KR101770127B1 - 차량용 도어 어셈블리 - Google Patents

Abstract

마그네슘 합금과 같은 경량 합금이 적용된 도어 어셈블리가 소개된다. 도어 어셈블리는 별도 성형된 3개의 파트(10,20.30)를 서로 용접하여 제작되며, 부재 간에 서로 중첩되도록 하고 강성이 우수한 형태로 형상 변경 및 배치 설계를 함에 의해 스틸 도어 수준의 도어 강성을 확보할 수 있다.

Description

차량용 도어 어셈블리{DOOR ASSEMBLY FOR VEHICLES}

본 발명은 도어 어셈블리, 특히 마그네슘 합금과 같은 경량 합금이 적용된 도어 어셈블리에 관한 것이다.

차량 제조업계에서의 최대 화두 중 하나는 경량화이다. 적어도 기존과 동등 강도 및 안정성을 보장하면서도 경량화를 달성할 수 있어야 한다.

경량화 달성을 위해 초고강도강의 적용이 확대되고 있다. 각종 리인포스의 생략이 가능하여 경량화에 도움이 된다. 그러나 기본적으로 스틸을 사용하므로 경량화의 범위에는 한계가 존재한다.

스틸 이외에 알루미늄이나 마그네슘과 같은 경량 합금의 적용을 통한 경량화 시도 또한 활발하다. 이 중 마그네슘은 가장 가벼운 금속으로 스틸 대비 60%의 경량화가 가능하며 리사이클링도 가능하기에, 경량화 대응 소재로서 많은 가능성이 있다.

그러나 마그네슘은 성형성이 좋지 못하며, 스틸 대비 약 4배 정도 강성이 낮고 접합성능도 미흡하다. 현재 마그네슘 합금은 캐스팅 제품 등에 부분적으로 적용되고 있을 뿐, 도어와 같이 프레스 제조되는 판재 부품에는 아직 적용 예가 없으며 경량화 기여도도 미미하였다.

본 발명은 마그네슘 합금이 갖는 단점을 보완하여 기존의 스틸 도어를 대체할 수 있도록 구성된, 마그네슘 합금판재를 이용한 차량용 도어 어셈블리를 제공함을 목적으로 한다.

기존의 스틸 도어를 마그네슘 합금으로 대체하기 위해서는 강성 보완이 필요하다. 스틸 두께가 1이라고 했을 때, 스틸과 동일한 강성을 발휘하기 위해서는 마그네슘은 1.67의 두께가 요구된다. 이와 같은 두께 증가는 해결방안이 될 수 없다.

마그네슘 합금의 도어 어셈블리를 고려할 때, 강성 보완의 대상으로 프레임 강성과 옆문강도가 고려될 필요가 있으며, 그리고 도어처짐이나 과도열림에 대한 강성 대응이 필요하다.

옆문강도는 측면 충돌사고시 승객의 상해를 감소시키기 위한 것으로, 시험은 도어 측방향에서 차실 내측으로 옆문 외부표면에 전체 변위량이 460mm에 도달할 때까지 12.7mm/sec 이하 속도로 연속적인 하중을 가하는 방식으로 이루어진다.

본 발명은 산업통산자원부와 한국산업기술평가관리원(KEIT)이 지원하는 산업기술혁신사업(WPM)의 "고기능 마그네슘 판재 개발" 과제의 연구성과이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 차량용 도어 어셈블리는 인너패널과 이에 헤밍 결합된 아우터패널을 구비하며, 도어 인너패널이 3개의 파트로 구성됨을 특징으로 한다. 인너패널을 3개의 파트로 구성하고 이들을 용접 결합함에 의해 마그네슘 합금 판재의 난성형성 문제를 극복할 수 있다.

실시예에 의하면 인너패널은 윈도우 프레임; 윈도우 프레임의 하부에 배치되며 도어 트림이 장착될 영역에 대응하는 바디패널; 및 바디패널의 상단 외의 나머지 가장자리를 에워싸는 플랜지;를 포함하는 3개의 파트로 구성된다.

윈도우 프레임과 바디패널, 바디패널과 플랜지는 가장자리를 따라 서로 겹쳐져 용접될 수 있다. 바디패널은 그 가장자리를 따라 단차가 존재하기에 프레스 성형과정에 여기서 불량 발생 가능성이 있다. 따라서 위와 같이 3개의 파트로 나누어 각각 프레스 성형 후 서로 용접하는 것이 바람직하다.

실시예에 의하면, 바디패널 상단 가장자리의 수평방향 전단과 후단 중 적어도 어느 한 부위에는 3개 파트가 서로 중첩된 영역이 존재할 수 있다. 바람직하게는 전후단 양측 부위에서 3개 파트가 서로 중첩되도록 설계하여, 강성이 충분히 보강될 수 있도록 한다.

또한 실시예에 의하면, 도어 어셈블리는 바디패널의 전단부와 플랜지 간의 용접라인(W2)에서 이들과 중첩되어 결합되며 이 용접라인(W2)을 따라 연장되는 도어힌지 리인포스를 더 포함할 수 있다. 강성 보강을 위해 도어힌지 리인포스의 상단부는 윈도우 프레임의 전단부까지 연장되도록 하여 서로 중첩되도록 하는 것이 좋다.

또한 실시예에 의하면, 도어 어셈블리는 바디패널의 후단부와 플랜지 간의 용접라인(W2)에서 이들과 중첩되어 결합되며 이 용접라인(W2)을 따라 연장되는 래치 리인포스를 더 포함할 수 있다. 강성 보강을 위해 래치 리인포스의 상단부는 윈도우 프레임의 후단부까지 연장되도록 하여 서로 중첩되도록 하는 것이 좋다.

또한 실시예에 의하면, 윈도우 프레임은 어퍼 및 로워 프레임, 그리고 프론트 및 리어 프레임으로 구성된 'ㅁ'형의 구조를 가지며, 도어 어셈블리는 이러한 윈도우 프레임에 대응하는 프레임 구조를 가지며 윈도우 프레임에 결합된 인너벨트를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한 실시예에 의하면, 도어 어셈블리는 윈도우 프레임의 어퍼, 리어 및 프론트 프레임을 따라서 인너벨트와 아우터패널 사이에 고정된 글래스런 채널을 더 포함할 수 있다. 글래스런 채널은 강성 보강을 위해 베이스와 이로부터 연장되는 양 레그를 갖는 개방 단면을 가지며, 개방 단면을 제외한 베이스와 양 레그 부분은 폐단면을 이루도록 설계된다.

본 발명에 의하면 마그네슘 합금 판재의 난성형 문제를 해결할 수 있으며 스틸 판재 대신 마그네슘 합금판재만을 이용한 초경량 차량 도어의 제공이 가능하다.

또한 본 발명에 의하면 스틸 대비 강성이 부족한 마그네슘 합금을 이용해서도 스틸 도어와 동등한 정도의 강성을 갖는 도어를 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 도어 어셈블리는 부품들 간의 중첩 결합과 특징적인 구조변경을 통해, 도어 처짐이나 과도열림에 대응한 강성은 물론 주행 중 떨림이나 충돌에 대비한 강성이 우수하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 도어 인너패널의 각 파트를 분리하여 도시한 도면,
도 2 및 도 3은 도 1에 도시된 인너패널을 구성하는 3개 파트의 조립 전과 조립 후의 상태를 보인 도면,
도 4는 도 3에서 A-A로 표시된 선을 따라서의 단면도,
도 5는 도 3에서 B-B로 표시된 선을 따라서의 단면도,
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 도어 어셈블리의 조립과정을 설명하기 위한 도면,
도 11은 도 10에서 C-C로 표시된 선을 따라서의 단면도,
도 12는 도 11에 대응하는 부위에서의 종래 도어의 단면을 도시한 도면이다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 도면들에서 동일한 구성요소 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시된다.

본 설명에서 전단부, 후단부는 부재들 간의 상대적인 위치를 특정하기 위한 것으로서, 반드시 차량을 기준으로 이의 전단부, 후단부를 지칭하는 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다.

도 1 내지 도 3에서 보듯이, 실시예에 따른 도어 어셈블리의 인너패널(100)은 3개의 파트(10,20,30)로 구성되며, 이들 3개 파트(10,20,30)는 용접라인(W1,W2)을 따라 서로 용접된다.

도 1을 참조하면, 인너패널(100)은 윈도우 프레임(10), 도어 트림이 장착될 영역에 대응하는 바디패널(20) 및 바디패널(20)의 상단 외의 나머지 가장자리를 둘러싸는 플랜지(30)로 구성된다.

윈도우 프레임(10)은 윈도우 글래스(미도시)가 업다운하는 사이드 윈도우를 규정하는 프레임으로, 어퍼와 로워 프레임(11,14), 리어 프레임(12)과 프론트 프레임(13a,13b :13)이 서로 연결된, 'ㅁ'형 구조를 갖는다.

프론트 프레임(13)은 제1 프레임(13a)과 제2 프레임(13b)을 구비할 수 있다. 제2 프레임(13b)과 리어 프레임(12) 사이에 윈도우 글래스가 배치되며, 제1 및 제2 프레임(13a,13b)의 사이에는 플라스틱 패널이나 글라스가 고정적으로 설치될 수 있다.

바디패널(20)은 윈도우 프레임(10) 아래에 배치되며, 그 상단부는 윈도우 프레임(10)의 로워 프레임(14)과 중첩되며, 전단부(23), 후단부(22) 및 하단부(24)는 플랜지(30)에 의해 둘러싸여져 플랜지(30)와 부분적으로 중첩된다.

플랜지(30)는 바디패널(20)의 하단부(24)를 따라 배치된 하부 플랜지(31)와 이 하부 플랜지(31)의 전후단에서 각각 상방향 연장되는 전방 플랜지(33) 및 후방 플랜지(32)를 구비한다. 전방과 후방 플랜지(32,33)는 각각 바디패널(20)의 전단부(23)와 후단부(22)를 에워싼다.

도 2 및 도 3을 참조하면, 윈도우 프레임(10)과 바디패널(20), 바디패널(20)과 플랜지(30)는 가장자리를 따라 서로 겹쳐져 용접된다. 달리 말하자면, 바디패널(20) 가장자리의 용접라인(W1,W2)을 따라서 3개의 파트들(10,20,30)이 서로 대응하는 위치에서 중첩 및 용접된다.

도 3에 도시된 2개의 용접라인(W1,W2)은 3개 파트들(10,20,30) 자체에 용접라인을 표시하는데 어려움이 있어 별도로 분리하여 나타낸 것일 뿐, 별도의 부재가 아니라는 점을 이해할 필요가 있다. W1은 윈도우 프레임(10)과 바디패널(20) 간의 용접라인을, W2는 바디패널(20)과 플랜지(30) 간의 용접라인을 표시한다.

도 4 및 도 5에서 보듯이, 바디패널(20)과 플랜지(30) 간의 경계에는 단차가 존재하며, 이 단차를 따라서 용접라인(W2)이 형성된다. 이 단차만큼 깊지 않으나, 윈도우 프레임(10)과 바디패널(20) 간의 경계에도 단차가 존재하며 여기를 따라서 용접라인(W1)이 또한 형성된다.

바디패널(20)과 플랜지(30) 사이에 깊이 차이가 있는 단차 구간은 2개의 단차를 가지며, 이 중 바디패널(20) 측의 첫 번째 단차 구간을 따라 바디패널(20)과 플랜지(30) 간의 용접라인(W2)이 연장된다. 당연하게도 이 용접라인(W2)을 따라 바디패널(20)과 플랜지(30)가 서로 중첩된다.

다시 도 3을 참조하면, 바디패널 상단부(21) 가장자리의 수평방향 전단 영역(OL2)과 후단 영역(OL1)의 적어도 어느 한 영역, 바람직하게는 두 영역(OL1,OL2) 모두에서 3개 파트(10,20,30)가 서로 중첩된다. 파트들(10,20,30)이 접하는 영역에서 서로 중첩됨으로써, 해당 영역과 인너패널(100)의 강성이 보강된다.

도 6 내지 도 10를 참조하여, 위와 같은 3개 파트(10,20,30)로 구성된 인너패널(100)을 적용한 도어 조립체의 추가적인 강성 보강 구조를 살펴본다.

도 6을 참조하면, 인너패널(100)의 바디패널 전단부(23)와 플랜지(110) 간의 용접라인(W2)을 따라 도어힌지 리인포스(110)가 상하방향으로 길게 설치된다. 도어힌지 리인포스(110)는 폭방향으로는 2개의 파트(20,30)와 중첩되며, 그 상단은 윈도우 프레임(10)의 전단부(13)까지 연장된다.

도어힌지 리인포스(110)는 도어 힌지(미도시)가 장착되며 이를 지지하기 부재이다. 상하방향으로 길게 형성되어 도어처짐이나 과도열림에 대응한 강성은 물론 용접라인(W2)을 중첩되게 결합되므로 용접라인(W2)을 따라서의 접합 부위에 대한 강도 보강이 가능하며, 나아가 윈도우 프레임(10) 강성도 좋게 한다.

인너패널(100)의 바디패널 후단부(22)와 플랜지(110) 간의 용접라인(W2)을 따라서는 래치 리인포스(120)가 상하방향으로 길게 설치된다. 래치 리인포스(120) 또한 도어힌지 리인포스(110)와 마찬가지로 폭방향으로는 2개의 파트(20,30)와 중첩되며, 그 상단은 윈도우 프레임(10)의 후단부(12)까지 연장된다.

래치 리인포스(120)는 도어 래치(미도시)가 장착되며 이를 지지하기 부재이다. 용접라인(W2)을 중첩되게 길게 형성되어 용접라인(W2)을 따라서의 접합 부위에 대한 강도 보강이 가능하며, 윈도우 프레임(10) 강성 보강에도 기여한다.

도 7을 참조하면, 윈도우 프레임(10)에 대응하는 'ㅁ'형 프레임 구조를 갖는 인너벨트(130)가 윈도우 프레임(10)에 결합된다.
인너벨트(130)는 윈도우 프레임(10)의 어퍼(11), 로워(14), 프론트(13) 및 리어 프레임(12)을 따라 연장되어 윈도우 프레임(10)와 중첩된 구조를 갖는다. 도어힌지 리인포스(110) 및 래치 리인포스(120)의 각 상단부는 인너패널(100)과 인너벨트(130) 사이에 배치되어 이들 부재와 중첩된다. 바람직하게는 윈도우 프레임(10)과 바디패널(20) 간의 용접라인(W1)에도 중첩된다.

위와 같은 인너벨트(130)는 윈도우 프레임(10)의 강성을 매우 효과적으로 보강하며, 중첩된 도어힌지 리인포스(110)나 래치 리인포스(120)와 함께 인너패널(100)의 전체적인 강성을 보강한다.

도 8을 참조하면, 인너벨트(130) 상에는 윈도우 글래스를 가이드 하기 위한 글래스런 채널(140)이 설치된다. 글래스런 채널(140)은 어퍼 채널(140a), 리어 채널(140b) 및 프론트 채널(140c,140d)를 구비한다. 프론트 채널은 프론트 프레임(13)의 제1 및 제2 프레임(13a,13b)에 대응하여 제1 및 제2 채널(140c,40d)로 구성될 수 있다.

도 9에서 보듯이 채널(140) 설치 후, 아우터벨트(150), 임팩트빔(160)이 가로방향으로 설치되며, 그 위에 도 10에서 보듯이 아우터패널(200)이 덮혀져 인너패널(100)과 헤밍 결합된다. 도 1 및 도 9에서 알 수 있듯이, 아우터벨트(150)은 윈도우 프레임(10)의 로워 프레임(14)을 따라서 가로방향으로 설치된다.

인너 및 아우터벨트(130,150)는 글래스런 채널(140)을 따라 윈도우 프레임(10)의 로워 프레임(14) 또는 바디패널(20)의 상단부(21)를 출몰하는 윈도우 글래스(미도시)를 가이드 하는 기능을 한다. 즉 인너 및 아우터패널(100,200) 간의 간격을 좁혀 그 사이를 승강하는 글래스를 웨더스트립(미도시)을 매개로 지지한다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 글래스런 채널(140)은 윈도우 프레임(10)의 어퍼, 리어 및 프론트 프레임(11,12,13)을 따라서 인너벨트(130)와 아우터패널(200) 사이에 고정된다. 인너패널(100)의 윈도우 프레임(10)에 중첩되어 접합된 인너벨트(130) 상에 글래스런 채널(140)이 결합되며, 그 위를 덮는 아우터패널(200)이 인너패널(100)과 헤밍 결합된다.

도 11에서 보듯이, 글래스런 채널(140)은 베이스(141)와 이로부터 연장되는 양 레그(142,143)를 갖는 개방 단면을 가지며, 글래스가 진입하는 개방구(144)를 제외한 베이스(141)와 양 레그(142,143) 부분은 폐단면을 이룬다. 'ㄷ'형의 견고한 구조를 갖는 채널(140)은 윈도우 프레임(10)의 강성을 증대시킨다.
글래스런 채널(140)은 인너벨트(130)와 아우터패널(200) 사이에 배치되어 일측 레그(142)와 베이스(141)는 인너벨트(130)에 고정되며, 타측 레그(143)는 아우터패널(200)에 고정되고, 베이스(141), 인너벨트(130) 및 인너패널(100)이 3겹으로 중첩된다.

도 12에는 도 11에 대응하는 부위에 대한 종래 도어의 단면이 도시되어 있다. 도 12에서의 구조에 비해 실시예에 따른 도 11에서의 구조가 보다 견고하며 프레임 강성이 우수할 것임을 알 수 있다.

도 12에서 부호 1은 인너패널, 부호 2는 아우터패널, 부호 3은 채널, 부호 4는 웨더스트립을 장착하기 위한 브래킷을 나타낸다. 종래 도어는 글래스런 채널(3)에 끼움홈(3a) 구조가 마련되며 이를 이용하여 채널(3)이 인너패널(1)에 끼움 결합된다.

위와 같은 종래의 끼움홈(3a) 구조는 글래스런 채널(3)의 강성을 약화시키고 결국 윈도우 프레임(10)의 강성에 보강에 도움이 되지 않는다. 실시예에 의하면 종래에 비해 글래스런 채널(140)의 두께나 형상이 강성을 보완하는 방향으로 변경되었으며 또 인너벨트(130)가 추가되어, 윈도우 프레임(10)의 강성이 증가한다.

이상 살펴본 실시예에 따른 도어 어셈블리는 마그네슘 합금을 사용하여 제작될 수 있으며, 별도의 추가적인 리인포스를 사용하지 않고 도어에 필요한 부재만을 사용하면서도, 부재 간에 서로 중첩되도록 하고 강성이 우수한 형태로 형상 변경 및 배치 설계를 함에 의해 스틸 도어 수준의 도어 강성을 확보할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

1,100: 인너패널 10: 윈도우 프레임
11: 어퍼 프레임 12: 리어 프레임
13: 프론트 프레임 14: 로워 프레임
20: 바디패널 30: 플랜지
110: 도어힌지 리인포스 120: 래치 리인포스
130: 인너벨트 140: 글래스런 채널
150: 아우터벨트 200: 아우터패널

Claims (12)

1. 마그네슘 합금으로 제조된 차량용 도어 어셈블리로서,
   윈도우 프레임, 윈도우 프레임의 하부에 배치되며 도어 트림이 장착될 영역에 대응하는 바디패널 및 바디패널 상단부 외의 나머지 가장자리를 둘러싸는 플랜지를 포함하는 3개의 파트로 구성되며, 윈도우 프레임과 바디패널, 그리고 바디패널과 플랜지의 각 가장자리를 따라 서로 겹쳐져 용접된 인너패널, 여기서 윈도우 프레임은 어퍼 및 로워 프레임, 그리고 프론트 및 리어 프레임으로 구성됨;
   상기 바디패널의 전단부와 플랜지 간의 용접라인(W2)에서 이들과 중첩되어 결합되며, 이 용접라인(W2)을 따라 연장되어 그 상단부가 윈도우 프레임의 전단부까지 연장되는 도어힌지 리인포스;
   상기 바디패널의 후단부와 플랜지 간의 용접라인(W2)에서 이들과 중첩되어 결합되며, 이 용접라인(W2)을 따라 연장되어 그 상단부가 윈도우 프레임의 후단부까지 연장되는 래치 리인포스;
   상기 윈도우 프레임의 어퍼, 로워, 프론트 및 리어 프레임을 따라 연장되어 윈도우 프레임과 중첩되는 구조를 가지며, 바디패널 상단부의 수평방향 전단과 후단에서 도어힌지 리인포스 및 래치 리인포스의 각 상단부가 중첩되도록 윈도우 프레임에 결합된 인너벨트;
   상기 윈도우 프레임의 어퍼, 프론트 및 리어 프레임을 따라 연장되며, 인너벨트와 아우터패널 사이에 고정된 글래스런 채널;
   상기 윈도우 프레임의 로워 프레임을 따라서 가로방향으로 설치된 아우터벨트; 및
   상기 인너패널과 가장자리를 따라 결합된 아우터패널;를 포함하며,
   상기 도어힌지 리인포스 및 래치 리인포스의 각 상단부는 인너패널과 인너벨트 사이에 배치되어 이들 부재와 중첩된 것을 특징으로 하는 차량용 도어 어셈블리.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 바디패널 상단부의 수평방향 전단과 후단에서 상기 3개 파트가 서로 중첩되며,
   이 중첩된 영역에서 도어힌지 리인포스와 래치 리인포스의 각 상단부가 상기 3개 파트와 중첩된 것을 특징으로 하는 차량용 도어 어셈블리.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서, 상기 글래스런 채널은 베이스와 이로부터 연장되는 양 레그를 갖는 개방 단면을 가지며, 인너벨트와 아우터패널 사이에서 일측 레그와 베이스가 인너벨트에 고정되며, 타측 레그는 아우터패널에 고정되고, 베이스, 인너벨트 및 인너패널이 3겹으로 중첩된 것을 특징으로 하는 차량용 도어 어셈블리.
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