레고 공기압 세트(No : 9641) 리뷰~Lego 9641 Pneumatics Add-on Set

LEGO 9641 Pneumatics Add-On Set은 2008년에 출시된 레고 에듀케이션 세트로, 공압 시스템의 기본 원리를 학습하고 실제 모델을 조립하는 데 도움을 주는 제품이다. 이 세트에는 펌프, 튜브, 실린더, 밸브, 에어탱크, 게이지 등 총 31개의 부품이 구성되어 있으며, 4가지 실제 공압 모델을 만들 수 있는 컬러 조립 설명서가 포함되어 있다.

 
이번 글에서는 레고 공기압 세트(No : 9641, Lego 9641 Pneumatics Add-on Set) 안에 포함된 공기압 부품에 대해 간단히 살펴본다.

Lego 9641 Pneumatics Add-on Set

 
아래 그림은 일반적으로 산업현장에서 사용하는 공기압시스템의 기본구성이다.
 

 
1. 압축공기를 생산하는 압축기
2. 압축공기의 수분과 먼지 등의 이물질을 제거해서 분배하는 애프터쿨러, 에어탱크, 매인라인필터, 드라이어
3. 압축공기의 질관리(필터), 압력제어(레귤레이터), 윤활유공급(루브리게이터)을 담담하는 FRL 유니트
4. 압축공기의 흐름을 제어하는 방향제어밸브
5. 압축공기의 양을 제어하는 스피트 콘트롤러
6. 압축공기로 일을 하는 에어실린더

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다음은 레고 공기압 세트(9641) 안에 포함된 부품들이다. 산업현장에서 사용하는 것과 달리 교육과 놀이용으로 개발된 부품이라서 종류가 많지 않고 구조도 많이 다르고 안정성을 고려해서 크기도 작다.

1. 압축기/펌프

레고 공기압 세트에서는 압축기 역할을 할 수 있도록 수동 펌프를 사용한다.
(컴프레셔(압축기) : 대기 상태의 공기를 흡입하여 압축하는 기기)
수동으로 작동하기 쉽게 만들어진 대형 펌프다.

대형펌프

 
 
 
레고 전용 모터를 연결하고 모터가 회전하면서 자동으로 펌핑할 수 있도록 만들어진 미니(소형) 펌프다.

미니펌프

2. 에어실린더

에어실린더 : 유체에너지(공기압)를 이용하여 기계적 일을 하는 기기

일반적으로 에어실린더는 아래 그림과 같이 조이거나 밀거나(또는 당기거나) 들어 올리는 것처럼 직선운동이 필요한 곳에 사용하고 구조에 따라 크게 복동실린더와 단동실린더로 나뉜다.

 

1) 복동실린더 : 직선운동(전진, 후진)에서 양방향 모두 공기압에 의해 작동되는 실린더

레고 공기압 키트에는 크기가 다른 2종류의 복동실린더가 포함되어 있다. 다음 이미지는 작은 복동실린더다. 외형을 보면 압축공기가 들어가고 나가는 포트가 양쪽에 2개 있다.

복동실린더

 

2) 단동실린더 : 직선운동(전진, 후진)에서 어느 한쪽 방향만 공기압에 의해 작동되는 실린더

레고 공기압 세트에는 위의 복동 실린더처럼 실제 구동용으로 사용할 수 있는 단동실린더는 세트에 포함되어 있지 않다. 한쪽 방향은 압축공기에 의해 작동하고 다른 한쪽은 스프링에 의해 작동(복귀)된다. 따라서  압축공기가 들어가고 나가는 포트가 1개만 있다. 참고로 압축기로 사용 중인 대형 펌프의 경우 단동실린더처럼 스프링에 의해 복귀된다.

3. 핸드 밸브

핸드 밸브 : 손으로 스위치를 전환해서 공기의 흐름을 바꾸어 에어실린더의 전진, 후진 동작을 제어함

 

핸드 밸브

 
겉으로 보기에는 튜브를 연결하는 포트가 3개라서 3포트 핸드 밸브 같은데, 조립 설명서를 보면 이 핸들 밸브 1개로 복동 실린더를 작동하고 있다. 따라서 4포트 핸드 밸브(또는 5포트 핸드 밸브)로 판단된다. 보이지 않는 1개(또는 2개)의 배기 포트는 핸드 밸브 몸체 안에 있다고 생각하면 된다.
 
복동실린더 1개를 제어하려면 4포트(또는 5포트) 밸브 1개,  또는 3포트 밸브 2개가 필요하다. 단동실린더 1개를 제어하려면 3포트 밸브 1개만 필요하다. 
 
아래의 그림은 4포트 밸브와 복동실린더를 연결한 에어 회로도다.

복동실린더를 작동시키는 에어 회로도

 
왼쪽 그림의 경우,
입구(P포트)로 들어오는 파란색으로 표시된 압축공기는 B포트를 통해 복동실린더의 오른쪽으로 흘러가고, 이때 실린더는 후진하고 실린더 왼쪽에 차 있던 압축공기(흰색으로 표시)는 A포트를 통해 배기포트로 배기된다.
 
밸브의 위치가 수동 또는 전동으로 전환되면 오른쪽 그림과 같이 된다.
 
오른쪽 그림의 경우,
압축공기의 흐름이 전환되어 입구(P포트)로 들어오는 파란색으로 표시된 압축공기는 A포트를 통해 복동실린더 왼쪽으로 흘러가고, 이때 실린더는 전진하고 실리더 오른쪽에 차 있던 압축공기(흰색으로 표시)는 B포트를 통해 배기포트로 배기된다.
 

4. 압력 게이지

압력 게이지 : 압축된 공기의 압력을 측정하는 기기

단순히 현재 압축공기의 압력을 게이지 압력으로 보여준다.
 
절대압력=게이지압력+대기압
게이지압력=절대압력-대기압
 
원하는 압력을 설정하고 설정된 압력에 도달시 출력신호를 발생하는 센서 기능이 없는 단순한 압력 게이지다.

압력 게이지

5. 에어탱크

에어탱크 : 압축공기를 저장하고 맥동을 방지하는 기기

에어실린더는 밸브를 통해 배기되며 압축된 공기를 소비한다. 만약 소비되는 압축공기의 양이 압축기가 생산하는 양을 초과하면 압축공기가 부족해질 수 있다. 이를 방지하기 위해 에어탱크에 압축공기를 일정량 저장해 두면, 에어실린더의 소비량이 급격히 변동하더라도 공기압력과 유량의 변동 없이 압축공기를 안정적으로 공급할 수 있다.

 

에어탱크

6. 튜브

튜브 : 압축공기가 흘러가는 배관

레고 공기압 세트는 사용자의 안전을 고려해서 지름 1mm의 미니 튜브 배관을 사용한다. 튜브의 단면적이 작기 때문에 압축공기의 유량이 작고 이로 인해 실린더의 속도 또한 그만큼 느리게 작동하게 된다.

튜브

7. 피팅

피팅 : 튜브와 공기압 기기를 연결하는 소형 부품

피팅의 종류는 많지만 레고 공기압 키트에는 T형 피팅 1가지 종류만 포함되어 있다.

피팅

 

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위에서 소개한 공기압 부품들을 LEGO Technic 시리즈의 다양한 모델에 활용하면, 압축공기로 움직이는 기계 모델을 손쉽게 구현할 수 있다. 이를 통해 공기압 시스템의 작동 방식을 이해하고, 문제 해결 능력과 창의력을 향상시킬 수 있다.
 
현재 이 세트는 단종되어 새 제품을 구하기 어려울 수 있으며, 중고 시장에서 거래되고 있다.  

LEGO 9641 Pneumatics Add-on Set Parts List