KR102179554B1 - 탄소 섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 탄소섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정 방법은 알루미늄 용기용으로 내경에 나사선 결합선이 형성된 Neck 플랜지를 제작하는 공정 상기 Neck 플랜지에 결합할 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개씩 두 쌍을 제작하는 공정 외경에 나사선 결합선이 형성된 알루미늄 용기의 양쪽 Neck부에 상기 제작된 Neck 플랜지를 나사선 결합을 통해 체결하는 공정 및 상기 용기의 양쪽 Neck부에 Neck 플랜지를 체결하는 공정 후에 Neck 플랜지 및 용기의 Neck부에 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개씩을 결합하는 공정을 포함할 수 있다.

Description

탄소 섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정 방법{Tooling process for making carbon fiber composite containers}

본 발명은 탄소 섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속 소재로 이루이진 고압용기에 탄소섬유 복합재를 감아서 용기를 보강하는 복합재 용기 와인딩을 위해 필요한 치공구들의 공정 방법에 관한 것이다.

탄소 섬유 복합재 용기를 제작하기 위해서는 알루미늄 또는 플라스틱 소재의 용기 몸통부에 애폭시 수지가 함침된 탄소섬유를 와인딩 장비를 이용하여 감는 작업을 통해 제작하게 된다.

탄소 섬유 복합재 용기는 수소 충전소에 사용되는 복합재 압력용기로써, 90MPa 이상의 압력에서 사용될 압력용기로써 알루미늄 소재의 용기 몸통 위에 적층되는 탄소섬유의 두께가 상당히 두꺼워질 수 있다.

따라서, 알루미늄 용기 Neck부에 와인딩 작업을 진행할 지그를 연결하고 탄소 섬유 복합재 용기를 제작할 때 증가되는 탄소 섬유 복합재의 무게를 이기지 못하고 와인딩 지그(Jig) 또는 알루미늄 용기 Neck부의 내경 나사가 망가져 복합재 용기 제작 중 불량품이 발생하게 된다.

이러한 상황을 방지하기 위해 알루미늄 용기 Neck 외경에 나사 가공후 Neck 플랜지(Flange)를 조립하여 와인딩 작업을 해왔다.

그러나, 이러한 Neck 플랜지 조립하는 후에 와인딩 작업중 발생하는 회전과 진동에 의해 Neck 플랜지 풀림 현상이 발생하였다.

이러한 Neck Flange풀림 방지를 위해 나사고정제의 사용할 수 있는데, 나사고정제의 사용온도가 130℃미만인 경우 애폭시 수지가 함침된 탄소 섬유를 고온에서 경화시키는 과정에서 나사고정제가 액체화될 수 있어 나사고정제로써의 역할을 제대로 수행할 수 없게 되는 문제점이 발생하였다.

결과적으로 고강도 및 사용온도가 높은 나사고정제를 사용해야 하는 면에서 나사고정제의 완전 경화 시간이 24시간 이상의 오랜 시간이 걸리게 되고 탄소섬유 복합제 용기의 생산성이 떨어지게 되어 이에 대한 개선책이 필요하다고 볼 수 있다.

본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 탄소 섬유 복합재 용기 제작을 위한 알루미늄 용기의 치공구들의 공정 방법을 제공하기 위한 것이다.

상술된 목적을 달성하기 위한 탄소섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정 방법은 알루미늄 용기용으로 내경에 나사선 결합선이 형성된 Neck 플랜지를 제작하는 공정;상기 Neck 플랜지에 결합할 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개씩 두 쌍을 제작하는 공정;외경에 나사선 결합선이 형성된 알루미늄 용기의 양쪽 Neck부에 상기 제작된 Neck 플랜지를 나사선 결합을 통해 체결하는 공정; 및 상기 용기의 양쪽 Neck부에 Neck 플랜지를 체결하는 공정 후에 Neck 플랜지 및 용기의 Neck부에 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개씩을 결합하는 공정;을 포함할 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트는 알루미늄 소재 파이프 또는 환봉을 사용하여 제작될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트의 내경에 나사선 결합선이 형성될 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 알루미늄 용기의 Neck 및 Neck 플랜지에 연결되는 2개의 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 중 두 번째 너트는 고정 너트 역할을 하여 더욱 체결력을 높일 수 있다.

일 실시예에 따르면, 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트에는 육각형 홀이 원형의 대칭되는 두군데 위치에 제작되며, 상기 육각형 홀은 너트를 조일 때 쓰는 렌치가 들어갈 수 있는 공간에 해당될 수 있다.

본 발명에 따르면, 알루미늄 용기의 Neck부에 나사 고정제를 바르지 않기 때문에 복합재 용기를 제조하기 위한 치공구들의 조립이 간단하고 빠른 작업성을 가질 수 있다.

또한, 상기 알루미늄 용기의 Neck 플랜지 체결 완료 후에 복합재 용기 제작을 위한 와이딩 작업 진행용 지그를 연결하게 작업할 때 고정 너트로 인해 Neck 플랜지의 풀림 현상이 발생하지 않을 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본발명에 따른 탄소 섬유 복합재 용기 제작을 위한 알루미늄 용기의 치공구 공정 방법에 대한 블록도에 관한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 치공구중의 하나인 Neck 플랜지 풀림 방지 너트의 제작 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 용기와 치공구들에 해당하는 공구들과의 결합 분해도 및 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따른 알루미늄 용기와 치공구들의 조립이 완성된 상태를 나타내는 도면이다.

본 출원에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 알루미늄 용기에 치공구들에 해당하는 공구들을 제작 및 결합하는 과정을 나타내는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 알루미늄 용기의 Neck부에 Neck 플랜지가 결합되고 그 부분에 복합재 용기 제작을 위한 와이딩 작업 진행용 지그를 연결하게 되므로 복합재 용기 제작을 위한 치공구들이 알루미늄 용기와 결합되는 과정이라고 할 수 있다.

본 발명에 따른 알루미늄과 같은 금속 재질로 이루어진 용기(10)에 Neck 플랜지를 체결하는 방식은 종래 방법과 다르게 제작된다.

즉, 종래에는 알루미늄용기용 Neck 플랜지를 제작하는 공정 후에 용기의 Neck부에 나사고정제를 바른 후 적어도 24시간이상 나사고정제가 마르기를 기다리는 공정이 필요하였다. 상기 나사 고정제가 충분히 마르고 난 후에 용기의 Neck부에 미리 제작해 두었던 Neck 플랜지를 체결하는 공정을 시행하였다.

본 발명에 따른 탄소 섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 알루미늄 용기의 Neck 플랜지의 제작 및 처리 방법은 다음과 같다.

먼저 알루미늄 용기용 Neck 플랜지 제작하는 공정을 시행한다(S1). 상기 Neck 플랜지는 안쪽에 나사선 모형의 결합홈이 있어 알루미늄 용기의 Neck과 나사선 결합을 할 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 알루미늄 용기용 Neck 플랜지 풀림 방지 너트를 제작하는 공정을 시행한다(S2). 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트는 2개가 한 쌍으로 제작되는 방법은 도 2에서 자세히 기술하기로 한다.

상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트를 제작한 후에 용기의 Neck부에 Neck 플랜지를 체결하는 공정을 시행한다(S3).

상기 용기의 Neck부에 Neck 플랜지를 체결하는 공정 후에 Neck 플랜지에 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개를 결합하는 공정을 시행한다(S4).

동일한 형상의 원형 너트 2개를 Neck 플랜지에 체결한 후 알루미늄 용기의 Neck에도 체결하는 공정을 시행한다(S4).

2개의 원형 너트중 두 번째 너트는 고정 너트 역할을 하여 더욱 체결력을 높일 수 있다.

알루미늄 용기의 Neck부에 나사 고정제를 바르지 않기 때문에 복합재 용기를 제조하기 위한 치공구들의 조립이 간단하고 빠른 작업성을 가질 수 있다.

상기 알루미늄 용기의 Neck 플랜지 체결 완료 후에 복합재 용기 제작을 위한 와이딩 작업 진행용 지그를 연결하게 되는데 이때 고정 너트로 인해 Neck 플랜지의 풀림 현상이 발생하지 않을 수 있다.

도 2는 본 발명에 따른 치공구 중의 하나인 Neck 플랜지 풀림 방지 너트(10)의 제작 방법을 도시한 도면이다.

상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트(10)는 알루미늄 소재 파이프 또는 환봉을 사용하여 제작한다.

알루미늄 용기의 Neck부에 결합되도록 원형 너트 내경부에는 나사 가공을 하게 된다.

또한, 도면의 Detail "A"부분과 같이 육각형 홀을 원형의 대칭되는 두군데 위치에 가공하여 제작하게 된다. 이 육각형 홀은 너트를 조일 때 쓰는 렌치가 들어갈 수 있는 공간에 해당된다.

도 3은 본 발명에 따른 알루미늄 용기와 치공구들에 해당 하는 공구들과의 결합 분해도 및 단면도이다.

도 3(a) 및 (b)의 분해도 및 단면도를 참고하면, 본 발명에 따른 알루미늄 용기의 양쪽에 나사선 결합을 할 수 있도록 나사선 모양의 결합홈이 있는 Neck 부 외경(30)에 위치할 수 있다.

이 Neck부(30)에 Neck 플랜지(20)가 양쪽에 결합될 수 있다.

또한, 상기 Neck 플랜지(20)는 내경에 나사선 모형의 결합홈이 있어 알루미늄 용기의 Neck(30)과 나사선 결합을 할 수 있다.

다음은 본 발명에 따른 알루미늄 용기용 Neck 플랜지 풀림 방지 너트(10)를 위치함을 알 수 있다. 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트(10)는 2개가 한 쌍으로 용기의 양쪽 Neck부(30) 및 Neck 플랜지(20)에 결합되게 된다.

2개의 원형 너트(10)중 두 번째 너트는 고정 너트 역할을 하여 더욱 체결력을 높일 수 있다.

상기 알루미늄 용기의 Neck 플랜지 체결 완료 후에 복합재 용기 제작을 위한 와이딩 작업 진행용 지그를 연결하게 되는데 이때 고정 너트로 인해 Neck 플랜지의 풀림 현상이 발생하지 않을 수 있다.

도 4는 본발명에 따른 알루미늄 용기와 치공구들의 조립이 완성된 상태(1)를 나타내는 도면이다.

도 4를 참조하면, 알루미늄 용기의 Neck(30) 외경에 있는 나사 라인을 따라 Neck 플랜지(20)가 결합되고 두 개의 Neck 풀림 방지 너트(10)까지 완벽히 결합된 형태의 용기가 제작됨을 알 수 있다.

이렇게 제작된 알루미늄 용기 Neck부에 와인딩 작업을 진행할 지그를 연결한 뒤 수소 충전소에 사용될 탄소섬유 복합재 용기를 제작할 때 와인딩 작업중 발생하는 회전과 진동에 의해 Neck 플랜지 풀림 현상이 발생하지 않을 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명의 예시적인 실시예들을 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (5)

1. 알루미늄 용기용으로 내경에 나사선 결합선이 형성된 Neck 플랜지를 제작하는 공정;
   상기 Neck 플랜지에 결합할 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개씩 두 쌍을 제작하는 공정;
   외경에 나사선 결합선이 형성된 알루미늄 용기의 양쪽 Neck부에 상기 제작된 Neck 플랜지를 나사선 결합을 통해 체결하는 공정;및
   상기 용기의 양쪽 Neck부에 Neck 플랜지를 체결하는 공정 후에 Neck 플랜지 및 용기의 Neck부에 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 2개씩을 결합하는 공정;을 포함하고,
   상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트는 상기 Neck 플랜지와 상기 Neck부 사이에 위치하고, 상기 2개의 Neck 플랜지 풀림 방지 너트 중 두번째 너트는 고정 너트 역할을 하여 체결력을 향상시키며,
   상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트에는 육각형 홀이 원형의 대칭되는 두군데 위치에 제작되며, 상기 육각형 홀은 너트를 조일 때 쓰는 렌치가 들어갈 수 있는 공간에 해당되는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트는 알루미늄 소재 파이프 또는 환봉을 사용하여 제작하는 것을 특징으로 하는 탄소섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 Neck 플랜지 풀림 방지 너트의 내경에 나사선 결합선이 형성되는 것을 특징으로 하는 탄소 섬유 복합재 용기를 제작하기 위한 치공구 공정 방법.
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