KR101493275B1 - 가류 블래더 수명 예측장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 그린타이어 가류시 사용되는 가류 블래더 수명 예측장치에 관한 것으로, 특히 가류 블래더의 고무 개발시 고무 자체를 이용하여 직접적으로 보다 정확한 수명 예측을 평가할 수 있는 가류 블래더 수명 예측장치에 관한 것이다.
이를 위해 개발되는 가류 블래더의 수명을 예측 평가하는 장치에 있어서, 공기 공급배관(1)과 벤트배관(2)이 연통된 상부 챔버(3)와, 증기 공급배관(4)이 연결되고 증기 배출배관(5)과 진공배관(6)이 연통된 하부 챔버(7), 상기 상하부 챔버(3,7) 사이에 배치되는 고정 플랜지(8), 상기 고정 플랜지(8)에 고정되면서 상부 챔버(3)와 하부 챔버(7) 사이에 배치되는 평가용 블래더 고무시편(9) 및, 상기 상부 챔버(3)의 상단 연결구(10)를 관통하여 체결부(11)로 고정된 지지봉(12)을 갖춘 평가용 실린더(13)로 이루어지되, 상기 평가용 실린더(13)는 시편 체결부(14)를 이용하여 블래더 고무시편(9)의 평가용 실린더 연결구멍(15)을 관통하여 고정 장착되고, 상기 평가용 실린더(13)의 지지봉(12)은 하부 챔버(7)에서 증기누출 방지씰(16)을 이용하여 실린더 고정용 지지대(17)에 연결 장착되는 구조로 되어 있다.

Description

가류 블래더 수명 예측장치{Curing bladder life cycle prediction tester}

본 발명은 그린타이어 가류시 사용되는 가류 블래더 수명 예측장치에 관한 것으로, 특히 가류 블래더의 고무 개발시 고무 자체를 이용하여 직접적으로 보다 정확한 수명 예측을 평가할 수 있는 가류 블래더 수명 예측장치에 관한 것이다.

가류 블래더는 타이어의 가류공정시 성형공정에서 완성된 그린타이어를 가류 몰드(Mold) 내에 넣어 내측 및 외측에 열과 압력증기를 가하여 팽창시키어 가류되는 그린타이어를 가류몰드 측으로 밀어주는 역할을 수행하는바, 이러한 블래더의 수명은 통상적으로 하나의 블래더를 이용하여 가류시킨 타이어의 수량으로 정리된다.

따라서 블래더의 사용기간이 길어지게 되면, 열이나 압력, 수분 등에 의해 블래더의 표면에 크랙(Crack)이나 파열 및 균열이 발생하게 될 때 사용을 중지하게 된다.

이러한 블래더의 현상을 단순히 인장강도 내지 경도 등의 기계적 물성의 측정으로는 예측이 어렵기 때문에 개발되는 블래더의 수명 예측을 실제 블래더를 만들어서 타이어 가류공정에 투입하여 사용하면서 파손되는 시점을 평균하여 추정하게 되기 때문에, 종래에는 최종적인 결과를 얻기까지 시간이 많이 걸리는 단점이 있고, 또한 블래더 불량시 제조된 타이어를 모두 불량품으로 처리해야 하는 문제점도 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로, 블래더 고무 개발시 고무 자체를 이용하여 직접적으로 신속하고 정확한 수명을 예측 평가할 수 있는 가류 블래더 수명 예측장치를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은 공기 공급배관과 벤트배관이 연통된 상부 챔버와, 증기 공급배관이 연결되고 증기 배출배관과 진공배관이 연통된 하부 챔버, 상기 상하부 챔버 사이에 배치된 고정 플랜지, 상기 고정 플랜지에 고정되면서 상부 챔버와 하부 챔버 사이에 배치되는 평가용 블래더 고무시편 및, 상기 상부 챔버의 상단 연결구를 관통하여 체결부로 고정된 지지봉을 갖춘 평가용 실린더로 이루어지되, 상기 평가용 실린더는 시편 체결부를 이용하여 블래더 고무시편의 평가용 실린더 연결구멍에 고정 장착되고, 상기 평가용 실린더의 지지봉은 하부 챔버에서 증기누출 방지씰을 이용하여 실린더 고정용 지지대에 연결 장착되어 있다.

그리고 상기 평가용 실린더의 지지봉 상단부는 평가 회수 적산계와 장착 브라켓트를 매개로 연결되어 있다.

이러한 본 발명에 따른 가류 블래더 수명 예측장치는 가류 블래더 고무 개발단계시 상기 블래더 고무 자체와 소량의 시편을 이용하여 상하부 챔버 내에서 직접적으로 신속하고 정확한 수명을 예측 평가할 수 있기에 가류 블래더의 수명 예측에 필요한 시간과 비용절감의 효과를 갖도록 되어 있다.

도 1은 본 발명에 가류 블래더 수명 예측장치의 전체 구성도,
도 2와 도 3은 본 발명의 부분 확대도들,
도 4 (A) ~ (D)는 본 발명의 작동상태를 보여주는 작동 설명도,
도 5와 도 6은 본 발명에 따른 가류 블래더 수명 예측장치의 작동상태 흐름도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 가류 블래더 수명 예측장치의 전체 구성도이고, 도 2와 도 3은 본 발명의 요부 확대도들이다.

본 발명은 개발되는 가류 블래더의 수명을 예측 평가하는 장치에 있어서, 공기 공급배관(1)과 벤트배관(2)이 연통된 상부 챔버(3)와, 증기 공급배관(4)이 연결되고 증기 배출배관(5)과 진공배관(6)이 연통된 하부 챔버(7), 상기 상하부 챔버(3,7) 사이에 배치되는 고정 플랜지(8), 상기 고정 플랜지(8)에 고정되면서 상부 챔버(3)와 하부 챔버(7) 사이에 배치되는 평가용 블래더 고무시편(9) 및, 상기 상부 챔버(3)의 상단 연결구(10)를 관통하여 체결부(11)로 고정된 지지봉(12)을 갖춘 평가용 실린더(13)로 이루어지되, 상기 평가용 실린더(13)는 시편 체결부(14)를 이용하여 블래더 고무시편(9)의 평가용 실린더 연결구멍(15)을 관통하여 고정 장착되고, 상기 평가용 실린더(13)의 지지봉(12)은 하부 챔버(7)에서 증기누출 방지씰(16)을 이용하여 실린더 고정용 지지대(17)에 연결 장착되어 있다.

여기서 상기 평가용 실린더(13)의 지지봉(12) 상단부는 수명 예측을 위한 평가 회수 적산계(18)와 장착 브라켓트(19)를 매개로 연결되어 있으며, 상기 상부 챔버(3)의 중간부위에는 내부온도를 측정하는 측정 온도계(20)가 설치되어 있다.

그리고 상기 상하부 챔버(3,7) 사이에 위치한 고정 플랜지(8)에는 평가용 실린더(13)의 지지봉(12)이 관통되어 상기 상하부 챔버(3,7) 내에 설치되는 평가하는 블래더 고무시편(9)의 챔버 체결용 날개(21)가 고정되는 구조로 되어 있다.

이와 같은 구성으로 이루어진 본 발명에서 블래더 고무시편(9)의 수명평가를 수행하기 위해서 먼저 상기 블래더 고무시편(9)을 상하부 챔버(3,7) 사이에 체결한 다음, 실제 타이어 가류조건과 동일한 온도, 압력조건을 만족하도록 배관들을 조절하도록 되어 있다.

상기 상하부 챔버(3,7)에 압력변화에 따라 평가되는 블래더 고무시편(9)은 팽창 및 수축하면서 상하로 움직이게 되고, 이때 평가용 실린더(13)를 움직여 평가회수 적산계(18)에서 회수를 기록하게 된다.

그리고 상기 평가되는 블래더 고무시편(9)의 파열이나 크랙이 발생하게 되면, 상기 블래더 고무시편(9) 사이로 고압의 증기 이동이 발생하여 하부 챔버(7) 내부의 압력이 줄어들게 되며, 이를 관찰하여 평가를 종료하게 되는데, 이러한 원리에 의해 종래와 같이 타이어 생산용 가류기에 가류 블래더를 직접 제조하여 수명을 평가하지 않고도 실제 타이어 가류조건에서 블래더 고무시편(9)이 열, 압력, 증기, 기계적 팽창 및, 수축에 의해 파손될 때까지 수명을 예측 평가할 수 있다.

한편, 상기 평가용 실린더(13)는 도 2에 도시된 바와 같이 실린더 고정용 지지대(17)와 증기누출 방지씰(16), 지지봉(12), 평가회수 적산계(18)와의 결합을 위한 장착 브라켓트(19)와 체결부(11), 블래더 고무시편(9)과의 결합을 위한 시편 체결부(14)로 구성되는데, 여기서 결합을 위한 체결부위들은 공기의 누출을 막을 수 있다면, 볼트, 너트 등의 일반적인 체결수단들을 이용할 수 있다.

그리고 도 3에 도시된 블래더 고무시편(9)은 평가용 실린더(13)와 연결을 위한 연결구멍(15)과 상하부 챔버(3,7)와의 연결을 위해 고정 플랜지(8)에 연결 고정하는 챔버 연결용 날개(21)가 형성되어 있다.

따라서 상기 평가용 실린더(13)의 지지봉(12)을 블래더 고무시편(9)의 연결구멍(15)에 통과시킨 후 평가용 실린더(13)의 시편 체결부(14)를 이용하여 결합하게 된다.

한편, 개발된 가류 블래더의 평가를 위한 절차는 도 5와 도 6에 도시되어 있는바, 먼저 블래더 고무시편(9)을 도 3처럼 제조한 다음, 이를 평가용 실린더(13)와 상하부 챔버(3,7)에 체결한다. 그런 다음 적산계(18)와 체결하고 적산계를 초기화한다. 그 후 사전에 설정된 조건에 따라 타이어 가류조건과 동일한 온도, 압력, 시간조건에서 챔버 내 고무에 변형을 부여한다. 공정이 종료되면 적산계의 값이 증가하게 된다. 중간에 블래더 고무시편(9)이 파열되면 상하부 챔버(3,7)의 압력차이가 줄어들면서 블래더 고무시편(9)이 이동하지 않게 되고, 따라서 평가용 실린더(13)도 움직이지 않아 공정진행을 완료하여도 적산계의 결과값이 증가하지 않게 된다. 이때까지 적산계(18)에 적산된 값을 해당 블래더 고무시편(9)의 수명으로 예측하게 된다.

이를 자동화하려면 도 6처럼 진행하는 것이 보다 유리하다. 적산계에 공정진행 횟수를 초기에 설정할 수 있도록 한 다음, 자동으로 가류공정을 반복 진행하게 한다. 이때 설정값은 개발 목표 회수 이상으로 설정한다. 공정이 성공적으로 반복되는 동안에는 적산계(8)의 값이 계속 증가하다가, 고무시편의 파열이 생긴 후에는 하부 챔버(7) 내부의 압력이 지속적으로 낮아지게 되므로, 일정 기준치 이하로 압력이 떨어지면 시편이 파손된 것으로 간주하게 된다. 이때 가류공정 진행을 중지하게 되고, 그때까지의 적산값을 읽어 블래더 고무시편(9)의 수명으로 판정하게 된다.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 블래더 고무시편(9)의 수명을 예측하기 위한 작동 흐름도를 도시하고 있다.

공정은 크게 워밍업 사이클과 평가 사이클로 나누어진다. 먼저, 워밍업 사이클은 다음과 같다. 하부 챔버(7)의 증기 공급배관(4)을 통해 고온의 저압증기를 하부 챔버에 공급한다. 저압 증기에 의해 블래더 시편고무(9)는 상부 챔버(3) 방향으로 팽창하면서 가열되게 된다. 온도계(20)를 통해 블래더 시편고무(9)의 표면온도가 사전 설정된 워밍업 온도에 도달했는지 확인한다. 이 온도는 실제 블래더가 사용되는 가류조건에 따라 다르며, 일반적으로 100 ~ 130도씨 부근으로 설정하게 된다. 설정온도에 도달하지 못했을 경우, 하부 챔버(7)의 증기 배출용 배관을 통해 수초간 빠르게 증기를 배출시킨 후, 다시 상기 공정을 반복한다. 설정 온도에 도달하면 워밍업 사이클의 반복을 종료하게 된다. 워밍업 사이클이 종료되면 평가 사이클을 진행하게 된다. 하부 챔버(7)의 증기공급 배관(4)을 통해 고압증기를 하부 챔버(7) 내에 공급한다.

그러면 블래더 시편고무(9)은 다시 상부 챔버(3) 쪽으로 팽창하여 최종적으로 상부 챔버(3) 내벽에 밀착하여 형상을 갖추게 된다. 이때 상부 챔버(3)의 공기 공급배관(1)은 잠겨있고, 벤트배관(2) 열려 있어 상부 챔버(2) 내 공기가 빠져나가게 된다. 공급되는 증기의 유량, 온도, 압력은 타이어 가류공정에서 사용되는 조건에 따라 설정하게 된다. 증기의 공급방식은 초기에 공급한 후, 가류시간 동안 유지하는 방법을 사용할 수도 있으며, 연속적으로 증기 공급, 압력유지, 배출을 정해진 시간동안 반복하면서 진행할 수도 있다.

고압증기만을 사용하면 온도와 압력이 같이 변하게 되는데, 온도와 압력을 별개로 조절하고자 할 경우 추가적으로 질소 같은 비활성 기체를 적당량 같이 공급할 수 있다. 사전에 설정된 시간 동안 고압증기에 의해 고온, 고압 조건이 유지된 후, 상부 챔버(3)의 공기 공급배관(1)으로 공기를 공급하여 블래더 시편고무를 냉각시킴과 동시에 상부 챔버(3)의 압력을 증가시켜 고무시편을 수축시키게 된다. 이때 원활한 작업을 위해 동시에 하부 챔버(7)의 증기배출 배관(5)을 통해 내부의 고압증기와 비활성 기체를 고무시편이 초기의 형상으로 수축할 때까지 배출시킨다. 역시 상부 챔버(3)에는 공기 공급배관(4)을 통해 공기를 계속 공급해 압력을 유지시킨다. 이때 하부 챔버(7)까지 고무시편이 팽창하면서 평가용 실린더(3)가 움직이게 되고, 완전히 팽창된 상태에서 평가용 실린더(13)가 설정된 위치까지 이동하면 적산계(18)의 값이 증가하게 되고, 1 사이클의 가류공정을 완료하였다고 판단하게 된다. 그 후 다시 워밍업 사이클과 평가 사이클을 반복 수행하게 된다. 사용 중 고무시편이 파손되면 하부 챔버의 고압 증기가 파손 부위를 통해 상부 챔버로 빠져나간 후 상부 챔버(3)의 공기 공급배관(1)의 벤트배관(2)으로 빠져나가게 된다.

이렇게 되면 하부 챔버(7)의 압력이 떨어지게 된다. 이렇게 떨어진 압력이 초기 압력값으로 상승되지 않으면 시편이 파손된 것으로 간주하고 평가를 종료하게 된다. 이때까지 적산계(18)에 기록된 값을 해당 블래더 고무시편의 수명으로 판단한다.

본 발명을 통해 소형의 블래더 고무시편(9)에 가해지는 조건은 실제 블래더 사용시의 조건을 반영한 것이기 때문에, 측정된 소형시편의 수명은 실제 가류 블래더의 수명과 선형적인 관계를 나타나게 된다.

가류 블래더(9) 수명 예측값 = a × 블래더와 고무시편간 두께비 × 소형의 블래더 고무시편 수명 측정값.

상기 식에서 계수 a는 양의 값을 가지며, 최초 수회의 평가를 통해 구하여지는 값이다.

1 : 공기 공급배관, 2 : 벤트(Vent)배관,
3 : 상부 챔버, 4 : 증기 공급배관,
5 : 증기 배출배관, 6 : 진공배관,
7 : 하부 챔버, 8 : 고정 플랜지,
9 : 블래더(Bladder) 고무시편, 10 : 상단 연결구,
11 : 체결부, 12 : 지지봉,
13 : 평가용 실린더, 14 : 시편 체결부,
15 : 연결구멍, 16 : 증기누설 방지씰(Seal),
17 : 실린더 고정용 지지대, 18 : 적산계,
19 : 장착 브라켓트, 20 : 온도계,
21 : 챔버 체결용 날개.

Claims (5)

1. 개발되는 가류 블래더의 수명을 예측 평가하는 장치에 있어서,
   공기 공급배관(1)과 벤트배관(2)이 연통된 상부 챔버(3)와, 증기 공급배관(4)이 연결되고 증기 배출배관(5)과 진공배관(6)이 연통된 하부 챔버(7), 상기 상하부 챔버(3,7) 사이에 배치되는 고정 플랜지(8), 상기 고정 플랜지(8)에 고정되면서 상부 챔버(3)와 하부 챔버(7) 사이에 배치되는 평가용 블래더 고무시편(9) 및, 상기 상부 챔버(3)의 상단 연결구(10)를 관통하여 체결부(11)로 고정된 지지봉(12)을 갖춘 평가용 실린더(13)로 이루어지되, 상기 평가용 실린더(13)는 시편 체결부(14)를 이용하여 블래더 고무시편(9)의 평가용 실린더 연결구멍(15)을 관통하여 고정 장착되고, 상기 평가용 실린더(13)의 지지봉(12)은 하부 챔버(7)에서 증기누출 방지씰(16)을 이용하여 실린더 고정용 지지대(17)에 연결 장착되는 것을 특징으로 하는 가류 블래더 수명 예측장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 평가용 실린더(13)의 지지봉(12) 상단부는 수명 예측을 위한 평가 회수 적산계(18)와 장착 브라켓트(19)를 매개로 연결된 것을 특징으로 하는 가류 블래더 수명 예측장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 상부 챔버(3)의 중간부위에는 내부온도를 측정하는 측정 온도계(20)가 설치된 것을 특징으로 하는 가류 블래더 수명 예측장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 상하부 챔버(3,7) 사이에 위치한 고정 플랜지(8)에는 평가용 실린더(13)의 지지봉(12)이 관통되어 상기 상하부 챔버(3,7) 내에 설치되는 평가하는 블래더 고무시편(9)의 챔버 체결용 날개(21)가 고정되는 것을 특징으로 하는 가류 블래더 수명 예측장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 가류 블래더의 수명 예측값 = a × 블래더와 고무시편간 두께비 × 소형의 블래더 고무시편(9) 수명 측정값으로 설정되는 것을 특징으로 하는 가류 블래더 수명 예측장치.
   여기서, 계수 a는 양의 값을 가지며 최초 수회의 평가를 통해 구해지는 값.
   

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