KR200317060Y1

KR200317060Y1 - 필라멘트 와인딩 머신

Info

Publication number: KR200317060Y1
Application number: KR20-2003-0007070U
Authority: KR
Inventors: 강영길
Original assignee: 강영길
Priority date: 2003-03-10
Filing date: 2003-03-10
Publication date: 2003-06-25

Abstract

본 고안은 각종 가스(CNG, 산소, 수소 등)를 압축, 저장할 수 있는 탱크를 경량화하면서도 고압력용으로 제작하기 위하여 탱크의 표면에 섬유강화 복합재료를 연속적으로 와인딩할 수 있도록 하고, 특히 부피가 큰 탱크도 안정적으로 지지한 상태에서 필라멘트를 와인딩할 수 있는 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, 좌우의 바디(6) 중 일측에는 서보모터(4a)에 의해 회전구동하는 척-스핀들(4)을 설치하고, 척-스핀들(4)과 함께 탱크(2)를 회전 가능하게 클램핑하기 위한 이송축(7)은 좌우 바디(6)의 상부를 연결하는 가이드레일(8)상에 설치된 가이드바(9)와 하부에 설치된 가이드레일(12)상의 가이드바(13)에 좌우로 슬라이드 안내할 수 있는 슬라이더(10,14)를 가진 왕복대(11) 상에 설치하며, 왕복대(11) 상하에는 위치고정용 고정판(15)을 나사식 핸들(16)과 연결설치하여 상하 가이드레일(8,12)과 선택 고정될 수 있도록 하며, 상기 하부 가이드레일(12)에는 탱크(2)의 하부를 회전가능하게 지지하는 가이드로울러(17)가 회전 가능하게 설치된 로울러지지대(18)를 가이드바(13)에 안내될 수 있도록 슬라이더(19)로 슬라이드 조절 가능하게 설치하며, 상기 가이드로울러(17)가 설치된 브라켓(22)상의 랙(23)과 로울러지지대(18)상에 설치된 핸들(20) 축상의 피니언(21)을 기어물림하여 상하 높이조절토록 하고, 상기 가이드레일(8)의 가이드바(9)상에 안내되는 슬라이더(24)를 갖는 캐리지(5)에는 서보모터(27)와 연결된 피니언(26)을 설치하여 가이드레일(8)상에 길이 방향으로 설치된 랙(25)과 기어물림토록 하고, 상기 캐리지(5)의 하부에는 필라멘트가이더(28)를 전후로 조절가능토록 서보모터(29)와 연결구동되는 리드스크류(30)를 설치하여 필라멘트가이더(28)상의 나사조절구(31)와 기어물림한 것으로서, 본 고안은 각종 탱크(2)에 필라멘트(3)를 짧은 시간에 매우 효율적으로 와인딩할 수 있으며, 로울러지지대(18)를 구비하여 부피가 큰 탱크도 회전 가능하게 지지할 수 있고, 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 하고, 특히 부피가 큰 탱크도 안정적으로 지지한 상태에서 필라멘트를 와인딩할 수 있는 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 정면 구성도

도 2는 본 고안의 바람직한 일실시예를 보인 평면 구성도

도 3은 본 고안의 A-A 선 단면 구성도

도 4는 본 고안의 B-B 선 단면 구성도

도 5a,5b는 본 고안의 요부 단면도 및 정면 구성도

■ 도면의 주요부분에 사용된 부호의 설명 ■

1: 필라멘트 와인딩 머신 2: 탱크

3: 필라멘트 4: 척-스핀들

4a: 서보모터 5: 캐리지

6: 바디 7: 이송축

8: 가이드레일 9: 가이드바

10: 슬라이더 11: 왕복대

12: 가이드레일 13: 가이드바

14: 슬라이더 15: 고정판

16: 핸들 17: 가이드로울러

18: 로울러지지대 19: 슬라이더

20: 핸들 21: 피니언

22: 브라켓 23: 랙

24: 슬라이더 25: 랙

26: 피니언 27: 서보모터

28: 필라멘트가이더 29: 서보모터

30: 리드스크류 31: 나사조절구

도 1,2는 본 고안에서 제공하는 필라멘트 와인딩 머신(1)을 보인 정면도 및평면 구성도이며, 도 3,4는 단면 구성도 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 탱크(2)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)를 척-스핀들(4)상에 장착된 탱크(2) 외주연부에 와인딩할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여 필라멘트 와인딩 머신(1)을 구성하는 좌우 중 일측 바디(6) 상에는 서보모터(4a)에 의해 회전구동하는 척-스핀들(4)을 설치한다.

상기 척-스핀들(4)과 함께 탱크(2)를 회전 가능하게 클램핑하기 위한 이송축(7)은 좌우 바디(6)의 상부를 연결하는 가이드레일(8)상에서 좌우로 이송될 수 있는 왕복대(11)상에 설치된다.

즉, 가이드레일(8)에는 길이 방향으로 가이드바(9)를 설치하고, 상기 가이드바(9) 상을 슬라이드 할 수 있는 슬라이더(10)를 왕복대(11) 상에 설치한다.

그리고 상기 왕복대(11)의 하부를 지지하며 슬라이드 될 수 있도록 하부 가이드레일(12)을 설치하고, 상기 가이드레일(12)상에 길이 방향으로 설치된 가이드바(13) 상을 슬라이드 할 수 있는 슬라이더(14)를 왕복대(11) 하부에 설치한다.

상기 왕복대(11)는 작업자가 수동으로 밀거나 당겨서 슬라이드 이동을 행하도록 하되, 왕복대(11)의 위치를 결정하면 해당 위치에서 고정할 수 있도록 고정판(15)을 나사식 핸들(16)과 왕복대(11)의 상하로 연결설치하여 상하 가이드레일(8,12)과 선택 고정될 수 있도록 한다.

상기 하부 가이드레일(12)에는 탱크(2)의 규격이 큰 경우 이를 안정적으로 회전가능하게 지지하는 가이드로울러(17)가 회전 가능하게 설치된 로울러지지대(18)가 설치되며, 상기 로울러지지대(18) 역시 가이드레일(12)상의 가이드바(13)에 슬라이드 될 수 있도록 슬라이더(19)를 설치한다.

상기 로울러지지대(18)상의 가이드로울러(17)는 탱크(2)의 외경에 따라지지 높이를 조절할 수 있도록 핸들(20) 축상에 피니언(21)을 축고정시켜 가이드로울러(17)가 설치된 브라켓(22)상에 고정된 랙(23)과 기어물림토록 한다.

그리고 필라멘트(3)를 안내공급하기 위한 캐리어(5)는 가이드레일(8)상에 설치된 가이드바(9)상에 안내되는 슬라이더(24)와, 이의 좌우 구동을 위하여 가이드레일(8)상에 길이 방향으로 설치된 랙(25)과 기어물림될 수 있는 피니언(26)을 캐리어(5)상에 설치하여 서보모터(27)의 정역구동에 의해 구동조절될 수 있도록 하며, 캐리지(5)의 하부에는 필라멘트가이더(28)를 전후로 조절가능토록 서보모터(29)와 연결구동되는 리드스크류(30)를 설치하여 필라멘트가이더(28)상의 나사조절구(31)와 기어물림시킨다.

그리고 이와 같은 본 고안은 각각의 서보모터(4a,27,29)를 회전수 제어 및정역방향 제어 등은 PLC에서 탱크(2) 마다 그 특성에 맞게 프로그래밍된 프로그램에 따라 별도로 구동제어되는 것이다.

도면 중 부호 7a는 이송축(7) 조절핸들을 도시한 것이다.

상기와 같이 구성될 수 있는 본 고안의 필라멘트 와인딩 머신(1)은 각종 탱크(2) 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 왕복대(11)를 가이드레일(8)상에서 작업자가 슬라이드 이동시켜 탱크(2)의 타측에 연접되도록 이송한 후 왕복대(11)가 임의로 유동되지 않도록 나사식 핸들(16)을 조절하여 고정판(15)이 상하 가이드레일(8,12)과 고정조절토록 한다.

왕복대(11)가 상하 가이드레일(8,12)상에서 고정되면 이송축(7)의 조절핸들(7a)을 회전시켜 이송축(7)을 척-스핀들(4) 측으로 전진시키면 척-스핀들(4)과 이송축(7) 상간에 탱크(2)가 회전 가능하게 클램핑된다.

탱크(2)의 길이가 길거나 무게가 무거운 경우는 이를 안정적으로 지지하기 위하여 하부 가이드레일(12)상에서 슬라이드 조절되는 로울러지지대(18)를 적정 위치로 슬라이드 이동시킨 후 로울러지지대(18) 상부의 가이드로울러(17)가 탱크(2)의 하측에서 연접지지되도록 한다.

이를 위하여 로울러지지대(18)상의 가이드로울러(17)는 그 높이를 핸들(20)을 사용하여 조절하면, 상기 핸들(20) 축상에 축고정되어 있는 피니언(21)과 기어물림되어 있는 브라켓(22)상의 랙(23)이 승강조절되므로 가이드로울러(17)가 탱크(2)의 하부를 회전지지할 수 있도록 높이조절이 가능한 것이다.

위와 같이 탱크(2)의 클램핑 및 가이드로울러(17)에 의한 안정적인 지지가 완료되면 크릴(도시하지 아니함)에 권취되어 있던 필라멘트(3)가 적정의 장력을 갖고 해권되면서 필라멘트가이더(28)를 통하여 탱크(2)에 와인딩 작업이 이루어지는 바, 이때 탱크(2)는 서보모터(4a)에 의해 회전구동하는 척-스핀들(4)에 의해 소정 회전속도로 구동되어 필라멘트가이더(28)를 통해 공급되는 필라멘트(3)가 탱크(2)에 와인딩되는데, 상기 탱크(2) 외연부에 균일하게 필라멘트(3)를 와인딩하기 위해서는 필라멘트가이더(28)가 탱크(2) 외연부를 따라 좌우로 왕복운동을 하게 된다.

상기 필라멘트가이더(28)는 가이드레일(8) 상에 설치된 캐리지(5)상에 설치되어 있고, 상기 캐리지(5)는 서보모터(27)에 의해 정역 방향으로 구동할 수 있는 피니언(26)이 랙(25)을 따라 좌우로 이동되는 것이며, 이러한 서보모터(27)의 정역 구동 및 회전수는 미리 설정된 프로그램에 의하여 행해지는 것이다.

또한 상기 필라멘트가이더(28)는 캐리지(5)상에 설치된 리드스크류(30)와 나사조절구(31)와 연결되어 있어 탱크(2)의 외경에 따라 전후로 간격을 조절할 수 있는 바, 이러한 리드스크류(30)의 구동은 캐리지(5)상에 설치된 서보모터(29)에 의해 이루어지는 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 필라멘트가이더(28)는 캐리지(5)상에 설치되어 좌우로 왕복운동하면서 필라멘트(3)를 회전하는 탱크(2)에 와인딩 부위에 따라 원활하게 안내공급토록 하여 원통형 탱크(2)의 외연부에 필라멘트(3)를 짧은 시간에 매우 효율적으로 와인딩할 수 있으며, 로울러지지대(18)를 구비하여 부피가 큰 탱크도 회전 가능하게 지지할 수 있으며, 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

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) 중 일측에는 서보모터(4a)에 의해 회전구동하는 척-스핀들(4)을 설치하고,

상기 척-스핀들(4)과 함께 탱크(2)를 회전 가능하게 클램핑하기 위한 이송축(7)은 좌우 바디(6)의 상부를 연결하는 가이드레일(8)상에 설치된 가이드바(9)와 하부에 설치된 가이드레일(12)상의 가이드바(13)에 좌우로 슬라이드 안내할 수 있는 슬라이더(10,14)를 가진 왕복대(11) 상에 설치하며,

상기 왕복대(11) 상하에는 위치고정용 고정판(15)을 나사식 핸들(16)과 연결설치하여 상하 가이드레일(8,12)과 선택 고정될 수 있도록 하며,

상기 하부 가이드레일(12)에는 탱크(2)의 하부를 회전가능하게 지지하는 가이드로울러(17)가 회전 가능하게 설치된 로울러지지대(18)를 가이드바(13)에 안내될 수 있도록 슬라이더(19)로 슬라이드 조절 가능하게 설치하며,

상기 가이드로울러(17)가 설치된 브라켓(22)상의 랙(23)과 로울러지지대(18)상에 설치된 핸들(20) 축상의 피니언(21)을 기어물림하여 상하 높이조절이 이루어질 수 있도록 하고,

상기 가이드레일(8)의 가이드바(9)상에 안내되는 슬라이더(24)를 갖는 캐리지(5)에는 서보모터(27)와 연결된 피니언(26)을 설치하여 가이드레일(8)상에 길이 방향으로 설치된 랙(25)과 기어물림토록 하고,

상기 캐리지(5)의 하부에는 필라멘트가이더(28)를 전후로 조절가능토록 서보모터(29)와 연결구동되는 리드스크류(30)를 설치하여 필라멘트가이더(28)상의 나사조절구(31)와 기어물림한 것을 특징으로 하는 필라멘트 와인딩 머신.