KR20100002821U

KR20100002821U - 확장형 멘드렐

Info

Publication number: KR20100002821U
Application number: KR2020080011966U
Authority: KR
Inventors: 김영춘
Original assignee: 주식회사 에스에프에이
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2010-03-10
Also published as: KR200455112Y1

Abstract

본 고안 권선기에서 코일 권선작업을 마친 뒤 권선작업에 사용된 확장형 멘드렐에 연결된 확장용 세그먼트(50)의 위치변화로 용이하게 멘드렐을 분리시키는 기구구조에 관한 것으로, 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판(1)과 우측고정원판(7)사이에 웜기어축 지지 브라켓(4)에 삽입된 웜기어회전축(5)을 회전시키면 기어박스(2)의 스퍼기어와 기어박스(2)와 연결된 회전축(70)이 회전하게 된다.

그리고 이 회전은 회전축(70)에 삽입된 연결막대 이송용 우측 원판 조립체(20)는 우측방향으로, 연결막대 이송용 좌측 원판 조립체(30)는 좌측방향으로 벌어져 각각의 원판조립체의 고정용막대(28, 38)에 연결된 연결막대(60)가 확장용 세그먼트(50)를 확장형 멘드렐의 중심방향으로 모여들게 하여 권선작업 후 권선된 코일의 중심에서 멘드렐을 분리할 때 용이하게 하도록 고안된 것이다.

멘드렐, 확장용 세그멘트, 권선기

Description

확장형 멘드렐{Extension Type Mandrel}

본 고안 권선기에서 코일 권선작업을 마친 뒤 권선작업에 사용된 확장형 멘드렐을 확장형 멘드렐에 포함된 확장용 세그먼트(50)의 위치변화로 용이하게 분리시키는 기구구조에 관한 것이다.

일반적으로 멘드렐과 같은 형상의 부품은 일정두께의 평판소재나 선재를 코일형상으로 감는 코일러나, 코일소재를 선형으로 풀어내는 언코일러라는 이름으로 프레스가공이나 압연가공 등의 기계가공공정에 사용되고, 또는 권철심이나 유도코일과 같은 전기관련부품에 심봉 혹은 멘드렐이라는 이름으로 사용되고 있는 등 다양한 산업분야에서 사용되고 있다. 특히 기계가공 공정중 열연공정의 권취된 코일을 장착하여 스킨 패스 밀로 보낼 때 사용하는 페이오프 릴(pay off reel)이나 스킨 패스 밀을 통과한 코일의 선단부를 고정시킨 후 그 코일을 다시 권취하는데 사용하는 텐션 릴(tension reel) 등이 사용되고 있다.

그리고 전기부품 중 코일제조공정의 경우, 코일의 권심이 되는 멘드렐을 구동모터에 연결하여 회전시킴으로써 코일링(coiling)이나 언코일링(uncoiling)을 수행하게 되는데, 이때 사용되는 멘드렐은 제조되는 코일의 다양한 내경크기에 부합 되도록 수축 및 팽창되도록 만들어진다.

멘드렐의 확장구동은 일반적으로 캠식과 슬라이딩 방식이 있다. 캠식 확축식 멘드렐은 대한민국 공개특허 10-2008-0023676 '확장 가능한 릴 맨드릴', 대한민국 특허공보 공개번호 특 2003-0053349 '엔드마크 발생 방지용 텐션릴 그립 시그먼트 장치', 대한민국 공개특허 10-2005-0061819 '페이오프 릴의 러버 슬리브 슬립 방지장치' 등이 개시되고 있다.

상기에서 제시된 캠식의 확장식 멘드렐은 유압실린더나 구동모터에 의해 전후이동하거나 회전하는 작동축과 멘드렐 외부면을 이루는 복수개의 세그먼트와 상기 작동축과 세그먼트 사이에 일정간격으로 설치되어 회전하면서 세그먼트를 승강시키는 캠으로 이루어지는데, 작동축과 세그먼트 사이 공간에 캠이 설치되어 회전할 수 있는 최소한의 공간이 확보되어야 함에 따라 외경이 작아지면 멘드렐의 제작이 어려움이 많아져 제작비가 현저하게 높아진다.

따라서 캠식의 확장식 멘드렐은 권심직경이 큰 중대형 코일만에 적용되는데, 이를 개선하여 소형 권심 직경뿐만 아니라 중대형의 권심 직경 모두를 수용할 수 있도록 한 것이 슬라이딩 방식의 확장식 멘드렐이다.

대한민국 공개특허 특2003-0035551 '코일 권취기의 2단 확장형 맨드릴 장치', 대한민국 등록실용신안 20-0438162 '코일러 및 언코일러를 위한 확축식 릴', 실용신안공보 공개번호 실 2000-0012945 '원통형 확장식 릴장치' 등은 슬라이딩 방식의 확장식 멘드렐을 개시하고 있다.

상기에서 제시된 종래 슬라이딩 방식의 확장식 멘드렐은 공유압 실린더나 구 동모터에 의해 전후 이동하거나 회전한 작동축과, 상기 작동축 또는 그와 결합된 슬리브에 형성된 일정각의 경사진 슬라이딩 면을 타고 승강하는 돌출턱을 가진 복수개의 세그먼트와 멘드렐 축소시 멘드렐의 중앙으로 세그먼트를 당기는 탄성체로 구성된다.

여기서, 상기 세그먼트는 파이프 형태의 소재를 등분하여 절단한 것이 한 세트를 이루도록 한 것이거나, 일정형상의 주조물을 복수개 제조하여 한 세트를 이루도록 한 것이다. 이에 따라 작동축을 둘러싸고 설치된 상기 세그먼트들은 원통체를 이루면서 반경방향으로 이동되어 멘드렐이 확장되도록 한다.

세그먼트타입의 멘드렐은 세그먼트와 작동축의 가공 및 조립 정밀도에 따라 각 세그먼트의 확장정도에도 차이가 나겠지만 확장이나 축소에 따른 정확한 원형단면을 유지하기가 매우 어렵다.

특히, 전기관련부품인 변압기의 권철심이나 유도코일은 효율을 높이고 교란을 방지하기 위해 정밀한 원형단면을 가지는 코일로 가공되는 것이 무엇보다 중요한데, 종래의 슬라이딩방식의 확장식 멘드렐로는 정확한 원형단면으로 정밀하게 확장하는데 한계가 있었다.

또한 작동축의 반전운동만으로는 세그먼트가 축의 중심방향으로 원활하게 하강하지 않아 세그먼트를 당겨주는 탄성체가 세그먼트와 결합되어 멘드렐에 설치된다. 탄성체가 멘드렐에 추가되어야 함에 따라 멘드렐을 이루는 부품의 개수가 많아지고, 그 구조도 복잡해짐으로써 기기의 조립, 점검 및 보수가 어려운 문제점이 있었다.

내경이 2미터가 넘는 권선코일을 권선하는 권선기의 경우 멘드렐을 활용해서 권선한 다음 멘드렐을 분리한 후 권선코일을 용도에 맞게 사용하는 것이 일반적인 권선공법이다. 이 경우 권선되는 코일은 멘드렐의 중심방향으로 장력이 발생되며, 계속되는 작업으로 권선코일을 지지하는 멘드렐의 중심방향으로 엄청난 힘이 누적되기 때문에 권선작업을 종료한 뒤 권선된 코일에서 멘드렐을 분리하는 작업에는 강력한 유압력이 사용하였고, 내경이 큰 코일을 권선하는 장치의 경우 장치의 크기가 커짐과 동시에 제작비용도 많이 소요되기 때문에 이를 해결할 수 있는 장치가 필요하게 되었다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 고안에서는 웜기어회전축(5)의 회전을 기어박스(2)로 전달하고, 기어박스(2)와 연결된 회전축(70)이 회전하면 오른나사타입과 왼나사타입의 스크류너트를 포함한 연결막대 이송용 좌·우측 원판 조립체(20, 30)가 중앙 고정용 원판(40)을 기준으로 각각 멀어지거나, 가까워지게 이동하도록 하였으며, 이때 연결막대 이송용 좌·우측 원판 조립체(20, 30)에 포함된 고정용막대(28, 38)에 연결된 연결막대(60)를 회전 이동하는 효과로 복수개의 확장용 세그먼트(50)를 멘드렐의 축방향으로 이동시키는 구조로 구성되었다.

본 고안에 의한 확장형 멘드렐은 다음과 같은 효과가 있다.

첫째, 멘드렐에 포함된 복수개의 확장용 세그먼트(50)의 팽창 수축에 유압력을 사용하지 않는 구조이므로, 기구의 크기를 최소화하고, 제작비용 역시 저렴하게 할 수 있다.

둘째, 감속기능을 하는 웜기어과 스퍼기어로 조합된 기어박스를 사용하기 때문에 웜기어회전축(5)에 적은 회전력으로 복수개의 확장용 세그먼트(50)를 멘드렐의 축방향으로 수축 및 팽창시킬 수 있다.

셋째, 권선 작업중 코일의 장력에 의해 멘드렐의 내경이 미소하게 변화하거나 진원도를 유지하지 못할 경우 본 고안에서 제안된 확장형 멘드렐은 코일장력에 대항하는 힘을 웜기어회전축(5)에 인가하여 내경변화를 보상할 수 있는 장점이 있다.

따라서, 본 고안은 이와 같은 종래의 기술적 문제점을 개선하여, 단순한 구조로 이루어져 간편하게 조립될 수 있고 점검이나 보수작업도 용이하게 할 수 있는 새로운 형태의 확장형 멘드렐을 제공하는 것을 목적으로 한다.

특히, 본 고안은 웜과 스퍼기어를 사용하여 확장된 세그먼트를 유지시키고 클램핑하는 기술이 뛰어나며, 이 클램핑 기술은 권선과 멘드렐이 밀착되도록 함으로써 권취시 요구되는 권심의 직경에 관계없이 멘드렐이 원활하게 작동하여 분리시 쉽게 분리될 수 있는 구조로 권선작업의 효율성 향상에 도움을 준다.

본 고안에서는 권선기에서 코일 권선작업 종료 후 권선작업에 사용된 확장형 멘드렐에 연결된 확장용 세그먼트(50)의 위치변화로 용이하게 멘드렐을 분리시키는 기구구조에 관한 것으로, 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판(1)과 우측고정원판(7)사이에 웜기어축 지지 브라켓(4)에 삽입된 웜기어회전축(5)을 회전시키면 기어박스(2)의 스퍼기어와 기어박스(2)와 연결된 회전축(70)이 회전하게 된다.

그리고 이 회전은 회전축(70)에 삽입된 연결막대 이송용 우측 원판 조립체(20)는 우측방향으로 연결막대 이송용 좌측 원판 조립체(30)는 좌측방향으로 벌어져 각각의 원판조립체의 고정용막대(28, 38)에 연결된 연결막대(60)는 회전 이동하게 되어 확장용 세그먼트(50)를 확장형 멘드렐의 중심방향으로 이동하게 하여 권선작업 후 권선된 코일의 중심에서 멘드렐을 분리할 때 용이하게 하도록 고안된 것이다.

먼저 도 1은 내부구조를 보여주기 위하여 일부 세그먼트를 제거한 확장형 멘드렐의 사시도이다. 우측고정원판(7)과 좌측고정원판(10)사이에 복수개의 확장형 세그먼트(50)가 설치된 원통형 구조이며, 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판(1)과 우측고정원판(7)사이에는 기어박스(2)를 설치하였고, 이 기어박스의 입력축에 웜기어회전축(5)를 삽입하였으며, 출력축에는 회전축(70)를 삽입시켜 웜기어회전축(5)을 회전하면 감속되어진 회전력을 회전축(70)에 전달하는 구조로 되어 있다.

이때 확장용 세그먼트(50)의 이동은 확장용 세그먼트(50) 측면에 설치된 확장용 세그먼트 안내막대(51)가 우측고정원판(7) 상면과 좌측고정원판(10)의 상면에 절삭 가공된 확장용 세그먼트 안내막대의 안내면(6)을 따라 움직이도록 고안되었다.

도 2는 확장형 멘드렐의 내부를 좀 더 구체적으로 보여주기 위해서 좌우측고 정원판 고정용 각봉(80)을 제거하고, 한 개를 제외한 복수의 확장용 세그먼트(50)를 제거한 상태를 나타낸 사시도이다.

그리고 도 3은 확장형 멘드렐의 내부 분해도이며, 멘드렐의 내부는 좌우측고정원판 고정용 각봉(80)을 제거한 상태에서 우측고정원판(7)과 좌측고정원판(10)사이에 중앙고정용 원판(40)이 있는 프레임구조에 중앙고정용 원판(40)을 기준으로 다시 연결막대 이송용 우측 원판 조립체(20)와 연결막대 이송용 좌측 원판조립체(30)가 회전축(70)에 삽입 연결되어 있다. 좌우측 연결막대 이송용 원판 조립체(20, 30)의 고정용막대(28, 38)의 끝단부에 연결막대(60)와 나사로 체결되어 있으며, 연결막대(60)는 확장형 세그먼트(50)의 밑면 프레임에 나사로 체결되어있다.

연결막대 이송용 우측 원판 조립체(20)는 오른나사타입 스크류너트가 삽입된 연결막대 이송용 원판(21), 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 1원판(22)과 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 2원판(23) 사이에 복수개의 연결막대 이송용 우측 원판 고정용 막대(24)가 오른나사타입 스크류너트가 삽입된 연결막대 이송용 원판(21), 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 1원판(22) 및 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 2원판(23)을 고정하는 형태로 구성된 원통형이다.

연결막대 이송용 좌측 원판 조립체(30)는 중앙고정용 원판(40)을 기준으로 연결막대 이송용 우측 원판 조립체(20)와 대칭구조로 이루어진다.

도 4는 확장형 멘드렐의 작동 메커니즘 구현도이며, 이는 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판(1)과 우측고정원판(7)사이에 웜기어축 지지 브라켓(4)에 삽입된 웜기어회전축(5)을 회전시키면 기어박스(2)의 스퍼기어와 기어박스(2)와 연결된 회 전축(70)이 회전하게 되고, 이 회전은 회전축(70)에 삽입된 연결막대 이송용 우측 원판 조립체(20)는 우측방향으로 연결막대 이송용 좌측 원판 조립체(30)는 좌측방향으로 벌어져 각각의 원판조립체의 고정용막대(28, 38)에 연결된 연결막대(60)가 확장용 세그먼트(50)를 확장형 멘드렐의 중심방향으로 모여들게 하여 권선작업 후 권선된 코일의 중심에서 멘드렐을 분리할 때 용이하게 하도록 고안된 것이다.

도 8은 좌측 고정원판의 일부 절단 사시도이며, 여기에는 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판(1)과 우측 고정원판(7)사이의 센터에 기어박스(2)에 설치되어 있고, 웜기어회전축(5)의 회전은 기어박스(2)의 스퍼기어와 기어박스(2)와 연결된 회전축(70)이 회전하게 된다. 이와 같이 웜과 스퍼기어를 통해 마찰이 적고, 소형 및 경량화를 추구할 수 있는 장점과 아울러 확장된 세그먼트의 위치고정 유지/클램핑 기능이 가능하도록 고안되어 확장용 세그먼트(50)의 위치고정을 위한 부가장치 및 원상복귀를 위한 보조 탄성체의 역할을 동시에 수행하였다.

도 9는 회전축 사시도이며, 여기에서는 회전축(70)의 양 끝단에 오른나사타입 스크류너트에 삽입되는 나사산(71)과 왼나사타입 스크류너트에 삽입되는 나사산(75)이 있어 이들 나사산은 연결막대 이송용 좌·우측 원판 조립체(20, 30)의 오른나사타입 스크류 너트(26)과 부시(27)와 연동하여 연결막대 이송용 좌·우측 원판 조립체(20, 30)를 이송하게 한다. 원활한 이송을 돕기 위해 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 1원판의 이송 가이드 부분(72), 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 2원판과 제 4원판의 이송 가이드 부분(73) 및 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 3원판의 이송 가이드 부분(74)을 회전축(70)에 설치하여 미끄럼 이송을 하도록 하였 다.

도 10은 확장용 세그먼트가 확장된 전후의 예시도이다. 세그먼트 타입의 멘드렐은 정해진 형상으로 동일 곡율을 가짐에 따라 초기 세팅시에는 정확한 원형단면을 이루더라도 확장하거나 축소시에는 요구되는 권심의 곡률과 세그먼트의 곡률이 불일치하여 정확한 원형 단면을 유지할 수 없는 단점을 가지고 있다. 그러나 본 고안에서는 원형단면과 확장된 세그먼트 곡률을 세팅하고 분리할 경우만 축소되는 관계로 원하는 원형단면을 정확하게 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 확장용 세그먼트를 일부제거한 확장형 멘드렐의 사시도

도 2는 확장형 멘드렐의 내부를 나타낸 사시도

도 3은 확장형 멘드렐의 내부 분해도

도 4는 확장형 멘드렐의 작동 메커니즘 구현도

도 5는 좌우측 고정원판 고정용 각봉이 없는 고정원판 사시도

도 6은 좌우측 고정원판 고정용 각봉이 있는 고정원판 사시도

도 7은 연결막대 이송용 원판 분해도

도 8은 좌측 고정원판의 일부 절단 사시도

도 9는 회전축 사시도

도 10은 확장용 세그먼트가 확장된 전후의 예시도

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판, 2 : 기어박스, 3 : 연결브라켓, 4 : 웜기어회전축 지지 브라켓, 5 : 웜기어회전축, 6 : 확장용 세그먼트 안내막대의 안내면, 7 : 우측 고정원판, 8 : 권선기 지지판과 접촉하는 기준면, 10 : 좌측고정원판, 20 : 연결막대 이송용 우측 원판 조립체, 21 : 오른나사타입 스크류너트가 삽입된 연결막대 이송용 원판, 22 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 1원판, 23 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 2원판, 24 : 연결막대 이송용 우측 원판 고정용 막대, 25 : 연결막대 이송용 우측 원판 고정용 환봉, 26 : 오른나사타입 스크류 너트, 27 : 부시, 28 : 고정용 막대, 30 : 연결막대 이송용 좌측 원판 조립체, 31 : 왼나사타입 스크류너트가 삽입된 연결막대 이송용 원판, 32 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 3원판, 33 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 4원판, 34 : 연결막대 이송용 좌측 원판 고정용 막대, 35 : 연결막대 이송용 좌측 원판 고정용 환봉, 36 : 왼나사타입 스크류 너트, 37 : 부시, 38 : 고정용 막대, 40 : 중앙 고정용 원판, 41 : 베어링이 삽입된 중앙 고정용 원판의 지지 브라켓, 42 : 무게 감소홀, 50 : 확장용 세그먼트, 51 : 확장용 세그먼트 안내막대, 60 : 연결막대, 70 : 회전축, 71 : 오른나사타입 스크류너트에 삽입되는 나사산, 72 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 1원판의 이송 가이드 부분, 73 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 2원판과 제 4원판의 이송 가이드 부분, 74 : 부시가 삽입된 연결막대 이송용 제 3원판의 이송 가이드 부분, 75 : 왼나사타입 스크류너트에 삽입되는 나사산, 80 : 좌우측고정원판 고정용 각봉

Claims

본 고안 권선기에서 코일 권선작업을 마친뒤 권선작업에 사용된 확장형 멘드렐에 연결된 확장용 세그먼트(50)의 위치변화로 용이하게 멘드렐을 분리시키는 기구구조에 관한 것으로,

소재를 코일형태로 감는 코일러나 권취하는 확장형 멘드렐에 있어서, 권선기 지지판과 접촉하는 고정원판(1)과 우측고정원판(7)사이에 웜기어축 지지 브라켓(4)에 삽입된 웜기어회전축(5)과 웜기어의 회전으로 기어박스(2)의 스퍼기어와 기어박스(2)와 연결된 회전축(70)과 회전축(70)에 삽입된 연결막대 이송용 좌·우측원판 조립체(20, 30)와 고정용막대(28, 38)에 연결된 연결막대(60)와 복수개의 확장용 세그먼트(50)의 기구구조로 구성됨을 특징으로 하는 확장형 멘드렐
확장된 세그먼트 위치를 유지하고 클램핑하는 부가장치 없이 웜기어축 지지 브라켓(4)에 삽입된 웜기어회전축(5)과 웜기어의 회전으로 기어박스(2)의 스퍼기어로 확장된 세그먼트 위치를 유지 및 클램핑하는 웜과 스퍼기어로 구성된 확장형 멘드렐
소재를 코일형태로 감는 코일러나 권취하는 확장형 멘드렐에 있어서, 연결된 회전축(70)과 회전축의 양 끝단에 오른나사타입 스크류너트에 삽입되는 나사산(71)과 왼나사타입 스크류너트에 삽입되는 나사산(75)이 있다. 이들 나사산은 연결막대 이송용 좌우측 원판 조립체(20, 30)의 오른나사타입 스크류 너트(26)과 부시(27)와 연동하여 연결막대 이송용 좌우측 원판 조립체(20, 30)를 이송하게 한다. 원활한 이송을 돕기 위해 부시가 삽입된 연결막대 이송용 가이드 부분(72, 72, 73)으로 구성된 나사산으로 구동하는 확장형 멘드렐