KR20030011273A - 평면요소 및 평면요소 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 샌드위치형 구성의 차체를 위한 평면 요소(2)의 제조방법에 관한 것이다. 상기 평면 요소는 외부표면(4) 및 험프 플레이트(6), 또한 이들 사이에 위치한 엣지 구역(8,10)을 포함한다. 본 발명의 방법에 따르면, 제1 단계는 적어도 부분적으로 기계적 결합법을 이용하여 엣지 구역(8,10)을 험프 플레이트(6)에 결합시키는 것이다. 제2 단계는 접착법으로 외부표면(4)에 험프 플레이트(6)를 결합시키는 것이고 제3 단계는 또한 적어도 부분적으로 기계적 결합법을 이용하여 엣지 구역(8,10)을 험프 플레이트(6)에 결합시키는 것이다. 이러한 방법 결과 고전단내성 및 고휨내성의 평면 요소를 얻을 수 있다.

Description

평면요소 및 평면요소 제조방법{FLAT ELEMENT AND METHOD FOR PRODUCING A FLAT ELEMENT}

궤도 차량의 구성에서, 디퍼런셜(differential) 구성으로 된 궤도 차량의 차체를 위한 구성부품을 제공하기 위하여 현재까지 통상적으로 널리 알려진 것은 프로파일 밖에서 결합된 프레임워크 혹은 격자구조에, 평면 요소가 텐션 및 압력에 대한 내력을 갖도록 하는 방식으로 프레임워크에 결합되는 외부표면을 제공하는 것이다. 격자 로드 사이의 면적에서 표면은 휨보강체(buckling stiffener)인 선형의 Z-형상 프로파일에 의해 내측에서 추가로 보강된다.

예를 들어, 평면 요소 및 이의 제조방법은 독일특허 195 21 892 C1에 공지되어 있다. 이 평면 요소는 두개의 커버 플레이트 및 상기 커버 플레이트를 보강하고이들을 강체 연결부를 통해 상호연결할 복수개의 립(rib)을 포함한다. 상기 립은 격자형으로 배열되어 셀(cell)을 형성한다. 강체 연결부는 이 경우 레이저 용접을 이용하여 열침투 결합에 의해 제작되며, 결합된 구성부품의 전체 길이에 걸쳐 연장되는 용접 이음부 형태로 실현된다.

캡형상으로 된 프로파일 노드에 의해 교차지점에서 중복되고 또한 성형고정(form-fitting) 및 재료 결합 방식으로 서로 결합된 캡-형상의 프로파일로 대형 차체 용도의 격자구조물을 제작 실현하는 것은 영국특허 885,279 에 공지되어 있다.

상술한 경우에서, 프레임워크 혹은 격자구조물의 제작을 위해, 외부표면에 이것을 결합하기 위해, 또한 후속으로 선형 휨보강체에 이것을 응용하기 위해 열결합법을 전적으로 혹은 일부 구역에서 이용한다. 이러한 결합법은 모두 고정밀도가 요구되고 따라서 프레임워크나 격자구조물 제작 과정에서 이에 상응하는 비용이 발생하며, 또한 공급되는 열은 모든 구성부품에 필요없는 텐션 및 왜곡을 유발하므로 원하는 형상 및 표면균일도를 갖는 평면 요소를 제조하고 또한 필요한 허용공차 범위를 유지하기 위한 재작업에 시간 및 비용이 소모된다.

또한, 심각한 열왜곡이 일어나 휨력이 크게 발생하고 표면의 품질에 나쁜 영향을 미친다. 이러한 왜곡을 보상하기 위해서는, 광역배치 및 클램핑 고정작업 및 새로운 연마작업을 통한 재구성이 필요하다. 크기 허용공차의 증가는 최종 조립체의 조정비용 상승을 유발한다. 공지의 결합법은 후속으로 우수한 내식처리를 요구하고 고가의 스텐레스강을 사용해야 한다. 적절한 평면상의 휨 내성을 일으키기 위해, 후속 처리시 평면 요소를 열적 인장하거나 이 요소에 프로파일 휨보강체를 제공해야 한다.

이에 더하여, 상기 결합방법은 이미 무기 혹은 유기 방식막을 함유하는 재료의 이용, 예컨대 이미 단열 혹은 최종착색 단계를 거친 사전제작된 대형 구성부품의 생산 및 다른 재료(섬유 합성재료를 포함한)를 이용한 복합 구성부품의 생산 등을 제한하거나 방지한다.

따라서, 궤도 차량의 제작에 있어서 열 결합법을 상온결합법(cold-joining method)으로 대체하려는 시도가 점차로 증가하고 있다.

격자구조물 및 선형 휨보강체를 아교접착법을 이용해 외부표면에 결합시키는 것은 독일 특허출원 195 01 805 A1 에서 개시하였다. 이 기술은 모든 응용분야에서 사용할 수 있는 것은 아니며 비용측면에서도 효과적이지 않다.

디퍼런셜 구성에서 상온결합법(예, 펀치 리벳)을 이용하여 적어도 부분적으로 생산가능하고 또한 서로 결합시킬 수 있는 평면 요소 모듈은 유럽 특허출원 0 855 978 A1 에 소개되었다. 이 기술은 때로 장비와 기구에 큰 지출경비가 요구되기도 하며 구성이 크게 제한되고 복잡하다.

차체 생산을 위한 이들 공지된 결합기술은 여러가지 단점을 안고있다. 중공형 챔버 프로파일은 설계 및 생산 비용이 많이 들고 허용공차 보상이 행해지지 않는다. 프로파일/평판 부분에 있는 평면 요소의 엣지의 설계도 역시 매우 복잡한 것으로 나타났다.

또한, 예를 들어 립으로 구성된 프레임의 제조는 복잡하고 비용이 많이 든다. 구조-지지 발포 코아(core)를 사용하는 것이 보통이며 따라서 아교접착으로만 결합되는 고비용의 발포재를 필요로 한다. 불가피하게, 엣지부에서 기계적 텐션이 정점을 이룬다.

특히 그 중에서도, 험프 플레이트(hump plate)를 사용하는 것이 공지 문헌에서 소개되었다 (P. Cordes, V. Huller; Modern Stahl-Leichtbaustrukturen fur den Schienenfahrzeugbau; Blech Rohre Profile [Modern Steel Lightweight Structures for Railway Vehicle Construction; Plate Tube Profile] 42 (1995) 12 pp.773-777). 상기 험프 플레이트에서, 평탄한 플레이트가 내부에 절두 원추체 혹은 피라미드형의 규정된 래스터가 형성되어 있는 2차 플레이트에 연결되어 있다. 평탄한 플레이트 및 험프 플레이트는 험프 바닥면 각각에서 스폿용접을 통해 서로 연결된다.

독일 특허출원 DE-AS 1 133 640은 모터차량의 차체에 대한 벽 구성부를 기술한다. 이 벽 구성부는 상호 연결된 한쌍의 쉘로 구성되는 것으로, 쉘 중 하나는 컵형 함몰부를 또다른 하나는 사실상 균일한 연속 표면을 가지며, 이러한 쉘들은 함몰부에서 상호 연결된다. 플라스틱 쉘이 사용된다면, 하나의 쉘의 함몰부 바닥은 다른쪽 쉘과 접착본드에 의해 결합된다. 쉘들이 오프셋 배열되는 경우, 결합된 표면 전체는 함몰부들 사이의 영역과 거의 동일하게 된다.

독일 특허출원 197 42 772 A1은 2층식 궤도차에서 상층과 하층을 구분하기 위한 중간바닥층을 포함한다. 중간 바닥층은 궤도차의 길이방향으로 한 면에서 다른 면까지 길이부 전체에 걸쳐 연장된다. 또한 차례대로 배열된 복수개의 편평한직사각형의 샌드위치 요소를 포함하며, 이것의 협소한 면도 궤도차의 길이방향으로 한 면에서 다른 면까지 연장되고 또한 궤도차의 길이 방향으로 이동하는 거더(girder) 상에 배치된다. 반면에, 상기 샌드위치 요소의 길이방향 면은 궤도차의 내부폭 중 적어도 일부에 걸쳐 횡방향으로 연장하는 유연성 있는 중공형 바아(bar)에 연결된다. 한 구현예에서, 상기 샌드위치형 요소는 셀 구조를 갖는 2개의 플레이트를 포함하고 각 플레이트 내에는 함몰부(depression)가 딥드로잉에 의해 형성된다. 함몰부의 팁이 서로 접촉 및 용접처리된다.

본 발명은 샌드위치형(적층형) 구조의 차체를 위한 평면 요소를 제조하는 방법에 관한 것이다.

차체, 예컨대 승객 수송 차량의 차체는 각종 구성부품으로 구성되어 있다. 이들 구성부품 중에는 평면 요소도 포함된다. 평면 요소는 다수개의 평판으로 조립 및 서로 결합될 반제품 형태로 된다. 결합방법으로는 스폿용접 및 종래의 전기아아크 용접 같은 각종 용접기술을 이용한다.

도 1은 샌드위치형 구성의 차체를 위한 평면 요소를 상세히 도시하는 평면도;

도 2는 도 1의 선(A-A)을 절단하여 도시한 단면도이다.

본 발명은 따라서, 샌드위치형 구성의 차체를 위하여 허용공차 여유치가 낮으며 고표면품질을 갖는 평면 요소를 제조하는 방법을 목적으로 한다. 또한 본 발명의 제조방법에 따라 제조된 평면 요소를 제공하는 것도 목적으로 한다.

상기 목적은 특허청구항 1의 특징을 갖는 샌드위치형 구성의 차체용 평면 요소를 제조하는 방법에 의해 달성된다.

또한, 상기 목적은 이러한 방식으로 제조한 평면 요소에 의해 달성된다.

평면요소의 고전단내성 및 휨 내성은 평면 요소 제조방법을 통해 달성된다.허용공차 여유치가 낮게 되며, 플레이트의 레벨링은 자발적으로 일어난다. 이 방법을 응용하면 다면형(multi-faceted) 기능통합을 달성할 수 있고 내식성 및 방음효과가 강화된다. 극저의 부품 허용공차는 상온결합법을 응용함으로써 달성된다. 덧붙여서, 배열, 샌드블라스트 작업, 클램프고정, 그라인딩 및 충전작업 등 노동집약적 공정이 필요없게 되어 재정적 측면에서 비용을 크게 절감할 수 있다. 또한, 자재비도 절약된다. 초벌코팅을 생략하고 언더코팅, 피복용 바니쉬 혹은 포일재만 사용하면 된다. 더욱더, 본 발명을 이용하여 복합 구성 및 모듈형 구성을 완성할 수 있다. 편형형 혹은 굴곡형 측벽과 같이 다양한 프로파일을 갖는 평면 요소를 생산할 수 있다.

바람직하게는, 기계적 결합이 제 1 및 제 3단계에서 사용된다. 용접법을 사용할 필요가 없으므로, 앞서 지적한 장점들이 더 최적의 상태가 된다. 기계적 결합을 통하여 접착체층이 벗겨지려는 힘이 회피될 수 있다.

상온결합법은 펀치 리벳 혹은 클린칭 등을 이용하여 수행한다. 펀치 리벳 및 클린칭의 조합도 생각할 수 있다. 이 결합기술에 따르면, 계산이 어렵고 용접시 반드시 일어나는 수축과정을 상온결합법 사용시 생략할 수 있으므로 결합부에서 저허용공차를 확보할 수 있다.

본 발명의 또다른 구현예에서, 직립물들은 제1 단계에서 외부표면으로부터 떨어져 마주보는 험프 플레이트의 측면상에서 안정화 되도록 배열 및 부착된다. 이러한 조립체로써, 상기 방법의 초기 단계에서도 평면 요소의 전생산공정을 간소화할 수 있다.

상기 험프 플레이트는 진공백(bag) 방법으로 외부표면에 아교접착되는 것이 바람직하다. 예를 들어 아교접착될 평판을 부분진공이 후속하여 형성될 기밀형 포장재 가령 필름에 도입할 수 있다. 진공백 방법을 응용하면, 편평한 면을 최고정밀도로 또한 저렴한 방식으로 형성할 수 있다. 이 방법은 평면 요소의 크기와는 무관한 것으로 밝혀졌다. 평면 요소의 크기에 의존하는 편평한 평면 요소를 제조하기위한 고비용의 개별 장치들은 필요하지 않다.

바람직한 세부 내용은 종속항에 기술된다.

본 발명은 첨부된 도면과 함께 실시 구현예를 기초하여 보다 상세히 기술된다.

도 1은 샌드위치형 구성의 차체를 위한 평면 요소(2)를 상세히 나타낸다. 평면 요소(2)는 도 2에 도시된 외부표면(4) 및 험프 플레이트(6)를 포함한다.

험프 플레이트(6)의 험프는 평면상에서, 수평 및 수직 교차열 혹은 대각선 교차열을 이루어 규칙적으로 배치된다.

엣지 프로파일(8,10)은 이 구현예에서 윈도우 및/또는 도어 프레임으로 실현되며, 험프 플레이트(6)에 대한 외부표면(4)의 기계적 부착을 위해 제공된다.

또한, 수직하는 직립물(12)들이 외부표면(4)으로부터 떨어져 마주보는 험프 플레이트면(6) 상에 고정되도록 배치된다. 평면 요소(2)가 천장 세로부재(14)와 차대 세로부재(16) 사이에서 클램핑 고정됨에 따라, 직립물들이 천장 세로부재(14) 및 차대 세로부재(16)와 직각을 이룬다.

도 1의 선(A-A)에 따라 절단한 평면 요소(2)의 단면이 도 2에 도시되어 있다. 본 발명의 샌드위치형 구성의 차체를 위한 평면 요소(2) 제조방법에 있어서, 제 1단계에서, 엣지 프로파일(8,10)의 제1 구역은 적어도 부분적인 기계적 결합법을 통해 험프 플레이트(6)와 결합된다. 이로써, 험프 플레이트(6)상에 배열된 직립물(12)들을 갖춘, 보강된 샌드위치형 내부 쉘은 이미 생산된 것과 같다.

제2 단계에서, 험프 플레이트(6)는 접착제(18)에 의해 외부표면(4)에 아교접착된다. 상기 아교접착은 진공백 방법으로 실행되는 것이 바람직하다. 그러나 상기 아교접착은 기타 방식으로 실행될 수도 있다. 또한, 절연재(20)는 외부표면(4) 및 험프 플레이트(6) 사이의 공간에 위치된다. 상기 구현예에서, 아교접착되는 조립체는 예를 들어 후속으로 부분진공이 발생할 필름과 같은, 기밀형 포장재에 도입된다. 그러나, 험프 플레이트는 다른 방식으로 외부표면상에 압압될 수도 있다.

제3 단계에서, 엣지 프로파일(8,10)의 제2 구역은 적어도 부분적으로 기계적 결합 방법을 통해 외부표면(4)과 결합된다. 제1 및 제3 구역을 완전히 기계적 결합시키기도 한다.

이 실시예에서, 제1 및 제3 단계의 상온결합은 펀치 리벳(22)을 통해 실행된다. 또다른 예시의 구현예(도시되지 않음)에서, 상온결합은 클린칭을 이용하여 실행된다. 그러나, 블라인드 리벳 같은 기타 상온결합기술이 사용될 수도 있다. 엣지 프로파일은 적어도 부분적으로 Z-프로파일을 갖는다.

본 발명에 따른 샌드위치형 구성의 차체를 위한 평면 요소(2)의 제조방법을 이용하여, 고전단내성 및 휨내성을 갖는 전체 평면 요소(2)를 제조할 수 있다. 아주 미소한 허용공차 여유치가 생기는 정도이며, 아교접착 공정을 통하여 외부 플레이트의 레벨링이 자동적으로 일어나게 된다.

Claims (11)

1. 제1 단계에서, 엣지 프로파일(8,10)의 제1 구역이 적어도 부분적으로 기계적 결합법을 사용함으로써 험프 플레이트(6)와 결합되고,

   제2 단계에서, 상기 험프 플레이트(6)가 외부표면(4)과 아교접착되고, 또한

   제3 단계에서, 외부표면(4)이 험프 플레이트(6)에 연결되도록 상기 엣지 프로파일(8,10)의 제2 구역이 적어도 부분적으로 기계적 결합법을 사용하여 외부표면(4)과 결합되는 것을 특징으로 하는 샌드위치형 구성의 차체를 위한 평면 요소(2)의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제1 단계 및 제3 단계가 전체적으로 상온결합을 통해 실행되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항 중 한 항에 있어서,

   펀치 리벳을 이용하는 상온결합을 특징으로 하는 제조방법.
4. 제 1항 또는 제 2항 중 한 항에 있어서,

   클린칭을 이용하는 상온결합을 특징으로 하는 제조방법.
5. 제 1항 내지 제 4항 중 한 항에 있어서,

   상기 제1 단계에서, 직립물(12)들이 외부표면(4)에서 떨어져 마주보는 험프 플레이트면(4) 상에 고정되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 한 항에 있어서,

   상기 험프 플레이트(6)가 진공백법에 의해 외부표면(4)과 아교접착되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 한 항에 있어서,

   상기 엣지 프로파일(8,10)들이 적어도 부분적으로 Z-프로파일로 실현되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제 1항 내지 제 7항의 방법에 따라 제조되는 것을 특징으로 하는 평면 요소(2).
9. 제 8항에 있어서,

   상기 험프 플레이트(6)가 외부표면(4)에 연결되어 전단 내성을 갖게 되는 것을 특징으로 하는 평면 요소.
10. 제 9항에 있어서,

    상기 험프 플레이트(6)의 험프가 평면상에서 수평 및 수직 교차열을 이루어 규칙적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 평면 요소(2).
11. 제 9항에 있어서,

    상기 험프 플레이트(6)의 험프가 평면상에서 대각선 교차열을 이루는 규칙적인 배열인 것을 특징으로 하는 평면 요소(2).