KR20190103592A - 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은, 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 차륜이 설치되는 한 쌍의 트레일링 아암과, 상기 한 쌍의 트레일링 아암을 일정 간격으로 두고 서로 연결하여 차량의 주행중 진동 감쇠와, 비틀림 강성을 발휘하도록 설치되는 차량의 토션빔에 있어서, 상기 토션빔은, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 가운데에 형성되는 단면 균일구간부와, 상기 단면 균일구간부의 양측에 트레일링 아암 방향으로 두께가 점차 두꺼워지면서 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 변형되는 단면 변형구간부와, 상기 단면 변형구간부에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 내부 측면과 전후방단부의 하부가 하부 방향으로 더 돌출 형성되는 단면 확장 체결구간부를 포함하여 이루어지며, 복합재로 토션빔을 제조할 때 구간별로 단면구조를 변형시켜 형성하되 전후방단부의 내부에 섬유강화보강재를 더 형성함으로써, 서스펜션의 비틀림 강성 및 높은 진동 감쇠특성 유지와 경량화, 내부식성, 그리고 피로에 대한 내구성 향상이 이루어지는 효과가 있다.
Description
본 발명은 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로는, 복합재로 토션빔을 제조할 때 구간별로 단면구조를 변형시켜 형성하되 전후방단부의 내부에 섬유강화보강재를 더 형성함으로써, 서스펜션의 비틀림 강성 및 높은 진동 감쇠특성 유지와 경량화, 내부식성, 그리고 피로에 대한 내구성 향상이 이루어지도록 하는 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 차량용 토션빔은, 이미 널리 개시된 사항으로 자세한 설명은 생략하며, 공개특허 제10-2015-0103371호 "토션빔, 토션빔 조립체 및 토션빔식 서스펜션 장치", 등록특허 제10-1383725호 "차량 현가장치용 토션빔" 등을 참고할 수 있다.
한편, 상기 "토션빔, 토션빔 조립체 및 토션빔식 서스펜션 장치"는, 금속의 중공관을 사용해 대략 V자 및 U자 형태 및 비대칭 형태로 제조한 토션빔으로, 낮은 진동 감쇠특성을 가지며, 부식성과 피로수명에 취약한 것은 물론 금속재로 형성됨에 따라 고중량이며 승차감 감소와 소음이 발생하는 문제점들이 있다.
또한, 상기 "차량 현가장치용 토션빔"은, 탄소섬유 강화 플라스틱(CFRP)에 수지를 도포하여 제조된 프리프레그(Prepreg)를 사용해서 하부가 개방된 형태의 V자 및 U자 형태로 제조하되, 차량의 진행방향을 기준으로 전후방단부 각각에 복합재(탄소섬유 강화 플라스틱)인 프리프레그 적층 수량을 다르게 적층시켜 제조한 것으로, 충진재를 상부 및 전후방단부에 넣고 있어 전후방단부가 원주형으로 형성되는데 성형 후 금형의 탈형할 수 없는 구조이고, 전후방단부의 면에 프리프레그를 다르게 적층하면서 토션빔 전체의 단면구조가 동일한 단면구조를 보임에 따라 비틀림 강성을 제대로 발휘할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래 복합재료를 상용하여 제조되는 차량용 토션빔은, 폼(Faom)재를 모재인 복합재료의 내부에 심재로 심어 넣어 사용함으로써, 부피를 팽창시켜 토션빔의 강성 증가를 도모하고자 하는 경우가 있으나, 폼 자체는 재료의 특성상 구조적으로 보강 효과를 기대할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 상기 폼재를 보강재로 사용하는 제조의 경우에는, 열간에서 압축 성형하는 공법을 사용하는데, 약 섭씨 130도 이상에서 7~70 kg/cm2 의 압력 조건에서 형상을 유지할 수 있는 폼재가 현실적으로 존재하지 않기 때문에 산업 현장에서 적용할 수 없는 문제점이 있다.
본 발명의 목적은, 복합재를 이용하여 토션빔을 제조할 때 구간별로 단면구조를 변형시켜 형성함으로써, 서스펜션의 비틀림 강성 및 높은 진동 감쇠특성을 유지할 수 있도록 하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 토션빔을 탄소섬유 강화 플라스틱이라는 복합재를 이용해서 제작함으로써, 금속재 대비 경량화와 내부식성 그리고 고강도와 고탄성화가 가능하도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 토션빔의 전후방단부 하단 내부에 복합재인 프리프래그를 말은 형태로 넣어 섬유강화보강재를 형성하여 제조함으로써, 토션빔에 비틀림하중이 연속적으로 작용하더라도 프리프래그의 일부 적층구조에서 발생할 수 있는 층간 분리현상을 방지할 수 있고 전후방단부 하부의 단면적 확대를 통해 피로에 대한 내구성도 향상되도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 총진코어의 형성으로 단면적이 확대되는 확장하단부의 형성시 내부 측면 양쪽에 수직상태를 벗어난 각도로 탈형유도면을 형성함으로써, 복합재를 이용한 토션빔의 제조시 금형의 탈형이 향상되도록 하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 단면 확장 체결구간부의 내부 측면과 전후방단부의 하부 둘레에 단면 변형구간부보다 확장되도록 복합재 프리프레그들을 적층시켜 덧댄 보강부를 더 형성함으로써, 볼트의 체결력과 비틀림 강성이 향상되도록 하는데 있다.
본 발명에 의한 차량용 복합재 토션빔 구조는, 차륜이 설치되는 한 쌍의 트레일링 아암과, 상기 한 쌍의 트레일링 아암을 일정 간격으로 두고 서로 연결하여 차량의 주행중 진동 감쇠와, 비틀림 강성을 발휘하도록 설치되는 차량의 토션빔에 있어서, 상기 토션빔은, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 가운데에 형성되는 단면 균일구간부와, 상기 단면 균일구간부의 양측에 트레일링 아암 방향으로 두께가 점차 두꺼워지면서 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 변형되는 단면 변형구간부와, 상기 단면 변형구간부에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 내부 측면과 전후방단부의 하부가 하부 방향으로 더 돌출 형성되는 단면 확장 체결구간부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토션빔에는, 전후방단부의 개방된 하부에 제5 프리프레그에 의하여 확장 형성되는 확장하단부의 내부 측면 양쪽에 탈형이 용이하도록 수직을 벗어난 경사진 각도로 탈형유도면이 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제5 프리프레그를 말아서 형성되는 섬유강화보강재는, 토션빔의 성형시 전후방단부 내부에서 상단은 좁아지면서 첨예하도록 형성되고, 하단은 확장성이 확보되도록 일정 곡면으로 확대 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 균일구간부는, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 형성되고, 하부의 타측인 상부는 전후방단부가 만나 돔 모양으로 얇게 형성되되, 반대측인 전후방단부의 두께는 섬유강화보강재용 제5 프리프레그에 의하여 일정 비율로 확장되도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 변형구간부는, 하부가 개방된 2면 단면구조인 삼각모양에서 하부가 개방된 3면 단면구조인 사각모양으로 변형시켜 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 확장 체결구간부는, 단면 변형구간부의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부의 하부 둘레에 덧댄 보강부를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그 순으로 적층하되, 전후방단부의 내측에 제6 프리프레그를 적층하기 전에 내측 양쪽 공간을 메우도록 프리프레그를 감아 배치한 브라켓트 코어와 전후방단부의 외측 하부의 공간을 메우도록 덧댄보강부 형성용 프리프레그 끝단으로 하부 둘레를 감싸 메우도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 확장 체결구간부에는, 전후방단부의 내부측면과 하부에 복합재 프리프레그를 더 적층시켜 단면 변형구간부보다 하방으로 더 돌출되는 덧댄보강부와, 상기 토션빔의 양측에 삽입되는 토션빔 브라켓트를 체결할 수 있도록 사각모양의 3면 단면구조의 상단부와 전후방단부에 각각 형성되는 볼트 홀을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 덧댄 보강부는, 단면 변형 구간부보다 확장되도록 복합재 프리프레그를 더 적층시켜 강성이 향상되도록 하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 볼트 홀에는, 볼트의 체결이 견고하도록 부싱이 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토션빔은, 단면 확장 체결구간부에 각각 삽입 후 볼트로 체결되고 트레일링 아암에 부착되는 토션빔 브라켓트에 의하여 설치되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토션빔 브라켓트는, 대략적인 사각 중공관으로 형성되되, 단면 확장 체결구간부의 개방된 하부에서 상향으로 휘어지도록 형성되는 곡면 삽입구와, 상기 곡면 삽입구의 타측에 트레일링 아암을 측면에서 용이하게 부착할 수 있도록 형성된 용접용 돌출날개와, 상기 곡면 삽입구와 용접용 돌출날개 사이에 상측과 좌우측 3면에 각각 단면 확장 체결구간부에 체결시킬 수 있도록 형성되는 볼트 체결공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 복합재 토션빔 제조방법은, 토션빔을 제조하기 위하여 복합재 프리프레그를 설계에 따라 제단하는 단계와, 제단된 복합재 프리프레그들을 제1~제4 프리프래그 순으로 적층하는 단계와, 전후방단부에 섬유강화보강재를 형성하기 위하여 말아놓은 제5 프리프레그를 제4 프리프레그의 양쪽에 적층하는 단계와, 상기 제1~제4 프리프레그들의 양끝단을 이용하여 양쪽의 제5 프리프레그들을 감싸도록 접는 단계와, 상기 제1~제4 프리프래그를 접음에 따라 상부에 노출된 접힌 제1 프리프래그상에 브라켓트 코어를 양쪽에 형성하도록 말아놓은 프리프래그를 나란히 배치하는 단계와, 상기 브라켓트 코어용 프리프래그가 배치되고 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 단면 확장 체결구간부가 형성되는 양쪽 끝단의 접힌 제1 프리프래그 상에 제6~제11 프리프레그들을 순서대로 적층하는 단계와, 상기 제5 프리프래그를 감싸고 있는 제1~제4 프리프래그에서 전후방단부로 성형되는 하부 둘레 외측의 빈 공간을 메우도록 제6~제11 프리프레그의 끝단들을 외향으로 접어 하부 둘레를 감싸도록 하는 단계와, 이후 금형의 하형에 올려놓고 상형으로 고온 프레싱하여 토션빔을 성형하는 단계로 제조되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제단된 복합재 프리프레그들을 제1~제4 프리프래그 순으로 적층하는 단계는, 토션빔의 외부를 형성하는 복합재 프리프레그인 제1 프리프레그와, 상기 제1 프리프래그보다 짧게 형성하여 제1 프리프레그 안쪽에 배치되도록 적층되는 제2 프리프레그와, 상기 제2 프리프래그보다 더 짧게 형성하여 제2 프리프레그 안쪽에 배치되도록 적층되는 제3 프리프레그와, 상기 제3 프리프레그보다 더 짧게 형성하여 제3 프리프레그의 안쪽 배치되도록 적층되는 제4 프리프레그와, 상기 섬유강화보강재 용도로 말아놓은 봉 형태의 제5 프리프래그를 제4 프리프레그의 양측 안쪽에 병렬로 배치되는 제5 프리프레그와, 상기 제5 프리프레그를 감싸도록 제1~ 제4 프리프레그들의 양쪽 끝단으로 접어 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1~제4 프리프레그들의 양끝단을 이용하여 양쪽의 제5 프리프레그들을 감싸도록 접는 단계 및 이후 금형의 하형에 올려놓고 상형으로 고온 프레싱하여 토션빔을 성형하는 단계는, 상기 감싸게 접은 후 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조의 단면 균일구간부와, 상기 단면 균일구간부에서 연속 형성되도록 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 단면 변형구간부를 성형 제조하며, 상기 단면 변형구간부의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부의 하부 둘레에 덧댄 보강부를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그 순으로 적층하되, 전후방단부의 외측 하부의 공간을 메우도록 프리프레그 끝단으로 하부 둘레를 감싸는 덧댄보강부를 형성한 단면 확장 체결구간부를 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 토션빔은, 전후방단부의 개방된 하부에 제5 프리프레그에 의하여 확장되는 확장하단부의 내부 측면 양쪽에 탈형이 용이하도록 수직을 벗어난 경사진 각도로 탈형유도면을 성형하여 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제5 프리프레그를 말아서 형성되는 섬유강화보강재는, 강성증대와 피로에 대한 내구성을 확보하도록 충진되되, 토션빔의 성형시 전후방단부 내부에서 상단은 좁아지면서 첨예하도록 형성되고, 하단은 일정 곡면으로 확대 형성되도록 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 균일구간부는, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 형성되고, 하부의 타측인 상부는 전후방단부가 만나 돔 모양으로 얇게 형성되되, 반대측인 전후방단부의 두께는 섬유강화보강재용 제5 프리프레그에 의하여 일정 비율로 확장되도록 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 변형구간부는, 하부가 개방된 2면 단면구조인 삼각모양에서 하부가 개방된 3면 단면구조인 사각모양으로 변형되도록 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 단면 확장 체결구간부는, 단면 변형구간부의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부의 하부 둘레에 덧댄 보강부를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그 순으로 적층하되, 전후방단부의 내측에 제6 프리프레그를 적층하기 전에 내측 양쪽 공간을 메우도록 프리프레그를 감아 배치한 브라켓트 코어와, 전후방단부의 외측 하부의 공간을 메우도록 프리프레그 끝단으로 하부 둘레를 감싸는 덧댄보강부를 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법은, 토션빔을 복합재로 제조할 경우, 경량화율이 50% 이상 상승하는 효과를 얻고 높은 진동 감쇠 특성을 가지며, 내부식성으로 인한 피로특성 증대, 승차감 증대와 소음 저감효과를 도모하게 되는 효과가 있다.
또한, 복합재로 제조되고 하부가 개방된 단면 변형구간부를 한 토션빔을 트레일링 아암에 설치함으로써, 토션빔의 높은 진동 감쇠특성 및 부식성과 피로수명 향상, 저중량 50% 이상 경량화, 승차감 증대 그리고 저소음을 실현할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 복합재로 제조되는 토션빔은 복합재가 가지는 특성이 반영됨에 따라, 고강도 및 고탄성과 내구성, 내마모성이 우수하고 그리고 중량이 가벼워서 차량 부품의 경량화가 가능하도록 하는 효과가 있다.
또한, 상기 복합재 토션빔은, 단방향 프리프레그(Unidirectional Prepreg)를 모재 속에 적층시켜 보강하는 구조로 제조되기 때문에 부피팽창 효과가 더 증대되고, 보강 소재의 강도까지 더해져 전체적인 구조의 강성이 향상되는 효과가 있다.
또한, 상기 단방향 프리프레그의 적층각도를 조절할 경우에는 비틀림 강도(Torsion Strength)까지 개선되는 효과가 있다.
또한, 단방향 프리프레그를 사용하여 모재와 같은 조건으로 적층 및 성형과정을 거쳐 복합재 토션빔을 성형 제조하는 바, 제조시 문제없이 시제품부터 완성품까지 용이하게 제작할 수 있는 장점과 더불어, 실증 테스트를 거쳐 수요자의 요구 성능을 만족하는 정밀한 복합재 토션빔 제품을 최종적으로 출하할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은, 본 발명에 따른 차량용 복합재 토션빔이 적용된 서스펜션을 도시한 도면.
도 2a)는, 도 1에 나타낸 복합재 토션빔을 확대 도시한 도면.
도 2b)는, 도 2에 나타낸 복합재 토션빔으로, 토션빔 브라켓트가 분리된 상태를 도시한 도면.
도 3은, 도 2에 나타낸 토션빔에 적용된 단면 균일구간부의 단면을 형성하는 프리프레그에 의한 단면구조의 예시와 그에 따른 적층정보를 나타낸 도면.
도 4는, 도 2에 나타낸 토션빔에 적용된 단면 확장 체결구간부의 단면구조 와 여기에 성형 섬유강화보강재와 브라켓트 코어가 적용됨을 도시한 도면.
도 5는, 도 4에 나타낸 단면 확장 체결구간부의 제조 시 프리프레그의 적층과 그 적층정보 및 이후 제조 시 반 성형 상태와 완전 성형상태를 보여주는 도면.
도 6은, 도 4에 나타낸 단면 확장 체결구간부를 확대 도시한 도면으로, 토션빔 브라켓트의 설치 전ㅇ후를 도시한 도면.
도 2a)는, 도 1에 나타낸 복합재 토션빔을 확대 도시한 도면.
도 2b)는, 도 2에 나타낸 복합재 토션빔으로, 토션빔 브라켓트가 분리된 상태를 도시한 도면.
도 3은, 도 2에 나타낸 토션빔에 적용된 단면 균일구간부의 단면을 형성하는 프리프레그에 의한 단면구조의 예시와 그에 따른 적층정보를 나타낸 도면.
도 4는, 도 2에 나타낸 토션빔에 적용된 단면 확장 체결구간부의 단면구조 와 여기에 성형 섬유강화보강재와 브라켓트 코어가 적용됨을 도시한 도면.
도 5는, 도 4에 나타낸 단면 확장 체결구간부의 제조 시 프리프레그의 적층과 그 적층정보 및 이후 제조 시 반 성형 상태와 완전 성형상태를 보여주는 도면.
도 6은, 도 4에 나타낸 단면 확장 체결구간부를 확대 도시한 도면으로, 토션빔 브라켓트의 설치 전ㅇ후를 도시한 도면.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부되는 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명의 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공 되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명의 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법을 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 차량용 복합재 토션빔(2)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 차륜이 설치되는 한쌍의 트레일링 아암(4)과, 상기 한쌍의 트레일링 아암(4)을 일정 간격으로 두고 서로 연결하여 차량의 주행중 진동 감쇠와, 비틀림 강성을 발휘하도록 설치된다.
상기 토션빔(2)은, 도 2a)b)에 도시한 바와 같이, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 가운데에 형성되는 단면 균일구간부(6)와, 상기 단면 균일구간부(6)의 양측에 트레일링 아암(4) 방향으로 두께가 점차 두꺼워지면서 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 변형되는 단면 변형구간부(8)와, 상기 단면 변형구간부(8)에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 내부 측면(10)과 전후방단부(12)의 하부가 하부 방향으로 더 돌출 형성되는 단면 확장 체결구간부(14)를 포함한 구조로 형성된다.
또한, 상기 토션빔(2)에는, 전후방단부(12)의 개방된 하부에 제5 프리프레그(P5)에 의하여 확장 형성되는 확장하단부(18)의 내부 측면 양쪽에 탈형이 용이하도록 수직을 벗어난 경사진 각도로 탈형유도면(20)이 형성된다.
또한, 상기 제5 프리프레그(P5)를 말아서 형성되는 섬유강화보강재(22)는, 토션빔(2)의 성형시 전후방단부(12) 내부에서 상단은 좁아지면서 첨예하도록 형성되고, 하단은 확장성이 확보되도록 일정 곡면으로 확대 형성된다.
따라서 섬유강화보강재(22)는, 토션빔(2)에 비틀림하중이 연속적으로 작용하더라도 프리프래그의 양쪽 끝단들이 맞닿아 적층되는 프리프래그의 일부 적층구조에서 발생할 수 있는 층간 분리현상을 방지하게 된다. 즉, 섬유강화보강재(22)의 상부에 형성되는 프리프래그의 양쪽 끝단이 맞닿는 위치에서 층간 분리형상을 방지하게 된다. 그리고 전후방단부(12)의 하부에 단면적을 확대한 확장하단부(18)를 형성하게 하는 섬유강화보강재(22)는, 강성증대와 피로에 대한 내구성을 향상시킨다. 이를 위해 섬유강화보강재(22)를 꽈배기 형태로 형성하여 단방향 프리프레그의 적층각도를 조절할 경우에는, 비틀림 강도(Torsion Strength)까지 개선할 수 있다.
한편, 본 발명에서 제1~제11 프리프래그는, 각각 재단된 프리프래그 6장을 한 묶음으로 하여 형성된 것이다.
또한, 상기 단면 균일구간부(6)는, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 형성되고, 하부의 타측인 상부는 전후방단부(12)가 만나 돔 모양으로 얇게 형성되되, 반대측인 전후방단부(12)의 두께는 섬유강화보강재용 제5 프리프레그(P5)에 의하여 일정 비율로 확장되도록 형성된다. 또한, 상기 단면 변형구간부(8)는, 하부가 개방된 2면 단면구조인 삼각모양에서 하부가 개방된 3면 단면구조인 사각모양으로 변형시켜 형성된다.
또한, 상기 단면 확장 체결구간부(14)는, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 단면 변형구간부(8)의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부(12)의 하부 둘레에 덧댄 보강부(24)를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그(P6~P11) 순으로 적층하되, 프리프레그 끝단들이 전후방단부(12)의 주변 빈공간을 메우도록 하부 둘레를 감싸 형성된다.
또한, 상기 단면 확장 체결구간부(14)에는, 도 6에 도시한 바와 같이, 전후방단부(12)의 내부측면(10)과 하부에 복합재 프리프레그를 더 적층시켜 단면 변형구간부(8)보다 하방으로 더 돌출되는 덧댄보강부(24)와, 상기 토션빔(2)의 양측에 삽입되는 토션빔 브라켓트(26)를 체결할 수 있도록 사각모양의 3면 단면구조의 상단부와 전후방단부(12)에 각각 형성되는 볼트 홀(28H)을 포함하여 이루어진다.
또한, 상기 덧댄 보강부(24)는, 단면 변형구간부(8)보다 확장되도록 복합재 프리프레그를 더 적층시켜 강성이 향상되도록 한다. 또한, 상기 볼트 홀(28H)에는, 볼트의 체결이 견고하도록 부싱(30B)이 설치된다.
또한, 상기 토션빔(2)은, 단면 확장 체결구간부(14)에 각각 삽입 후 볼트로 체결되고 트레일링 아암(4)에 부착되는 토션빔 브라켓트(26)에 의하여 설치된다.
또한, 상기 토션빔 브라켓트(26)는, 대략적인 사각 중공관으로 형성되되, 단면 확장 체결구간부(14)의 개방된 하부에서 상향으로 휘어지도록 형성되는 곡면 삽입구(28)와, 상기 곡면 삽입구(28)의 타측에 트레일링 아암(4)에 용이하게 부착할 수 있도록 형성된 용접용 돌출날개(30)와, 상기 곡면 삽입구(28)와 용접용 돌출날개(30)사이에 상측과 좌우측 3면에 각각 단면 확장 체결구간부(14)에 체결시킬 수 있도록 형성되는 볼트 체결공(32)을 포함하여 이루어진다.
또한, 섬유강화보강재(22) 및 브라켓트 코어(34)는, 스크류 바 형태나 꽈배기 형태로 형성할 경우 단방향 프리프레그의 적층각도를 조절할 수 있으며, 이 경우 비틀림 강도(Torsion Strength)까지 개선할 수 있다.
이하, 상기한 바와 같이 이루어지는 본 발명을 통해 차량용 복합재 토션빔 제조방법의 일 실시예를 설명한다.
먼저, 토션빔(2)을 제조하기 위하여 복합재 프리프레그를 설계에 따라 제단하는 단계와, 제단된 복합재 프리프레그들을 제1~제4 프리프래그(P1~P4) 순으로 적층하는 단계와, 전후방단부(12)에 섬유강화보강재(22)를 형성하기 위하여 말아놓은 제5 프리프레그(P5)를 제4 프리프레그(P4)의 양쪽에 적층하는 단계와, 제1~제4 프리프레그들(P1~P4)의 양끝단을 이용하여 양쪽의 제5 프리프레그(P5)들을 감싸도록 접는 단계와, 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 단면 확장 체결구간부(14)를 형성하도록 내부 측면(10)과 전후방단부(12)의 하부에 제6~제11 프리프레그(P6~P11)들을 순서대로 적층하는 단계와, 전후방단부(12)의 하부 둘레 외측에 형성되는 주변 빈공간을 메우도록 제6~제11 프리프레그(P6~P11)의 끝단들이 하부 둘레를 감싸도록 하는 단계와, 이후 금형의 하형에 올려놓고 상형으로 고온 프레싱하여 토션빔(2)을 성형하는 단계로 제조하게 된다.
따라서, 상기 제1~제4 프리프래그(P1~P4)의 적층을 설명하면, 토션빔(2)의 외부를 형성하는 복합재 프리프레그인 제1 프리프레그(P1)와, 상기 제1 프리프레그(P1) 안쪽에 제1 프리프래그보다 짧게 형성되어 적층되는 제2 프리프레그(P2)와, 상기 제2 프리프레그(P2) 안쪽에 제2 프리프래그(P2)보다 더 짧게 형성되어 적층되는 제3 프리프레그(P3)와, 상기 제3 프리프레그(P3) 안쪽에 제3 프리프레그(P3)보다 더 짧게 형성되어 적측되는 제4 프리프레그(P4)와, 상기 제4 프리프레그(P4)의 양측 안쪽에 섬유강화보강재(22) 용도로 말아놓은 봉 형태로 배치되는 제5 프리프레그(P5)와, 상기 제1~ 제4 프리프레그(P1~P4)의 양쪽 끝단으로 제5 프리프레그(P5)를 감싸도록 접는다. 상기 섬유강화보강재(22)용 제5 프리프레그(P5)를 꽈배기 형태로 형성하여 단방향 프리프레그의 적층각도를 조절할 수 있으며, 이 경우 비틀림 강도(Torsion Strength)까지 개선할 수 있는 장점이 있다.
그리고 나서, 단면 확장 체결구간부(6)에 덧댄 보강부(24)를 성형하기 위한 적층단계를 좀 더 상세하게 설명하면,
토션빔(2)의 양쪽 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조를 성형할 수 있도록 내부 측면의 3면과 전후방단부(12)의 하부 둘레에 덧댄 보강부(24)가 형성될 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그(P6~P11) 순으로 적층한다.
상기 전후방단부(12)의 내측에 제6 프리프레그(P6)를 적층하기 전에 내측 양쪽 공간을 메우도록 말아 놓은 프리프레그가 브라켓트 코어(34)를 형성하도록 먼저 배치한다. 브라켓트 코어(34)를 꽈배기 형태로 형성하여 단방향 프리프레그의 적층각도를 조절할 경우에는, 비틀림 강도(Torsion Strength)까지 개선할 수 있다.
그리고 전후방단부(12)의 외측 방향 하부에 형성되는 공간은, 제6~제11 프리프레그(P6~P11)들의 끝단으로 하부 둘레를 감싸도록 하여 메우도록 한다. 이후 금형에 투입해 성형제조하면, 단면 확장 체결구간부(6)에 확장 성형된 덧댄보강부(24)가 형성된다.
상기한 바와 같이, 제1~제5 프리프래그(P1~P5)들을 성형제조 하면, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조의 단면 균일구간부(6)와, 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 단면 변형구간부(8)를 연속적으로 형성하는 토션빔(2)을 성형 제조할 수 있게 된다.
또한, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 형성되고, 하부의 타측인 상부는 전후방단부(12)가 만나 돔 모양으로 얇게 형성되되, 반대측인 전후방단부(12)의 두께는 섬유강화보강재용 제5 프리프레그(P5)에 의하여 일정 비율로 확장되도록 성형 제조된다.
또한, 상기 단면 변형구간부(8)는, 하부가 개방된 2면 단면구조인 삼각모양인 단면 균일구간부(6)에서 하부가 개방된 3면 단면구조인 사각모양인 단면 변형구간부(8)가 성형 제조된다. 그리고 토션빔(2)의 양쪽은, 제6~제11 프리프래그(P6~P11)들에 의하여 단면 확장 체결구간부(14)가 확대 형성되는 덧댄 보강부(24)도 함께 성형 제조 된다.
즉, 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 가운데에 형성되는 단면 균일구간부(6)와, 상기 단면 균일구간부(6)의 양측에 트레일링 아암(4) 방향으로 두께가 점차 두꺼워지면서 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 변형되는 단면 변형구간부(8)와, 상기 단면 변형구간부(8)에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 내부 측면(10)과 전후방단부(12)의 하부가 하부 방향으로 더 돌출되는 단면 확장 체결구간부(14)들로 구조를 형성하는 복합재 토션빔(2)이 제조된다.
또한, 상기 토션빔(2)은, 전후방단부(12)의 개방된 하부에 제5 프리프레그(P5)에 의하여 확장 형성되는 확장하단부(18)의 내측에 탈형이 용이하도록 일정 각도로 경사진 탈형유도면(20)을 형성하게 성형 제조된다.
또한, 상기 제5 프리프레그(P5)에 의한 섬유강화보강재(22)는, 토션빔(2)의 성형시 전후방단부(12) 내부에서 상단은 좁아지면서 첨예하도록 형성되고, 하단은 일정 곡면으로 확대된 형태로 성형 제조되어 강성증대와 피로에 대한 내구성을 증대시킨다.
그리고 섬유강화보강재(22)의 상부는, 제1~제4 프리프래그(P1~P4)들의 양쪽 끝단들이 성형시 부착되는 부분으로 연속적인 비틀림 하중 작용시 나타나는 층간 분리현상을 강성 증대와 피로에 대한 내구성 향상을 확보한 섬유강화보강재(22)가 층간 분리현상을 방지하게 된다.
상기한 바와 같이, 토션빔(2)의 성형 제조가 완료되면, 단면 확장 체결구간부(14)의 개방된 하부를 제외한 3면에 볼트 홀(28H)을 뚫고 여기에 볼트 체결이 견고하도록 부싱(30B)을 박는다.
이후, 토션빔(2)의 양쪽 단면 확장 체결구간부(14)에 곡면 삽입구(28)를 이용해 토션빔 브라켓트(26)를 조립한 후 토션빔 브라켓트의 볼트 체결공(32)과 단면 확장 체결구간부의 볼트 홀(28H)을 일치시킨 상태에서 볼트들을 체결하여 토션빔(2)에 토션빔 브라켓트(26)를 설치한다.
또한, 상기 토션빔(2)에 볼트 체결을 통해 토션빔 브라켓트(26)가 설치되면, 트레일링 아암(4)에 용접용 돌출날개(30)를 맞댄 후 용접하면 차량용 서스펜션은 완성된다.
이상에서 설명된 본 발명의 차량용 복합재 토션빔 구조 및 그 제조방법의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다. 또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
2: 복합재 토션빔
4: 트레일링 아암
6: 단면 균일구간부 8: 단면 변형구간
10: 내부 측면 12: 전후방단부
14; 단면 확장 체결구간 P1~P4: 제1~제4 프리프레그
P5: 제5 프리프레그 18: 확장하단부
20: 탈형유도면 22: 섬유강화보강재
24: 덧댄 보강부 P6~P11: 제6~제11 프리프레그
26: 토션빔 브라켓 28H: 볼트 홀
28: 곡면 삽입구 30B: 부싱
30: 용접용 돌출날개 32: 볼트 체결공
34: 브라켓트 코어
6: 단면 균일구간부 8: 단면 변형구간
10: 내부 측면 12: 전후방단부
14; 단면 확장 체결구간 P1~P4: 제1~제4 프리프레그
P5: 제5 프리프레그 18: 확장하단부
20: 탈형유도면 22: 섬유강화보강재
24: 덧댄 보강부 P6~P11: 제6~제11 프리프레그
26: 토션빔 브라켓 28H: 볼트 홀
28: 곡면 삽입구 30B: 부싱
30: 용접용 돌출날개 32: 볼트 체결공
34: 브라켓트 코어
Claims (17)
- 차륜이 설치되는 한 쌍의 트레일링 아암과, 상기 한 쌍의 트레일링 아암을 일정 간격으로 두고 서로 연결하여 차량의 주행중 진동 감쇠와, 비틀림 강성을 발휘하도록 설치되는 차량의 토션빔에 있어서,
상기 토션빔은,
하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 가운데에 형성되는 단면 균일구간부와,
상기 단면 균일구간부의 양측에 트레일링 아암 방향으로 두께가 점차 두꺼워지면서 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 변형되는 단면 변형구간부와,
상기 단면 변형구간부에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 내부 측면과 전후방단부의 하부가 하부 방향으로 더 돌출 형성되는 단면 확장 체결구간부를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 토션빔에는,
전후방단부의 개방된 하부에 제5 프리프레그에 의하여 확장 형성되는 확장하단부의 내부 측면 양쪽에 탈형이 용이하도록 수직을 벗어난 경사진 각도로 탈형유도면이 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 제5 프리프레그를 말아서 형성되는 섬유강화보강재는,
토션빔의 성형시 전후방단부 내부에서 상단은 좁아지면서 첨예하도록 형성되고, 하단은 확장성이 확보되도록 일정 곡면으로 확대 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면 균일구간부는,
하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 형성되고, 하부의 타측인 상부는 전후방단부가 만나 돔 모양으로 얇게 형성되되, 반대측인 전후방단부의 두께는 섬유강화보강재용 제5 프리프레그에 의하여 일정 비율로 확장되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면 변형구간부는,
하부가 개방된 2면 단면구조인 삼각모양에서 하부가 개방된 3면 단면구조인 사각모양으로 변형시켜 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면 확장 체결구간부는,
단면 변형구간부의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부의 하부 둘레에 덧댄 보강부를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그 순으로 적층하되, 전후방단부의 내측에 제6 프리프레그를 적층하기 전에 내측 양쪽 공간을 메우도록 프리프레그를 감아 배치한 브라켓트 코어와 전후방단부의 외측 하부의 공간을 메우도록 덧댄보강부 형성용 프리프레그 끝단으로 하부 둘레를 감싸 메우도록 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 단면 확장 체결구간부에는,
전후방단부의 내부측면과 하부에 복합재 프리프레그를 더 적층시켜 단면 변형구간부보다 확장되도록 돌출되는 덧댄보강부와, 상기 토션빔의 양측에 삽입되는 토션빔 브라켓트를 체결할 수 있도록 사각모양의 3면 단면구조의 상단부와 전후방단부에 볼트의 체결이 견고하도록 부싱이 각각 박혀 형성되는 볼트 홀을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 1 항에 있어서,
상기 토션빔은,
단면 확장 체결구간부에 각각 삽입 후 볼트로 체결되고 트레일링 아암에 부착되는 토션빔 브라켓트에 의하여 설치되되,
상기 토션빔 브라켓트는,
대략적인 사각 중공관으로 형성되되, 단면 확장 체결구간부의 개방된 하부에서 상향으로 휘어지도록 형성되는 곡면 삽입구와, 상기 곡면 삽입구의 타측에 트레일링 아암을 측면에서 용이하게 부착할 수 있도록 형성된 용접용 돌출날개와, 상기 곡면 삽입구와 용접용 돌출날개 사이에 상측과 좌우측 3면에 각각 단면 확장 체결구간부에 체결시킬 수 있도록 형성되는 볼트 체결공을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 제 3 항 또는 제 6 항 중 적어도 어느 한 항에 있어서,
상기 섬유강화보강재 및 브라켓트 코어는, 비틀림 강도(Torsion Strength)를 개선할 수 있도록 단방향 프리프레그의 적층각도 조절 시 스크류 바 형태 및 꽈배기 형태 중 적어도 어느 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 구조. - 토션빔을 제조하기 위하여 복합재 프리프레그를 설계에 따라 제단하는 단계와,
제단된 복합재 프리프레그들을 제1~제4 프리프래그 순으로 적층하는 단계와,
전후방단부에 섬유강화보강재를 형성하기 위하여 말아놓은 제5 프리프레그를 제4 프리프레그의 양쪽에 적층하는 단계와,
상기 제1~제4 프리프레그들의 양끝단을 이용하여 양쪽의 제5 프리프레그들을 감싸도록 접는 단계와,
상기 제1~제4 프리프래그를 접음에 따라 상부에 노출된 접힌 제1 프리프래그상에 브라켓트 코어를 양쪽에 형성하도록 말아놓은 프리프래그를 나란히 배치하는 단계와,
상기 브라켓트 코어용 프리프래그가 배치되고 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 단면 확장 체결구간부가 형성되는 양쪽 끝단의 접힌 제1 프리프래그 상에 제6~제11 프리프레그들을 순서대로 적층하는 단계와,
상기 제5 프리프래그를 감싸고 있는 제1~제4 프리프래그에서 전후방단부로 성형되는 하부 둘레 외측의 빈 공간을 메우도록 제6~제11 프리프레그의 끝단들을 외향으로 접어 하부 둘레를 감싸도록 하는 단계와,
이후 금형의 하형에 올려놓고 상형으로 고온 프레싱하여 토션빔을 성형하는 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제단된 복합재 프리프레그들을 제1~제4 프리프래그 순으로 적층하는 단계는,
토션빔의 외부를 형성하는 복합재 프리프레그인 제1 프리프레그와, 상기 제1 프리프래그보다 짧게 형성하여 제1 프리프레그 안쪽에 배치되도록 적층되는 제2 프리프레그와, 상기 제2 프리프래그보다 더 짧게 형성하여 제2 프리프레그 안쪽에 배치되도록 적층되는 제3 프리프레그와, 상기 제3 프리프레그보다 더 짧게 형성하여 제3 프리프레그의 안쪽 배치되도록 적층되는 제4 프리프레그와, 상기 섬유강화보강재 용도로 말아놓은 봉 형태의 제5 프리프래그를 제4 프리프레그의 양측 안쪽에 병렬로 배치되는 제5 프리프레그와, 상기 제5 프리프레그를 감싸도록 제1~ 제4 프리프레그들의 양쪽 끝단으로 접어 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
제1~제4 프리프레그들의 양끝단을 이용하여 양쪽의 제5 프리프레그들을 감싸도록 접는 단계 및 이후 금형의 하형에 올려놓고 상형으로 고온 프레싱하여 토션빔을 성형하는 단계는,
상기 감싸게 접은 후 하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조의 단면 균일구간부와, 상기 단면 균일구간부에서 연속 형성되도록 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조의 단면 변형구간부를 성형 제조하며,
상기 단면 변형구간부의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부의 하부 둘레에 덧댄 보강부를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그 순으로 적층하되, 전후방단부의 외측 하부의 공간을 메우도록 프리프레그 끝단으로 하부 둘레를 감싸는 덧댄보강부를 형성한 단면 확장 체결구간부를 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 토션빔은,
전후방단부의 개방된 하부에 제5 프리프레그에 의하여 확장되는 확장하단부의 내부 측면 양쪽에 탈형이 용이하도록 수직을 벗어난 경사진 각도로 탈형유도면을 성형하여 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 제5 프리프레그를 말아서 형성되는 섬유강화보강재는,
강성증대와 피로에 대한 내구성을 확보하도록 충진되되,
토션빔의 성형시 전후방단부 내부에서 상단은 좁아지면서 첨예하도록 형성되고, 하단은 일정 곡면으로 확대 형성되도록 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 단면 균일구간부는,
하부가 개방된 삼각모양의 2면 단면구조로 형성되고, 하부의 타측인 상부는 전후방단부가 만나 돔 모양으로 얇게 형성되되, 반대측인 전후방단부의 두께는 섬유강화보강재용 제5 프리프레그에 의하여 일정 비율로 확장되도록 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 단면 변형구간부는,
하부가 개방된 2면 단면구조인 삼각모양에서 하부가 개방된 3면 단면구조인 사각모양으로 변형되도록 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 단면 확장 체결구간부는,
단면 변형구간부의 끝단에 하부가 개방된 사각모양의 3면 단면구조로 형성되고, 하부가 개방된 내측 3면과 전후방단부의 하부 둘레에 덧댄 보강부를 형성할 수 있도록 내측부터 제6~제11 프리프레그 순으로 적층하되,
전후방단부의 내측에 제6 프리프레그를 적층하기 전에 내측 양쪽 공간을 메우도록 프리프레그를 감아 배치한 브라켓트 코어와, 전후방단부의 외측 하부의 공간을 메우도록 프리프레그 끝단으로 하부 둘레를 감싸는 덧댄보강부를 성형 제조하게 되는 것을 특징으로 하는 차량용 복합재 토션빔 제조방법.
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111301074A (zh) * | 2020-03-13 | 2020-06-19 | 吉林大学 | 一种越野车复合材料拖曳臂及其制作方法 |
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| KR20090082654A (ko) * | 2008-01-28 | 2009-07-31 | 현대모비스 주식회사 | 토션빔의 강성보강 구조물 |
| KR101383725B1 (ko) | 2012-12-07 | 2014-04-08 | 현대자동차(주) | 차량 현가장치용 토션빔 |
| KR20150103371A (ko) | 2013-01-30 | 2015-09-10 | 신닛테츠스미킨 카부시키카이샤 | 토션 빔, 토션 빔 조립체 및 토션 빔식 서스펜션 장치 |
| JP6213705B1 (ja) * | 2016-05-10 | 2017-10-18 | 新日鐵住金株式会社 | トーションビーム製造方法、トーションビーム製造装置、及びトーションビーム |
-
2018
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