KR20080057967A - 차량용 에어 탱크 및 이의 제조 방법 - Google Patents

차량용 에어 탱크 및 이의 제조 방법 Download PDF

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장웅성
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김주호
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Abstract

차량의 엔진과 연동하는 공기 압축기에 의해 만들어진 압축 공기를 저장할 수 있도록 내부에 수용 공간부를 구비하는 알루미늄 재질의 중공형 몸체; 마찰 교반 용접에 의해 상기 중공형 몸체와 접합되는 알루미늄 재질의 엔드 캡; 상기 중공형 몸체에 접합되며, 상기 압축 공기가 유입되는 유입관; 상기 중공형 몸체에 접합되며, 상기 압축 공기가 유출되는 유출관; 및 상기 중공형 몸체에 접합되며 응축수를 배출시키는 배수관을 포함하는 차량용 에어 탱크를 제공한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 상기 중공형 몸체는 알루미늄 판재를 벤딩한 후, 이 판재의 양단부가 밀착되는 제1 접합부를 마찰 교반 용접으로 접합하여 형성할 수 있다. 그리고, 상기 몸체와 엔드 캡이 밀착되는 제2 접합부는 다단 형상 또는 맞대기 형상으로 형성할 수 있고, 상기한 유입관, 유출관 및 배수관은 아크 용접으로 형성한 제3 접합부에 의해 중공형 몸체에 접합할 수 있다.
마찰, 교반, 상용차, 에어 탱크, 접합 툴

Description

차량용 에어 탱크 및 이의 제조 방법{AIR TANK FOR VEHICLE AND FABRICATING METHOD THEREOF}
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어 탱크의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 도 2 및 도 4에 도시한 제1 접합부의 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시한 제2 접합부의 실시예들을 나타내는 단면도이다.
도 7은 도 4에 도시한 유입관(유출관)의 확대도이다.
도 8은 도 4에 도시한 배수관의 확대도이다.
본 발명은 상용차를 포함하는 중대형 차량의 브레이크 시스템에 사용되는 차량용 에어 탱크 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄으로 이루어진 에어 탱크 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
중대형 차량, 특히 상용차에 구비되는 공기식(full air type) 브레이크 시스 템은 일반적으로 엔진에서 발생된 동력으로 구동되어 고압의 압축 공기(대략 8∼10kgf/㎠)를 생산하는 에어 컴프레서(air compressor)와, 상기 압축 공기를 저장하는 에어 탱크와, 에어 탱크에 저장된 압축 공기에 의해 가압되는 다이어프램(diaphram)을 구비한 브레이크 챔버(brake chamber)를 포함한다.
이 중에서 상기 에어 탱크는 중대형 차량에 5∼6개가 분할 장착이 되어 사용되는데, 종래에는 상기 에어 탱크를 모두 철제로 제조하였다.
그러나, 상기 철제 에어 탱크는 중량이 무겁기 때문에 차량의 연비가 저하되는 단점이 있으며, 에어 탱크의 내부 및 외부에 부식이 발생하는 단점이 있다.
철제 에어 탱크의 상기한 문제점을 해결하기 위해, 근래에는 알루미늄 에어 탱크가 개발되고 있다.
알루미늄 에어 탱크의 한 예로, 국내 실용신안등록 출원번호 2003-0007491호는 중공의 원통형 몸체와 커버의 용접시 커버의 일측에 변형 방지부를 형성하여 원통형 몸체와 커버의 이음 부위에 대한 가스 메탈 아크 용접(GMAW; gas metal arc welding) 용접부를 안정적으로 균일하게 처리하여 제품의 품질을 향상시킨 차량용 에어 탱크가 개시되어 있다.
그러나, 상기한 선행 기술은 알루미늄 와이어를 사용하는 가스 메탈 아크 용접을 적용하고 있으므로, 가스 메탈 아크 용접으로 작업한 용접부의 내부식성이 저하되어 용접부의 변형, 균열 및 부식 현상이 발생하기 쉬운 문제점이 있다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 경량화 및 접 합부 내부식성이 향상되고 변형 및 균열이 제거된 차량용 에어 탱크를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량용 에어 탱크를 효과적으로 제조할 수 있는 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적은,
차량의 엔진과 연동하는 공기 압축기에 의해 만들어진 압축 공기를 저장하기 위한 차량용 에어 탱크에 있어서,
상기 압축 공기를 저장할 수 있도록 내부에 수용 공간부를 구비하는 알루미늄 재질의 중공형 몸체;
마찰 교반 용접에 의해 상기 중공형 몸체와 접합되는 알루미늄 재질의 엔드 캡;
상기 중공형 몸체에 접합되며, 상기 압축 공기가 유입되는 유입관;
상기 중공형 몸체에 접합되며, 상기 압축 공기가 유출되는 유출관; 및
상기 중공형 몸체에 접합되며, 응축수를 배출시키는 배수관
을 포함하는 차량용 에어 탱크에 의해 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 중공형 몸체는 알루미늄 판재를 벤딩한 후, 이 판재의 양단부가 밀착되는 제1 접합부를 마찰 교반 용접으로 접합하여 형성할 수 있다. 이때, 상기 제1 접합부는 맞대기 형상으로 형성할 수 있으며, 제1 접합부의 두께를 다른 부분에 비해 더 두껍게 형성할 수 있다.
그리고, 상기 몸체와 엔드 캡이 밀착되는 제2 접합부는 다단 형상 또는 맞대기 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기한 유입관, 유출관 및 배수관은 가스 메탈 아크 용접으로 형성한 제3 접합부에 의해 중공형 몸체에 접합할 수 있다.
이러한 구성의 차량용 에어 탱크는,
알루미늄 판재를 원형의 통형상으로 벤딩하고, 알루미늄 판재의 양단부가 밀착된 부분에서 마찰 교반 용접을 실시하여 제1 접합부를 형성함으로써 중공형 몸체를 형성하는 단계; 및
알루미늄 재질의 엔드 캡과 중공형 몸체가 밀착된 부분에서 마찰 교반 용접을 실시하여 제2 접합부를 형성하는 단계
를 포함하는 에어 탱크 제조 방법에 의해 제조할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 상기 중공형 몸체에는 가스 메탈 아크 용접에 의해 배수관을 접합할 수 있고, 엔드 캡에는 가스 메탈 아크 용접에 의해 유입관과 유출관을 접합할 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 에어 탱크의 제조 방법을 순차적으로 나타내는 도면을 도시한 것이고, 도 5a 및 도 5b는 도 2 및 도 4에 도시한 제1 접합부의 실시예들을 나타내는 단면도이며, 도 6a 내지 도 6c는 도 4에 도시한 제2 접합부의 실시예들을 나타내는 단면도이다.
그리고, 도 7은 도 4에 도시한 유입관(유출관)의 확대도이고, 도 8은 도 4에 도시한 배수관의 확대도이다.
본 발명의 실시예에 따른 에어 탱크(100)는 양측이 개방된 알루미늄 재질의 중공형 몸체(110)를 포함한다.
상기 몸체(110)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이 알루미늄 판재(112)를 에어 탱크의 형상인 원형 통형상으로 벤딩하고, 알루미늄 판재(112)의 양단부가 밀착된 부분에서 마찰 교반 용접을 실시하여 제1 접합부(FSW1)를 형성함으로써 제조할 수 있다.
여기에서, 상기 마찰 교반 용접은 두 개의 부재를 동일한 축상으로 서로 맞대어 회전 가능하게 지지한 다음, 두 소재가 맞댄 상단에서 고속으로 회전하는 특수한 형상의 용접 툴(140)을 삽입한 뒤, 두 소재를 맞댄 상태로 회전시키면 마찰열에 의해 맞댄 영역이 열 및 기계적으로 교반되어 동적 재결정됨으로써 두 소재가 접합되도록 구성한 용접 방법을 말한다.
이러한 마찰 교반 용접은 고상에서 이루어지므로, 환경친화적이며 접합 후 열변형과 결함 발생이 매우 적은 장점이 있다.
또한, 접합부의 고유의 내부식성이 거의 유지될 뿐만 아니라 소모성 재료가 없기 때문에 제조 단가 또한 절감되고, 고속 접합이 가능하여 생산량 증가가 가능한 장점이 있다.
구체적으로 도시하지는 않았지만 상기한 용접 툴(140)은 회전 유닛에 의해 설정 속도로 회전하는 숄더와, 숄더의 단부에 구비되는 핀을 포함할 수 있다.
그리고, 상기 숄더는 도시하지 않은 이송 유닛에 의해 접합부를 따라 이송될 수 있으며, 상기 핀에는 소성 유동을 효과적으로 발생시키기 위해 나사 형태의 홈들이 형성될 수 있다.
한편, 상기한 마찰 교반 용접시에 변형을 최소화시키면서 접합부를 충분히 재결정시킬 수 있도록 하기 위해, 알루미늄 판재(112)의 양 단부는 도 5a에 도시한 바와 같이 맞대기 형상으로 형성할 수 있다.
그리고, 상기 알루미늄 판재(112)의 양 단부는 도 5b에 도시한 바와 같이 다른 부분의 두께(t)보다 더 두꺼운 두께(t1)로 형성할 수 있다. 이러한 구성에 의하면, 접합 후 소재가 움푹 들어가는 것을 방지할 수 있는 장점이 있다.
상기한 방법에 따라 제조된 몸체(110)의 양단부에는 엔드 캡(120)이 고정된다. 상기 엔드 캡(120)은 알루미늄 재질로 이루어지며, 도 4에 도시한 바와 같이 용접 툴(140)을 이용한 마찰 교반 용접에 의해 제2 접합부(FSW2)에서 몸체(110)에 고정된다.
이때, 제2 접합부(FSW2)는 도 6a 내지 도 6c에 도시한 바와 같이 다단 형상으로 형성되거나, 맞대기 형상으로 형성될 수 있다.
그리고, 상기 엔드 캡(120)에는 공기 압축기에서 만들어진 압축 공기가 유입되는 유입관(122)과. 압축 공기가 유출되는 유출관(124)이 제3 접합부(GMAW3)에서 접합되고, 상기 몸체(110)에는 응축수를 배출하는 배수관(114)이 제3 접합부(GMAW3)에서 접합된다.
이때, 상기 제3 접합부(GMAW3)는 알루미늄 와이어를 이용한 가스 메탈 아크 용접으로 형성한다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
상기한 바와 같이 본 발명의 실시예에 의한 차량용 에어 탱크는 몸체와 엔드 캡이 알루미늄 재질로 이루어지므로, 종래의 철제 에어 탱크에 비해 경량화가 가능하여 차량의 연비를 향상시킬 수 있다.
그리고, 마찰 교반 용접을 이용하여 각 부품(몸체 및 엔드 캡)의 접합을 실시하므로, 접합부의 내부식성을 향상시킬 수 있다.
즉, 종래의 철제 에어 탱크는 에어의 응축으로 인해 발생하는 응축수로 인해 탱크 내부와 접합부에서 부식이 발생하는 문제점이 있었지만, 상기한 마찰 교반 용접은 고상 접합이기 때문에 탱크 내부 및 접합부 내부식성을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 접합 속도를 증가시키더라도 가스 메탈 아크 용접에 비해 결함 발생률이 낮으므로 접합 속도 향상으로 인한 생산량 증가가 가능하다며, 비소모성 용접 툴을 사용하고 쉴드 가스가 필요하지 않기 때문에 차량용 에어 탱크의 제조 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 차량의 엔진과 연동하는 공기 압축기에 의해 만들어진 압축 공기를 저장하기 위한 차량용 에어 탱크에 있어서,
    상기 압축 공기를 저장할 수 있도록 내부에 수용 공간부를 구비하는 알루미늄 재질의 중공형 몸체;
    마찰 교반 용접에 의해 상기 중공형 몸체와 접합되는 알루미늄 재질의 엔드 캡;
    상기 중공형 몸체에 접합되며, 상기 압축 공기가 유입되는 유입관;
    상기 중공형 몸체에 접합되며, 상기 압축 공기가 유출되는 유출관; 및
    상기 중공형 몸체에 접합되며, 응축수를 배출시키는 배수관
    을 포함하는 차량용 에어 탱크.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 중공형 몸체는 알루미늄 판재를 벤딩한 후, 이 판재의 양단부가 밀착되는 제1 접합부를 마찰 교반 용접으로 접합하여 형성되는 차량용 에어 탱크.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 제1 접합부는 맞대기 형상으로 형성되는 차량용 에어 탱크.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 접합부의 두께가 다른 부분에 비해 더 두껍게 형성되는 차량용 에어 탱크.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 몸체와 엔드 캡이 밀착되는 제2 접합부는 다단 형상 또는 맞대기 형상으로 형성되는 차량용 에어 탱크.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 유입관, 유출관 및 배수관은 아크 용접으로 형성한 제3 접합부에 의해 중공형 몸체에 접합되는 차량용 에어 탱크.
  7. 알루미늄 판재를 원형의 통형상으로 벤딩하고, 알루미늄 판재의 양단부가 밀착된 부분에서 마찰 교반 용접을 실시하여 제1 접합부를 형성함으로써 중공형 몸체를 형성하는 단계; 및
    알루미늄 재질의 엔드 캡과 중공형 몸체가 밀착된 부분에서 마찰 교반 용접을 실시하여 제2 접합부를 형성하는 단계
    를 포함하는 에어 탱크 제조 방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 중공형 몸체에는 아크 용접으로 제3 접합부를 형성하여 배수관을 접합하고, 엔드 캡에는 아크 용접으로 제3 접합부를 형성하여 유입관과 유출관을 접합하는 에어 탱크 제조 방법.
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