KR100638691B1 - 용접 와이어 페이아웃 드럼 및 그 용접 와이어 저장 스템 - Google Patents

Abstract

용접 와이어 페이아웃 드럼(payout drum)은 상부 개구부를 갖는 소정의 내경의 외측 원통형 슬리브와 내부의 중앙 와이어 지지 스템을 포함한다. 상기 스템은 상기 드럼의 원통형 슬리브와 거의 중심이 동일한 원통체와, 드럼의 상부 개구부에 근접한 상부의 안내 링을 구비한다. 상기 안내 링은 슬리브의 내경보다 작은 직경을 갖는 원형의 외주부를 구비하고, 상부의 안내 링은 외주부와 스템의 원통체 사이에 외형이 하방향으로 감소하는 형상을 갖는다.

Description

용접 와이어 페이아웃 드럼 및 그 용접 와이어 저장 스템{WELDING WIRE PAYOUT DRUM AND WIRE STORAGE STEM THEREOF}

도 1은 본 발명이 양호한 실시예를 도시한 사시도이며,

도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 절취한 단면도이고,

도 3은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 사용되는 와인딩(winding) 방법을 예시하는 측면도이며,

도 4는 뚜껑을 구비하는 본 발명의 양호한 실시예를 도시한 분해도이고,

도 5는 본 발명에 따라 구성된 하이브리드형 패키지(hybrid package)가 수송을 위해 뚜껑으로 폐쇄되어 있는 조립 상태의 하이브리드 패키지를 도시한 도면이며,

도 6a, 도 6b, 도 6c는 본 발명에 따라 사용되는 안내 링의 하측의 다양한 형태를 예시하는 확대 단면도이고,

도 7은 본 발명의 변형례에 따른 하부를 도시하는 부분 단면도이며,

도 8은 도 7의 8-8 선을 따라 취한 단면도이고,

도 9는 본 발명의 또 다른 변형례를 도시한 도면으로서, 도 7과 유사한 부분 단면도이며,

도 10은 도 9의 10-10 선을 따라 취한 단면도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 드럼

12 : 슬리브

16 : 개구부

18 : 베이스

19 : 홈부

30 : 급송기 해트(feeder hat)

34 : 급송 튜브

40 : 스템

42 : 원통체

44 : 내부 보어

50 : 안내 링

58 : 간극

60 : 플랜지

100 : 와인딩 머신

102 : 스핀들

106 : 출구 노즐

142, 154, 204 : 홈부

144, 210, 232 : 리세스

146, 156, 212, 230 : 핑거

150, 234 : 플랜지

200 : 주형물

220, 222 : 팔레트 레일

A : 하이브리드형 패키지

W : 와이어

본 발명은 전기 아크 용접 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면 독특한 내부 구조를 갖는 용접 와이어 페이아웃 드럼(payout drum)에 관한 것이다

용접 산업에 있어서, 로봇 용접 스테이션(robotic welding station) 등의 자동 용접 설비는 미국 특허 제5,277,314호(Cooper 명의)에 개시된 바와 같이 큰 용접 와이어 드럼을 통상 사용한다. 이러한 공급 드럼들은 중심 코어(center core) 둘레에 색인된(indexed) 동일 중심의 코일로 배치된 용접 와이어를 구비한다. 이러한 드럼은 수송 중에 종종 꽉 채워지는 느슨한 용접 와이어를 담고 있다. 더 큰 용량의 권취된 용접 와이어를 표준 드럼에 배치하기 위해, 용접 와이어를 밀집하게 패킹시키기 위한 장치가 개발되었으며, 이는 쿠퍼(Cooper) 명의의 미국 특허 제6,260,781호에 개시되어 있다. 이러한 방법에 따라 34 인치 표준 드럼 내에 800 파운드까지의 와이어를 배치할 수 있다. 전술한 2가지의 쿠퍼 특허는 본 발명이 지향하는 용접 와이어 드럼의 형태를 예시하고 나아가 중복 설명을 생략하기 위해 본 명세서에서 참고 자료로 참조하였다. 몇몇 경우에 있어서, 자동 용접 설비에 사용되는 용접 와이어는 수직으로 배향된 스풀(spool) 둘레에 권취되어 있기 때문에 와이어는 스풀의 축에 평행한 방향으로 스풀로부터 당겨진다. 이러한 형태의 용접 와이어 디스펜서(dispenser)는 2001년 발간된 제목 "구리가 제거된 프리미엄 탄소강/저합금 용접 와이어(Copper Free, Premium Carbon Steel/Low Alloy Weld Wire)" 의 내셔널-스탠더드(National-Standard)에 제시되어 있다. 이러한 용접 와이어 스풀은 공장 현장에서 이용 가능한 디스펜싱 해트(dispensing hat)와 함께 사용된다. 상기 간행물은 종래의 용접 와이어 스풀을 예시하기 위해 본 명세서에서 참고 자료로 참조하였다. 비용접(non-welding) 와이어 기술에 있어서, 원통형 하우징은 상부 가장자리의 외주부 둘레로부터 와이어를 상방향으로 공급하기 위해 수직 방향으로 위치한 내부 스풀과 함께 사용된다. 이러한 와이어 풀기 장치(wire dereeling apparatus)는 미국 특허 제4,186,897호(Brown 명의), 제4,222,535호(Hosbein 명의), 그리고 일본 특허 제63/258372호에 개시되어 있다. 이들 와이어 풀기 장치들은 반드시 용접 와이어와 관련될 필요는 없고, 또 용접 와이어를 분배하는 것과 직접 관련된 문제점은 없지만, 이들 장치는 적용할 수 있거나 관련된 종래 기술로서가 아닌 배경 기술로서 참조 자료로 본 명세서에 합체되었다.

자동 용접 기술은 통합 로봇 용접 스테이션(integrated robotic welding station)의 도입으로 지난 십 년 동안 현저하게 발전하여 왔다. 조작자가 용접 스테이션을 실시간으로 관리할 필요가 없도록 하기 위해서, 이러한 스테이션들은 다량의 전기 아크 용접 와이어를 필요로 한다. 대형의 용접 와이어 패키지들은 통상적으로 미국 특허 제5,277,314호(Cooper 명의) 및 제6,260,781호(Cooper 명의)에 개시된 바와 같이 수직방향으로 배치된 큰 드럼의 형태로 발전되어 왔다. 와이어를 드럼으로부터 수직 방향으로 당기면 용접 작업의 방해 및 중단을 줄일 수 있다는 것이 밝혀졌다. 드럼은 와이어를 용접 장치로 공급하기 위한 최적의 방법을 제공하기 때문에, 과거에는 표준 크기의 공급 드럼 내에 채울 수 있는 용접 와이어를 증가시키려고 많은 노력을 기울여 왔다. 현재에는, 미국 특허 제6,260,781호(Cooper 명의)에 도시된 바와 같이, 와이어의 배치 방법을 향상시킴으로써 단일의 34 인치 드럼 내에 1,000 파운드 이상의 용접 와이어를 배치시킬 수 있게 되었다. 이러한 와이어의 용적은 와이어를 맞대어 잇거나 그렇지 않으면 용접 와이어 공급물을 교체할 필요가 있기 이전에 로봇 용접기를 장시간 작동할 수 있게 해준다. 신규의 와이어 배치 방법에 의해 드럼에서의 와이어의 용량을 증가시키는 것은 성공하였지만, 공급 드럼은 용접 와이어가 배치되는 방법 예컨대, 드럼이 회전함에 따라 동일 중심으로 둘둘 말리게 하는 방법 때문에 파생되는 한계점을 갖고 있다. 큰 용적의 용접 와이어가 스풀이나 보빈(bobbin) 상에 저장될 수 있는 것으로 알려져 있다. 용접 와이어를 공급하기 위해 수직으로 배향된 와이어 스풀을 사용하려는 시도가 있었지만, 다소 성공적이지 못하였다. 이 방법으로는, 와이어를 스풀에서 선호되는 바와 같은 접선 방향으로 당기지 못한다. 이와는 대조적으로, 와이어를 상방향으로 당기면 표준 공급 드럼으로부터 공급되는 용접 와이어는 2배가 된다. 이로 인해 로봇 스테이션이 특별히 스풀을 위해 설계될 필요가 없게 된다. 따라서, 스풀을 사용하려는 전술한 바와 같은 노력은 상당한 어려움이 존재하였다. 더욱이, 공급 드럼으로부터 달성할 수 있는 바와 같이, 와이어를 부드럽게 공급하는 작용을 갖도록 하는 것이 필수적이다. 와이어를 스풀로부터 수직으로 당길 때, 와이어는 스풀의 상부 가장자리 둘레에서 스풀로 향하는 힘에 의해 반드시 접선 방향이 아닌 상방향으로 당겨져야 한다. 용접 와이어가 풀어질 때, 상부 가장자리 둘레에서의 꼬임 각도는 용접 와이어의 제작된 캐스트와 나선(manufactured cast and helix)을 실제로 변경할 정도로 증가한다. 따라서, 수직하게 배향된 스풀로부터 공급된 용접 와이어는, 특히 스풀이 점진적으로 비워짐에 따라 변형되고, 자동 용접 장치에서 받아들일 수 없는 특성들을 갖게 된다. 용접 와이어를 통상적인 접선 방향으로 푸는 방법 대신에 스풀의 상부 가장자리 둘레에서 수직 방향으로 당길 때, 용접 와이어의 소성 변형은 용접 작업의 균일성을 현저하게 변경시킨다. 와이어는 용접 건(welding gun)의 접촉 슬리브를 통해 힘이 가해질 때 변하기 쉬운 캐스트를 구비한다. 와이어의 용접 포인트는 바뀔 수 있다. 더욱이, 용접이 용접점 사이에서 중지될 경우, 와이어에서의 상방향으로 잡아당기는 힘도 중지될 것이다. 이는 변형된 와이어가 공급 스풀의 외측 표면에 걸쳐 아래쪽으로 떨어질 수 있게 하기 때문에 후속하는 잡아당기는 힘은 변형된 와이어가 얽히게 할 수 있다. 이와 같이 변형된 와이어가 떨어지는 것을 방지하기 위해, 수직한 스풀을 사용하려는 시도는 또한 상부 제동 장치(upper braking mechanism)를 사용한다. 이러한 제동 장치는 와이어를 잡아당기는 작용에 영향을 미쳐 용접부 사이에서 떨어지는 작용을 확실히 교정하지 못한다. 매우 콤팩트한 와이어 스풀을 이용하려는 전술한 노력과 관련되는 모든 단점들로부터, 자동 용접 장치에서 공급 수단으로 용접 와이어 드럼을 사용하는 것이 가장 바람직하다는 사실을 입증할 수 있었다. 결과적으로, 이전에는 수직으로 배향된 공급 드럼으로부터 와이어를 용이하게 푸는 것에 대한 대안으로서, 스풀 상에 저장될 수 있는 큰 용적의 와이어를 이용하는 것은 불가능하였다.

본 발명은 표준 드럼의 장점을 갖는 동시에 수직 방향으로 배향된 내부의 저장 릴 상에 대용량의 용접 와이어를 저장할 능력을 갖춘 용접 와이어 페이아웃 드럼에 관한 것이다. 전기 아크 용접 와이어를 위한 이러한 하이브리드형 드럼/릴 패키지는 표준 공급 드럼 내에 저장, 수송 및 사용될 수 있는 와이어의 양을 증가시킨다. 실제로, 본 발명의 하이브리드형 드럼은 1,000 파운드에서 대개 2,000 파운드 이내의 와이어를 저장할 수 있다.

본 발명에 따르면, 용접 와이어 페이아웃 드럼에는 소정의 내경과 상부 개구부(top opening)을 지닌 외측 원통형 슬리브가 마련되어 있다. 상기 드럼의 치수는 약 34 인치의 높이와 약 24 인치의 직경을 갖는 전기 아크 용접용의 표준 공급 드럼과 같은 치수이다. 표준 절차에 따라 용접 와이어를 드럼 내에 묶는 대신 중앙 와이어 지지 스템(central wire supporting stem)이 제공된다. 이 스템 혹은 스풀은 드럼의 원통형 슬리브와 대개 중심이 동일하게 배향된 원통체와 드럼의 상부 개구부에 근접한 상부의 안내 링을 구비한다. 상기 스템의 축방향의 길이는 대개 32-33 인치의 범위에 속하기 때문에 스템이 본질적으로 드럼 내를 차지하고 있다. 스템의 구조는 신규하고 드럼의 상부 개구부에 근접한 상부의 안내 링을 포함하며, 여기서 안내 링은 슬리브의 내경보다 작은 직경을 가져 환상의 와이어 페이아웃 간극을 형성하게 되는 원형의 외주부를 구비한다. 본 발명에 따르면, 상부의 안내 링은 그 안내 링의 외주부와 상기 스템의 원통체 사이에 외형이 하방향으로 감소하는 형상을 갖는다. 안내 링의 직경은 대개 21-22 인치의 범위에 속하기 때문에 페이아웃 간극은 0.5-1 인치의 범위에 있게 된다. 상기 스템에 권취된 용접 와이어가 그것의 제작된 캐스트와 나선의 손실을 방지하기 위해 스템의 내경은 약 16 인치보다 크다. 실제로, 상기 직경은 대개 16-20 인치의 범위에 속한다. 이러한 큰 직경의 스템을 사용함으로써, 드럼의 내부 용적은 용접 프로세스 중에 스템으로부터 접선 방향으로 공급되지 않고 상부의 안내 링을 지나 공급되도록 배향되어 있는 용접 와이어로 채워지게 된다. 와이어가 미리 조정된 캐스트 및 나선으로 제조된 후 와이어가 원통체 둘레에 감긴다는 점에 있어서의 고유의 비틀림 성질은 와이어가 주어진 축방향으로 풀어질 필요가 있다. 스풀에 감긴 와이어가 잘못된 방향을 향해 축방향으로 풀어질 때, 비틀림은 2배가 된다. 이러한 이유로 인해, 안내 링은 와이어 지지 스템의 상부에만 마련된다. 이는 적절한 페이아웃 방향을 확인해 준다. 더욱이, 와인딩 작업 중에 와이어 상에 가해진 장력은 비교적 낮고 또 와이어가 원통체를 향해 와이어 성형 머신으로부터 공급될 때 느슨해짐을 바로잡기에 충분하다. 상기 원통체는 고정된 채로 남아 있고 와인딩 머신은 상하로 교대로 왕복 운동을 하면서 그 둘레를 회전하게 된다. 미리 정해진 캐스트 및 나선의 용접 와이어는 스템의 원통체 상에서 중심이 동일한 층들로 감기게 된다. 즉, 상기 스템은 용접 와이어의 미리 정해진 캐스트 및 나선을 제거하는 일 없이 상기 원통체 상에 권취된 용접 와이어의 집합체를 포함하게 된다. 감기는 힘은 와이어를 변형시키기에 충분하지는 않다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 지지 스템은 상부의 안내 링과 함께 스템의 와이어 지지 용적을 규정짓는 전체적으로 평평한 하부 플랜지를 구비한다. 상부의 안내 링과 하부 플랜지를 구비하는 상기 스템은 성형 플라스틱(molded plastic)으로 일체로 성형된다. 또한, 상기 하부 플랜지는 슬리브 아래에서 연장하는 영역을 가질 수 있다. 본 발명의 변형례에 따르면, 상기 하부 플랜지는 스템의 바닥에 분리 가능하게 고정되기 때문에 상기 스템을 제거할 수 있고, 또 하부 플랜지는 재사용을 위해 회수될 수 있다. 본 발명의 일실시예에 있어서, 하부 플랜지는 또한 공급 드럼을 형성하는 직립형의 원통형 슬리브의 하부일 수 있다. 실제로, 상기 공급 드럼은 합성 물질로 형성되고 상부 개구부는 뚜껑으로 폐쇄된다. 용접 현장에서는, 이 뚜껑을 제거하고 와이어 급송 해트(wire feeding hat)를 하이브리드형 드럼의 상부에 설치한다. 그 다음, 상기 해트를 통해 드럼 내측의 스템으로부터 와이어를 잡아당긴다. 이러한 잡아당기는 작용은 상부 안내 링 둘레에서 행해진다. 결국, 안내 링의 외주부와 스템의 원통체 사이의 연결부에 해당하는 안내 링의 외형은 테이퍼 모양, 오목한 모양 및 볼록한 모양으로 구성된다. 이 형상은 원통체로부터 안내 링의 외주부로 갈수록 점진적으로 진행된다. 이러한 방법에 따르면, 와이어는 단지 와이어를 인출하기만 함으로써 스템으로부터 풀어지게 된다. 와이어는 스템 상에 감겨 있기 때문에, 와이어가 스템의 상부로부터 안내 링의 둘레에서 공급될 때 와이어의 비틀림은 360°가 된다. 상기 안내 링은 드럼으로부터 와이어를 당겼을 때 와이어가 꼬이는 것을 방지하기 위해 그것의 바닥에 소정의 외형을 갖는다.

스템의 치수는 와이어가 적어도 16 인치의 감긴 회선(convolution)을 갖도록 되어 있다. 이 직경은 와이어가 스템의 원통체 둘레에 중심이 동일한 층들로 배치됨에 따라 점진적으로 증가하게 된다. 이러한 구조에 따르면, 페이아웃 간극은 일반적으로 0.5-1.0 인치의 범위이고 스템의 높이는 30 인치를 초과한다. 결과적으로, 하이브리드형 드럼 혹은 패키지의 중앙 스템은 표준 드럼의 용적을 차지하게 된다. 보통 1,000 파운드 미만을 수용하는 드럼을 통해 2,000 파운드가 넘는 용접 와이어를 저장, 수송하고 그 드럼으로부터 풀수 있게 된다. 신규의 페이아웃 안내 링을 사용함으로써 와이어는 이것이 스템의 원통체로부터 당겨질 때 소성 변형되지 않는다. 실제로, 공지된 디릴러(dereeler)에 요구되는 것과 같은 제동 구조를 필요로 하지 않게 된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 주어진 방향으로 인출하기 위한 용접 와이어 저장 스템이 제공된다. 상기 스템은 전술한 특징을 지니며, 1,000 파운드가 넘는 용량의 하이브리드형 용접 와이어 패키지를 형성하도록 표준 용접 와이어 드럼과 함께 사용된다.

본 발명의 하이브리드형 패키지는 표준 드럼을 구비하는 스풀의 개념을 이용한다. 와이어는 중앙 스템 상에 팽팽하게 감기기 때문에 안정화된다. 따라서, 와이어의 밀도는 와이어 드럼 내에서 이용할 수 있는 와이어의 량에 거의 2배로 증가하게 된다. 수송 중에, 와이어는 수직으로 배향된 스템 상에 팽팽하게 감기기 때문에 드럼 내에서 아래로 처지지 않는다. 와이어는 심지어 용접이 정지되더라도 권취된 와이어 위로 떨어지지 않으며, 그 이유는 와이어가 떨어지는 작용이 권취된 와이어와 드럼의 내벽 사이의 개방 영역으로 행해지기 때문이다. 표준 드럼에 있어서, 와이어가 떨어지는 작용은 드럼 내의 권취된 와이어 상으로 와이어가 낙하하도록 만든다. 본 발명의 하이브리드형 패키지와 마찬가지로 수직으로 배향된 내부 스템을 갖는 드럼을 사용함으로써, 와이어가 아래로 떨어질 때 변형이 발생하지 않으며 드럼 내의 기존의 와이어와 서로 얽히지 않게 되는 경향이 있다. 본 발명은 단지 종래 기술의 디릴러에 관한 것은 아니다. 종래 기술과는 달리, 본 발명은 와이어가 내부 스템의 외측 감긴 부분에서부터 풀어질 때 와이어의 움직임을 보호하도록 구성된 컨테이너 및 디릴러이다. 본 발명에 따른 상부의 안내 링을 지나 와이어가 당겨질 때, 와이어의 리캐스팅(recasting)이 존재하지 않는다. 상기 와이어는 중앙 스템에서부터 잡아당기는 힘이 소성 변형을 유발하지 않고 0.035 인치의 작은 직경을 지닐 수 있다.

본 발명의 또 다른 장점은 하이브리드형 패키지가 제조 설비들에 매우 친숙한 표준 공급 드럼의 외관을 지니는 데 있다. 상기 드럼의 신규한 내부 구조는 눈으로 볼 수 없어 제작 설비의 사용자에게 혼돈을 주지 않는다. 상기 권취된 와이어는 필러 와이어(filler wire) 뿐만 아니라 코어드 와이어(cored wire)일 수 있다. 상기 와이어의 직경은 와이어를 끌어당기는 작용이 상부 가이드 링을 지나 와이어가 이동할 때 그 와이어에서의 꼬임을 유발하지 않고 0.25 인치 정도일 수 있다. 하이브리드형 패키지 내에 실질적으로 더 많은 와이어가 존재하더라도 얽히는 경향이 줄어든다.

본 발명의 하나의 관점에 따르면, 중앙 스템은 일체형의 평평한 하부 플랜지를 구비한다. 이 평평한 하부 플랜지는 본 발명의 일실시예에 있어서 드럼의 베이스를 형성하도록 확대되어 있고 또 분리될 수 있다. 와인딩 작업 시에, 공급 스템의 바닥에 고정된 상기 큰 평평한 플랜지는 와이어가 원통체 상에 권취될 때 와이어를 구속하는 데에 사용된다. 상부의 안내 링만이 점점 가늘어지는 모양의 하측 표면을 갖도록 함으로써, 저장 스템은 드럼 내에 적절한 위치에서 배향될 것이다. 스템의 양단부 상에서 2개의 동일한 안내 링을 갖는 경우에 행해질 수 있는 것과 같이, 만약 스템이 뒤집어질 경우, 와이어가 풀릴 때 부적절한 스템의 배향이 와이어의 비틀림을 현저하게 증가시키게 될 것이다. 본 발명의 하나의 관점에 따르면, 상부의 안내 링을 갖는 스템은 플라스틱으로 형성되고 하부 플랜지는 성형 플라스틱으로 형성된다. 이러한 방식으로, 하부 플랜지는 후속 사용을 위해 제거 및 회수될 수 있는 반면에 무거운 스풀은 파괴될 수 있다. 이는 본 발명의 구성 요소들의 재활용도를 증가시킨다.

본 발명을 사용함으로써, 0.052 인치의 와이어에 대한 페이아웃은 분당 500 인치의 최대 속도를 갖는 것으로 밝혀졌다. 본 발명의 하이브리드형 드럼은 페이아웃 속도가 분당 10,000 인치 이상이 되도록 해준다. 와이어를 제작할 때의 용접 와이어의 캐스트 및 나선은 와이어가 스템의 원통체 상에서 권취될 때, 심지어 감기는 회수가 증가하더라도 그대로 유지된다. 권취 중에 장력은 와이어를 변형시키지 않고 그 와이어를 감는 데에 충분할 정도로 견실하다. 드럼은 34 인치의 표준 드럼에서 대개 32-33 인치 범위의 높이를 갖는 중앙 스템을 이용하여 와이어로 채워진다.

본 발명의 주목적은 전기 아크 용접 와이어가 그 위에 감기게 되고 수직하게 배향된 내부 스템을 구비하는 드럼의 형태의 하이브리드형 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 와이어를 드럼 내의 수직하게 배향된 스템으로부터 당길 때 와이어의 변형을 방지하기 위해 중앙 스템에 상부의 안내 링이 있는, 전술한 바와 같은 하이브리드형 전기 아크 용접 와이어 패키지를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 표준 드럼의 장점을 유지하면서 다량의 용접 와이어를 공급할 수 있는 전술한 바와 같은 하이브리드형 용접 와이어 패키지를 제공하는 데 있다. 상기 하이브리드형 용접 와이어 패키지의 용량은 1,000 파운드 이상이며, 약 2,000 파운드 정도로 크다.

본 발명의 또 다른 목적은, 표준 드럼에서의 와이어의 공급과 관련한 문제점을 갖지 않는, 전술한 바와 같은 하이브리드형 용접 와이어 패키지를 제공하는 데 있다. 스템과 드럼 사이에 와이어가 떨어지는 것은 전기 아크 용접 와이어의 잔여 공급물과의 얽힘을 유발시키지 않는 경향이 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 드럼의 용량을 실질적으로 2배로 만들 수 있는 반면에 통상적인 공급 드럼의 대체물로서 사용할 수 있는, 전술한 바와 같은 하이브리드형 용접 와이어 패키지를 제공하는 데 있다.

전술한 목적과 그 밖의 목적 및 다른 장점들은 첨부 도면을 참조하여 설명한 이하의 상세한 설명을 통해 더욱 명백해질 것이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 와이어(W)를 위한 하이브리드형 패키지(A)는 내측 표면(14)을 지닌 슬리브(12)를 구비하는 표준 드럼(10)을 포함한다. 상기 내측 표면(14)은 소정 직경(a)를 가지며, 실제로 23 인치이다. 드럼(10)의 상단부는 개구부(16)를 구비하며, 드럼은 원형의 홈부(19)에 끼워져 목재 베이스(18) 상에 배치되어 있다. 평행한 팔레트 레일(pallet rail)(20, 22)은 못(24) 등의 적절한 체결구에 의해 상기 베이스(18)에 고정되어 있다. 용접 작업시, 급송기 해트(feeder hat: 30)는 개구부(16) 위로 배치되며, 슬리브(12) 위에 해트를 배치하기 위한 장착 테두리(32)를 포함한다. 급송 튜브(34)는 와이어(W)를 드럼의 내측으로부터 용접 장치로 안내한다. 본 발명에 따르면, 상기 드럼(10)에는 상기 내측 표면(14)과 동일 중심 상에 있는 수직 축(b)을 지니고 수직으로 배향된 내부 스템(40)이 마련되어 있다. 상기 스템(40)은 소정의 외경(c)을 갖는 중앙의 원통체(42)를 구비한다. 실제로 직경(c)은 16 인치 이상이며, 양호하게는 16-20 인치 범위에 속하는 것이 바람직하다. 이러한 방법에 있어서, 와이어(W)는 원통체(42) 상에서 직경이 계속 증가하는 층들로 권취되어 있지만, 약 16인치의 최소 감긴 직경이 존재한다. 이러한 큰 직경으로 인해 가장 낮게 권취된 층들 조차에서도 와이어의 변형이 방지된다. 재료 낭비를 줄이기 위해, 플라스틱 스템(40)은 상기 중심 축(b)과 동심 상에 있는 내부 보어(44)를 구비한다. 본 발명에 따르면, 상기 스템(40)의 상단부는 높은 쪽의 평평한 상부(52)와 하방향으로 감소하는 형상(54)을 지닌 하측 표면 사이에 형성된 안내 링(50)을 포함한다. 대개 21-22 인치 범위의 직경(d)을 갖는 외주부(56)는 대개 0.5-1.0 인치 범위의 폭을 갖는 페이아웃 간극(58)을 형성한다. 안내 링(50)의 하측에 대한 형상(54)은 소정 각도(e)를 갖는 테이퍼로서 도시되어 있다. 이러한 각도는 적어도 25°이다. 양호하게는, 상기 각도(e)는 25-45°범위에 속한다. 상부의 안내 링(50)은 원통체(42)와 일체형으로 도시된 하부 플랜지(60)와 조합하여, 와이어(W)의 집합체(M)가 층들로서 권취되는 용적을 형성하게 된다. 스템(40)의 높이(f)는 약 32-33 인치이다. 이 높이는 슬리브(12)의 높이(g)와 비교되며, 이는 실제로 약 34 인치이다. 따라서, 스템(40)이 드럼(10)의 내부 용적을 채운다. 실제로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 와이어(W)는 간극(58)을 통해 스템(40) 둘레에서부터 당겨진다. 안내 링(50)을 상방향으로 경사지게 함으로써 와이어를 당길 때 와이어가 꼬이는 것이 방지된다. 따라서, 상기 와이어는 집합체(M)로부터 와이어(W)를 편리하고 쉽게 풀기 위해 스템(40) 둘레의 소정 위치로부터 점진적으로 당겨진다. 용접 작업이 정지될 때, 와이어(W)가 어느 정도 처지게 되어, 단지 드럼(10)의 내측 표면(14)과 집합체(M)의 외경 사이의 공간(62)으로만 떨어지게 된다. 본 발명을 이용함으로써, 드럼(10)의 용량은 실질적으로 배가되며, 와이어는 용접 사이클 간에 공급 드럼으로 다시 떨어질 때 엉키게 되는 경향이 없어진다.

스템(40) 상으로의 와이어(W)의 와인딩은 도 3에 대략적으로 도시되어 있으며, 와인딩 머신(100)은 제조 라인으로부터 튜브(108)로 공급된 와이어(W)를 출구 노즐(106)로부터 공급하기 위해 축(b)을 중심으로 회전하는 외측 연장 아암(104)이 마련되어 있는 회전 및 왕복 작동식 스핀들(102)을 포함한다. 상기 와이어는 미리 설정하여 제작된 캐스트와 나선을 구비한다. 상기 와이어는 와이어의 연속한 층들을 퇴적시켜 집합체(M)를 형성하도록 출구 노즐(106)을 수직 상방향으로 그 다음 수직 하방향으로 점진적으로 이동시킴으로써 원통체(42) 둘레에 감긴다. 상기 원통체(42)의 직경을 적어도 약 16 인치로 하고, 와이어(W) 상의 장력을 와인딩 작업에서 처진 부분을 팽팽하게 하기에 단지 충분한 정도로 하면, 와이어(W)는 제작 공정에서 부여되는 그것의 물리적 특성을 유지하게 된다. 와인딩 작업 중에, 집합체(M)에서의 감김은 직경을 증가시켜 와이어가 원통체(42)의 표면상으로 권취될 때 와이어(W)가 변형되려는 경향을 감소시키게 된다. 와이어의 비틀림은 와이어가 감길 때 발생한다. 상기 스템은 와이어가 상단부를 경유하여 집합체(M)로부터 수직 방향으로 제거될 때 와이어에 통상 360°비틀림이 행해지도록 배향되어 있다. 만약 이 스템이 바닥의 단부로부터 반대 방향으로 풀릴 경우, 전기 아크 용접 와이어를 와인딩 및 언와인딩(unwinding)과 관련된 종래 기술에 공지된 바와 같이 상기 비틀림은 2배가 될 것이다. 와이어는 도 3에 도시된 와인딩 작업 동안 변형되지 않으며, 도 2에 도시된 바와 같이 안내 링(50)을 지나 간극(58)을 통해 공급될 때 변형되지 않는다. 와인딩 작업에 의해 스템(40)을 채운 다음, 그 스템을 도 4에 도시된 방법으로 드럼(10) 내에 배치한다. 와이어(W)의 상단부는 테이프 파스너(110)에 의해 안내 링(50)의 상부(52)에 부착된다. 그 후에, 채워진 드럼의 상부에 표준 드럼 뚜껑(120)을 덮는다. 본 발명을 이용함으로써, 상기 드럼(10)에는 미국 특허 제6,260,781호(Cooper 명의)에 제시된 밀하게 채워진 드럼의 경우보다 대략 2배만큼 더 담을 수 있다. 도 5에는 와이어(W)로 채워진 조립된 하이브리드형 패키지가 도시되어 있다. 이러한 구조로 인해, 와이어는 수송 도중에 아래로 처지지 않는다. 표준 드럼에서의 그러한 와이어가 처지는 현상은 풀기 작업 중에 얽힘을 발생할 수 있다. 그 결과, 본 발명의 하이브리드형 패키지는 와이어의 풀기 작업 중에 얽히고 꼬이는 단점이 없이 드럼 내에 다량의 와이어를 담을 수 있는 장점을 갖게 된다.

본 발명의 근본적인 신규의 양태는 안내 링(50)의 하측을 원통체(42)로부터 안내 링(50)의 외주부를 향해 외측으로 점진적으로 경사지게 만드는 데 있다. 이러한 특징은 도 6a 내지 도 6c에 도시되어 있다. 양호한 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 5에 도시된 구성 요소 중에 일부가 도 6a에 확대 도시되어 있다. 하측 부분 혹은 형상(54)은 각도(e)로 정의된 경사면을 지닌 원뿔형이다. 상기 각도는 가상선으로 표시한 25°와 실선으로 표시한 45°범위 내에 속한다. 이러한 방법으로, 와이어(W)는 그 권취된 직경에 무관하게 와이어의 어떠한 소성 변형을 겪지 않고 집합체(M)에서부터 안내 링(50) 위로 인출된다. 도 6b에는 본 발명의 변형례가 도시되어 있는데, 안내 링(50a)의 외주부와 원통형의 표면(42) 사이의 하측 부분 혹은 형상이 볼록면인 드럼 뚜껑(120)이 도시되어 있다. 상기 드럼 뚜껑(120)은 안내 링(50a)의 연장 길이(l)의 대개 80 내지 100%의 범위인 높이(h)를 지닌다. 도 6c에는 안내 링(50b) 상에 오목면(130)이 도시되어 있다. 본 발명의 이러한 변형례에 있어서 높이(m)는 연장 길이(l)의 100% 미만이다. 본 발명의 실시를 위해 상기 형상(54)의 다른 변형 및 다른 조합을 채택하더라도 좋다. 안내 링(50)의 하측은 이 안내 링의 외주부와 원통체(42) 사이에서 점진적으로 직경이 감소한다.

도 2에 가장 잘 도시되어 있는 본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 평평한 플랜지(60)는 스템(40)의 하단부 상에 일체로 형성되어 있다. 본 발명의 또 다른 변형례에 따르면, 상기 평평한 플랜지는 플라스틱으로 성형되어 있고, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 스템(40)의 하단부(140)에 분리 가능하게 부착되어 있다. 상기 변형례에 따르면, 제거 가능한 평평한 플랜지(150)를 스템(40)의 하단부(140) 에 부착하기 위해 베이어닛 조인트(bayonet joint) 혹은 다른 구조가 사용된다. 도시된 베이어닛 조인트는 상기 하단부(140) 상의 원형 홈부(142)를 포함한다. 이 홈부 아래에는 리세스(recess: 144)가 원주방향으로 간격을 두고 배치되어 있고, 이들 리세스는 그 사이에 외측으로 연장하는 핑거(146)를 형성한다. 이들 핑거는 평평한 플랜지(150)의 내경 상의 개구 혹은 홈부(154)들 사이에서 핑거(156)들과 협력한다. 4개의 간격을 두고 배치된 정지부(152)는 스템(40) 상에서 플랜지(150)의 회전을 제한한다. 이러한 구조를 이용함으로써, 플랜지(150)는 도 3에 개략적으로 도시된 와인딩 작업 이전에 스템(40)에 부착된다. 집합체(M)이 용접 작업 시에 고갈된 후, 전체의 스템 및 플랜지는 드럼이 회수되었을 때에 그 드럼으로부터 인출될 수 있어, 재활용될 수 있다. 부착 가능한 하부 플랜지의 이러한 개념을 이용하면, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 하이브리드형 패키지를 변형하는 것이 가능하다. 스템(40)은 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이 구성되어 있지만, 도 2에 도시된 평평한 하부 플랜지(60)와 베이스(18)는 단일의 플라스틱 주형물(200)로 조합되어도 좋다. 이러한 주형물은 플랜지(60)의 기능을 달성하는 평평한 상부 표면(202)을 구비한다. 이 상부 표면(202)은 외측으로 연장하여 홈부(19)를 상기 표면(202) 내부로 우묵하게 만든 베이어닛 조인트인 홈부(204)로 대체시킨다. 이러한 베이어닛 조인트, 즉 홈부(204)는 짝을 이루는 베이어닛 조인트 요소를 지닌 슬리브, 즉 슬리브(12a)의 하단부(206)와 협력한다. 이러한 방식으로, 슬리브(12a)는 홈부 속으로 하방향으로 넣어져, 드럼(10) 상의 핑거(230)가 슬리브(12a)를 주형물(200)의 표면(202) 위에서 잠그도록 비틀린다. 주형물(200)은 또한, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 스템(40)의 하단부(140)에서 홈부(142)와 핑거(146)와 협동하는 핑거(212)[핑거(156)에 해당함]를 형성하는 짝을 이루는 베이어닛 조인트 리세스(210)[홈부(154)에 해당함]를 포함한다. 상기 핑거(230)는 드럼(10)과 주형물(200) 사이에서 표준 베이어닛 조인트를 형성하기 위해 플랜지(234) 아래에서 리세스(232)로 연장한다. 평행한 팔레트 레일(220, 222)은 주형물(200)과 일체로 형성된 부분이다. 도 9 및 도 10에 도시된 변형례를 이용함으로써, 스템(40)은 드럼(10)을 비워진 후에 제거된다. 드럼은 재활용되고, 상기 구조체의 나머지 부분은 슬리브(12a)와 주형물(200)과 함께 제조업자에게 반환된다. 이는 반환해야할 수송물의 중량을 줄여주고 하이브리드형 패키지의 대부분을 재활용할 수 있게 해준다. 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이 와인딩 작업에서는, 주형물(200)은 와인딩 작업 중에 플랜지를 형성하는 평평한 단부로서 사용하기 위해 스템(40)의 하단부(140)에 부착된다. 그 다음, 원통체 혹은 슬리브(12a)는 스템 둘레에서 조립되고, 전체 패키지에는 도 5에 도시된 드럼 뚜껑(120)이 마련된다. 용접 작업 시에, 드럼 뚜껑(120)은 제거되고 급송기 해트(30)로 대체된다. 집합체(M)가 드럼(10)으로부터 고갈된 후, 스템(40)을 회전시켜 제거하고 주형물(200)을 되돌려 보냄으로써 완전한 사이클이 이루어진다. 이 실시예에서, 또한 도 12a에 도시된 바와 같이 반환되거나 재활용될 수 있다.

본 발명은 도 2에 도시된 양호한 실시예와 함께 다양한 조립을 허용하는 변형례를 참조하여 설명하였다. 본 발명의 기본 개념은, 링의 외주부 상방향으로 그리고 그 둘레로 와이어의 점진적인 이동을 허용하여 특히 와이어의 공급물이 감소하고 와이어의 원통형 공급물과 플랜지 혹은 안내 링(50)의 외주부 사이의 각도가 증가할 때 발생하는 꼬임을 방지하게 되는 하측면을 지닌 안내 링(50) 둘레에서 상방향으로 풀어지게 되는 용접 와이어의 센터 스풀 혹을 링을 이용하는 것이다. 다양한 구성 요소들의 조합이 본 발명의 의도한 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어질 수 있다.

본 발명의 하이브리드 전기 아크 용접 와이어 패키지는 전기 아크 용접 와이어가 그 위에 감기게 될 수직하게 배향된 내부 스템의 상부에 상부의 안내 링을 구비하도록 하여, 와이어를 그 스템으로부터 당길 때 와이어가 변형되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 표준 드럼의 장점을 유지하면서 다량의 용접 와이어를 공급할 수 있고, 나아가 스템과 드럼 사이에 와이어가 떨어질 경우 전기 아크 용접 와이어의 잔여 공급물로 인한 얽힘을 유발시키지 않는다.

Claims (76)

1. 상부 개구부를 갖는 소정의 내경의 외측 원통형 슬리브와 내부에 배치되는 중앙 와이어 지지 스템을 포함하는 용접 와이어 페이아웃 드럼으로서,

   상기 스템은 상기 원통형 슬리브와 거의 중심이 동일한 원통체와 상기 상부 개구부에 근접한 상부의 안내 링을 구비하며, 상기 안내 링은 상기 슬리브의 상기 내경보다 작은 직경을 가져 환상의 와이어 페이아웃 간극을 형성하게 되는 원형의 외주부를 구비하고, 상기 상부의 안내 링은 상기 외주부와 상기 스템의 상기 원통체 사이에 하방향으로 감소하는 외형의 형상을 갖는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
2. 제1항에 있어서, 상기 스템은 상기 안내 링과 함께 상기 스템의 와이어 지지 용적을 형성하는 평평한 하부 플랜지를 구비하는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
3. 제2항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 원통체와 일체로 구성되는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
4. 제2항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 원통체에 분리 가능하게 부착되는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 슬리브 아래에서 연장하는 영역을 갖는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 테이퍼 모양인 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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10. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 볼록한 모양인 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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13. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 오목한 모양인 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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19. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 스템의 상기 원통체는 대개 16-20 인치 범위의 직경을 갖는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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21. 제1항에 있어서, 상기 스템의 상기 원통체는 대개 16-20 인치 범위의 직경을 갖는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
22. 제1항, 제2항 제3항, 제18항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 페이아웃 간극은 대개 0.5-1.0 인치 범위에 속하는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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31. 제22항에 있어서, 상기 원형의 외주부의 상기 직경은 대개 21-22 인치 범위 에 속하는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
32. 제1항, 제2항 제3항, 제18항 및 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 원형의 외주부의 상기 직경은 대개 21-22 인치 범위에 속하는 것인 용접 와이어 페이아웃 드럼.
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43. 용접 와이어를 주어진 방향으로 인출하기 위한 용접 와이어 저장 스템으로서,

    상기 스템은 상기 주어진 방향에 평행한 축선과 거의 중심이 동일한 원통체와, 상기 원통체의 일단부 상에 설치되어 상기 주어진 방향을 향하는 상부의 안내 링을 구비하며, 상기 안내 링은 소정의 외경을 갖는 원형의 외주부와, 상기 외주부와 상기 원통체 사이에 하방향으로 감소하는 형상을 구비하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
44. 제43항에 있어서, 상기 스템은 상기 안내 링과 함께 상기 스템의 와이어 지지 용적을 형성하는 평평한 하부 플랜지를 구비하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
45. 제44항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 원통체와 일체로 구성되는 것인 용접 와이어 저장 스템.
46. 제44항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 원통체에 부착되는 것인 용접 와이어 저장 스템.
47. 제44항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 슬리브 아래에서 연장하는 영역을 구비하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
48. 제43항에 있어서, 상기 평평한 하부 플랜지는 상기 슬리브 아래에서 연장하는 영역을 구비하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
49. 제44항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 테이퍼 모양인 것인 용접 와이어 저장 스템.
50. 제43항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 테이퍼 모양인 것인 용접 와이어 저장 스템.
51. 제44항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 볼록한 모양인 것인 용접 와이어 저장 스템.
52. 제43항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 볼록한 모양인 것인 용접 와이어 저장 스템.
53. 제44항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 오목한 모양인 것인 용접 와이어 저장 스템.
54. 제43항에 있어서, 상기 안내 링의 형상은 오목한 모양인 것인 용접 와이어 저장 스템.
55. 제44항에 있어서, 상기 원형의 외주부의 상기 직경은 대개 21-22 인치 범위에 속하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
56. 제43항에 있어서, 상기 원형의 외주부의 상기 직경은 대개 21-22 인치 범위 에 속하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
57. 제43항, 제44항, 제48항, 제50항, 제52항, 제54항 및 제56항 중 어느 한 항에 있어서, 용접 와이어의 미리 정해진 캐스트(preset cast) 및 나선을 제거하는 일 없이 상기 원통체 상에 권취된 용접 와이어의 집합체를 포함하는 것인 용접 와이어 저장 스템.
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