KR100766361B1 - 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체 및 이의제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 철도차량 차체를 복합소재로 구성하되 차체의 강성을 보강함과 동시에 차체의 내부에 내장재를 용이하게 설치할 수 있는 구조를 가지는 철도차량 차체와 그와 같은 철도차량 차체의 제조 방법에 관한 것으로, 철도차량의 차체 강도를 확보하기 위한 다수의 보강부재가 일체로 형성되되 그 보강부재에는 내장재를 고정하기 위한 다수의 결합공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 내장재 설치용 보강부재가 차체를 제작시에 1번의 성형으로 함께 제작되기 때문에 종래의 금속재나 복합소재로 이루어지는 차체에 내장재를 설치하는 경우 필요했던 브라켓의 용접 및 구멍 가공 등과 같은 부수적인 작업이 필요없어 내장재 작업이 용이한 장점을 가진다.
철도차량, 차체, 프레임, 내장재
Description
도 1은 일반적인 철도차량의 차체를 도시한 도면.
도 2는 일반적인 철도차량의 차체 상단 연결부위를 도시한 단면도.
도 3은 일반적인 철도차량의 차체 하단 연결부위를 도시한 단면도.
도 4는 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체의 단면을 도시한 도면.
도 5는 본 발명에 따른 보강부재를 확대 도시한 도면.
도 6은 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체 내부에 내장재를 설치하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면.
도 7은 본 발명에 따른 차체의 보강부재에 내장재를 설치한 상태의 요부 단면도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
100: 차체 110: 언더프레임
120: 상부프레임 122: 사이드프레임
124: 천정프레임 125: 보강부재
125a: 플렌지부 125b: 리브
125c: 결합공 200: 내장재
본 발명은 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 철도차량 차체를 복합소재로 구성하되 차체의 강성을 보강함과 동시에 차체의 내부에 내장재를 용이하게 설치할 수 있는 구조를 가지는 철도차량 차체와 그와 같은 철도차량 차체의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량의 차체는 도 1에 도시한 바와 같이 바닥을 구성하는 언더프레임(110)과, 그 언더프레임(110)의 상부에 구비되는 상부프레임(120)으로 이루어진다. 이때, 상기 상부프레임(120)은 상기 언더프레임(110)의 양측단부에 수직방형으로 구비되어 벽체를 형성하는 사이드프레임(122)과, 그 사이드프레임(122)의 상단에 수평방향으로 구비되는 천정프레임(124)으로 이루어지며, 그 내외측면에는 내장재 또는 외장재로 마감처리를 하게 된다.
이와 같은 철도차량의 차체(100)는 종래에는 금속재를 이용하여 구성되어 철도차량 차체(100)의 내부에 내장재를 설치하기 위해서는 내장재 설치위치에 별도의 브라켓을 용접에 의해 설치하고, 그와 같은 브라켓에 체결용 탭이나 홀을 별도로 가공한 후, 그와 같은 브라켓에 내장재를 볼트나 리벳과 같은 체결수단으로 체결하여 고정시키게 된다. 그런데, 이와 같은 브라켓은 일정간격을 유지하며 다수가 설치되는 것으로 이는 차체의 중량을 증가시키고, 작업 공정의 증가로 인해 작업시간의 증가 및 작업능률의 저하를 유발하는 문제점을 가지고 있다.
한편, 최근에는 철도차량 차체의 경량(輕量)화를 위해 복합소재를 적용하여 철도차량 차체를 제작하기도 하는데 이는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 복합소재로 이루어지는 내외판(130,131)의 내부에 폼코어나 알루미늄 허니콤(132)을 삽입한 샌드위치패널을 이용하여 철도차량 차체(100)의 언더프레임(110)과 사이드프레임(122) 및 천정프레임(124)을 제작하여 접착제를 이용, 결합하여 철도차량의 차체(100)를 완성하게 된다. 즉, 언더프레임(100)의 측단부 및 사이드프레임(122)의 하단부에 접착제를 도포한 후 부착하여 결합시키고, 사이드프레임(122)의 상단부 및 천정프레임(124)의 측단부에 접착제를 도포한 후 부착하여 결합시키는 과정을 통해 철도차량 차체(100)를 완성하게 된다. 그런데 이와 같은 샌드위치패널 구조를 이용하여 철도차량 차체(100)을 제작하는 경우 별도의 금속재 프레임들을 내장재 설치 위치에 삽입하고 성형하여 그 금속재 프레임에 탭이나 홀을 가공한 후, 그 탭이나 홀 위치에 내장재 설치용 브라켓을 설치하고 이 설치 브라켓과 내장재를 볼트나 리벳과 같은 체결수단으로 체결하게 되는데, 이 경우에도 금속재 프레임에 의한 중량의 증가는 물론이고, 탭이나 홀의 가공에 따른 작업공정의 증가로 인해 작업시간의 증가 및 작업능률의 저하를 유발하는 문제점을 여전히 가지고 있다.
따라서, 본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 철도차량 차체를 복합소재로 구성하여 경량화를 극대화하면서 철도차량 차체의 강도 및 강성을 확보하고 내장재의 설치가 용이한 구조를 가지는 철도차량의 차체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 차체의 상부프레임을 일체로 동시성형하여 제작 시간을 단축하고 부식에 대한 저항성을 향상시키는 보강부재가 구비된 철도차량의 차체 및 이의 제조 방법을 제공하는데 있다.
이와 같은 본 발명은 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체에 관한 것으로;
복합소재로 이루어지는 철도차량의 차체에 있어서, 상기 차체에는 차체의 강도를 확보하기 위한 다수의 보강부재가 일체로 형성되되, 그 보강부재에는 내장재를 고정하기 위한 다수의 결합공이 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 보강부재는 내장재가 설치되는 다수의 결합공이 형성되는 플렌지부와, 그 플렌지부와 차체를 연결하는 리브로 이루어진 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 보강부재의 플렌지부에 생성된 결합공은 내주연에 암나사산이 형성된 체결용 탭이 일체로 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 차체를 구성하는 복합소재는 강화섬유와 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적층하여 제작하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 강화섬유는 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 기지재료는 에폭시, 폴리에스터 또는 페놀 중에 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 보강부재는 차체를 구성하는 복합소재는 "I"자형 또는 "ㄷ"자형인 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명은 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체의 제조 방법에 관한 것으로;
강화섬유와 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적층시켜 철도차량 차체를 성형시에 강도를 확보하기 위한 다수의 보강부재를 동시에 성형하되 상기 보강부재의 표면에 펀치를 이용해서 원공을 생성하는 제1 단계와, 상기 원공이 생성되면 그 원공에 내장재를 체결할 수 있는 체결용 탭을 삽입하고 동시성형하는 제2 단계와, 상기 제2 단계를 거치면서 결합공이 포함된 보강부재가 일체로 형성되는 상부프레임이 완성되면 언더프레임과 결합하여 차체를 완성시키는 제3 단계로 이루어진 것을 특징으로 한다.
여기서, 철도차량의 차체가 완성되면, 내장재를 설치하는 제4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제4 단계는 브라켓을 내장재의 이면에 일체로 결합시킨 상태에서 브라켓의 타측부를 보강부재 플렌지부의 이면에 걸쳐 체결수단인 볼트를 브라켓의 관통공과 플렌지부의 체결공을 차례대로 관통시켜 결합 고정시키는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체 및 이의 제조 방법을 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 기술되는 실시예에 의하여 그 특징들을 이해할 수 있을 것이다.
이때, 도 4는 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체의 단면을 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명에 따른 보강부재를 확대 도시한 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체 내부에 내장재를 설치하는 과정을 설명하기 위해 도시한 도면이고, 도 7은 본 발명에 따른 차체의 보강부재에 내장재를 설치한 상태의 요부 단면도이다.
도 4 내지 도 6에 의하면, 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체(100)는 철도차량의 바닥부분을 구성하는 언더프레임(110)과, 그 언더프레임(110)의 양측단부(110a,110b)에 하단부(120a,120b)가 결합되어 일정한 공간부(150)를 형성하되 복합소재로 이루어지는 상부프레임(120)으로 이루어진다.
이때, 상기 상부프레임(120)은 상기 언더프레임(122)의 양측단부에 수직방향으로 구비되어 철도차량의 벽체를 형성하되 다수의 도어틀 및 창틀이 일정 간격을 유지하며 형성되는 사이드프레임(122)과, 그 사이드프레임(122)의 상단에 수평방향으로 구비되는 천정프레임(124)으로 이루어지는데, 상기 사이드프레임(122)과 천정프레임(124)은 일체로 이루어진다.
한편, 상기 상부프레임(120)을 구성하는 복합소재는 강화섬유와 기지재료로 이루어지는데, 상기 강화섬유는 탄소섬유, 유리섬유 및 아라미드 섬유 등이 사용될 수 있며, 상기 기지재료는 에폭시, 폴리에스터 및 페놀 등이 사용된다. 이때, 상기 언더프레임(110)은 상기 상부프레임과 동일하게 복합소재로 이루어지거나 또는 알루미늄 압출재로 구성함이 바람직하다.
이와 같이 강화섬유와 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적층하여 제작되는 복합소재로 이루어지는 상부프레임(120)은 제작된 차체(100)의 강도 및 강성을 확보하기 위해 "I"자형과 같은 보강부재(stiffener)(125)를 동시에 성형하여 추가하게 된다. 물론, 상기 보강부재(125)는 "I"자형 뿐만아니라 "ㄷ"자형 등 다양한 구조로 이루어짐도 바람직하다.
이때, 상기 보강부재(125)는 철도차량 차체(100)의 강성을 증가시킬 뿐만 아니라 내장재(200) 설치를 위한 브라켓(bracket)의 기능도 함께 가지는 것으로, 상기 보강부재(125)는 내장재(200)가 설치되는 플렌지부(125a)와, 그 플렌지부(125a)와 차체(100)를 연결하는 리브(125b)로 이루어진다.
이때, 상기 플렌지부(125a)에는 다수의 결합공(125c)이 형성되어 내장 재(200)를 볼트와 같은 체결수단(300)으로 고정하게 된다.
한편, 상기 보강부재(125)의 플렌지부(125a)에 생성된 결합공(125c)은 복합소재로 이루어지는 차체(100)의 구성을 위한 강화섬유를 수지에 함침하여 반경화시킨 프리프레그로 적층하는 단계에서 프리프레그 표면에 펀치(punch)를 이용해서 원공을 생성하게 된다. 이렇게 생성된 원공에 내장재 체결용 탭(135)을 삽입하고 동시성형하여 내장재(200)가 설치가능한 결합공(125c)이 포함된 보강부재(125)를 제작하게 된다.
이때, 상기 체결용 탭(135)은 내주연에 암나사산(미도시됨)이 형성되어 체결수단(300)인 볼트의 수나사산(300a)과 치합된다.
이와 같이 차체(100)에 결합공(125c)을 가지는 보강부재(125)를 일체로 형성하므로서 차체(100)의 무게 증가를 현저히 줄이는 장점을 가진다.
한편, 도 6은 철도차량 차체(100)에 일체로 형성되는 보강부재(125)에 내장재(200)를 설치하는 상태를 도시한 도면으로, 보강부재(125)의 플렌지부(125a)에 내장재(200)를 설치하기 전에 내장재(200)의 이면(裏面)에 대략 "ㄷ"자 형상의 브라켓(210)의 일측부(210a)를 고정볼트(301)로 고정시키게 된다.
이와 같이 브라켓(210)을 내장재(200)의 이면에 일체로 결합시킨 상태에서 브라켓(210)의 타측부(210b)를 보강부재(125)의 플렌지부(125a)에 고정시킨다. 이때, 상기 브라켓(210)의 타측부(210b)에는 체결수단(300)이 관통되는 관통공(210c)이 형성된다. 따라서, 상기 체결수단(300)은 브라켓(210)의 관통공(210c)을 관통하 고, 플렌지부(125a)의 체결공(125c)에 형성된 체결용 탭(135)에 치합되어 결합 고정된다.
이하, 도 6 및 도 7을 참고로 본 발명에 따른 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체에 내장재를 조립하는 과정을 설명한다.
먼저, 철도차량의 차체(100)를 구성하는 언더프레임(110)과, 그 언더프레임(110)의 상부에 위치하는 상부프레임(120)을 제작한다.
이때, 상기 상부프레임(120)은 강화섬유와 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적층하여 제작하게 되는데, 차체(100)의 강도 및 강성을 확보하기 위한 다수의 보강부재(125)를 동시에 성형하게 되는데, 이는 차체(100)의 구성을 위해 강화섬유를 수지에 함침하여 반경화시킨 프리프레그로 적층하는 단계에서 프리프레그 표면에 펀치를 이용해서 원공을 생성하게 된다.(제1 단계)
상기 제1 단계를 거치면서 원공이 생성되면 그 원공에 내장재(200)를 체결할 수 있는 체결용 탭(135)을 삽입하고 동시성형하여 내장재(200)가 설치가능한 결합공(125c)이 포함된 보강부재(125)를 제작하게 된다. (제2 단계)
상기 제2 단계를 거치면서 결합공(125c)이 포함된 보강부재(125)가 일체로 형성되는 상부프레임(120)이 완성되면 언더프레임(110)과 결합하여 차체(100)를 완성시킨다.(제3 단계)
이와 같이 철도차량의 차체(100)가 완성되면, 내장재(200)를 설치하게 된다. 즉, 브라켓(210)을 내장재(200)의 이면에 일체로 결합시킨 상태에서 브라켓(210)의 타측부(210b)를 보강부재(125) 플렌지부(125a)의 이면에 걸쳐서 체결수단(300)인 볼트를 브라켓(210)의 관통공(210c)과 플렌지부(125a)의 체결공(125c)을 차례대로 관통시켜 결합 고정시킨다.(제4 단계)
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 실시예와 실질적으로 균등한 범위에 있는 것까지 본 발명의 권리범위가 미치는 것으로 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형 실시가 가능한 것이다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 내장재 설치용 보강부재가 차체를 제작시에 일체로 1번의 성형으로 제작하기 때문에 종래의 금속재나 복합소재로 이루어지는 차체에 내장재를 설치하는 경우 필요했던 브라켓의 용접 및 구멍 가공 등의과 같은 부수적인 작업이 필요없어 내장재 작업이 용이한 장점을 가진다.
또한, 내장재를 설치하기 위해 별도로 금속재 고정용 브라켓을 설치할 필요가 없기 때문에 추가 브라켓의 설치에 따른 차체의 중량 증가의 우려가 없으며, 내장재 설치작업 시간을 절감시켜 주는 장점도 있다.
Claims (10)
- 복합소재로 이루어지는 철도차량의 차체에 있어서,상기 차체에는 차체의 강도를 확보하기 위한 다수의 보강부재가 일체로 형성되되, 그 보강부재에는 내장재를 고정하기 위한 다수의 결합공이 형성되는 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 제 1항에 있어서,상기 보강부재는 내장재가 설치되는 다수의 결합공이 형성되는 플렌지부와, 그 플렌지부와 차체를 연결하는 리브로 이루어진 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 제 2항에 있어서,상기 보강부재의 플렌지부에 생성된 결합공은 내주연에 암나사산이 형성된 체결용 탭이 일체로 구비되는 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 제 1항에 있어서,상기 차체를 구성하는 복합소재는 강화섬유와 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적층하여 제작하는 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 제 4항에 있어서,상기 강화섬유는 탄소섬유, 유리섬유 또는 아라미드 섬유 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 제 4항에 있어서,상기 기지재료는 에폭시, 폴리에스터 또는 페놀 중에 어느 하나인 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,상기 보강부재는 차체를 구성하는 복합소재는 "I"자형 또는 "ㄷ"자형인 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체.
- 강화섬유와 기지재료를 함침하여 반경화시킨 프리프레그를 적층시켜 철도차량 차체를 성형시에 강도를 확보하기 위한 다수의 보강부재를 동시에 성형하되 상기 보강부재의 표면에 펀치를 이용해서 원공을 생성하는 제1 단계와;상기 원공이 생성되면 그 원공에 내장재를 체결할 수 있는 체결용 탭을 삽입하고 동시성형하는 제2 단계;와상기 제2 단계를 거치면서 결합공이 포함된 보강부재가 일체로 형성되는 상부프레임이 완성되면 언더프레임과 결합하여 차체를 완성시키는 제3 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 내장재 설치용 보강부재가 구비된 철도차량의 차체의 제조 방법.
- 제 8항에 있어서, 철도차량의 차체가 완성되면, 내장재를 설치하는 제4 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 철도차량의 차체의 제조 방법.
- 제 9항에 있어서,상기 제4 단계는 브라켓을 내장재의 이면에 일체로 결합시킨 상태에서 브라켓의 타측부를 보강부재 플렌지부의 이면에 걸쳐 체결수단인 볼트를 브라켓의 관통공과 플렌지부의 체결공을 차례대로 관통시켜 결합 고정시키는 것을 특징으로 하는 철도차량의 차체의 제조 방법.
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2006
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