KR200296491Y1 - 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합재료성형 멘드릴(mandrel)에 이동레일을 통해 움직이는 섬유공급장치를 장착시킴으로써, 보강섬유를 멘드릴축 방향으로 배열하여 단면에 비해 길이간 긴 제품을 와인딩할 수 있을 뿐만 아니라, 단시간에 외표면이 균일한 고강도의 복합재료제품을 생산할 수 있는 효율적인 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것이다.

본 고안에 따르면, 소정형상의 요홈부(31)가 성형되어 있는 와인딩 프레임(30) 일측에 멘드릴(20)을 장착하되, 상기 멘드릴(20) 양단에는 이동레일(41)을 따라 이동하는 매듭성형 권선기(40)(40')를 장착하고, 멘드릴(20) 하단에는 이동레일(51)을 따라 이동하는 수지보조도포장치(50)를 장착하며, 상기 요홈부(31) 상단 일측에는 섬유공급장치(10)가 이동하는 이동레일(14)을 장착하여 형성됨을 특징으로 하는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치가 제공된다.

Description

매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치{The filament winding machine formed knot winding machine}

본 고안은 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복합재료성형 멘드릴(mandrel)에 이동레일을 통해 움직이는 섬유공급장치를 장착시킴으로써, 보강섬유를 멘드릴축 방향으로 배열하여 단면에 비해 길이간 긴 제품을 와인딩할 수 있을 뿐만 아니라, 단시간에 외표면이 균일한 고강도의 복합재료제품을 생산할 수 있는 효율적인 필라멘트 와인딩 장치에 관한 것이다.

근래들어 각종 산업구조물의 경량화를 목적으로 개발된 복합재료(Composites Materials)는 중량이 가벼울 뿐만 아니라, 내화학성과 내부식성이 뛰어나고 인장강도가 강하여 다양한 산업분야에 활용되고 있는 실정이다. 상기와 같은 복합재료를 생산하기 위하여 다양한 방법이 이용되고 있는데, 일반적으로 자동화된 필라멘트 와인딩(Filament Winding) 장치와, 인발성형(Pultrusion) 장치가 널리 활용되고 있다.

필라멘트 와인딩 장치는 보강섬유를 권회하여 파이프나 압력용기 및 로켓 모터 케이스 등과 같은 축대칭 복합재료 구조물을 제작하는 것으로, 외주연으로 회전암이 장착된 멘드릴과 축대칭되게 섬유공급장치를 장착한 후, 상기 섬유공급장치를 통해 수지에 함침된 보강섬유를 멘드릴 외주연으로 다수회 권회시키며, 권회 후 멘드릴에서 탈형하면 완성된 제품이 되는 것이다. 인발성형 장치는 보강섬유를 인발하여 로드(Rod),빔(Beam) 파이프 등과 같은 대형 구조물을 제작하는 것으로, 섬유공급장치와 인발기 사이에 금형을 장착한 후, 상기 섬유공급장치를 통해 수지에 함침된 보강섬유를 금형에 삽입하고, 금형을 통과한 보강섬유는 인발기를 통해 인발된 후 절단되어 완성된다.

하지만 상기와 같은 필라멘트 와인딩 장치는 멘드릴이나 회전암의 회전각이 제한됨으로 멘드릴축 방향과 일치되도록 보강섬유를 배열시킬 수 없으며, 이로 인하여 길이가 단면에 비해 아주 긴 제품을 생산할 경우 다량의 보강섬유가 소모될 뿐만 아니라, 생산에 따른 시간도 많이 소모되는 등의 문제점이 발생하였다.. 또한, 인발성형 장치는 실린더형의 제품 생산 자체가 불가능한 등의 폐단이 있었다.

따라서 본 고안은 본 고안인의 선등록 제 282697 호(섬유강화복합재료의 매듭성형 편직권선장치)를 필라멘트 와인딩 장치에 형성시킴으로써 상기와 같은 폐단을 없애고자한 것이다.

본 고안의 목적은 종래의 이와같은 문제점을 해소하고자 한 데 있는 것으로, 멘드릴 상단으로 이동레일을 통해 움직이는 섬유공급장치를 장착하고, 멘드릴 하단으로는 수지보조도포장치를 장착하며, 멘드릴 양측에는 이동레일을 통해 움직이는 매듭성형 권선기를 장착함으로써, 최단 시간에 길이가 짧은 제품 뿐만 아니라, 단면에 비해 길이가 긴 고강도의 제품을 생산할 수 있어 효율적인 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치를 제공코자 하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 고안의 전체 상태를 도시한 사시도

도 2는 본 고안의 멘드릴의 회전상태를 도시한 상태도

도 3은 본 고안의 보강섬유 권선상태를 도시한 상태도

도 4는 본 고안의 수지보조도포장치를 단면을 도시한 단면도

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10,10',10": 섬유공급장치 11: 보빈 12: 수지함침조

13,13': 보강섬유 14: 이동레일 15: 이동휠

16: 가이드 20: 멘드릴 21: 회전축

30: 와인딩 프레임 31: 요홈부 40,40': 매듭성형 권선기

41: 이동레일 42,42: 이동휠 50: 수지보조도포장치

51: 이동레일 52: 상부 도포판넬 53: 이동휠

54: 하부 도포판넬 55: 스프링 가: 필라멘트 와인딩장치

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 고안에 관하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 고안의 전체 상태를 도시한 사시도, 도 2는 본 고안의 멘드릴의 회전상태를 도시한 상태도, 도 3은 본 고안의 보강섬유 권선상태를 도시한 상태도, 도 4는 본 고안의 수지보조도포장치를 단면을 도시한 단면도로서, 다수개의 보빈(11)과 수지함침조(12)를 통해 보강섬유(13)가 공급되는 섬유공급장치(10)를 멘드릴(20)의 일측에 장착한 통상의 필라멘트 와인딩 장치(가)에 있어서, 본 고안은 도 1에서와 같이 소정형상의 요홈부(31)가 성형되어 있는 와인딩 프레임(30) 일측에 멘드릴(20)을 장착하되, 상기 멘드릴(20) 양단에는 이동레일(41)을 따라 이동하는 매듭성형 권선기(40)(40')를 장착하고, 멘드릴(20) 하단에는 이동레일(51)을 따라 이동하는 수지보조도포장치(50)를 장착하며, 상기 요홈부(31) 상단 일측에는 섬유공급장치(10)가 이동하는 이동레일(14)을 장착하여 형성됨을 특징으로 한 것이다.

상기에서, 매듭성형 권선기(40)(40')의 하단에는 이동휠(42)(42')이 장착되어져 있으며, 일측에는 섬유공급장치(10')(10")가 장착되어져 있다.

상기에서, 섬유공급장치(10)의 하단에는 이동휠(15)이 장착되어져 있으며, 일측에는 소정 각도로 회동 가능한 다수개의 가이드(16)가 장착되어져 있다.

상기에서, 수지보조도포장치(50)는 도 4에서와 같이 상부 도포판넬(52)과 이동휠(53)이 장착된 하부 도포판넬(54)로 구성되며, 상기 상부 도포판넬(52)과 하부 도포판넬(54) 사이에는 다수개의 스프링(55)이 장착되어져 있다.

상기에서, 멘드릴(20)은 일측이 테이퍼(taper)져 있을 수도 있다.

도면중 미설명 부호 (21)는 회전축이다.

이와 같이된 본 고안은 도 1에서와 같이 와인딩 프레임(30)의 요홈부(31) 일측으로 회전축(21)이 장착된 멘드릴(20)을 장착하고, 상기 멘드릴(20)의 일측 요홈부(31) 상단으로 이동레일(14)을 따라 움직이는 섬유공급장치(10)를 장착하며, 멘드릴(20) 하단으로는 이동레일(51)을 따라 움직이며 와인딩된 보강섬유(13)의 외표면을 균일화하는 수지보조도포장치(50)를 장착하게 된다. 또한 멘드릴(20)의 양측에는 이동레일(51)을 따라 움직이며 보강섬유(13)의 양단에 매듭을 성형하는 매듭성형 권선기(40)(40')를 장착하는데, 상기 매듭성형 권선기(40)(40')의 일측에는 매듭성형 권선기(40)(40')로 보강섬유(13')를 공급하는 섬유공급장치(10')(10")를 각각 장착하여서 된다.

그리고 본 고안의 실시예에 따른 작동과정을 설명하면, 도 1 에서와 같이 섬유공급장치(10)의 보빈(11)에 권선되어 있는 보강섬유(13)는 에폭시 수지 및 불포화 폴리에스테르 등이 함유된 수지함침조(12)에 함침된 후, 가이드(16)를 통해 멘드릴(20)에 권선되는데, 이때 섬유공급장치(10)의 가이드(16)는 이동레일(14)을 따라 멘드릴(20) 축의 선단에서 종단으로 이동하면서 보강섬유(13)를 배열하게 되며, 멘드릴(20) 축의 종단에서는 매듭성형 권선기(40)로 종단부분의 보강섬유(13)에 매듭을 성형하게 된다. 이때 섬유공급장치(10')를 통해 수지에 함침된 보강섬유(13')가 매듭성형 권선기(40)로 공급되며, 공급된 보강섬유(13')로 멘드릴(20) 종단의 보강섬유(13)에 매듭을 성형하게 되는 것이다.

매듭성형 권선기(40)를 통해 종단 부분에 매듭이 형성되고 나면 도 2에서와 같이 회전축(21)의 양단 부분에 장착된 통상의 구동모터를 통해 보강섬유(13)의 폭만큼 멘드릴(20)이 회전하게 되고, 멘드릴(20) 종단부분에 있던 섬유공급장치(10)는 이동레일(14)을 통해 보강섬유(13)를 배열하면서 멘드릴(20) 선단으로 이동하게 된다. 이 때 멘드릴(20) 선단부분의 보강섬유(13)는 섬유공급장치(10")에서 공급되는 보강섬유(13')를 통해 매듭성형 권선기(40')로 매듭을 성형하게 되는 것이다. 또한 멘드릴(20) 외표면에 성형된 보강섬유(13)는 이동레일(51)에 따라 움직이는 멘드릴(20) 하단의 수지보조도포장치(50)를 통해 중력에 의한 수지의 흘러내림을 방지하게 되며, 상기 수지보조도포장치(50)는 도 4에서와 같이 상부 도포판넬(52)과 하부 도포판넬(54) 사이의 스프링(55) 탄성력으로 인하여, 보강섬유(13)를 다수회 권선하여 두께가 두꺼워지더라도 지속적인 흘러내림 방지가 가능할 뿐만 아니라, 이로 인하여 보강섬유(13)의 외표면을 균일화하게 된다.

이러한 과정들이 반복되면서 멘드릴(20) 축의 선단에서 종단까지 보강섬유(13)가 고르게 분포되며, 보강섬유(13)가 축방향으로 분포된 후에는 도 3에서와 같이 가이드(16)의 일측이 소정 각도로 회동하여 섬유공급장치(10)를 통해 보강섬유(13)를 공급하게 되는데, 이 때 멘드릴(20)은 지속적으로 회전을 하게 되며 이로 인하여 보강섬유(13)는 사선이나 역사선 등의 여러방향으로 권선되어 제품의 강도를 증가시키게 된다. 또한 멘드릴(20) 중심부분의 보강섬유(13) 강도가 약할 경우에는 축의 선단이나 종단에 있는 매듭성형 권선기(40)(40')를 멘드릴(20) 중심부로 이동하여 중심부분에 매듭을 성형한 후 원래 위치로 이동할 수도 있다.

상기와 같이 본 고안은 이동레일(14)에 의한 섬유공급장치(10)의 축방향 이동으로 인하여 8m~9m 정도로 길이가 긴 제품을 생산할 수 있는데, 관경이 동일한 멘드릴(20)을 사용할 경우에는 고강도 파이프 등을 생산할 수 있으며, 양단의 관경이 상이한 멘드릴(20)을 사용할 경우에는 전신주 등을 생산할 수 있게 된다. 상기 전신주는 8m~9m 정도의 제품 2개를 연결하여 형성시키게 된다.

또한 상기와 같은 파이프나 전신주 등은 보강섬유(13)의 다방향 권선으로 인하여 제품의 강도가 극대화되며, 이로 인하여 제품의 수명도 최대화시킬 수 있게 된다.

이와같이 본 고안은 이동레일(14)(41)을 따라 움직이는 섬유공급장치(10)와 매듭성형 권선기(40)(40')를 통해 멘드릴(20)의 축방향 권선이 가능케함으로써 단면에 비해 길이가 긴 제품을 생산할 수 있으며, 멘드릴(20) 하단에 장착된 수지보조도포장치(50)를 통해 보강섬유(13)의 외표면이 균일화된 제품을 생산할 수 있을 뿐만 아니라, 보강섬유(13)의 다방향 권선으로 인하여 고강도의 제품을 생산할 수 있다. 또한 생산공정의 효율성을 극대화시켜 단시간에 대량생산을 가능하게 한 데 그 효과가 있다.

Claims (5)

1. 다수개의 보빈(11)과 수지함침조(12)를 통해 보강섬유(13)가 공급되는 섬유공급장치(10)를 멘드릴(20)의 일측에 장착한 통상의 필라멘트 와인딩 장치(가)에 있어서, 소정형상의 요홈부(31)가 성형되어 있는 와인딩 프레임(30) 일측에 멘드릴(20)을 장착하되, 상기 멘드릴(20) 양단에는 이동레일(41)을 따라 이동하는 매듭성형 권선기(40)(40')를 장착하고, 멘드릴(20) 하단에는 이동레일(51)을 따라 이동하는 수지보조도포장치(50)를 장착하며, 상기 요홈부(31) 상단 일측에는 섬유공급장치(10)가 이동하는 이동레일(14)을 장착하여 형성됨을 특징으로 하는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치.
2. 제 1항에 있어서, 매듭성형 권선기(40)(40')의 하단에는 이동휠(42)(42')이 장착되어져 있으며, 일측에는 섬유공급장치(10')(10")가 장착되어져 있음을 특징으로 하는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치.
3. 제 1항에 있어서, 섬유공급장치(10)의 하단에는 이동휠(15)이 장착되어져 있으며, 일측에는 소정 각도로 회동 가능한 다수개의 가이드(16)가 장착되어져 있음을 특징으로 하는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치.
4. 제 1항에 있어서, 수지보조도포장치(50)는 상부 도포판넬(52)과 이동휠(53)이 장착된 하부 도포판넬(54)로 구성되며, 상기 상부 도포판넬(52)과 하부 도포판넬(54) 사이에는 다수개의 스프링(55)이 장착되어져 있음을 특징으로 하는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치.
5. 제 1항에 있어서, 멘드릴(20)은 일측이 테이퍼(taper)져 있음을 특징으로 하는 매듭성형 권선기가 형성된 필라멘트 와인딩 장치.