KR200317059Y1 - 필라멘트 와인딩 머신 - Google Patents

Abstract

본 고안은 필라멘트 와인딩 머신에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 각종 가스(CNG, 산소, 수소 등)를 압축, 저장할 수 있는 탱크를 경량화하면서도 고압력용으로 제작하기 위하여 탱크의 표면에 섬유강화 복합재료를 연속적으로 와인딩할 수 있도록 한 신규한 구성의 필라멘트 와인딩 머신을 제공코자 하는 것이다.

즉, 본 고안은 고압가스 탱크, 파이프, 로켓, 모터케이스와 같은 각종 탱크(2) 외부에 섬유강화 복합재료(카본섬유, 유리섬유, 케브라 등)로 이루어지는 필라멘트(3)를 소정 간격으로 균일하게 와인딩할 수 있는 필라멘트 와인딩 머신(1)을 구성하되, 이는 좌우의 바디(6) 상에는 상하 다단으로 서보모터(4a)에 의해 각각 회전구동하는 척-스핀들(4)과 이의 대응부에는 공압실린더(7a)에 의해 좌우 소정 폭 출몰작동할 수 있도록 설치되고, 좌우 바디(6)의 상부는 가이드레일(8)을 설치하여 서보모터(10)에 의해 정역 구동되는 리드스크류(9)를 설치하여 이와 연결된 캐리지(5)가 좌우 이동될 수 있도록 하고, 캐리지(5)에는 필라멘트 가이더프레임(11)이 전후로 슬라이드 될 수 있도록 리드스크류(12)를 정역 구동되는 서보모터(13)와 연결하며, 가이더프레임(11)에는 필라멘트(3) 안내용 가이더(14)를 정역 회전시키는 서보모터(15)와 연결구동토록 하고, 상기 각각의 서보모터(10,13,15)는 필라멘트(3)를 와인딩코자 하는 탱크(2)에 따라 정역 회전방향 및 회전수가 프로그램 제어될 수 있도록 한 것으로서, 본 고안에 의하면 원통형 탱크(2)의 외연부는 물론 양단 반구형 부위까지 필라멘트(3)를 짧은 시간에 매우 효율적으로 와인딩할 수 있으며, 각종 가스를 압축, 저장할 수 있는 탱크를 경량화, 고압력용으로 제작할 수 있는 등 다수의 효과를 제공받을 수 있는 것이다.

Description

필라멘트 와인딩 머신{Filament winding machine}

본 고안은 필라멘트 와인딩 머신에 관한 것으로서, 더욱 상세히는 각종 가스(CNG, 산소, 수소 등)를 압축, 저장할 수 있는 탱크를 경량화하면서도 고압력용으로 제작하기 위하여 탱크의 표면에 섬유강화 복합재료를 연속적으로 와인딩할 수 있도록 한 신규한 구성의 필라멘트 와인딩 머신을 제공코자 하는 것이다.

통상 각종 탱크는 스틸이나 스테인레스 등의 재료를 사용하여 제작되지만, 이러한 금속, 비철금속 등의 단일 재료로 제작된 탱크의 경우 무게는 중량인데 비하여 고압력에 충분한 내구성을 갖추지 못하여 이러한 문제를 해결하기 위하여 탱크의 외부에 섬유강화 복합재료를 와인딩하는 방법이 사용되고 있다.

그러나 기존 탱크에 섬유강화 복합재료(이하 '필라멘트'라 칭한다)를 와인딩하는 방법은 탱크를 스핀들 상에 회전 가능하게 장착하고, 상기 스핀들의 회전에 대하여 필라멘트를 좌우로 왕복운동하면서 공급할 수 있는 왕복대를 사용하여 탱크의 외연부상에 필라멘트를 와인딩토록 하고 있으나, 이는 탱크의 양단 반구형 부위에는 필라멘트를 와인딩할 수 없어 이를 개선할 수 있는 필라멘트 와인딩 머신의 개발은 업계의 절실한 과제였던 것이다.

이에 본 고안에서는 상기한 바와 같이 기존의 필라멘트 와인딩 머신이 갖는 와인딩 부위의 한계를 극복할 수 있는 다축 제어 방식의 필라멘트 와인딩 머신을 제공코자 하는 것으로서,

본 고안은 특히 탱크의 규격에 구애받지 않고 탱크 외주면 전체에 대하여 필라멘트를 와인딩할 수 있는 필라멘트 와인딩 머신을 제공함에 고안의 기술적 과제를 두고 본 고안을 완성한 것이다.

도 1은 본 고안의 바람직한 일실시예를 보인 평면도

도 2는 본 고안의 바람직한 일실시예를 보인 정면도

도 4는 본 고안의 바람직한 일실시예를 보인 측면 구성도

도 5는 본 고안의 요부 작용상태를 설명키 위한 개략적인 평면도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1: 필라멘트 와인딩 머신 2: 탱크

3: 필라멘트 4: 척-스핀들

4a: 서보모터 5: 캐리지

6: 바디 7: 이송축

7a: 공압실린더 8: 가이드레일

9: 리드스크류 10: 서보모터

11: 가이더프레임 12: 리드스크류

13: 서보모터 14: 가이더

15: 서보모터

도 1내지 도 3은 본 고안에서 제공하는 필라멘트 와인딩 머신(1)을 보인 평면도, 정면도, 측면도 등으로서, 이들 도면과 함께 본 고안을 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 고안에서 제공하는 필라멘트 와인딩 머신(1)은 각종 고압가스(CNG, 산소, 수소 등)를 저장하는 탱크, 또는 파이프, 로켓, 모터케이스 등과 같은 축대칭 복합재료는 물론 비대칭형의 일부 형태를 갖는 구조물(이하 '탱크'라 통칭한다)상에 카본섬유(carbon-fiber)나 유리섬유(glass-fiber), 케브라 등과 같은 소재의 필라멘트(3)를 소정 간격으로 자동 와인딩하는 와인딩 머신(1)을 제공하는 것으로서,

탱크(2)를 회전시키기 위한 척-스핀들(chuck-spindle; 4)의 회전속도와 필라멘트(3)의 공급위치를 이동시키는 캐리지(5)의 이송속도를 조절하여 일정한 와인딩 각도(winding angle)와 패턴(pattern)으로 수지가 함침된 필라멘트(3)를척-스핀들(4)상에 장착된 탱크(2) 외주연부에 와인딩할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 필라멘트 와인딩 머신(1)을 구성하는 일측 바디(6) 상에는 상하 다단으로 서보모터(4a)에 의해 각각 회전구동하는 척-스핀들(4)을 설치한다.(도시한 예는 3개를 설치한 경우임)

상기 척-스핀들(4)과 함께 탱크(2)를 회전 가능하게 클램핑하기 위한 이송축(7)이 바디(6)의 대응부 상에 설치되어 공압실린더(7a)에 의해 좌우 소정 폭 출몰작동할 수 있도록 설치된다.

그리고 상기 좌우 바디(6)의 상부를 가이드레일(8)로 연결하고, 상기 가이드레일(8)상에는 리드스크류(9)를 길이 방향으로 설치하여 상기 리드스크류(9)와 연결된 서보모터(10)의 정역 구동에 따라 캐리지(5)가 정역 방향으로 슬라이드 작동되면서 크릴(미도시)에서 공급되는 필라멘트(3)를 전후좌우로 공급, 안내할 수 있도록 한다.

이를 위하여 상기 캐리지(5)에는 필라멘트 가이더프레임(11)이 전후로 슬라이드 될 수 있도록 리드스크류(12)를 서보모터(13)와 연결하여, 상기 서보모터(13)의 정역 구동에 따라 전후 방향으로 가이더프레임(11)이 슬라이드 작동될 수 있도록 한다.

상기 가이더프레임(11)에는 필라멘트(3) 안내용 가이더(14)를 회전시켜 줄 수 있는 서보모터(15)를 별도로 설치하여 상하 다단으로 설치된 각각의 가이더(14)와 연결하여 정역 회전이 가능토록 한다.

그리고 이와 같은 본 고안은 각각의 서보모터(10,13,15)를 정역방향 제어 및회전수 제어 등은 PLC에서 탱크(2) 마다 그 특성에 맞게 프로그래밍된 프로그램에 따라 별도로 구동제어되는 것이다.

상기와 같이 구성될 수 있는 본 고안의 필라멘트 와인딩 머신(1)은 각종 탱크 등의 외연부에 필라멘트(3)를 와인딩 할 시에 사용되는 것으로서, 이의 작업과정 등을 이하에 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

필라멘트(3)를 와인딩코자 하는 탱크(2) 일측을 척-스핀들(4)에 연접시킨 후 대응부에 설치된 이송축(7)을 공압실린더(7a)를 작동시켜 척-스핀들(4) 측으로 전진시키면 척-스핀들(4)과 이송축(7) 상간에 탱크(2)가 클램핑되고, 탱크(2)의 클램핑이 완료되면 크릴에 권취되어 있던 필라멘트(3)가 적정의 장력을 갖고 해권되면서 가이더(14)를 통하여 탱크(2)에 와인딩작업이 이루어지는 바, 이때 탱크(2)는 척-스핀들(4)의 회전구동으로 소정 회전속도로 구동되어 가이더(14)를 통해 공급되는 필라멘트(3)가 탱크(2)에 와인딩되는데, 상기 탱크(2) 외연부에 균일하게 필라멘트(3)를 와인딩하기 위해서는 가이더(14)가 1차적으로 탱크(2) 외연부를 따라 좌우로 왕복운동을 하게 된다.

즉, 가이더(14)는 가이드레일(8) 상에 설치되어 서보모터(10)에 의해 정역 방향으로 구동할 수 있는 리드스크류(9)와 연결된 캐리지(5)에 설치되어 있어 미리 설정된 프로그램에 의하여 회전 속도 및 정역 방향이 결정되어 구동되는 서보모터(10)의 회전에 의하여 소정 속도로 탱크(2) 좌우로 왕복하면서 1차적으로 필라멘트(3)를 탱크(2) 외부에 와인딩할 수 있게 되며,

차기로 탱크(2)의 양단부에 필라멘트(3)를 와인딩하기 위해서는 가이더(14)가 좌우 왕복운동 뿐만 아니라 전후진, 그리고 회전을 하면서 필라멘트(3)가 탱크(2)에 와인딩될 수 있도록 안내공급을 하게 되는 것이다.

즉, 가이더(14)가 설치된 캐리지(5)가 서보모터(10)에 의해 정역 방향으로 구동을 함과 동시에 캐리지(5)상에 설치된 필라멘트 가이더프레임(11)이 서보모터(13)에 의해 전후로 슬라이드되며, 가이더(14)가 또한 서보모터(15)에 의해 회전하는 동작이 연속적으로 제어됨으로써 도 4에서 보는 바와 같이 탱크(2)의 양단부도 필라멘트(3)를 탱크(2) 길이방향에 대하여 대각선 방향으로 소정 간격을 두고 연속 와인딩하게 되는 것이다.

이상에서 상세히 살펴 본 바와 같이 본 고안에서 제공하는 필라멘트 와인딩 머신(1)은 척-스핀들(4)과 이송축(7) 상간에 필라멘트(3)를 와인딩코자 하는 탱크(2)를 클램핑시킨 후 척-스핀들(4)을 회전구동시키고, 상기 탱크(2)에 필라멘트(3)를 공급안내하는 가이더(14)는 전후좌우 및 자체 회전수단에 의하여 필라멘트(3)를 회전하는 탱크(2)에 와인딩 부위에 따라 원활하게 안내공급토록 하여 원통형 탱크(2)의 외연부는 물론 양단 반구형 부위까지 필라멘트(3)를 짧은 시간에 매우 효율적으로 와인딩할 수 있으며,

그로 인하여 각종 가스(CNG, 산소, 수소 등)를 압축, 저장할 수 있는 탱크를 경량화, 고압력용으로 제작할 수 있는 등 그 기대되는 효과가 예상외로 다대한 고안이다.

Claims (1)

1. 각종 탱크(2) 외부에 섬유강화 복합재료(카본섬유, 유리섬유, 케브라)로 이루어지는 필라멘트(3)를 소정 간격으로 균일하게 와인딩할 수 있는 필라멘트 와인딩 머신(1)을 구성함에 있어서;

   상기 필라멘트 와인딩 머신(1)을 구성하는 좌우의 바디(6) 상에는 상하 다단으로 서보모터(4a)에 의해 각각 회전구동하는 척-스핀들(4)과 이의 대응부에는 공압실린더(7a)에 의해 좌우 소정 폭 출몰작동할 수 있도록 설치되고,

   상기 좌우 바디(6)의 상부는 가이드레일(8)을 설치하여 서보모터(10)에 의해 정역 구동되는 리드스크류(9)를 설치하여 이와 연결된 캐리지(5)가 좌우 이동될 수 있도록 하고,

   상기 캐리지(5)에는 필라멘트 가이더프레임(11)이 전후로 슬라이드 될 수 있도록 리드스크류(12)를 정역 구동되는 서보모터(13)와 연결하며,

   상기 가이더프레임(11)에는 필라멘트(3) 안내용 가이더(14)를 정역 회전시키는 서보모터(15)와 연결구동토록 하고,

   상기 서보모터(10,13,15)는 필라멘트(3)를 와인딩코자 하는 탱크(2)에 따라 정역 회전방향 및 회전수가 프로그램 제어될 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 머신.