KR20140053202A - 4점 링크 - Google Patents

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KR20140053202A
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아이케 헬름
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마티아스 게르케
토마스 아이플랜더
다니엘 볼프
마르쿠스 슈테펜스
안나 프랑크
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젯트에프 프리드리히스하펜 아게
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Abstract

본 발명은 특히 유틸리티 차량의 리지드 액슬의 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크에 관한 것이다. 4점 링크는 4개의 베어링 소켓(3)을 가지며, 그 중 2개의 베어링 소켓(3)은 차량 액슬에 그리고 2개의 베어링 소켓은 차체 프레임에 관절식으로 연결될 수 있다. 이때, 4점 링크는 베어링 소켓들로 형성된 사다리꼴 형상에 의해 둘러싸인 일체형 링크 바디(1, 2)를 포함한다. 4점 링크는 링크 바디(1, 2)가 섬유 복합체 어셈블리로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 섬유 복합체 어셈블리는 하나 이상의 종방향 섬유 어셈블리(10, 11)를 포함한다. 종방향 섬유 어셈블리(10, 11)는 베어링 소켓(3)의 둘레를 적어도 절반 정도 둘러싸면서 적어도 링크 바디(1, 2)의 부분들을 따라 연장된다. 본 발명에 의해, 4점 링크가 하중에 있어서 최적화되어 구현될 수 있고, 사용 범위가 확장되어도 그 질량은 감소할 수 있다. 특수하게 구현될 수 있는 비틀림 탄성에 기초하여, 4점 링크 또는 차량 액슬의 관절식 연결을 위해 더 작고 그리고/또는 더 경질인 고무 베어링이 사용될 수 있다. 그 외에도, 내식성 및 진동 감쇠가 개선되고, 수명이 증가하며, 특히 섀시 또는 액슬에서의 4점 링크의 지지 또는 연결과 관련하여 더 높은 부품 통합성이 달성된다.

Description

4점 링크{FOUR-POINT LINK}
본 발명은 제1항의 전제부에 따른, 특히 유틸리티 차량의 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크에 관한 것이다.
상기 유형의 4점 링크는 종래 기술에 공지되어 있으며, 특히 화물차량 및 여타의 유틸리티 차량에서 이용되고 있다. 이 경우, 상기 유형의 4점 링크는 액슬 안내 영역에서 복수의 링크 또는 구성 부재에 요구되었던 많은 기능 및 과제를 하나의 부품 안에 통합시킨다.
그러므로 4점 링크를 이용하면 특히 차체의 롤링 안정성을 위한 추가 스태빌라이져의 필요성이 없어지는데, 그 이유는 4점 링크가, 기존 트레일링 아암과 함께, 횡방향 및 종방향으로 액슬을 가이드하는 역할뿐만 아니라, 토크 서포트 및 롤링 안정화의 역할도 수행할 수 있기 때문이다. 그외에 액슬 안내에 필요한 3점 링크도 생략될 수 있다.
이런 배경으로 종래 기술(예컨대 DE 195 21 874호, DE 102 06 809호 또는 DE 10 2004 014 610호)로부터, 단조되거나, 박판 형태로 제작되거나, 주조품으로서 구현된 4점 링크가 공지되어 있다. 그러나 단조법의 경우, 제조상의 이유로 대개 4점 링크의 아암들에 대한 중실형 직사각 횡단면이 생기고, 이는 부품 중량 증가 및 제조 비용 증가 그리고 그와 더불어 유틸리티 차량의 연료 소비 증가 및 적재량 감소를 야기한다.
조립식, 용접식 또는 주조식 4점 링크도 마찬가지로 무거우며, 제조하기도 복잡하다. 특히 금속 소재의 4점 링크의 경우, 액슬 서스펜션에 필요한 탄성이 전혀 구현될 수 없으므로, 대부분 상이한 하중 방향으로 상이한 반경방향 강성을 갖는 대형 고무 베어링 부재들에 의해 탄성이 구현되어야 한다. 그러나 그로 인해 발생하는 큰 변형으로 인해 상기 고무 베어링 부재들은 마모되며, 경우에 따라서는 조기에 교체되어야 한다.
이런 배경에서 본 발명의 과제는 앞서 언급한 종래 기술의 한계들을 극복할 수 있는 4점 링크를 제공하는 것이다. 이 4점 링크는 공지된 금속 소재의 실시예에 비해 특히 현저한 중량 감소를 가능케 하고, 액슬 및 섀시에서 지지점들 또는 연결점들의 형상 및 통합과 관련하여 더욱 큰 유연성을 가능케 하고, 나아가 더 작고 그리고/또는 더 경질인 고무 베어링의 사용을 가능케 하고, 금속 소재의 4점 링크에 비해 더 우수한 진동 감쇠를 가능케 하고, 금속 소재의 4점 링크에 비해 더 나은 내식성을 제공하거나 표면 보호에 대한 요건을 완화해야 한다.
상기 과제는 제1항의 특징들을 갖는 4점 링크에 의해 해결된다.
바람직한 실시예들은 종속항들의 대상이다.
특히 유틸리티 차량의 리지드 액슬의 서스펜션 또는 가이드를 위해 제공되는 4점 링크는 액슬 또는 섀시에 연결하기 위한 4개의 베어링 소켓을 가지며, 그 중 2개의 베어링 소켓은 차량 액슬에 그리고 2개의 베어링 소켓은 차체 프레임에 관절식으로 연결될 수 있다. 이 경우, 4점 링크는 링크 바디를 포함하며, 상기 링크 바디는 베어링 소켓들로 형성된 사다리꼴 형상에 의해 둘러싸이고, 섀시 운동 또는 섀시 하중, 예컨대 액슬 아티큘레이션(axle articulation)의 흡수를 위해 (적어도 약간) 비틀어질 수 있다.
4점 링크는 링크 바디가 섬유 복합체 어셈블리로 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 경우, 섬유 복합체 어셈블리는 하나 이상의 베어링 소켓에 할당된, 하나 이상의 종방향 섬유 어셈블리를 포함한다. 바람직하게는 4점 링크의 4개 베어링 소켓 각각에 종방향 섬유 어셈블리가 할당된다. 이때, 하나 이상의 종방향 섬유 어셈블리는 하나 이상의 베어링 소켓의 둘레를 적어도 절반 정도 둘러싸며, 적어도 링크 바디의 부분들을 따라 연장된다.
종방향 섬유 어셈블리란 - 예컨대 직물, 부직포 또는 편물과 같은 - 이방성 섬유 어셈블리를 말하며, 상기 섬유 어셈블리에 함유된 섬유들은 주로 (섬유 질량의 3/4 이상) 단방향으로 직물, 부직포 또는 편물의 종방향으로 배치되므로, 특히 종방향 섬유 어셈블리의 종방향으로 높은 탄성 계수 및 높은 하중 수용 능력이 달성된다.
이러한 방식으로, 섬유 복합 재료를 이용하여 공지된 금속 소재를 이용한 실시예에 비해 현저히 더 경량인 4점 링크를 구현할 수 있으며, 상기 4점 링크는 주행 중에, 특히 유틸리티 차량의 액슬 서스펜션에서 발생하는 하중을 견디는 동시에 앞서 언급한 광범위한 요건 프로파일을 충족시킨다. 이 경우, 특히 4점 링크의 베어링 소켓들에 하나 이상의 종방향 섬유 어셈블리가 할당되어, 베어링 소켓 둘레의 적어도 절반과 적어도 링크 바디의 부분들을 따라 연장됨으로써, 베어링 소켓들의 영역에서 발생하는 상당한 힘 및 토크가 종방향 섬유 어셈블리를 통해 하중과 관련하여 최적화되어, 넓은 면적에 걸쳐 링크 바디 내로 유입될 수 있다.
한 바람직한 실시예에 따라 4점 링크는 2개의 종방향 섬유 어셈블리를 특징으로 하며, 이들 각각은 4점 링크의, 대각선 방향으로 마주보고 배치된 두 쌍의 베어링 소켓 중 하나에 각각 할당된다.
다시 말하면, 이 실시예는 실질적으로 십자 형태로 링크 바디에 배치되거나 링크 바디를 형성하는 2개의 종방향 섬유 어셈블리, 예컨대 섬유 복합 재료로 형성된 단방향 밴드들에 관한 것이며, 이들 밴드는 각각 대각선 방향으로 마주보고 배치된 두 쌍의 베어링 소켓을 서로 연결하는 동시에 링크 바디와 연결한다. 이 실시예는 제조 기술적으로, 예컨대 와인딩 기술을 통해 구현될 수 있으며, 상기 와인딩 기술에서는 단방향 섬유 밴드들 또는 프리프레그 층들(모재로 예비 함침된 직물 어셈블리 또는 섬유 어셈블리)이 십자 형태로 코어에 의해, 그리고/또는 와인딩 장치 안에 적절하게 고정된 베어링 소켓에 의해 감긴다. 이 경우, 양 종방향 섬유 어셈블리의 특히 내재적이며 고정적인 연결을 위해, 그리고 그와 더불어 상기 방식으로 구성된 4점 링크의 높은 하중 수용 능력 및 내구성을 위해, 바람직하게 교대로 각각 일측의 베어링 소켓 쌍 및 대각선 방향으로 맞은편의 타측 베어링 소켓 쌍에 의해 이들의 교차 지점의 영역에서 밴드들 또는 프리프레그의 와인딩 가이드가 구현될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라, 단일의 종방향 섬유 어셈블리가 4점 링크의 모든 4개의 베어링 소켓에 할당된다. 이 실시예 역시, 4개의 베어링 소켓 모두가 와인딩으로 둘러싸이도록 단일의, 실질적으로 단방향인 섬유 밴드 또는 프리프레그가 안내되거나 감기는 적절한 와인딩 기술을 통해 구현될 수 있다. 유사한 방식으로, 다시 말하면 적합한 와인딩 가이드를 통해, 전체 링크 바디 역시 단일의 종방향 섬유 어셈블리로 형성될 수 있으므로, 유리한 비용으로 가벼운 고강도 4점 링크가 제공된다.
한 바람직한 실시예에 따라 링크 바디는 전체적으로 폐쇄된 프로파일을 형성한다. 이러한 방식으로 -여기에서 사용되는, 특히 일반적으로 강성이 덜한 섬유 복합 재료의 경우- 4점 링크에 대해 높은 비틀림 강성 및 휨 강성이 달성되는데, 이는 비틀리거나 휘어질 때 발생하는 전단력이 폐쇄형 프로파일에서 양호하게 지지될 수 있기 때문이다. 본 발명의 또 다른 한 실시예에 따라, 4점 링크의 링크 바디는 (링크 바디-내부 공간에) 하나 이상의 웨브를 갖는다. 이 경우, 웨브는 마주보고 놓인 링크 바디의 벽들을 전단 변형에 견딜 수 있게 서로 연결한다. 본 발명의 범주에서 마주보고 놓인 링크 바디의 벽들의 "전단 강성" 연결은, 웨브에 의해 연결된 벽들이, 만일 웨브가 없다면 여전히 가능할 수도 있는, 서로 평행하게 진행되는 상대 운동을 더 이상 실행할 수 없는 경우에 이루어진다.
이로 인해, 특히 4점 링크의 비틀림 강성은 더욱 증대될 수 있을뿐만 아니라, -웨브의 배치, 크기 및 연장 방향에 따라서- 고유하게 조정될 수 있다. 하나 또는 복수의 웨브들 대신에 또는 이들에 추가로, 링크 바디는 내표면 및/또는 외표면에 하중 지향 리브 어셈블리를 가질 수도 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 4점 링크는 적어도 부분적으로 전단 강성 충전재 소재의 필러로 채워진다. 이 경우, 바람직하게 필러는 전단 변형을 견딜 수 있게 링크 바디의 벽들과 연결된다. 이러한 방식으로, 다시 말하면 샌드위치 원리의 적용을 통해, 최소 중량에서도 우수한 휨 강성 및 경우에 따라서는 비틀림 강성도 갖는 4점 링크가 달성될 수 있다. 특히, 필러를 이용하면 4점 링크의 벽들이 얇아질 수 있는데(얇은 벽 두께; 실질적으로 인장 하중에 맞게 설계되고 치수화됨), 이는 필러가 벽부 내 압축 하중 발생 시 좌굴 및 굽힘을 효과적으로 억제하기 때문이다.
또한, 필러의 재료 특성의 특별한 선택을 통해 경우에 따라서는 추후에도, 하나의 동일한 4점 링크 바디가 (예컨대 포밍을 통해) 각각 상이한 강성, 특히 비틀림 강성을 얻을 수 있는 방식으로 강성 조정이 실시될 수 있다. 이러한 방식으로 4점 링크는 비교적 경제적으로 -기하구조, 공구 및 복합 재료-재료 투입과 관련하여 큰 변화 없이- 다른 차량에서의 사용을 위해 조정될 수 있다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라 링크 바디는 차량 횡방향 및/또는 차량 종방향으로 적어도 일측이 개방된 프로파일을 형성한다. 차량 횡방향과 차량 종방향 모두에서 양측이 개방된 링크 바디 디자인 역시 유용할 수 있다. 이처럼 기하학적으로 개방형으로 구현된 4점 링크 바디는 한편으로, 예컨대 상실된 코어를 이용하지 않고도, 더 간단하고 경제적인 제조를 가능케 한다. 다른 한편으로, 이와 같은 방식으로 링크의 비틀림 및/또는 종방향 탄성이 어느 정도 향상될 수 있다. 그 결과, 소정의 액슬 가이드 과제들, 예컨대 롤링 안정화가 링크 바디 자체에 의해 더욱 효과적으로 수행될 수 있으므로, 예컨대 부피가 작은 엘라스토머 베어링이 이용될 수 있거나 또는 엘라스토머 베어링은 특히 롤 운동을 통해 덜 변형될 수 있으며 그 결과 더 긴 수명을 달성할 수 있다.
또 다른 한 실시예에 따라, 링크 바디가 별개로 제작된 2개의 쉘 반부들로 구성됨으로써, 차량 횡방향뿐만 아니라 차량 종방향에서도 양측이 개방된 링크 바디 프로파일이 구현될 수 있다. 이 실시예는 무엇보다 경제적인 제조에 기여하며, 이러한 경제적인 제조는 특히 실질적으로 평평한 2개의 쉘 반부 구조물 및 이들에 연결된 어셈블리들 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에 따라 링크 바디는 마주보고 놓인 링크 바디의 2개의 벽 사이에 하나 이상의 길이 가변형 스페이서를 갖는다. 이러한 방식으로, 마주보고 놓인 벽들이 (웨브 또는 필러의 경우에서처럼) 서로 연결되어 보강됨으로써, 한편으로 링크 바디의 강성도 향상될 수 있다. 추가로, 예컨대 액츄에이터 또는 모터에 의해서도 수행될 수 있는 스페이서의 길이 변동을 통해, 마주보고 놓인 벽들의 간격 또는 팽출도, 그리고 그로 인한 링크의 특성 거동 또는 강성이 조정되거나 변동될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에 따라, 링크 바디는 차량 기준 평면도에서 중앙 바디 영역 및 4개의 주변 링크 아암과 함께 실질적으로 일체형으로 십자형 또는 X자형 디자인을 형성하며, 이때 각각의 링크 아암은 베어링 소켓들 중 하나를 지지할 수 있다. 이 경우, 링크 아암들은 횡단면 형태가 실질적으로 박스형 프로파일 또는 I자형 캐리어에 상응하도록 프로파일링된 횡단면을 갖는 거더로서 형성된다. 이러한 방식으로, 원하는 링크 강성, 특히 구조적으로 제공되는 4점 링크의 비틀림 탄성이 넓은 범위에서 조정될 수 있다. 또한, 링크 아암이 프로파일링된 거더로서 형성되면 구조적으로 금속에 비해 대개 더 높은 섬유 복합 재료의 탄성(더 작은 탄성 계수)이 제공된다.
본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예는 차량 기준으로 좌측 또는 우측에 배치된 베어링 소켓 쌍의 양 베어링 소켓들을 각각 토크 튜브를 이용하여 강건하게 서로 연결하는 4점 링크와 관련된다. 이 경우, 토크 튜브는 바람직하게 금속으로 형성되고, 이 경우 좌측 또는 우측 베어링 소켓 쌍의, 토크 튜브에 의해 서로 연결되어 있는 양 베어링 소켓들은 토크 튜브와 일체형으로 형성될 수 있으며, 예컨대 토크 튜브와 용접된다. 이러한 방식으로, 설치된 상태에서 특히 4점 링크의 비틀림 강성 및/또는 종방향 강성은 주행 방향을 따라 증가할 수 있는 반면, 4점 링크의 비틀림 탄성은 거의 영향을 받지 않는다.
또 다른 한 바람직한 실시예에 따라 하나 이상의 베어링 소켓, 바람직하게는 모든 베어링 소켓의 영역 내에 각각 베어링 슬리브 또는 엘라스토머 베어링이 반제품으로서 적층된다. 이러한 방식으로, 특히 차후에 엘라스토머 베어링을 수납하기 위한 베어링 슬리브의 절삭 가공에 소요되는 높은 비용, 또는 각각의 링크 아암에 별도의 베어링 슬리브를 먼저 형성한 다음, 각각의 관련 엘라스토머 베어링을 설치해야 하는 복잡한 과정이 생략된다.
이 경우, 바람직하게는 하나 이상의 베어링 슬리브가 링크 바디 또는 링크 아암들과 일체로 형성된다. 이는, 4점 링크가 이미 베어링 슬리브들을 일체형으로 포함함으로써, 추가의, 특히 금속 소재의 베어링 슬리브가 요구되거나 설치될 필요가 없이, 특히 엘라스토머 베어링이 직접 플라스틱 바디 안에 삽입될 수 있는 방식으로, 4점 링크의 경제적인 구현를 가능케 한다.
본 발명의 또 다른 한 바람직한 실시예에 따라 베어링 소켓들 중 하나 이상의 베어링 소켓이, 바람직하게는 복수의 베어링 소켓 또는 모든 베어링 소켓이 차량 액슬 또는 차체 프레임에 4점 링크를 연결하기 위한 비탄성 회전 조인트들을 수용하도록 형성된다.
이러한 방식으로, 차량 액슬 또는 차체 프레임에 연결하기 위한 엘라스토머 조인트가 부분적으로 또는 완전히 불필요하도록 형성될 수 있는 4점 링크가 구현될 수 있다. 그런 경우, 엘라스토머 조인트 대신에 예컨대 회전 미끄럼 베어링(엘라스토머 베어링과 반대로, 즉 비탄성 조인트)이 차량 액슬 또는 차체 프레임에 4점 링크를 연결하는 데 이용될 수 있다. 그런 경우 제거된 엘라스토머 조인트의 탄성 기능(탄성, 진동 감쇠)은 이 실시예에서 4점 링크 자체를 통해 수행되거나 구현되며, 이는 -종래 기술의 금속 소재의 4점 링크와 달리- 4점 링크가 섬유 복합 재료로 형성되어야 가능하게 된다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에 따라 4점 링크는 하나 이상의, 바람직하게는 복수의 또는 모든 베어링 소켓 또는 링크 아암들이 차량 액슬 또는 차체 프레임의 비관절식 연결을 위해 형성되는 것을 특징으로 한다. 이 실시예에서 차량 액슬 또는 차체 프레임에 4점 링크를 연결하는 작업은 전적으로 조인트 없이 이루어진다. 그러므로 여기에서는 (이미 제거된) 엘라스토머 조인트의 탄성 기능뿐만 아니라 추가로 (이 실시예에서 역시 제거된) 미끄럼 베어링의 회전 가동성도 4점 링크 자체를 통해 수행될 수 있다.
다시 말하면, 이 실시예는 예컨대 엘라스토머 조인트들 또는 미끄럼 베어링과 같은 베어링 부재들 없이도, 4점 링크와 예컨대 차량의 섀시를 직접 피봇식으로 연결할 수 있도록 한다. 그 대신에 휨 탄성을 갖도록 형성된, 링크 요소의 하나 이상의 베어링 섹션 자체가 연결 어셈블리에 대한, 예컨대 차량 섀시 또는 차량 액슬에 대한 링크 요소의 피봇식 지지의 과제를 충족시킨다. 그럼으로써 특히 제조 및 조립 비용, 나아가 상응하는 총원가뿐만 아니라 부품 중량 및 필요 설치 공간이 상당히 절약될 수 있다.
바람직하게는, 액슬 및/또는 섀시로의 4점 링크의 비관절식 연결을 구현하기 위해, 링크 바디 또는 링크 아암들이 하나 이상의 베어링 소켓의 영역에서 휨 탄성을 갖도록 형성되고, 바람직하게는 엘라스토머 재료로 형성된 하나 이상의 라미네이트 층을 포함하는 적층체(laminate)로서 형성된다. 이러한 방식으로, 4점 링크의 실질적으로 강성인 영역들과, 이 실시예에서 액슬 또는 차량 섀시로의 탄성 연결 및 관절식 연결을 담당하는, 적어도 단부들에서 휨 탄성을 갖도록 형성된 4점 링크의 링크 아암들 사이에 일체형 전이부가 달성될 수 있다.
하기에서, 단지 실시예들을 설명하는 도면들을 토대로 본 발명을 상술한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 4점 링크의 개략적인 등각도이다.
도 2는 길이 가변형 스페이서를 포함하는, 본 발명에 따른 4점 링크의 또 다른 일 실시예의 링크 바디의 횡단면도이다.
도 3은 도 1에 대응하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 십자형으로 배치된 단방향 층들 또는 종방향 섬유 와인딩들을 포함하는 4점 링크의 개략적인 등각도이다.
도 4는 도 1 및 도 3에 대응하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 횡방향으로 개방된 링크 바디를 가지는 4점 링크의 개략적인 등각도이다.
도 5는 도 1, 도 3 및 도 4에 대응하여, 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 횡방향 및 종방향으로 개방된 링크 바디를 가지는 4점 링크의 개략적인 등각도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른, 토크 튜브를 포함하는 골조의 4점 링크의 링크 바디의 개략적인 등각도이다.
도 7은 도 6에 대응하여, 강재 토크 튜브를 포함하는 혼합 골조의, 또 다른 4점 링크의 개략적인 등각도이다.
도 1에는 본 발명에 따른 4점 링크의 개략적인 등각도가 도시되어 있다. 4개의 링크 아암(2)이 일체형으로 연결되어 있는 바디 영역(1)이 보이며, 각각의 링크 아암(2)은 역시 일체형으로 베어링 소켓(3)으로 연장된다.
추가로, 도 1에는 4점 링크의 바디 영역(1)의 박스형 횡단면(4)이 도시되어 있다. 따라서 도 1에 도시된 4점 링크는 박스형 횡단면(4)을 가진 대용적 중공체를 형성하며, 이때 베어링 소켓들(3)은 4점 링크에 일체형으로 통합 형성된다. 이러한 방식으로 (그리고 도시된 4점 링크를 섬유 층들이 특수하게 정렬된 또는 배열된 섬유 복합 재료로 제조함으로써) 예컨대 중량 감소와, 하중 지향 디자인과, 굽힘, 종방향 힘 또는 토션과 관련한 비탄성(specific elasticity)과, 엘라스토머 베어링 또는 조인트의 통합 가능성이 구현될 수 있다. 각각 베어링 소켓(3)의 둘레를 적어도 절반 정도 둘러싸고 적어도 링크 바디(1, 2)의 부분들을 따라 연장되는 종방향 섬유들 또는 단방향 보강재들의 특징적 배열은 이해의 편의를 위해 도 1에는 특별히 도시되어 있지 않지만, 이에 대해서는 특히 도 3 및 관련 설명을 참조한다. 종방향 섬유들 또는 단방향 보강재들은 실시예에 따라 중공체의 기본 라미네이트에 추가로 또는 단독으로 설치될 수 있다.
도 2에는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 바디 영역(1)과 벽들(6, 7)을 포함하는 4점 링크의 횡단면도가 도시되어 있다. 이러한 4점 링크의 경우, 측방으로 -바디 영역(1)의 길이 방향으로 - 튜브(5)가 보강재로서 통합 형성된다. 그러나 도 2에 따른 4점 링크는 여기에서 나사 로드로서 형성된 스페이서(8)를 가지며, 이 스페이서에 의해 바디 영역(1)의 양 벽들(6, 7)의 간격이 일정하게 유지된다. 그로 인해 가장 먼저 보강 효과가 나타나는데, 이는 스페이서(8)가 특히 4점 링크의 비틀림 하중의 발생 시 벽들(6, 7)의 좌굴을 전반적으로 억제하기 때문이다.
또한, 스페이서(8)의 유효 길이(9)를 변경시켜 4점 링크의 특성 거동 또는 강성을 변동시킬 수 있다. 예컨대 바디 영역(1)의 높이(9)를 늘리면, 바디 영역(1)의 휨 강성 또는 비틀림 강성의 정도에 따라 양 벽들(6, 7)의 팽출도뿐만 아니라 4점 링크의 도시된 횡단면의 표면 관성 모멘트도 변한다. 다른 한편으로 양 벽들(6, 7) 사이의 간격(9)을 늘리면, 굽힘과 관련하여 벽들(6, 7)의 예비 응력뿐만 아니라 링크 아암(2)(도 2에는 도시되지 않음, 도 1 참조)의 예비 응력도 생성된다.
후자의 경우도 4점 링크의 총 비틀림 강성에 상응하는 영향을 미치며, 이때 벽들(6, 7)의 상이한 팽출은 설치 상태에서 주행 방향을 따라 4점 링크의 종방향 탄성에도 영향을 미친다. 그러므로 가변 스페이서를 구비한 도 2에 따른 4점 링크는 이러한 방식으로 상이한 사용 목적과 관련하여, 예컨대 다른 차량 또는 차종에서의 사용에 적합하게 조정될 수 있다.
도 3에는 도 1에 도시된 4점 링크와 유사하게, 바디 영역(1), 4개의 링크 아암(2) 및 4개의 베어링 소켓(3)을 포함하는 4점 링크가 도시되어 있으며, 상기 바디 영역(1), 링크 아암(2) 및 베어링 소켓(3) 역시 일체형으로 섬유 복합 재료로 형성된다. 도 3에는 추가로 종방향 섬유 스트랜드들 또는 단방향 프리프레그들(10, 11)의 배치를 위한 바람직한 실시예가 도시되어 있다.
도시된 실시예에서, 4점 링크는 먼저 바디 영역(1), 링크 아암들(2) 및 베어링 소켓들(3)로 형성된 (하중과 관련하여 최적으로 배치된 단방향 섬유 어셈블리들을 포함할 수 있지만 특별히 도시되어 있지는 않은) 본체와, 와인딩 또는 밴드의 형태로 상기 본체에 배치된 단방향 섬유 스트랜드(10, 11)로 구성되어 있다. 이때, 와인딩들 또는 섬유 스트랜드들(10, 11)은, 각각의 베어링 소켓(3)을 (각각의 외부 둘레의 절반 이상을 따라) 커버하면서 형상 결합식으로 에워쌈으로써, 각각 대각선 방향으로 마주보는 2개의 베어링 소켓(3)을 연결한다. 이는 달리 말하면, 종방향 섬유들이 베어링 소켓의 원주 방향으로 놓이게 되어, 링크 바디(1, 2) 내로의 힘 도입과 관련하여 하중 최적화되어 배치된다고도 할 수 있다.
다시 말해 다른 방향으로 다른 강성(탄성 계수) 및 다른 강도를 갖는 단방향 섬유 스트랜드들(10, 11)의 재료 직교성에 기반하여, 4점 링크는 변형 또는 하중에 있어서 최적으로 설계될 수 있다. 따라서 차량 액슬에서 발생하는 종방향 힘 또는 횡방향 힘이 섀시 안으로 도입될뿐만 아니라, 섀시 아티큘레이션 또는 코너링 시 발생하는 비틀림도 링크의 적절한 변형을 통해 흡수될 수 있다.
단방향 섬유 스트랜드(10, 11)의 재료는 특히 탄소 섬유, 유리 섬유 또는 이들 섬유가 조합된 재료일 수 있으며, 이 섬유들은 와인딩, 드레이핑 또는 위빙을 통해 하중 방향에 부합하게 배치될 수 있다. 후자는 섬유 스트랜드들(10, 11) 외에도 바디 영역(1) 자체 및 여기에 일체로 성형된 링크 아암들(2)과 베어링 소켓들(3)에도 적용된다.
도 4 및 도 5에는 본 발명에 따른 4점 링크의 또 다른 2가지 실시예가 도시되어 있다. 도 4에는 바디 영역(1), 링크 아암들(2) 및 베어링 소켓들(3)을 포함하는 4점 링크가 도시되어 있으며, 여기서 바디 영역(1)은 차량 횡방향으로 개방되어 있는 반면, 차량 종방향으로는 바디 영역(1)이 폐쇄된 벽들(12)을 갖는다. 도 4에 따른 4점 링크에서도 베어링 소켓들(3)은 다시 종방향 섬유 어셈블리들로 형성된 링크 바디 또는 이 링크 바디와 일체로 형성된 링크 아암(2) 안에 통합되어, (도 4에는 도시되지 않음, 도 3 참조) 섬유 연장부들은 적어도 베어링 소켓들의 외부 둘레의 절반을 둘러쌈으로써 베어링 소켓들을 4점 링크에 단단히 고정시킨다.
바디 영역(1)을 차량 횡방향으로 개방된 형태로 형성한 덕분에, 도 4에 따른 4점 링크는 특히 비틀림 변형과 관련한 더 높은 탄성을 가지므로, 롤링 안정성과 관련한 요건들은 더 완화되고, 그리고/또는 최대 액슬 아티큘레이션과 관련한 요건들은 더 강화된 조건에서 더 경량인 차량에 설치하기에 매우 적합하다.
도 5에 도시된 4점 링크의 경우 바디 영역(1)은 차량 횡방향으로도 차량 종방향으로도 (12에서) 개방적으로 형성되어 있어서, 이는 바디 영역(1)과 링크 아암들(2) 모두의 훨씬 더 큰 비틀림 탄성과 종방향 탄성을 야기한다.
그러므로 4점 링크는 예컨대 도 5에 따라 (지금까지는 기본적으로 베어링 소켓들(3) 안에 배치될 엘라스토머 베어링에 의해 충족된) 예컨대 반경방향 또는 축방향 탄성 및 진동 감쇠와 같은 과제를 부분적으로 또는 경우에 따라서는 전부 수행할 수 있으므로, 더 작고 더 가벼운 엘라스토머 베어링이 사용될 수 있고, 또는 엘라스토머 베어링에 대한 필요성이 완전히 없어질 수도 있다. 이는 다시 말하면, 4점 링크가 상황에 따라서는 직접 슬라이딩 베어링에 의해 차량 섀시 및/또는 차량 액슬과 연결될 수도 있음을 의미한다. 그러므로 설치 공간, 중량 및 비용이 절감되는 동시에, 4점 링크와 액슬 시스템의 관점에서 광범위한 기능 통합이 달성된다.
도 6에는 본 발명에 따른 4점 링크의 또 다른 일 실시예의 링크 바디의 등각도가 도시되어 있다. 도 6에 도시된 링크 바디의 구조를 명료화하기 위해, 베어링 소켓들은 도 6에 도시되지 않았다. 링크 바디는, 링크 아암(2)을 형성하는, 십자 형태로 배치된 2개의 빔과 2개의 토크 튜브(13)로 형성된 골조 형태임을 알 수 있다. 이때, 토크 튜브들(13)은 (4점 링크가 설치된 상태에서) 차량 종방향으로 연장하며, 짝을 이뤄 각각 차량을 기준으로 좌측 또는 우측에 배치된 베어링 소켓 쌍들의 양측 베어링 소켓을 연결한다(도 7 참조).
도 6에 따른 4점 링크의 경우, 빔들(2) 및 토크 튜브들(13) 역시 섬유 복합 재료로 형성된다. 빔들(2)과 토크 튜브들(13)의 골조 배열에 따라, 비틀림 하중의 발생 시 4점 링크의 비틀림 강성 및 변형에 의해 빔들(2)이 휘어질 수 있다. 그러므로 4점 링크의 비틀림 강성은, 빔들(2)의 휨 강성 및 빔들(2)의 교차 지점의 영역에서의 강성으로 재현되거나 전환될 수 있다.
그에 반해, 주행 방향으로 작용하는 종방향 힘들은 인장 강성 또는 압축 강성을 갖는 토크 튜브(13)에 의해 흡수되며, 이로써 도 6 또는 도 7에 따른 4점 링크의 종방향 강성 또는 종방향 탄성은 주로 토크 튜브(13)를 통해 정해진다. 그에 반해, 주행 방향에 대해 횡으로 작용하는 횡력은 -빔들(2)의 십자형 배열 및 섀시로의 4점 링크의 연결에 의해- 빔들(2) 안에서 인장력 또는 압축력의 형태로 지지된다.
도 7에 따른 4점 링크 역시 도 6에 따른 4점 링크와 유사하게 골조의 유형으로 형성된다. 도 6과의 차이로서, 도 7에 베어링 소켓들(3)도 함께 도시되어 있다. 도 7에 따른 4점 링크의 경우, 토크 튜브들(13)은 강재로 형성되며, 각 관련 베어링 소켓 쌍들(3)과 일체로 형성된다. 베어링 소켓들(3)의 일체형 형성을 통해 -각각 차량 기준으로 4점 링크의 종방향 측에서- 특히 4점 링크의 비틀림 강성 및/또는 종방향 강성이 주행 방향을 따라 증가하는 반면, 4점 링크의 비틀림 거동은 여기에서도 섬유 복합체 어셈블리의 형태로 형성된 링크 바디(1)에 의해 주로 결정된다.
1 바디 영역
2 링크 아암, 거더
3 베어링 소켓
4 횡단면 형상
5 보강 튜브
6, 7 벽
8 스페이서
9 바디 높이
10, 11 섬유 스트랜드, 프리프레그, 종방향 섬유 어셈블리
12 벽 영역
13 토크 튜브

Claims (19)

  1. 특히 유틸리티 차량의 리지드 액슬의 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크이며, 4점 링크는 4개의 베어링 소켓(3)을 포함하고, 이들 중 2개의 베어링 소켓(3)은 차량 액슬에 그리고 2개의 베어링 소켓(3)은 차체 프레임에 관절식으로 연결될 수 있으며, 4점 링크는 이 베어링 소켓들(3)로 형성된 사다리꼴 형상을 둘러싸는 토션 링크 바디(1, 2)를 포함하는, 4점 링크에 있어서,
    링크 바디(1, 2)는 섬유 복합체 어셈블리로 형성되고, 섬유 복합체 어셈블리는 하나 이상의 베어링 소켓(3)에 할당된 하나 이상의 종방향 섬유 어셈블리(10, 11)를 포함하며, 이들 종방향 섬유 어셈블리는 하나 이상의 베어링 소켓(3)의 둘레를 적어도 절반을 둘러싸면서 적어도 링크 바디(1, 2)의 부분들을 따라 연장되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  2. 제1항에 있어서, 2개의 종방향 섬유 어셈블리(10, 11)가 제공되며, 각각의 종방향 섬유 어셈블리(10, 11)가 대각선 방향으로 마주보는 두 베어링 소켓 쌍(3) 중 하나에 각각 할당되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 단일의 종방향 섬유 어셈블리(10, 11)가 4개의 모든 베어링 소켓(3)에 할당되거나, 전체 링크 바디(1, 2)가 단일의 종방향 섬유 어셈블리로 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 폐쇄형 프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 하나 이상의 웨브를 가지며, 이 웨브는 서로 마주보고 놓인 링크 바디(1, 2)의 벽들(6, 7)을 전단 변형에 견디도록 서로 연결하는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 적어도 국부적으로 전단 강성 충전재 소재의 필러로 채워지는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  7. 제6항에 있어서, 상기 필러는 전단 변형에 견디도록 링크 바디(1, 2)의 벽들(6, 7)과 연결되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 차량 횡방향 및/또는 차량 종방향으로 적어도 일측이 개방된 프로파일을 형성하는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 차량 횡방향 및/또는 차량 종방향으로 각각 양측이 개방된 프로파일을 형성하며, 이 경우 링크 바디(1, 2)는 별개로 제조된 2개의 쉘 반부로 구성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 링크 바디(1, 2)의 마주보도록 놓인 2개의 벽(6, 7) 사이에 하나 이상의 길이 가변형 스페이서(8)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 링크 바디(1, 2)는 차량 기준 평면도에서 중앙의 바디 영역(1) 및 베어링 소켓들(3)을 지지하는 4개의 주변 링크 아암(2)과 함께 실질적으로 일체로 십자형 또는 X자형 디자인을 형성하며, 이 경우 링크 아암들(2)은, 횡단면 형태가 실질적으로 박스형 프로파일 또는 I자형 캐리어에 상응하도록 프로파일링된 횡단면을 갖는 거더(2)로서 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 차량 기준으로 좌측 또는 우측에 배치된 베어링 소켓 쌍들의 양 베어링 소켓(3)이 각각 토크 튜브(13)에 의해 서로 강건하게 연결되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  13. 제13항에 있어서, 토크 튜브(13)는 금속으로 형성되며, 이 경우 토크 튜브(13)를 통해 서로 연결되는, 일측 베어링 소켓 쌍의 두 베어링 소켓(3)은 토크 튜브(13)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 베어링 소켓(3)의 영역 내에 베어링 슬리브 또는 엘라스토머 베어링이 반제품으로서 적층되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  15. 제14항에 있어서, 하나 이상의 베어링 슬리브가 링크 바디 또는 링크 아암들(2)과 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 베어링 소켓(3)은 차량 액슬 또는 차체 프레임에 4점 링크를 연결하기 위한 비탄성 회전 조인트를 수용하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 베어링 소켓(3) 또는 하나 이상의 링크 아암(2)은, 차량 액슬 또는 차체 프레임에 4점 링크를 비관절식으로 연결하도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  18. 제17항에 있어서, 링크 바디(1, 2) 또는 링크 아암들(2)은 하나 이상의 베어링 소켓(3)의 영역에서 휨 탄성을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
  19. 제18항에 있어서, 휨 탄성을 갖도록 형성된 링크 바디(1, 2) 또는 링크 아암들(2)의 영역은 적층체(laminate)로서 형성되며, 이 라미네이트는 엘라스토머 재료로 형성된 하나 이상의 라미네이트 층을 포함하는 것을 특징으로 하는, 리지드 액슬 서스펜션을 위한 4점 링크.
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