KR102093016B1 - 연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결하기 위한 연결 구조, 및 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품의 조립체 - Google Patents

연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결하기 위한 연결 구조, 및 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품의 조립체 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품(2)을 연결하기 위한 연결 구조(1)에 있어서, 섬유-복합 재료로 제조되며 연결부(4)를 구비하는 본체(3)를 포함하되, 연결부(4)는 체결 나사가 연결부를 통과할 수 있도록 구성 및 형상이 정해지며, 상기 체결 나사는 연결 부품에 나사-끼워맞춤 가능하고, 연결부(4)는 2개의 상호 반대되는 단부측을 구비하며, 연결부(4)의 상기 두 단부측 사이에는 섬유-강화 교차-배치 구조(7)가 구성되는 것인 연결 구조(1)에 관한 것이다.

Description

연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결하기 위한 연결 구조, 및 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품의 조립체{LINKING STRUCTURE FOR LINKING A FIBER-REINFORCED PLASTICS COMPONENT TO A LINKING COMPONENT, AND AN ASSEMBLY OF A FIBER-REINFORCED PLASTICS COMPONENT ON AT LEAST ONE LINKING COMPONENT}
본 발명은, 연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결하기 위한 연결 구조에 있어서, 섬유-복합 재료로 제조되며 연결부를 구비하는 본체를 포함하되, 연결부는 체결 나사가 연결부를 통과할 수 있도록 구성 및 형상이 정해지며, 상기 체결 나사는 연결 부품에 나사-끼워맞춤 가능하고, 연결부는 2개의 상호 반대되는 단부측을 구비하는 것인 연결 구조에 관한 것이다. 본 발명은 또한, 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품의 조립체에 있어서, 섬유-강화 플라스틱 부품은 연결부를 구비한 적어도 하나의 연결 구조, 및 연결부를 통과하는 체결 나사에 의해 연결 부품에 체결되는 것인 조립체에 관한 것이다.
자동차의 전체 질량을 감소시키기 위한 구조적인 방안들은 자동차의 발전에 중요한 역할을 한다. 따라서, 예를 들어, 차체의 일부가 섬유-복합 재료로 제조되는 것이 종래 기술에 공지되어 있다. 섬유-복합 재료로 제조된 보강 스트럿용 연결 구조가 DE　10　2010　053　850　A1에 공지되어 있는데, 여기서 전체 연결부 또는 적어도 조인트가 강화 구조를 갖는다. 이러한 강화 구조는 예를 들어 조인트 또는 연결부의 매립형 금속 코어, 금속 인서트, 또는 금속 클래딩에 의해 형성될 수 있다.
연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결할 때, 마찬가지로 섬유-복합 재료로 제조되는 연결 구조에 하나 또는 복수의 금속 인서트를 제공하는 것은 연결 부품에 연결 구조를 나사 끼워맞춤할 때 충분히 높은 압축 강도 및 압축 강성을 얻기에 충분하지 않다는 것이 입증되었다.
본 발명은 연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결하기 위한 서두에 언급된 연결 구조를 제공하는 목적, 및 나사 끼워맞춤의 영역에서 압축 강도 및 압축 강성을 증가시킬 수 있는 일반적인 조립체를 제공하는 목적에 기반한다.
상기 목적은 청구항 제1항의 특징부의 특징들을 갖는 서두에 언급된 유형의 연결 구조에 의해 달성된다. 조립체의 측면에서, 상기 목적은 청구항 제8항의 특징부의 특징들을 갖는 서두에 언급된 유형의 조립체에 의해 달성된다. 종속항은 본 발명의 유리한 개선과 관련된다.
본 발명에 따른 연결 구조는 섬유-강화 교차-배치(cross-laid) 구조가 연결부의 두 단부측 사이에 구성되는 것을 특징으로 한다. 본체에 일체형으로 구성되고 연결 구조에 통합되며 두 단부측 사이에 제공되는 섬유-강화 교차-배치 구조로 인해, 연결 구조의 나사-결합 영역은 유리하게는 더 높은 압축 응력에 노출될 수 있다. 적어도 본원의 연결 구조의 전체 질량은 섬유-강화 교차-배치 구조의 제공에 의해 증가되지 않거나, 경우에 따라서는 현저히 증가되지 않는다.
하나의 유리한 구현예에서, 각각의 경우 하나의 금속 인서트가 연결부의 2개의 상호 반대되는 단부측 각각에 배치되는 것이 제공될 수 있다. 양 단부측에 제공되며 섬유-강화 교차-배치 구조처럼 본체에 일체형으로 구성되는 이러한 금속 인서트들은 나사 끼워맞춤에 의한 흔적이 유리하게는 섬유-강화 플라스틱 부품의 단부측에서 보이지 않도록 특히 최대 용인 가능한 접경면 압력에 의해 채용된다.
하나의 바람직한 구현예에서, 섬유-강화 교차-배치 구조가, 연결부의 단면 형상에 대응하는 단면 형상을 가지는 것이 제안된다. 섬유-강화 교차-배치 구조 및 연결부는 예를 들어 실질적으로 U자형 단면을 가질 수 있다. 원칙적으로, 서로 대응하지 않거나 제한된 정도로만 대응하는 섬유-강화 교차-배치 구조 및 연결부의 다른 단면 형상도 마찬가지로 가능하다.
하나의 특히 바람직한 구현예에서, 금속 인서트들이, 연결부의 단면 형상에 대응하는 단면 형상을 가질 가능성이 있다. 예를 들어, 금속 인서트들 및 연결부는 실질적으로 U자형 단면을 가질 수 있다. 그러나, 원칙적으로, 2개의 금속 인서트 및 연결부의 다른 단면 형상도 마찬가지로 가능하다.
하나의 바람직한 구현예에서, 교차-배치 구조가 단방향 방식으로 섬유-강화되도록 구성되는 것이 제공될 수 있다. 이러한 방식으로 인해, 나사 끼워맞춤의 압축 강도 및 압축 강성이 추가로 증가될 수 있다.
단방향 섬유-강화 교차-배치 구조는 바람직하게는 연결부의 축방향으로 연장되는 섬유 방향을 갖는다. 그러므로, 섬유 방향은 유리하게는 조립할 때 연결부를 통과하는 체결 나사의 나사-끼워맞춤 방향에 대응한다. 이는 마찬가지로 나사 끼워맞춤의 압축 강도 및 압축 강성에 긍정적인 영향을 미친다.
하나의 특히 바람직한 구현예에서, 본체가 C-시트 성형 화합물(C-SMC)로 제조되는 것이 제안된다. 상기 C-시트 성형 화합물은 매트릭스로서의 반응성 수지와, 강화를 위해 제공되는 절단된 탄소 섬유로 이루어지는 평면 반가공 제품이다. C-시트 성형 화합물은 특히 높은 기계적 강성 및 강도를 갖는 본체가 얻어질 수 있도록 상대적으로 긴 섬유 길이를 특징으로 한다.
본 발명에 따른 조립체는 연결 구조가 청구항 제1항 내지 제7항 중 하나에 기재된 바와 같이 구현되는 것을 특징으로 한다. 두 단부측 사이에 섬유-강화 교차-배치 구조를 구비한 연결 구조의 특별한 구현예로 인해, 압축 강도 및 압축 강성이 나사 끼워맞춤의 영역에서 현저히 증가될 수 있다.
하나의 바람직한 구현예에서, 섬유-강화 플라스틱 부품은, 2개의 연결 구조, 및 각각의 경우 2개의 연결 구조 중 하나의 연결 구조의 연결부를 통과하는 2개의 체결 나사에 의해, 자동차의 엔진 격납실의 2개의 서스펜션 스트럿 리셉터클에 체결되는 자동차의 스트럿 브레이스(strut brace)이고, 상기 서스펜션 스트럿 리셉터클들은 연결 부품들을 형성하며, 연결 구조들 중 적어도 하나는 청구항 제1항 내지 제7항 중 하나에 기재된 바와 같이 구성되는 것이 제안된다. 섬유-강화 플라스틱(바람직하게는, 탄소 섬유-강화 플라스틱)으로 제조되는 이러한 유형의 스트럿 브레이스는, 종래 기술에 공지되어 있으며 금속 재료, 특히 강철 재료로 제조되는 종래 스트럿 브레이스의 유리한 경량 구성 변형예를 형성한다.
유리하게는, 양 연결 구조는 청구항 제1항 내지 제7항 중 하나에 기재된 바와 같이 구성될 수 있다. 그로 인해, 압축 강도 및 압축 강성이 양 나사 끼워맞춤의 영역에서 현저히 증가될 수 있다.
본 발명의 추가적인 특징들 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 바람직한 예시적인 구현예의 후술하는 설명에 의해 명백해질 것이다.
도 1은 연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품을 연결하기 위한 연결 구조의 사시도를 도시하되, 섬유-강화 플라스틱 부품은 일부만 도시되어 있다.
도 2는 도 1에 따른 연결 구조의 측면도를 도시한다.
도 3은 도 2의 Ⅲ-Ⅲ 라인을 따른 연결 구조의 단면도를 도시한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 연결 부품(이에 명확히 도시되지 않음)에 섬유-강화 플라스틱 부품(2)을 연결하기 위한 연결 구조(1)는 섬유-복합 재료로 제조되는 본체(3)를 포함한다. 본체(3)는 바람직하게는 C-시트 성형 화합물(C-SMC)로 제조된다. 상기 C-시트 성형 화합물은 매트릭스로서의 반응성 수지와, 강화를 위해 제공되는 절단된 탄소 섬유로 이루어지는 평면 반가공 제품이다. C-시트 성형 화합물은 상대적으로 긴 섬유 길이를 갖는다는 이점이 있다. 그로 인해, 본체(3)는 높은 강성 및 강도를 얻는다. 섬유-강화 플라스틱 부품(2)은 특히 탄소 섬유-강화 플라스틱(CFRP)으로 제조될 수 있다. 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 본체(3)는 형태 결합식으로 섬유-강화 플라스틱 부품(2)의 자유 단부(20)를 수용하는 중공 리셉터클부(30)를 구비한다. 제조 중 섬유-강화 플라스틱 부품(2)은 현재 또한 C-시트 성형 화합물을 이용하여 가압-삽입되기(insert-pressed) 때문에, 섬유-강화 플라스틱 부품(2)의 자유 단부(20)와 본체(3)의 재료 결합식 접합 연결이 이 영역에서 추가로 구축된다.
게다가, 본체(3)는 이에 도시된 예시적인 구현예에서 실질적으로 U자형 단면을 갖는 연결부(4)를 포함한다. 연결 구조(1)가 섬유-강화 플라스틱 부품(2)과 함께 연결 부품에 나사-끼워맞춤되도록, 연결부(4)는 조립할 때 체결 나사가 연결부를 통과할 수 있도록 형상 및 치수가 정해진다. 연결부(4)는 상호 반대되는 단부측에서 각각의 경우 하나의 금속 인서트(5, 6)를 구비하는데, 이들은 연결부(4)의 단면 형상에 따라 조정되고, 그에 따라 이 예시적인 구현예에서는 마찬가지로 실질적으로 U자형 형상을 갖도록 구성된다. 이 2개의 금속 인서트(5, 6)는 나사 끼워맞춤에 의한 흔적이 섬유-강화 플라스틱 부품(2)의 양 단부측에서 보이지 않도록 최대 용인 가능한 접경면 압력에 의해 채용된다.
2개의 상호 반대되는 금속 인서트(5, 6)의 외부면은 2개의 지지면을 형성하고, 이를 통해 연결 구조(1)가 연결 부품에 지지된다. 이런 맥락에서, 안정된 나사 끼워맞춤이 연결 구조(1)와 연결 부품 사이에 달성되도록, 연결부(4)가 높은 압축 강도 및 압축 강성과 최소 경화 거동을 갖는 것이 필요하다. 연결 구조(1)의 본체(3)를 제조하는 섬유-복합 재료(C-SMC)는 충분히 높은 강도 및 강성으로 연결부(4)의 영역에서 나사 연결을 제공할 수 없다는 것이 입증되었다.
이러한 전술한 문제를 해결하기 위해, 언뜻 보기에 명백한 것으로 보이는 접근방안은 연결부(4)를 완전히 금속 재료로 제조하는 것일 수 있다. 그러나, 이러한 접근방안은 섬유-강화 플라스틱 부품(2)이 결합되어 있는 연결 구조(1)의 본 구성의 경량 구성 접근방안에 불리하게 역행할 것이다.
그러므로, 높은 기계적 강도 및 강성으로 연결부(4)의 영역에서 나사 결합을 제공하기 위해, 본체(3)의 제조 중, 연결부(4)의 양 단부측에 구성되는 2개의 금속 인서트(5, 6) 사이에 단방향 섬유-강화 교차-배치 구조(7)를 제공하는 것이 제안된다. 그로 인해, 연결 구조(1)의 연결부(4)의 영역에서의 압축 강도 및 압축 강성이 적어도 연결 구조(1)의 전체 질량을 현저히 증가시킴 없이 유리한 방식으로 증가된다. 도 2에서 양방향 화살표로 나타낸 섬유 방향(8)은 연결부(4)의 축방향으로 연장되고, 그에 따라 체결 나사의 나사-끼워맞춤 방향을 따라 연장된다. 이러한 섬유 방향의 선택은 나사 끼워맞춤의 압축 강도 및 압축 강성에 긍정적인 영향을 미친다.
본원에 설명된 연결 구조(1)는 섬유-강화 플라스틱 부품들(2)의 매우 상이한 연결 영역들에서 채용될 수 있다. 통합된 단방향 섬유-강화 교차-배치 구조(7)로 인해, 나사-끼워맞춤 영역은 유리하게는 연결 구조(1)의 전체 질량을 증가시킴 없이 더 높은 압축 응력에 노출될 수 있다.
도 1에 일부만 도시되어 있는 섬유-강화 플라스틱 부품(2)은 예를 들어 자동차의 스트럿 브레이스일 수 있고, 바람직하게는 탄소 섬유-강화 플라스틱으로 제조될 수 있다. 스트럿 브레이스는, 전술한 유형의 2개의 연결 구조(1)의 도움으로, 자동차의 엔진 격납실에 배치되며 전술한 의미에서 연결 부품을 형성하는 2개의 상호 반대되는 서스펜션 스트럿 리셉터클에 체결된다. 탄소 섬유-강화 플라스틱으로 이루어지는 스트럿 브레이스는 유리하게는 종래 방식으로 금속 재료, 특히 강철 재료로 제조되는 스트럿 브레이스보다 낮은 질량을 갖는다.

Claims (10)

  1. 연결 부품에 섬유-강화 플라스틱 부품(2)을 연결하기 위한 연결 구조(1)이며, 섬유-복합 재료로 제조되며 연결부(4)를 구비하는 본체(3)를 포함하되, 연결부(4)는 체결 나사가 연결부(4)를 통과할 수 있도록 구성 및 형상이 정해지며, 상기 체결 나사는 상기 연결 부품에 나사-끼워맞춤 가능하고, 연결부(4)는 2개의 상호 반대되는 단부측을 구비하는, 연결 구조(1)에 있어서,
    연결부(4)의 상기 두 단부측 사이에는 섬유-강화 교차-배치 구조(7)가 본체(3)에 일체형으로 구성되고 연결 구조(1)에 통합되며,
    연결부(4)의 상기 2개의 상호 반대되는 단부측 각각에는 각각의 경우 하나의 금속 인서트(5, 6)가 본체(3)에 일체형으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 연결 구조(1).
  2. 제1항에 있어서,
    섬유-강화 교차-배치 구조(7)는 연결부(4)의 단면 형상에 대응하는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 구조(1).
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    금속 인서트들(5, 6)은 연결부(4)의 단면 형상에 대응하는 단면 형상을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 구조(1).
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    교차-배치 구조(7)는 단방향 방식으로 섬유-강화되도록 구성되는 것을 특징으로 하는, 연결 구조(1).
  6. 제5항에 있어서,
    단방향 섬유-강화 교차-배치 구조(7)는 연결부(4)의 축방향으로 연장되는 섬유 방향(8)을 가지는 것을 특징으로 하는, 연결 구조(1).
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    본체(3)는 C-시트 성형 화합물로 제조되는 것을 특징으로 하는, 연결 구조(1).
  8. 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품(2)의 조립체이며, 섬유-강화 플라스틱 부품(2)은 연결부(4)를 구비한 적어도 하나의 연결 구조(1), 및 연결부(4)를 통과하는 체결 나사에 의해 상기 연결 부품에 체결되는, 조립체에 있어서,
    연결 구조(1)는 제1항 또는 제2항에 기재된 바와 같이 구현되는 것을 특징으로 하는, 조립체.
  9. 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품(2)의 조립체이며, 섬유-강화 플라스틱 부품(2)은 연결부(4)를 구비한 적어도 하나의 연결 구조(1), 및 연결부(4)를 통과하는 체결 나사에 의해 상기 연결 부품에 체결되는, 조립체에 있어서,
    섬유-강화 플라스틱 부품(2)은, 2개의 연결 구조(1), 및 각각의 경우 2개의 연결 구조(1) 중 하나의 연결 구조의 연결부(4)를 통과하는 2개의 체결 나사에 의해, 자동차의 엔진 격납실의 2개의 서스펜션 스트럿 리셉터클에 체결되는 자동차의 스트럿 브레이스이며, 상기 서스펜션 스트럿 리셉터클들은 상기 연결 부품들을 형성하고, 연결 구조들(1) 중 적어도 하나는 청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 바와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는, 조립체.
  10. 적어도 하나의 연결 부품 상의 섬유-강화 플라스틱 부품(2)의 조립체이며,
    섬유-강화 플라스틱 부품(2)은 연결부(4)를 구비한 적어도 하나의 연결 구조(1), 및 연결부(4)를 통과하는 체결 나사에 의해 상기 연결 부품에 체결되는, 조립체에 있어서,
    섬유-강화 플라스틱 부품(2)은, 2개의 연결 구조(1), 및 각각의 경우 2개의 연결 구조(1) 중 하나의 연결 구조의 연결부(4)를 통과하는 2개의 체결 나사에 의해, 자동차의 엔진 격납실의 2개의 서스펜션 스트럿 리셉터클에 체결되는 자동차의 스트럿 브레이스이며, 상기 서스펜션 스트럿 리셉터클들은 상기 연결 부품들을 형성하고,
    양 연결 구조(1)는 청구항 제1항 또는 제2항에 기재된 바와 같이 구성되는 것을 특징으로 하는, 조립체.
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