KR200228362Y1 - 하수관 제조 드럼의 다이렉트 드라이브 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 하수관 제조에 사용되는 드럼의 드라이브 장치에 관한 것으로 드럼의 정속도 운전을 지속시켜 관 제조에서 사각 프로파일의 비틀림이나 사각 프로파일의 접합 불량을 방지하여 관의 품질을 항상 시키고 드럼에 소요되는 설비 수리로 인한 수리시간을 단축 시키고 설비 운전 효율성을 항상 시키며 시설재의 투자를 줄여 조업이득을 얻도록 하는 것이다.

본 고안의 드라이브 장치는, 감속기를 거친 동력을 받아 회전 하는 샤프트와, 상기 샤프트에 결합되어 회전하는 스핀들기어와,상기 스핀들기어와 치합되는 아이들기어가 형성된 아이들샤프트를 스핀들기어의 외주면을 따라 등간격으로 배열하여 임의의 종속비율로 만드는 기어박스와, 상기 아이들샤프트의 회전력을 드럼측 롤러에 등속운동으로 매개하기 위해 아이들샤프트와 롤러 샤프트를 연결하는 드라이브액슬로 이루어지며,상기 드라이브액슬의 각 연결점을 유니버설커플링으로 연결한 것을 특징으로 한다. 이에따라 고품질 나선관 제조와 시설재 소요를 줄이는 이득을 얻을 수 있다.

Description

하수관 제조 드럼의 다이렉트 드라이브 장치{Tube manufacture drum for drive apparatus}

본 고안은 하수관 제조에 사용되는 드럼의 드라이브 장치에 관한 것으로 더 상세하게는 드럼의 정속도 운전을 지속시켜 관 제조에서 프로파일의 비틀림이나 프로파일의 접합 불량을 방지하여 관의 품질을 항상 시키고 드럼에 소요되는 시설재의 투자를 줄여 조업이득을 얻도록 하는 것이다.

합성수지재를 재료로 쓰는 하수관 제조에서는 변형과 파괴에 대비하기 위해 적절한 강도를 부여한다. 구조적으로는 강도가 크면서도 가볍고 재료를 적게 쓰면서 관을 제조하는데 관심이 모아져 왔으며, 새로운 구조재료의 설계도 병행되어 왔다.

관의 강도에 영향을 미치는 인자는 관의 구조, 관을 형성하는 구조재료 그리고 제조과정에서 구조재료를 소성변형 시킬 때 나타나는 결함이나 구조재료가 가지는 원래의 열적특성 등이며, 관의 강도에 미치는 변수는 관의 구조, 선택된 구조재료, 관의 제조 등에서 나타난다. 이들은 모두 예측 가능하지만 관의 설계와 제조에서 이러한 사항을 전부 반영시키기는 어렵고, 정해진 구조재료에 알맞는 제조공정 등을 사용하거나 구조설계를 할 때 기구적인 강도가 유지되도록 해주는 정도로 관의 재료를 선택하고 제작한다.

강도면에서 관의 구조가 중요한 부분을 차지하지만 기본적으로는 적절한 구조재료의 설계가 더 큰 비중을 차지한다. 그만큼 관의 구조설계를 통해 유효한 강도를 얻을 수 있는 범위는 매우 제한돼 있으며, 구조재료의 열적 특성을 고려하여 구조재료가 가지는 강성을 최대로 발휘하도록 유도해 내는 하수관 제조 기술도 관의 강도를 높히는데 영향을 준다.

구조재료로 합성수지를 사용하는 알려진 관 제조 기술은, 압출-성형-냉각-인취-절단 등의 공정을 차례로 거쳐서 관을 제조하는 기술로서, 재료를 적게 쓰면서도 큰 강도를 얻기 위해 각 공정별로 구조재료의 안정된 소성변형에 적절한 조건을 만들어 주는 방법을 적용하고 있는데, 지중 매설시 토압과 윤압에 견디는 강성을 유지하고, 무게를 가볍게 하는 등의 일정한 조건을 만족 시킬 수 있게 관 단면에 공백을 만들고 이 공백이 차지하는 만큼 재료의 양과 두께를 줄이는 방법을 이용하는 방법이 알려져 있다.

도 1은 나선형 하수관(1) 제조를 위해 제공되는 장치를 도식적으로 나타낸 것으로 여러개의 회전하는 롤러(2)를 배열하여 이루어지는 드럼(3)을 마련하고 이 드럼(3)을 회전시켜 압출기(5)에서 압출되는 프로파일(4)이 드럼(3)을 따라 나선형상으로 연속적으로 감기면서 하수관(1)으로 제작되도록 하는 것이다. 따라서 드럼(3)을 이용하는 형식의 관 제조에서는 관 구경이 드럼(3)의 직경에 의해 결정되고, 관의 제조 속도는 프로파일(4)의 공급속도와 비례하는 드럼(3)의 회전속도에 따라 결정된다.

효율면에서 프로파일(4)의 공급속도와 드럼(3)의 회전속도를 증속시켜 관의 제조속도를 늘려줄 수 있지만 프로파일(4)을 접합하여 연속적인 나선관의 형태로 제작해야 하므로 프로파일(4)의 공급속도나 드럼(3)의 회전속도를 늘리는데에는 한계가 있기 때문에 보통 관 구경에 따라 회전속도를 조절한다.

드럼의 회전속도는 관 구경, 재료의 두께 그리고 재료의 성분에 따라 정해지며 반드시 정속도 주행을 조건으로 한다. 드럼 회전속도가 변화되면 관의 규칙적인 제조는 사실상 불가능하다.

드럼(3)에 감겨지는 프로파일(4)을 접합하고 연속적으로 방출 시키는 역할은 원주상의 배열을 갖는 여러개의 롤러(2)의 자전운동을 통한다. 롤러(2)는 이같은 자전운동을 체인(6)을 통해 받는다. 각 롤러(2)는 프로파일(4)을 나선형태로 감고 방출시키기 위해 약간은 경사진 채로 조합되어 있다.

여기서 적용되는 구동 메커니즘은, 체인 구동형식으로서 모터(7)를 돌리고 체인(6)을 통해 동력을 각 롤러(2)에 있는 체인 스프로켓(8)에 전달하여 한 개씩의 롤러(2)를 각각 돌리는 형식이다. 체인(6)을 감아 스프로켓(8)을 돌려 각각의 롤러(2)를 구동 시키는 이같은 형식의 동력전달에서는 원주상의 배열을 가지는 여러개의 롤러(2)를 모두 돌리기는 어렵고 체인(6)의 궤도를 유지하기 위한 체인기어(9)를 가진다.

그러나 구동시간 경과에 따라서 체인(6)의 이완, 스프로켓(8)과 체인(6)의 마모로 인한 체인 장력 변화 등이 있게 되는데 이러한 현상은 롤러(2)의 정속도 주행 주기를 변화시키며 이는 하수관 제조단계에서 프로파일의 접합시기를 변화 시키거나 또는 프로파일(4)의 이송에 장애를 일으킨다.

또한 관 구경 변화에 의해 드럼의 직경을 조절할 경우 전체 동력전달 부품과 체인의 교체가 불가피하기 때문에 신속한 조업준비가 어렵다.

이와같은 종래의 하수관 제조용 드럼은 체인 구동 방식을 적용하고 있기 때문에 드럼과 롤러의 정속도 운전이 불가능하다. 즉 체인의 장력이 일정치 않고 체인과 롤러의 접촉이 불규칙적으로 이루어지며 동 사항은 운전이 지속될수록 악화된다. 이는 연속적으로 롤러의 회전 주기를 변화 시켜 드럼에 감기는 프로파일의 접합시기를 변화 시키거나 사각 프로파일의 방출 속도를 변화시켜 하수관의 제조 품질을 저하 시키는 문제점이 있었고, 롤러의 수명을 단축시켜 잦은 가동중단과 드럼사이즈 조절이 필요한 경우 장기간 조업중단으로 이어지는 문제점이 있었다.

따라서 본 고안의 목적은 하수관 제조용 드럼의 정속도 운전을 위한 드라이브 장치를 제공하는데 있어서 드럼의 정속도 운전을 가능케 하는 것이다.

본 고안의 다른 목적은 다양한 하수관 관종에 따라 드럼 사이즈의 변경이 용이하여 조업 이득을 얻도록 하는 것이다.

도 1은 종래 하수관 제조 드럼의 구성도.

도 2는 도 1의 동력전달 계통도.

도 3은 본 고안에 따른 드럼 드라이브 장치의 배치 개략도.

도 4는 도 3의 측면도.

도 5는 본 고안에 따른 기어박스 단면도.

도 6은 도 5의 측면도.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

2:롤러 3:드럼

4:사각 프로파일 5:압출기

10:감속기 11:스핀들샤프트

12:스핀들기어 13:아이들기어

14:아이들샤프트 15:기어박스

16:롤러샤프트 17:드라이브액슬

18.18a:유니버설커플링 19:드럼샤프트

20:수직프레임 21:테이블

22:샤프트

이러한 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 압출기에서 압출 성형되는 사각 프로파일을 나선 형상으로 감는 롤러를 회전 시키기 위해 구동부의 동력을 롤러측으로 매개하는 하수관 제조 드럼의 드라이브 장치에 있어서;

상기 드라이브 장치는,

(1) 감속기를 거친 동력을 받아 회전 하는 샤프트와,

(2) 상기 샤프트에 결합되어 회전하는 스핀들기어와,

(3) 상기 스핀들기어와 치합되는 아이들기어가 형성된 아이들샤프트를 스핀들기어의 외주면을 따라 등간격으로 배열하여 임의의 종속비율로 만드는 기어박스와,

(4) 상기 아이들샤프트의 회전력을 드럼측 롤러에 등속운동으로 매개하기 위해 아이들샤프트와 롤러 샤프트를 연결하는 드라이브액슬로 이루어지며,

(5) 상기 드라이브액슬의 각 연결점을 유니버설커플링으로 연결한 것을 특징으로 한다.

선택적으로 감속기측 샤프트와 여기에 결합되는 스핀들샤프트 그리고 드럼샤프트의 회전중심을 나란한 배열로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이렇게 나선형 하수관 제조를 위해 제공되는 드럼의 드라이브 장치를 다이렉트 드라이브 장치로 변경하면, 모든 드럼 롤러의 정속도 운전이 가능해지고, 드럼 사이즈 조절에 대한 동력 전달 부품의 재 배치가 가능해진다.

이하, 본 고안의 실시예를 도면을 참고로 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 고안의 드럼 드라이브 장치의 배치상태를 나타내고, 도 4는 측면도 이며, 도 5 및 도 6은 구성부품들의 세부 구성을 나타낸다.

하수관 제조를 위해 먼저 압출기(5)에서 사각 프로파일(4)을 압출 성형하고 이를 드럼(3)에 나선 형상으로 감기 위해 구동부의 동력을 롤러(2)측으로 전달하는 본 고안의 드라이브 장치는, 모터의 동력을 받는 감속기(10)를 설치하고, 이 감속기(10)를 거친 동력을 샤프트(11)를 통해 받는다.

샤프트(11)에는 축상으로 스핀들기어(12)가 결합되어 있고, 그 바깥으로는 스핀들기어(12)와 치합되는 아이들기어(13)가 있는 여러개의 아이들샤프트(14)를 스핀들기어(12)의 외주면을 따라 등간격으로 배열하여 임의의 종속비율로 만드는 기어박스(15)가 있으며, 아이들샤프트(14)의 회전력을 드럼(3)측 롤러(2)에 매개하기 위해 아이들샤프트(14)와 롤러 샤프트(16)를 연결하는 드라이브액슬(17)이 있다.

드라이브액슬(17)의 각 연결점이 되는 아이들샤프트(14)와 드라이브액슬(17)의 접촉부와 드라이브액슬(17)과 롤러 샤프트(16)의 접촉부는 각각 유니버설커플링(18)(18a)으로 연결되어 있다.

그밖에 드럼 샤프트(19)가 드럼의 중심에 있으며, 드럼(3)을 지지하는 수직프레임(20)에 대하여 수평방향으로 놓이는 기어박스(15) 그리고 감속기(10)를 지지하는 테이블(21)이 있다.

드럼샤프트(19)와 스핀들샤프트(11) 그리고 감속기(10)와 스핀들샤프트(11)를 연결하는 축은 언제나 회전 중심이 일치하는 위치에 놓여져 있고, 드라이브액슬(17)과 롤러 샤프트(16)의 위치는 구동 중심 회전축 S1을 중심으로 회전 반경의 선택이 가능하다.

이와같은 드럼 롤러(2)의 드라이브 장치는 개개의 롤러(2)를 직접 구동시키는 형식을 갖게되며, 드라이브액슬(17)을 비롯한 동력전달계통의 변경 없이 드럼(3)의 회전 반경 조절이 가능하다.

모터를 돌리면 감속기(10)를 거쳐 저속으로 샤프트(22)가 회전하고 이 회전은 그대로 스핀들샤프트(11)에 전달된다.

스핀들샤프트(11)에는 스핀들기어(12)가 결합되어 있기 때문에 여기에 아이들기어(13)를 통해 원주상으로 치합되어 있는 개개의 아이들롤러(14)는 동시에 같은 속도로 회전한다. 아이들롤러(14)의 회전력은 다시 드라이브액슬(17)을 통해 롤러 사프트(16)에 전달되어 롤러(2)를 회전 시킨다.

기어박스(10)에 귀속되 있는 원통상의 아이들롤러(14)의 선단으로 부터 롤러(2)를 돌리는 롤러 샤프트(16) 까지 동력을 전달하는 드라이브액슬(17)의 각 끝 결합점은 유니버설커플링(18)(18a)으로 연결되어 있기 때문에 2축(롤러 샤프트:아이들롤러)이 어떤 각도로 교차하고 있어도 동력전달은 가능하다.

모터의 회전수를 원하는 회전수로 바꿔서 출력측에 손실없이 전달하는 것은 여러단계를 거칠수록 어렵다. 더욱이 하수관 제조드럼에서 롤러(2)의 회전 정속도는 나선관 성형에 직접 연관되기 때문에 무엇보다 정속도 유지가 필요하다.

하수관 제조드럼 에서 세팅된 속도의 변화는 주로 동력전달 부품의 마모나 변형이 생기기 때문에 일어난다. 예들들면 체인을 통한 동력전달 형식인 경우 여러개의 롤러를 체인에 감아서 한꺼번에 돌려야 하기 때문에 부하가 커져 모터의 RPM을 고려하는 감속비율을 산정하기가 어렵다. 그만큼 속도에 영향을 미치는 변수가 맣아지고 필드에서는 정속도가 제대로 나타나지 않는다.

도 3과 같이 아이들롤러(14)로 부터 드라이브액슬(17)을 거쳐 롤러(2)를 돌리는 경우는 각각의 롤러(2)에 개별적으로 동력을 전달하기 때문에 스핀들기어(11)와 아이들롤러(2)의 기어비에 변화만 없으면 롤러(2)의 회전속도와 토크에는 변화가 없다. 그만큼 롤러(2)의 각 속도 변화가 적어져서 세팅된 정속도 유지가 가능하다.

중심축 'S1'을 유지하는 조건에서 2축을 연결하는 드라이브액슬(17)의 축간거리 'L'의 조절을 통하면 드럼(3)의 직경 조절이 허용된다. 예를들면 도 3과 같이 임의의 관경 제조를 위해 드라이브 장치의 세팅이 완료된 상태인 롤러(2)의 위치로 나타난 드럼(3)의 전체 직경이 임의의 ψ직경을 갖는다고 할 때, ψ보다 큰 대구경 또는 ψ보다 작은 소구경의 관 제조를 위해 롤러(2)의 재배치와 드라이브액슬(17)의 축간거리 'L'를 조절하여 간단하게 드럼 직경을 조절할 수 있다. 따라서 다양한 드럼사이즈를 준비하고 교체하는데 따르는 시설재 투입과 조업중단 등의 비경제성 요인을 줄이는 결과를 얻게된다.

또한 기어박스(15)에서의 아이들샤프트(14) 종속비율을 조절하여 롤러(2)의 회전속도를 조절할 수 있는데, 약 600ψ직경의 관 구경 제조에서 아이들샤프트(14)의 종속비율을 1:4로 설정하여 안정된 하수관 품질을 얻을 수 있었다.

앞서와 같이, 나선형상의 하수관을 제조하는데 있어서 드럼에 감기는 사각 프로파일의 감김량은 드럼의 회전속도로 나타난다. 사각 프로파일의 감김량은 합성수지의 열적특성중 하나인 고형화와 소성변형 등을 충분한 시간을 두면서 공급시기와 주기를 설정해야만 정상적인 관으로 제작된다. 더욱이 나선형상의 관을 제조하는데에는 이러한 합성수지의 열적특성중 하나인 고형화 분위기를 제조공정중에 포함 시켜야 한다. 이는 결국 드럼의 회전속도를 통해 얻어진다. 따라서 드럼의 회전속도는 이러한 합성수지의 열적특성을 고려하여 결정된 것이며 만약 정속도를 초과하면 너무 빨리 관이 형성되어 충분한 고형화가 이루어지지 못하고 정속도 보다 늦어지면 사각 프로파일의 공급량에 비해 방출속도가 지연되어 관의 변형을 일으킨다.

하수관 제조 드럼의 다이렉트 드라이브 방식은 롤러를 등속 조인트로 연결시켜 동일한 회전수로 독립적으로 돌려주기 때문에 토크 변화가 적고, 기계적 마모에 의한 속도 변화가 적어 정속도 유지에 보다 유리하다.

또한 롤러의 재배치와 축간거리 조절에 의해 다양한 관 구경 제조에 적절히 사용될 수 있다.

이와같이 본 고안은 하수관 제조 드럼의 다이렉트 드라이브 장치를 제공함으로서 드럼의 정속도 유지시켜 관의 제조품질을 항상 시킬 수 있으며, 드럼 사이즈 조절이 가능하여 적은 시설재를 쓰면서도 조업이득을 얻을 수 있는 효과가 있으며, 설비 수리로 인한 조업단축을 방지하고, 소모성 자재의 사용을 줄여 저비용의 설비 운전을 가능케 하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 압출기에서 압출 성형되는 사각 프로파일을 나선 형상으로 감는 롤러를 회전 시키기 위해 구동부의 동력을 롤러측으로 매개하는 하수관 제조 드럼의 드라이브 장치에 있어서;

   상기 드라이브 장치는,

   감속기를 거친 동력을 받아 회전 하는 샤프트와,

   상기 샤프트에 결합되어 회전하는 스핀들기어와,

   상기 스핀들기어와 치합되는 아이들기어가 형성된 아이들샤프트를 스핀들기어의 외주면을 따라 등간격으로 배열하여 임의의 종속비율로 만드는 기어박스와,

   상기 아이들샤프트의 회전력을 드럼측 롤러에 등속운동으로 매개하기 위해 아이들샤프트와 롤러 샤프트를 연결하는 드라이브액슬로 이루어지며,

   상기 드라이브액슬의 각 연결점을 유니버설커플링으로 연결한 것을 특징으로 하는 하수관 제조 드럼의 다이렉트 드라이브 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   감속기측 샤프트와 여기에 결합되는 스핀들샤프트 그리고 드럼샤프트의 회전중심을 동일축상으로 배열한 것을 특징으로 하는 하수관 제조 드럼의 다이렉트 드라이브 장치.