KR100347318B1 - 스틸코드 제조용 연선기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스틸코드 제조용 연선기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 내측(Internal) 및 외측(External)의 회전 면반을 서로 상대회전 시켜줌으로써 금속필라멘트의 분당 꼬임수(Twist Per Minute;TPM)를 n배(n:회전 면반의 개수) 만큼 향상시킨 스틸코드 제조용 연선기에 관한 것으로, 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기를 이용하여 스틸코드를 제조하는 경우 동일한 회전수라 하더라도 꼬임을 더욱 증가시킬 수 있으므로 종래 싱글 방식에 비하여 약 4배 내지 10배, 더블 방식에 비하여 2 내지 5배 정도 생산성을 향상시킬 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

스틸코드 제조용 연선기{APPARATUS FOR MANUFACTURING STEEL CORDS}
본 발명은 스틸코드 제조용 연선기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는내측(Internal) 및 외측(External)의 회전 면반(Bow, Pot, Flyer)을 서로 상대회전 시켜줌으로써 금속필라멘트의 분당 꼬임수(Twist Per Minute;TPM)를 n배(n:회전 면반의 개수) 만큼 향상시킨 스틸코드 제조용 연선기에 관한 것이다.
스틸코드는 구성요소의 대부분이 스틸(Steel)임을 의미하고, 나이론이나 아라미드(Aramide) 등 다른 강도적 요소가 코드내부의 충진요소(Filling element)로 존재 할 수 있으며, 탄소함량이 0.6∼1.0중량%인 탄소강을 재질로 하는 선경 0.1∼0.4mm인 금속필라멘트에 0.1 내지 0.4㎛ 두께의 황동 도금을 실시한 후, 이와 같은 금속필라멘트를 용도에 따라 다양한 구조, 예를 들면 1×2, 1×3, 1×4, 2+2, 3+6, 3+9+15등으로 꼬아 만든 것으로 강도, 모듈러스, 내열성 및 내피로성이 다른 종류의 무기섬유 및 유기섬유에 비하여 우수하기 때문에 타이어, 콘베이어 벨트, 폴리우레탄, 고무재질의 타이밍 벨트, 호스 등 고무 보강재로 주로 사용되고 있다.
이러한 스틸코드의 생산 공정중 마지막 제품생산 단계인 연선공정에 대하여 좀더 상술하면, 신선(Drawing)된 적어도 2개 이상의 금속필라멘트를 연선설비의 꼬임장치에 의하여 연(撚)을 형성하여 인출장치에 의하여 인출한 후 권취하여 제조되는데, 이와 같은 스틸코드를 제조하는 연선설비의 구성은 크게 필라멘트 공급부, 공급부로부터 각각의 공급된 다수의 필라멘트를 꼬아주는 꼬임부, 꼬인 코드를 인출하는 인출부, 인출된 코드를 일정 장력으로 감아주는 권취부로 구분된다.
주지하다시피, 스틸코드 제조용 연선기의 제품생산능력(생산성)은 다음의 수학식 1과 같이 표시 할 수 있다.
생산성 = RPM(회/分)×L(m/회)×단중(g/m)×1440(分/日)
여기서 'RPM'이란 용어는 연선기 꼬임부의 주요부분인 회전면반의 분당회전수를 의미한다. '단중'이라는 용어는 코드 1m당 무게를 의미하며, 'L'이라는 용어는 회전면반 1회전당 코드의 길이를 의미하며, 이는 스틸코드 제조용 연선기의 연선방법의 특징에 따라 결정된다. 예를들면, 연선방법은 크게 금속 필라멘트 자체에 회전을 주며 꼬임을 형성하는 더블 타입(Double Type)과 회전 없이 꼬임을 형성하는 싱글 타입(Single Type)으로 나눌 수 있으며 더블 타입인 경우 회전 면반이 1회전하는 동안 2피치(Pitch)의 연을 형성하며, 싱글 타입인 경우 회전 면반이 1회전하는 동안 1피치의 연을 형성시키는 것을 특징으로 한다. 이상의 특징은 금속 필라멘트의 분당꼬임수와 회전 면반의 분당 회전수로 다음의 수학식 2와 같이 표시할 수 있다.
싱글 타입 : 분당꼬임수 = 분당 회전수
더블 타입 : 분당꼬임수 = 2×분당 회전수
이와 같이 종래 스틸코드 제조용 연선기의 제품생산능력(생산성)은 연선방법에 특별한 수단이 없이 각 스틸코드 제조용 연선기의 고유특성에 따라 싱글 타입 또는 더블 타입으로 결정되어져 있으며, 회전 면반의 분당회전수에 의해서 결정된다.
도 1에서 도시한 종래 더블 스틸코드 제조용 연선기를 참조로하여 그 진행과정을 살펴보면, 도 1에는 A-A둘레로 동일방향 및 동일 각속도로 회전하는 부품, 즉 입구측 제 1턴롤러(11), 출구측 제 2턴롤러(12) 및 입, 출구측에 각각 위치한 면반(9,10)을 포함하는 꼬임장치가 도시되어 있다.
도시된 장치의 작동시, 입구측에서 출구측으로 향할 때 회전부품의 회전방향은 반시계 방향이다.
이를 좀더 구체적으로 살펴보면, 도 1중 상기 필라멘트 공급부에 해당하는 금속필라멘트 보빈(1)에 감겨있던 금속필라멘트(2)가 보빈에서 풀려나와 각각의 필라멘트 가이드롤러(3,4)를 지나 가이드롤러(5)에서 합쳐진다. 합쳐진 두 개의 금속필라멘트(2)는 가이드롤러(6)를 경유하여 제 1턴롤러(11)로 향하고, 이때 제 1턴롤러(11)와 제 2턴롤러(12)사이의 영역에서 면반(9,10)의 회전에 의하여 최종적으로 제조된 코드에서 상호 꼬여질 피치를 형성하면서 진행하여 한 쪽 방향으로 상호 꼬여진다. 이렇게 하여 형성된 코드는 제 2턴롤러(12)를 지나면서 그 방향이 역전되어 회전축 A-A와 일치하여 입구측에서 출구측으로 안내되어 오버트위스트(13), 인출캡스탄(14), 교정기(15), 가이드롤러(16)를 지나서 권취부(17)에 의해 최종적으로 코드가 권취된다.
여기서, 스틸코드 제조용 연선기의 구성중 공급부로부터 공급된 필라멘트를 꼬아주는 꼬임부에서 이루어지는 소선의 꼬임방식에 의하여 설비능력 즉, 생산능력이 결정되는데, 상기와 같은 종래의 제조장치(연선기)는 꼬임방식에 특별한 수단이 없이 주지된 바와 같이 각 연선기의 고유특성에 따라 싱글(클로저) 또는 더블(번쳐) 꼬임방식으로 결정되어져 있어 꼬임방식의 변경에 의한 스틸코드 제조가 불가능한 단점을 갖고 있다. 또한, 이와 같은 단점을 해결하기 위하여 분당 회전수를 변경하여 생산성을 결정하고 있으나, 분당 회전수도 어느정도 그 한계성이 있어 생산성을 극대화 하기에는 부족하다.
본 발명의 목적은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 스틸코드 제조시 스틸코드 제조용 연선기의 설비능력을 최대로 하기 위하여 하기 수학식 3과 같이 생산성을 결정해 주는 주요소인 회전 면반의 분당 회전수에 따른 금속필라멘트의 분당 꼬임수를 기존의 싱글 타입의 n배 또는 더블 타입의 n/2배 까지 가능할 수 있도록 함으로써 생산능력을 향상시킬 수 있는 스틸코드 제조용 연선기를 제공하는 것이다.
분당꼬임수 = n×분당 회전수
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 스틸코드 제조용 연선기는 스틸코드의 제조과정중 보빈에서 공급되는 다수의 금속필라멘트를 하나로 합치한 후 턴롤러와 면반을 이용하여 꼬임을 부여하는 단계에 있어서, 상기 꼬임부에 다수 쌍의 면반과 턴 롤러를 설치하여 서로 상대회전시켜 스틸코드의 꼬임을 n배(n:회전면반의 개수) 부여하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 종래 더블 꼬임방식에 의한 스틸코드 제조설비의 개략도이고,
도 2a는 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기를 상부에서 보여주는 단면도이고,
도 2b는 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기를 측면에서 보여주는 단면도이고,
도 2c는 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기를 정면에서 보여주는 단면도이고,
도 3은 본 발명의 제 1실시태양에 의하여 4중 꼬임을 부여할 수 있는 스틸코드 제조용 연선기의 개략도이고,
도 4는 본 발명의 제 2실시태양에 의하여 6중 꼬임을 부여할 수 있는 스틸코드 제조용 연선기의 개략도이고,
도 5a는 본 발명의 회전면반의 상대회전을 위한 구동 시스템으로 이용되는 양면벨트의 개략도이고,
도 5b는 본 발명의 회전면반의 상대회전을 위한 구동 시스템으로 이용되는 아이들 풀리(Idle Pulley)가 첨가된 양면벨트의 개략도이고,
도 6은 본 발명의 회전면반의 상대회전을 위한 구동 시스템으로 이용되는 기어 및 풀리의 개략도이다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 금속필라멘트 보빈 2 : 금속필라멘트
3,4,5,6,7,8 : 필라멘트 가이드롤러
9, 10, 9', 10', 9', 10' : 면반
11 : 제 1턴롤러 11' : 제 3턴롤러
11' : 제 5턴롤러 12 : 제 2턴롤러
12' : 제 4턴롤러 12' : 제 6턴롤러
13 : 오버트위스트 14 : 인출캡스탄
15 : 교정기 16 : 가이드롤러
17 : 권취부 100 : 풀리
200 : 풀리 300 : 아이들 풀리
400 : 양면벨트 500 : 턴롤러
이하, 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1에서와 같이, 본 발명의 스틸코드 제조용 연선기는 꼬임부의 회전면반이 최소한 4개 이상 필요하다. 이는 회전면반을 서로 상대회전 시키기 위한 내·외측 구조를 이루기 위함이며, 상대회전을 위한 구동시스템은 양면벨트에 의한 역구동 시스템으로 설계하였다.
도 2a , 도 2b 및 도 2c는 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기의 전체적인 단면을 여러 각도에서 보인다.
한편, 도 5a 및 도 5b에 도시된 양면벨트(400)에 의한 역구동시스템은 상대회전을 위한 구동시스템의 한가지로, 풀리(100)(200) 및 아이들 풀리(300)의 잇수를 조절함으로써 면반의 회전속도비를 조절하고, 도 6에서 도시된 바와 같이 기어 및 풀리 등의 기계적 요소가 결합하여 이루어진 것으로도 이를 내·외측 회전면반을 서로 상대 회전시키기 위한 기계적장치로 이용할 수 있으며, 구체적으로, 턴롤러(500)는 도 3 및 도 4의 다수의 턴롤러에 이용될 수 있다.
또한, 본 발명의 스틸코드 제조용 연선기에서 취부가능한 회전면반 개수의 한계는 10개 이다. 이는 회전면반의 개수가 12개 이상이 되면, 회전면반의 분당회전수에 따른 금속 필라멘트의 꼬임수는 12배 이상이 되지만 금속필라멘트에 과도한 비틀림을 가함으로서 금속필라멘트가 꼬임중 끊어지는 단선 발생이 높아지며, 외측 회전면반 간(도 4의 9' 및 10'과 같이 최외측 회전면반 사이의 거리를 의미함)의 거리가 멀어지므로 회전주축의 수명이 짧아진다. 또한 상기 회전면반은 유미(Bow), 폿(Pot), 플라이어(Flyer)로 구성되는 군으로 부터 선택된다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조로 하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명에 의한 제 1 실시형태를 나타내는 스틸코드 제조용 연선기의 개략도로서, 도 2중 필라멘트 공급부에 해당하는 금속필라멘트 보빈(1)에 감겨있던 금속필라멘트(2)가 보빈에서 풀려나와 각각의 필라멘트 가이드롤러(3,4)를 지나 가이드롤러(7)에서 합쳐지고, 합쳐진 두 개의 금속필라멘트(2)는 가이드롤러(8)를 경유하여 제 2턴롤러(12)로 향하는데, 이때 제 2턴롤러(12)와 제 1턴롤러(11)사이의 영역에서 면반(9,10)의 시계방향으로의 회전에 의하여 상호 꼬여질 피치를 형성하면서 진행하여 한 쪽 방향으로 꼬여진다. 이렇게 하여 꼬여진 코드는 다시 제 3턴롤러(11')와 제 4턴롤러(12')사이의 면반(9',10')이 상기 면반(9,10)의 회전에 대하여 반시계 방향으로 회전하여 4중 꼬임을 부여한다. 이때, 각각의 필라멘트는 좀 더 꼬여져 영구적인 비틀림 변형을 받으며, 잔류하고 있는 탄성변형분 만큼 반대방향으로 회전하려는 성질이 있어 이 회전성을 안정화시키기 위하여 오버트위스트(13)를 사용하고, 최종 코드를 직선으로 마무리하기 위하여 귄취하기전 교정기(15)를 사용하여 코드의 직선선과 회전성을 조정한 후 권취부(17)로 권취되므로서 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드가 제조된다.
도 4는 본 발명의 제 2실시형태에 해당하는 것으로, 상기 제 1실시형태에 추가로 한 쌍의 제 5턴롤러(11')와 제 6턴롤러(12') 및 이 턴롤러 사이에 면반(9',10')을 설치하여 상기 면반(9',10')과 역 방향으로 회전을 부여하여 다시 꼬임 즉, 6중 꼬임을 부여하는 것을 보여주는 것으로, 이를 좀 더 상세히 살펴보면, 보빈(1)에 감겨있던 금속필라멘트(2)가 보빈에서 풀려나와 각각의 필라멘트 가이드롤러(3,4)를 지나 가이드롤러(5)에서 합쳐지고, 합쳐진 두 개의 금속필라멘트(2)는 가이드롤러(6)를 경유하여 제 1턴롤러(11)로 향하고, 이때 제 1턴롤러(11)와 제 2턴롤러(12)사이의 영역에서 면반(9,10)의 시계방향으로의 회전에 의하여 상호 꼬여질 피치를 형성하면서 진행하여 한 쪽 방향으로 꼬여진다. 이렇게 하여 꼬여진 코드는 다시 제 4턴롤러(12')와 제 3턴롤러(11')사이를 지나면서 면반(9',10')의 상기 면반(9,10)의 회전에 대하여 반시계 방향으로의 회전에 의하여 4중꼬임을 형성하고, 다시 제 5턴롤러(11')와 제 6턴롤러(12')사이의 영역에서 면반(9', 10')이 면반(9',10')의 반시계 방향 회전에 대하여 시계방향으로 다시 회전하여 6중 꼬임을 형성하게 된다. 그 후의 단계는 상기 제 1실시형태와 동일하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
또한, 본 발명의 스틸코드를 제조하기 위한 연선기의 구성은 보빈에 감겨있는 다수의 금속필라멘트를 가이드하여 하나로 합치한 후 공급하는 공급부와; 공급된 금속필라멘트를 한 쌍의 턴 롤러 사이의 한 쌍의 면반을 회전하여 제 1꼬임을부여하는 제 1꼬임부와; 제 1꼬임부에 의해 꼬인 코드를 다른 한 쌍의 턴롤러 사이의 면반을 역회전하여 제 2꼬임을 부여하는 제 2꼬임부와; 방출된 코드를 안정화시키는 오버트위스트와; 최종코드를 직선으로 마무리하기 위한 교정기와; 제조된 코드를 권취하는 권취기를 포함하는데, 상기 꼬임부는 제 1 및 제 2꼬임부외에 다시 역방향으로 회전할 수 있는 면반을 취부하여 제 3꼬임부를 형성할 수 있음은 물론이다.
이하, 본원발명을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하고자 하나 본 발명이 하기 실시예에 의하여 제한되는 것은 아니다.
실시예 1
도 3의 연선기를 이용하여, 금속필라멘트 보빈(1)에 감겨있던 금속필라멘트(2)가 보빈에서 풀려나와 각각의 필라멘트 가이드롤러(3,4)를 지나 가이드롤러(7)에서 합쳐지고, 합쳐진 두 개의 금속필라멘트(2)는 가이드롤러(8)를 경유하여 제 2턴롤러(12)로 향하고, 이때 제 2턴롤러(12)와 제 1턴롤러(11)사이의 영역에서 면반(9,10)의 시계방향으로의 회전에 의하여 상호 꼬여질 피치를 형성하면서 진행하여 한 쪽 방향으로 꼬여진다. 이렇게 하여 꼬여진 코드는 다시 제 3턴롤러(11')와 제 4턴롤러(12')사이에서 면반(9',10')이 상기 면반(9,10)의 회전에 대하여 반시계 방향으로 회전하여 4중 꼬임을 부여한 후 오버트위스트(13), 교정기(15)를 통한 후 권취하여 스틸코드를 수득하였다. 이때, 내·외측 회전면반의 회전속도비를 1:1로 가동시키고, 분당 3,500의 총면반 회전수로 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드를 제조하고 이에 대하여 제품생산능력(생산성)을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 2
내·외측 회전면반의 회전속도비를 1.5:1, 즉, 내측 회전면반은 분당 5,250의 총면반회전수에 의하고 외측 회전면반은 분당 3,500의 총면반회전수에 의하여 가동시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드를 제조한 후 제품생산능력(생산성)을 평가하여 표 1에 나타내었다.
실시예 3
도 4의 연선기를 이용하여, 금속필라멘트 보빈(1)에 감겨있던 금속필라멘트(2)가 보빈에서 풀려나와 각각의 필라멘트 가이드롤러(3,4)를 지나 가이드롤러(7)에서 합쳐지고, 합쳐진 두 개의 금속필라멘트(2)는 가이드롤러(8)를 경유하여 제 2턴롤러(12)로 향하고, 이때 제 2턴롤러(12)와 제 1턴롤러(11)사이의 영역에서 면반(9,10)의 시계방향으로의 회전에 의하여 상호 꼬여질 피치를 형성하면서 진행하여 한 쪽 방향으로 꼬여진다. 이렇게 하여 꼬여진 코드는 다시 제 3턴롤러(11')와 제 4턴롤러(12')사이에서 면반(9',10')이 상기 면반(9,10)의 회전에 대하여 반시계 방향으로 회전하여 4중 꼬임을 부여한 후, 다시 제 5턴롤러(11')와 제 6턴롤러(12')사이의 영역에서 면반(9', 10')이 면반(9',10')의 반시계 방향 회전에대하여 시계방향으로 다시 회전하여 6중 꼬임을 형성하고 오버트위스트(13), 교정기(15)를 통한 후 권취하여 스틸코드를 수득하였다. 이때, 내·중·외측 회전면반의 회전속도비를 1:1:1로 가동시키고, 분당 3,500의 총면반 회전수로 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드를 제조하고 이에 대하여 제품생산능력(생산성)을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 4
내·중·외측 회전면반의 회전속도비를 2:1.5:1, 즉, 내측 회전면반은 분당 7,000의 총면반회전수에 의하고 중간측 회전면반은 분당 5,250의 총면반회전수에 의하며 외측 회전면반은 분당 3,500의 총면반회전수에 의하여 가동시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드를 제조한 후 제품생산능력(생산성)을 평가하여 표 1에 나타내었다.
비교예 1
종래 싱글 스틸코드설비(연선장치)를 이용하여 분당 3,500의 총면반 회전수로 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드를 제조한 후 제품생산능력(생산성)을 평가하여 표 1에 나타내었다.
비교예 2
종래 더블 스틸코드설비(연선장치)를 이용하여 분당 3,500의 총면반 회전수로 1×2×0.30HT 구조의 스틸코드를 제조한 후 제품생산능력(생산성)을 평가하여 표 1에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4
면반 수(개) 1 2 4 4 6 6
회전면반의 속도비 - - 1:1 1.5:1 1:1:1 2:1.5:1
금속필라멘트의 분당꼬임수(TPM) 3,500 7,000 14,000 17,500 21,000 31,500
제품생산능력 100 200 400 500 600 900
1)실시예 및 비교예의 피치는 14mm, 단중은 1.12g/m 이다.
2)제품생산능력(생산성)은 비교예1의 생산성을 100으로 할 때 실시예1,2,3,4에 대하여 환산 표시 하였다.
상술한 본 발명은 스틸코드 제조에만 적용이 한정되는 것이 아니라 일반 케이블(Cable), 와이어 로프(Wire rope) 등 필라멘트를 꼬아 만드는 연선장치에 적용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의한 스틸코드 제조용 연선기를 이용하여 스틸코드를 제조하는 경우 동일한 회전수라 하더라도 꼬임을 더욱 증가시킬 수 있으므로 종래 싱글 방식에 비하여 약 4배 내지 10배, 더블 방식에 비하여 2 내지 5배 정도 생산성을 향상시킬 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 보빈에서 공급되는 다수의 금속필라멘트를 하나로 합치하는 턴롤러와 면반을 이용한 꼬임부를 구비하는 스틸코드 제조용 연선기에 있어서,
    상기 꼬임부에 서로 상대회전시켜 스틸코드의 꼬임을 n배(n:회전면반의 개수) 부여하는 다수 쌍의 면반과 턴 롤러를 포함하며, 상기 회전면반의 상대회전속도비를 내·중·외측 회전면반에 있어서 모두 같게 하거나 각각 다르게 할 수 있는 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 회전면반의 상대회전속도비는 회전면반의 개수가 4개인 경우 내측:외측=a:b (a=1∼10, b=1∼10)인 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 회전면반의 상대회전속도비는 회전면반의 개수가 6개인 경우 내측:중간:외측=a:c:b (a=1∼10, b=1∼10, c=1∼10)인 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 회전면반의 상대회전속도비는 회전면반의 개수가 8개인 경우 내측:중간1:중간2:외측=a:c:d:b (a=1∼10, b=1∼10, c=1∼10, d=1∼10)인 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
  9. 제 5항에 있어서,
    상기 회전면반의 상대회전속도비는 회전면반의 개수가 10개인 경우 내측:중간1:중간2:중간3:외측=a:c:d:e:b (a=1∼10, b=1∼10, c=1∼10, d=1∼10, e=1∼10)인 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 회전면반은 유미(Bow), 폿(Pot), 플라이어(Flyer)로 구성되는 군으로 부터 선택되는 1종 이상인 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
  11. 제 5항에 있어서,
    상기 회전면반의 상대회전을 위한 구동 시스템은 양면벨트, 풀리 및 기어를 기계적요소로 구비하는 것을 특징으로 하는 스틸코드 제조용 연선기.
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