KR20190066999A - 복합재 스프링 서스펜션 - Google Patents

Abstract

본 발명에 의한 복합재 스프링 서스펜션은, 차체와 휠 사이를 탄성적으로 매개하는 복합재 스프링 서스펜션으로서, 강화섬유에 수지가 함침되어 제조되고, 길이방향 양단이 러버 스프링에 의해 지지되는 복합재 스프링, 상기 복합재 스프링의 중앙부에 설치되는 언더새들, 상기 복합재 스프링의 중앙부에 설치되어 상기 언더새들과 결합되는 어퍼새들 및 상기 어퍼새들에서 상기 복합재 스프링의 길이방향으로 연장되어 형성되고, 상기 복합재스프링의 변형에 의해 상기 복합재스프링과 상기 어퍼새들 사이에 접촉이 발생할 때 상기 복합재 스프링을 길이방향으로 파단시키도록 가압하는 파단유도부를 포함한다.

Description

복합재 스프링 서스펜션 {SPRING SUSPENSION OF COMPOSITE MATERIAL}

본 발명은 복합재 스프링 서스펜션에 관한 것으로, 보다 상세하게는 횡방향 파단을 방지할 수 있는 복합재 스프링 서스펜션에 관한 것이다.

덤프트럭과 같은 대형트럭은 비포장 험로의 주행을 위해 후륜에 2개의 축이 적용되어 동일한 하중을 지지하도록 구성되어 있다.

상기와 같이 후륜 2축을 갖는 대형트럭의 후륜 현가장치는 후륜측 프론트액슬 및 후륜측 리어액슬에 각각 결합되도록 장착된 한 쌍의 러버스프링, 전후방향으로 배치되어서 양단이 상기 러버스프링을 연결하도록 결합된 스프링부재를 포함한다.

상기 스프링부재의 길이방향 중간부위에는 트러니언 샤프트를 구비한 트러니언 베이스가 위치하고, 트러니언 베이스는 차체 프레임과 조립되며, 트러니언 샤프트에는 유볼트새들(로워새들)이 회전 가능하게 조립되고, 유볼트새들은 스프링브라켓(어퍼새들)과 함께 스프링부재의 중앙부를 유볼트 및 너트로 체결하여 고정하고 있다.

상기 스프링부재는 스틸(steel) 재질로 된 다판의 리프 스프링으로 구성될 수 있고, 또는 유리섬유나 탄소섬유 등이 함유된 단일 구성품인 복합재 스프링으로 구성될 수도 있는 바, 스틸 재질로 된 다판의 리프 스프링은 가격 대비 내구성 확보에 유리하고, 복합재 스프링은 중량 경감 및 연비 향상에 유리하다.

한편, 복합재 스프링은 횡방향, 즉 섬유의 배향 방향과 수직한 방향으로 파단될 경우 서스펜션 구조 전체가 변형되어 운행이 불가능해진다. 반면, 종방향, 즉 섬유의 배향 방향과 평행한 방향으로 파단될 경우 차체가 아래로 내려앉는 등의 문제가 발생하기는 하지만, 최소한의 운행은 가능하게 된다.

즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 유볼트(30)로 체결되어 있는 로워새들(10)과 어퍼새들(20) 사이에 고정되어 있는 복합재 스프링(40)이 횡방향 파단, 즉 길이방향과 수직으로 꺽이게 될 경우 차체를 제대로 지지할 수 없기 때문에 운행이 불가능해지게 되는 것이다.

복합재 스프링(100)의 양단은 차량의 휠, 구체적으로는 차량의 전후 방향으로 이격된 한 쌍의 후륜에 각각 결합되고, 중앙 부분은 차체에 결합되어 있는 바, 차량의 하중이 증가할수록 복합재 스프링(100)의 양단이 아래에서 위쪽 방향으로 변형되게 된다.

복합재 스프링(100) 또는 어퍼패드(21)에 문제가 없을 때에는 최대하중 상태에서도 복합재 스프링(100)과 어퍼새들(20)이 직접적으로 접하지 않아야 한다. 그러나 차량의 운행에 따라 복합재 스프링(100) 또는 어퍼패드(21)가 마모되면서 어퍼새들(20)의 가장자리 부분이 복합재 스프링(100)을 직접적으로 가압하게 된다. 이로 인해, 복합재 스프링(100)과 어퍼새들(20)이 접하는 부위를 중심으로 크랙이 성장하여 횡방향 파단이 일어나게 된다.

따라서, 횡방향 파단이 일어나기 전에 종방향 파단을 유도하여 최소한의 운행이 가능한 상태를 유지함으로써, 문제 발생시 수리 장소까지 차량을 이동시킬 수 있는 새로운 서스펜션 구조가 요구되고 있는 실정이다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

KR 10-2001-0059074 A (2001.07.06)

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 복합재 스프링의 마모에 의해 파단될 때 파단 방향을 종방향으로 유도할 수 있는 복합재 스프링 서스펜션을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 복합재 스프링 서스펜션은, 차체와 휠 사이를 탄성적으로 매개하는 복합재 스프링 서스펜션으로서, 강화섬유에 수지가 함침되어 제조되고, 길이방향 양단이 러버 스프링에 의해 지지되는 복합재 스프링, 상기 복합재 스프링의 중앙부에 설치되는 언더새들, 상기 복합재 스프링의 중앙부에 설치되어 상기 언더새들과 결합되는 어퍼새들 및 상기 어퍼새들에서 상기 복합재 스프링의 길이방향으로 연장되어 형성되고, 상기 복합재스프링의 변형에 의해 상기 복합재스프링과 상기 어퍼새들 사이에 접촉이 발생할 때 상기 복합재 스프링을 길이방향으로 파단시키도록 가압하는 파단유도부를 포함한다.

상기 어퍼새들과 상기 복합재 스프링의 사이에 설치되어 상기 복합재 스프링을 보호하는 어퍼패드를 더 포함하고, 상기 파단유도부는, 상기 어퍼새들의 하면보다 낮은 위치까지 돌출되도록 형성되어 상기 어퍼새들보다 먼저 상기 복합재 스프링과 접할 수 있다.

상기 파단유도부는, 상기 어퍼새들에서 상기 복합재 스프링의 길이방향을 따라 양방향으로 각각 연장되어 형성된 브라켓과, 상기 브라켓에서 상기 복합재 스프링 방향으로 연장되되 상기 복합재 스프링에 가까워질수록 그 폭이 좁아지도록 형성된 블레이드를 포함할 수 있다.

상기 복합재 스프링에는, 길이방향을 따라 파단유도홈이 형성되어 상기 파단유도부에 의해 가압될 때 길이방향으로 파단되도록 유도할 수 있다.

상기 파단유도홈은, 상기 파단유도부와 접하는 위치에 형성될 수 있다.

상기 복합재 스프링에는, 상기 파단유도홈과 별도로 길이 방향을 따라 복수 개의 파단보조홈이 나란히 형성되어, 상기 복합재 스프링이 상기 파단유도부에 의해 파단되기 시작할 때 길이방향으로 파단되는 것을 유도할 수 있다.

본 발명에 의한 복합재 스프링 서스펜션에 따르면 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 복합재 스프링이 마모되어 가압, 마찰될 때 파단되는 방향을 종방향으로 유도하여 파단되더라도 운행이 가능한 상태를 유지할 수 있다.

둘째, 어퍼새들의 구조를 변경하여 적용할 수 있으므로 종래의 차량에 적용이 간편하다.

도 1은 종래의 복합재 스프링에 횡방향 파단이 발생한 모습을 나타낸 사진,
도 2는 하중에 따라 복합재 스프링이 변형되는 모습을 나타낸 도면,
도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 복합재 스프링 서스펜션을 나타낸 도면,
도 5는 어퍼새들과 파단유도부를 나타낸 도면,
도 6은 파단유도부의 블레이드가 복합재 스프링과 접하는 모습을 나타낸 도면,
도 7은 파단유도부에 의해 종방향으로 파단된 복합재 스프링의 모습을 나타낸 도면,
도 8은 복합재 스프링에 파단유도홈이 형성된 모습을 나타낸 도면,
도 9는 복합재 스프링에 파단보조홈이 형성된 모습을 나타낸 사진이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 복합재 스프링 서스펜션에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 종래의 복합재 스프링에 파단이 발생한 모습을 나타낸 사진이고, 도 2는 하중에 따라 복합재 스프링이 변형되는 모습을 나타낸 도면이며, 도 3 및 도 4는 본 발명에 따른 복합재 스프링 서스펜션을 나타낸 도면이고, 도 5는 어퍼새들과 파단유도부를 나타낸 도면이며, 도 6은 파단유도부의 블레이드가 복합재 스프링과 접하는 모습을 나타낸 도면이고, 도 7은 파단유도부에 의해 종방향으로 파단된 복합재 스프링의 모습을 나타낸 도면이며, 도 8은 복합재 스프링에 파단유도홈이 형성된 모습을 나타낸 도면이고, 도 9는 복합재 스프링에 파단보조홈이 형성된 모습을 나타낸 사진이다.

도 1 내지 4에 도시된 바와 같이, 본 발명은 복합재 스프링(100), 로워새들(10), 어퍼새들(20) 및 파단유도부(200)를 포함하여 구성된다.

이 중에서 특히, 어퍼새들(20)에서 돌출되어 구성된 파단유도부(200)와, 종방향 파단을 유도하기 위한 복합재 스프링(100)의 형상에 본 발명의 특징이 있다.

복합재 스프링(100)은 강화섬유, 예를 들어 탄소섬유, 유리섬유 등에 수지, 예를 들어 열가소성 수지를 함침시켜 제조되는 것이다. 이때 강화섬유가 일방향으로 배향된다면, 복합재 스프링(100)의 길이방향, 즉 복합재 스프링(100)의 양단에 결합되는 러버스프링(50) 사이를 잇는 방향을 따라 길게 형성되는 것이 바람직할 것이다.

복합재 스프링(100)은 또한 강화섬유를 이용하여 직조한 직물에 수지를 함침시킨 프리프레그를 복수 층 적층하여 구성될 수도 있다. 강화섬유를 여러 방향으로 배향시켜 직물로 직조하면, 여러 방향에 대한 인장강도가 평준화되어 복합적인 방향에서 가해지는 하중에 대한 저항성이 증가하게 된다.

복합재 스프링(100)을 프리프레그를 적층시켜 구성할 경우, 높이 방향, 즉 차량의 상하 방향으로 복수 개의 프리프레그를 적층시켜 구성할 수 있다. 복합재 스프링(100)은 중앙 부분이 두껍고 양단 부분이 얇은 바 형상으로 형성되는데, 이는 중앙 부분에 트러니언 베이스가 결합되기 때문에 이 결합부에서 발생되는 하중에 저항할 수 있도록 중앙 부분의 강도를 보강해야 하기 때문이다.

로워새들(10)은 복합재 스프링(100)의 하단을 지지하는 구성이고, 로워새들(10)과 복합재 스프링(100) 사이에 연질의 로워패드(11)가 삽입되어 로워새들(10)과의 직접적인 접촉을 막고, 충격 및 마찰에 의한 복합재 스프링(100)의 파손을 방지할 수 있다.

어퍼새들(20)은 복합재 스프링(100)의 상단을 지지하는 구성이고, 로워새들(10)과 유사하게 어퍼새들(20)과 복합재 스프링(100)의 사이에는 연질의 어퍼패드(21)가 삽입될 수 있다.

로워새들(10)과 어퍼새들(20)은 유볼트(30)를 이용하여 체결되어, 로워새들(10)과 어퍼새들(20) 사이에 복합재 스프링(100)이 고정되도록 설치된다. 복합재 스프링(100)은 차량의 적재량에 따라 도 2에 도시된 공차 상태(100)에서 적재 상태(100a), 최대하중 상태(100b)로 변화할 수 있다.

도 5 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 파단유도부(200)는 어퍼새들(20)에서 복합재 스프링(100)의 길이방향을 따라 연장되도록 형성된 구성으로서, 복합재 스프링(100)이 변형될 때 어퍼새들(20)에 앞서 복합재 스프링(100)과 접하면서 복합재 스프링(100)의 종방향 파단을 유도하기 위한 구성이다.

이를 위하여, 파단유도부(200)는 어퍼새들(20)에서 복합재 스프링(100)의 길이방향으로 연장되는 브라켓(210)과, 브라켓(210)의 하방에 형성되어 복합재 스프링(100)에 가까워질수록 폭이 감소하도록 형성된 블레이드(220)를 포함하여 구성된다.

브라켓(210)은 블레이드(220)를 적절한 위치에 배치시키기 위해 어퍼새들(20)로부터 연장되는 구성으로서, 어퍼새들(20)과 블레이드(220) 사이를 매개하게 된다.

블레이드(220)는 복합재 스프링(100)의 종방향 파단을 유도하기 위한 핵심적인 구성으로서, 브라켓(210)으로부터 복합재 스프링(100) 방향으로 가까워질수록 폭이 감소하도록 형성되어, 그 첨단에는 복합재 스프링(100)의 길이방향을 따라 길게 형성된 일종의 칼날부가 형성된다.

이러한 블레이드(220)가 어퍼새들(20)에 앞서 복합재 스프링(100)과 접하면서 가압함으로써, 길이방향을 따라 복합재 스프링(100)을 쪼개면서 종방향 파단을 유도하게 된다.

복합재 스프링(100)이 횡방향 파단을 일으킬 경우에는 차량을 전혀 제어할 수 없게 되어 사고를 피할 수 없지만, 종방향 파단을 일으킬 경우에는 차체가 내려앉는 등의 문제가 발생함에도 불구하고 최소한의 제어는 가능하기 때문에 치명적인 사고를 방지할 수 있게 된다.

파단유도부(200)가 더 효과적으로 종방향 파단을 유도할 수 있도록, 블레이드(220)의 첨단은 어퍼새들(20)의 하단보다 낮은 위치까지 돌출되는 것이 바람직하다. 이렇게 블레이드(220)가 어퍼새들(20)보다 아래쪽으로 돌출되면, 블레이드(220)가 어퍼새들(20)보다 먼저 복합재 스프링(100)과 접하게 되면서, 확실하게 종방향 파단을 유도할 수 있게 되는 것이다.

도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 복합재 스프링(100)에는 종방향 파단을 유도하기 위한 파단유도홈(110) 및 파단보조홈(120)이 형성될 수 있다.

파단유도홈(110)은 파단유도부(200)의 블레이드(220)가 복합재 스프링(100)과 접하는 위치에 형성되어, 블레이드(220)에 의해 파단이 시작되는 것을 돕기 위한 구성이다. 파단유도홈(110)은 블레이드(220)의 길이 및 폭과 대응되는 크기의 오목홈으로 형성되고, 가장 깊은 곳의 형상이 예각을 이루도록 가공되어 파단유도홈(110)에 삽입된 블레이드(220)가 쐐기 역할을 하여 복합재 스프링(100)을 쉽게 파단시킬 수 있도록 한다.

파단보조홈(120)은 파단유도홈(110)과 별도로 복합재 스프링(100)의 길이 방향을 따라 복수 개가 형성된 오목홈이다. 파단보조홈(120)은 파단유도홈(110)에서 시작된 파단이 복합재 스프링(100)의 횡방향으로 성장하지 않도록, 파단 방향을 복합재 스프링(100)의 길이방향 양단까지 유도하기 위한 구성이다.

이러한 파단보조홈(120)이 형성되어 있지 않다면, 복합재 스프링(100)의 중앙 부분에서 시작된 파단이 길이방향으로 성장하다가 폭방향으로 변형되어 횡방향 파단을 일으킬 수도 있을 것이다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 로워새들 11: 로워패드
20: 어퍼새들 21: 어퍼패드
30: 유볼트 40: 복합재 스프링(종래)
100: 복합재 스프링 100a: 복합재 스프링(적재상태)
100b: 복합재 스프링(최대적재상태)
110: 파단유도홈 120: 파단보조홈
200: 파단유도부 210: 브라켓
220: 블레이드 C: 종방향 파단부

Claims (6)

1. 차체와 휠 사이를 탄성적으로 매개하는 복합재 스프링 서스펜션으로서,
   강화섬유에 수지가 함침되어 제조되고, 길이방향 양단이 러버 스프링에 의해 지지되는 복합재 스프링;
   상기 복합재 스프링의 중앙부에 설치되는 언더새들;
   상기 복합재 스프링의 중앙부에 설치되어 상기 언더새들과 결합되는 어퍼새들; 및
   상기 어퍼새들에서 상기 복합재 스프링의 길이방향으로 연장되어 형성되고, 상기 복합재스프링의 변형에 의해 상기 복합재스프링과 상기 어퍼새들 사이에 접촉이 발생할 때 상기 복합재 스프링을 길이방향으로 파단시키도록 가압하는 파단유도부;를 포함하는, 복합재 스프링 서스펜션.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 어퍼새들과 상기 복합재 스프링의 사이에 설치되어 상기 복합재 스프링을 보호하는 어퍼패드를 더 포함하고,
   상기 파단유도부는, 상기 어퍼새들의 하면보다 낮은 위치까지 돌출되도록 형성되어 상기 어퍼새들보다 먼저 상기 복합재 스프링과 접할 수 있는 것을 특징으로 하는, 복합재 스프링 서스펜션.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 파단유도부는, 상기 어퍼새들에서 상기 복합재 스프링의 길이방향을 따라 양방향으로 각각 연장되어 형성된 브라켓과, 상기 브라켓에서 상기 복합재 스프링 방향으로 연장되되 상기 복합재 스프링에 가까워질수록 그 폭이 좁아지도록 형성된 블레이드를 포함하는 것을 특징으로 하는, 복합재 스프링 서스펜션.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 복합재 스프링에는, 길이방향을 따라 파단유도홈이 형성되어 상기 파단유도부에 의해 가압될 때 길이방향으로 파단되도록 유도하는 것을 특징으로 하는, 복합재 스프링 서스펜션.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 파단유도홈은, 상기 파단유도부와 접하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는, 복합재 스프링 서스펜션.
   
6. 청구항 4에 있어서,
   상기 복합재 스프링에는, 상기 파단유도홈과 별도로 길이 방향을 따라 복수 개의 파단보조홈이 나란히 형성되어, 상기 복합재 스프링이 상기 파단유도부에 의해 파단되기 시작할 때 길이방향으로 파단되는 것을 유도하는 것을 특징으로 하는, 복합재 스프링 서스펜션.
   

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