KR101948360B1 - 트위스트 빔 액슬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동차의 휠 서스펜션용 트위스트 빔 액슬에 관한 것이다. 상기 트위스트 빔 액슬은 2개의 트레일링 암(2, 3)과, 횡단면이 비원형이고 실질적으로 각기둥 형태인 엔드 섹션들을 구비한 토션 프로파일(1)을 포함하며, 각각의 트레일링 암(2, 3)은 각각의 토션 프로파일 엔드 섹션과 연결된다. 상기 트위스트 빔 액슬은, 트레일링 암들(2, 3)이 토션 프로파일 엔드 섹션(1)의 외부 표면에 대해 상보적인 형태의 수용 리세스(13)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 각각의 토션 프로파일 엔드 섹션(1)의 내부 공간에는 각각 안쪽으로 압입되는 압입식 플러그(12)가 배치된다. 본 발명은, 트레일링 암들과 토션 프로파일 간에 용접 연결 없이 높은 굽힘 모멘트 및 토크의 지속적인 전달을 보장하는 트위스트 빔 액슬을 제공한다. 토션 프로파일 및 트레일링 암들을 위해 서로 상이한 종류의 재료가 사용되고 서로 결합될 수 있으며, 예컨대 경금속이 강철 또는 섬유 복합 재료와 결합될 수 있다. 트위스트 빔 액슬은 일반적으로, 부피가 크고, 박판형이며, 그에 따라 중량을 감소시키는 토션 프로파일의 사용을 허용한다.

Description

트위스트 빔 액슬{TWIST BEAM AXLE}

본 발명은 특허 청구항 제1항의 전제부에 따른, 자동차의 휠 서스펜션용 트위스트 빔 액슬에 관한 것이다.

트레일링 암들과 이들 트레일링 암을 연결하는 토션 프로파일(torsional profile)로 구성되는 일반적인 트위스트 빔 액슬은 자동차에서 후륜들의 현가 및 휠 제어를 위해 사용된다. 트위스트 빔 액슬은 특히 그 구조가 단순하고, 중량을 감소시키며 비용을 절감하는 장점이 있는데, 이때 트레일링 암들 및 토션 프로파일 외에 대개 휠 제어를 위한 추가의 어셈블리, 특히 추가 휠 컨트롤 암이 불필요하다. 마찬가지로, 통상 추가의 롤링 스태빌라이저도 불필요한데, 그 이유는 롤링 스태빌라이저의 기능을 트위스트 빔 액슬도 수행하기 때문이다.

트위스트 빔 액슬의 경우, 특히 강성의 트레일링 암들과, 휠의 한쪽 편향 시, 또는 차체의 롤링 운동 시 상당한 비틀림을 경험하는, 상대적으로 연성인 토션 프로파일 사이에 견고한, 내지는 비틀림 및 하중에 강한 연결이 요구된다. 또한, 트레일링 암들 및 토션 프로파일은 부분적으로 서로 상이한 재료들로, 예컨대 각각 주철(트레일링 암) 및 강판(토션 프로파일)으로 제조된다.

토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합은, 예컨대 EP 1 314 587 A2로부터 공지된 것과 같은 일반적인 트위스트 빔 액슬의 경우, 대개 용접 연결을 통해 달성된다. 그러나 예컨대 주철과 강판처럼 이종 재료들이 사용될 경우, 종래의 용접 방법은 이용될 수 없다.

오히려, 주철/강판 재료 쌍은 특수한 용접 방법(예: 레이저 용접 또는 자기 아크 용접 방법)뿐 아니라, 용접 동안 발생한 재료 응력을 소멸시키기 위해 용접 시임 후처리도 필요로 한다. 그럼에도 고품질의 레이저 용접을 달성하기 위해, 종래 방식에서는 보호 가스 분위기에서 이송 속도가 느린 용접 과정 및 첨가물들이 필요하다. 이는 용접기의 높은 지출 비용 및 유지보수 비용을 초래한다. 더욱이, (전형적으로 와이어 형태로 공급되는) 첨가물을 이용한 레이저 용접은 통제하기 힘든 공정이다. 또한, 구상흑연을 함유한 주철의 경우 용융상(melt phase)에서 레데부라이트(ledeburite)가 형성된다. 레데부라이트의 구조적 형태는 안전 관련 부품들의 용접 연결 시 허용되지 않는 위험을 초래하므로, 액슬 부품을 위해 사용할 수 없다.

마찬가지로 공지된 "자기 아크 용접 방법"(자기 유도 아크를 이용한 용접)은 원칙적으로는 안전 부품들의 용접을 위해 적합한데, 그 이유는 용접 과정의 종료 시 구조 부재들의 압착에 의해 용융상에서 형성된 레데부라이트가 결합 구역으로부터 용접 비드 내로 완전히 압착되기 때문이다. 그러나 이 경우, 단시간의 어닐링을 통한 (허용되지 않는) 마르텐사이트의 제거를 위해 용접 시임의 후처리가 필요하다. 또한, 아크는 바람직하게는 원형으로 유도되기 때문에, 상기 접합 방법은 소정의 폐쇄 윤곽들의 경우에만 적합하다. 나아가, 자기 아크 용접 방법의 산업상 적용은 벽 두께가 6㎜ 미만인 철 함유 부품들로 국한된다.

또한, 용접 연결의 경우, 일반적으로 용접 시임의 구조적 특성 및 재료 특성은 대개 용접된 구조 부품들의 상응하는 특성에 미치지 못하는 점이 적용된다. 그와 동시에, 대부분 용접 연결 지점은 가장 높은 하중에 노출된다(이는 특히 트위스트 빔 액슬에서 매우 강성인 트레일링 암들을 비틀림에 약한 가로 프로파일과 조합할 경우에 적용된다). 이런 이유에서, 바로 트위스트 빔 액슬의 용접 시임들은 피로 강도와 관련하여 임계적이기 때문에, 용접 시임들의 품질은 보통 적어도 무작위 추출 검사 방식으로 X선 검사 또는 파괴적 기법을 통해 검사되어야 한다. 이와 달리, 예컨대 경금속과 강철, 또는 알루미늄과 섬유 복합 재료와 같은 또 다른 재료 쌍들은 절대로 서로 용접될 수 없기 때문에, 이 경우 토션 프로파일과 트레일링 암들을 결합하기 위한 새로운 방법이 강구되어야 한다.

이러한 배경에서 본 발명의 과제는, 종래 기술에서 언급한 제한 사항을 극복하는 트위스트 빔 액슬을 제공하는 것이다. 특히 트위스트 빔 액슬은 트레일링 암들과 토션 프로파일 사이에 신뢰성 있고 영구적으로 견고한 결합부를 가져야 하며, 트레일링 암들과 토션 프로파일을 위해 서로 상이한 종류의 재료도 사용될 수 있어야 한다.

상기 과제는 특허 청구항 제1항의 특징들을 가진 트위스트 빔 액슬에 의해 해결된다. 바람직한 실시예들은 종속 청구항들의 대상이다.

트위스트 빔 액슬은 2개의 트레일링 암과 하나의 토션 프로파일을 포함하며, 토션 프로파일은 적어도 자신의 엔드 섹션의 영역에서 횡단면이 비원형이다. 이 경우, 두 트레일링 암 각각은 토션 프로파일의 두 엔드 섹션 중 각각 하나의 엔드 섹션과 결합된다. 이 경우, 엔드 섹션은 각기둥형으로 형성될 수 있으며, 그럼으로써 달리 말하면 엔드 섹션들은 그 길이에 걸쳐 실질적으로 동일한 횡단면 형태를 보유한다.

트위스트 빔 액슬은, 각각의 트레일링 암이 토션 프로파일 엔드 섹션의 외부 표면에 대해 상보적인 형태의 수용 리세스를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 토션 프로파일 엔드 섹션의 내부 공간에는 (토션 프로파일의 길이방향 연장부와 관련하여) 안쪽으로 압입되는 압입식 플러그가 각각 배치된다.

이는 달리 말하면, 트레일링 암들과 토션 프로파일 사이의 용접 연결이 완전히 생략될 수 있음을 의미하는데, 그 이유는 트레일링 암들과 토션 프로파일 사이의 결합이 본 발명에 따라서 압입 결합에 의해 이루어지기 때문이다. 압입 결합에 의해, 트레일링 암과 토션 프로파일 사이의 힘, 특히 트위스트 빔 액슬의 경우 상당한 비틀림 모멘트가 더 이상 용접 시임을 통한 재료 결합부에 의해 전달되는 것이 아니라, 토션 프로파일의 엔드 섹션들의 비원형 횡단면들을 통한, 그리고 상기 횡단면들에 대해 상보적인 형태를 갖는, 트레일링 암들의 수용 리세스들을 통한 형상 결합부에 의해 전달된다.

이 경우, (토션 프로파일 및 트레일링 암들의 간편한 조립의 관점에서) 추가적인 고정 조치 없이 토션 프로파일의 각각의 단부로부터 안쪽으로 토션 프로파일의 엔드 섹션 내로 압입되는 압입식 플러그의 이용에 의해, 연결 결합부의 하중이 높은 경우에도 트레일링 암의 리세스 내 토션 프로파일의 압입 끼워 맞춤부 및/또는 트레일링 암과 토션 프로파일 사이의 결합부에 대한 연결 영역 내 토션 프로파일의 벽부의 기능 불량 위험이 존재하지 않으면서, 비교적 박판인 토션 프로파일들 또는 중공 샤프트들도 트레일링 암들과 결합될 수 있다. 이는, 압입식 플러그가 트레일링 암과의 결합 영역 내에서 토션 프로파일의 벽부를 지지하면서 트레일링 암의 리세스의 내부 표면에 압착됨으로써 압입식 플러그와 토션 프로파일 사이뿐 아니라 토션 프로파일의 외부 표면과 트레일링 암의 리세스의 내부 표면 사이에도 표면 압착 내지 압입 끼워 맞춤이 설정된다는 점과 관련되어 있다.

그에 따라, 본 발명의 덕택으로 트레일링 암과 토션 프로파일 사이에 상대적으로 더욱 높은 힘 및 토크가 영구적으로 확실하게 전달될 수 있을 뿐 아니라, 그에 따라 (경우에 따라 이용되는 토션 프로파일의 벽 두께를 감소시킴과 동시에) 이용되는 토션 프로파일의 지름을 확대시킬 수도 있으며, 이는 차량의 경량 구조의 의미에서 바람직한 중량 감소에 이용될 수 있다. 또한, 토션 프로파일과 트레일링 암 사이에 용접 연결부가 생략된 덕택으로, 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합부의 영역에서 의도하지 않은 구조적 변화도 방지되고, 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합 영역의 부식 방지용 후처리도 생략될 수 있으며, 무작위 추출 방식으로 점검할 수 있는 용접 연결과 달리, 예컨대 압입식 플러그를 압입하기 위한 압착력이 측정되어 설정값과 비교됨으로써 100% 품질 점검이 가능해진다.

또한, 본 발명 덕분에, 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 제공되는 것처럼, 서로 매우 상이한 재료들로 이루어진 트레일링 암들 및 토션 프로파일들도 실질적으로 문제없이 서로 결합될 수 있다. 이처럼 본 발명에 의해 가능해진, 트위스트 빔 액슬의 바람직한 실시예들로서, 강판 소재의 토션 프로파일들과 주철 또는 경금속 소재의 트레일링 암들을 조합하거나, 예컨대 주조 알루미늄 소재의 트레일링 암들과 섬유 복합 재료 소재의 토션 프로파일들을 조합할 수 있다.

이 경우, 본 발명의 실현을 위해 우선, 토션 프로파일 엔드 섹션의 외주연 및 트레일링 암의 대응하는 리세스가 어떠한 횡단면 형태를 보유하는지는, (토크의 확실한 전달을 위해) 상기 횡단면이 비원형인 점에 한해서, 중요하지 않다.

그러나 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라서, 트레일링 암 수용 리세스 및 토션 프로파일 엔드 섹션들은, 모서리들이 라운딩된 다각형 횡단면 형태를 각각 갖는다. 이러한 방식으로, 트레일링 암과 토션 프로파일 사이에 높은 토크가 전달되는 한편, 동시에 트레일링 암 리세스 및 토션 프로파일 엔드 섹션의 다각형 횡단면 형태의 모서리들에서 노치 효과는 감소됨에 따라, 장시간에 걸쳐 손상 없이 전달될 수 있는 토크가 증가한다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라서, 연결 영역에서 토션 프로파일 및 트레일링 암의 횡단면 형태는 정폭도형으로서 형성된다. 정폭도형은, 각각의 회전 위치에서 가상의 정사각형 내부의 형태, 즉 (정사각형에 내접하는 원과 유사하게) 항상 정사각형의 4개의 변 모두에 접하는 폐쇄된 연속선을 의미한다. 상기 형태는, 원처럼, 어느 위치에서 지름을 측정하든 항상 동일한 지름을 갖는다. 본원의 출원인이 인지한 것처럼, 정폭도형은, 토션 프로파일 엔드 섹션 및 트레일링 암 리세스의 횡단면 형태로서, 한편으로 최적의 형상 결합 및 높은 노치 효과를 갖는 다각형과, 다른 한편으로 형상 결합 및 노치 효과를 모두 갖지 않는 원형 횡단면 사이의 매우 효율적인 절충안이다.

이 경우, 본 발명은 우선 확실히, 특히 경우에 따라 박판인 토션 프로파일 엔드 섹션들의 (유입되는 토크로 인한) 붕괴가, 압입식 플러그에 의해 토션 프로파일 벽부가 바깥쪽을 향해 압착됨으로써 방지되는 점에 한해서, 압입식 플러그의 구체적인 형상 및 그 횡단면 형태와 무관하게 실현될 수 있다. 따라서 (예컨대 연결 영역에서 토션 프로파일 및 트레일링 암의 리세스의 횡단면 형태가 실질적으로 다각형인 경우에도) 우선 실질적으로 원형인 횡단면을 갖는 압입식 플러그의 이용을 생각해 볼 수 있는데, 그 이유는 상기 압입식 플러그도 벽부를 적어도 영역별로 지지하면서 트레일링 암의 리세스의 내부 표면에 압착되기 때문이다.

그러나 바람직하게는, 압입식 플러그의 외부 횡단면은 트레일링 암과의 결합 영역에서 토션 프로파일 엔드 섹션의 내부 횡단면 형태에 대해 상응하는 형태로 형성된다. 이러한 방식으로, 압입식 플러그와 토션 프로파일 사이의 압착은 토션 프로파일 엔드 섹션의 전체 외주에서 실시되며, 트레일링 암과 토션 프로파일 사이에서는 높은 토크가 효과적으로 확실하게 전달된다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라서, 토션 프로파일은 적어도 자신의 엔드 섹션들의 영역에 (토션 프로파일의 축방향으로 연장되는) 슬롯을 포함한다. 이 실시예는 길이방향으로 부분적으로 또는 완전히 개방된 토션 프로파일들의 이용을 가능하게 하며, 이러한 개방형 토선 프로파일들은 이음매 없이 드로잉되거나 용접 시임에 의해 폐쇄되어야 하는 폐쇄형 토션 프로파일들보다 특히 더 경제적으로 제조될 수 있다. 이 경우, 특히 토션 프로파일 엔드 섹션의 내부 횡단면 형태와 압입식 플러그의 외부 횡단면 형태가 일치할 때, 토션 프로파일이 완전히 (또는 엔드 섹션들의 영역에서) 폐쇄되는 실시예에서처럼, 트레일링 암과 토션 프로파일 사이에 역시 강성의 토크 전달 결합부가 제공된다.

본 발명의 또 다른 바람직한 실시예들은 (적어도 엔드 섹션에서) 마찬가지로 개방된 토션 프로파일에 관한 것이다. 이 실시예의 경우, 토션 프로파일은 자신의 외주의 일부분을 따라 개방되도록 형성되는 한편, 압입식 플러그는 자신의 외주연의 부분 영역으로써 토션 프로파일의 개방된 횡단면 영역을 통과하여 연장되거나, 그 개방된 횡단면 영역을 완전히 형상 결합 방식으로 채운다. 이러한 방식으로, 압입식 플러그 자체가 (바로 앞에 언급한 자신의 외주연의 부분 영역으로써) 트레일링 암의 수용 리세스의 내부 표면에 접한다.

바로 앞서 언급한 실시예 덕분에, 특히 완전히 (전체 길이에 걸쳐) 개방된 토션 프로파일들도, 폐쇄된 토션 프로파일들의 경우와 마찬가지로 트레일링 암들과 견고하게 형상 결합 방식으로 결합된다. 따라서, 예컨대, 연속해서 U자 또는 V자 형태로 형성된 토션 프로파일들이 이용될 수 있다. 상기 토션 프로파일들은 (예컨대 간단한 재단을 통해) 경제적으로 제조될 수 있을 뿐 아니라, 상대적으로 비틀림에 대해 연성인 동시에 휨에 대해 비교적 강성인 방식으로, 즉 트위스트 빔 액슬에서 주로 요구되는 특성들이 조합된 형태로 제조될 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라서, 압입식 플러그와 트레일링 암의 리세스는 트레일러 암 및 토션 프로파일의 결합 영역에서 토션 프로파일의 축방향으로 극미하게 원추형으로 가늘어지는 방식으로 형성된다. 이러한 방식으로, 압입식 플러그를 압입할 때 간단하게 압입식 플러그와, 토션 프로파일과, 트레일링 암의 리세스 사이에 훨씬 더 높은 표면 압착이 제공된다.

그에 따라, 상대적으로 더 높은 토크가 확실하게 전달되며, 그 외에도 트레일링 암의 리세스로부터 토션 프로파일의 상대적으로 더 큰 이탈 방지력이 제공되는데, 그 이유는 압입식 플러그가 압입 시 먼저 토션 프로파일의 각기둥형 엔드 섹션을 팽창시키는 동시에, 축방향으로 원추형으로 가늘어지는 트레일링 암의 내부 윤곽에 압착되기 때문이다.

상기 실시예와 관련하여, "극미하게 원추형으로"이란 말은 일반적으로 이 경우 원추형인 압입식 플러그의 셀프 로킹(self-locking)이 마찬가지로 원추형인 트레일링 암의 수용 리세스 내에 제공됨으로써, 압입식 플러그가 (예컨대 작동 하중으로 인해) 수용 리세스로부터 저절로 빠져나올 수 없게 되는 정도임을 의미한다. 이를 통해, 원추형 압입식 플러그의 별도의 고정도 생략될 수 있다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라서, 압입식 플러그는 중공형이거나, 자신의 축방향을 따라서 리세스를 포함한다. 이는 한편으로 압입식 플러그에서 중량 감소로 이어진다. 따라서 다른 한편으로는, 이 경우 압입 결합부 내로 토션 프로파일을 삽입하는 위치에서 벽 두께 변화가 상대적으로 적음으로 인해, 특히 조립 상태에서 안쪽에 위치하는, 압입식 플러그의 (토션 프로파일 측) 축방향 단부의 영역에서 역선 경로(force line path)가 개선된다.

본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라서, 토션 프로파일의 내부 공간에 추가의 토션 바(torsion bar)가 배치된다. 이 경우, 토션 바의 두 단부는 트위스트 빔 액슬의 두 압입식 플러그와 결합된다. 이 실시예 덕분에, 특히 트위스트 빔 액슬의 "휨 강성" 및 "비틀림 탄성"이 실질적으로 서로 무관하게 결정될 수 있기 때문에, 트위스트 빔 액슬이 매우 유연하면서도 정확하게 서스펜션의 각각의 요건에 매칭될 수 있다. 또한, 그럼으로써, 트위스트 빔 액슬에서 여타의 구조적 변경 또는 부품 관련 변경을 실행할 필요 없이, (서로 상이한 강성의 토션 바들을 교체하거나 설치하는 것만으로도) 서로 상이한 강도의 롤링 안정화를 구현하는 트위스트 빔 액슬이 달성될 수 있다.

하기에서 본 발명은 단지 실시예들을 도시한 도면을 참고로 더 상세하게 설명된다.

도 1은 종래 기술에 따른 트위스트 빔 액슬의 등각도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 트위스트 빔 액슬을 도 1에 상응하게 도시한 등각도이다.
도 3은 도 2에 따른 트위스트 빔 액슬에서 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합 영역의 측면도이다.
도 4는 홈붙이 토션 프로파일을 포함한 트위스트 빔 액슬의 일 실시예에서 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합 영역을 도 3에 상응하게 도시한 측면도이다.
도 5는 한쪽이 개방된 토션 프로파일을 포함하는 트위스트 빔 액슬의 일 실시예에서 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합 영역을 도 3 및 도 4에 상응하게 도시한 측면도이다.
도 6은 개방된 토션 프로파일을 포함하는 트위스트 빔 액슬의 또 다른 한 실시예에서 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합 영역을 도 3 내지 도 5에 상응하게 도시한 측면도이다.
도 7은 도 2에 따른 트위스트 빔 액슬에서 토션 프로파일과 트레일링 암 사이의 결합 영역의 종단면도이다.
도 8은 추가 토션 바를 포함하는 트위스트 빔 액슬의 일 실시예를 도 7에 상응하게 도시한 종단면도이다.

도 1에는 우선 종래 기술로부터 공지된 것과 같은 트위스트 빔 액슬이 도시되어 있다. 여기서는, 만곡된 강관으로 제조된 2개의 트레일링 암(2, 3)과 연결되된, 강판 소재로 베벨 절단된 토션 프로파일(1)을 볼 수 있다. 트레일링 암들(2, 3)은 각각 차량 섀시 또는 차체에 결합할 (미도시된) 탄성 중합체 베어링들을 수용하기 위한 베어링 보어들(4, 5)을 포함하며, 나아가 서스펜션 스프링용 수용부들(6, 7)과, 휠 베어링용 수용부들(8, 9)도 구비한다.

트레일링 암들(2, 3)은 트위스트 빔 액슬에서 기본적으로 필요한 휠 제어를 보장하기 위해, 비틀림 강성 및 휨 강성이 높게 형성되는 한편, 트레일링 암들(2, 3)을 연결하는 토션 프로파일(1)은 휨 강성은 높지만, 비틀림에 대해서는 연성을 갖도록 구현된다. 이러한 방식으로, [토션 프로파일(1)을 통한 두 트레일링 암(2, 3)의 연결을 통해] 한편으로 안정된 측면 휠 제어가 보장되며, 다른 한편으로는 [토션 프로파일(1)의 비틀림 하에서] 액슬의 제한된 한쪽 편향 또는 차량의 롤링 안정화가 구현된다. 이 경우, 종래 기술에서는 보통 트레일링 암들(2, 3)이 토션 프로파일(1)과 용접되는데, 이는 제조 및 재료 선택 시 최초에 언급한 제한 사항들 또는 마찬가지로 언급한 추가 비용을 초래한다.

도 2에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 트위스트 빔 액슬이 도시되어 있다. 여기서는 다시, 도 1에 따른 트위스트 빔 액슬과 유사한 점에 한해서, 하나의 토션 프로파일(1)과, 수용부들(4 내지 9)을 갖는 2개의 트레일링 암(2, 3)이 확인되며, 도 2에 따른 실시예의 경우 토션 프로파일(1)은 중공 샤프트의 유형으로 구현되지만, 양측 트레일링 암(2, 3) 사이의 비틀림 영역에서 (비틀림 강성의 감소를 위해) 개방된 프로파일 횡단면을 갖는다.

그러나 도 2에 따른 트위스트 빔 액슬의 경우, 트레일링 암들(2, 3)은 도 1에 따른 종래 기술의 트위스트 빔 액슬의 경우처럼 토션 프로파일(1)과 용접되지 않는다. 오히려 도 2에 따른 트위스트 빔 액슬의 경우 토션 프로파일(1)과 트레일링 암(2, 3) 사이의 결합은 토션 프로파일(1)과 트레일링 암들(2, 3) 사이의 결합 영역들(10, 11)에서 강제 결합 및 형상 결합을 통해서만 수행된다.

이를 위해, 트레일링 암들(2, 3)은 결합 영역들(10, 11)에 실질적으로 각기둥형으로 형성된 리세스들을 포함하며, 이들 리세스는 그에 상보적인 형태로 형성된 토션 프로파일(1)의 양측 엔드 섹션을 형상 결합식으로 수용한다. 추가로, 토션 프로파일(1)의 엔드 섹션들의 내부 공간에는 각각 압입식 플러그(12)가 배치되며, 이 압입식 플러그는 결합 영역(10, 11) 내 토션 프로파일(1)의 외벽과 트레일링 암들(2, 3)의 각각의 대응하는 리세스 사이의 압입 끼워 맞춤을 제공한다.

트레일링 암들(2, 3)과 토션 프로파일(1) 사이의 형상 결합식 결합은, 토션 프로파일(1)의 종축을 따라 관찰했을 때 트위스트 빔 액슬의 측단면도에 상응하는 도 3에 따른 도면에 상세히 도시되어 있다. 이 경우, 도 3 내지 도 6의 도면들에는 (절단면의 의미에서가 아닌) 단지 보다 나은 구별을 위해, 토션 프로파일(1)과 압입식 플러그(12)를 각각 서로 상이한 빗금으로 표시하였다.

본 도면에서, 트레일링 암들(2, 3)의 리세스(13)뿐 아니라 토션 프로파일(1)도 압입식 플러그(12)와 마찬가지로, 이 경우 실질적으로 정폭도형에 상응하는 횡단면 형태를 갖는 점이 확인된다. 정폭도형은, 가상의 회전 위치와 상관 없이 항상 가상의 정사각형 안쪽의 4개의 변에 모두 접촉되도록 상기 정사각형에 내접하며[도 3의 우측 옆의 개략도(14) 참조], 캘리퍼스 자(caliper rule)로 재면 정폭도형의 모든 지점에서 "동일한 두께" 또는 동일한 "지름"이 측정될 것이다. 본원에서 토션 프로파일 엔드 섹션(1) 및 트레일링 암 리세스(13)의 횡단면 형태로서 정폭도형은, 한편으로 최고의 형상 결합 효과와 높은 노치 효과를 갖는 다각형과, 다른 한편으로 형상 결합 효과와 노치 효과를 모두 갖지 않는 원형 횡단면 사이의 매우 효율적인 절충안이다.

도 4에 따른, 트레일링 암(2, 3)과 토션 프로파일(1) 사이의 결합부의 실시예는 실질적으로 도 3에 따른 실시예에 상응하며, 다만 차이점은, 도 4에 따른 실시예의 경우 토션 프로파일(1)이 폐쇄된 (예컨대 용접된) 관형 프로파일이 아니라, 개방된 관형 프로파일이란 점이며, 이는 도 4에 따라 토션 프로파일(1)의 축방향으로 (도면 평면에 대해 수직으로) 연장되는 슬롯(15)에서 확인할 수 있다. 개방된 관형 프로파일로서 제조된 토션 프로파일(1)이 사용되어도 토션 프로파일(1)과 트레일링 암들(2, 3) 사이에 견고한 형상 결합식 연결이 제공됨으로써, [그에 따라 더욱 경제적으로 제조되는 토션 프로파일(1)을 바탕으로] 특히 추가의 비용 이득이 획득되는 점을 알 수 있다.

트위스트 빔 액슬의 토션 프로파일(1)과 트레일링 암들(2, 3) 사이의 결합부에 대한 추가 실시예들이 도 5와 도 6에 도시되어 있다. 도 5 및 도 6에 따른 실시예들의 경우, 토션 프로파일(1)은 그 외주연의 약 삼분의 일을 따라 개방된 횡단면 영역(16)을 각각 포함한다. 달리 말하면, 도 5 및 도 6에 따른 토션 프로파일(1)은 (적어도 그 엔드 섹션들의 영역에서) "U"자 내지 "V"자 형태로 개방된 박판 프로파일이다. (도 5 및 도 6에 따른) 두 실시예 모두, 토션 프로파일(1)의 개방된 횡단면 영역(16)을 각각 통과하여 연장됨으로써 각각 [개방된 횡단면 영역(16)의 내부에서] 리세스(13)의 각각의 내부 표면에 접하여 그곳에 지지되는 압입식 플러그(12)를 바탕으로, 역시 압입식 플러그(12)와 트레일링 암(2, 3) 사이에 토션 프로파일(1)의 완전한 형상 결합식 삽입 연결이 제공된다.

이러한 방식으로, 트레일링 암(2, 3)과 토션 프로파일(1) 사이에 필요한 영구적인 형상 결합식 연결과 관련한 문제점을 수반하지 않으면서, 비틀림에 대해 비교적 연성이면서 실질적으로 개방된 박판 프로파일들도 트위스트 빔 액슬을 위해 사용될 수 있다.

이와 관련하여 도 5에 따른 실시예의 경우, 트레일링 암(2, 3) 내 리세스(13)는 토션 프로파일(1)의 개방된 횡단면 영역(16)의 섹션에서, 토션 프로파일(1)의 (대응하는 위치에 존재하지 않는) 벽 두께의 두께 치수만큼 각각 축소되며, 그럼으로써 (도 3 및 도 4에 따른 실시예들의 경우처럼) 변함없이 대칭 정폭도형으로서 형성된 압입식 플러그(12)가 사용될 수 있다.

그에 반해, 도 6에 따른 대안적 실시예의 경우, 압입식 플러그의 횡단면은, 영역(16)에서 개방되고 "U"자 또는 "V"자 형태로 개방된 박판 프로파일로서 형성된 토션 프로파일(1) 전체를 형상 결합식으로 수용하도록 형성된다. 따라서 본 실시예에서, 트레일링 암(2, 3)의 리세스(13)의 횡단면 형태는 (도 3 및 도 4에 따른 실시예들의 경우처럼) 변함없이 대칭 정폭도형으로서 형성될 수 있는 한편, 압입식 플러그는 토션 프로파일(1)의 벽부의 형상 결합식 수용을 위해 그에 상응하게 축소된 횡단면 형태를 유지한다.

도 7 및 도 8에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 트위스트 빔 액슬에서 토션 프로파일(1)과 트레일링 암(2, 3) 사이의 결합 영역이 종단면도로 도시되어 있다. 여기서는, 트레일링 암(2, 3)의 수용 리세스(13) 내에 배치되는 토션 프로파일(1)의 엔드 섹션이 확인되며, 토션 프로파일 엔드 섹션의 내부 공간에는 압입식 플러그(12)가 압입된다. 이 경우, 압입식 플러그(12)는 중공으로 형성되거나, 축방향으로 리세스(17)를 갖는다. 이를 통해, 압입식 플러그(12)는 토션 프로파일(1)의 방향으로 갈수록 감소하는 강성을 보유함으로써, 트레일링 암(2, 3)과 토션 프로파일(1) 사이의 전이 영역에서 강성 급변 및 이와 결부된 노치 효과가 상응하게 감소하고, 토션 프로파일(1)과 트레일링 암(2, 3) 사이의 결합부의 피로 강도는 상응하게 증가한다.

도 8에 따른 실시예에서도 이와 유사한 거동이 나타나지만, 토션 프로파일(1)의 내부 공간에 토션 바(18)가 추가로 배치된다. 토션 바(18)는 압입식 플러그(12)의 리세스 내에서 비틀림의 관점에서, 예컨대 세레이션(serration)을 이용하여, 형상 결합 방식으로 배치된다. 이러한 방식으로, 도 8에 따른 실시예에서는 특히 이처럼 구현된 트위스트 빔 액슬의 비틀림 강성과 휨 강성이, 예컨대 각각 소정의 지름 및 그와 결부된 소정의 (상대적으로 더 높거나 더 낮은) 비틀림 강성을 갖는 토션 바(18)가 선택됨으로써, 실질적으로 서로 무관하게 결정되고 변경될 수 있다.

따라서 결과적으로 명백한 사실은, 본 발명의 덕택으로 트레일링 암들과 토션 프로파일 사이에 높은 굽힘 모멘트 및 토크가 영구적으로 신뢰성 있게 전달되는 점을 보장하는 트위스트 빔 액슬이 제공된다는 것이다. 본 발명의 덕택으로, 토션 프로파일 또는 트레일링 암을 위해 서로 상이한 재료들이 사용되고 서로 결합될 수 있다. 본 발명에 따른 트위스트 빔 액슬은 특히, 부피가 크고 박판형이며 그에 따라 중량을 감소시키는 토션 프로파일의 사용을 허용한다. 마지막으로, 본 발명에 의해서는 생산 및 조립에서의 비용 절감뿐 아니라, 사용 중 유지보수 요구의 감소도 기대된다.

1: 토션 프로파일, 토션 프로파일 엔드 섹션
2, 3: 트레일링 암
4, 5: 베어링 보어
6, 7: 스프링 수용부
8, 9: 휠 베어링 수용부
10, 11: 결합 영역
12: 압입식 플러그
13: 수용 리세스
14: 정폭도형(개략도)
15: 프로파일 슬롯
16: 개방된 횡단면 영역
17: 압입식 플러그 리세스
18: 토션 바

Claims (11)

1. 자동차의 휠 서스펜션용 트위스트 빔 액슬이며, 상기 트위스트 빔 액슬은
   제1 및 제2 트레일링 암(2, 3)과,
   횡단면이 비원형인 엔드 섹션들을 구비한 토션 프로파일(1)을 포함하고,
   제1 트레일링 암(2)은 토션 프로파일(1)의 제1 엔드 섹션과 결합되고, 제2 트레일링 암(3)은 토션 프로파일(1)의 제2 엔드 섹션과 결합되며, 토션 프로파일의 제1 및 제2 엔드 섹션들 각각은 토션 프로파일의 축 방향으로 연장되는 개구를 구비하여 개방된 튜브 프로파일을 형성하고,
   제1 트레일링 암(2)은 토션 프로파일(1)의 제1 엔드 섹션의 외부 표면에 대해 상보적이며 횡단면이 비원형인 수용 리세스(13)를 가지며 제2 트레일링 암(3)은 토션 프로파일(1)의 제2 엔드 섹션의 외부 표면에 대해 상보적이며 횡단면이 비원형인 수용 리세스(13)를 가지고,
   상기 토션 프로파일(1)의 각각의 엔드 섹션의 내부 공간에는, 각각의 엔드 섹션의 외부 표면과 각각의 트레일링 암(2, 3)의 수용 리세스(13) 간의 압입식 결합을 위한 압입식 플러그(12)가 각각 배치되고,
   토션 프로파일(1)은 적어도 자신의 엔드 섹션들의 영역에 자신의 주연의 일부분을 따라 개방된 횡단면 영역(16)을 포함하며, 압입식 플러그(12)의 외주연의 부분 영역이 상기 개방된 횡단면 영역(16)을 통과하여 연장되면서 압입식 플러그(12)가 트레일링 암(2, 3)의 수용 리세스(13)에 접하는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
2. 제1항에 있어서, 트레일링 암(2, 3)과 토션 프로파일(1)은 서로 상이한 재료들로 형성되는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 트레일링 암 수용 리세스(13) 및 토션 프로파일(1)의 엔드 섹션은 모서리가 라운딩된 다각형 횡단면 형태를 갖는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
4. 제3항에 있어서, 트레일링 암 수용 리세스(13) 및 토션 프로파일(1)의 엔드 섹션의 횡단면 형태는 정폭도형(14)에 상응하는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압입식 플러그(12)의 횡단면 형태는 토션 프로파일(1)의 엔드 섹션의 내부 횡단면 형태에 대해 상보적인 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 토션 프로파일(1)은 적어도 자신의 엔드 섹션들의 영역에 축방향으로 연장되는 슬롯(15)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
7. 삭제
8. 자동차의 휠 서스펜션용 트위스트 빔 액슬이며, 상기 트위스트 빔 액슬은
   제1 및 제2 트레일링 암(2, 3)과,
   횡단면이 비원형인 엔드 섹션들을 구비한 토션 프로파일(1)을 포함하고,
   제1 트레일링 암(2)은 토션 프로파일(1)의 제1 엔드 섹션과 결합되고, 제2 트레일링 암(3)은 토션 프로파일(1)의 제2 엔드 섹션과 결합되며, 토션 프로파일의 제1 및 제2 엔드 섹션들 각각은 토션 프로파일의 축 방향으로 연장되는 개구를 구비하여 개방된 튜브 프로파일을 형성하고,
   제1 트레일링 암(2)은 토션 프로파일(1)의 제1 엔드 섹션의 외부 표면에 대해 상보적이며 횡단면이 비원형인 수용 리세스(13)를 가지며 제2 트레일링 암(3)은 토션 프로파일(1)의 제2 엔드 섹션의 외부 표면에 대해 상보적이며 횡단면이 비원형인 수용 리세스(13)를 가지고,
   상기 토션 프로파일(1)의 각각의 엔드 섹션의 내부 공간에는, 각각의 엔드 섹션의 외부 표면과 각각의 트레일링 암(2, 3)의 수용 리세스(13) 간의 압입식 결합을 위한 압입식 플러그(12)가 각각 배치되고,
   토션 프로파일(1)은 적어도 자신의 엔드 섹션들의 영역에 축방향 슬롯(15) 또는 개방된 횡단면 영역(16)을 포함하며, 압입식 플러그(12)는 상기 슬롯(15) 또는 상기 개방된 횡단면 영역(16)을 형상 결합 방식으로 채우면서 상기 트레일링 암(2, 3)의 수용 리세스에 접하는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압입식 플러그(12)와 트레일링 암 수용 리세스(13)는 토션 프로파일(1)의 축방향을 따라 약간 원추형으로 가늘어지도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 압입식 플러그(12)는 중공형이거나, 자신의 축방향을 따라 리세스(17)를 갖는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 토션 프로파일(1)의 내부 공간에 토션 바(18)가 배치되고, 상기 토션 바(18)의 단부들이 압입식 플러그들(12)과 결합되는 것을 특징으로 하는, 트위스트 빔 액슬.

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