KR100831614B1 - 관체의 핀성형 장치 및 그 사용방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 관체의 핀성형 장치(10)에 관한 것으로, 특히 한번에 하나 또는 그 이상의 관체(26)상에 다수개의 핀을 장착할 수 있고, 핀이 장착된 관체는 열교환기에의 사용에 적합하다. 본 발명의 일차적인 주안점은 하나 또는 그 이상의 관체상에 연장된 표면부재(96)를 장착하는 관체의 핀성형 장치로서, 베이스(10)와, 베이스에 대하여 상대적인 이동이 가능한 캐리어 수단과, 길이방향을 다라 캐리어 수단(18)을 이동시키기 위한 구동수단(20)과, 다수의 연장된 표면부재를 안착시키기 위한 카트리지 수단(24)으로 구성된 관체의 핀성형 장치를 제공하는 데 있는 것으로, 이때 상기 카트리지 수단은 각각의 연장된 표면부재용 지지수단(30)이 각기 구비되고, 지지수단의 적어도 일부는 카트리지에 대하여 상대적인 이동이 가능하다. 본 발명은 또한 상기의 장치를 이용하여 관체상에 핀을 장착시키는 방법도 제공한다.

열교환기, 관체, 핀

Description

관체의 핀성형 장치 및 그 사용방법{TUBE FINNING MACHINE AND METHOD OF USE}

본 발명은 관체의 핀성형 장치 및 그 사용방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 하나 또는 그 이상의 관체에 동시에 다수의 연장된 표면부재(또는 핀)을 장착할 수 있는 장치로서, 이때 핀이 장착된 상기의 관체는 열교환기에 적합하다. 본 발명은 특허출원 WO96/35093에 개시되어 있는 것과 같은 장치를 개량시킨 것에 해당될 수 있을 것이다.

작동유체의 냉각을 필요로 하는 경우에 종종 열교환기가 이용되어 왔음은 알려진 바와 같다. 열교환기는 두 관체 판 사이에 걸쳐진 하나 또는 그 이상의 금속관으로 구성되는 것이 일반적이다. 냉각이 행해질 작동유체로서의 물이나 기름이 관체 내부를 유동하는 동안에 이들 관체 사이의 주변으로 냉매가 통과함으로써 작동유체의 잠열은 관체로부터 냉매로 이동된다.

관체의 유효단면적은 열전달을 증대시키기 위해서 확대되어질 수 있는 바, 일예로 하나 또는 그 이상의 원형의 연장된 표면부재나 핀이 관체의 외표면과 열접촉을 이루도록 하는 것을 들 수 있다. 그와 같이 핀이 형성된 관체는 냉매가 공기와 같은 점성이 낮은 기체일 때 특별이 유용하다.

만일 관체가 냉각될 작동유체의 내부압력에 견뎌야 하는 경우에는 핀의 부가에 의해서 관체의 파열강도의 감소 또는 심각한 저하가 초래되지 않아야 한다. 상기 핀이 열전달을 증대시키고자 하는 경우 그 핀은 냉매의 흐름을 현저하게 저하시키지 않아야 함은 물론, 바람직하게는 냉매의 난류(turbulent coolant flow)를 조장하여야 한다.

열교환기에 사용되는 관체는 특정한 기준(영국의 경우에는 영국기준 2871의 3항)에 부합하여야 하는 바, 이들 기준들은 냉각이 행해질 작동유체의 층상 또는 직선상의 유동 등을 피하고 내부적인 난류를 증진시키기 위하여 선택된 내부 성형구조를 제공하기 위해서 압출로 형성된 관체들과도 관계되며, 관체의 핀 형성은 관체벽의 두께 및 그에 따른 강도 또는 관체의 일관성 및 핀 결합과 그에 따른 핀으로의 열전달 등과 같은 각각의 기준들을 저하시키지 않도록 하는 것이 바람직하다.

핀은 냉매로 최대의 열전달이 이루어질 수 있도록 하기 위해서 관체의 외주면에 위치하여야 하는데, 만일 핀 간격이 불규칙하거나 핀의 각도(인접하는 핀간에 있어서 축방향 길이에 따른 환상의 틈새와)가 불규칙한 경우 최대의 열전달이 일어나지 못하게 된다.

관체의 벽이 핀을 받아들이기 위해 얇아질 필요가 있다고 한다면, 하나 또는 그 이상의 관체는 사용중에 파열이 일어나서 폐쇄하여야 할 것이며, 핀의 형성간격 및/또는 형성각도가 불규칙한 경우에는 열교환기의 성능저하가 초래될 것이다.

열교환기용의 핀이 결합된 관체를 배열함에 있어서는 두가지의 설계지침이 알려지고 있는 바, 그 하나는 가능한한 다른 관체와 근접되게 배열되도록 하는 것 이며(열교환기의 크기 축소를 위해), 다른 하나는 작동유체와 냉매 사이의 열전달에 유용한 면적을 최대화하는 것(열교환을 최대화시키기 위해)이다. 상기와 같은 배열에서 통상적인 원형핀이 결합되어진 관체를 사용하는 경우, 관체들 사이의 간격은 핀의 외경에 의해서 정해지게 되며, 대개의 경우에서와 같이 핀이 원형의 외주연부를 구비하고 있는 경우라면 인접하는 관체들 사이에서는 열전달에 기여하지 못하는 영역이 존재하게 되기 때문에 그러한 영역을 이용할 수 있도록 하는 핀 형성 방법 및 장치의 개발이 요망되고 있다.

열교환기의 성능은 부분적으로는 관체에 결합된 핀의 숫자, 그리고 열교환이 이루어질 수 있는 전체 연장 영역으로서의 전체 핀의 숫자 및 핀의 위치와 배열에 따라 결정된다.

원형의 외주연부를 갖는 핀의 사용에 의해서 초래되는 이용되지 않는 열교환 영역에 대한 단점을 해결하는 방편으로서, 인접하는 관체들 사이의 분리된 핀을 축방향으로 형성되는 "공통핀(common-fins)", 즉 여러개의 관체와 결합(및 상호연결하는)하는 핀으로 대체하는 것이 알려져 있다. 대체로, 공통핀은 다수의 통공을 갖는 연장된 판체의 형태를 취하며, 이때 상기 통공은 각각의 관체가 관통되어질 수 있도록 형성되고, 판상의 공통핀은 동시에 다수의 관체와 열적접촉 상태를 이루어서 전체 영역에 걸쳐서 설치된 모든 관체로부터의 열을 전달하도록 구성되어 있다. 여러 통공이 형성된 복수개의 공통핀상에 장착된 관체의 배열은 이하에서 "핀 블럭(fin block)"으로 명명될 것인 바, 다른 문서들의 경우에는 "코일 블럭"이나 "블럭 핀"으로 불려지기도 한다.

핀 블럭내의 각 핀은 블럭내 각 관체 사이 및 그 주위와 연속적으로 이어져 있기 때문에 열전달 영역의 낭비가 최소화된다. 각 블럭내의 관체는 미리 고정결합되어 있는 판상의 공통핀에 의한 블럭에 의해서 다른 관체와의 관계에서 고정되어진다는 사실이 이해될 것이다.

상기 조립식 핀 블럭의 또 하나의 알려진 장점은 열교환기상에 설치하는 것이 상대적으로 용이하다는 점이다. 따라서, 열교환기에서 일예로 200개의 서로 분리된 핀성형 관체를 필요로 하는 경우, 200개의 관체 각각은 양쪽 관체 판에 결합되어야 하며, 경우에 따라서는 길다란 관체에서 요구될 독립된 지지판에도 결합되어야 할 것이다. 한편, 핀 블럭이 20개의 관체를 갖도록 제작된 경우라면 조작 및 조립에 단지 열개의 블럭만을 필요로 하게된다.

공지된 바의 핀 블럭 제조방법에 따르면, 공통핀의 적층체가 정열되고, 인접하는 핀들이 축방향을 따라 특정 열교환기의 요구에 적합한 거리를 두고 위치하는 바; 이때 각 공통핀은 다수개의 통공이 구비되고, 그 통공은 요구되는 관체 배열의 패턴과 일치하도록 형성된다. 상기 통공은 관체의 외경에 비해서 약간 크게 형성되며, 공통핀들은 각각의 통공들이 일직선을 이루도록 유지된다. 이어서 각각의 관체는 상기 통공을 관통하는 바, "뷸렛(bullet)"이 각 관체를 통해서 잡아당겨지는 위치에 있을 때, 관체벽은 각각의 핀통공과 기계적인 접촉을 이루어 관체벽을 확장시키게 된다. 상기 방법의 일반적인 형태는 미국특허 제3,889,745호에 개시되어 있다.

상기 방법은 내부 성형물(예를 들면 냉각될 액체의 난류를 증진시키기 위해) 을 갖는 압출 관체의 경우에는 적절하지 않은 바, 그 이유는 그와 같은 관체의 내부로 뷸렛의 통과가 이루어질 수 없기 때문이다.

뷸렛팅 방법(관체의 내부로 관체의 내경보다 약간 큰 외경의 탄환 형태의 치구를 통과시켜 확경이 이루어지도록 하는 방법)의 또 다른 단점은 관체의 벽두께가 뷸렛의 통과시 연신이 이루어질 수 있는 정도의 두께로 한정된다는 것으로 알려져 있는 바, 이에 따라 얇은 두께를 갖는 관체만이 사용되어질 수 있으며, 예를 들면 외경이 0.75″(19.05mm)인 스테인레스강 관체인 경우 22 게이지("표준 와이어 게이지") 보다 두꺼운 두께를 갖는 관체로 형성하는 것이 어렵게 된다. 또 다른 단점으로는 뷸렛팅 과정에 관체에 스트레스가 가해지게 된다는 것으로, 그와 같은 스트레스는 입자 구조를 변화시킬 수 있고, 상기 스트레스는 열처리에 의해서도 제거되지 않는 바 그 이유는 열처리에 의해서 핀의 연화 및 핀과 관체간의 열적 접촉 감소가 유발되기 때문이다. 즉, 뷸렛팅시에 야기된 스트레스는 대개가 관체에 그대로 잔류하게 되어서 열교환기에서 원치않는 부작용을 낳게 된다. 그리고 또 다른 단점으로서 뷸렛팅에 의해서 관체의 재질 사양이 변경될 수 있다는 점이다. 예를 들어 열교환기 사용자가 어닐링 처리된 특정한 관체를 사용할 것으로 선정한 경우, 뷸렛팅시에 경우에 따라서는 어닐링된 재료가 어닐링 처리되지 않은 경화된 상태로 변환될 수도 있다. 또 다른 단점으로는 관체의 재질은 반드시 소성변형이 가능한 재질로 한정된다는 데에 있다.

뷸렛팅은 또한 비평행(non-parallel)한 핀성형을 가져올 수 있다. 뷸렛이 관체 내부를 통해서 당겨지는 동안에 관체 벽은 경사각을 갖는 "전면"을 형성하여 급속하게 뷸렛의 앞쪽으로 이동되어 "주름"을 낳게 되며, 그러한 "주름"에 인접하는 핀은 관체를 따라서 이동되거나 관체에 대한 상이한 각도로 변화되어서 인접하는 핀들 상호간에 접촉이 발생하게 되거나 핀들 사이의 간격이 원래 의도된 간격보다 벌어지게 되는 결과를 낳는다. 상기한 바와 같이 관체의 확장은 뷸렛의 통과에 의해서 이루어지게 되는 데 일단 뷸렛이 통과한 후에는 핀의 위치에 대한 정정이나 변경이 불가능하게 된다.

통상적으로 관체의 핀형성 도중에 "주름" 발생이 예견되는 경우라 할지라도 뷸렛의 재사용을 위해서 관체 내부의 뷸렛을 잡아당겨서 끄집어내야만 한다. 즉, 제조업자는 제조되는 핀형성 관체가 열교환기에의 사용에 부적합할 것이라는 것을 인식하더라도 할 수 없이 관체 내부를 이동중인 뷸렛을 계속해서 잡아당겨 관체를 완전히 통과하도록 할 수 밖에 없다. 그리고, 열교환기 배열에서 소정의 위치에 놓여져 있는 일련의 관체에 대한 핀형성 작업이 이루어질 때 내부에 위치하는 어느 한 핀의 변위가 발생하게 되고 그에 따라 외부로 보여지지 않게되는 관체의 관찰이 불가능하게 되면 그에 따라 초래되는 열교환기 성능의 저하는 열교환기의 가동이 이루어질 때까지는 알아낼 수가 없다.

미국특허 제3,733,673호에는 다수 개의 핀을 동시에 하나 또는 두개의 관체에 형성하는 기계가 나타나 있다. 상기 핀들은 카트리지내에 정열되고, 그 상단부와 바닥부 모서리를 따라서 지지된다. 각 핀은 그 내부로 관통 결합되어지는 관체의 외주면과 거의 일치하는 크기와 형상으로 천공된 다수의 관통공이 있다. 상기 기계는 공압식으로서 하나 또는 두개의 관체를 한번에 핀 내부의 정열된 관통공을 통과하도록 구동시키게 된다. 핀 또는 핀들로 관체의 삽입이 이루어지도록 한 후 계속해서 또 다른 하나 또는 두개의 핀에 구비되어 있는 관통공으로 관체의 삽입이 이루어지도록 하는 작업을 반복해서 모든 관체가 핀의 관통공 내부로 삽입이 완료되도록 한다.

상기 기계의 단점은 카트리지가 핀에 대하여 단순히 제한된 지지력만을 제공하기 때문에 핀은 관체의 삽입이 이루어지는 동안에 변형이 발생되지 않고 원래의 상태를 그대로 유지할 수 있을 정도의 충분한 강도를 지닐 것이 요구된다는 데에 있다. 한편, 관체와 핀 사이에 충분한 결속이 이루어짐으로서 이들 두 부재 사이의 확실한 열전달이 이루어지도록 하는 것이 바람직하며, 또한 핀을 가능한 한 매우 얇게 하여 조립된 핀 블럭의 무게를 감소시키고 열전달도 최대화하는 것이 바람직하다. 따라서 열교환을 최대화하기 위해서 핀의 두께를 감소시키는 것과 관체가 통과하는 과정에서 힘이 가해지더라도 변형이 발생하지 않도록 하기 위해서 핀의 두께를 증가시키는 것의 두가지를 절충할 필요가 있다. 핀을 관체 주위에 강력하게 밀착결합되도록 하는 것과(두 부재간의 열전달을 최대화하기 위해), 관체의 주위에 핀이 헐겁게 결합되도록 하여 핀의 변형 가능성을 낮춘 가운데 손쉽게 관체의 관통이동이 이루어지도록 하는 것의 두가지 역시도 절충할 필요가 있다.

상기 기계의 다른 단점으로는 한 번에 단 두개의 관체만이 핀에 삽입되기 때문에 커다란 핀 블럭을 제작하는 경우에는 상당한 시간이 소요된다는 데에 있다. 한 번에 최대 두개의 관체만을 삽입할 수 밖에 없는 이유는 기계의 최대출력에 어느 정도 기인하기는 하나, 보다 큰 현실적인 이유는 한꺼번에 보다 많은 관체를 삽 입하는 경우 일부 핀의 변형발생 우려가 높아지기 때문이라는 데에 있다.

핀 블럭 제작용 기계(이는 각각의 핀을 각각의 관체에 결합시키는 데에 적용될 수도 있지만)가 WO96/35093호에 나타나 있다. 상기 기계는 핀(또는 공통핀)을 하나 또는 그 이상의 관체상에 결합시키기 위해 리니어 모터를 이용한다. 상기 기계를 사용하는 다른 형태의 방법에 따르면, 제1 핀은 관체의 단부상으로 구동되어 위치되고, 제2 핀 역시 상기 관체 단부상으로 구동되어 이들 제1 핀과 제2 핀이 서로 결합된 상태로 관체를 따라 소정의 위치로까지 이동하게 된다. 상기 두 핀의 칼러가 서로 고정결합되어지기에 상기와 같은 핀과 관체의 결합이 가능하게 되는 것이며, 이를 위해서는 상기 기계가 그와 같이 서로 고정결합된 핀들을 구동시키기에 충분한 힘을 가질 것이 요구된다.

본 발명은 상기 종래 기술에서 언급된 기계를 개선하고 또한 종래 기계의 단점을 감소 또는 배제시키고자 함에 목적을 두고 있다.

본 발명의 일차적인 주안점은, 하나 또는 그 이상의 관체에 연장된 표면 부재나 핀들을 장착하는 관체 핀성형 장치를 제공하는 데 있는 바, 이때 상기 장치는 베이스와, 베이스에 대하여 상대적인 이동이 가능한 캐리어 수단과, 길이방향을 따라 캐리어 수단을 이동시키기 위한 구동수단 및 다수의 연장된 표면부재를 정착시키기 위한 카트리지 수단으로 이루어지며, 상기 카트리지 수단은 각각의 연장된 표면부재에 대하여 개별적인 지지수단을 구비하며, 적어도 일부의 지지수단은 카트리지에 대해서 상대적인 이동이 가능하다.

본 발명 장치의 세번째 주안점은 핀들이 관체에 대해서 "네스트(nest)"를 형성할 수 있다는 면에서 미국특허 제3,733,673호와 차이를 보이고 있다. 핀에 관체 삽입용 관통공 주위를 둘러싸는 칼러가 구비된 경우 그 칼러의 형성 목적은 관체와 핀 사이의 접촉 영역을 증대시키기 위한 것으로 알려져 있다. 그러나, 많은 경우에 있어서 핀들이 서로 상당히 가까운 간격을 유지하도록 해서 어느 한 핀의 칼러가 인접하는 다른 핀의 칼러와 서로 결합되도록 하는 것이 요망된다. 핀들이 서로 압착되는 때에 칼러들이 맞물리게 되어 관체상에 위치하는 핀의 확실한 지지상태가 유지되어 진다. 그러나, 핀성형 과정중에 관체에 대하여 핀의 상대적인 이동이 발생되는 경우에는 칼러들간의 맞물림이 일어나는 것은 바람직하지 않은 바, 그 이유는 상기 맞물림은 이동에 대한 마찰저항을 증가시키기 때문이다. 따라서 핀은 카트리지에 의해서 서로 간격을 유지한 가운데 떨어져 위치하도록 하여야만 한다.

본 발명의 일차적인 주안점에 따른 기계에서 각 핀은 관체에 대하여, 칼러의 구비유무에 상관없이 그리고 그 칼러들의 맞물림 발생 유무에 관계없이, 미리 정해진 위치로 이동되어 진다.

본 발명의 이차적인 주안점에 따르면, 연장된 표면부재를 하나 또는 그 이상의 관체상에 장착시키기 위한 관체 핀성형 장치로서, 베이스와, 베이스에 대해서 상대적인 이동이 가능한 캐리어 수단과, 캐리어 수단을 이동시키기 위한 구동수단 및 다수의 연장된 표면부재를 위치시키기 위한 카트리지 수단으로 이루어진 장치가 제공되며, 이때 상기 카트리지 수단은 각각의 연장된 표면부재에 대한 개별적인 지지수단을 구비하며, 각 지지수단은 연장된 표면부재의 실질적인 부분에까지 미친 다.

본 발명 기계의 2차적인 주안점은 미국특허 제3,733,673호와 비교하여 볼 때, 핀의 보다 넓은 영역이 카트리지 수단에 의해서 지지되기 때문에 관체의 핀성형중에 핀이 손상되거나 왜곡될 우려가 줄어든다는 점에서 차이를 보이고 있다. 달리 표현하면 핀을 보다 얇게 가져갈 수 있고, 관체와의 결속력이 증가되어 보다 낮은 왜곡의 위험하에서 열전달을 증진시킬 수 있다.

본 발명의 세번째 주안점은 열교환 핀 블럭 제조용 관체 핀성형 장치로서 베이스와, 베이스에 대하여 상대적인 이동이 가능한 캐리어 수단과, 상기 캐리어 수단을 이동시키는 구동수단과 다수의 핀을 위치시키는 카트리지 수단 및 베이스상에 실질적으로 고정된 위치를 유지하는 적어도 하나의 관체 일부를 클램핑하기 위하여 베이스상에 장착된 클램핑 수단으로 이루어진 장치를 제공하는 데 있는 것으로, 이때 상기 카트리지 수단은 캐리어수단과 연결되어 다수의 핀이 관체의 축방향을 따라 미리 정해진 위치로 이동이 이루어지도록 한다.

본 발명의 세번째 주안점에 따른 장치는 미국특허 제3,733,673호에 비해 실질적으로 고정된 위치를 유지하는 관체에 대하여 핀이 이동한다는 점에서 차이가 있다. 상기 사실은 본 발명의 장치를 이용하여 보다 큰 핀 블럭을 조립할 때 중요한 장점으로 작용한다. 따라서, 본 발명의 장치에 의해 관체를 따라 다수의 핀이 이송되며(종래의 장치는 하나 또는 두개의 관체가 다수의 핀을 향해서 이송됨에 반해서), 장치의 출력에 의해서 한번에 사용될 핀의 숫자가 정해지게 되므로 장치의 출력은 핀과 관체의 합산된 마찰저항력을 초과하여야만 한다. 만일 일예로 핀 블 럭이 두개의 관체와 일천개의 공통핀을 구비하는 경우라면, 그렇게 많은 핀들을 한번에 결합시킬만한 힘을 갖는 장치를 구축하는 것은 현실적으로 불가능할 것이다. 대신에, 예를 들면 20개의 공통핀을 결합시키고 나서 50개의 공통핀 세트를 결합시키는 식의 좀 더 적은 숫자의 공통핀(또는 공통핀 "세트")을 한번에 결합시키는 것이 현실적일 것이다. 관체가 이동하는 방식의 장치에서는 관체와 함께 핀이 이동됨에 따라 미리 정열된 핀을 지지하는 수단을 필요로 하게 되며, 관체를 이동시키는 수단은 관체와 증가되는 숫자의 핀이 함해진 무게를 견뎌내면서 이동시킬 정도로 충분히 강력해야만 한다. 그러나 본 발명에 따른 장치는, 관체와 미리 정열된 핀들이 정지된 상태를 유지한 상태에서 확실하게 지지되며, 이동가능한 캐리어 수단은 이미 알려진 바의 일정한 무게의 카트리지를 지지하고 이동시키기만 하면 된다. 미리 설정된 핀들은 그들이 후속되는 핀성형 과정중에 정지된 상태를 유지하는 경우 손상될 우려는 한층 감소될 것임이 명백하거나, 달리 표현하자면 정지상태의 핀들에 대한 손상을 방지하기 위한 주의를 덜 기울여도 된다.

종래 장치의 단점은 조립된 핀 블럭에서의 관체 숫자가 2개를 넘는 경우에 보다 극명해 지는 바, 그와 같은 상황하에서는 상술한 바의 두개의 관체에 핀의 결합이 이루어지도록 한 후에 또 다른 두개의 관체에 핀이 결합되도록 것과 같이해서 핀 "세트"를 조립하는 것이 어렵기 때문이다. 열교환기 조립기는 독립적인 적은 핀 블럭으로서 그와 같은 핀 블럭을 구축해야 하기 때문에 단일체의 큰 핀 블럭이 가지고 있는 장점을 취할 수 없게 된다.

핀의 주연부는 지지수단의 주연부 내에 놓여있기 때문에 지지 수단은 핀의 모든 부위에 대해서 실질적인 지지력을 제공할 수 있다. 그러나, 그와 같은 실시예에서는 지지수단은 그 내부로 관체가 통과도록 하는 관통공이 구비되어야 할 필요가 있고, 핀은 관체와 결합되는 것이 바람직하나 지지수단은 관체와 결합되지 않도록 하는 것이 바람직하다.

적어도 일부의 지지수단은 카트리지 수단에 대해서 길이방향을 따라 상대적인 이동이 가능하도록 하는 것이 바람직하다. 그와 같은 구조를 통해서 지지수단은 핀을 카트리지에 로딩하는 동안에는 상대적으로 넓은 핀 간격이 유지되도록 하고 핀이 관체에 결합을 이루는 동안에는 핀 사이의 간격이 근접된 위치가 유지될 수 있도록 한다. 상기의 근접된 핀 사이의 간격은 관체상에 형성되는 핀들 사이의 소정 간격에 상응한다.

지지수단은 탄성 바이어스 수단에 의해서 한쪽으로 치우치게 하는 것이 바람직하다. 그와 같은 구조를 통해서 지지수단은 핀을 카트리지에 로딩하기 전에 자동적으로 넓은 간격의 위치를 취하게 된다. 지지수단은 핀 성형중에 좁은 간격의 위치(캐리어 수단에 의해서)가 되도록 밀어붙여 진다.

지지부재가 관체의 통과를 위한 관통공이 구비된 실시예에서, 지지부재는 분리가능한 부분으로 형성되어 관체상에 핀의 결합이 이루어진 후에 핀으로부터 분리되어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 어떠한 경우에 있어서도, 카트리지(및 카트리지에 의해서 이송되는 지지부재)는 핀의 결합이 이루어진 후에 관체의 길이방향 축에 대하여 측방향으로 이동이 이루어질 수 있어야 하는 바, 그 이유는 핀의 존재로 말미암아 카트리지의 길이방향 복귀가 방해받기 때문이다. 관체는 클램핑 수단에 의해서 클램핑된 상태가 그대로 유지된 가운데 카트리지가 핀 성형된 관체로부터 분리가 될 수 있도록 하는 것이 바람직한 바, 그에 따라 계속해서 관체상에 핀 성형을 위한 핀이 재충진이 가능해진다. 한편, 관체는 카트리지가 핀 성형된 관체로부터 분리되기 전에 클램핑 수단으로부터 제거되어야만 하는 바, 관체상에 많은 수의 핀이 결합되는 경우에는 연속적인 카트리지가 사용될 수 있도록 배열된다.

이동가능한 지지수단을 갖는 실시예의 경우에는 지지수단이 간격수단을 이송시키도록 하는 것이 바람직하다. 간격수단의 목적은 인접하는 지지수단 사이에 최소한의 분리를 한정하는 데 있으며, 실제 적용시에는 칼러가 구비된 핀을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 간격수단은 바람직하기로는 칼러의 길이보다도 넓은 거리만큼 떨어져 위치함으로써 지지수단이 칼러와 엉키지 않고 장착된 핀들 사이로부터 제거될 수 있게 된다. 상기와 다른 구조로서 핀 장착중에 지지수단의 표면으로 칼러가 돌출되도록 하는 것이 가능하나, 그러한 실시예에서는 간격수단과 지지수단이 함께 어느 한 핀이 칼러가 인접하는 핀의 칼러와 맞물리지 않도록 하는 것이 바람직하다.

실시예로 도시된 아래의 첨부도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세하게 설명한다.

도1은 다수의 공통핀이 두개의 관체에 결합되기 전 상태의 본 발명에 따른 핀성형 장치를 보인 것이고,

도2는 도1의 장치와 유사한 장치의 카트리지 수단에 대한 부분절단 평면도이 며,

도3은 핀을 로딩시키기 전 상태의 도2와 유사한 형태의 카트리지 수단에 대한 부분절단 평면도이고,

도4는 도3의 카트리지에 대한 핀성형과정을 보인 것이고,

도5는 도4의 V-V선 단면도이며,

도6은 도4의 VI-VI선 단면도이고,

도7은 다른 실시예의 카트리지 수단에 대한 벽 부재를 보인 것이며,

도8은 클램핑 수단용 회전목마 배열을 보인 것이고,

도9는 또 다른 카트리지 수단의 일부에 대한 측면도이다.

본 명세서중에서 "상단", "바닥", "상부", "하부" 등의 위치와 관련된 용어들은 도1에 도시된 바와 같은 장치 및 그 구성요소 들의 방향을 나타내는 것으로서, 장치의 사용시 정상적인 방향을 나타낸 것이다. 그러나 상기의 장치가 다른 방향(예를들면, 관체가 세워지거나, 매달리거나하여 실질적으로 수직상태인 경우)을 취하도록 하여 사용되더라도 배제되지는 않으며, 그와같은 방향을 나타내는 상대적인 위치표시 용어로만 인식되어야 할 것이다.

본 실시예에서 장치(10)는 실질적으로 견고한 베이스(12)와, 그 베이스의 일단부에 고정장착된 클램핑 수단(14)으로 구성된다. 베이스는 한쌍의 가이드바(16)를 구비하며, 그 가이드바에 안내되어 캐리어 수단(18)의 이송이 이루어진다. 본 실시예에서 캐리어 수단(18)을 이동시키기 위한 구동수단은 통상의 리니어 모터로 이루어지는 바, 상기 리니어 모터는 베이스(12)의 길이방향 축 A-A와 실질적으로 평행한 상태를 이루며 베이스상에 장착된 제1 와인딩(20)과 캐리어 수단(18) 내부에 위치하는 제2 와인딩(도면 미도시)을 포함하여 구성되며, 이때 제2 와인딩은 캐리어 수단(18)과 함께 제1 와인딩(20)과 매우 근접된 상태로 이동한다. 제1 및 제2 와인딩과 연결되는 전선은 공지된 형태가 사용되며, 도면중에서의 도시는 생략하였다.

다른 실시예의 경우, 적용분야의 특성을 고려하여 유압, 공압 또는 스크류 구동 등의 상이한 구동수단이 적절히 선택되어 사용될 수 있다.

본 실시예에서, 클램핑 수단(14)은 두 관체(22)의 단부를 지지하여 관체가 베이스(12)에 대하여 상대적으로 강력하게 유지되도록 한다. 관체의 단부에 대한 클램핑은 공지의 적절한 수단(WO96/35093에 몇가지의 수단이 예시되고 있다.)이 채용될 수 있다.

캐리어 수단의 위에는 카트리지 수단(24)이 위치하며, 그 내부에는 다수개의 연장된 표면부재나 핀(26)이 안착되어 있다. 본 실시예의 경우 9개의 핀(26)이 있으며, 인접하는 핀들은 각각의 지지수단이나 벽부재(30)[도2의 벽부재(130)도 참조]에 의해서 분리되어 진다. 카트리지 수단(24)의 벽 단부는 관통공(32)이 형성되어 있으며, 벽부재(30)는 유사한 통공이 형성되어 있어서 관체(22)는 그 관통공들을 관통할 수 있는 바, 이때 관통공들의 내주면과 접촉을 하지 않는 상태로 관체의 통과가 이루어질 수 있도록 하는 것이 바람직하다.

도2를 통해서 보다 명확하게 도시되고 있듯이, 본 실시예의 핀(26,126)은 공 통핀으로서 각 핀(26, 126)은 두개씩의 관통공(34)이 구비되어 각 핀은 두 관체(22)를 통해서 서로 연결되어 진다. 본 발명에서는 대부분의 경우에 공통핀이 이용될 것으로 기대되는 바, 핀성형된 관체의 사용분야에 따라서는 분리된 개별적인 핀이 하나 또는 두개의 관체에 동시에 성형되어 사용되어지는 경우도 분명히 있을 것이다.

벽(30, 130)은 카트리지 수단(24, 124)의 안쪽 부분으로서 도1 및 도2의 실시예에서는 카트리지 수단의 다른 부위에 대하여 상대적인 이동이 불가능한 형태이다. 인접하는 벽부재들 사이의 간격(S)은 조립된 핀 블럭에서 핀들 사이의 간격을 결정하게 된다. 따라서, 카트리지 수단이 관체(22)를 향해서 이동하는 경우 관체(22)는 핀(126)의 칼러(26)와 맞물리게 된다. 상기 칼러(36)는 관체의 상대적인 이동방향을 향하도록 하는 것이 바람직한 바, 도2에 도시된 실시예에서와 같이 칼라는 오른쪽을 향하고 관체는 오른쪽으로의 상대적인 이동을 함으로써 핀 내부로의 삽입이 이루어지게 된다. 칼러(36)는 관체(22)의 주위에 마찰접촉이 일어나도록 설계되기 때문에 관체는 핀이 인접하는 벽부재(13)에 접촉하게 될 때까지 각각의 핀을 오른쪽으로 밀어붙이게 될 것이다. 핀(126)의 장착이 이루어지는 동안에 핀들은 각각의 벽부재(130)에 의해서 전적으로 지지되기 때문에 비교적 얇은 두께이거나 관체와 칼러 사이의 마찰력이 큰 경우라도 변형의 우려가 배제된다.

관체의 외주면상에 핀들의 장착이 완료된 때에 관체의 길이방향, 즉 A-A축을 따라서 카트리지(24, 124)를 분리시키는 것은 불가능한 것으로 인식될 것이다. 따라서 카트리지 수단(24, 124)은 측방향으로 제거되어야 할 필요가 있으며, 이를 위 해서 카트리지 수단(24, 124)은 그 중앙선(38)(도1)을 따라 실제적인 길이방향으로 분할되어 상반부는 윗쪽으로 제거되거 하반부는 아랫쪽으로 제거된다.

도3 및 도4의 실시예에서, 벽 부재(230)는 카트리지 수단(224) 내부에 이동 가능하게 장착되며, 각각의 압축스프링(40)에 의해서 편축지지(biassed)되어 있다. 가이드바(42)는 카트리지(224)상에 장착된다. 벽 부재(230)는 가이드바(42)상에 활주가능하게 장착되며, 압축스프링(40)은 가이드바(42)상에 위치한다.

벽부재(230)는 각기 스페이서(44)를 구비하고 있는 바, 스페이서는 벽부재(230) 사이의 최소간격을 결정하는 역할을 하며, 그에 따라 성형된 핀(도4) 사이의 간격(s)으로 되기도 한다.

도3은 핀의 로딩전 상태의 카트리지 수단(224)을 보여주고 있다. 도4는 핀(226)이 로딩된 상태에서 관체(22)상에 핀의 장착이 이루어지는 동안의 카트리지 수단(234)을 보여주고 있다. 카트리지는 캐리어 수단의 받침구(50) 통과를 위한 개구부(46)가 구비되는 바, 핀(226)의 로딩에 뒤이어서 받침구(50)는 점선으로 표시된 위치로부터 실선으로 표시된 위치로 이동이 이루어지게 되는 데, 그러한 이동중에 스프링(40)의 압축이 발생하게 되고 인접하는 핀(226)간의 간격은 소정의 핀 간격(s)으로 감소된다.

스프링(40)의 압축이 발생하는 지점은 스프링의 등급과 관체(22)를 따라 이동되는 핀(226)에 가해지는 저항력에 따라 결정된다. 따라서, 구동수단은 받침구(50)를 통해서 직접적으로(그리고 본 실시예에서는) 벽부재(230a)상에 작용하게 되고, 그와 같은 이동에 대한 마찰저항[아마도 선단 핀이나 관체(22)와 맞물 리는 핀(226)에 의해서 야기된]이 스프링(40)의 등급을 초과하는 시점에 다다를 때까지 벽부재(230a)는 카트리지(224) 전체를 밀어붙이게 될 것이고, 그에 따라 스프잉(40)은 계속적으로 압축되어질 것이다. 조합된 스프링(40)의 등급은 장치의 전체적인 파워에 비해서 낮게 유지되도록 함으로써 선단핀이 관체상의 예정된 위치로 밀어붙여졌을 때 스프링 전체가 완전하게 압축되어 모든 다른 핀들도 미리 정해진 지점과 근사한 지점에 위치하도록 하는 것이 요구된다. 스프링(40)의 등급은 대체로 낮은 바, 그 이유는 스프링은 핀의 로딩이 손쉽게 이루어질 수 있도록 벽부재(23)가 떨어져 있게끔 할 수 있을 정도의 힘만 가할 수 있으면 되기 때문이다.

도3 및 도4의 실시예에서, 스페이서(44)는 (도시된 바와 같이) 각각의 벽부재로부터 왼쪽으로 돌출되어 있다. 상기 왼쪽으로 돌출된 스페이서에 의해서 핀의 칼러(36)는 벽부재(230)의 관통공(52)로부터 떨어져 위치하게 되는 효과를 낳는다. 그리고, 관체상에 핀을 장착하는 동안에 핀에 대한 완전한 지지가 이루어질 수 없는 결과를 낳기도 한다. 핀에 대한 지지가 보다 확실하게 이루어지도록 하기 위해서는 스페이서의 면적을 증가시키는 것이 요망된다. 변형 실시예의 경우, 스페이서는 각각의 벽부재로부터 오른쪽으로 돌출되도록 하여 핀성형의 동안에 각각의 벽부재에 의해서 실질적으로 완벽하게 지지되도록 할 수도 있다. 또 다른 변형 실시예에서는 스페이서의 구성을 생략함으로써 벽부재(23)의 두께와 일치하는 간격을 유지한 상태로 핀 성형이 이루어지게 할 수 있다. 그와 같은 간격은 칼러의 치수와 유사할 수도 있는 바, 그러나 어떠한 실시예의 경우에는 카트리지 수단이 인접하는 칼러들간의 맞물림이 일어나지 않을 정도의 충분한 거리를 두고 핀간의 분리가 이루어지도록 하는 것이 바람직한 바, 만일 칼러들간의 맞물림이 발생하는 경우에는 관체를 따라 이동하는 핀에 가해지는 마찰저항이 상당하게 증대된다.

도5 및 도6에 도시된 바와같이, 카트리지 수단(224)은 베이스를 따라, 특히 길이방향 축 A-A와 평행하게 설치된 가이드(52)를 따라 이동가능하게 장착된다. 그리고 캐리어 수단(18)은 베이스, 특히 가이드(54)를 따라서 이동가능하게 장착된다. 가이드(52, 54)의 형상은 소정의 원하는 바에 따라 선택되어질 수 있으며 카트리지 수단(224)용 가이드의 형상은 일예로 캐리어 수단(18)용 가이드의 형상과 실질적으로 일치될 수도 있다. 실시예에서 도시된 카트리지 수단(224)은 단순히 가이드(52)상에 위치할 수도 있으나, 다른 실시예의 경우에서 카트리지 수단은 베이스 위에 (활주가능하면서도) 고정적으로 지지되도록 하는 등의 방식으로 보다 견고하게 베이스상에 고정될 수 있다.

도3내지 도6에 도시된 실시예는 그 중앙선을 따라서 분할면(238)이 구비되어 있어서 카트리지의 상단부는 윗쪽으로 제거되어 핀성형된 관체로부터 분리되는 한편으로 하반부는 아랫쪽으로 이동될 수 있다. 상기 두개의 "반부"는 적절한 통상의 고정수단에 의해서 함께 지지되어질 수 있다. 상기 분할면(238)은 벽부재(230)을 가로지르고 있기 때문에 4개의 가이드바(42)가 제공되며, 분할면(238)의 윗쪽과 아랫쪽으로 벽부재(230)의 어는 한 측면이 접하고 있다.

도7에 도시된 다른 실시예에서, 카트리지 수단(324)은 분할형성되어 있지 않은 대신에 관체상에 핀의 장착이 이루어진 후에 단일 구성체를 윗쪽으로 들어올려 서 제거할 수 있도록 설계되어 있다. 따라서, 카트리지 수단의 단부벽(도면 미도시) 및 벽부재(330) 모두는 일측이 터진 상태의 개공(60)과 결합되며, 상기 개공을 통해서 그 내부로 관체의 통과가 가능해지게 되고, 또한 핀성형된 관체로부터 카트리지 수단의 분리가 후속적으로 이루어지도록 하게 된다. 카트리지 내부로 핀을 로딩한 상태에서 핀이 아랫쪽으로 떨어져나가는 것이 방지되도록 하여야 하는 바, 본 실시예에서는 이를 위해 카트리지가 바로 캐리어 수단(18) 위에 놓여지도록 구성된다. 다른 실시예에서는 카트리지가 장치로부터 떨어져서 안착되도록 하는 것이 바람직한 바[장치의 "작업중단시간(down-time)"을 줄이기 위해], 이를 위해서 카트리지로부터 핀이 떨어져나가는 것을 방지하기 위한 수단의 제공이 가능하며, 그러한 수단은 카트리지가 일단 장치에 장착되면 제거가 가능하고 핀은 캐리어 수단에 의해서 지지된다(또는 핀성형중에 관체에 의해서 지지된다). 다른 실시예에서 카트리지 수단(324)의 측벽(64)에 고정된 안착반(62)은 카트리지 내부에 핀이 로딩되어 관체상에 핀성형이 이루어지는 동안에 핀을 지지할 수 있는 이동가능한 돌출부를 포함할 수 있으며, 카트리지 수단(324)이 핀성형된 관체로부터 분리되어질 수 있도록 이동되어질 수 있다.

도7에 도시된 실시예에서 벽부재(330)는 이동가능하며, 카트리지 수단은 두 개의 가이드바(342)를 구비하며, 그 아래로는 도3 내지 도6에 도시된 실시예의 형태와 유사하게 벽부재가 장착되어 있다. 다른 실시예의 경우 상기 벽부재는 측벽에 대하여 고정된 위치로 지지될 수 있다.

도8은 관체의 단부용 회전목마형 클램핑 수단(66)을 보여주고 있다. 본 실 시예에서 관체(68)는 열교환기 분야에서 일반적이지는 않은 "U"자형으로 절곡되어 있다. "U"의 하부는 죠(jaw, 70)와 하우징(72) 사이에서 클램핑되어 진다(그와 같은 클램핑은 유압이나 공압 또는 바람직하기로는 볼트와 너트에 의해서 달성될 수 있다.). 도면상에는 단 하나의 U자형 관체만이 도시되고 있으나 실제적으로는 상기 회전목마에 6개의 관체(68)가 지지되어질 수 있으며, 따라서 사용시에 하나의 U자형 관체는 핀성형 위치에서 캐리어 수단에 대향될 수 있고, 여타의 관체들은 핀 성형 후에 회전목마로부터 제거되어지는 위치에 있을 수 있으며, 또 다른 관체들은 핀성형을 위한 예비위치상에 위치할 수도 있다.

회전목마식 배열은 핀성형 전단계에서 소정의 위치에 관체를 고정시키고 그리고 핀성형이 완료된 관체를 제거하는 것과 관련된 작동정지시간(down-time)을 감소시킬 수 있음에 따라 실용성을 향상시킬 수 있다.

도9의 실시예에서, 벽부재(430)는 카트리지 수단의 고정된 길이방향 위치상에 놓여진다(즉, 이들 벽부재는 도3 내지 도7에서와는 달리 함께 움직일 수 없다). 상기 벽부재는 각각이 그 중앙선(438)에서 분할되어서 벽부재의 상부는 윗쪽으로 이동하여 핀성형된 관체로부터 분리되고 하부는 하랫쪽으로 이동하여 핀성형된 관체로부터 분리된다. 본 실시예에서 각 벽부재(430)의 분할편은 다른 벽부재 및 카트리지의 나머지 부분에 대하여 독립적으로 이동될 수 있으며, 도9에서 가장 앞쪽의 벽부재(430a)는 가장 앞쪽의 핀(426a)로부터 이동되어 분리된 상태가 되어 있다.

상기 벽부재(430)의 분리가 이루어진 후에 도시된 바와같이 카트리지는 오른 쪽으로 더 이동될 수 있으며, 벽부재(430b)는 다음의 핀(426b)을 왼쪽으로 밀어붙이는 한편 핀(426a)의 칼러(436)와 맞물리게 된다[경우에 따라서는 두개의 핀(426a)(426b)이 서로 맞물리도록 하여 그러한 맞물림에 의해서 얻어지는 작용효과를 기대할 수도 있을 것이다.).

핀(426b)이 이동하여 핀(426a)과 맞물리게 되는 경우, 벽부재(430b)는 분리되어질 수 있으며, 후속적으로 이동해서 핀(426b)의 칼러와 결합을 이루는 다음 번 핀이 노출되어지는 과정이 반복수행된다.

본 발명의 카트리지 수단은 선단핀(426a)의 좌측에 선단벽을 을 구비하고 있지 않기 때문에 선단핀이 이동해서 관체(422)상에 이미 성형되어 있는 핀의 칼러와 맞물릴 수 있는 바, 이는 상술한 카트리지 수단의 이동에 의해서 이루어질 수 있을 것이다.

도9에는 벽부재(430b)로부터 약간 떨어져 위치하는 핀(426b)이 도시되고 있다. 실질적으로는 벽부재(430b)는 캐리어 수단에 의해서 카트리지 자체가 왼쪽으로 밀려나감에 따라 벽부재(430b)는 핀(426b)을 왼쪽으로 밀어붙이게 될 것이고, 각 핀부재는 각각의 벽부재와 맞물리게 될 것이다.

핀부재(4260는 도9의 카트리지 수단 내에서 소정의 간격만큼 서로 떨어져 위치하며, 벽부재(430)는 관체상에 핀성형이 이루어지는 동안에 확실하게 핀의 변형이 일어나지 않을 정도의 두께를 유지하여야 한다.

벽부재의 분할부분 분리는 일예로 공압 액츄에이터 등과 같은 적절한 수단에 의해서 이루어질 수 있다. 벽부재(430)의 분할부분은 카트리지 수단의 측벽내에 위치하는 선형 가이드내에서 활주가능하도록 정열될 수 있다. 모든 벽부재의 분리 후에(즉, 카트리지 수단내에 로딩되었던 모든 핀들이 관체의 예정된 위치에 장착된 후에), 카트리지 수단은 관체(422)에 대하여 길이방향으로 인출되어질 수 있고, 벽부재(430)의 분할부분은 카트리지 수단이 관체의 단부를 벗어난 때에 원래 위치로 모여질 수 있다.

실시예에서 설명된 관체는 (실질적으로) 장치의 베이스상에 고정되며, 핀은 그에 대하여 상대적인 이동이 가능한 바, 이와 같은 구조는 앞서 밝혔듯이 상당한 장점이 있다. 한편, 핀이 실질적으로 베이스에 대하여 고정되고, 관체가 베이스에 대하여 상대적인 이동이 가능하고, 또한 두개의 핀과 관체가 베이스에 대하여 상대적인 이동이 가능한 형태 역시도 본 발명의 범주에 속하는 것이다.

Claims (19)

1. 베이스와, 베이스에 대하여 상대적인 이동이 가능한 캐리어 수단과, 길이방향으로 캐리어 수단을 이동시키는 구동수단과, 다수의 연장된 표면부재인 핀을 안착시키는 카트리지 수단으로 이루어져, 하나 또는 그 이상의 관체에 핀을 장착시키는 관체의 핀성형 장치에 있어서, 상기 카트리지 수단은 각각의 핀에 대한 지지 수단인 벽부재를 구비하며, 적어도 일부의 벽부재는 카트리지에 대하여 상대적인 이동이 가능하게 구성된 것을 특징으로 하는 관체의 핀성형 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 벽부재는 길이방향에 대하여 측방향으로 이동가능한 것을 특징으로 하는 관체의 핀성형 장치.
3. 제1항에 있어서, 각 벽부재는 핀의 전체 영역에 미침을 특징으로 하는 관체의 핀성형 장치.
4. 제3항에 있어서, 핀의 주연부는 벽부재의 주연부 내에 놓임을 특징으로 하는 관체의 핀성형 장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 벽부재는 탄성 바이어스 수단에 의해서 편축지지됨(biassed)을 특징으로 하는 관체의 핀성형 장치.
6. 제1항에 있어서, 각 벽부재는 분리가능한 부분들로 구성됨을 특징으로 하는 관체의 핀성형 장치.
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 삭제
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 삭제
18. 삭제
19. {i} 하나 또는 그 이상의 관체를 장치에 장착하는 단계와, {ii} 다수의 핀이 로딩된 카트리지 수단을 장치에 장착하는 단계와, {iii} 구동수단을 동작시켜 캐리어 수단을 통해서 관체에 대한 카트리지 수단의 상대적인 이동이 이루어지도록 하되 그 이동은 카트리지 수단 내부의 맨 앞쪽 핀이 관체상의 미리 정해진 위치에 도달할 때까지 이루어지도록 하는 단계와, {iv} 맨 앞쪽의 핀을 지지하는 벽부재를 카트리지 수단에 대하여 측방향으로 이동시키는 단계와, {v} 구동수단을 다시 동작시켜서 캐리어 수단을 통해서 카트리지 수단이 관체에 대하여 상대적인 이동을 하도록 하되 그 이동은 카트리지 수단 내부의 다음 번 핀이 관체상의 정해진 위치상에 도달할 때까지 행해지도록 하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 제2항에 따른 장치를 이용하여 하나 또는 그 이상의 관체상에 핀을 장착하는 방법.

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