KR890002274B1 - 필라멘트 권취제품 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

필라멘트 권취제품 제조방법

제1도는 본 발명에 따른 필라멘트 권취방법에 의해 제조되는 제품의 사시도.

제2도는 에어포일 형태의 필라멘트 권취에 이용되는 종래 기술의 원형의 방향전환부의 평면도.

제3도는 제2도에 도시된 권취방법에 따라 권취되는 에어포일의 측면도.

본 발명에 따라 에어포일의 필라멘트 권취에 이용형태에 일반적으로 부합되는 방향전환부의 평면도.

제5도는 제1 및 4도에 도시된 바와같은 본 발명에 따라 권취되는 에어포일의 측면도.

제6도는 본 발명의 방법에 따른 필라멘트 권취형태의 단부들 사이에 이용된 방향전환부의 평면도.

제7도는 본 발명에 따라 권취형태에서 제6도에 도시된 방향전환부의 배치를 나타내는 사시도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10 : 권취기 13 : 회전축

16 : 형틀 19 : 권취헤드

22 : 트랙 23 : 로빙

30,31,40 : 방향전환부 32 : 권회부

34,34a : 스파이크

본 발명은 일반적으로 필라멘트 권취에 의해 제품을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로는, 에어포일(airfoil)등과 같은 비원형 단면을 갖는 제품의 제조에 이용되는 전술한 방법에 관한 것이다.

최근의 제조방법등에서, 강도가 증가된 제품을 제조하기 위한 필라멘트 권취기술이 종종 이용된다. 그러한 기술은, 최종제품의 요구되는 형태에 상응하는 형태의 형틀 또는 맨드릴(mandrel)주위에 결합제 물질의 모체(matrix)에 배치된 고강도 필라멘트들을 권취하는 다음, 그 모체물질을 경화시키는 것이다. 그러한 필라멘트 권취기술에 의해 에어포일과 같은 긴 제품을 제조하는 경우, 그 필라멘트들이 전술한 형틀 주위에 권취될때, 그 형틀과 필라멘트들이 형틀의 종축, 즉 권취축을 따라 서로에 대해 왕복 이동되어 필라멘트상 물질의 다층을 형성하며, 각 층의 필라멘트들은 형틀의 종방향축 및 횡방향축으로부터 그리고 인접층들의 필라멘트들로부터 오프셋되어 있다. 필라멘트들이 권취될때 형틀을 따라 필라멘트들을 연속적으로 왕복운동 시키기 위해서는, 권취되는 형틀의 단부들 또는 그 형틀의 세그먼트에 방향전환부(turnaround) 또는 권취링을 이용하여, 필라멘트들과 형틀사이의 종방향 이동방향을 역전시키면서 권취링의 연부들 위를 지나고 그 권취링의 외측면을 가로질러 필라멘트들을 권취시킴에 의해 각종 층들의 단부 권회부들이 그 권취링상에 배치되게 하는 것이 일반적이었다.

종래 기술에서, 전술한 바와같이 작용하는 방향전환부는 원형 또는 디스크 형태로 되어 있고, 인접층들의 필라멘트들 사이 오프셋 각과 단일층 내 각개 필라멘트 권회부들의 간격은 필라멘트들이 형틀 주위에 권취될때 필라멘트들과 형틀사이에 균일한 종방향 왕복운동을 제공한다. 즉, 각종 필라멘트상 층들의 필라멘트 권회부들의 각도방향 및 간격은, 필라멘트들과 형틀 사이의 균일한 왕복운동에 의해 방향전환부의 표면을 가로질러 균일한 길이와 배열의 다수의 할선(secant)들을 형성한다. 그 형틀이 단면이 에어포일 형태인 경우와 같이 단면폭이 두께보다 큰 단면형상을 가지는 경우, 종래 기술의 방법에서 방향전환부의 외연부와 형틀 표면 또는 형틀에 권취된 필라멘트 층들과의 사이에 가교부(假橋部)(bridging)가 형성된다는 것이 이해될 것이다. 물론, 그러한 가교부는 후속 기계 가공작업에 의해 최종제품에서 제거되어야 하는 폐기물이다. 더우기, 그 가교부는 방향전환부가 완성된 제품의 단부의 위치로부터 떨어져 있어야 하는 것을 요한다. 그리하여, 형틀상에 필라멘트들을 권취하는데 사용되는 기구가, 그러한 가교부가 없을 때 요구되는 것보다 많이 주행할 수 있어야 한다. 물론, 그러한 초과 주행능력의 요구에 의해, 그러한 권취기구의 크기 및 가격이 추가되고 따라서 최종제품의 제조비용이 추가된다는 것이 인식될 것이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 방향전환부와 그에 연결된 형틀 또는 그에 권취된 섬유들과의 사이의 필라멘트상 가교부가 최소로 되는 권취된 제품을 제조하기 위한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 필라멘트 권취기계류의 필요로 하는 종방향 주행능력이 최소인 전술한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 권취된 제품의 재료소모량 및 비용이 최소인 전술한 방법을 제공하는데 있다.

본 발명에 따라, 이들 및 기타 목적들은, 방향전환부의 연부와 형틀 및 그에 권취된 섬유층들과의 사이의 가교부가 최소로 되도록 형틀의 단면형태와 대개 일치하는 1쌍의 이격된 방향전환부들 사이에서 다수의 층들로 필라멘트상 물질에 의해 물체가 권취되고, 그리하여 제조의 용이성 및 권취된 제품의 구조의 경제성을 증진시키고 권취공정에 이용되는 장치의 비용을 최소로 하는, 비원형 단면의 필라멘트 권취 제품의 개량된 제조방법에 의해 달성된다. 방향전환부가 형틀의 단부들에 이용되고 그 형틀이 날카로운 연부들을 가지지 않는 경우, 그 방향전환부는 필라멘트상 가교부가 사실상 제거되도록 형틀의 단부단면과 대개 동일넓이로 될 수 있다. 그 형틀 단부들 사이에, 날카로운 연부를 가진 형틀이 이용되는 경우에는, 방향전환부는 그의 위치에서는 그 형틀의 단면형태와 일치하고 그 형틀로부터 약간 외측으로 연장하여 있다. 바람직한 실시예를 보면, 형틀주위에의 필라멘트상 물질의 권취는, 형틀이 장착된 축의 회전에 의해 제공되는 형틀회전과 같은, 필라멘트 물질에 대한 형틀의 회전에 의해 달성된다. 그 축은 단부의 방향전환부들의 외측면들로부터 외측으로 연장하고, 그 방향전환부 주위에 권취된 필라멘트상 물질의 느슨함(slack)은 그 물질이 방향전환부의 외측면을 가로질러 권취될때 축의 주위에 적어도 부분적으로 그 필라멘트 물질을 권취함에 의해 제거된다.

본 발명의 상기 및 기타 특징 및 장점들은 첨부도면과 관련된 하기 설명으로부터 보다 명백하게 될 것이다.

제1도는 본 발명의 방법에 의해 비원형이고 긴 단면의 제품을 제조하는 방법이 도시되어 있고, 이 경우, 그 제품을 대형 풍동 터어빈에 이용되는 것과 같은 긴 에어포일 블레이드(blade)이다. 그 방법은, 형틀(16)이 그의 종축 또는 권취축을 중심으로 축과 함께 회전하도록 그 형틀이 장착된 회전축(13)을 가진 권취기(10)에서 이행된다. 그 권취기(10)은 또한, 트랙(22)에 따른 왕복 직선운동에 의해 권취기의 길이를 왕복운동하는 권취헤드(19)를 포함한다. 권취헤드(19)는 적당한 공급원으로부터의 유리섬유, 등과 같은 필라멘트상 물질 또는 로빙(roving)(25)를 수용하고, 에폭시와 같은 적당한 결합제로 그 섬유들을 피복한다. 그 섬유들은 본 기술에 잘 알려진 방식으로 결합제 모체내에서 집합적으로 배치된다. 바람직한 실시예에서, 그 섬유들은 섬유들이 나란하게 배치된 밴드의 형태로 이용될 수 있다. 그러나, 그 섬유들은 본 발명에서 이탈함이 없이 단일의 스트랜드(strand)로 이용될 수 있다.

본 발명에 따라 형성된 에어포일은 필라멘트 물질의 다수의 권취층을 포함하며, 그 층들중 제1, 즉 최내측 층이 제1도에 도시되어 있다. 그 층들은 다수의 평행한 권회부(turn)(28)들로 이루어져 있고, 그 권회부들은 형틀의 종축 및 횡축들에 대해 오프셋되어 있다. 그 권회부의 이 같은 배향은 형틀에 대한 권취헤드의 종방향 운동에 의해 이루어지고, 형틀의 회전속도에 대한 권취헤드의 속도가 그 권회부의 배향을 결정한다. 제1 최내측층을 권취하는데 있어서, 결합제로 처리된 필라멘트들의 단부들은 형틀의 단부에 고정되고, 그 형틀은 권취헤드가 형틀의 길이를 따라 운동할때 형틀의 종축을 중심으로 회전한다. 취헤드가 방향전환부(30)에 접근할때, 필라멘트상 물질의 단부 권회부(32)가 형성된다. 권취헤드가 형틀의 단부를 통과할때, 필라멘트들은 방향전환부(30)의 연부로부터 돌출하여 있는 하나이상의 스파이크(spike)(34)에 의해 고정되도록 감겨진다. 그 방향전환부를 통화한 후 권취헤드는 방향을 바꾸어 필라멘트들이 방향전환부의 외측표면을 가로질러 권취되게 하며, 그때 섬유들은, 필라멘트들이 먼저 고정되도록 감겨진 스파이크(34)로 부터 떨어져 있는 다수의 스파이크(34a)에 의해 고정되도록 감겨진다. 권취헤드가 반대방향으로 그 형틀을 따라 이동하기 시작할때, 단부 권회부(32)로부터 오프셋되어 있는 단부 권회부(37)이 형성된다. 형틀이 스핀들(13)상에서 회전하는 동안 권취헤드(19)가 형틀(16)을 따라 계속 이동함에 의해 필라멘트상 물질의 제2층이 형성된다. 권취헤드의 그러한 왕복운동은 필요한 수의 층들이 형틀상에 형성될때까지 반복된다.

제2도에 도시된 바와같이, 종래기술에서 이용된 방향전환부는 원형으로 되어 있다. 제2도에, 적당한 방식으로 에어포일 형틀(16)의 단부에 고정된 종래 기술의 원형의 방향전환부(40)이 도시되어 있다. 그 방향전환부(40)의 연부에 다수의 돌출 스파이크(34)들이 부착되어 있고, 그 스파이크들은 전술한 방식으로 방향전환부의 외측면을 밴드형태로 권취하기 위해 필라멘트상 물질의 연속적인 밴드에 계합하도록 작용한다. 제2도에 도시된 바와같이, 그 방향전환부의 직경은 에어포일 형틀의 폭과 동일하거나 또는 그 이상이다. 또한 제2도에 도시된 바와같이, 형틀(16)상에 연속적인 필라멘트층들을 권취함에 의해 종래 기술의 방향전환부(40)의 면에도 다수의 권취부가 형성되며, 그러한 권취부들은 균일한 길이와 균일한 상대적인 각도배열을 갖는 다수의 할선들을 형성한다. 그리하여, 권취헤드의 일정한 왕복운동과 함께 형틀(16)의 일정한 회전에 의해, 제2도에 도시된 바와같이 방향전환부(40)상에 필라멘트상 물질의 할선들이 균일하게 분포됨을 볼 수 있다. 그러나, 형틀이 도면들에 도시된 에어포일 형틀(16)과 같이 두께보다 상당히 넓게 된때, 방향전환부의 연부와 형틀 및 그에 형성된 섬유층들 사이에 필라멘트상 물질의 가교부가 형성된다. 물론, 그러한 가교부는 완성된 제품에서 사용되지 않고 권취작업의 완료시 그로부터 절단되어야 하여 제품의 제조가격이 영향을 끼친다는 것이 명백하다. 더우기, 가교부를 형성하는 물질은 폐기되고 후속 권취작업들에서 재사용될 수 없다. 물론, 이것은 권취된 제품의 가격에 커다란 영향을 끼친다. 예로서, 블레이드 두께가 폭(코오드)의 10%인 대형 에어포일 블레이드의 구조에서, 폐기되는 가교부 물질의 양은 권취된 제품의 최종중량보다 클 수 있다. 또한, 그 가교부는 권취된 제품의 단부에 상응하는 위치로부터 방향전환부 사이에 상당한 거리의 간격을 요한다. 그리하여, 그러한 가교부는 형성되는 경우, 그 가교부가 없을 때 요구되는 것보다 권취기의 길이가 크게 되어 역시 제품의 비용에 영향을 끼친다.

그러한 종래의 권취기술의 단점들을 제거하기 위해, 제1,4 및 5도에 도시된 바와같은 본 발명의 방법에서는 방향전환부의 형태가 형틀의 단면형태와 일치하게 되어 있다. 여기서, "일치"라는 용어는, 방향전환부 및 형태가 완전히 또는 부분적으로 동일넓이를 가지거나 또는 그들 2개의 부재들이 유사한 비원형 형태를 가지는 것을 의미한다. 그 방향전환부와 형틀이 완전히 동일넓이를 가지지 않는 경우에는, "일치"라는 용어는, 방향전환부의 같지 않은 범위의 부분이 형틀로부터 약간 외측으로 연장하여 방향전환부의 연부와 형틀표면이 서로 밀접히 인접하여 있도록 한 것을 의미한다.

제1,4 및 5도에서, 방향전환부(30)은 형틀의 단면형태와 일치하고 적당한 수단에 의해 그에 부착된 평면부재는 가지고 있다. 종개 기술의 방향전환부와 같이, 그 방향전환부(30)은 그의 연부에 돌출 스파이크들(34)을 가지고 있고, 그 스파이크들은 방향전환부의 면을 가로질러 권치된 필라멘트 밴드들을 고정되도록 감고 있다. 제5도에서, 본 발명에 이용된 방향전환부와 형틀사이의 밀접한 일치에 의해 그 형틀과 그에 권취된 필라멘트층 및 방향전환부의 연부사이의 가교부가 최소로 됨을 볼 수 있다. 그리하여, 주어진 제품의 길이에서, 그 제품의 제조에 이용되는 권취기의 필요한 길이가 제품 자체의 길이로 감소된다. 또한, 필라멘트들과 결합제의 폐기량도, 가교부가 매우 작기 때문에 상당히 감소된다. 방향전환부의 연부에 의한 밴드내 필라멘드들의 분리를 방지하기 위해, 그 방향전환부는 둥글게 되어 있고 형틀로부터 약간 외측으로 연장하여 있다. 그러나, 형틀이 날카로운 연부들을 가지지 않은 경우에는 그 방향전환부가 형틀의 단면형태와 정확히 일치하고 또한 대개 동일넓이를 가질 수 있음이 이해될 것이다. 그리하여, 그러한 정확한 일치에서는 가교부가 사실상 제거되고, 따라서 가교부에 기인한 재료의 폐기도 전적으로 제거되며, 완성된 제품으로부터 가교물질을 제거하기 위한 후작업의 필요성도 제거된다.

제4도에서, 필라멘트들이 균일한 할선을 형성하는 제2도에 도시된 종래 기술의 방향전환부(40)과 달리, 방향전환부(30)의 면을 가로질러 권취된 필라멘트들은 다른 길이와 다른 상대각도 배치를 갖는다는 것을 알 수 있다. 따라서, 그러한 불균일성은 방향전환부의 지역에서의 권취헤드 운동의 변화를 요할 수 있음을 알 수 있다. 그리하여 방향전환부를 지나는 권취헤드의 주행 및 방향전환부 지역의 권취헤드 속도는 필라멘트의 느슨함을 조정하고 방향전환부의 면을 가로질러 필라멘트들을 소망의 방식으로 위치시키도록 변하여야 한다. 물론, 권취헤드의 수직운동과 같은 권취헤드 수행의 다른 변동이 요구될 수 있다. 유사하게, 느슨함을 조정할 몰적으로 필라멘트들이 회전축(13)주위에 권취되게 하는 권취헤드의 주행이 또한 이용될 수 있다. 권취헤드의 그러한 불균일 운동이 종래 기술에서는 조절될 수 없으나, 전술한 것과 같은 권취기에서 이용되는 현대의 많은 조절장치는, 형틀의 단면형태, 회전속도, 횡운동축에 대한 섬유들의 각도배치에 관한 정보가 주어진때 권취헤드를 자동적으로 조절할 수 있어 방향전환부의 면을 가로질러 필라멘트상 물질이 요구되는데로 배치될 수 있게 한다.

권취되는 제품이 테이퍼진 형태의 것일때는, 그러한 테이퍼링은 제품의 가장 넓은 단부로부터 가장 좁은 단부로 권취층들의 수를 감소시킴에 의해 달성된다. 그리하여, 그러한 권취기술에서 방향전환부들은 특성수의 권취수를 갖는 제품의 부분을, 적은 수의 그러한 권취층들을 가지는 인접부분으로부터 분리시키는 위치들에서 형틀의 단부들 사이에 설치되는 것을 요한다. 제6 및 7도에서 그러한 방향전환부가 (45)로 나타내어져 있다. 본 발명에 따라, 그 방향전환부(45)는 형틀(16)의 단면형태와 일치한다. 그러나, 가교부를 최소로 하기위해 형틀의 단면형태와 칫수적으로 일치하도록 만들어진 방향전환부(31)과 달리, 방향전환부(45)는 그의 외측연부와 형틀사이에서 방향전환부의 면을 가로질러 권취된 필라멘트상 물질을 수용하는데 충분한 정도로의 외측으로 연장하여 있다. 따라서, 그렇게 하여 수용된 필라멘트상 물질의 양은 형틀로부터의 방향전환부의 외측연장을 결정한다. 그러나, 필라멘트 물질이 밴드형태로 형틀상에 권취되는 대형 풍력 터어빈의 블레이드들의 것과 같은 크고 테이퍼진 에어포일 형태들을 권취하기 위해서는, 방향전환부가 밴드폭의

과 대략 동일한 간격만큼 전연부 및 그의 대부분의 표면들에서 형틀로부터 외측으로 연장하고, 밴드폭과 대략 동일한 후연부에서의 곡률반경을 가진다. 형틀표면으로부터의 방향전환부의 외측 연장부는 약간의 가교부를 필수적으로 형성하는데, 이는 그 외측 연장부가 밴드폭의

밖에 되지 않기 때문이다. 그러나 그러한 가교부는, 방향전환부가 형틀두께의 7배까지의 거리만큼 형틀로부터 외측으로 연장하는 종래 기술의 원형 방향전환부들에 의해 야기되는 것보다 상당히 감소됨을 알 수 있다. 회전축(13)과 같이, 형틀자체가 필라메트상 물질의 느슨함을 조정하는 수단으로 이용될 수 있다.

따라서, 본 발명의 권취된 제품을 제조하는 방법은 방향전환부의 연부와 형틀사이의 필라멘트상 물질의 가교부를 상당히 최소로함을 알 수 있다. 전술한 바와같이, 그러한 가교부의 최소화는 섬유 및 결합제의 폐기량을 최소로 할 뿐 아니라, 권취에 이어 행해지는 제품의 기계가공을 최소로하고, 제품을 권취하는데 이용되는 장치의 필요한 용량을 최소로 한다.

본 발명은 그의 상세한 실시예들에 대하여 도시 및 기술되었으나, 청구된 발명의 취지 및 범위로부터 벗어남이 없이 다양하게 변경 및 개조가 가능하다. 따라서, 본 발명이 에어포일 제조기술에 대한 것으로 설명되었으나, 본 발명의 방법이 긴 형태의 권취에 동일하게 이용될 수 있다.

Claims (8)

1. 비원형 형틀(16)주위에 구비되어 있는 적어도 2개의 방향전환부(30) 사이에서 필라멘트상 물질로 이루어진 다수의 겹쳐진 층(28)들을 상기 비원형의 형틀(16)주위에서 원주방향으로 권취하며, 인접층(28)들의 단부 권회부들이 상기 형틀(16)주위에 상기 필라멘트상 물질을 권취함으로써 형성되며, 상기 필라멘트상 물질과 형틀이 권취축을 따라서 상대 이동하고 상기 방향전환부(30)중 다른 하나로부터 이격 배향된 외부전측면을 통해 필라멘트상 물질로 이루어진 연속층들 사이에서 필라멘트 물질을 권취함으로써 상기 형틀상에 필라멘트 물질로 이루어진 각각의 층들을 완성한 후에 상기 필라멘트상 물질과 형틀에 대해 상호 이동방향을 역전시킴에 의해 비원형의 단면을 갖는 긴 필라멘트 권취제품을 제조하는 방법에 있어서, 상기 형틀의 비원형의 단면형상에 대체로 일치하는 비원형의 형상을 갖는 방향전환부를 이용하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취제품 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 필라멘트상 물질을 방향전화부(30)상에 정확하게 배치하기 위해 이 방향전환부(30)의 외부표면을 통해 권취된 필라멘트상 물질의 길이를 변화시키도록 상기 형틀(16)과 상기 필라멘트상 물질의 상대변위를 변화시키는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취제품 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 방향전환부(30)를 상기 형틀(16)의 단부에 배치되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취제품 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 형틀(16)의 단부중간에는 적어도 하나의 추가 방향전환부(additional turnaround)(45)가 배치되는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취제품 제조방법.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 필라멘트 물질이 다수의 나란히 배치된 필라멘트들로 이루어진 연속적인 밴드로 상기 형틀주위에 권취되고 상기 방향전환부(30,45)의 주요부분 주위에서 상기 밴드폭의

   

   과 대략 동일한 거리로 상기 형틀(16)로부터 외측으로 연장하는 방향전환부를 이용하는 것을 특징으로 하는 필라멘트 권취제품 제조방법.
6. 제1항 또는 제2 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 전연부 및 앞전과 후연부를 갖는 에어포일 형상을 제조하는 방법에 있어서, 방향전환부(30,45)의 전연부 및 후연부가 에어포일 형상의 전연부 및 후연부와 대체로 일치하도록 전연부 및 후연부를 갖는 방향전환부를 제공하여 배열하는 것을 특징으로 하는 에어포일 형상 제조방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 방향전환부(30,45)의 후연부에 상기 밴드폭과 대략 동일한 곡률반경을 제공하는 것을 특징으로 하는 에어포일 형상 제조방법.
8. 제6항에 있어서, 상기 권취축을 따라서 방향전환부(30)로부터 외부로 돌출한 축상에 상기 형틀(16)을 설치하고 상기 필라멘트상 물질의 느슨함을 제거하도록 상기 축 주위의 연속된 층 사이에 필라멘트상 물질을 권취하는 것을 특징으로 하는 에어포일 형상 제조방법.

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