상기 철도차량용 제동모듈(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대한 중복되는 설명은 생략한다.

도 13을 참조하면, 본 실시예에 의한 철도차량용 제동모듈(40)에서, 상기 결합 블록(233)은 상기 허브의 상면부(223)와 소정 간격 이격되어 위치하여 하부 공간(602)을 형성한다.

또한, 상기 디스크의 고정유닛(123)의 상면 상에 상기 고정 플레이트(500)가 추가로 배치되며, 상기 결합 블록(233)은 상기 고정 플레이트(500)와도 소정 간격 이격되어 위치하여 상부 공간(601)을 형성한다.

즉, 상기 결합 블록(233)은 서로 인접하는 고정유닛들(123)의 사이에 개재되어, 양 측면은 상기 고정유닛들(123)의 측면과 서로 접촉되지만, 상기 결합 블록(233)의 상면 및 하면은 각각 상기 고정 플레이트(500)의 하면과 상기 상면부(223)의 상면과는 소정 거리 이격되어 상부 공간(601) 및 하부 공간(602)을 형성한다.

이 경우, 상기 상부 공간(601)에는 상부 탄성유닛(710)이 개재되고, 상기 하부 공간(602)에는 하부 탄성유닛(720)이 개재된다.

상기 상부 탄성유닛(710)은, 상기 고정 플레이트(500)의 하면에 접촉하는 접촉부(711), 및 상기 접촉부(711)로부터 연장되며, 일단은 상기 결합 블록(233)의 상면, 타단은 상기 고정 플레이트(500)의 하면에 접촉하는 연장부(712)를 포함한다.

이 경우, 상기 접촉부(711)와 상기 연장부(712)가 서로 반대의 위치로 배치될 수도 있다.

마찬가지로, 상기 하부 탄성유닛(720)은, 상기 상면부(223)의 상면에 접촉하는 접촉부(721), 및 상기 접촉부(721)로부터 연장되며, 일단은 상기 결합 블록(233)의 하면, 타단은 상기 상면부(223)의 상면에 접촉하는 연장부(722)를 포함한다.

이 경우, 상기 접촉부(721)와 상기 연장부(722)가 서로 반대의 위치로 배치될 수도 있다.

한편, 상기 상부 탄성유닛(710) 및 상기 하부 탄성유닛(720)은 별도의 공간에 독립적으로 배치되며, 상기 결합유닛(403)과는 서로 접촉되거나 연결되지 않는다.

즉, 상기 결합유닛(403)의 볼트부(413)는 상부로부터, 상기 고정 플레이트(500)를 관통하여, 상기 고정유닛(123) 및 상기 상면부(223)를 관통하고, 상기 상면부(223)의 하부에 위치하는 너트부(423)에 결합된다.

이상과 같이, 상기 상부 탄성유닛(710) 및 하부 탄성유닛(720)은 상기 결합유닛(403)과는 별도로 위치하므로, 다양한 방향에서 제공되는 응력이나 변형의 충격을 상기 상부 및 하부 탄성유닛들(710, 720)이 흡수하며 변형되더라도, 이러한 상기 상부 및 하부 탄성유닛들(710, 720)의 변형은 상대적으로 강성이 약한 상기 결합유닛(403)으로 제공되지 않게 되어, 전체적인 제동모듈(40)의 결합의 안전성 및 내구성이 향상될 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 종래 하나의 결합유닛에 개별적으로 고정되는 탄성유닛을 대체하여, 일체로 형성된 탄성유닛에 복수의 결합유닛들이 모두 결합됨으로써, 수직 방향으로의 결합력을 향상시키는 것은 물론, 특히 디스크 및 허브의 원주방향으로의 팽창, 수축에 대한 결합력을 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 상기 디스크 및 허브에 인가되는 응력이나 변형 정도를 감소시킬 수 있어, 제동모듈의 내구성 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

즉, 일체화된 탄성유닛이 적용됨에 따라, 특정 부분에서 결합유닛의 결합 강도가 낮거나 응력이 집중되는 경우라도, 일체화된 탄성유닛의 다른 부분으로 응력이 분배될 수 있으며, 이에 따라 전반적인 결합 강도가 증가하게 된다.

또한, 디스크의 고정유닛들과 허브의 결합블록들은 서로 교번적으로 결합됨으로써, 디스크 및 허브의 원주방향으로의 변형력이나 응력을 크게 감소시킬 수 있다.

또한, 허브의 상면부 상에 외측을 향하여 형성된 'U'자 형상의 결합홈을 통해, 외부와의 접촉 면적을 넓혀 원주방향으로의 열전달을 최소화할 수 있으며, 특정 부위에서의 열변형이 발생하는 경우 이의 디스크로의 영향을 최소화할 수 있다.

또한, 상기 'U'자 형상의 결합홈을 통해, 상기 결합유닛이, 축으로부터 외부를 향하는 방향으로 일정한 변위를 가질 수 있어, 상대적으로 디스크 및 허브에 인가되는 응력을 효과적으로 소멸 또는 분배시킬 수 있다.

또한, 디스크가 허브에 직접 체결되는 것이 아니고, 탄성유닛을 매개로 결합유닛을 통해 체결되는 것으로, 원주방향으로의 팽창이 자유로워 디스크의 열팽창으로 인한 응력 전달을 최소화할 수 있다.

나아가, 실시예에 따라, 탄성유닛이 고정유닛의 상부 또는 허브의 상면부의 저면에 선택적으로 위치할 수 있어, 다양한 설계 변형이 가능하여 사용성 및 적용성을 향상시킨다.

더 나아가, 실시예에 따라, 탄성유닛이 결합유닛과 서로 결합되지 않으면서, 결합 블록과 고정 플레이트 또는 결합 블록과 상면부 사이의 공간에 개재됨으로써, 수직 방향 또는 원주 방향으로의 충격을 효과적으로 흡수하면서, 탄성유닛의 변형이 결합유닛의 결합상태에 영향을 미쳐 결합유닛의 결합력을 저하시키는 문제를 방지할 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 20, 30, 40 : 철도차량용 제동모듈
100 : 디스크 110 : 디스크 몸체
120, 121, 122, 123 : 고정유닛 200 : 허브
220, 221, 222, 223 : 상면부 230, 231, 232, 233 : 결합블록
300, 301 : 탄성유닛 302, 710 : 상부 탄성유닛
303, 720 : 하부 탄성유닛 330 : 연장부
400, 401, 402, 403 : 결합유닛 410, 411, 412, 413 : 볼트부
420, 421, 422, 423 : 너트부 500 : 고정 플레이트

Claims (15)

1. 중앙에 개구부가 형성된 디스크 몸체, 및 상기 디스크 몸체의 내면으로부터 상기 개구부를 향하여 돌출되는 복수의 고정유닛들을 포함하는 디스크;
   중앙홀이 형성된 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임의 끝단에 형성되는 상면부, 및 상기 상면부 상에 형성되어 상기 고정유닛들의 사이에 삽입되는 복수의 결합블록들을 포함하는 허브;
   일체로 형성되어, 상기 고정유닛들의 상면 또는 상기 상면부의 저면을 따라 배치되는 탄성유닛; 및
   상기 고정유닛들, 상기 상면부 및 상기 탄성유닛을 서로 고정시키는 결합유닛을 포함하는 철도차량용 제동모듈.
2. 제1항에 있어서, 상기 고정유닛들은,
   상기 디스크 몸체의 내면을 따라 일정한 간격으로 이격되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
3. 제2항에 있어서, 상기 고정유닛들 각각에는,
   상기 결합유닛이 삽입되는 고정홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
4. 제2항에 있어서, 상기 결합블록들은,
   상기 상면부를 따라 일정한 간격으로 이격되도록 배치되어, 상기 고정유닛들의 사이에 삽입되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
5. 제4항에 있어서,
   상기 상면부에서, 상기 결합블록들이 서로 이격된 부분에는 복수의 결합홈들이 형성되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
6. 제5항에 있어서, 상기 결합홈들 각각은,
   'U'자 형상으로 형성되어, 상기 상면부의 외측을 향하여 개방되는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
7. 제6항에 있어서, 상기 결합유닛은,
   상기 결합홈들을 관통하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
8. 제1항에 있어서, 상기 탄성유닛은,
   교번적으로 배열되는 상기 고정유닛들 및 상기 결합블록들의 상면에 위치하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
9. 제8항에 있어서, 상기 탄성유닛은,
   중앙에 상기 결합유닛이 관통하는 삽입홀이 형성되며, 상기 고정유닛의 상면에 고정되는 접촉부;
   상기 접촉부의 양측으로부터 연장되어 상기 고정유닛 및 상기 결합블록과 소정거리 이격되는 탄성부; 및
   상기 서로 인접하는 탄성부들 사이를 연결하며 상기 결합블록의 상면에 위치하는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
10. 제1항에 있어서, 상기 탄성유닛은,
    상기 상면부의 저면에 위치하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
11. 제10항에 있어서, 상기 탄성유닛은,
    중앙에 상기 결합유닛이 관통하는 삽입홀이 형성되며, 상기 상면부의 저면으로부터 소정거리 이격되는 탄성부;
    상기 상면부의 저면에 접촉하는 접촉부; 및
    상기 탄성부와 상기 접촉부를 서로 연결하며, 상기 상면부의 저면으로부터 이격되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
12. 제1항에 있어서, 상기 탄성유닛은,
    교번적으로 배열되는 상기 고정유닛들 및 상기 결합블록들의 상면에 위치하는 상부 탄성유닛; 및
    상기 상면부의 저면에 위치하는 하부 탄성유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
13. 제12항에 있어서, 상기 상부 탄성유닛 및 상기 하부 탄성유닛 각각은,
    중앙에 상기 결합유닛이 관통하는 삽입홀이 형성되며, 상기 상면부의 저면 또는 상기 고정유닛들로부터 소정거리 이격되는 탄성부;
    상기 상면부의 저면 또는 상기 결합블록에 접촉하는 접촉부; 및
    상기 탄성부와 상기 접촉부를 서로 연결하며, 상기 상면부의 저면 또는 상기 고정유닛들로부터 이격되는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.
14. 중앙에 개구부가 형성된 디스크 몸체, 및 상기 디스크 몸체의 내면으로부터 상기 개구부를 향하여 돌출되는 복수의 고정유닛들을 포함하는 디스크;
    중앙홀이 형성된 중앙 프레임, 상기 중앙 프레임의 끝단에 형성되는 상면부, 및 상기 상면부의 상부에 형성되어 상기 고정유닛들의 사이에 삽입되는 복수의 결합블록들을 포함하는 허브;
    상기 고정유닛들 및 상기 결합블록들의 상부에 위치하는 고정 플레이트;
    상기 디스크, 상기 허브 및 상기 고정 플레이트를 서로 결합하는 결합유닛; 및
    상기 고정 플레이트와 상기 결합블록의 상면 사이의 공간 또는 상기 상면부와 상기 결합블록의 저면 사이의 공간에 개재되는 탄성유닛을 포함하는 철도차량용 제동모듈.
15. 제14항에 있어서,
    상기 탄성유닛은,
    상기 고정 플레이트와 상기 결합블록의 상면 사이의 공간에 개재되는 상부 탄성유닛; 및
    상기 상면부와 상기 결합블록의 저면 사이의 공간에 개재되는 하부 탄성유닛을 포함하고,
    상기 결합유닛은, 상기 고정 플레이트, 상기 고정유닛 및 상기 상면부를 관통하는 것을 특징으로 하는 철도차량용 제동모듈.

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