KR20140140550A - 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질에 적용하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질(41)에 적용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것으로서, 본 발명은 팬(fan) 형태의 평면 스프레이 젯(18) 및 원형의 스프레이 젯(17)을 발생시킬 수 있는 분무 장치(10) 및 상기 분무 장치(10)를 기질(41)에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 수단을 구비하며, 이 경우 상기 분무 장치는 2개 이상의 단계에서 기질(41) 위로 이동하며, 이때 제1 단계에서는 상기 팬 형태의 평면 스프레이 젯에 의해서 반응성 혼합물이 기질에 적용되는 제1 재료 적용(42)이 이루어지고, 그 다음에 이어지는 추가의 단계에서는 상기 원형의 스프레이 젯에 의해서 반응성 혼합물이 상기 제1 재료 적용시에 기질에 적용된 재료의 적어도 일 부분에 적용되는 제2 재료 적용(43a-43c)이 이루어진다.

Description

2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질에 적용하기 위한 장치 및 방법 {DEVICE AND METHOD FOR APPLYING A REACTIVE MIXTURE CONSISTING OF AT LEAST TWO COMPONENTS TO A SUBSTRATE}

본 발명은 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질에 적용하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

복합 부품, 예를 들어 섬유 보강된 제품을 제조하는 경우에는, 섬유 매트(fiber mat)를 제작 재료상에 올리거나 몰드 내부에 삽입한 후에 플라스틱 재료로 코팅하는 것이 공지되어 있다. 이와 같은 방법은 최근에 예를 들어 "Baypreg-Technology"라는 명칭으로 공지되었다. 이와 관련해서는 예를 들어 독일 공개 특허 출원서 DE 10 2009 007 703 A1호가 참조된다.

예를 들어 폴리우레탄 재료일 수 있는 플라스틱 재료를 적용하기 위해서는 통상적으로 원형의 스프레이 젯을 발생시키는 스프레이 헤드가 사용된다. 추가로, 보강 효과에 도달하기 위하여 플라스틱 재료에 섬유를 혼합하는 가능성도 만들어질 수 있다. 더 상세하게 말하자면, 순수한 플라스틱 재료 적용을 원하는지 아니면 코팅될 부품의 부분적인 보강을 위해 섬유와 혼합된 플라스틱 적용을 원하는지에 따라서 분무 과정 동안에 섬유가 추가로 첨가될 수 있다. 이때 섬유의 삽입은 통상 스프레이 젯 내부로의 측면 삽입에 의해서 이루어진다. 더 정확하게 말하자면, 플라스틱 스프레이 젯을 지향하는 별도의 섬유 젯이 제공되었다. 스프레이 젯을 발생시키기 위하여 통상적으로 사용되는 원형 젯 노즐은, 이 노즐이 상대적으로 크기가 작은 단 하나의 분무 각도를 갖는다는 단점 그리고 면적이 큰 부분에 분무하는 경우에는 매우 긴 사이클 타임이 야기된다는 단점을 갖는다. 상응하는 공기 공급에 의해서 분무 각도에 영향을 미칠 수는 있지만, 이와 같은 조치는 증가된 분무 안개가 생성되는 결과를 낳는다. 하지만, 증가되었거나 더 미세해진 분무 안개는 더욱 강한 재료 손실 및 더욱 강한 환경 오염을 야기한다. 이와 같은 상황은 전체적으로 볼 때 증가된 비용 및 증가된 관리 복잡성을 결과로서 야기한다.

본 발명의 과제는, 전술된 단점(들)을 피할 수 있는, 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질에 적용하기 위한 장치 및 방법을 제시하는 것이다.

상기 과제는 장치와 관련해서는 청구항 1에 기재된 특징에 의해서 그리고 방법과 관련해서는 청구항 7에 기재된 특징에 의해서 해결된다. 바람직한 개선 예들은 종속 청구항들의 대상이다.

본 발명에 따르면, 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 적용하기 위한 장치에 분무 장치가 제공되며, 이 분무 장치는 팬(fan) 형태의 평면 스프레이 젯 및 실제로 원형의 스프레이 젯을 발생시킬 수 있다.

본 발명에 따른 장치는 분무 장치가 2개 이상의 단계에서 기질 위로 이동되도록 형성되고 적응될 수 있으며, 이 경우 예컨대 제1 단계에서는 팬 형태의 평면 스프레이 젯에 의해서 반응성 혼합물이 기질에 적용되는 제1 재료 적용이 이루어지고, 그 다음에 이어지는 제2 단계에서는 원형의 스프레이 젯에 의해서 반응성 혼합물이 상기 제1 재료 적용시에 기질에 적용된 재료의 적어도 일 부분에 적용되는 추가의 재료 적용이 이루어진다. 이 목적을 위하여 본 발명에 따른 장치는 기질과 분무 장치 사이에서 상대적인 운동을 야기할 수 있는 수단을 구비한다. 이와 같은 수단은 예를 들어 분무 장치가 장착된 로봇일 수 있다. 이 경우 로봇은 예를 들어 분무 장치를 다수의 단계에서 기질 위로 이동시킨다. 하지만, 기질이 예를 들어 로봇에 이동 가능하게 배치되어 있고 분무 장치가 고정적으로 배치된 어셈블리도 생각할 수 있다. 또한, 기질뿐만 아니라 분무 장치도 이동 가능하게 배치된 조합형도 생각할 수 있다. 더 상세하게 말하자면, 분무 장치가 기질 위로 이동하는 동작은 순전히 분무 장치 자체의 운동으로서만 이해되는 것이 아니라, 기질 상에서 반응성 혼합물의 적용 범위의 변위가 이루어지는 모든 실시 예까지도 포함해야 한다.

상기와 같은 장치 구조는 다수의 장점을 갖는다. 팬 형태의 평면 스프레이 젯을 사용함으로써는, 많은 양을 큰 면적에 걸쳐서 적용하는 것이 가능하다. 이 경우에는 노즐 타입에 따라 예를 들어 800mm까지의 큰 스프레이 폭에 도달할 수 있다. 또한, 팬 형태의 평면 스프레이 젯의 사용은 기질이 매우 정확하게 분무될 수 있게 하며, 이로써 원치 않게 코팅될 영역 위를 넘어서 분무되는 상황은 거의 발생하지 않게 된다. 그밖에, 기질의 큰 표면도 매우 짧은 시간 안에 분무될 수 있다. 대부분의 부품을 위해서는, 코팅될 표면에 완전히 재료를 분무하기 위하여 제1 단계에서 심지어 단 한 번만 기질 위로 지나가는 것으로 충분할 것이다. 의도한 바대로 기질 상에 재료를 쌓아 올리기 위해서는, 제2 단계에서 원형의 스프레이 젯이 사용된다. 그럼으로써, 부분적인 보강을 위해 정확하게 규정된 부품 영역에 더 많은 재료를 제공하는 것이 가능해진다. 따라서, 전체적으로 볼 때 하나의 분무 장치에서 상이한 형태의 스프레이 젯을 제공함으로써 사이클 타임의 단축에 도달할 수 있게 된다.

전술된 형태의 스프레이 젯을 발생시키기 위하여, 바람직한 일 실시 예에서 분무 장치는 팬 형태의 평면 스프레이 젯을 발생시키기 위한 평면 젯 노즐을 구비하는 제1 혼합 헤드 및 원형의 스프레이 젯을 발생시키기 위한 원형 젯 노즐을 구비하는 제2 혼합 헤드를 포함한다. 이와 같은 어셈블리가 갖는 장점은, 각각의 혼합 헤드의 출력이 발생될 스프레이 젯에 최상으로 적응될 수 있다는 것이다.

또한, 원형의 스프레이 젯을 발생시키는 제2 혼합 헤드에는 섬유 계량 첨가 설비, 바람직하게는 분무 방향에 대하여 동축으로 배치된 섬유 계량 첨가 설비가 제공될 수 있다. 그럼으로써, 원형의 스프레이 젯에 선택적으로 섬유를 첨가하는 것이 가능해지며, 이로써 기질 상에 섬유로 보강된 국부적인 영역을 형성하는 것이 재차 가능해진다.

본 발명에 따른 장치가 또한 분무 장치에 설치된 섬유 절단 설비를 구비하는 경우도 바람직하다. 이와 같은 어셈블리에 의해서는, 섬유 절단 설비와 제2 혼합 헤드 사이에 있는 섬유 운송 경로를 가급적 짧게 유지하는 것이 가능하다.

전술된 장치는 기질을 수용하기 위한 특별한 수용 장치를 구비할 수 있으며, 상기 수용 장치에 의해서는 기질의 위치 변경, 특히 회전이 가능하다. 수용 장치로서는 예를 들어 기질이 그 내부에 고정되어 있는 프레임이 사용될 수 있다. 이 프레임이 축을 중심으로 회전할 수 있도록 지지될 수 있음으로써, 기질의 회전 및 그와 더불어 기질의 양면 분무가 가능해진다. 하지만, 상기와 같은 프레임을 로봇에 장착하는 것도 생각할 수 있는데, 이 경우에는 로봇이 프레임을 자유롭게 이동시킬 수 있고 또한 회전시킬 수도 있다. 하지만, 재료가 처음에 하나의 지지부에 놓여 있는 동안 상기 재료를 한 면에서 분무하는 것도 생각할 수 있다. 그 다음에 다른 면에 분무하기 위하여 예를 들어 로봇은 니들 그리퍼(needle gripper)를 이용해서 기질을 수용하고 상응하는 위치에 놓을 수 있다.

반응성 혼합물을 적용하기 위한 본 발명에 따른 방법은 제1 단계를 포함하며, 이 제1 단계에서는 팬 형태의 평면 스프레이 젯을 갖는 분무 장치에 의하여 반응성 혼합물이 기질에 적용되는 제1 재료 적용이 이루어진다. 그 다음에 이어서, 분무 장치에 의해 추가의 일 단계에서 실제로 원형의 스프레이 젯에 의하여 반응성 혼합물이 상기 제1 혼합물 적용시에 기질에 적용된 재료의 적어도 일 부분에 적용되는 추가의 혼합물 적용이 이루어진다. 이로써, 분무 장치는 평면 스프레이 젯과 원형 스프레이 젯 간의 교체를 허용하게 되며, 이 경우에는 두 가지 스프레이 젯의 장점들이 최상으로 활용될 수 있다.

분무 장치가 제조 공정에서 팬 형태의 평면 스프레이 젯 및 실제로 원형의 스프레이 젯을 발생시키는 순서는 제조될 부품의 종류에 의존하고, 임의로 변경될 수 있다.

제2 단계에서는 혼합물 혹은 스프레이 젯에 섬유가 계량 첨가될 수 있다. 이 경우에 계량 첨가는 분무 동안에 연속으로 실행될 수 있거나 또한 단지 일시적으로만 실행될 수도 있다.

바람직하게, 분무 장치는 기질 위로 이동된다. 따라서, 예를 들어 한 가지 방향으로 기질 위로 지나가는 경우에는 평면 스프레이 젯을 사용해서 큰 면적에 걸쳐서 재료를 적용하고, 그 다음에 이어서 반대 방향으로 기질 위로 지나가는 경우에는 원형의 스프레이 젯을 사용해서 경우에 따라 섬유를 제공하면서 의도한 바대로 추가로 재료를 적용하는 것이 가능하다.

또한, 제2 단계가 제1 단계 직후에 연이어서 이루어짐으로써, 제1 단계에서 적용된 재료가 아직까지 경화되기 시작하지 않는 것도 바람직하다.

전술된 방법은 바람직하게 복합 부품을 제조하기 위해서 사용될 수 있다. 이와 같은 방법에서는 가장 먼저 기질이 제공된다. 그 다음에 반응성 혼합물이 전술된 방법으로 기질의 한 면에 적용된다. 그 다음에 이어서 기질이 몰드 내부로 운반되고, 그 후에 상기 몰드 내에서 상기 적용된 재료가 경화된다. 하지만, 기질을 사전에 미리 몰드 내부에 제공하고, 그 다음에 반응성 혼합물을 상기 몰드 내부에 있는 기질에 적용하는 것도 가능하다.

더욱이, 복합 부품을 제조하기 위한 방법에서는, 혼합물을 기질의 한 면에 적용한 다음에 기질을 회전시키는 것도 가능하다. 이때에는 기질의 다른 면에서 전술된 방법에 의해 마찬가지로 재료 적용이 이루어질 수 있다.

바람직하게는, 기질로서 보강 구조물이 사용된다. 이 보강 구조물은 섬유 매트 등과 같은 섬유 보강 구조물일 수 있다.

본 발명의 추가의 장점, 특징 및 세부 사항은 바람직한 실시 예에 대한 이하의 설명 부분에서 그리고 도면을 참조하여 드러난다:
도 1은 본 발명에 따른 방법으로 분무된 기질의 평면도이며, 그리고
도 2는 반응성 혼합물을 기질에 적용하기 위한 장치의 개략적인 구조를 도시한 개략도로서, 이 경우 상기 구조는 측면도로 도시되어 있고, 분무된 기질은 도 1의 선 A-A를 따라 절단한 단면도로 도시되어 있다.

도 2에 도시된 기질(41)은 본 실시 예에서 직사각형의 섬유 매트이다. 상기 섬유 매트(41) 상에서 실제로 직사각형의 표면에 폴리우레탄-재료(42)가 분무되어 있다. 분무된 폴리우레탄-재료(42)가 섬유 매트 내부로 침투된다. 폴리우레탄-재료(42)가 분무된 표면에서는, 제1 원형 재료 적용(43a)의 형태로, 제2 원형 재료 적용(43b)의 형태로 그리고 실제로 L자 모양 재료 적용(43c)의 형태로 추가의 재료 적용이 이루어진다. 이와 같은 추가 재료 적용에서도 마찬가지로 폴리우레탄-재료가 사용되며, 본 경우에 상기 폴리우레탄-재료는 섬유와 혼합되었다. 이와 같은 방식으로 분무된 섬유 매트는 그 다음에 경화를 위해 몰드 내부로 삽입될 수 있다. 재료가 경화되기 전에 또는 재료가 경화된 후에 영역(42)을 초과한 상기 섬유 매트(41)의 부분이 분리됨으로써, 결과적으로 원하는 복합 부품이 얻어지게 된다.

도 1에는 도 2에 도시된 기질에 반응성 혼합물을 적용하기 위한 본 발명에 따른 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 실제로 로봇(20), 성분 공급부(30) 및 도면에 도시되지 않은 수용 장치로 이루어지며, 이 경우 상기 로봇에는 반응성 혼합물을 적용하기 위한 분무 장치(10)가 고정되어 있고, 상기 성분 공급부는 발생될 반응성 혼합물의 개별 성분을 저장하고 분무 장치(10)에 공급하며, 상기 수용 장치는 기질을 수용할 수 있다. 분무 장치(10)는 제1 혼합 헤드(11) 및 제2 혼합 헤드(12)를 구비한다. 제1 혼합 헤드(11)에는 팬 형태의 평면 스프레이 젯(18)을 발생시킬 수 있는 평면 젯 노즐(14)이 제공되어 있다. 제2 혼합 헤드(12)에는 원형의 스프레이 젯(17)을 발생시키기 위한 원형 젯 노즐(15)이 제공되어 있다. 혼합 헤드(12) 옆에는 섬유 절단 설비(13)가 배치되어 있다. 이 섬유 절단 설비(13)는 파이프(16)를 통해 제2 혼합 헤드(12)에 연결되어 있다. 상기 성분 공급부(30)는 발생될 반응성 혼합물의 개별 성분들을 저장하기 위한 다수의 용기(32) 그리고 상기 개별 성분들을 각각의 용기로부터 인출하고 압력을 제공할 수 있는 하나의 펌프(33)를 구비한다. 이 펌프(33)는 라인(31)을 통해 제1 혼합 헤드(11) 및 제2 혼합 헤드(12)에 연결되어 있고, 필요에 따라 상응하는 양의 성분을 개별 혼합 헤드에 공급한다.

도 2에는 앞에서 이미 언급된 바와 같이 분무된 섬유 매트(41)가 도 1의 선 A-A를 따라 절단된 단면도로 도시되어 있다. 이때 고려해야 할 사실은, 본 도면은 단지 플라스틱 재료의 적용 혹은 분무를 개략적으로 도시할 목적으로만 이용되어야 한다는 것이다. 특히 섬유 매트를 사용하는 경우에 재료 적용(42)은 상기 섬유 매트 내부로 적어도 부분적으로 침투되어 이루어진다. 하지만, 이와 같은 상황은 본 도면에 도시되어 있지 않다.

개별 재료 층의 적용은 다음과 같이 설계된다. 가장 먼저 제1 단계에서 섬유 매트(41) 상에 재료의 적용(42)이 이루어진다. 이 목적을 위하여 분무 장치(10)가 로봇(20)에 의해서 도 1의 아랫부분에 도시된 섬유 매트(41)의 단부로 이동된다. 그 다음에 성분 공급부(30)가 원하는 성분을 사전에 결정된 양만큼 혼합 헤드(11)에 공급하고, 상기 혼합 헤드(11) 내부에서 성분들의 혼합이 이루어진다. 그 다음에 혼합 헤드(11)로부터 나온 재료가 평면 젯 노즐(14)에 의해서 적용되며, 이때 상기 장치는 섬유 매트(41) 위로 균일하게 이동된다. 평면 젯 노즐(14)을 사용함으로써는, 섬유 매트(41) 위로 간단히 지나가면서 상기 섬유 매트(41)의 큰 부분에 재료가 분무될 수 있다. 그 다음에, 제1 혼합 헤드(11)로의 성분 공급이 중단되거나 혼합 헤드(11)가 성분 순환 상태로 전환됨으로써, 제1 재료 적용 과정이 종료된다. 상기 재료 적용 직후에 연이어서 원형 젯 노즐(15)이 제공된 제2 혼합 헤드(11)에 의해 추가의 재료 적용이 이루어진다. 제2 단계에서는 이전 단계에서 적용된 재료(42)에 추가의 재료가 부분적으로 적용된다. 도 2에서 알 수 있는 바와 같이, 제2 재료 적용(43c)의 일 부분은 L자 모양으로 이루어지고, 추가의 재료 적용(43a, 43b)은 원 형태로 이루어진다. 본 제2 단계에서 사용되는 재료는 순수한 폴리우레탄 혼합물이거나 추가로 섬유와 혼합된 폴리우레탄-재료일 수 있다. 이와 같은 의도된 제2 재료 적용에 의해서는, 부품에 보강 지점이 제공될 수 있다.

10: 분무 장치 11: 제1 혼합 헤드
12: 제2 혼합 헤드 13: 섬유 절단 설비
14: 평면 젯 노즐 15: 원형 젯 노즐
16: 파이프 17: 원형의 스프레이 젯
18: 팬 형태의 평면 스프레이 젯 20: 로봇
30: 성분 공급부 31: 라인
32: 용기 33: 펌프
40: 코팅된 기질 41: 기질
42: 제1 재료 적용 43a: 추가의 재료 적용
43b: 추가의 재료 적용 43c: 추가의 재료 적용

Claims (10)

1. 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질(41)에 적용하기 위한 장치로서,
   팬(fan) 형태의 평면 스프레이 젯(18) 및 실제로 원형의 스프레이 젯(17)을 발생시킬 수 있는 분무 장치(10) 및 상기 분무 장치(10)를 기질(41)에 대하여 상대적으로 이동시키기 위한 수단을 구비하며,
   상기 장치는, 분무 장치(10)가 2개 이상의 단계에서 기질(41) 위로 이동되며, 제1 단계에서는 상기 팬 형태의 평면 스프레이 젯에 의해서 반응성 혼합물이 기질(41)에 적용되는 제1 재료 적용(42)이 이루어지고, 그 다음에 이어지는 추가의 단계에서는 상기 원형의 스프레이 젯(17)에 의해서 반응성 혼합물이 상기 제1 재료 적용시에 기질(41)에 적용된 재료(42)의 적어도 일 부분에 적용되는 제2 재료 적용(43a, 43b, 43c)이 이루어지도록 형성되고 적응된, 적용 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   분무 장치는 팬 형태의 평면 스프레이 젯을 발생시키기 위하여 평면 젯 노즐(14)을 구비하는 제1 혼합 헤드(12) 및 원형의 스프레이 젯(17)을 발생시키기 위하여 원형 젯 노즐(15)을 구비하는 제2 혼합 헤드(11)를 포함하는, 적용 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   제2 혼합 헤드(11)에 동축의 섬유 계량 첨가 설비가 제공된, 적용 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 장치가 분무 장치에 설치된 섬유 절단 설비(13)를 더 구비하는, 적용 장치.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   분무 장치(10)를 이동시키기 위한 수단이 로봇(20)인, 적용 장치.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   기질(41)을 수용하기 위한 수용 장치를 더 구비하며, 상기 수용 장치는 기질(41)의 위치 변경, 특히 기질(41)의 회전이 가능함으로써 기질(41) 양면에 재료 적용이 가능하도록 형성된, 적용 장치.
7. 2개 이상의 성분으로 이루어진 반응성 혼합물을 기질(41)에 적용하기 위한 방법으로서,
   분무 장치(10)에 의해 제1 단계에서는 팬 형태의 평면 스프레이 젯에 의하여 반응성 혼합물이 기질(41)에 적용되는 제1 재료 적용(42)이 이루어지며, 그 다음에는 추가의 일 단계에서 실제로 원형의 스프레이 젯(17)에 의하여 상기 제1 혼합물 적용시에 기질(41)에 적용된 재료(42)의 적어도 일 부분에 반응성 혼합물이 적용되는 추가의 혼합물 적용(43a, 43b, 43c)이 이루어지는, 적용 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   제2 단계에서 혼합물에 섬유가 계량 첨가되는, 적용 방법.
9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
   제2 단계가 제1 단계 직후에 연이어서 이루어짐으로써, 제1 단계에서 적용된 재료(42)가 아직까지 경화되기 시작하지 않는, 적용 방법.
10. 제 7 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    기질(41)로서 보강 구조물이 사용되는, 적용 방법.

Images