KR101537861B1 - 차량용 크래쉬 박스의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량용 크래쉬 박스에 관한 것으로, 몸체와, 상기 몸체의 내부에 형성되는 허니컴 구조를 포함하는 차량용 크래쉬 박스에 있어서, 상기 몸체와 상기 허니컴 구조에 직조물이 인서트 성형됨으로써 충돌에너지 흡수 효율을 향상시킬 수 있는 차량용 크래쉬 박스를 제공한다.

Description

차량용 크래쉬 박스의 제조방법{Manufacturing method of crash box for vehicle}

본 발명은 차량용 크래쉬 박스에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 충돌에너지 흡수 효율을 향상시키는 동시에 경량화가 가능한 차량용 크래쉬 박스에 관한 것이다.

일반적으로 차량의 전방과 후방에는 충돌시 충격에너지를 흡수하여 승객과 차체를 보호하기 위한 범퍼 빔 모듈이 설치된다. 이러한 범퍼 빔 모듈은 도 1에 도시된 유럽 RCAR 테스트(RCAR: Research Council for Automobile Repairs, 세계자동차 수리기술연구위원회)와 같은 충돌테스트를 통해 성능이 평가되며, 이에 기초하여 추가적인 연구, 개발이 이루어진다.

구체적으로, 도 2를 참조하면, 범퍼 빔 모듈(10)은 범퍼 빔(11)과 크래쉬 박스(12)를 포함한다. 이 경우, 크래쉬 박스(12)는 범퍼 빔(11)과 차체 사이에 설치되어 도 3에 도시된 바와 같이 충돌시 적절하게 압착, 변형됨으로써 충돌에너지를 흡수하고, 이를 통해 차체를 보호하는 기능을 한다.

이러한 크래쉬 박스(12)의 개발시에는 도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이 크래쉬 박스(12)와 차체 멤버(13)의 벽면을 일치시켜 차체 멤버(13)가 크래쉬 박스(12)를 균등하게 지지함으로써 크래쉬 박스(12)의 중량을 최적화하고 에너지 흡수 효율을 증대시키는 것이 중요하다.

또한, 크래쉬 박스(12)는 상술한 바와 같이 차체 멤버(13)의 벽면 상에 형성되어야 하기 때문에 그 설치 단면이 제한될 수 밖에 없고, 이로 인해 제약된 단면에서 탄성율(E)과 단면계수(I)를 증대시키는 것도 중요하다. 그러나 도 7에 도시된 바와 같이 차체 멤버(13)와 크래쉬 박스(12)를 일치시키면 견인용 너트/볼트의 도피 공간(S)과 사이즈 차이로 인해 단면계수(I) 증대를 위한 허니컴 구조의 단면 적용이 어려운 문제점이 있다. 특히, 허니컴 구조를 적용하더라도 현재 사용되고 있는 일반적인 플라스틱 소재로는 스틸 제품의 에너지 흡수율을 구현하기 어렵고, 허니컴 구조만 과다하게 증가하기 때문에 중량 절감 효과를 얻을 수 없다.

참고적으로, 본 발명의 배경이 되는 기술은 공개특허 제10-2013-0049338호, 공개특허 제10-2013-0028129호 등에 개시되어 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 스틸 소재의 크래쉬 박스와 동등한 충돌에너지를 흡수할 수 있고, 중량절감이 가능할 뿐 아니라 자동차의 연비도 향상시킬 수 있는 차량용 크래쉬 박스를 제공하는 데 목적이 있다.

전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서,

본 발명은, 몸체와, 상기 몸체의 내부에 형성되는 허니컴 구조를 포함하는 차량용 크래쉬 박스에 있어서, 상기 몸체와 상기 허니컴 구조에 직조물이 인서트 성형되는 것을 특징으로 하는 차량용 크래쉬 박스를 제공한다.

이 경우, 상기 직조물은 상기 허니컴 구조에 형성되는 제 1 직조물과, 상기 몸체에 형성되는 제 2 직조물을 포함하되, 상기 제 2 직조물은 복수개가 마련되어 중첩 형성되며, 외측방향으로 갈수록 선단이 짧아지는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 직조물은 탄소섬유, 유리섬유, 스틸와이어 중에서 선택되는 어느 하나로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 몸체와 상기 허니컴 구조는 플라스틱 복합소재로 이루어질 수 있다.

이 경우, 상기 차량용 크래쉬 박스는 사출성형 또는 압축성형될 수 있다.

본 발명에 따르면, 몸체와 허니컴 구조에 직조물이 인서트 사출되어 충돌시 직조물이 압착, 붕괴됨으로써 스틸 크래쉬 박스와 동등한 충돌에너지를 흡수할 수 있다.

또한, 몸체와 허니컴 구조가 플라스틱 복합소재로 이루어짐으로써 경량화가 가능하고, 이로 인해 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 유럽 RCAR 테스트 방법을 도시한 도면,
도 2는 범퍼 빔 모듈의 분해사시도,
도 3은 범퍼 빔 모듈의 충돌 전후 형상 변화를 도시한 도면,
도 4는 범퍼 빔 모듈의 차체 결합 상태를 도시한 사시도,
도 5는 도 4의 A-A 단면도,
도 6은 도 4의 B-B 단면도,
도 7은 차체 멤버의 단면 구조와 크래쉬 박스를 일치시켰을 경우의 사이즈 차이를 도시한 도면,
도 8은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 사시도,
도 9는 도 8에 도시된 차량용 크래쉬 박스의 몸체를 도시한 단면도,
도 10은 도 9에 도시된 차량용 크래쉬 박스의 직조물을 도시한 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스가 적용된 범퍼 빔 모듈의 분해사시도,
도 12는 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 인서트 사출성형 과정을 도시한 도면,
도 13은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 인서트 압축성형 과정을 도시한 도면.

이하에서는, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙여 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 사시도, 도 9는 도 8에 도시된 차량용 크래쉬 박스의 몸체를 도시한 단면도, 도 10은 도 9에 도시된 차량용 크래쉬 박스의 직조물을 도시한 사시도, 도 11은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스가 적용된 범퍼 빔 모듈의 분해사시도이다.

도 8 내지 도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스(100)는 몸체(110)와, 허니컴 구조(120) 및 직조물(130)을 포함한다.

몸체(110)는 범퍼 빔(200)과 차체 사이에 결합되는 지지체로서 전단부는 폐쇄되고, 후단부는 개방된 내부 중공형 구조를 갖는다. 여기서, 몸체(110)의 "전단부"는 몸체(110)에서 범퍼 빔(200)과 결합되는 부분을 의미하고, "후단부"는 차체(도면 미도시)와 결합되는 부분을 의미한다.

몸체(110)의 전단부는 일측으로 경사진 형태를 가지는데, 본 발명에서 몸체(110)의 형태가 이와 같이 경사진 형태로 한정되는 것은 아니며, 범퍼 빔(200)의 형상에 따라 자유롭게 변형 가능함은 물론이다.

몸체(110)의 후단부에는 외향 돌출된 플랜지(111)가 형성되어 차체 멤버(도면 미도시)와 결합시 이용된다.

허니컴 구조(120)는 탄성율(E)과 단면계수(I)를 증대시키기 위한 것으로 몸체(110)의 내부에 길이방향을 따라 수직하게 형성된다.

이 경우, 여기서는 설명의 편의를 위해 허니컴 구조(120)가 4개의 격자로 이루어진 것만을 예시하였으나, 격자의 개수는 요구되는 충격에너지 흡수량을 고려하여 적절히 증감 가능한 것으로 이해되어야 한다.

다만, 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 직조물(130)에 의해 충격량의 상당 부분이 흡수되기 때문에 허니컴 구조(120)의 격자 수를 최소화할 수 있으며, 이를 통해 중량 절감 효과도 얻을 수 있다.

이상에서 설명한 몸체(110)와 허니컴 구조(120)는 경량화를 위해 플라스틱 복합소재로 이루어질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 플라스틱 복합소재로는 유리섬유가 보강된 열가소성 플라스틱 복합소재를 이용할 수 있으며, 필요에 따라 공지된 다양한 플라스틱 복합소재를 적용 가능한 것으로 이해되어야 한다.

계속하여, 직조물(130)은 충격 흡수 효율을 극대화하기 위한 것으로 몸체(110)와 허니컴 구조(120)에 인서트 성형된다. 직조물(130)의 성형 방법은 후술하여 상세히 설명하도록 한다.

구체적으로, 직조물(130)은 도 9에 도시된 바와 같이 허니컴 구조(120)의 내벽에 형성되는 제 1 직조물(131)과, 몸체(110)의 내벽에 형성되는 제 2 직조물(132)을 포함한다. 즉, 제 1 직조물(131)은 허니컴 구조(120)를 구성하는 단위 격자에 각각 인서트 성형되고, 제 2 직조물(132)은 몸체(110)의 내벽에 전체적으로 인서트 성형된다.

이 경우, 제 2 직조물(132)은 다수가 마련되어 중첩 형성될 수 있는데, 중첩된 직조물 중 외측에 배치된 직조물은 내측에 인접하게 배치된 직조물보다 그 선단이 짧게 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같이 구성하면 직조물이 인서트 성형된 상태에서 전방으로부터 충격이 인가될 경우 직조물이 길이 순서에 따라 순차적으로 압착, 붕괴되기 때문에 충격량을 보다 효과적으로 흡수할 수 있다.

한편, 본 발명에서 직조물(130)은 성형의 편의를 위해 도 10에 도시된 바와 같이 관상으로 직조(Tubular braids)된 형태를 가지며, 그 소재는 차체의 강도와 목표로 하는 충격에너지 흡수량, 중량, 가격 등을 고려하여 선정된다. 예컨대, 직조물(130)의 소재로 탄소섬유, 유리섬유, 스틸와이어 등을 이용할 수 있다.

이상으로 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스에 대해 설명하였다. 이하에서는 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 제조방법에 대해 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

본 발명에서 차량용 크래쉬 박스는 인서트 사출성형 또는 인서트 압축성형을 통해 제조될 수 있는 바 이하 차례대로 설명한다.

도 12는 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 인서트 사출성형 과정을 도시한 도면이다.

도 12를 참조하면, 인서트 사출성형을 위해 먼저, 차량용 크래쉬 박스(100)의 몸체(110)에 대응되는 내부 구조를 갖는 캐비티 금형(180)과, 허니컴 구조(120)에 대응되는 외부 구조를 갖는 코어 금형(190)을 준비(도 12의 (a))한다.

이후, 코어 금형(190)에 허니컴 구조(120)의 보강을 위한 제 1 직조물(131)을 삽입하고, 이러한 제 1 직조물(131)의 외측에 몸체(110)의 보강을 위한 제 2 직조물(132)을 삽입(도 12의 (b), (c), (d))한다. 이 경우, 제 1 직조물(131)과 제 2 직조물(132)은 앞서 설명한 바와 같이 관상 형태로 제공되는데, 그 외경은 각각의 보강 대상물에 대응하는 외경 사이즈를 고려하여 제작된다.

한편, 도 12의 (e)에 도시된 바와 같이 제 2 직조물(132)의 외측에 다른 제 2 직조물(132')을 중첩시키는 것도 가능한데, 이 경우, 제 1 직조물(131)과, 제 2 직조물(132) 및 다른 제 2 직조물(132')의 선단은 순차적으로 짧게 형성되어 충격 발생시 순차적으로 압착, 붕괴되도록 한다.

마지막으로, 상술한 상태에서 코어 금형(190)과 캐비티 금형(180)을 닫고 수지를 주입하여 사출성형하면 차량용 크래쉬 박스(100)가 완성된다. 이 경우, 사출성형은 공지된 사출성형방법을 따르며, 특별히 제한되지 않는다.

이상으로 인서트 사출성형 방법에 대해 설명하였다. 이하, 인서트 압축성형 방법에 대해 설명하도록 한다.

도 13은 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스의 인서트 압축성형 과정을 도시한 도면이다.

원료 수지의 특성에 따라 프레스 플로우 성형 공법을 적용할 필요가 있다. 이처럼 압축성형을 적용할 경우에는 도 13에 도시된 바와 같이 코어 금형(190)에 직조물(130)을 삽입하고, 그 위에 프레스 플로우 성형을 위한 수지(170)를 배치한 후 캐비티 금형(180)을 닫고 열과 압력을 인가하면 차량용 크래쉬 박스(100)가 완성된다. 이 경우, 압축성형은 공지된 압축성형방법을 적용할 수 있으며, 특별히 제한되지 않는다.

다만, 압축성형의 경우 앞서 설명한 사출성형에서와 같이 직조물을 짧게 형성하면 가압 과정에서 직조물이 하방으로 밀려 요구되는 강도를 구현할 수 없는 문제점이 있다. 따라서 본 발명에서는 직조물(130)을 보다 길게 형성하여 코어 금형(190)에 삽입하고, 코어 금형(190)에 삽입되지 않은 부분을 외측으로 절곡시킴으로써 압력이 인가되더라도 직조물(130)이 하방으로 이동하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 차량용 크래쉬 박스와 관련하여 복합 플라스틱 적용시 충돌 성능을 평가하기 위해 하기의 [표 1]과 같은 조건으로 RCAR 40% OFFSET BARRIER TEST에 따른 구조해석을 실시하였으며, 그 결과를 종래의 스틸 크래쉬 박스와 비교하여 하기의 [표 2]에 나타내었다. 이 경우, 구조해석은 차량 멤버가 동일한 조건에서 실시되었다.

[표 1]

[표 2]

[표 2]로부터 스틸 크래쉬 박스의 경우 배리어 침입량이 78.9mm로 INT. SPEC.인 80.54mm를 초과하지 않았으나, 복합 플라스틱 크래쉬 박스의 경우에는 배리어 침입량이 85.0mm로 80.54mm를 초과하는 것으로 나타났다. 따라서 복합 플라스틱 적용시 SPEC.을 불만족하기는 하나 스틸 소재 대비 중량 경쟁력 확보가 가능하기 때문에 빔의 두께를 보강하거나 구조를 최적화하는 방법을 통해 스틸 크래쉬 박스를 대체할 수 있을 것으로 예상된다.

이상으로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참고하여 상세하게 설명하였다. 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

따라서 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미, 범위, 및 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 차량용 크래쉬 박스 110 : 몸체
111 : 플랜지 120 : 허니컴 구조
130 : 직조물 131 : 제 1 직조물
132, 132' : 제 2 직조물 170 : 수지
180 : 캐비티 금형 190 : 코어 금형
200 : 범퍼 빔

Claims (5)

1. 몸체와, 상기 몸체의 내부에 형성되는 허니컴 구조를 포함하는 차량용 크래쉬 박스의 제조방법에 있어서,
   (a) 상기 몸체에 대응되는 내부 구조를 갖는 캐비티 금형과, 상기 허니컴 구조에 대응되는 외부 구조를 갖는 코어 금형을 준비하는 단계와;
   (b) 상기 코어 금형에 관상의 직조물을 삽입하는 단계와;
   (c) 상기 직조물이 삽입된 코어 금형 위에 프레스 플로우 성형을 위한 수지를 배치하는 단계; 및
   (d) 상기 캐비티 금형을 닫고 압축성형하는 단계;
   를 포함하되,
   상기 (b) 단계에서 상기 직조물을 상기 허니컴 구조의 길이보다 길게 형성하여 외측으로 절곡시킴으로써 압력 인가시 상기 직조물이 하방으로 이동하지 않도록 한 것을 특징으로 하는 차량용 크래쉬 박스의 제조방법.
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