WO2022114627A1 - 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템 - Google Patents

대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템 Download PDF

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WO2022114627A1
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spa cap
rail
large wind
wind power
spa
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PCT/KR2021/016559
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양승운
이길성
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주식회사 휴먼컴퍼지트
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    • B29C70/06—Fibrous reinforcements only
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    • B29C70/28—Shaping operations therefor
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F03—MACHINES OR ENGINES FOR LIQUIDS; WIND, SPRING, OR WEIGHT MOTORS; PRODUCING MECHANICAL POWER OR A REACTIVE PROPULSIVE THRUST, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • F03D—WIND MOTORS
    • F03D1/00—Wind motors with rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor 
    • F03D1/06—Rotors
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B29—WORKING OF PLASTICS; WORKING OF SUBSTANCES IN A PLASTIC STATE IN GENERAL
    • B29L—INDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASS B29C, RELATING TO PARTICULAR ARTICLES
    • B29L2031/00—Other particular articles
    • B29L2031/08—Blades for rotors, stators, fans, turbines or the like, e.g. screw propellers

Definitions

  • the present invention relates to a system for automatically laminating a material for manufacturing a spa cap used for a blade, and more particularly, to a system for automatically laminating a spa cap material of a certain width in the longitudinal direction by reciprocating in the longitudinal direction. It relates to an automatic lamination system of spacap material for large wind power composite blades.
  • a wind power generator is a generator that produces electricity by utilizing kinetic energy caused by wind, and converts it into mechanical energy by rotating a large blade and converts it into electrical energy through a generator.
  • the blade is the most essential part in designing a wind power generator, and since it is a major component that generates a load at the same time, it becomes an important factor in determining the efficiency and economic feasibility of the wind power generator in design and manufacturing.
  • Such a blade is manufactured as an integral part by bonding the upper and lower cells to each other, and is generally manufactured using fibers having high elasticity or low specific gravity in order to improve efficiency and economy. That is, the spacap used for the blade will contain thick strands of parallel fibers, usually glass fibers or carbon fibers, embedded in a resin matrix.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Publication No. 10-2012-0132803 (published on December 10, 2012)
  • the present invention has been devised to solve the above problems, and the present invention is to provide an automatic stacking system for a spa cap material of a large wind power composite blade capable of stacking a spa cap material in an automatic manner instead of a manual method.
  • the automatic lamination system of the spa cap material of the large wind power composite blade of the present invention is composed of rail parts on both sides of the lower part of the mold part, so that it is automatically transported in the longitudinal direction of the mold part, and the frame has a cradle for holding the material supply roll.
  • the lamination operation can be performed on the mold while moving along the rail at a constant speed.
  • the spa cap material automatic lamination system of the large wind power composite blade of the present invention is provided on both sides of the mold part, the mold part on which the spa cap base is mounted, and extends along the longitudinal direction of the spa cap base. It may include a rail unit, a moving unit coupled to the rail unit and reciprocating, and a roll mounting unit installed on the moving unit and connected to the spa cap supply roll to be spaced apart from the spa cap base.
  • the rail unit may further include a plurality of space keeping members spaced apart along the length direction of the rail unit and fixedly installed on the side surface of the mold unit.
  • the roll mounting unit may include a pair of vertical frames connected to the moving unit, a horizontal frame having both ends connected to an upper end of the pair of vertical frames, and a mounting frame formed to protrude below the horizontal frame.
  • the moving unit may include a rotating member installed on the upper portion of the rail, a rotating bracket connected to the rotating member, and a connecting member extending outward from the rotating bracket and connected to the roll holder.
  • a groove-shaped rail groove is formed in the rotating member, and the guide rail of the rail part may further include a rail protrusion protruding to correspond to the rail groove.
  • system for automatically stacking the spacap material of the large wind power composite blade according to the present invention may further include an extension frame that is installed to extend from one end of the spacap base.
  • the roll holder may include a shaft to which the spa cap supply roll is coupled and a tension control roller that is rotatably installed on the shaft and is spaced apart from the shaft.
  • the roll holder may further include a direction adjusting member for changing the position of the tension adjusting roller to correspond to the moving direction of the spa cap supply roll.
  • the present invention relates to a system for automatically laminating a material for manufacturing a spa cap used in a blade, and it is possible to automatically laminate a spa cap material of a certain width into a plurality of fiber layers by reciprocating in the longitudinal direction.
  • the present invention can manufacture a spar cap for a blade of uniform and excellent quality irrespective of the skill of the operator in manufacturing the spar cap to be formed with the same width.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a system for automatically stacking a spacap material of a large wind power composite blade according to the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of the automatic stacking system for the spa cap material of the large wind power composite blade according to the present invention.
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation of moving the supply roll of the automatic stacking system for the spacap material of the large wind power composite blade according to the present invention.
  • Figure 4 is a view for explaining the operation of the feed roll of the automatic lamination system of the spacap material of the large wind power composite blade according to the present invention is moved, and is a view showing the feed roll operated in the opposite direction of Figure 3 .
  • first, second, etc. are used to describe various elements, components, and/or sections, these elements, components, and/or sections are not limited by these terms. These terms are only used to distinguish one element, component, or sections from another. Accordingly, it goes without saying that the first element, the first element, or the first section mentioned below may be the second element, the second element, or the second section within the spirit of the present invention.
  • FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a system for automatically stacking a spacap material of a large wind power composite blade according to the present invention.
  • the automatic lamination system 100 for the spacap material of the large wind power composite blade includes a mold unit 10 , a rail unit 20 , a moving unit 30 and a roll mounting unit 40 .
  • a mold unit 10 may include
  • the mold part 10 is to support the base mold 11 for manufacturing the spa cap, and the base mold 11 may be mounted thereon.
  • the mold part 10 may be configured in a frame structure.
  • the mold part 10 may be formed on the upper surface to correspond to the shape of the base mold 11 having a predetermined curvature, and the length of the base mold 11 so that the base mold 11 can be stably mounted. extending in the direction
  • the rail unit 20 may be installed on both sides of the mold unit 10 .
  • the rail unit 20 may include a pair of guide rails 21 extending along the longitudinal direction of the base mold 11 .
  • the pair of guide rails 21 of the rail unit 20 may be provided to be spaced apart from each other in the outward direction from both sides of the mold unit 10 . That is, the pair of guide rails 21 may be spaced apart from the mold part 10 and fixedly installed on the ground, or may be fixedly installed on the side surface of the mold part 10 .
  • the moving part 30 may be coupled to the rail part 20 and move along the rail part 20 .
  • the moving unit 30 may be connected to an electrically driven driving device (not shown) to reciprocate in the longitudinal direction of the base mold 11 at the upper portion of the rail unit 20 .
  • the roll holder 40 may be installed on the moving unit 30 and moved together with the moving unit 30 , and a spa cap supply roll R installed to be spaced apart from the base mold 11 upward may be connected. .
  • the roll holder 40 supports the spa cap supply roll (R) to be spaced apart from the base mold 11 at a predetermined interval.
  • the spa cap material automatic lamination system 100 of the large wind power composite blade according to the present invention configured as described above reciprocates the spa cap material of a certain width in the longitudinal direction of the base mold 11 and transfers the spa cap material to the base mold 11 . It can be operated to stack on top.
  • the rail unit 20 in a state in which the spa cap supply roll (R) is spaced apart from the base mold 11 at a predetermined interval. ), it is possible to form a spacap material of the same width with a plurality of fiber layers while reciprocating along the same movement path set by
  • the present invention is a method of laminating a spa cap material in the form of a prepreg impregnated with a resin on a base mold. It has a considerable degree of difficulty during the lamination operation. Accordingly, since the spa cap material automatic lamination system 100 of the large wind power composite blade according to the present invention is moved in the longitudinal direction only by the rail parts 20 aligned in the longitudinal direction, the spa cap material is not moved in the width direction. The length in the width direction to be laminated may be kept constant.
  • a spa cap which is a component of the same width direction that bears the most load in the wind power blade, and unlike other configurations of blades that have different stacking amounts or stacking sections (widths) of materials, the same In manufacturing the spa cap, which must be formed uniformly in width, a spa cap of excellent quality can be manufactured.
  • the rail unit 20 may include a gap maintaining member 22 extending toward both sides of the mold unit 10 and fixed thereto.
  • the spacing member 22 may be provided with a plurality of members that are installed to be spaced apart along the longitudinal direction of the rail part 20, and at the same time fixing the rail part 20 to the mold part 10, the rail part ( 20) and the mold part 10 may be maintained at the same distance.
  • the roll mounting unit 40 may include a pair of vertical frames 41 , a horizontal frame 42 , and a mounting frame 43 .
  • the pair of vertical frames 41 may be connected to the moving unit 30 and may be formed to extend above the moving unit 30 .
  • the pair of vertical frames 41 may be respectively installed on both sides of the mold part 10 , and may be formed of a plurality of vertical beams and disposed in a plurality of spaced apart from each other in the longitudinal direction of the mold part 10 .
  • the horizontal frame 42 may be connected to the upper end of the pair of vertical frames 41 , and the horizontal frame 42 is composed of a plurality of transverse beams similar to the vertical frame 41 in the longitudinal direction of the mold part 10 . A plurality may be disposed spaced apart along the. In this case, the horizontal frame 42 may have a variable length to correspond to the width direction of the base mold 11 .
  • the mounting frame 43 may be provided to protrude downward from the horizontal frame 42 , and may include a shaft 44 rotatably supporting the spa cap supply roll (R).
  • the pair of vertical frames 41 and horizontal frames 42 may be formed of a frame structure having a schematic housing shape, and the spar cap is supplied by placing the mounting frame 43 on the upper part of the mold part 10 . It allows the roll R to be stacked on top of the base mold 11 while being moved.
  • the moving unit 30 may include a rotating member 31 and a rotating bracket 32 .
  • the rotating member 31 may be installed on the upper portion of the rail unit 20 , and may be coupled to the guide rail 21 to move while rolling along the guide rail 21 .
  • the rotation bracket 32 is axially connected to the rotation member 31 to rotatably support the rotation member 31 , and is formed to extend upwardly from the rotation member 31 .
  • FIG. 2 is an enlarged view of a part of the automatic stacking system for the spa cap material of the large wind power composite blade according to the present invention.
  • the rotation bracket 32 may be directly connected to the vertical frame 41 of the roll holder 40 , but to the vertical frame 41 by the connecting member 33 . can be indirectly connected. That is, the moving unit 30 may further include a connecting member 33 .
  • connection member 33 may be installed to extend outwardly from the rotation bracket 32 with respect to the mold portion 10 , and may be respectively connected to the lower portions of both vertical frames 41 of the roll holder 40 .
  • connection member 33 is arranged so that the installation position of the rotation member 31 and the rotation bracket 32 can be located on the inside toward the mold portion 10 rather than the installation position of the vertical frame 41, so that the mold part ( 10) so as to solve the structural limitation due to the width direction size of the base mold 11 mounted thereon.
  • a rail groove 311 having a groove shape may be formed on the outer surface of the rotating member 31 of the moving unit 30 , and the upper surface of the guide rail 21 of the rail unit 20 .
  • the rail groove 311 and corresponding rail projections 211 may be formed.
  • the guide rail 21 may include a plurality of movement limiting protrusions 212 formed to be spaced apart from the rail protrusion 211 on both sides.
  • the movement limiting protrusion 212 may be formed to protrude from the upper surface of the guide rail 21 by a pair of members spaced apart at a distance corresponding to the width direction of the rotating member 31, and the rotating member 31 is At the same time to prevent separation, the width direction movement is limited so that the roll holder 40 can be moved while maintaining a constant width.
  • a bearing (not shown) may be provided on the surface where the movement limiting protrusion 212 and the rotating member 31 are in contact with each other, and while inducing a stable rolling operation of the rotating member 31 by the bearing, the rotating member (31) can prevent left and right shaking.
  • the fiber material extended from the spa cap supply roll (R) when the moving direction is changed at the end side of the base mold 11 may be provided so that F) can be continuously and stably stacked on the base mold 11 .
  • This extension frame may be installed to extend from the mounting portion 40 at a position on the end side of the base mold 11 , and the position at the end of the spa cap supply roll R is out of the end of the base mold 11 .
  • FIG. 3 is a view for explaining the operation of moving the supply roll of the automatic stacking system for the spacap material of the large wind power composite blade according to the present invention.
  • Figure 4 is a view for explaining the operation of the feed roll of the automatic lamination system of the spacap material of the large wind power composite blade according to the present invention is moved, and is a view showing the feed roll operated in the opposite direction of Figure 3 .
  • the roll holder 40 may include a tension adjusting roller 45 rotatably installed on the shaft 44 .
  • the tension control roller 45 is for adjusting the tension of the fiber material (F) released from the spa cap supply roll (R), and may be installed to be spaced apart from the shaft 44 at a predetermined interval.
  • the tension control roller 45 maintains a constant distance from the shaft 44 and moves in the vertical or front-back direction, etc., while maintaining the appropriate tension of the fiber material (F) supplied from the spa cap supply roll (R). can keep
  • the roll holder 40 may include a direction control member 46 for changing the position of the tension control roller 45 .
  • the positioning member 46 may have a structure of a rotating bracket that is rotated about the shaft 44 as an axis by a step motor. That is, the rotation brackets coaxially connected to both ends of the shaft 44 change the position of the tension control roller 45 through the rotation operation of the step motor.
  • the position adjusting member 46 can change the position of the tension adjusting roller 45 with the shaft 44 as an axis through the rotation of the step motor, thereby making it possible to perform a stable tension adjusting operation.
  • the present invention relates to a system for automatically laminating materials for manufacturing a spa cap used in a blade, and more particularly, automatically stacking a spa cap material of a certain width into a plurality of fiber layers by reciprocating in the longitudinal direction. can do.
  • the present invention can manufacture a spar cap for a blade of uniform and excellent quality irrespective of the skill of the operator in manufacturing the spar cap to be formed with the same width.
  • the present invention provides a system capable of automatically stacking fibers, which are the material of the blade, workability and productivity are improved, and it is possible to manufacture with more precise dimensions.

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Abstract

본 발명은 블레이드에 사용되는 스파캡을 제작하기 위한 소재를 자동 적층하기 위한 시스템에 관한 것으로, 스파캡 베이스가 상부에 거치되는 몰드부, 몰드부의 양측에 구비되며 스파캡 베이스의 길이 방향을 따라 연장되는 레일부, 레일부와 결합되어 왕복 이동되는 이동부 및 이동부 상에 설치되며 스파캡 베이스와 이격되게 스파캡 공급롤이 연결되는 롤 거치부를 포함할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템은 일정한 폭의 스파캡 소재를 길이 방향으로 왕복 이동시켜 다수의 섬유층으로 자동 적층할 수 있다.

Description

대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템
본 발명은 블레이드에 사용되는 스파캡을 제작하기 위한 소재를 자동 적층하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 폭의 스파캡 소재를 길이 방향으로 왕복 이동시켜 다수의 섬유층으로 자동 적층할 수 있는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 풍력 발전기는 바람에 의한 운동 에너지를 활용하여 전기를 생산하는 발전기로서, 대형 블레이드를 회전시켜 기계적 에너지로 전환하고 이를 발전기를 통해 전기적 에너지로 변환하게 된다.
이에, 블레이드는 풍력 발전기를 설계함에 있어 가장 핵심적인 부분인데, 동시에 하중을 발생시키게 되는 주요 구성품이므로 설계 및 제작에 있어 풍력 발전기의 효율과 경제성을 결정하는 중요한 요소가 된다.
이와 같은 블레이드는 상부셀과 하부셀을 서로 맞대어 접합함에 따라 일체형의 부품으로 제조되며, 효율 및 경제성을 향상시키기 위하여 고탄성 또는 저비중을 가진 섬유를 활용하여 제조되는 것이 일반적이다. 즉, 블레이드에 사용되는 스파캡은 수지 매트릭스에 내장된 두꺼운 가닥의 평행 섬유, 대개는 유리 섬유 또는 탄소 섬유를 포함하게 된다.
최근 풍력 블레이드가 대형화됨에 따라 이에 적용되는 부품 역시 고중량 대형화되어 가고 있으며, 그 중에서 스파캡은 바람의 하중을 대부분 담당하는 중요한 부품 중의 하나이다.
이러한 스파캡을 제작하기 위해서는 롤 형태로 권선된 수십 kg의 스파캡 소재를 두명 이상이 파지한 상태에서 수동으로 블레이드의 길이 방향으로 수십 미터를 왕복하면서 몰드 위에 수십 장을 적층을 하고 성형하여 제작을 하게 된다.
그런데, 수작업으로 수행되는 스파캡 제조 방식의 경우, 일정한 폭의 스파캡 소재를 길이 방향으로 수십 미터를 왕복 이동하면서 수십장의 소재를 적층하게 되는데, 수작업에 의해 적층 작업이 진행되므로 작업자의 숙련도에 따라 적층되는 소재의 섬유층의 작업 균일도가 떨어지고, 작업성이 용이하지 못한 문제가 있었다.
[참고문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 공개특허 10-2012-0132803호(2012.12.10 공개)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 수동 방식 대신 자동 방식으로 스파캡 소재를 적층할 수 있는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템은, 몰드부의 하부 양쪽으로 레일부가 구성되어 있어 몰드부의 길이 방향으로 자동 이송되고, 프레임에는 소재 공급롤을 거치하기 위한 거치대를 두어 소재를 레일을 따라 일정한 속도로 이동하면서 몰드위에 적층 작업을 수행할 수 있다.
상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템은 스파캡 베이스가 상부에 거치되는 몰드부, 몰드부의 양측에 구비되며 스파캡 베이스의 길이 방향을 따라 연장되는 레일부, 레일부와 결합되어 왕복 이동되는 이동부 및 이동부 상에 설치되며 스파캡 베이스와 이격되게 스파캡 공급롤이 연결되는 롤 거치부를 포함할 수 있다.
여기서, 레일부는, 레일부의 길이 방향을 따라 이격되어 몰드부의 측면에 고정 설치되는 복수의 간격유지부재를 더 포함할 수 있다.
또한, 롤 거치부는, 이동부에 연결되는 한 쌍의 수직 프레임, 한 쌍의 수직 프레임의 상단부에 양단이 연결되는 수평 프레임 및 수평 프레임의 하부로 돌출되게 형성되는 거치 프레임을 포함할 수 있다.
그리고, 이동부는, 레일부의 상부에 설치되는 회전부재, 회전부재에 연결되는 회전브라켓 및 회전브라켓에서 외측으로 연장되어 롤 거치부에 연결되는 연결부재를 포함할 수 있다.
이때, 회전부재에는 홈 형상의 레일홈이 형성되고, 레일부의 가이드 레일은 레일홈과 대응되게 돌출 형성되는 레일돌기를 더 포함할 수 있다.
더욱이, 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템은 스파캡 베이스의 일측 단부로부터 연장되게 설치되는 연장 프레임을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템에 의하면, 롤 거치부는, 스파캡 공급롤이 결합되는 샤프트 및 샤프트에 회전 가능하게 설치되고 샤프트와 이격되는 텐션조절롤러를 포함할 수 있다.
여기서, 롤 거치부는, 스파캡 공급롤의 이동 방향에 대응되게 텐션조절롤러의 위치를 변환하는 방향조절부재를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 블레이드에 사용되는 스파캡을 제작하기 위한 소재를 자동 적층하기 위한 시스템에 관한 것으로, 일정한 폭의 스파캡 소재를 길이 방향으로 왕복 이동시켜 다수의 섬유층으로 자동 적층할 수 있다.
특히, 본 발명은 동일한 폭으로 형성되어야 하는 스파캡을 제작함에 있어 작업자의 숙련도와 무관하게 균일하면서도 우수한 품질의 블레이드용 스파캡을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템의 일부 구성을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템의 공급롤이 이동되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템의 공급롤이 이동되는 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 3의 반대 방향으로 동작되는 공급롤을 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 소자, 구성요소 및/또는 섹션들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 소자, 구성요소 및/또는 섹션들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 소자, 구성요소 또는 섹션들을 다른 소자, 구성요소 또는 섹션들과 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 소자, 제1 구성요소 또는 제1 섹션은 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 소자, 제2 구성요소 또는 제2 섹션일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "이루어지다(made of)"는 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이때, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하며, 처리 흐름도 도면들의 각 구성과 흐름도 도면들의 조합들은 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들에 의해 수행될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이들 컴퓨터 프로그램 인스트럭션들은 범용 컴퓨터, 특수용 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서에 탑재될 수 있으므로, 컴퓨터 또는 기타 프로그램 가능한 데이터 프로세싱 장비의 프로세서를 통해 수행되는 그 인스트럭션들이 흐름도 구성(들)에서 설명된 기능들을 수행하는 수단을 생성하게 된다.
또한, 몇 가지 대체 실시예들에서는 구성들에서 언급된 기능들이 순서를 벗어나서 발생하는 것도 가능함을 주목해야 한다. 예컨대, 잇달아 도시되어 있는 두 개의 구성들은 사실 실질적으로 동시에 수행되는 것도 가능하고 또는 그 구성들이 때때로 해당하는 기능에 따라 역순으로 수행되는 것도 가능하다.
이하, 본 발명에 대하여 첨부된 도면에 따라 보다 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템(100)은 몰드부(10), 레일부(20), 이동부(30) 및 롤 거치부(40)를 포함할 수 있다.
몰드부(10)는 스파캡을 제조하기 위한 베이스 몰드(11)를 지지하기 위한 것으로, 베이스 몰드(11)가 상부에 거치될 수 있다. 이러한 몰드부(10)는 프레임 구조로 구성될 수 있다.
여기서, 몰드부(10)는 소정의 곡률을 갖는 베이스 몰드(11)의 형상에 대응되게 상부면에 형성될 수 있으며, 안정적으로 베이스 몰드(11)를 거치할 수 있도록 베이스 몰드(11)의 길이 방향으로 연장 형성된다.
레일부(20)는 몰드부(10)의 양측에 설치될 수 있다. 이러한 레일부(20)는 베이스 몰드(11)의 길이 방향을 따라 연장되는 한 쌍의 가이드 레일(21)을 포함할 수 있다.
여기서, 레일부(20)의 한 쌍의 가이드 레일(21)은 몰드부(10)의 양측에서 외측 방향으로 각각 이격되게 구비될 수 있다. 즉, 한 쌍의 가이드 레일(21)은 몰드부(10)에서 이격되어 지면에 고정 설치되거나, 몰드부(10)의 측면에 고정 설치될 수 있다.
이동부(30)는 레일부(20)에 결합되어 레일부(20)를 따라 이동될 수 있다. 이러한 이동부(30)는 전기적으로 구동되는 구동장치(미도시됨)와 연결되어 레일부(20)의 상부에서 베이스 몰드(11)의 길이 방향으로 왕복 이동될 수 있다.
롤 거치부(40)는 이동부(30)에 설치되어 이동부(30)와 함께 이동될 수 있으며, 베이스 몰드(11)에서 상부로 이격되게 설치되는 스파캡 공급롤(R)이 연결될 수 있다. 이러한 롤 거치부(40)는 스파캡 공급롤(R)을 베이스 몰드(11)와 일정 간격을 두고 이격되게 지지한다.
이와 같이 구성된 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템(100)은 일정 폭의 스파캡 소재를 베이스 몰드(11)의 길이 방향으로 왕복 이동하면서 스파캡 소재를 베이스 몰드(11) 상에 적층하도록 작동될 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템(100)에 의하면, 스파캡 공급롤(R)을 베이스 몰드(11)와 일정 간격을 두고 이격 배치한 상태로 레일부(20)에 의해 설정되는 동일한 이동 경로를 따라 왕복 이동되면서 동일한 폭의 스파캡 소재를 다수의 섬유층으로 형성할 수 있게 된다.
다시 말하면, 본 발명은 수지가 함침된 프리프레그 형태인 스파캡 소재를 베이스 몰드에 적층하는 방식으로서, 소재 자체의 특성이 갖는 점착성(끈적거림)에 의해 일정한 폭을 벗어나 적층될 경우 불량품이 되기 때문에 적층 작업시 상당한 난이도를 갖게 된다. 이에, 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템(100)은 길이 방향으로 정렬된 레일부(20)에 의해서만 길이 방향으로 이동되기 때문에 폭 방향으로는 이동되지 않으므로 스파캡 소재가 적층되는 폭 방향 길이를 일정하게 유지시킬 수 있다.
이는, 풍력 블레이드에서 하중을 가장 많이 감당하게 되는 동일한 폭 방향 크기의 구성품인 스파캡을 제작하기 위한 것으로, 소재의 적층량이나 적층 구간(폭)이 상이하게 형성되는 블레이드의 다른 구성과는 달리 동일한 폭으로 일정하게 형성되어야 하는 스파캡을 제작함에 있어 우수한 품질의 스파캡이 제조될 수 있게 된다.
구체적으로, 도 1을 다시 참고하면, 본 실시예에 따른 레일부(20)는 몰드부(10)의 양측면을 향해 연장되어 고정되는 간격유지부재(22)를 포함할 수 있다.
간격유지부재(22)는 레일부(20)의 길이 방향을 따라 이격되게 설치되는 다수개의 부재로 구비될 수 있으며, 레일부(20)를 몰드부(10)에 고정시킴과 동시에, 레일부(20)와 몰드부(10)의 이격 간격을 동일하게 유지시킬 수 있다.
이는, 레일부(20)에 의해 형성되는 이동 경로의 양 간격 및 방향을 항상 동일하게 유지시킬 수 있게 되므로, 레일부(20)에 의한 스파캡 소재의 이동 방향을 곧은 직진성을 갖도록 유도할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 롤 거치부(40)는 한 쌍의 수직 프레임(41), 수평 프레임(42) 및 거치 프레임(43)을 포함할 수 있다.
한 쌍의 수직 프레임(41)은 이동부(30)에 연결될 수 있으며, 이동부(30)의 상부로 연장 형성될 수 있다. 이러한 한 쌍의 수직 프레임(41)은 몰드부(10)의 양측에 각각 설치될 수 있으며, 복수개의 수직빔으로 구성되어 몰드부(10)의 길이 방향을 따라 복수개가 이격되어 배치될 수 있다.
수평 프레임(42)은 한 쌍의 수직 프레임(41)의 상단에 연결될 수 있으며, 이러한 수평 프레임(42)은 수직 프레임(41)과 마찬가지로 복수개의 가로빔으로 구성되어 몰드부(10)의 길이 방향을 따라 복수개가 이격되어 배치될 수 있다. 이때, 수평 프레임(42)은 베이스 몰드(11)의 폭방향 크기에 대응되게 길이가 가변될 수 있다.
거치 프레임(43)은 수평 프레임(42)에서 하부로 돌출되게 구비될 수 있으며, 스파캡 공급롤(R)을 회전 가능하게 지지하는 샤프트(44)를 포함할 수 있다.
이렇게, 한 쌍의 수직 프레임(41)과 수평 프레임(42)은 개략적인 함체 형상의 프레임 구조물로 형성될 수 있으며, 몰드부(10)의 상부에 거치 프레임(43)이 위치되게 하여 스파캡 공급롤(R)이 이동되면서 베이스 몰드(11)의 상부에 적층될 수 있게 한다.
한편, 본 실시예에 따른 이동부(30)는 회전부재(31) 및 회전브라켓(32)을 포함할 수 있다.
회전부재(31)는 레일부(20)의 상부에 설치될 수 있으며 가이드 레일(21)과 결합되어 가이드 레일(21)을 따라 구름되며 이동될 수 있다.
회전브라켓(32)은 회전부재(31)를 회전 가능하게 지지하는 것으로 회전부재(31)에 축 연결되며 회전부재(31)로부터 상측으로 연장 형성된다.
도 2는 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템의 일부 구성을 확대하여 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 이동부(30)는 회전브라켓(32)이 직접적으로 롤 거치부(40)의 수직 프레임(41)과 연결될 수 있지만, 연결부재(33)에 의해 수직 프레임(41)에 간접적으로 연결될 수 있다. 즉, 이동부(30)는 연결부재(33)를 더 포함할 수 있다.
연결부재(33)는 회전브라켓(32)에서 몰드부(10)에 대해 외측 방향으로 연장되게 설치될 수 있으며, 롤 거치부(40)의 양 수직 프레임(41)의 하부에 각각 연결될 수 있다.
이러한 연결부재(33)는 회전부재(31) 및 회전브라켓(32)의 설치 위치를 수직 프레임(41)의 설치 위치보다 몰드부(10)를 향해 내측에 위치될 수 있도록 배치함에 따라 몰드부(10) 상에 거치되는 베이스 몰드(11)의 폭 방향 크기에 의한 구조적 제한을 해소할 수 있도록 한다.
한편, 도 2를 다시 참고하면, 이동부(30)의 회전부재(31)의 외면에는 홈 형상의 레일홈(311)이 형성될 수 있으며, 레일부(20)의 가이드 레일(21)의 상면에는 레일홈(311)과 대응되는 레일돌기(211)이 형성될 수 있다.
여기서, 가이드 레일(21)은 레일돌기(211)로부터 양측으로 이격되어 형성되는 복수의 이동제한돌기(212)를 포함할 수 있다.
이동제한돌기(212)는 회전부재(31)의 폭 방향 크기에 대응되는 간격을 두고 한 쌍의 부재가 이격되어 가이드 레일(21)의 상면에 돌출되게 형성될 수 있으며, 회전부재(31)가 이탈되는 것을 방지하는 동시에, 롤 거치부(40)가 일정한 폭을 유지한 채로 이동될 수 있도록 폭 방향 이동을 제한하게 된다.
이때, 이동제한돌기(212)와 회전부재(31)가 상호 접촉되는 면에는 베어링(미도시됨)이 구비될 수 있으며, 베어링에 의해 안정적인 회전부재(31)의 구름 동작을 유도하는 한편 회전부재(31)의 좌우 흔들림을 방지할 수 있다.
한편, 도면에 도시되진 않았지만 스파캡 공급롤(R)이 양방향으로 이동되면서 소재를 적층함에 있어, 베이스 몰드(11)의 단부측에서의 이동 방향 전환시 스파캡 공급롤(R)에서 연장된 섬유소재(F)가 연속하여 베이스 몰드(11)에 안정적으로 적층될 수 있도록 거치부(40)로부터 연장되는 연장 프레임(미도시됨)이 구비될 수 있다. 이러한 연장 프레임은 베이스 몰드(11)의 단부측 위치에서 거치부(40)에서 연장되게 설치될 수 있으며, 스파캡 공급롤(R)의 끝단에서의 위치가 베이스 몰드(11)의 단부를 벗어난 위치까지 이동될 수 있도록 하여 이동 방향 전환에도 섬유소재(F)가 베이스 몰드(11)의 단부를 벗어나지 않게 유지시킬 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템의 공급롤이 이동되는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템의 공급롤이 이동되는 동작을 설명하기 위한 도면으로, 도 3의 반대 방향으로 동작되는 공급롤을 도시한 도면이다.
먼저, 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 롤 거치부(40)는 샤프트(44)에 회전 가능하게 설치되는 텐션조절롤러(45)를 포함할 수 있다.
텐션조절롤러(45)는 스파캡 공급롤(R)에서 풀려나온 섬유소재(F)의 장력을 조절하기 위한 것으로, 샤프트(44)와 일정 간격을 두고 이격되게 설치될 수 있다.
이러한 텐션조절롤러(45)는 샤프트(44)와의 이격 간격을 일정하게 유지하면서 상하 방향 또는 전후 방향 등으로 위치가 이동되면서 스파캡 공급롤(R)에서 공급되는 섬유소재(F)의 적정 장력을 유지시킬 수 있다.
그리고, 도 3 및 도 4를 참조하면, 롤 거치부(40)는 텐션조절롤러(45)의 위치를 변환시키기 위한 방향조절부재(46)를 포함할 수 있다.
위치조절부재(46)는 스텝 모터에 의해 샤프트(44)를 축으로 하여 회전되는 회전 브라켓의 구조로 구성될 수 있다. 즉, 샤프트(44)의 양단부에 동축으로 연결되는 회전 브라켓이 스텝 모터의 회전 동작을 통해 텐션조절롤러(45)의 위치를 바꾸게 된다.
다시 말해서, 스파캡 공급롤(R)의 이동 방향이 전환됨에 따라 섬유소재(F)가 적층되는 방향이 도 3 및 도 4에 도시된 것처럼 바뀌게 되는데, 이때 텐션조절롤러(45)에 의한 원활한 장력 조절을 위해서는 실질적으로 섬유소재(F)와 접촉되는 면의 방향이 달라져야 한다. 이에, 위치조절부재(46)는 스텝 모터의 회전을 통해 샤프트(44)를 축으로 하여 텐션조절롤러(45)의 위치를 전환시킬 수 있게 되며, 이로서 안정적인 장력 조절 동작을 수행할 수 있게 된다.
이와 같이, 본 발명은 블레이드에 사용되는 스파캡을 제작하기 위한 소재를 자동 적층하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 일정한 폭의 스파캡 소재를 길이 방향으로 왕복 이동시켜 다수의 섬유층으로 자동 적층할 수 있다.
특히, 본 발명은 동일한 폭으로 형성되어야 하는 스파캡을 제작함에 있어 작업자의 숙련도와 무관하게 균일하면서도 우수한 품질의 블레이드용 스파캡을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명은 블레이드의 재료가 되는 섬유를 자동으로 적층할 수 있는 시스템을 제공하므로 작업성과 생산성을 향상시키고 보다 정교한 치수로 제작이 가능해진다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 게시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아닌 설명을 위한 것이고, 이런 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시 예에 의해 제한되기보다는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 스파캡 베이스가 상부에 거치되는 몰드부;
    상기 몰드부의 양측에 구비되며 상기 스파캡 베이스의 길이 방향을 따라 연장되는 레일부;
    상기 레일부와 결합되어 왕복 이동되는 이동부; 및
    상기 이동부 상에 설치되며 상기 스파캡 베이스와 이격되게 스파캡 공급롤이 연결되는 롤 거치부;를 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 레일부는,
    상기 레일부의 길이 방향을 따라 이격되어 상기 몰드부의 측면에 고정 설치되는 복수의 간격유지부재를 더 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 롤 거치부는,
    상기 이동부에 연결되는 한 쌍의 수직 프레임, 상기 한 쌍의 수직 프레임의 상단부에 양단이 연결되는 수평 프레임 및 상기 수평 프레임의 하부로 돌출되게 형성되는 거치 프레임을 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 이동부는,
    상기 레일부의 상부에 설치되는 회전부재, 상기 회전부재에 연결되는 회전브라켓 및 상기 회전브라켓에서 외측으로 연장되어 상기 롤 거치부에 연결되는 연결부재를 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 회전부재에는 홈 형상의 레일홈이 형성되고,
    상기 레일부의 가이드 레일은 상기 레일홈과 대응되게 돌출 형성되는 레일돌기를 더 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 스파캡 베이스의 일측 단부로부터 연장되게 설치되는 연장 프레임을 더 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 롤 거치부는,
    상기 스파캡 공급롤이 결합되는 샤프트; 및
    상기 샤프트에 회전 가능하게 설치되고 상기 샤프트와 이격되는 텐션조절롤러;를 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 롤 거치부는,
    상기 스파캡 공급롤의 이동 방향에 대응되게 상기 텐션조절롤러의 위치를 변환하는 방향조절부재를 더 포함하는 대형 풍력 복합재 블레이드의 스파캡 소재 자동 적층 시스템.
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