KR101993502B1

KR101993502B1 - 차량 프레임 및 관절 장치를 구비하는 자동차

Info

Publication number: KR101993502B1
Application number: KR1020157002662A
Authority: KR
Inventors: 프리트헬름 랑호어스트; 옌스 아이스만; 프랑크 쉐퍼; 죄렌 크놉
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2019-06-26
Also published as: RU2621409C2; EP2870009A1; JP6175135B2; WO2014005787A1; CN104395115A; DE102012013149A1; CN104395115B; RU2015103181A; KR20150034231A; EP2870009B1; BR112014032768A2; JP2015530300A; US20160185172A1; US9511642B2

Abstract

본 발명은 차량 프레임(2) 및 이 차량 프레임(2)에 대하여 하나 또는 복수의 커넥팅 로드(6; 7)를 통해서 지지되는 하나 이상의 차축(5)을 구비하는 자동차, 특히 상용차(NKW)에 관한 것이며, 이 경우 커넥팅 로드(들)(6; 7)는 하나 이상의 관절 장치(8)를 통해서 차축(5)에 연결되어 있으며, 이 관절 장치는 접촉 면(10)을 관통하는 연결 수단(11)을 통해서 차축(5)에 부착된 카운터 베어링(12)에 연결되어 있고, 개별 연결 수단(11)의 축(13)이 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면(10)을 90°로부터 벗어나는 각도(α)로 통과하도록 형성된다.

Description

차량 프레임 및 관절 장치를 구비하는 자동차{MOTOR VEHICLE HAVING A VEHICLE FRAME AND ARTICULATION ARRANGEMENT}

본 발명은 차량 프레임 및 이 차량 프레임에 대하여 하나 또는 복수의 커넥팅 로드를 통해 지지되는 하나 이상의 차축을 구비하는 청구항 1의 전제부에 따른 자동차, 특히 상용차(NKW)에 관한 것이며, 이 경우 커넥팅 로드(들)는 하나 이상의 관절 장치를 통해서 차축에 연결되어 있으며, 이 관절 장치는 접촉 면을 관통하는 연결 수단을 통해서 차축에 부착된 카운터 베어링에 연결되어 있다.

예를 들어 3각형 꼭지점에 의해 중앙이 볼 형태로 확장된 차축 바디를 구비하는 관절 장치를 통해서 차축에, 예컨대 후방 차축에 할당된 카운터 베어링에 나사 결합 된 3각형 커넥팅 로드 장치를 통해서 상기와 같은 지지 효과를 얻는 것이 공지되어 있다. 이를 위해 나사는 축 방향으로 외부에서 관절 장치의 차축 바디 및 카운터 베어링을 관통한다. 이때에는 나사가 접촉 면을 수직으로 관통함으로써, 결과적으로 상기 접촉 면에서는 단지 제공된 나사 결합력의 약 10%만 수직력(normal force)으로서 전달된다. 하지만 이와 같은 예비 압축 응력을 가하는 수직력은, 접촉 면에 연결된 부분들이 접촉 면의 평면에서 한 가지 방향으로 서로에 대하여 움직일 수 있는 상황을 방해한다. 따라서, 충분히 높은 수직력을 보증하는 것이 중요하다.

하지만, 마찰 값이 접촉 면에서 크게(문헌에 따르면 약 3배만큼) 변동되기 때문에, 연결 수단의 축에 대하여 가로 방향으로 고도의 힘이 도입되는 상황하에서도 연결부가 느슨하게 풀어지는 현상을 신뢰할만하게 저지하기 위해서는 상기와 같은 연결부를 과도하게 크게 설계할 필요가 있다. 이와 같은 필요성은 높은 재료 비용 및 부품의 추가 중량을 야기한다.

본 발명의 과제는 종래 기술을 개선하는 것이다.

본 발명은 청구항 1의 특징들을 갖는 자동차에 의해서 그리고 청구항 6의 특징들을 갖는 관절 장치에 의해서 상기 과제를 해결한다. 본 발명의 바람직한 실시 예들 및 개선 예들과 관련해서는 추가의 청구항 2 내지 청구항 5 및 청구항 7 내지 청구항 9가 참조 된다.

본 발명에 의해서는, 개별 연결 수단의 축이 접촉 면에서 이 연결 수단에 의해 관통되는 접촉 면을 90°로부터 벗어나는 각도로 통과함으로써, 나사 연결부의 힘이 수직 성분 및 가로 성분으로 세분된다. 이로써, 예비 압축 응력의 비율을 현저하게 높일 수 있는 형상 결합 비율이 나타나게 된다. 그럼으로써, 한 편으로는 나사의 공칭 크기가 축소될 수 있으며, 이와 같은 사실은 재료 비용 및 중량을 감소시킨다. 그밖에, 나사 연결부를 위한 체결 방법이 훨씬 덜 정확하게 선택될 수 있음으로써, 결과적으로 공정 비용이 줄어들었고, 연결의 신뢰성도 증가하였다. 크기가 더 작은 나사에 의해서는 또한 관절 내부에 있는 차축 바디도 더 적은 치수로 설계될 수 있음으로써, 중량 및 비용이 훨씬 줄어들게 된다. 또한, 표면 품질에 대해서 제기되는 요구 조건들도 완화될 수 있다.

가급적 높은 예비 압축 응력을 발생시키기 위해, 연결 수단의 개별 축은 이 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면을, 상기 접촉 면 내에 놓여 있는 벡터(vector)에 대하여 30° 내지 60°의 각도로 통과하는 경우가 유리하다.

특히 강제 결합과 형상 결합 간의 최상의 조합을 위해, 연결 수단의 개별 축은 이 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면을 접촉 면 내에 놓여 있는 벡터에 대하여 약 45°의 각도로 통과할 수 있다.

접촉 면이 평면도 상으로 볼 때 차량의 세로축에 대하여 그리고 차량의 가로축에 대하여 각을 이루고 있는 한, 주(主) 힘 방향도 차축과 차량 프레임 사이에서, 다시 말해 가로 운동과 세로 운동 사이에서 각각 접촉 면에 대하여 각을 이룬 상태로 작용을 하고, 이로 인해 그곳에서 연결된 부품들 상호 간에 전단 작용이 덜 촉진됨으로써, 결과적으로 연결부의 추가 안전이 달성된다. 접촉 면 평면에서의 힘 작용에 대한 상기와 같은 안전을 위해서는 또한 마찰을 높이기 위하여 리플링(rippling) 또는 유사한 조치들이 접촉 면에 제공되는 경우도 기여를 한다.

특히 관절 장치당 축 방향으로 외부에 놓인 2개의 접촉 면은 차량 가로축에 대하여 서로 반대로 각을 이루어 있고, 이로써 마치 외부 벽과 같이 그 사이에 놓인 관절 장치를 감쌀 수 있다.

상기와 같은 형상은 유리하게 볼 부재를 둘러싸는 차축 바디를 갖는 소위 브래킷(bracket)을 형성할 수 있으며, 이 경우 상기 차축 바디에는 연결 수단을 위한 리세스 및 접촉 면이 축 방향으로 외부에 제공되어 있다.

관절 장치 및/또는 베어링 장치는 별도로 하중을 받는다. 이들 장치는 차량, 예컨대 승용차 또는 상용차와 같은 차량 또는 건설 기계에도 사용될 수 있다.

본 발명의 추가의 장점들 및 특징들은 도면에 도시되어 있고 이하에서 기술되는 본 발명의 대상에 대한 실시 예들에서 드러난다.

도 1은 3각형 커넥팅 로드를 통해서 지지된 후방 차축을 갖는 상용차를 도시한 개략적인 평면도이며,
도 2는 후방 차축에 연결되는 3각형 커넥팅 로드를 도시한 사시도이고,
도 3은 도 2에 도시된 부품들을 위로부터 바라보고 도시한 도면이며,
도 4는 후방 차축에 대한 관절 장치의 연결 상태를 세부적으로 도시한 평면도로서, 이 경우 본 도면에는 관절 장치 중에 단지 가로 방향 중심부가 볼 형태로 확장된 차축 바디만 도시되어 있으며, 힘 벡터가 추가로 기재되어 있고,
도 5는 접촉 면을 통한 차축 바디의 연결 상태를 전방으로부터 바라보고 도시한 도면이며,
도 6은 리플링이 제공된 관절 장치의 차축 바디를 도시한 개략도로서, 조립 전의 그리고 조립 후의 세부 사항이 확대 단면으로 도시되어 있다.

도 1에 개략적으로 도시된 자동차(1)는 본 실시 예에서 상용차(NKW)를 형성하고, 세로 방향 캐리어(3) 및 가로 방향 캐리어(4)를 갖는 차량 프레임(2)을 구비한다. 차량 프레임(2)은 상이한 형상을 가질 수 있다. 차량 프레임에는 하나 이상의 차축(5), 예컨대 후방 차축이 고정되어 있다. 또한, 예를 들어 건설 차량 또는 오프로드 차량(offroad vehicle)도 본 발명에 따라 형성될 수 있다.

도 1에 도시된 장치는 3각형 커넥팅 로드 장치 내부에서 예각으로 그리고 평면도 상으로 볼 때 V자 모양으로 서로 점차 좁아지는 2개의 커넥팅 로드(6, 7)를 포함한다. 이와 같이 형성된 3각형 팁에서는 상기 커넥팅 로드가 관절 장치(8)에 의해서 차축(5)에 맞물린다. 상기 관절 장치는 디퍼렌셜(differential)을 수용하기 위하여 차량 가로 방향을 기준으로 중심 영역이 확장되었다. 그럼으로써, 관절 장치(8)는 디퍼렌셜을 수용하기 위해 확장된 상기 후방 차축(5)의 영역의 상단부에 장착될 수 있으며, 이로써 상기 차축(5)을 위한 가로 가이드부 및 세로 가이드부를 형성할 수 있다. 본 실시 예에서 지지 작용을 하는 2개의 커넥팅 로드(6, 7)는 심지어 자신의 상부 영역에서 예컨대 지지 작용을 하는 세로 프레임 부재(3)에 연결될 수도 있다 - 이와 같은 상황은 본 도면에 상세하게 도시되어 있지 않다. 3각형 커넥팅 로드 장치 대신에 예를 들어 평면도 상으로 볼 때 X자 형상을 갖는 4점 커넥팅 로드 또는 다른 장치들도 고려될 수 있다.

관절 장치(8)는 종종 소위 브래킷으로서도 명명된다. 이와 같은 관절 장치(8)는 볼 부재를 둘러싸는 차축 바디(9)를 포함하며, 이 차축 바디에는 가로 방향으로 외부에 연결 수단(11)을 위한 리세스 및 접촉 면(10)이 제공되어 있다.

연결 수단(11)은 도면에서 로크 너트(lock nut)에 의해 고정된 나사로서 형성되었고, 관절 장치(8)의 접촉 면(10) 그리고 차축(5)에 단단히 연결된 카운터 베어링(12)의 마주 놓인 접촉 면(10)을 관통한다. 이때 개별 연결 수단(11)의 축(13)은 이 연결 수단에 의해서 관통된 접촉 면(10)에 대하여 90°로부터 벗어나는 각도(α)를 형성한다.

상기 각도(α)는 접촉 면(10) 내에 놓여 있는 벡터에 대하여 30° 내지 60°이다.

최적으로는, 연결 수단(11)의 개별 축(13)이 이 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면(10)을 이 접촉 면(10) 내에 놓여 있는 벡터에 대하여 약 45°의 각도로 관통한다. 이 경우에는 형상 결합과 강제 결합 사이에서 최적의 분배가 얻어진다. 주로 차량 세로축(14)에 대하여 평행하게 또는 차량 가로축(15)에 대하여 평행하게 발생하는 힘이 동일한 방식으로 양호하게 흡수될 수 있다.

이때 형상 결합 비율을 위해서는, 특히 관절 장치(8)당 축 방향으로 외부에 놓인 2개의 접촉 면(10)이 차축 바디(9)와 카운터 베어링(12) 사이에 제공되고, 대략 도 4에서 잘 볼 수 있는 바와 같이 이들 접촉 면이 차량 가로축(15)에 대하여 서로 반대로 각을 이룬 형태로, 접촉 면(10)이 평면도 상으로 볼 때 차량 세로축(14)에 대하여 그리고 차량 가로축(15)에 대하여 각을 이룬 경우가 특히 유리하다. 그렇기 때문에, 가로 방향으로 가해지는 모든 힘에 대하여 관절 장치(8)가 동일하게 양호하게 지지될 수 있다.

또한, 접촉 면(10)의 마찰 계수는 대략 도 5 및 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 접촉 면에 리플링(16)이 제공됨으로써 증가할 수 있다. 단단한 차축 바디(9)의 리플링(16)이 조립 동안에(도 6의 좌측 참조; 조립 전에, 조립 후에) 추가의 카운터 베어링(12) 내부로 삽입될 수 있음으로써, 결과적으로 상기 카운터 베어링은 형상 결합 방식의 안전 장치를 야기하는 리플링(16)의 음의 윤곽을 얻게 된다.

또한, 접촉 면(10)들이 각각 직선으로 진행하지 않고, 오히려 도 4의 우측에 도시된 바와 같이 일 접촉 면(10a)이 곡선 형태로 진행하는 것, 예컨대 외부로 가면서 계속해서 증가하는 피치를 갖는 오목한 형태로 진행하는 것도 가능하다.

관절 장치(8)는 기술된 바와 같이 다양한 장소에, 특히 섀시(chassis) 내부에 또는 섀시 연결부에, 자동차(1)에 제공될 수 있기 때문에 별도로 하중을 받을 수 있다.

1: 자동차
2: 차량 프레임
3: 세로 캐리어
4: 가로 캐리어
5: 차축
6: 커넥팅 로드
7: 커넥팅 로드
8: 관절 장치
9: 차축 바디
10: 접촉 면
10a: 접촉 면
11: 연결 수단
12: 카운터 베어링
13: 연결 수단의 축
14: 세로축
15: 가로축
16: 리플링
17: 관절 장치의 차축 바디

Claims

차량 프레임(2) 및 상기 차량 프레임(2)에 대하여 하나 또는 복수의 커넥팅 로드(6; 7)를 통해 지지되는 하나 이상의 차축(5)을 구비하는 자동차, 또는 상용차(NKW)로서, 커넥팅 로드(들)(6; 7)는 하나 이상의 관절 장치(8)를 통해서 차축(5)에 연결되어 있으며, 상기 관절 장치는 연결 수단(11)을 통해서 차축(5)에 부착된 카운터 베어링(12)에 연결되어 있고, 연결 수단(11)은 관절 장치(8) 또는 카운터 베어링(12)의 각각 반대편에 위치하는 접촉 면(10; 10a)을 관통하여 서로 연결된, 자동차에 있어서,
각각 하나의 커넥팅 로드(6; 7)에 할당된 접촉 면(10; 10a)은 한 평면에 위치하고,
개별 연결 수단(11)의 축(13)은, 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면(10; 10a)이 위치하는 평면을 90°로부터 벗어나는 각도(α)로 통과하는 것을 특징으로 하는, 자동차.
제1항에 있어서, 연결 수단(11)의 개별 축(13)은 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면(10)을 상기 접촉 면(10) 내에 놓여 있는 벡터(vector)에 대하여 30° 내지 60°의 각도(α)로 통과하는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제2항에 있어서, 연결 수단(11)의 개별 축(13)은 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉 면(10)을 상기 접촉 면(10) 내에 놓여 있는 벡터에 대하여 약 45°의 각도로 통과하는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 수단(11)은 로크 너트(lock nut)에 의해 고정된 나사로서 형성된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 접촉 면(10; 10a)은 평면도 상으로 볼 때 차량 세로축(14)에 대하여 그리고 차량 가로축(15)에 대하여 각을 이루는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 따른 자동차(1)에 사용하기 위한 관절 장치(8)로서, 이때 상기 관절 장치(8)는 볼 부재를 둘러싸는 차축 바디(9)를 갖는 소위 브래킷(bracket)을 형성하고, 상기 차축 바디(9)에는 연결 수단(11)을 위한 리세스 및 접촉 면(10; 10a)이 축 방향으로 외부에 제공된, 관절 장치에 있어서,
관절 장치(8)당 축 방향으로 외부에 놓인 2개의 접촉 면(10; 10a)이 제공되고, 상기 접촉 면들은 차량 세로축(14)에 대하여 서로 반대로 각을 이루는 것을 특징으로 하는, 관절 장치(8).
제6항에 있어서, 접촉 면(10; 10a)에는 리플링(16)이 제공된 것을 특징으로 하는, 관절 장치(8).
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