KR102050270B1

KR102050270B1 - 차량 프레임을 구비한 자동차

Info

Publication number: KR102050270B1
Application number: KR1020147036972A
Authority: KR
Inventors: 프랑크 쉐퍼; 옌스 아이스만; 프리드헬름 랑호어스트; 죄렌 크놉
Original assignee: 젯트에프 프리드리히스하펜 아게
Priority date: 2012-07-03
Filing date: 2013-06-06
Publication date: 2019-11-29
Also published as: CN104428196A; BR112014027686A2; RU2620445C2; KR20150035807A; EP2870055B1; US20150175206A1; JP6153607B2; EP2870055A1; CN104428196B; WO2014005786A1; RU2014148098A; DE102012013148A1; US9352781B2; JP2015525695A

Abstract

본 발명은 차량 프레임 및/또는 서브 프레임(2; 2a)을 구비하는 자동차, 특히 유틸리티 차량(UV)에 관한 것으로서, 서브 프레임은 특히 주행 방향(F)에 대하여 가로 방향으로 그리고/또는 세로 방향으로 서 있는 접촉면(10; 10a)을 추가 구조 유닛(6; 7; 8; 12)에 대한 연결면으로서 구비하고, 이들 추가 구조 유닛은 접촉면(10; 10a)을 관통하는 연결 수단(11)을 통해서 결합되어 있으며, 본 발명에 따른 자동차는, 개별 연결 수단(11)의 축(13)이 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10; 10a)을 90°로부터 벗어나는 각도(α)로 통과하도록 형성된다.

Description

차량 프레임을 구비한 자동차{MOTOR VEHICLE WITH A VEHICLE FRAME}

본 발명은 특히 주행 방향에 대하여 가로 방향으로 그리고/또는 세로 방향으로 서 있는 접촉면을 추가 구조 유닛에 대한 연결면으로서 구비하는 차량 프레임을 구비하며, 이들 추가 구조 유닛이 접촉면을 관통하는 연결 수단을 통해 연결되어 있는, 청구범위 제1항의 전제부에 따른 자동차, 특히 유틸리티 차량(UV)에 관한 것이다.

섀시(chassis) 영역에서 구조 유닛들을 차량 프레임에 대하여 고정시키는 대부분의 나사는, 결합된 구조 유닛과 프레임 부분 간의 접촉면에 대하여 평행하게 - 그리고 이로 인해 나사 축에 대하여 가로 방향으로 - 밀림(전단) 하중을 받는다. 구체적으로 제동 또는 가속 시에는, 세로 방향으로 서 있고 상호 나사 결합된 접촉면에서 그곳에 있는 나사에 전단 방향으로 작용하는 고도의 힘이 차량의 세로 방향으로 발생하게 되는데, 그 이유는 이들 나사가 접촉면을 수직으로 관통하기 때문이다. 이러한 유형의 나사 결합 방식에 의해서는, 접촉면에서 단지 제공된 나사 결합력의 약 10%만 전단력으로서 전달될 수 있다. 하지만, 이와 같은 예비 응력의 수직력(normal force)은, 접촉면에 연결된 부품들이 접촉면의 평면에서 하나의 방향으로 서로에 대하여 움직일 수 있는 것을 방해한다. 따라서, 충분히 높은 수직력을 보장하는 것이 중요하다. 큰 힘을 전달하기 위해서는 많은 개수의 나사가 필요하다.

하지만, 접촉면에서 마찰 값이 크게(문헌에 따르면 약 3배만큼) 변동되기 때문에, 연결 수단의 축에 대하여 가로 방향으로 고도의 힘이 도입되는 상황하에서도 연결부의 해제 및 연결 수단의 전단을 신뢰할만하게 저지하기 위해서는 상기 유형의 연결부를 과도하게 크게 형성하는 것이 요구된다. 이는 높은 재료 비용 및 부품들의 추가 중량을 야기한다. 하지만, 원하는 경량의 구조 형상을 위해 그리고 더욱 콤팩트한 설치 공간의 필요성 때문에 나사 결합을 중량 및 크기에 있어서 최적화하는 것이 필요하다.

본 발명의 과제는 종래 기술을 개선하는 것이다.

본 발명의 과제는 청구항 1의 특징들을 갖는 자동차에 의해 해결된다. 본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 추가의 청구항 2 내지 청구항 14에 기재된다.

본 발명에 의해, 개별 연결 수단의 축이 접촉면에서 이 연결 수단에 의해 관통되는 접촉면을 90°로부터 벗어나는 각도로 통과함으로써, 나사 연결부의 힘은 수직 성분 및 가로 성분으로 분할된다. 이로써, 예비 응력의 비율을 현저하게 높일 수 있는 형상 결합 부분이 형성된다. 그럼으로써, 한편으로는 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 있으므로, 공정 비용이 줄어들고, 연결의 신뢰성도 증가된다. 크기가 더 작은 나사에 의해 필요한 설치 공간도 작아질 수 있다. 최적으로는, 상기와 같은 나사 연결부가 적어도 실질적으로 단지 인장 하중만을 받는다. 또한, 표면 품질에 대한 요건들도 까다롭지 않게 설정될 수 있다.

가급적 높은 예비 응력을 발생시키기 위해서는, 연결 수단의 개별 축이 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면을 이러한 접촉면에 위치하는 벡터(vector)에 대하여 30° 내지 60°의 각도로 통과하는 경우가 유리하다.

특히 강제 결합과 형상 결합 간의 최상의 조합을 위해서는, 연결 수단의 개별 축이 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면을 이러한 접촉면에 위치하는 벡터에 대하여 약 45°의 각도로 통과할 수 있다. 그러면, 예를 들어 마찰 값이 μ=0.1인 경우 접촉면에 대하여 수직으로 서 있는 나사를 이용하는 표준 나사 결합에 비해, 전달할 가로 힘은 700%만큼 증가하고, 나사 간극 내에서의 세로 힘은 30%만큼 감소된다.

접촉면이 평면도 상으로 볼 때 차량의 세로축에 대하여 그리고 차량의 가로축에 대하여 각을 이루고 있는 한, 주(主) 힘 방향도 축과 차량 프레임 사이에서, 다시 말해 가로 운동과 세로 운동 사이에서 각각 접촉면에 대하여 각을 이루어 작용하고, 이로 인해 그곳에 연결된 부품들 상호 간에 전단이 덜 촉진됨으로써, 결과적으로 연결부의 추가 안전성이 달성된다. 접촉면 평면에서의 힘 작용에 대한 상기와 같은 안전성을 위해서는, 마찰을 높이기 위한 골형성(ribbing) 또는 유사한 조치들이 접촉면에 제공되는 경우도 기여한다.

특히 관절 장치당 축방향으로 외부에 놓인 2개의 접촉면은 차량의 가로축에 대하여 서로 반대로 각을 이루고 있고, 이로써 마치 외벽과 같이 그 사이에 놓인 관절 장치를 감쌀 수 있다.

높은 안정성을 위해서 특히 유리하게, 연결 수단은 하나의 공동 평면에서, 특히 수평면에서 각각 쌍으로 그리고 서로에 대하여 각을 이루면서 배치되어 있다.

본원에서는 연결 수단이 접촉면에서 수직선에 대하여 대칭으로 그리고 서로에 대하여 약 90°만큼의 각을 이루도록 배치될 수 있어서, 결과적으로 반대 힘 작용을 위해서는 - 말하자면 가속 및 제동 시에는 - 동일하게 양호한 지지가 제공된다.

정상적인 나사 결합의 경우에는 예를 들어 구조 유닛이 세로 방향 캐리어에 연결되어 있어서 접촉면이 주행 방향에 대하여 세로 방향으로 서 있는 곳에서 높은 하중이 나타난다. 이와 같은 구조 유닛은 말하자면 세로 방향 캐리어에 연결된 가로 방향 캐리어에 의해서 형성될 수 있는데, 특히 축, 탄성 유닛 또는 기타의 섀시 부분, 말하자면 에어 서스펜션 벨로우즈를 고정시키기 위해, 세로 방향 캐리어에 연결되어 있고 수직 성분을 갖는 캐리어에 의해서 형성될 수 있다.

연결 수단을 절약하기 위해 그리고 효율적인 조립을 위해 특히 유리하게는, 개별 구조 유닛을 연결하기 위한 고정 수단이 구조 유닛뿐만 아니라 세로 방향 캐리어 및 가로 방향 캐리어까지도 관통하는 동시에 이들 부품들을 서로 연결시킨다.

바람직하게는, 각각 연결된 구조 유닛이 고정 수단을 위한 삽입 채널 및 이 채널의 축에 대하여 각을 이루는, 헤드 또는 카운터 부재용 스러스트 베어링을 포함함으로써, 결과적으로 상기 고정 수단의 적합한 위치가 자동으로 보장되고, 연결 수단의 경사 위치를 위한 원뿔 모양의 쐐기 또는 그와 유사한 조치가 필요 없게 된다. 차량의 세로 방향 캐리어는 연결 수단의 관통을 위해, 예를 들어 간단히 장공을 구비할 수 있다. 전술된 스러스트 베어링은 구조 유닛 내에 직접 통합되는 경우가 특히 유리하다.

본 발명의 추가의 장점들 및 특징들은 도면에 도시되어 있고 이하에 기재되는 본 발명의 대상에 대한 실시예들에서 드러난다.

도 1은 예를 들어 측면에 배치된 축 성분 캐리어 및 이 캐리어의 연결 영역에 고정된 가로 방향 캐리어를 구비하는 유틸리티 차량을 도시한 개략적인 평면도이고,
도 2는 하나의 가로 방향 캐리어를 통해서 연결된 2개의 세로 방향 캐리어 섹션을 비스듬히 위로부터 본 상세한 사시도로서, 가로 방향 외부에서는 추가로 섀시 성분 캐리어가 세로 방향 캐리어에 연결되어 가로 방향 캐리어와 결합되어 있으며,
도 3은 도 2에 따른 어셈블리를 비스듬하게 아래로부터 본 사시도이고,
도 4는 도 2에서와 유사한 사시도로부터 일 구조 유닛의 연결 상태를 상세하게 도시한 사시도이며,
도 5는 도 4에 따른 어셈블리의 측면도이고,
도 6은 도 4에 따른 어셈블리를 위로부터 절단하여 도시한 단면도이며,
도 7은 경사 나사 결합과 수직 나사 결합의 힘-경로-그래프이고,
도 8은 에어 서스펜션 벨로우즈의 측면도이며,
도 9는 위로부터 본 캐리어를 도시한 도면이고,
도 10은 에어 서스펜션 벨로우즈의 연결 상태를 절단하여 도시한 평면도이다.

도 1에 개략적으로 도시된 자동차(1)는 본 실시예에서 유틸리티 차량(UV)을 형성하고, 차량 프레임(2) 및/또는 대략 도 8에 도시된 에어 서스펜션 벨로우즈 캐리어와 같은 서브 프레임(2a)을 구비한다. 차량 프레임(2)은 통상적으로 2개의 측면 세로 방향 캐리어(3) 및 복수의 가로 방향 캐리어(4)를 포함할 수 있고, 전체적으로 상이하게 형성될 수 있다. 차량 프레임(2)에는 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.

특히 주행 방향(F)에 대하여 가로 방향으로 그리고/또는 세로 방향으로 서 있고 연결면으로서 이용되는 접촉면(10, 10a)에는 추가의 구조 유닛이 연결될 수 있다. 세로 방향으로 서 있는 접촉면(10)은 예를 들어 세로 방향 캐리어(3)의 외부 면 또는 내부 면에 의해서 형성될 수 있고, 가로 방향으로 서 있는 접촉면(10a)은 예컨대 축(5)의 확장된 차동장치에 의해서 또는 가로 방향 캐리어(4)의 전면 혹은 후면에 의해서 형성될 수 있다.

추가의 구조 유닛들은, 이들이 접촉면(10, 10a)을 관통하는 연결 수단, 예컨대 로크 너트(lock nut)에 의해 고정된 나사 등을 통해서 고정되도록 상기 접촉면(10, 10a)에 연결되어 있으며, 이 경우 개별 연결 수단(11)의 축(13)은 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10, 10a)을 90°로부터 벗어나는 각도(α)로 통과하는데, 더 상세하게 말하자면 상기 접촉면에 대하여 비스듬하게 서있다. 로크 너트에 의해 고정된 나사 대신에, 말하자면 도 10에서와 같이 블라인드 홀(blind hole)도 제공될 수 있으며, 블라인드 홀 내에 나사(11)가 삽입 결합 된다. 리벳 결합 또는 핀 결합도 가능하다.

특히 연결 수단(11)의 개별 축(13)은 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10, 10a)을, 이 접촉면(10, 10a) 내에 놓여 있는 벡터에 대하여 30° 내지 60°의 각도(α)로 통과한다. 최적으로는, 연결 수단(11)의 개별 축(13)기 상기 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10, 10a)을, 이 접촉면(10, 10a) 내에 놓여 있는 벡터에 대하여 약 45°의 각도로 통과한다. 이때 연결 수단(11)은 대략 도 6에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 공동 평면에서, 특히 수평면에서 각각 쌍으로 그리고 서로에 대하여 각을 이루면서 배치될 수 있다. 본 실시예에는 하나의 수평면에 공동으로 놓여 있는 한 쌍의 연결 수단(11)이 도시되어 있다. 복수의 연결 수단 쌍은 위·아래로 겹쳐서 또는 옆으로 나란히 놓일 수도 있다. 본 실시예에서 2개 연결 수단(11) 간의 각도는 서로에 대하여 약 90°지만, 이 각도가 필수적인 것은 아니지만 높은 예비 응력을 위해 최적화된 경우에 해당한다.

유리하게는, 본 실시예에서도 도시되어 있는 바와 같이, 연결 수단(11)의 방향이 평면도 상으로 볼 때 차량의 세로축(14)에 대해서뿐만 아니라 차량의 가로축(15)에 대해서도 각을 이룬 형태로 놓임으로써, 결과적으로 상기 연결 수단의 방향은 발생하는 두 가지 주요 힘 방향 중에 한 가지 주요 힘 방향에 대하여 일직선으로 놓이지 않게 된다.

도 2 및 도 3에 따른 실시예들 그리고 도 4 내지 도 6에 따른 실시예들에서는 구조 유닛(6 혹은 7 및 8)이 차량 프레임(2)의 2개의 측면 세로 방향 캐리어(3)에 연결되어 있다. 이때 구조 유닛(8)은 2개의 세로 방향 캐리어(3)를 서로 연결시키는 가로 방향 캐리어(4)에 의해서 형성되어 있다.

연결된 구조 유닛(6 혹은 7)은 각각 세로 방향 캐리어(3)에 연결된 그리고 수직 성분을 갖는 캐리어(6a 혹은 7a)에 의해서 형성되어 있고, 특히 축(5), 탄성 유닛(12) 또는 기타의 섀시 부분을 고정시키기 위하여, 말하자면 에어 서스펜션 벨로우즈의 홀더로서 이용된다.

상기와 같은 에어 서스펜션 벨로우즈 캐리어는 특히 도 8 내지 도 10에 따른 서브 프레임(2a)에 의해서도 도시되어 있다. 그곳에는 에어 서스펜션 벨로우즈를 위해서 - 비록 도면에 도시되어 있지는 않지만 - 연결 수단(11)에 의해서 폐쇄될 수 있는 클램핑 아이(16)(clamping eye)가 제공되어 있다. 더 상세하게 말하자면, 결합은 반드시 차량 프레임(2)에서 이루어질 필요가 없으며, 오히려 섀시에 할당된 상기와 같은 서브 프레임(2a) 또는 섀시 내에 있는 유사한 유닛들과도 관련될 수 있다.

도 2 내지 도 6에 따른 실시예들에서는 개별 구조 유닛(6 혹은 7)의 연결을 위하여 연결 수단(11)이 제공되어 있으며, 이 연결 수단은 구조 유닛(6 혹은 7)뿐만 아니라 세로 방향 캐리어(3) 및 가로 방향 캐리어(8)까지도 관통하는 동시에 이들 모두를 서로 연결시킨다. 이와 같은 재료 및 조립 비용을 절약하는 구조 방식은 특히 도 6에 따른 단면도에서 잘 알 수 있다. 여기에서는 세로 방향 캐리어(3)가 가로 방향 내부 면에서 또한 보강 금속 판(3a)에 의해 중첩됨으로써, 결과적으로 상기 보강 금속 판에는 세로 방향으로 가로 방향 캐리어(8)까지 뻗는 제1 접촉면(10)이 연결되고, 외부에서는 세로 방향으로 뻗는 제2 접촉면(10)이 구조 유닛(7)에 작용하기 위해서 이용된다(예컨대 도 4 참조).

도 6에서는 또한, 각각 연결된 구조 유닛(6 혹은 7)이 연결 수단(11)을 위한 삽입 채널 및 이 삽입 채널을 축방향으로 제한하고 상기 연결 수단(11)의 헤드 또는 카운터 부재를 위한 맞댐면(9)을 포함한다는 것을 알 수 있다. 본 실시예에서 바람직하게, 상기 맞댐면(9)은, 도 4 및 도 5에서도 알 수 있는 바와 같이, 상응하는 경사면이 제공됨으로써 구조 유닛(7) 내부에 통합되어 있다. 그럼으로써, 별도의 쐐기 또는 유사한 부재가 불필요하게 된다. 이와 동일한 방식으로, 본 실시예에서는 또한 가로 방향으로 내부에 있는 가로 방향 캐리어(8)는 나사 헤드 또는 너트를 위해 상기와 같이 비스듬한 맞댐면(9)과 미리 통합되어 제공된다.

도 7에서는, 경사 위치에 의해서 단지 인장 하중만을 받는(곡선 Ⅱ 참조) 나사(11)가 전단 방향으로 하중을 받는(곡선 Ⅰ 참조) 나사보다 훨씬 더 큰 힘을 전달한다는 사실이 명백해진다. 본 발명에 의해서는, 다름 아닌 서로에 대하여 각을 이루면서 쌍으로 마주 놓인 나사들의 경우에는 힘 도입시에 접촉면(10 혹은 10a)을 따라 계속해서 인장 하중이 가해지는 상황이 보장될 수 있다.

3각형 커넥팅 로드 장치(도 1) 또는 4점 커넥팅 로드 장치(도 2 및 도 3)도 섀시에 연결되어 있는 추가의 부분들과 마찬가지의 형태로 연결될 수 있다.

1: 자동차
2: 차량 프레임
2a: 서브 프레임
3: 세로 방향 캐리어
4: 가로 방향 캐리어
5: 차축
6: 구조 유닛
6a: 수직 성분을 갖는 캐리어
7: 구조 유닛
7a: 수직 성분을 갖는 캐리어
8: 가로 방향 캐리어
9: 맞댐면
10: 접촉면
10a: 접촉면
11: 연결 수단
12: 에어 서스펜션 벨로우즈
13: 연결 수단의 축
14: 세로축
15: 가로축
16: 클램핑 아이

Claims

차량 프레임 및/또는 서브 프레임(2; 2a)을 구비한 자동차 또는 유틸리티 차량(UV)이며, 상기 서브 프레임이 주행 방향(F)에 대하여 가로 방향으로 그리고/또는 세로 방향으로 서 있는 접촉면(10; 10a)을 추가 구조 유닛(6; 7; 8; 12)에 대한 연결면으로서 구비하며, 상기 구조 유닛이 접촉면(10; 10a)을 관통하는 연결 수단(11)을 통해서 연결된, 자동차에 있어서,
개별 연결 수단(11)의 축(13)은 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10; 10a)을 90°로부터 벗어나는 각도(α)로 통과하고,
연결 수단(11)은 평면도 상으로 볼 때 차량의 세로축(14)에 대하여 그리고 차량의 가로축(15)에 대하여 각을 이루는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항에 있어서, 연결 수단(11)의 개별 축(13)은 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10; 10a)을 상기 접촉면(10; 10a)에 위치하는 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 연결 수단에 의해서 관통되는 접촉면(10; 10a)을 상기 접촉면(10; 10a)에 위치하는 벡터에 대하여 45°의 각도(α)로 통과하는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 수단(11)은 로크 너트에 의해 고정된 나사에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
삭제
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결 수단(11)은 하나의 공동 평면에서 또는 수평면에서, 각각 쌍으로 그리고 서로에 대하여 각을 이루면서 배치된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제6항에 있어서, 연결 수단(11)은 서로에 대하여 90°만큼 각을 이루면서 배치된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 구조 유닛(6; 7; 8; 12)은 세로 방향 캐리어(3)에 연결된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결된 구조 유닛(8)은 세로 방향 캐리어(3)에 연결된 가로 방향 캐리어(4)에 의해서 형성된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 연결된 구조 유닛(6; 7)은, 축(5), 탄성 유닛(12) 또는 기타의 섀시 부분을 고정시키기 위해, 세로 방향 캐리어(3)에 연결된, 수직 성분을 갖는 캐리어(6a; 7a)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제10항에 있어서, 연결된 구조 유닛(2a)은 에어 서스펜션 벨로우즈(12)의 홀더를 형성하거나 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제9항에 있어서, 개별 구조 유닛(6; 7)을 연결하기 위해, 연결 수단(11)은 구조 유닛(6; 7)뿐만 아니라 세로 방향 캐리어(3) 및 가로 방향 캐리어(4)도 관통하여 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각 연결된 구조 유닛(6; 7; 8)은, 연결 수단(11)을 위한 삽입 채널 및 상기 삽입 채널의 축에 대하여 각을 이루는 또는 직각을 이루는 연결 수단(11)의 헤드 또는 카운터 부재를 위한 맞댐면(9)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 자동차(1).
제13항에 있어서, 맞댐면(9)은 구조 유닛(6; 7; 8) 내에 통합된 것을 특징으로 하는, 자동차(1).