KR20110044887A - 구조 보강 시스템 - Google Patents

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KR20110044887A
KR20110044887A KR1020117005206A KR20117005206A KR20110044887A KR 20110044887 A KR20110044887 A KR 20110044887A KR 1020117005206 A KR1020117005206 A KR 1020117005206A KR 20117005206 A KR20117005206 A KR 20117005206A KR 20110044887 A KR20110044887 A KR 20110044887A
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shaped
carrier
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KR1020117005206A
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빈센트 벨페이르
도미니크 멜라노
입스 반덴베르그
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시카 테크놀러지 아게
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Abstract

구조적 보강 시스템(20)의 다양한 실시예들이 개시된다. 상기 시스템은 제품의 구조적 강성을 증가시키도록 다양한 제품 내부의 공동의 캐버티를 보강한다. 상기 시스템은 일반적으로 경질의 캐리어(22), 접합재(40) 및 삽입물(30)을 포함한다. 경질의 캐리어는 캐버티 내부에 일차적인 구조 보강을 제공하며 또한 접합재를 지탱하는 기판의 역할을 한다. 삽입물은 보강 시스템의 구조적 강성을 증가시키기 위해 제공된다.

Description

구조 보강 시스템{Structural reinforcement system}
본 발명은 구조 보강 시스템에 관한 것으로, 보다 상세히 말하면 공동 프레임을 구비하는 각종차량 및 비행기등의 운송수단에 있어 구조 보강 시스템에 대한 것이다.
자동차, 트럭, 보트, 기차 및 비행기는 대개 공동의 캐버티를 구비하는 프레임을 포함한다. 공동의 캐버티는 종종 재료비를 절감할 뿐만 아니라 제품의 전체 중량을 감소시키기 위해서 이러한 제품 내에 형성된다. 그러나, 공동의 캐버티의 프레임 내부로의 도입은 프레임의 전체 강도를 감소시킬 수 있으며 또한 차량의 다른 부분들 내부에서의 소음과 진동을 증가시킬 수 있다.
이러한 악영향 및 다른 악영향들을 경감시키기 위해서, 공동의 캐버티는 대개 다양한 접합재들을 포함하는 보강재를 포함한다. 이러한 보강재는 제품의 구조적 강성은 증가시키면서 소음 및 진동을 감소시킬 수 있어서, 현저한 중량 및 재료비 절감을 허용한다. 보강 시스템은 경질의 캐리어에 도포되는 팽창성 발포체와 같은 접합재를 포함할 수 있다. 발포체는 제조 공정 동안 팽창하여, 발포체가 공동의 캐버티의 벽에 접촉하면서 경질의 캐리어를 적절한 자리에 고정시킨다. 보강 시스템은 신규한 형상, 재질 및 구성을 이용하여 다른 이득 뿐만 아니라 추가적인 구조 보강을 제공할 수 있다.
구조 보강 시스템의 다양한 실시예들이 개시된다. 상기 시스템은 제품의 구조적 강성을 증가시키기 위해서 다양한 제품들 내부의 공동의 캐버티들을 보강한다. 상기 시스템은 일반적으로 경질의 캐리어, 접합재 및 삽입물을 포함한다. 경질의 캐리어는 캐버티 내부에 일차적인 구조 보강을 제공하며 또한 접합재를 지탱하는 기판의 역할을 한다. 삽입물은 보강 시스템의 구조적 강성을 증가시키기 위해 제공된다. 또한, 상기 시스템은 특정한 위치에서 제품의 구조적 강성을 증가시킴으로써 특정한 상황을 처리하며 특정한 부하 방향을 처리하도록 구성될 수 있다.
본 발명에 따른 특징적인 구조 보강 시스템에 의하면, 경량을 유지하면서도 공동 프레임의 강성을 증가시키고 소음과 진동을 줄이며, 요구 및 특정 상황에 따라 용이하게 변형 장착될 수 있다.
도 1은 다수 개의 캐버티를 구비하는 자동차 프레임의 사시도이다.
도 2는 구조 보강 시스템의 사시도이다.
도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 절단한 도 2의 구조 보강 시스템의 단면도이다.
도 4A는 캐버티 내부에 배치된 일 구조 보강 시스템의 측면도이다.
도 4B는 도 4A의 구조 보강 시스템의 상면도이다.
도 5A는 수평의 캐버티 내부의 다른 구조 보강 시스템의 측면도이다.
도 5B는 도 5A의 구조 보강 시스템의 상면도이다.
도 6A는 수평의 캐버티 내부의 또 다른 구조 보강 시스템의 측면도이다.
도 6B는 도 6A의 구조 보강 시스템의 상면도이다.
도 7 내지 도 11은 캐버티 내부에 배치된 다양한 구성의 구조 보강 시스템들의 단면도이다.
도 12는 노드(node)의 굽힘부(elbowed portion) 내에 배치된 구조 보강 시스템의 측면도이다.
도 13은 체결구를 포함하는 또 다른 구조 보강 시스템의 사시도이다.
도 14는 도 13에 도시된 구조 보강 시스템의 하부의 확대 사시도이다.
도 1은 개시된 구조 보강 시스템을 이용하여 보강될 수 있는 많은 캐버티들을 포함하는 차량 프레임(10)을 도시한다. 이러한 캐버티들은 어떠한 크기, 형상 또는 방위로도 형성될 수 있으며, 다양한 금속, 복합체 및/또는 플라스틱을 포함하는 어떠한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들면, 차량 프레임(10) 내부의 잠재적으로 보강 가능한 캐버티들은 A-필러(A-pillar; 12), B-필러(14), 로커(rocker; 16) 및 프레임 레일(18)을 포함하는 프레임의 다양한 부분들 내부에서 발견될 수 있다. 추가적인 적용예로는 C-필러, D-필러, 루프 레일, 횡단 빔 등을 포함한다. 일반적으로, 차량 프레임(10) 내부의 이러한 공동의 캐버티들을 보강함으로써 차량 프레임(10)의 구조적 강성이 크게 향상될 수 있다. 물론, 개시된 구조 보강 시스템은 제품의 구조적 강성을 증가시키기 위해서 다른 제품들에서도 또한 사용될 수 있으며, 차량 프레임 내부의 공동의 캐버티들에 한정되지 아니한다.
도 2는 차량 프레임(10) 내부의 캐버티를 보강하기 위한 일 구조 보강 시스템의 사시도이다. 캐버티는 차량 프레임(10)의 다양한 위치 내부와 같이 제품의 어떠한 부분 내부에도 위치될 수 있다. 전형적으로는, 시스템(20)은 A-필러(12) 내부와 같은 특정한 캐버티를 위해 디자인되지만, 시스템(20)은 다른 면적을 갖는 캐버티들에 일반적으로 적합하도록 디자인될 수도 있다. 시스템(20)은 캐버티의 일 부분에 적합하도록 디자인되거나 전체 캐버티에 적합하거나 전체 캐버티를 충전하도록 디자인될 수 있다. 시스템(20)은 전형적으로는 제조 공정 동안 캐버티 내부에 배치될 수 있는 휴대용 어셈블리이다. 하기에 상세하게 설명되는 바와 같이, 시스템(20)은 일반적으로 경질의 캐리어(22), 삽입물(30) 및 접합재(40)를 포함한다. 물론, 시스템(20)은 또한 하나 또는 그 이상의 화학적 또는 기계적 체결구 또는 시스템(20)을 강화하거나 특정 적용예에 맞출 수 있는 다른 요소를 포함할 수 있다.
캐리어(22)는 일반적으로 캐버티 내부에 구조 보강을 제공하며 접합재(40)를 위한 베이스 또는 기판을 제공하는 경질의 구조이다. 캐리어(22)는 단일의 재질로 형성되거나, 함께 체결되는 별개의 구성 요소들로 형성될 수 있다. 캐리어(22)는 다양한 금속, 플라스틱, 복합체, 다양한 폴리아미드 등을 포함하는 어떠한 개수의 서로 다른 재질로도 형성될 수 있다. 물론, 특정한 디자인의 선택은 무게, 세기, 및 재질을 특정한 형상 또는 구성으로 형성하는 능력에 기인할 수 있기 때문에, 이러한 특정 재질 또는 재질들은 또한 특정한 적용예에 좌우될 수 있다. 캐리어(22)는 원통형, 직사각형, 윤곽진 형상, 각진 형상, 굽은 형상, 만곡된 형상 및/또는 캐버티 내부에 적합하도록 디자인된 어떠한 개수의 형상 조합들도 포함하는 편평한 형상의 부분들을 포함하는 다양한 형상 및 구성으로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(22)는 균일하게 이격되며 하나 또는 그 이상의 수직 벽에 의해서 연결된 복수 개의 리브들을 포함한다. 예를 들면, 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(22)는 복수 개의 가로 리브(26)에 연결된 복수 개의 세로 리브(24)를 포함한다. 물론, 캐리어(22)는 리브의 어떠한 개수, 형상 및 구성도 포함할 수 있도록 구성될 수 있다. 일반적으로, 각각의 리브는 노출된 수직면들 및 캐버티 벽에 가까이 인접하여 위치되는 노출된 수평면들을 포함한다. 대체적으로, 접합재(40)는 리브(24, 26)의 외측면들과 같이 캐리어(22)의 외측면 상에 배치된다. 리브(24, 26)의 두께 및 간격은 특정한 적용예에 따라 실질적으로 가변될 수 있다. 그러나, 리브(24, 26)는 2 내지 8mm 사이의 두께를 가지며, 20 내지 40mm 사이의 간격으로 이격될 수 있다. 물론, 이러한 디자인의 선택은 특정한 적용예의 성능 요구 조건에 의한 영향을 받을 수 있다. 가로 리브(24)는 대체적으로 캐버티 벽이 부하의 주요 방향 또는 그 영역의 국부적 부분의 허용 가능한 한도를 넘어 변형될 가능성을 줄이도록 압축력을 받는다. 세로 리브(26)는 대체적으로 인장력을 받는다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(22)의 리브(24, 26)는 접합재(40)를 수용하기 위해 또한 사용될 수 있는 복수 개의 리세스(28)를 제공하도록 구성된다.
접합재(40)는 팽창성 발포체, 구조적 발포제, 접착제, 구조적 접착제, 유동성 물질, 또는 캐리어(22)를 캐버티 벽에 접합하기 위한 이들의 몇몇 조합일 수 있다. 일반적으로, 접합재(40)는 캐리어(22) 상에 배치되어, 활성화 공정을 겪은 후에 캐리어(22)를 캐버티 벽에 접합시킨다. 캐리어(22)는 대체적으로 접합재(40)를 리브(24, 26)의 교차 지점에 형성될 수 있는 리세스(28)와 같은 보유 영역 내부에 보유되도록 한다. 접합재(40)는 아교, 접착제 또는 기계적 클립과 같은 화학적 또는 기계적 체결구를 포함하는 이용 가능한 방법을 이용하여 리세스(28) 내부에 보유될 수 있다. 캐리어(22)는 일반적으로 접합재(40)를 수용하기 위한 적어도 하나의 리세스(28)를 포함한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(22)는 캐리어(22) 전체에 걸쳐 주기적으로 이격되며 리세스(28) 내부에 배치되어 리세스(28) 외부로 돌출되는 접합재(4)의 일부를 포함하는 다수의 리세스(28)를 포함한다. 그러나, 접합재(40)는 활성화 후에, 접합재(40)가 캐버티 내부에서 캐리어(22)를 적절한 자리에 고정시킬 수 있으며 대체적으로 추가적인 구조적 보강을 제공하도록 캐리어(22)의 어떠한 면에도 배치될 수 있다. 일반적으로, 접합재(40)가 팽창성 물질 또는 유동성 물질인 경우, 캐리어(22)는 대체적으로 복수 개의 리세스(28)를 구비하도록 구성된다. 그러나, 접합재(40)가 구조적 접착제인 경우, 캐리어(22)는 구조적 접착제에 접합되기 위한 하나 또는 그 이상의 실질적으로 편평한 외측면들을 구비하도록 구성된다.
대체적으로, 캐리어(22)는 매우 다양한 형상들로 손쉽게 형성되는 플라스틱 또는 복합 재질로 이루어질 수 있다. 일반적으로, 플라스틱으로부터의 캐리어(22)의 형성은 제품의 전체 무게를 감소시키면서 캐버티가 보강될 수 있도록 한다. 또한, 플라스틱은 신규한 형상 또는 디자인을 통하여 구조 보강을 향상시킬 수 있는 삼차원의 복합 입체 형성으로 형성될 수 있다. 그러나, 이러한 물질들은 대체적으로 철 또는 스틸과 같은 금속보다는 약한 구조 보강을 제공한다, 반면에, 금속은 삼차원의 복합 입체 형상을 형성하기에는 플라스틱 또는 복합체보다는 더 무겁고 더 어렵지만, 플라스틱 또는 복합체보다는 더 우수한 구조 보강을 제공한다. 그러므로, 하기에 상세하게 설명되는 바와 같이, 시스템(20)은 다양한 구성으로 하나 또는 그 이상의 금속 삽입물(30)을 포함함으로써 경량을 유지하며 및 손쉽게 형성 가능토록 하면서 캐버티에 향상된 보강을 체공할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 또한 삽입물(30)을 포함한다. 삽입물(30)은 도 2에 도시된 바와 같이, 캐리어(22) 내부에 배치되는 연장된 실질적으로 편평한 플레이트이다. 삽입물(30)은 금속으로 이루어질 수 있으며, 반면에 캐리어(22)는 삽입물(30) 주위에 오버몰드되는 경질의 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 전형적으로 시스템이 인장 부하를 받게 되는 부하 적용물과 마주하는 캐버티 벽 주위에 세로로 또는 가로로 배치된다. 이러한 구성에서, 시스템(20)은 금속의 증가된 구조 보강의 이득을 얻음과 동시에 감소된 무게 및 플라스틱의 삼차원의 복합 입체 형상을 형성하는 능력의 이득을 얻게 된다. 삽입물(30)은 시스템(20)이 어떠한 형상 및 크기의 캐버티도 보강할 수 있도록 어떠한 방위 및 어떠한 형상으로도 형성될 수 있다. 또한, 삽입물(30)은 특수한 요구 조건을 처리하기 위해서 특정한 국부적 영역 및 방위로 추가적인 구조 보강을 제공할 수 있다. 예를 들면, 실험 데이터에 의하면, 캐버티가 특정 방위로 응력이 가해질 때, 원하는 양보다 더 크게 변형된다는 것을 알 수 있다. 그러면, 보강 시스템은 특정한 변형이 일어난 것을 처리하기 위해서 특정한 위치 및 방위로 삽입물(30)을 이용하여 확대될 수 있다. 하기에 상세하게 설명되는 바와 같이, 구조 보강 시스템은 전체 제품에 추가되는 무게의 양을 최소화하면서도 특정한 변형 관계를 처리하거나 특정한 고객 요구 조건을 처리하도록 전략적으로 위치되는 하나 또는 그 이상의 삽입물(30)을 이용하여 확대될 수 있다. 삽입물(30)은 또한 금속과 유사한 향상된 구조 보강을 제공할 수 있는 섬유 매트일 수 있다. 예를 들면, 섬유 매트는 열 가소성 물질로 이루어진 열성형된 라미네이트(laminate)일 수 있다. 이러한 섬유 매트는 경량의 하이브리드 구조를 형성하기 위한 플라스틱을 이용한 오버몰딩 공정을 통하여 형성될 수 있다.
프레임 레일(18)과 같은 차량 프레임(10)의 레일 형상의 캐버티에 힘이 가해지면, 레일은 가로 방향으로 변형되는 경향이 있으며 레일의 일 구간은 하중을 수용하는 국부적 영역 내부의 허용 가능한 한도를 넘어 변형될 수 있다. 이러한 국부적 변형은 전체 레일의 구조적 무결성에 악영향을 미칠 수 있다. 전형적으로, 이러한 레일은 캐리어(22) 및 접합재(40)를 포함하는 구조 보강 시스템을 이용하여 보강될 수 있다. 이러한 보강 시스템은 압축되는 동안은 레일의 구조적 강성을 증가시킬 수 있으며, 하중으로의 정상적인 방향으로 인장되는 동안은 레일의 구조적 강성을 반드시 증가시키지는 아니한다. 삽입물(30)은 변형의 허용 가능하지 아니한 양에 영향받기 쉬운 위치 및 방향으로 시스템(20) 내부에 포함될 수 있다. 이러한 변형은 레일의 일 영역에 제한되지 아니하기 때문에, 다수의 보강 시스템들(20)이 레일의 전체 길이를 보강하기 위해서 사용될 수 있다. 또한, 캐리어(22)에 고정되는 다수의 삽입물(30)을 포함하는 하나의 시스템(20)이 사용될 수 있다.
일반적으로, 시스템(20)은 플라스틱으로 이루어진 리브 구조(ribbed structure)일 수 있는 캐리어(22)에 둘러싸인 스틸 또는 알루미늄으로 이루어진 금속 플레이트인 삽입물(30)을 포함한다. 시스템(20)은 또한 하나 또는 그 이상의 캐버티 벽에 캐리어(22)을 접합시키는 팽창성 발포체를 포함한다. 삽입물(30)은 실질적으로 편평한 금속 플레이트일 수 있으며, 또는 U자형, S자형 또는 W자형과 같은 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 금속으로 이루어진 삽입물(30)을 포함함으로써, 시스템(20)은 금속 캐버티에 용접될 수 있다.
도 3은 도 2의 3-3선을 따라 자른 구조 보강 시스템(20)의 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 접합재(40)가 팽창된 이후에 캐버티 벽(19)과 캐리어(22)와 접촉되도록 구성되어, 추가적인 구조 보강을 제공하면서 캐리어(22)를 적절한 자리에 고정한다. 전형적으로, 접합재(40) 및 캐리어(22)는 활성화 이전에 시스템(20)과 캐버티 벽(19) 사이의 전 팽창(pre-expansion) 간격을 유지하도록 구성된다. 전 팽창 간격의 제공은 제조업자가 딥(dip) 또는 바스(bath)를 통하여 캐버티 내부의 벽(42)에 액체 코팅을 가할 수 있도록 하며, 더 큰 조립 공차(assembly tolerance)를 허용하도록 한다. 일반적으로, 시스템(20)은 접합재(40)가 활성화되면, 접합재가 팽창하여 캐리어(22) 및 하나 또는 그 이상의 캐버티 벽(19)에 접촉하도록 구성된다. 활성화 공정 이후, 접합재(40)는 경화되어 실질적으로 고체 상태로 전이된다. 접합재(40)는 구조적 발포체일 수 있으며, 캐버티 내부에 추가적인 구조 보강을 제공할 수 있다.
활성화 이전에, 접합재(40)는 팽창되지 아니한 상태로 유지되어, 캐리어(22) 내부에 리세스(28)를 차지하거나 캐리어(22)의 외측면에 배치된다. 일반적으로, 시스템(20)은 차량 제조 공정의 초기 단계 동안에는 차량 프레임(10) 내부의 캐버티 내에 위치될 수 있다. 이후 단계에서는, 차량 프레임(10)은 도장 공정 동안에서와 같이, 열처리 또는 소성 공정(baking process)을 겪게 된다. 일반적으로, 접합재(40)는 캐리어(22)과 캐버티 벽(19) 사이의 어떠한 공간도 충전하도록 팽창될 수 있는 열 활성화 물질이다. 일반적으로 열을 가함으로써 활성화가 일어나는 동안, 접합재(40)는 또한 마이크로파, 초음파, 복사, 전류, 화학 반응 등을 포함하는 다양한 전기적 또는 화학적 공정들을 통하여 활성화될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 캐버티 벽(19)과 정합하거나 캐버티 벽(19) 내부에 고정되도록 구성될 수 있는 삽입물(30)을 포함한다. 또한, 삽입물(30)은 캐버티 벽(19)과 직접 접촉하지 아니할 수 있지만, 시스템(20) 내부에 간단하게 포함될 수 있다. 삽입물(30)은 원하는 성능 특성에 의거하여 다른 위치 및 방위를 포함하는 어떠한 방식으로도 캐리어(2) 내부에 일체화될 수 있다. 캐리어(22)는 아교, 접착제 또는 기계적 체결구를 사용하여 삽입물(30)에 각각 부착되는 투피스의 구조물일 수 있다. 또한, 캐리어(22)는 삽입물(20) 상에 또는 삽입물(20) 주위에 오버몰드될 수 있다. 삽입물(30)은 삽입물(30)을 캐리어(22)와 일체로 형성될 수 있도록 하는 복수 개의 홀(32)을 포함할 수 있다. 예를 들면, 삽입물(30)은 캐리어(22)을 형성하도록 구성되는 플라스틱 금형 내부에 배치될 수 있다. 홀(32)은 캐리어(22)가 형성되어 삽입물(30)과 일체로 접합되도록 액체 플라스틱이 홀(32)을 따라 흐르도록 한다. 형성 이후, 접합재(40)는 캐리어(22) 및/또는 삽입물(30)에 추가될 수 있다.
도 4A 및 도 4B는 삽입물(30)을 포함하는 구조 보강 시스템(20)의 일 예를 도시한다. 도 4A는 시스템(20)이 삽입물(30)에 의해서 캐버티 벽(19)에 부착되는 것을 도시하는 시스템(20)의 측면도이다. 도 4A에 도시된 바와 같이, 캐리어(22)는 삽입물(30) 및 접합재(40)을 포함한다. 도 4A 및 도 4B에 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 캐버티 벽(19) 사이의 거리를 가로질러 형성되는 캐리어(22) 내부에 배치된 단일의 연장된 실질적으로 편평한 플레이트이다. 이러한 일 예에 있어서, 삽입물(30)은 대부분의 부분 길이에 고정될 수 있다. 캐버티 벽(19)은 또한 캐버티 내부의 용접 이음매(weld seam)일 수 있다. 삽입물(30)은 금속으로 이루어지며, 용접을 통하여 시스템(20)을 캐버티 벽(19)에 고정하기 위해 사용될 수 있는 복수 개의 용접 포인트(welding point)를 포함할 수 있다. 도 4B에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 캐리어(22) 상에 배치된 접합재(40)의 적어도 두 개의 증착물을 포함한다.
도 5A 및 도 5B는 복수 개의 삽입물(30)을 포함하는 구조 보강 시스템(20)의 일 예를 도시한다. 도 5A는 시스템(20)이 서로 접촉하지 아니하며 캐리어(22)에 각각 고정되는 두 개의 삽입물(30)을 포함하는 것을 도시하는 시스템(20)의 측면도이다. 시스템(20)은 용접 포인트(50)에서 삽입물(30)에 의해서 캐버티 벽(19)에 부착된다. 삽입물(30)은 캐리어(22)의 마주하는 단부에 각각 배치된다. 도 5A 및 도 5B에 도시된 바와 같이, 각각의 삽입물(30)은 캐버티 벽(19) 사이의 거리를 가로질러 연장된 실질적으로 편평한 스트립이다. 이러한 일 예에 있어서, 시스템(20)은 캐리어(22)에 고정되는 다수의 국부화된 금속 삽입물(30)을 포함한다. 시스템(20)은 또한 캐리어(22) 상에 배치된 접합재(40)의 적어도 두 개의 증착물을 포함한다.
도 6A 및 도 6B는 삽입물(30)을 포함하는 구조 보강 시스템(20)의 다른 일 예를 도시한다. 도 6A는 시스템(20)이 캐리어(22)에 고정되는 하나의 삽입물(30)을 포함하는 것을 도시하는 시스템(20)의 측면도이다. 시스템(20) 또한 용접 포인트(50)에서 삽입물(30)에 의해서 캐버티 벽(19)에 부착된다. 도 6A 및 도 6B에 의해 도시된 바와 같이, 삽입물은 I자형의 구성으로 형성된 연장된 실질적으로 편평한 플레이트이다. 또한, 삽입물(30)은 캐버티 벽(19) 사이의 거리를 가로질러 형성된다. 시스템(20)은 또한 캐리어(22) 상에 배치된 접합재(40)의 적어도 두 개의 증착물을 포함한다.
A-필러(12) 및 B-필러와 같은 필러는 일반적으로 부하가 가해질 때 하나 또는 그 이상의 영역 내부에서 변형되는 경향이 있다. 필러의 보강은 시스템(20)을 이용하여 이루어질 수 있다. 필러에 가해지는 응력을 더욱 잘 처리하기 위해서, 시스템(20)은 필러의 세로 방향으로 배치된 금속으로 이루어지며 C, U 또는 W자형의 단면 형상을 갖는 삽입물(30)을 포함할 수 있다. 상기에 설명된 바와 같이, 삽입물(30)은 리브(24, 26) 어레이를 포함하는 캐리어(22) 내부에 배치될 수 있다. 리브(24, 26)는 가로 및 세로 방향으로 삽입물에 배치될 수 있다.
도 7 내지 도 11은 필러와 같은 캐버티 내부에 배치된 다양한 구성의 구조 보강 시스템들(20)의 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 시스템(20)의 캐리어(22)는 두 개의 세로 리브(24)에 의해 이격되는 복수 개의 가로 리브(26)를 포함한다. 시스템(20)은 또한 삽입물(30)과 접합재(40)를 포함한다. 삽입물(30)은 도 7에 도시된 바와 같이, 캐리어(22) 내부에서 세로 리브(25)의 단부에 배치된다. 삽입물(30)은 실질적으로 편평한 중간 구간을 구비하며 마주하는 단부에 업턴부(upturned portion)를 포함한다. 일 예를 들면, 삽입물(30)은 각 단부에 두 개의 업턴부를 갖는 금속 시트로서, 캐버티의 형상과 실질적으로 일치할 수 있다. 또 다른 일 예를 들면, 삽입부(30)는 캐버티의 형상과 실질적으로 일치하도록 형상화된 섬유 매트일 수 있다. 접합재(40)는 활성화 이후 삽입물(30)을 캐버티 벽(19)에 접합시킴으로써 캐버티 내부에 시스템(20)을 고정시킬 수 있도록 삽입물 상부에 배치된다. 또 다른 일 예를 들면, 접착제가 접합재(40)를 대신하여 사용될 수 있다.
도 8은 보강 시스템(20)의 다른 일 예를 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 캐리어(22)는 실질적으로 U자형이며 각 측부에 두 개의 추가적 플랜지형 돌출부를 포함하는 하나의 세로 리브(24)에 의해서 이격되는 복수 개의 가로 리브(26)를 포함한다. 시스템(20)은 또한 삽입물(30)과 접합재(40)를 포함한다. 삽입물(30)은 도 8에 도시된 바와 같이, 캐리어(22) 내부에서 세로 리브(24)의 단부에 배치된다. 삽입물(30)은 실질적으로 편평한 중간 구간을 구비하며 마주하는 단부에 업턴부를 포함한다. 또한, 삽입물(30)은 형상화된 금속 시트 또는 형상화된 섬유 매트일 수 있다. 접합재(40)는 캐리어(22)과 캐버티 벽(19) 사이에서 삽입물(30)과 리브(24)의 외측면 상에 배치되어, 캐리어(22)와 삽입물(30)을 실질적으로 둘러싸게 된다.
도 9는 캐리어(22)가 실질적으로 W자형인 하나의 세로 리브(24)를 포함하는 보강 시스템(20)의 또 다른 일 예를 도시한다. 시스템(20)은 또한 삽입물(30)과 접합재(40)를 포함한다. 삽입물(30)은 도 9에 도시된 바와 같이, 캐리어(22) 내부에서 실질적으로 리브(24)의 형상과 일치하는 리브(24)의 중간 구간에 배치된다. 그러나, 삽입물(30)은 리브(24)의 소 구간을 따라서만 배치되어, 리브(24)의 면적의 이분의 일 이하를 덮는다. 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 실질적으로 U자형이며 캐리어(22)과 캐버티 벽(19) 사이에서 리브(24)의 외측면 상에 배치된다. 또한, 삽입물(30)은 형상화된 금속 시트 또는 형상화된 섬유 매트일 수 있다. 접합재(40)는 적어도 세 부위에 배치된다. 예를 들면, 접합재(40)는 삽입물(30)의 일 구간 및 캐리어(22)과 캐버티 벽(19) 사이에서의 리브(24)의 구간들 상에 배치되어, 캐리어(22)과 삽입물(30)을 부분적으로 둘러싸게 된다.
도 10은 캐리어(22)가 두 개의 단부가 거의 중간 구간의 길이만큼 연장되는 도 9에서와 유사한 실질적으로 W자형인 하나의 세로 리브(24)를 포함하는 보강 시스템(20)의 또 다른 일 예를 도시한다. 시스템(20)은 또한 삽입물(30)과 접합재(40)를 포함한다. 삽입물(30)은 도 10에 도시된 바와 같이, 캐리어(22) 내부에서 실질적으로 리브(24)의 형상과 일치하는 W자형으로 배치된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 리브(24)의 표면적의 상당한 부분을 덮는다. 또한, 삽입물(30)은 형상화된 금속 시트 또는 형상화된 섬유 매트일 수 있다. 접합재(40)는 적어도 세 부위, 즉, 삽입물(30)의 일 구간 및 캐리어(22)과 캐버티 벽(19) 사이에서의 리브(24)의 구간들 상에 배치된다.
도 11은 캐리어(22)가 실질적으로 U자형인 하나의 세로 리브(24)를 포함하는 보강 시스템(20)의 또 다른 일 예를 도시한다. 시스템(20)은 또한 적어도 두 개의 삽입물(30)과 적어도 세 부위에 배치된 접합재(40)를 포함한다. 삽입물(30)은 도 11에 도시된 바와 같이, 실질적으로 U자형이며 리브(24)의 방위와 반대 방위로 구성된다. 삽입물(30)은 또한 리브(24)의 연장부과 정합하도록 구성된다. 도 11에 도시된 바와 같이, 각각의 U자형의 삽입물(30)의 일 측부가 캐리어(22)의 내측 구간으로부터 멀어지도록 외측으로 연장되어 캐버티 벽(19)을 향하여 연장되도록 삽입물(30)은 리브(24)에 고정된다. 또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 리브(24)의 표면적의 소 부분만을 덮는다. 또한, 삽입물(30)은 형상화된 금속 시트 또는 형상화된 섬유 매트일 수 있다. 접합재(40)는 적어도 세 부위, 즉, 삽입물(30)과 캐버티 벽(19) 사이에서의 삽입물(30)의 구간들 및 캐리어(22)과 캐버티 벽(19) 사이에서의 리브(24)의 구간들 상에 배치된다.
도 12는 차량 프레임 내부의 노드(node)의 굽힘부(elbowed portion)를 도시한다. 정면 부하를 받는 A-필러(12)와 같이 부하를 받는 노드는 차량의 가로 축인 y축 및 차량의 세로축인 z축 주위를 회전하는 경향이 있다. 이러한 원치 아니하는 회전을 감소시키거나 방지하기 위해서, 도 12에 도시된 바와 같이, 구조 보강 시스템(20)은 노드의 굽힘부에 삽입된다. 시스템(20)은 실질적으로 편평한 삽입물(30)을 포함한다. 또한, 삽입물(30)은 L자, U자, 또는 S자형으로 형성될 수 있다. 또한, 삽입물(30)은 추가적인 안정성을 제공하며 이러한 원치 아니하는 회전을 방지하기 위해서 축에서 벗어나도록 제공될 수 있다.
도 12에 도시된 바와 같이, 시스템은 L자형의 캐리어(22) 내부에 배치되는 삽입물(30)을 포함한다. 캐리어(22)는 복수 개의 가로 리브(26)에 연결되는 복수 개의 세로 리브(24)를 포함한다. 물론, 캐리어(22)는 캐버티와 일치하는 리브의 어떠한 개수, 형상 및 구성도 포함하도록 이루어질 수 있다. 시스템(20)은 캐버티 벽(19)과의 용접 및 고정을 위해 마주하는 단부에 연장부를 포함하는 실질적으로 L자형의 삽입물(30)을 포함한다. 삽입물(30)은 또한 국부적 강성을 증가시키기 위해 중간 영역 내부에 세로 변형부를 포함한다. 삽입물(30)의 연장부는 캐버티의 폭을 가로질러 형성되며 용접 포인트(50)에서 캐버티 벽(19)에 고정될 수 있다. 삽입물(30)의 세로 변형부는 캐버티 내부에서 캐리어(22)의 굽힘부를 통하여 대각선 방향으로 연장되는 파형 또는 실질적으로 S자형으로 형성되어, 도 12에 도시된 바와 같이, 캐버티의 수직부 및 수평부 내부로 연장된다. 캐리어(22)는 삽입물(30) 상에 오버몰드되거나, 아교, 접착제 또는 기계적 체결구를 사용하여 삽입물(30)의 양 측부에 기계적으로 고정될 수 있다.
도 13은 또 다른 구조 보강 시스템의 사시도이다. 도 13에 도시된 바와 같이, 시스템(20)은 캐리어(22), 캐리어(22)의 전체 길이 이상으로 연장되는 삽입물(30), 및 접합재(도시되지 아니함)를 포함한다. 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 캐버티 벽(19)에 시스템(20)을 고정하기 위해 사용될 수 있으며 캐버티 벽(19)의 마주하는 측부에 추가적인 구조 요소를 위한 고정 포인트로서 사용될 수 있는 하나 또는 그 이상의 너트(60)를 포함할 수 있다. 예를 들면, 너트(60)는 삽입물에 용접될 수 있으며 캐버티 벽(19)의 마주하는 측부에 추가적인 구조 요소를 고정할 수 있는 해당 볼트와 정합하도록 구성될 수 있다. 전형적으로 구조 요소들은 도어 힌지, 도어 스트라이커, 시트 벨트 부착물 등을 포함한다. 물론, 스크류, 너트와 볼트, 후크, 핀 등과 같은 다른 타입의 체결구들도 사용될 수 있다. 삽입물(30)은 캐버티 내부에서 해당 슬롯과 정합하도록 구성된 연장부(62)를 더 포함하여, 캐버티 내부에서의 시스템(20)의 용이한 조작 및 배치를 증진시킬 수 있다. 연장부는 도 14에 도시되는 바와 같이, 해당 슬롯과 정합하도록 구성되는 플랜지형의 금속 연장부일 수 있다. 또한, 도 14에 도시된 바와 같이, 삽입물(30)은 가이드(64)를 사용하여 캐리어(22)에 고정될 수 있다. 가이드(64)는 도 14에 도시된 작은 돌출부와 같이 마찰력을 사용하여 삽입물을 적절한 자리에 유지시키도록 사용될 수 있는 캐리어(22)와의 일체부일 수 있다.
어떠한 구성에서도, 삽입물(30)과 캐버티 벽(19) 사이에 절연층을 유지시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들면, 캐버티 벽(19)이 알루미늄으로 이루어지며 삽입물(30)이 강철로 이루어지면, 두 개의 금속의 경계부에는 보통 배터리 효과(battery effect)로 알려져 있는 부식이 일어날 수 있다. 상기한 바와 같이, 두 개의 요소들 사이에 완충층 또는 절연층을 제공하는 것이 바람직할 수 있는 이러한 상황에서, 시스템(20)은 오버몰드된 플라스틱으로 이루어진 층, 접합재(40) 또는 접착제를 구비하도록 구성될 수 있다. 이러한 구성은 금속 접촉에서의 금속의 양을 제한하지는 아니한다.
이상에서는 상기한 바람직한 여러 실시예들을 참고로 하여 본 발명이 도시 및 설명되었지만, 하기의 특허청구범위에서 정의되는 본 발명의 요지를 벗어남 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 실시예에 대한 다양한 변형 실시가 가능하다. 하기의 특허청구범위가 본 발명의 범위를 정의하며 이러한 특허청구범위 및 이의 동등물들의 범위 내에 있는 방법 및 장치는 본 발명의 범위 내에 있다고 이해되어야 한다. 본 발명의 이러한 설명은 여기에 설명된 요소들의 모든 신규하고 비자명한 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 하며, 특허청구범위는 이러한 요소들의 어떠한 신규하고 비자명한 조합에 대한 이러한 또는 추후 적용예에서도 제시될 수 있다. 상기한 실시예들은 예시적 설명에 지나지 아니하며, 어떠한 단일의 특성 또는 요소도 이러한 또는 추후 적용예에서 청구되어 질 수 있는 모든 가능한 조합들에 필수적이지 아니하다.
20: 본 발명에 따른 구조 보강 시스템
22: 캐리어 24: 세로 리브 26: 가로 리브
30: 삽입물 32: 홀
40: 접합재

Claims (22)

  1. 경질의 캐리어(22);
    상기 경질의 캐리어(22)에 견고하게 고정된 삽입물(30); 및
    상기 경질의 캐리어(22)와 상기 삽입물(30)이 접합재(40)가 팽창된 후에 적절한 자리에 고정되도록 상기 경질의 캐리어(22) 또는 상기 삽입물(30)의 적어도 일 부분 상에 배치되는 접합재(40)를 포함하는 구조 보강 시스템(20).
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 경질의 캐리어(22)는 플라스틱으로 이루어지며, 상기 삽입물(30)은 금속 또는 섬유 매트로 이루어지며, 상기 접합재(40)는 구조적 팽창성 물질, 유동성 물질 및 구조적 접착제 중에서 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 경질의 캐리어(22)는 복수 개의 가로 리브(26)에 연결된 복수 개의 세로 리브(24)를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 실질적으로 사각형의 플레이트, 실질적으로 L자형의 구성, 실질적으로 U자형의 구성, 실질적으로 S자형의 구성, 또는 실질적으로 W자형의 구성인 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 상기 삽입물(30)이 상기 캐리어(22)와 일체로 형성되도록 하는 복수 개의 홀(32)을 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  6. 제 4 항에 있어서, 상기 삽입물(30)의 적어도 일 부분이 두 개의 캐버티 벽(19) 사이의 거리를 가로지르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 국부적으로 연장되는 파형 변형부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  8. 제 1 항에 있어서, 제 2 삽입물(30)을 더 포함하며,
    상기 삽입물들(30)은 서로 직접 접촉되지 아니하며, 상기 삽입물(30) 각각은 상기 경질의 캐리어(22) 내부에 일체로 형성되며 상기 경질의 캐리어(22)의 마주하는 단부에 배치되며, 상기 삽입물(30) 각각은 연장된 실질적으로 편평한 스트립으로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 I자형의 구성으로 형성되는 연장된 실질적으로 편평한 플레이트이며, 캐버티 벽(10) 사이의 거리를 가로지르도록 구성되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  10. 제 3 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 캐버티 내부에 위치될 때 상기 삽입물(30)이 캐버티 벽(19)에 가까이 인접하여 위치하도록 상기 경질의 캐리어(22) 내부에서 세로 리브(24)의 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 실질적으로 편평한 중간 구간을 구비하는 마주하는 단부에 업턴부를 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  12. 제 3 항에 있어서, 상기 세로 리브(24)는 실질적으로 U자형으로 형성되며, 상기 세로 리브(24)의 마주하는 측부에 적어도 두 개의 플랜지형의 돌출부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 삽입물(30)은 실질적으로 편평한 중간 구간을 구비하는 마주하는 단부에 업턴부를 포함하며, 캐버티 내부에 위치될 때 상기 삽입물(30)이 캐버티 벽(19)에 가까이 인접하여 위치하도록 상기 경질의 캐리어(22) 내부에서 상기 세로 리브(24)의 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  14. 제 3 항에 있어서, 상기 세로 리브(24)는 실질적으로 W자형으로 형성되며, 상기 삽입물(30)은 실질적으로 U자형으로 형성되며 상기 캐리어(22) 내부에서 상기 세로 리브(24)의 중간 구간에 배치되며, 상기 삽입물(30)은 상기 세로 리브(24)의 형상과 실질적으로 일치하는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  15. 제 3 항에 있어서, 상기 세로 리브(24)는 실질적으로 W자형으로 형성되며, 상기 삽입물(30)은 또한 실질적으로 W자형으로 형성되며, 상기 삽입물(30)은 리브(24)의 형상과 실질적으로 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  16. 제 11 항, 제 13 항 또는 제 15 항에 있어서, 상기 접합재(40)는 캐버티 내부에 위치될 때 상기 접합재(40)가 상기 경질의 캐리어(22)와 캐버티 벽(19) 사이에 위치되도록 상기 삽입물(30) 또는 상기 세로 리브(24)의 외측면 상에 배치되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  17. 제 3 항에 있어서, 제 2 삽입물(30)을 더 포함하며,
    상기 세로 리브(24)는 실질적으로 U형으로 형성되며, 상기 삽입물(30)은 또한 실질적으로 U자형으로 형성되며 U자형 삽입물(30) 각각의 일 측부가 상기 경질의 캐리어(22)의 내측 구간으로부터 멀어지도록 연장되어 캐버티 내부에 위치될 때 캐버티 벽(10)을 향하여 연장되도록 상기 U자형의 세로 리브(24)의 방위와 반대 방위로 구성되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  18. 제 1 항에 있어서, 너트(60) 및 연장부(62) 중 적어도 하나를 더 포함하며,
    상기 너트(60)는 캐버티 벽(19)과 마주하는 측부에 추가적인 구조 요소를 위한 고정 포인트의 역할을 하며, 상기 연장부(62)는 상기 삽입물(30)과 일체로 형성되며 캐버티 벽(19) 내부에 형성된 해당 슬롯과 정합하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 구조 보강 시스템(20).
  19. 보강되어야 하는 캐버티의 일 부분을 식별하며;
    추가적 구조 보강을 설정하기 위한 부하 방향을 식별하며;
    상기 캐버티 부분 내부에서의 삽입물(30)의 위치 및 방위를 선택하며;
    상기 식별된 캐버티 부분을 보강하기 위해서 상기 삽입물(30)을 상기 식별된 부하 방향에 대응하여 추가적 구조 보강을 제공하도록 하는 위치 및 방위로 경질의 캐리어(22)에 고정시키며;
    접합재(40)를 상기 삽입물(30) 또는 상기 경질의 캐리어(22)에 제공하는 것을 포함하는 캐버티의 보강 방법.
  20. 제 19 항에 있어서, 복수 개의 가로 리브(26)에 연결된 복수 개의 세로 리브(24)를 포함하도록 상기 경질의 캐리어(22)를 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐버티의 보강 방법.
  21. 제 19 항에 있어서, 상기 삽입물(30)을 실질적으로 사각형의 플레이트, 실질적으로 L자형의 구성, 실질적으로 U자형의 구성, 실질적으로 S자형의 구성, 또는 실질적으로 W자형의 구성으로 형성하는 것을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 캐버티의 보강 방법.
  22. 제 19 항에 있어서, 상기 경질의 캐리어(22)는 플라스틱으로 이루어지며, 상기 삽입물(30)은 금속 또는 섬유 매트로 이루어지며, 상기 접합재(40)는 구조적 팽창성 물질, 유동성 물질 및 구조적 접착제 중에서 적어도 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 캐버티의 보강 방법.
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