KR20140092919A - 구조적 구성요소의 제조 방법, 그 방법을 실행하는 장치 및 구조적 구성요소 - Google Patents

구조적 구성요소의 제조 방법, 그 방법을 실행하는 장치 및 구조적 구성요소 Download PDF

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더스틴 플로크
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존슨 컨트롤스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 유기금속 시트(3)로부터 구조적 구성요소(2)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이에 의해, 제 1 단계에서, 상기 유기금속 시트(3)가 예열되고, 도구(1) 내로 도입되며 후속하여 재성형되며(reformed), 제 2 단계에서, 재성형된 유기금속 시트(3)의 구역(3.2)이 가열되며, 제 3 단계에서, 상기 재성형된 유기금속 시트(3)의 적어도 가열된 구역(3.2)은, 상기 구역이 유기금속 시트(3)의 추가 구역과 재료 접합을 위해 진입하여 적어도 부분적으로 폐쇄된 중공 프로파일을 형성하도록 추가로 재성형된다. 본 발명은 또한 유기금속 시트(3)로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법을 실행하는 장치 및 이 방법에 의해 제조된 구조적 구성요소(3)에 관한 것이다.

Description

구조적 구성요소의 제조 방법, 그 방법을 실행하는 장치 및 구조적 구성요소 {METHOD FOR PRODUCING A STRUCTURAL COMPONENT, DEVICE FOR CARRYING OUT THE METHOD AND STRUCTURAL COMPONENT}
본 발명은 청구항 1의 전제부에서 청구되는 바와 같은 구조적 구성요소를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 추가로, 청구항 6의 전제부에서 청구되는 바와 같은 방법을 실행하기 위한 장치 및 청구항 9의 전제부에서 청구된 바와 같은 구조적 구성요소에 관한 것이다.
섬유 복합재 구조로 이루어진 구조적 구성요소들(또한, 유기금속 시트들이라 함)은 연속 섬유-보강식 열가소성 시트들이며 예컨대 시트 등받이 후벽들을 제조하기 위해서 종래 기술에 공지되어 있다. 일반적으로, 이를 위해서, 유기금속 시트는 대응하는 도구로 쉐이핑되며(shaped), 후속하여 유기금속 시트에 예컨대 바람직하게는 그 위에 사출 성형되는 플라스틱 리브(rib)들과 같은 기능성 요소들이 제공된다.
중공 본체들의 형태로, 즉, 폐쇄된 프로파일들을 갖는 구조적 구성요소들을 제조하기 위해서, 종래 기술로부터 상이한 방법들이 공지되어 있다. 특히, 이 경우에, 이른바 핏 하이브리드(fit hybrid) 방법 및 트윈 시트(twin sheet) 방법이 사용된다.
핏 하이브리드 방법에 의해서, 유기금속 시트의 쉐이핑 및 동시적인 사출 성형은 하나의 처리 단계에서 가능하다. 일반적으로, 유기금속 시트의 쉐이핑 이후에, 제작될(to be manufactured) 폐쇄된 프로파일들은 후속하는 접합 프로세스에 의해 제조된다.
트윈 시트 방법, 이른바 더블 스트레치 인발(double stretch drawing) 방법 또는 트윈 시트 열성형(twin sheet thermoforming) 방법에서, 2 개의 반제품들(semi-finished products)(예컨대, 유기금속 시트들)이 쉐이핑되며, 이와 동시에 용접되어 중공 본체 프로파일을 갖는 단일 구조적 구성요소를 형성한다. 예컨대, 2 개의 반제품들은 클램핑 프레임에서 상하로(above one another) 클램핑되며, 후속하여 일측 상에서 가열되며, 여기서, 상기 반제품들은 양면식(double-sided) 도구에 의해 열성형되며, 이와 동시에 둘레 상에서 용접된다. 대안으로, 반제품들은 2 개의 별개의 클램핑 프레임들에서 가열되며, 2 개의 대향하는 도구 절반부(half)들에서 열성형된다. 도구를 모음으로써(bring together), 열성형된 반제품들이 후속 용접된다.
본 발명의 목적은, 종래 기술에 비해 개선되고, 특히 비용적으로 보다 효율적인 구조적 구성요소를 제조하는 방법을 상세하는 것이다. 본 발명의 목적은, 또한 종래 기술에 비해 개선된 방법을 실행하는 장치 뿐만 아니라 개선된 구조적 구성요소를 상세하는 것이다.
본 발명의 목적은, 방법에 관하여 청구항 1에서 설명된 특징들에 의해, 장치에 관하여 청구항 6에서 설명된 특징들에 의해, 그리고 구조적 구성요소에 관하여 청구항 9에서 설명된 특징들에 의해 본 발명에 따라 성취된다.
본 발명의 유리한 실시예들은 후속 청구항들의 요지를 형성한다.
본 발명에 따른 유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법에 있어서, 제 1 단계에서, 상기 유기금속 시트가 예열되고, 도구 내로 도입되며 후속하여 쉐이핑되고, 제 2 단계에서, 쉐이핑된 유기금속 시트의 구역이 가열되며, 제 3 단계에서, 상기 쉐이핑된 유기금속 시트의 적어도 가열된 구역은, 상기 구역이 유기금속 시트의 추가 구역과 재료 접합을 위해 진입하여 적어도 부분적으로 폐쇄된 중공 프로파일을 형성하도록 추가로 쉐이핑되는 것이 제공된다.
적어도 부분적으로 폐쇄된 중공 프로파일에 의해, 구조적 구성요소는 유리하게는, 증가된 비틀림 강성을 갖는다. 이에 따라, 본 발명의 방법에 의해 제조된 구조적 구성요소는, 중량 감소되며, 특히 굴곡 강성(flexurally rigid)이 있다. 예컨대, 시트 등받이 후벽을 제조하는 구조적 구성요소가, 상기 시트 등받이 후벽을 유리하게 강화하기 위해서 차량 시트에 적합하다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 유기금속 시트는 상기 구역이 가열될 때 열가소성 재료에 의해 보강된다. 이렇게 함으로써, 예컨대, 리브형 구조가 유기금속 시트에 적용될 수 있고, 상기 리브형 구조는 바람직하게는 유기금속 시트와 동일한 열가소성 재료로부터 형성된다.
특히 바람직하게는, 이 경우에, 열가소성 재료는 유기금속 시트의 표면에서 재료 접합에 적용된다. 이렇게 하여, 유기금속 시트 및 열가소성 보강 재료로부터, 통합된, 그리고 이에 따라 일체형 구조적 구성요소가 형성된다.
바람직하게는, 쉐이핑 프로세스에 의해, 유기금속 시트는 제 1 단계에 따라 구조적 구성요소의 부분 형상 내로 쉐이핑되며, 그리고 추가의 쉐이핑 프로세스에 의해, 유기금속 시트가 제 3 단계에 따라 구조적 구성요소의 최종 형상으로 쉐이핑된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 쉐이핑 프로세스를 위해서, 도구는 제 1 단계에 따라 폐쇄되고, 추가의 쉐이핑 프로세스를 위해서, 도구는 제 3 단계에 따라 개방된다.
본 발명에 따라 도구에 의해 유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법을 실행하는 장치에서, 상기 도구는 제 1 몰드 본체 및 제 2 몰드 본체를 갖는 공동을 형성하는 적어도 2 부품 복합재 본체로서 구성되며, 공동 측 상에서 몰드 본체들 중 하나는 포지티브 윤곽으로 쉐이핑된 프로파일을 가지며, 몰드 본체들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 가열가능한 부분을 가지며, 상기 도구는 슬라이드에 커플링되며, 슬라이드는 바람직하게는 몰드 본체들 중 하나의 몰드의 공동 측 상에서 표면을 따라 이동될 수 있다.
이 장치에 의해, 폐쇄된 중공 프로파일을 갖는 유기금속 시트로 만들어진 구조적 구성요소가 단지 하나의 도구를 사용하여 수개의 단계들에서 제조될 수 있다. 이를 위해서, 특히 바람직한 방식으로, 추가의 결합(joining) 및/또는 접합 프로세스들이 요구되지 않는다.
도구는, 유리하게는 쉐이핑 도구 및 사출 성형(injection-molding) 도구로 구성된 조합 도구로서 구성된다. 이로써, 2 개의 상이한 프로세스들이 하나의 도구에서 가능하며, 이에 의해 적은 수의 도구 구성요소들로 인해서 짧은 제조 시간들 및 재료 절약들이 가능하다.
이미 설명된 방법에 따라 제조되는 본 발명에 따른 구조적 구성요소의 유기금속 시트는, 폐쇄된 중공 프로파일을 갖는다. 폐쇄된 프로파일로 인해, 이축의(biaxially) 구조적 구성요소가 개방 프로파일을 갖는 구조적 구성요소에 비해서 더 높은 기하학적 관성 모멘트(moment of inertia)를 갖는다. 그 결과, 지지체가 더 좁게 설계될 수 있으며, 이에 의해 재료 및 중량 절약들이 성취된다. 이러한 구조적 구성요소에 의해, 시트 등받이 벽이 매우 높은 강성도를 갖는 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다. 게다가, 사출 성형된 리브형 구조들은 상기 리브 구조들이 보다 좁게 설계될 수 있도록 폐쇄형 프로파일에 의해 보호된다.
본 발명은 개략적인 첨부 도면들을 참조하여 보다 상세히 설명된다.
도 1은 구조적 구성요소를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제 1 방법 단계 중 도구의 개략적 단면도를 도시한다.
도 2는 제 2 방법 단계에서 도 1에 따른 도구의 개략적 단면도를 도시한다.
도 3은 제 3 방법 단계에서 도 1에 따른 도구의 개략적 단면도를 도시한다.
도 4는 제 4 방법 단계에서 도 1에 따른 도구의 개략적 단면도를 도시한다.
도 5는 제 5 방법 단계에서 도 1에 따른 도구의 개략적 단면도를 도시한다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 따른 방법 단계들에 의해 제조된 구조적 구성요소의 개략적 단면도를 도시한다.
서로 대응하는 부분들에는 모든 도면들에서 동일한 도면 부호들이 제공된다.
도 1에서, 도구(1)의 단면도가 도 6에 도시된 구조적 구성요소(2)를 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법의 제 1 방법 단계를 개략적으로 도시한다.
구조적 구성요소(2)는 이른바 유기금속(organometallic) 시트(3)로 형성되며, 이 시트는 본 발명의 예시적 실시예에서는 종래의 유기금속 시트이다. 유기금속 시트(3)는 유리 섬유들, 탄소 섬유들 및/또는 아라미드 섬유들 또는 이의 혼합물로 만들어진 직조 재료(woven material)가 포함되는 열가소성 재료로 만들어진 평면형 반제품(planar semi-finished product)이어서, 이들 섬유들은 열가소성 재료에 의해 완전히 습윤된다. 이에 따라, 유기금속 시트(3)들은 연속 섬유 보강식 열가소성 시트들이다.
유기금속 시트(3)의 대응하는 처리를 위해서, 상기 유기금속 시트는 적어도 부분적으로 도구(1) 내측에 배열된다.
도구(1)는 바람직하게는 쉐이핑 도구(shaping tool) 및 사출 성형(injection-molding) 도구로 구성되며 제 1 몰드 본체(1.1) 및 제 2 몰드 본체(1.2)를 갖는 공동(cavity)을 형성하는 2 부품 복합재 본체로서 형성된 조합식 도구이다. 이 경우에, 제 1 몰드 본체(1.1)는 제 2 몰드 본체(1.2)에 대향 배열된다. 도 1에 따른 본 발명의 예시적 실시예에서, 도구(1)는 개방된다.
제 1 몰드 본체(1.1)는 제 2 몰드 본체(1.2)에 마주하는 그의 측면 상에 제조될 유기금속 시트(3)의 프로파일의 포지티브 윤곽으로서 쉐이핑된 프로파일을 갖는다.
제 2 몰드 본체(1.2)는 제 1 몰드 본체(1.1)에 마주하는 그의 측면 상에 리세스를 갖는다. 제 1 몰드 본체(1.1)의 쉐이핑된 프로파일 및 제 2 몰드 본체(1.2)의 리세스는, 이 경우에 도구(1)의 공동을 형성한다.
제 1 및 제 2 몰드 본체(1.1, 1.2) 양자 모두는, 각각의 경우에, 바람직하게는, 금속 또는 금속 합금 또는 세라믹 또는 플라스틱 재료로 구성된다. 또한, 제 1 및 제 2 몰드 본체(1.1, 1.2)들은 상이한 재료로 구성되는 것이 또한 가능하다.
세라믹 또는 플라스틱이 재료로서 사용되면, 제 1 및/또는 제 2 몰드 본체(1.1, 1.2)들의 표면들에는 편의상 금속 코팅이 제공된다.
본 발명의 예시적 실시예에서, 제 1 몰드 본체(1.1)는 유기금속 시트(3)의 부분 가열을 위해 기능하는 2 개의 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들을 에지 상에 갖는다. 대안으로, 제 1 몰드 본체(1.1)는 또한 하나, 또는 2 초과의 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들을 가질 수 있다. 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들은 또한, 대안으로, 제 1 몰드 본체(1.1)의 다른 적절한 구역들에 배열될 수 있다. 게다가, 이는 또한 제 2 몰드 본체(1.2)가 대안으로 또는 추가로 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들을 갖는 것이 또한 가능하다.
유기금속 시트(3)를 쉐이핑하기 위해서, 상기 유기금속 시트는 적어도 부분적으로 예열되며, 몰드 본체(1.1, 1.2)들 양자 사이에 배열된다. 이 경우에, 유기금속 시트(3)는, 상기 유기금속 시트가 도구(1)의 공동 외부에 부분적으로 배열되도록, 도구(1)의 공동의 치수들에 비해 더 큰 치수들을 갖는다.
후속하여, 몰드 본체(1.1, 1.2)들은 서로를 향해 이동되며, 즉 도구(1)가 폐쇄되고, 유기금속 시트(3)는 도 2에 도시된 바와 같이 대응하게 쉐이핑된다. 이 경우에, 리세스(3.1)는 유기금속 시트(3) 밖으로 쉐이핑되며, 그의 횡단면은 대체로 사다리꼴(trapezoidal) 프로파일을 갖는다.
이 경우에, 유기금속 시트(3)의 구역(3.2)은 제 1 몰드 본체(1.1)의 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들에 인접하며, 여기서, 구역(3.2)의 하나의 표면은, 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들에 대면하며, 구역(3.2)의 추가의 표면이 노출된다.
이전 쉐이핑 프로세스에 대한 대안 또는 추가인, 도 3에 도시된 방법 단계에서, 제 1 부분 단계에서, 슬라이드(4)는 도구(1) 내측에 위치설정되며, 여기서 슬라이드(4)의 일측의 표면은 구역(3.2)의 노출된 표면에 대항하여 지탱한다.
제 2 부분 단계에서, 열가소성 재료가 바람직하게는 유기금속 시트(3) 둘레에 사출 성형된다. 이러한 방식으로, 특히 바람직하게는 유기금속 시트(3)와 같은 열가소성 재료로 형성된 리브형(ribbed) 구조(도시 생략)는, 통합된(integrated), 그리고 이에 따라 일체형인(integral) 구성요소가 유기금속 시트(3) 및 리브형 구조로 형성되도록, 유기금속 시트(3)의 표면에 적용된다.
유기금속 시트(3)의 추가의 쉐이핑을 위해서, 리브형 구조가 유기금속 시트(3) 둘레에 사출 성형될 때, 이 구역(3.2)은 제 1 본체(1.1)의 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)들에 의해 가열된다. 이에 따라, 특히 짧은 사이클 타임들이 구조적 구성요소(2)를 제조하기 위해 가능하다.
이전의 쉐이핑 프로세스 및/또는 다음의 사출 성형에 후속하여, 도 4에 도시된 방법 단계에서, 도구(1)가 개방되며, 즉, 제 1 몰드 본체(1.1)는 제 2 몰드 본체(1.2)로부터 이격된다. 본 발명의 예시적 실시예에서, 제 1 몰드 본체(1.1)는 관찰 방향에 수직 상방으로 이동된다(화살표에 의해 도시됨).
도 5에서, 슬라이드(4)는 관찰자의 방향에 직각으로 후속하여 수평하게 이동된다(추가 화살표에 의해 도시됨). 이와 동시에, 가열된 구역(3.2)이 쉐이핑되며, 그리고 특히 폐쇄된 중공 프로파일을 형성하도록 유기금속 시트(3)의 추가 부분과 재료 접합을 위해 진입한다. 이에 따라, 리세스(3.1)가 쉐이핑된 부분(3.2)에 의해 폐쇄된다. 재료 접합에 의해서, 이에 따라 본 발명에 따른 방법이 특히 비용효과적이 되도록, 복잡하며 비용 집약적인 접합 프로세스들이 회피된다.
도 6에서, 유기금속 시트(3)로부터 제조된 구조적 구성요소(2)의 측단면도가 도시된다.
예컨대, 차량 시트의 시트 등받이 후벽은 구조적 구성요소(2)에 의해 제조될 수 있으며, 여기서 머리받침대 지지 로드 수용 슬리브들, 시트 벨트 디플렉터 및/또는 시트 벨트 리트랙터용 리시버가 사출 성형된 리브형 구조 내로 쉐이핑될 수 있다.
구조적 구성요소(2)의 폐쇄된 프로파일은, 특히 유리한 방식으로 증가된 비틀림 강성(torsional rigidity)을 허용하여, 예컨대, 전체 시트 등받이 후방 벽이 보강될(stiffened) 수 있다.
1 : 도구
1.1 : 제 1 몰드 본체
1.1.1, 1.1.2 : 가열 가능한 부분들
1.2 : 제 2 몰드 본체
2 : 구조적 구성요소
3 : 유기금속 시트
3.1 : 리세스
3.2 : 구역
4 : 슬라이드

Claims (10)

  1. 유기금속 시트(3)로부터 구조적 구성요소(2)를 제조하는 방법에 있어서,
    제 1 단계에서, 상기 유기금속 시트(3)가 예열되고, 도구(1) 내로 도입되며 후속하여 쉐이핑되고,
    제 2 단계에서, 쉐이핑된 유기금속 시트(3)의 구역(3.2)이 가열되며,
    제 3 단계에서, 상기 쉐이핑된 유기금속 시트(3)의 적어도 가열된 구역(3.2)은, 상기 구역이 유기금속 시트(3)의 추가 구역과 재료 접합을 위하여 진입하여 적어도 부분적으로 폐쇄된 중공 프로파일을 형성하도록 추가로 쉐이핑되는 것을 특징으로 하는,
    유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기금속 시트(3)는 상기 구역(2)이 가열될 때 열가소성 재료에 의해 보강되는 것을 특징으로 하는,
    유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열가소성 재료는 유기금속 시트(3)의 표면에 재료 접합에 의해 적용되는 것을 특징으로 하는,
    유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쉐이핑 프로세스에 의해, 유기금속 시트(3)는 제 1 단계에 따라 구조적 구성요소(2)의 부분 형상 내로 쉐이핑되며, 추가의 쉐이핑 프로세스에 의해, 유기금속 시트가 제 3 단계에 따라 구조적 구성요소(2)의 최종 형상으로 쉐이핑되는 것을 특징으로 하는,
    유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쉐이핑 프로세스를 위해서, 상기 도구(1)는 제 1 단계에 따라 폐쇄되고, 상기 추가의 쉐이핑 프로세스를 위해서, 상기 도구는 제 3 단계에 따라 개방되는 것을 특징으로 하는,
    유기금속 시트로부터 구조적 구성요소를 제조하는 방법.
  6. 도구(1)를 포함하는, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 실행하는 장치에 있어서,
    상기 도구(1)는 제 1 몰드 본체(1.1) 및 제 2 몰드 본체(1.2)를 갖는 공동을 형성하는 적어도 2 부품 복합재 본체로서 구성되며,
    상기 공동 측 상에서 몰드 본체(1.1, 1.2)들 중 하나는 포지티브 윤곽으로 쉐이핑된 프로파일을 가지며,
    상기 몰드 본체(1.1, 1.2)들 중 적어도 하나는 적어도 하나의 가열가능한 부분(1.1.1, 1.1.2)을 가지며,
    상기 도구(1)는 슬라이드(4)에 커플링되는 것을 특징으로 하는,
    방법을 실행하는 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 슬라이드(4)는 몰드 본체들 중 하나의 몰드(1.2)의 공동 측 상에서 표면을 따라 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    방법을 실행하는 장치.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 도구(1)는 쉐이핑 도구 및 사출 성형(injection-molding) 도구로 구성된 조합 도구로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    방법을 실행하는 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조된 구조적 구성요소(2).
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 쉐이핑 유기금속 시트(3)는 폐쇄된 중공 프로파일을 갖는 것을 특징으로 하는,
    구조적 구성요소.
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