KR100563869B1 - 고무시트 제조방법 및 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고무시트의 제조에 관한 것으로, 그 목적은 실시간으로 정확한 두께 제어를 통해 두께편차가 일정한 고무시트를 제조하는데 있다.

본 발명에서는 혼련기(10)에서 배합원료를 혼합한 후, 상기 혼합된 배합원료 고무를 한 쌍의 압출롤(21, 22) 사이로 압출한다. 상기 한 쌍의 압출롤(21, 22) 사이로 배합원료 고무를 압출하는 동안, 한 쌍의 압출롤(21, 22) 중 하부압출롤(22)의 아래에 배치된 로드셀(31)에 의해 상기 하부압출롤(22)에 가해지는 중량을 측정한다. 이 측정된 중량값은 변환기(32)를 통해 전기적 신호로 변환되고, 이 전기적 신호를 이용하여 비례미적분 제어기(33)에서 실시간으로 압출롤(21, 22)의 속도를 제어하면서 압출하여 고무시트(S)를 제조한다.

이러한 방법에 따르면, 압출기 호퍼 내부에 레벨 센서를 부착하여 시트 두께를 제어하는 종래기술과는 달리, 유지 보수가 용이하고, 위험 부담도 적으며, 고장시 경제적인 손실을 줄이면서 원하는 시트의 두께를 일정하게 유지하면서 고무시트(S)를 제조할 수 있다.

압출, 배합원료, 고무, 비례미적분, 시트

Description

고무시트 제조방법 및 제조장치{Method and Apparatus for Manufacturing Rubber Sheets}

도 1은, 종래의 고무시트 제조장치의 구성도이다.

도 2는, 본 발명의 고무시트 제조장치의 구성도이다.

도 3은, 본 발명의 비례미적분 제어 패턴을 도시한 그래프이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 ..... 혼련기

20 ..... 압출기

21, 22 ..... 압출롤

23 ..... 스크류(Screw)

30 .... 제어부

31 ..... 로드셀(Load Cell)

32 ..... 변환기(Transducer)

33 ..... 비례미적분 제어기(Proportional Derivative Integral Controller)

34 ..... 컴퓨터

S ..... 고무시트

본 발명은 고무시트의 제조에 관한 것으로, 더 자세하게는 실시간으로 정확한 두께 제어를 통해 두께편차가 일정한 고무시트를 제조할 수 있는 방법 및 이에 이용되는 장치에 관한 것이다.

일반적으로 타이어의 제조공정은 각종 원료 고무에 카본블랙이나 약품 등을 혼합하여 배합원료를 만드는 정련공정과, 상기 정련공정에서 배합된 원료를 이용하여 타이어 반제품을 형성하는 압출공정과, 이 압출된 반제품 등을 조립하는 성형공정 및 성형된 그린타이어를 가류하는 가류공정 등을 통하여 이루어진다.

이러한 일련의 제조공정 중 상기 정련과 압출공정은 고무시트를 제조하기 위한 공정으로, 도 1과 같은 고무시트 제조장치에서 행해진다. 상기 고무시트 제조장치는, 크게 벤버리 혼련기(Banbury Mixer, 10)와 압출기(20)를 포함하여 구성된다.

상기 혼련기(10)는 저장호퍼(13)와, 상기 저장호퍼(13) 내로 원료를 보내는 피스톤(12)과, 상기 저장호퍼(13)의 하부에 위치한 회전날개(11) 및 회전날개(11)의 아래에 위치한 배출구(14)로 구성되어 있다.

또한, 상기 압출기(20)는 한 쌍의 압출롤(Sheeting Mill, 21, 22)과, 상기 압출롤의 선단에 위치한 스크류(Screw, 23)와, 상기 스크류(23)의 위쪽에 설치된 호퍼(24)로 구성되어 있다.

이러한 제조장치에서의 고무시트 제조는 하기와 같은 순서로 이루어진다. 먼저, 배합장치인 혼련기(10)에서 원료배합이 완료된 후, 이 배합이 완료된 고무가 혼련기(10)의 배출구(14)를 통해 호퍼(24)를 거쳐 스크류(23)에 의해 압출되어 일정하게 회전하고 있는 압출롤(Sheeting Mill, 21, 22)을 통과하면서 시트(S)로 제작된다. 이때, 시트 두께를 원하는 치수로 유지하기 위해서는 통상적으로 압출기의 스크류(23) 속도와 압출롤(21, 22)의 속도를 설정한다.

구체적으로, 종래에는 압출기(20)의 호퍼(24) 내부에 레벨 센서(Level Sensor, 25)를 부착하여 각각의 레벨에 대해 압출기 스크류(23) 및 압출롤(21, 22)의 속도를 연계하여 제어하였다. 즉, 압출기 호퍼(24) 내부에 고무의 양이 많으면 압출기 스크류(23) 및 압출롤(21, 22)의 속도를 빠르게 하고, 양이 적으면 압출기 스크류(23) 및 압출롤(21, 22)의 속도를 느리게 하여 압출롤(21, 22)에 미치는 압력을 간접적으로 제어함으로써, 시트의 두께를 일정하게 유지하였다.

그러나, 이러한 종래의 고무시트 제조방법은, 압출기 내의 고무가 너무 많은 경우에 압출롤에 미치는 압력이 너무 크게 되어 두개의 쌍으로 이루어진 압출롤(21, 22) 사이가 벌어짐으로 인해 시트의 두께가 두꺼워지게 되고, 압출기 내의 고무가 너무 적은 경우에 압출롤(21, 22)에 미치는 압력이 적어 압출롤 사이가 좁아져서 시트의 두께가 너무 얇아져서 끊어지거나 투입량의 불균일로 인해 정상적인 시트 모형을 갖을 수 없게 되었다.

또한, 압출기 호퍼(24) 내부에 부착된 레벨 센서(25)를 이용하여 시트 두께를 제어할 때, 레벨 센서(25)의 반사판이 고무나 기타 이물질에 의해 오염이 되어 레벨 센서의 오작동으로 인해서도 문제가 발생하곤 하였다. 이 때문에, 레벨 센서(25)의 반사판을 청소하기 위해서는 사용자가 직접 압출기 호퍼(24) 내부로 들어가서 처리해야 하므로, 작업에 상당한 위험 부담이 따르고, 일시적으로 혼련기(10)의 작동을 중지함에 따라 생산성도 하락하는 일이 빈번하였다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 그 목적은 실시간으로 비례미적분 제어(Proportional Derivative Integral Control)함으로써, 시트의 두께를 일정하게 유지할 수 있는 고무시트의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기한 고무시트 제조방법에 적합한 제조장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적 달성을 위한 본 발명의 고무시트 제조방법은, 배합원료 고무를 한 쌍의 압출롤 사이로 압출하여 고무시트를 제조하는 방법에 있어서, 배합원료 고무를 한 쌍의 압출롤 사이로 압출하는 단계; 상기 한 쌍의 압출롤 중 하부압출롤의 중량을 측정하는 단계; 상기 하부압출롤의 중량값을 전기적 신호로 변환하는 단계; 및 상기 전기적 신호를 이용하여 비례미적분에 의해 상기 압출롤의 속도를 제어하는 단계를 포함하여 구성된다.

또한, 상기 고무시트를 제조하기 위한 본 발명의 제조장치는, 고무원료를 배합하는 혼련기와, 상기 혼련기에서 배합된 고무를 압출하는 압출기를 포함하여 구성되는 고무시트의 제조장치에 있어서, 상기 압출기의 하부압출롤에 걸리는 중량을 측정하도록 상기 하부압출롤의 아래쪽에 배치된 로드셀(Load Cell)과, 상기 로드셀 에서 측정된 중량값을 전기적 신호로 변환하기 위한 변환기(Transducer)와, 상기 변환기의 신호를 받아 상기 압출롤의 속도를 제어하는 비례미적분 제어기(Proportional Derivative Integral Controller)와, 상기 비례미적분 제어기에 의해 상기 압출롤의 속도 제어 상황을 실시간으로 보여주는 컴퓨터를 포함하여 구성된다.

먼저, 본 발명의 고무시트의 제조장치에 대하여 도면을 통하여 상세히 설명한다.

도 2는, 본 발명에 적합한 고무시트의 제조장치에 대한 구성도를 도시하고 있다. 본 발명에 따른 고무시트의 제조장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 고무원료를 배합하는 혼련기(10)와, 상기 혼련기에서 배합된 고무를 압출하는 압출기(20) 및 고무시트의 압출속도를 조절하기 위한 제어부(30)를 포함하여 구성된다.

상기 혼련기(10)는 종래의 벤버리 혼련기 등을 사용하여도 무방하며, 또한, 상기 압출기(20)는 종래의 압출기를 사용할 수 있다. 그러나, 종래의 제조장치에서는 압출기의 호퍼(24) 내부에 레벨 센서(25)가 부착되어 있는 반면, 본 발명의 제조장치(100)에서는 상기 압출기(20)의 압출롤(21, 22)의 속도를 다른 방식으로 제어할 수 있는 제어부(30)가 설치된다.

본 발명에서 상기 제어부(30)는, 상기 압출기(20)의 하부압출롤(22)에 걸리는 중량을 측정하도록 상기 하부압출롤(22)의 아래쪽에 배치된 로드셀(31)과, 상기 로드셀(31)에서 측정된 중량값을 전기적 신호로 변환하기 위한 변환기(32)와, 상기 변환기(32)의 신호를 받아 상기 압출롤(22)의 속도를 제어하는 비례미적분 제어기(PID, 33) 및 상기 비례미적분 제어기(33)에 의해 상기 압출롤(22)의 속도 제어 상황을 실시간으로 보여주는 컴퓨터(34)를 포함하여 구성된다.

상기한 제조장치(100)를 이용하여 고무시트를 제조하는 방법을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 상기 제조장치(100)의 혼련기(10)에서 배합원료를 혼합한 후, 상기 혼합된 배합원료 고무를 한 쌍의 압출롤(21, 22) 사이로 압출한다. 이때, 상기 한 쌍의 압출롤(21, 22) 사이로 배합원료 고무를 압출하는 동안, 한 쌍의 압출롤(21, 22) 중 하부압출롤(22)의 아래에 배치된 로드셀(31)에 의해 상기 하부압출롤(22)에 가해지는 중량을 측정한다.

이 측정된 중량값은 변환기(32)를 통해 전기적 신호로 변환되고, 이 전기적 신호를 이용하여 비례미적분 제어기(33)에서 실시간으로 압출롤(21, 22)의 속도를 제어하면서 압출하여 고무시트(S)를 제조한다.

여기서, 상기 비례미적분 제어기(33)에서의 상기 압출롤(21, 22)의 속도 제어는 미리 하부압출롤(22)에 대한 기준중량값을 설정한 후, 이 기준중량값과 하부압출롤(22)의 실제 측정된 중량값을 비교한 다음, 상기 실제 측정된 중량값이 기준중량값에 같아지도록 전기적 신호를 제어하는 것으로 달성된다.

도 3은 이러한 제어패턴의 일례를 보이고 있다. 즉, 본 발명에서의 압출롤 속도 제어는 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 제어기(33)에 수신된 중량값을 기준 중량값과 비교하여 기준중량값과 같아 질 수 있도록 상기 압출롤(21, 22)의 속도를 조절하고, 안전을 위해 중량값이 너무 높거나 너무 낮을 때, 각각 상한값과 하한값 을 설정하여 이 상한값과 하한값에 중량변화곡선이 도달하면, 압출롤(21, 22)의 작동을 멈춘다. 이 경우 혼련기(10)의 작동과는 관계가 없다. 예컨대, 현재 중량을 기준중량값에 일치시키기 위해서 중량이 기준값보다 "+" 쪽으로 갈수록 압출롤(21, 22)의 회전속도가 빨라져서 중량을 "-" 쪽으로 유도하고, 중량이 기준값보다 "-" 쪽으로 갈수록 압출롤(21, 22)의 회전속도가 느려져 중량을 "+" 쪽으로 유도한다. 이러한 실시간 비례미적분 제어를 통해 압출롤의 속도를 제어하면, 일정한 두께를 가지는 시트(S)를 압출할 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압출기 호퍼 내부에 레벨 센서를 부착하여 시트 두께를 제어하는 종래기술과는 달리, 유지 보수가 용이하고, 위험 부담도 적으며, 고장시 경제적인 손실을 줄이면서 원하는 시트의 두께를 일정하게 유지하면서 고무시트를 제조할 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 배합원료 고무를 한 쌍의 압출롤(21, 22) 사이로 압출하여 고무시트를 제조하는 방법에 있어서,

   배합원료 고무를 상기 한 쌍의 압출롤(21, 22) 사이로 압출하는 단계;

   상기 한 쌍의 압출롤(21, 22) 중 하부압출롤(22)의 중량을 측정하는 단계;

   상기 하부압출롤(22)의 중량값을 전기적 신호로 변환하는 단계; 및

   상기 전기적 신호를 이용하여 비례미적분에 의해 압출롤(21, 22)의 속도를 제어하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고무시트의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 압출롤(21, 22)의 속도는 하부압출롤(22)에 대한 기준중량값을 설정한 후, 이 기준중량값과 하부압출롤(22)의 실제 측정된 중량값을 비교한 다음, 상기 실제 측정된 중량값이 기준중량값에 같아지도록 전기적 신호를 비례미적분 제어하는 것을 특징으로 하는 고무시트의 제조방법.
3. 고무원료를 배합하는 혼련기(10)와, 상기 혼련기에서 배합된 고무를 압출하는 압출기(20)를 포함하여 구성되는 고무시트의 제조장치에 있어서,

   상기 압출기(20)의 하부압출롤(22)에 걸리는 중량을 측정하도록 상기 하부압출롤(22)의 아래쪽에 배치된 로드셀(31)과,

   상기 로드셀(31)에서 측정된 중량값을 전기적 신호로 변환하기 위한 변환기(32)와,

   상기 변환기(32)의 신호를 받아 상기 하부압출롤(22)의 속도를 제어하는 비례미적분 제어기(PID, 33)와,

   상기 비례미적분 제어기(33)에 의해 상기 하부압출롤(22)의 속도 제어 상황을 실시간으로 보여주는 컴퓨터(34)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고무시트의 제조장치.

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