KR102611609B1 - 반바리 믹서 로터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 반바리 믹서의 로터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반바리 믹서 로터의 부피가 변경가능하도록 유압을 사용함으로써 반바리 믹서의 효율을 증가시키기 위한 가변부피 로터장치에 관한 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른, 반바리믹서 내부에 위치하고, 회전축을 중심으로 회전되는 로터와, 상기 로터의 외주면에 형성되고, 수축 또는 팽창하여 부피가 변화되는 부피변화부 및 상기 로터와 상기 부피변화부 사이의 유압을 변경시키는 유압변경부를 포함한다.

Description

반바리 믹서 로터{Banbury Mixer Rotor}
본 발명은 반바리 믹서의 로터에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반바리 믹서 로터의 부피가 변경가능하도록 유압을 사용함으로써 반바리 믹서의 효율을 증가시키기 위한 가변부피 로터장치에 관한 것이다.
본 명세서에서 달리 표시되지 않는 한, 이 섹션에 설명되는 내용들은 이 출원의 청구항들에 대한 종래 기술이 아니며, 이 섹션에 포함된다고 하여 종래 기술이라고 인정되는 것은 아니다.
반바리 믹서(Banbury Mixer)는 타이어 공정의 정련 공정에서 타이어의 고무 원료 및 배합제를 혼합시키는 역할을 한다. 이러한 반바리 믹서는 컴파운드를 일률적으로 섞어주는 것이 매우 중요하다.
반바리 믹서가 일률적으로 재료를 섞기 위하여, 적정한 재료의 충진률(Fill Factor)를 가지는데, 이는 각 타입에 따라 다르며, 일반적으로 65~75%의 수준으로 알려져 있다. 이러한 적정 충진률을 맞추기 위하여 재료의 한 회분(Batch)의 중량을 조절함으로써 설계한다. 이는 일반적으로 200~220kg정도이다.
그러나, 적정 충진률을 위한 중량을 설계한다 할지라도, 실제로 투입되는 재료는 각각 차이가 존재하고, 컴파운드의 종류별로 Batch의 중량이 다르며, 또한 그 컴파운드의 각각 특성에 따라 믹서 내부의 부피를 조절할 필요가 있다. 따라서, 적정 충진률을 유지하기에 어려움이 존재하고, 적정 충진률을 유지하지 못할 경우, 재료의 점도 등에 문제가 발생하여 다른 공정상에서 문제가 발생할 수 있다. 그러므로 이러한 문제를 해결하기 위한 방안이 필요하다.
기존의 반바리 믹서의 로터는 부피가 일정한 상태로 배합을 진행한다. 회전축에 고정되어 빠른 속도로 회전하면서 재료의 배합을 시켜야하므로, 내부에서 압력을 견디면서도 설계 전단율을 만족시키기 위하여 믹서와 로터가 일체형으로 되어 사용됨이 일반적이다. 그로 인해 믹서 내의 부피를 조절하기 어렵다는 문제점이 있다.
1. 한국 특허등록 제10-0415383호(2004.01.16. 공고)
반바리 믹서의 로터가 유압을 통하여 부피를 변경할 수 있도록 하여, 적정 충진율을 유지할 수 있도록 하는 반바리 믹서 가변부피 로터장치를 제공하고자 한다.
또한, 상술한 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 이하의 설명으로부터 또 다른 기술적 과제가 도출될 수도 있음은 자명하다.
본 발명의 일실시예에 따른, 반바리믹서 내부에 위치하고, 회전축을 중심으로 회전되는 로터와, 상기 로터의 외주면에 형성되고, 수축 또는 팽창하여 부피가 변화되는 부피변화부 및 상기 로터와 상기 부피변화부 사이의 유압을 변경시키는 유압변경부를 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 로터는, 상기 회전축을 중심으로 소정의 반경을 갖는 원통형의 몸체부와, 상기 몸체부의 표면에 형성되어, 상기 반바리믹서 내부의 재료를 섞어주는 날개부를 포함하며, 상기 부피변화부는 상기 날개부와 함께 결합되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 유압변경부는 변경가능한 유압을 가하는 유압기와, 상기 유압기와 연결되어 있으며, 상기 부피변화부와 상기 로터 사이에 유체를 주입할 수 있도록 형성된 유압통로 및 상기 유압기 및 상기 유압통로 사이에 위치하는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 반바리믹서 내부에 투입되는 재료 부피(Vm)와, 상기 반바리믹서의 내부에 형성된 챔버의 부피에서 상기 로터의 부피를 뺀 순 부피(Vnet)를 기준으로, 상기 Vm과 Vnet의 비율(Vm /Vnet)을 기 설정된 비율과 비교하여, 상기 유압변경부의 작동을 조절하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 의하면, 반바리믹서의 챔버내 순 부피를 변경하여, 적정 충진률로 재료를 섞어주어 효율적으로 혼합이 가능하고, 후 공정에서 재료에 의한 불량을 줄이는 효과를 갖는다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변부피 로터장치의 개략적인 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표준압력 상태의 가변부피 로터장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표준압력 상태의 가변부피 로터장치를 축 방향으로 자른 단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 상태의 가변부피 로터장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 가압 상태의 가변부피 로터장치를 축 방향으로 자른 단면도.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압 상태의 가변부피 로터장치를 개략적으로 나타낸 도면.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압 상태의 가변부피 로터장치를 축 방향으로 자른 단면도.
도 8은 가변부피 로터장치의 일 실시예에 따라 부피를 변경시키는 제어부의 알고리즘을 나타낸 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예에 따른 가변부피 로터장치의 구성, 동작 및 작용효과에 대하여 살펴본다. 참고로, 이하 도면에서, 각 구성요소는 편의 및 명확성을 위하여 생략되거나 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 반영하는 것은 아니다. 또한, 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭하며 개별 도면에서 동일 구성에 대한 도면 부호는 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 가변부피 로터장치에 대한 사시도를 나타낸다. 도 2는 표준상태의 가변부피 로터장치를 개략적으로 나타낸 도면을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가변부피 로터장치(1)는, 반바리믹서 내부에 위치하고, 회전축(110)을 중심으로 회전되는 로터(100)와, 상기 로터(100)의 외주면에 형성되고, 수축 또는 팽창하여 부피가 변화되는 부피변화부(200) 및 상기 로터(100)와 상기 부피변화부(200) 사이의 유압을 변경시키는 유압변경부(300)를 포함한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 유압변경부(300)는 변경가능한 유압을 가하는 유압기(미도시)와, 상기 유압기(미도시)와 연결되어 있으며, 상기 부피변화부(200)와 상기 로터(100) 사이에 유체를 주입할 수 있도록 형성된 유압통로(310) 및 상기 유압기(미도시) 및 상기 유압통로(310) 사이에 위치하는 체크밸브(320)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 상기 로터(100)는 상기 회전축(110)을 중심으로 형성되는 원통형의 몸체부(120)와, 상기 몸체부(120)의 표면에 형성되어 상기 반바리믹서 내부의 재료를 섞어주는 날개부(130)를 포함하며, 상기 부피변화부(200)는 상기 날개부(130)와 함께 결합되는 것을 특징으로 한다.
로터(100)는 반바리 믹서의 내부에 위치하고, 회전축(110)을 중심으로 회전할 수 있는 구조로 구성되어 있다. 회전축(110)은 모터와 연결되어 있어 회전운동을 가능토록 한다. 상기 로터(100)는 회전축(110)을 중심을 형성되는 원통형의 몸체부(120)와 몸체부(120)의 외주면에 형성되어 상기 반비리믹서 내부에 투입된 재료를 섞어주는 날개부(130)를 포함하여 구성된다.
몸체부(120)는 로터의 부피를 가장 많이 차지하는 부분으로서, 부피가 변하지 않는 강성체로 이루어져있다. 회전운동에 모양이 변하지 않으면서도, 반바리믹서의 내부의 재료로 인하여 쉽게 마모되지 않는 성질을 갖고 있어야한다. 특히, 본원발명의 몸체부(120)는 하기 서술될 유압변경부(300)로 인하여 가압되거나 감압될 경우, 표준압력일때와 같은 외형을 유지하여야 한다.
날개부(130)는 다수의 날개날로 구성되어 있고, 몸체부(120)의 표면에서 바깥쪽으로 돌출되어 결합된다. 날개날은 곡선을 가지고 있으며, 다양한 두께를 가질 수 있다. 반바리믹서의 내부에 재료가 들어가면, 회전하면서 재료를 서로 섞어주는 역할을 한다. 날개부(130)는 고무와 배합제 등을 섞어주기 위하여 적당한 강도를 가지면서도 쉽게 망가지지 않도록 구성되어야 한다.
부피변화부(200)는 상기 로터(100)의 외주면에 형성되고, 수축 또는 팽창하여 부피가 변화된다. 부피변화부(200)는 회전에 따라 100bar 이상의 내부의 압력을 견딜 수 있도록 구성되어야 한다. 또한 팽창 및 수축이 가능한 소재로 구성된다. 즉, 고성능 소재(High Performance Material, 이하 HPM 이라 한다)를 소재로 한다. 부피변화부(200)는 몸체부(120)부터 날개부(130)의 일정 부분까지 외주면을 따라 생성된다. 부피변화부(200)는 몸체부(120)에 날개부(130)을 용접하는 과정에서 결합하게 형성될 수 있다.
부피변화부(200)는 일정한 두께를 가지고 몸체부(120) 표면에 형성되어 있다. 유압기(미도시)에 의하여 가해지는 유압이 변경됨에 따라, 부피변화부(200)의 표면적이 변경된다. 따라서 반바리믹서 내의 챔버 내부 부피에서 로터의 부피를 뺀 부피인 순 부피(Vnet)를 변경시키는 역할을 하게 된다.
다음으로, 유압변경부(300)는 상기 로터(100)와 부피변화부(200) 사이의 유압을 변경시키는 구성으로서, 유압기(미도시)와 유압통로(310) 및 체크밸브(320)로 구성되어 있다. 반바리믹서의 외부에 별도로 유압기(미도시)가 구성되어 있고, 이는 일반적으로 사용되는 유압기이면 충분하다. 유압기(미도시)로부터 로터(100)의 외주면과 부피변화부(200)의 사이로 유압을 가할 수 있도록 연결되어 있는 유압통로(310)가 구성된다. 그리고 유압기(미도시)와 유압통로(310) 사이에서 개폐가능한 체크밸브(320)가 포함되어, 유압기(미도시)로 유압을 변경하여 적정 압력에 도달한 경우 체크밸브(320)가 닫히게 되면 해당 압력을 유지하게 된다. 체크밸브 이외의 다른 개폐가능한 개폐부로 구성될 수도 있다.
도 2 및 도 3이 표준압력 상태의 가변부피 로터장치를 나타낸 도면이나, 도 4와 도 5는 가압상태의 가변부피 로터장치이며, 도 6과 도 7은 감압 상태의 가변부피 로터장치를 개략적으로 나타낸다.
본 발명에 따른 바람직한 실시예로서, 상기 반바리믹서 내부에 투입되는 재료 부피(Vm)와, 상기 반바리믹서에 형성된 챔버의 부피에서 상기 로터의 부피를 뺀 순 부피(Vnet)를 기준으로, 상기 Vm과 Vnet의 비율(Vm /Vnet)을 기 설정된 비율과 비교하여, 상기 유압변경부(300)의 작동을 조절하는 제어부(미도시)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 반바리믹서 내부에 투입되는 재료 부피(Vm)는 투입되는 재료의 무게(M)를 측정하여 그 재료의 밀도(d)로 나누어서 구할 수 있다. 상기 반바리믹서의 내부에 형성된 챔버의 부피는 일정하다. 그러므로, 부피변화부(200)에 의하여 변화된 로터(100)의 부피를 뺀 순 부피(Vnet)를 기준으로 하여, 상기 Vm과 Vnet의 비율(Vm /Vnet)을 기 설정된 비율과 비교하여, 상기 유압변경부(300)의 작동을 조절하는 제어부(미도시)가 더 포함된다.
유압변경부(300)에 포함된 유압기(미도시) 및 체크밸브(320) 등으로 구성된 유압 장치가 제어부(미도시)에 의하여 제어된다.
반바리믹서가 재료를 최적의 상태로 일률적으로 섞기 위하여, 적정한 재료의 충진률(Fill Factor)를 가지는데, 일반적으로 적정 충진률을 맞추기 위하여 재료의 한 회분(Batch)의 중량을 조절함으로써 설계한다. 그러나 적정 충진률을 위한 중량을 설계한다 할지라도, 실제로 투입되는 재료는 각각 차이가 존재하고, 재료의 종류별로 Batch의 중량이 다르며, 또한 그 재료의 각각 특성에 따라 적정 충진률을 맞추기 어려운 문제점이 발생한다.
본원발명인 가변부피 로터장치는 적정 충진률(Fill Factor)을 자동으로 조절하기 위하여 제어부(미도시)를 더 포함할 수 있다. 기본적으로 로터(100)와 부피변화부(200)의 사이에는 압력이 외부와 동일하게 표준 상태로 존재하도록 유체를 주입하여 형성된다. 그리고 적정 충진률과 비교하여 부피변화부(200)와 로터(100) 사이의 유압을 변경하여, 적정 충진률과 가까운 상태에서 반바리믹서의 가동을 시작한다. 즉, 순 부피(Vnet)를 조절하여 적정 충진률에서 작동시키어 재료가 일률적으로 섞이며, 후 공정에 있어서, 불량을 줄이는 효과를 갖게 된다.
적정 충진률을 만족시키기 위하여 부피를 변경시키는 경우, 유압기(미도시)를 사용하여 압력을 더 가하면 부피변화부(200)의 표면적이 늘어나면서, 로터장치(1)의 부피가 커지게 되어, 순 부피(Vnet)가 조절된다. 부피를 작게 하는 경우에는 유압을 낮추어 부피변화부(200)의 표면적이 줄어들고, 결국 로터장치(1)의 부피가 작아지게 된다.
도 8은 제어부에 의하여 부피를 조절하는 알고리즘을 도시한 것으로서, 제어 방법의 한 예시이다. 본 예시는 임의로 충진률의 증감단위를 3%로 설정한 경우이다. 충진률의 증감단위는 제어 가능한 정확도에 따라 변경가능하다.
일단, 연속 작업모드로 시작하면, 투입된 재료의 무게(M)을 측정한다. 밀도(d)는 재료마다 일정한 값을 가지므로, 재료 무게(M)만을 측정하여 재료 부피(Vm)를 알 수 있게 된다.
다음으로, Vm과 Vnet의 비율(Vm /Vnet)을 구하여, 기 설정된 적정 충진률(F.F_ Fill Factor)과 비교하여 부피를 변경하기 위한 유체의 압력조절을 시작한다.
만일, 적정 충진률(F.F)과 비율이 동일하다면, 유압기(미도시) 및 체크밸브(320) 등의 유압변경부(300)를 조절하지 않는다. 충진률의 차이가, 임의로 설정한 값인 3%의 반인, 1.5%보다 크거나 같다면 부피변화부(200)의 표면적을 조절하기 위하여 유압변경부(300)를 조절하여 압력을 변경시킨다. 즉, 제어부는 유압장치를 가동한다. 1.5%보다 차이가 작게 되면, 3% 단위로 증감을 조절하기 때문에, 오히려 압력 변경 후에 적정 충진률(F.F)과 차이가 더 커지기 때문이다. 이렇게 변경하는 경우, 적정 충진률(F.F)이 더 크다면, 압력을 증가시켜서 로터 장치(1)의 부피를 크게 만들고, 적정 충진률(F.F)의 값이 더 작다면, 유압변경부(300)을 조절하여 압력을 작게 만들어서 부피를 작게 만든다. 이러한 과정을 수식으로 표현한다면,
Figure 112021112030734-pat00001
의 경우에는 n 대신에 n+1을 대입하여
Figure 112021112030734-pat00002
만큼 로터장치(1)의 부피를 증가시킨다. 반대로,
Figure 112021112030734-pat00003
인 경우에는
Figure 112021112030734-pat00004
만큼 로터장치(1)의 부피를 감소시킨다. 이러한 과정을 통하여, 유압변경부(300)가 가동되지 않는 경우, 적정 충진률(F.F)를 만족시키게 되고, 반바리믹서를 가동시키어 최적의 상태로 재료가 배합된다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
1 : 가변부피 로터장치
100: 로터
110: 회전축
120: 몸체부
130: 날개부
200: 부피변화부
300: 유압변경부
310: 유압통로
320: 체크밸브

Claims (4)

  1. 반바리믹서 내부에 위치하고, 회전축을 중심으로 회전되는 로터;
    상기 로터의 외주면에 형성되고, 수축 또는 팽창하여 부피가 변화되는 부피변화부;
    상기 로터와 상기 부피변화부 사이의 유압을 변경시키는 유압변경부; 및
    상기 반바리믹서 내부에 투입되는 재료 부피(Vm)와,
    상기 반바리믹서의 내부에 형성된 챔버의 부피에서 상기 로터의 부피를 뺀 순 부피(Vnet)를 기준으로,
    상기 Vm과 Vnet의 비율(Vm /Vnet)을 기 설정된 비율과 비교하여, 상기 유압변경부의 작동을 조절하는 제어부;
    를 포함하는 가변부피 로터장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터는,
    상기 회전축을 중심으로 소정의 반경을 갖는 원통형의 몸체부와,
    상기 몸체부의 표면에 형성되어, 상기 반바리믹서 내부의 재료를 섞어주는 날개부를 포함하며,
    상기 부피변화부는 상기 날개부와 함께 결합되는 것을 특징으로 하는 가변부피 로터장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 유압변경부는,
    변경가능한 유압을 가하는 유압기와,
    상기 유압기와 연결되어 있으며, 상기 부피변화부와 상기 로터 사이에 유체를 주입할 수 있도록 형성된 유압통로 및
    상기 유압기 및 상기 유압통로 사이에 위치하는 체크밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 가변부피 로터장치.
  4. 삭제
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