KR101528830B1 - 지하수 관정용 윈치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이블을 권취하는 원통형의 드럼 및 이 드럼의 회전축을 포함하는 드럼 어셈블리; 상기 드럼 어셈블리에 인접하여 상기 드럼의 회전축에 평행하게 배치된 적어도 하나의 가이드 바; 상기 드럼에 감기거나 풀리는 케이블을 외주면에 지지하여 인출입시키는 도르래; 및 상기 도르래를 지지하고 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 도르래 지지부;를 포함하고, 상기 드럼은, 상기 드럼에 감기는 케이블이 안착되도록 드럼 표면에 형성된 홈을 포함하고, 상기 드럼 어셈블리가 1회전 할 때 상기 도르래 지지부가 상기 가이드 바를 따라 상기 홈의 1피치의 거리를 이동하는 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치를 제공한다.

Description

지하수 관정용 윈치 {Winch for groundwater well}

본 발명은 지하수 관정용 윈치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 케이블을 케이블 두께나 그 이상의 피치로 한 피치씩 이동시키면서 가이드 홈이 있는 드럼에 한층으로만 일정하게 권취/권출함으로써 케이블이 포개지거나 꼬이면서 감기는 것을 방지할 수 있는 지하수 관정용 윈치에 관한 것이다.

일반적으로, 윈치(winch)는 원통형의 드럼에 케이블을 감고 도르래를 이용해서 중량물(重量物)을 높은 곳으로 들어 올리거나 끌어당기는 기계를 통칭하며 권양기(倦揚機)라고도 한다. 윈치는 다양한 크기가 존재하며 작은 크기의 윈치는 드럼을 손으로 회전시키는 수동식이지만 큰 것은 전동기나 내연기관을 사용해서 회전시키기도 하고, 드럼에는 클러치나 브레이크가 장착되어 있어 원동기에서 동력을 전하거나 끊을 수도 있다. 윈치는 기계공장에서의 중량물 운반을 비롯하여 토목, 선박, 광산 등의 다양한 산업분야에서 사용된다.

윈치를 지하수 관정(well)에 사용할 경우, 센서를 케이블에 매달아 관정 내부로 내리거나 센서를 끌어올리기 위해 케이블을 풀거나 감는 용도로 사용된다. 이 때 케이블은 센서로부터의 전기신호가 전달되는 하나 이상의 전선 및 이 전선을 둘러싸는 피복으로 구성되는데, 케이블 피복의 종류에는 테프론, 스테인레스 와이어, 우레탄 등이 사용된다.

테프론 피복의 경우 절연성이 특히 우수하나 재질특성이 딱딱해서 윈치에 감기가 어렵고 설치, 인양시 잘 긁히는 단점이 있으며 가격이 비싸다. 스테인레스 와이어 피복의 경우도 역시 가격이 비싸고 커넥터를 연결하는데 어려움이 있으며 무게도 무거운 단점이 있다. 그래서 일반적으로 우레탄 케이블을 많이 사용하는데 우레탄 케이블의 경우에도 길이가 길어지면 자중에 의해 피복이 늘어나기도하고 특히 표면 끈적임이 있어서 케이블을 윈치의 드럼에 감을 때 무작위로 감게 되면 케이블이 서로 포개지거나 엉키고 꼬이면서 감기게 되어 케이블의 내구성이 약해져서 케이블을 사용할 수 없게 되는 문제가 있었다.

또한 기존의 윈치들이 케이블을 이동시키며 몇 층으로 감는 경우 케이블을 감을 때나 풀 때 케이블을 좌우나 상하로 여러 번 이동시켜야 하므로 구조적으로 복잡하고 제작비용이 많이 들며 첫번째 뿐만 아니라 두번째 층 이상의 경우 우레탄 케이블의 끈적임 때문에 케이블이 포개지고 엉켜서 꼬이면서 감기는 현상이 더욱 더 잘 생기게 되는 문제가 있었다. 이러한 케이블의 엉킴 현상은 케이블이 감기거나 풀리지 않는 등 윈치 고장의 원인이 된다.

한국 공개특허공보 제2014-0092782호 (2014년07월24일 공개)

본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이블이 드럼의 홈에 하나씩 안착하여 케이블이 서로 포개지거나 엉키지 않도록 하면서 케이블을 감을 수 있는 윈치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이블을 드럼에 한 층만 감도록해서 2층이상 감았을 경우 드럼의 홈을 사용할 수 없어서 생기는 케이블 포개짐이나 엉킴을 방지하고 케이블을 감으면서 한피치씩 이동시키는 가이드를 감거나 풀 때 한 방향으로만 이동시켜서 기구적인 구조를 간단하게 하여 제작비용을 줄이고 고장 가능성을 줄인 윈치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이블이 센서 및 자중에 의한 장력을 받더라도 장력을 분산시키고 케이블의 단부가 외부의 케이블과 전기적으로 확실히 접속되도록 하는 윈치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이블을 권취하는 원통형의 드럼 및 이 드럼의 회전축을 포함하는 드럼 어셈블리; 상기 드럼 어셈블리에 인접하여 상기 드럼의 회전축에 평행하게 배치된 적어도 하나의 가이드 바; 상기 드럼에 감기거나 풀리는 케이블을 외주면에 지지하여 인출입시키는 도르래; 및 상기 도르래를 지지하고 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 도르래 지지부;를 포함하고, 상기 드럼은, 상기 드럼에 감기는 케이블이 안착되도록 드럼 표면에 형성된 홈을 포함하고, 상기 드럼 어셈블리가 1회전 할 때 상기 도르래 지지부가 상기 가이드 바를 따라 상기 홈의 1피치의 거리를 이동하는 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 드럼과 도르래의 움직임을 연동시킴으로써 케이블이 드럼의 홈에 하나씩 안착하여 감기는 것을 확실히 보장하며 케이블이 포개져서 감기는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 케이블이 드럼의 표면과 지지축 사이의 간격을 통해 드럼의 홈에 감기며 이 때 이 간격을 케이블 직경 정도로 설계하여 케이블이 벌어져서 드럼의 홈에서 이탈하는 것을 방지함으로써 케이블이 포개지면서 감기는 것을 한층 더 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 하나의 샤프트에 케이블 그립을 체결하여 케이블 자중 및 센서의 무게로 인하여 케이블이 받는 장력을 분산시키고 지지하여 케이블 단부가 상부 회전축에 고정된 슬립링과 견고히 결합될 수 있도록 하여 케이블과 외부 케이블의 전기적 접속을 신뢰성 있게 유지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기존의 윈치에 적절하지 않은 우레탄 케이블도 본 발명에 따른 윈치에 사용할 수 있는 이점이 있다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치가 장착된 예시적인 지하수 관측 시스템을 설명하기 위한 도면,
도2는 일 실시예에 따른 윈치의 사시도,
도3은 일 실시예에 따른 윈치의 일부를 다른 각도에서 바라본 사시도,
도4는 일 실시예에 따른 드럼의 형상을 설명하기 위한 도면,
도5는 대안적 실시예에 따른 드럼의 형상을 설명하기 위한 도면,
도6은 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 사시도,
도7은 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 일부의 사시도,
도8은 일 실시예에 따른 윈치의 일부의 단면도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "위"(또는 "아래", "오른쪽", 또는 "왼쪽")에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소의 위(또는 아래, 오른쪽, 또는 왼쪽)에 직접 위치될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 구성요소간의 위치 관계를 설명하기 위해 사용되는 '상부', '하부', '좌측', '우측', '전면', '후면' 등의 표현은 반드시 절대적 기준으로서의 방향이나 위치를 의미하지 않으며, 각 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 때 해당 도면을 기준으로 설명의 편의를 위해 상대적 의미로 사용될 수 있다.

본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치가 장착된 예시적인 지하수 관측 시스템을 설명하기 위한 도면이다.

박스(10)가 땅속 또는 지표면에 배치되고, 박스 하부 표면에 관통구멍을 통해 케이블이 아래로 뻗어있고, 센서가 케이블 단부에 매달려 있다.

도1을 참조하면, 지표면에 수직으로 관정(20)이 형성되어 있고 관정(20) 내에 소정 높이까지 지하수가 존재하고 있다고 가정한다. 일 실시예에서 관정(20) 상단에 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치(100)를 포함하는 박스(10)가 설치된다. 박스(10)의 하부면에 케이블(40)이 통과할 수 있도록 관통구가 형성되어 있고, 윈치(100)의 하부면으로부터 권출되는 케이블(40)이 이 관통구를 통과하여 관정(20) 아래로 내려갈 수 있다.

케이블(40)의 아래쪽 단부에는 센서(30)가 매달려 있다. 센서(30)는 지하수의 수온 및 전기전도도를 측정하는 하나 이상의 센서들의 조합일 수 있다. 그 외에도 수위 측정기, 수질 측정기 등의 다양한 종류의 센서가 다양한 종류의 파라미터를 측정하도록 센서(30)에 포함될 수 있다. 센서(30)가 감지한 각종 감지신호는 케이블(40) 내의 전선을 통해 윈치(100) 내부 또는 외부에 설치된 제어장치나 데이터 수집장치에 전송될 수 있다.

이하에서는 도2 내지 도8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 윈치(100)의 예시적 구성을 설명하기로 한다.

도2는 일 실시예에 따른 윈치의 사시도이고, 도3은 윈치의 일부를 다른 각도에서 바라본 사시도이다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 윈치(100)는 케이블을 권취하는 드럼 어셈블리, 이 드럼 어셈블리를 지지하는 프레임, 및 드럼의 일 측면에 인접하여 배치된 도르래, 및 이 도르래를 승강시키는 도르래 지지부를 포함한다.

일 실시예에서 드럼 어셈블리는 드럼(110), 및 이 드럼(110)의 상부와 하부로부터 각각 돌출된 회전축을 포함한다. 드럼(110)은 케이블(40)을 권취(winding)하거나 권출(unwinding)하는 원통 형상의 부재이며, 드럼(110)에 감기는 케이블(40)이 안착되도록 드럼(110) 표면에 홈이 형성되어 있다.

이와 관련하여 도4는 일 실시예에 따른 드럼의 측면도이고 도5는 대안적 실시예에 따른 드럼의 측면도이다.

도4를 참조하면, 드럼 어셈블리는 드럼(110)의 상부와 하부에 각각 부착된 상부 플랜지부(115) 및 하부 플랜지부(116)를 포함하며, 드럼(110)의 표면에는 홈(118)이 형성되어 있다. 도4의 실시예에서 홈(118)은 드럼(110)의 상부에서 하부까지 드럼(110)의 외주면을 따라 나선형으로 형성되어 있다. 즉 홈(118)이 드럼(110)의 외주면을 나선형으로 둘러싸며 드럼(110)의 표면에 형성되어 있다. 대안적 실시예인 도5에서는 복수개의 수평방향의 홈이 드럼의 표면에 형성되어 있다. 이 때 도4에 도시하였듯이 각각의 홈(118)의 높이(h)를 1피치라고 부르기로 한다.

일 실시예에서 홈(118)의 높이(h)는, 하나의 홈(118) 당 하나의 케이블(40)이 안착될 정도의 높이를 가진다. 즉 홈(118)의 1피치 길이는 적어도 케이블(40)의 직경과 동일하거나 그보다 큰 것이 바람직하다.

드럼(110)의 크기는 구체적 실시 형태에 따라, 예컨대 사용될 케이블의 길이에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 드럼(110)은 직경이 20cm, 높이가 25cm이면 대략 30m의 케이블(40)을 감을 수 있다.

드럼의 회전축은, 도시한 실시예에서 드럼(110)의 상부 플랜지부(115)에서 위쪽으로 돌출된 상부 회전축(도8의 111) 및 드럼(110)의 하부 플랜지부(116)에서 아래쪽으로 돌출된 하부 회전축(112)을 포함한다. 일 실시예에서 상부 및 하부 회전축(111,112)이 드럼(110) 내부를 관통하여 일체로 연결된 부재일 수도 있고 서로 연결되지 않은 각기 별개의 부재일 수도 있다.

다시 도2를 참조하면, 드럼 어셈블리를 지지하는 프레임은 드럼 어셈블리 상부의 상부 프레임(101) 및 하부의 하부 프레임(103)을 포함할 수 있다. 상부 프레임(101)은 드럼 어셈블리의 상부 회전축(111)을 회전가능하게 지지하며, 하부 프레임(103)은 드럼 어셈블리의 하부 회전축(112)을 회전가능하게 지지한다. 상부 프레임(101)과 하부 프레임(103)은 복수개의 지지축(107)에 의해 이격되어 지지된다.

윈치(100)는 드럼 어셈블리에 인접하여 드럼의 회전축(111,112)에 평행하게 배치된 적어도 하나의 가이드 바(140)를 포함한다. 도면에는 2개의 가이드 바(140)를 도시하였지만 가이드 바(140)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다. 일 실시예에서 가이드 바(140)는 상부 프레임(101)과 하부 프레임(103)에 의해 회전가능하게 지지되며, 적어도 하나의 가이드 바(140)의 표면에는 나사산이 형성되어 있다.

일 실시예에서 드럼의 일 측면에 인접하여 하나 이상의 도르래(130)가 배치된다. 도르래(130)는 드럼(110)에 감기거나 드럼(110)에서 풀리는 케이블(40)을 지지하여 인출입시키고 또한 케이블(40)의 방향을 수직 방향으로 전환하여 케이블(40)이 관정(20) 내로 수직으로 오르내릴 수 있도록 한다.

도르래(130)는 도르래 지지부(133)에 의해 회전가능하게 결합되어 지지된다. 도르래 지지부(133)는, 적어도 하나의 가이드 바(140)의 나사산에 맞물려 결합되어 이 가이드 바(140)를 따라 슬라이딩되는 너트(135)를 포함한다. 도르래 지지부(133)와 너트(135)는 일체로 형성될 수도 있고 각기 별개로 제조되어 결합될 수도 있다. 이러한 구성에 의해, 가이드 바(140)가 회전함에 따라 도르래 지지부(133)가 상하로 승강될 수 있다.

일 실시예에서 윈치(100)는 드럼(110)과 가이드 바(140)를 구동하기 위한 구동모터(150), 이 구동모터(150)를 제어하는 제어장치(160), 및 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 전달하는 구동력 전달부재를 더 포함한다.

구동모터(150)는 제어장치(160)로부터의 제어신호에 따라 정방향 또는 역방향으로 회전가능한 DC 모터 또는 AC 모터 등 임의의 모터일 수 있다. 도시한 실시예에서 구동모터(150)는 상부 프레임(101)의 일 면에 부착되어 있다. 그러나 실시 형태에 따라 구동모터(150)의 배치 구조가 변경될 수 있음은 물론이다.

도시한 실시예에서 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 전달하는 구동력 전달부재는 구동풀리(151), 제1 종동풀리(113), 제2 종동풀리(141), 및 구동벨트(153)를 포함할 수 있다.

구동풀리(151)는 구동모터(150)와 직접 또는 간접(예컨대 기어와 같은 임의의 구동력 전달수단을 매개로 하여)적으로 결합되어 있고, 제1 종동풀리(113)는 드럼(110)의 회전축(111)에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있고, 제2 종동풀리(141)는 하나 이상의 가이드 바(140)의 회전축에 직접 또는 간접적으로 결합되어 있다. 구동벨트(153)는 구동풀리(151), 제1 종동풀리(113), 및 제2 종동풀리(141)를 연결하는 폐경로로 구성되어, 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 동시에 전달할 수 있다.

도시한 실시예에서는 구동모터(150)가 드럼(110)과 가이드 바(140)에 동시에 구동력을 전달하도록 구성되지만, 대안적 실시예에서, 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)에 전달하는 제1 구동력 전달부재 및 드럼(110)의 구동력을 적어도 하나의 가이드 바(140)에 전달하는 제2 구동력 전달부재를 각기 별개로 구현할 수도 있다.

또 다른 대안적 실시예에서, 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)에 전달하는 제1 구동력 전달부재 및 구동모터(150)의 구동력을 적어도 하나의 가이드 바(140)에 전달하는 제2 구동력 전달부재를 각기 별개로 구현할 수도 있다.

한편 도시한 실시예에서는 두 개의 가이드 바(140)를 도시하였고 두 개의 가이드 바(140) 모두에 나사산이 형성되어 있다. 즉 두 개의 가이드 바(140)가 모두 회전함으로써 도르래 지지부(133)를 승강할 수 있으며, 이를 위해, 구동벨트(153)에 의해 결합된 한쪽 가이드 바에서 다른쪽 가이드 바로 구동력을 전달하기 위해, 두 개의 가이드 바(140) 사이에 별도의 구동력 전달수단이 결합될 수 있다. 도시한 실시예의 경우, 각각의 가이드 바(140)의 단부에 가이드바 풀리(142)를 포함하고, 이 가이드바 풀리(142)가 가이드바 벨트(143)에 의해 결합됨으로써, 두 개의 가이드 바(140)가 동시에 동일 방향 및 동일 속도로 회전할 수 있게 되고, 가이드 바(140)의 회전에 의해 도르래 지지부(133)가 승강할 수 있다.

이 때 바람직한 실시예에 따르면, 드럼(110)이 1회전 할 때 도르래 지지부(133)가 드럼(11)의 홈(118)의 1피치의 높이만큼 상승 또는 하강하도록 제1 종동폴리(113)와 제2 종동풀리(141)의 기어비 및/또는 가이드 바(140)의 나사산의 간격이 조절되어 있다.

이러한 구성에서, 구동모터(150)가 제1 방향으로 회전함에 따라 드럼(110)이 케이블(40)을 감는 방향으로 회전하고, 이와 동시에 가이드 바(140)가 회전하여 도르래 지지부(133)를 드럼(110)의 1회전당 홈(118)의 1피치 만큼 상승시킨다. 또한 구동모터(150)가 제1 방향의 반대 방향으로 회전하면 드럼(110)이 케이블(40)을 푸는 방향으로 회전하고, 이와 동시에 도르래 지지부(133)가 드럼(110)의 1회전당 홈(118)의 1피치 만큼 하강한다.

그러므로, 케이블(40)이 현재 감기거나 풀리는 홈(118)에 항상 수평한 상태에서 감기거나 풀리기 때문에 케이블(40)이 홈(118)에 정확히 안착될 수 있고 케이블(40)이 서로 포개져서 감기는 것을 방지할 수 있다.

한편, 도시한 실시예에서는 구동풀리, 종동풀리, 및 구동벨트를 통해 구동모터(150)의 구동력을 드럼(110)과 가이드 바(140)에 전달하는 구성을 개시하였지만, 대안적 실시예에서, 풀리와 벨트 대신 예컨대 기어박스 등과 같이 다른 구동력 전달 방식을 사용할 수도 있다. 기어박스를 사용할 경우, 구동모터(150)의 회전축과 드럼(110)의 회전축 사이에 하나 이상의 기어의 조합을 갖는 기어박스가 사용될 수 있고, 구동모터(150) 또는 드럼(110)의 회전축과 가이드 바(140)의 회전축 사이에도 기어박스가 사용될 수 있다.

또한 도시한 실시예에서는 두 개의 가이드 바(140)가 사용되고 각 가이드 바에 나사산이 형성되어 있지만, 대안적 실시예에서, 가이드 바(140)가 하나 또는 3개 이상 사용되어도 무방하고, 그 중 적어도 하나의 가이드 바(140)에만 나사산이 형성되어 있어도 무방하다.

이하에서는 도6 내지 도8을 참조하여 드럼 어셈블리의 예시적 구성을 설명하기로 한다.

도6은 드럼이 제거된 상태의 일 실시예에 따른 윈치의 사시도이고, 도7과 도8은 각각 드럼이 제거된 상태의 윈치의 일부의 사시도 및 단면 사시도이다.

도면을 참조하면, 드럼 어셈블리는 드럼(110), 드럼(110)의 상부와 하부에 각각 부착된 상부 플랜지부(115) 및 하부 플랜지부(116), 상부 플랜지부(115)의 중심에서 외부로 돌출된 상부 회전축(111), 및 하부 플랜지부(116)의 중심에서 외부로 돌출된 하부 회전축(112)을 포함한다.

일 실시예에서 상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)의 각각은 대략 원판 형상이며 드럼(110)의 직경보다 큰 직경을 가진다. 바람직하게는 상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)의 직경이 동일하다. 상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)의 반경과 드럼(110)의 반경의 차이는 케이블(40)의 직경 보다는 작으며, 케이블(40)이 드럼(110)에서 이탈하지 않도록 방지하는 것이 바람직하다.

상부 플랜지부(115)와 하부 플랜지부(116)는 드럼(110)에 의해 이격되어 있으며, 두 플랜지부(115,116) 사이에 배치된 적어도 하나의 샤프트(117)에 의해 지지된다. 샤프트(117)의 일측은 상부 플랜지부(115)에 결합되고 타측은 하부 플랜지부(116)에 결합되어 상부 및 하부 플랜지부(115,116)를 이격시키며 지지한다. 그리고 원통 형상의 드럼(110)은 상부 및 하부 플랜지부(115,116) 사이에서 샤프트(117)를 둘러싸면서 결합되어 있다.

도7과 도8을 참조하면, 일 실시예에서 드럼 어셈블리는 케이블을 지지하는 케이블 그립(121)을 더 포함한다. 도시한 실시예에서 상부와 하부 플랜지부(115,116) 사이에 3개의 샤프트(117)가 서로 이격되어 설치되어 있고, 케이블 그립(121)은 케이블을 감싸며 케이블의 경로를 안내하고 케이블(40) 및 센서(30)의 하중을 지지하기 위해, 3개의 샤프트(117) 중 하나의 샤프트의 하부 플랜지부(116)에 인접한 단부쪽에 결합되어 있다.

케이블 그립(121)의 한쪽 단부는 대략 갈고리 형태로 되어 있어서 샤프트(117)에 체결될 수 있고, 케이블 그립(121)의 길이는 대략 두 개의 샤프트 사이의 간격과 비슷한 길이를 가진다. 이에 따라, 케이블 그립(121)은 상부 플랜지부(115)에서부터 하나의 샤프트(117)에 가이드되어 내려온 케이블(40)을 다른 하나의 샤프트(117)쪽으로 가이드함과 동시에, 케이블(40)에 가해지는 장력(즉, 케이블 단부에 부착된 센서(30) 및 자중에 의한 장력)을 분산시키는 역할을 한다.

이러한 구성에 따라, 케이블(40)의 한쪽 단부가, 드럼(110)의 하부 플랜지부(116)에 인접한 부위에 형성된 관통구(도3의 119)를 통해 드럼 내부로 인입되어, 샤프트(117), 드럼(110)의 내주면, 및 하부 플랜지부(116)의 내측면에 의해 형성된 경로 및 케이블 그립(121)과 이 케이블 그립(121)의 단부가 체결된 샤프트(117)를 따르는 경로를 따라 상부로 올라가서 상부 플랜지부(115)의 상부 회전축(111)에 고정된 슬립링(125)과 결합한다.

도8을 참조하면, 상부 회전축(111)은 내부의 중심축에 관통구가 형성되어 있고, 회전축(111) 상단에 슬립링(125)이 결합되어 있다. 슬립링(125)은 회전체와 고정체 사이의 전기적 신호 전달을 가능하게 하는 부재로서, 슬립링(125)의 하부는 상부 회전축(111)에 결합되고 슬립링(125)의 상부는 슬립링 브라켓을 통해 윈치(100)의 상부 프레임(101)에 결합되어 있다. 슬립링(125)의 상부에는 윈치(100) 외부와 연결되는 외부 케이블(41)이 전기적으로 연결되어 있다.

한편 도8의 실시예에서 윈치의 상부 프레임(101)과 하부 프레임(103)을 지지하며 연결하는 지지축(107)은 고정축(108)과 이를 둘러싸며 자유롭게 회전할 수 있도록 부착된 회전 파이프(109)를 포함한다.

고정축(108)은 일측이 상부 프레임(101)에 결합되고 타측이 하부 프레임(103)에 결합되어 상부 및 하부 프레임(101,103) 사이를 이격시키며 지지한다. 회전 파이프(109)는 고정축(108)의 적어도 일부분을 둘러싸며 고정축(108)을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 결합된 원통형 형상을 가진다. 일 실시예에서 고정축(108)은 금속 재질로 구성되고 회전 파이프(109)는 예컨대 플라스틱으로 구성될 수 있다.

또한 도8에 도시한 바와 같이, 드럼 어셈블리의 상부 및 하부 플랜지부(115,116)의 직경이 드럼(110)의 직경보다 크기 때문에 플랜지부(115,116)의 외주면이 드럼(110) 보다 방사상 외측으로 약간 더 돌출되어 있어 케이블이 드럼(110)에서 이탈하는 것을 방지한다. 이 때 제1 및 제2 플랜지부(115,116)의 반경과 드럼(110)의 반경의 차이가 케이블(40)의 직경보다 작은 것이 바람직하다.

그리고 바람직하게는, 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 간격은 케이블(40)의 직경 정도인 것이 바람직하다. 예컨대, 유격을 감안하여, 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 간격이 케이블(40)의 직경과 동일하거나 이 직경에 ±10% 오차 내의 값을 가질 수 있다.

이와 같이 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 간격을 유지함으로써, 케이블(40)이 드럼(110)의 표면과 회전 파이프(109) 사이의 틈을 통해 감기게 될 때 케이블(40)이 벌어져서 드럼의 홈(118)에서 이탈하는 것을 방지함으로써 케이블이 서로 포개져서 감기는 것을 방지하고 케이블(40)이 하나의 홈(118)에 하나씩 안착될 수 있도록 한다. 또한 이 때 드럼(110)에 감겨있는 케이블(40)과 접촉해 있는 회전 파이프(109)도 고정축(108)을 중심으로 회전할 수 있으므로, 케이블(40)과 지지축(107)이 서로 접하면서도 케이블이 지지축(107)과의 마찰에 의해 방해받지 않고 드럼에 감길 수 있다.

이상 상술한 일 실시예에 따른 윈치(100)를 사용함으로써 종래대비 다음과 같은 기술적 효과를 가진다.

첫째, 드럼(110)과 도르래(130)의 움직임을 연동시킴으로써 케이블(40)이 드럼의 홈(118)에 하나씩 안착하여 감기는 것을 확실히 보장하며 케이블이 포개져서 감기는 것을 방지할 수 있다.

둘째, 드럼(110)의 1회전마다 도르래 지지부(130)가 드럼 홈(118)의 한 피치씩 움직이도록 하여 케이블을 한 피치씩 이동시키면서 드럼의 홈(118)에 한층만 감기게 함으로써 윈치 구조를 간단하게 하고 케이블이 포개지거나 엉킴을 방지할 수 있다.

셋째, 케이블이 드럼(110)의 표면과 지지축(107) 사이의 간격을 통해 드럼의 홈(118)에 감기며 이 때 이 간격이 케이블 직경의 2배보다 작도록 설계하였으므로 케이블이 포개지면서 감기는 것을 한층 더 방지할 수 있다.

넷째, 하나의 샤프트(117)에 케이블 그립(121)을 체결하여 케이블(40)을 다른 샤프트(117)까지 가이드함으로써, 케이블(40)이 장력을 받더라도 장력을 분산시키고 케이블(40)의 단부가 상부 회전축(111)에 견고히 결합될 수 있도록 하여 케이블(40)과 외부 케이블(41)의 전기적 접속을 신뢰성 있게 유지할 수 있다.

다섯째, 기존의 윈치에 적절하지 않은 우레탄 케이블도 본 발명에 따른 윈치에 사용할 수 있는 이점이 있다.

우레탄 케이블은 전선을 둘러싸는 피복으로서 우레탄 피복을 사용하며, 내구성 향상을 위해 우레탄 피복 내에 케블라 섬유가 삽입되기도 한다. 우레탄 케이블은 다른 종류의 케이블(예컨대 스테인레스와이어 케이블 및 테프론 케이블)에 비해 저렴한 장점이 있지만, 내구성이 약하여 드럼에 감겼다가 풀리는 동작이 반복되면 우레탄 피복이 늘어서 케이블에 주름이 생기고 변형이 일어나게 된다. 따라서 종래에는 윈치용 케이블로서 내구성이 강한 스테인레스 와이어 케이블이 가장 적당하지만 스테인레스 와이어 케이블은 가격이 상당히 비싸고 케이블 단부에서 전선을 뽑아내어 다른 장치와 전기적 접속을 연결하는 작업이 상당히 어려운 단점이 있었다. 또한 테프론 피복 케이블은 절연성이 우수하나 가격이 비싸고 잘 긁히며 특성이 딱딱하여 윈치용으로 사용하기에는 어려움이 있다.

그러나 본 발명에 따른 윈치에서는 드럼(110)과 도르래(130)의 움직임을 연동하고 드럼(110)과 지지축(107) 사이의 제한된 틈을 통해 케이블이 감기도록 함으로써 케이블이 포개지지 않고 드럼의 홈(118)에 하나씩 케이블을 안착되어 감기는 것을 보장하기 때문에, 기존의 우레탄 케이블을 사용하더라도 위와 같은 문제가 발생하지 않는다.

또한 일반적인 윈치의 경우 케이블을 가이드 없이 감거나 풀어서 케이블이 얽히기 쉽고 2층 이상 왕복으로 감을 수 있는 가이드를 적용하는 경우에도 케이블을 감거나 풀 때 한 방향으로 회전하는 동안 가이드를 왕복시켜야 되어서 구조가 복잡해지고 비용이 많이 들며 2층 이상에서는 우레탄 피복의 점성에 의해서 더욱 더 겹쳐져서 감기는 문제가 있다. 일 실시예에 따른 윈치의 경우 케이블을 한 층만 감거나 풀기 때문에 감거나 풀 때 한 방향으로만 가이드가 움직임으로써 구조가 간단해져서 제작비용이 절감되고 고장의 요소가 감소하며 케이블이 겹쳐지는 일이 없는 효과를 가진다.

이상과 같이 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였다. 그러나 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상술한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 윈치
110: 드럼
130: 도르래
140: 가이드 바
150: 구동모터
160: 제어장치

Claims (11)

1. 지하수 관정용 윈치에 있어서,
   케이블을 권취하는 원통형의 드럼 및 이 드럼의 회전축을 포함하는 드럼 어셈블리;
   상기 드럼 어셈블리에 인접하여 상기 드럼의 회전축에 평행하게 배치된 적어도 하나의 가이드 바(140);
   상기 드럼에 감기거나 풀리는 케이블을 외주면에 지지하여 인출입시키는 도르래(130); 및
   상기 도르래를 지지하고 상기 가이드 바에 슬라이딩 가능하게 결합된 도르래 지지부(133);를 포함하고,
   상기 드럼은 상기 드럼에 감기는 케이블이 안착되도록 드럼 표면에 형성된 홈을 포함하고, 상기 드럼 어셈블리가 1회전 할 때 상기 도르래 지지부가 상기 가이드 바를 따라 상기 홈의 1피치의 거리를 이동하며,
   상기 지하수 관정용 윈치는 상기 드럼에 케이블을 감을 때 케이블을 상기 드럼의 홈에 한 층만 감으며,
   상기 지하수 관정용 윈치가,
   구동모터(150);
   상기 구동모터(150)의 회전축에 결합된 구동풀리;
   상기 드럼의 회전축에 결합된 제1 종동풀리;
   상기 가이드 바의 회전축에 결합된 제2 종동풀리;
   상기 구동풀리, 제1 종동풀리, 및 제2 종동풀리를 연결하는 구동벨트;
   상기 드럼 어셈블리의 일측 단부에서 상기 드럼의 회전축을 지지하는 제1 프레임;
   상기 드럼 어셈블리의 타측 단부에서 상기 드럼의 회전축을 지지하는 제2 프레임; 및
   일측이 상기 제1 프레임에 결합되고 타측이 상기 제2 프레임에 결합되어 상기 제1 프레임과 제2 프레임 사이를 이격시키며 지지하는 적어도 하나의 고정축(108);을 더 포함하고,
   상기 고정축은, 상기 고정축의 적어도 일부분을 둘러싸며 상기 고정축을 중심으로 자유롭게 회전할 수 있도록 결합된 원통형의 파이프를 포함하며,
   상기 드럼 어셈블리가,
   상기 드럼의 일측 단부에 결합되고 상기 드럼의 직경보다 큰 직경의 외주면을 갖는 제1 플랜지부; 및
   상기 드럼의 타측 단부에 결합되고 상기 제1 플랜지부와 동일한 직경의 외주면을 갖는 제2 플랜지부;를 포함하고,
   상기 제1 및 제2 플랜지부의 반경과 상기 드럼의 반경의 차이가 상기 케이블의 직경보다 작으며,
   상기 드럼의 회전축은, 상기 제1 플랜지부의 중심에서 상기 드럼 어셈블리의 외측으로 돌출된 제1 회전축, 및 상기 제2 플랜지부의 중심에서 상기 드럼 어셈블리의 외측으로 돌출된 제2 회전축을 포함하고,
   상기 드럼 어셈블리는, 일측이 상기 제1 플랜지부에 결합되고 타측이 상기 제2 플랜지부에 결합되어 상기 제1 플랜지부와 제2 플랜지부 사이를 이격시키며 지지하는 제1 샤프트를 포함하고,
   상기 드럼이 상기 제1 샤프트를 둘러싸면서 상기 제1 플랜지부와 제2 플랜지부 사이에 결합되어 있으며,
   상기 드럼 어셈블리는, 일측이 상기 제1 플랜지부에 결합되고 타측이 상기 제2 플랜지부에 결합되어 상기 제1 플랜지부와 제2 플랜지부 사이를 이격시키며 지지하는 적어도 하나의 제2 샤프트와, 케이블과 접촉하며 케이블의 경로를 안내하고 상기 케이블의 하중을 지지하기 위해 상기 제1 샤프트의 상기 제2 플랜지부에 인접한 단부쪽에 결합된 케이블 그립(121)을 더 포함하고,
   상기 케이블의 한쪽 단부가, 상기 드럼의 상기 제2 플랜지부에 인접한 부위에 형성된 관통구를 통해 드럼 내부로 인입되어, 상기 제2 샤프트와 상기 드럼의 내주면 사이 및 상기 제2 플랜지부의 내측면에 의해 형성된 경로 그리고 상기 케이블 그립과 상기 제1 샤프트를 따르는 경로를 통과하여, 상기 제1 플랜지부의 상기 제1 회전축을 따라 올라가 상기 제1 회전축에 고정된 슬립링에 결합하는 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 바(140)의 표면에 나사산이 형상되고,
   상기 도르래 지지부(133)는, 상기 가이드 바(140)의 나사산에 맞물려 결합되어 상기 가이드 바(140)를 따라 슬라이딩 가능한 너트를 포함하는 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 드럼의 표면과 상기 원통형의 파이프 사이의 간격이 케이블의 직경과 동일하거나 이 직경에 ±10% 오차 내의 값을 가짐으로써, 케이블이 드럼의 홈에서 이탈하거나 케이블끼리 서로 겹쳐지거나 엉키는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 가이드 바(140)는 두 개인 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 두 개의 가이드 바(140)의 각각의 단부는 가이드바 풀리(142)를 포함하며, 각각의 상기 가이드바 폴리(142)는 가이드바 벨트(143)에 의해 결합된 것을 특징으로 하는, 지하수 관정용 윈치.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

Images