필라멘트 와인딩 카본 림, 저희가 발명했습니다.
Venn 림은 풍동, 슈퍼컴퓨터, 가동식 다분할 금형에서 탄생합니다. 그 바탕이 된 작업과 직접 확인할 수 있는 수치를 소개합니다.
풍동 안에서: 연기와 레이저가 Velocite 바이크 주변의 공기 흐름을 그려 냅니다
- 2015최초의 필라멘트 와인딩 자전거 림, Eurobike Award 수상
- 10수상 및 영예: 독일, 벨기에, 대만 심사위원단 선정
- 150J다운힐 림의 충격 합격 기준. 로드, 그래블, XC는 100 J이며, UCI 요구치는 40 J입니다
- 5년모든 Venn 림의 보증 기간
Venn 림에 담긴 엔지니어링
2015년부터 쉼 없이 이어 온 개발2015년부터 쉼 없이 이어 온 개발: 최초의 필라멘트 와인딩 자전거 림, 특허받은 공법, 유한요소해석으로 최적화한 적층, 알고리즘이 찾아낸 프로파일, 그리고 오늘날의 림까지. 각 단계를 당시의 사진과 도면으로 날짜와 함께 소개합니다.
섬유 방향으로 강합니다
카본 림은 지름 5~7 µm의 카본 필라멘트를 수지로 결합한 것입니다. 적층은 섬유 방향으로 당길 때가 섬유를 가로질러 당길 때보다 훨씬 강합니다. 가로 방향에서는 수지만 버티기 때문입니다.
그래서 림의 품질은 섬유가 어디로 지나고 어디서 끝나는지에 달려 있습니다. 섬유가 끝나는 곳마다 하중은 수지를 건너 다음 섬유로 넘어가야 합니다. 적층 설계란 하중이 흐르는 곳에 섬유를 놓는 일이며, Venn의 작업도 여기서 시작되었습니다.
최초의 필라멘트 와인딩 자전거 림
저희는 2015년 최초의 필라멘트 와인딩 자전거 림인 Venn Rev 35를 선보였습니다. 출시한 해에 Eurobike Award, Taipei Cycle d&i award, Golden Pin Design Award를 수상했습니다.
저희가 특허를 받은 공법
저희가 보유했던 특허 TW I607894(2016년 출원, 2017년 등록, 발명자 Victor Major)는 이 공법을 와인딩, 절단, 접기, 접합, 성형의 5단계로 규정했습니다. 아래 도면은 특허에 실린 그대로입니다.
유한요소해석으로 설계한 Var 507 적층
Var 507에서는 림을 4개 부분으로 나누고, 나머지 부분을 고정한 채 유한요소해석으로 각 부분의 적층을 차례로 최적화했습니다. 해석 모델은 먼저 시험 데이터와 대조해 검증했습니다. 같은 해 Venn 필라멘트 와인딩 림은 Flanders Bike Valley Start-up Innovation Award를 수상했습니다.
- 적층이 허용하는 곳은 대칭으로휠이 휘어질 때 비틀리지 않도록 합니다.
- 균형 적층각도를 준 모든 층에는 대칭되는 짝이 있어, 림이 늘어날 때 전단 변형이 생기지 않습니다.
- 한 방향으로 두껍게 몰지 않습니다같은 방향의 층은 적층 전체에 나눠 배치하고, 그 사이에 각도를 준 층을 넣어 균열을 막습니다.
알고리즘으로 설계한 Var 77 프로파일
Var 77은 알고리즘으로 설계한 최초의 림 프로파일입니다. 대만 국립성공대학교와 함께 CFD 솔버를 구동하는 유전 알고리즘으로 675개의 프로파일을 생성했고, 그중 가장 뛰어난 프로파일로 금형을 제작했습니다. 와인딩 경로는 소프트웨어로 설계했습니다.
와인딩 영상
2023년 와인딩 영상의 스틸 컷.
오늘날의 림
모든 Venn 림은 ETRTO 규격에 맞춰 만들며, 모든 모델은 판매 전에 같은 시험 프로그램을 거칩니다. 충격 합격 기준은 로드, 그래블, XC 100 J, 다운힐 150 J입니다. UCI 요구치는 40 J입니다.
성형 스포크 홀, 잘린 섬유 없음
Venn 420, 520, 440, 540, 620A TCD UL의 스포크 홀은 경화 후 드릴로 뚫지 않고, 허브 플랜지를 향한 각도로 성형합니다. 섬유는 홀에서 끝나지 않고 각 홀을 돌아 지나갑니다.
모든 제품 페이지의 사양에 휠 조립에 필요한 ERD, 홀 옵션, 치수를 표기했습니다.
측정할 수 있는 품질
흠 없는 림 벽을 만드는 성형카본 림의 품질은 림 벽이 결정하고, 표면의 매끄러움은 림을 성형하는 금형 면이 결정합니다.
필라멘트 와인딩 Var 림을 제외하고, 오늘날 만드는 모든 Venn 림은 높은 수준으로 마감한 접촉면을 갖춘 가동식 다분할 금형에서 성형합니다. 카본은 금형에 들어가기 전에 정확하게 적층해 넷 셰이프로 예비 성형하므로, 섬유의 위치를 우연에 맡기는 일이 없습니다. 이러한 금형과 예비 성형은 항공우주 분야에서는 일반적이지만, 림 제작에서는 표준이 아닙니다.
모든 경화는 압력과 온도 사이클을 제어하며 진행합니다. 덕분에 적층이 완전히 다져지고 수지가 필요한 곳으로 흘러, 림 벽은 보이드와 표면 결함이 사실상 없이 완성되며 무언가를 가릴 클리어 코트도 필요 없습니다.
- ETRTOETRTO 규격에 맞춰 제작합니다.
- 충격합격 기준은 로드, 그래블, XC 100 J, 올마운틴 130 J, 다운힐 150 J입니다. UCI 휠 시험의 요구치는 40 J입니다.
- 무게29인치와 700c 림은 표기 무게의 ±15 g 이내입니다.
- 검사발송 전에 검사합니다.
모든 것이 시작된 곳
2015년 Venn 팀은 최초의 필라멘트 와인딩 자전거 림을 만들어 Eurobike Award를 수상했고, 이후 대만은 이 공법에 특허를 부여했습니다(TW I607894 및 TW I634964, 보유). 와인딩은 당시의 최첨단 기술이었습니다. 그 과정에서 섬유, 수지, 금형에 대해 배운 것이 오늘날 모든 림을 판단하는 기준입니다.
수상 및 영예
2010년 이후 수상 및 영예 10건독일, 벨기에, 대만의 심사위원단이 디자인, 혁신, 제조 기술 분야에서 저희 작업을 인정했습니다. 복합재 업계는 이를 선보여 달라며 저희를 초청했습니다.
필라멘트 와인딩 카본 림
재단한 시트를 손으로 적층하는 대신 연속 섬유를 림 프로파일에 감아 만든 공로로 받았습니다. 자전거 림 최초입니다.
Venn Rev 35
같은 림이 출시한 해에 아시아 최대 자전거 전시회에서도 수상했습니다.
Venn Rev 35
대만을 대표하는 디자인상으로, 필라멘트 와인딩 시대를 연 림에 수여되었습니다.
Start-up Innovation Award
이 부문 최초의 상으로, 코르트레이크에서 열린 Velofollies에서 Venn 필라멘트 와인딩 림에 수여되었습니다.
Velocite Helios Aero
자전거 부문에서 iF Design 및 Taipei Cycle d&i 통합 어워드를 수상한 에어로 프레임입니다.
National Entrepreneurship Award
지원자 80곳 중 선정된 10곳 가운데 하나였으며, 2011년에는 Taiwan Excellent Enterprise Quality Award도 수상했습니다.
복합재 업계의 초청
JEC Asia 2019에서 JEC Group은 복합재 공정 분야의 선구적인 작업으로 Velocite를 조명했습니다. Victor Major는 열가소성 복합재의 발전과 업계가 답해야 할 과제인 생산량 확대, 구조물의 재활용성 확보에 대해 발표했습니다.
림으로 이어지는 연구
모든 Venn 림은 스타일링이 아니라 엔지니어링 과제에서 출발합니다. 저희는 대학, 연구 기관, 소재 기업과 협력하며, 그 결과는 곧바로 적층에 반영됩니다.
역할에 맞춰 고른 섬유
- Toray T1100초고강도 섬유로, 저희 최신 림 적층에 사용합니다
- Toray T800주요 구조재: 높은 강도와 강성
- Toray T700S인성과 충격 저항성이 중요한 곳에 사용합니다
- 고탄성무게를 늘리지 않고 필요한 곳에 강성을 더합니다
계산하고, 측정으로 입증한 공기역학
저희는 전산유체역학으로 자체 프로파일을 설계하고 풍동에서 입증합니다. 크고 작은 자전거 브랜드와 OEM 림 공장도 같은 연구를 각자의 제품에 활용해 왔습니다.
- 라이더를 위한 설계측풍 속 핸들링은 직선 구간의 공기 저항만큼 중요합니다.
- 종목별 프로파일로드, 그래블, MTB 림은 각각 타이어와 속도에 맞는 형상을 갖습니다.
- 풍동에서 검증먼저 시뮬레이션하고, 그다음 실제 휠로 측정합니다.
모든 조건에서 사실상 양력 제로
Var 507의 목표는 어느 한 풍동 세팅에서 최저 공기 저항 수치를 내는 것이 결코 아니었습니다. 프로파일이 공기역학적 중심을 액슬 바로 뒤에 두어, 돌풍이나 지나가는 차량의 영향이 핸들바로 사실상 전달되지 않습니다.
알고리즘으로 설계한 최초의 림 프로파일
대만 국립성공대학교와 함께 CFD 솔버를 구동하는 유전 알고리즘으로 675개의 프로파일을 생성했습니다. 저희가 고정한 값은 타이어(25 mm), 림 높이(77 mm), 최대 폭(30 mm, 이 제한이 없으면 최적값은 42 mm 폭이었습니다)뿐입니다. 형상 자체는 자유롭게 두었습니다. 오목하거나 불룩한 후보도 손대지 않고 탐색에 남겼으며, 그중 하나가 가장 빨랐다면 그대로 만들었을 것입니다. 이후 상위 후보를 3D로 모델링해 휠 전체로 시뮬레이션했고, 가장 뛰어난 프로파일로 금형을 제작했습니다. 이전에 이런 방식으로 설계된 자전거 림은 없었습니다.
수치로 보는 품질 관리
모든 Venn 림 모델은 판매 전에 같은 시험 프로그램을 거칩니다. 달라지는 것은 얼마나 세게 때리느냐뿐입니다.
나머지 시험 프로그램과 결과
Venn 520 TCD UL 휠셋 시험 자료에서 가져온 예시입니다:
| 시험 | 결과 |
|---|---|
| 피로 시험 | 시험 장비에서 596 km, 약 1,000,000 사이클: 균열, 부풀음, 스포크 이탈 없음 |
| 주행 런아웃 | 4시간, 130 km 연속 주행: 뒷바퀴 런아웃 0.1 mm 이내 |
| 스포크 홀 강도 | 모든 홀이 합격 기준 300 kgf 초과 |
| 측면 강성 | 133 kgf/mm (53.2 kgf에서 0.40 mm) |
| 타이어 유지력 | 120 psi로 8시간 유지, 평탄도와 변형 모두 허용치 이내 |
| 내열 | 80 °C에서 110 psi: 림 폭 변화 0.05 mm |
| 휠 빌딩 | 120 psi 튜브리스 공기 주입 전후 평탄도 0.15~0.18 mm, 진원도 0.20~0.22 mm |
- 그래블 림도 마찬가지입니다Venn 440 TCD UL은 평탄도 0.18 mm, 진원도 0.19 mm를 기록했고, 측면 하중 5 kg에서 변형량은 허용치 5 mm에 못 미치는 4 mm 미만이었습니다.
- 림 5년 보증이 뒷받침합니다완성 휠은 2년입니다.
열을 견디는 림 브레이크 림
저희 림 브레이크 모델은 맞춤형 고유리전이온도(Tg) 수지를 사용합니다. 좋은 패드와 잘 조정된 브레이크를 쓸 때, 이 수지는 긴 내리막의 강한 제동에서 통상 발생하는 온도를 크게 웃도는 온도까지 강성을 유지합니다. 현재의 림 브레이크 림은 Tg 250 °C입니다(데이터 보유).
- 약 216 °C저장 탄성률 개시점: 강성이 떨어지기 시작하는 지점
- 약 236 °C손실 탄성률 피크
- 약 240 °C탄젠트 델타 피크. 일반적으로 Tg로 표기하는 수치입니다
