KR102420755B1 - Frp 파이프 제조 장치 - Google Patents

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(주)제이엠산업
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Abstract

본 발명의 코어 시트는 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포될 수 있고, 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작될 수 있다.
본 발명의 가압 부재는 상기 맨드릴 상에 배치되어 감겨진 코어 시트의 일부를 가압할 수 있고, 캠은 상기 메인축의 회전동안 위치가 고정될 수 있다.
본 발명의 지지바는 상기 메인축과 함께 회전할 수 있고, 메인축의 회전 동안 상기 지지바는 상기 메인축의 길이 방향을 따라 전진 및 후진할 수 있고, 지지바의 전진 및 후진에 따라 상기 가압 부재의 위치가 상기 맨드릴의 길이 방향을 따라 전진 및 후진할 수 있다.

Description

FRP 파이프 제조 장치{Fiber Reinforced Plastic Pipe manufacturing device}
본 발명은 연속식 와인딩 방식으로 GRP 또는 FRP 파이프를 제조하는 FRP 파이프 제조 장치에 관한 것이다.
GRP 파이프 또는 FRP 파이프는 연속식 필라멘트 와인딩 방식 또는 비연속식 필라멘트 와인딩 방식으로 제작될 수 있다.
연속식 필라멘트 와인딩 방식은 연속적으로 회전하는 맨드릴 위에 유리섬유와 합성수지가 미리 함침되어서, 상온 또는 고온에서 경화를 하여 생산하는 방법일 수 있다.
기존의 연속식 필라멘트 와인딩 방식은, 제조될 GRP 또는 FRP 파이프와 중심의 형틀 역할을 하는 맨드릴 사이에 스틸 밴드가 형성되고, 스틸 밴드가 와인딩이 시작되는 맨드릴의 초기 지점으로 리턴하여 다시 감겨지는 재순환 방식이 제시되었다.
그러나, 이러한 스틸밴드의 재순환 방식을 포함하는 기존의 파이프 제조 방식은 GRP 또는 FRP 파이프의 직경이 변화되도록 FRP 파이프 제조 장치의 구조를 재변경하는데 오랜 시간이 소비되는 문제가 있다.
본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 파이프의 직경이 변화되도록 FRP 파이프 제조 장치의 구조를 재변경하는데 소요되는 시간을 절약하기 위한 것으로, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 파이프의 제조시 맨드릴 상에 기초로 먼저 형성되는 코어 시트를 압출기에 의해 압출 방식으로 공급할 수 있다.
본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는, 메인 모터, 코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴, 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축을 포함할 수 있다.
본 발명의 코어 시트는 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포될 수 있고, 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작될 수 있다.
본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 캠, 캠의 경사진 면과 일단이 미끄럼 접촉하는 지지바, 및 상기 지지바의 타단에 구비되는 가압 부재를 포함할 수 있다.
본 발명의 가압 부재는 상기 맨드릴 상에 배치되어 감겨진 코어 시트의 일부를 가압할 수 있고, 캠은 상기 메인축의 회전동안 위치가 고정될 수 있다.
본 발명의 지지바는 상기 메인축과 함께 회전할 수 있고, 메인축의 회전 동안 상기 지지바는 상기 메인축의 길이 방향을 따라 전진 및 후진할 수 있고, 지지바의 전진 및 후진에 따라 상기 가압 부재의 위치가 상기 맨드릴의 길이 방향을 따라 전진 및 후진할 수 있다.
본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는, 코어 시트가 맨드릴 상에 전진 회전하며 감길수 있도록, 코어 시트가 맨드릴 외주면에 감기는 동안 코어 시트의 일부에 압력을 주는 가압 구조를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 파이프의 직경이 변화되도록 FRP 파이프 제조 장치의 구조를 재변경하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있다.
또한, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 파이프의 제조시 맨드릴 상에 기초로 먼저 형성되는 코어 시트를 압출 방식으로 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치의 구성 설명도이다.
도 2는 본 발명의 맨드릴에 코어 시트가 감기는 상태도이다.
도 3은 본 발명의 압출기의 설명도이다.
도 4는 본 발명의 맨드릴의 단면도이다.
도 5는 도 4의 A 지역의 확대도이다.
도 6은 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치의 일 실시 예로, 맨드릴의 사시 방향에서 촬영한 사진이다.
도 7은 도 6의 A 지역 부근의 확대 사진이다.
도 8은 도 6의 B 지역 부근의 확대 사진이다.
도 9는 본 발명의 맨드릴 및 그 내부의 단면도이다.
도 10은 본 발명의 길이가 서로 다른 고정판이 연결되는 경우 맨드릴의 직경이 변화되는 것에 대한 설명도이다.
도 1은 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치의 구성 설명도일 수 있다. 도 1은 압출기(100)로부터 코어 시트(120)가 압출되어 회전하는 맨드릴(200)에 감기기 전의 상태를 도시한 것일 수 있다.
도 2는 본 발명의 맨드릴(200)에 코어 시트(120)가 감기는 상태도일 수 있다. 도 2는 본 발명의 압출기(100)에서 압출 방식으로 맨드릴(200)에 제공되는 코어 시트(120)가 감기는 것을 나타낸 것일 수 있다.
도 2는 연속적으로 감기며 맨드릴(200)의 외주면을 덮도록 코어 시트(120)가 형성된 것을 나타낼 수 있다. 도 2는 코어 시트(120)가 맨드릴(200)에 감기는 동안, 코어 시트(120) 상에 섬유와 수지가 도포되는 것을 나타낼 수 있다. 연속적으로 감기는 코어 시트(120) 상에 섬유 강화 플라스틱 파이프(400)도 연속적으로 생성될 수 있다. 즉, 본 발명은 연속적으로 감기며 파이프를 생산하는 방식(CFW, Continous Filament Winding)일 수 있다.
맨드릴(200) 외주면에 코어 시트(120)가 원통 형상으로 형성될 수 있고, 코어 시트(120) 외주면에 섬유 강화 플라스틱 파이프(400)가 원통 형상으로 형성될 수 있다. 원단면의 직경은 맨드릴(200), 원기둥 형상의 코어 시트(120) 및 섬유 강화 플라스틱 파이프(400)의 순서대로 커질 수 있다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 압출기(100)와 맨드릴(200)을 포함할 수 있다.
맨드릴(mandril)(200)은 재료가 성형될 수 있는 형틀을 의미할 수 있다. 코어 시트(120)는 맨드릴(200)의 회전과 함께 맨드릴(200)의 표면을 따라 맨드릴(200)의 메인축(310)에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴(200)에 도포될 수 있다.
압출기(100)는 맨드릴(200) 상에 원통 형상의 코어 시트(120)가 형성되도록 코어 시트(120)를 맨드릴(200)의 초기 위치로 제공할 수 있다. 초기 위치는 압출기(100)로부터 맨드릴(200)로 코어 시트(120)가 공급되어 원통형의 코어 시트(120)가 형성되기 시작하는 맨드릴(200) 상의 위치일 수 있다.
압출기(100)에서 맨드릴(200)로 공급되는 코어 시트(120)의 폭은 10 ~ 100 mm 일 수 있다. 예를 들어, 소구경의 파이프(400)를 제조하는 경우 압출기(100)에서 맨드릴(200)로 공급되는 코어 시트(120)의 폭은 15 mm 일 수 있고, 중구경의 파이프(400) 제조시 코어 시트(120)의 폭은 30 mm 일 수 있으며, 대구경의 파이프(400) 제조시 코어 시트(120)의 폭은 60 mm 일 수 있다.
본 발명의 코어 시트(core sheet)의 재질은 강화 플라스틱, PVC 등을 포함하는 합성 수지, 또는 SUS 등을 포함하는 강철을 포함할 수 있다.
본 발명의 파이프(400)는 섬유 강화 플라스틱 파이프로, GRP 또는 FRP 파이프를 포함할 수 있다.
섬유 강화 플라스틱(FRP)은, 유리 섬유 강화 플라스틱(Glass Fiber-Reinforced Plastic, GFRP 또는 GRP), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 붕소 섬유 강화 플라스틱 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 섬유 강화 플라스틱은, 플라스틱 매트릭스에 유리 섬유나 탄소 섬유, 또는 아리미드 섬유 등으로 강화된 복합 재료를 의미할 수 있다. 플라스틱 매트릭스는 불포화 폴리에스테르 수지와 에폭시 수지 등의 열경화성 수지 또는 열가소성 수지일 수 있다.
GRP 파이프, FRP 파이프, 및 GFRP는 혼용되어 사용될 수 있다.
섬유 강화 플라스틱(FRP, Fiber-reinforced Plastic)은 인장, 전단 강도가 강하고, 절단 및 가공이 쉬우며, 중량이 가벼워 취급이 용이하고, 내화학성과 내부식성이 우수하여 토목 구조용 재료로서 뛰어난 장점을 가지고 있다.
본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 파이프(400) 생성을 위한 섬유 공급기(10)와 수지 공급기(20)를 포함할 수 있다.
파이프(400)는 섬유 공급기(10)로부터 섬유(12)를 공급받고, 수지(resin) 공급기(20)로부터 수지(22)를 공급받아 제조될 수 있다. 일 예로, 섬유 공급기(10)로부터 유리 섬유가 공급될 수 있고, 수지 공급기(20)로부터 합성 수지가 공급될 수 있다. 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프(400) 제조를 위해, 그 용도에 따라 실리카 샌드(silica sand) 또는 잘게 절단된 유리 섬유(chopped glass-fibers, chopped strand) 등이 상기 수지(22) 및 섬유(12)에 추가로 포함될 수 있다.
먼저 맨드릴(200)의 초기 위치에 압출기(100)로부터 코어 시트(120)가 공급되어 맨드릴(200)의 외주 표면을 따라 코어 시트(120)가 감길 수 있다. 맨드릴(200)에 감긴 원통 형상의 코어 시트(120)가 소정의 길이가 되면, 원통 형상의 코어 시트(120) 상에 섬유(12)와 수지(22)가 공급되어 파이프(400)가 제조될 수 있다.
도 1은 압출기(100)로부터 맨드릴(200)로 아직 압출된 코어 시트(120)가 공급되지 않아 섬유 공급기(10)와 수지 공급기(20)가 공급 대기중인 상태이다. 도 2는 맨드릴 표면(200)에 코어 시트(120)가 감긴 상태에서 섬유 공급기(10)와 수지 공급기(20)가 각각 섬유(12)와 수지(22)를 공급하는 상태이다.
도 3은 본 발명의 압출기(100)의 설명도이다.
코어 시트(120)는 압출기(100)로부터 압출 방식으로 연속적으로 맨드릴(200)에 공급될 수 있다. 코어 시트(120)는 압출기(100)로부터 맨드릴(200)로 공급되는 맨드릴(200)의 초기 위치에서 길이연장 축방향으로 소정의 위치까지 원통형으로 연장될 수 있다.
일 예로, 맨드릴(200)의 초기 위치와 맨드릴(200)의 소정의 위치는 각각 맨드릴(200)의 양끝단 부근을 지칭할 수 있다. 맨드릴(200)의 초기 위치는 압출기(100)로부터 코어 시트(120)가 공급되어 원통형의 코어 시트(120)가 제조되기 시작하는 위치일 수 있다. 맨드릴(200)의 소정의 위치는 맨드릴(200)의 길이 방향 끝단이거나, 원통형의 코어 시트(120)가 맨드릴(200)로부터 분리되어 회수되는 지점일 수 있다.
맨드릴(200)의 소정의 위치에서 코어 시트(120)는 회수될 수 있다. 코어 시트(120)가 맨드릴(200)로부터 분리되어 회수되는 맨드릴(200) 상의 소정의 위치는 파이프(400)의 형성 또는 경화 정도에 따라 결정될 수 있다. 파이프(400)가 충분히 경화되어 원통 형상의 코어 시트(120)로부터 파이프(400)가 분리되어도 자기 형상을 유지할 수 있는 지점부터 코어 시트(120)는 회수될 수 있다.
코어 시트(120)는 충분히 경화된 파이프(400) 또는 맨드릴(200)로부터 분리되는 지점 부근에서 회수될 수 있다.
제조된 파이프(400)는, 파이프(400)가 제조되어 신장되는 방향으로 계속 이동할 수 있고, 파이프(400)의 목적에 따라 파이프(400)가 이동하는 경로에 열 등의 파이프를 경화시키는 경화부가 추가로 배치될 수 있다.
코어 시트(120)가 맨드릴(200)로부터 분리되는 지점 이후에 상기 경화부가 배치될 수 있다.
맨드릴(200) 상 또는 경화부에 의해 충분히 경화된 파이프(400)는 계속 이동하여 소정의 길이로 절단될 수 있다.
코어 시트(120)는 충분히 경화된 파이프(400)로부터 분리되는 맨드릴(200)의 내부를 통해 다시 원통형 코어 시트(120)가 형성되기 시작하는 초기 위치 부근에서 외부로 배출될 수 있다. 이 경우 코어 시트(120)가 회수되는 위치는 맨드릴(200)의 초기 위치 부근의 맨드릴(200)의 끝단일 수 있다.
회수된 코어 시트(120)는 다시 압출기(100)로 투입될 수 있다.
회수된 코어 시트(120)는 그대로 재순환 방식으로 초기 위치에서 다시 맨드릴(200)에 감기지 않는다. 회수된 코어 시트(120)는 잘리거나 분쇄되어 재활용될 수 있다. 회수된 코어 시트(120)는 압출기(100)를 통해 압출 방식으로 다시 맨드릴(200)로 공급될 수 있다.
즉, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 파이프(400) 제조에 사용된 원통 형상의 코어 시트(120)를 다시 자르거나 분쇄하여 회수할 수 있다. 회수된 코어 시트(120)는 압출기(100)에 의해 다시 압출 방식으로 맨드릴에 공급될 수 있다. 따라서, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 GRP 또는 FRP 파이프(400)의 직경이 변화되도록 FRP 파이프 제조 장치의 구조를 재변경하는데 소요되는 시간을 절약할 수 있다.
도 4는 본 발명의 맨드릴(200)의 단면도이다.
도 4는 맨드릴(200) 상에 원통 형상의 코어 시트(120) 및 파이프(400)가 순차로 형성된 상태일 수 있다. 일 예로, 맨드릴(200), 코어 시트(120), 및 파이프(400)가 모두 원기둥 형상으로 제조되는 경우, 길이 방향에 대한 단면의 직경은 맨드릴(200), 코어 시트(120), 및 파이프(400)의 순서로 클 수 있다.
도 5는 도 4의 단면 중 일부 지역(A)의 확대도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 맨드릴(200)의 원주 방향에 대하여 외주면을 따라 리브(220) 및 홈(240)이 교대로 형성될 수 있다. 리브(220)와 홈(240)은 맨드릴(200)의 길이 방향을 따라 길게 연장될 수 있다.
맨드릴(200)에 감겨지며 회전전진하는 코어 시트(120)가 제1 롤러(242)와 충분히 접촉할 수 있도록, 홈(240)의 길이 방향을 따라 복수의 제1 롤러(242) 및 제1 롤러축(244)이 배치될 수 있다.
홈(240)에는 제1 롤러(242)가 배치될 수 있다. 제1 롤러축(244)은 이웃하는 리브(220) 간을 연결할 수 있다. 제1 롤러(242)는 제1 롤러축(244)을 따라 회전할 수 있다. 제1 롤러축(244)의 회전 방향은 원통형의 코어 시트(120) 또는 파이프(400)가 제조되는 맨드릴(200)의 길이 방향일 수 있다.
도 5는 맨드릴(200)의 홈(240)에 배치되는 제1 롤러(242) 및 제1 롤러축(244)의 구조의 일 실시 예로, 삽입 프레임(246) 및 체결 부재(248)를 포함하는 경우에 대한 것이다.
삽입 프레임(246)은 맨드릴(200)의 홈(240)에 끼워지도록 삽입될 수 있다. 삽입 프레임(246)은 홈(240)을 따라 맨드릴(200)의 길이 방향으로 길게 연장될 수 있다.
삽입 프레임(246)은 내부에 오목부(246a)가 형성될 수 있다. 오목부(246a)에는 제1 롤러(242)가 배치될 수 있다. 제1 롤러축(244)은 오목부(246a)를 가로질러 배치될 수 있고, 제1 롤러축(244)은 끝단은 삽입 프레임(246) 또는 리브(220) 내측면과 대면할 수 있다.
체결 부재(248)는 삽입 프레임(246)을 리브(220) 사이의 소정의 위치에 고정시킬 수 있다.
제1 롤러(242)는 맨드릴(200)에 사선 방향으로 감기는 코어 시트(120)의 맨드릴(200) 표면 상에서의 이동을 가이드하는 역할을 할 수 있다.
제1 롤러(242)는, 코어 시트(120)가 원통 형상으로 제조되기 위해 맨드릴(200)의 초기 위치에서 가압 부재(380)와 함께 코어 시트(120)를 제조되는 길이 방향으로 밀어줄 수 있다.
가압 부재(380) 및 제1 롤러(242)는 맨드릴(200)의 표면에 배치될 수 있다. 가압 부재(380)는 맨드릴(200)에 감기는 코어 시트(120)가 나선 방향으로 경사져 도포되도록 코어 시트(120)의 일부를 맨드릴(200)의 길이 방향으로 밀어줄 수 있다. 제1 롤러(242)는 코어 시트의 일부 또는 코어 시트 전체가 맨드릴(200)의 길이 방향으로 이동되도록할 수 있다.
제1 롤러(242)는 가압 부재(350)에 의해 밀리는 코어 시트(120)와 맨드릴(200) 간의 마찰력을 감소시킬 수 있다. 제1 롤러(242)는 코어 시트(120)가 나선 방향으로 전진 회전하며 맨드릴(200)에 감기도록 할 수 있다. 제1 롤러(242)는 맨드릴(200)에 감기는 코어 시트 전체가 맨드릴(200)의 길이 방향으로 부드럽게 이동되도록 밀어주는 역할을 할 수 있다.
제1 롤러(242)는 맨드릴(200)의 원단면의 방사 방향으로 리브와 같은 높이로 형성되거나, 제1 롤러(242)는 리브(220)보다 더 함몰되어 돌출되는 높이가 낮을 수 있다.
리브(220)가 제1 롤러(242)보다 돌출되는 길이는, 코어 시트(120)와 파이프(400)의 재료 소재, 맨드릴(200)의 직경, 맨드릴(200)의 회전 속도, 및 가압 부재(380)의 가압력을 포함하는 요인들을 고려하여 결정될 수 있다.
예를 들어, 맨드릴(200)에 제1 롤러(242)가 배치되지 않는 경우 맨드릴(200)이 연속되는 원통형 표면을 가지는 경우에는 맨드릴(200)과 원통형의 코어 시트(120) 간의 접촉 표면적이 증가할 수 있다. 따라서 이 경우에는, 가압 부재(380)에 의해 코어 시트(120)가 잘 밀리지 않을 수 있다.
따라서, 본 발명은 제1 롤러(242)가 리브(220)와 돌출 높이가 같거나 더 함몰되도록 제1 롤러(242)를 배치할 수 있다. 두 경우 모두 맨드릴(200)이 연속되는 표면을 가지는 원통형인 경우에 비해 접촉 표면적이 감소할 수 있다.
제1 롤러(242)가 리브(220)보다 더 함몰되는 경우, 홈(240)으로 코어 시트(120)가 약간 쳐지는 경우 제1 롤러(242)는 쳐지는 코어 시트(120)를 지지하며, 코어 시트(120)가 맨드릴(200)의 길이 방향으로 잘 이동하도록 할 수 있다.
결과적으로, 맨드릴(200) 상의 코어 시트(120)은 가압 부재(380)와 제1 롤러(242)에 의해 손쉽게 밀려날 수 있고, 코어 시트(120) 또는 파이프(400)의 제조 시간이 단축될 수 있다.
본 발명의 도면상의 제1 롤러(242)를 포함하는 각 부분들의 비율은 설명의 편의를 위해 과장되게 표현될 수 있어 도면의 비율에 제한되는 것은 아니다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치의 일 실시 예로 제작된 실물에 대한 사진이다.
도 6은 본 발명의 맨드릴(200)을 사시 방향에서 촬영한 사진일 수 있다. 도 7은 도 6의 A 지역 부근의 확대 사진일 수 있다. 도 8은 도 6의 B 지역 부근의 확대 사진일 수 있다.
도 1 내지 도 8을 참조하여, FRP 파이프 제조 장치의 회전 구조 및 가압 구조에 대해 설명한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는, 메인 모터(310), 메인축(320), 캠(330), 제2 롤러(340), 지지바(350), 연결판(360), 압축 스프링(370), 및 가압 부재(380) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메인 모터(310)는 메인축(320)을 구동시켜 메인축(320)에 연결된 맨드릴(200)을 회전시킬 수 있다.
연결판(360)은 메인축(320)의 회전에 따라 함께 회전할 수 있다.
지지바(350)은 연결판(360)에 연결되어 메인축(320)과 연결판(360)의 회전시 함께 회전될 수 있다.
메인축(320)과 지지바(350)은 맨드릴(200)의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장될 수 있다.
연결판(360)에는 메인축(320)과 지지바(350)이 관통되도록 연결될 수 있다. 메인축(320)은 연결판(360)에 고정될 수 있고, 지지바(350)는, 지지바(350)의 길이 방향에 수직한 방향으로는 연결판(360)에 구속된채로 길이 방향으로 이동가능할 수 있다.
캠(330)은 지지바(350)의 일단과 접촉될 수 있다. 지지바(350)과 접촉되는 캠(330)의 일면은 경사질 수 있다. 메인축(320)의 회전시 지지바(350)은 메인축(320)와 함께 회전할 수 있고, 캠(330)은 회전하지 않고 위치가 고정될 수 있다.
캠(330)은 선반 또는 고정 프레임에 위치가 고정될 수 있고, 메인 모터(310)에 의해 메인축(320), 연결판(360), 지지바(350), 및 맨드릴(200)이 회전될 수 있다.
따라서, 메인축(320)의 회전시 지지바(350)의 일단은 위치가 고정된 캠(330)의 경사진 면을 따라 회전할 수 있고, 지지바(350)은 길이 방향을 따라 전진 또는 후진할 수 있다.
맨드릴(200)의 직경에 따라, 맨드릴(200)의 회전 구동을 위한 메인 모터(310)의 크기도 증가할 수 있고, 더 넓은 메인 모터(310)가 배치 장소가 필요할 수 있다. 메인축(320)은 캠(330)을 관통하여 메인 모터(310)와 연결될 수 있다. 메인축(320)는 고정된 캠(330)에 대하여 상대적으로 회전될 수 있다.
도 7을 참조하면, 지지바(350)의 일단이 캠(330)과 미끄럼 접촉할 수 있도록, 지지바(350)의 일단에는 제2 롤러(340)가 마련될 수 있다. 제2 롤러(340)는 메인축(320)의 원주 방향을 따라 지지바(350)가 회전될 수 있도록 한다.
지지바(350)은 원주 방향을 따라 복수로 배치될 수 있다.
지지바(350)의 일단은 경사진 캠(330)의 일면과 미끄럼 접촉될 수 있고, 지지바(350)의 타단에는 가압 부재(380)가 구비될 수 있다.
캠(330)의 경사면으로 인해, 회전동안 지지바(350)은 길이 방향으로 전진 및 후진할 수 있다.
지지바(350)의 전진은 맨드릴(200) 상의 원통형 코어 시트(120) 또는 파이프(400)가 제조되어 신장되는 방향일 수 있고, 지지바(350)의 후진은 그 역방향이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 메인축(320) 상단에 위치한 지지바(350)는 길이 방향으로 전진한 상태일 수 있고, 메인축(320) 하단에 위치한 지지바(350)는 길이 방향으로 후진한 상태일 수 있다. 도 1과 도 2의 메인축(320) 상단의 지지바(350) 및 하단의 지지바(350)는 회전하는 하나의 지지바(350)를 나타낸 것일 수 있고, 두 개의 지지바(350)가 각각 메인축(320)의 상단 및 하단에 위치한 것을 나타낸 것일 수 있다.
지지바(350)의 전진 위치와 후진 위치의 차이의 최대치는 제1 길이(d1)일 수 있다. 지지바(350)는 회전동안 제1 길이(d1) 내에서 전진 및 후진할 수 있다. 캠 유격인 제1 길이(d1)는 30 mm 이하로 설정될 수 있다. 즉, 지지바(350)와 대면하는 캠(330)의 경사면에 의해 지지바(350)의 제1 길이(d1)만큼의 전후진 차이가 생성될 수 있고, 캠(330) 경사면으로 인한 제1 길이(d1)를 캠 유격이라 지칭할 수 있다.
압축 스프링(370)은 지지바(350)에 탄성력을 제공하여, 지지바(350)가 급격하게 회전하여도 지지바(350) 또는 가압 부재(380)가 부드럽게 전진 및 후진되도록 할 수 있다.
예를 들어, 지지바(350)는 단차가 나는 두 부분으로 나뉠 수 있고, 낮은 단차 부분에 압축 스프링(370)을 배치할 수 있다. 압축 스프링(370)의 일단은 단턱(352)에 연결되어 제한될 수 있고, 압축 스프링(370)의 타단은 맨드릴(200)에 연결되어 제한될 수 있다.
지지바(350)의 전진시 압축 스프링(370)은 압축될 수 있고, 지지바(350)의 후진시 압축 스프링(370)은 이완될 수 있다.
도 8을 참조하면, 지지바(350)의 타단에 연결된 가압 부재(380)는 맨드릴(200)의 표면으로 돌출될 수 있다. 가압 부재(380)는 맨드릴(200)의 홈(240)을 통해 리브(220)보다 돌출될 수 있다.
가압 부재(380)는, 캠(330)의 경사면으로 인해 지지바(350)가 제1 길이(d1) 내를 왕복 운동하는 것과 마찬가지로, 제2 길이(d2) 내를 왕복 운동할 수 있다.
제2 길이(d2)는 제1 길이(d1)에 따라 변동될 수 있다. 제2 길이(d2)는 제1 길이(d1)와 동일하거나 비례할 수 있다.
가압 부재(380) 중 일부는 다른 가압 부재(380) 일부보다 길이 방향을 따라 제2 길이(d2) 내에서 전지할 수 있고, 이로 인해 맨드릴(200)에 감겨지는 코어 시트(120)는 비스듬하게 경사지도록 전진회전하며 감겨질 수 있다.
이러한 본 발명의 가압 부재(380)에 의한 코어 시트(120)에 대한 가압 구조는, 회전하는 형틀인 맨드릴(200)에 감기는 코어 시트(120) 중 일부를 툭툭 치는 것과 마찬가지 효과가 있다.
따라서, 맨드릴(200)에 감기는 코어 시트(120)는 경사져 감기도록 가압 부재(380)에 의해 가이드될 수 있다. 가압 부재(380)의 가이드 효과는 지지바(350)의 배치되는 개수를 조절하여 더 정밀하게 조절될 수 있다.
도 9는 맨드릴(200) 및 그 내부의 단면도이다. 도 9는 본 발명의 메인축(320)과 맨드릴(200) 사이에 배치되는 고정판(260)에 대해 설명한다. 도 9는 본 발명의 가이드 회수부(500)와 방향 전환 회수부(550)에 의해 코어 시트(120)가 회수되는 것에 대한 설명도이다.
도 10은 길이가 서로 다른 고정판(260)이 연결되는 경우 맨드릴(200)의 직경이 변화되는 것에 대한 설명도이다. 도 10은 맨드릴(200) 상의 소정의 위치에서, 제1 가이드 회수부(510) 및 방향 전환 회수부(550)에 의해 코어 시트(120)가 메인축(320)의 관통부(324)를 통하여 회수되는 경우에 대한 설명도이다.
도 9와 도 10은 본 발명의 고정판(260)에 의한 지지 구조와, 코어 시트(120)의 회수 구조에 대한 설명도일 수 있다.
본 발명의 고정판(260)을 이용한 지지 구조에 대해 설명한다.
도 9를 참조하여, 고정판(260)의 일단은 메인축(320)의 체결부(322)에 고정연결될 수 있고, 고정판(260)의 타단은 맨드릴(200)의 체결부(202)에 고정연결될 수 있다. 즉, 고정판(260)은 메인축(320)과 맨드릴(200) 사이에 위치하여 뼈대 역할을 할 수 있다.
메인축(320)의 체결부(322)는 메인축(320)의 표면 외주면을 따라 복수로 배치될 수 있다. 맨드릴(200)의 체결부(202)는 맨드릴(200)의 내주면을 따라 복수로 배치될 수 있다.
각 체결부(322,202)는 T 자 형상의 홈을 포함할 수 있고, 다양한 길이의 고정판(260)이 체결부(322,202)의 T 자 형상 홈에 체결되어 고정될 수 있다.
예를 들어, 메인축(320)과 맨드릴(200)이 원주형인 경우, 고정판(260)은 등간격으로 메인축(320)에서 맨드릴(200)을 향해 방사 방향으로 연장될 수 있다.
도 10은 본 발명의 측단면도일 수 있다. 도 10의 좌측은 코어 시트(12) 또는 파이프(400)가 제조되어 신장되는 방향일 수 있다.
도 10의 상단은 하단에 비해 상대적으로 길이가 긴 고정판(260)이 마련된 경우이고, 도 10의 하단은 상단에 비해 상대적으로 길이가 짧은 고정판(260)이 메인축(320)에 체결된 상태를 나타낸 것일 수 있다.
직경이 큰 파이프(400)를 제조하는 경우(도 10의 상단)와, 직경이 작은 파이프(400)를 제조하는 경우(도 10의 하단)를 비교하면, 고정판(260)의 길이가 다른 것외 제1 롤러(242)의 직경, 이격거리, 및 배치는 동일할 수 있다.
따라서, 본 발명은 길이가 다른 고정판(260)을 이용하여 맨드릴(200)을 교체함으로써 직경이 서로 다른 파이프(400)를 제조할 수 있다. 본 발명은 고정판(260)에 의하여 직경이 다른 원통형의 코어 시트(120) 또는 파이프(400)를 제조할 수 있다.
맨드릴(200)의 직경은 300 ~ 4500 mm 로 설계될 수 있다. 소구경의 파이프(400)를 제조하는 경우 맨드릴(200)의 직경은 20 mm ~ 250 mm 로 설계될 수 있다. 서로 다른 2개의 파이프 직경을 한 세트가 미리 준비될 수 있다. 예를 들어, 300 mm 와 1100 mm 의 한 세트가 마련되거나, 1200 mm 와 4000 mm 의 한 세트가 구비될 수 있다.
본 발명의 코어 시트(120)의 회수 구조의 일 실시 예에 대해 설명한다.
본 발명의 FRP 파이프 제조 장치는 원통형상의 코어 시트(120)를 맨드릴(200)의 끝단 부근에서 맨드릴(200) 또는 파이프(400)로부터 분리될 수 있다. 코어 시트(120)가 분리되더라도 파이프(400)는 충분히 경화된 상태이기에 원통 형상을 유지한채로 계속 진행할 수 있다.
맨드릴(200)로부터 분리된 코어 시트(120)는 메인축(320) 내부의 관통부(324)를 통하여 다시 코어 시트(120)가 감기기 시작하는 맨드릴(200)의 끝단을 통해 배출 또는 회수될 수 있다.
관통부(324)는 메인축(320)과 동일한 원통 형상일 수 있다. 관통부(324)는 메인축(320) 내부의 빈 공간으로, 메인축(320)은 관통부(324)에 의해 양 끝단에서 외부와 연통될 수 있다.
맨드릴(200)의 끝단에서 분리된 코어 시트(120)는 가이드 회수부(500) 및 방향 전환 회수부(550)에 의해서 관통부(324)로 안내될 수 있다.
도 9 및 도 10의 파란색 화살표는 맨드릴(200)의 끝단에서 분리된 코어 시트(120)의 이동 방향을 나타낸 것일 수 있다.
가이드 회수부(500)는 코어 시트(120)를 관통부(324)로 안내할 수 있다.
가이드 회수부(500)는 제1 가이드 회수부(510) 또는 제2 가이드 회수부(520)를 포함할 수 있다.
제1 가이드 회수부(510)는 맨드릴(200)로부터 분리된 코어 시트(120)를 맨드릴(200)의 중심 부근 방향으로 가이드하는 역할을 할 수 있다. 제1 가이드 회수부(510)는 아이들 휠과 같이 롤링 방식으로 장력을 유지하며 코어 시트(120)를 맨드릴(200)의 내부로 가이드할 수 있다.
제1 가이드 회수부(510)에 구비되는 롤러는 맨드릴(200)의 직경 또는 코어 시트(120)가 가이드 회수부(500)에 진입하는 각도에 따라 복수로 구비될 수 있다.
예를 들어 도 10을 참조하면, 도 10의 상단에 표시된 제1 가이드 회수부(510)에 의해 내부로 가이드되는 코어 시트는 제1 코어 시트(121)라 할 수 있고, 도 10의 하단에 표시된 제1 가이드 회수부(510)에 의해 내부로 가이드되는 코어 시트는 제2 코어 시트(122)라 할 수 있다.
제1 코어 시트(121)는 맨드릴(200)로부터 분리되어 제1 가이드 회수부(510)로 투입되는 경우일 수 있고, 제2 코어 시트(122)는 메인축(320)을 통하여 제1 가이드 회수부(510)로 투입되는 경우일 수 있다.
제1 코어 시트(121)의 경우 제2 코어 시트(122)에 비해 내부로 가이드되는 각도가 급격하기에, 제1 코어 시트(121)는 제1 가이드 회수부(510)에 구비된 두 개의 롤러에 의해 가이드되는 것을 알 수 있다.
제1 가이드 회수부(510)에 의해 내부 중심으로 가이드된 코어 시트(120)를 방향 전환 회수부(550)로 가이드해주는 제2 가이드 회수부(520)가 추가로 포함될 수 있다.
방향 전환 회수부(550)는 제1 가이드 회수부(510)에 의해 맨드릴(200) 중심 부근으로 가이드된 코어 시트(120)의 방향을 전환시켜 메인축(320) 내부의 관통부(324)로 투입할 수 있다.
도 10을 참조하면, 방향 전환 회수부(550)는 원통 형상 부분을 포함할 수 있다. 방향 전환 회수부(550)의 원통 형상 부분은, 원통형 코어 시트(120) 또는 파이프(400)의 제조 방향과 반대 방향을 따라 관통부(324)로 코어 시트(120)를 투입하기 위함일 수 있다.
상기와 같이, 관통부(324)를 통하여 맨드릴(200)로부터 배출된 코어 시트(120)는 잘리거나 분쇄되어 다시 압출기(100)로 투입되거나, 압출기(100)로 투입되어 잘리거나 분쇄될 수 있다.
10... 섬유 공급기 12... 섬유
20... 수지 공급기 22... 수지
100... 압출기 120... 코어 시트
121... 제1 코어 시트 122... 제2 코어 시트
200... 맨드릴
202... 체결부 220... 리브
240... 홈 242... 제1 롤러
244... 제1 롤러축 246... 삽입 프레임
246a... 오목부 248... 체결 부재
260... 고정판 310... 메인 모터
320... 메인축 322... 체결부
324... 관통부 330... 캠
340... 제2 롤러 350... 지지바
352... 단턱 360... 연결판
370... 압축 스프링 380... 가압 부재
400... 파이프 500... 가이드 회수부
510... 제1 가이드 회수부 520... 제2 가이드 회수부
550... 방향 전환 회수부 d1,d2... 길이

Claims (17)

  1. 메인 모터;
    코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴;
    상기 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축; 을 포함하고,
    상기 코어 시트는 상기 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포되며,
    상기 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작되고,
    상기 코어 시트를 압출 방식으로 상기 맨드릴에 공급하는 압출기를 포함하고,
    상기 맨드릴에 감겨진 코어 시트는 상기 맨드릴 상의 소정의 위치에서 상기 맨드릴로부터 분리되고,
    상기 맨드릴로부터 분리된 코어 시트는 절단되거나 분쇄되어 상기 압출기로 다시 공급되는 FRP 파이프 제조 장치.
  2. 삭제
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 압출기에서 상기 맨드릴에 공급되는 상기 코어 시트의 폭은 10 mm 이상 100 mm 이하인 FRP 파이프 제조 장치.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 맨드릴의 직경은 300 mm 이상 4500 mm 이하로 변동가능한 FRP 파이프 제조 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 코어 시트의 재질은, 강화 플라스틱과 PVC를 포함하는 합성 수지 및 SUS를 포함하는 강철 중 적어도 하나를 포함하는 FRP 파이프 제조 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 파이프의 섬유 강화 플라스틱은, 유리 섬유 강화 플라스틱(Glass Fiber-Reinforced Plastic, GFRP 또는 GRP), 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP, Carbon Fiber Reinforced Plastic), 및 붕소 섬유 강화 플라스틱 중 적어도 하나를 포함하는 FRP 파이프 제조 장치.
  8. 제1 항에 있어서,
    가압 부재 및 제1 롤러는 상기 맨드릴의 표면에 배치되고,
    상기 가압 부재는 상기 맨드릴에 감기는 코어 시트가 나선 방향으로 경사져 도포되도록 상기 코어 시트의 일부를 상기 맨드릴의 길이 방향으로 밀어주며,
    상기 제1 롤러는 상기 코어 시트의 일부 또는 상기 코어 시트 전체가 상기 맨드릴의 길이 방향으로 이동되도록하는 FRP 파이프 제조 장치.
  9. 메인 모터;
    코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴;
    상기 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축; 을 포함하고,
    상기 코어 시트는 상기 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포되며,
    상기 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작되고,
    상기 맨드릴의 표면에는 외주면을 따라 리브 및 홈이 교대로 형성되고,
    상기 홈에는 제1 롤러가 상기 홈의 길이 방향으로 복수로 구비되며,
    상기 제1 롤러의 높이는, 상기 리브의 높이와 동일하도록 배치되거나 상기 리브의 높이보다 더 함몰되도록 배치되는 FRP 파이프 제조 장치.
  10. 메인 모터;
    코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴;
    상기 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축; 을 포함하고,
    상기 코어 시트는 상기 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포되며,
    상기 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작되고,
    캠, 상기 캠의 경사진 면과 일단이 미끄럼 접촉하는 지지바, 및 상기 지지바의 타단에 구비되는 가압 부재를 포함하고,
    상기 가압 부재는 상기 맨드릴 상에 배치되어 감겨진 코어 시트의 일부를 가압하며,
    상기 캠은 상기 메인축의 회전동안 위치가 고정되고,
    상기 지지바는 상기 메인축과 함께 회전하고, 상기 메인축의 회전 동안 상기 지지바는 상기 메인축의 길이 방향을 따라 전진 및 후진하며,
    상기 지지바의 전진 및 후진에 따라 상기 가압 부재의 위치가 상기 맨드릴의 길이 방향을 따라 전진 및 후진하는 FRP 파이프 제조 장치.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 지지바는 단차나는 두 부분으로 나뉘고, 낮은 단차 부분에 압축 스프링이 배치되고,
    상기 압축 스프링의 일단은 단턱에 연결되고, 상기 압축 스프링의 타단은 상기 맨드릴의 일단과 연결되며,
    상기 지지바의 전진시 상기 압축 스프링은 압축되고, 상기 지지바의 후진시 상기 압축 스프링은 이완되는 FRP 파이프 제조 장치.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 맨드릴에 감기는 상기 코어 시트는 경사져 감기도록 상기 가압 부재에 의해 가이드되는 FRP 파이프 제조 장치.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 캠의 경사진 면과 접촉하는 지지바의 일단에는 제2 롤러가 마련되고,
    상기 제2 롤러는 상기 캠의 경사진 면의 원주 방향을 따라 상기 지지바가 회전되도록하는 FRP 파이프 제조 장치.
  14. 메인 모터;
    코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴;
    상기 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축; 을 포함하고,
    상기 코어 시트는 상기 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포되며,
    상기 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작되고,
    일단은 상기 메인축의 체결부에 고정연결되고, 타단은 상기 맨드릴의 체결부에 고정연결되는 고정판을 포함하고,
    상기 고정판은, 상기 맨드릴의 원주 방향을 따라 복수로 배열되고, 맨드릴 중심축으로부터 방사 방향으로 연장되며,
    서로 길이가 다른 상기 고정판을 교체함으로써 상기 고정판의 길이에 비례하여 상기 제조되는 파이프의 직경이 변동되는 FRP 파이프 제조 장치.
  15. 메인 모터;
    코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴;
    상기 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축; 을 포함하고,
    상기 코어 시트는 상기 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포되며,
    상기 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작되고,
    상기 맨드릴에 감겨진 코어 시트는 상기 맨드릴의 일단에서 상기 맨드릴로부터 분리되고,
    상기 맨드릴로부터 분리된 코어 시트는 상기 메인축 내부의 관통부를 통하여 상기 원통형의 코어 시트 또는 파이프가 제조되는 방향의 역방향으로 이송되며,
    상기 역방향으로 이송된 분리된 코어 시트는, 상기 코어 시트가 상기 맨드릴에 감기기 시작하는 위치의 상기 맨드릴의 타단에서 배출되는 FRP 파이프 제조 장치.
  16. 메인 모터;
    코어 시트가 감기는 원통 형상의 맨드릴;
    상기 메인 모터에 의해 구동되어 상기 맨드릴을 회전시키는 메인축; 을 포함하고,
    상기 코어 시트는 상기 맨드릴의 회전과 함께 맨드릴의 표면을 따라 상기 메인축에 대해 나선 방향으로 전진하며 맨드릴에 도포되며,
    상기 코어 시트의 표면에 섬유 및 수지가 도포되어 섬유 강화 플라스틱 소재의 파이프가 제작되고,
    상기 맨드릴로부터 분리된 코어 시트를 상기 맨드릴의 중심 부근 방향으로 가이드하는 가이드 회수부, 및 상기 가이드 회수부에 의해 상기 맨드릴 중심 부근으로 가이드된 코어 시트의 방향을 전환시켜 상기 메인축 내부의 관통부로 투입하는 방향 전환 회수부를 포함하고,
    상기 관통부로 투입된 분리된 코어 시트는 상기 원통형의 코어 시트 또는 파이프가 제조되는 방향의 역방향으로 이송되어 상기 코어 시트가 상기 맨드릴에 감기기 시작하는 위치의 상기 맨드릴의 타단에서 배출되는 FRP 파이프 제조 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 방향 전환 회수부는 투입되는 코어 시트의 방향을 전환하는 원통 형상 부분을 포함하는 FRP 파이프 제조 장치.
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