KR101165734B1 - 버스용 복합소재 플로어 - Google Patents

버스용 복합소재 플로어 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 버스용 복합소재 플로어는, 모든 구성요소가 모두 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastic)으로 제작됨으로써, 소정의 강성을 확보하면서, 버스의 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있다. 또한, 플로어를 이루는 종방향 빔과 횡방향 빔이 서로 끼움 결합되도록 구성됨으로써, 조립성 및 내구성이 향상될 수 있다.

Description

버스용 복합소재 플로어{Composite floor of bus}
본 발명은 버스용 복합소재 플로어에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 버스의 바닥면을 이루는 플로어를 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber reinforced plastic)으로 제작함으로써, 버스의 경량화를 이룰 수 있는 버스용 복합소재 플로어에 관한 것이다.
일반적으로 차량은 철도 및 도로 상을 주행하며, 승객이나 화물을 운반하는 모든 운송장치를 말한다. 상기 차량은 동력원의 종류에 따라 구분될 수 있다. 즉, 화석연료를 연소하는 엔진에서 생산된 동력으로 움직이는 자동차(automobile)와, 배터리 모듈을 장착하여 전기를 동력으로 움직이는 전기 자동차(EV, Electric Vehicle)로 구분될 수 있다.
화석연료를 사용하는 엔진은 배기가스로 인한 환경 오염과 자원의 고갈을 일으켜 그 대안으로 전기를 동력으로 움직이는 전기 자동차가 대두되고 있다.
전기 자동차는 배기 가스나 소음이 없는 무공해 자동차이긴 하나, 높은 생산비용, 낮은 운행속도 그리고 짧은 운행거리 등의 문제점이 지적되고 있다. 전기 자동차의 운행 속도와 운행 거리를 증가시키기 위해서는 배터리 모듈의 기술적 진전 뿐만 아니라 전기 자동차의 경량화도 중요한 변수이다.
따라서, 전기 자동차 뿐만 아니라 모든 차량의 경량화를 위해 복합 소재의 이용 및 개발에 대한 관심이 증대되고 있다.
본 발명의 목적은, 플로어를 복합 소재로 제작함으로써, 차량의 경량화를 이룰 수 있는 버스용 복합소재 플로어를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명에 따른 버스용 복합소재 플로어는, 버스의 길이방향으로 길게 배치되고, 차폭 방향으로 소정간격 이격되게 배치된 복수의 종방향 빔과; 상기 복수의 종방향 빔 사이에 결합되는 복수의 횡방향 빔과; 상기 종방향 빔의 상,하측 중 적어도 일측을 덮도록 배치되는 판부를 포함하고, 상기 복수의 종방향 빔과 횡방향 빔 그리고 판부는 섬유강화플라스틱(FRP)로 이루어진다.
본 발명에 있어서, 상기 복수의 종방향 빔은, 좌측부를 이루고, 우측면에 상기 횡방향 빔이 끼워지도록 끼움홈이 형성된 좌측 종방향 빔과; 상기 좌측 종방향 빔과 소정간격 이격되게 배치되어 우측부를 이루고, 좌측면에 상기 횡방향 빔이 끼워지도록 끼움홈이 형성된 우측 종방향 빔과; 상기 좌측 종방향 빔과 우측 종방향 빔 사이에 배치되고, 좌,우 양측면에 각각 상기 횡방향 빔이 끼워지도록 끼움홈이 형성된 중간 종방향 빔을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 좌측 종방향 빔과 우측 종방향 빔은, 진공성형(VARTM, Vaccum Assisted Resin Transfer Molding)공정으로 제작될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 중간 종방향 빔은 아이빔 형상을 포함한다.
본 발명에 있어서, 상기 중간 종방향 빔은, 인발성형(Pultrusion) 공정으로 제작될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 횡방향 빔은 상기 종방향 빔과 요철 결합을 위한 요철 결합부가 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 종방향 빔의 측면은 요부(凹)이고, 상기 횡방향 빔의 측면은 철부(凸)로 형성될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 종방향 빔과 횡방향 빔은 요철 결합되고, 접착제에 의해 접착될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 횡방향 빔은, 중공을 갖는 판 형상이고, 버스의 길이방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 배치될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 횡방향 빔은, 주변 부품과 결합되도록 섬유강화플라스틱내에 금속재가 인서트되어 성형된 부품 결합용 횡방향 빔을 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 부품 결합용 횡방향 빔에는 티타늄이 인서트될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 횡방향 빔은 중공을 갖는 판 형상으로 이루어진 지지용 횡방향 빔을 더 포함하고, 상기 부품 결합용 횡방향 빔은 상기 플로어의 전면과 후면 중 적어도 일면에 배치되고, 상기 지지용 횡방향 빔은 버스의 길이방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 버스용 복합소재 플로어는, 모든 구성요소가 모두 섬유강화플라스틱(FRP)으로 제작됨으로써, 소정의 강성을 확보하면서, 버스의 경량화를 이룰 수 있는 효과가 있다.
또한, 플로어를 이루는 종방향 빔과 횡방향 빔이 서로 끼움 결합되도록 구성됨으로써, 조립이 용이할 뿐만 아니라 견고하게 조립될 수 있는 이점이 있다.
또한, 좌,우측 종방향 빔은 각각 한 개씩의 끼움홈을 갖고, 중간 종방향 빔은 좌,우 양측면에 끼움홈을 갖도록 구성됨으로써, 횡방향 빔이 상기 좌,우측 종방향 빔과 중간 종방향 빔에 모두 끼움 결합될 수 있기 때문에, 견고하게 조립될 수 있는 이점이 있다.
또한, 일면에 끼움홈이 형성된 좌, 우측 종방향 빔은 진공성형 공정으로 제작되고, 양면에 끼움홈이 형성된 중간 종방향 빔은 인발 성형 공정으로 제작됨으로써, 조립에 필요한 다양한 형상의 제조가 용이하고 비용이 절감될 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버스의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 플로어의 사시도이다.
도 3은 도 1에서 A-A선 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시된 좌측 종방향 빔의 일부분이 도시된 사시도이다.
도 5는 도 2에 도시된 중간 종방향 빔의 일부분이 도시된 사시도이다.
도 6은 도 2에 도시된 부품 결합용 횡방향 빔이 도시된 사시도이다.
도 7은 도 2에 도시된 지지용 횡방향 빔이 도시된 사시도이다.
도 8은 도 2에 도시된 우측 종방향 빔의 일부분이 도시된 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다. 본 발명의 실시예에 따른 버스는, 전기를 동력원으로 하고, 일반적인 버스에 비해 차량의 바닥이 낮고 계단이 없어 승하차가 편리한 저상 버스(이하, '버스'라 칭함)에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 버스의 분해 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 버스는, 화물이나 승객을 수용할 수 있는 공간의 외형을 이루는 차체(10)와, 상기 차체(10)의 하부에 배치되고 버스의 바닥면을 이루는 플로어(40)와, 상기 플로어(40)의 전방에 배치되고 서스펜션 등의 부품이 장착되는 전방 섀시(20)과, 상기 플로어(40)의 후방에 배치되고 전기를 발생시키는 배터리 모듈(30) 등의 부품이 장착된 후방 섀시(22)과, 상기 전방 섀시(20)과 후방 섀시(22)에 각각 장착된 복수의 차륜(12)을 포함한다.
상기 배터리 모듈(30)은 상기 후방 섀시(22)에 장착되는 것으로 한정하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 상기 전방 섀시(20)에 장착되는 것도 물론 가능하다.
본 실시예에 따른 버스는 저상 버스에 대해 설명하므로, 상기 플로어(40)는 상기 버스의 길이방향으로 길게 형성되고, 높고 낮음이 없는 평평한 판 형상으로 이루어진 것으로 설명한다.
도 2는 도 1에 도시된 플로어의 사시도이고, 도 3은 도 1에서 A-A선 단면도이며, 도 4는 도 2에 도시된 좌측 종방향 빔의 일부분이 도시된 사시도이고, 도 5는 도 2에 도시된 중간 종방향 빔의 일부분이 도시된 사시도이며, 도 6은 도 2에 도시된 부품 결합용 횡방향 빔이 도시된 사시도이고, 도 7은 도 2에 도시된 지지용 횡방향 빔이 도시된 사시도이고, 도 8은 도 2에 도시된 우측 종방향 빔의 일부분이 도시된 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 플로어(40)는 버스의 길이방향으로 길게 배치된 복수의 종방향 빔(longitudinal beam)(50)과, 상기 복수의 종방향 빔(50) 사이에 결합되는 복수의 횡방향 빔(transverse beam)(60)과, 상기 종방향 빔(50)의 상,하면 중 적어도 일면을 덮도록 배치되는 판부(70)를 포함한다.
상기 종방향 빔(50)과 상기 횡방향 빔(60), 그리고 상기 판부(70)는 모두 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastic)으로 이루어진다. 이에 대해서는, 뒤에서 더 상세히 설명한다.
상기 복수의 종방향 빔(50)은 차폭 방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치될 수 있다.
상기 복수의 종방향 빔(50)은, 상기 플로어(40)의 좌측부를 이루는 좌측 종방향 빔(52)과, 상기 플로어(40)의 우측부를 이루는 우측 종방향 빔(54)과, 상기 좌측 종방향 빔(52)와 우측 종방향 빔(54) 사이에 배치되는 중간 종방향 빔(56)을 포함할 수 있다.
상기 좌측 종방향 빔(52)과 상기 우측 종방향 빔(54)은 차폭 방향으로 서로 소정간격 이격되게 배치된다.
상기 중간 종방향 빔(56)은 상기 좌측 종방향 빔(52)과 상기 우측 종방향 빔(54) 사이에서 소정간격 이격되게 복수개가 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 중간 종방향 빔(56)은 상기 좌측 종방향 빔(52)과 상기 우측 종방향 빔(54) 사이에 2개가 배치된 것으로 설명하나, 이에 한정되지 않고 상기 중간 종방향 빔(56)의 개수는 상기 플로어(40)의 폭이나 상기 횡방향 빔(60)의 크기에 따라 조절이 물론 가능하다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 상기 좌측 종방향 빔(52)의 우측면에는 상기 횡방향 빔(60)이 끼워지도록 끼움홈(52a)이 형성되고, 상기 우측 종방향 빔(54)의 좌측면에는 상기 횡방향 빔(60)이 끼워지도록 끼움홈(54a)이 형성된다.
즉, 상기 좌측 종방향 빔(52)과 상기 우측 종방향 빔(54)의 형상은 요부(凹) 형상으로 서로 동일하나, 배치 위치에 따라 끼움홈의 위치가 달라질 수 있다.
상기 중간 종방향 빔(56)은, 좌우 양측면에 각각 상기 횡방향 빔960)이 끼워지도록 끼움홈(56a)이 형성된다. 즉, 상기 중간 종방향 빔(56)은 좌,우 양측에 요부 (凹) 형상을 갖는 아이빔(I-beam) 형상으로 이루어질 수 있다.
상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54), 그리고 상기 중간 종방향 빔(56)은 모두 상기 횡방향 빔(60)과 요철 결합을 한다.
상기 횡방향 빔(60)은, 상기 플로어(40)의 전면과 후면 중 적어도 일면에 배치되어 주변 부품과 결합되는 부품 결합용 횡방향 빔(61)과, 버스의 길이방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 배치되어 상기 종방향 빔(50)사이에서 지지역할을 하는 지지용 횡방향 빔(62)을 포함한다.
상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)은 상기 플로어(40)의 전면과 후면 중 적어도 일면에 배치될 수 있다. 본 실시예에서는, 상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)은 상기 플로어(40)의 전면과 후면에 모두 배치되는 것으로 설명한다.
상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)은 상기 전방 섀시(20)나 후방 섀시(22)와 같이 금속재로 이루어진 주변 부품과 결합될 수 있도록 섬유강화플라스틱내에 금속재가 인서트되어 성형된다.
본 실시예에서는, 상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)의 내부에 인서트되는 금속재는 중량당 강도가 우수한 경금속인 티타늄(61b)이 사용되는 것으로 한정하여 설명한다.
상기 지지용 횡방향 빔(62)은 중공(62b)을 갖는 판 현상으로 이루어진다. 상기 지지용 횡방향 빔(62)의 중공(62b)을 통해 상기 배터리 모듈(30)등에 필요한 전선 배선 등이 이루어질 수 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 상기 지지용 횡방향 빔(62)은 상기 플로어(40)의 길이 방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 배치된다.
상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)과 지지용 횡방향 빔(62)은, 상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54), 그리고 상기 중간 종방향 빔(56)과 요철 결합을 위한 요철 결합부를 포함한다. 즉, 상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)과 지지용 횡방향 빔(62)의 각 좌,우 양측면에는 철부(凸)(61a)(62a) 형상이 형성된다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 플로어의 제조방법을 설명하면 다음과 같다.
한편, 상기 플로어(40)를 이루는 모든 구성요소는 섬유강화플라스틱(FRP, Fiber Reinforced Plastic)으로 이루어진다.
여기서, 상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54), 그리고 상기 중간 종방향 빔(56)은 서로 다른 형상으로 이루어지기 때문에, 서로 다른 제작 공정을 이용하여 제작된다.
상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54)은 비교적 단순한 요부 (凹) 형상으로 이루어지므로, 탄소섬유(Carbon fiber)판을 복수회 적층한 후 진공압에 의하여 수지를 함침시키는 진공 성형(VARTM, Vaccum Assisted Resin Transfer Molding)공정으로 제작될 수 있다. 상기 진공성형 공정의 경우, 후술하는 인발 성형 공정에 비해 복잡한 형상의 제조가 어려우나, 가격은 보다 저렴한 이점이 있다.
상기 중간 종방향 빔(56)은 아이빔(I-beam) 형상으로 이루어지므로, 탄소섬유를 복수회 적층하고 수지를 함침한 후 금형을 통과시키고, 금형을 통과하면서 인발장치에 의해 당겨지는 인발 성형(Pultrusion) 공정으로 제작될 수 있다. 상기 인발 성형 공정의 경우 상기 중간 종방향 빔(56)과 같은 형상의 제작이 가능하나, 금형 등의 제작이 요구되어 비용이 증대된다.
또한, 상기 판부(70)는 탄소섬유판을 복수회 적층한 후, 수지를 함침시켜 제작할 수 있다.
상기 판부(70)는 상기 종방향 빔(50)의 상,하면에 각각 배치된다. 상기 판부(70) 중 적어도 어느 하나에는 전선 배선 등을 고려하여 홀(70a)이 형성될 수 있다.
또한, 상기 횡방향 빔(60)은 좌,우 양측에 철부(凸)(61a)(62a)를 갖는 형상으로 이루어지므로, 상기 중간 종방향 빔(56)과 같이 인발 성형 공정으로 제작되는 것이 가능하다.
상기 탄소섬유판의 방향성이나 적층 횟수는, 설계 단계에서 강도와 강성을 고려하여 미리 설정될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 플로어의 조립방법을 설명하면, 다음과 같다.
상기와 같이 제작된 상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54), 중간 종방향 빔(56)은 상기 플로어(40)의 길이방향으로 길게 배치되고, 차폭 방향으로 서로 이격되게 배치된다.
복수의 상기 횡방향 빔(60)을 상기 플로어(40)의 길이방향으로 서로 이격되게 배치하되, 상기 횡방향 빔(60)의 좌,우 양측은 상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54), 중간 종방향 빔(56) 중에서 어느 하나에 끼움 결합된다.
상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)을 상기 플로어(40)의 전,후면을 이루도록 배치하고, 상기 지지용 횡방향 빔(62)을 상기 플로어(40)의 길이 방향으로 서로 이격되게 배치한다.
즉, 상기 부품 결합용 횡방향 빔(61)의 철부(凸)(61a)와 상기 지지용 횡방향 빔(62)의 철부(凸)(62a)는 상기 좌측 종방향 빔(52)과 우측 종방향 빔(54), 중간 종방향 빔(56)의 각 끼움부(52a,54a,56a)에 각각 끼워진다.
상기 횡방향 빔(60)과 상기 종방향 빔(50)의 요철 결합되기 때문에, 보다 견고하게 조립될 수 있다.
또한, 상기 횡방향 빔(60)과 상기 종방향 빔(50)의 요철 결합시, 상기 횡방향 빔(60)과 상기 종방향 빔(50) 중 적어도 어느 하나에 접착제를 발라 접착 고정시킬 수 있다.
상기 횡방향 빔(60)과 상기 종방향 빔(50)의 결합이 완료되면, 결합된 부분의 상면과 하면에 상기 판부(70)를 덮는다.
상기 횡방향 빔(60)과 상기 종방향 빔(50)과 상기 판부(70)가 결합된 상태가 하나의 유닛으로 이루어질 수 있으며, 상기 유닛을 복수개 만들어서 상하방향으로 적층할 수 있다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에서는, 상기 유닛을 상하방향으로 1회 적층한 것으로 한정하였으나, 이에 한정되지 않고 강도나 강성을 고려하여 조절하는 것도 물로 가능하다.
상기와 같이, 상기 플로어(40)가 모두 섬유강화플라스틱으로 제작됨으로써, 버스의 경량화에 기여할 수 있게 된다. 버스의 무게가 가벼워질 수록 같은 용량의 배터리 모듈을 가지고 주행할 수 있는 거리가 증대될 수 있으므로, 전기 자동차의 상용화에 보다 기여할 수 있다.
또한, 상기 플로어(40)를 구성하는 상기 횡방향 빔(60)과 종방향 빔(50)이 서로 요철 결합되도록 구성됨으로써, 결합구조가 보다 튼튼해질 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 상기 버스가 상기 배터리 모듈(30)로부터 발생된 전기를 동력원으로 사용하는 전기 자동차인 것으로 한정하여 설명하였으나, 이에 한정되지 않고 본 발명에 따른 플로어가 엔진을 동력원으로 사용하는 일반적인 자동차에 적용되는 것도 물론 가능하다.
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있는 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 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 차체 40: 플로어
50: 종방향 빔 52: 좌측 종방향 빔
54: 우측 종방향 빔 56: 중간 종방향 빔
60: 횡방향 빔 61: 부품 결합용 횡방향 빔
62: 지지용 횡방향 빔 70: 판부

Claims (12)

  1. 버스의 길이방향으로 길게 배치되고, 차폭 방향으로 소정간격 이격되게 배치된 복수의 종방향 빔과;
    중공을 갖는 판 형상으로 형성되고, 상기 복수의 종방향 빔 사이에 버스의 길이방향으로 소정간격 이격되도록 배치되게 결합되는 복수의 횡방향 빔과;
    상기 종방향 빔의 상,하측 중 적어도 일측을 덮도록 배치되는 판부를 포함하고,
    상기 복수의 종방향 빔과 횡방향 빔 그리고 판부는 섬유강화플라스틱(FRP)로 이루어진 버스용 복합소재 플로어.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 복수의 종방향 빔은,
    좌측부를 이루고, 우측면에 상기 횡방향 빔이 끼워지도록 끼움홈이 형성된 좌측 종방향 빔과;
    상기 좌측 종방향 빔과 소정간격 이격되게 배치되어 우측부를 이루고, 좌측면에 상기 횡방향 빔이 끼워지도록 끼움홈이 형성된 우측 종방향 빔과;
    상기 좌측 종방향 빔과 우측 종방향 빔 사이에 배치되고, 좌,우 양측면에 각각 상기 횡방향 빔이 끼워지도록 끼움홈이 형성된 중간 종방향 빔을 포함하는 버스용 복합소재 플로어.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 좌측 종방향 빔과 우측 종방향 빔은, 진공성형(VARTM, Vaccum Assisted Resin Transfer Molding)공정으로 제작된 버스용 복합소재 플로어.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 중간 종방향 빔은 아이빔 형상인 버스용 복합소재 플로어.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 중간 종방향 빔은, 인발성형(Pultrusion) 공정으로 제작된 버스용 복합소재 플로어.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 횡방향 빔은 상기 종방향 빔과 요철 결합을 위한 요철 결합부가 형성된 버스용 복합소재 플로어.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 종방향 빔의 측면은 요부(凹)이고, 상기 횡방향 빔의 측면은 철부(凸)로 형성되는 버스용 복합소재 플로어.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 종방향 빔과 횡방향 빔은 요철 결합되고, 접착제에 의해 접착되는 버스용 복합소재 플로어.
  9. 삭제
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 횡방향 빔은,
    주변 부품과 결합되도록 섬유강화플라스틱내에 금속재가 인서트되어 성형된 부품 결합용 횡방향 빔을 포함하는 버스용 복합소재 플로어.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 부품 결합용 횡방향 빔에는 티타늄이 인서트된 버스용 복합소재 플로어.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 횡방향 빔은 중공을 갖는 판 형상으로 이루어진 지지용 횡방향 빔을 더 포함하고,
    상기 부품 결합용 횡방향 빔은 상기 플로어의 전면과 후면 중 적어도 일면에 배치되고, 상기 지지용 횡방향 빔은 버스의 길이방향으로 복수개가 소정간격 이격되게 배치되는 버스용 복합소재 플로어.
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