KR100829886B1 - 알루미늄 라디에이터 탱크 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알루미늄 라디에이터 탱크 및 그 제조방법에 관한 것으로, 탱크의 변형을 방지함과 아울러, 생산성을 높일 수 있도록 함을 목적으로 한다.

개시된 알루미늄 라디에이터 탱크(40)는, 중앙의 수평부(41) 및 이 수평부의 좌우 양측에서 하측으로 절곡된 수직부(42)로 이루어지며, 상기 수직부의 하단에는 이 수직부의 하단 일부분이 중첩되도록 접혀 이루어진 컬링부(42a)가 형성된다. 알루미늄 라디에이터 탱크는 그 좌우 양측 하단부의 컬링부가 헤더(21)의 탱크삽입부(21a)에 각각 삽입되어 브레이징됨으로써 결합된다. 탱크는 점진적으로 탱크의 형상으로 배열되는 지그와 롤러에 의한 롤포밍 성형에 의해 제조된다. 따라서, 탱크의 수직부의 컬링부에 의해 수직부의 강성 및 헤더와의 결속력이 보강되어 탱크의 수직부가 볼록하게 변형되지 않는다.

알루미늄, 라디에이터, 탱크, 컬링, 롤포밍

Description

알루미늄 라디에이터 탱크 및 그 제조방법{ALUMINUM RADIATOR TANK AND MANUFACTURING METHOD THERE OF}

도 1은 일반적인 알루미늄 라디에이터를 나타낸 사시도.

도 2는 종래 기술에 따른 라디에이터 탱크와 헤더의 결합구조를 보인 단면도.

도 3은 종래 기술에 따른 탱크의 변형을 보인 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 라디에이터 탱크의 일부 절결 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 라디에이터 탱크의 제조 공정도.

도 6은 본 발명에 따른 라디에이터 탱크의 종단면도.

도 7은 종래 기술에 따른 플라스틱 탱크의 사시도.

도 8은 종래 기술에 따른 플라스틱 탱크의 일부 발췌 사시도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

40 : 탱크 41 : 수평부

42 : 수직부 42a : 컬링부

G1,G2 : 지그 R1,R2,R3 : 롤러

본 발명은 알루미늄 라디에이터 탱크에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 알루미늄 라디에이터 탱크의 변형을 방지함과 아울러, 그 제조 공정을 단순화할 수 있도록 한 알루미늄 라디에이터 탱크 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 내연기관이 장착된 차량에서는 엔진의 가동시 발생하는 열이 실린더 헤드, 피스톤, 밸브 등에 전도되며, 이로 인하여 이 부품들의 온도가 과도하게 높아지면 열팽창이나 열화에 따라 부품의 강도가 떨어지고, 엔진 수명이 단축되며, 연소상태도 나빠져 노킹이나 조기점화가 발생하여 엔진의 출력도 저하된다.

또한, 엔진의 냉각이 불완전하게 이루어지는 경우에는 실린더 내주면의 유막이 끊어지는 등 윤활기능도 저하됨과 아울러 엔진오일이 변질됨으로써 실린더의 이상마모를 일으키게 될 뿐만 아니라 피스톤이 실린더 내벽면에 융착되는 현상도 발생하게 된다.

따라서, 이러한 엔진의 냉각을 위하여 자동차에는 통상 수냉식 냉각장치가 설치된다.

수냉식 냉각장치는 워터펌프에 의하여 냉각수가 실린더 블록 및 실린더 헤드를 순환하면서 그 온도를 낮추는 것이며, 냉각수의 방열을 위하여 라디에이터, 냉각팬 및 수온조절기 등이 구비된다.

라디에이터는 엔진을 통과하면서 온도가 상승한 냉각수를 방열하여 냉각하는 장치로서, 도 7에서 보이는 바와 같이, 상하부 탱크어셈블리(1)(1) 및 라디에이터 코어(2)를 기본 구성으로 한다.

상부 탱크어셈블리(1)는 후술하는 라디에이터 코어(2)의 튜브(5)가 결합되는 헤더(3) 및 헤더(3)를 감싸 유로를 형성하는 탱크(4)로 구성되며(하부 탱크어셈블리는 상부 탱크어셈블리(1)와 동일한 구조로 이루어지므로 생략한다.), 라디에이터 코어(2)는 내부에 냉각수가 흐르며 상하부가 헤더(3)에 결합되는 튜브(5)와, 튜브(5)의 사이에 배치되어 튜브(5) 내부를 흐르는 냉각수를 방열하기 위한 방열핀(6)으로 구성된다.

라디에이터 코어(2), 헤더(1)는 일반적으로 알루미늄을 재질로 하고, 탱크(2)는 합성수지를 재질로 하여 이루어진다.

또한, 헤더(3)와 탱크(4)는 기계적 결합방법에 의해 결합되며, 도 8에 도시된 바와 같이, 헤더(3)의 테두리부에 일정간격을 두고 연장 형성된 복수의 탭부(3a)가 탱크(4)의 테두리부를 감싸도록 벤딩되어 헤더(3)와 탱크(4)가 결합된다.

아울러, 헤더(3)와 탱크(4) 사이를 통하여 냉각수가 누출되지 않도록 그 사이에 고무류의 가스킷(7)이 개재된다.

그러나, 지금까지 설명한 플라스틱 탱크가 갖추어진 라디에이터는 다음과 같음 문제점이 있다.

첫째, 재활용이 어렵다 : 코어를 형성하는 알루미늄, 가스킷(7)의 재질인 고무류 및 탱크(4)를 형성하는 플라스틱 등 구성부품의 재질이 상이하다. 코어와 헤더(3)의 재질인 알루미늄은 재활용이 높은 소재이지만 플라스틱 탱크(4)와 결합된 상태에서는 재활용이 불가능하기 때문에 라디에이터를 재활용하기 위해서는 반드시 탱크(4)를 분리하여야 하므로 재활용을 위한 전처리 작업공수가 많아진다.

둘째, 탱크 어셈블리의 조립공정이 복잡하며 원가가 비싸다 : 헤더(3)와 탱크(4)의 조립을 위해서는 헤더(3)의 탭부(3a)가 탱크(4)를 감싸 고정하도록 코킹하는 공정, 냉각수의 누출방지를 위한 가스킷(7)을 결합하는 공정 등이 필요하다.

셋째, 헤더와 탱크의 결합구조가 매우 취약하다 : 헤더(3)의 탭부(3a)가 합성수지 재질의 탱크(4)를 누름으로써 냉각수의 누설을 방지하고 있지만, 라디에이터 내부의 압력이 올라가면 탭부(3a)가 벌어져 틈이 발생된다. 또한, 플라스틱재 탱크(4)에 필연적으로 성형되는 부속물(예를 들어, 냉각수 입/출구, 차체 마운팅 핀 등)과 탭부(3a) 간에 간섭이 발생되는 경우에는 탭부(3a)를 코킹하지 못함으로써 코킹되지 못한 부위가 타부위에 비해 강도가 떨어진다.

넷째, 플라스틱 탱크의 깨짐 발생 : 탱크(4)는 그 소재의 특성상 취성이 강하여 강도는 우수하나 변형되지 않기 때문에 냉각수가 누설되고 엔진 냉각에 악영향을 주는 깨짐 현상이 발생된다.

이러한 깨짐 현상은 탭부(3a)의 코킹시 탱크(4)를 누르는 압력, 차체의 진동에 의해 일어날 수 있으며, 소재의 특성이나 사출조건에 의해서도 발생할 수 있는데, 깨짐에 의한 취약부는 검사할 방법이 없기 때문에 깨짐이 발생된 라디에이터가 출시됨으로써 제품의 신뢰성이 떨어진다.

다섯째, 공용화의 어려움과 관리비 증가 : 각종 부속물(압력 캡, 입/출구 파이프, 차체 마운팅 핀)은 차체의 구조에 따라 그 위치나 형상이 바뀌게 되는데, 이 러한 부속물은 탱크와 함께 사출성형되는 바, 각 차종에 적합한 탱크의 생산을 위해서는 차종에 맞는 탱크의 금형이 필요하므로 제조원가가 상승하며, 제품/금형의 관리, 차종 단종시의 A/S의 어려움 등 관리적인 원가도 상승하게 된다.

지금까지 설명한 바와 같은 플라스틱 탱크가 구비된 라디에이터의 문제점을 해결하기 위하여 헤더와 탱크를 알루미늄의 동일 재질로 하는 알루미늄 라디에이터가 제조되고 있다.

알루미늄 라디에이터의 구조를 개략적으로 설명하면, 도 1은 종래 기술에 따른 알루미늄 라디에이터의 사시도이다.

도 1에서 보이는 바와 같이, 알루미늄 라디에이터(10)는, 상하부 탱크어셈블리(20)(20) 및 라디에이터 코어(30)를 기본 구성으로 한다.

라디에이터 코어(30)는 내부에 냉각수가 흐르는 튜브(31)와, 튜브(31)의 사이에 배치되어 튜브(31) 사이를 통하여 튜브(31) 내부를 흐르는 냉각수의 고열을 방열하기 위한 방열핀(32)으로 구성된다.

상부 탱크어셈블리(20)는 튜브(31)의 상하 단부가 각각 삽입되는 상부 헤더(21)와, 상부 헤더(21)에 결합되어 내부에 냉각수 유로를 형성하는 상부 탱크(22)와, 상부 헤더(21)와 상부 탱크(22) 조립체의 좌우 개구부에 결합되는 엔드 캡(23)으로 구성된다(하부 탱크어셈블리는 상부 탱크어셈블리와 동일한 구조로 이루어지므로 그 구체적인 설명은 생략한다.).

도 2에서 보이는 바와 같이, 탱크(22)는 대략 디귿자 형태로 절곡되어 중앙의 수평부(22a)와, 이 수평부(22a)의 좌우 양측에서 하측으로 절곡된 수직부(22b) 로 이루어지며, 헤더(21)는 판상으로 이루어지면서 좌우 양측에 탱크(22)의 수직부(22b)의 하단 일부분이 삽입되는 탱크삽입부(21a)가 절곡 성형된다.

이러한 탱크(22)는 대개 알루미늄 판재를 탱크의 길이에 맞도록 절단하고, 이 절단된 판재를 프레스 공법으로 제조함으로써 제조된다.

그러나, 종래 기술에 따른 알루미늄 라디에이터에 따르면 다음과 같은 문제점이 있다.

헤더(21) 양측의 탱크삽입부(21a)는 탱크(22)의 수직부(22b)의 두께(t) 만큼의 폭(w)을 갖도록 절곡되는데, 이때, 탱크(22)의 수직부(22b)의 하단면은 절단면이기 때문에 직선으로 이루어지지만, 알루미늄 판재의 절곡에 의해 형성되는 탱크 삽입부(21a)는 직선으로 이어지지 않고 곡선형으로 이루어지기 때문에 실질적으로 탱크(22)의 수직부(22b)를 헤더(21)의 탱크삽입부(21a)에 삽입할 때 대략 반원형으로 이루어진 깊이(d) 만큼은 탱크(22)의 수직부(22b)가 삽입되지 않으므로 탱크(22)와 헤더(21)의 결속력이 매우 미약하다. 따라서, 도 3에서 보이는 바와 같이, 얇은 알루미늄 판재인 탱크(22)는 그 소재의 두께가 매우 얇아 자체강도가 약한데다가 탱크(22)와 헤더(21)의 결속이 미약하여 엔드캡(23)(도 1에 도시됨)으로부터 먼 곳으로 갈수록 볼록하게 변형되는 문제점이 있다.

그리고, 차종마다 라디에이터의 크기가 다르며, 차종에 맞는 플라스틱 탱크를 제조하기 위해서는 각 사양의 탱크의 크기에 맞는 사이즈의 금형이 사용되어야 하므로 제조 원가가 상승하는 문제점도 있다.

이에, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위하여 발명된 것으로, 알루미늄 라디에이터 탱크의 강도를 보강하여 그 형상이 변형되지 않도록 한 알루미늄 라디에이터 탱크 및 그 제조방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 차종마다 크기가 다른 라디에이터 탱크를 각각의 금형에 의해 제조하지 않도록 하여 제조 원가를 절감하려는데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크는, 수평부 및 수평부의 좌우 양측에 수직부가 절곡되어 디귿자 형상으로 이루어지며 이 수직부가 헤더의 양측에 요입 형성된 삽입부에 결합되는 알루미늄 라디에이터용 탱크로서, 상기 좌우 수직부의 하단부에 그 일부분이 중첩되어 헤더의 삽입부에 삽입되는 컬링부가 구비된 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크의 제조방법은, 알루미늄 판재를 일렬로 배열된 지그 및 롤러에 통과시켜 점진적으로 디귿자 형태로 성형하는 단계와; 그리고, 상기 디귿자형 탱크부재의 좌우 양측 수직부의 하단부를 롤러 사이에 통과시켜 컬링부를 성형하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크의 외관 사시도이며, 도 5는 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크의 제조공정도이고, 도 6은 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크와 헤더의 조립상태를 도시한 단면도이다.

도 4에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크(40)는, 알루미늄 판재가 디귿자 형태로 이루어져 중앙의 수평부(41)와, 이 수평부(41)의 좌우 양측에서 하측으로 절곡된 좌우 수직부(42)를 가진다. 좌우 수직부(42)의 하단부에는 그 일부분이 수직부(42)의 외측면에 겹치도록 접히어 이루어지는 컬링(curling)부(42a)가 각각 구비된다.

도 6에서 보이는 바와 같이, 본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크(40)는 헤더(21)에 결합되어 내부에 냉각수 유로를 형성한다. 탱크(40)의 좌우 컬링부(42a)는 헤더(21)의 좌우 양측의 탱크삽입부(21a)에 삽입/브레이징된다.

헤더(21)의 탱크삽입부(21a)의 내부 폭(w)은 컬링부(42a)의 두께(t2)(즉, 탱크 수직부(42)의 두께(t)의 2배정도)와 동일하며, 컬링부(42a)의 저부와 이에 대향되는 탱크삽입부(21a)는 동일한 곡률의 곡선으로 이루어지기 때문에 컬링부(42a)와 탱크삽입부(21a)의 사이에는 틈이 존재하지 않는다.

본 발명에 따른 알루미늄 라디에이터 탱크의 제조방법은 다음과 같다.

도 5에 도시된 바와 같이, 얇은 알루미늄 판재는 탱크의 형상을 만들기 위한 지그와 롤러에 의해 탱크의 형상을 갖추게 된다.

a. 얇은 알루미늄 판재(A1)는 1차 성형용 지그(G1)를 통과하면서 그 형상이 대략 반원형 판재(A2)로 변형된다.

b. 반원형 판재(A2)는 2차 지그(G2)와 제1포밍롤러(R1)를 통과하면서 그 형상이 디귿자형 판재(A3)로 변형된다.

c. 디귿자형 판재(A3)는 제2포밍롤러(R2)를 통과하면서 그 좌우측 수직부의 하단부가 바깥쪽으로 휘어진다.

d. 2개가 한쌍을 이루고 있는 제3포밍롤러(R3) 사이를 통과하면서 수직부의 하단부의 일부분이 대략 U자형으로 구부러진다.

e. 한쌍으로 이루어진 제4포밍롤러(R4) 사이를 통과하면서 수직부의 하단부의 U자형 벤딩부가 수직부에 밀착됨으로써 컬링부(42a)가 완성된다.

f. 마지막으로 탱크의 사이즈에 맞게 절단한다.

본 발명에 따른 알루미늄 탱크는 롤포밍에 의해 제조되는 것으로 설명되었지만, 알루미늄 탱크에 적용된 컬링부는 프레스 가공으로 제조될 수 있다.

따라서, 탱크(40)의 좌우 양측 수직부(42)의 하단에 만들어진 컬링부(42a)는 그 저면이 곡선형으로 이루어지며, 이러한 곡선형상은 헤더(21)의 탱크삽입부(21a)의 단면과 동일하기 때문에 상호간의 결합시 두 부재(42)(21)의 사이에 종래와 같은 틈이 발생되지 않는다. 이로써, 탱크(40)의 수직부(42)와 헤더(21)의 결속력이 증대되어 탱크(40)의 중앙부가 볼록하게 튀어나오는 현상이 방지된다.

그리고, 롤 포밍을 위한 지그와 롤러의 위치를 바꿔 다양한 크기의 라디에이터를 제조할 수 있으므로 종래와 같이 각 차종에 맞는 크기가 다른 라디에이터를 제조하기 위한 금형을 사용하지 않는다.

또한, 알루미늄 판재가 지그와 롤러를 통과하는 일련의 공정을 통해 탱크의 형상을 갖추게 되어 종래 프레스 가공시보다 제조시간이 단축된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 알루미늄 라디에이터 탱크 및 그 제조방법에 의하며, 탱크의 강도 및 헤더와의 결속력이 증대되어 엔드캡으로부터 먼 거리의 중앙부가 볼록해지는 등의 변형이 없어지므로 제품의 신뢰성을 향상할 수 있다.

그리고, 라디에이터의 롤 포밍을 위한 롤러 등의 위치를 바꿈으로써 차종에 맞는 다른 크기의 라디에이터를 제조할 수 있기 때문에 라디에이터의 크기에 맞는 금형 등이 불필요하므로 제조원가를 절감할 수 있으며, 생산성을 향상할 수 있는 등의 효과가 있다.

Claims (2)

1. 수평부 및 수평부의 좌우 양측에 수직부가 절곡되어 디귿자 형상으로 이루어지며 이 수직부가 헤더의 양측에 요입 형성된 탱크삽입부에 결합되는 알루미늄 라디에이터용 탱크로서,

   상기 좌우 수직부의 하단부에 그 일부분이 외면쪽으로 중첩되어 헤더의 삽입부에 삽입되는 컬링부가 구비된 것을 특징으로 하는 알루미늄 라디에이터 탱크.
2. 알루미늄 판재를 일렬로 배열된 지그 및 롤러에 통과시켜 점진적으로 디귿자 형태로 성형하는 단계와; 그리고,

   상기 디귿자형 탱크부재의 좌우 양측 수직부의 하단부를 롤러 사이에 통과시켜 컬링부를 성형하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 알루미늄 라디에이터 탱크의 제조방법.

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