KR101217056B1

KR101217056B1 - 충격 흡수장치

Info

Publication number: KR101217056B1
Application number: KR1020100016572A
Authority: KR
Inventors: 마트히아스 쉬래겔
Original assignee: 호발츠벨케 도이췌 벨프트 게엠베하
Priority date: 2009-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2012-12-31
Also published as: ES2624545T3; KR20100097056A; DE102009010261A1; EP2221501A3; EP2221501B1; EP2221501A2

Abstract

운송 수단 내에 또는 운송 수단 상에, 특히 수면 선박 및 잠수 선박에서 물체를 장착하기 위한 충격 흡수장치는 진동-제동 방식으로 장착될 물체의 운송 수단-측 기초 부분(2)과 장착측 부분(4) 사이에 배치되고 상기 진동-제동 부분은 적어도 일부가 형상-기억 재료로 형성된다.

Description

충격 흡수장치{Shock absorber}

본발명은 청구항 제 1항에서 특정된 특징을 갖는 운송 수단 내에 또는 운송 수단 상에 물체를 장착하기 위한 충격 흡수장치에 관한 것이다.

군사용으로 사용되는 육상 운송 수단, 항공기 또는 선박과 같은 운송 수단에서, 예를 들면 폭발에 의해 생기는 충격 부하(shock load)로부터 보호하기 위한 목적으로 장치, 기구 및 심지어 운송 수단 구조의 전체 섹션들을 탄성적으로 장착하는 것이 유용하다. 이를 위해, 현재까지, 금속 스프링 요소 또는 탄성체 스프링 요소를 갖는 충격 흡수장치가 사용되어왔다. 그렇지만 이들 스프링 요소는 충격의 경우보다 상당히 낮은 작은 부하만으로도 항복하여, 이로 인해 정상 부하로 이들 충격 흡수장치가 도약하는 것을 적어도 대체로 방지하기 위해, 바이어스된 스프링 요소를 갖는 복잡한 디자인을 대체로 필요로 하게 된다는 단점이 있다.

더우기, 충격 부하로부터의 보호를 위해 스프링 마운트 상에 물체를 저장하는 것이 공지되어 있는데, 이것은 정상 환경에서 이들 물체의 거의 고정적인 장착을 가능하게 한다. 그렇지만, 스프링 마운트 사용의 단점은 충격 부하의 경우, 한계 부하를 초과하면 이들 마운트가 탄성적이지 않고, 플라스틱 내에서 변형되어, 비가역적으로 되고, 따라서 한 번의 충격 부하에 대해서만 보호를 부여하고, 이후에는 교환되어야만 한다는 것이다.

이러한 배경 하에서, 본발명의 목적은 운송 수단 내에 또는 운송 수단 상에 물체를 장착하기 위한 충격 흡수장치를 제공하는 것으로서, 이 충격 흡수장치는 운송 수단의 정상 동작시 물체가 기본적으로 고정적으로 장착되면서 이후에 기능적 능력을 상실하는 것 없이, 충분히 충격 흡수하는 충격 부하 작용을 갖는다.

이 목적은 청구항 제 1항에서 특정된 특징을 갖는 충격 흡수장치에 의해 달성된다. 이 충격 흡수장치의 바람직한 형태는 도면과 더불어 종속항들과, 이하의 상세한 설명으로부터 추론된다.

본발명에 따른 충격 흡수장치는 항공기 및 육상 운송 수단에서의 적용과는 별도로, 특히 수면 선박 및 잠수 선박에의 적용도 기대된다. 본발명에 따른 충격 흡수장치는 진동-제동 방식으로 장착될 물체의 운송 수단-측 기초 부분(foundation part)과 장착측 부분(mounting-side part) 사이에 배치되는 적어도 하나의 진동-제동 부분을 포함한다. 기초 부분은 운송 수단의 일부 또는 충격 흡수장치의 일부일 수 있다. 장착-측 부분은 장착될 물체 자체 또는 유사하게 충격 흡수장치의 일부일 수 있고, 장착될 물체를 수용 및/또는 고정하기 위한 것이다. 바람직하게는 기초 부분은 장착측 부분과 더불어 충격 흡수장치의 부품이다.

본발명의 기본 개념은 충격 흡수장치의 진동-제동 부분, 예를 들면 충격 부하에 항복하는 부분을 설계하는 것인데, 이에 의해 우수한 충격-흡수 특성으로 인해 형상-기억 재료(shape-memory material)의 적어도 일부에서 충격 에너지를 운동 에너지로 전환시킨다.

본발명에 따른 충격 흡수장치에 사용되는 형상-기억 재료는 기억 재료로서도 알려져 있다. 이들 재료의 특징은 구체적으로 외부 힘 작용으로 선형-탄성 방식으로 변형하지 않으면서도, 선형-탄성 방식으로 거동하고 힘의 완전 방출 이후 다시 원래 형상을 취하는 재료와 같이 거동하는 특성으로 알려진 소위 "의사-탄성"이다. 이 특성은 형상-기억 재료가 충격 흡수용으로 특히 적합하게 한다. 오늘날 사용되는 충격 흡수장치에서, 충격 흡수장치의 스프링 경로 또는 충격 경로는 충격 흡수장치에 작용하는 힘 부하에 비례하고, 본발명에 따른 충격 흡수장치는 적절한 디자인으로 일정한 반응 힘이 주어지는 경우 형상-기억 재료의 사용으로 인해 충격 경로를 가능하게 한다. 이에 의해, 장착될 물체에 작용하는 힘과 가속도의 제한이 가능해진다. 또한, 형상-기억 재료는 이제까지 충격 흡수장치에서 사용된 스프링 재료에 비해 상당히 우수한 제동 특성을 갖는다. 이로 인해 본 발명에 따른 충격 흡수장치는 이제까지 사용된 충격 흡수장치와 비교하여 충격 부하 후 상당히 낮은 정도까지 후-진동하는 것을 유도한다. 본 발명에 따라 사용된 의사-탄성 형상-기억 재료의 또다른 장점은 일정 부하 한계까지는 선형적 탄성 방식으로 일단 행동하고, 이 부하 한계를 초과할 때만 더 이상의 부하를 수용하지 않고, 충격 흡수에 필요한 방식으로 변형한다고 하는 점이다. 이에 관하여, 본 발명에 따른 충격 흡수장치는 적절한 설계로 정상 부하 조건, 측 충격 부하 이하의 부하로 금속의 강도를 가질 수 있고, 따라서 물체의 기본적으로 진동-없는 장착을 보장한다. 충격 효과 직후에 처음 조건으로 되돌아가기 위해 충격 흡수장치는 충격 부하 발생시에만 항복한다.

기본적으로, 모든 의사탄성 형상-기억 재료는 충분한 충격-부하 제동 효과를 생성할 수 있다면 본 발명에 따른 충격 흡수장치에 사용될 수 있다. 적절한 재료 특성을 갖는 금속 형상-기억 합금과는 별도로, 경우에 따라서는, 서로 다른 형상-기억 재료의 형상-기억 중합체 또는 조합도 사용될 수 있다. 바람직하게는 충격 흡수장치는 형상-기억 합금 또는 바람직하게는 니켈-티타늄 합금으로 적어도 일부 설계된다.

충격 부하가 주어질 때 항복하는 충격 흡수장치의 부분의 구조적 형상은 충격 부하를 충격 흡수장치에 대해 작용하는 인장력, 포괄적 힘으로서, 비틈 모멘트 또는 휨 모멘트의 형태로 수용하도록 하는 타입이 선택될 수 있다. 그러나, 항복 부분과 그에 따라 제동 효과를 발휘하는 충격 흡수장치의 부분에서 충격 부하가 인장력을 생성하는 설계가 바람직하다. 따라서, 적어도 일부가 형상-기억 재료로 설계되는 충격 흡수장치의 부분은 바람직하게는 인장 요소이고, 본발명에서 인장 요소는 충격 부하의 결과로서 기본적으로 일정한 반응력을 가지고, 부하 방향으로 연장하고, 힘 방출 이후 다시 원래의 형태를 취하는 하나 이상의 요소인 것으로 이해된다.

인장 요소의 디자인은 기본적으로 제한이 없다. 바람직하게는 인장 요소는 형상-기억 재료의 하나 이상의 와이어로 형성된다. 만약 여러 와이어가 인장 요소를 형성한다면, 이들은 서로 이격되어 배치되거나 및/또는 와이어 다발을 형성할 수 있다.

인장 요소로서의 와이어의 사용은 형상-기억 합금의 와이어가 비교적 값싼 반-완제품으로서 시판되고 있고, 인장 요소로서 사용될 때, 가장 바람직한 경우 소정의 길이까지만 절단되고 더 이상 가공할 필요가 없다는 점에서 유리하다. 인장 요소는 와이어 직경 및/또는 와이어 갯수를 적절히 선택함으로써 여러 제동 작업에서 간편하게 적응될 수 있다. 또한, 와이어는 종축 연장을 가로지르는 방향으로 일정한 유연성을 가져서 종축 연장 방향을 가로지르는 방향 또는 비스듬한 방향으로, 이에 의해 제동되거나 파손되는 인장 요소 없이, 힘이 인가될 수 있다.

본 발명에 따른 충격 흡수장치의 더욱 바람직한 디자인에서, 장착-측 부분은 자신과 결합하는 두 개의 인장 요소들 사이에서 인장이 가해지고, 여기서 이들 각각의 인장 요소는 서로 이격된 두 개의 기초 부분 섹션들 중 하나 상에 고정된다. 이에 의해, 각각의 경우 대표적으로 이들 기초 부분 섹션들 중 하나는 서로 마주보는 장착-측 부분 측 중 하나 상에 배치되고, 장착-측 부분을 기초 부분 중 하나에 접속시키는 적어도 하나의 인장 요소는 서로 마주보는 장착-측 부분의 이들 각각의 측면들 상에 고정된다. 이런 식으로 설계되어, 본 충격 흡수장치는 특정 방향으로 작용하는 충격 힘을 수용할 뿐만 아니라, 직경면에서 반대 방향으로 작용하는 충격 힘을 수용하는 위치에 있다. 또한, 이 설계를 갖는 충격 흡수장치는 하나 이상의 와이어로 형성된 인장 요소의 적용으로, 장착-측 부분 또는 장착될 물체가 중력 방향을 가로지르는 방향으로 이동하는 것을 방지할 수 있다.

또다른 실시예에서, 두 개의 인장 요소 사이의 장착-측 부분의 인장으로 인해, 각각의 경우 두 개의 인장 요소는 서로 쌍으로 장착-측 부분 상에 서로 마주보고 있거나 서로 균일하게 이격된 네 개의 와이어 또는 와이어 그룹에 의해 형성된다. 이들 와이어 또는 와이어 그룹은 장착-측 부분 상의 고정점이 기초 부분 섹션 상보다도 충격 흡수장치의 중앙 축에 더 멀리 떨어지도록, 충격 흡수장치의 중앙 축에 대해 비스듬히 정렬되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명에 따른 충격 흡수장치의 이 실시예에서 인장 요소의 이들 와이어 또는 와이어 그룹은 장착-측 부분과 기초 부분 섹션과 함께 피라미드, 바람직하게는 끝이 잘려진 피라미드에 걸쳐 있다. 와이어 또는 와이어 그룹의 비스듬한 정렬은 충격 흡수장치가 세 가지 모든 공간 좌표로 작용하는 충격 힘 성분을 수용할 수 있어서, 무한 방향의 충격 부하를 충격 흡수장치로 흡수할 수 있는 것을 가능하게 한다. 또한, 세 가지 공간 좌표 방향에서 개별 강도는 충격 흡수장치의 중앙 축에 대한 와이어 또는 와이어 그룹의 각진 정렬의 세팅을 통해, 경험될 부하 상황에 적응될 수 있다.

유용하게는, 충격 흡수장치의 장착-측 부분이 적어도 두 개의 인장 요소 사이에서 걸리면(suspended) 인장 요소는 바이어스된다. 충격 흡수장치의 스프링 강도는 이에 의해 증가하여, 충격 흡수장치의 정상 동작에 의해 장착-측 부분의 원하지 않는 이동을 회피할 수 있고, 이 부분의 보상 이동은 충격 부하가 있을 때만 수행된다.

바람직하게는 장착-측 부분이 기초 부분을 가이드하는 개구를 포함할 때 특히 콤팩트한 구조 형태의 충격 흡수장치를 달성할 수 있다. 특히 충격 흡수장치가 기초 부분의 중앙 축에 대해 가로지르는 방향 또는 비스듬한 방향으로 충격 부하를 수용할 때, 기초 부분은 자유로운 거리로 장착-측 부분의 개구를 통해 유리하게 가이드된다. 따라서, 이 디자인에 의해, 장착-측 부분 상에 형성된 개구의 단면이 개구를 통해 가이드되는 기초 부분의 단면보다 크게 되어, 충격 부하에 의해 야기되는 장착-측 부분의 보상 운동이 기초 부분의 중앙 축에 대해 수직 방향 또는 비스듬한 방향의 평면 내에서 가능하다.

바람직하게는 각각의 경우, 루프내로 감긴 하나 이상의 와이어가 인장 요소를 형성한다. 이에 의해, 와이어에 대한 고정 수단을 기초 부분 상 뿐만 아니라 장착-측 부분 상에도 형성하고, 각각의 경우 이 고정 수단 주위로 하나 이상의 와이어를 감는다. 바람직하게는 각각의 경우 장착-측 부분을 고정하기 위해 제공된 장착-측 부분와 기초 부분 섹션 상에 볼트를 제공하고, 이들 볼트는 루프에 작용하는 인장력의 방향에 대해 기본적으로 가로지르는 방향으로 정렬하고, 여기서 장착-측 부분을 기초 부분에 접속하기 위한 와이어를 이 볼트 주위로 감는다.

루프 내에 배치된 하나 또는 두 개의 볼트 상에 와이어 말단을 직접 고정함으로써 볼트 상에 와이어의 고정을 수행할 수 있다. 더욱 바람직하게는 두 개의 와이어 말단은 폐쇄된 루프를 형성하기 위해 서로 연결할 수 있어서, 와이어는 루프를 통해 고정 수단 상에 고정된다.

상기에서 기술한 바와 같이, 본 발명에 따른 충격 흡수장치는 운송 수단 내에 적용하기 위해 제공된다. 그러한 운송 수단, 특히 해상 운송 수단도 또한 본발명의 일부를 형성한다. 따라서, 예를 들면, 어떠한 물체 또는 설비뿐만 아니라, 데크와 같은 선박 구조의 일부도 본 발명에 따른 하나 이상의 충격 흡수장치에 의해 선박 내에 장착할 수 있어서, 충격 부하로부터 보호할 수 있다.

이하에서는, 도면에 나타낸 구체예에 의해 본발명을 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 충격 흡수장치를 나타내는 모식적 투시도이다.

도시된 충격 흡수장치의 필수적 부품은 와이어(6) 형태의 인장 요소(6)에 의해 서로 접속된 기초 부분(2)과 장착-측 부분(4)이다. 와이어(6)는 Ni-Ti 합금으로 형성된다. 기초 부분(2)은 각각의 경우 두 말단 상에 사각 판상 기초 부분 섹션(10, 10')이 배치되어 있는 실린더형 기초 부분 섹션(8)을 포함하는데, 여기서 기초 부분 섹션(10, 10')은 기초 부분 섹션(8)의 단면을 지나쳐서 연장한다. 기초 부분 섹션(10, 10')은 와이어(6)에 의해 장착-측 부분(4)을 고정하는 역할을 한다.

장착-측 부분(4)은 유사하게 사각 및 판형으로 설계되고, 부분(4)의 평면측에 대해 수직인 개구(12)를 중심에 포함한다. 실린더형 기초 부분 섹션(8)은 개구(12)를 통해 가이드되고, 개구의 내부 모서리는, 기초 부분 섹션(8)의 외부 직경과 비교하여 더 큰 개구(12)의 내부 직경으로 인해, 전체 주변에 걸쳐 기초 부분 섹션(8)으로부터 떨어져 있다.

각각의 경우 네 개의 개구(14)가 기초 부분 섹션(10, 10') 상에 형성되어 있고, 네 개의 개구(16)가 부분(4) 상에 형성되어 있다. 개구(14)뿐만 아니라 개구(16)는 기초 부분 섹션(10, 10') 또는 부분(4) 상에 배치되고, 각각의 경우 충격 흡수 장치의 중앙 축(A)에 대해 90°만큼 상쇄되고, 기초 부분 섹션(10, 10') 또는 부분(4)를 통해 중앙 축(A) 방향으로 연장한다. 각각의 경우 도면에 명시되지 않은 볼트를 각각의 개구(14, 16) 내에 배치하고, 이 볼트의 중앙 축은 기초 부분 섹션(10, 10') 또는 부분(4)의 평면측에 대해 평행하게 연장한다.

기초 부분(2) 상에 장착-측 부분(4)을 고정하기 위해, 각각의 경우 와이어(6)를 교차 루프의 형태로 기초 부분 섹션(10')의 볼트와 부분(4)의 볼트 주위로 여러번 감고, 비슷한 방법으로 각각의 경우 와이어(6)를 교차 루프의 형태로 기초 부분 섹션(10)의 볼트와 부분(4)의 볼트 주위로 여러번 감는다. 이런 식으로, 충격 흡수장치의 중앙 축(A)에 대한 장착-측 부분(4)은 기본적으로 기초 부분(2)의 기초 부분 섹션(10, 10') 사이에서 중심으로 인장 식으로 걸린다. 이에 의해, 와이어(6)를 바이어스한다. 이에 의해 루프 내로 감긴 와이어(6)를 충격 흡수장치의 중앙 축(A)에 대해 비스듬히 정렬시키는데, 장착-측 부분(4)의 개구(16) 내에 배치된 볼트는 기초 부분 섹션(10, 10')의 개구(14) 내에 배치된 볼트보다 중앙 축(A)에 대해 더욱 더 떨어져 있기 때문이다.

기초 부분 섹션(10)은 운송 수단 내에 충격 흡수장치를 고정시키는 역할을 한다. 이를 위해, 기초 부분 섹션(10)은 충격 흡수장치의 중앙 축(A)에 대해 평행하게 연장하고 각각의 경우 고정 나사를 수용하기 위해 제공되는 네 개의 보어(18)를 포함한다. 운송 수단 내 물체는 부분(4) 상에 진동-제동 방식으로 장착되고, 여기서 직접 또는 간접적으로 부분(4) 상에 나사 결합될 수 있다. 이를 위해 네 개의 보어(20)가 부분(4) 상에 형성되고, 이들 보어(20)를 통해 고정 나사가 가이드될 수 있다.

충격 흡수장치의 작용 방법은 다음과 같다:

만약 충격 부하가 예를 들면 기초 부분 섹션(10')과 마주보는 부분(4)의 평면측 상에 수직으로 작용하면, 부분(4)을 기초 부분 섹션(10')에 접속시키는 와이어(6)에 인장 부하가 걸리고 연장된다. 와이어(6) 상에 행해지는 일정한 힘으로 와이어(6)의 적용된 형상-기억 재료의 의사-탄성 특성으로 인해 이 연장을 실행하여, 이에 의해 장착-측 부분(4) 상에, 및 따라서 장착-측 부분(4)에 장착된 물체 상에 작용하는 힘과 가속도는 높은 내부 제동으로 제한된다. 충격 부하 후, 와이어(6)는 다시 최초의 형상을 가져서, 장착-측 부분(4)과 거기에 장착된 물체는 충격 부하 이전의 위치를 가진다. 와이어(6)에 의해 형성된 모든 인장 요소(6)의 충격 흡수장치의, 중앙 축(A)에 대해 비스듬한 정렬로 인해, 본 발명에 따른 충격 흡수장치는 어떠한 방향으로 작용하는 충격 부하를 수용하고 이들 부하를 제동하는 능력을 갖고, 여기서 기초 부분 섹션(8)의 외부 직경과 비교하여 상당히 더 큰 개구(12)의 내부 직경은 충격 흡수장치의 중앙 축(A)에 수직인 평면에서 수행되는 장착-측 부분(4)의 보상 운동을 또한 허용한다. 또한, 즉 충격 흡수장치가 충격 부하에 걸리지 않는 정상 동작시의 충격 흡수장치의 디자인은 물체의 거의 진동-없는 장착을 가능하게 한다.

2 기초 부분
4 장착-측 부분
6 인장 요소, 와이어
8 기초 부분 섹션
10,10' 기초 부분 섹션
12 개구
14 개구
16 개구
18 보어
20 보어
A 중앙 축

Claims

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운송 수단-측 기초 부분(2)과 진동-제동 방식으로 장착될 물체의 장착-측 부분(4) 사이에 배치되는 적어도 하나의 진동-제동 부분을 갖는, 운송 수단 내에 또는 운송 수단 상에, 물체를 장착하기 위한 충격 흡수장치에 있어서, 상기 진동-제동 부분은 적어도 일부가 형상-기억 재료로 형성되고, 상기 진동-제동 부분에서 상기 형상-기억 재료로 형성되는 일부가 인장 요소(6)를 형성하고,
상기 장착-측 부분(4)은, 서로 이격되는 두 개의 기초 부분 섹션(10, 10')에 각각 고정되어 상기 장착-측 부분(4)에 결합되는 두 개의 인장 요소(6) 사이에서 상기 인장 요소(6)에 의해 인장되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 5항에 있어서,
각각의 경우 인장 요소(6)는 네 개의 와이어(6) 또는 와이어(6)의 그룹에 의해 형성되고, 와이어들은 서로 쌍으로 장착-측 부분(4) 상에서 서로 마주보고 있거나 서로 균일하게 이격되고, 각각의 경우 이들 와이어(6) 또는 와이어(6) 그룹은 장착-측 부분(4) 상의 고정점이 기초 부분 섹션(10,10')에서보다도 충격 흡수장치의 중앙 축(A)에 더 멀리 떨어지도록, 충격 흡수장치의 중앙 축(A)에 대해 비스듬히 정렬되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 5항에 있어서,
상기 인장 요소(6)는 바이어스되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 5항에 있어서,
상기 장착-측 부분(4)은 기초 부분(2)을 가이드하는 개구(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 5항에 있어서,
상기 인장요소(6)는 형상-기억재료의 하나 이상의 와이어(6)로 형성되고,
기초 부분 섹션(2) 상 뿐만 아니라 장착-측 부분(4) 상에도 와이어(6)에 대한 고정 수단을 형성하고, 이 고정 수단 주위로 하나 이상의 와이어(6)가 와이어(6)의 말단이 서로 연결됨으로써 폐쇄 루프를 형성하면서 감겨있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 9항에 있어서,
상기 루프를 통해 상기 고정 수단 상에 와이어(6)가 고정되어 있는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 5항에 있어서,
상기 형상-기억 재료는 형상-기억 합금으로 이루어지고, 상기 형상-기억 합금은 니켈-티타늄 합금인 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 8항에 있어서,
상기 장착-측 부분(4)상에 형성된 개구(12)의 단면이 개구(12)를 통해 가이드되는 기초부분(2)의 단면보다 크게 되는 것을 특징으로 하는 충격 흡수장치.
제 5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 충격 흡수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 운송 수단.
제 5항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 충격 흡수장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 선박.