KR100257169B1 - 섬유재료용 보빈과 그 제작방법 - Google Patents

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프레헤텔 미카엘
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Abstract

섬유 재료용 보빈을 가능한 용이하고 경제적으로 제작하기 위하여, 최소한 하나의 보빈 플랜지(3)가 편평하고 환형의 원반 형태로 되고 마찰 용접 연결부(5)가 코어 튜브(2)와 보빈 플랜지(3) 사이의 코너 부위(10)에서 최소한 하나의 코어 튜브 선단면(7,17)에 제공되는 것이 제안된다. 경금속으로 만들어진 다수 부품의 보빈(1)의 부품들은 보빈 플랜지(3)와 코어 튜브(2)로 구성되어 선반으로 깎은 부품들 혹은 일체형의 단조 또는 압출 부품들이며, 이 부품들은 필요에 따라 적당한 길이로 절단될 수 있어 특수한 보빈 형태들을 제작하거나 보빈을 변경하는데 있어서 비용이 많이 드는 공구의 변경이 요구되지 않는다.
[색인어]
보빈, 코어 튜브, 보빈 플랜지, 마찰 용접 연결부.

Description

섬유재료용 보빈과 그 제작방법
독일 특허 DE 39 08 223 C2에서는 경금속 합금으로 만들어지고 대칭적으로 나누어진 두개의 반쪽 보빈을 갖는 섬유 재료용 보빈을 개시하고 있는데, 두개의 반쪽 보빈은 서로 블런트 접촉된 중앙 코어 튜브 말단면에서 마찰 용접 연결부에 의해 서로 고정되어 연결되어 있다. 이러한 보빈을 제조하기 위해서는 반쪽 보빈이 압출 가공에 의해 제작되는데, 여기에 비교적 값비싼 압출 공구들이 요구된다. 더욱이, 압출 공구의 제작은 비교적 오랜 시간을 요하고 높은 초기 비용을 야기한다. 또한, 보빈의 형상은 압출 공정에 의해 결정되는 기하학적 제한을 받게 된다. 예를 들어, 미리 결정된 직경, 즉 ＞100mm으로 보빈 플랜지를 제작하는데는 문제가 있는데, 보빈 플랜지의 벽 두께가 상대적으로 큰 직경에 비해 매우 얇기 때문이다.
또한, 압출 부품으로 생산되는 반쪽 보빈을 저장하는데는 비교적 많은 비용이 들게 되는데, 이들이 불량하게 쌓아질 수도 있고 많은 공간을 필요로 하기 때문이다. 더욱이, 예를 들어 축 길이가 감소되는 등 보빈 형상에 약간의 변경만 있어도 압출 공구에는 매우 복잡한 변화를 야기하게 되므로, 고가의 공구 비용을 고려한다면 이 공정은 본질적으로 대량 생산에서만 경제적으로 된다. 그러나, 소량 생산과 신축성있는 생산에서는 이 공정이 거의 적절하지 않다.
이러한 상황은 독일 특허 DE-OS 16 02 319의 보빈에 있어서도 유사한데, 여기에서는 반쪽 보빈이 불활성 가스 용접으로 서로 연결된 주형 부품들로 형성된다. 즉, 주형을 제작하기 위해 비교적 높은 초기 비용이 요구되는데, 이는 적은 양으로 경제적 생산을 하는 데에는 장애가 된다.
또한, 프랑스 특허 FR-A-11 30 583에서는 두개의 보빈 플랜지에 완전히 삽입되고 그 외주연을 따라 납땜되는 코어 튜브를 갖는 경금속으로 만들어진 보빈을 개시하고 있다. 그러나, 균질한 연결이 이루어질 수 없어 감기 작업중 보빈 플랜지의 높은 축방향 하중으로 인해 코너 부위에서 연결부가 깨지는 경향이 있다. 더욱이, 결합 부위에서 보빈 플랜지의 내경과 코어 튜브의 외경은 매우 정확하게 제작되어야 하는데, 그렇지 않으면 연결부의 약화를 가져오게 된다.
또한, 영국 특허 GB-A-825 540에서는 코어 튜브의 외주연에서 차례로 함께 용접되는 금속 박판의 압착 부품으로 형성된 3개의 부품으로 되는 보빈을 개시하고 있다. 여기에서는, 균일한 용접 작업을 달성하는 것이 거의 불가능하여 그 강도가 낮아지게 된다.
본 발명은 하나의 코어 튜브에 의해 연결되는 두개의 보빈 플랜지로 구성되고 마찰 용접부에 의해 연결되는 경금속으로 만들어진 섬유 재료용 보빈 및 이러한 보빈의 제조 방법에 관한 것이다.
제1도는 보빈의 일부 절개된 정면도.
제2(a)도 및 제2(b)도, 그리고 제3(a)도 및 제3(b)도는 접합 위치에서 보빈의 각 코너 부위와 용접된 상태를 보여주는 확대도.
제4도 내지 제6도는 각 코너 부위의 변경을 보여주는 확대도.
제7도는 절개된 반쪽 보빈의 조직 또는 구조를 나타낸 모식도.
본 발명의 목적은 적은 수량에서도 효율적인 비용으로 간단하게 제작할 수 있고, 특히 고강도를 갖는 섬유 재료용 보빈을 제공하는 것이다. 또한 이를 위한 상응하는 제조 방법이 제공될 것이다.
상기 목적은 코어 튜브에 의해 연결된 두개의 보빈 플랜지를 포함하는 섬유 재료용 보빈으로서, 마찰 용접 연결에 의해 결합되는 경금속으로 만들어진 다수 부품의 보빈에 있어서, 최소한 하나의 보빈 플랜지가 편평한 환형의 원반 형태로 형성되고, 마찰 용접 연결부가 코어 튜브와 코어 튜브 선단면에 대향하는 보빈 플랜지의 내측면 사이의 코너 부위에서 최소한 하나의 코어 튜브 선단면에 제공되고, 코어 튜브 선단쪽의 보빈 플랜지에 코어 튜브의 두께와 실질적으로 일치하는 축방향 길이(X) 및 코어 튜브 벽의 두께를 갖는 림이 형성되고, 마찰 용접 연결부의 바깥쪽 마찰 용접 비드가 원형의 비드를 형성함으로써 코어 튜브와 보빈 플랜지 사이의 코너 부위에 정확하게 위치하는 것을 특징으로 하는 보빈에 의해 달성된다.
상기 다른 목적은 코어 튜브와 두개의 보빈 선단면 플랜지로 형성되는 경금속의 보빈을 제작하는 방법에 있어서, 코어 튜브와 하나의 보빈 플랜지를 일체형의 단조 또는 압출 부품으로 제작하는 단계; 코어 튜브 선단쪽의 보빈 플랜지에 코어 튜브의 두께와 실질적으로 일치하는 축방향 길이(X) 및 코어 튜브 벽의 두께를 갖는 림이 형성되어, 코너 부위에 마찰 용접 비드를 형성함으로써 코어 튜브 선단을 제2원반 형태의 보빈 플랜지와 연결시키는 마찰 용접 단계; 그리고, 코너 부위에서 마찰 용접 비드를 제거시키기 위한 선반 가공 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법에 의해 달성된다.
몇 개의 부품들로 만들어지는 보빈을 설계하는 관점에 비추어보면, 개개의 부품들, 특히 편평한 환형의 보빈 플랜지는 임의의 원하는 직경으로 비교적 쉽게, 특히 선반 가공에 의해 생산될 수 있다. 가장 간단한 경우, 보빈은 상응하는 원자재, 즉 튜브를 절단하거나 분리시켜 선반 위에서 만들어지는 하나의 코어 튜브와 두개의 보빈 플랜지를 포함한다. 따라서, 보빈의 기하학적 형상의 변경은, 예를 들어 보다 길어진 코어 튜브는 단순히 선반을 조정하는 것에 의하여 이루어질 수 있다. 즉, 공구나 주형의 변경은 더 이상 필요하지 않게 된다.
또한, 저장 작업이 결정적으로 줄어드는데, 공구나 여러 가지 초기 자재들을 저장할 필요가 없기 때문이다. 이와 대조적으로, 매우 적은 수의 원재료, 즉 코어 튜브와 보빈 플랜지 각각을 위한 압출된 튜브에 의해 여러 크기를 갖는 다수의 보빈이 생산될 수 있다. 결과적으로, 특수한 유형의 보빈을 제작하기 위한 납기 뿐아니라 초기 비용도 상당히 감소된다.
마찰 용접 연결부를 코어 튜브 선단면과 코어 튜브에 대향하는 보빈 플랜지의 내측면 사이의 코너 또는 전이 부위에 배치하는 것은 특히 중요한데, 이 방법에 의하면 높은 하중을 받는 코너 부위에서 연결되는 연결부의 신뢰할 만한 용접 작업이 이루어지기 때문이다. 더욱이, 마찰 용접 중 가열된 자재는 압착되고 압축되어 본질적으로 균질하게 되어, 단조 또는 압출 가공에 의한 경우와 유사하게 결정적으로 보빈의 강도를 증가시킨다.
코어 튜브 선단면을 향하여 보빈 플랜지에 마련되는 림(rim)을 갖는 실시예는 특별한 장점이 있는데, 마찰 용접중 림이 마찰 용접 연결부에 의해 대치되고 압착됨에 따라 마찰 지역이 제한되기 때문이다. 여기에서는 비교적 저열량 만이 보빈 플랜지를 통해서 분산되어 용접 구역에서 열손실이 최소화된다. 반면에, 이것은 코어 튜브와 보빈 플랜지의 내측면 사이에 있는 코너 부위에 바깥쪽의 마찰 용접 비드가 구비되게 하는 결과로 되어, 차후의 마무리 작업 동안 모서리를 둥글게 하는데 이용될 수 있는 재료의 집중이 있게 된다. 이것은 섬유 재료가 조여지는 경우 코어 튜브와 보빈 플랜지 사이의 전이 구역에서 틈이 형성되는 것을 확실하게 막는다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의하면 거의 모든 원하는 치수를 갖는 특수한 유형의 보빈을 가장 간단한 방식으로 만들 수 있다는 특별한 장점이 있는데, 특히 하나의 보빈 플랜지와 코어 튜브를 포함하는 단조 또는 압출 부품을 제2원반 형태의 보빈 플랜지에 마찰 용접하기 전에 원하는 선단 길이(축방향 길이)로 절단하는 경우에 유리하다.
그 이상의 유리한 변경들은 다른 청구항에서 다루어진다.
이하, 도면에 도시된 여러 실시예들을 기초로 본 발명이 기술 및 설명될 것이다.
제1도는 보빈 1의 축(4)에 대하여 회전 대칭으로 형성되는, 본질적으로 하나의 코어 튜브(2)와 두개의 선단 보빈 플랜지(3)를 포함하는 보빈(1)을 도시한 것이다. 두개의 보빈 플랜지(3)는 편평한 환형의 원반과 같은 형상으로 형성되고, 그 중앙에는 감는 기계 또는 섬유 기계에 고정시키기 위한 베어링 시트(6)가 구비된다. 보빈 플랜지(3)는 각각 마찰 용접 연결부(5)에 의해 두개의 코어 튜브 선단(7)에 부착되어 있다. 마찰 용접 동안 코어 튜브(2)와 보빈 플랜지(3)는 도면의 좌측에 두개의 서로 대향하는 화살표로 도시된 바와 같이 서로에 대하여 회전하게 되고, 따라서 서로에 대하여 압착된다. 도면의 우측에는 마찰 용접 직전의 위치에 있는 보빈 플랜지(3)와 함께 부분 절개된 상태로 보빈(1)이 도시되어 있는데, 이어서 일점쇄선으로 보여지는 환형의 마찰 용접 연결부(5)를 형성하게 된다. 코어 튜브(2)로부터 보빈 플랜지(3)까지의 코너 부위 또는 전이 부위는 다음 도면들에서 확대된 크기로 도시되어 있다. 그러나, 마찰 용접 연결부(5)는 코어 튜브 선단(7)과 보빈 플랜지(3)의 내측면(11)을 블런트-접합 방식으로 마찰 용접하는 것에 의하여 제1도에 도시된 방식으로 달성될 수도 있다.
제2(a)도는 코너 부위(10)를 확대된 크기로 도시한 것이다. 보빈 플랜지(3)는 코어 튜브(2)의 벽 두께와 일치하는 돌출된 림(8)을 갖고 있으며, 이 돌출된 림(8)은 다시 코어 튜브(2)의 벽 두께와 일치하는 축방향 길이(X)를 갖는다. 일반적으로 코어 튜브(2)의 벽 두께는 수 밀리미터에 불과하기 때문에, 림(8)은 보빈 플랜지(3)의 내측면(11) 위로 단지 수 밀리미터 만큼만 돌출된다. 따라서, 림(8)의 축방향 길이는 보통 2 내지 5mm이다. 제1도의 실시예와는 대조적으로, 이 림(8)은 본질적으로 마찰 용접 단계 동안 보빈 플랜지(3)로 열이 도입되는 것을 막는 역할을 하여, 용접 부위에서의 열 손실이 최소화된다. 또한, 림(8)에서의 이와 같은 제한된 열 손실에 의해 마찰 용접중에 보다 낮은 압착력이 요구된다. 더욱이, 단지 수 밀리미터의 높이를 갖는 림(8)으로 인해 마찰 용접 연결부(5)가 정확하게 위치하게 되는데, 특히 재료의 고온 압착에 의해 재료 집중이 형성되어 코어 튜브(2)와 보빈 플랜지(3) 사이에 있는 코너 부위(10)의 바깥쪽에 형성되는 마찰 용접 비드(9)가 정확하게 위치하게 된다.
마찰 용접 후의 이 형상은 제2(b)도에 도시되어 있다. 도시된 바와 같이, 코너 부위(10)는 마찰 용접 연결부(5)를 다듬을 때 둥글게 될 수 있다.
보빈 플랜지(3)를 축(4) 방향으로 보다 두꺼운 치수로 하면, 제3(a)도 및 제3(b)도에 나타낸 바와 같이 마찰 용접 연결부(5)는 보빈 플랜지(3)내로 약간 함몰될 수 있다는 점에 주목된다. 이 경우, 여기서는 17로 표시된 코어 튜브 선단은 원형으로 경사지게 되고, 반면에 보빈 플랜지(3)에는 같은 경사를 갖고 상응하여 형성된 리세스(recess)(18)가 마련된다. 제3(b)도로부터 추측될 수 있는 바와 같이, 마찰 용접동안 경사진 코어 튜브 선단(17)과 리세스(18)는 서로 결합하여 코너 부위(10)에서 마찰 용접 연결부(5)를 형성한다.
제4도 내지 제6도는 제1도와 제2도에서와 같이 보빈 축(4)에 대해 수직으로 정렬된 코어 튜브 선단(7)과 함께 코너 부위(10)가 변경된 실시예를 도시한다. 제4도에서 코어 튜브 선단(7)은 보빈 플랜지(3)에 있는 계단형 리세스(12)와 결합된다. 마찰 용접중 코어 튜브 선단(7)은 고온 압착되고, 따라서 계단 부분에는 매우 안정된 연결부가 형성된다. 제5도에 따른 실시예에서도 이와 유사하게, 코어 튜브 선단(7)은 내측면(11)에 리세스된 그루브(14)와 만나고 전체면에 걸쳐서 그 위에 용접되는데, 이는 코어 튜브 코너의 고온 압착된 재료가 그루브(14)를 완전히 채우고, 덧붙여 코너 부위(10)에서 정렬된 조직을 갖는 보빈 플랜지(3)의 인접 재료와 함께 매우 안정된 연결부를 형성하기 때문이다. 이것은 제6도의 실시예에 대해서도 마찬가지로, 여기에서는 코어 튜브(2) 보다 약간 큰 직경을 갖는 환형의 그루브(16)가 내측면(11)에 형성되어 있다. 참조 번호 9로 나타낸 바와 같이, 마찰 용접 동안 고온 압착된 재료는 이 환형의 그루브(16)에 침투하여 그루브(16)를 채우고, 바깥쪽 마찰 용접 비드(9)를 형성하는 것에 의하여 보빈 플랜지(3)의 재료와 연결되는 동시에 조직을 개선시킨다. 환형의 그루브(16)는 마찰 용접 동안 보빈 플랜지(3)로의 열손실을 제한하게 된다.
상기 설명된 경금속 보빈을 제작하기 위해서는, 먼저 두개의 보빈 플랜지(3)와 코어 튜브(2)가 선반 가공, 특히 절단에 의해 튜브 재료로부터 만들어지며, 필요에 림(8)을 형성시킨다. 다음에 이 요소들은 마찰 용접되는데, 바람직한 공정에 따르면 두개의 보빈 플랜지(3)가 하나의 작업 단계에서 동시에 마찰 용접된다. 예를 들어, 이 목적을 위해 코어 튜브(2)가 구동될 수 있고 두개의 보빈 플랜지(3)는 가장 간단한 작업으로 회전하는 코어 튜브(2) 위에서 압착된다. 그러나, 코어 튜브(2)가 각각 정지된 상태에 있거나 반대 방향으로 회전되는 동안 보빈 플랜지(3)도 역시 회전 구동될 수 있다. 마찰 용접 후에는 일반적으로 마찰 용접 비드(9)를 최소한의 제거량으로 제거할 필요가 있는데, 특히 코너 부위에서 필요하다. 베어링 시트(6) 지역에서의 내측 마찰 용접 비드는 베어링 처리와 동시에 제거될 수 있는데, DE39 08 225 C2에 따른 중심적인 실시예와 비교해서, 내측 마찰 용접 비드가 보다 잘 접근할 수 있고 더 정확하게 제어될 수 있다는 추가적 장점을 갖는다. 이것은 용접 연결부에 대한 검사를 개선시키고, 따라서 더욱 향상된 품질 관리가 가능하게 된다. 마찰 용접된 보빈(1)은 보다 높은 강도로 마무리 작업이 되기에 앞서 강화되는 것이 바람직하다. 재료로서는 특히 Al-Mn 합금이 적합하다.
제7도는 특별한 장점이 있는 보빈(1)의 실시예를 도시하고 있다. 여기에서는, 좌측 보빈 플랜지(3)가 전체 코어 튜브(2)와 함께 일체형 단조 또는 압출된 요소(20)로서 형성되며, 요소(20)의 코어 튜브 선단(7)만이 제1도와 관련하여 설명된 바와 같이 우측 보빈 플랜지(3)에 마찰 용접된다. 여기에서, 도면 하부의 절반 절개부에서는 경금속의 조직이 모식적으로 도시되어 있는데, 함침, 압출 또는 단조된 각 부품의 주로 축방향으로 배향된 조직이 코어 튜브 선단(7)의 가열 압착에 의해 코너 부위(10)에서 압축되고 깨질 우려가 있는 전이 영역을 강화하면서 방사상 방향으로 편향되고 있다. 따라서, 마찰 용접된 코너 부위(10)는 중단되지 않아서, 매우 안정된 조직으로 단조 또는 압출하는 것에 의해 제작되는 좌측 보빈 플랜지에서 대향하는 전이 영역과 유사하게 높은 강도를 갖는다.
또한, 단조 또는 압출된 요소(20)는 여러개의 분리된 선(21)으로 나타낸 바와 같이, 예를 들어 선반으로 깎거나 톱으로 자르는 등 상응하도록 절단하는 것에 의하여 원하는 길이의 보빈에 적합하게 될 수 있다는 것이 중요하다. 따라서, 복수의 다른 보빈 길이를 제작하기 위해서는 단지 수개의 단조 또는 압출 주형만이 필요하게 된다. 이어서 제시된 원반 형태의 보빈 플랜지(3)를 이용한 마찰 용접은 매우 안정한 보빈(1)을 간단하고도 신속하게 제작할 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 제조 방법에 의하면 거의 모든 원하는 치수를 갖는 특수한 유형의 보빈을 가장 간단한 방식으로 만들 수 있다는 특별한 장점이 있는데, 특히 하나의 보빈 플랜지와 코어 튜브를 포함하는 단조 또는 압출 부품을 제2원반 형태의 보빈 플랜지에 마찰 용접하기 전에 원하는 선단 길이(축방향 길이)로 절단하는 경우에 유리하다.

Claims (8)

  1. 코어 튜브(2)에 의해 연결된 두개의 보빈 플랜지(3)를 포함하는 섬유 재료용 보빈(1)으로서, 마찰 용접 연결에 의해 결합되는 경금속으로 만들어진 다수 부품의 보빈(1)에 있어서, 최소한 하나의 보빈 플랜지(3)가 편평한 환형의 원반 형태로 형성되고, 마찰 용접 연결부(5)가 코어 튜브(2)와 코어 튜브 선단면(7,17)에 대향하는 보빈 플랜지(3)의 내측면(11) 사이의 코너 부위(10)에서 최소한 하나의 코어 튜브 선단면(7,17)에 제공되고, 코어 튜브 선단(7)쪽의 보빈 플랜지(3)에 코어 튜브(2)의 두께와 실질적으로 일치하는 축방향 길이(X) 및 코어 튜브 벽의 두께를 갖는 림(8)이 형성되고, 마찰 용접 연결부(5)의 바깥쪽 마찰 용접 비드(9)가 원형의 비드를 형성함으로써 코어 튜브(2)와 보빈 플랜지(3) 사이의 코너 부위(10)에 정확하게 위치하는 것을 특징으로 하는 보빈.
  2. 제1항에 있어서, 림(8)의 축방향 길이(X)가 2 내지 5mm인 것을 특징으로 하는 보빈.
  3. 제1항에 있어서, 마찰 용접을 하는 동안 압착되고 변형된 경금속이, 보빈 플랜지(3)의 코어 튜브 직경 바깥쪽에 형성된 환형의 그루브(16)로 침투하고 이를 채우면서 코어 튜브 선단(7)이 보빈 플랜지(3)에 마찰 용접되는 것을 특징으로 하는 보빈.
  4. 제1항, 제2항 및 제3항의 어느 한 항에 있어서, 보빈 플랜지(3)와 코어 튜브(2)가 선반 가공에 의해 원자재들로부터 절단되는 부품들이고 두개의 보빈 플랜지(3)에 마찰 용접 연결부(5)가 각각 마련되는 것을 특징으로 하는 보빈.
  5. 제1항, 제2항 및 제3항의 어느 한 항에 있어서, 하나의 보빈 플랜지(3)와 코어 튜브(2)가 하나의 일체형의 단조 또는 압출 부품(20)으로 만들어지고, 여기에 제2보빈 플랜지(3)가 마찰 용접되는 것을 특징으로 하는 보빈.
  6. 코어 튜브와 두개의 보빈 선단면 플랜지로 형성되는 경금속의 보빈을 제작하는 방법에 있어서, 코어 튜브(2)와 하나의 보빈 플랜지(3)를 일체형의 단조 또는 압출 부품(20)으로 제작하는 단계; 코어 튜브 선단(7)쪽의 보빈 플랜지(3)에 코어 튜브(2)의 두께와 실질적으로 일치하는 축방향 길이(X) 및 코어 튜브 벽의 두께를 갖는 림(8)이 형성되어, 코너 부위(10)에 마찰 용접 비드(9)를 형성함으로써 코어 튜브 선단(7)을 제2원반 형태의 보빈 플랜지(3)와 연결시키는 마찰 용접 단계; 그리고, 코너 부위(10)에서 마찰 용접 비드(9)를 제거시키기 위한 선반 가공 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 마찰 용접후 및 선반 가공전에 보빈(1)을 열경화시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 단조 또는 압출 부품(20)이, 코어 튜브 선단(7,17)에서 마찰 용접되는 동안 압착되는 것을 고려하여 원하는 보빈 길이에 부합되게 절단된 복수의 다른 보빈 길이에 대하여 사용되는 것을 특징으로 하는 방법.
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