프로파일 처리된 섹션에 의해 강화된 구조 요소

프로파일 처리된 섹션에 의해 강화된 구조 요소{STRUCTURAL ELEMENT WHICH IS REINFORCED WITH A PROFILED SECTION}

프로파일 처리된 섹션으로 강화되는 이러한 타입의 구조 요소는 예를 들면, 철도 차량의 화물차체(freight car body) 구조물의 형성을 위해서, 측벽, 파티션(partition), 천장 및 바닥의 영역에서 패널 형상의 요소로 사용된다. 상세하게는, 이러한 경우에 구조 요소의 최대 강도(strength) 및 강성도(stiffness)와 저 중량이 제공되어야 한다. 이는, 예컨대 무게를 줄이기 위한 이유로 사용되는 섬유 강화 재료와 같이, 구조 요소에 합체되는 프로파일 처리된 강화용 섹션에 의해서 강화되는 구조 요소를 위한 경량 재료(lightweight material)에 의해서 보장된다.

패널 형상의 구조 요소는 전통적으로, 구조 요소에 부착되는 프로파일 처리된 고정용 섹션(profiled fastening section)에 의해서 화물차체 구조물에 고정되며, 상기 프로파일 처리된 고정용 섹션을 통해서 구조 요소는 화물차체의 하중 감당 구조물의 포스트(post) 및/또는 스트랩(strap)에 또는 인접한 구조 요소에 고정된다. 하지만, 접착되는 프로파일 처리된 고정용 섹션을 통해서 이러한 구조 요소가 부착될 때, 구조 요소와 프로파일 처리된 고정용 섹션 사이의 접착 접합부(adhesive joint)의 하중 감당 역량(load-bearing capacity)과 관련하여 문제가 발생한다. 접착 접합부는 종종 높은 스러스트 하중(thrust load)에 견디지 못하는데, 이는 프로파일 처리된 고정용 섹션이 구조 요소의 커버 표면(covering surface)에만 부착되며 그 결과 구조 요소에 충분히 견고하게 부착될 수 없기 때문이다.

구조 요소와 프로파일 처리된 고정용 섹션 사이의 연결을 향상시키기 위해서, 프로파일 처리된 고정용 섹션을 구조 요소에 나사 또는 리벳으로 박고 그래서 이들을 구조 요소에 고정시키는 것이 알려져 있다. 나사로 박히는 이러한 유형의 프로파일 처리된 고정용 섹션의 경우에, 화물차체의 하중 감당 구조물에 발생하는 힘 또는 응력이 프로파일 처리된 고정용 섹션을 통해서 구조 요소로 전달된다. 구조 요소로의 힘의 균일한 이입(introduction)과 관련된 요건은 그래서 프로파일의 고정을 따라야 하며, 특히 발생하는 힘이 구조 요소에 잘 분포되고 더 전달되며, 그 결과 구조 요소에는 응력과 비틀림(distortion)이 회피되는 것이 보장되어야 한다. 하지만, 프로파일 처리된 고정용 섹션을 구조 요소에 나사 또는 리벳으로 박을 때조차도 응력이 발생하며, 그래서 프로파일 처리된 고정용 섹션을 통한 구조 요소로의 힘의 균일한 이입이 항상 보장되는 것은 아니다.

본 발명은, 프로파일 처리된 섹션에 의해서 강화되며 구조 요소(structural element)에 대체로 완전히 삽입된 적어도 하나의 프로파일 처리된 강화용 섹션을 갖는 구조 요소에 관한 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 구조 요소의 사시도.

도 2는 도 1의 라인 Ⅱ-Ⅱ를 따른 구조 요소의 횡 단면도.

본 발명은, 간단하면서 확실한 방식으로 끼워 맞춰지며 발생하는 힘의 균일한 이입 및 분포와 관련된 요건을 만족하는 방식으로 가능한 최소의 비용으로 설계될 수 있는, 프로파일 처리된 섹션으로 강화된 구조 요소를 제공하는 목적을 기초로 한다.

이러한 목적은 청구항 1에 기재된 구조 요소에 의해서 달성된다.

따라서, 본 발명에 따른 구조 요소에는 대체로 완전히 삽입된 적어도 하나의 기다란 프로파일 처리된 강화용 섹션(elongated profiled reinforced section)이 제공된다. 이러한 경우에, 프로파일 처리된 강화용 섹션의 종방향 연장선을 따라 적어도 몇몇 섹션에서 구조 요소에 리세스(recess)가 뻗어있으며, 프로파일 처리된 고정용 섹션은 상기 리세스에 수납되어 접착된다. 프로파일 처리된 고정용 섹션은 그래서 구조 요소의 리세스에 맞물리며, 접착 접합부에 의해서 구조 요소에 고정된다. 이는 프로파일 처리된 고정용 섹션이 구조 요소에 신뢰할 수 있게 고정되는 것을 보장한다.

구조 요소는 이에 고정되는 프로파일 처리된 고정용 섹션을 통해서 확실한 방법으로 예를 들면, 철도 차량의 화물차체 구조물의 포스트 및 스트랩과 같이, 예컨대 하중 감당 구조물에 부착될 수 있다. 이와 관련하여, 프로파일 처리된 고정용 섹션은 첫 번째로 하중 감당 구조물에서 발생하는 힘을 흡수한다. 두 번째로, 프로파일 처리된 강화용 섹션의 종방향 연장선을 따라 뻗어있는 리세스에 대한 프로파일 처리된 고정용 섹션의 맞물림은, 프로파일 처리된 고정용 섹션이 힘을 프로파일 처리된 강화용 섹션으로 균일하게 전달하는 것을 보장한다. 따라서 본 발명에 따른프로파일 처리된 고정용 섹션은 본질적으로 예를 들면, 하중 감당 구조물로부터 프로파일 처리된 강화용 섹션으로의 응력이 최적화된 힘 전달(stress-optimized transfer of force)을 위한 힘 이입 어댑터(force-introducing adapter)의 역할을 한다. 이는, 이입되는 힘과 응력이 프로파일 처리된 강화용 섹션을 통해서 수월하게 전달되며 구성요소 상에 균일하게 분산 및 분포될 수 있는 커다란 이점을 준다. 그래서 힘 이입 어댑터로 설계된 프로파일 처리된 고정용 섹션의 본 발명에 따른 배치에 의해서 구조 요소의 응력 또는 비틀림이 효과적으로 회피된다. 강도 상의 이유로 구조 요소에 합체되는 프로파일 처리된 강화용 섹션은 여기서 강성화(stiffening)의 목적뿐만 아니라, 힘을 흡수하고 이들 힘을 구조 요소로 전달하기 위한 목적으로도 사용된다.

본 발명의 바람직한 개선은 종속 청구항에 기재되어 있다.

철도 차량의 화물차체 구조물을 형성하기 위한 목적으로 측벽, 파티션, 천장 및 바닥의 영역에 프로파일 처리된 섹션으로 강화된 구조 요소를 사용하기 위해서는, 구조 요소가 본질적으로 패널 형상의 설계로 이루어지는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 패널 형상의 구조 요소의 두께는 바람직하게는 구조 요소의 안정성과 관련된 요건이 만족되는 방식으로 수치가 정해진다.

프로파일 처리된 강화용 섹션으로의 힘 전달을 위해서, 각각의 리세스가 프로파일 처리된 강화용 섹션의 경계의 양 측면 상에 구조 요소에 제공되는 것이 바람직하다. 이러한 경우에, 리세스는 프로파일 처리된 강화용 섹션에 인접한 구조 요소에 슬릿(slit) 또는 노치(notch)로 형성될 수 있으며, 그 결과 구조 요소에는그루브(groove) 또는 슬롯이 형성된다. 이는, 슬롯에 맞물리는 프로파일 처리된 고정용 섹션 또는 힘 이입 어댑터가 프로파일 처리된 강화용 섹션에 바로 접하며, 그래서 힘을 직접 프로파일 처리된 강화용 섹션으로 이입시킬 수 있다.

구조 요소 상에 힘 이입 지점을 지정하기 위해서, 힘 이입 어댑터가 프로파일 처리된 강화용 섹션과 구조 요소의 상부 표면 모두에 부착되는 것이 선호된다. 이는 상기 어댑터와 구조 요소 사이에 최적화된 접착식의 기하학적 형상을 발생시키며, 이는 발생되는 힘이 강화용 요소로 그리고 또한 구조 요소의 상부 표면을 통해서 구조 요소로 이입될 수 있게 한다. 그래서 힘은 구조 요소 상에서 매우 균일하게 분포된다.

프로파일 처리된 고정용 섹션의 부착을 위해서, 적어도 몇몇 섹션에서 프로파일 처리된 고정용 섹션이 프로파일 처리된 강화용 섹션을 둘러싸는 것이 유익하다는 것이 입증되었다. 이는 프로파일 처리된 고정용 섹션과 구조 요소 사이의 접착 접합부가 구조 요소의 상부 표면을 따르는 주 하중 방향(main loading direction)으로의 스러스트 하중에도 또한 견디는 것을 보장하는데, 이는 스러스트 하중이 강화용 요소에 의해서 흡수되기 때문이다.

구조 요소의 무게를 가능한 한 낮은 상태로 유지시키기 위해서, 구조 요소는 적어도 하나의 섬유 강화 재료, 특히, 섬유 강화 플라스틱으로 제작되는 것이 바람직하다. 상대적으로 높은 강도 외에, 이러한 재료는 또한 탄성을 가지며, 그래서 발생하는 힘이 수월하게 흡수되고 분포될 수 있다.

구조 요소는 바람직하게는 샌드위치형 구조(sandwich-like structure)를 갖는다. 이와 관련하여, 다른 유형의 재료들, 예컨대 다른 강도를 갖는 복수의 섬유 강화 재료가 서로 결합되어 구조 요소에 서로 상하 관계로 적층을 이루어 배치될 수 있다. 이는 안정성, 무게, 강도 또는 하중 감당 역량과 관련하여 원하는 성질을 갖는 구성요소가 간단한 방법으로 설계될 수 있게 한다.

프로파일 처리된 강화용 섹션의 설계를 위해서, 무게의 감소를 달성할 수 있도록 프로파일 처리된 강화용 섹션은 본질적으로 직사각형의 그리고/또는 중공체(hollow body)로 설계되는 것이 유익하다는 것이 입증되었다. 직사각형의 중공체로 형성되는 측면 표면은 유익하게 프로파일 처리된 고정용 섹션의 부착을 위한 지지 표면(bearing surface)을 제공한다. 프로파일 처리된 강화용 섹션에 대한 프로파일 처리된 고정용 섹션의 연결은 그래서 지지 표면 상에서 접착 접합부에 의해서 간단한 방법으로 수행될 수 있다. 금속, 특히 알루미늄이 프로파일 처리된 강화용 섹션의 재료로 선호된다. 알루미늄은 프로파일 처리된 강화용 섹션이 간단한 방법으로 형성될 수 있게 하며, 동시에 안정적이며 저 중량을 갖는다. 다른 대안으로서, 플라스틱 또한 특정 적용에서는 적합하다.

프로파일 처리된 고정용 섹션을 구조 요소의 리세스에 부착하기 위해서는, 웹(web)이 프로파일 처리된 고정용 섹션에 부착되는 것이 유익하다. 이와 관련하여, 웹 각각은 리세스에 맞물리어 그곳에서 고정될 수 있다. 웹은 바람직하게는 강화용 요소에 접하며, 그 결과 주 하중 방향으로의 스러스트 하중의 경우에 발생하는 힘이 직접 강화용 요소로 전달되며, 그 결과 본 발명에 따른 원리가 특히 잘 구현될 수 있다.

이와 관련하여, 프로파일 처리된 강화용 섹션의 일 측면에 접하는 커버 패널(covering panel)을 통해서 웹이 서로 연결되는 것이 바람직하다고 입증되었는데, 상기 일 측면은 구조 요소의 상부 표면과 마주한다. 이러한 설계는 프로파일 처리된 고정용 섹션이 적어도 몇몇 섹션에서 프로파일 처리된 강화용 섹션을 둘러싸는 것을 보장한다. 이는 프로파일 처리된 강화용 섹션에 대한 프로파일 처리된 고정용 섹션의 비교적 정확한 맞물림을 가능하게 하며, 그 결과 프로파일 처리된 고정용 섹션의 주 하중 방향으로의 높은 스러스트 하중조차도 구조 요소로 균일하게 전달될 수 있다.

힘들은 바람직하게는 프로파일 처리된 고정용 섹션 상에 일체형으로 형성된 적어도 하나의 돌출부(projection)를 통해서 프로파일 처리된 고정용 섹션으로 이입된다. 이러한 돌출부는 예를 들면, 화물차체의 하중 감당 구조물로의 구조 요소의 고정, 또는 개개 구조 요소의 서로에 대한 부착을 단순화한다.

본 발명은 실례로서 도면에 예시된 실시예를 참조하여 이하에서 더 상세하게 설명될 것이다.

도 1에는, 두 개의 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)이 일체형 구성요소로서 삽입되는, 본 발명에 따른 패널 형상의 구조 요소(2)가 사시도로 도시된다. 두 개의 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)은 횡단면이 직사각형인 기다란 중공체(elongated hollow body)로 각각 설계된다. 이러한 경우에, 강화용 섹션(4)은 서로 소정 거리 떨어진 상태로 평행하게 배치되며, 구조 요소(2)의 두 단부 표면(end surface)(6) 사이에서 구조 요소(2)의 내부를 관통하여 뻗어있다. 다른 설계로 이루어진 두 개의 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)이 힘 이입 어댑터로서 패널 형상의 구조 요소(2)의 상부 표면(8) 상에 배치된다. 두 개의 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)은 각각의 경우에 프로파일 처리된 강화용 섹션(4) 각각을 통해서 상부 표면(8) 상에 제공되며, 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 각각의 종방향 연장선을 따라서 배향된다. 이러한 경우에, 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12) 각각은 구조 요소(2)의 상부 표면(8)에 접하는 커버 패널(14)를 갖는다. 힘이 구조 요소(2)로 이입될 수 있도록 중개하는 돌출부(16)가 커버 패널(14) 상에 형성된다. 프로파일 처리된 고정용 섹션(10)에는 고정용 구멍(eyelet)(18)을 둘러싸는 하나의 돌출부(16)가 제공된다. 두 개의 돌출부(16)가 프로파일 처리된 고정용 섹션(12)의 커버 패널(14) 상에 가이드 레일(18)로서 설계된다. 구조 요소(2)로 힘을 이입하기 위한 상응하는 프로파일 처리된 섹션이 이들 가이드 레일(18)로 끼워 넣어질 수 있다. 이러한 경우에, 가이드 레일(18)은 구조 요소(2)를 철도 차량의 화물차체의 하중 감당 구조물(도시되지 않음)에 고정시키는데 사용된다.

투영 평면에 대해서 수직으로 뻗어있는 패널 형상의 구조 요소(2)의, 도 2에 예시된 횡단면도를 참조함으로써 알 수 있는 바와 같이, 상기 구조 요소는 샌드위치형 구조를 갖는다. 상부 커버층(upper covering layer)(20)과 하부 커버층(21) 사이에는 이들 두 개의 커버 층(20, 21)보다 훨씬 더 두꺼운 중앙층(central layer)(22)이 삽입된다. 커버층(20, 21)은 고 강도 섬유 강화 플라스틱으로 제작된다. 대조적으로, 중앙층(22)은 저 중량의 섬유 강화 플라스틱으로 만들어진다. 그래서 커버층(20, 21)은 중앙층(22)을 강성화시키며(stiffen), 구조 요소(2) 전체를 강화시킨다(strengthen).

두 개의 중공형이며, 본질적으로 정사각형인 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)은 구조 요소(2)에 합체된다. (도 2에서 상단과 하단에 위치한)구조 요소(2)의 상부 표면(8)과 하부 표면(24)을 향하는 외측 횡방향 에지(outer transverse edge)에서, 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)은 각각의 경우에 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 상부 커버층(20)과 하부 커버층(21)에 접해 있다. (도 2에서 좌측과 우측에 위치한) 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 외측 종방향 에지(outer longitudinal edge)는 각각의 경우에 섬유 강화 플라스틱으로 이루어진 중앙층(22) 쪽으로 향해 있다. 이러한 방식으로, 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)은 구조 요소(2)의 섬유 강화 구조에 삽입되어 있다.

프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 종방향 에지에 바로 인접하게, 리세스(26)가 상부 커버층(20)과 중앙층(22)을 관통하여 구조 요소(2)의 내부에서 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 양 측면 상에 슬릿(slit)으로 형성된다. 각각의 리세스(26)는 그래서 구조 요소(2) 내에서 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 경계의 양 측면 상에 배치된다. 도 2에서 추가적으로 알 수 있는 바와 같이, 프로파일처리된 고정용 섹션(10, 12)은 구조 요소(2)의 상부 표면(8) 상에 배치되며, 각각의 경우에 두 개의 웹(28)에 의해서 리세스(26)에 맞물린다. 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)의 두 개의 웹(28)은 서로 평행하게 배치되며, 힘 이입 어댑터의 커버 패널(14)에 대해서 직각을 이룬다. 이러한 경우에, 두 개의 웹(28) 사이의 거리는 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 횡방향 에지의 폭과 근본적으로 일치하며, 그 결과 프로파일 처리된 고정용 섹션(10 또는 12)은 리세스(26)에 맞물릴 때 근본적으로 U 형상의 방식으로 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 둘레에서 파지(grip)된다. 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)과 구조 요소(2) 사이의 접촉 표면을 증대시키기 위해서는, 커버 패널(14)은 구조 요소(2)의 상부 표면(8)의 넓은 영역에 걸쳐서 뻗어있게 된다. 구조 요소(2)에 프로파일 처리된 고정 섹션(10, 12)을 고정시키기 위해서, 웹(28) 및 커버 패널(14)과 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)의 사이에, 그리고 커버 패널(14)의 외측 섹션과 구조 요소(2)의 상부 표면(8) 사이에는 접착제가 도입되며, 그 결과 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)과 구조 요소(2) 사이에는 고정된 접착 접합부(30)가 제공된다. 이는 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)이 접착 기법을 이용하여 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)에 의해서 실질적으로 완전히 둘러싸일 수 있게 한다.

프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)을 통해서, 예를 들면, 화물차체의 하중 감당 구조물에 대한 구조 요소(2)의 고정으로부터 야기되는 힘이 근본적으로 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)으로 이입되며 구조 요소(2)로 전달된다. 예시된, 구조 요소(2)에서의 웹(28)의 맞물림과, 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)에 의해 프로파일 처리된 강화용 섹션(4)이 실질적으로 완전한 둘러싸임으로써, 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)이 구조 요소(2)로부터 분리되지 않으면서 상부 표면(8)을 따르는 주 하중 방향의 높은 스러스트 하중조차도 흡수될 수 있는 것을 보장한다. 동시에, 구조 요소(2)에 슬롯 형성된 리세스(26)를 막는 커버 패널(14)이 스러스트 하중을 흡수할 수 있다. 강화용 섹션(4) 및 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)과 구조 요소(2)의 상부 표면(8) 사이의 접착 공간의 배치는 구조 요소(2)로의 중간 정도 내지 큰 힘의 최적 이입(optimized introduction)을 보장하며, 상기 이입은 중간 정도 내지 큰 힘이 발생할 때조차도 구조 요소(2) 내에서의 프로파일 처리된 고정용 섹션(10, 12)의 확실한 안착을 유지시킨다.

상술한 바와 같이, 본 발명은, 프로파일 처리된 섹션에 의해서 강화되며 구조 요소에 대체로 완전히 삽입된 적어도 하나의 프로파일 처리된 강화용 섹션을 갖는 구조 요소에 이용될 수 있다.