KR101384557B1 - 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 그것이 적용된 철도차량 - Google Patents

견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 그것이 적용된 철도차량 Download PDF

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Abstract

본 발명은 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 및 그것이 적용된 철도차량에 관한 것이다.
철도차량용 제1구조물의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합홈에 철도차량용 제2구조물의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합돌기가 삽입되어 철도차량용 제1구조물과 철도차량용 제2구조물 간의 결합이 이루어지도록 되어 있고, 상기 결합홈은 3면이 막힌 형상을 가지면서 철도차량용 제1구조물이 압출되는 길이 방향으로 연장된 형상이며, 상기 결합돌기는 철도차량용 제2구조물이 압출되는 길이방향으로 연장되어 결합돌기가 결합홈에 삽입되는 방향이나 그 반대방향으로 이동되어야 결합홈에서 결합돌기가 이탈될 수 있도록 되어 있고, 상기 철도차량용 제1구조물이나 철도차량용 제2구조물 중 적어도 어느 하나는 복합소재로 이루어져 있다.
본 발명의 결합구조는 견고한 결합이 가능할 뿐만 아니라 철도차량용 구조물의 결합 작업이 용이하고, 철도차량 개조와 유지, 보수성이 우수한 특징이 있다.

Description

견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 그것이 적용된 철도차량{COMBINATION STRUCTURE OF STRUCTURE FOR RAILROAD CARS AND RAILROAD CARS USING THE SAME}
본 발명은 철도차량용 구조물 간의 결합구조 및 그러한 결합구조가 적용된 철도차량에 관한 것이다.
일반적으로 철도차량은 차량의 양쪽 측면을 이루는 측면 구조체(1), 주행방향의 끝면을 이루는 박공 구조체(2), 상면을 이루는 지붕구조체(3), 하면을 이루는 언더프레임(4)으로 구성되어 있다.
상기와 같은 측면구조체, 박공구조체, 지붕구조체, 언더프레임을 철도차량용 구조물이라고 한다.
철도차량을 구현함에 있어 알루미늄 합금으로 압출 성형된 각각의 철도차량용 구조물을 마찰교반 접합하여 구현하고 있는 실정이었다.
철도차량용 구조물은 차체의 외표면을 이루는 평판부 및 평판부의 보강부재가 되는 리브로 이루어져 있는 경우가 대부분이다.
또, 2매의 평판부를 트러스로 연결한 형상의 중공 압출형재도 채용되고 있는 실정이다.
일본 공개특허 특개평11-314173호 및 한국 특허출원 제10-2004-0082457호 등에는 마찰교반접합을 이용하여 철도차량을 구현하는 기술에 대하여 제시되어 있다.
그런데 철도차량용 구조물을 용접하여 구현된 철도차량은 철도차량의 제작에 긴 시간이 소요될 뿐만 아니라 제조비용을 증가시키고 유지, 보수의 어려움과 철도차량 개조의 어려움을 발생시키고 있었다.
또, 용접부의 강도저하 현상도 문제점으로 지적되고 있었다.
어느 하나의 철도차량용 구조물과 다른 하나의 철도차량용 구조물을 결합함에 있어 용접방식이 아닌 리벳방식이 사용되기도 한다.
그런데 리벳 결합방식은 리벳팅이 이루어지는 부분에만 결합력이 집중되기 때문에 전체적인 결합력이 약하고, 운행 과정에서 결합부에 하중이 지속적으로 가해져 결과적으로 피로하중에 의한 파손의 우려가 있으며, 미관도 좋지 않은 문제가 있다.
뿐만 아니라 차량 개조 및 수리를 위해 결합력을 해제시키는 것도 어려운 등의 이유로 유지, 보수가 어려운 문제점이 있었다.
한편, 최근에는 철도차량의 경량화와 강성 및 강도 향상을 위해 철도차량을 복합재로 구현하고 있는 추세이다.
일체형 복합소재 철도차량(틸팅열차)에 대하여 제시되어 있기도 하다.
그런데 일체형 복합재 차제의 경우 성형을 위한 대형 성형몰드 및 장비가 요구되어 제조에 어려움이 있을 뿐만 아니라 많은 비용이 소요되고, 열변형과 치수오차 등의 문제를 발생시켜 잔류응력이 존재하는 문제점이 있다.
일본공개특허 특개평 11-314173호 한국 특허출원 제10-2004-00882457호
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하려는 것으로서, 더욱 상세하게는 철도차량을 구현함에 있어 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물과 금속으로 이루어진 철도차량용 구조물을 모듈화하여 결합함으로써 경량화될 뿐만 아니라 견고한 결합력 확보에 의한 강도 및 강성향상 효과도 얻을 수 있고, 결합 작업이 용이하며, 제조비용이 저렴하고, 차량 개조와 유지, 보수성이 우수한 철도차량을 제공하려는데 목적이 있다.
본 발명에서는 홈에 돌기가 삽입되어 결합되는 슬롯결합 방식을 통해 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물과 또 다른 철도차량용 구조물 간에 결합이 이루어지도록 함으로써 철도차량이 경량화될 뿐만 아니라 견고한 결합력 확보에 의한 강도 및 강성향상 효과도 얻을 수 있고, 결합 작업이 용이하며, 제조비용이 저렴하고, 차량 개조와 유지, 보수성이 우수하도록 한다.
이러한 본 발명의 결합구조는, 철도차량용 제1구조물의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합홈에 철도차량용 제2구조물의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합돌기가 삽입되어 철도차량용 제1구조물과 철도차량용 제2구조물 간의 결합이 이루어지도록 되어 있다.
또, 결합홈은 3면이 막힌 형상을 가지면서 철도차량용 제1구조물이 압출되는 길이 방향으로 연장된 형상이며, 상기 결합돌돌기는 철도차량용 제2구조물이 압출되는 길이방향으로 연장되어 결합돌기가 결합홈에 삽입되는 방향이나 그 반대방향으로 이동되어야 결합홈에서 결합돌기가 이탈될 수 있도록 되어 있다.
또, 철도차량용 제1구조물이나 철도차량용 제2구조물 중 적어도 어느 하나는 복합소재로 이루어져 있다.
본 발명의 철도차량용 구조물 슬롯결합 구조는, 홈에 돌기가 삽입되어 결합되는 슬롯결합 방식을 통해 복합소재 재질의 철도차량용 구조물과 철도차량용 구조물의 결합이 이루어지도록 되어 있고, 결합돌기가 결합홈에 삽입되는 방향이나 그 반대방향으로 이동되어야 결합홈에서 결합돌기가 이탈될 수 있도록 된 형태이기 때문에 견고한 결합이 가능할 뿐만 아니라 결합작업이 용이하고, 견고한 결합력을 얻을 수 있으며, 철도차량 개조가 용이하고 유지, 보수성이 우수한 특징이 있다.
또, 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물의 결합부에는 결합시에 결합부의 형태 변형이 발생되는 것을 방지하는 철심이 박혀 있도록 할 수 있는데 이러한 경우 더욱 견고한 결합력을 얻을 수 있는 특징이 있다.
또, 철도차량용 제2구조물은 내부를 구성하는 허니컴 구조의 허니컴코어 일측에 금속으로 이루어져 결합돌기를 형성하는 결합부형성체가 일체화된 형태인 경우 견고한 결합력 확보가 가능하면서 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물의 제작이 용이하다.
또, 상호 결합되는 결합홈과 결합돌기 사이에 접착제가 채워져 결합홈과 결합돌기 사이의 틈새가 메워지는 구조는 더욱 견고한 결합력을 얻을 수 있을 뿐만 아니라 소음 및 진동의 발생을 방지하는 특징이 있다.
또, 철도차량용 제1구조물과 철도차량용 제2구조물에 형성된 핀구멍에 핀을 박아 결합상태의 변형이 발생되는 것을 방지하는 구조는 결합력을 더욱 향상시킬 수 있는 특징이 있다.
도 1은 종래 일반적인 철도차량의 구조를 설명하기 위한 개략도
도 2는 본 발명의 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조를 설명하기 위한 결합상태 개략도
도 3은 도 2에 도시된 철도차량용 구조물의 결합 전 상태를 도시한 개략도
도 4는 도 2의 구조에서 핀구멍이 더 구비된 구조를 설명하기 위한 개략도
A : 결합상태에서 핀구멍이 형성된 부분의 사시도
B : 핀구멍을 설명하기 위한 C-C' 단면도
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다.
그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일 예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 철도도차량의 구현을 위한 철도차량 구조물 간의 결합구조에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 적어도 어느 하나의 철도차량용 구조물은 복합소재로 이루어진 경우의 결합구조에 관한 것이다.
즉, 금속재질의 철도차량용 구조물과 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물 간의 결합구조이거나 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물과 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물 간의 결합 구조에 관한 기술인 것이다.
그런데 본 발명은 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물의 결합 작업이 용이하고, 견고한 결합력을 얻을 수 있으며, 차량 개조와 유지, 보수성이 우수한 철도차량을 제공하려는 목적을 갖는다.
리벳을 사용한 결합방식으로는 상기와 같은 목적을 달성할 수 없어 본 출원의 발명자는 홈과 돌기를 사용한 슬롯결합 방식을 안출하였다.
즉, 철도차량용 제1구조물(10)에 형성된 결합홈(11)에 철도차량용 제2구조물(20)에 형성된 결합돌기(21)가 삽입되어 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20) 간의 결합이 이루어지도록 하는 것이다.
상기 철도차량용 제1구조물(10)이나 철도차량용 제2구조물(20) 중 적어도 어느 하나는 복합소재로 이루어진 것이다.
철도차량의 특성상 결합부에서의 견고한 결합이 요구될 뿐만 아니라 철도차량용 구조물은 압출에 의해 제작되는 특징이 있다.
이로 인하여 상기 결합홈(11)은 3면이 막힌 형상을 가지면서 철도차량용 제1구조물(10)이 압출되는 길이 방향으로 연장된 형상을 갖는다.
또, 결합돌기(21)는 철도차량용 제2구조물(20)이 압출되는 길이방향으로 연장되어 있다.
따라서 결합돌기(21)가 결합홈(11)에 삽입되는 방향이나 그 반대방향으로 이동되어야 결합홈(11)에서 결합돌기(21)가 이탈될 수 있다.
상기와 같은 결합홈(11)이나 결합돌기(21)는 철도차량용 제1구조물(10)이나 철도차량용 제2구조물(20)의 압출, 성형시 형성할 수 있는 특징이 있다.
결합부에서의 형태변형 등을 방지하기 위한 강도보강용 수단이 없는 복합소재 재질의 철도차량용 구조물이라면 슬롯결합을 위한 홈보다는 돌기가 형성되는 것이 바람직하다.
따라서 이러한 경우라면 전술한 본 발명의 구조에서 철도차량용 제2구조물이 복합소재로 이루어져 있는 것이 좋다.
다만, 결합부에서의 형태변형 등을 방지하기 위한 철심(홈의 골격을 형성하는 철심) 등의 강도보강수단이 구비된 경우는 홈이 형성되어 있어도 좋다.(도시하지 않음)
그런데 본 발명에서와 같은 방식에서는 철도차량용 구조물의 제작성과 결합부의 견고함을 고려할 때 결합홈(11)과 결합돌기(21)는 철도차량용 구조물의 한쪽 측면을 형성하면서 형성되는 것이 바람직하다.
특히, 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물의 경우 더욱 그러하다.
즉, 철도차량용 제1구조물(10)의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합홈(11)에 철도차량용 제2구조물(20)의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합돌기(21)가 삽입되어 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20) 간의 결합이 이루어지도록 하는 것이다.
또, 철도차량용 제1구조물(10)이나 철도차량용 제2구조물(20) 중 적어도 어느 하나는 복합소재로 이루어지도록 하는 것이다.
결합돌기(21)를 갖는 철도차량용 제2구조물(20)은 복합소재로 이루어져 있는 것이 더 바람직한데 이러한 경우 철도차량용 제2구조물(20)은 내부를 구성하는 허니컴 구조의 허니컴코어(22) 일측에 금속으로 이루어져 결합돌기(21)를 형성하는 결합부형성체(24)가 일체화된 형태로 구현하는 것이 좋다.
이러한 구조는 견고한 결합력 확보가 가능하면서 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물의 제작이 더욱 용이하기 때문이다.
본 발명에 있어서, 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20)에 핀구멍(13, 23)이 형성되어 있도록 하고, 이 핀구멍(13, 32)에 핀(30)을 박아 결합상태의 변형이 발생되는 것을 방지할 수도 있다.
즉, 결합 상태의 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20)에 상호 일치되는 핀구멍(13 과 23)이 형성되어 있고, 이 핀구멍(13, 23)에 핀(30)을 박아 결합 상태에 변형이 발생되는 것을 방지하는 것이다.
이러한 핀구멍(13, 23)은 소정의 간격을 두고 복수 개 형성되어 있도록 하는 것이 좋다.
본 발명은 결합홈(11, 22)과 결합돌기(12, 21)를 사용한 슬롯결합 방식인데 결합의 용이성을 위해서는 결합돌기(21)의 크기가 결합홈(11)보다 작아야 한다.
그런데 이러한 방식에서는 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이에 틈새가 발생될 수밖에 없다.
상호 결합되는 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이에 틈새가 크게 발생 될수록 진동과 소음이 크다.
이러한 문제점 해소를 위하여 상호 결합되는 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이에 접착제가 채워져 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이의 틈새가 메워지는 구조를 안출하였다.
이러한 접착제는 결합홈(11)과 결합돌기(21)를 결합하기 전에 결합홈(11)이나 결합돌기(21)에 두껍게 도포해 놓고 결합하는 방식으로 위치시킬 수 있다.
그러나 이러한 방식은 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이의 틈새를 견고하게 메워주지 못하는 문제가 있다.
따라서 결합홈(11)과 결합돌기(21)를 결합시켜 놓은 후 결합홈(11)과 결합돌기(21)의 측면(결합 상태의 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20)의 측면)에서 접착제를 밀어넣는 방식을 사용하는 것이 더 좋다.
그런데 철도차량용 구조물은 그 길이가 평균 20m 이상으로 매우 길다.
따라서 결합 상태의 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20)의 측면에서 접착제를 밀어 넣는 방식은 접착제를 매우 강한 압력으로 밀어넣기 위한 수단이 요구된다.
이러한 문제점 해소를 위해 철도차량용 제1구조물(10)이나 철도차량용 제2구조물(20)에 형성된 구멍에 접착제를 밀어 넣는 방식을 사용할 수 있다.
이러한 구멍은 전술한 설명에서의 핀(30)을 박기 위한 핀구멍(13, 23)일 수 있다.
접착제를 밀어 넣기 위한 홀은 소정의 간격으로 복수 개 형성되어 있는 것이 좋다.
핀구멍(13)으로 접착제를 밀어 넣었을 때 접착제가 결합홈(11)과 결홀돌기(21) 사이의 틈새로 퍼져나가도록 하기 위해서 핀구멍(13, 23)의 입구 맞은편(핀구멍(13, 23)이 상부에서 하부로 형성된 경우 핀구멍(13, 23)의 하부, 반대로 핀구멍(13, 23)이 하부에서 상부로 형성된 경우 핀구멍(13, 23)의 상부)이 막혀 있도록 한다.
1. 측면구조체
2. 박공구조체
3. 지붕구조체
4. 언더프레임
10. 철도차량용 제1구조물
11. 결합홈
13. 핀구멍
20. 철도차량용 제2구조물
21. 결합돌기
23. 핀구멍
24. 결합부형성체
30. 핀

Claims (7)

  1. 철도차량의 구현을 위해 복합소재로 이루어진 철도차량용 구조물과 또 다른 철도차량용 구조물을 결합하는 구조에 있어서,
    철도차량용 제1구조물(10)의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합홈(11)에 철도차량용 제2구조물(20)의 한쪽 측면을 형성하면서 형성된 결합돌기(21)가 삽입되어 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20) 간의 결합이 이루어지도록 되어 있고,
    상기 결합홈(11)은 3면이 막힌 형상을 가지면서 철도차량용 제1구조물(10)이 압출되는 길이 방향으로 연장된 형상이며, 상기 결합돌기(21)는 철도차량용 제2구조물(20)이 압출되는 길이방향으로 연장되어 결합돌기(21)가 결합홈(11)에 삽입되는 방향이나 그 반대방향으로 이동되어야 결합홈(11)에서 결합돌기(21)가 이탈될 수 있도록 되어 있고,
    상기 철도차량용 제1구조물(10)이나 철도차량용 제2구조물(20) 중 적어도 어느 하나는 복합소재로 이루어지며,
    상기 철도차량용 제1구조물(10)과 철도차량용 제2구조물(20)을 관통 하는 형상으로 형성된 핀구멍(13, 23)에 핀(30)을 박아 결합상태의 변형이 발생되는 것을 방지하며,
    상기 핀(30)은 상기 핀구멍(13, 23)에 대응하는 형상으로 형성되며,
    상기 핀구멍(13, 23)은 소정의 간격을 두고 복수 개 형성되며,
    상기 핀구멍(13, 23)으로 접착제를 밀어 넣으면 상호 결합되는 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이의 틈새를 따라 접착제가 퍼져나가 상호 결합되는 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이의 틈새가 메워지며,
    상기 핀구멍(13)으로 접착제를 밀어 넣었을 때 접착제가 결합홈(11)과 결합돌기(21) 사이의 틈새로 퍼져나가도록 하기 위해서 핀구멍(13, 23)의 입구 맞은편(핀구멍(13, 23)이 상부에서 하부로 형성된 경우 핀구멍(13, 23)의 하부, 반대로 핀구멍(13, 23)이 하부에서 상부로 형성된 경우 핀구멍(13, 23)의 상부)이 막혀 있는 것을 특징으로 하는 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 철도차량용 제2구조물(20)이 복합소재로 이루어져 있는, 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 철도차량용 제2구조물(20)은 내부를 구성하는 허니컴 구조의 허니컴코어(22) 일측에 금속으로 이루어져 결합돌기(21)를 형성하는 결합부형성체(24)가 일체화된 형태인 것을 특징으로 하는, 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1항의 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조가 적용된 철도차량.
KR1020120069263A 2012-06-27 2012-06-27 견고한 결합력 확보를 위한 복합소재 철도차량용 구조물의 슬롯결합 구조 그것이 적용된 철도차량 KR101384557B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2892637B2 (ja) 1997-07-08 1999-05-17 川崎重工業株式会社 新幹線先頭車両の複合材構体の中央部結合方法
KR20000068913A (ko) * 1997-09-06 2000-11-25 아킴 브라이터 차량 몸체용 벽모듈
KR100766362B1 (ko) 2006-12-22 2007-10-12 한국철도기술연구원 이원화된 구조를 갖는 철도차량 차체 및 이의 제조 방법
KR100868880B1 (ko) 2007-01-29 2008-11-14 홍성산업 주식회사 철도 차량용 패널

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