KR20240037242A - 다수의 권취 헤드를 갖는 회전 지지체를 구비한 필라멘트 권취기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 특히 탱크 제조를 위한 라이너 상에서의 필라멘트 권취를 위한 기계(1)에 관한 것으로서, 본체(9)를 그 길이방향 축선(A)의 둘레로 회전시켜 구동할 수 있고 그리고 권취 수단에 대해 본체의 상대적 변위를 실시할 수 있는 변위 시스템(3)을 포함한다. 권취 수단(2)은 회전축선(B)의 둘레로 회전하도록 장착된 회전 지지체(23)를 포함하며, 그 위에 적어도 2개의 권취 시스템(20a, 20b)이 장착되며, 각각의 권취 시스템은 저장 수단(22a, 22b)과 연관된 권취 헤드(21a, 21b)를 포함하므로, 그 회전축선(B)의 둘레로 상기 회전 지지체의 회전에 의해, 각각의 권취 시스템은 그 권취 헤드를 통해 섬유를 권취하기 위한 활성 위치, 및 조작자가 유지보수 작업을 수행할 수 있는 비활성 위치로 변위될 수 있다.

Description

다수의 권취 헤드를 갖는 회전 지지체를 구비한 필라멘트 권취기

본 발명은 적어도 하나의 연속적인 섬유를 본체 상에, 특히 탱크 제조를 위한 라이너(liner) 상에, 권취하기 위한 필라멘트 권취기와, 이러한 기계에 의해 본체 상에 적어도 하나의 연속적인 섬유의 필라멘트 권취를 포함하는 섬유-강화 부품을 제조하기 위한 방법에 관한 것이다.

압축가스를 저장하기 위한 복합 탱크가 알려져 있으며, 상기 탱크는 일반적으로 원통형의 중앙 부분 및 단면적이 감소되고 외측을 향해 둥근, 전통적으로 돔으로 알려져 있는, 2개의 단부 부분을 포함한다. 타입 IV의 탱크의 경우, 탱크는 밀봉된 저장 챔버를 정의하는, 전통적으로 라이너라고 불리는, 내부 셀, 및 상기 라이너를 둘러싸는 강화 셀로 구성되며, 상기 강화 셀은 라이너의 둘레에 연속적인 섬유의 필라멘트 권취에 의해 얻어지며, 상기 섬유는 바람직하게는 수지로, 일반적으로는 열경화성 수지로 사전-함침되고, 각각의 섬유는 다중의 연속적인 필라멘트로부터 형성된다.

필라멘트 권취는 필라멘트 권취기에 의해 실시되며, 상기 필라멘트 권취기는 전형적으로 섬유 저장 수단과 연관된 적어도 하나의 권취 헤드를 포함하는 권취 수단, 및 그 길이방향 축선의 둘레로 라이너를 회전시킬 수 있고, 그리고 섬유를 상기 라이너 상에 권취하기 위한 권취 수단에 대해, 상기 라이너의 상대 변위를 수행할 수 있는, 변위 시스템을 포함한다.

특히 특허 문서 DE 10 2010 047 361호에는, 권취 수단이 수평 축선의 둘레로 회전하도록 고정 프레임 상에 장착되는 권취 헤드를 포함하는 기계가 알려져 있다. 크릴(creel)에 배열된 섬유 스풀로부터 나오는 섬유는, 먼저 수지 욕조(resin bath)로 구성된 함침 시스템을 통과한 후 권취 헤드를 향해 웨브의 형태로 안내된다. 상기 변위 시스템은 그 단부에 파지 디바이스를 운반하는 다관절 아암-타입 로봇을 포함한다. 상기 파지 디바이스는 그 베이스에 의해 로봇의 손목에 장착된 U 형 지지체를 포함하며, 상기 라이너는 U 의 두 아암 사이에서 그 단부에 의해 장착되고, 그리고 모터에 의해 그 단부 중 하나에 의해 회전 구동된다.

라이너를 운반하는 로봇을 구비한 이런 타입의 기계는, 자동차 분야에서 전통적으로 사용되는 표준 로봇을 사용하여, 소형이고, 설계가 간단하며, 저렴한 필라멘트 권취기를 제공할 수 있게 한다. 상기 로봇은 필라멘트 권취 작업을 위해 라이너를 로딩하는 것을 용이하게 하며, 그리고 권취 후 얻어진 강화 라이너를 또 다른 프로세싱 스테이션으로 전송하는 것을 용이하게 한다.

섬유 스풀의 교체는 기계가 정지될 것을 요구하며, 이는 기계의 생산 속도를 상당히 감소시킨다.

본 발명의 목적은 높은 생산 속도로 권취함으로써 부품의 제조를 가능하게 하는 권취기를 제공하는 것이다.

이를 위해, 본 발명은 주 길이방향 축선을 갖는 본체 상에 적어도 하나의 연속적인 섬유를 권취하기 위한 필라멘트 권취기를 제안하며, 상기 기계는

- 섬유 저장 수단과 연관된 적어도 하나의 권취 헤드를 포함하는 권취 수단, 및

- 그 길이방향 축선의 둘레로 본체를 회전시킬 수 있고, 그리고 섬유를 상기 본체 상에 권취하기 위한 권취 수단에 대해 상기 본체의 상대 변위를 수행할 수 있는, 변위 시스템을 포함하며,

상기 권취 수단은 적어도 2개의 권취 시스템이 장착된 고정 구조물 상에, 회전축선의 둘레로 회전 가능하게 장착된 회전 지지체 또는 캐로셀(carousel)을 포함하고, 각각의 권취 시스템은 저장 수단과 연관된 권취 헤드를 포함하므로, 그 회전축선의 둘레로 상기 회전 지지체의 회전에 의해, 각각의 권취 시스템은 그 권취 헤드에 의해 섬유를 권취하기 위한 활성 위치, 및 조작자가 유지보수 작업을 수행할 수 있는 비활성 위치로 변위될 수 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따라, 권취기는 여러 개의 권취 시스템을 운반하는 캐로셀을 포함하므로, 하나의 권취 시스템이 권취 작업에 사용될 때, 유지보수 작업, 특히 섬유 스풀 변경이 다른 권취 시스템(들)에서 마스킹된 시간에 실시될 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 기계는 높은 생산 속도를 달성하는 것을 가능하게 한다. 본 발명에 따른 기계는 탱크의 라이너를 구성하는 본체를 구비한, 고압 탱크의 생산에 특히 유리하다.

실시예에 따라, 회전 지지체는 수직 회전축선의 둘레로 회전할 수 있도록 장착된다.

실시예에 따라, 회전 지지체는 n 개의 권취 시스템(n 은 2 이상의 정수)을 포함하고, 상기 권취 시스템은 360°/n 과 동일한 규칙적인 각도 간격으로 회전 지지체 상에 배열된다.

실시예에 따라, 상기 회전 지지체는 활성 위치와 비활성 위치 사이에서 각각 이동 가능한 2개의 권취 시스템을 운반하며, 그 두 위치 사이에서 각각의 권취 시스템의 조작은 그 두 위치 사이에서, 즉 제1 권취 시스템 및 제2 권취 시스템이 각각 활성 위치와 비활성 위치에 있는 제1 위치와, 그리고 제1 권취 시스템 및 제2 권취 시스템이 비활성 위치와 활성 위치에 각각 있는 제2 위치 사이에서, 그 회전축선의 둘레로 회전 지지체의 180°및/또는 -180°회전에 의해 달성된다.

실시예에 따라, 상기 회전 지지체는 활성 위치와 2개의 비활성 위치 사이에서 각각 이동 가능한 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템을 운반하며, 그 3개의 위치 사이에서 각각의 권취 시스템의 조작은, 3개의 위치 사이에서 그 회전축선의 둘레로 회전 지지체의 +120°및/또는 -120°회전에 의해 달성되며, 상기 3개의 위치는

- 상기 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템이 각각 활성 위치, 제2 비활성 위치, 및 제1 비활성 위치에 있는 제1 위치;

- 상기 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템이 각각 제1 비활성 위치, 활성 위치, 및 제2 활성 위치에 있는 제2 위치,

- 상기 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템이 각각 제2 비활성 위치, 제1 비활성 위치, 및 활성 위치에 있는 제3 위치를 지칭하며, 각각의 권취 시스템의 2개의 비활성 위치 중 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 비활성 위치 모두는, 조작자가 유지보수 작업을 수행할 수 있는 유지보수 위치에 대응한다.

또 다른 실시예에 있어서, 회전 지지체는 수평 회전축선의 둘레로 회전 가능하게 장착된다.

실시예에 따라, 각각의 권취 헤드는 아이(eye) 또는 하나 또는 그 이상의 롤러나 풀리와 같은 가이드 부재를 포함하며, 바람직하게는 회전축선, 바람직하게는 수평 회전축선의 둘레로 상기 회전 지지체 상에 피봇 가능하게 장착되며, 각각의 권취 시스템은 그 회전축선의 둘레로 그 가이드 부재를 피봇시킬 수 있는 모터를 포함한다.

실시예에 따라, 각각의 권취 시스템의 저장 수단은 지지 구조물 상에 장착된 맨드렐을 포함하며, 각각의 맨드렐은 섬유 스풀을 운반할 수 있고 그리고 장력 조절 시스템과 연관되어 있으며, 각각의 권취 시스템은 권취 헤드를 향해 맨드렐로부터 섬유를 안내하여 헤드 상에 섬유의 웨브를 형성할 수 있는 가이드 수단을 포함한다.

실시예에 따라, 각각의 권취 시스템은 여러 개의 권취 헤드, 예를 들어 2개 또는 3개의 권취 헤드를 포함하며, 그 각각은 섬유 저장 수단과 연관되고, 예를 들어 동일한 수직 평면에 배열된 회전축선과 함께 서로의 위에 배열되며, 상기 기계는 여러 개의 본체를 회전 구동할 수 있는 변위 시스템을 바람직하게 포함하고, 그 개수는 각각의 권취 시스템의 권취 헤드의 개수에 대응하며, 그리고 상기 본체 상에 섬유의 동시 권취를 위해 상기 권취 수단에 대해 본체의 상대 변위를 수행할 수 있다.

실시예에 따라, 변위 시스템은 그 단부에 의해 상기 본체를 운반할 수 있는 제1 다관절 로봇 및 제2 다관절 로봇을 포함하므로, 상기 본체는 제1 다관절 로봇 상의 제1 단부 및 제2 다관절 로봇의 제2 단부에 의해 그 길이방향 축선의 둘레로 회전 가능하게 장착되며, 상기 2개의 다관절 로봇 중 적어도 하나에는 길이방향 축선의 둘레로 상기 본체를 회전시키기 위한 구동 모터가 설치된다. 이러한 2개의 로봇 변위 시스템은 큰 물체를 운반하는 것을 가능하게 하면서, 높은 변위 속도 및 가속도, 그리고 그에 따른 높은 생산 속도, 합리적인 자재 및 설치 비용을 보장할 수 있다. 또한, 이러한 변위 시스템은 3차원 모두에서 본체의 정밀한 변위를 가능하게 하여, 좋은 권취 품질로 나타난다. 상기 기계는 본체가 탱크의 라이너를 구성하는, 고압 탱크 생산에 특히 유리하다.

실시예에 따라, 각각의 다관절 로봇에는, 지지 베이스 플레이트를 포함하는 장착 디바이스가 설치되어 있으며, 상기 지지 베이스 플레이트는 다관절 로봇의 단부 손목에 조립되고, 그리고 바람직하게는 자동이며 본체의 관형 단부를 클램핑할 수 있는 클램핑 척을 운반하며, 상기 제1 및/또는 제2 다관절 로봇의 클램핑 척은 그 길이방향 축선의 둘레로 본체를 회전시키기 위한 구동 모터에 연결된다.

실시예에 따라, 상기 2개의 척 중 적어도 하나는, 본체가 2개의 장착 디바이스에 조립되었을 때, 임의의 정역학적 문제를 피하기 위해 하나 또는 그 이상의 자유도로 그 베이스 플레이트 상에 장착된다.

실시예에 따라, 각각의 클램핑 척은 클램핑 척의 길이방향 축선이 다관절 로봇의 손목의 마지막 회전축선과 직교하여 배열되도록 상기 베이스 플레이트 상에 장착되며, 따라서 장착 디바이스는 본체의 길이방향 축선이 다관절 로봇의 마지막 축선과 직교하여 배열되도록 본체를 운반할 수 있다. 이러한 타입의 장착은 필라멘트 권취 작업을 위해, 그리고 로봇으로부터 권취 수단의 대향측에 본체의 파지 및 위탁을 위해, 본체의 최적화된 3차원 변위를 허용한다.

실시예에 따라, 제1 및 제2 다관절 로봇의 클램핑 척은 그 길이방향 축선의 둘레로 본체를 회전시키는 구동 모터에 각각 연결된다. 라이너의 경우, 각각의 클램핑 척의 모터화(motorization)는 권취 작업 중 라이너의 비틀림을 방지한다.

다른 실시예에 따라, 각각의 권취 시스템이 전술한 바와 같이 여러 개의 권취 헤드를 포함할 때, 변위 시스템은 여러 개의 클램핑 척이 서로의 위에 장착되는 제2 패널을 구비한 베이스 플레이트를 포함하는 각각의 다관절 로봇의 여러 개의 본체를 운반할 수 있으며, 각각의 본체는 단부에 의해 제1 다관절 로봇의 클램핑 척 및 제2 다관절 로봇의 클램핑 척에 연결된다.

실시예에 따라, 변위 시스템은 각각 6축 타입 로봇(6-axis type robot)으로 형성되는, 제1 다관절 로봇 및 제2 다관절 로봇을 포함한다. 이러한 6축 로봇은 권취를 위해, 그리고 로봇에 대한 권취 수단의 대향측에 본체의 파지 및 위착을 위해, 최적의 본체 변위를 보장한다.

실시예에 따라, 제1 다관절 로봇 및 제2 다관절 로봇은 그 베이스에 의해 레일 상에 활주 가능하게 장착되므로, 두 로봇 사이, 특히 그 제1 수직 회전축선 사이의 중심 거리는 본체의 길이에 맞게 조정될 수 있다.

실시예에 따라, 권취 수단은 변위 시스템의 제1 측부에 배열되고, 기계는 권취 수단과 대향하는 변위 시스템의 제2 측부에 배열된 로딩 및 언로딩 벤치를 더 포함하며, 이로부터 변위 시스템이 본체를 파지할 수 있고 그리고 그 위에 상기 변위 시스템이 본체를 위탁할 수 있으며, 상기 벤치는 적어도 2개의 본체를 바람직하게 수용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 전술한 바와 같이 나란히 배열되는 여러 개의 기계, 및 레일 상에 병진 이동 가능하게 장착되고 그리고 권취기의 로딩 및 언로딩 벤치로부터 본체를 파지하여, 상기 로딩 및 언로딩 벤치 상에 본체를 위탁할 수 있는 파지 디바이스가 설치되는 다관절 로봇을 포함하는 전송 시스템을 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취 설비이며, 상기 전송 시스템은 입구 벤치 및 출구 벤치를 추가로 바람직하게 포함하고, 상기 레일은 권취기의 변위 시스템과 대향하는 권취기의 로딩 및 언로딩 벤치의 측부 상에 배열된다.

본 발명의 또 다른 목적은, 본체 상에 적어도 하나의 연속적인 섬유의 필라멘트 권취를 포함하는 섬유-강화 부품의 제조 방법에 있어서, 상기 필라멘트 권취는 전술한 바와 같이 필라멘트 권취기 또는 설비에 의해 실시되는 것을 특징으로 한다.

프로세스의 일 실시예에 따라, 고압 탱크와 같은 섬유-강화 부품의 생산을 위해, 본체는 라이너를 구성하며, 상기 섬유-강화 부품은 라이너 및 섬유 권취부로 형성되며, 상기 라이너는 실질적으로 원통형인 중앙 부분과 제1 및 제2 돔형 둥근 단부 부분을 바람직하게 포함하며, 상기 라이너에는 2개의 다관절 로봇의 단부에 그 장착을 위해 단부에 스핀들이 설치된다.

또 다른 실시예에 있어서, 본체는 맨드렐을 구성하며, 섬유-강화 부품은 섬유 권취부로 형성된다.

본 발명은 첨부된 개략도를 참조하여 현재 2개의 바람직한 특정 실시예에 대한 이하의 상세한 설명을 통해 잘 이해될 것이며, 그리고 추가적인 목표, 세부 사항, 특징, 및 이점이 보다 명확해질 것이다.

도 1은 2개의 로봇에 의해 운반되는 본체 상으로의 섬유 권취 중, 본 발명에 따른 필라멘트 권취기의 개략적인 사시도이다.
도 2는 본체 언로딩 작업 중, 도 1과 유사한 사시도이다.
도 3은 도 1에 도시된 기계의 평면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 기계의 측면도이다.
도 5는 여러 개의 필라멘트 권취기를 포함하는 설비의 개략적인 평면도이다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 필라멘트 권취기의 개략적인 사시도이다.
도 7 및 도 8은 각각 도 6에 도시된 기계의 평면도 및 측면도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 필라멘트 권취기(1)는 탱크 생산을 위해 여러 개의 섬유를 라이너(9)에 의해 형성되는 본체 상에 웨브 형태로 권취하는 데 사용된다. 라이너는 주 길이방향 축선(A)을 가지며, 그리고 원통형의 중앙 부분 및 장착 스핀들(91)이 설치되는 2개의 단부 돔을 포함한다.

권취기는 권취 수단(2), 라이너(9)를 운반하는 변위 시스템(3), 로딩 및 언로딩 벤치 또는 스테이션(4)을 포함한다.

권취 수단(2)은 회전 지지체 또는 캐로셀(23) 상에 장착되는 제1 권취 시스템(20a) 및 제2 권취 시스템(20b)을 포함한다. 캐로셀(23)은 바닥-장착형 프레임(24)의 수직 회전축선(B)의 둘레로 회전 가능하게 장착되고, 그리고 기계 제어 유닛에 의해 제어되는 모터(25)에 의해 회전 구동될 수 있다. 2개의 권취 시스템(20a, 20b)은 축선(B)을 통과하는 제1 수직면(P1)(도 3)의 양쪽에 배열된다. 각각의 권취 시스템은 섬유 저장 수단과 연관된 권취 헤드를 포함한다.

캐로셀의 평면(P1)의 제1 측부 상에 배열되는 제1 권취 시스템(20a)은, 제1 저장 수단(22a)과 연관된 제1 권취 헤드(21a)를 포함한다. 제1 권취 헤드는 캐로셀에 고정된 제1 지지체(26a) 상의 수평 축선(C)의 둘레로 회전 가능하게 장착된 위탁 롤러에 의해 여기에 형성된 가이드 부재를 포함하며, 상기 제1 지지체(26a)는 평면(P1)으로부터 연장되어, 권취 헤드를 상기 평면(P1)으로부터 이격시킨다. 제1 저장 수단(22a)은 연속적인 섬유 스풀을 수용하기 위해 맨드렐을 포함한다. 기계가 8개의 섬유 웨브를 권취하도록 설계되었으므로, 제1 저장 수단은 8개의 맨드렐을 포함한다. 맨드렐은 실질적으로 평면(P1)에서 캐로셀에 고정된 지지 프레임(27) 상에 장착된다. 제1 권취 시스템은 또한 스풀로부터 풀린 섬유를, 상기 섬유가 실질적으로 엣지 대 엣지로 배열된 웨브의 형태로, 가이드 부재로 안내하기 위해, 그 자체로 알려진 제1 가이드 수단(도시되지 않음)을 포함한다. 제1 권취 시스템은 웨브의 각각의 섬유의 장력을 조절하기 위해 장력 조절 시스템(28a)을 포함하며, 이는 상기 제1 맨드렐과 연관된 제1 장력 조절 모터를 포함하며, 이들 제1 모터는 캐로셀의 제2 측부 상에 위치된다. 제1 권취 헤드(21a)는 맨드렐(22a)보다 평면(P1)으로부터 더 멀리 위치되어, 섬유를 웨브 형태로 가이드 부재에 안내하기 위해 상기 제1 헤드와 평면(P1) 사이에 간극을 제공한다.

상기 기계는 수지 사전-함침형 섬유 스풀에 사용될 수 있다. 섬유 스풀에 지지 필름이 제공되었을 때, 저장 수단은 섬유 스풀이 풀려짐에 따라 지지 필름을 롤러 상에 재권취하기 위해 재권취 맨드렐을 포함할 수 있다. 상기 기계는 건식 섬유 스풀에 사용될 수도 있으며, 이 경우에는 권취 작업 중 수지를 섬유에 인라인 도포하기 위한 수지 도포 시스템이 제1 권취 시스템에 설치된다. 함침 시스템은 이른바 습식 권취 프로세스를 위해, 예를 들어 평면(P1)과 제1 권취 헤드 사이의 공간에 배열되는 수지 함침조를 포함한다.

제2 권취 시스템(20b)은 제1 권취 시스템(20a)과 동일하며, 그리고 제2 지지체(26b)의 수평 축선(C)의 둘레에 피봇 가능하게 장착된 제2 권취 헤드(21b), 제2 장력 조절 모터(28b)와 연관된 제2 맨드렐을 포함하는 제2 저장 수단(22b), 가이드 수단(도시되지 않음), 및 선택적으로 수지 도포 시스템을 포함한다. 제2 맨드렐은 동일한 지지 프레임(27) 상에 장착되며, 제2 장력 조절 모터(28b)는 캐로셀의 제1 측부 상에 위치된다.

본 실시예에 있어서, 제1 권취 헤드 및 제2 권취 헤드는 축선(B)을 통과하는 평면(P2)의 양 측부 상에 그리고 평면(P1)과 직교하여 배열되며, 헤드는 평면(P2)과 각각의 저장 수단 사이에 배열된다.

변위 시스템(3)은 라이너를 운반하기 위해 2개의 다관절 아암 또는 로봇(30a, 30b)을 포함하며, 상기 다관절 로봇에는 라이너를 그 단부 스핀들(91)에 의해 상기 2개의 다관절 아암에 장착하기 위한 장착 디바이스(33)가 단부에 설치된다.

각각의 다관절 로봇은 그 자체로 알려진 6축 로봇 타입이며, 다관절 로봇의 단부 손목(32)에 조립된 장착 디바이스(33)로 지면에 고정되어 장착된다. 도 1을 참조하면, 각각의 다관절 로봇은 회전축선(D1-D6)의 둘레로 서로에 대해 피봇하도록 장착된 다양한 섹션(31a-31g)을 포함하며, 제1 섹션 또는 베이스(31a)는 지면에 고정되고, 제2 섹션(31b)은 수직 축선(D1)의 둘레로 베이스(31a) 상에서 이동 가능하도록 장착되고, 단부 섹션(31g)은 조립 축선으로도 알려진 바와 같이 마지막 회전축선(D6)을 따라 장착 디바이스를 조립하기 위해 조립 베이스 플레이트를 형성한다. 마지막 3개의 섹션(31e, 31f, 31g)은 축선(D4)의 둘레로 회전 가능하게 장착된 로봇의 단부 손목(32)을 형성한다.

장착 디바이스(33)는 L 형 베이스 판을 포함하고, 상기 L 형 베이스 판은 디바이스가 손목(32) 상에 장착되는 제1 플레이트(34a), 및 라이너의 스핀들이 자동으로 클램핑되거나 언클램핑될 수 있게 하는, 예를 들어 공압식의 3개의 자동 클램핑 조오로, 클램핑 척(35), 예를 들어 알려진 바와 같은 선반 척을 운반하는, 상기 제1 플레이트와 직교하는 제2 플레이트를 포함한다. 제2 플레이트 상에 장착된 클램핑 척은 로봇의 마지막 축선(D6)과 직교하는 척 축선을 갖는다. 클램핑 척(35)은 라이너를 축선(A)의 둘레로 회전시키기 위해, 베이스 플레이트의 제1 플레이트(34a) 아래에 위치되고 그리고 기계 제어 유닛에 의해 제어되는 구동 모터(36a, 36b)에 연결된다. 바람직하게는, 제1 로봇(30a)은 제어 유닛에 의해 제어되는 제1 마스터 구동 모터를 포함하며, 제2 로봇(30b)은 마스터 구동 모터와 동기화된 제2 슬레이브 구동 모터를 포함한다.

2개의 다관절 로봇은 서로 인접하여 바닥에 고정된다. 도 3을 참조하면, 2개의 권취 시스템을 운반하는 캐로셀(23)은 로봇의 제1 축선(D1)을 통과하는 평면(P3)의 제1 측부 상에 배열된다. 이런 실시예에 있어서, 축선(B)은 축선(D1)으로부터 등거리에 있고 그리고 평면(P3)과 직교하는 중간 수직 평면(P4)에 위치된다.

로딩 및 언로딩 벤치(4)는 평면(P3)의 제2 측부 상에서 2개의 다관절 로봇에 대해 캐로셀과 대향하여 위치된다. 상기 벤치는 바닥에 놓이거나 고정되는 지지 구조물을 포함하며, 그리고 2개의 라이너를 수용할 수 있으며, 상기 라이너의 축선(B)은 평면(P3)에 평행하게 배열되며, 상기 지지 구조물은 각각의 라이너에 대한 2개의 수용 시스템(41a, 41b)을 포함하며 그 위에는 라이너가 그 단부 스핀들에 의해 위치된다.

캐로셀은 그 축선(B)의 둘레로의 +180°또는 -180°의 회전에 의해 2개의 위치 사이에서 변위될 수 있다. 도 1, 3, 및 4에 도시된 캐로셀의 제1 위치에서, 제1 권취 시스템(20a)은 활성 위치에 있으며, 그 헤드는 2개의 다관절 로봇에 의해 운반되는 라이너 상의 필라멘트 권취 작업에 사용될 수 있다. 제2 권취 시스템(20b)은 유지보수 위치에 대응하는 비활성 위치에 있다. 캐로셀의 이 위치에서, 평면(P1)은 평면(P3)과 평행하며, 평면(P2, P4)은 일치한다.

권취 작업은, 라이너를 그 축선(A)의 둘레로 회전시키기 위한 구동 모터(36a, 36b) 및 헤드(20a)를 그 회전축선의 둘레로 회전시키는 모터뿐만 아니라, 권취 헤드(20a)에 대해 라이너를 변위시키기 위해 프로그램된 경로를 따라 2개의 다관절 로봇을 구동하는 기계 제어 유닛에 의해 실시된다.

제1 권취 시스템에 의한 권취 작업 중, 조작자는 유지보수 위치에 있는 제2 권취 시스템에서 완벽한 안전 유지보수 작업을 실시할 수 있다. 특히, 조작자는 제2 권취 시스템의 스풀을 교체할 수 있으며, 그리고 새로운 스풀의 섬유를 가이드 수단을 통해 가이드 부재로 통과시킬 수 있다. 조작자는 제2 헤드의 및/또는 가이드 수단의 롤러 및/또는 롤러들에 대한 세척 및/또는 교체 작업, 및/또는 수지 도포 시스템에 대한 작업을 실시할 수도 있다.

제1 권취 시스템의 스풀을 변경할 필요가 있을 때, 캐로셀은 기계 제어 유닛을 통해 모터(25)를 구동함으로써, 그 축선(C)의 둘레로 180°이상 회전시킴으로써 그 제2 위치로 이동된다. 이런 제2 위치에서, 제2 권취 시스템(20b)은 그 권취 헤드(21b)를 통해 권취 작업이 실시될 수 있게 하는 활성 위치에 있는 반면에, 제1 권취 시스템은 유지보수 작업을 위한, 특히 스풀 변경을 위한, 유지보수 위치에 있다.

라이너 필라멘트 권취 작업의 말기에, 도 2에 도시된 바와 같이 라이너를 벤치의 수용 시스템에 위탁하기 위해, 권취 시스템과 대향하는 평면(P3)의 측부 상에 있는 2개의 다관절 로봇에 의해 라이너가 변위된다. 그 후, 장착 디바이스의 자동 클램핑 척(35)은 스핀들을 해제하도록 제어되며, 다관절 로봇은 클램핑 척을 라이너의 축선(A)에 평행한 외향 병진 이동시키도록 제어되며, 따라서 클램핑 척(35)으로부터 스핀들을 해제한다. 그 후, 다관절 로봇은 벤치로부터 새로운 라이너를 파지하도록 제어되어, 새로운 권취 작업을 위해 권취 시스템의 전방으로 이를 기울일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기계는 다관절 로봇(30a, 30b)을 둘러싸는 배리어(51) 및 권취 수단(2)을 포함하는 안전 인클로저(5)를 포함하고, 상기 권취 수단은 로봇 및 권취 시스템이 활성 위치에 있는 제1 구역(53)에 접근하기 위한 제1 도어(52), 및 권취 시스템이 유지보수 위치에 있는 제2 구역(55)에 접근하기 위한 제2 도어(54)를 구비한다. 상기 배리어는 캐로셀이 회전하는 것을 허용하면서 지지 프레임에 가능한 한 가깝게 권취 수단을 둘러싸므로, 제2 도어를 통해 제1 구역의 유지보수 위치에서 권취 시스템에 접근하는 조작자는 제1 구역의 활성 위치에 있는 권취 시스템에 접근할 수 없다. 로봇과 벤치(4) 사이의 배리어 부분(51a)은, 벤치로부터 라이너의 로딩 및 로봇으로 벤치 상에 라이너의 언로딩을 허용하는 감소된 높이를 갖는다.

또 다른 실시예에 따라, 캐로셀 및 다관절 로봇은 평면(P4)으로부터 옵셋된 축선(B)으로 바닥 상에 배열되므로, 활성 위치에 있는 권취 시스템의 헤드는 평면(P4)에 배열되고, 그 회전축선(C)은 평면(P4)에 배열된다.

또 다른 실시예에 따라, 2개의 권취 시스템은 2개의 권취 시스템의 회전축선(C)이 일치하는 평면(P1)의 양쪽에 있는 캐로셀 상에 대칭으로 배열된다.

실시예에 따라, 2개의 다관절 로봇은 레일 상의 그 베이스에 의해 미끄럼 가능하게 장착되므로, 라이너의 길이에 따라 로봇의 축선(D1) 사이의 중심 간 거리를 조정할 수 있으며, 상기 중심 간 거리는 로봇 베이스를 레일 상의 위치에 로킹함으로써 권취 작업 중에 바람직하게 고정된다.

유리하게는, 제1 권취 시스템 및 제2 권취 시스템은 필라멘트 권취를 시작할 때 수동 개입 없이 섬유 또는 섬유 웨브를 본체에 자동으로 부착할 수 있게 하는 자동 부착 디바이스, 및 권취의 말기에 섬유 또는 섬유의 웨브가 자동으로 절단될 수 있게 하는 자동 절단 디바이스를 포함한다.

도 5는 전술한 바와 같이 2개의 권취기(1a, 1b)를 포함하는 권취 설비를 도시하고 있으며, 그 각각은 2개의 로봇을 구비한 변위 시스템(3a, 3b), 2개의 권취 시스템을 운반하는 캐로셀을 포함하는 권취 수단(2a, 2b), 로딩 및 언로딩 벤치(4a, 4b)를 포함한다. 상기 2개의 기계(1a, 1b)는 나란히 배열되어 있으며, 기계의 평면(P3)은 일치한다. 상기 설비는 또한 전송 시스템(6)을 포함하며, 상기 전송 시스템은 권취기의 다관절 로봇과 대향하는 벤치(4a, 4b)의 측부 상에서, 평면(P3)에 평행하게 배열된 선형 레일(62) 상에 장착되는 6축 로봇 타입의 전송 로봇(61)이라고 불리는 다관절 로봇을 포함한다. 전송 로봇은 그 단부 스핀들에 의해 자동으로 라이너를 파지할 수 있는 파지 디바이스(63)로 그 손목에 끼워진다. 상기 설비는 또한 라이너를 수용하도록 설계된 레일의 제1 단부에 있는 제1 입구 벤치(64), 및 필라멘트 권취 작업 후에 얻어진 강화 라이너를 수용하도록 설계된 제2 출구 벤치(65)를 포함한다. 입력 및 출력 벤치는, 예를 들어 권취기의 벤치(4a, 4b)와 동일하며, 그리고 2개의 라이너를 수용할 수 있다. 전송 로봇은 입력 벤치로부터 라이너를 파지하여 이를 권취기 벤치 상에 위치시키고, 그리고 권취기 벤치로부터 상기 강화 라이너를 파지하여 이를 출력 벤치 상에 위치시키는 데 사용된다. 이 시스템은 라이너 및 강화 라이너의 흐름을 효율적으로 관리하고 그리고 높은 생산 속도를 달성하는 것을 가능하게 한다.

도 6 내지 도 8은 권취 수단(102), 라이너(9)를 운반하는 변위 시스템(103), 로딩 및 언로딩 벤치(104)를 포함하는, 제2 타입의 필라멘트 권취기(101)를 도시하고 있다.

권취 수단(102)은 회전 지지체 또는 캐로셀(123) 상에 장착된 3개의 권취 시스템, 즉 각각 120a, 120b, 및 120c로 도시되는 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템을 포함한다. 캐로셀(123)은 바닥에 고정된 프레임(124) 상에서 수직 회전축선(B')의 둘레로 회전할 수 있도록 장착되며, 그리고 기계의 제어 유닛에 의해 제어되는 모터(도시되지 않음)에 의해 회전 구동될 수 있다. 캐로셀은 서로 120°로 배열된 3개의 측면을 정의하는 삼각형 지지 구조물(127)을 포함하며, 각각의 면에는 권취 시스템이 장착되어 있다. 각각의 권취 시스템은 섬유 저장 수단(122a-c)과 연관된 권취 헤드(121a-c)를 포함한다. 각각의 권취 헤드는 여기에서는 여러 개의 풀리 세트, 중간 롤러, 및 최종 위탁 롤러로 형성되는 가이드 부재를 포함하고, 이 모두는 아암 상에 장착되며, 상기 아암은 캐로셀에 고정된 지지체(126)의 수평 축선(C')의 둘레로 회전 가능하게 장착되며, 상기 지지체는 한쪽 면으로부터 외향으로 연장되고, 축선(C')은 서로 120°로 배열된다. 각각의 섬유는 각각의 어셈블리의 하나의 풀리를 통과한 후, 중간 롤러와 최종 위탁 롤러를 통과한다. 예시된 모드에 있어서, 권취 헤드는 상기 면의 중심에 있고, 그리고 반경방향 외측으로 연장되어, 축선(C')이 축선(B')을 통과한다. 또 다른 실시예에 있어서, 헤드는 지지 구조물의 횡면의 한 측부 상에 옵셋된다. 각각의 권취 시스템에 대해, 저장 수단은 연속적인 섬유의 스풀을 수용하기 위해 맨드렐을 포함한다. 맨드렐은 한쪽 측부 상에 조립된 지지 플레이트 상에 장착된다. 각각의 맨드렐은 장력 제어 모터(128)와 연관되어 있다. 롤러(171, 172)에 의해 형성된 가이드 수단은 스풀로부터 풀리는 섬유를 가이드 부재를 향해 안내하는 것을 가능하게 하며, 상기 섬유는 섬유가 최종 위탁 롤러의 레벨에서 실질적으로 엣지 대 엣지로 배열된 웨브의 형태이다. 각각의 권취 시스템은 평면(P1)과 권취 헤드 사이의 공간에 배열된 수지 함침조에 의해 형성된 수지 도포 시스템(173)을 포함한다.

변위 시스템(103)은 라이너(9)를 운반하기 위해 다관절 로봇(130)을 포함하고, 상기 다관절 로봇의 손목에는 그 단부 스핀들에 의해 라이너를 운반하기 위한 파지 디바이스(133)가 단부에 설치된다. 이 경우, 다관절 로봇은 그 베이스가 바닥에 고정되는 6축 로봇이다. 파지 디바이스(133)는 손목에 연결되어, 상기 손목과 대향하는 측부 상에 2개의 L 형 베이스 플레이트(134)를 운반하는, 비임(137)을 포함한다. 각각의 베이스 플레이트는 비임 상에 장착되는 제1 플레이트, 및 라이너의 스핀들을 자동으로 클램핑 및 언클램핑하기 위해 전술한 바와 유사하게 클램핑 척(135)을 운반하는, 제1 플레이트와 직교하는 제2 플레이트를 포함하며, 상기 척 축선은 비임에 평행하게 배열되고 로봇의 마지막 축선(D6)과 직교한다. 상기 2개의 베이스 플레이트는 비임을 따라 서로 이격되어 있다. 유리하게는, 베이스 플레이트 중 적어도 하나, 바람직하게는 2개의 베이스 플레이트 모두는, 라이너의 길이에 대한 그 간격을 조정할 수 있고 그리고 라이너의 자동 파지 및 위탁을 가능하게 하기 위해, 그 제1 플레이트에 의해 비임 상에 미끄럼 가능하게 장착된다. 비임 상에서의 각각의 베이스 플레이트의 병진 이동은 기계 제어 유닛에 의해 제어되는 모터에 의해 보장된다. 2개의 척(135) 중 하나는 기계 제어 유닛에 의해 제어되는 구동 모터(136)에 연결되어, 라이너를 그 축선(A)의 둘레로 회전시킨다. 대안적으로, 각각의 척은 구동 모터에 연결된다.

다관절 로봇에 대해 캐로셀과 대향하여 위치하는 벤치(104)는 2개의 라이너를 수용할 수 있으며, 그리고 각각의 라이너에 대해 도 6에 도시된 바와 같이 여기에서는 포크로 형성되고 벤치 상에서의 위치가 라이너의 길이에 맞춰 조정될 수 있는 2개의 수용 시스템(41a, 41b)을 포함한다.

캐로셀은, 각각의 변위 시스템을 활성 위치와 2개의 비활성 위치 사이에서 변위시키기 위해, 그 축선(B')의 둘레로의 +120°또는 -120°회전에 의해 3개의 위치 사이에서 이동될 수 있다. 도 6 내지 8에 도시된 캐로셀의 제1 위치에서, 제1 권취 시스템(120a)은 활성 위치에 있고, 그 헤드는 다관절 로봇에 의해 운반되는 라이너 상의 필라멘트 권취 작업에 사용될 수 있다. 제2 권취 시스템(120b) 및 제3 권취 시스템(120c)은 각각 제2 비활성 위치에 있으며, 그리고 전술한 바와 같이 유지보수 작업이 실시될 수 있는 제1 비활성 위치에 있다.

+120°(시계 방향) 회전은 캐로셀을, 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템이 각각 제1 비활성 위치, 활성 위치, 및 제2 비활성 위치에 있는, 제2 위치로 이동시킨다.

+120°의 추가 회전은 캐로셀을, 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템이 각각 제2 비활성 위치, 제1 비활성 위치, 및 활성 위치에 있는, 제3 위치로 이동시킨다.

권취 시스템은 120°의 연속 회전에 의해 교대로 권취 작업에 사용할 수 있으며, 상기 권취 시스템은 제1 비활성 위치 및/또는 제2 비활성 위치에 있을 때 새로운 스풀로 재로딩될 수 있다.

또 다른 사용 모드에 따라, 상기 기계는 탄소 섬유를 라이너에 권취하고, 그리고 최종적으로 유리 섬유를 권취하는 데 사용된다. 제1 권취 시스템 및 제2 권취 시스템은, 예를 들어 탄소 섬유 권취 작업을 실시하는 데 사용되는 반면에, 제3 시스템은 유리 섬유 권취 작업에 사용된다.

본 발명이 다양한 특정 실시예와 관련하여 기재되었지만, 결코 이에 제한되지 않으며, 기재된 수단의 모든 기술적 등가물은 물론, 이들이 본 발명의 범위 내에 속한다면 그 조합도 포함하는 것이 명백하다.

Claims (10)

1. 주 길이방향 축선(A)을 갖는 본체(9) 상에 적어도 하나의 연속적인 섬유를 권취하기 위한 필라멘트 권취기(1, 101)로서,
   - 섬유 저장 수단과 연관된 적어도 하나의 권취 헤드를 포함하는 권취 수단(2, 102), 및
   - 길이방향 축선(A)의 둘레로 본체(9)를 회전시킬 수 있고 그리고 섬유를 상기 본체 상에 권취하기 위해 상기 권취 수단에 대해 상기 본체의 상대 변위를 수행할 수 있는 변위 시스템(3, 103)을 포함하는, 상기 필라멘트 권취기에 있어서,
   상기 권취 수단(2, 102)은 회전축선(B, B')의 둘레로 회전 가능하게 장착되는 회전 지지체(23, 123)를 포함하고, 그 위에 적어도 2개의 권취 시스템(20a, 20b; 120a, 120b, 120c)이 장착되고, 각각의 권취 시스템은 저장 수단(22a, 22b; 122a, 122b, 122c)과 연관된 권취 헤드(21a, 21b; 121a, 12b, 121c)를 포함하므로, 상기 회전축선(B, B')의 둘레로 상기 회전 지지체의 회전에 의해, 각각의 권취 시스템은 그 권취 헤드를 통해 섬유 권취를 위한 활성 위치, 및 조작자가 유지보수 작업을 수행할 수 있는 비활성 위치로 이동될 수 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 회전 지지체(23, 123)는 수직 회전축선(B, B')의 둘레로 회전 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 회전 지지체(23)는 활성 위치와 비활성 위치 사이에서 각각 이동 가능한 2개의 권취 시스템(20a, 20b)을 운반하며, 그 2개의 위치 사이에서 각각의 권취 시스템의 조작은 2개의 위치 사이에서 그 회전축선(23)의 둘레로 상기 회전 지지체의 180°및/또는 -180°회전에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
   상기 회전 지지체는 활성 위치와 2개의 비활성 위치 사이에서 각각 이동할 수 있는 제1, 제2, 및 제3 권취 시스템(120a, 120b, 120c)을 운반하며, 그 3개의 위치 사이에서 각각의 권취 시스템의 조작은 3개의 위치 사이에서 그 회전축선(B')의 둘레로 상기 회전 지지체의 +120°및/또는 -120°회전에 의해 달성되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
   각각의 권취 헤드(21a, 21b; 121a, 12b, 121c)는 수평 회전축선(C, C')의 둘레로 상기 회전 지지체(23, 123) 상에 피봇 가능하게 장착된 가이드 부재를 포함하며, 각각의 권취 시스템은 그 회전축선의 둘레로 그 가이드 부재를 피봇시킬 수 있는 모터를 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 변위 시스템(3)은 제1 다관절 로봇(30a), 및 그 단부에 의해 상기 본체를 운반할 수 있는 제2 다관절 로봇(30b)을 포함하므로, 상기 본체는 제1 단부에 의해 상기 제1 다관절 로봇(30a)에, 그리고 제2 단부에 의해 상기 제2 다관절 로봇에, 그 길이방향 회전축선(A)의 둘레로 회전 가능하게 장착되며, 상기 2개의 다관절 로봇 중 적어도 하나에는 상기 본체를 그 길이방향 축선의 둘레로 회전시키기 위해 구동 모터(36a, 36b)가 장착되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
7. 청구항 1 내지 청구항 6 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 권취 수단(2, 102)은 상기 변위 시스템(3, 103)의 제1 측부 상에 배열되고, 상기 필라멘트 권취기는 상기 권취 수단과 대향하는 상기 변위 시스템의 상기 제2 측부 상에 배열되는 로딩 및 언로딩 벤치(4, 104)를 더 포함하며, 이로부터 상기 변위 시스템은 본체를 파지할 수 있고 그리고 그 위에 상기 변위 시스템이 본체를 위탁할 수 있는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취기.
8. 나란히 배열되는, 청구항 7에 따른 여러 필라멘트 권취기, 및 레일(62) 상에 병진 이동 가능하게 장착되고 그리고 상기 필라멘트 권취기의 로딩 및 언로딩 벤치로부터 본체를 파지하여, 상기 로딩 및 언로딩 벤치 상에 본체를 위탁할 수 있는 파지 디바이스(63)가 설치되는 다관절 로봇을 포함하는 전송 시스템(6)을 포함하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취 설비.
9. 적어도 하나의 연속적인 섬유의 본체 상으로의 필라멘트 권취를 포함하는 섬유-강화 부품을 제조하기 위한 방법에 있어서,
   상기 필라멘트 권취는 청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 따른 필라멘트 권취기에 의해 또는 청구항 8에 따른 설비에 의해 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 청구항 9에 있어서,
    고압 용기와 같은 섬유-강화 부품을 생산하기 위해, 상기 본체는 라이너를 구성하고, 상기 섬유-강화 부품은 상기 라이너 및 상기 섬유 권취에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.

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