KR102513658B1 - 인서트를 갖는 범퍼 빔 - Google Patents

Abstract

범퍼 빔을 위한 크로스 부재로서, 외부 빔, 외부 빔 내부 체적의 적어도 일부 내부에서 연장되고 그리고 전방 빔 벽을 향해 돌출하는 적어도 2 개의 보강 리브들을 포함하는 내부 보강 요소를 포함하고, 상기 보강 리브들은 적어도 전방 빔 벽의 반대편 그 후방 단부에서 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부에 의해 함께 연결되며, 상기 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부는 외부 빔의 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지에 각각 부착되고, 보강 리브 각각은 전방 빔 벽에 접하고, 상기 상부 횡방향 분기부의 길이는 상기 상부 빔 벽의 길이보다 작으며, 상기 하부 횡방향 분기부의 길이는 상기 하부 빔 벽의 길이보다 작으며, 상기 길이들은 종방향으로 측정된다.

Description

인서트를 갖는 범퍼 빔

본 발명은 자동차용 범퍼 빔을 위한 크로스 부재에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이러한 크로스 부재를 제조하는 방법에 관한 것이다.

범퍼 빔 크로스 부재는 자동차의 전방 및/또는 후방에 위치되고, 일반적으로 볼트결합 (bolting) 에 의해 충돌 박스들 (crash boxes) 에 일반적으로 부착된다. 충돌 박스는 차량 구조물에 자체적으로 장착된다. 전방 또는 후방 충돌의 경우에, 크로스 부재는 장애물과 접촉하는 차량의 제 1 기계적 요소이다. 고속 충돌의 경우에, 크로스 부재는 차량 충돌 관리 시스템으로 부하를 전달하는 기능을 가진다. 저속 충돌의 경우에, 크로스 부재가 조립된 충돌 박스는 차량 구조물의 나머지를 보호하면서 충돌의 에너지를 흡수하는 기능을 갖는다. 모든 경우에, 크로스 부재는 변형되기는 하지만 충돌 동안 균열이 발생하지 않을 것으로 예상된다.

이와 같이, 범퍼 빔에 대한 크로스 부재는 충돌 부하를 차량의 충돌 관리 시스템으로 전달하면서 동시에, 충돌 지점에서 균열 없이 에너지를 흡수할 수 있도록 충분한 저항이 있어야 한다.

충돌 동안 크로스 부재의 적절한 거동을 보장하기 위해, 여러 가지 표준화된 시험이 공식 컨소시엄에 의해 규정된다. 예를 들어, RCAR (Research Council for Automobile Repair) 는 범퍼 시험 및 저속 구조 충돌 시험을 규정한다. 크로스 부재는, 또한 완전-전방 충돌 시험으로 알려진, Euro NCAP (New Car Assessment Program) 및 IIHS (Insurance Institute for Highway Safety) 의 "전방 충돌 완전 폭 강성 배리어 50 Km/h" 와 같은 전체 차량에 관한 다른 시험에 관련되어 있다.

더욱이, 자동차 제조사들은 또한 크로스 부재의 평가를 더 개선하기 위해 그들 자체 시험 절차를 규정한다. 이러한 시험은 표준화되지 않고 공개적으로 사용할 수 없다. 그러나, 많은 자동차 제조사들은 차량의 폭 중간에 위치한 강성 폴에 대하여 차량이 저속, 예를 들어 약 10 Km/h 로 충돌하는 폴 충격 시험 (pole impact test) 으로 알려진 시험을 규정했다고 알려져 있다. 이러한 시험은 저속에서 차량을 조종할 때 작은 충격을 시뮬레이션하기 위한 것이다.

이러한 시험 동안, 크로스 부재의 중심 부분은 충격 동안 폴에 의해 가해진 매우 국부적인 부하하에서 균열 없이 변형하기 위해, 충격 지점에서 충분한 에너지 흡수 용량 및 충분한 연성을 가져야 한다. 한편, 예를 들어 완전 전방 충돌 시험을 고려할 때, 크로스 부재의 전체 폭은 장애물에 의해 인가된 매우 높은 부하하에서 실패하지 않고 차량 충돌 관리 시스템에 충격 에너지를 전달하기 위해 충분한 기계적 저항을 가져야 한다.

좌굴 개시를 지연시킴으로써 충돌의 압축 부하에 대한 크로스 부재의 저항을 증가시키도록 의도된 하나 이상의 비드들을 크로스 부재의 형상 설계에 포함시키는 것이 선행 기술로부터 공지되어 있다.

크로스 부재의 상이한 부분들은 함께 조립되고, 그 후 범퍼 빔 조립체를 형성하기 위해 크로스 부재가 충돌 박스에 볼트결합된다. 상기 범퍼 빔 조립체는 차량의 나머지에 장착되기 전에 차량의 나머지와 독립적으로 ED (Electro-Deposition) 로 코팅된다. ED-코팅 공정은 범퍼 빔 조립체 상에서 수행되고, 상기 조립체를 구성하는 개별 부분들 상에서 수행되지 않는데, 이는 조립 공정이 ED-코팅을 증발시키고 용접된 영역이 상기 ED-코팅에 의해 보호되지 않게 하는 용접을 수반하기 때문이다.

선행 기술로부터, 적어도 금속성 외부 빔 및 이 금속성 외부 빔 내부에 삽입된 플라스틱 보강 요소를 사용하여 범퍼 빔용 크로스 부재를 제조하는 것이 알려져 있다. 플라스틱 보강 요소는 일반적으로 ED-코팅 공정에 관련된 고온에 저항할 수 없기 때문에, 범퍼 빔 조립체가 ED-코팅된 후에 플라스틱 보강 요소는 반드시 크로스 부재의 외부 빔안으로 삽입된다.

플라스틱 보강 요소의 사용은 무게를 크게 증가시키지 않고 충돌 동안 크로스 부재에 의해 흡수되는 에너지의 양을 증가시킨다.

그러나, 플라스틱 내부 보강재를 사용하는 것은 제조 공정 및 부품 설계에 있어서 몇 가지 과제를 안고 있다. 예를 들어, 오버-몰딩을 사용할 때, 미리 조립되고 ED-코팅된 범퍼 빔 조립체는 오버-몰딩 도구안으로 기밀 및 누밀한 방식으로 끼워지기 위해 매우 엄격한 기하학적 공차를 충족해야 한다. 범퍼 빔 조립체와 같은 기계 용접된 조립 시스템상에 이러한 엄격한 기하학적 공차에 도달하는 것은 매우 어려우며, 제조사가 이를 위해 특정, 시간소모적인 및 값비싼 조치를 구현할 것을 요구할 것이다. 이런 조치를 취하더라도, 제조사는 수많은 제품 품질 문제에 노출되고 많은 거부에 직면할 것이다. 또한, 외부 빔과 보강 요소 사이의 양호한 협력을 보장하기 위해, 이 2 개의 부분들은 충돌 동안 접합되어 유지할 필요가 있다. 충격 동안 부품들 사이의 양호한 접착을 보장하는 것은 외부 빔과의 높은 양의 접촉 표면을 포함하는 보강 요소를 설계하는 것을 필요로 한다. 이는 보강 요소상의 표면에 대한 필요성을 생성하며, 이는 반드시 에너지를 흡수하도록 작용하지 않고 단지 외부 빔과의 양호한 접합을 보장하도록 작용한다. 즉, 에너지 흡수에 최적화되지 않는 플라스틱 보강 형상을 설계하는 것으로 이어진다. 대안적으로, 부품들 사이의 양호한 접합은 열 활성화 접착제 (heat activated adhesive) 의 경화와 같은 제조 공정에서 추가적인 시간-소모적이고 값비싼 단계를 구현함으로써 보장된다.

본 발명의 목적 중 하나는, 에너지 흡수 측면에서 최적화되고 그리고 특정 주의사항 없이 용이하게 제조될 수 있는 범퍼 빔을 위한 크로스 부재를 제공함으로써 이러한 한계를 극복하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 범퍼 빔을 위한 크로스 부재에 관한 것으로서:

- 횡방향을 따라 연장되는 외부 빔으로서, 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 상기 상부 빔 벽과 상기 하부 빔 벽을 연결하는 전방 빔 벽, 각각 상기 횡방향으로 상기 상부 빔 벽의 후방 단부 및 상기 하부 빔 벽의 후방 단부를 따라서 연장되는 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지를 포함하는 메인 빔 부분을 구비하고, 후방 단부들은 상기 전방 빔 벽 반대편으로 연장되고 그리고 종방향을 따라서 상기 전방 빔 벽으로부터 이격되며, 상기 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 전방 빔 벽은 상기 전방 빔 벽 반대편의 후방 방향으로 개방된 빔 내부 체적을 함께 규정하는, 상기 외부 빔,

- 상기 빔 내부 체적의 적어도 일부 내부에서 연장되는 내부 보강 요소로서, 상기 내부 보강 요소는 상기 전방 빔 벽을 향해 돌출하는 적어도 2 개의 보강 리브들을 포함하고, 상기 보강 리브들은, 상기 전방 빔 벽 반대편의 적어도 상기 보강 리브들의 후방 단부에서, 상기 횡방향으로 연장되는 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부에 의해 함께 연결되는, 상기 내부 보강 요소를 포함하고,

- 상기 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부는 각각 상기 외부 빔의 상기 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지에 부착되며,

각각의 보강 리브는 상기 전방 빔 벽에 접하고, 종방향으로 측정되는 상기 상부 횡방향 분기부의 길이는 상기 상부 빔 벽의 길이보다 작으며, 종방향으로 측정되는 상기 하부 횡방향 분기부의 길이는 상기 하부 빔 벽의 길이보다 작다.

본 발명을 적용함으로써, 접하는 보강 리브들과 전방 빔 벽 사이의 접촉 지점들에 의해 제공된 부품들 사이의 높은 접촉 영역을 통해 충돌 동안 접합되어 유지됨으로써, 2 개의 부품들이 효율적으로 함께 협력하는, 금속성 외부 빔 및 플라스틱 보강 요소를 갖는 크로스 부재를 제조함과 동시에, 충돌 동안 에너지를 흡수하는 작용을 하지 않는 횡방향 분기부상의 플라스틱 재료의 양을 최소화함과 동시에, 압축 충격력의 영향 하에서 외부 빔이 개방되는 것을 여전히 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 크로스 부재는 또한 청구항 2 내지 청구항 19 의 특징을 단독으로 또는 임의의 가능한 기술적 조합으로 포함할 수 있다.

본 발명은 또한 전술한 바와 같은 크로스 부재의 제조 방법에 관한 것으로, 이 방법은 하기의 단계들을 포함한다:

- 외부 빔을 제공하는 단계,

- 내부 보강 요소를 제공하는 단계,

- 적어도 상기 외부 빔의 상부 빔 플랜지를 상기 내부 보강 요소의 상부 횡방향 분기부에 체결하고 상기 외부 빔의 하부 빔 플랜지를 상기 내부 보강 요소의 하부 횡방향 분기부에 체결함으로써, 상기 내부 보강 요소를 상기 외부 빔에 부착하는 단계.

본 발명에 따른 방법은 또한 청구항 21 내지 청구항 26 의 특징을 단독으로 또는 임의의 가능한 기술적 조합으로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 양태들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 실시예들로서 주어진 이하의 설명을 읽으면서 명백해질 것이다.

도 1 은 본 발명의 실시형태에 따른 크로스 부재의 전방 사시도이다.
도 2 는 도 1 의 크로스 부재의 후방 사시도이다.
도 3 은 도 1 의 크로스 부재의 후방 분해 사시도이다.
도 4 는 본 발명의 실시형태에 따른 크로스 부재의 외부 빔을 형성하기 위한 블랭크의 정면도이다.

이하의 설명에서, "상부", "하부", "전방", "후방", "횡방향" 및 "종방향" 이라는 용어는 장착된 차량의 일반적인 방향에 따라 규정된다. 보다 구체적으로, "상부" 및 "하부" 라는 용어는 차량의 고도 방향 (elevation direction) 에 따라 규정되고, "전방", "후방" 및 "종방향" 이라는 용어는 차량의 전방/후방 방향에 따라 규정되며, "횡방향" 이라는 용어는 차량의 폭에 따라 규정된다. "실질적으로 평행" 또는 "실질적으로 수직" 은 평행 방향 또는 수직 방향으로부터 15°이하로 벗어날 수 있는 방향을 의미한다.

보다 구체적으로, "충돌 연성" 으로서도 알려진 "파단 스트레인" 및 "최대 굽힘 각도" 로서도 알려진 "임계 굽힘 각도" 라는 용어는, Pascal Dietsch 등의 "Methodology to assess fracture during crash simulation: fracture strain criteria and their calibration", in Metallurgical Research Technology Volume 114, Number 6, 2017 에 의해 규정된 파단 스트레인 기준 및 임계 굽힘 각도 기준을 나타낸다. 임계 굽힘 각도 (최대 굽힘 각도라고도 함) 는 표준화된 VDA-238-100 표준에 따라 변형된 샘플의 외도 (extrados) 에서 제 1 균열이 검출되는 각도를 규정한다. 파단 스트레인 (충돌 연성이라고 함) 은 임계 굽힘 각도에 도달하였을 때 변형 지점에서 재료 내의 관련된 등가 스트레인이다.

도 1 및 도 2 를 참조하여, 자동차의 범퍼 빔용 크로스 부재 (1) 를 설명한다. 크로스 부재 (1) 는 적어도 외부 빔 (2) 및 내부 보강 요소 (4) 를 포함한다. 특정 실시형태에 따라서, 크로스 부재 (1) 는 외부 보강 요소 (6) 를 더 포함한다. 크로스 부재는, 일반적으로 예를 들어 2 개의 충돌 박스들 (7) 의 세트를 통해 외부 빔 (2) 의 양측의 차량의 나머지부에 부착된다. 크로스 부재 (1) 및 충돌 박스들 (7) 의 조립체를 범퍼 빔 조립체라고 한다. 전방 크로스 부재 (1) 의 경우에 전방 충돌시 또는 후방 크로스 부재 (1) 의 경우에 후방 충돌시, 크로스 부재 (1) 는 도 1 및 도 2 에 도시된 바와 같이 압축 충격력 (F) 을 받는다.

상기 외부 빔 (2) 은 횡방향을 따라서 연장되고 메인 빔 부분 (3) 및 이 메인 빔 부분 (3) 의 양측에서 횡방향을 따라 연장되는 2 개의 빔 단부들 (5) 을 포함한다. 상기 빔 단부들 (5) 내의 외부 빔 (2) 의 형상은 도 2 에 도시된 바와 같이 충돌 박스들 (7) 에 대한 크로스 부재 (1) 의 조립체에 적합한 임의의 다른 형상이거나 편평할 수 있다.

메인 빔 부분 (3) 은, 상기 메인 빔 부분 (3) 의 양 단부에서 횡방향으로 연장하고 그리고 2 개의 빔 단부들 (5) 과 메인 빔 부분 (3) 의 형상 사이의 천이부를 보장하는 형상을 갖는 2 개의 빔 천이 부분들 (38) 을 포함한다.

메인 빔 부분 (3) 은 압축 충격력 (F) 의 에너지를 흡수하고 그리고 상기 압축 충격력 (F) 을 차량 충돌 관리 시스템에 전달함으로써 차량 내로의 침입에 저항하는데 사용된다. 메인 빔 부분 (3) 은 차량의 고도 방향에 실질적으로 수직인 상부 빔 벽 (12) 과 하부 빔 벽 (14), 및 상기 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 을 결합하고 상기 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 에 실질적으로 수직인 전방 빔 벽 (16) 을 포함한다. 크로스 부재 (1) 가 차량에 장착될 때, 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 은 예를 들어 실질적으로 수평이다. 변형예에 따라서, 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 은 전방 빔 벽 (16) 으로부터 크로스 부재 (1) 의 후방을 향해 발산하는 방향을 따라 연장된다.

상부 빔 벽 (12), 하부 빔 벽 (14) 및 전방 빔 벽 (16) 은 함께 빔 내부 체적 (17) 을 규정하며, 이 빔 내부 체적은 전방 빔 벽 (16) 의 반대편 후방 방향을 향해 개방된다. 전방 크로스 부재의 경우에, 후방 방향은 차량의 후방을 향해 배향되고, 후방 크로스 부재의 경우에, 후방 방향은 차량의 전방을 향해 배향된다.

메인 빔 부분 (3) 은 상부 빔 벽 (12) 의 후방 단부를 따라 횡방향으로 연장하는 상부 빔 플랜지 (20) 및 하부 빔 벽 (14) 의 후방 단부를 따라 횡방향으로 연장하는 하부 빔 플랜지 (22) 를 더 포함한다. 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 의 후방 단부들은 각각 후방 방향으로 전방 빔 벽 (16) 의 반대편으로 연장된다.

특정 실시형태에 따라서, 외부 빔 (2) 은 금속성 재료, 예를 들어 강 또는 알루미늄으로 제조된다.

특정 실시형태에 따라서, 외부 빔 (2) 은 충돌 동안 높은 응력에 저항하기 위해 950 MPa 의 최소 극한 인장 강도를 갖는다.

도 1 내지 도 3 에서 볼 수 있는 특정 실시형태에 따라서, 메인 빔 부분 (3) 은 중앙 빔 부분 (8) 및 상기 중앙 빔 부분 (8) 의 양측을 따라서 횡방향으로 연장되는 2 개의 측면 빔 부분 (10) 을 더 포함하고, 상기 중앙 빔 부분 (8) 은 상기 측면 빔 부분 (10) 보다 높은 충돌 연성을 갖는다. 이 실시형태에서, 중앙 빔 부분 (8) 은, 예를 들어 높은 충돌 연성 덕분에 균열 없이 변형함으로써 폴 충격 시험 동안 크로스 부재 (2) 의 중심에 매우 높은 응력 집중을 유리하게 수용할 것이고, 반면에 측면 빔 부분들 (10) 은 변형에 저항할 것이며, 이에 의해 이러한 폴 충격 시험 동안 또는 완전-전방 충돌 시험 (full-front crash test) 과 같은 고속 충격 시험 동안 크로스 부재의 물리적 무결성을 보장할 것이다.

일 실시형태에 따라서, 외부 빔 (2) 은 열간 스탬핑된 테일러 용접된 블랭크로 제조된다.

외부 빔 (2) 은, 예를 들어 프레스 경화된 강 부품이다. 보다 상세하게는, 중앙 빔 부분 (8) 은, 예를 들어 탄소 함량이 0.06 wt% ~ 0.1 wt% 이고 망간 함량이 1.4 wt% ~ 1.9 wt% 인 프레스 경화 강으로 제조된다. 보다 더 상세하게는, 중앙 빔 부분 (8) 의 강 조성은 합금 원소들로서 Nb, Ti, B 를 더 포함할 수 있다. 중앙 빔 부분 (8) 은, 예를 들어 적어도 0.6 의 충돌 연성, 적어도 75° 의 최대 굽힘 각도, 1000 MPa 초과의 극한 인장 강도, 및 700 내지 950 MPa 의 항복 강도를 갖는 Ductibor 1000® 로 제조된다.

각각의 측면 빔 부분 (10) 은, 예를 들어 1300 MPa 초과의 인장 강도를 갖는 프레스 경화 강으로 제조된다. 일 실시형태에 따라서, 측면 빔 부분들 (10) 의 강 조성은, 예를 들어, 중량% 로: 0.20% ≤ C ≤ 0.25%, 1.1% ≤ Mn ≤ 1.4%, 0.15% ≤ Si ≤ 0.35%, ≤ Cr ≤ 0.30%, 0.020% ≤ Ti ≤ 0.060%, 0.020% ≤ Al ≤ 0.060%, S ≤ 0.005%, P ≤ 0.025%, 0.002% ≤ B ≤ 0.004%, 잔부인 철 및 제조로부터 유래되는 불가피한 불순물들을 포함한다. 이러한 조성 범위에서, 프레스-경화 후의 측면 빔 부분들 (10) 의 인장 강도는 1300 내지 1650 MPa 이다.

다른 실시형태에 따라서, 측면 빔 부분들 (10) 의 강 조성은, 예를 들어 중량% 로: 0.24% ≤ C ≤ 0.38%, 0.40% ≤ Mn ≤ 3%, 0.10% ≤ Si ≤ 0.70%, 0.015% ≤ Al ≤ 0.070%, Cr ≤ 2%, 0.25% ≤ Ni ≤ 2%, 0.015% ≤ Ti ≤ 0.10%, Nb ≤ 0.060%, 0.0005%≤ B ≤ 0.0040%, 0.003%≤ N ≤ 0.010%, S ≤ 0.005%, P ≤ 0.025%, 잔부인 철 및 제조로부터 유래되는 불가피한 불순물들을 포함한다. 이러한 조성 범위에서, 프레스-경화 후의 측면 빔 부분들 (10) 의 인장 강도는 1800 MPa 보다 높다.

예를 들어, 측면 빔 부분들 (10) 은 Usibor 1500® 또는 Usibor 2000® 로 제조된다.

다른 특정 실시형태에 따라서, 도 1 에 도시된 바와 같이, 전방 빔 벽 (16) 은, 외부 빔 (2) 의 폭의 적어도 일부에 걸쳐 횡방향을 따라 각각 연장되고 고도 방향으로 하나 위에 다른 하나가 위치되는 비드들 (18) 을 포함한다. 상기 비드들 (18) 은, 유리하게는 좌굴 개시를 지연시킴으로써 압축 부하 하에서 외부 빔 (2) 의 저항을 증가시킬 수 있는데, 이는 이 비드들의 기하학적 형태가 충돌 동안 압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행한 요소들을 포함하기 때문이다.

도 1 내지 도 3 에 도시된 내부 보강 요소 (4) 는 빔 내부 체적 (17) 의 적어도 일부의 내부로 연장된다. 내부 보강 요소 (4) 는 전방 빔 벽 (16) 을 향해 돌출하는 적어도 2 개의 보강 리브들 (24) 을 포함한다. 상기 보강 리브들 (24) 은, 그 전방 단부에서 전방 빔 벽 (16) 에 접하고, 전방 빔 벽 (16) 의 반대편 적어도 그 후방 단부에서 횡방향으로 연장되는 상부 횡방향 분기부 (26) 및 하부 횡방향 분기부 (28) 에 의해 함께 연결되며, 상기 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 는 외부 빔 (2) 의 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지 (20, 22) 에 각각 부착된다. 예를 들어, 각각의 보강 리브 (24) 의 전방 단부는 상기 보강 리브 (24) 가 상기 전방 빔 벽 (16) 과 접하는 영역에서 상기 전방 빔 벽 (16) 의 형상과 실질적으로 일치하는 형상을 갖는다. 예를 들어, 이는 전방 빔 벽 (16) 이 비드 (18) 를 제공할 때, 보강 리브 (24) 의 전방 단부의 형상이 일반적으로 도 3 에 도시된 바와 같이 상기 비드들 (18) 의 형상을 따를 것이라는 것을 의미한다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 는 중앙 보강 부분 (30) 및 횡방향을 따라 상기 중앙 보강 부분 (30) 의 양측에서 연장되는 2 개의 측면 보강 부분들 (32) 을 포함한다. 상기 중앙 보강 부분 (30) 은 빔 내부 체적 (17) 내에 중앙 보강 빔 내부 체적 (34) 을 규정하고, 상기 측면 보강 부분들 (32) 각각은 빔 내부 체적 (17) 내에 측면 보강 빔 내부 체적 (36) 을 규정한다.

상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 의 제공은, 외부 빔 (2) 에 부착되기 전에, 내부 보강 요소 (4) 가 단일 부분으로 만들어지고, 그 자체로 양호한 구조적 무결성을 가지며, 자체-지지됨을 유리하게 보장해준다. 이는 상기 내부 보강재 (4) 가 외부 빔 (2) 에 부착되기 전에 생산, 저장 및 조작이 용이함을 보장한다.

또한, 압축 충격력 (F) 이 전방 빔 벽 (16) 에 국부적으로 인가될 때, 예를 들어 폴 충격 시험의 경우에 상기 전방 빔 벽 (16) 의 중심에서, 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 는 또한 압축 충격력 (F) 으로부터 오는 부하가 내부 보강 요소 (4) 내에서 횡방향으로 분배되는 것을 보장하고, 이에 따라서 압축 충격력 (F) 이 인가되는 영역에 위치된 보강 리브들 (24) 뿐만 아니라 모든 보강 리브들 (24) 이 에너지 흡수에 기여함을 보장하는데 사용된다.

또한, 충돌 동안, 전방 빔 벽 (16) 에 인가된 압축 충격력 (F) 으로 인해서, 외부 빔 (2) 은 고도 방향으로 자신을 개방하는 경향을 가지며, 다시 말하면, 압축 충격력 (F) 은 상부 빔 벽 (12) 과 전방 빔 벽 (16) 사이의 각도를 증가시키고 하부 빔 벽 (14) 과 전방 빔 벽 (16) 사이의 각도를 증가시키도록 작용한다. 즉, 충격의 경우에, 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 은 발산 방향으로 서로 멀어지게 이동하는 경향이 있다. 외부 빔 (2) 의 이러한 개방은 상부 벽 및 하부 벽 (12, 14) 이 압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행하게 유지되는 대신에 압축 충격력 (F) 의 방향으로부터 멀어지기 때문에 크로스 부재 (1) 에 의해 흡수되는 에너지의 양을 감소시키는 효과를 갖는다. 즉, 압축 충격력 (F) 이 상기 외부 빔 (2) 을 비집어 개방시키려고 할 때, 압축 충격력 (F) 에 의해 외부 빔 (2) 의 비굽힘 운동을 통해 흡수되는 에너지는, 상기 하부 벽 및 상부 벽 (12, 14) 이 충돌 동안 압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행하게 유지될 때, 상기 하부 벽 및 상부 벽 (12, 14) 의 상기 압축 충격력 (F) 에 대한 저항에 의해 흡수되는 에너지보다 훨씬 작다. 유리하게는, 내부 보강재 (4) 가 보강 리브들 (24) 에 자체 연결된 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 를 통해 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지 (20, 22) 사이에 링크를 제공하기 때문에, 내부 보강 요소 (4) 는 압축 충격력 (F) 의 이러한 개방 효과를 상쇄시키고, 충돌 동안 상부 벽 및 하부 벽 (12, 14) 이 충격력 (F) 에 실질적으로 평행하게 유지되는 것을 보장하는데 도움을 준다.

상기 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 는 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지 (20, 22) 에 대한 상기 횡방향 분기부들의 접착을 통해 그리고 보강 리브들 (24) 사이에 제공되는 링크를 통해 충돌 동안 에너지 흡수에 기여한다. 다시 말해서, 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 는 자체적으로 충돌 동안 기계적 에너지를 흡수하도록 기대되지 않고, 오히려 이들은 양호한 응집을 촉진함으로써 에너지 흡수를 간접적으로 향상시킬 것으로 기대되고, 이에 따라서 보강 리브들 (24) 의 서로간의 그리고 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 과의 양호한 협력이 기대된다. 이를 고려하면, 횡방향 분기부들 (26, 28) 은 압축 충격력 (F) 의 에너지가 흡수되는 방향인 압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행한 방향으로 연장되는 큰 성분을 가질 필요가 없다. 따라서, 본 발명의 특징은, 상부 횡방향 분기부 (26) 의 길이가 상부 빔 벽 (12) 의 길이보다 작고, 하부 횡방향 분기부 (28) 의 길이가 하부 빔 벽 (14) 의 길이보다 작으며, 상기 길이들은 종방향으로 측정된다. 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 길이를 종방향, 즉 압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행한 방향으로 제한함으로써, 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 설계는 충돌의 경우에 이들의 응집 역할에 적합하도록 최적화되고, 이에 의해 내부 보강 요소 (4) 의 생산에 수반되는 재료의 양을 감소시킴으로써 생산 공정 및 생산 비용을 최적화한다.

일 실시형태에 따라서, 횡방향 분기부들 (26, 28) 은 상부 빔 플랜지 및 하부 빔 플랜지 (20, 22) 에서만 연장된다. 즉, 횡방향 분기부들 (26, 28) 은 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 상의 압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행한 종방향으로 연장되지 않는다.

도 2 및 도 3 에 도시된 다른 실시형태에 따라서, 상부 횡방향 분기부 (26) 의 길이는 상부 빔 벽 (12) 의 길이의 1% 내지 30% 이고, 하부 횡방향 분기부 (28) 의 길이는 하부 빔 벽 (14) 의 길이의 1% 내지 30% 이며, 상기 길이들은 종방향으로 측정된다. 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 길이의 최소값은, 후술하는 바와 같이, 내부 보강 요소 (4) 의 빔 내부 체적 (17) 으로의 포착 (prehension) 및 끼워맞춤을 용이하게 하는 웨지를 형성하도록 종방향으로 연장되는 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 작은 부분을 갖도록 외부 빔 (2) 에 대한 내부 보강 요소 (4) 의 조립 공정 중에 유리할 수 있다는 사실에 의해 주어진다. 한편, 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 길이의 최대값은, 내부 보강 요소 (4) 의 생산 공정 및 생산 비용을 최적화하기 위해 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 크기를 최적화하는 필요성에 의해 결정된다. 예를 들어, 종방향으로 70 mm 의 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 의 경우에, 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 길이는 0.7 mm 내지 21 mm 이다.

특정 실시형태에서, 상부 횡방향 분기부 (26) 는 상부 빔 벽 (12) 의 후방 단부 및 상부 빔 플랜지 (20) 상에서만 연장되고, 하부 횡방향 분기부 (28) 는 하부 빔 벽 (14) 의 후방 단부 및 하부 빔 플랜지 (22) 상에서만 연장되며, 이는 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 가 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 의 전방 부분에서 연장되지 않음을 의미한다. 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 의 후방 단부 상에 횡방향 분기부들 (26, 28) 의 일부의 존재는, 이후에 상세히 설명되는 바와 같이, 빔 내부 체적 (17) 내의 내부 보강재 (4) 의 끼워맞춤 공정을 용이하게 하는데 사용될 수 있다.

압축 충격력 (F) 에 실질적으로 평행한 이들의 배향 덕분에, 보강 리브들 (24) 은 압축 충격력 (F) 의 영향 하에서 크로스 부재 (1) 에 의해 흡수된 에너지를 증가시키는데 기여한다. 보강 리브들 (24) 이 전방 빔 벽 (16) 에 인접한다는 사실 덕분에, 상기 보강 리브들 (24) 은 충돌의 시작시에 바로 에너지를 흡수하기 시작할 것이며, 이에 의해 흡수된 에너지의 양을 최적화할 것이다.

특정 실시형태에서, 보강 리브들 (24) 은, 도 2 에 도시된 내부 보강 요소 (4) 의 측면 보강 부분들 (32) 의 경우와 같이, 내부 보강 요소 (4) 의 폭의 적어도 일부를 따라 일련의 V-형상으로 배열된다. 이러한 구성에서, 2 개의 연속 보강 리브들 (24) 은 서로 인접하며 서로 각도 (α) 를 이룬다. 유리하게는, 이러한 구성에서, 보강 리브들 (24) 의 전방 단부는 전방 빔 벽 (16) 의 넓은 표면적을 커버하고, 이는 충돌 동안 양호한 에너지 흡수 및 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 사이의 양호한 접합에 기여하면서, 동시에 내부 보강 요소 (4) 의 전체 체적을 최소화하고, 이는 제조 공정을 용이하게 하고 생산 및 재료 비용을 감소시킨다.

특정 실시형태에서, 보강 리브들 (24) 은, 도 2 에 도시된 내부 보강 요소 (4) 의 중앙 보강 부분 (30) 의 경우와 같이, 내부 보강 요소 (4) 의 적어도 일부에서 동일한 방향으로 모두 배향된다. 이러한 구성에서, 상기 보강 리브들 (24) 은 모두 서로에 대해 실질적으로 평행하다. 유리하게는, 이러한 구성은 주어진 체적에 많은 양의 보강 리브들 (24) 을 끼워맞추도록 하고, 이에 의해 상기 체적에서 보강 리브들의 체적 밀도를 증가시키며, 이는 다시 이 영역에서 내부 보강 요소 (4) 의 에너지 흡수 기여를 증가시킨다. 주어진 체적에서 체적 밀도는 주어진 체적에서 내부 보강 요소 (4) 가 차지하는 체적과 주어진 체적의 총 체적 사이의 비를 의미한다. 예를 들어, 이러한 구성은 크로스 부재 (1) 의 중심에 압축 충격력 (F) 을 인가하는 폴 충격 시험의 경우에 에너지 흡수를 증가시키기 위해 중앙 보강 부분 (30) 에 사용된다.

특정 실시형태에서, 보강 리브들 (24) 은 내부 보강 요소 (4) 의 적어도 일부에서 서로 교차한다. 예를 들어, 보강 리브들 (24) 은 서로 X 형상의 패턴을 형성한다. 즉, 보강 리브들 (24) 은 종방향으로 연장되는 라인을 따라 서로 교차하고 그리고 서로 0 이 아닌 각도를 형성한다. 유리하게는, 이러한 구성은 주어진 체적에 많은 양의 보강 리브들 (24) 을 끼워맞추도록 하고, 이에 의해 상기 체적에서 보강 리브들의 체적 밀도를 증가시키며, 이는 다시 이 영역에서 내부 보강 요소 (4) 의 에너지 흡수 기여를 증가시킨다. 예를 들어, 이러한 구성은 크로스 부재 (1) 의 중심에 압축 충격력 (F) 을 인가하는 폴 충격 시험의 경우에 에너지 흡수를 증가시키기 위해 중앙 보강 부분 (30) 에 사용된다.

전술한 실시형태들은 단일 내부 보강 요소 (4) 에서 서로 결합될 수 있음을 알아야 한다. 예를 들어, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 측면 보강 부분 (32) 은 V 형상으로 배열된 보강 리브들 (24) 을 포함하는 반면, 중앙 보강 부분 (30) 은 서로 평행한 보강 리브들 (24) 을 포함한다. 상이한 보강 리브 패턴들을 조합함으로써, 크로스 부재 (1) 의 각 영역의 요건에 따라 내부 보강 요소 (4) 의 거동을 최적화할 수 있다.

특정 실시형태에서, 보강 리브들 (24) 의 적어도 일부는 상부 빔 벽 (12) 에 접하는 상부 단부 (23) 및 하부 빔 벽 (14) 에 접하는 하부 단부 (25) 를 포함한다. 유리하게는, 이러한 구성에서, 보강 리브들 (24) 은 고도 방향으로 측정된 외부 빔 (2) 의 전체 높이에 걸쳐 있으며, 이는 보강 리브들 (24) 이 전방 빔 벽 (16) 의 큰 표면적을 커버하여, 충돌 동안 양호한 에너지 흡수 및 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 사이의 양호한 접합에 기여하도록 보장한다. 또한, 이러한 구성에서, 예를 들어 접착제 접합에 의해 상부 벽 (12) 에 보강 리브들 (24) 의 상부 단부 (23) 를 부착하고 하부 벽 (14) 에 보강 리브들 (24) 의 하부 단부 (25) 를 부착할 수 있어서, 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 사이의 접착을 증가시키고, 이는 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 사이의 협력을 촉진하는데 기여하고, 또한 외부 빔 (2) 에 대한 압축 충격력 (F) 의 전술한 개방 영향을 상쇄시킨다.

특정 실시형태에서, 보강 리브들 (24) 이 그의 상부 단부 (23) 에서 상부 빔 벽 (12) 에 부착되고 그리고 그의 하부 단부 (25) 상에서 하부 빔 벽 (14) 에 부착될 때, 상기 보강 리브들 (24) 은 그의 상부 단부 (23) 및 하부 단부 (25) 에서 벽 두께를 가지고, 이 벽 두께는, 도 3 에서 보다 구체적으로 볼 수 있는 바와 같이, 그의 상부 단부 (23) 및 하부 단부 (25) 로부터 멀리 있는 벽 두께보다 더 크다. 보강 리브 (24) 의 벽 두께는, 상기 보강 리브 (24) 에 의해 규정된 평면에 실질적으로 수직인 방향으로 측정된 두께를 의미한다. 유리하게는, 이는 보강 리브 (24) 의 상부 단부 (23) 와 상부 벽 (12) 사이의 그리고 보강 리브 (24) 의 하부 단부 (25) 와 하부 벽 (14) 사이의 접촉 영역을 증가시키도록 하고, 이에 의해 외부 빔 (2) 에 대한 내부 보강 요소 (4) 의 접착을 증가시키고, 이에 따라 충돌 시 상기 내부 보강 요소 (4) 와 상기 외부 빔 (2) 사이의 협력을 촉진시킨다. 유리하게는, 보강 리브들 (24) 의 상부 단부와 하부 단부 (23, 25) 및 상기 단부들로부터 떨어진 영역들 사이의 상이한 벽 두께를 특정함으로써, 상부 단부 (23) 및 하부 단부 (25) 에서 보강 리브들 (24) 의 벽 두께에 연결되는 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 에 대한 보강 리브들 (24) 의 접착 및 상부 단부 및 하부 단부로부터 떨어져 있는 보강 리브들 (24) 의 벽 두께에 연결되는 상기 보강 리브들 (24) 의 에너지 흡수 기여도를 개별적으로 최적화함으로써, 보강 리브들 (24) 을 제조하는데 사용되는 재료의 양, 및 이에 따라서 내부 보강 요소 (4) 의 생산 공정 및 비용을 최적화할 수 있다.

특정 실시형태에서, 상기 보강 리브들 (24) 은 종방향을 따라 일정한 단면을 갖는다. 즉, 종방향을 따라 연장되는 라인을 따라 측정된 상기 보강 리브들 (24) 의 벽 두께는 일정하다. 유리하게는, 이는 보강 리브들 (24) 의 에너지 흡수를 최적화하도록 한다. 실제로, 상기 보강 리브들 (24) 의 두께가 종방향으로 감소하면, 그 자체가 종방향에 실질적으로 평행한 압축 충격력 (F) 에 대한 상기 보강 리브들 (24) 의 저항은 종방향으로 감소할 것이다. 공정의 탈형 (demolding) 단계에서는 당업자에게 공지된 바와 같이 후방을 향해 종방향으로 보강 리브들 (24) 의 감소하는 벽 두께를 필요로 하기 때문에, 외부 빔 (2) 상에 내부 보강 요소 (4) 를 오버-몰딩함으로써 종방향을 따라 일정한 단면을 갖는 보강 리브들 (24) 를 가진 내부 보강 요소 (4) 를 제조하는 것이 가능하지 않음에 주목해야 한다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 는, 도 3 에 도시된, 횡방향을 따라 내부 보강 요소 (4) 에서 연장되는 보강 케이싱 (42) 을 더 포함한다. 상기 보강 케이싱 (42) 은 상부 보강 케이싱 벽 (44), 하부 보강 케이싱 벽 (46), 및 상기 상부 보강 케이싱 벽 및 하부 보강 케이싱 벽 (44, 46) 을 연결하는 전방 보강 케이싱 벽 (48) 을 포함한다. 상기 상부 보강 케이싱 벽 및 하부 보강 케이싱 벽 (44, 46) 은 횡방향 방향을 따라 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 의 일부를 따라 각각 연장되고 상기 상부 빔 벽 및 하부 빔 벽 (12, 14) 에 접한다. 상기 전방 보강 케이싱 벽 (48) 은 횡방향으로 전방 빔 벽 (16) 의 적어도 일부를 따라 연장되고 상기 전방 빔 벽 (16) 과 접한다. 전방 보강 케이싱 벽 (48) 의 형상은, 일반적으로 전방 빔 벽 (16) 의 형상을 따른다. 특히, 전방 빔 벽 (16) 이 비드 (18) 를 제공하면, 전방 보강 케이싱 벽 (48) 의 형상은, 도 3 에 도시된 바와 같이, 또한 상기 비드들 (18) 내에서 전방 빔 벽 (16) 과 접하도록 상기 보강 비드들 (18) 을 따른다. 보강 케이싱 (42) 은, 도 2 에 도시된 바와 같이, 고도 방향으로 외부 빔 (2) 의 전체 높이에 걸쳐 있고 그리고 상부 보강 케이싱 벽 및 하부 보강 케이싱 벽 (44, 46) 을 연결하는 보강 리브들 (24) 을 포함한다. 상기 보강 리브들 (24) 의 전방 단부는 보강 케이싱 전방 벽 (48) 에 의해 형성된다. 보강 케이싱 전방 벽 (48) 이 전방 빔 벽 (16) 과 접하기 때문에, 보강 케이싱 (42) 내에 포함된 보강 리브들 (24) 의 전방 단부는 또한 전방 빔 벽 (16) 과 접한다. 특정 실시형태에서, 상부 보강 케이싱 벽, 하부 보강 케이싱 벽 및 전방 보강 케이싱 벽 (44, 46, 48) 은, 예를 들어 접착제 접합에 의해, 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 전방 빔 벽 (12, 14, 16) 에 각각 부착된다. 유리하게는, 이는 외부 빔 (2) 과 내부 보강 요소 (4) 사이의 접착 접촉 영역을 증가시키고, 이에 의해 2 개의 부분들 사이의 협력을 촉진시킨다. 또한, 이러한 경우에, 상부 보강 케이싱 벽 및 하부 보강 케이싱 벽 (44, 46) 이 보강 리브들 (24) 에 의해 연결되기 때문에, 보강 케이싱 (42) 은 또한 외부 빔 (2) 에 대한 압축 충격력 (F) 의 전술한 개방 영향을 상쇄시킬 것이다. 예를 들어, 내부 보강 요소 (4) 는, 도 3 에 도시된 바와 같이, 중앙 보강 부분 (30) 내에 보강 케이싱 (42) 을 포함한다. 유리하게는, 이는 중앙 보강 부분 (30) 내의 보강 요소 (4) 의 에너지 흡수를 증가시키도록 하고, 이는 예를 들어 폴 충격 시험 동안 국부적인 응력을 받는다.

특정 실시형태에서, 내부 보강재 (4) 의 폭은 횡방향을 따른 메인 빔 부분 (3) 의 폭과 실질적으로 동일하다. 유리하게는, 이는 충돌 동안 내부 보강 요소 (4) 의 에너지 흡수 기여도를 최대화시킨다. 이러한 경우에, 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 는 또한 메인 빔 부분 (3) 의 폭과 실질적으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 이러한 경우에, 내부 보강 요소 (4) 는, 예를 들어 2 개의 빔 천이 부분들 (38) 에 위치된 2 개의 단부 보강 부분들 (40) 을 포함한다. 특정 실시형태에서, 상기 단부 보강 부분들 (40) 의 보강 리브들 (24) 의 형상은, 빔 천이 부분들 (38) 의 특정 형상을 수용하고 상기 단부 보강 부분들 (40) 의 보강 리브들 (24) 의 길이를 최대화하기 위해, 내부 보강 요소 (4) 의 나머지부의 보강 리브들 (24) 의 형상과 상이하며, 이는 또한 보강 리브들 (24) 의 에너지 흡수 기여를 최대화시킨다.

특정 실시형태에서, 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 중앙 보강 빔 체적 (30) 내의 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 측면 보강 빔 체적 (32) 내의 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도보다 크다. 내부 보강 요소 (4) 의 에너지 흡수 기여는 상기 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도에 따라 증가한다. 유리하게는, 예를 들어 폴 충격 시험의 경우에, 중앙 보강 빔 체적 (30) 내의 내부 보강 요소 (4) 의 더 높은 체적 밀도는 크로스 부재 (1) 의 중심 내의 압축 충격력 (F) 의 국부화를 수용하기 위해 크로스 부재 (1) 의 중심에서의 에너지 흡수를 증가시킬 것이다. 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 보강 리브들 (24) 의 개수를 조정함으로써 그리고/또는 보강 리브들 (24) 의 벽 두께를 조정함으로써 조정될 수 있다.

특정 실시형태에서, 중앙 보강 빔 체적 (30) 내의 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 15% 내지 50% 이고, 측면 보강 빔 체적 (32) 내의 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 5% 내지 50% 이다. 중앙 보강 빔 체적 (30) 에서의 최소 체적 밀도는, 예를 들어 폴 충격 시험의 경우에 압축 충격력 (F) 의 국부화에 저항할 필요성에 의해 규정된다. 측면 보강 빔 체적 (32) 내의 최소 체적 밀도는, 압축 충격력 (F) 에 저항하고 크로스 부재 (1) 내에 상기 압축 충격력 (F) 에 의해 인가된 하중을 분산시키기 위해, 내부 보강 요소 (4) 의 나머지부에 존재하는 보강 리브들 (24) 의 최소량을 가질 필요성에 의해 규정된다. 중앙 보강 빔 체적 및 외부 보강 빔 체적 (30, 32) 둘 다에서의 체적 밀도의 최대값은, 내부 보강 요소 (4) 를 제조하는데 사용되는 재료의 양을 최적화하여, 상기 내부 보강 요소 (4) 의 생산 공정 및 생산 비용을 최적화할 필요성에 의해 규정된다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 는 플라스틱 재료로 제조된다. 유리하게는, 플라스틱의 사용은 크로스 부재 (1) 에 많은 중량을 부가하지 않고 내부 보강 요소 (4) 의 양호한 에너지 흡수 기여를 보장할 수 있다. 예를 들어, 내부 보강 요소 (4) 는 폴리프로필렌 108 (PP108) 로 만들어진다. 플라스틱 재료는 또한 유리 섬유와 같은 섬유에 의해 보강될 수 있다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 의 최소 인장 강도는 17 MPa 이다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 는 적어도 상부 횡방향 분기부 및 하부 횡방향 분기부 (26, 28) 를 통해 접착제 접합에 의해 외부 빔 (2) 에 부착된다. 일 실시형태에 따라서, 내부 보강 요소 (4) 는, 접착제 접합에 의해 보강 리브들 (24) 의 상부 단부 및 하부 단부 (23, 25) 를 통해 그리고/또는 보강 리브들 (24) 의 전방 단부를 통해 그리고/또는 보강 케이싱 (42) 의 상부 벽, 하부 벽 및 전방 벽을 통해 외부 빔 (2) 에 추가로 부착될 수 있다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 사이의 부착 영역에서의 부착 강도는, 랩 전단 시험에 의해 측정될 때 10 MPa 보다 크다.

특정 실시형태에서, 크로스 부재 (1) 는 도 1 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 횡방향으로 연장되고 빔 내부 체적 (17) 외부의 외부 빔 (2) 의 적어도 일부에 부착되는 외부 보강 요소 (6) 를 더 포함한다. 상기 외부 보강 요소 (6) 는 외부 보강 상부 벽 (50), 외부 보강 하부 벽 (52) 을 포함하고, 상기 외부 보강 상부 벽 및 외부 보강 하부 벽 (50, 52) 은 외부 보강 전방 벽 (54) 에 의해 연결된다. 외부 보강 상부 벽, 외부 보강 하부 벽 및 외부 보강 전방 벽 (50, 52, 54) 은 횡방향으로 각각 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 전방 빔 벽 (12, 14, 16) 을 따라 연장되며 상기 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 전방 빔 벽 (12, 14, 16) 과 접한다. 또한, 외부 보강 상부 벽, 외부 보강 하부 벽 및 외부 보강 전방 벽 (50, 52, 54) 은, 예를 들어 접착제 접합에 의해, 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 전방 빔 벽 (12, 14, 16) 에 부착된다. 외부 보강 전방 벽 (54) 은 전방 빔 벽 (16) 에 대하여 적용되는 후방 면 (56) 및 반대 방향으로 향하는 전방 면 (58) 을 포함한다. 후방 면 (56) 은, 일반적으로 전방 빔 벽 (16) 의 형상을 따르는 형상을 갖는다. 특히, 전방 빔 벽 (16) 이 비드들 (18) 을 포함하면, 후방 면 (56) 은 상기 비드들 (18) 을 따르는 형상을 가질 것이다. 전방 면 (58) 은 후방 면 (56) 의 형상과 상이할 수 있는 형상을 갖는다. 예를 들어, 도 1 및 도 3 에 도시된 바와 같이, 전방 면은 고도 방향에 실질적으로 평행한 방향으로 연장하는 외부 보강 리브 (60) 를 포함한다. 유리하게는, 외부 보강 요소 (6) 의 존재는 충돌 동안 완충재로서 작용하는데 사용된다. 특히, 압축 충격력 (F) 이 국부화될 때, 예를 들어 폴 충격 시험에서와 같이, 압축 충격력 (F) 이 인가되는 영역에서 외부 보강 요소 (6) 의 존재는 외부 빔 (2) 을 국부적으로 보호하는데 사용되어, 이에 의해 상기 외부 빔 (2) 상의 응력의 일부를 경감시키고 충돌 동안 균열 형성을 지연시킨다.

특정 실시형태에서, 외부 보강 요소 (6) 의 폭은 횡방향을 따른 외부 빔 (2) 의 메인 빔 부분 (3) 의 폭보다 작다. 예를 들어, 외부 보강 요소 (6) 의 폭은 폴 충격 시험의 경우에 폴과 크로스 부재 (1) 사이의 충격 표면의 폭으로 제한될 것이다. 유리하게는, 이 실시형태에서, 외부 보강 요소 (6) 는 극 충격 시험 동안 그의 완충재 역할을 하면서, 제한된 크기를 가짐으로써, 생산 공정을 용이하게 하고 생산 비용을 낮춘다.

특정 실시형태에서, 외부 보강 요소 (6) 는 플라스틱 재료로 만들어진다. 유리하게는, 플라스틱의 사용은 크로스 부재 (1) 에 많은 중량을 부가하지 않고 외부 보강 요소 (6) 의 양호한 에너지 흡수 기여를 보장할 수 있다. 예를 들어, 외부 보강 요소 (6) 는 내부 보강 요소 (4) 와 동일한 재료, 예를 들어 PP108 로 만들어진다.

특정 실시형태에서, 외부 보강 요소 (6) 의 최소 인장 강도는 17 MPa 이다.

특정 실시형태에서, 외부 보강 요소 (6) 와 외부 빔 (2) 사이의 부착 영역에서의 부착 강도는, 랩 전단 시험에 의해 측정될 때 10 MPa 보다 크다.

특정 실시형태에서, 외부 빔 (2) 은 테일러 용접된 블랜드 (bland) 의 열간 스탬핑에 의해 제조되고, Ductibor 1000® 로 제조되고 0.7 mm 내지 1.1 mm 의 두께를 갖는 중앙 빔 부분 (8) 및 Usibor 1500® 로 제조되고 1.2 mm 내지 1.6 mm 의 두께를 갖는 2 개의 측면 빔 부분들 (10) 을 포함하고, 내부 보강 요소 및 외부 보강 요소 (4, 6) 는 모두 PP108 로 제조된다.

이미 공지된 바와 같이, 외부 빔 (2) 은 횡방향을 따라 만곡된 형상을 가질 수 있음에 주목해야 한다. 이러한 경우에, 내부 보강 요소 (4) 및 외부 보강 요소 (6) 도 횡방향을 따라 대응하는 만곡된 형상을 가질 수 있다.

외부 빔 및 보강 리브들이 전방 빔 벽에 접하는 내부 보강 요소 및 빔 플랜지들에 부착된 횡방향 분기부들을 포함하는, 전술한 범퍼 빔용 크로스 부재는 다수의 장점들을 제공하는데, 그 중에서, 생산 공정 및 생산 비용의 최적화를 또한 고려하여, 내부 보강 요소의 상이한 구성요소들의 충돌 흡수 용량 및 외부 빔에 대한 상기 내부 보강 요소의 접착을 개별적으로 최적화할 가능성이다.

상기 크로스 부재의 다른 장점은, 상기 설명된 크로스 부재를 제조하는 방법의 설명에서 알 수 있는 바와 같이, 외부 빔이 범퍼 빔 조립체에 통합되고 상기 범퍼 빔 조립체가 ED-코팅된 후에도, 상기 내부 보강 요소를 상기 외부 빔에 쉽게 부착시킬 수 있다는 것이다.

상기 방법은 외부 빔 (2) 을 제공하는 단계를 포함한다. 예를 들어, 외부 빔 (2) 은 강 블랭크 (62) 의 열간 스탬핑에 의해 제조된다. 도 4 에 도시된 본 발명의 특정 실시형태에서, 외부 빔 (2) 은 중앙 블랭크 부분 (64) 및 상기 중앙 블랭크 부분 (64) 의 양측에서 횡방향으로 연장되는 2 개의 측면 블랭크 부분들 (66) 을 가진 테일러 용접된 블랭크의 열간 스탬핑에 의해 제조된다. 열간 스탬핑 후에, 중앙 블랭크 부분 (64) 및 측면 블랭크 부분 (66) 은 중앙 빔 부분 (8) 및 2 개의 측면 빔 부분 (10) 에 각각 대응할 것이다. 예를 들어, 전술한 바와 같이, 상기 중앙 빔 부분 (8) 은 Ductibor 1000® 으로 제조되고 상기 측면 빔 부분 (10) 은 Usibor 1500® 으로 제조된다. 유리하게는, 이는 단일 단계로 높은 충돌 연성을 갖는 중앙 빔 부분 (8) 및 매우 높은 기계적 저항을 갖는 2 개의 측면 빔 부분 (10) 을 포함하는 외부 빔 (2) 을 생성할 수 있도록 한다. 또한, 사이드 빔 부분 (10) 에 대해 매우 높은 기계적 저항을 갖는 강 등급을 선택함으로써, 작은 두께의 강으로 사이드 빔 부분 (10) 의 높은 기계적 저항에 도달하여, 크로스 부재 (1) 의 중량을 최소화하는데 기여할 수 있다.

변형예에 따라서, 외부 빔 (2) 은 테일러된 롤 블랭크의 열간 스탬핑에 의해 제조된다.

외부 빔 (2) 은, 제조된 후, 범퍼 빔 조립체를 형성하기 위해 충돌 박스 (7) 에 조립되고, 이어서 범퍼 빔 조립체는 부식으로부터 이를 보호하기 위해 ED-코팅된다. 상기 범퍼 빔 조립체는 차량의 나머지부에 장착되기 전에 차량의 나머지부와 독립적으로 ED-코팅된다. ED-코팅 공정은 범퍼 빔 조립체 상에서 수행되고, 상기 조립체를 구성하는 개별 부분들 상에서 수행되지 않는데, 이는 조립체 공정이 ED-코팅을 증발시키고 용접된 영역이 상기 ED-코팅에 의해 보호되지 않게 하는 용접을 수반하기 때문이다.

상기 방법은 내부 보강 요소 (4) 를 제공하는 단계를 더 포함한다. 내부 보강 요소 (4) 가 플라스틱으로 제조되는 특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 를 제조하는 방법은, 예를 들어 독립형 다이에서 사출 성형이다. 유리하게는, 사출 성형은 내부 보강 요소 (4) 의 제조시 매우 높은 생산성을 가능하게 한다.

상기 방법은, 예를 들어 접착제 접합에 의해, 적어도 내부 보강 요소 (4) 의 상부 횡방향 분기부 (26) 를 외부 빔 (2) 의 상부 빔 플랜지 (20) 에 체결하고 그리고 상기 내부 보강 요소 (4) 의 하부 횡방향 분기부 (28) 를 상기 외부 빔 (2) 의 하부 빔 플랜지 (22) 에 체결함으로써, 내부 보강 요소 (4) 를 외부 빔 (2) 에 부착하는 단계를 더 포함한다.

일 실시형태에 따라서, 내부 보강 요소 (4) 는, 예를 들어 접착제 접합에 의해, 보강 리브들 (24) 의 상부 단부 및 하부 단부 (23, 25) 를 통해 그리고/또는 보강 리브들 (24) 의 전방 단부를 통해 그리고/또는 보강 케이싱 (42) 의 상부 보강 케이싱 벽, 하부 보강 케이싱 벽 및 전방 보강 케이싱 벽 (44, 46, 48) 을 통해 외부 빔 (2) 에 추가로 부착될 수 있다.

일 실시형태에 따라서, 보강 요소 (4) 는 외부 빔 (2) 의 빔 내부 체적 (17) 에 억지끼워맞춤된다. 억지끼워맞춤의 사용은, 예를 들어 접착제 접합과 조합될 수 있다. 유리하게는, 이는 내부 보강 요소 (4) 와 외부 빔 (2) 사이의 매우 양호하고 타이트한 접촉을 보장하고, 이에 의해 부품들 사이의 양호한 접착을 촉진시킨다. 억지끼워맞춤을 적용하도록 선택할 때, 억지끼워맞춤 공구에 의해 내부 보강 요소 (4) 의 포착 및 끼워맞춤을 용이하게 하는 웨지를 형성하도록 종방향으로 연장하는 작은 부분을 갖는 횡방향 분기부들 (26, 28) 을 설계하는 것이 유리할 수 있다.

특정 실시형태에서, 내부 보강 요소 (4) 를 외부 빔 (2) 에 부착하는 단계는, 외부 빔 (2) 을 범퍼 빔 조립체에 통합시키는 단계 후 그리고 상기 범퍼 빔 조립체를 ED-코팅하는 단계 후에 수행된다. 유리하게는, 이는 내부 보강 요소 (4) 를 제조하는데 사용되는 재료 및 내부 보강 요소 (4) 를 외부 빔 (2) 에 부착하는데 사용되는 기술에서 큰 선택 자유도 (freedom of choice ) 를 허용한다. 실제로, ED-코팅 공정은 고온, 예를 들어 180℃ 초과의 노에서 코팅을 베이킹하는 단계를 포함한다. 내부 보강 요소 (4) 가 ED-코팅 전에 외부 빔 (2) 에 부착되면, 내부 보강 요소 (4) 를 위한 재료의 선택은 180℃ 초과의 온도에 저항하는 재료로 제한될 것이다. 예를 들어, 내부 보강 요소 (4) 를 위한 플라스틱 재료를 사용할 때, 이는, 고가이고 내부 보강 요소 (4) 에 최적일 수 있는 요구되는 기계적 특성 및 성형성 특성을 반드시 제공하지 않는 내열성 플라스틱에 대한 선택을 제한한다. 마찬가지로, 내부 보강 요소 (4) 가 ED-코팅 전에 외부 빔 (2) 에 부착되면, 2 개의 부품들을 부착하기 위한 기술의 선택도 제한될 것이다. 예를 들어, 접착제 접합을 선택할 때, 이는 180℃ 초과의 온도에 저항하는 접착제로 선택을 제한한다. 이러한 접착제를 사용하는 것은 추가적인 비용을 나타내며 또한 조립 동안 특정 조치를 취해야 한다. 외부 빔 (2) 이 범퍼 빔 조립체에 통합되고 ED-코팅된 후에 내부 보강 요소 (4) 가 외부 빔 (2) 에 부착되면, 상기 외부 빔 (2) 상으로의 오버-몰딩에 의해, 내부 보강 요소 (4) 를 제조하는 것이 매우 어렵다는 것에 주목해야 한다. 실제로, 오버-몰딩 공정은, 공구 내에서 원하는 압력에 도달하기 위해 그리고 외부 빔 (2) 외부의 플라스틱 재료의 누출을 방지하기 위해, 오버-몰딩 공구와 외부 빔 사이에 매우 정밀한 끼워맞춤을 요구한다. 이러한 타이트한 끼워맞춤은 완전 범퍼 빔 조립체 상에서 매우 높은 재현가능한 기하학적 허용오차에 도달해야 한다. 그러나, 상기 범퍼 빔 조립체는 예를 들어 여러 개의 금속성 부품들을 포함하고 상기 금속성 부품들은 예를 들어 서로에 대한 기계 용접에 의해 조립되기 때문에, 상기 범퍼 빔 조립체는 반드시 일부 기하학적 분산물을 제공할 것이다. 상기 기하학적 분산물의 감소는, 제조자가 개별 부품들의 제조에서, 범퍼 빔 조립체를 형성하기 위한 상기 부품들의 조립에서, 그리고 오버-몰딩 공정 자체의 구현에서, 일부 비용 및 시간-소모적인 조치를 구현할 것을 요구할 것이다. 이런 조치들을 적용하더라도, 생산 공정에는 여전히 품질 문제가 있고, 제조사에는 많은 정비 문제와 많은 양의 공장 불합격에 직면할 것으로 보인다. 또한, 오버-몰딩의 사용은, 미리 설명한 바와 같이, 후방을 향한 보강 리브들 (24) 의 벽 두께의 감소와 같은 내부 보강 요소 (4) 의 설계에 일부 제한을 준다.

일 실시형태에 따라서, 상기 방법은 외부 보강 요소 (6) 를 제공하는 단계를 더 포함한다. 그 다음, 상기 방법은, 예를 들어 접착제 접합에 의해, 외부 보강 상부 벽, 외부 보강 하부 벽 및 외부 보강 전방 벽 (50, 52, 54) 을 상부 빔 벽, 하부 빔 벽 및 전방 빔 벽 (12, 14, 16) 에 부착하는 단계를 더 포함한다.

특정 실시형태에서, 외부 보강 요소 (6) 를 외부 빔 (2) 에 부착하는 단계는, 전술한 바와 동일한 이유로, 외부 빔 (2) 을 범퍼 빔 조립체에 통합시키는 단계 후 그리고 상기 범퍼 빔 조립체를 ED-코팅하는 단계 후에 수행된다.

Claims (26)

1. 자동차용 범퍼 빔을 위한 크로스 부재 (1) 로서,
   - 횡방향을 따라 연장되는 외부 빔 (2) 으로서, 상부 빔 벽 (12), 하부 빔 벽 (14) 및 상기 상부 빔 벽 (12) 과 상기 하부 빔 벽 (14) 을 연결하는 전방 빔 벽 (16), 상기 횡방향으로 각각 상기 상부 빔 벽 (12) 의 후방 단부 및 상기 하부 빔 벽 (14) 의 후방 단부를 따라서 연장되는 상부 빔 플랜지 (20) 및 하부 빔 플랜지 (22) 를 포함하는 메인 빔 부분 (3) 을 구비하고, 후방 단부들은 상기 전방 빔 벽 (16) 반대편으로 연장되고 그리고 종방향을 따라서 상기 전방 빔 벽 (16) 으로부터 이격되며, 상기 상부 빔 벽(12), 상기 하부 빔 벽 (14) 및 상기 전방 빔 벽 (16) 은 상기 전방 빔 벽 (16) 반대편의 후방 방향으로 개방된 빔 내부 체적 (17) 을 함께 규정하는, 상기 외부 빔 (2),
   - 상기 빔 내부 체적 (17) 의 적어도 일부 내부에서 연장되는 내부 보강 요소 (4) 로서, 상기 내부 보강 요소 (4) 는 상기 전방 빔 벽 (16) 을 향해 돌출하는 적어도 2 개의 보강 리브들 (24) 을 포함하고, 상기 보강 리브들 (24) 은, 상기 전방 빔 벽 (16) 반대편의 적어도 상기 보강 리브들의 후방 단부에서, 상기 횡방향으로 연장되는 상부 횡방향 분기부 (26) 및 하부 횡방향 분기부 (28) 에 의해 함께 연결되는, 상기 내부 보강 요소 (4)
   를 포함하고,
   - 상기 상부 횡방향 분기부 (26) 및 상기 하부 횡방향 분기부 (28) 는 각각 상기 외부 빔 (2) 의 상기 상부 빔 플랜지 (20) 및 상기 하부 빔 플랜지 (22) 에 부착되며,
   각각의 보강 리브 (24) 는 상기 전방 빔 벽 (16) 에 접하고, 종방향으로 측정되는 상기 상부 횡방향 분기부 (26) 의 길이는 상기 상부 빔 벽 (12) 의 길이보다 작으며, 종방향으로 측정되는 상기 하부 횡방향 분기부 (28) 의 길이는 상기 하부 빔 벽 (14) 의 길이보다 작고,
   상기 외부 빔 (2) 은 금속 부품이고, 상기 내부 보강 요소 (4) 는 플라스틱 부품인, 크로스 부재 (1).
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 크로스 부재 (1) 는, 상기 빔 내부 체적 (17) 반대편에서 상기 외부 빔 (2) 외부에 부착되는 외부 보강 요소 (6) 를 더 포함하는, 크로스 부재 (1).
3. 삭제
4. 제 2 항에 있어서,
   상기 외부 보강 요소 (6) 는 플라스틱 부품인, 크로스 부재 (1).
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 상부 횡방향 분기부 (26) 는 상기 상부 빔 벽 (12) 의 후방 단부상에서 그리고 상기 상부 빔 플랜지 (20) 상에서만 연장되고, 상기 하부 횡방향 분기부 (28) 는 상기 하부 빔 벽 (14) 의 후방 단부상에서 그리고 상기 하부 빔 플랜지 (22) 상에서만 연장되는, 크로스 부재 (1).
6. 제 1 항에 있어서
   상기 보강 리브 (24) 각각은 상기 상부 빔 벽 (12) 에 접하는 상부 단부 (23) 및 상기 하부 빔 벽 (14) 에 접하는 하부 단부 (25) 를 포함하는, 크로스 부재 (1).
7. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내부 보강 요소 (4) 는 중앙 보강 부분 (30) 및 횡방향을 따라서 상기 중앙 보강 부분 (30) 의 양측에서 연장되는 2 개의 측면 보강 부분들 (32) 을 더 포함하고, 상기 중앙 보강 부분 (30) 은 상기 빔 내부 체적 (17) 내에 중앙 보강 빔 내부 체적 (34) 을 규정하고, 상기 측면 보강 부분들 (32) 은 각각 상기 빔 내부 체적 (17) 내에 측면 보강 빔 내부 체적 (36) 을 규정하며, 상기 중앙 보강 빔 내부 체적 (34) 내의 상기 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 상기 측면 보강 빔 내부 체적 (36) 내의 상기 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도보다 큰, 크로스 부재 (1).
8. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내부 보강 요소 (4) 는 중앙 보강 부분 (30) 및 횡방향을 따라서 상기 중앙 보강 부분 (30) 의 양측에서 연장되는 2 개의 측면 보강 부분들 (32) 을 더 포함하고, 상기 중앙 보강 부분 (30) 은 상기 빔 내부 체적 (17) 내에 중앙 보강 빔 내부 체적 (34) 을 규정하고, 상기 측면 보강 부분들 (32) 은 각각 상기 빔 내부 체적 (17) 내에 측면 보강 빔 내부 체적 (36) 을 규정하며, 상기 중앙 보강 빔 내부 체적 (34) 내의 상기 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 15% 내지 50% 이고, 상기 측면 보강 빔 내부 체적 (36) 내의 상기 내부 보강 요소 (4) 의 체적 밀도는 5% 내지 50% 인, 크로스 부재 (1).
9. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 내부 보강 요소 (4) 와 상기 외부 빔 (2) 사이의 부착 영역들에서의 부착 강도는, 랩 전단 시험에 의해 측정될 때, 10 MPa 보다 큰, 크로스 부재 (1).
10. 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 보강 요소 (6) 와 상기 외부 빔 (2) 사이의 부착 영역들에서의 부착 강도는, 랩 전단 시험에 의해 측정될 때, 10 MPa 보다 큰, 크로스 부재 (1).
11. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 빔 (2) 은 950 MPa 의 최소 인장 강도를 가지는, 크로스 부재 (1).
12. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 메인 빔 부분 (3) 은 중앙 빔 부분 (8) 및 상기 중앙 빔 부분 (8) 의 양측에서 횡방향을 따라서 연장되는 2 개의 측면 빔 부분들 (10) 을 포함하고,
    상기 중앙 빔 부분 (8) 은 적어도 0.6 의 충돌 연성 및 적어도 75°의 최대 굽힘 각도를 가지는, 크로스 부재 (1).
13. 제 1 항, 제 2 항 및 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 외부 빔 (2) 은 강 테일러 용접된 블랭크 또는 강 테일러 압연된 블랭크로부터 열간 스탬핑되는, 크로스 부재 (1).
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 외부 빔 (2) 은 적어도 0.6 의 충돌 연성, 적어도 75° 의 최대 굽힘 각도, 1000 MPa 초과의 극한 인장 강도, 및 700 내지 950 MPa 의 항복 강도를 갖는 강으로 제조된 중앙 빔 부분 (8) 및 1300 MPa 초과의 인장 강도를 갖는 프레스 경화 강으로 제조된 2 개의 측면 빔 부분 (10) 을 가진 강 테일러 용접된 블랭크로부터 열간 스탬핑되는, 크로스 부재 (1).
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