KR101766610B1 - 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법 - Google Patents

로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법 Download PDF

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Abstract

로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법이 개시된다. 구조적 오일 팬은, 차량에 대한 장착을 위해 구성된 브래킷 부분과, 브래킷 부분과 통합되고 오일 저장부를 형성하는 팬 부분과, 로스트 코어 성형을 통해 형성되고 공동을 형성하는 구조적 섹션을 포함한다. 방법은 금속 코어를 형성하고, 금속 코어에 대해 브래킷 부분 및/또는 팬 부분을 성형하고, 브래킷 부분 및 팬 부분 중 적어도 하나에 구조적 섹션을 형성하기 위해 금속 코어를 제거하는 것에 의한 로스트 코어 성형 단계를 포함한다. 방법은 구조적 오일 팬을 형성하기 위해 브래킷 부분 및 팬 부분을 함께 공동-성형하는 것을 또한 포함한다.

Description

로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법{METHOD OF FORMING A STRUCTURAL OIL PAN VIA LOST CORE MOLDING}
1. 발명의 분야
본 개시내용은 일반적으로 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법에 관한 것이다.
2. 관련 기술분야의 설명
화학적 저항성, 충격 저항성, 및 구조적 무결성을 필요로하는 물품은 금속 예컨대 강철 및 알루미늄으로 형성되는 경우가 많다. 그러나, 금속의 비용이 증가하였다. 이 때문에, 이제 예컨대 중합체 재료같은 금속에 대한 대안이 금속으로 형성된 이러한 물품을 형성하는데 사용하기 위해 고려되고 있다. 중합체 재료로 형성된 물품은 금속으로 형성된 물품보다 중량이 덜 나가고 저렴한 경우가 많다. 그러나 중합체 재료로 형성된 물품은 종종 온도 범위에 걸쳐 화학적 저항성, 충격 저항성뿐만 아니라 다양한 구조적, 음향적 요구조건에 대해 엄중하고, 미리 결정된 설계 요구조건을 충족하거나 초과해야 한다.
내연 엔진을 위한 오일 팬(유체 저장부)이 금속으로 형성된 이러한 물품의 구체적 예이다. 오일 팬의 비용과 중량을 줄이기 위한 노력으로, 중합체 재료 및 금속으로 형성된 복합 오일 팬이 제안되었다. 그러나 이러한 복합 오일 팬에서 오일 팬에 대해 엄중하고, 미리 결정된 설계 요구조건을 충족하기 위해 여전히 금속, 특히 금속 브래킷의 사용이 요구된다.
따라서, 중합체 재료로 형성된 오일 팬을 형성하는 방법에 대한 요구가 남아있다.
로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법이 개시된다. 구조적 오일 팬은 차량에 대한 장착을 위해 구성된 브래킷 부분, 브래킷 부분과 통합되고 오일 저장부를 형성하는 팬 부분, 및 로스트 코어 성형을 통해 형성되고 공동을 형성하는 구조적 섹션을 포함한다. 방법은 금속 코어를 형성하고, 금속 코어에 대해 브래킷 부분 및/또는 팬 부분을 성형하고, 브래킷 부분 및 팬 부분 중 적어도 하나에 구조적 섹션을 형성하기 위해 금속 코어를 제거하는 것에 의한 로스트 코어 성형 단계를 포함한다. 방법은 구조적 오일 팬을 형성하기 위해 브래킷 부분 및 팬 부분을 함께 공동-성형하는 단계를 또한 포함한다.
본 개시내용의 다른 이점이 첨부 도면과 함께 고려될 때 하기 상세한 설명을 참조로하여 보다 잘 이해되므로, 이들을 쉽게 알 수 있을 것이다.
도 1a는 구조적 섹션을 포함하고 차량에 대한 장착을 위해 구성된 브래킷 부분, 및 브래킷 부분과 통합되고 오일 저장부를 형성하는 팬 부분을 포함하는 구조적 오일 팬의 제1 실시예의 사시 정면도이다.
도 1b는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분의 사시 정면도이다.
도 1c는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분의 다른 사시 정면도이다.
도 1d는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분의 또 다른 사시 정면도이다.
도 1e는 라인 1E-1E를 따라 얻어진 도 1a의 구조적 오일 팬의 브래킷 부분 및 구조적 섹션 및 이의 공동의 사시 단면도이다.
도 1f는 라인 1F-1F를 따라 얻어진 도 1a의 구조적 오일 팬의 브래킷 부분 및 구조적 섹션 및 이의 공동의 사시 단면도이다.
도 1g는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분 및 구조적 섹션의 평면도이다.
도 1h는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분 및 구조적 섹션의 저면도이다.
도 1i는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분 및 구조적 섹션의 측면도이다.
도 1j는 도 1a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분 및 구조적 섹션의 단부도이다.
도 2a는 구조적 섹션을 포함하고 차량에 대한 장착을 위해 구성된 브래킷 부분, 및 브래킷 부분과 통합되고 오일 저장부를 형성하는 팬 부분을 갖는 구조적 오일 팬의 제2 실시예의 사시 정면도이다.
도 2b는 도 2a의 구조적 오일 팬의 사시 평면도이다.
도 2c는 라인 2C-2C를 따라 얻어진 도 2a의 구조적 오일 팬의 브래킷 부분 및 구조적 섹션 및 이의 공동의 사시 단면도이다.
도 2d는 라인 2D-2D를 따라 얻어진 도 2a의 구조적 오일 팬의 브래킷 부분 및 구조적 섹션 및 이의 공동의 사시 단면도이다.
도 3a는 외부 표면, 오일 저장부를 형성하는 내부 표면, 교차-버팀대, 및 브래킷 부분을 갖는 구조적 오일 팬의 제3 실시예의 사시 정면도이다.
도 3b는 도 3a의 구조적 오일 팬의 분리된 브래킷 부분의 사시 정면도이다.
도 3c는 도 3a의 구조적 오일 팬의 사시 평면도이다.
같은 부호가 몇몇 도면에 걸쳐 대응하는 부분을 나타내고 있는 도면을 참조하면, 구조적 오일 팬(이하에서 "오일 팬" 또는 "구조적 오일 팬" 둘 다로 불림)이 일반적으로 20으로 도시된다. 본 발명의 모든 실시예에서 오일 팬(20)은 로스트 코어 성형을 통해 형성된다. 오일 팬(20)은 중합체 재료, 즉, 플라스틱 재료로 형성되거나 제조된다. 본 개시내용의 맥락에서, 중합체 재료는 순수, 즉, 원래 그대로의, 비합성 수지일 수 있거나, 중합체 재료는 수지가 다른 구성요소, 예를 들어 특정 물리적 성질을 개선하기 위해 선택 첨가제와 합성되는 공학적 제품일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 이러한 첨가제는 윤활제, 강화제, 충격 개질제, 커플링제, 및 착색제, 예컨대 색소 등을 포함하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
중합체 재료는 중합체, 예컨대 폴리아미드를 포함한다. 중합체는 중합체 재료의 총 중량을 기반으로 하여 약 10 내지 약 90, 대안적으로 20 내지 80, 대안적으로 30 내지 70, 대안적으로 45 내지 65, 대안적으로 50 내지 60 중량부의 양으로 중합체 재료에 존재한다. 중합체 재료에 존재하는 중합체의 양은 상기 범위를 벗어나 변할 수 있지만, 이러한 범위 이내의 전체 값 및 부분 값 둘 다인 것이 통상적이다.
중합체 재료가 폴리아미드를 포함할 때, 폴리아미드는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 610, 폴리아미드 6I/6T, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 612, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 그러나, 폴리아미드와는 다른 중합체 재료도 오일 팬(20)을 제조하기 위해 또한 사용될 수 있다는 것이 이해되어야한다.
중합체 재료는 중합체 재료에 내구성 및 강성을 부여하기 위해 강화제를 통상적으로 포함한다. 강화제는 형태가 미립자일 수 있거나, 형태가 섬유일 수 있다. 미립자 형태의 강화제의 비제한적인 예는 규회석, 탄산칼슘, 황산칼슘, 카올린, 운모, 실리카, 활석, 카본 블랙, 및/또는 알루미나 규산을 포함한다. 섬유 형태의 강화제의 비제한적인 예는 유리 섬유, 탄소 섬유, 금속 섬유(예를 들어, 스테인리스 스틸), 중합체 섬유, 사이잘, 및/또는 붕소를 포함한다. 강화제의 섬유는 크기(예를 들어, 길이, 직경 등)가 다양할 수 있고 코팅되거나 코팅되지 않을 수 있다.
한 실시예에서, 강화제는 복수의 섬유를 포함한다. 그러나 강화제는 섬유, 입자, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다는 것이 인식될 것이다. 한 실시예에서, 강화제는 탄소 섬유를 포함한다. 물론, 강화제는 다른 재료, 예컨대, 금속, 중합체, 사이잘, 또는 붕소의 섬유를 포함할 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
다양한 실시예에서, 섬유는 13 마이크로미터 미만의, 대안적으로 10 마이크로미터 미만의, 대안적으로 1 내지 5 마이크로미터의 평균 직경을 갖는다. 다양한 실시예에서, 섬유는 0.1 내지 20, 대안적으로 0.1 내지 13, 대안적으로 0.1 내지 1, 대안적으로 1 내지 10, 대안적으로 1 내지 5 mm의 평균 길이를 갖는다. 한 실시예에서, 섬유는 1 mm 미만의 길이를 갖는 "짧은" 탄소 섬유를 포함한다. 다른 실시예에서, 섬유는 1 mm 초과의 길이를 갖는 "긴" 탄소 섬유를 포함한다.
중합체 재료 또는 섬유 그 자체는 중합체 재료와 섬유 사이에 결합을 촉진하기 위해 다른 구성요소를 포함할 수 있다.
적합한 유리 섬유는 PPG 인터스트리즈 인크.(PPG Industries Inc.)의 상품명 CHOPVANTAGE®로부터 상업적으로 이용가능하다. 적합한 탄소 섬유는 테네시주 록우드(Rockwood) 소재의 토호-테낙스(Toho-Tenax)의 상품명 TENAX®로부터 상업적으로 이용가능하다.
사용될 때, 강화제는 중합체 재료의 총 중량을 기반으로 하여 15 내지 65, 대안적으로 25 내지 50, 대안적으로 30 내지 40, 대안적으로 45 내지 55 중량부의 양으로 존재한다. 중합체 재료에 존재하는 강화제의 양은 상기 범위를 벗어나 변할 수 있지만, 이러한 범위 이내의 전체 값 및 부분 값 둘 다인 것이 통상적이다.
중합체 재료는 중합체 재료에 우수한 충격 저항성을 부여하기 위한 충격 개질제를 포함할 수 있다. 사용될 때, 충격 개질제는 중합체 재료의 총 중량을 기반으로 하여 1 내지 20, 대안적으로 3 내지 15, 대안적으로 4 내지 10 중량부의 양으로 존재한다. 존재한다면, 중합체 재료에 존재하는 충격 개질제의 양은 상기 범위를 벗어나 변할 수 있지만, 이러한 범위 이내의 전체 값 및 부분 값 둘 다인 것이 통상적이다.
충격 개질제는 엘라스토머, 이오노머, 에틸렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌 공중합체, 에틸렌-프로필렌-디엔 삼원공중합체, 에틸렌-옥텐 공중합체, 에틸렌-아크릴레이트 공중합체, 스티렌-부타디엔 공중합체, 스티렌-에틸렌/부틸렌-스티렌 삼원공중합체 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된다. 다양한 실시예에서, 충격 개질제는 적어도 하나의 에틸렌 옥텐, 에틸렌 프로필렌, 또는 이의 조합을 포함한다. 적합한 충격 개질제는 델라웨어주 윌밍톤(Wilmington) 소재의 듀폰 캄파니(DuPont Company)의 상품명 FUSABOND®로부터 상업적으로 이용가능하다.
요구되지 않더라도, 중합체 재료는 중합체 재료의 열 분해에 대한 저항성을 부여하기 위한 열 안정화제를 또한 포함할 수 있다. 사용될 때, 열 안정화제는 중합체 재료의 총 중량을 기반으로 하여 0.01 내지 1, 대안적으로 0.01 내지 0.6, 대안적으로 0.08 내지 0.2 중량부의 양으로 존재한다. 존재한다면, 중합체 재료에 존재하는 열 안정화제의 양은 상기 범위를 벗어나 변할 수 있지만, 이러한 범위 이내의 전체 값 및 부분 값 둘 다인 것이 통상적이다.
열 안정화제는 유기 열 안정화제, 무기 열 안정화제, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 다양한 실시예에서, 열 안정화제는 적어도 하나의 아이오딘화제1구리, 아이오딘화칼륨, 브로민화칼륨, 또는 이의 조합을 포함한다. 적합한 열 안정화제는 조지아주 파우더 스프링스(Powder Springs) 소재의 에이제이 노스 아메리카(Ajay North America)의 상품명 IODEAL®로부터 상업적으로 이용가능하다.
요구되지 않더라도, 중합체 재료는 중합체 재료가 오일 팬(20)의 형성동안 몰드로부터 제거될 수 있도록 윤활제를 포함할 수 있다. 사용될 때, 윤활제는 중합체 재료의 총 중량을 기반으로 하여 0.01 내지 1, 대안적으로 0.1 내지 0.8, 대안적으로 0.2 내지 0.6 중량부의 양으로 존재한다. 존재한다면, 중합체 재료에 존재하는 윤활제의 양은 상기 범위를 벗어나 변할 수 있지만, 이러한 범위 이내의 전체 값 및 부분 값 둘 다인 것이 통상적이다.
윤활제는 탄화수소 왁스, 파라핀, 금속 비누, 포화 및 불포화 지방산, 지방 알콜, 에스테르, 아미드, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택될 수 있다. 한 실시예에서, 윤활제는 N,N'-에틸렌 비스-스테아르아미드를 포함한다. 적합한 윤활제는 뉴저지주 페어 론(Fair Lawn) 소재의 론자 인코포레이티드(Lonza Incorporated)의 상품명 ACRAWAX ®로부터 상업적으로 이용가능하다.
중합체 재료는 착색제 및 다른 첨가제를 포함할 수 있다.
중합체 재료는 마이너스 40℃ 내지 150℃의 범위에서 다양한 온도의 넓은 범위에 걸쳐, 물체, 예컨대 돌과 충돌시에 균열에 대해 내구성 및 저항성이 있다. 요구되지 않더라도, 중합체 재료는: 2,000 내지 50,000 MPa의 탄성 계수(영계수(Young's Modulus)); 10 내지 120 MPa의 피로 강도; 40 내지 113 kJ/m2의 낙하 중량 비노치 충격 강도; 10 내지 35 kJ/m2의 노치 충격 강도를 통상적으로 갖는다.
적합한 중합체 재료는 뉴저지주 플로헴 파크(Florham Park) 소재의 바스프 코포레이션(BASF Corporation)의 상품명 ULTRAMID®로부터 상업적으로 이용가능하다.
오일 팬(20)은 하나 초과의 중합체 재료로 형성될 수 있다. 한 실시예에서, 오일 팬(20)은 외부 표면(22), 오일 저장부(26)를 형성하는 내부 표면(24), 및 브래킷 부분(28)을 갖는다. 이러한 실시예에서, 오일 팬(20)의 브래킷 부분(28)은 제1 중합체 재료로 형성되고 오일 팬(20)의 나머지 부분(예를 들어 하기 기재된 바와 같은 팬 부분(29))은 하기에 추가적으로 기재된 바와 같은 제2 중합체 재료로 형성된다.
제1 중합체 재료는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리 아미드 610, 폴리아미드 6I/6T, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 612, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된 폴리아미드를 포함한다. 다양한 실시예에서, 제1 중합체 재료는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 또는 이의 조합을 포함한다. 한 실시예에서, 제1 중합체 재료는 폴리아미드 6을 포함한다.
다양한 실시예에서, 제1 중합체 재료는 10 마이크로미터 미만, 대안적으로 2 내지 10 마이크로미터의 평균 직경 및 1.0 mm 초과, 대안적으로 1.0 내지 30 mm의 평균 길이를 갖는 "긴" 탄소 섬유를 포함한다. 한 구체적 실시예에서, 약 24.5 mm의 탄소 섬유가 폴리아미드로 합성되고 그 후에 3 내지 6 mm의 평균 길이를 만들기 위한 처리시에 파괴된다. 제1 중합체 재료는 제1 중합체 재료의 100 중량부를 기반으로 하여 35 초과, 대안적으로 40 내지 70, 대안적으로 45 내지 55 중량부의 "긴" 탄소 섬유를 포함할 수 있다. 물론, 제1 중합체 재료는 중합체 재료의 한 종류이고 중합체 재료에 대해 상기 제시된 범위를 또한 적용한다.
적합한 제1 중합체 재료는 뉴저지주 플로헴 파크 소재의 바스프 코포레이션의 상품명 ULTRAMID®로부터 상업적으로 이용가능하다. 적합한 제1 중합체 재료의 한 구체적 예는 ULTRAMID® XA3321이다.
제2 중합체 재료는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 폴리아미드 46, 폴리아미드 610, 폴리아미드 6I/6T, 폴리아미드 11, 폴리아미드 12, 폴리아미드 1010, 폴리아미드 612, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된 폴리아미드를 포함한다. 다양한 실시예에서, 제2 중합체 재료는 폴리아미드 6, 폴리아미드 66, 또는 이의 조합을 포함한다. 한 실시예에서, 제2 중합체 재료는 폴리아미드 6을 포함한다.
다양한 실시예에서, 제2 중합체 재료는 10 마이크로미터 미만, 대안적으로 2 내지 10 마이크로미터의 평균 직경 및 1.0 mm 미만, 대안적으로 0.1 내지 1 mm의 평균 길이를 갖는 "짧은" 유리 섬유를 포함한다. 제2 중합체 재료는 제2 중합체 재료의 100 중량부를 기반으로 하여 20 초과, 대안적으로 25 내지 45, 대안적으로 30 내지 40 중량부의 "짧은" 유리 섬유를 포함할 수 있다. 물론, 제2 중합체 재료는 중합체 재료의 한 종류이고 중합체 재료에 대해 상기 제시된 범위를 또한 적용한다.
제2 중합체 재료는 온도의 넓은 범위에 걸쳐, 물체, 예컨대 돌과 충돌시에 균열에 대해 저항성이 있다. 한 실시예에서, 제2 중합체 재료는 ISO 시험 방법 179/1eA를 따라 시험될 때 23℃에서 15 KJ/m2 초과 및 -40℃에서 10 KJ/m2 초과의 아이조드(Izod) 노치 충격 강도를 갖는다.
적합한 제2 중합체 재료는 뉴저지주 플로헴 파크 소재의 바스프 코포레이션의 상품명 ULTRAMID®로부터 상업적으로 이용가능하다. 적합한 제2 중합체 재료의 한 구체적 예는 ULTRAMID® B3ZG7 OSI이다.
특히, 상기 기재된 제1 및 제2 중합체 재료는 동일하거나 상이할 수 있다. 이를 위해, 제1 및 제2 중합체 재료는 예를 들어, 폴리아미드 6을 둘 다 포함할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 특정 실시예에서, 제2 중합체 재료는 각각의 강화제 함유물에 대해 제1 중합체 재료와 상이하다. 더 구체적 예로서, 제1 및 제2 중합체 재료 둘 다는 폴리아미드 6을 포함할 수 있고, 또 제1 중합체 재료는 이의 강화제로서 탄소 섬유를 포함할 수 있고, 제2 중합체 재료는 이의 강화제로서 유리 섬유를 포함할 수 있다. 이러한 더 구체적 예에서, 제1 및 제2 중합체 재료는, 이들 둘 다가 이의 베이스 중합체로서 폴리아미드 6을 포함하더라도, (강화제 함유물로 인해) 그 자체로 상이하다.
한 실시예에서, 오일 팬(20)은 '완전하게' 중합체 재료로 형성된다. 완전하다는 의미는, 오일 팬(20)은 금속-중합체 복합체가 아니고, 실질적으로 중합체 재료로 형성되거나 실질적으로 중합체 재료들로 형성된다는 것을 의미한다.
다른 실시예에서, 오일 팬(20)은 차량에 장착하도록 구성된 브래킷 부분(28) 및 브래킷 부분(28)과 통합되고 오일 저장부(26)를 형성하는 팬 부분(29)을 포함한다.
오일 팬(20)은 진동을 감소시키기 위해 브래킷 부분(28) 및 팬 부분(29) 중 적어도 하나의 내에 공동(32)을 형성하는 구조적 섹션(30)을 또한 포함한다. 다시 말해서, 구조적 섹션(30)은 오직 브래킷 부분(28)에, 오직 팬 부분(29)에, 또는 브래킷 부분(28)과 팬 부분(29) 둘 다에 있을 수 있다. 한 실시예에서, 구조적 섹션(30)은 공동(32)이 브래킷 부분(28) 내에 형성되도록 브래킷 부분(28)에 배치된다. 다른 실시예에서, 구조적 섹션(30)은 공동(32)이 팬 부분(29) 내에 형성되도록 팬 부분(29)에 배치된다. 구조적 섹션(30)은 직사각형, 삼각형, 타원형, 및 원형으로 구성된 군에서 선택된 단면 형상을 갖는다. 공동(32)이 구조적 섹션(30)에 의해 형성되기 때문에, 공동(32)의 형상은 구조적 섹션(30)의 형상을 따른다. 이때문에, 공동(32)은 직사각형, 삼각형, 타원형, 및 원형으로 구성된 군에서 선택된 단면 형상을 또한 갖는다. 한 실시예에서, 구조적 섹션(30)은 직사각형 단면 형상을 갖는 상자 섹션이다. 이러한 실시예에서, 구조적 섹션(30) 그 자체는 도면에 도시된 바와 같은 상자 상부, 상자 저부, 및 2개의 상자 측방향 측부들을 포함한다. 한 실시예에서, 구조적 섹션(30) 및 그 안에 형성된 공동(32)은, 팬 부분(29)의 외부 표면(22) 상에 공동-성형되는, 한 예에서는 오버몰딩되는 브래킷 부분(28)에 포함될 때 특히 유효하다.
구조적 섹션(30) 및 그 안에 형성된 공동(32)은 오일 팬(20)의 전체 강성 및 음향 특성에 영향을 미치는데, 즉, 상기 특성을 개선시킨다. 구조적 섹션(30) 및 이의 공동(32)은 아래에 상세하게 기재된 바와 같이, 로스트 코어 성형을 통해 형성된다.
내연 엔진을 위한 오일 팬(20)이 도면에 도시된다. 오일 팬(20)은 임의의 종류의 차량, 예컨대 자동차, 보트, 비행기, 트랙터 등을 위한 것일 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 오일 팬(20)의 특정한 사용에 따라, 오일 팬(20)은 특정한 충격 저항성 및 음향 설계 요구조건을 충족해야할 수 있다.
이제 도 1을 참조하면, 외부 표면(22), 오일 저장부(26)를 형성하는 내부 표면(24), 및 브래킷 부분(28)을 갖는 오일 팬(20)의 사시 정면도 실시예가 도시된다. 이러한 실시예에서, 브래킷 부분(28)은 공동(32)을 형성하는 구조적 섹션(30)을 포함한다.
도 1 및 도 2를 여전히 참조하면, 이러한 실시예의 팬 부분(29)은 내부 표면(36) 및 외부 표면(미도시)을 갖는 플로어(34)를 포함한다. 플로어는 제1 플로어 단부 및 제1 플로어 단부 반대편에 제2 플로어 단부를 갖는다. 이러한 실시예의 오일 팬(20)은 내부 표면(42) 및 외부 표면(44)을 갖는 전방 벽(40)을 또한 포함한다. 이러한 전방 벽(40)은 플로어(34)의 제1 플로어 단부로부터 외향으로 연장한다. 이러한 제1 실시예의 오일 팬(20)은 내부 표면(48) 및 외부 표면(50)을 갖는 후방 벽(46)을 또한 포함한다. 이러한 후방 벽(46)은 전방 벽(40)과 일반적으로 동일한 방향에서 플로어(34)의 제2 플로어 단부로부터 외향으로 연장한다. 이러한 실시예의 오일 팬(20)은 내부 표면(54) 및 외부 표면(56)을 각각 갖는 한 쌍의 측부 벽(52)을 또한 포함한다. 측부 벽(52)은 전방 및 후방 벽(40, 46)과 일반적으로 동일한 방향에서 플로어(34)로부터 외향으로 연장한다. 측부 벽(52)은 서로 실질적으로 평행하게 연장한다. 추가로, 측부 벽(52)은 전방 및 후방 벽(40, 46)에 연결되고, 이들에 실질적으로 수직이다. 이 때문에, 플로어(34)의 내부 표면(36) 및 벽들(40, 46, 52)은 오일 저장부(26)를 형성한다.
일반적으로, 오일 팬(20)이 차량에 결합될 때, 전방 벽(40)은 차량의 전방부를 향하고 후방 벽(46)은 차량의 후면부를 향한다. 기능적 목적 예컨대 충격 저항성 및 공기역학을 위해 후방 벽(46)에서의 깊이 D2보다 전방 벽(40)에서 더 적은 깊이 D1을 오일 저장부(26)가 통상적으로 갖는다. 물론, 차량에서 오일 팬(20)의 배향은 차량에 따라 변할 수 있다. 이로 인해, 용어 "전방 벽" 및 "후방 벽"은 범주에 제한되지 않는데, 그 이유는 오일 팬(20)의 배향이 본원의 개념이 남아있는 동안 변할 수 있기 때문이다.
한 실시예에서, 오일 팬(20)의 전방 벽(40) 및 플로어(34)는 차량의 전방을 향하고, 전방 벽(40) 및 플로어(34)는 물체, 예컨대 암석에 의해 충돌될 가능성이 크다. 이 때문에, 내구성있는 중합체 재료 예컨대 상기 기재된 제2 중합체 재료로 전방 벽(40) 및 플로어(34), 대안적으로 팬 부분(29)을 형성하는 것이 유리하다. 후방 벽(46)이 종종 엔진 블록에 장착되고 차량의 변속기 하우징과 인터페이스하기 때문에, 오일 팬(20)의 후방 벽(46) 및, 포함된다면, 브래킷 부분(28)의 구조적 무결성 및 음향 특성이 최적이어야 한다. 이 때문에, 더 강성의 중합체 재료 예컨대 상기 기재된 제1 중합체 재료로 브래킷 부분(28)을 형성하는 것이 유리하다.
구조적 섹션(30) 및 공동(32)은 진동을 감소시키고 차량 내에 오일 팬(20)의 강성 및 음향 성능을 개선시킨다. 물론, 공동(32)의 존재는 오일 팬(20)의 중량을 또한 감소시키며 이는 차량 내에서 사용될 때 연료 절약과 동일시된다. 구조적 섹션(30)은 팬 부분(29), 예컨대 팬 부분(29)의 적어도 하나의 벽에 배치될 수 있다. 한 실시예에서, 구조적 섹션(30)은 팬 부분(29)의 측부 벽(52) 및 후방 벽(46)에 배치된다.
다양한 실시예에서, 브래킷 부분(28)은 팬 부분(29)의 측부 벽(52) 및 후방 벽(46)과 통합된다. 이러한 실시예에서, 구조적 섹션(30)은 팬 부분(29)의 적어도 하나의 벽의 외부 표면(56)에 인접한 브래킷 부분(28)에 배치된다. 한 실시예에서, 구조적 섹션(30)은 팬 부분(29)의 후방 벽(46)의 외부 표면(50) 및 측부 벽(52)의 외부 표면(56)에 인접한 브래킷 부분(28)에 배치된다.
상기 제시된 바와 같이, 구조적 섹션(30) 및 공동(32)은 진동을 감소시키고 차량 내에 오일 팬(20)의 강성 및 음향 성능을 개선시킨다. 구조적 섹션(30)은 브래킷 부분(28) 및 팬 부분(29) 내에 어디든 위치할 수 있다. 게다가, 구조적 섹션(30)은 연속 또는 불연속일 수 있다. 다르게 말해서, 구조적 오일 팬(20)은 하나의, 연속 구조적 섹션(30), 및 따라서 하나의 연속 공동(32)을 포함할 수 있거나, 하나 초과의 구조적 섹션(30), 및 따라서 하나 초과의 공동(32)을 포함할 수 있다. 브래킷 부분(28) 및 팬 부분(29) 둘 다 구조적 섹션(30)을 포함할 수 있다. 구조적 섹션(30)은 오일 팬(20)의 전체 외부 표면 주위를 감쌀 수 있고, 오일 팬(20)의 1개, 2개, 3개, 또는 모든 4개의 측부에 걸쳐질 수 있다. 게다가, 구조적 섹션(30)은 오일 팬(20)의 측부의 전체 또는 부분의, 길이 및/또는 폭에 걸쳐질 수 있다. 구조적 섹션(30)은 브래킷 부분(28) 및/또는 팬 부분(29) 어디든 위치할 수 있다.
도 1b, 1c, 및 1d는 도 1a의 오일 팬(20)의 분리된 브래킷 부분(28)의 사시도이다.
도 1e는 라인 1E-1E를 따라 얻어진 도 1a의 오일 팬(20)의 브래킷 부분(28) 및 구조적 섹션(30) 및 이의 공동(32)의 사시 단면도이다. 도 1f는 라인 1F-1F를따라 얻어진 도 1a의 오일 팬(20)의 브래킷 부분(28) 및 구조적 섹션(30) 및 이의 공동(32)의 사시 단면도이다. 특히, 구조적 섹션(30)은 측부 벽(52) 및/또는 후방 벽(46) 상에 있을 수 있다. 도 1g는 평면도이고 도 1h는 도 1a의 오일 팬(20)의 단독 브래킷 부분(28) 및 구조적 섹션(30)의 저면도이다. 추가로, 도 1i는 측면도이고 도 1j는 도 1a의 오일 팬(20)의 단독 브래킷 부분(28) 및 구조적 섹션(30)의 단부도이다. 도 2a의 오일 팬(20)은 도 1a의 오일 팬(20)과 유사하다. 그러나, 오일 팬(20)의 이러한 실시예는 연속 섬유 강화 테이프(58)를 포함한다. 적합한 CFRT는 뉴저지주 플로헴 파크 소재의 바스프 코포레이션의 상품명 ULTRAComp™로부터 상업적으로 이용가능하다. CFRT는 브래킷 부분(28)의 외부 표면에 적용된다. 도 2b는 도 2a의 오일 팬(20)의 사시 평면도이다. 도 2c 및 도 2d는 각각, 라인 2C-2C, 및 2D-2D를 따라 얻어진 도 2a의 오일 팬(20)의 브래킷 부분(28) 및 구조적 섹션(30) 및 이의 공동(32)의 사시 단면도이다.
도 3a는 오일 팬(20)의 다른 실시예의 사시 정면도이다. 이러한 실시예의 오일 팬(20)은 추가 구조적 강성을 위한 교차 버팀대(60)를 포함한다. 추가로, 이러한 실시예의 오일 팬(20)의 브래킷 부분(28)은 구조적 섹션(30) 및 이의 공동(32)을 포함하지 않는다. 대신, 이의 이러한 실시예의 오일 팬(20)의 후방 벽(46)은 구조적 섹션(30) 및 이의 공동(32)을 포함한다. 도 3b는 도 3a의 오일 팬(20)의 분리된 브래킷 부분(28)의 사시 정면도이고 도 3c는 도 3a의 오일 팬(20)의 사시 평면도이다.
본 개시내용은 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬(20)을 형성하는 방법에 관한 것이다. 구조적 오일 팬(20)은 단지 도면, 상기 설명, 및 예에 기재된 바와 같다.
로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬(20)을 형성하는 방법은 금속 코어를 형성하는 단계를 포함한다. 금속 코어는 금속 재료를 소정의 형상으로 주조하거나 성형함으로써 형성될 수 있다. 물론, 금속 코어의 형상은 오일 팬(20)의 구조적 섹션(30)에 배치된 공동(32)의 형상을 결정한다. 금속 코어는 관련 기술분야에 공지된 임의의 적합한 금속 재료/금속 합금으로 형성될 수 있다. 한 실시예에서, 금속 재료는 재사용가능/재활용가능하다.
로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬(20)을 형성하는 방법은 금속 코어에 대해 브래킷 부분(28) 및/또는 팬 부분(29)을 성형하는 단계를 또한 포함한다. 이러한 단계는 사출 성형 설비로 통상적으로 수행된다. 즉, 이러한 단계에서, 코어는 몰드(mold) 내에 놓이고 중합체 재료는 소정의 구성에서 코어에 대해 성형된다.
한 실시예에서, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬(20)을 형성하는 방법은 금속 코어를 갖는 브래킷 부분(28) 및/또는 팬 부분(29)을 냉각하는 단계를 포함한다.
로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬(20)을 형성하는 방법은 브래킷 부분(28) 및 팬 부분(29) 중 적어도 하나에, 공동(32)을 갖는 구조적 섹션(30)을 형성하도록 금속 코어를 제거하는 단계를 또한 포함한다. 이러한 단계에서, 금속 코어는 통상적으로 유도 가열의 사용을 통해 용융된다.
한 실시예에서, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬(20)을 형성하는 방법은 추후 사용을 위해 금속 재료를 재활용하는 단계를 포함한다.
방법은 구조적 오일 팬(20)을 형성하기 위해 브래킷 부분 및 팬 부분을 함께 공동-성형하는 단계를 또한 포함한다. 브래킷 부분(28) 및 팬 부분(29)은 구조적 오일 팬(20)을 직접적으로 형성하기 위해 또는 공동-성형된 몸체 사이에 접착을 개선하기 위해 관련 기술분야에 공지된 다양한 방법으로 함께 공동-성형될 수 있다.
하기 예는 개시내용을 제한하려는 것이 아니라 예시하려는 것이다.
예
메사추세스 월섬(Waltham) 소재의 다소 시스템즈(Dassault Systems)로부터 상업적으로 이용가능한 상품명 ABAQUS®를 갖는 소프트웨어로 정상 모드 또는 소음, 진동, 및 불쾌감 ("NVH") 음향 성능에 대해 도 1a의 오일 팬(20)이 분석된다. 소프트웨어는 임의의 진동 몸체 또는 진동 몸체들의 NVH 성능을 예측한다. 이러한 특정 경우에, 진동 몸체는 차량 내에서 도 1a의 오일 팬(20)이다.
분석은 알루미늄 브래킷 및 중합체 오일 팬을 포함하는 복합 오일 팬의 분석의 비교 관점에서 수행되었다.
표 1은 이용된 경계 조건을 포함하는 FEA 모델을 도시한다. 엔진 블록 및 변속기 하우징 둘 다의 개별 질량은 질점(point mass)을 사용하여 이러한 구성요소를 위한 무게중심("c.g.") 위치에 ABAQUS®로 모델링되었다. 이러한 구성요소(즉, 엔진 블록 및 변속기 하우징) 둘 다의 이러한 c.g. 위치는 40 KN/mm의 강성도를 갖는 스프링 요소를 통해 연결되었다. 이러한 모델링은 이러한 2개의 구성요소 사이의 강성도 상호작용을 나타내었다. 변속기 하우징의 질량은 엔진 블록 및 오일 팬(20)의 후방 벽(46) 상의 볼트 구멍에 분산되었다. 엔진 블록의 후면은 강체 판을 사용하여 모델링되었다. 오일 팬(20)의 플랜지 주연 상의 볼트는 모든 자유도 ("dof")에 대해 제약되었다. 질량을 정확하게 캡처하기 위해, 2개의 엔진 장착부가 또한 모델링되었다. 엔진 장착부 볼트 위치는 또한 모든 자유도에 대해 제약되었다. 엔진 블록 후면은 ABAQUS®내의 쉘 요소를 사용하여 강체적으로 모델링되는 반면, 오일 팬(20), 브래킷 부분(28), 및 엔진 장착부는 고형 사면체 요소를 사용하여 모델링되었다. 최종적으로, 선형 정적 정상 모드 분석 카드 (*FREQUENCY)가 분석 입력 데크를 완료하기 위해 사용되었다. 이러한 카드는 분석 단계에서 관련된 정보가 형성되는 섹션에 형성되었다. *FREQUENCY 카드에 명시된 주파수 범위는 10 내지 500 Hz였고 처음 5개의 모드는 분석 출력으로서 요청되었다. ABAQUS® 소프트웨어 내의 란쪼스 고유솔버(Lanczos eigensolver)가 이러한 시뮬레이션을 위해 지정되었다.
Figure 112017005758636-pct00019
특히, 모델링된 도 1a의 오일 팬(20)은 모든 현재 알루미늄 오일 팬 제품보다 대략 50% 가벼웠고, 알루미늄 브래킷 및 중합체 오일 팬을 포함하는 합성 오일 팬보다 대략 20% 가벼웠다.
도 1a의 오일 팬은 높은 온도(120℃)에서 잘 기능하였다. 브래킷 부분(28)에 구조적 섹션(30)을 위치설정하는 것과 함께 ULTRAMID® XA3321(LCF50) 재료를 이용하는 것은 120℃에서 NVH 성능을 도왔다.
첨부된 청구범위의 범주에 속하는 특정 실시예 사이에 차이가 있을 수 있는, 상세한 설명에 기재된 특정 화합물, 조성물, 또는 방법 및 표현에 첨부된 청구범위가 제한되지 않는다는 것이 이해될 것이다. 다양한 실시예의 특정 구성 또는 양태를 설명하기 위해 본원에서 의존하는 임의의 마쿠쉬 군에 대하여, 상이한, 특수한, 및/또는 예상외의 결과는 모든 다른 마쿠쉬 구성원으로부터 독립적 각 마쿠쉬 군의 각각의 구성원으로부터 얻어질 수 있다는 것이 인식될 것이다. 마쿠쉬 군의 각각의 구성원은 첨부된 청구범위의 범주 내에서 특정 실시예에 대해 개별적으로 및 또는 조합하여 의존될 수 있고 적합한 지원을 제공한다.
본 개시내용의 다양한 실시예를 설명하는 것에 의존되는 임의의 범위 및 부분 범위는 독립적으로 및 집합적으로 첨부된 청구범위의 범주에 속하고, 전체 및/또는 그 안의 부분 값이 본원에 명확하게 작성되지 않더라도, 이를 포함하는 모든 범위를 설명하고 고려하기 위해 이해된다는 것이 또한 이해될 것이다. 열거된 범위 및 부분 범위가 본 개시내용의 다양한 실시예를 설명 및 가능하게 하고, 이러한 범위 및 부분 범위는 관련된 절반, 3분의 1, 4분의 1, 5분의 1 등으로 추가로 묘사될 수 있다는 것을 관련 기술분야의 통상의 기술자는 손쉽게 인식한다. 단지 한 예로서, "0.1 내지 0.9"의 범위는 하위 3분의 1, 즉, 0.1 내지 0.3, 중간 3분의 1, 즉, 0.4 내지 0.6, 및 상위 3분의 1, 즉, 0.7 내지 0.9로 추가로 묘사될 수 있고, 이는 개별적으로 및 집합적으로 첨부된 청구범위의 범주 내에 있고, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 특정 실시예에 대해 개별적으로 및/또는 집합적으로 의존될 수 있고 적합한 지지를 제공할 수 있다. 게다가, 범위를 형성하거나 수정하는 언어, 예컨대 "적어도", "초과", "미만", "단지" 등에 대하여, 이러한 언어는 부분 범위 및/또는 상한 또는 하한을 포함하는 것이 이해될 것이다. 다른 예로서, "적어도 10"의 범위는 적어도 10 내지 35의 부분 범위, 적어도 10 내지 25의 부분 범위, 25내지 35의 부분 범위 등을 본질적으로 포함하고, 각각의 부분 범위는 첨부된 청구범위의 범주 내에서 특정 실시예에 대해 개별적으로 및/또는 집합적으로 의존될 수 있고 적합한 지지를 제공할 수 있다. 최종적으로 개시된 범위 내에 개별 숫자가 첨부된 청구범위의 범주 내에서 특정 실시예에 대해 의존될 수 있고 적합한 지지를 제공할 수 있다. 예를 들어, "1 내지 9"의 범위는 다양한 개별 정수, 예컨대 3, 뿐만 아니라 소수점 (또는 분수), 예컨대 4.1을 포함하는 개별 숫자를 포함할 수 있고, 이들은 첨부된 청구범위의 범주 내에서 특정 실시예에 대해 의존되고 적합한 지지를 제공할 수 있다.
본 개시내용은 예시적 방식으로 기재되고, 사용된 용어는 제한보다는 설명의 단어와 비슷한 것으로 의도된다는 것이 이해될 것이다. 명백하게, 본 개시내용의 많은 변경 및 변화는 상기 교시의 관점에서 가능하다. 따라서, 첨부된 청구범위의 범주 내에서 본 개시내용은 구체적으로 기재된 것과는 달리 실시될 수 있다는 것이 이해될 것이다.

Claims (27)

  1. 로스트 코어 성형을 통해 중합체 재료로부터 구조적 오일 팬을 형성하는 방법이며, 구조적 오일 팬은 차량에 대한 장착을 위해 구성된 단일 구조(one-piece)의 브래킷 부분, 상기 단일 구조의 브래킷 부분과 일체로 형성되어 통합되고 오일 저장부를 형성하는 팬 부분, 및 로스트 코어 성형을 통해 형성되고 공동을 형성하는 구조적 섹션을 포함하고,
    상기 단일 구조의 브래킷 부분은 상기 구조적 오일 팬과 일체이며,
    상기 단일 구조의 브래킷 부분은 상기 구조적 오일 팬의 적어도 절반을 에워싸고,
    상기 방법은
    I. 로스트 코어 성형 단계로서,
    금속 코어를 형성하고,
    금속 코어에 대해 공동을 구비하는 단일 구조의 브래킷 부분 및 팬 부분을 성형하고,
    단일 구조의 브래킷 부분 및 팬 부분 중 적어도 하나에 내부에 공동을 구비하는 구조적 섹션을 형성하기 위해 금속 코어를 제거하는 것에 의한 로스트 코어 성형 단계와,
    Ⅱ. 구조적 오일 팬을 형성하기 위해 단일 구조의 브래킷 부분 및 팬 부분을 함께 공동-성형하는 단계를 포함하고,
    공동을 구비하는 단일 구조의 브래킷 부분은 구조적 오일 팬의 적어도 절반을 에워싸고,
    중합체 재료는 제1 중합체 재료와, 상기 제1 중합체 재료와 상이한 제2 중합체 재료로서 추가로 규정되고,
    상기 단일 구조의 브래킷 부분은 제1 중합체 재료를 포함하고, 상기 팬 부분은 제2 중합체 재료를 포함하는,
    로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 공동이 단일 구조의 브래킷 부분 내에 형성되도록 구조적 섹션이 단일 구조의 브래킷 부분에 배치되는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 공동이 팬 부분 내에 형성되도록 구조적 섹션이 팬 부분에 배치되는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 구조적 섹션은 직사각형, 삼각형, 타원형, 및 원형으로 구성된 군에서 선택된 단면 형상을 갖는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  5. 삭제
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 중합체 재료는 폴리아미드와, 탄소, 유리, 및 이의 조합으로 구성된 군에서 선택된 섬유를 포함하는 강화제를 포함하는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제6항에 있어서,
    제1 중합체 재료는 폴리아미드 6 및 탄소 섬유를 포함하고/거나;
    제2 중합체 재료는 폴리아미드 6 및 유리 섬유를 포함하며 ISO 시험 방법 179/1eA를 따라 시험될 때 23℃에서 15 KJ/m2 초과 및 -40℃에서 10 KJ/m2 초과의 아이조드 노치 충격 강도를 가지는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  13. 삭제
  14. 삭제
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  21. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 팬 부분은,
    내부 표면 및 외부 표면 및 제1 플로어 단부 및 제1 플로어 단부 반대편에 있는 제2 플로어 단부를 갖는 플로어와,
    내부 표면 및 외부 표면을 갖고, 플로어의 제1 플로어 단부로부터 외향으로 연장하는 전방 벽과,
    내부 표면 및 외부 표면을 갖고, 플로어의 제2 플로어 단부로부터 외향으로 연장하는 후방 벽과,
    내부 표면 및 외부 표면을 각각 갖고, 플로어로부터 외향으로 연장하는 한 쌍의 측부 벽으로서, 실질적으로 서로 평행하고 전방 벽 및 후방 벽에 연결되고 전방 벽 및 후방 벽에 실질적으로 수직인 측부 벽을 포함하고,
    플로어 및 벽의 내부 표면은 오일 저장부를 형성하는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  22. 제21항에 있어서, 구조적 섹션은 팬 부분의 적어도 하나의 벽에 배치되는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  23. 삭제
  24. 제21항에 있어서, 단일 구조의 브래킷 부분은 팬 부분의 측부 벽 및 후방 벽과 일체로 형성되어 통합되는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  25. 제24항에 있어서, 구조적 섹션은 팬 부분의 적어도 하나의 벽의 외부 표면에 인접한 단일 구조의 브래킷 부분에 배치되는, 로스트 코어 성형을 통해 구조적 오일 팬을 형성하는 방법.
  26. 삭제
  27. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 로스트 코어 성형 방법에 의해 형성된 구조적 오일 팬.
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