KR20080030606A - 에너지 흡수 장치 및 일체형 에너지 흡수 장치의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 제1 횡단면 폭(5)을 갖는 제1 중공 세로 섹션(2)과, 제2 횡단면 폭(6)을 갖는 제2 중공 세로 섹션(3)뿐 아니라, 상기 중공 세로 섹션들 사이에 접혀 중첩된 전이 영역(4)을 포함하는 에너지 흡수 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 일체형 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이다. 변형 거동을 용이하게 결정할 수 있는 에너지 흡수 장치를 제공하기 위해, 상기 제2 중공 세로 섹션은 상기 제1 중공 세로 섹션보다 더욱 높은 강도를 구비하여 형성된다. 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 경우, 제1 횡단면 폭을 갖는 튜브는 부분적으로 제2 횡단면 폭으로 수축되면서 중공 세로 섹션들이 형성되고, 또한 그 튜브는 압축됨으로써 접혀 중첩된 전이 영역이 형성된다.

중공 세로 섹션, 횡단면 폭, 전이 영역, 에너지 흡수 장치, 튜브

Description

에너지 흡수 장치 및 일체형 에너지 흡수 장치의 제조 방법 {ENERGY ABSORPTION APPARATUS AND METHOD FOR PRODUCING AN INTEGRAL ENERGY ABSORPTION APPARATUS}

본 발명은 청구항 제1항의 전제부의 특징을 갖는 에너지 흡수 장치뿐 아니라, 일체형 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 제조 방법에 관한 것이다.

독일 특허 제DE 93 11 163 U1호로부터는 완충장치(shock-absorbing device)로서 지칭되는 일반적인 에너지 흡수 장치가 공지되었다. 상기 완충장치들은 차량에서, 사고 시에 차체가 소성 변형되기 전에, 사전에 소성 변형을 야기할 수 있도록 범퍼와 차체 사이에 배치된다. 이와 같은 방식으로 상당 부분의 임계 에너지가 짧은 경로에서 감쇠된다. 경미한 사고 시에는, 완충장치들의 에너지 흡수 능력만으로도 충분히 차체의 소성 변형을 피할 수 있으며, 이런 점은 차량의 유지 보수 비용을 분명하게 감소시킨다.

차체를 구성 및 설계할 시에, 에너지 흡수 장치의 변형 거동과 그 에너지 흡수 능력을 고려해야 한다. 에너지 흡수 능력을 너무 높게 평가하면, 그 결과 차체는 너무 딱딱해진다.

그리고 에너지 흡수 능력을 너무 낮게 평가하면, 그 결과 차체는 너무 약해 진다. 그 외에도 차체의 변형을 필요 이상으로 더욱 강하게 허용하게 된다. 그에 상응하게 차 실내는 더욱 쉽게 변형될 수 있고, 그 결과 수리 비용은 분명하게 더욱 높게 나타난다.

본 발명의 목적은 변형 거동을 용이하게 결정할 수 있는 에너지 흡수 장치뿐만 아니라, 상기 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 제조 방법을 제공하는 것에 있다.

상기 목적은 청구항 제1항의 특징을 갖는 에너지 흡수 장치를 이용하여 달성된다.

더욱 높은 강도를 갖는 제2 중공 세로 섹션을 제공함으로써, 에너지 흡수 장치의 변형은 제1 중공 세로 섹션에서 이루어지고, 그에 반해 제2 중공 세로 섹션은 자체 형태를 본질적으로 유지한다. 다시 말해, 에너지 흡수 장치의 변형 거동을 사전에 용이하게 결정할 수 있으며, 그럼으로써 상기 에너지 흡수 장치의 에너지 흡수 능력 역시 미리 용이하게 결정할 수 있게 된다.

더욱 바람직하게는 제2 중공 세로 섹션은 변형을 통해 자체적으로 더욱 높은 강도를 확보할 수 있다. 이런 방식으로, 제2 중공 세로 섹션의 구성과 그 제2 중공 세로 섹션의 더욱 높은 강도의 생성을 하나의 제조 단계에서 달성할 수 있다.

더욱 바람직하게는 제2 중공 세로 섹션은 제1 중공 세로 섹션보다 더욱 두꺼운 벽 두께를 구비할 수 있다. 이는 제1 중공 세로 섹션의 벽부와 비교하여 제2 중공 세로 섹션의 벽부의 강도를 더욱 상승시킨다.

특히 바람직하게는 전이 영역은 제1 중공 세로 섹션보다 더욱 높은 강도를 구비할 수 있다. 이런 점은, 전이 영역을 안정화시키면서, 제1 중공 세로 섹션을 접어 포개는 방식(upending)으로 변형하기 위한 용이한 초기화를 보조한다.

바람직하게는 에너지 흡수 장치는 자체 벽부에 보강 프로파일부(stiffening profiling)를 포함할 수 있다. 에너지 흡수 장치는 프로파일부가 제공되어 있는 영역에서 변형에 대항하여 강화된다. 특히 프로파일부의 면적 관성 모멘트가 보강 작용을 하게 된다.

더욱 바람직하게는 프로파일부는 본질적으로 에너지 흡수 장치의 세로방향으로 연장되는 방식으로 형성할 수 있다. 그로 인해 에너지 흡수 장치는 변형에 대항하여 자체 세로방향에 대해 가로방향으로 강화된다.

더욱 바람직하게는 프로파일부는 대략 제2 중공 세로 섹션의 전체 영역에 걸쳐 연장되는 방식으로 제공될 수 있다. 그 결과 제2 중공 세로 섹션이 강화된다.

더욱 바람직하게는 프로파일부는 접혀 중첩된 전이 영역(overlapped transition region)에서 제2 중공 세로 섹션에 인접하는 방식으로 제공될 수 있다. 그렇게 함으로써 전이 영역은 제2 중공 세로 섹션에 인접하여 강화되고, 이런 점은, 제2 중공 세로 섹션이 접혀 중첩되어 변형되는 것을 방해하면서, 제1 중공 세로 섹션을 접어 포개는 방식으로 변형하기 위한 용이한 초기화를 보조한다.

특히 바람직하게는 전이 영역은 약 1mm 내지 약 4mm 범위, 바람직하게는 약 1.5mm 범위의 적어도 하나의 내경부를 가질 수 있다. 상기 치수 영역에서 제1 및 제2 중공 세로 섹션은, 용이한 가이드를 위해 상호 간에 상대적으로 가까이에 배치될 수 있으며, 그리고 그런 용이한 가이드를 이용하여 접어 중첩하는 변형 과정은 용이하게 진행될 수 있고, 에너지 집약적으로 실행될 수 있다.

더욱 바람직하게는 전이 영역은 제2 중공 세로 섹션의 측면에 형성되는 절첩부(folding)를 포함할 수 있는데, 그 절첩부의 벽부들은 접합(joining)을 통해 상호 간에 결합될 수 있다. 상기 절첩부는, 전이 영역을 안정화시키면서, 제1 중공 세로 섹션을 접어 중첩하는 방식으로 변형하기 위한 용이한 초기화를 보조한다.

특히 바람직하게는 상기 벽부들을 상호 간에 용접하거나, 납땜하거나, 또는 접착할 수 있다. 이런 종류의 접합은 간단하면서도 빠르게 실행할 수 있으며, 이때 접착 공정은 특히 적은 비용이 들지만 그럼에도 우수한 효과를 제공하는 방식으로 실현된다.

바람직하게는 에너지 흡수 장치는 약 1mm 내지 약 4mm 범위, 바람직하게는 약 1.5mm 내지 약 2.5mm 범위의 벽 두께를 구비할 수 있다. 상기와 같은 벽 두께로 인해, 예컨대 약 10km/h 속도의 경미한 추돌 사고 시에 차체의 소성 변형을 본질적으로 회피하기 위해 에너지를 충분히 짧은 경로에서 감쇠하는데 이용할 수 있는 에너지 흡수값이 실현된다.

특히 바람직하게는 에너지 흡수 장치는 일체형으로 구성할 수 있다. 그렇게 함으로써 기하 구조 및 재료 특성은 유동적으로 변화하고, 이런 점은 에너지 흡수 장치의 변형 거동에 바람직하게 작용한다.

또한, 본원의 목적은, 본 발명에 따라 일체형 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 제조 방법에 있어서, 청구항 제14항의 특징을 갖는 상기 제조 방법을 이용하여 달성된다.

튜브를 제2 횡단면 폭으로 수축시킴으로써, 제2 중공 세로 섹션이 구성되면서 동시에 강화된다. 강화된 제2 중공 세로 섹션을 구비한 에너지 흡수 장치의 장점에 대해서는 이미 앞서 언급하였다.

수축 공정 및 압축 공정을 통해 일체형 에너지 흡수 장치는 튜브를 소재로 신속하면서도 비교적 간단한 수단으로 제조될 수 있다.

특히 바람직하게는 수축 공정 동안 압축할 수 있다. 그로 인해 전이 영역과 제2 중공 세로 섹션을 동시에 구성할 수 있다.

바람직하게는 수축 공정에 수반되는 재료 신장은 적어도 부분적으로 제1 중공 세로 섹션의 방향으로 편향될 수 있고, 이때 중공 세로 섹션들 사이의 전이 영역이 접혀 중첩된다. 이런 방식으로, 접혀 중첩된 전이 영역과 제2 중공 세로 섹션을 동시에 구성하므로, 압축 공정을 수축 공정에 통합할 수 있다.

더욱 바람직하게는 튜브의 말단 영역은 튜브를 세로 방향으로 수축하는 동안 고정될 수 있으며, 이때 수축 공정에 수반되어 재료가 신장되고, 중공 세로 섹션들 사이의 전이 영역은 접혀 중첩된다. 튜브의 말단 영역을 고정함에 따라, 통합된 압축 공정은 간단한 수단을 이용하여 실현할 수 있으며, 이때 압축은 고정되는 정도로 이루어진다.

더욱 바람직하게는 수축 공정 후에 압축 공정을 실행할 수 있다. 수축 공정에 의해 중공 세로 섹션들 사이에 형성되는 전이 영역은 이후에 이루어지는 압축 공정에 의해 다시 변형되고 그로 인해 추가로 강화된다.

바람직하게는 제2 중공 세로 섹션의 벽 두께는 수축 공정 동안 증가할 수 있다. 이런 점은 제1 중공 세로 섹션과 비교하여 제2 중공 세로 섹션을 더욱 강화시키며, 그리고 제2 중공 세로 섹션과 확대된 벽 두께는 시간 절감 조건으로 제조할 수 있다.

더욱 바람직하게는 컬링(curling)을 통해 수축 공정을 실행할 수 있다. 컬링을 이용하여 우수한 강화 특성을 달성하고, 다양한 횡단면과 종단면 형상을 용이하게 구성할 수 있다.

더욱 바람직하게는 횡단면 폭이 좁아지는 다이(die)에 튜브를 통과시킴으로써, 수축 공정을 실행할 수 있다. 그와 더불어 변형된 재료의 특히 우수한 강화 특성이 달성된다.

특히 바람직하게는 수축 공정을 이용하여, 세로 섹션들 사이에 계단식 전이 영역, 바람직하게는 원추형 전이 영역을 구성할 수 있다. 계단식 전이 영역과, 특히 바람직하게는 원추형인 전이 영역은, 컬링을 통해, 그리고 다이를 이용하여, 용이하게 제조할 수 있고, 압축 공정을 통해 용이하게 접혀 중첩된 형태로 형성할 수 있다. 특히 원추형 전이 영역은 접어 중첩함으로써 특히 용이하게 추가로 강화된다.

더욱 바람직하게는 에너지 흡수 장치의 벽부에는 수축 공정 동안 보강 프로파일부를 구성할 수 있다. 그로 인해 에너지 흡수 장치가 프로파일부를 구비하는 영역에서 상기 에너지 흡수 장치는 변형에 대항하여 강화된다. 특히 에너지 흡수 장치는 면적 관성 모멘트를 보강하는 방식으로 변경함으로써 강화된다. 이런 점은 그 외에도 제2 중공 세로 섹션과 프로파일부를 시간 절감 조건으로 구성하는 것을 가능케 한다.

특히 바람직하게는 동일한 다이를 이용하여 수축 공정 및 프로파일링 공정(profiling process)을 실행할 수 있다. 이런 방식으로 수축 공정 및 프로파일링 공정은 통합된 공정으로 실행할 수 있다.

본 발명의 실시예들은 도면에 도시되어 있으며, 다음에서 더욱 상세하게 설명된다.

도1은 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치를 도시한 투시도이다.

도2는 에너지 흡수 장치를 도시한 정면도이다.

도3은 에너지 흡수 장치를 도시한 측면도이다.

도4는 도2의 절결선(IV-IV)에 따라 에너지 흡수 장치를 절결하여 도시한 종단면도이다.

도5와 도6은 본 발명의 개선 실시예에 따라 프로파일부를 구비한 에너지 흡수 장치를 도시한 투시도이다.

도7은 도4에 따른 에너지 흡수 장치의 변형된 상태를 도시한 종단면도이다.

도8은 에너지 흡수 장치의 변형 과정을 나타낸 힘-변위 그래프이다.

도9는 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 출발 재료로서 이용되는 튜브를 도시한 종단면도이다.

도10은 일체형 에너지 흡수 장치를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법 의 제1 실시예를 도시한 개략도이다.

도11은 본 발명에 따른 제조 방법의 제2 실시예를 도시한 개략도이다.

도12와 도13은 본 발명에 따른 제조 방법의 제3 실시예의 서로 다른 공정 단계를 각각 도시한 개략도이다.

도14는 안정화된 전이 영역을 구비한 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치를 도시한 종단면도이다.

도1은 예컨대 차량의 범퍼와 차체 사이에 배치될 수 있고, 충돌 시에 차체가 본질적으로 소성 변형되기 전에, 에너지를 흡수하기 위해 소성 변형되는 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치(1)를 도시한 투시도이다. 경미한 사고 시에, 예컨대 약 10 내지 14km/h 속도로 추돌 사고가 발생할 시에, 에너지 흡수 장치의 에너지 흡수 능력은 충분히 차체를 본질적인 소성 변형으로부터 보호할 수 있다.

에너지 흡수 장치(1)는 본질적으로 원통형으로 형성된다. "원통형"이란, 본원과 관련하여, 생각할 수 있는 모든 형태의 횡단면 형상(cross-sectional profile)이 가능함을 의미하는데, 다시 말하면 횡단면 전이부 및/또는 횡단면 계단부가 가능하고, 그 원주부는 폐쇄되거나, 비연속적이고, 그리고/또는 개방되는 형태로 형성될 수 있음을 의미한다. 횡단면 형상으로는 예컨대 둥근 형상을 이용할 수 있다.

이와 같은 발명의 실시예에 따라, 에너지 흡수 장치는 원형의 횡단면 형상을 가지며, 그리고 제1 횡단면 폭(5)을 갖는 제1 중공 세로 섹션(2)과 제2 횡단면 폭(6)을 갖는 제2 중공 세로 섹션(3)을 포함한다. 제1 횡단면 폭(5)은 도2 및 도3에서 알 수 있듯이 제2 횡단면 폭(6)보다 더욱 크다. 제2 횡단면 폭(6)으로서 그 값은 약 60 내지 약 80mm 범위가 바람직하며, 특히 바람직한 값의 범위는 약 70mm이다. 제1 횡단면 폭(5)은 바람직하게는 약 80 내지 약 100mm 범위의 값을 가지며, 특히 바람직한 값의 범위는 약 90mm이다.

도3에 도시한 에너지 흡수 장치(1)의 전체 길이(7)는 바람직하게는 약 75 내지 약 300mm 범위의 값을 가지며, 특히 바람직한 값의 범위는 약 100 내지 약 250mm이다. 본 실시예에 따르는 전체 길이는 약 150mm이다. 도4에 도시한 종단면도로부터 알 수 있듯이, 전체 길이(7)는 대략적으로 절반씩 세로 섹션들(2, 3)의 길이(8, 9)에 분포된다. 또한, 도4로부터 알 수 있는 점으로, 에너지 흡수 장치는 이와 같은 발명의 실시예에 따라 일체형으로 형성되어 있다.

에너지 흡수 장치는 바람직하게는 고강도의 강, 예컨대 DP 600으로 구성되며, 그리고 1 내지 4mm 범위, 특히 1.5 내지 2.5mm 범위의 벽 두께(10, 11)를 갖는다. 벽 두께(10, 11)는 에너지 흡수 장치의 길이에 걸쳐 다르게 형성될 수 있다. 이와 같은 발명의 실시예에 따라, 세로 섹션들(2, 3)의 벽 두께들(10, 11)은 대략적으로 동일하다. 다시 말해 그 벽 두께는 약 1.5mm이다.

접혀 중첩된 전이 영역(4)은 종단면 형상이 대략 S자 모양으로 형성된다. 그 전이 영역의 S자 곡선 부분들(12, 13)은 약 1 내지 약 4mm 범위, 바람직하게는 약 1.5mm 범위의 내경부(14, 15)를 각각 갖는다.

제2 세로 섹션(3)과 접혀 중첩된 전이 영역(4)은 각각 제1 세로 섹션(2)보다 더욱 높은 강도를 갖는다. 상기 두 부분들(3, 4)은 형질 변환(transformation)을 통해 그 자체에 더욱 높은 강도를 획득할 수 있지만, 그 외에도 예컨대 열처리와 같은 다른 방법을 통해서도 더욱 높은 강도를 획득할 수 있다. 그와 반대로 제1 세로 섹션은 열처리를 통해 그 자체에 더욱 낮은 강도를 획득할 수 있다.

또한, 제1 중공 세로 섹션이 갖는 것보다 더욱 두꺼운 벽 두께를 갖는 제2 중공 세로 섹션을 형성할 수도 있다. 이런 점은 변형에 대항하는 제2 중공 세로 섹션의 안정성을 상승시키는데, 다시 말해 더욱 두꺼운 벽 두께를 갖게 함으로써 제2 중공 세로 섹션은 더욱 견고해진다. 이를 위해 에너지 흡수 장치를 접어 포개는 변형이 제1 중공 세로 섹션에서 일어나도록 해야 한다.

추가로 제2 중공 세로 섹션의 더욱 두꺼운 벽 두께는, 그 벽 두께의 강화를 위해 형질 변환 및/또는 열처리를 통해 제공될 수 있다.

본 발명의 개선 실시예에 따라, 에너지 흡수 장치는, 적어도 하나, 바람직하게는 다수의 보강 프로파일부를 포함한다. 그 보강 프로파일부는 예컨대 본질적으로 에너지 흡수 장치의 세로방향으로 연장되는 그런 프로파일부이다. 보강부는 부분적으로, 또는 전체 에너지 흡수 장치에 따라 제공될 수 있다. 그러나 상기 보강부는 한편으로 그 보강부가 제공되는 영역을 접어 포개고 좌굴시키는 것을 어렵게 한다.

보강부는 자체 횡단면 형상에 의해 강화되며, 그리고 만일 그 보강부가 변형을 통해 형성된다면, 그 변형의 결과에 따른 강화 특성에 의해 보강부가 강화된다. 보강부들은 그 보강부들이 형성되어 있는 영역에 제공되는 이전의 강화 특성에 추 가되거나 대체되는 방법으로 제공될 수도 있다.

도5와 도6은 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치를 보강 프로파일부를 구비한 개선 실시예로 도시하고 있다. 제2 중공 세로 섹션 및 접혀 중첩된 전이 영역(4)의 벽부들에, 이 벽부들의 세로방향으로 연장되는 프로파일부들(25, 26)이 제공된다. 그에 따라, 제2 중공 세로 섹션(3) 및 전이 영역(4)의 횡단면 형상은 본래 원형의 형태이지만, 그 프로파일부들로 인해 횡단면 형상은 변경된다.

본 실시예에 따라 프로파일부들은 대략 U자 모양의 횡단면 형상을 구비하여 대략 비드(bead) 모양으로 형성된다. 그러나 또 다른 횡단면 형상, 예컨대 V자 모양의 횡단면 형상도 가능하다.

본 실시예에 따라, 프로파일부들은, 제2 중공 세로 섹션(3)의 외연부(27)에 반경 방향에서 외부 방향을 향해 돌출된 구간들(50)을 구비한 대략 톱니 모양의 외형을 부여한다. 제2 중공 세로 섹션(3)의 내연부(28)의 프로파일부는 외연부(27)의 프로파일부에 따라 반경 방향에서 외부 방향을 향해 돌출된 구간들(50)의 영역에 형성되는 그루브 모양의 함몰부들(51)을 구비하여 형성된다.

프로파일부들은 제2 중공 세로 섹션(3)의 전체 영역에 걸쳐 연장되고, 제2 중공 세로 섹션(3)은 본질적으로 일정한 횡단면 형상을 갖는다. 이런 부분의 프로파일부들은 도면 부호 25로 표시되어 있다. 프로파일부들은 계속해서 접혀 중첩된 전이 영역(4) 내에까지 연장되고, 대략적으로 제2 중공 세로 섹션에 연결되는 S자 곡선 부분(13)의 영역에서 종결된다. 이와 관련하여, 그 종결되는 부분(26)의 프로파일부의 단면 높이는 벽부를 따라 제1 중공 세로 섹션(2)의 방향으로 갈수록 감 소하며, 단면 폭은 증가한다. 다시 말해 상기 부분(26)의 프로파일부들은 각각 넓게 펼쳐지는 종결부들(29)(expiration)을 갖는다.

전이 영역 및/또는 제2 세로 섹션에 프로파일부들을 제공함으로써, 제1 세로 섹션에서 변형이 바람직하게 이루어지며, 그리고 그런 변형은 제2 세로 섹션 및 전이 영역이 변형되는 것을 방해한다.

제1 세로 섹션(2)의 강도를 더욱 낮게 함으로써, 에너지 흡수 장치(1)에서 에너지를 흡수하면서 접어 포개는 변형은 제1 세로 섹션(2)에서 이루어지며, 그에 반해 제2 세로 섹션(3)은 본질적으로 도7에 도시한 바와 같이 소성 변형이 이루어지지 않는 상태로 유지된다. 외부에 위치하는 제1 세로 섹션(2)을 접어 포갤 시에는, 내부에 위치하는 제2 세로 섹션(3)이 접혀 포개짐으로써 변형되는 경우에서보다 비교적 더욱 많은 재료가 변형되어야 한다. 그 결과 제1 세로 섹션(2)을 접어 포갬으로써 더욱 많은 에너지가 흡수될 수 있다.

본 발명의 변형예에 따라, 접어 포개는 변형은 본질적으로 내측의 세로 섹션에서 이루어질 수 있고, 외측의 세로 섹션은 변형되지 않은 상태로 유지된다. 다시 말해, 내측의 세로 섹션이 "제1 세로 섹션"의 역할을 수행하고, 외측의 세로 섹션이 "제2 세로 섹션"의 역할을 수행한다. 이와 같은 발명에 따른 변형예의 경우에도, 변형 거동과 그에 따른 에너지 흡수 능력을 미리 용이하게 결정할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 흡수 장치는 좌굴 방지부(buckling protection)를 포함한다. 이런 좌굴 방지부를 이용하여 에너지 흡수 장치는 횡력 역시 용이하게 흡수할 수 있다. 이런 점은 또한 힘이 에너지 흡수 장치의 세로 축(52)에 대해 경사 져서 작용할 때에도 에너지를 흡수하면서 접어 포개는 변형을 허용한다. 바람직하게는, 세로 축(52)과 약 30°의 각도를 이루는 힘을, 특히 바람직하게는 사고 시에 장애물의 정면에 대해 약 10°의 기울기로 발생할 수 있는 바와 같이 약 10°의 각도를 이루는 힘을 용이하게 흡수할 수 있다.

이와 같은 발명의 실시예의 경우, 제1 및 제2 중공 세로 섹션(2, 3)은, 에너지 흡수 장치(1)가 변형되지 않은 상태에서, 다소 텔레스코프 방식의 신축 부분을 형성한다. 다시 말해, 예컨대 도4 내지 도6에 도시되어 있는 바와 같이, 제2 중공 세로 섹션(3)은 다소 제1 중공 세로 섹션(2) 내로 삽입된다. 제2 중공 세로 섹션(3)이 제1 중공 세로 섹션(2) 내로 더욱 많이 삽입될수록, 좌굴에 대항하는 안정성은 더욱 높아진다. 제1 및 제2 중공 세로 섹션(2, 3)의 상호 간 상대적인 가로 하중은 접혀 중첩된 전이 영역(4)에 의해 흡수된다. 이와 관련하여, 에너지 흡수 장치를 텔레스코프 방식으로 신축하기 위한 능력은 유지된다. 접어 포개는 변형을 위해 요구되는 전이 영역(4)의 형상은 기본적으로 유지된다.

에너지 흡수 장치는 감마찰 코팅층(anti-friction coating)을 구비할 수 있다. 바람직하게는 감마찰 코팅층은 에너지 흡수 장치 전체에 형성되지만, 그렇지 않을 경우 적어도 제1 중공 세로 섹션(2)에 형성된다. 감마찰 코팅층은, 텔레스코프 방식으로 신축되는 동안 에너지 흡수 장치의 벽부들이 경우에 따라 서로 맞닿아 미끄러지는 점을 향상시킨다. 이런 점은 접어 포개는 변형의 용이한 진행을 보조한다.

감마찰 코팅층으로서는 바람직하게는 녹 방지 코팅층이 이용되는데, 이런 녹 방지 코팅층은 미끄럼 이동 특성을 갖는다. 감마찰 코팅층은 예컨대 음극 도장층(cathode-painting)일 수 있다.

도7에 도시한 변형된 에너지 흡수 장치(1')의 경우, 제2 세로 섹션(3)은 부분적으로 제1 세로 섹션 내에 텔레스코프 형태로 삽입되었고, 제1 세로 섹션은 전이 영역으로부터 출발하여 지름이 감소되면서 접혀 중첩되는 방식으로 변형되었다. S자 곡선 부분에서 제1 세로 섹션에 인접하는 그의 외측 부분은 만곡되었고, 그 외측 부분에 형성되는 유효한 접힘 영역(16)은 접혀 중첩되는 동안 S자 곡선부에서 제2 세로 섹션(3)에 인접하는 그의 내측 부분(13)으로부터 상대적으로 멀리 이격되었다. 에너지 흡수 장치의 말단부들(17, 18)은 상호 간에 더욱 가까워졌다.

전이 영역(4')은 변형되는 동안 이동된 접힘 영역(16)과 S자 곡선 부분에서 본질적으로 변형되지 않은 내측 부분(13)으로 형성된다. 새로운 전이 영역(4')은 제1 중공 세로 섹션으로부터 생성된 재료 부분(2')뿐 아니라, 원래의 S자 곡선부의 만곡된 부분(12')을 포함한다. 만곡된 S자 곡선 부분(12')은 변형된 에너지 흡수 장치(1')의 종단면도에서 평평한 U자 모양을 형성하는데, 왜냐하면 그 재료가 제1 세로 섹션과 비교하여 더욱 높은 강도로 인해 완전하게 만곡되지 않았기 때문이다. 원래의 제1 세로 섹션(2)으로부터는 잔여 부분(2')이 남게 된다.

도8은 범퍼와 차체 부분 사이에 배치되는 에너지 흡수 장치(1)를 구비하여 차량의 범퍼 및 차체 부분과 함께 이루어지는 시스템의 에너지 흡수 변형에 대한 힘-변위 그래프를 도시하고 있다. 가로축은 변위로서 전술한 시스템의 말단부들이 서로 접근하는 거리를 나타내며, 세로축은 시스템의 두 말단부들에 가해지는 힘을 나타낸다. 제1 변위 구간(19)은 후크(Hooke)의 영역을 포함한다. 제2 변위 구간(20)으로 전환됨과 더불어, 에너지 흡수 장치의 소성 변형이 개시된다. 제2 변위 구간(20)의 특성 곡선에서 힘 소모량은 부분적으로 상승하고, 그런 후에 다시 다소 감소한다. 이처럼 상승한 힘 소모량은 원래의 외측 S자 곡선 부분(12)을 만곡시키기 위해 필요하다.

제2 변위 구간(20)에서 힘 소모량이 감소한 후에, 제3 변위 구간(21)에서 힘 소모량은 도면 부호 22로 표시되는 값만큼 분명히 상승한다. 이와 같이 분명하게 상승하는 힘 소모량은 지름을 감소시키면서 접어 포갬으로써 외측의 제1 중공 세로 섹션(2)을 변형시키기 위해 요구된다.

다음에서는 일체형 에너지 흡수 장치(1)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 제조 방법에 대해 설명된다.

도9는 제1 횡단면 폭(5)을 가지며 출발 재료로서 이용되는 튜브(30)를 도시하고 있다. 튜브(30)는 부분적으로 제2 횡단면 폭(6)으로 수축되며, 이때 제1 및 제2 중공 세로 섹션(2, 3)이 형성된다. 튜브(30)를 압축함으로써, 세로 섹션들(2, 3) 사이에 접혀 중첩된 전이 영역(4)이 형성된다.

수축을 통해서, 수축에 관련되는 영역은 변형을 통해 강화된다. 수축에 관련되지 않는 튜브(30) 구간은, 다시 말해 제1 중공 세로 섹션(2)으로 형성되는 구간은 자체 강도를 유지한다.

도10은 본 발명에 따른 제조 방법의 제1 실시예를 도시하고 있다. 튜브(30)는, 횡단면 폭을 부분적으로 수축시키기 위해 다이(32)를 통해 화살표 방향(31)으 로 인발된다. 이와 관련하여 다이는 계단형으로 형성되는 구간(33), 바람직하게는 대략 원추형으로 가늘어지는 형태를 갖는 구간(33)을 포함한다. 그렇게 함으로써, 튜브(30)에는 그에 상응하게 계단형 전이 구간(34), 바람직하게는 대략 원추형으로 가늘어지는 전이 구간(34)이 생성된다.

도10에 도시한 상태에서, 튜브(30)의 변형은 다이(32)에 의해 실제로 종료되고, 제1 및 제2 세로 섹션(2, 3)이 형성된다. 다이(32)를 제거한 후에, 튜브는 압축된다. 다시 말해 세로 섹션들(2, 3)이 상호 간에 밀착된다. 그렇게 함으로써 대략 원추형으로 가늘어지는 전이 영역(34)은 접혀 중첩되고, 그에 따라 도4에 도시한 바와 같이 S자 형태를 가지면서 접혀 중첩된 전이 영역(4)이 생성된다.

이와 같은 방식으로, 세로 섹션들(2, 3) 사이에 위치하는 튜브(30)의 재료 구간은 특히 용이하게 2회 변형을 통해 강화된다. 이와 관련하여, 첫 번째 변형은 다이(32)를 이용하여 이루어지며, 두 번째 변형은 뒤이어 실행되는 압축에 의해 이루어진다. 2회 변형을 통해, 강도는 약 30 내지 40%만큼 증가할 수 있다.

본 발명의 개선 실시예에 따라, 에너지 흡수 장치의 벽부들은 보강 프로파일링 공정(profiling process)으로 처리되거나, 또는 부각 가공된다. 이런 점은 프로파일부를 형성하는 성형부를 구비한 다이에 에너지 흡수 장치를 통과시킴으로써 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 제조 방법의 제1 실시예의 변형예의 경우, 프로파일링 공정은 수축 공정 동안 이루어질 수 있다. 이를 위해 다이(32)의 성형 구간(33)은 프로파일부(25, 26)를 형성하는 성형부를 구비한다. 다시 말해 수축 공정 및 프로파 일링 공정은 동시에 이루어지며, 그에 따라 통합된 공정이다.

다이(32)를 적용한 후에, 튜브(30)의 제2 중공 세로 섹션(3)과, 대략 원추형으로 가늘어지고 상기 제2 중공 세로 섹션(3)에 인접하는 전이 구간의 영역은, 프로파일부를 구비하게 된다. 그에 이어서 압축 공정이 이미 설명한 바대로 이루어진다.

도11은 본 발명에 따른 제조 방법의 제2 실시예를 도시하고 있다. 본 실시예에 따라, 수축 공정은 컬링을 통해 이루어진다. 이와 관련하여 도11에는 컬링 다이(35)가 파선으로만 도시되어 있다. 컬링 다이는 튜브(30)에 상대적으로 화살표(36)의 방향으로 이동하고, 우선적으로 계단형 전이 구간, 바람직하게는 대략 원추형으로 가늘어지는 전이 구간(37)을 형성한다. 제2 횡단면 폭(6)이 만들어진 후에, 제2 중공 세로 섹션(3)이 형성된다.

본 실시예의 제조 방법에서도, 제조 방법의 제1 실시예와 관련하여 이미 설명했던 바와 같이, 수축 공정에 이어서 도4에 도시한 것과 같이 접혀 중첩된 전이 구간(4)을 형성하기 위한 압축 공정이 이루어진다. 2회의 변형을 통해 전이 영역(4)을 목표한 바대로 강화시키는 것이 바람직하다.

도12와 도13은 본 발명에 따른 제조 방법의 제3 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에서도, 수축 공정은 파선으로 도시된 컬링 다이를 이용한 컬링을 통해 이루어진다. 컬링 다이는 튜브(30)에 상대적으로 화살표 방향(38)으로 이동한다. 그러나 제2 실시예와 차이점은 이미 수축 공정 동안 압축이 이루어진다는 점에 있다. 다시 말해 압축 공정은 수축 공정에 통합된 공정이다.

제2 실시예의 경우, 수축 공정을 통해 "과도하게" 남게 되는 재료 부피가 튜브(30)의 전체 길이를 증가시켰으며, 이때 튜브(30)는 보다 작은 제2 횡단면 폭(6)을 가지면서 이후 형성될 제2 중공 세로 섹션의 쪽에서 팽창하였다. 본 발명에 따른 제조 방법의 제3 실시예의 경우, 수축 공정에 수반되는 재료 신장이 적어도 부분적으로 형성되거나, 또는 이미 형성된 제1 중공 세로 섹션(2) 쪽으로 편향되고, 그럼으로써 통합되어 압축이 이루어진다. 이와 관련하여, 튜브(30)의 말단부들(40, 41)이 적어도 본질적으로 상호 간에 이격된 간격으로 고정되면서, 편향이 이루어질 수 있다. 상기 고정은 도10과 도11에 축방향 저항체(42, 43)에 의해 상징적으로 표시되어 있다.

도12에는 컬링 다이(35)를 이용하여 이미 형성된 제1 중공 세로 섹션(2)과 이후 형성될 제2 중공 세로 섹션(3) 사이에 형성된 전이 영역이 도시되어 있다. 상기 전이 구간(39)은 본질적으로 계단식 윤곽 또는 원추형으로 가늘어지는 윤곽을 갖지만, 그 외에도 제1 및 제2 횡단면 폭(2, 5)을 갖는 섹션들 사이의 전환부에 다소 둥글게 형성되는 라인딩부를 포함할 수 있다. 도13에 따라서는 상기 전이 구간(39')은 통합된 압축 공정에 의해 계속해서 접혀지면서 중첩되는데, 다시 말해 상기 전이 구간(39')은 자체의 둥근 전환부를 이용하여 더욱 강력하게 S자 형태를 형성한다. 통합된 압축 공정은, 거의 도4에 도시한 접혀 중첩된 전이 영역(4)이 형성될 때까지 계속된다.

본 발명에 따른 제조 방법의 개선 실시예의 경우, 지름을 수축시킴으로써 해당하는 영역의 벽 두께는 증가한다. 이때, 수축 공정에 의해 "과도하게" 남게 되 는 재료 부피는 적어도 부분적으로 벽 두께를 증가시키기 위해 이용되는데, 특히 바람직하게는 제2 중공 세로 섹션의 벽 두께를 증가시키기 위해 이용된다.

본 발명에 따른 제조 방법의 변형예의 경우, 지름을 수축할 시에, 특히 접혀 중첩된 전이 영역(4)의 부분에서 튜브(30)의 벽 두께가 감소할 수 있다.

도14는 안정화된 전이 영역(4)을 구비한 본 발명에 따른 에너지 흡수 장치(1)를 도시하고 있다. 그 외에도 도14는 차량의 범퍼(44)와 차체(45) 사이에 에너지 흡수 장치가 배치되는 형태를 예시로서 도시하고 있다.

도14에 도시된 에너지 흡수 장치(12)의 경우, 전이 영역(4)의 절첩부(23)의 벽부들(46, 47)은, 다시 말해 내측의 S자 곡선 부분(13)에 할당되는 벽부들(46, 47)은 접합을 통해 상호 간에 결합된다. 접합은 접착, 용접 또는 납땜을 통해 이루어질 수 있다. 도14에 따라 내측의 S자 곡선 부분(13)의 내경부(15)에 도시된 접합 재료(49)는 2-성분 접착제이다. 접합에 의해, 접혀 중첩된 전이 영역(4)은 용이하게 안정화되고, 바깥쪽에 배치된 제1 중공 세로 섹션(2)에서 이루어지는 에너지 흡수 장치(1)의 변형을 보조한다.

본 발명의 변형예에 따라, 전이 영역(4)의 또 다른 절첩부(24)의 벽부들(47, 48)은, 다시 말해 외측의 S자 곡선 부분(12)에 할당된 벽부들(47, 48)은 접합에 의해 상호 간에 결합될 수 있다. 이와 같은 방식으로 안쪽에 배치되는 제2 중공 세로 섹션(3)에서 이루어지는 에너지 흡수 장치의 변형이 보조된다.

접합을 통한 안정화는, 용이한 가공 경화 방법(work hardening)이나, 또는 접혀 중첩된 전이 영역(4)에 프로파일부를 제공하는 방법과 유사한 효과를 갖는다. 제조 방법에서 접합을 통한 안정화는 접혀 중첩된 전이 영역(4)을 가공 경화하지 않거나, 또는 매우 극미하게만 가공 경화하면서 달성할 수 있다.

Claims (24)

1. 제1 횡단면 폭(5)을 갖는 제1 중공 세로 섹션(2)과 제2 횡단면 폭(6)을 갖는 제2 중공 세로 섹션(3)뿐 아니라, 그 중공 세로 섹션들(2, 3) 사이에 접혀 중첩된 전이 영역(4)을 포함하는 에너지 흡수 장치(1)에 있어서,

   상기 제2 중공 세로 섹션(3)은 상기 제1 중공 세로 섹션(1)보다 더욱 높은 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제2 중공 세로 섹션(3)은 변형을 통해 자체에 더욱 높은 강도를 획득한 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제2 중공 세로 섹션(3)은 상기 제1 중공 세로 섹션(2)보다 더욱 두꺼운 벽 두께(11)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 전이 영역(4)은 상기 제1 중공 세로 섹션(2)보다 더욱 높은 강도를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 흡수 장 치(1)는 자체 벽부에 보강 프로파일부(25, 26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 프로파일부(25, 26)는 본질적으로 상기 에너지 흡수 장치(1)의 세로 방향으로 연장되면서 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 프로파일부(25)는 대략 상기 제2 중공 세로 섹션(3)의 전체 영역에 걸쳐 연장되는 방식으로 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
8. 제5항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 프로파일부(26)는 접혀 중첩된 전이 영역(4)에서 상기 제2 중공 세로 섹션(3)에 인접하는 방식으로 제공되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 전이 영역(4)은 약 1mm 내지 약 4mm 범위, 특히 바람직하게는 약 1.5mm 범위의 적어도 하나의 내경부(14, 15)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 전이 영역(4)은 상 기 제2 중공 세로 섹션(3)의 측면에 형성되는 절첩부(23)를 포함하고, 이 절첩부의 벽부들(46, 47)은 접합(49)에 의해 상호 간에 결합되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
11. 제10항에 있어서, 상기 벽부들(46, 47)은 상호 간에 용접되거나, 납땜되거나, 또는 접착되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 흡수 장치는 약 1mm 내지 약 4mm 범위, 바람직하게는 약 1.5mm 내지 약 2.5mm 범위의 벽 두께(10, 11)를 갖는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
13. 제1항 내지 제12항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 에너지 흡수 장치(1)는 일체형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 에너지 흡수 장치.
14. 제1 횡단면 폭(5)을 갖는 제1 중공 세로 섹션(2)과 제2 횡단면 폭(6)을 갖는 제2 중공 세로 섹션(3)뿐 아니라, 그 중공 세로 섹션들(2, 3) 사이에서 접혀 중첩된 전이 영역(4)을 포함하는 일체형 에너지 흡수 장치(1)를 제조하기 위한 제조 방법이며,

    제1 횡단면 폭(5)을 갖는 튜브(30)를 제2 횡단면 폭(6)으로 부분적으로 수축시키면서, 제1 및 제2 횡단면 폭(5, 6)을 각각 갖는 중공 세로 섹션들(2, 3)을 형 성하는 단계와,

    상기 튜브(30)를 압축함으로써 접혀 중첩된 전이 영역(4)을 형성하는 단계를 포함하는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
15. 제14항에 있어서, 수축 공정 동안 압축 공정을 실행하는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
16. 제14항 또는 제15항에 있어서, 수축 공정에 수반되는 재료 신장이 적어도 부분적으로 상기 제1 중공 세로 섹션(2) 방향으로 편향되고, 상기 세로 섹션들 사이에서는 전이 영역(39, 39')이 접혀 중첩되는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
17. 제14항 내지 제16항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브(30)의 두 말단 영역(40, 41)은 튜브의 세로 방향으로 수축이 이루어지는 동안 고정되고, 이때 상기 수축 공정에 수반하여 재료가 신장되고, 상기 중공 세로 섹션들(2, 3) 사이의 전이 영역(39, 39')은 접혀 중첩되는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
18. 제14항 내지 제17항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 수축 공정 후에 압축 공정이 실행되는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
19. 제14항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제2 중공 세로 섹션(3)의 벽 두께(11)는 수축 공정 동안 증가하는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
20. 제14항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수축 공정은 컬링에 의해 이루어지는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
21. 제14항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수축 공정은 횡단면 폭이 좁아지는 다이(32)에 상기 튜브(30)를 통과시킴으로써 이루어지는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 수축 공정으로 상기 세로 섹션들(2, 3) 사이에 계단식 전이 영역, 바람직하게는 원추형 전이 영역(34, 37)이 형성되는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
23. 제14항 내지 제22항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 상기 에너지 흡수 장치(1)의 벽부는 수축 공정 동안 보강 프로파일부를 획득하는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.
24. 제21항 내지 제22항 중 어느 한 항과 제23항에 있어서, 수축 공정 및 프로파일링 공정은 동일한 다이(32)로 이루어지는 일체형 에너지 흡수 장치 제조 방법.

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