KR20220056183A - 인장-압축 로드를 위한 포지티브 잠금 하중 인가 생성 방법, 및 인장-압축 로드 - Google Patents

인장-압축 로드를 위한 포지티브 잠금 하중 인가 생성 방법, 및 인장-압축 로드 Download PDF

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알바니 엔지니어드 콤포짓스, 인크.
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Abstract

본 발명은 외부 슬리브(5)에 의해 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)로부터의 인장-압축 로드를 위한 포지티브 잠금 하중 인가를 생성하는 방법에 관한 것이다. 이 과정에서, 힘은, 적어도 하나의 절하부(6)가 구비된 적어도 하나의 힘 인가 요소(3) 위로 적어도 부분적으로 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)를 밀어서, 포지티브 잠금 연결을 생성한다. 본 방법은, 적어도 힘 인가 요소의 절하부(들)의 영역에서, 섬유 플라스틱 중공 구조체의 가소점(point of plasticity)까지 섬유 플라스틱 중공 구조체를 국부적으로 가열하는 단계, 및 힘 인가 요소의 영역에서 섬유 플라스틱 중공 구조체에 적어도 하나의 외부 슬리브(5)를 적용하는 단계를 더 포함한다.

Description

인장-압축 로드를 위한 포지티브 잠금 하중 인가 생성 방법, 및 인장-압축 로드
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2019년 9월 5일에 출원된 독일 출원 번호 DE 10 2019 006 280.9의 35 USC §119에 따른 우선권을 주장한다. 상기 독일 출원은 그 전체가 인용에 의해 본 명세서에 통합된다.
기술분야
본 발명은 로드 형상 섬유 복합 구조체(rod-shaped fiber composite structures)를 위한 포지티브-잠금 하중 인가(positive-locking load application)를 생성하는 방법, 및 또한, 포지티브-잠금 연결을 갖는 인장 로드(tension rod)에 관한 것이다.
항공 우주 산업에서 로드 형상 섬유 복합 구조체 또는 인장 압축 로드(tension-compression rods)의 경쟁력은 주로 그것들의 중량, 그것들의 제조 비용, 그것들의 충격 손상에 대한 거동, 및 또한 그것들의 좌굴 저항성 및 그것들의 인장 강도에 의해 결정된다. 이러한 부품들은 주로 고성능 탄소 섬유와 조합된 열경화성 매트릭스를 기반으로 제조된다. 포지티브 잠금 힘 인가(positive-locking force application)를 생성하기 위한 적합한 공정들과 함께 열가소성 매트릭스를 사용함으로써, 인장-압축 로드의 제조 비용을 줄이는 것이 가능하다. 또한, 열가소성 매트릭스를 사용하면, 충격 손상 후 유지된 강도(retained strength)에 긍정적인 영향을 미칠 수 있다.
열가소성 매트릭스를 갖는 로드 형상 섬유 복합 구조체를 위한 포지티브 잠금 하중 인가를 생성하는 방법에 대한 다양한 해결책이 이미 알려져 있다.
특허 DE 10 2010 053732 A1은 자동차용 토션 바 또는 스태빌라이저 바, 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 스태빌라이저 바는, 곡선형이고 본질적으로 튜브형인 부품이라는 것이 특징이다. 이 부품은 열가소성 매트릭스를 갖는 섬유 강화 플라스틱으로 만들어진다. 그것의 단부들 중 적어도 하나에서, 이 튜브형 부품은 제2 금속 부품과 겹친다. 이 설계에서, 이 튜브형 부품의 재료는 포지티브 잠금 방식으로 제2 부품에 연결된다. 포지티브 잠금은 제2 부품을 편조하는 것(braiding) 및/또는 감싸는 것(wrapping around)에 의해 달성된다.
열가소성 매트릭스 재료 및 구조 요소를 갖는 하중 인가 요소 및 섬유 플라스틱 복합 중공 프로파일로부터 구조 요소를 제조하는 한 가지 방법이 문헌 DE 10 2014 00458 A1에 설명되어 있다. 이 방법은, 많은 단계들 중에서도 특히, 다음 단계들을 포함한다: 적어도 하나의 절하부(undercut)가 구비된 하중 인가 요소를, 섬유 플라스틱 복합 중공 프로파일 내로 삽입하는 단계; 하중 인가 요소의 절하부의 영역에서 프로파일이 변형가능해지도록 프로파일을 국부적으로 가열하는 단계; 몰드에 프로파일을 배치하는 단계; (상기 방법의 앞에서 언급된 단계들은 선택적으로(optionally) 다양한 순서로 수행될 수 있음); 절하부의 영역에서 몰드 내의 변형가능한 프로파일에 대해 유동성 사출 성형 컴파운드(flowable injection molding compound)를 성형(molding)하는 단계.
여기서 단점은 사출 성형 방법(이는 대량 생산에 적합함)을 사용한다는 것이다. 사출 성형 방법과 그에 요구되는 몰드의 사용으로 인해, 특히 작은 로트의 경우, 제조 비용이 더 높다.
DE 10 2014 119732 A1은 유연성 유체 라인을 편조(braiding)하는 방법, 브레이드(braid)로 둘러싸인 유체 라인을 설명한다. 유체 라인은, 다른 것들보다도 특히, 섬유 복합재료로 제조된 브레이드의 캐리어들(carriers)로 이루어진다. 브레이드의 캐리어들의 매트릭스는 적어도 하나의 열가소성 재료로 이루어진다. 브레이드의 캐리어들은 열가소성 매트릭스의 융합 또는 용융에 의해 유체 라인의 단부들에 일체적으로 고정된다. 브레이드의 캐리어들은 압축에 의해, 특히 자기 형성(magnetic forming)에 의해, 유체 라인의 단부들에 고정된다.
여기서 단점은, 일체형 연결부(integral connection)의 압축(compression)을 위해, 자기 형성의 원리가 사용된다는 것이다.
특정 구현예들에서, 본 발명은 인장-압축 로드를 위한 포지티브 잠금 하중 인가를 생성하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 방법은 섬유 플라스틱 중공 구조체를 적어도 하나의 힘 인가 요소 위로 적어도 부분적으로 미는 단계를 포함하며, 여기서, 힘 인가 요소는 섬유 플라스틱 중공 구조체와 힘 인가 요소 사이에 포지티브 잠금 연결을 생성하는 적어도 하나의 절하부를 갖는다. 본 방법은 섬유 플라스틱 중공 구조체의 가소점(point of plasticity)까지 섬유 플라스틱 중공 구조체를 국부적으로 가열하는 단계를 더 포함한다. 열은 적어도 힘 인가 요소의 절하부(들)의 영역에서 가해진다. 본 방법은, 힘 인가 요소의 영역에서 섬유 플라스틱 중공 구조체에 적어도 하나의 외부 슬리브(outer sleeve)를 적용하는 단계를 더 포함한다.
특정 구현예들에서, 외부 슬리브는 플라스틱 매트릭스 재료로 만들어진다. 특정 구현예들에서, 플라스틱 외부 슬리브의 적용은 힘 인가 요소의 절하부(들)의 영역에서 플라스틱 매트릭스 재료로 섬유 플라스틱 중공 구조체를 감쌈(wrapping)으로써 달성된다. 섬유 플라스틱 중공 구조체는 포지티브 잠금 방식으로 힘 인가 요소의 절하부와 접촉한다.
일부 구현예들에서, 외부 슬리브는 섬유 강화 플라스틱이고, 섬유 강화 플라스틱은, 열가소성 매트릭스 재료 또는 열경화성 매트릭스 재료에 사전 함침되거나, 또는 섬유 플라스틱 중공 구조체의 감쌈 동안 열가소성 매트릭스 재료 또는 열경화성 매트릭스 재료로 함침된 섬유를 포함하며, 매트릭스 재료는 사전 적재(preloading) 하에서 감긴다(wound).
특정 구현예들에서, 외부 슬리브는 금속이다. 특정 구현예들에서, 금속 외부 슬리브의 적용(application)은 형성(forming)에 의해 달성된다. 섬유 플라스틱 중공 구조체는 포지티브 잠금 방식으로 힘 인가 요소의 절하부와 접촉한다. 추가 구현예들에서, 금속 외부 슬리브는 자기 형성(magnetic forming), 프레싱 공정(pressing process), 또는 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 형성된다.
특정 구현예들에서, 힘 인가 요소의 절하부(들)은 섬유 플라스틱 중공 구조체에 대해 축방향 및/또는 반경방향으로 형성된다.
다른 구현예들에서, 본 발명에 따르면, 외부 슬리브는 섬유로 강화된 것이고, 섬유 강화 외부 슬리브 내의 섬유들은 인장-압축 로드의 축에 대해 둘레 방향으로 지배적으로 배향된다.
다른 구현예들에서, 본 발명은 섬유 플라스틱 중공 구조체, 절하부(들)을 갖는 힘 인가 요소, 및 외부 슬리브를 포함하는 인장-압축 로드에 관한 것이며, 여기서, 섬유 플라스틱 중공 구조체는 포지티브 잠금 방식으로 힘 인가 요소의 절하부(들)과 접촉한다. 외부 슬리브는 섬유 플라스틱 중공 구조체와 접촉하고, 섬유 플라스틱 중공 구조체의 섬유 배향은 지배적으로 축방향으로 존재한다.
특정 구현예들에서, 인장 하중은, 힘 인가 요소의 적어도 하나의 절하부에 의한, 힘 인가 요소와 섬유 플라스틱 중공 구조체 사이의 포지티브 잠금(positive locking)에 의해 달성된다.
특정 구현예들에서, 압축 하중은, 힘 인가 요소의 적어도 하나의 절하부에 의한, 힘 인가 요소와 섬유 플라스틱 중공 구조체 사이의 포지티브 잠금에 의해 달성된다.
다른 구현예들에서, 압축 하중은, 힘 인가 요소의 쇼울더(shoulder)에 대해 지탱된(braced) 섬유 플라스틱 중공 구조체에 의해 달성된다.
일부 구현예들에서, 섬유 플라스틱 중공 구조체는 열가소성 매트릭스 재료를 포함한다.
특정 구현예들에서, 힘 인가 요소는 플라스틱, 단섬유 강화 플라스틱, 또는 금속 재료로 만들어진다. 또 다른 구현예들에서, 힘 인가 요소는 나사산(thread)을 포함한다.
특정 구현예들에서, 인장-압축 로드의 외부 슬리브는 섬유 강화 플라스틱을 포함하고, 여기서 플라스틱은 열경화성 매트릭스 재료 또는 열가소성 매트릭스 재료이다. 다른 구현예들에서, 외부 슬리브는 금속 재료이다. 또 다른 구현예들에서, 외부 슬리브는 적어도 하나의 적층체 층으로 만들어진 섬유 플라스틱 복합 랩(fiber plastic composite wrap)이다.
특정 구현예들에서, 섬유 플라스틱 중공 구조체는 탄소 섬유, 유리 섬유, 및/또는 아라미드 섬유를 포함한다. 다른 구현예들에서, 섬유 강화 플라스틱인 외부 슬리브는 탄소 섬유, 유리 섬유, 및/또는 아라미드 섬유를 포함한다.
도 1은 열가소성 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2), 절하부(6) 및 내부 내사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3), 및 외부 슬리브(5)로 만들어진 인장-압축 로드(1)의 단면도를 예시한다.
도 2의 a)는, 변형되지 않은 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)의 단면 모습, 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)의 단면 모습, 및 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)가 삽입된 섬유 강화 중공 프로파일(2)의 가열을 예시한다.
도 2의 b)는, 도 2의 a)에서 가해진 열에 의해 부분적으로 변형된 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)의 단면 모습, 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)의 단면 모습, 포지티브 잠금 접촉 상태의 섬유 플라스틱 복합 랩(9)의 단면 모습, 및 인장-압축 로드의 전진(11) 및 회전(10)에 의한 섬유 플라스틱 복합 랩(9)의 적용(application)을 예시한다.
도 2의 c)는, 부분적으로 변형된 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)의 단면 모습, 절하부(6)를 갖는 힘 인가 요소(3)의 단면 모습, 및 도 2의 b)에 나타낸 섬유 플라스틱 복합 랩(9)으로 만들어지고 포지티브 잠금 접촉 상태에 있는 외부 슬리브(5)의 단면 모습을 예시한다. 도 2의 a) 내지 c)의 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)는 또한, 힘 인가 요소(3)에 대해 포지티브 잠금 형성(positive-locking formation)이 되도록 변경된다.
도 3의 a)는, 변형되지 않은 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)의 단면 모습, 및 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)의 단면 모습을 예시하고, 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)가 삽입된 섬유 강화 중공 프로파일(2)의 가열을 예시한다.
도 3의 b)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)의 단면 모습, 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)의 단면 모습, 금속 외부 슬리브(5)의 단면 모습, 코일(12)의 단면 모습, 및 금속 외부 슬리브(5)의 자기 형성(magnetic forming)을 위한 전류 "I"의 인가(13)를 예시한다.
도 3의 c)는, 부분적으로 변형된 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)의 단면 모습, 절하부들(6)을 갖는 힘 인가 요소(3)의 단면 모습, 및 포지티브 잠금 접촉 상태의 금속 외부 슬리브(5)의 단면 모습을 예시한다. 도 3의 a) 내지 c)의 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)는 또한, 힘 인가 요소(3)에 대해 포지티브 잠금 형성이 되도록 변경된다.
도 4의 a)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 섬유 플라스틱 복합 랩으로 만들어진 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 예시한다.
도 4의 b)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 금속 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 예시한다.
도 5의 a)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 섬유 플라스틱 복합 랩으로 만들어진 외부 슬리브;로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 예시한다.
도 5의 b)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 금속 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 도식적인 단면 모습을 예시한다.
도 6은, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고, 내부 나사산(4)을 갖고, 또한 쇼울더(14)를 갖는 힘 인가 요소(3); 및 섬유 플라스틱 복합 랩 또는 금속 재료로 만들어진 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 예시한다.
본 발명은 인장-압축 로드와 같은 로드 형상 섬유 복합 구조체를 위한 포지티브 잠금 하중 인가를 생성하는 방법에 관한 것이며, 여기서, 중공 몸체는 탄소 섬유와 같은 섬유, 및 열가소성 매트릭스와 같은 매트릭스로 만들어진다. 포지티브 잠금 연결부의 제조를 위해, 열가소성 중공 프로파일 열가소성과 같은, 구조적 코어를 갖지 않거나 코어가 손실된 섬유 강화 플라스틱이 사용된다. 이것은 중공 프로파일이 연속 프로파일로서 경제적으로 제조될 수 있다는 이점을 제공한다. 본 발명은, 예를 들어, 항공우주 분야에서 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체 및 외부 슬리브를 포함하는 인장-압축 로드를 위한 포지티브 잠금 하중 인가를 생성하기 위한 방법이 제공된다. 섬유 플라스틱 중공 구조체가 적어도 하나의 힘 인가 요소 위에 적어도 부분적으로 있게 된 후, 다음 방법 단계들이 임의의 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다. 특정 구현예들에서, 본 방법은 다음 단계들을 포함한다: (i) 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체를, 적어도 하나의 절하부가 구비된 적어도 하나의 힘 인가 요소 위에 전체적으로 또는 부분적으로 배치하여(예를 들어, 밀어서) 포지티브 잠금 연결을 생성하는 단계; (ii) 적어도 힘 인가 요소의 절하부(들)의 영역에서, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체의 가소점까지 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체를 국부적으로 가열하는 단계; 및 (iii) 힘 인가 요소의 영역에서 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체에 적어도 하나의 외부 슬리브를 적용하는 단계. 특정 구현예들에서, 상기 단계들은 단계 (i), 단계 (ii), 및 단계(iii)의 순서로 순차적으로 수행될 수 있다. 다른 구현예들에서, 단계 (i) 다음에, 단계 (ii) 및 (iii)이 동시에 수행된다.
힘 인가 요소는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체를 위한 형상화 및 지지 구조체(shaping and supporting structure)로서의 역할을 할 수 있다. 특정 구현예들에서, 섬유 강화 외부 슬리브 내의 섬유들은 인장-압축 로드에 대해 적어도 둘레 방향으로 지배적으로 배향될 수 있다.
특정 구현예들에서, 본 발명은, 특히 도 1에 도시된 바와 같은 섬유 강화 인장-압축 로드에 대해, 힘 인가의 영역에서 포지티브 잠금 연결을 생성하는 방법에 사용될 수 있다. 도 1에 도시된 바와 같은 특정 구현예들에서, 인장-압축 로드(1)는 열가소성 매트릭스를 갖는 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)로 만들어진다. 탄소 섬유 및/또는 유리 섬유 및/또는 아라미드 섬유가 중공 구조체에 사용될 수 있다. 특정 구현예들에서, 섬유들은 지배적으로 프로파일의 축방향으로 배향되며, 그에 따라, 높은 인장 강도 및 높은 좌굴 저항성(buckling resistance)을 제공한다. 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3)는 하중(7)을 전달하는 데 사용된다. 도 1의 "F"는 힘 인가를 나타낸다.
특정 구현예들에서, 힘 인가 요소는 섬유 플라스틱 중공 구조체를 위한 형상화 및 지지 구조체로서의 역할을 한다.
힘 인가 요소는 플라스틱, 단섬유 강화 플라스틱, 또는 금속 재료로 만들어질 수 있다.
힘 인가 요소는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 예를 들어, 적합한 힘 인가 요소 형상은 곡선 형상, 각진 형상, 또는 이들의 임의의 조합을 포함한다.
특정 구현예들에서, 적어도 1, 적어도 2, 적어도 3, 적어도 4, 적어도 5, 적어도 6, 적어도 7, 적어도 8, 적어도 9, 또는 더 많은 개수의 절하부들이 있을 수 있다. 추가적으로, 특정 구현예들에서, 절하부들은 동일한 형상을 갖는다. 다른 구현예들에서, 일부 절하부들은 동일한 형상을 가질 수 있는 반면 다른 절하부들은 상이한 형상을 가질 수 있다. 또 다른 구현예들에서, 모든 절하부들은 상이한 형상을 갖는다.
도 2는 포지티브 잠금 하중 인가를 생성하기 위한 일 구현예를 설명한다. 제1 단계에서, 하나의 힘 인가 요소(3) 또는 복수의 힘 인가 요소들(3) 및 적어도 하나의 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)가 코어(15) 상으로 적어도 부분적으로 밀린다(pushed). 다음 단계에서, 중공 구조체(2)가 가열 영역(8)에서 국부적으로 가열되고, 힘 인가 요소 상으로 밀리거나, 또는 힘 인가 요소(3)가 먼저 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2) 내로 삽입되고, 그 다음, 가열 영역에서 국부적으로 가열된다. 가열 영역에서 국부적으로 가열하는 동안, 또는 그것의 결과로서, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)는 변형가능점(point of deformability)까지 가열된다. 국부 가열(도 2의 a)의 "T") 동안 또는 그 전 또는 후에, 코어(15)는 장력-압축 로드(1)의 단부 영역을 감싸기 위한 기계에 배치될 수 있다.
도 2의 b)는, 섬유 플라스틱 복합 랩(9)을 사용한 인장-압축 로드의 감쌈(wrapping)을 설명하며, 여기서, 섬유 플라스틱 복합 랩(9)의 섬유들은 사전 함침되거나, 또는 감쌈 공정 동안 매트릭스로 함침된다. 열가소성 플라스틱 또는 열경화성 플라스틱이 복합 랩을 위한 매트릭스로서 사용될 수 있다. 열가소성 매트릭스 재료의 경우, 이 재료는 본 공정에서 용융된다. 열경화성 플라스틱 매트릭스 재료의 경우, 이 재료는 추가 공정 단계에서 경화된다. 섬유 강화 둘레 랩(fiber reinforced circumferential wrap)은, 와인딩 머신(10)의 회전 및 해당 와인딩 방향(11)으로의 상응하는 전진을 통해, 생성된다.
섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)는 감쌈 동안 변형가능하기 때문에, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)를 갖는 힘 인가 요소(3)의 절하부(6)의 영역에서, 정밀한 포지티브 잠금 연결이 형성된다. 여기서, 절하부들(6)은 회전 축에 대해 축방향 또는 반경방향으로 형성될 수 있다.
도 2의 a) 및 b)에 도시된 방법 단계들은 선택적으로(optionally) 임의의 순서로 또는 동시에 수행될 수 있다.
도 2의 c)는, 도 2의 b)에 도시된 섬유 플라스틱 복합 랩(9)으로 그 단부 영역이 만들어진 인장-압축 로드(1)의 단부 영역을 도시한다. 섬유 플라스틱 복합 랩은 외부 슬리브(5)를 구성한다. 도 2의 c)의 방법 단계 후에, 코어(15)가 제거된다.
생성된 인장-압축 로드(1)는, 필요에 따라, 선삭(turning), 페인팅(painting), 등과 같은 추가 공정 단계들에서, 최종 제품을 만들기 위해 추가적으로 마무리될 수 있다.
인장-압축 로드의 단부 영역을 구현하기 위한 다른 방법을, 예를 들어, 자기 형성(magnetic forming)을 보여주는 도 3의 a) 내지 c)에 나타내었다.
자기 형성이 사용되는 경우, 도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 금속 외부 슬리브(5) 또는 다수의 금속 외부 슬리브들(5)이 코어(15) 상으로 밀린다. 금속 슬리브(5)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2) 및 힘 인가 요소(3) 위로 적어도 부분적으로 밀린다. 그 후, 도 3의 a)에 도시된 바와 같이, 가열 영역(8)에서 국부 가열이 수행된다.
다음 단계에서, 코어(15)는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2), 힘 인가 요소(3), 및 외부 슬리브(5)와 함께, 도 3의 b)에 도시된 바와 같이, 자기 형성을 위한 시스템에 배치된다. 금속 외부 슬리브(5)는, 코일(12)에 고전류 펄스(13)를 인가함으로써, 비접촉 방식으로 변형된다. 자기 형성의 결과, 변형가능한 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)가 절하부들(6)의 영역에서도 마찬가지로 형성되며, 그에 따라, 정밀한 포지티브 잠금 연결이 형성된다(도 3의 c) 참조). 도 3의 c)의 방법 단계 후에, 코어(15)가 제거된다.
대안적으로, 하나 이상의 금속 외부 슬리브가, 예를 들어 비접촉 자기 형성 대신에, 프레싱 공정 또는 하이드로포밍과 같은 다른 방법에 의해 적용될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 방법은, 절하부들의 영역에서 유사하게 형성되는 변형가능한 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체를 발생시켜, 정밀한 포지티브 잠금 연결이 형성되도록 할 것이다.
외부 슬리브가 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체를 갖는 하나 이상의 힘 인가 요소(들)에 정밀하게 적용된 후, 코어가 제거된다. 생성된 인장-압축 로드는, 선삭, 페이팅, 등의 추가적인 공정 단계들에서, 최종 제품을 만들도록 마무리될 수 있다. 힘 인가 요소의 내부 나사산은 자기 형성 전에 존재할 수 있거나, 또는 후속 가공 단계에서 생성될 수 있다.
더욱이, 특정 구현예들에서, 인장-압축 로드는 적어도 하나의 적층체 층으로 만들어진 섬유 플라스틱 복합 랩인 외부 슬리브를 갖는다. 특정 구현예들에서, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체 및/또는 섬유 강화 외부 슬리브는, 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유, 또는 이들의 조합인 하나 이상의 섬유들을 포함한다. 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체 및/또는 섬유 강화 외부 슬리브를 위한 섬유는, 연속 섬유, 장섬유, 단섬유, 또는 이들의 조합으로 구성될 수 있다.
또한, 외부 슬리브가 플라스틱을 포함하는 구현예들에서, 열가소성 및 열경화성 플라스틱이 사용될 수 있다. 외부 슬리브에 사용될 수 있는 열가소성 및 열경화성 플라스틱의 예는 에폭시, PPS(폴리페닐렌 술피드), PEEK(폴리에테르 에테르 케톤), PAEK(폴리아릴에테르케톤), 또는 이들의 조합을 포함한다.
외부 슬리브가 금속 재료를 포함하는 구현예들에서, 외부 슬리브에 사용될 수 있는 적합한 금속 재료의 예는 티타늄, 강철, 및 알루미늄을 포함한다.
섬유 플라스틱 중공 구조체의 경우, 열가소성 재료가 사용될 수 있다. 중공 구조체에 사용될 수 있는 적합한 열가소성 재료의 예는 PPS, PEEK 및 이들의 조합과 같은 열가소성 재료를 포함한다.
특정 구현예들에서, 힘 인가 요소는 플라스틱, 단섬유 강화 플라스틱, 또는 금속 재료로 만들어질 수 있다. 힘 인가 요소는 또한, 연속 섬유, 단섬유, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 힘 인가 요소가 플라스틱을 포함하는 구현예들에서, 힘 인가 요소에 적합한 플라스틱은, 예를 들어, PPS, PEEK, PAEK, 및 이들의 조합을 포함한다.
본 발명에 따른 포지티브 잠금 힘 인가를 위한 추가 설계 구성을 도 4, 5, 및 6에 나타내었다. 이들 구현예들 각각은, 감쌈(wrapping)을 통한 포지티브 잠금 또는 형성(forming)을 통한 포지티브 잠금을 통해, 사용될 수 있다. 힘 인가 요소는, 인장 및/또는 압축 하중의 전달을 위한 적어도 하나의 절하부를 갖는 것을 특징으로 한다. 인장 하중 및 압축 하중 둘 다 도 4 및 도 5로부터의 힘 인가 요소에 의해 전달될 수 있다.
도 4a는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 섬유 플라스틱 복합 랩으로 만들어진 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 보여준다.
도 4b는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 금속 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 도시한다.
도 5a는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 섬유 플라스틱 복합 랩으로 만들어진 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 보여준다.
도 5b는, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고 내부 나사산(4)을 갖는 힘 인가 요소(3); 및 금속 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습을 도시한다.
도 6에 도시된 구현예에서, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2); 힘 인가 요소(3)의 외부 표면 상에 절하부들(6)을 갖고, 내부 나사산(4)을 갖고, 또한 쇼울더(14)를 갖는 힘 인가 요소(3); 및 섬유 플라스틱 복합 랩 또는 금속 재료로 만들어진 외부 슬리브(5);로 만들어진 인장-압축 로드(1)에 대한 힘의 인가의 단면 모습이 도시된다.
또한, 도 6에 도시된 구현예에서, 힘 인가 요소(3)의 절하부는 인장 하중의 전달을 위해 사용된다. 압축 하중의 경우, 섬유 플라스틱 복합 중공 구조체(2)는 힘 인가 요소(3)의 쇼울더에 대해 지탱되고, 이에 의해, 압축 하중은 힘 인가 요소(3)로부터 프로파일로 전달된다.
특정 구현예들에서, 외부 슬리브가 금속 재료로 만들어지는 경우, 금속 슬리브는 한정된 벽 두께(defined wall thickness)를 가지며, 힘 인가 요소의 윤곽(contour)을 따른다. 외부 슬리브가 섬유 플라스틱 복합 랩으로 만들어진 구현예들에서, 힘 인가 요소의 윤곽을 반드시 따르지는 않는 원하는 윤곽으로 외부 윤곽을 적합화(adapt)시키는 것이 가능하다. 다른 구현예들에서, 섬유 플라스틱 복합 랩으로 만들어진 외부 슬리브는 힘 인가 요소와 동일한 외부 윤곽을 가질 수 있다.
상기에 대한 변형은 당해 기술분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이지만, 본 발명의 범위를 벗어나도록 본 발명을 변형하지는 않을 것이다. 하기 청구범위는 그러한 상황들을 포괄하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (19)

  1. 인장-압축 로드(tension-compression rod)를 위한 포지티브-잠금 하중 인가(positive-locking load application)를 생성하기 위한 방법으로서, 상기 방법은:
    섬유 플라스틱 중공 구조체(2)를 적어도 하나의 힘 인가 요소(3) 위로 적어도 부분적으로 밀어서, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2) 및 상기 힘 인가 요소(3) 사이에 포지티브 잠금 연결(positive-locking connection)을 생성하는 단계로서, 상기 힘 인가 요소(3)는 적어도 하나의 절하부(undercut)(6)를 포함하는, 단계;
    상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)의 가소점(point of plasticity)까지 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)를 국부적으로 가열하는 단계로서, 열이 적어도 상기 힘 인가 요소(3)의 상기 절하부(들)(6)의 영역에 가해지는, 단계; 및
    상기 힘 인가 요소(3)의 영역에서, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)에 적어도 하나의 외부 슬리브(outer sleeve)(5)를 적용하는 단계;를 포함하는,
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 플라스틱 매트릭스 재료를 포함하고, 상기 외부 슬리브(5)의 상기 적용은, 상기 힘 인가 요소(3)의 상기 절하부(들)(6)의 영역에서, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)를 상기 플라스틱 매트릭스 재료로 감쌈으로써 달성되며, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)는 포지티브 잠금 방식으로 상기 힘 인가 요소(3)의 상기 절하부(6)와 접촉하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 금속이고, 상기 금속 외부 슬리브(5)의 상기 적용은 형성(forming)에 의해 달성되며, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)는 포지티브 잠금 방식으로 상기 힘 인가 요소(3)의 상기 절하부(6)와 접촉하는, 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 금속 외부 슬리브(5)는 자기 형성(magnetic forming), 프레싱 공정(pressing process), 또는 하이드로포밍(hydroforming)에 의해 형성되는, 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 섬유 강화 플라스틱이고, 상기 섬유 강화 플라스틱은, 열가소성 매트릭스 재료 또는 열경화성 매트릭스 재료에 사전 함침되거나, 또는 상기 감쌈 동안 열가소성 매트릭스 재료 또는 열경화성 매트릭스 재료로 함침되는 섬유를 포함하며, 상기 매트릭스 재료는 사전 적재(preloading) 하에서 감기는(wound), 방법.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절하부(들)(6)은 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)에 대해 축방향 및/또는 반경방향으로 형성되는, 방법.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 5 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 섬유로 강화된 것이고, 섬유로 강화된 상기 외부 슬리브(5) 내의 섬유들은 상기 인장-압축 로드의 축에 대해 둘레 방향(circumferential direction)으로 지배적으로 배향되는, 방법.
  8. 섬유 플라스틱 중공 구조체(2), 절하부(들)(6)를 갖는 힘 인가 요소(3), 및 외부 슬리브(5)를 포함하는 인장-압축 로드(1)로서, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)는 포지티브 잠금 방식으로 상기 힘 인가 요소(3)의 상기 절하부(들)(6)과 접촉하고, 상기 외부 슬리브(5)는 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)와 접촉하며, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)의 섬유 배향은 지배적으로 축방향으로 존재하는, 인장-압축 로드(1).
  9. 제 8 항에 있어서, 적어도 하나의 절하부(6)에 의한, 상기 힘 인가 요소(3)와 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2) 사이의 포지티브 잠금에 의해 인장 하중(tensile load)이 달성되는, 인장-압축 로드(1).
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 적어도 하나의 절하부(6)에 의한, 상기 힘 인가 요소(3)와 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2) 사이의 포지티브 잠금에 의해 압축 하중(compressive load)이 달성되는, 인장-압축 로드(1).
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서, 상기 힘 인가 요소(3)의 쇼울더(shoulder)(14)에 대해 지탱된(braced) 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)에 의해 압축 하중이 달성되는, 인장-압축 로드(1).
  12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)는 열가소성 매트릭스 재료를 포함하는, 인장-압축 로드(1).
  13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 인가 요소(3)는 플라스틱, 단섬유 강화 플라스틱(short fiber reinforced plastic), 또는 금속 재료로 만들어진, 인장-압축 로드(1).
  14. 제 8 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 힘 인가 요소(3)는 나사산(thread)을 포함하는, 인장-압축 로드(1).
  15. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 섬유 강화 플라스틱을 포함하고, 상기 외부 슬리브(5)의 플라스틱은 열경화성 매트릭스 재료 및 열가소성 매트릭스 재료로 이루어진 군으로부터 선택되는, 인장-압축 로드(1).
  16. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 금속 재료를 포함하는, 인장-압축 로드(1).
  17. 제 8 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 적어도 하나의 적층체 층으로 만들어진 섬유 플라스틱 복합 랩(fiber plastic composite wrap)(9)인, 인장-압축 로드(1).
  18. 제 8 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 섬유 플라스틱 중공 구조체(2)는 탄소 섬유, 유리 섬유, 및 아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 섬유를 포함하는, 인장-압축 로드(1).
  19. 제 8 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 외부 슬리브(5)는 섬유 강화 플라스틱을 포함하고, 상기 섬유 강화 플라스틱은 탄소 섬유, 유리 섬유, 및 아라미드 섬유로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 섬유를 포함하는, 인장-압축 로드(1).
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