KR200401952Y1 - 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀 테스트용 맨드렐 - Google Patents

Abstract

본 고안은 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀테스트용 맨드렐에 관한 것으로, 그 목적은 콤프레샤 휠과 맨드렐을 밀착되게 체결하여, 고속회전시 발생되는 콤프레샤 휠과 맨드렐의 틈을 제거하고, 이를 통해 콤프레샤 휠의 자체결함을 명료하게 확인할 수 있으며, 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀테스트용 맨드렐을 제공하는 것이다.

본 고안은 콤프레샤 휠의 내경내로 바디축이 삽입되고, 콤프레샤 휠의 내경 일측 끝단에 결합되어 지지되는 맨드렐 바디와, 상기 콤프레샤 휠의 내경을 관통하는 바디축이 삽입되고 콤프레샤 휠의 내경 타측 끝단에 결합되어 지지되며, 콤프레샤 휠과 접촉되는 밀착지지면이 테이퍼진 경사면을 이루는 맨드렐 링과, 상기 맨드렐 링 후부에 위치하도록 바디축에 끼워지는 맨드렐 슬리브와, 상기 맨드렐 링과 맨드렐 슬리브 사이에 위치하도록 바디축에 설치되는 디스크 스프링과, 상기 바디축의 끝단에 나사결합 설치되어 맨드렐 바디, 콤프레샤 휠, 맨드렐 링, 디스크 스프링, 맨드렐 슬리브를 밀착되게 체결하는 록너트를 포함하여 구성되어 있다.

Description

터보차져 콤프레샤 휠의 스핀 테스트용 맨드렐{Mandrel for spin test of turbo charger}

본 고안은 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀테스트용 맨드렐에 관한 것으로, TPL 타입 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀테스트시 콤프레샤 휠내로 삽입되어 콤프레샤 휠을 밀착 체결할 수 있는 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀테스트용 맨드렐에 관한 것이다.

일반적으로 엔진에 대기압보다 높은 압력으로 흡입공기를 송입하여 과급하면, 배기량이 같은 엔진의 조건에서 다량의 흡입공기를 충전할 수 있으며, 이에 따라 연료분사량을 증가시키면 엔진의 출력을 향상시킬 수 있다. 이와 같은 작용을 위하여 엔진에 설치되는 것이 터보차져로, 상기 터보차져는 도 3 에 도시된 바와 같이, 일측단에 터빈블레이드(70)가 위치하고, 타측단에 콤프레샤 휠(10)이 위치하며, 상기 터빈블레이드와 콤프레샤 휠은 로터 샤프트(80)에 의해 서로 연결되는 구성을 구비한다. 이와 같은 터보차져는 배기가스가 배출될 때의 유속과 압력에 의해 터빈 블레이드를 회전시키고, 이 터빈 블레이드와 로터 샤프트(Rotor Shaft)로 연결된 콤프레샤 휠에 의해 공기를 흡입한 후, 가압하여 실린더에 급속하도록 되어 있다.

상기와 같은 터보차져는(Turbocharger)의 콤프레샤 휠(Compressor Wheel)은 고속 회전에 의해(통상 운전속도의 약 120% 속도) 전압축응력(Pre-Compressive Stress)을 형성시키고, 또한 자체 결함을 사전 확인하기 위해 스핀 테스트(Spin Test)를 실시하고 있다.

즉, 콤프레샤 휠을 규정된 속도, 형상 및 시간에 따라 고속회전시키면, 전압축응력이 형성되는 데 이는 제품의 수명과 직접적인 관련이 있으므로, 원활한 스핀 테스트를 통해 자체결함을 파악하여야 한다.

이와 같은 스핀 테스트는 콤프레샤 휠 황삭 가공 후 전용 맨드렐(Mandrel)을 조립하여 스핀 테스트 전용 장비에서 규정된 속도 및 정의된 기하학적 형상에서 실시된다.

그러나, 종래에 사용되고 있는 맨드렐은 콤프레샤 휠에 설치시, 고정된 위치에서 단순히 콤프레샤 휠을 고정하도록 되어 있어, 고속회전시 발생되는 콤프레샤 휠의 내경 변화에 대응하지 못하였다. 즉, 고속에 의한 원심력으로 스핀 테스트가 진행되는 동안 콤프레샤 휠의 내경이 커지게 되는 현상이 발생되었으나, 종래의 맨드렐은 초기의 고정상태만을 유지하게 되므로, 콤프레샤 휠과 맨드렐 사이에 틈이 발생되고, 이로 인해 진동 및 소음이 발생되고, 스핀 테스트 도중 장비를 정지하여야 하는 등 여러가지 문제점이 있었다.

본 고안은 상기와 같은 문제점을 해소하기 위한 것으로, 그 목적은 콤프레샤 휠과 맨드렐을 밀착되게 체결하여, 고속회전시 발생되는 콤프레샤 휠과 맨드렐의 틈을 제거하고, 이를 통해 콤프레샤 휠의 자체결함을 명료하게 확인할 수 있으며, 제품의 품질을 향상시킬 수 있는 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀테스트용 맨드렐을 제공하는 것이다.

도 1 은 본 고안의 구성을 보인 맨드렐 예시도를, 도 2 는 본 고안에 따른 맨드렐 링, 디스크스프링 및 맨드렐 슬리브의 연결관계를 보인 예시도를, 도 3 은 터보차져의 구성을 보인 사진 예시도를 도시한 것으로, 본 발명은 콤프레샤 휠(10)의 내경내로 바디축(21)이 삽입되고, 콤프레샤 휠 내경(11) 일측 끝단에 결합되어 지지되는 맨드렐 바디(20)와, 상기 콤프레샤 휠 내경(11)을 관통하는 바디축(21)이 삽입되고 콤프레샤 휠의 내경 타측 끝단에 결합되어 지지되며, 접촉면이 테이퍼진 경사면을 이루는 맨드렐 링(30)과, 상기 맨드렐 링(30) 후부에 위치하도록 바디축(21)에 끼워지는 맨드렐 슬리브(40)와, 상기 맨드렐 링(30)과 맨드렐 슬리브(40) 사이에 위치하도록 바디축(21)에 설치되는 디스크 스프링(50)과, 상기 바디축의 끝단에 나사결합되어 설치되어 맨드렐 바디(20), 콤프레샤 휠(10), 맨드렐 링(30), 디스크 스프링(50), 맨드렐 슬리브(40)를 밀착되게 체결하는 록너트(60)를 포함한다.

상기 맨드렐 바디(20)는 스핀테스트용 전용장비(도시없음)에 연결되는 것으로, 콤프레샤 휠의 내경내로 삽입되어 관통되는 바디축(21)과, 상기 바디축과 일체형으로 형성되고 콤프레샤 휠 내경의 일측끝단에 삽입 체결되는 바디(22)로 이루어져 있다.

상기 맨드렐 링(30)은 콤프레샤 휠 내경의 또다른 끝단에 삽입체결되는 것으로, 콤프레샤 휠의 내경 내면에 접촉되는 밀착지지면(31)의 일부가 테이퍼진 형상을 구비하고, 상기 밀착지지면(31)에 소정의 길이를 구비하는 다수개의 슬롯(32)이 등간격으로 형성되어 있다.

상기 밀착지지면(31)은 콤프레샤 휠 내경내로 삽입되어 접촉되는 제 1 밀착면(311)과, 상기 제 1 밀착면과 일체형으로 형성되고 약 15°∼25의 경사면을 구비하도록 테이퍼진 형상을 구비하는 제 2 밀착면(312)으로 이루어져 있다.

상기 슬롯(32)은 끝단이 개방되도록 즉, 제 1,2 밀착면(311,312)을 거쳐 끝단이 개방되도록 즉, 맨드렐 링의 원주방향으로 약 90°간격을 유지하며 4개소를 슬롯팅 가공하여 형성한다. 상기 슬롯은 TPL 타입 터보차져 콤프레샤 휠의 경우, 길이 3∼10㎝ 정도 바람직하게는 약 5㎝ 의 길이를 구비한다.

상기 디스크 스프링(50)은 맨드렐 링(30)을 콤프레샤 휠(10) 방향으로 밀어주는 것으로, 맨드렐 링(30)과 맨드렐 슬리브(40) 사이에 콤프레샤 휠 방향으로의 탄성력을 구비하도록 바디축(21)에 설치된다.

상기 맨드렐 슬리브(40)는 디스크 스프링(50)의 후부에 위치하도록 바디축(21)에 설치되며, 디스크 스프링(50)의 이탈을 방지한다.

상기 록너트(60)는 콤프레샤 휠에 접촉되어 이를 고정 지지하는 맨드렐 바디(20)와 맨드렐 링(30)의 간격을 고정하는 것으로, 맨드렐 슬리브(40) 후부에 위치하도록 바디축(21)에 형성된 나사산에 체결된다.

상기와 같이 이루어진 본 고안은 맨드렐 바디를 콤프레샤 휠 내경에 끼우고 맨드렐 링, 디스크 스프링 및 맨드렐 슬리브를 차례로 조립한 후, 마지막으로 스핀테스트시 풀리지 않도록 끝단에 록너트를 토오크 렌치(Torque Wrench)를 사용하여 200∼220Nm 로 체결한다.

이와 같이 조립된 본 고안은 디스크 스프링이 맨드렐 링을 항시 콤프레샤 휠 방향으로 밀착시키고 있어, 콤프레샤 휠의 스핀 테스트시 즉, 고속에 의한 원심력으로 스핀 테스트가 진행되는 동안 콤프레샤 휠의 내경이 변경(확장)되더라도 디스크 스프링과 맨드렐 링의 밀착지지면에 의해 지속적으로 콤프레샤 휠의 중심이 지지되게 된다. 즉, 콤프레샤 휠의 맨드렐의 초기 체결시, 콤프레샤 휠의 내경에 맨드렐 링의 제 1 밀착면이 밀착 접촉되어 콤프레샤 휠 일측을 지지하고, 고속회전에 따른 콤프레샤 휠의 내경변화시, 디스크 스프링의 탄력에 의해 맨드렐 링이 콤프레샤 휠의 내경변화량 만큼 이동되며, 이로 인해 맨드렐 링의 테이퍼진 제 2 밀착면이 콤프레샤 휠의 내경에 밀착 접촉되어 콤프레샤 휠의 일측을 지지하게 된다.

또한, 본 고안은 고속 회전시, 맨드렐 링에 형성된 슬롯에 의해 맨드렐 링의 밀착지지면이 자체적으로 이동되므로, 맨드렐 링 밀착지지면과 콤프레샤 휠 내경의 접촉면적이 증대된다.

본 고안은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 고안의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

이와 같이 본 고안은 디스크 스프링의 탄력에 의해 테이퍼진 경사면을 구비하는 맨드렐 링이 콤프레샤 휠의 내경에 밀착접촉되도록 되어 있어, 스핀 테스트시 고속회전에 의해 콤프레샤 휠 내경이 변화되더라도 맨드렐 링이 변화된 콤프레샤 휠의 내경에 밀착되게 되므로, 콤프레샤 휠과 맨드렐 사이의 언밸런스를 해소하고, 이로 인한 진동 및 소음을 제거할 수 있다.

또한, 본 고안은 콤프레샤 휠의 스핀 테스트용 맨드렐의 국산화를 통해 자재비의 절감, 안정적인 자재수급 및 자체 제작기술력을 구축할 수 있는 등 산업적으로 많은 파급효과가 있다.

도 1 은 본 고안의 구성을 보인 맨드렐 예시도

도 2 는 본 고안에 따른 맨드렐 링, 디스크스프링 및 맨드렐 슬리브의 연결관계를 보인 예시도

도 3 은 터보차져의 구성을 보인 사진 예시도

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

(10) : 콤프레샤 휠(compressor wheel) (11) : 콤프레샤 휠 내경

(20) : 맨드렐 바디(mandrel body) (21) : 바디축

(22) : 바디 (30) : 맨드렐 링

(31) : 밀착지지면 (32) : 슬롯(slot)

(40) : 맨드렐 슬리브 (50) : 디스크 스프링

(60) : 록 너트 (311) : 제 1 밀착면

(312) : 제 2 밀착면

Claims (1)

1. 콤프레샤 휠의 내경내로 바디축이 삽입되고, 콤프레샤 휠의 내경 일측 끝단에 결합되어 지지되는 맨드렐 바디와,

   상기 콤프레샤 휠의 내경을 관통하는 바디축이 삽입되고 콤프레샤 휠의 내경 타측 끝단에 결합되어 지지되며, 콤프레샤 휠과 접촉되는 밀착지지면이 테이퍼진 경사면을 이루는 맨드렐 링과,

   상기 맨드렐 링 후부에 위치하도록 바디축에 끼워지는 맨드렐 슬리브와,

   상기 맨드렐 링과 맨드렐 슬리브 사이에 위치하도록 바디축에 설치되는 디스크 스프링과,

   상기 바디축의 끝단에 나사결합 설치되어 맨드렐 바디, 콤프레샤 휠, 맨드렐 링, 디스크 스프링, 맨드렐 슬리브를 밀착되게 체결하는 록너트를 포함하는 것을 특징으로 하는 터보차져 콤프레샤 휠의 스핀 테스트용 맨드렐.