KR930010006B1 - 중공 복합 부재 및 그 제조 방법 - Google Patents

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에미텍 게젤샤프트 퓌르 에미숀스테크놀로기에 엠베하
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Abstract

내용 없음.

Description

중공 복합 부재 및 그 제조 방법
제 1a 도는 본 발명에 따른 중공 복합 부재(hollow composite member)의 제1실시예의 단면도.
제 1b 도는 제 la 도에 따른 중공 부재의 종단면도.
제 2a 도는 본 발명에 따른 중공 복합 부재의 제 2 실시예의 팽창전 상태의 단면도.
제 2b 도는 본 발명에 따른 중공 복합 부재의 제 3 실시예의 팽창전 상태의 단면도.
제 2c 도는 제 2a 도에 따른 중공 부재의 팽창후의 단면도.
제 2d 도는 제 2b 도에 따른 중공 부재의 팽창후의 단면도.
제 3a 도는 본 발명에 따른 크랭크 축 형태의 중공 복합 부재의 종단면도.
제 3b 도는 제 3a 도에 따른 중공 부재의 제 1 실시예의 횡단면도.
제 3c 도는 제 3a 도에 따른 중공 부재의 제 1 실시예의 제 2 단면도.
제 3d 도는 제 3a 도에 따른 중공 부재의 제 2 실시예의 제 1 단면도.
제 3e 도는 제 3a 도에 따른 중공 부재의 제 2 실시예의 제 2 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 11, 21, 35 : 외층 2, 12 : 내층
22, 23, 24 : 슬리브 25, 26, 27, 28, 29, 30 : 중간 성형(지지) 부재
34 : 평형추 39, 40, 41, 42 : 슬리브
본 발명은 토오크 및 인장력, 압축력, 굽힘력을 수용하는 중공 복합 부재 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
중공 복합 부재 및 그 제조 방법은 예를 들어 유럽 특허 EP 0 212 130호로 부터 공지되어 있는데, 상기 특허에서 관형편(tubular piece)에는 압축 예비응력(compressive prestress)가 잔류하고 보강 실린더에는 인장 예비응력이 전류하도록 하는 방법으로 보강 실린더가 관형편에 부착된다. 보강 실린더는 2개 부품들의 서로에 대한 삽입이 보강 부재를 팽창시키고 관형 부재를 반경방향으로 압축함으로써 탄성 변형에 의해 이루어지고 평형을 이를 때 강제 체결 연결이 발생하게 되는 섬유 복합 재료로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 목적은 경량이면서 높은 강도치를 가지며 제조가 용이한 다양한 요소들을 중공 복합 부재 형태로 마련하는 것이다.
본 발명에 다른 목적은 반경방향의 압력을 수용하는 내측 슬리브가 외측재료층에 반드시 그 전체 축방향 깊이를 따라 원주 방향으로 균일한 예비 인장응력이 작용하게 하는 토오크 및 인장력, 압축력, 굽힘력을 수용하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법을 마련하는 것이다.
상기 목적들은 반경방향의 압력을 수용하는 내측 슬리브 또는 지지 수단이 외측 재료층에서 그 전체 길이를 따라서 원주방향으로 균일한 인장 예비응력을 갖도록 함으로써 달성된다. 벽 두께 분포와 국부 압력을 적용하는 크기 및 개별적인 축방향 구역에 압력을 적용하는 시간 순서에 따라, 외측 재료층 내에서 동시에 균일 또는 비균일 압축 예비응력을 적용시키는 것이 제안되었다.
제1실시예에 따라서, 지지 수단은 외층에 계속 위치하고 낮은 항복점을 갖는 재료로 구성되는 소성 팽창된 내층에 의해 형성된다. 반경 방향의 압력을 수용하는 내측 지지 수단은 외측 재료층에 반드시 그 전체 축방향 길이를 따라 원주 방향으로 균일한 인장 예비 응력이 적용하게 한다. 이 해결책은 그 내부 예비 응력의 결과로서 크랭크축, 구동축 또는 캠축에 유리한 증가된 강성도 대 굽힘 및 비틀림 하중을 나타내는 용이하게 제조할수 있는 중공 부재를 제공한다. 본 발명에 따라 재료의 항복점을 조절함으로써, 내압 적용에 의해 공지된 방식으로 필요한 응력 조건을 달성할 수 있다.
제2실시예에 따라서, 지지 수단은 외층의 원주 일부에 위치하고 특히 중간 형성 부재와 연관하여 낮은 항복점을 갖는 재료로 구성되는 수개의 소성 변형된 환상 또는 슬리브 부재에 의해 형성된다. 이 방법으로 제조된 부재는, 바람직한 예가 연결봉인 중공 부재의 횡단면이 원형이 아닌 용도에 직합하다. 수개의 둥근 슬리브가 외형을 결정하는 부재내로 삽입되며 공지된 수단에 의해 소성 팽창된다. 외층과 내층 슬리브 사이에 존재하는 간격은 스프링 백 힘의 방향에 대해 자제 효과를 갖는 각도로 신장하여 서로에 대해 신장하는 활주 연결부로 구성된 수개의 성령 부재들로 충전되어야 하며, 각 최외측 대향 슬리브들은 연결봉 구멍(eye)로서 직접 사용되기에 적합하다.
팽창 중에는 지지 장치를 변형시키기 위한 비교적 낮을 힘이 얻어지며, 팽창 공정 종료 후에는 매우 높은 지지 효과가 발생된다. 이 경우에는 외형을 결정하는 층에서 균일한 인장 예비응력이 발생되지만, 내측 슬리브는 압축 예비응력 상태하에 있다. 중공 부재의 예비응력이 작용된 재료는 경량이며 높은 성형 안정성을 갖는다.
원형 및 비원형 횡단면을 갖는 중공 복합 부재에 관한 제3의 양호한 실시예에 따르면, 외층과 하나 또는 수 개의 내측 슬리브 사이에 자제를 통해 서로 지지하는 클램핑 부재가 마련되는데, 내층 또는 슬리브의 소성 변형된 재료는 외층보다 낮은 항복점을 갖는다. 소성 팽창의 결과로서, 서로에 대해 외향 활주식 이동이 가능하고 자제를 퉁해 서로 내측으로 지지함으로써 뒤로 활주하는 것을 방지하게 되는 클램핑 부재는 자체의 높은 압축 강도에 기인하여 외층의 예비응력을 상당한 정도까지 유지하는데 참여하는 방법으로 그 위치가 변경된다. 소성 변형된 재료의 내층은 클램핑 부재를 팽창된 위치에 고정시킨다.
외층에 바람직한 재료로는 열처리강, 스프링강, 티타늄 또는 섬유 복합물과 같은 높은 인장강도와 높은 항복점을 갖는 재료이다. 소성 변형이 가능해야 하는 내층 및 슬리브에 적합한 재료는 상기에 준하여 선택된 구조강, 탄소강 또는 비철금속이다. 외층 및 내층 또는 내측 슬리브는 외측으로 갈수록 강도가 증가하는 수개의 층들로 구성되기도 한다. 중간층의 클램핑 부재는 세라믹 또는 높은 압축 강성도를 갖는 경질 재료로 구성되는 것이 바람직하며 취성 재료도 적합하다. 외층과 내층 사이에 잔류하는 예비응력은 각 층들 사이에서도 접착체결을 발생시킨다. 접착체결 효과 때문에 수개의 축방향 독립 부분들의 외층 및 내층 또는 내측 슬러브를 구성할 수 있으며, 내층 및 외층이 연결부를 가지며 측방향으로 충분히 멀리 오프셋 되어야 한다. 이 방법으로, 보다 짧은 슬리브편으로 된 중공 복합 부재를 재조할 수 있다.
복합층의 벽 두께 또는 독립적인 부분들로 축방향으로 구성된 중공 부재의 강도치는 상이한 팽창 압력이 계속 가해지거나 동일한 팽창 압력이 동시에 가해져 상기 중공 부재의 개별적인 횡단면이 대략 균일한 가운데 상이한 축방향 및 반경 방향 예비응력이 얻어지도록 종방향으로 계단을 이루기도 한다.
내층 또는 내측 슬리브의 소성 팽창은 팽창 유격이 확보되어야 하는 외부 주형 또는 다이에 의해 마련된 지지부에 대해 준정적, 맥동적 또는 폭발과 같은 방식으로 발생하기도 하는 내압 적용을 통해 수행되어야 하며, 외층은 탄성 한계에 도달되기 전에 팽창 압력이 엄격히 제한되어야 하지 않도록 매우 안정된 벽에 대해서 위치해야 한다.
횡방향 베이스 등과 같은 형태의 추가 지지 수단은 내층 또는 내측 슬리브로 압착 또는 성형됨으로써 예를들어 횡단면 계단 구역의 반경방향 강성도를 증가시킨다.
내층 및 외층에 유지된 예비응력도 다른 접합 공정, 특히 열접합(수축, 왁싱) 또는 축방향 압력 연결에 의해 발생되기도 하며, 이 경우에 내층 및 외층 재료의 항복점들 사이의 관계는 그다지 중요하지 않다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
제 1a 도는 개략적으로 도시한 수개의 층들로 구성되는 외측 슬리브(1)과 이에 대해서 직접 놓이는 내측 슬리브(2)를 갖는 등근 중공 부재를 도시하다.
제 1b 도는 수개의 층들로 구성되는 외측 슬리브(1), 그 속에 삽입된 내측 슬리브(2) 및 내측 슬리브(2)에 일체가 되도륵 연결된 횡단면 계단들의 구역에 있는 2개의 중간 베이스(3, 4)를 도시한다. 중간 베이스(3, 4)들은 외측 슬리브(1)에서 증가된 예비응력을 얻도록 내측 슬리브(2)에 화살표와 같이 내아이 작용할 때 소성 변형되어 편평하게 되도록 구부러져 있다.
제 2a 및 2c 도는 수개의 독립적인 층들로 구성된 외층(11)을 나타내는 둥근 중공 부재를 도시한다. 내측 슬리브(12)는 외층으로부터 일정 거리에 배열되며, 외층과 내측 슬리브 사이에는 반경방향의 웨지형 면들을 갖춘 지지 부재(13, 14)가 배열된다. 이들 지지 부재(13, 14)는 슬리브(12)의 소성변형 중 서로에 대해 이동되기도 하지만, 순수하게 탄성 팽창된 슬리브 부재인 외층(11)의 스프링백 중에는 서로에 대해 웨지 작용을 함으로서 압축 예비응력에 영향을 미친다. 제 2a 도는 지지 부재(13, 14)가 접촉면에서 서로에 대해 오프셋되어 있는 내측 슬리브(12)의 변형전 상태를 도시한다. 제 2c 도는 내측 슬리브(12)가 변형되고, 탄성적으로 예비응력을 받는 외층(11)을 서로에 대해 분포한 위치에서 증가된 지지 원주 상에 유지하는 외측 지지 부재(14)들 사이에서의 내측 지지 부재 (13)의 반경방향으로 변위된 후의 상태를 도시한다. 내측 슬리브(12)는 냉각된 상태에서 삽입되거나 무응력 상태에서 삽입된 후 소성 팽창되기도 한다.
제 2b 도 및 제 2d 도는 2개의 원호와 2개의 접선형 연결부 및 외층내에 삽입되어 외층에 탄성 예비응력을 발생시킬 목적으로 내부 팽창 및 소성변형을 받는 수 개의 원형 또는 난형 슬리브(22, 23, 24)로 구성되는 외층(21)을 갖는 중공 부재를 도시한다. 2개의 슬리브 사이에는, 슬리브 부재의 비직접 접촉구역으로부터 외층(21)로 압력을 전달하기 위해 작용하며 슬리브(22, 23, 24)의 소성변형 중에 서로에 대해 이동하지만 순수하게 탄성 팽창된 슬리브 부재(21)의 스프링백 중에는 서로에 대해 웨지 작용을 함으로써 압축 예비응력에 영향을 미치는(세라믹으로 된) 높은 압축 강성도를 갖는 지지 부재(25, 26, 27 ; 28, 29, 30)이 항상 삽입되어 있다. 제 2b 도는 지지 부재가 그 접촉면에서 교대로 내측 및 외측으로 오프셋되는 내측 슬리브(22, 23, 24)의 변형전 상태를 도시한다. 제 2d 도는 초기에 내측으로 오프셋된 지지 부재(26, 29)가 잔여 지지 부재(25, 27, 28, 30) 사이에서 반경방향으로 외측으로 변위되고 지지 부재들이 서로에 대해 분포되는 위치에서 증가된 원주상에 탄성 예비응력을 받는 외층(21)을 함께 유지하는 상태인 내측 슬리브(22, 23, 24)의 변형후의 상태를 도시한다. 내측 슬리브는 냉각된 상태로 삽입되거나 무응력 상태로 삽입된 후에 소성 변형점까지 기계적 또는 유압식으로 팽창되기도 한다.
각각의 경우에, 반경방향 화살표는 반대방향 압력을 가함으로써 일점쇄선으로 도시한 바와 같은 팽창을 피할수 있으며 외층이 처음에 가졌던 팽팽창 형상을 보유하는 것을 나타낸다.
제 3a 도는 2개의 기본 저어널(31,32)와 리프팅 저어널(33)으로 구성된 크랭크축의 일부를 도시한다. 크랭크웨브에는 평형추(34)가 배열된다. 크랭크축은 저어널 구역에 있는 외측 슬리브(35)와 (그 안에 삽입된) 내측 소성 변형 슬리브(36, 37, 38) 및 크랭크 웨브 구역에 있는 내측 슬리브(39, 40, 41, 42)로 구성된다. 외측 슬리브(35)는, 서로 삽입되고 크랭크 웨브(49, 50)에 교대로 인접하는 저어널부(43, 44 ; 45, 46 ; 47, 48)로 구성된다.
제 3b 도는 크랭크 웨브(49)의 횡단면을 도시하며, 또한 크랭크 웨브 구역에서 대략 8자 형상을 갖고 웨브(51, 52)를 경유하여 환형인 외측 부재(35)를 도시한다. 소성 팽창된 슬리브(39, 41)은 8자형 외측 부재(35)에 인장예비응력을 발생시킬 목적으로 삽입되며, 대략 낫형 성형 부재(53, 54)는 웨브(51, 52)에 예비응력을 발생시키고 유지하기 위해 삽입된다.
제 3c 도는 평형추(34)가 대략 8자형 외층(35)에 부착되며 웨브(55, 56)에 의해 환형을 취하는 크랭크 웨브(50)의 횡단면을 도시한다. 또한, 제 3c 도는 소성 팽창된 슬리브(40, 42)와, 웨브(55, 56)에 균일한 예비응력을 발생시키기 위한 낫형 성형 부재(57, 58)을 횡단면으로 도시한다.
이 실시예에서, 웨브(51, 52, 55, 56)에 예비응력을 발생시킬 목적으로 성형 부재가 원추형으로 축방향으로 압착됨으로써 삽입되며, 원추형 면들은 자제 효과를 얻는 각도로 신장된다.
제 3d 도에 도시된 크랭크 웨브(49)는 제 3b 도에 도시된 것과 유사하다. 그러나, 제 3d 도는 그 회단면이 웨지형상이 아니고 웨브(53, 54)에 예비응력을 유도하는 다중 부품 클램핑 부재(59, 60, 61 ; 62, 63, 64)틀 도시한다.
제 3e 도에 도시된 크랭크 웨브(50)은 제 3c 도에 도시된 것과 유사하다. 여기에서도 제 3d 도에서와 같이, 서로에 대해 이동하며 그 각도가 자재 효과를 유발하는 웨지 면들을 갖는 다중 부품 클램핑 부재(65, 66, 67 ; 68, 69, 70)이 마련된다.
클램핑 부재들은 각기 원추형이고 축방향으로 웨지 형상을 가지며 그 횡단면도 웨지 형상이고 그 각도도 자제 효과를 갖도록 되어 있다. 슬리브(39, 40, 41, 42)가 압착되고 반경방향으로 팽창될 때, 클럼핑 부재들은 서로에 대해 이동하며 웨브(51, 52, 55, 56)에서 예비응력을 발생시키고 유지하도록 그 활주면에서 자제 효과에 의해 스프링백에 대해 고정된다.

Claims (16)

  1. 토오크 및 인장력, 압축력, 굽힘력을 수용하는 중공 복합 부재에 있어서, 반경방향의 압력을 수용하는 내측 슬리브가 외측 재료층에 그 전체 축방향 길이를 따라 원주 방향으로 균일한 인장 예비응력이 작용하게하는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  2. 제 1 항에 있어서, 축방향 인장력을 수용하는 내측 슬리브가 외측 재료층에 균일하거나 중심을 향해 증가하는 압축 예비응력이 작용하게 하는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내측 슬리브가 외층(1)에 대해서 연속적으로 놓이는 내층에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내측 슬리브가 중간 성형 부재 (25, 26, 27, 28)과 연관되게 외층의 원주 부분을 따라 그에 대해서 놓이는 수개의 환상 또는 슬리브 부재(22, 23, 24)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내측 슬리브가 외층(11)로 부터 일정 거리에 위치한 1개 또는 수개의 환상 또는 슬리브 부재(12)에 의해 형성되며, 외층과 슬리브 부재 사이에서 이들을 서로 지지하는 부재(13,14)를 갖춘 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 내층(2, 12) 또는 슬리브(22, 23, 24; 39, 40, 41, 42)가 외층(1, 11, 21, 35)보다 낮은 항점을 갖는 소성 팽창된 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  7. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 추가적인 지지를 위해서 중간 베이스가 이것 보다 낮은 항복점을 갖는 재료로 제조된 내측 슬리브드내에 삽입되거나 형성된 것을 특징으로 하는 중공 복합부재.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 중공 복합 부재가 크랭크축, 구동축 또는 캠축으로서 제조되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 중공 복합 부가 연결봉으로서 제조되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재.
  10. 반경 방향의 압력을 수용하는 내측 슬리브가 외측 재료층에 그 전체 축방향 길이틀 따라 원주 방향으로 균일한 인장 예비응력이 작용하게 하는 토오크 및 인장력, 압축력, 굽힘력을 수용하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법에 있어서, 내측 슬리브가 내부 유압에 의해 팽창되는 것을 특징으로 하는 중공 복합부재를 제조하는 방법.
  11. 반경 방향의 압력을 수용하는 내측 슬리브가 외측 재료층에 그 전체 축방향 길이를 따라 원주 방향으로 균일한 인장 예비응력이 작용하게 하는 토오크 및 인장력, 굽힘력을 수용하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법에 있어서, 내측 슬리브가 기계적 수단에 의해 내측으로 부터 팽창되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 내측 슬리브가 냉각된 상태로 도입되고 외측 재료층이 내측 슬리브에 결합되기 전에 가열된 다음에 온도 평형이 일어나는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법.
  13. 반경 방향의 압력을 수용하는 내측 슬리브가 외측 재료층에 그 전체 축방향 길이를 따라 원주 방향으로 균일한 인장 예비응력이 작용하게 하는 토오크 및 인장력, 압축력, 굽힘력을 수용하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법에 있어서, 내측 슬리브와 외측 재료층이 서로에 의해 축방향으로 압착되는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법.
  14. 제 12 항에 있어서, 내측 슬리브가 냉각된 상태로 도입되고 외측 재료층이 내측 슬리브에 결합되기 전에 가열된 다음에 온도 평형이 일어나는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 처음에 관형 내측 슬리브를 그 단부에서 소성 팽창시킴으로써 외측 재료층과 내측 슬리브 사이를 연결하고, 중심 구역에서 관형 내측 슬리브를 소성 팽창시키는 동시에 축방향으로 수축시킴으로써 외측 재료층의 원주방향으로는 인장 예비응력을 종방향으로 압축 예비응력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법.
  16. 제 12 항에 있어서, 처음에 관형 내측 슬리브를 그 단부에서 소성 팽창시킴으로서 외측 재료층과 내측 슬리브 사이를 연결하고, 중심 구역에서 관형 내측 슬리브를 소성 팽창시키는 동시에 축방향으로 수축시킴으로써 외측 재료층의 원주방향으로는 인장 예비응력을 종방향으로 압축 예비 응력을 발생시키는 것을 특징으로 하는 중공 복합 부재를 제조하는 방법.
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