KR20220151384A

KR20220151384A - 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템

Info

Publication number: KR20220151384A
Application number: KR1020210058568A
Authority: KR
Inventors: 천진성; 우남경; 윤주일; 송현성; 유호욱; 김경덕; 조해진; 박예진; 이교영
Original assignee: 주식회사 티포엘
Priority date: 2021-05-06
Filing date: 2021-05-06
Publication date: 2022-11-15

Abstract

본 발명은 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템이다.

Description

크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템{Braiding System with Crosswinder}

본 발명은 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로 부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 자동차는 다양한 부품으로 구성되고, 그 중에서 자동차의 샤프트는 엔진의 동력을 바퀴로 전달하는 기능을 가지고 있으며, 자동차에 적용되는 샤프트로는 프로펠러 샤프트, 드라이브 샤프트 등이 있고, 그 중에서 프로펠러 샤프트는 변속기(트랜스미션)에서 구동축으로 동력을 전달하면서 강한 비틀림을 받는 샤프트이며, 일반적인 프로펠러 샤프트는 변속기 쪽의 샤프트와 디퍼렌셜기어(차동기어) 쪽의 샤프트가 분리 구성되어, 그 분리된 두 샤프트가 조인트(유니버셜 조인트)로 연결된 구조에 의해 주행 중의 상하 위치 변화에 대응하고 있으며, 드라이브 샤프트는 디퍼렌셜 기어(파이널 드라이브)에서 바퀴에 동력을 전달하는 샤프트로, 드라이브 샤프트는 등속조인트와 스플라인 등에 의해 회전 속도나 토크의 변동 없이 동력전달이 일정하게 전달되도록한다.

이렇게 프로펠러 샤프트, 드라이브 샤프트 등과 같은 자동차용 샤프트는 내부가 빈 중공축으로 만들어지고, 자동차용 샤프트의 양단은 연결을 위해서 등속조인트, 유니버셜조인트, 스플라인 등과 같은 다양한 연결구가 구성된다.

한편, 이러한 자동차용 샤프트의 재료는 주로 강관이 사용되었으나, 최근에는 다양한 복합소재를 적용하고 있으며, 예를 들어, 대한민국 공개특허공보 제10-2004-0006568호(2004.01.24. 공개)에는 복합재료튜브와 금속재연결부 간의 결합 방식을 열간 압입 방식을 적용하는 내용의 ‘자동차용 복합재료 프로펠러 샤프트의 결합 방법’에 대한 내용이 게시되어 있다.

또한, 대한민국 공개특허공보 제10-2009-0016805호(2009.02.18. 공개)에는 보조심축과 주심축을 준비하고, 주심축의 양단에 인볼루트 스플라인에 결합하며, 그 외경면에 접착제, 직물형 섬유강화 복합재료, 레진, 직물형 탄소섬유 복합재료 사용하여 복합재료를 구성한 다음, 보조심축과 주심축을 제거하여 드라이브 샤프트를 제조하는 내용의 ‘복합재료 드라이브샤프트의 제조 방법’에 대한 내용이 게시되어 있다.

그리고, 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0047713호(2012.05.14. 공개)에는 열경화성 수지를 함침시킨 유리섬유 다발을 맨드렐 양끝단에 와인딩하여 튜브 양끝단을 성형하고, 맨드렐 전체에 열경화성 수지를 함침시킨 탄소섬유 다발을 와인딩하고 경화하여 제조하는 내용의 ‘자동차용 프로펠러 샤프트 및 그 제조 방법’에 대한 내용이 게시되어 있다.

또한, 대한민국 등록특허공보 제10-1881928호(2018.07.26. 공고)에는 브레이딩기를 포함하는 자동차용 복합재 샤프트 제조 시스템 및 자동차용 복합재 샤프트 제조방법 및 그 제조 방법에 의해 제조된 자동차용 복합재 샤프트에 관한 것이 게시되어 있으며, 이러한 브레이딩기는 베이스대의 중심 측에서 샤프트제품이 제조되는 수평형상의 맨드렐 측으로 탄소사를 공급하는 보빈이 형성된 공급부, 상기 탄소사를 맨드렐 측으로 안내하는 가이드링, 상기 탄소사를 상호 교차시켜 브레이드를 형성하는 브레이딩기, 상기 브레이딩기에 의해 브레이드를 형성하면서 샤프트제품이 제조되는 맨드렐을 좌우로 이송하도록 구성된 이송부를 포함하는 구성이 게시되어 있다.

그리고 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0088518호(2017.08.02. 공개)에는

보빈을 포함하는 캐리어의 이동에 따라 보빈에 감긴 섬유의 상호 교차로 브레이드를 제직하는 브레이딩기, 보빈이 원형으로 회전하면서 보빈에 감긴 섬유를 공급하는 와인딩기, 몰드와 그 몰드를 고정하는 고정구, 그 고정구를 직선 이동하는 이동수단으로 구성하는 맨드렐부를 포함하며, 브레이딩기의 캐리어 배열 면과 와인딩기의 보빈 회전 면이 평행하고, 브레이딩기와 와인딩기 사이에 맨드렐부의 몰드를 위치하며, 이동수단에 의해 몰드를 브레이딩기 쪽이나 와인딩기 쪽으로 반복 이동하는 프리폼 제조 시스템을 구성하여, 이동수단에 의해 몰드를 이동하면서 브레이딩기로 몰드에 브레이드를 제직하고, 와인딩기로 몰드에 섬유를 와인딩하는 것을 반복하여 중공 타입의 프리폼을 제조하여, 제조한 프리폼은 제직된 브레이드와 감긴 섬유가 다축으로 여러 겹 구성되어 강도가 우수하고, 프리폼은 자동차 휠 림용 프리폼에도 적용되어, 와인딩되는 섬유는 브레이드를 몰드에 밀착해 휠 림용 프리폼을 제조하는 시스템이 개시되어 있다.

그런데 공개특허공보 제10-2017-0088518호(2017.08.02. 공개)에는 캐리어(110)가 바닥에서 수평으로 형성되어 있는 것이어서, 보빈에서 맨드렐부 탄소사가 공급되면서 교차하는 탄소사의 자중에 이해 처짐 현상 발생되고, 이는 탄소사가 교차하면서 마찰을 크게 발생하는 문제점이 있었다.

즉, 상기와 같은 마찰로 인하여 필라멘트의 손상으로 인한 물성을 약화시키는 문제점이 있는 것이다.

그리고 등록특허공보 제10-2209491호(2021.01.29. 공고)에 게시된 것과 같은 것은 탄소사의 상호 교차가 일반적으로 ±45° 정도로 브레이드되므로 90°로 브레이드를 편조할 수 없는 문제가 있었다.

대한민국 공개특허공보 제10-2017-0088518호(2017.08.02. 공개) 대한민국 등록특허공보 제10-2209491호(2021.01.29. 공고)

위에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로 부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템을 통하여, 교차하는 탄소사의 마찰을 최소화하여 필라멘트의 손상을 방지 하고자 한다.

즉, 맨드렐 측에서 수직으로 형성된 캐리어로 인하여 캐리어로부터 공급되어 교차하는 탄소사가 맨드렐 측에 수직으로 공급됨으로써, 교차하는 탄소사는 수평 캐리어의 탄소사가 자중에 의해 수직으로 처짐이 발생하는 것과 달리 수직 캐리어에서 공급되는 탄소사는 그 처짐을 확실하게 방지되게 하고자 하는 것이다.

또한, 브레이딩기에 크로스와인더를 부가함으로써, 브레이딩기에서 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면을 크로스와인더에 의해 수직으로 탄소사로 권취하여 제2 샤프트제품을 제조함으로써, 제2 샤프트제품의 단면에 수직으로 작용하는 압축강도 및 인장강도를 현저히 증대시키고자 한다.

그리고, 가이드링의 좌측과 우측에는 가이드링에 진동을 전달하는 좌측진동기 및 우측진동기를 더 부가함으로써, 우측진동기는 맨드렐이 우측으로 이동될 때만 작동되고, 좌측진동기는 맨드렐이 좌측으로 이동될 때만 작동되게 하여 맨드렐이 우측으로 이동시에는 우측으로 이동되면서 브레이드되는 탄소사의 장력을 적절히 조절하게 하고, 맨드렐이 좌측으로 이동시에는 좌측으로 이동되면서 브레이드되는 탄소사의 장력을 적절히 조절하게 하고자 한다.

즉, 보빈 캐리어와 제1 샤프트제품 사이의 탄소사에 진동을 부가함으로써, 직조되는 브레이드에 적절한 장력을 증대시키고자 하는 것이다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은, 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템에 관한 것으로서, 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로 부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 가이드링(20)에는 가이드링의 상부 좌우측을 지지하는 상부좌측지지대(23) 및 상부우측지지대(24)가 형성되고, 가이드링(20)의 하부 좌우측을 지지하는 하부좌측지지대(21) 및 하부우측지지대(22)가 형성된 것을 특징으로 한다.

그리고, 상기 하부우측지지대(22)의 일측에는 우측진동기(32)가 형성되고, 하부좌측지지대(21)의 일측에는 좌측진동기(31)가 형성되되, 맨드렐(80)이 우측으로 이동시에는 우측진동기(32)가 구동되고 맨드렐(80)이 좌측으로 이동시에는 좌측진동기(31)가 구동되는 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이 본 발명에 의하면, 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로 부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템은, 맨드렐에 수직으로 형성된 보빈 캐리어로 인하여 교차하는 탄소사의 마찰이 수평캐리어에 비해 현저히 저감되는 효과가 있으며, 이는 필라멘트(filament)의 손상을 최소화시키는 효과가 있는 것이다.

또한, 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면을 수직으로 권취하는 탄소사로 인하여 제2 샤프트제품은 단면에 수직으로 작용하는 압축강도 및 인장강도를 현저히 증대시키는 효과가 있는 것이다.

그리고, 가이드링의 좌측과 우측에는 가이드링에 진동을 전달하는 좌측진동기 및 우측진동기가 더 포함되어 우측진동기는 맨드렐이 우측으로 이동될 때만 작동되고, 좌측진동기는 맨드렐이 좌측으로 이동될 때만 작동되게 함으로써, 맨드렐이 우측으로 이동시에는 우측으로 이동되면서 브레이드되는 탄소사의 장력을 증대시키는 효과가 있다.

즉, 보빈 캐리어와 제1 샤프트제품 사이의 탄소사에 진동을 부가함으로써, 직조되는 브레이드에 장력을 부가 하는 효과가 있는 것이다.

도 1은 종래기술의 브레이딩기에 캐리어가 수평으로 형성되고, 여기에 와인딩기가 결합된 일례를 보인 도면이다.
도 2는 종래기술 도 1의 와인딩기가 구체화된 도면이다.
도 3은 본 발명의 브레이딩기에 보빈 캐리어가 수직으로 형성되고, 여기에 크로스와인딩가 결합된 것을 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 가이드링에 지지대 및 진동기가 형성된 사시도이다.

우선, 도 1과 도 2에 도시된 종래기술의 수평캐리어가 형성된 브레이딩기와 이에 결합된 와인딩기를 구체적을 설명하면 다음과 같다.

도 1은 수평캐리어가 형성되고, 수평캐리어(110)가 바닥에 대해 수평으로 배열되는 구조에 의해서, 편조되는 브레이드가 바닥에 대해 상향 또는 하향으로 경사지게 편조되는 브레이딩기이다.

즉, 브레이딩기(100)는 다수의 캐리어(110)를 배열하고, 캐리어(110)를 장착한 슬라이더(120)는 트랙을 따라 규칙적인 방향으로 안내하도록 하여, 각 보빈(111)에 감긴 섬유(400)(410)를 일정한 각도를 가지는 사선 형태로 브레이드(braid)며, 이러한 브레이딩기(100)의 종류로는 바이엑셀 브레이딩기와 3차원 브레이딩기가 있다.

여기서, 바이엑셀 브레이딩기(biaxial braiding machine)는, 섬유(400)(410)가 사선으로 교차되어 브레이드를 편조하는 브레이딩기(100)이며, 3차원 브레이딩기(three dimensional braiding machine)는 다수의 캐리어(110)를 다수의 행렬을 가지는 사각의 매트릭스 구조로 배열하거나, 또는, 다수의 캐리어(110)를 원형으로 다중 배열하여, 다수의 섬유가 입체적으로 일체화된 구조(여러 개의 레이어)로 편조되는 브레이드를 제조하는 것이다.

또한, 와인딩기(200)는 적어도 하나의 보빈(221)이 원형으로 회전을 반복하는 장치로, 와인딩기(200)는 맨드렐부(300)의 외주면을 회전하면서 보빈(221)에 감긴 탄소사(500)를 맨드렐부를 감는 구조인데, 와인딩기(200)는 보빈(221)이 원형으로 회전하기 위한 구조로 구성되며, 보빈(221)의 회전하는 면은 브레이딩기(100)의 캐리어(110)가 배열된 면과 평형하게 구성된다.

그리고 와인딩기(200)는 베이스(210), 링기어(220), 구동기어(230), 모터(240), 보빈(221), 롤러가이드(213) 등으로 구성되는데, 베이스(210)는 베이스판(211)과 베이스지지대(212)로 구성하며, 베이스판(211)은 브레이딩기(100)의 캐리어(110)가 배열된 면과 평행하게 구성되는 판으로 구성하고, 베이스지지대(212)는 베이스판(211)을 지지하는 구조로 구성하며, 베이스판(211)의 중심은 관통된 구조로 구성된다.

또한, 베이스판(211)에는 관통된 중심 둘레를 따라서 롤러가이드(213)가 원형으로 배열되는데, 그 롤러가이드(213)는 롤러가 자유 회전하는 구조이며, 베이스판(211)에는 링기어(220)를 평행하게 위치하고, 그 링기어(220)는 롤러가이드(213)에 의해 지지되는데, 링기어(220)는 중앙이 관통된 링 형상으로, 관통된 내부에 기어이(톱니)가 형성된 구조로 구성하며, 링기어(220)의 둘레를 따라 롤러가이드(213)에 의해 지지되어 회진 되도록 설치되므로, 링기어(220)의 가장자리 단면과 롤러가이드(213)의 단면은 대응되는 형상으로 구성하는 것이 바람직하다.

그리고, 구동기어(230)는 링기어(220)의 내부에서 접촉되는 기어로, 그 구동기어(230)는 모터(240)와 연결되어 회전하며, 구동기어(230)의 회전으로 링기어(220)가 회전하는 구조이며, 구동기어(230)와 모터(240) 사이에는 감속기가 추가될 수 있다.

그리고 보빈(221)은 탄소사(500)가 권취된 것으로, 그 보빈(221)은 링기어(220)에 적어도 하나 이상을 설치하고, 보빈(221)은 탄소사(500)가 풀리는 장력을 조절하는 장력조절장치를 포함하는 것이 바람직하며, 보빈(221)의 탄소사는(500)는 후에 설명하는 맨드렐부(300)의 몰드(310)에 감긴다.

그리고, 도 2에 도시한 바와 같이 보빈(221)과 몰드(310) 사이에는 가이드(222)와 보조가이드(223)를 하나 이상 더 구성하여, 그러한 가이드(222)와 보조가이드(223)에 의해서 탄소사(500)의 장력을 적절히 유지하고, 탄소사(500)의 방향을 설정할 수 있는데, 가이드(222)는 링기어(220)에 설치되어 탄소사(500)가 몰드(310)의 길이방향에 대해서 수직으로 감기도록 한다.

한편, 보빈(221)은 링기어(220)에 하나 또는 하나 이상 설치하는데, 도 2에 도시한 바와 같이, 보빈(221)이 링기어(220)에 180°의 간격으로 설치되어 있으면, 링기어(220)가 한 번 회전할 때마다 두 가닥의 섬유(500)를 한번에 감을 수 있다.

다음으로, 맨드렐부(300)는 몰드(310), 고정구(320), 이동수단(330)을 포함하며, 몰드(310)는 제조하는 내부가 빈 구조, 즉, 중공 타입의 프리폼을 제조하는데 필요한 것이다

예를 들어, 자동차용 휠(wheel)의 림(rim)을 제조하는 프리폼을 제조하는 경우, 자동차 휠 림 내주연의 구조에 대응하는 구조로 몰드의 표면을 형성하는 것이 바람직하고, 자동차용 휠의 림용 프리폼을 제조하기 위한 몰드(310)를 매우 단순한 형태로 도시하고 있는데, 실제의 휠 림은 길이 방향을 따라 단면 크기가 일정하지 않고, 길이 방향의 따라 표면에 다수의 요철을 형성한다

그리고 맨드렐부(300)의 고정구(320)는 몰드(310)를 지지하고 고정하는 구조로, 이동수단(330)의 종류 따라 다양한 구조로 구성할 수 있으며, 도1에서 도시한 바와 같이, 고정구(320)는 몰드(310)를 고정하면서 적정 길이로 구성하고 있다

또한, 이동수단(330)은 고정구(320)를 직선 이동하는 장치로, 리니어모션가이드를 설치하고 모터(240)나 실린더 등에 의해 이동하는 구조로 구성하거나, 도 1에 도시한 바와 같이, 로봇을 구성하여, 로봇팔이 고정구(320)를 잡고 좌우로 직선 이동하는 것으로 구성하면 간섭을 최소화하면서 로봇에 의해서 브레이드와 와인딩이 끝난몰드(310)의 수거가 용이한 특징이 있다.

이렇게 구성하는 브레이딩기(100), 와인딩기(200), 맨드렐부(300)에 의해서 중공 타입 프리폼 제조 시스템을 구성하고, 브레이딩기(100)의 캐리어(110) 배열에 평행하여 와인딩기(200)를 설치하고, 캐리어(110)와 와인딩기(200) 사이에 맨드렐부의 몰드(310)를 위치하며, 그 몰드(310)는 고정구(320)에 의해 지지되고, 고정구(320)는 이동수단(330)에 의해 브레이딩기(100) 쪽이나 와인딩기(200) 쪽으로 직선 이동을 반복한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 수평 브레이딩기(100)와 와인딩기(200)를 구성하되, 와인딩기(200)의 보빈(221)이 회전하는 면과 브레이딩기(100)의 캐리어(110)가 배열되는 면이 평행하게 구성하며, 브레이딩기(100)와 와인딩기(200) 사이에 맨드렐부(300)를 구성하는데, 그 맨드렐부(300)의 몰드(310)는 브레이딩기(100)와 와인딩기(200) 사이에 위치하고, 맨드렐부(300)의 고정구(320)는 몰드(310)를 지지하는 구조이며, 고정구(320)를 브레이딩기(100)와 와인딩기(200) 사이에서 직선으로 이동하게 하는 이동수단(330)으로는 로봇을 구성하여, 브레이딩기(100), 몰드(310), 와인딩기(200), 로봇이 순차로 배열되게 구성하고, 로봇이 와인딩기(200)를 통과하는 고정구(320)를 잡은 상태에서 몰드(310)가 직선 이동이 가능하도록 한다.

아울러, 브레이딩기(100)와 와인딩기(200) 사이의 몰드(310)의 위치는, 브레이딩기(100)에 의해서 몰드(310)에브레이딩이 가능한 위치이면서, 와인딩기(200)의 가이드(222)에 의해서 보빈(221)의 섬유(500)가 몰두의(310) 길이 방향에 대해서 최대한 수직 방향으로 섬유(500)가 감길 수 있도록 하는데, 다시 말하면, 와인딩기(200)의 가이드(222)가 돌출된 범위 내에서 몰드(310)가 위치되고 이동되어, 가이드(222)에 의해 몰드(310)의 길이 방에 대해 90°에 가깝도록 섬유(500)가 공급되도록 한다.

한편, 브레이딩기(100)에 적용되는 탄소사(400)(410)의 형태는 원사, 또는, 원사에 수지가 포함(함침)된 토우 프리프레그(tow prepreg), 또는, 직물에 수지가

포함(함침)된 프리프레그(prepreg)를 적용할 수 있으며, 와인딩기(200)에 적용하는 탄소사(500)의 형태는 원사, 또는, 원사에 수지가 포함(함침)된 토우 프리프레그(towprepreg), 또는, 직물에 수지가 포함(함침)된 프리프레그(prepreg)를 적용할 수 있다.

그리고 브레이딩기(100)의 보빈(111)에 적용하는 탄소사(400)(410)의 종류는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 고강도 섬유를 적용하고, 마찬가지로, 와인딩기(200)의 보빈(221)에 감기는 탄소사(500)의 종류는 탄소 섬유, 유리 섬유, 아라미드 섬유 등의 고강도 섬유를 적용하며, 브레이딩기(100)에 적용되는 보빈(111)은 장력조절장치가 포함되어 일정한 장력으로 탄소사(400)(410)를 공급하고, 와인딩기(200)에 적용되는 보빈(221)은 장력조절장치가 포함되어 적절한 장력으로 섬유(500)를 공급하는 것이 바람직하다.

다음으로, 도 3 및 도 4를 참고하여 본 발명의 수직으로 형성된 보빈 캐리어가 구성된 브레이딩 시스템과 이의 일측에 형성된 크로스와인더를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

도 3 및 도 4에 도시된 본 발명은, 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로 부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템이다.

즉, 보빈을 포함하는 보빈 캐리어의 이동에 따라 보빈에 감긴 탄소사의 상호 교차로 브레이드를 편조하는 브레이딩 시스템에 보빈이 원형으로 회전하면서 보빈에 감긴 탄소사를 공급하는 크로스와인더가 결합된 것으로서, 브레이드된 제1 샤프트제품을 우측으로 수평되게 이동 시키면서 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취시켜 제2 샤프트제품을 제조하게 되는 것이다.

여기서 제1 샤프트제품은, 회전하지 않고 우측 또는 좌측으로 수평 이동되는 맨드렐의 외주면에 형성되며, 상기 맨드렐의 일측에는 맨드렐을 우측 또는 좌측으로 수평 이동시키게 하는 이송부(70)가 형성되어 있다.

따라서, 브레이딩 시스템(50)는 다수의 보빈 캐리어(12)를 배열하고, 보빈 캐리어(12)를 장착한 슬라이더(미도시)는 트랙판(11)의 트랙을 따라 규칙적인 방향으로 안내하도록 하여, 보빈 캐리어(12)의 각 보빈에 감긴 탄소사(14)를 맨드렐(80)의 외주면에 ±45° 각도를 가지는 사선 형태의 브레이드(braid)를 직조하여 제1 샤프트제품을 제조하게 된다.

그리고, 제1 샤프트제품이 우측으로 이동하면 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 권취시켜 제2 샤프트제품을 제조하는 크로스와인더(60)가 브레이딩 시스템의 일측에 형성된다.

크로스와인더(60)는, 회전판(61)의 일측에 형성된 2개의 보빈(13')이 상호 대응되게 구성되어, 회전판(61)의 회전에 의해 2개의 보 빈(13')이 원형으로 회전함으로써, 맨드렐(80)의 외주면에 직조된 제1 샤프트제품의 외주면을 회전하면서 보빈(13')에 감긴 탄소사(14')를 제1 샤프트제품의 외주면에 권취하여 제2 샤프트제품을 제조하게 되는 구성이다.

여기서, 크로스와인더(60)는 크로스와인더를 지지하는 베이스(미도시), 링기어가 형성된 회전판(61), 링기어에 맞물려 링기어를 회전시키는 구동기어(미도시), 구동기어를 구동시키는 모터(미도시), 탄소사가 권취된 보빈(13'), 회전판(61)의 외주면을 지지하는 롤러가이드(미도시) 등으로 구성되며, 회전판(61)의 중심은 관통되게 형성된다.

여기서 롤러가이드는 회전판(61)의 외주면에 형성되어 롤러가이드의 내부에서 회전판(61)이 자유롭게 회전되도록 구성된다.

그리고 회전판(61)의 중심부는 관통된 링 형상이며, 관통된 링 형상의 중앙으로 맨드렐이 좌측 또는 우측으로 이동가능하도로 형성된다.

또한, 구동기어는 회전판(61)의 일측에서 접촉되는 기어이며, 구동기어에는 모터가 연결되며, 구동기어(230)의 회전으로 회전판(61)이 회전하는 구조이며, 구동기어와 모터 사이에는 감속기가 추가될 수 있음 당연하다.

그리고 2개의 보빈(13')은 탄소사(14')가 권취된 것으로, 2개의 보빈은 회전판(61)의 일측에 서로 대응되게 형성되고, 보빈(13')은 탄소사(14')가 풀리는 장력을 조절하는 장력조절장치를 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 상기와 같은 본 발명은 트랙판(11)에 형성된 보빈 캐리어(12)가 맨드렐(80)에 대하여 수직으로 형성된 것에 특징이 있는 것이며, 이로 인하여 교차되는 탄소사의 마찰이 수평캐리어에 비해 현저히 저감되는 효과가 있으며, 이는 필라멘트(filament)의 손상을 최소화 시키게 된다.

그리고, 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면을 탄소사로 수직으로 권취하는 크로스와인더가 형성된 것이 특징이 있는 것이며, 이로 인하여 제1 샤프트제품의 외주면에 제2 샤프트제품을 제조하여 제2 샤프트제품의 단면에 수직으로 작용하는 압축강도 및 인장강도를 현저히 증대시키도록 한다.

또한, 가이드링의 좌측과 우측에는 가이드링에 진동을 전달하는 좌측진동기 및 우측진동기가 더 포함되게 하여 우측진동기는 맨드렐이 우측으로 이동될 때만 작동되고, 좌측진동기는 맨드렐이 좌측으로 이동될 때만 작동되게 함으로써, 맨드렐이 우측으로 이동시에는 우측으로 이동되면서 브레이드되는 탄소사의 장력을 증대시키게 한다.

즉, 보빈 캐리어와 제1 샤프트제품 사이의 탄소사에 진동을 부가함으로써, 직조되는 브레이드에 장력을 부가 하게 하는 것이다.

본 발명은 베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11); 트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12); 보빈 캐리어(12)로부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80); 맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20); 맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템에 관한 것이다.

10 : 베이스대 11 : 트랙판
12 : 보빈 캐리어 13, 13' : 보빈
14, 14' : 탄소사 19 : 디스크
20 : 가이드링 21 : 하부좌측지지대
22 : 하부우측지지대 23 : 상부좌측지지대
24 : 상부우측지지대 25 : 지지대
30 : 진동기 31 : 좌측진동기
32 : 우측진동기 40 : 공급부
50 : 브레이딩 시스템 60 : 크로스와인더
61 : 회전판 70 : 이송부
80 : 맨드렐 90 : 샤프트제품

Claims

베이스대(10)의 내주면에 원형으로 형성되어 캐리어가 이송되도록 구성된 트랙판(11);
트랙판(11) 내주면의 트랙을 따라 형성되고 탄소사가 감긴 보빈을 포함하며, 수평의 맨드렐과 수직되게 형성된 보빈 캐리어(12);
보빈 캐리어(12)로 부터 탄소사를 공급받아 중심측에 제1 샤프트제품이 제조되도록 구성된 수평형상의 맨드렐(80);
맨들렐(80)의 외주면과 이격되게 형성되고 일측에 형성된 진동기(30)의 진동을 전달받아 진동되며, 탄소사를 맨들렐(80) 측으로 안내하는 가이드링(20);
맨드렐(80)의 외주면에 브레이드된 제1 샤프트제품의 외주면에 탄소사를 수직으로 권취하도록 형성된 크로스와인더(60);를 포함하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 가이드링(20)에는 가이드링의 상부 좌우측을 지지하는 상부좌측지지대(23) 및 상부우측지지대(24)가 형성되고, 가이드링(20)의 하부 좌우측을 지지하는 하부좌측지지대(21) 및 하부우측지지대(22)가 형성된 것을 특징으로 하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템.
청구항 2에 있어서,
상기 하부우측지지대(22)의 일측에는 우측진동기(32)가 형성되고, 하부좌측지지대(21)의 일측에는 좌측진동기(31)가 형성되되, 맨드렐(80)이 우측으로 이동시에는 우측진동기(32)가 구동되고 맨드렐(80)이 좌측으로 이동시에는 좌측진동기(31)가 구동되는 것을 특징으로 하는 크로스와인더가 구비된 브레이딩 시스템.