KR101912976B1 - 금속 와이어 내의 결함을 필터링하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 강철 와이어 등의 금속 와이어 내의 결함을 필터링하는 기존의 권취기 또는 인발 벤치 상에 장착될 수 있는 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치는 제1 캡스턴(206)과 제2 캡스턴(212) 사이의 기계적인 힘 경로 내의 토크 발생 커플링을 포함한다. 사용 중에, 제2 캡스턴(212)의 외주 속도는 제1 캡스턴(206)의 외주 속도보다 크다. 토크 발생 커플링은 제1(또는 제2) 축과 제1(또는 제2) 캡스턴과 관련되는 캡스턴 사이에, 제1 및 제2 캡스턴들 사이에 또는 각각의 제1 및 제2 캡스턴의 축들 사이에 위치될 수 있다. 조정 가능한 자기 커플링을 사용함으로써, 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 안내될 때에 와이어에 적용되는 시험 힘이 임의로 조정될 수 있다. 이러한 장치는 또한 권취기 또는 인발 벤치 상에 용이하게 장착될 수 있는 독립형 유닛으로서 실시될 수 있다. 이러한 장치는 또한 제2 캡스턴으로부터 견인되는 와이어에 의해 구동될 수 있다.

Description

금속 와이어 내의 결함을 필터링하는 장치{AN APPARATUS FOR FILTERING OUT DEFECTS IN METAL WIRES}

본 발명은 와이어 인발(wire drawing) 중에 또는 그 후에 금속 와이어 바람직하게는 강철 와이어 내의 와이어 결함을 필터링하는 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 기존의 와이어 인발 벤치(wire drawing bench)에 대한 부속물(add-on)로서 실시될 수 있거나, 재권취(rewinding) 중에 결점(flaw), 취약 영역(weak spot) 또는 다른 와이어 이상(aberration)을 검출하도록 와이어 권취기(wire winder) 상에 위치될 수 있다. 이러한 장치를 조작 및 조정하는 방법이 또한 제공된다.

금속 와이어 그리고 더 구체적으로 높은 강도(2500 N/㎟ 초과) 및 얇은 치수(0.30 ㎜ 미만)의 강철 와이어가 모든 종류의 적용 분야에서 점점 더 많이 사용되고 있다. 이들의 용도는 더 이상 예컨대 이들이 타이어 벨트(tyre belt)에 그 강성을 제공하거나 타이어 카커스(tyre carcass)에 그 강도를 제공하는 트럭 타이어의 보강을 위한 강철 코드(steel cord)에 제한되지 않는다. 높은 강도 및 얇은 치수의 와이어는 또한 엘리베이터 카트(elevator cart)를 승강하는 데 사용되는 벨트를 보강하는 강철 코드에서, 예컨대 동기식 벨트를 보강하는 기계 적용 분야에서 그리고 심지어 소잉 와이어(sawing wire)로서 귀중한 경질 및 취성의 재료의 소잉에서 그 용도를 찾아내었다.

높은 강도 및 얇은 치수의 강철 와이어를 제조하는 것은 그와 관련된 특정한 문제점을 유발한다. [예컨대 크레인 로프(crane rope)를 제조하는] 낮은 강도 및 두꺼운 치수의 와이어는 원재료의 결점에 훨씬 더 관대하다. 예컨대, 와이어 로드(wire rod) 내에 존재하는 변형 불가능한 개재물(undeformable inclusion)의 영향은 얇고 높은 강도의 와이어보다 두껍고 낮은 강도의 와이어에 대해 작을 것이고, 이것은 와이어의 총 단면적에 대한 변형 불가능한 개재물에 의해 점유되는 영역이 후자의 와이어보다 전자의 와이어에서 훨씬 작기 때문일 것이다. 이러한 개재물은 와이어 인발 공정에서의 와이어 파단(wire fracture)으로 인해 제조 손실로 이어질 수 있지만, 개재물이 간과된 채로 통과되어 최종 제품 내에 존재할 때에 훨씬 더 큰 영향을 미칠 수 있다. 예컨대 엘리베이터 벨트 내의 파단 와이어는 와이어 단부가 벨트로부터 이탈되기 시작할 것이므로 그와 관련된 벨트의 조기 퇴출(lay-off)을 유발할 수 있다. 와이어 소잉에서, 와이어의 예기치 못한 파단은 공정의 완전한 정지 그리고 귀중한 시간 및 재료의 손실로 이어진다.

그러므로, 본 출원인의 목표는 "베캐르트(Bekaert) 내에서 파단을 지켜내는 것"이고 즉 와이어 내의 취약 영역은 고객 또는 최종-사용자가 손해 또는 심지어 안전 문제에 대면되기 보다는, 와이어의 제조 중에 또는 그 직후에 검출 및 제거되는 것이 더 양호하다.

와이어의 내부 또는 표면 결점을 검출하는 시스템(이들 중 대부분이 자기 유도 측정을 기초로 함)이 이용 가능하지만, 이들 시스템은 문제점이 있으면 표시할 뿐이고 문제점을 제거하지 못한다. 제거는 그 영역에서 파단에 의해 모든 취약 영역을 필터링하기만 하면 가장 잘 수행된다. 이것은 시험 장치를 통해 전체의 길이를 연속적으로 진행시킴으로써 최소의 시험 장력을 소정의 시험 길이에 걸쳐 와이어에 적용함으로써 수행될 수 있다. 시험 중에 일어나는 모든 파단은 고객 또는 최종-사용자를 구출하는 파단이다.

와이어에 인발 직후에 '온-라인 인장 시험(on-line tensile test)'이 연속적으로 적용되는 장치가 설명되었다. 예컨대 와이어가 블록-태클 시스템(block-and-tackle system)과 유사하게 2개의 시브(sheave) 즉 고정 시브 및 가동 시브를 거쳐 안내되는 제JP 2000 167618호를 참조하기 바란다. 하중이 - 사하중(dead weight)에 의해, 공압으로 또는 유압으로 작동되는 시스템에 의해 - 가동 시브에 적용되고, 그에 의해 와이어 내에 인장 응력을 초래한다. 적용된 인장 응력의 수준은 사용 중에 와이어에 적용되는 장력(이것은 소잉 기계와 관련되므로, 이것은 소잉 기계에 의해 와이어에 적용되는 장력임)과 와이어의 파단 하중의 최대 약 70% 사이에 있다.

동일한 기계적인 원리의 대체적인 사용이 제JP 2007 118067호에 기재되어 있다. 와이어의 파단 하중의 40 내지 90%까지 힘 수준을 상승시킴으로써, 와이어 내의 인장 잔류 응력이 감소될 수 있는 것으로 주장된다.

이러한 종류의 시브 시스템과 관련된 문제점은 이들이 인발 기계 또는 와이어 재권취기 뒤에서 공간을 요구한다는 것이다. 또한, 장력의 크기를 제어하는 인장 제어 시스템은 바람직한 것보다 큰 공간을 점유한다. 그러므로, 본 발명의 발명자들은 작은 공간을 점유하고 기존의 와이어 인발 벤치 및/또는 권취기 상에 용이하게 신규 장착될 수 있고 장력의 제어가 간단한 해결책을 찾았다.

본 발명의 주 목적은 결함이 고객 또는 최종-사용자에게 도달되지 않도록 그 결함에서 파단을 발생시킴으로써 인발된 금속 와이어 바람직하게는 강철 와이어 내의 결함을 필터링하는 장치를 제공하는 것이다. 추가의 목적은 소형이고 기존의 와이어 인발 벤치 및/또는 권취기에 용이하게 신규 장착될 수 있는 장치를 제공하는 것이다. 또 다른 목적은 제어하기 간단한 시스템을 제공하는 것이다. 본 발명의 마지막 목적은 이러한 장치를 동작시키는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 장치가 제공된다. 이러한 장치는 2개의 캡스턴(capstan)을 포함한다. 본 출원의 목적을 위한 '캡스턴'은 와이어의 전체 또는 부분 루프(loop)가 와이어와 표면 사이의 마찰에 의해 그 상에서 진행되는 와이어에 힘을 전달하도록 권취되는 평탄 표면을 갖는 시브 - 예컨대, 실린더 - 이다. 캡스턴의 평탄 표면은 소정의 직경을 한정한다. 캡스턴은 이들이 고정 가능하게 또는 회전 가능하게 장착되는 축에 대해 회전될 수 있다. '고정 가능하게'는 상대 회전이 축과 캡스턴 사이에서 가능하지 않다는 것을 의미하고, '회전 가능하게'는 상대 회전이 캡스턴과 축 사이에서 가능하다는 것을 의미한다.

이러한 장치는 제1 축 상에 장착되는 제1 캡스턴 직경 D1을 갖는 제1 캡스턴 그리고 제2 축 상에 장착되는 제2 캡스턴 직경 D2를 갖는 제2 캡스턴을 포함한다. 용어 '제1' 및 '제2'에서, '제1 캡스턴'은 - 사용 중에 - 와이어가 그 후에 이러한 장치를 떠나는 제2 캡스턴으로 - 아마도 도르래, 시브 및 다른 장치를 거쳐 - 추가로 이동되기 전에 먼저 도착되는 캡스턴이라는 의미에서 순서가 내포된다. 축은 그 자체로 회전 가능하고, 구동식 또는 비-구동식일 수 있다. 구동은 회전 원동력(즉, 토크)이 (예컨대, 직접적인 구동 모터 벨트, 웜-웜 기어, 기어 박스 또는 임의의 다른 종류의 토크 전달부에 의해) 축에 적용된다는 것을 의미한다. 비-구동은 축이 예컨대 기준 프레임에 대해 베어링 상에 장착되기 때문에 항상 자유롭게 회전될 수 있다는 것을 의미한다.

사용 중에, 축은 (비-구동 축의 경우에) 회전되거나, (구동 축의 경우에) 제1 축에 대해 W1의 각속도('라디안/초'로 표현됨)로 그리고 제2 축에 대해 각속도 W2로 회전되게 된다. 각속도 및 직경은 와이어가 존재하지 않는 상태에서 제2 캡스턴의 원주 속도가 제1 캡스턴의 원주 속도보다 크거나 D2xW2/2가 D1xW1/2보다 크고 그에 따라 D2xW2가 또한 D1xW1보다 크도록 선택된다. 각속도가 별개로 축 상에 부과될 수 있고 예컨대 양쪽 모두의 축이 한정된 각속도 W1 및 W2를 갖는 개별의 모터에 의해 구동된다. 양쪽 모두의 축의 각속도가 W1:W2의 고정 기어 비율로 서로에 결합되면 더 양호하다. 제1 축이 각속도 W1로 구동되면, 제2 축이 각속도 W2로 회전될 것이고, 그 역도 또한 같다. 특정의 양호한 실시예에서, 어느 축도 구동되지 않지만, 양쪽 모두의 축이 고정 기어 비율 W1:W2로 서로에 결합된다. 이러한 방식으로, 이러한 장치는 그를 통해 견인되는 와이어에 의해 구동되는 독립형 유닛으로서 기존의 와이어 경로 내로 도입될 수 있다.

필터링 장치는 제1 캡스턴 또는 제2 캡스턴 중 하나가 각각의 제1 또는 제2 축에 고정 가능하게 장착되고 제2 캡스턴이 토크 발생 커플링(torque generating coupling)에 의해 제1 캡스턴에 결합되는 것을 특징으로 한다.

이러한 장치의 동작 원리는 다음과 같다: 즉, 와이어가 이러한 장치 내로 진입됨에 따라, 와이어가 그 주위에 권취되는 와이어의 루프에 의해 제1 캡스턴 상에 보유된다. 와이어는 와이어와 제1 캡스턴 사이의 슬립(slip)이 일어나지 않을 정도로 충분한 장력으로 보유된다(추가로 설명됨). 그 다음에, 와이어는 그 원주 속도(W2xD2/2)가 적어도 제1 캡스턴의 원주 속도(W1xD1/2)보다 큰 제2 캡스턴으로 안내된다. 재차, 슬립이 일어나지 않을 정도로 충분한 루프가 제2 캡스턴 주위에 권취된다.

제2 축과 제2 캡스턴 사이의 커플링이 강성이면 - 이것은 본 발명에 의해 배제되지 않는 선험적 사항임 - 이것이 ((W2xD2/W1xD1)-1)의 와이어에 대한 적용된 변형률 ε_고정을 초래할 것이다. 이러한 변형률이 와이어의 파단 시의 최대 변형률 A_t보다 높으면, 와이어가 간단하게 파단될 것이다. A_t는 일반적으로 매우 크지 않으므로 - 고려된 종류의 강철 와이어에 대해 전형적으로 3% 미만임 - 비율 W2xD2/W1xD1의 매우 양호한 제어가 요구된다.

그 적용이 순수하게 마찰 기반인 고정 변형률을 적용할 때에 이러한 마찰은 와이어 성질, 캡스턴의 표면 및 표면 상태 그리고 심지어 온도 및 습도 등의 환경 조건에 따라 변동될 수 있다는 문제점이 또한 있다. 캡스턴 상의 와이어의 냉각은 예컨대 캡스턴의 적용된 변형률에 추가되는 열 수축으로 이어질 것이다. 이것은 예컨대 마찰이 안정되고(와이어가 유체 윤활유 내에 침지되고, 캡스턴이 냉각되고, 일정한 온도에서 유지됨) 변형률이 인발 다이에 의해 부과되는 습식 와이어 인발 기계에서 일어나는 것과 반대이다.

본 발명의 발명자들은 제1 캡스턴과 제2 캡스턴 사이에 토크 발생 커플링을 도입함으로써 마찰에 대한 감도 그리고 비율 W2xD2/W1xD1을 통해 적용된 변형률의 제어에 대한 필요성이 대폭적으로 해결된다는 것을 놀랍게도 밝혀냈다. 이러한 커플링의 존재는 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 이동되는 와이어에 일정한 힘을 유도하고, 더 이상 와이어 상으로 일정한 변형률을 부과하지 않는다. 더욱이, 토크 발생 장치의 간단한 조정은 0 초과 그리고 F_고정 이하의 와이어에 대한 장력을 적용하는 것을 가능케 하고, F_고정은 AEε_고정과 동일하고, A는 단면적이고, E는 와이어의 탄성률이다.

추가의 보너스로서, 비율 (W2xD2/W1xD1)-1은 와이어의 총 변형률 A_t보다 상당히 높게 선택될 수 있다. 고정 커플링의 토크 아래로 커플링에 의해 발생되는 토크를 유지함으로써, 과도하게 높은 변형률이 와이어 상에 부과될 위험성이 없다.

토크 발생 장치의 존재로 인해, 제2 캡스턴 상에서의 와이어의 선 속도는 제1 캡스턴 상에서의 선 속도보다 높을 것이다. 이러한 차이는 비율 W2xD2/W1xD1에 의존할 것이다. 제2 캡스턴 상에서의 와이어의 선 속도 V2는 제1 캡스턴 상에서의 와이어의 선 속도 V1보다 단지 약간 높을 것이다. 선 속도의 비율 V2/V1은 변형률+1(ε+1)과 동일하고, 변형률은 와이어의 인장의 결과이다. 그에 따라, 와이어가 사용 중에 존재하는 지에 따라, 제2 선 속도는 제1 선 속도보다 크다.

토크 발생 커플링은 제2 캡스턴에 제1 캡스턴을 기계적으로 연결하는 축, 벨트 또는 기어에 의해 형성되는 힘 경로를 따라 상이한 위치에 위치될 수 있다. 이러한 힘 경로는 사용 중에 와이어에 의해 형성된 힘 경로와 평형된다. 토크 발생 커플링을 위한 양호한 위치는 다음과 같다: 즉,

· 토크 발생 커플링은 제2 축과 제2 캡스턴 사이에 위치되고, 또는;

· 토크 발생 커플링은 제1 축과 제1 캡스턴 사이에 위치되고, 또는;

· 토크 발생 커플링은 제1 및 제2 축들 사이에 위치되고, 또는;

· 토크 발생 커플링은 제1 및 제2 캡스턴들 사이에 위치된다.

바람직하게는, 토크 발생 커플링은 조정 가능하다. 조정은 별개의 단계로 되어 있을 수 있거나 연속적일 수 있다.

가능한 토크 발생 커플링은 마찰체(예컨대, 링의 형태로 된 브레이크 패드)가 브레이크 디스크 상의 제어 수직력으로써 압박되는 간단한 마찰 커플링이다. 여기에서의 문제점은 브레이크 패드의 마모, 발생된 열 그리고 발생된 토크를 제어하는 어려움이다. 다른 토크 발생 커플링은 토크가 제어 수직력으로써 함께 가압되는 디스크들 사이의 분말 - 대개 금속 분말 - 을 거쳐 전달되는 분말 커플링이다. 분말이 강자성이면, 분말의 외관 속도는 예컨대 전자기 코일(전자기 분말 커플링)로부터의 자기장을 통해 제어될 수 있다. 또한, 여러 개의 쌍들의 디스크(예컨대, 짝수 디스크가 캡스턴에 연결되고, 홀수 디스크가 제2 축에 연결됨) 사이의 유체가 토크를 전달하는 유체 커플링이 사용될 수 있다. 이것은 점도의 변화(점성 유체 커플링)로 인해 또는 임펠러(impellor)-러너 터빈(runner turbine) 조합을 통한 모멘텀의 교환에 의해 중 어느 한쪽에 의해 기인될 수 있다.

그러나, 단연코 가장 양호한 커플링은 자기 커플링이다. 자기 커플링에서, 예컨대 축에 고정되는 교대 폴 영구 자석 - 네오디뮴-철 또는 사마륨-코발트 계열의 자석 등의 기존의 높은 성능의 자석 - 의 링이 대응하는 캡스턴 구동 구멍에 고정되는 교대 폴 자석의 링으로부터 간극에 의해 분리된다. 토크가 축 또는 캡스턴 중 어느 한쪽 상에 작용할 때에, 이러한 토크는 각각 캡스턴 및 축으로 자기장을 거쳐 전달될 것이다. 자석의 개수가 전달의 매끄러움을 결정할 것이다(자석이 많을수록 매끄러워진다). 전달되는 토크의 크기는 영구 자석의 자기장 강도가 거리에 따라 급속하게 감소되므로 간극의 폭에 의존할 것이다. 그러므로, 발생되는 토크의 조정은 간단한 간극 조정에 의해 성취된다. 그러므로, 수직력의 제어가 요구되지 않고, 이것은 자기 커플링을 가장 양호한 커플링으로 만든다. 간극 내에, 진공, 공기, 유체, 또는 분리 디스크 또는 부싱(bushing)이 있을 수 있다.

기본적으로, 다음의 2개의 설계가 있다: 즉, 자기장선이 회전 축에 평행하게 진행되는 축 방향 설계(그 경우에, 자석이 디스크 상에 배열됨)가 있거나, 자석의 자기장선이 방사상으로 진행되는 방사상 설계가 있다. 그 경우에, 자석 링은 서로 내로 장착된다. 방사상 설계는 축과 캡스턴 사이 내로의 커플링의 용이한 장착을 가능케 하므로 가장 양호하다.

바람직하게는, 축은 서로에 평행한 평면 내에 위치된다. 축이 서로에 평행하면 더 양호하다. 대체예에서 또는 추가예에서, 캡스턴의 표면 상에 도착되는 와이어 그리고 그로부터 출발되는 와이어가 축에 직각인 평면 내에 있도록 축 및 캡스턴이 조직되면 양호하다. 축이 평행할 때에, 이것은 (시브 또는 롤 등의) 디플렉터(deflector)가 와이어 경로 내에 존재하지 않으면 양쪽 모두의 캡스턴이 동일한 평면 내에 위치된다는 것을 내포한다. 이것은 기어가 캡스턴의 평면에 평행한 평면 내에서 축들 사이에 위치될 수 있으므로 양쪽 모두의 축들 사이의 고정 기어링을 더 용이하게 한다. 축들은 또한 동축일 수 있고, 즉 하나의 축이 다른 축 내부측에 있고, 다른 축은 중공 샤프트의 형태를 취한다.

가장 양호한 실시예에서, 제1 및 제2 축이 병합되어 동일하고 즉 단지 1개의 축이 있다. 이러한 실시예의 제1 장점은 물론 축을 절약한다는 것이다. 제2 장점은 기어링 비율 W1:W2는 1:1로 자동적으로 고정된다는 것이다. 제3 장점은 공간이 절약된다는 것이다. 제4 장점은 이러한 방식으로 와이어 인발 벤치 및/또는 와이어 권취기 등의 이미 캡스턴이 존재하는 기존의 기계에 필터링 장치를 신규 장착하는 것이 가능해진다는 것이다. 이러한 단일 축은 구동식 또는 비-구동식일 수 있다. 구동 축은 예컨대 와이어 인발 캡스턴 또는 권취기 캡스턴의 구동 축일 수 있다. 특히 양호한 실시예에서, 이러한 단일 축이 구동되지 않는다. 이러한 장치는 그 다음에 독립형 유닛으로서 와이어 경로 내에 도입될 수 있다. 이러한 장치는 그 다음에 그를 통해 견인되는 와이어에 의해 구동되고, 여전히 결함 필터로서 기능한다.

이러한 단일 축 실시예에서 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 와이어를 안내하기 위해, 1개 이상의 반전 롤이 와이어 경로 내에 도입될 수 있다. 1개의 반전 롤이면 이론적으로 충분하다. 반전 롤을 거쳐, 와이어가 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 안내된다. 바람직하게는, 반전 롤은 반전 굽힘(reversal bending)이 와이어 내에 유도되지 않도록 도입된다. 그러므로, 그 경로 상에서 와이어를 추종할 때에, 굽힘부가 항상 동일한 방향에 있다. 반전 굽힘은 와이어 내에 비틀림을 도입할 수 있다.

추가의 장력 제어가 반전 롤을 제동 또는 구동함으로써 도입될 수 있다. 반전 롤이 W1xD1/2보다 큰 선 속도로 구동되면, 와이어가 추가로 제1 캡스턴과 반전 롤 사이에서 인장될 것이고, 반전 롤과 제2 캡스턴 사이의 장력이 감소될 것이다. 대체예에서, 반전 롤이 제동될 수 있고, 이러한 경우에 반전 롤과 제2 캡스턴 사이의 장력이 상승되고, 한편 제1 캡스턴과 반전 롤 사이의 장력이 감소된다.

양호한 대체의 실시예에서, 2개의 롤이 존재한다. 제1 롤은 제1 캡스턴과 관련되고, 제2 롤은 제2 캡스턴과 관련된다. 양쪽 모두의 롤은 서로로부터 독립적으로 회전될 수 있다. 롤의 기능은 캡스턴 상의 후속의 루프가 서로를 방해하는 것을 방지하는 것이다. 롤 그리고 관련된 캡스턴을 거쳐 와이어의 루프를 나사산 결합함으로써, 단일 캡스턴 상의 후속의 루프가 분산되고, 진행 중에 서로를 교란하지 않는다. 이러한 분산은 단일 축에 대해 작은 각도 하에서 반전 롤 축을 위치시킴으로써 추가로 영향을 받을 수 있다(그러나 양쪽 모두가 여전히 동일한 평면 내에 있다).

추가의 양호한 실시예에서, 교정 장치(straightening device)가 이러한 장치의 와이어 경로 내에 도입된다. 교정 장치 또는 '교정기'는 그 평면 내에서의 반복된 반전 굽힘이 와이어 상에 바람직한 잔류 응력을 유도하는 실질적으로 단일의 평면 내의 일련의 홈형 롤러이다. 교정기를 사용하는 목적은 다음과 같이 다양할 수 있다: 즉, 이들은 소정의 캐스트(cast)(캐스트는 자유롭게 현수될 때에 와이어에 의해 채택되는 일반적인 곡률임)를 와이어에 제공하도록 또는 - 정반대로 - 와이어를 직선으로 만들도록 도입될 수 있다. 이들은 또한 와이어 상의 잔류 내부 응력에 영향을 미치는 데 사용될 수 있다. 예컨대 표면에서의 압축 응력은 와이어의 내피로성을 개선하는 것으로 알려져 있다. 그 관점에서 제US 4,612,792호를 참조하기 바란다. 또 다른 용도는 기준 평면 약간 위에 또는 아래에 홈형 롤러를 위치시킴으로써 와이어 또는 심지어 코드 상에 비틀림을 유도하는 것이다. 교정기는 대개 다음과 같이 조합된다: 즉, 상이한 교정기가 기준 평면들 사이에서 소정의 각도로써(예컨대, 직각으로) 직렬로 위치되고, 한편 와이어는 실질적으로 이들 평면의 교차선을 따라 정렬된다.

교정기의 기능은 복잡하고 복합적이다. 그러나, 교정기의 적절한 기능을 위한 중요한 파라미터는 그를 통해 진행되는 와이어의 장력이 일정하여야 하고 바람직하게는 제어 가능하다는 것이다. 이것은 위에서 설명된 장치로써 성취된다. 제1 및 제2 캡스턴들 사이의 와이어 경로 내에 교정기를 위치시킴으로써, 그 기능이 대폭적으로 개선되고, 변동에 덜 취약하다.

와이어 경로는 다수개의 영역으로 분할될 수 있다. 아마도 (존재하면) 반전 롤을 거쳐 연장되는 제1 캡스턴 상의 와이어 루프인 진입 영역이 있다. '진입 영역' 내의 와이어는 와이어의 진입 장력 T₁(즉, 캡스턴 전의 장력)로 진입되고, 장력은 '인장 영역'의 장력 T₂로 상승된다. '인장 영역'은 와이어가 제1 캡스턴을 떠나 제2 캡스턴에 도착되고 그에 의해 아마도 반전 롤을 통과하는 영역이다. '인장 영역'에서, 장력은 토크 발생 커플링에 의해 유도되는 장력에 있고, 제어된다. 마지막으로, 와이어는 '배출 영역'의 루프를 통해 배출된다. '배출 영역'에서, 와이어는 장력 T₂로 진입되고, T₂보다 높을 수 있지만 바람직하게는 낮은 배출 장력 T₃으로 배출된다. 배출 영역은 와이어가 아마도 반전 롤을 거쳐 연장되는 제2 캡스턴 내로 진입되고 그 캡스턴으로부터 배출되는 영역이다.

교정기는 진입 영역, 인장 영역 또는 배출 영역 내에 위치될 수 있다. 바람직하게는, 교정기는 장력이 안정되고 제어 가능하므로 인장 영역 내에 위치된다. 진입 영역 내에서, 장력은 T₁과 T₂ 사이에서 변동될 수 있고, 루프의 위치 그리고 캡스턴에 대한 와이어의 마찰에 의존한다. 진입 영역의 종료부에 근접한 루프가 T₂에 가까울 것이고, 진입 영역의 시작부에서의 루프가 T₁에 근접한 장력을 갖는다. 동일한 사항이 다음과 같이 배출 영역에서 준용하여 일어난다: 즉, 장력은 루프의 위치 그리고 캡스턴에 대한 와이어의 마찰에 따라 T₂와 T₃ 사이에서 변동될 수 있다.

교정기가 인장 영역 내에 위치될 때에, 교정기를 통해 와이어를 용이하게 나사산 결합하는 반전 롤을 추가할 것이 필요하다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 위에서 설명된 것과 같은 필터링 장치를 포함하는 와이어 인발 벤치가 제공된다. 이러한 와이어 인발 벤치는 (인발 다이를 통해 견인될 때에 와이어를 윤활시키는 데 가루 비누를 이용하는) 건식 인발 벤치일 수 있거나, (다이 홀더 내의 다이가 액체 윤활제 내에 침지되는) 습식 인발 벤치일 수 있다. 어느 경우에나, 필터링 장치는 충분한 크기의 마찰이 이러한 장치의 적절한 기능을 위해 중요하므로 최종 인발 다이(본 출원의 목적을 위해, '최종 인발 다이'는 최소 직경을 갖는 다이이고 그 동의어는 '헤드 다이'임) 뒤에 그리고 임의의 윤활부 외부측에 위치된다.

특히 양호한 실시예에서, 제1 캡스턴이 최종 다이에 후속되는 인발 캡스턴 즉 최종 다이 또는 헤드 다이를 통해 최종 직경에서 와이어를 견인하는 헤드 캡스턴에 대응한다. 제1 축은 그 다음에 헤드 캡스턴의 축에 대응한다. 제2 캡스턴은 제1 축에 대해 고정 기어 비율로 회전되는 제2 축 상에 장착될 수 있다. 또는, 제2 캡스턴이 또한 헤드 캡스턴의 축인 제1 캡스턴의 축 상에 장착되면 훨씬 더 양호하다.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 본 발명의 제1 태양에 따른 필터 장치를 포함하는 권취기가 제공된다. 권취기는 일반적으로 (와이어를 전달하는) 권출 섹션 및 (캐리어 상에 와이어를 권취하는) 권취 유닛을 갖는다. 필터 장치는 기존의 권취기에 용이하게 신규 장착될 수 있다. 특히 양호한 실시예에서, 장비를 작동시키는 구동부가 요구되지 않는다. 캡스턴은 그를 통해 견인되는 와이어에 의해 회전되게 된다. 물론, 최종 권취 유닛은 캡스턴을 회전시킬 정도로 충분한 전력을 전달하여 토크 발생 커플링에 의해 발생되는 토크를 극복할 수 있어야 한다.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 본 발명의 제1 태양에 따른 장치의 사용에 의해 강철 와이어로부터 결함을 필터링하는 방법이 설명될 것이다. 우선, 시험 중의 와이어가 장력 T₁로 (권출 스풀로부터, 인발 벤치, 또는 와이어 발생 또는 처리를 위해 알려져 있는 임의의 다른 장치로부터) 이러한 장치로 급송된다. 와이어는 제1의 1개 이상의 루프로써 제1 캡스턴 주위에 레이싱(lacing)된다. 와이어가 캡스턴 상의 그 출발 지점에 재차 도착될 때에, 하나의 루프가 완성된다. 와이어 경로 내에 교정기가 있으면, 와이어가 그 교정기를 통해 안내될 수 있다. 와이어는 그 다음에 제2의 1개 이상의 루프로써 제2 캡스턴을 거쳐 와이어를 레이싱함으로써 그 경로를 추종한다. 와이어는 장력 T₃으로 제2 캡스턴으로부터 추출된다. 제1 및 제2 캡스턴 사이의 와이어 경로('인장 영역')에서, 와이어는 T₂의 장력 하에 있다. 이것은 '시험 장력'이고, 그 수치는 토크 발생 커플링을 간단하게 조정함으로써 조정될 수 있다.

교정 장치가 존재할 때에, 이러한 시험 수준은 약간의 힘이 그를 통해 와이어를 견인하는 데 요구되므로 와이어가 교정기 내로 진입되기 전보다 교정기를 통과한 후에 약간 클 것이다. 어느 경우에나, 이러한 편차는 상당히 작다.

와이어 상에 유도되는 시험 장력 수준에 따라, 상이한 효과가 성취될 수 있다. 시험 장력이 그 추가의 사용 중에 그 상에 적용되는 와이어 장력보다 크면, 와이어는 그 용도 즉 제1의 유리한 용도를 위해 충분한 정도까지 결함을 필터링할 것이다. 다중 와이어 소잉 기계에서 소잉 와이어 상에 적용되는 예가 25 N 장력이다. 이미 30 N으로 시험 장력을 설정하는 것은 상당한 결함 필터링을 가져온다. 예컨대, 시험 장력은 와이어의 파단 하중의 20%, 30% 또는 심지어 40%보다 크게 설정될 수 있다. 와이어가 대부분의 와이어에 대해 이들의 파단 하중의 최대 약 70%, 일부의 와이어에 대해 최대 80% 그리고 고인장 와이어에 대해 최대 90%까지 연장되는 그 탄성 영역 내에서 있기만 하면, 필터링 효과를 제외한 특정한 변화가 와이어 상에 유도되지 않을 것이다.

제2의 유리한 용도는 시험 장력이 와이어의 소성 영역(즉, 대부분의 와이어에 대해 70% 초과, 일부의 와이어에 대해 80% 초과 그리고 특별한 와이어에 대해 90% 초과) 내에 있을 때에 일어나고, 필터링 효과에 추가하여, 와이어의 변화가 유도될 수 있다. 예컨대, 와이어의 캐스트가 변경될 수 있다. 또 다른 유리한 용도는 와이어 내의 잔류 내부 응력을 변화시키는 것이다. 교정기와 결합될 때에, 이러한 캐스트 효과 또는 잔류 내부 응력 효과는 교정기가 부과된 인장 응력에 굽힘 응력을 추가함으로써 와이어 단면의 일부를 소성 상태로 상승시킬 수 있으므로 더 용이하게 성취될 수 있다.

이러한 장치 또는 방법의 적절한 작업을 위해 중요한 것은 제1의 1개 이상의 루프의 개수 그리고 제2의 1개 이상의 루프의 개수가 슬립이 사용 중에 와이어와 제1 캡스턴 그리고 와이어와 제2 캡스턴 사이에서 일어나지 않을 정도로 충분하여야 한다는 것이다. 캡스턴 상에서의 슬립은 일반적으로 다음과 같이 오일러 마찰 공식을 통해 모델링된다: 즉, 캡스턴에서의 배출 장력 T_out이 T_in·e^-μθ[여기에서, T_in은 와이어가 캡스턴 내로 진입되는 장력이고, μ는 각도 마찰 계수(단위: rad^-1)이고, θ는 총 접촉 각도(단위: rad, 1개의 루프는 2π에 대응하고, '접촉'은 와이어와 캡스턴 사이에 있음]보다 크게 유지되면, 슬립이 일어나지 않을 것이다. 제2 캡스턴(T₂에 대한 T₃) 및 제1 캡스턴(T₁에 대한 T₂)에 이러한 기준을 적용하는 것은 루프의 요구 개수를 가져올 것이다. 일반적으로, 제2의 1개 이상의 루프의 개수는 배출 장력이 대개 가장 낮으므로 제1의 1개 이상의 루프보다 높을 것이다.

마찰 계수 'μ'는 충분히 높아야 하므로, 캡스턴에 대한 마찰 감소제(윤활제, 오일, 왁스 등)의 사용은 어느 경우에나 피해져야 한다.

아마도 제1의 1개 이상의 루프는 제1 캡스턴과 적어도 1개의 반전 롤 사이에서 분리될 수 있다. 와이어와 캡스턴 사이의 접촉 각도가 그 다음에 감소되므로, 제1의 1개 이상의 루프의 개수가 동시에 조정되어야 한다. 대신에 또는 동시에, 제2의 1개 이상의 루프는 제2 캡스턴과 적어도 1개의 반전 롤 사이에서 분리될 수 있다. 제2의 1개 이상의 루프의 개수가 부수적으로 조정되어야 한다.

위에서 설명된 것과 같은 장치를 사용하는 방법으로서,

· 시험될 강철 와이어 등의 금속 와이어를 급송하는 단계,

· 제1의 1개 이상의 루프로써 제1 캡스턴 주위에 와이어를 레이싱하는 단계,

· 선택적으로, 와이어가 교정기를 통해 안내되는 단계,

· 제2의 1개 이상의 루프로써 제2 캡스턴 주위에 와이어를 레이싱하는 단계 그리고

· 이러한 장치로부터 와이어를 추출하는 단계

를 포함하는,

방법에 있어서,

토크 발생 커플링은 와이어에 대한 일정한 시험 장력이 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 이동될 때에 유동되도록 조정되는,

것을 특징으로 한다.

이러한 방법은 토크 발생 장치가 와이어의 파단 하중의 적어도 20%인 시험 장력을 유도하는 토크로 조정되는 특징에 의해 추가로 보완될 수 있다.

위의 2개의 방법에서, 제1의 1개 이상의 루프의 개수 그리고 제2의 1개 이상의 루프의 개수는 슬립이 와이어와 제1 캡스턴 사이에서 그리고 와이어와 제2 캡스턴 사이에서 일어나지 않을 정도로 충분하다.

위의 3개의 방법에서, 제1 및 제2 축이 병합되고, 제1의 1개 이상의 루프가 제1 캡스턴과 적어도 1개의 반전 롤 사이에서 공유되고, 제2의 1개 이상의 루프가 적어도 1개의 반전 롤과 제2 캡스턴 사이에서 공유되는 특징을 추가로 갖는 장치가 사용된다.

특히 선호되는 방법에서, 캡스턴이 그를 통해 견인되는 와이어에 의해 구동된다.

도 1은 와이어 인발 기계의 종래 기술의 헤드 캡스턴을 도시하고 있다.
도 2는 본 발명의 제1의 양호한 실시예를 도시하고 있다.
도 3은 교정기를 포함하는 본 발명의 제2의 양호한 실시예를 도시하고 있다.
도 4는 토크 발생 커플링의 상이한 장착 상태를 갖는 본 발명의 제3의 양호한 실시예를 도시하고 있다.
도 5는 본 발명의 대체적인 작동 원리를 도시하고 있다.

도 1은 와이어 인발 벤치(100) 상의 헤드 캡스턴을 개략적으로 도시하고 있다. 헤드 다이(104)로부터 배출된 와이어(102)는 헤드 캡스턴(106) 및 반전 롤(108)을 거쳐 루프 방식으로 안내된다. 헤드 캡스턴은 구동 축(124) 상에 고정 가능하게 장착된다. 반전 롤(108)은 길이 카운터 휠(length counter wheel) 등의 다른 기능을 또한 가질 수 있다. 일부의 루프 후에, 와이어는 시브(110)를 거쳐 기계를 떠난다. 루프의 개수는 헤드 다이를 통해 와이어를 인발하는 데 필요한 힘을 극복할 정도로 충분하다.

도 5는 2개의 축을 갖는 하나의 실시예에서의 장치(500)를 도시하고 있다. 와이어(518)가 제1 캡스턴(504) 상에서 장치 내로 진입된다. 와이어(518)는 제1의 1개 이상의 루프로써 제1 캡스턴 주위에 레이싱된다. 제1 캡스턴(504)은 제1 축(502)에 고정 가능하게 연결된다. 제1 캡스턴(504)은 2xR₁과 동일한 직경 D1을 갖는다. 이러한 예에서, 제1 축(502)이 구동된다. 와이어(518)는 제2 캡스턴(508)으로 그 경로를 추종한다. 재차, 와이어는 제2의 1개 이상의 루프로써 캡스턴 상에 루핑된다. 제2 캡스턴(508)은 2xR₁과 동일한 직경 D2를 갖는다.

제2 캡스턴(508)이 결합되는 제2 축(506)은 축(506)이 고정 가능하게 연결되는 기어휠(516)에 의해 구동된다. 기어휠(516)은 반전 휠(512)과 맞물리고, 반전 휠(512)은 그 다음에 축(502) 그에 따라 또한 캡스턴(504)에 고정 가능하게 연결되는 기어휠(514)과 맞물린다. 반전 휠(512)은 양쪽 모두의 캡스턴이 동일한 방향으로 회전되도록 도입된다. 기어휠(514, 516)이 직접적으로 맞물리는 경우에(반전 휠이 없는 경우에), 루프의 나사산 결합은 와이어의 반전 굽힘으로 이어질 것이고, 이것은 바람직하지 않다.

제2 기어휠(516) 상의 치형부의 개수는 제1 기어휠(514) 상의 치형부의 개수보다 작고, 이것은 제2 축의 각속도 W2가 제1 축의 각속도 W1보다 커지게 한다. 그에 따라, D1이 D2와 동일하더라도, W1xD1이 W2xD2보다 작은 상태가 여전히 충족될 것이다. 이러한 실시예에서, R₁은 신중하게 R₂보다 약간 작게 선택되었고, 이것은 시험 중의 와이어(518)의 파단 변형률 A_t를 초과하여 비율 W2xD2/W1xD1을 상승시킬 수 있다.

제2 캡스턴(508)으로의 제1 캡스턴(504)의 결합은 예컨대 마찰 디스크 커플링인 토크 발생 커플링(510)을 통해 수행된다. 이러한 실시예에서, 커플링은 제2 캡스턴과 제2 축 사이에 위치된다. 커플링은 수직 마찰력의 상승을 통해 조정 가능하다. 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 연장되는 와이어의 인장에는 커플링에 의해 제어 가능한 시험 장력 T₂가 적용된다. T₂보다 낮은 국부 파단 하중을 갖는 와이어의 임의의 결함이 제거될 것이다. 시험 장력은 예컨대 와이어 장력계[예컨대, 한스-슈미트(Hans-Schmidt)]에 의해 측정될 수 있다. 상이한 장력에 대해 측정될 때에, 마찰 커플링의 조정이 시험 장력을 설정하는 데 사용될 수 있다.

제2의 1개 이상의 루프의 개수 n₂는 슬립이 일어나지 않도록 즉 T₃(배출 장력)이 T₂ x exp(-μ·n₂·2π)보다 크도록 선택된다. 마찬가지로, 제1의 1개 이상의 루프의 개수 n₁은 슬립이 제1 캡스턴 상에서 일어나지 않도록 즉 T₂가 T₁ x exp(-μ·n₁·2π)보다 크도록 선택된다. T₁은 진입 시의 와이어의 장력이다.

도 2는 기존의 와이어 인발 벤치에 대해 실시될 때의 필터링 장치(200)의 더 실용적인 실시예를 도시하고 있다. 제1 캡스턴(206) - 또한 헤드 다이(204)에 후속되는 헤드 캡스턴임 - 이 인발 벤치의 모터에 의해 구동되는 구동 축(224) 상에 고정 가능하게 장착된다. 와이어(202)의 제1의 1개 이상의 루프는 4개의 루프가 캡스턴(206)과 반전 롤(208) 사이에서 공유된 상태로 반전 롤(208)을 거쳐 나사산 결합된다. 제5 루프에서, 와이어는 동일한 구동 축(224) 상에 장착된 제2 캡스턴(212)으로 이동된다. 제2 캡스턴은 베어링(230)이 그 사이에 있는 상태로 축(224)에 장착된다. 그러므로, W1은 단지 1개의 축이 있으므로 W2와 동일하다. 그곳으로부터, 와이어는 약 12개의 루프에 대해 제2 캡스턴(212) 및 제2 반전 롤(208')을 거쳐 분할된다. 제2 반전 롤(208')은 제1 반전 롤(208)과 독립적으로 회전된다. 제2 캡스턴(212)은 토크 발생 커플링(214)을 통해 제1 캡스턴(206)에 결합되고, 이것은 이러한 경우에 토크 수준이 신뢰 가능하게 설정될 수 있는 지시자 스케일(indicator scale)을 갖는 용이하게 조정 가능한 방사상 자기 커플링이다. 토크 발생 장치는 이러한 실시예에서 제2 축 - 제1 축과 동일함 - 과 제2 캡스턴 사이에 위치된다.

도 3에 도시된 추가의 실시예에서, 도 2의 실시예는 인장 영역 - 즉, 와이어가 와이어 경로의 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 이동되는 영역 - 내에 존재하는 교정 장치(318)로써 완성된다. 도면에서, 동일한 부품은 동일한 단 단위 및 십 단위 숫자로써 식별된다. 교정기(318)가 편리하게 장착되게 하는 추가의 반전 롤(316)이 도입된다. 교정기를 통과한 와이어(302)는 일정한 시험 장력에서 유지된다. 추가로, 교정기의 반복된 반전 굽힘은 와이어 상의 결함 영역을 필터링하는 것을 훨씬 더 돕는 와이어 내의 추가의 굽힘 응력을 유도한다.

도 4에서, 토크 발생 커플링의 대체의 위치 설정이 도시되어 있다. 이러한 장치는 재차 제1 캡스턴(406) 및 제2 캡스턴(412) 모두가 동일한 축(424)을 공유하는 단일 축 배열이다. 이제, 제2 캡스턴(412)은 축(424)에 고정 가능하게 연결되고, 한편 제1 캡스턴(406)은 베어링(430)에 의해 축(424)에 회전 가능하게 연결된다. 이러한 실시예에서, 토크 발생 커플링(414)은 제1 및 제2 캡스턴들 사이에 위치된다.

설명된 상이한 실시예에서, 캡스턴은 또한 제1 축을 구동하기보다는 장력 T₃으로써 제2 캡스턴으로부터 견인되는 와이어에 의해 구동될 수 있다. 실제로, 이러한 장치를 구동하는 장력 T₃은 충분한 루프가 와이어의 슬리핑을 방지하도록 제2 캡스턴 상에 존재하면 유도 시험 장력 T₂ - 자기 커플링(214, 314, 414)에 의해 설정됨 - 보다 낮을 것이다. 토크 발생 커플링이 높게 설정될수록, 더 높은 장력 T₂ 및 더 많은 루프가 제2 캡스턴(412) 주위에 위치되어야 한다. 특히, 도 4에 따른 실시예는 원동력이 제2 캡스턴을 통해 진입되어 제1 캡스턴으로 토크 발생 커플링을 거쳐 전달된다는 점에서 독립형 장치로서 사용하는 데 적절하다.

Claims (15)

1. 금속 와이어 내의 결함을 필터링하는 장치로서,
   제1 축 상에 장착된 제1 캡스턴과;
   제2 축 상에 장착된 제2 캡스턴을 포함하고,
   사용 중에, 제2 캡스턴의 외주 속도는 제1 캡스턴의 외주 속도보다 큰,
   장치에 있어서,
   제1 캡스턴은 제1 축에 고정 가능하게 장착되고 및/또는 제2 캡스턴은 제2 축에 고정 가능하게 장착되고 한편 제2 캡스턴은 토크 발생 커플링에 의해 제1 캡스턴에 결합되는,
   것을 특징으로 하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 토크 발생 커플링은 제2 축과 제2 캡스턴 사이에 또는 제1 축과 제1 캡스턴 사이에 위치되는 장치.
3. 제1항에 있어서, 토크 발생 커플링은 제1 및 제2 축들 사이에 위치되는 장치.
4. 제1항에 있어서, 토크 발생 커플링은 제1 및 제2 캡스턴들 사이에 위치되는 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 토크 발생 커플링에 의해 발생되는 토크는 조정 가능한 장치.
6. 제5항에 있어서, 토크 발생 커플링은 마찰 기반의 커플링, 분말 커플링, 자기 커플링, 유체 커플링 및 유압 커플링을 포함하는 그룹으로부터의 커플링인 장치.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 축은 제2 축에 평행한 장치.
8. 제7항에 있어서, 제1 및 제2 축은 동축인 장치.
9. 제8항에 있어서, 제1 및 제2 축은 동일하고, 제2 캡스턴 직경 D2는 제1 캡스턴 직경 D1보다 크고, 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로 와이어를 안내하는 1개 이상의 반전 롤을 추가로 포함하는, 장치.
10. 제9항에 있어서, 1개의 반전 롤은 사용 중에 제1 캡스턴과 1개의 반전 롤 사이의 와이어에 대한 장력의 수준을 제어하도록 구동 또는 제동되는 장치.
11. 제9항에 있어서, 1개의 반전 롤은 제1 캡스턴과 관련되고, 제2 반전 롤이 제2 캡스턴과 관련되고, 제1 및 제2 반전 롤은 독립적으로 회전 가능한, 장치.
12. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 장치의 와이어 경로 내에 장착되는 교정 장치를 추가로 포함하는 장치.
13. 제12항에 있어서, 교정 장치는 제1 캡스턴으로부터 제2 캡스턴으로의 와이어 경로 내에 장착되는 장치.
14. 제1 캡스턴이 와이어 인발 기계 상의 최종 다이에 후속되는 인발 캡스턴인 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 와이어 인발 기계.
15. 캡스턴이 그를 통해 견인되는 와이어에 의해 구동 가능한 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 따른 장치를 포함하는 권취기.

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