KR20160103450A

KR20160103450A - 드라이브 샤프트 제조장치

Info

Publication number: KR20160103450A
Application number: KR1020150026004A
Authority: KR
Inventors: 기웅; 김원태; 송범근; 강정석; 이동근; 백병철; 박강춘; 조의선; 차현봉
Original assignee: 원광이엔텍 주식회사; 재단법인 한국탄소융합기술원
Priority date: 2015-02-24
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2016-09-01
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: KR101772510B1

Abstract

본 발명에 따른 드라이브 샤프트 제조장치는,
중심부에 코어 샤프트가 삽입되는 축공이 구비된 프레임;
상기 축공에 삽입된 코어 샤프트의 주위를 회전하면서, 상기 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하는 와인딩부;
상기 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩하는 브레이딩부; 및
상기 코어 샤프트를 잡아당겨 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 로봇부;를 포함하며,
상기 로봇부가 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 동안, 상기 와인딩부가 상기 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고, 이어서 상기 브레이딩부가 상기 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩하는 것을 특징으로 한다.

Description

드라이브 샤프트 제조장치{APPARATUS FOR MAKING DRIVE SHAFT}

본 발명은 드라이브 샤프트 제조장치에 관한 것이다.

드라이브 샤프트(drive shaft)는, 파이널 드라이브와 휠을 연결하며, 엔진의 회전력을 바퀴에 전달하는 부품이다.

독립 현가장치에서 파이널 드라이브는 차체에 고정되어 있으나, 양쪽 바퀴가 독립하여 움직이기 때문에, 등속조인트와 결합되어 자유롭게 위 아래로 움직일 수 있는 드라이브 샤프트가 필요하다.

이러한 드라이브 샤프트는 대부분 금속재로 만들어진다. 최근 들어서는 섬유강화 복합재로 만들어진 본체와, 본체의 양 끝단에 금속재 조인트를 결합시킨 섬유강화 복합재 드라이브 샤프트도 생산되고 있다. 이러한 섬유강화 복합재 드라이브 샤프트는 금속재로 만들어진 드라이브 샤프트에 비해 무게가 가볍고 강도가 크다는 장점을 가지고 있다.

이러한 섬유강화복합재 드라이브 샤프트는, 비틀림을 견디기 위해서, 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩(winding) 하고, 충격을 흡수하기 위해 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩(braiding) 한다.

여기서, 코어 샤프트란 섬유강화복합재 드라이브 샤프트의 중심에 위치되어, 섬유강화복합재 드라이브 샤프트의 기초가 되는 뼈대이다. 코어 샤프트는 주로 FRP(fiber reinforced plastic)로 만들어진다. 코어 샤프트의 직경은 드라이브 샤프트 직경의 1/3~1/2 정도 된다.

한편, 이렇게 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고 브레이딩 하기 위해서는, 와인딩 장치와 브레이딩 장치가 각각 필요하다. 이로 인해, 드라이브 샤프트를 제조하는 단가가 상승한다.

또한, 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고 브레이딩 하기 위해서는, 먼저 와인딩 장치로 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩해야 한다. 다음으로, 브레이딩 장치로 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩해야 한다. 이로 인해, 작업자가 코어 샤프트를 들고 와인딩 장치에서 브레이딩 장치로 옮겨다녀야 한다. 따라서, 드라이브 샤프트를 제조하는 시간을 단축시키기 어렵다.

한국등록특허 10-0432991

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명의 목적은, 한 개의 장치에서 와인딩과 브레이딩을 연속적으로 진행할 수 있는 드라이브 샤프트 제조장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한, 드라이브 샤프트 제조장치는,

중심부에 코어 샤프트가 삽입되는 축공이 구비된 프레임;

상기 축공에 삽입된 코어 샤프트의 주위를 회전하면서, 상기 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하는 와인딩부;

상기 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩하는 브레이딩부; 및

상기 코어 샤프트를 잡아당겨 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 로봇부;를 포함하며,

상기 로봇부가 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 동안, 상기 와인딩부가 상기 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고, 이어서 상기 브레이딩부가 상기 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 목적은,

중심부에 코어 샤프트가 삽입되는 축공이 구비된 프레임;

상기 축공에 삽입된 코어 샤프트의 주위를 회전하면서, 상기 코어 샤프트에 인장강도 5,300~5,600MPa, 모듈러스 270~300GPa 인 제1탄소섬유를 와인딩하는 와인딩부;

상기 와인딩된 제1탄소섬유 위에 인장강도 4,700~4,900MPa, 모듈러스 230~250GPa 인 제2탄소섬유를 브레이딩하는 브레이딩부; 및

상기 와인딩부는, 몸체, 상기 몸체에 회전가능하게 설치된 보빈, 상기 축공의 주위를 360°로 둘러가며 원형으로 설치되며 상기 몸체가 이동가능하게 결합된 레일, 상기 레일을 따라 상기 몸체를 이동시키는 구동부로 구성되며,

상기 브레이딩부는, 상기 축공의 주위를 360°로 둘러가며 위치된 보빈들과, 상기 보빈들을 구동시키는 구동부로 구성되며, 상기 보빈들은 상기 레일의 바깥쪽에 위치된 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트 제조장치에 의해 달성된다.

본 발명은, 와인딩부, 브레이딩부, 로봇부로 구성되어, 와인딩부가 코어 샤프트에 탄소섬유를 먼저 와인딩하고, 이어서 브레이딩부가 탄소섬유가 와인딩된 코어 샤프트에 탄소섬유를 브레이딩 한다. 이렇게 하나의 장치에서 와인딩과 브레이딩이 연속적으로 진행되므로, 와인딩 장치와 브레이딩 장치를 각각 구입할 필요가 없다. 따라서, 드라이브 샤프트를 제조하는 단가를 줄일 수 있다. 또한, 작업자가 코어 샤프트를 들고 와인딩 장치에서 브레이딩 장치로 옮겨다닐 필요가 없어, 드라이브 샤프트를 제조하는 시간을 단축시킬 수 있다.

본 발명은, 와인딩부가 비틀림강성을 충분히 발휘할 수 있도록, 인장강도 5,300~5,600MPa, 모듈러스 270~300GPa 인 제1탄소섬유를 코어 샤프트에 와인딩한다. 그런 다음, 브레이딩부가 충격강도를 보완할 수 있고, 제1탄소섬유 보다 저렴한, 인장강도 4,700~4,900MPa, 모듈러스 230~250GPa 인 제2탄소섬유를 제1탄소섬유 위에 브레이딩한다. 따라서, 비틀림과 충격 특성이 고려된 제조비용이 저렴한 드라이브 샤프트를 만들 수 있다.

본 발명에 수지공급부를 더 포함하면, 탄소섬유가 와인딩되고 브레이딩된 코어 샤프트를 수지에 함침시킬 필요가 없다. 따라서, 수지를 함침시키는 작업이 필요 없게 되어, 드라이브 샤프트를 제조하는 시간을 단축시킬 수 있다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이브 샤프트 제조장치를 나타낸 도면이다.
도 2는, 로봇부가 코어 샤프트를 잡아당기는 동안, 와인딩부가 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고, 이어서 브레이딩부가 탄소섬유가 와인딩된 코어 샤프트에, 탄소섬유를 브레이딩하는 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은, 탄소섬유가 와인딩되고, 그 위로 탄소섬유가 브레이딩된 코어 샤프트를 나타낸 도면이다.
도 4는, 와인딩부에 수지공급부가 설치된 도면이다.
도 5는, 수지가 묻은 탄소섬유가 와인딩되고, 그 위에 수지가 묻지 않은 탄소섬유가 브레이딩된 코어 샤프트를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명인 드라이브 샤프트 제조장치를 자세히 설명한다.

도 1은, 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이브 샤프트 제조장치를 나타낸 도면이다. 도 2는, 로봇부가 코어 샤프트를 잡아당기는 동안, 와인딩부가 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고, 이어서 브레이딩부가 탄소섬유가 와인딩된 코어 샤프트에, 탄소섬유를 브레이딩하는 상태를 나타낸 도면이다. 도 2에서 곡선화살표는 와인딩부의 보빈과 브레이딩부의 보빈들이 회전하는 방향을 나타내고, 직선화살표는 로봇부가 코어 샤프트를 잡아당기는 방향을 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이브 샤프트 제조장치(1)는, 프레임(10), 와인딩부(20), 브레이딩부(30), 로봇부(40)로 구성된다.

프레임(10)의 중심부에는 코어 샤프트(Co)가 삽입되는 축공(11)이 구비된다. 축공(11)에는 코어 샤프트(Co)를 받치는 지지대(12)들이 위치된다. 지지대(12)는 V자 형상을 가진다, 물론, 지지대(12)의 형상은 다양할 수 있다.

와인딩부(20)는 프레임(10)의 전면에 설치된다. 와인딩부(20)는 축공(11)에 삽입된 코어 샤프트(Co)의 주위를 회전하면서, 코어 샤프트(Co)에 제1탄소섬유(Cf1)를 와인딩한다.

와인딩부(20)가 와인딩하는 제1탄소섬유(Cf1)는 비틀림강성을 충분히 발휘할 수 있도록, 인장강도 5,300~5,600MPa, 모듈러스 270~300GPa 인 탄소섬유이다.

와인딩부(20)는, 몸체(21), 보빈(22), 레일(23), 구동부(미도시)로 구성된다. 몸체(21)에 보빈(22)이 회전가능하게 설치된다. 보빈(22)에 제1탄소섬유(Cf1)가 감긴다.

레일(22)은 축공(11)의 주위를 360°로 둘러가며 원형으로 설치된다. 몸체(21)는 레일(22)에 이동가능하게 결합된다. 몸체(221)는 레일(22)을 따라, 축공(11)의 주위를 360°로 회전한다. 몸체(21)가 축공(11)의 주위를 360°로 회전할 때, 보빈(22)에 감긴 제1탄소섬유(Cf1)가 풀리면서, 코어 샤프트(Co)에 와인딩된다.

구동부는 프레임(10)의 후면에 설치되어, 몸체(21)를 레일(22)을 따라 360°로 회전시킨다. 구동부는 공지된 기술을 이용하게 다양하게 구성될 수 있다.

브레이딩부(30)는 와인딩된 제1탄소섬유(Cf1) 위에 제2탄소섬유(Cf2)를 브레이딩한다.

브레이딩부(30)가 브레이딩하는 제2탄소섬유(Cf2)는 충격강도를 보완할 수 있고, 제1탄소섬유(Cf1) 보다 저렴한, 인장강도 4,700~4,900MPa, 모듈러스 230~250GPa 인 탄소섬유이다.

브레이딩부(30)는 보빈(31)들, 구동부(미도시)로 구성된다. 보빈(31)들은 축공(11)의 주위를 360°로 일정간격으로 위치된다. 보빈(31)들은 레일(23)의 바깥쪽에 위치된다. 보빈(31)들은 레일(23)의 바깥쪽에 위치되어야, 코어 샤프트(Co)에 제1탄소섬유(Cf1)를 먼저 와인딩할 수 있고, 이어서 제1탄소섬유(Cf1)가 와인딩된 코어 샤프트(Co)에 제2탄소섬유(Cf2)를 브레이딩할 수 있다. 따라서, 레일(23)의 바깥쪽에 보빈(31)들을 위치시키는 것은 본 발명을 구현하기 위한 필수 사항이다.

보빈(31)들 각각에는 제2탄소섬유(Cf2)가 감긴다. 로봇부(40)가 코어 샤프트(Co)을 잡아당기면, 보빈(31)들 각각에 감긴 제2탄소섬유(Cf2)가 풀어지고, 구동부가 보빈(31)들을 구동시켜, 탄소섬유(Cf)가 와인딩된 코어 샤프트(Co)에 제2탄소섬유(Cf2)를 브레이딩한다. 보빈(31)들과 구동부는 공지된 기술을 이용하게 다양하게 구성될 수 있다.

로봇부(40)는 코어 샤프트(Co)를 잡아당긴다. 이를 위해, 로봇부(40)는 코어 샤프트(Co)의 끝단을 잡는 홀더(41)와 홀더(41)를 이동시키는 구동부(42)로 구성된다. 홀더(41)와 구동부(42)는 공지된 기술을 이용하게 다양하게 구성될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 로봇부(40)가 코어 샤프트(Co)를 잡아당기는 동안, 와인딩부(20)가 코어 샤프트(Co)에 제1탄소섬유(Cf1)을 와인딩하고, 이어서 브레이딩부(30)가 와인딩된 제1탄소섬유(Cf1) 위에 제2탄소섬유(Cf2)를 브레이딩한다.

도 3은, 탄소섬유가 와인딩되고, 그 위로 탄소섬유가 브레이딩된 코어 샤프트를 나타낸 도면이다. 도 3에서는, 탄소섬유가 와인딩되고 브레이딩된 코어 샤프트를 설명하기 위해서, 브레이딩 부분과 와인딩 부분을 일부 절개하여, 와인딩된 탄소섬유와 코어 샤프트를 노출시켰다.

도 3에 도시된 바와 같이, 코어 샤프트(Co)에 제1탄소섬유(Cf1)가 먼저 와인딩되고, 이어서 와인딩된 제1탄소섬유(Cf1) 위에 제2탄소섬유(Cf2)가 브레이딩된다.

본 발명은, 코어 샤프트(Co)에 특성이 서로 다른 탄소섬유(Cf1,Cf2)를 와인딩하고 브레이딩하므로, 비틀림과 충격 특성이 고려된 제조비용이 저렴한 드라이브 샤프트를 만들 수 있다. 따라서, 와인딩과 브레이딩에 특성이 서로 다른 탄소섬유(Cf1,Cf2)를 사용하여, 드라이브 샤프트를 만드는 것은 본 발명의 중요한 특징이 된다.

이후, 탄소섬유(Cf1,Cf2)가 와인딩되고 브레이딩된 코어 샤프트(Co)에 수지를 함침시키고, 수지가 함침된 코어 샤프트(Co)의 양끝단에 금속재 조인트를 결합시키면, 드라이브 샤프트가 완성된다. 따라서, 본 발명 드라이브 샤프트 제조장치(1)는, 코어 샤프트(Co)에 수지가 함침되고, 금속재 조인트가 결합되기 직전까지의 드라이브 샤프트를 만드는 장치가 된다.

도 4는, 와인딩부에 수지공급부가 설치된 도면이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 와인딩부(20)에 수지공급부(50)를 설치할 수 있다. 수지공급부(50)는 용기(51), 히터(52), 제1구멍(53), 제2구멍(54), 전원부(미도시)로 구성된다.

용기(51)에 수지(미도시)가 채워진다. 용기(51)에는 수지를 리필(refil)할 수 구멍(미도시)을 개폐할 수 있는 마개(51a)가 구비된다. 일반적으로, 리필은 와인딩 작업과 브레이딩 작업이 끝나면 이루어진다. 용기(51)는 몸체(21)와 연결부재(미도시)로 연결된다.

히터(52)는 용기(51)의 내부에 설치된다. 전원부가 히터(52)에 전원을 공급하면, 히터(52)는 수지를 녹인다.

제1구멍(53)은 용기(51)의 우측면에 설치된다. 제1구멍(53)을 통해서, 제1탄소섬유(Cf1)가 용기(51)의 내부로 들어간다.

제2구멍(54)은 용기(51)의 좌측면에 설치된다. 제2구멍(54)을 통해서, 용기(51)의 내부로 들어간 제1탄소섬유(Cf1)가 용기(51)의 바깥으로 빠져나온다.

제1구멍(53)과 제2구멍(54)의 위치는 다양할 수 있다. 제1구멍(53)과 제2구멍(54)의 주위에는 수지가 새어 나오지 못하게 고무링(미도시)이 설치된다.

전원부는 내부전원 또는 외부전원으로 구성된다.

전원부를 내부전원으로 구성할 경우, 전원부는 용기(21)에 설치된다. 전원부는 충전가능한 2차 배터리로 구성된다.

전원부를 외부전원으로 구성할 경우, 회전하는 와인딩부(20)로 인해서 히터(52)에 선을 연결할 수 없으므로, 전원부는 슬라이딩 접촉 방식 또는 무선 방식으로 히터(52)에 전원을 공급한다.

보빈(22)에 감긴 제1탄소섬유(Cf1)는 제1구멍(53)을 통해서 용기(51)의 내부로 들어가, 용기(51)에 채워진 수지를 통과하고, 수지가 묻은 채로 제2구멍(54)을 통해 용기(51)의 바깥으로 빠져나온다. 수지가 묻은 제1탄소섬유(Cf1)는 코어 샤프트(Co)에 와인딩된다.

도 5는, 수지가 묻은 탄소섬유가 와인딩되고, 그 위에 수지가 묻지 않은 탄소섬유가 브레이딩된 코어 샤프트를 나타낸 도면이다. 도 5에서는, 탄소섬유가 와인딩되고 브레이딩된 코어 샤프트를 설명하기 위해서, 브레이딩 부분과 와인딩 부분을 일부 절개하여, 와인딩된 탄소섬유와 코어 샤프트를 노출시켰다.

와인딩부(20)에 수지공급부(50)가 설치되면, 도 5에 도시된 바와 같이, 코어 샤프트(Co)에 수지(Rs)가 묻은 제1탄소섬유(Cf1)가 1차로 와인딩되고, 수지가 묻지 않은 제2탄소섬유(Cf2)가 2차로 브레이딩된다.

수지가 묻지 않은 제2탄소섬유(Cf2)가 코어 샤프트(Co)에 브레이딩될 때, 와인딩된 제1탄소섬유(Cf1)에 묻은 수지(Rs)가 브레이딩된 제2탄소섬유(Cf2) 사이사이로 침투한다.

따라서, 브레이딩되는 제2탄소섬유(Cf2)까지 수지를 묻힐 필요가 없어, 브레이딩부(30)에는 수지공급부(50)가 설치되지 않는다.

이렇게, 와인딩부(20)에 수지공급부(50)가 설치되면, 탄소섬유(Cf1,Cf2)가 와인딩되고 브레이딩된 코어 샤프트(Co)에 수지를 함침시키는 작업이 필요 없어, 드라이브 샤프트를 제조하는 시간을 단축시킬 수 있다.

이후, 코어 샤프트(Co)의 양끝단에 금속재 조인트를 결합시켜, 드라이브 샤프트를 완성한다. 따라서, 와인딩부(20)에 수지공급부(50)가 설치되면, 본 발명 드라이브 샤프트 제조장치(1)는, 코어 샤프트(Co)에 수지가 함침되고, 금속재 조인트가 결합되기 직전까지의 드라이브 샤프트를 만드는 장치가 된다.

1: 드라이브 샤프트 제조장치 2: 프레임
20: 와인딩부 30: 브레이딩부
40: 로봇부 50: 수지공급부
Cf1: 제1탄소섬유 Cf2: 제2탄소섬유

Claims

중심부에 코어 샤프트가 삽입되는 축공이 구비된 프레임;
상기 축공에 삽입된 코어 샤프트의 주위를 회전하면서, 상기 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하는 와인딩부;
상기 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩하는 브레이딩부; 및
상기 코어 샤프트를 잡아당겨 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 로봇부;를 포함하며,
상기 로봇부가 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 동안, 상기 와인딩부가 상기 코어 샤프트에 탄소섬유를 와인딩하고, 이어서 상기 브레이딩부가 상기 와인딩된 탄소섬유 위에 탄소섬유를 브레이딩하는 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 와인딩부가 와인딩하는 탄소섬유는 인장강도 5,300~5,600MPa, 모듈러스 270~300GPa 인 탄소섬유이고,
상기 브레이딩부가 브레이딩하는 탄소섬유는 인장강도 4,700~4,900MPa, 모듈러스 230~250GPa 인 탄소섬유인 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트 제조장치.
제1항에 있어서,
상기 와인딩부는, 몸체, 상기 몸체에 회전가능하게 설치된 보빈, 상기 축공의 주위를 360°로 둘러가며 원형으로 설치되며 상기 몸체가 이동가능하게 결합된 레일, 상기 몸체를 상기 레일을 따라 이동시키는 구동부로 구성되며,
상기 브레이딩부는, 상기 축공의 주위를 360°로 둘러가며 위치된 보빈들과, 상기 보빈들을 구동시키는 구동부로 구성되며, 상기 보빈들은 상기 레일의 바깥쪽에 위치된 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트 제조장치.
제3항에 있어서, 상기 와인딩부에 수지공급부가 설치되며,
상기 수지공급부는, 수지가 채워지는 용기;
상기 용기의 내부에 설치되어 상기 수지를 녹이는 히터;
상기 히터에 전원을 공급하는 전원부; 및
상기 용기에 설치된 제1구멍 및 제2구멍;을 포함하며,
상기 보빈에 감긴 탄소섬유는 상기 제1구멍을 통해서 상기 용기로 들어가고, 상기 제2구멍을 통해서 상기 용기에 담긴 수지가 묻은 상태로 상기 용기를 빠져나오는 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트 제조장치.
중심부에 코어 샤프트가 삽입되는 축공이 구비된 프레임;
상기 축공에 삽입된 코어 샤프트의 주위를 회전하면서, 상기 코어 샤프트에 인장강도 5,300~5,600MPa, 모듈러스 270~300GPa 인 제1탄소섬유를 와인딩하는 와인딩부;
상기 와인딩된 제1탄소섬유 위에 인장강도 4,700~4,900MPa, 모듈러스 230~250GPa 인 제2탄소섬유를 브레이딩하는 브레이딩부; 및
상기 코어 샤프트를 잡아당겨 상기 축공으로부터 상기 코어 샤프트를 빼내는 로봇부;를 포함하며,
상기 와인딩부는, 몸체, 상기 몸체에 회전가능하게 설치된 보빈, 상기 축공의 주위를 360°로 둘러가며 원형으로 설치되며 상기 몸체가 이동가능하게 결합된 레일, 상기 레일을 따라 상기 몸체를 이동시키는 구동부로 구성되며,
상기 브레이딩부는, 상기 축공의 주위를 360°로 둘러가며 위치된 보빈들과, 상기 보빈들을 구동시키는 구동부로 구성되며, 상기 보빈들은 상기 레일의 바깥쪽에 위치된 것을 특징으로 하는 드라이브 샤프트 제조장치.