KR101871623B1 - 압축 발열 검출기 및 그 방법 - Google Patents

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이브이이 러버 인스티튜트 컴퍼니, 리미티드
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Abstract

압축 발열 검출기 및 그 방법이며, 한 세트 또는 복수 세트의 검출 유닛을 포함하고, 상기 검출 유닛은 수직 압축 장치, 수직 보상 장치 및 코어부 중심 온도 센서 동기 장치를 포함하며, 상기 수직 압축 장치와 수직 보상 장치는 상부 프레임(8)에 각각 고정되고, 압력 센서(61)는 제1 천이 칼럼(63)을 통하여 고무 샘플 중간 서포트(82) 및 수직 보상 장치의 지지판(26) 사이에 장착되며, 상기 코어부 중심 온도 센서 동기 장치는, 제1 천이 칼럼(63)과 동일하거나 유사한 역학 성능의 제2 천이 칼럼(67) 및 압력 센서(61)와 동일하거나 유사한 역학 성능의 쿠션 블록(65)을 통하여 수직 압축 장치의 누름판(18) 및 지지판(26) 사이에 장착되며, 제2 천이 칼럼(67)은 상기 고무 샘플의 중간 서포트(82)의 구멍을 알맞게 관통하여 고무 샘플(73)의 압축 응력 시험에 대한 압력 센서(61)의 정확성에 영향을 미치지 않는다. 상기 장치는 시험 샘플에 대하여 수직 압축, 수직 보상할 수 있고 또한 시험 과정 중 샘플의 중심 위치의 온도 변화를 정확하게 시험할 수 있어, 실제 동작 상황을 정확하게 시뮬레이션할 수 있다.

Description

압축 발열 검출기 및 그 방법{COMPRESSION HEAT-GENERATION DETECTOR AND METHOD THEREFOR}
본 발명은 압축 발열 검출기 및 그 방법에 관한 것으로, 특히 고무의 동적 교번 하중 또는 변형 하에서 발생되는 발열 현상을 검출하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
고무의 동적 교번 하중 하에서 발생되는 발열 현상은 연구자들이 항상 염려하는 지표이다. 실제 응용에서, 각종 타이어 및 컨베이어 벨트의 고속 운전에서 발생되는 내부 발열, 진동감쇠, 방음재 및 그 구조의 점탄성 감쇠 작용은 모두 재료 히스테리시스 효과에 의한 에너지 손실 분석과 관련된다.
차륜이 구를 때, 타이어에 작용하는 일부의 차량 중량 및 노면이 차륜에 대하여 형성하는 충격 하중은, 타이어로 하여금 반복적인 압축 변형을 받게 하고, 압축 변형에 따라 소모되는 일은 대부분이 열로 전환된다. 대부분의 타이어의 재료(고무 및 화학섬유 등)는 열의 불량 도체이므로, 열량의 발산이 쉽지 않아 카커스(carcass)의 내부 온도가 급격히 상승한다. 시험으로부터 알 수 있는 바와 같이, 타이어 내부 온도는 타이어의 하중 및 속도를 곱한 값에 정비례한다. 속도가 빠를수록 하중이 더욱 크고, 온도 상승이 더욱 빠르다.
굿리치(Goodrich)의 고무 압축 발열 시험기는, 하나의 불활성 레버 시스템을 통하여 샘플에 일정한 압축 하중을 인가하고, 하나의 전송 시스템을 통하여 샘플에 대하여 규정된 진폭을 갖는 주기적 고주파 압축을 인가하며, 실온 또는 실온 보다 높은 조건 하에서 샘플의 일정 시간 내의 압축 피로에 따른 온도 상승 및 피로 수명을 측정한다. 이는 경도가 30~85 IRHD인 가황 고무에 적용된다.
통상의 압축 발열기의 원리는, 도 1에 도시된 바와 같이, 샘플의 중심선으로부터 레버 지지점(3)까지의 거리는 127±0.5mm이고, 하중 추(5)의 중심선으로부터 레버 지지점(3)까지의 거리는 288±0.5mm이다. 샘플은 하중의 작용 하에서 상부 누름판에 의해 유도되어 왕복 압축되고, 고무의 내부 저항에 의해 발열한다. 샘플이 받는 압축 하중은, 밸런스 레버의 평형 보상 원리를 사용하고, 레버 평형 조정 장치(6)를 사용하여 레버의 평형을 유지한다. 그 역학 모델은 도 2에 도시된 바와 같다. 시험 과정에서 샘플의 치수는, 열팽창과 냉수축의 변화가 발생하거나 또는 압축에 따른 영구적 변형이 발생되고, 샘플의 높이가 변화하지만, 기기는 이러한 샘플의 형상, 높이, 치수의 과도적 변화를 기록하지 못하고, 기기는 예비 하중 정적 힘의 불변을 과도 제어 및 유지시키지 못하며, 또한 동적 힘도 영향을 받아 변동이 생기며, 이로 인해 데이터는 시험의 진행에 따라 점점 정확성, 안정성을 잃고 재현성도 상대적으로 나빠진다. 또한, 통상의 압축 발열기의 주파수(회전수 조정), 시험 온도는 모두 단일하게 고정된 것으로, 샘플의 동적 변형(즉, 상부 누름판의 스트로크)도 고정 불변인 것인 바, 이들은 모두 상이한 주파수, 온도, 동적 변형 조건 하에서 압축 발열 시험을 행하지 못하고 기능이 단일적이다.
현재 시중의 압축 발열기에 존재하는 결점은 주로 다음과 같은 몇 가지가 있다.
1. 도 3에 도시된 바와 같이, 밸런스 레버 평형 보상 샘플의 하면은, 레버 지지점과 샘플 지지점이 중합되지 않으므로, 앞뒤 추의 중량 차이에 의해 레버에 일정 각도(α)의 경사가 발생할 때, 샘플의 하면과 압력이 인가되는 상면의 불평행을 초래하여, 차륜이 차체 중력을 견디는 모델, 주기적으로 차체 압축을 견디는 것과 편차가 있어 실험 조건 하에서 실제의 동작 상태를 정확하게 시뮬레이션할 수 없다.
2. 보상값이 정확하지 않다. 압축은 수직 방향이고, 보상은 경사방향이다. 마찬가지로, 도 3에 도시된 바와 같이, 고무 샘플이 받는 압축은 수직 방향이지만, 레버에 의해 발생되는 보상은 경사방향이므로, 보상 방향과 수직압축 방향 사이가 협각(α)을 형성한다.
3. 코어부 중심 온도를 실시간으로 측정할 수 없다. 코어부 중심 온도는 고무 재료의 반복적인 압축으로 인해 발생되는 열량을 여실히 반영하는 것이다. 시중에서 실시간으로 측정할 수 있는 것은 기본적으로 모두 기기 내부 환경 온도 또는 샘플 표면(예를 들면, 저부) 온도로서, 압축 시험을 정지한 후에야 샘플의 코어부 중심 온도를 측정할 수 있다. 그러나, 이때 침 형상 온도 센서가 고무 샘플에 삽입될 때 그 온도와 샘플 내부의 실제 온도는 차이가 비교적 크므로, 시험 결과에 오차가 발생된다.
4. 기기는 단지 하나의 샘플 온도만 측정할 수 있다.
5. 일부 업체에서도 샘플 내부 온도를 실시간으로 측정할 수 있으며, 일반적으로 샘플의 중간 위치를 천공하고 온도 측정 와이어을 삽입하거나 또는 샘플 제작 시에 온도 측정 와이어를 샘플 중간에 가황하는 방법을 사용한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 샘플 천공에 있어서, 홀이 너무 작으면 온도 측정 도선이 비교적 유연하여 샘플 내에 "삽입"시키기 어렵고, 구멍이 너무 크면 샘플 압축 과정 중의 파열을 초래하고 이와 동시에 시험 과정에서 고주파 진동 및 샘플 변형 등으로 인해 온도 측정 와이어가 샘플로부터 이탈하고 중심점을 벗어나 코어부의 중심 온도를 정확하게 반영할 수 없게 된다. 온도 측정 와이어(1)를 샘플 내에 가황함에 있어서, 가황 과정에서도 온도 측정점이 항상 샘플의 가장 중심 위치에 있다는 것을 보장할 수 없다.
6. 현재, 일본의 우에시마 사에서 제조한 압축 발열기는 샘플의 코어부의 중심 온도를 실시간으로 측정할 수 있다. 구체적인 방법에 의하면, 기기는 한 세트의 온도 센서 삽입 장치를 포함하고, 침 형상의 온도 센서를 고무 샘플의 상부로부터 샘플 내부의 중심 위치로 수직 삽입하여, 컴퓨터가 피드백 정보에 근거하여 온도 센서의 삽입 깊이를 제어할 수 있다. 시험을 시작하기 전에, 침 형상의 온도 센서를 샘플의 상부로부터 샘플의 중심 위치로 삽입시킨다. 시험 과정에서, 샘플의 높이는 시간에 따라 변화하고, 높이 변화에 따른 측정값을 컴퓨터에 피드백하며, 컴퓨터에 의해 온도 센서 삽입 장치의 동작을 제어함으로써 침 형상 온도 센서의 삽입 위치를 조정하여 항상 샘플의 중심 위치에 놓이도록 한다. 이러한 방법은 구조가 복잡하며 압축 과정에서 온도 센서 프로브와 고무 샘플 사이에 마찰 현상이 존재하므로, 기기의 신뢰성 및 조작성 그리고 시험 결과의 정확성도 일정한 영향을 받게 된다.
종래의 기기에 존재하는 상기 문제에 대하여, 본 발명은 신형의 고무재료용 압축 발열 검출기 및 그 방법을 제공하여 종래 기술에 따른 결점을 극복하고자 한다.
상기의 압축 발열 검출기는, 한 세트 또는 복수 세트(가장 바람직하게는, 2세트)의 검출 유닛을 포함하고, 상기 검출 유닛은 수직 압축 장치, 수직 보상 장치 및 코어부 중심 온도 센서 동기 장치를 포함하며, 상기 수직 압축 장치와 수직 보상 장치는 상부 프레임에 각각 고정되고, 상기 코어부 중심 온도 센서 동기 장치는, 제1 천이 칼럼과 동일하거나 유사한 역학 성능(가장 바람직하게는, 제1 천이 칼럼과 동일한 재료, 동일한 직경 크기)의 제2 천이 칼럼 및 압력 센서와 동일하거나 유사한 역학 성능(가장 바람직하게는, 압력 센서와 동일한 재료, 동일한 형상)의 쿠션 블록을 통하여 수직 압축 장치의 누름판과 수직 보상 장치의 지지판 사이에 장착되며, 제2 천이 칼럼은 중간 서포트의 구멍을 알맞게 관통하여 고무 샘플의 압축 응력 시험에 대한 압력 센서의 정확성에 영향을 미치지 않고, 상기 수직 압축 장치는 압축 모터, 스트로크 조절 기구, 커넥팅 로드, 단부 연결 부재, 2개의 긴 가이드 샤프트 및 누름판을 포함하고, 상기 수직 보상 장치는 보상 모터, 2개의 짧은 가이드 샤프트, 리드 스크류, 리드 스크류 너트, 지지판 및 중간 서포트를 포함하며, 상기 코어부 중심 온도 센서 동기 장치는 코어부 중심 온도 센서, 스프링 하부 베이스, 스프링 상부 베이스, 하부 스프링, 상부 스프링 및 센서 고정링을 포함한다.
바람직하게는, 상기 압축 발열 검출기는 한 세트 또는 복수 세트(가장 바람직하게는, 2세트)의 독립적 운전이 가능한 검출 유닛을 포함하고, 하나 또는 복수(가장 바람직하게는, 2개)의 고무 샘플에 대하여 동시에 압축 발열 검출을 진행할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 수직 압축 장치는 고무 샘플에 대하여 수직 방향으로 압축할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 압축 모터는 스트로크 조절 기구, 커넥팅 로드, 단부 연결 부재 및 긴 가이드 샤프트를 통하여 누름판을 구동하여 고무 샘플을 압축할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 스트로크 조절 기구는 편심원리(이에 한정되지 않음)를 사용하는 바, 볼트,이중 너트,슬라이드 블록 및 편심회전 테이블을 포함한다.
상기 해결 수단에서, 누름판의 수직 압축 스트로크는 스트로크 조절 기구에 의해 제어되고, 볼트를 조절함으로써 압축 스트로크를 변경할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 수직 보상 장치는 고무 샘플의 압축 변형에 대하여 수직 방향으로 보상할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 고무 샘플에 인가하는 예비 하중 및 수직 보상 장치의 이동은 압력 센서에 의해 검출 및 제어되고, 압력 센서는 제1 천이 칼럼을 통하여 고무 샘플 중간 서포트와 지지판 사이에 장착되며, 검출된 압력값의 크기를 통하여 보상 모터의 기동과 정지를 제어함으로써 예비 하중의 인가 및 수직 보상 기능을 실현한다.
상기 해결 수단에서, 리드 스크류는 커플러를 통하여 보상 모터 출력축과 직접 연결되고, 지지판은 리드 스크류 너트에 직접 연결되며, 2개의 짧은 가이드 샤프트에 의해 가이드되고, 보상 모터의 회전 시에, 리드 스크류의 회전을 통하여 리드 스크류 너트 및 지지판이 2개의 짧은 가이드 샤프트의 수직 방향을 따라 이동하도록 유도하여 보상기능을 실현한다.
상기 해결 수단에서, 수직 보상 장치의 보상량은 변위 센서 및 감응 블록에 의해 검출 및 제어된다. 변위 센서는 상부 프레임에 장착되어 고정되며, 감응 블록은 지지판에 장착되어 지지판과 함께 수직 방향으로 상하이동한다.
상기 해결 수단에서, 샘플실의 온도, 샘플의 저부 온도 및 샘플의 코어부 중심 온도를 동시에 검출할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 샘플실의 온도는 실온 온도 센서에 의해 측정되고, 상기 실온 온도 센서는 조작실 내에 장착되어 조작실 내의 환경 온도를 실시간으로 모니터링할 수 있다.
상기 해결 수단에서, 샘플의 저부 온도는 저부 온도 센서에 의해 측정되고, 상기 저부 온도 센서는 위로 45도 경사지는 방향으로 샘플의 중간 서포트에 장착되고, 온도 센서 프로브는 고무 샘플의 저부와 알맞게 접촉되어 압축 과정 중의 고무 샘플의 저부의 온도 변화를 실시간으로 모니터링한다.
상기 해결 수단에서, 코어부 중심 온도 센서는 고무 샘플의 압축 변형에 따라 수직 방향으로 동기 진동을 진행하고 수평 방향의 위치는 변하지 않음으로써, 코어부 중심 온도 센서 프로브가 항상 고무 샘플의 중심 위치에 놓이도록 하며 압축 과정 중의 고무 샘플의 코어부 중심의 온도 변화를 실시간으로 모니터링한다.
상기 압축 발열 검출기를 사용하여 샘플을 검출하는 방법은, 샘플이 일정한 압축 응력의 상황 하에 진행되고 그 압축 변형의 시험에서의 변화를 측정할 때, 우선 누름판을 최고점 위치에 놓고 사전에 천공한 고무 샘플을 항온의 샘플실에 넣어 코어부 중심 온도 센서의 프로브가 알맞게 고무 샘플의 중심 위치에 놓이게 한 후, 소프트웨어에 예비 하중의 크기 및 압축 주파수 등의 변수를 설정하며, 온도가 평형될 때까지 대기한 후 보상 모터가 기동하기 시작하여 지지판 및 고무 샘플이 수직 방향을 따라 위로 이동하도록 유도하여 압축 변형을 발생하고 압력 센서에 의해 압력값의 크기를 검출하며, 압력값이 사전 설정된 예비 하중 값에 도달할 때 보상 모터는 작동을 정지하고 압축 모터가 기동되어 압축 시험을 시작하고, 압축이 진행됨에 따라 고무 샘플은 일정한 영구적 압축 변형이 발생하게 되어 압력 센서에 의해 검출된 압축 과정 중의 최소 압력값, 즉 예비 하중이 작아지고, 이때 보상 모터의 기동을 제어하여 수직 보상 이동을 실현하며 예비 하중이 기존 설정값에 다시 도달할 때까지 진행하고, 보상량은 변위 센서 및 감응 블록의 피드백에 의해 얻을 수 있고, 전체의 압축 과정에서 압축 시간에 따르는 압축 변형, 샘플 코어부 중심 온도 및 샘플 저부 온도의 변화를 시험하는 단계와, 샘플이 일정한 압축 변형의 상황 하에 진행되고 그 압축 응력의 시험에서의 변화를 측정할 때, 우선 누름판을 최고점 위치에 놓고 사전에 천공한 고무 샘플을 항온의 샘플실에 넣어 코어부 중심 온도 센서의 프로브가 알맞게 고무 샘플의 중심 위치에 놓이게 한 후, 소프트웨어에 사전 지정한 변형 크기 및 압축 주파수 등의 변수를 설정하며, 온도가 평형될 때까지 대기한 후 보상 모터가 기동하기 시작하여 지지판 및 고무 샘플이 수직 방향을 따라 위로 이동하도록 유도하여 압축 변형이 발생하고, 사전 지정된 압축 변형량에 도달하면 보상 모터가 작동을 정지하며 압축 모터가 기동되어 압축 시험을 시작하며, 압축이 진행됨에 따라 고무 샘플은 일정한 영구적 압축 변형이 발생하게 되어 압력 센서에 의해 검출된 압축 응력이 점차 작아지고, 샘플이 동일한 압축 변형이 발생될 경우, 압축 시간에 따르는 압축 응력, 샘플 코어부 중심 온도 및 샘플 저부 온도의 변화를 시험하는 단계를 포함한다.
본 발명의 압축 발열 검출기는 다음과 같은 장점을 갖는다.
(1) 수직 방향의 압축
도 9에 도시된 바와 같이, 압축 모터의 출력축은 하나의 스트로크 조절 기구, 커넥팅 로드, 단부 연결 부재를 통하여 2개의 긴 가이드 샤프트와 연결되고, 모터는 기동 후 가이드 샤프트를 유도하여 수직 방향으로 상하이동시킴으로써 누름판이 수직 방향을 따라 상하왕복이동하도록 실현하여 고무 샘플을 압축하며 압력 센서를 통하여 압축 하중을 검출한다.
(2) 수직 방향의 보상
일정 시간 시험 후, 고무 샘플에는 일정 정도의 영구적 압축 변형이 발생하게 된다. 시험 데이터의 정확성을 확보하기 위하여, 보상 모터 및 리드 스크류 구조를 이용하여 고무 샘플의 영구적 압축 변형을 보상하는 바, 그 구조적 원리는 도 5, 도 11에 도시된 바와 같다. 고무 샘플은 중간 서포트, 천이 칼럼, 압력 센서 및 지지판을 통하여 리드 스크류 너트와 연결된다. 보상 모터가 커플러를 통하여 리드 스크류의 회전을 유도할 때, 리드 스크류 너트 및 지지판을 통하여 고무 샘플이 수직 방향을 따라 미소한 오프셋이 발생하도록 유도함으로써 고무 샘플의 영구적 압축 변형량을 보상한다.
고무 샘플의 압축 방향과 보상 방향은 항상 수직 방향이므로, 샘플 하면과 압력이 인가되는 상면도 항상 평행되어, 실제 작동 상황을 정확하게 시뮬레이션할 수 있다.
(3) 샘플의 코어부 중심 온도 및 샘플의 저부 온도를 동시에 검출할 수 있고, 온도 센서의 배치위치는 도 9에 도시된 바와 같다.
코어부 중심 온도 센서 동기 장치는, 코어부 중심 온도 센서, 스프링 상부 베이스, 스프링 하부 베이스, 상부 스프링, 하부 스프링 및 온도 센서 고정링을 포함한다. 전체 동기 장치는, 제1 천이 칼럼과 동일하거나 유사한 역학 성능(가장 바람직하게는, 제1 천이 칼럼과 동일한 재료, 동일한 직경 크기)의 제2 천이 칼럼 및 압력 센서와 동일하거나 유사한 역학 성능(가장 바람직하게는, 압력 센서와 동일한 재료, 동일한 형상)의 쿠션 블록을 통하여 수직 압축 장치의 누름판과 수직 보상 장치의 지지판 사이에 장착되며, 제2 천이 칼럼은 중간 서포트의 구멍을 알맞게 관통하여 고무 샘플의 압축 응력 시험에 대한 압력 센서의 정확성에 영향을 미치지 않는다.
전체 스프링 동기 장치의 높이와 상하 단열판의 높이가 동일하고, 고무 샘플에 압축 변형이 발생할 때, 상부 스프링 및 하부 스프링에는 동일한 변형이 발생하며, 스프링 동기 장치 중간부에 위치하는 온도 센서는 압축 과정에서 수직 방향으로 항상 고무 샘플의 중심 위치에 놓인다. 온도 센서와 센서 고정링 사이는 나사산에 의해 연결 고정되고, 압축 과정에서 수평 방향은 변하지 않는다. 따라서, 전체의 실험 과정에서, 고무 샘플이 어떻게 변형되어도, 코어부 중심 온도 센서의 끝점은 항상 고무 샘플의 중심 위치에 놓인다. 그 구조적 원리는 도 12에 도시된 바와 같다.
저부 온도 센서는 위로 45도 경사지는 방향으로 나사산 연결을 통하여 고무 샘플 중간 서포트에 고정되고, 고무 샘플의 하부 단열판 및 하부 누름판의 대응 위치에 천공하여 저부 온도 센서의 프로브가 돌출해 고무 샘플의 저부와 바로 접촉되도록 함으로써 압축 과정 중 고무 샘플 저부의 온도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 그 구조적 원리는 도 14에 도시된 바와 같다.
도 1은 종래의 압축 발열기의 동작원리도이다.
도 2는 종래의 압축 발열기의 역학 모델이다.
도 3은 샘플의 상하면이 평행하지 않은 모식도이다.
도 4는 온도 측정 와이어의 위치변화 모식도이다.
도 5는 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 사시도이다.
도 6은 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 정면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 좌측면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 수직 압축 원리도이다.
도 10은 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 스트로크 조절 원리도이다.
도 11은 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 수직 보상 원리도이다.
도 12는 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 코어부 중심 온도 센서 동기 장치의 구조 모식도이다.
도 13은 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 코어부 중심 온도 센서 동기 장치의 구조 분해 모식도이다.
도 14는 본 발명에 따른 압축 발열 검출기의 저부 온도 센서의 위치 단면 모식도이다.
본 발명은 한 세트 또는 복수 세트(가장 바람직하게는, 2세트)의 독립적 운전이 가능한 검출 유닛을 포함하고, 각 독립된 검출 유닛은 한 세트의 수직 압축 장치, 한 세트의 수직 보상 장치 및 코어부 중심 온도 센서 동기 장치를 포함한다.
도 6에 도시된 바와 같이, 그 중의 한 세트의 검출 유닛을 예로 들면, 수직 압축 장치 및 수직 보상 장치는 상부 프레임(8)에 각각 고정된다. 수직 압축 장치 중의 긴 가이드 샤프트(17)는 상부 프레임(8) 중 대응되는 구멍을 따라 수직으로 가이드된다. 수직 보상 장치 중의 리드 스크류 하부 베어링 박스(23), 상부 베어링 박스(27)는 상부 프레임(8)에 각각 고정되고, 마찬가지로 2개의 짧은 가이드 샤프트(28)도 상부 프레임(8)에 각각 고정된다. 코어부 중심 온도 센서 동기 장치는 수직 압축 장치의 누름판(18)과 수직 보상 장치의 지지판(26) 사이에 장착된다.
도 5 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 그 중의 한 세트의 수직 압축 장치를 예로 들면, 베이스(11), 압축 모터 지지대(12), 압축 모터(13), 단부 연결 부재(14), 커넥팅 로드(15), 스트로크 조절 기구(16), 긴 가이드 샤프트(17), 누름판(18) 등의 기구를 포함한다. 그 중, 압축 모터(13)는 압축 모터 지지대(12)에 장착되어 베이스(11)에 고정되고, 압축 모터(13)의 출력축은 하나의 스트로크 조절 기구(16) 및 커넥팅 로드(15)를 통하여 단부 연결 부재(14)와 연결된다. 긴 가이드 샤프트(17)의 양단은 각각 단부 연결 부재(14) 및 누름판(18)과 연결된다. 압축 모터가 기동되어 회전할 때, 긴 가이드 샤프트(17)가 수직 방향에 따른 왕복이동을 실현할 수 있어 누름판(18)을 구동하여 고무 샘플을 압축시킨다.
도 5 내지 도 8, 도 11에 도시된 바와 같이, 그 중의 한 세트의 수직 보상 장치를 예로 들면, 보상 모터(21), 보상 모터 지지대(22), 리드 스크류 하부 베어링 박스(23), 리드 스크류(24), 리드 스크류 너트(25), 지지판(26), 리드 스크류 상부 베어링 박스(27), 짧은 가이드 샤프트(28), 커플러(29) 등의 기구를 포함한다. 그 중, 보상 모터(21)는 보상 모터 지지대(22)를 통하여 장치의 상부 프레임(8)에 연결되고, 보상 모터 출력축은 커플러(29)를 통하여 리드 스크류(24)와 직접 연결된다. 리드 스크류 너트(25)는 지지판(26)과 연결되고, 2개의 짧은 가이드 샤프트(28)에 의해 수직 가이드된다. 보상 모터(21)가 기동되어 회전할 때, 리드 스크류(24)를 회전시키고, 리드 스크류 너트(25)의 작용을 통하여, 지지판(26)이 수직 방향에 따른 직선이동을 실현하여, 고무 샘플(73)의 압축 변형을 보상한다. 수직 보상 장치의 보상량은 변위 센서(51) 및 감응 블록(52)에 의해 검출 및 제어된다. 변위 센서(51)는 상부 프레임(8)에 장착되어 고정되고, 감응 블록(52)은 지지판(26)에 장착되며, 지지판(26)과 함께 수직 방향으로 상하이동한다. 본 발명에서 사용되는 것은 볼 리드 스크류 및 리드 스크류 너트 구조이지만, 통상의 스크류 및 너트를 사용하여 대체함으로써도 수직 보상의 기능을 동일하게 실현할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 누름판(18)은 긴 가이드 샤프트(17)와 함께 수직 왕복 이동하여 고무 샘플(73)에 대한 고주파 압축을 실현할 수 있다. 누름판(18)의 압축 스트로크는 스트로크 조절 기구(16)의 편심거리(e)에 의해 직접 결정되고, 양자 사이의 관계는 압축 스트로크=2e로서, 스트로크 조절 기구(16)의 편심거리(e)를 변경함으로써 누름판(18)의 압축 스트로크를 조절할 수 있다.
도 10에 도시된 것은 스트로크 조절 기구(16)의 편심거리(e) 조절 원리도이다. 스트로크 조절 기구(16)는 볼트(161, 166), 이중 너트(162, 165), 슬라이드 블록(163) 및 편심회전 테이블(164) 등의 구조로 구성된다. 볼트(161, 166)를 조절함으로써 슬라이드 블록(163)이 편심회전 테이블(164) 내부에서 슬라이딩하도록 하여 일정량의 편심거리(e)를 형성한다. 편심거리(e)를 조절한 후, 이중 너트(162, 165)를 체결하여 편심거리(e)를 고정함으로써 진동으로 인해 발생되는 편심거리(e)의 변화를 효과적으로 방지할 수 있다.
도 5, 도 11에 도시된 바와 같이, 압력 센서(61)는 천이 칼럼(63)을 통하여 고무 샘플 중간 서포트(82) 및 지지판(26) 사이에 장착된다. 시험이 시작되기 전에, 누름판(18)을 최고점 위치에 배치하고, 예비 하중을 설정한 후 보상 모터(21)에 의해 지지판(26), 고무 샘플 중간 서포트(82) 및 고무 샘플(73)을 위로 이동시키고, 고무 샘플(73)을 눌러 예비 변형을 발생시켜, 예비 하중을 인가한다. 예비 하중 값의 크기는 압력 센서(61)에 의해 검출되고, 사전 설정된 예비 하중 값에 도달한 후, 보상 모터(21)는 작동을 정지하고 압축 모터(13)가 기동되어 고무 샘플(73)을 압축하기 시작한다. 전체의 고주파 압축 과정에서, 누름판(18)과 고무 샘플(73)은 항상 접촉 상태에 있어 이탈이 발생하지 않는다. 따라서, 압력 센서(61)에 의해 검출되는 압력값은 파동적인 변화를 나타내고, 파곡의 최소값이 바로 예비 하중 값이다. 고무 샘플(73)에 영구적 압축 변형이 발생한 후, 누름판(18)의 압축 스트로크가 불변하므로, 압력 센서(61)에 의해 검출되는 압력 최소값(즉, 예비 하중 값)이 작아지고, 이때 보상 모터(21)의 기동을 제어하여 지지판(26)이 위로 이동하도록 함으로써 고무 샘플(73)에서 발생되는 영구적 압축 변형을 보상한다. 예비 하중 값이 초기 설정값으로 다시 회복될 때, 보상 모터(21)는 작동을 정지하고, 1차 보상 동작이 완료된다. 보상량은 변위 센서(51) 및 감응 블록(52)의 검출에 의해 획득한다.
도 12에 도시된 것은 코어부 중심 온도 센서 동기 장치로서, 코어부 중심 온도 센서(72), 스프링 하부 베이스(74), 스프링 상부 베이스(75), 하부 스프링(76), 상부 스프링(77), 센서 고정링(78) 등으로 구성되며, 이 구조의 분해 모식도는 도 13에 도시된 바와 같다. 압축 시험이 시작되기 전에, 고무 샘플(73)을 중심 위치에 따라 천공하고, 코어부 중심 온도 센서(72)의 프로브 부분을 고무 샘플(73)의 중심 구멍에 삽입하여 고무 샘플(73)의 코어부 중심 온도를 측정할 수 있다. 이 동기 장치에서, 상부 스프링(77)과 하부 스프링(76)은 완전히 동일하여, 압축 진동 과정에서 상하 2개의 스프링의 압축 변형을 완전히 동일하게 확보함으로써 센서 고정링(78) 및 센서(72)가 수직 방향에서 항상 고무 샘플(73)의 중심 위치에 놓이도록 한다. 센서 고정링(78)은 스프링 상부 베이스(75) 및 스프링 하부 베이스(74)의 가이드 아암 원통 외부에 위치되고, 코어부 중심 온도 센서의 말단에 M4 수나사산이 있으며, 스프링 하부 베이스(74)와 고정링(78)을 관통한 후, 하나의 M4 너트로 체결함으로써, 압축 진동 과정 중 코어부 중심 온도 센서에 수평 방향으로 오프셋이 발생하는 것을 방지할 수 있어, 고무 샘플(73)의 코어부 중심 온도를 항상 검출한다.
코어부 중심 온도 센서 동기 장치는, 천이 칼럼(63)과 동일하거나 유사한 역학 성능(가장 바람직하게는, 천이 칼럼(63)과 동일한 재료, 동일한 직경 크기)의 천이 칼럼(67) 및 압력 센서(61)와 동일하거나 유사한 역학 성능(가장 바람직하게는, 압력 센서(61)와 동일한 재료, 동일한 형상)의 쿠션 블록(65)을 통하여 수직 압축 장치의 누름판(18) 및 수직 보상 장치의 지지판(26) 사이에 장착되며, 스프링 하부 베이스(74)의 저부와 샘플 하부 단열판(81)의 저부는 동일한 수평으로 놓여 지지판(26)이 상하 이동할 때 상하부 스프링(77, 76)의 변형과 고무 샘플(73)의 변형이 완전히 동기되도록 한다. 천이 칼럼(67)은 중간 서포트(82)의 구멍을 알맞게 관통하여, 고무 샘플(73)에 대한 압축 응력 시험에 대한 압력 센서(61)의 정확성에 영향을 미치지 않는다.
압축 과정에서, 고무 샘플(73)이 완전히 금속(또는 열전달 성능이 양호한 재료)과 접촉되면, 압축으로 인해 발생되는 열량이 외부로 전달되어 시험 결과에 영향을 미친다. 따라서, 본 발명에서, 단열판(80, 81)은 단열 성능이 양호하며 경도가 높은 재료(예를 들어, 페놀수지 재료를 포함하지만 이에 한정되지 않음)를 사용하여 단열하는 바, 높은 경도를 구비할 뿐만 아니라 압축량에 대하여 영향을 미치지 않고, 또 양호한 내열성을 구비하면서 온도 측정에 영향을 미치지 않는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 저부 온도 센서(71)는 나사산을 통하여 위로 45도 경사지는 방향을 따라 고무 샘플 중간 서포트(82)에 연결 고정된다. 그 상세한 위치 단면도는 도 14에 도시된 바이며, 고무 샘플 중간 서포트(82)의 대응 위치에 M4의 내부 나사 구멍이 설계되어 있고, 하부 단열판(81)과 하부 누름판(79)의 대응 위치에 하나의 가늘고 긴 구멍이 설계되어 있다. 저부 온도 센서(71)가 나사산을 통하여 고무 샘플 중간 서포트(82)에 고정될 때, 저부 온도 센서의 프로브는 알맞게 하부 단열판(81) 및 하부 누름판(79)의 가늘고 긴 구멍을 지나 고무 샘플 저부와 서로 접촉됨으로써, 압축 과정 중 고무 샘플 저부의 온도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있다. 그 중, 도 13에 도시된 바와 같이, 저부 온도 센서의 구조와 코어부 중심 온도 센서의 구조는 유사하다.

Claims (17)

  1. 압축 발열 검출기이며,
    한 세트 또는 복수 세트의 검출 유닛을 포함하고,
    상기 검출 유닛은 수직 압축 장치, 수직 보상 장치 및 코어부 중심 온도 센서 동기 장치를 포함하며,
    상기 수직 압축 장치와 수직 보상 장치는 상부 프레임(8)에 각각 고정되고,
    상기 코어부 중심 온도 센서 동기 장치는, 제1 천이 칼럼(63)과 동일한 역학 성능의 제2 천이 칼럼(67) 및 압력 센서(61)와 동일한 역학 성능의 쿠션 블록(65)을 통하여 수직 압축 장치의 누름판(18) 및 수직 보상 장치의 지지판(26) 사이에 장착되며,
    제2 천이 칼럼(67)은 중간 서포트(82)의 구멍을 관통하여, 고무 샘플(73)의 압축 응력 시험에 대한 압력 센서(61)의 정확성에 영향을 미치지 않고,
    상기 수직 압축 장치는 압축 모터(13), 상기 압축 모터(13)의 출력축에 스트로크 조절 기구(16) 및 커넥팅 로드(15)를 통해 연결되는 단부 연결 부재(14), 상기 단부 연결 부재(14)에 연결되고 수직으로 왕복 이동하는 2개의 긴 가이드 샤프트(17) 및 상기 긴 가이드 샤프트(17)의 왕복 이동에 의해 상기 고무 샘플(73)을 압축하는 누름판(18)을 포함하고,
    상기 수직 보상 장치는 보상 모터(21), 상기 보상 모터(21)의 출력축에 연결되는 리드 스크류(24), 상기 리드 스크류(24)의 회전에 의해 수직으로 왕복 이동하는 리드 스크류 너트(25), 상기 리드 스크류 너트(25)에 연결되는 지지판(26), 상기 지지판(26)의 수직 이동을 가이드하는 2개의 짧은 가이드 샤프트(28), 및 상기 고무 샘플(73)의 압축변형을 보상하는 상기 중간 서포트(82)를 포함하고,
    상기 코어부 중심 온도 센서 동기 장치는 코어부 중심 온도 센서(72), 상기 수직 압축 장치의 상기 누름판(18)의 하면에 결합되는 스프링 하부 베이스(74), 상기 수직 보상 장치의 상기 중간 서포트(82)의 상면에 결합되는 스프링 상부 베이스(75), 상기 코어부 중심 온도 센서(72)와 상기 스프링 하부 베이스(74) 사이에 배치되는 하부 스프링(76), 상기 코어부 중심 온도 센서(72)와 상기 스프링 상부 베이스(75) 사이에 배치되는 상부 스프링(77) 및 상기 하부 스프링(76)과 상기 상부 스프링(77) 사이에서 상기 코어부 중심 온도 센서(72)를 고정하는 센서 고정링(78)을 포함하는
    압축 발열 검출기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압축 발열 검출기는 한 세트 또는 복수 세트의 독립적 운전이 가능한 검출 유닛을 포함하고, 하나 또는 복수의 고무 샘플에 대하여 동시에 압축 발열 검출을 진행할 수 있어, 동일한 샘플 또는 상이한 샘플이 동일한 시험조건 또는 상이한 시험 조건 하에서 압축 발열 대조 시험을 진행할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  3. 제1항에 있어서,
    검출 유닛이 2 세트인 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  4. 제3항에 있어서,
    고무 샘플이 2개인 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  5. 제1항에 있어서,
    제2 천이 칼럼(67)과 제1 천이 칼럼(63)의 재료 및 직경 치수가 동일한 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  6. 제1항에 있어서,
    쿠션 블록(65)과 압력 센서(61)의 재료 및 형상이 동일한 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 스트로크 조절 기구(16)는, 편심 원리를 사용하고, 상기 압축 모터(13)의 회전에 의해 회전하는 편심회전 테이블(164), 상기 편심회전 테이블(164) 내에서 슬라이딩하는 슬라이드 블록(163), 상기 슬라이드 블록(163)의 양단에 배치되고 상기 슬라이드 블록(163)을 슬라이딩시키는 볼트(161, 166),상기 볼트(161, 166)에 체결되는 이중 너트(162, 165)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  9. 제8항에 있어서,
    누름판(18)의 수직 압축 스트로크는 스트로크 조절 기구(16)에 의해 제어되고, 볼트(161, 166)를 조절함으로써 압축 스트로크를 변경할 수 있는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 리드 스크류(24)는 커플러(29)를 통하여 보상 모터(21) 출력축과 직접 연결되고, 지지판(26)은 리드 스크류 너트(25)에 직접 연결되며, 2개의 짧은 가이드 샤프트(28)에 의해 가이드되고,
    보상 모터(21)의 회전 시에, 리드 스크류(24)의 회전을 통하여 리드 스크류 너트(25) 및 지지판(26)이 2개의 짧은 가이드 샤프트(28)의 수직 방향을 따라 이동하도록 유도하여 보상기능을 실현하는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 수직 보상 장치는 고무 샘플(73)의 압축 변형 또는 압축 응력에 대하여 수직 방향으로 보상할 수 있고, 즉 시험은 고무 샘플(73)의 압축 변형 및 압축 응력에 대하여 동시에 측정할 수 있으며, 샘플이 일정한 압축 응력의 상황 하에 진행되도록 하고, 그 압축 변형의 시험에서의 변화를 측정할 수 있으며, 또한 샘플이 일정한 압축 변형의 상황 하에 진행되도록 하고, 그 압축 응력의 시험에서의 변화를 측정할 수 있는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  12. 제10항에 있어서,
    고무 샘플(73)에 인가하는 예비 하중 및 수직 보상 장치의 이동은 압력 센서(61)에 의해 검출되고 보상 모터(21)의 기동에 의해 제어되고, 압력 센서(61)는 제1 천이 칼럼(63)을 통하여 고무 샘플의 중간 서포트(82)와 지지판(26) 사이에 장착되며, 샘플이 일정한 압축 응력의 상황 하에 진행되어 그 압축 변형의 시험에서의 변화를 측정할 때, 시험의 진행에 따라 고무 샘플(73)에 영구적 압축 변형이 발생할 경우 압력 센서(61)에 의해 검출되는 압축 응력이 작아지고, 이때 보상 모터(21)의 기동을 제어하여 수직 방향으로 압축 변형에 대하여 보상함으로써 압축 응력의 불변을 확보하며, 고무 샘플(73)의 압축 변형의 수직 보상량이 변위 센서(51) 및 감응 블록(52)에 의해 검출되고 보상 모터(21)의 기동에 의해 제어되고, 샘플이 일정한 압축 변형의 상황 하에 진행되어 그 압축 응력의 시험에서의 변화를 측정할 때, 압축 변형량은 변위 센서(51) 및 감응 블록(52)에 의해 검출되고 보상 모터(21)의 기동에 의해 제어되고, 압축 응력은 압력 센서(61)에 의해 검출되는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  13. 제1항에 있어서,
    샘플실의 온도, 샘플의 저부 온도 및 샘플의 코어부 중심 온도를 동시에 검출할 수 있는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  14. 제13항에 있어서,
    샘플실의 온도는 실온 온도 센서에 의해 측정되고, 상기 실온 온도 센서는 조작실 내에 장착되어 조작실 내의 온도 변화를 실시간으로 모니터링할 수 있는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  15. 제13항에 있어서,
    샘플의 저부 온도는 저부 온도 센서(71)에 의해 측정되고, 상기 저부 온도 센서(71)는 위로 45도 경사지는 방향으로 샘플 중간 서포트(82)에 장착되고, 온도 센서 프로브는 고무 샘플(73)의 저부와 접촉되어 압축 과정 중 고무 샘플(73)의 저부의 온도 변화를 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  16. 제13항에 있어서,
    코어부 중심 온도 센서(72)는 고무 샘플(73)의 압축 변형에 따라 수직 방향으로 동기 진동을 진행하고 수평 방향의 위치는 변하지 않음으로써, 코어부 중심 온도 센서(72)의 프로브가 항상 고무 샘플(73)의 중심 위치에 놓이도록 하며 압축 과정 중 고무 샘플(73) 코어부 중심의 온도 변화를 실시간으로 모니터링하는 것을 특징으로 하는, 압축 발열 검출기.
  17. 제1항 내지 제6항 및 제8항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 압축 발열 검출기를 사용하여 샘플을 검사하는 방법이며,
    샘플이 일정한 압축 응력의 상황 하에 진행되고 그 압축 변형의 시험에서의 변화를 측정할 때, 우선 누름판(18)을 최고점 위치에 놓고 사전에 천공한 고무 샘플(73)을 항온의 샘플실에 넣어 코어부 중심 온도 센서(72)의 프로브가 고무 샘플(73)의 중심 위치에 놓이게 한 후, 소프트웨어에 예비 하중의 크기 및 압축 주파수의 변수를 설정하며, 온도가 평형될 때까지 대기한 후 보상 모터(21)가 기동하기 시작하여 지지판(26) 및 고무 샘플(73)이 수직 방향을 따라 위로 이동하도록 유도하여 압축 변형을 발생하고 압력 센서(61)에 의해 압력값의 크기를 검출하며, 압력값이 사전 설정된 예비 하중 값에 도달할 때 보상 모터(21)는 작동을 정지하고 압축 모터(13)가 기동되어 압축 시험을 시작하고, 압축이 진행됨에 따라 고무 샘플(73)은 일정한 영구적 압축 변형이 발생하게 되어 압력 센서(61)에 의해 검출된 압축 과정 중의 최소 압력값이 작아지고, 보상 모터(21)의 기동을 제어하여 수직 보상 이동을 실현하며, 예비 하중이 기존 설정값에 다시 도달할 때까지 진행하고, 보상량은 변위 센서(51) 및 감응 블록(52)의 피드백에 의해 얻을 수 있고, 전체의 압축 과정에서 압축 시간에 따르는 압축 변형, 샘플 코어부 중심 온도 및 샘플 저부 온도의 변화를 시험하는 단계와,
    샘플이 일정한 압축 변형의 상황 하에 진행되고 그 압축 응력의 시험에서의 변화를 측정할 때, 우선 누름판(18)을 최고점 위치에 놓고 사전에 천공한 고무 샘플(73)을 항온의 샘플실에 넣어 코어부 중심 온도 센서(72)의 프로브가 고무 샘플(73)의 중심 위치에 놓이게 한 후, 소프트웨어에 사전 지정한 변형 크기 및 압축 주파수의 변수를 설정하며, 온도가 평형될 때까지 대기한 후 보상 모터(21)가 기동하기 시작하여 지지판(26) 및 고무 샘플(73)이 수직 방향을 따라 위로 이동하도록 유도하여 압축 변형이 발생하고, 사전 지정된 압축 변형량에 도달하면 보상 모터(21)가 작동을 정지하며, 압축 모터(13)가 기동되어 압축 시험을 시작하며, 압축이 진행됨에 따라 고무 샘플(73)은 일정한 영구적 압축 변형이 발생하게 되어 압력 센서(61)에 의해 검출된 압축 응력이 점차 작아지고, 샘플이 동일한 압축 변형이 발생될 경우, 압축 시간에 따르는 압축 응력, 샘플 코어부 중심 온도 및 샘플 저부 온도의 변화를 시험하는 단계
    를 포함하는 방법.
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