KR20140110948A - 무한 보강 벨트를 제조하기 위한 장치 및 방법 - Google Patents

무한 보강 벨트를 제조하기 위한 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

윤곽층, 완전히 매립된 나선형으로 감긴 코드층, 및 상층을 구비하는 무한 벨트를 제조하기 위한 시스템, 방법 및 장치가 제공된다. 장치는, 벨트 윤곽(1)과 상보적인 윤곽을 갖는 회전가능 맨드릴(2: rotatable mandrel), 맨드릴의 일부분 상에서 윤곽층의 강화된 둘러싸는 결합을 유지하기 위한 맨드릴에 인접한 하나 또는 2개의 맞물림 롤(engagement roll); 코드가 배치되고 융합되는 홈을 윤곽층 내에 형성하는 가열된 블레이드(5)를 포함하는 코드 적용기(cord applicator)를 포함한다. 적층기(laminator)가 보강 카커스(reinforced carcass) 상에 상층을 형성한다. 완충 롤들(14: buffer roll)의 시스템이 윤곽층 또는 카커스의 느슨한 부분을 가이드하도록 취급한다.

Description

무한 보강 벨트를 제조하기 위한 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MAKING ENDLESS REINFORCED BELTS}
본 발명은 일반적으로 나선형 인장 코드층(spiraled tensile cord layer)으로 보강된 무한 벨트를 제조하기 위한 시스템에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 동일한 장치 및 도구 상에서 실제로 임의의 길이의 톱니형 벨트를 그리고 벨트의 외측 표면들로 노출되는 코드를 구비하지 않는 특히 무한 벨트를 제조하기 위한 시스템에 관한 것이다.
무한 벨트들은 전형적으로 둘레 방향으로 매립되는 장력 부재들을 구비하는 탄성중합체로 제작된다. 탄성중합체는 가황 고무, 열가소성 탄성중합체, 또는 주조가능 탄성중합체일 수 있다. 전형적으로 열가소성 탄성중합체 무한 벨트 및 고무 무한 벨트를 제조를 위해 사용되는 여러 방법이 있다.
제1 방법은 한정된 직경의 원통형 맨드릴(cylindrical mandrel)을, 그러한 직경에 대응하는 특정 길이를 갖는 무한 벨트를 제조하기 위해, 사용한다. 그러한 맨드릴이, 예를 들어 톱니형 벨트 윤곽을 생성하기 위해, 자체의 표면 상에 요구되는 표면 패턴 또는 윤곽을 포함할 수 있다. 열가소성 벨트에 적용되는 바와 같은 예가 Hutzenlaub에게 허여된 GB 886,754 에 개시된다. 이러한 맨드릴은 비싸고, 이러한 방법은 단지 주어진 맨드릴 상에서 하나의 특정 길이를 갖는 벨트만을 제조할 수 있다. 더 긴 벨트는, 더 크고 더 비싼 맨드릴을 요구한다. 벨트 길이는 따라서 현실적인 목적을 위해 제한된다. 무한 벨트에 대한 "벨트 길이"는 벨트의 둘레로 지칭된다는 것을 알아야 한다. 이러한 방법은 또한, 예를 들어, Skura 에게 허여된 미국특허 제3,078,206호에 개시된 바와 같이, 무한 고무 벨트를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 종류의 방법은 또한 주조가능한 탄성중합체 벨트들을 위해서도 공통적이다.
개방 단부 벨트로 무한 벨트를 제작하는데 특히 적합한 제2 방법은, 실질적으로 요구되는 길이로 절단되고 무한 벨트를 제작하기 위해 2개의 단부가 함께 결합되는, 연속적인 길이의 보강 벨트 재료를 제조하기 위한 것이다. 다양한 이음(splicing) 또는 결합 방법이 사용되지만, 이음은 항상 장력 코드가 연속적이고 나선형으로 감겼을 경우 보다 더 약하다. 개방 단부 열가소성 벨트를 연속되게 제작하는 방법의 예들이, 회전가능한 몰딩 휠이, 압출된 벨트 재료와 함께 코드들이 내부로 공급되는 회전하는 몰딩 챔버를 형성하기 위해 몰딩 휠의 원주의 대략 절반의 둘레에 감기는, 몰딩 벤드(일반적으로 가요성 스틸)와 함께 제공되는, Breher 등에게 허여된 미국특허 제3,880,558호 및 제4,251,306호에 개시된다. 마찬가지로, 연속적인 길이의 고무 벨트가 가열 홈 형성 원통형 몰드(heated grooved cylindrical mold)와 압력 밴드 사이로 벨트 요소들을 밀어 넣음으로써 제작될 수 있다. 2차적인 공정에서, 요구되는 벨트 길이를 구비하는 개방 단부 벨트의 단부들이 함께 결합된다. 그러한 이음은, 치수적 불균일(또는 피치 오류)을 야기하고 벨트에 약한 지점을 형성하여, 전형적으로 비-이음 무한 벨트에 대비하여 대략 50%까지 벨트의 수명 및 하중 용량을 감소시킨다.
제3 방법은, 요구되는 벨트 길이에 대해 조절하기 위해 서로에 대해 이동하게 될 수 있는, 2개의 원통형 맨드릴을 사용한다. 전형적으로, 방법은, 2개의 맨드릴 둘레에 장력 부재들을 나선형으로 감는 것 및, 장력 부재를 매립하고 벨트의 윤곽을 형성하는 탄성 모체(matrix)를 제공하기 위해 탄성중합체 재료를 압출 또는 주조 및/또는 경화하는 것을 포함한다. 전형적으로, 맨드릴들 중 하나는 벨트 재료가 이상의 제2 방법에서 설명된 바와 같이 내부로 사출되거나 압출되는, 몰딩 챔버를 형성하는 압력 밴드를 갖는 몰딩 휠이다. 이러한 방법은 몇몇 단점을 갖는다. 장비가, 특히 더 긴 벨트 길이에 관해, 비싸고 공간을 소모하며, 운전 효율 및 출력율(output rate)이 요구되는 것 보다 낮다. 벨트 길이는, 2개의 맨드릴 사이의 최소 거리에 의해 하한(low end)이 제한된다. 벨트 길이는, 벨트의 중심 거리의 정확도를 제어하기에 기술적으로 용이한 최대 거리에 의해 상한이 제한된다. 중심 거리의 변화가 또한, 코드가 장력 하에서 감김에 따라 2개의 맨드릴 사이에서 전체 장력을 점진적으로 증가시키는 결과, 문제점일 수 있다. 몰드 띄움 부재들(Mold flight)이 전형적으로 장력 부재들을 지지하기 위해 사용되어, 결과적으로 완성된 열가소성 벨트에서 코드가 노출되도록 한다. 이러한 방법에 따른 고무 벨트는, 벨트 재료들이 평평한 몰드 플레이트들 사이로 계속해서 밀려 들어가게 되는, 일련의 단계들에서 경화될 수 있다.
제4 방법에서, 개방 단부 스트립의 벨트가, 요구되는 벨트 길이를 획득하기 위해 이격되는, 2개의 맨드릴 둘레에 나선형으로 둘러싸이게 되며, 가장자리 이음매들(edge seams)이 요구되는 벨트 폭의 무한 벨트를 형성하기 위해 함께 융합되거나 접착된다. 이러한 방법은 2개의 맨드릴 사이의 거리를 변경함에 의해 상기한 길이의 벨트를 허용한다. 예가 Breher 에게 허여된 미국특허 제4,058,424호에 개시된다. 이러한 방법은 또한 몇몇 단점을 갖는다. 장비가 비싸고 공간을 소모하며, 운전 효율 및 출력율이 요구되는 것 보다 낮다. 부가적으로, 스트립의 폭에 의존하여, 더 많은 코드들이 벨트 가장자리에서 절단되고 노출되며, 따라서 벨트의 유효 강도를 감소시키고, 스트립들의 장력의 약간의 차이가 벨트의 측방 트래킹(sideways tracking) 및 피치 변화를 야기하여, 결과적으로 벨트 수명 및 소음을 감소시킨다. 벨트 길이는, 2개의 맨드릴 사이의 최소 거리에 의해 하한이 제한된다. 벨트 길이는, 벨트의 중심 거리의 정확도를 제어하기에 기술적으로 용이한 최대 거리에 의해 상한이 제한된다. 추가적인 스트립들의 신뢰할 수 있는 결합은 상이하며, 더 높은 하중 상태 도중에, 특히 풀리 플랜지에 대항하는 벨트 가장자리 상에서 스트립들의 단부를 절단한 다음 벨트를 벗기는 것 또는 푸는 것에 의해, 벨트를 분해되도록 야기하는 잠재적인 고장 위험을 보인다.
그 전체가 여기에 참조로 통합되는 2011년 12월 14일 출원된 가출원번호 제61/570,815호의 우선권의 이익을 주장하는 동일자로 출원된, "개방 단부 열가소성 벨트 제조 방법"으로 명칭이 붙은, 출원인의 함께 계류중인 미국출원번호 제 호에도 언급된다.
필요한 것은, 이음에 대한 필요가 없고, 노출되는 코드가 없으며, 상이한 벨트 길이들을 제작하기 위해 하나의 도구를 사용하는, 더욱 효과적이고, 정밀한 무한 보강 벨트의 제조 방법이다.
본 발명은, 장력 부재들의 이음 없이 무한 보강 벨트를 제공하는 시스템 및 방법에 관한 것이며, 또는 장력 부재들이 내부에 둘레 방향으로 매립되는 탄성중합체 모체로 제작되는 무한 벨트의 제조를 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 그로 인해 단지 하나의 맨드릴만이 상이한 길이 및 폭의 벨트를 제조하기 위해 필요하게 된다. 그러한 벨트는 톱니형 벨트, 평면형 벨트, 복수 V자 리브형 벨트, 컨베이어 벨트 및 유사한 제품일 수 있다. 탄성중합체 모체는 열가소성 폴리우레탄 또는 임의의 다른 적당한 열가소성 탄성중합체일 수 있고, 또는 방법은 가황 고무 벨트를 위해 맞춰질 수 있다. 장력 부재들은 전형적으로 꼬인 섬유들 또는 필라멘트 형태의, 스틸, 유리, 아라미드, 탄소, 폴리에스테르, 폴리아미드, 현무암, 또는 다른 적당한 재료 또는 이들의 혼성체로 이루어진다.
본 발명은 3개의 벨트 재료, 즉 탄성중합체 윤곽층, 장력 코드 및 탄성중합체 상층을 포함하는 벨트 제조 시스템에 관한 것이다. 시스템은, 벨트의 윤곽과 상보적인 윤곽 및 윤곽층의 둘레 보다 작은 둘레를 구비하여 윤곽층의 단지 일부분만이 임의의 시간에 맨드릴과 맞물릴 수 있도록 하는 회전가능한 원통형 맨드릴; 상기 맨드릴의 회전 도중에 상기 맨드릴의 둘러싸인 또는 맞물림 부분 상에 윤곽층 재료의 둘러싸인 부분의 둘러싸는 맞물림을 유지하기 위한, 상기 맨드릴에 인접하게 배치되는 하나 이상의 맞물림 롤러 및/또는 장력 시스템; 맞물림 부분 내부에서 윤곽층 상으로 연속적인 장력 코드를 나선형으로 형성하고 부착하기 위한 코드 적용기(cord applicator); 및 그에 따른 보강 윤곽층 상에 상층을 형성하여, 2개의 층 사이에 코드를 끼우거나 매립하도록 하는 적층기를 구비하는, 벨트 제조 장치를 포함한다.
코드 적용기는 윤곽층 내에 홈을 녹여내기 위해 가열 윤곽 블레이드 및 홈의 표면 속으로 코드를 가압하기 위한 코드 배치 디바이스를 포함하여, 윤곽층이 맨드릴과 맞물리게 되는 가운데 윤곽층에 코드를 융합시킬 수 있다. 코드 적용기는, 맨드릴의 축에 대한 축 방향으로의 횡방향 이동을 위해 그리고 정확한 피치 라인 제어를 위해 윤곽 표면에 대한 코드 위치를 제어하도록 맨드릴 표면으로부터 사전 결정된 거리에 블레이드를 배치하기 위해, 둘러싸인 부분 위에 이동가능하게 장착된다.
적층기는, 둘러싸인 부분에 인접하게 배치될 수 있고 맨드릴과 자체의 사이에 틈새(nip)를 한정하는 압력 롤 및 재료들을 함께 융합시키기 위해 함께 압착되기 이전에 상층 및/또는 윤곽층 재료들의 표면을 용융시키기 위한 가열 시스템을 포함하여, 열가소성 탄성중합체 재료들과 장력 부재 사이의 접합을 구현하도록 한다. 다른 실시예에서, 적층기는 열가소성 수지 또는 TPE를 압출하거나, 상층을 위해 액체 경화가능 수지를 주조한다.
다양한 실시예에서, 장치는 또한, 윤곽층, 카커스(carcass) 및 벨트의 느슨한 부분 또는 둘러싸이지 않은 부분이 그 내부에서 당겨질 수 있는, 맨드릴으로부터 떨어져 있는 완충 섹션을 구성하는 하나 이상의 가이드 롤러를 구비한다. 장력 부재가 매립되기 이전의 완충 섹션에서의 윤곽층의 장력(즉, 둘러싸이지 않은 부분)은, 보강되지 않은 윤곽 재료 슬리브가 맨드릴의 윤곽과 완전하게 맞물리도록, 완충 롤러들 중 하나의 위치를 이동시킴에 의해 설정될 수 있으며, 그러한 장력은 보강부재를 갖는 완성된 벨트의 강도와 비교하여 비교적 낮다. 이러한 낮은 장력은, 고하중을 지탱해야 하지 않고 완성된 벨트 피치에 영향이 없거나 매우 제한된 영향을 가짐에 따라, 다소 단순한 완충 구조를 허용한다.
코드 배치 가이드는, 단일, 이중 또는 복수의 코드를 배치하기 위해, 윤곽층 상에 복수의 코드를 동시에 배치하기 위한 상응하는 수의 홈들을 형성하도록 맞춰진 윤곽 블레이드를 구비하도록, 설계된다. 생산성의 추가적인 증가를 위해, 윤곽 재료의 2개 이상의 섹션 상에 동시에 코드를 배치하기 위한, 하나 이상의 부가적인 코드 배치 가이드 및 연관된 가열 블레이드들이 또한 구비될 수 있다.
벨트는 다수의 톱니를 구비하는 벨트 윤곽을 갖는 톱니형 벨트일 수 있고, 맨드릴은 코드 매립 도중에 윤곽 재료의 정확한 피치를 제어하는 톱니와 밀접하게 대응하도록 맞춰지는 홈들을 구비한다. 장치는 또한 보강되지 않은 윤곽 재료를 결합하기 이전에 톱니의 수를 결정하기 위한 톱니 계수기(tooth counter)를 구비할 수 있다.
본 발명은 또한 열가소성 재료의 상층과 윤곽층 사이에 나선형으로 감긴 코드 층을 갖는 무한 톱니형 벨트를 제조하는 방법에 관한 것이다. 방법은, 다른 작업 라인의 별개의 공정에서 편리하게 제작될 있는 있는 제1 탄성중합체 재료의 무한 윤곽층을 제공하는 단계에서 시작하는, 다수의 단계를 포함한다. 무한 윤곽층은, 맨드릴의 회전 도중에 맨드릴과 윤곽 재료의 맞물림을 유지하기 위해, 완충 장력이나 하나 또는 2개 또는 그 이상의 클램핑 또는 맞물림 롤을 사용하여, 맨드릴의 둘러싼 부분 둘레를 둘러싸게 된다. 이때 맨드릴은 회전하여, 무한 윤곽 재료가 둘러싼 부분 위를 다수 회 통과하도록 한다. 회전 도중에, 홈이 회전하는 윤곽 재료 내에 용융되어 형성되고, 코드가 윤곽 재료 상의 홈의 용융 표면 속으로 적용된다. 이러한 회전, 홈-형성, 용융 및 코드 적용 공정은, 자체에 확고하게 부착되는 나선형의 장력 코드층을 구비하는 보강 "카커스"를 형성하기 위해 연속된다. 마지막으로, 재2 탄성중합체 재료의 상층이 벨트 "슬리브"를 형성하기 위해 보강 카커스 상으로 적층되거나 압출된다. 적층하는 것은, 둘러싼 부분 내에 위치하게 되는 압력 롤에 의해 함께 압착되기 이전에 또는 압착되는 가운데, 탄성중합체 재료에 열을 가하는 것을 포함하여, 상층과 카커스를 함께 융합하고 동시에 장력 부재를 탄성중합체 재료에 접합한다.
다양한 실시예에서, 방법은 무한 윤곽층, 카커스, 및 벨트의 느슨한 부분을 적어도 하나의 완충 롤 위에서, 또는 맨드릴으로부터 떨어져 있는 다수의 완충 롤 위에서 당기는 것을 포함한다. 완충 롤은, 맨드릴과 맞물리지 않는 윤곽 재료의 전체 길이가 회전 도중에 간섭없이 가이드되는 것을 보장하기 위해, 조절가능하다. 장력이 완충 섹션 내에서 윤곽층, 카커스, 또는 벨트 상에 거의 요구되지 않는다. 이러한 완충 롤들은 또한 여기서 가이드 롤들 또는 롤러들로 언급된다.
방법은, 별개의 연속적인 작업에서 윤곽 재료를 형성하는 것, 그렇게 형성된 연속적인 윤곽 재료를 사전 결정된 길이로 절단하는 것, 및 무한 윤곽층을 형성하기 위해 단부들을 결합하는 것을 포함할 수 있다. 톱니형 벨트 윤곽을 위해, 결합은, 맞댐 이음(butt join)일 수 있고, 유리하게 2개의 톱니 사이의 평면 영역(land area)에 또는 대안적으로 톱니에 위치하게 될 수 있다. 톱니형 벨트를 위해, 맨드릴은, 상기 방법에 의해 제작되는 벨트 내의 톱니의 수보다 적은, 적어도 하나의 홈을 구비한다. 제작될 수 있는 벨트의 최대 길이는 실제로 단지 완충 섹션의 수용량(capacity)에 의해서만 제한된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 노출된 가장자리를 구비하지 않는, 단일 맨드릴 및 장치 상에서 실제로 임의의 요구되는 길이의, 벨트가 제조될 수 있다. 벨트는 또한, 몰드 띄움 부재들이 맨드릴 상에 코드를 지지하기 위해 필요하지 않기 때문에, 평면 영역들에서 코드의 노출된 부분들을 갖지 않는다. 다수의 벨트가, 벨트들이 슬리브로부터 절단되는 영역에서, 보강 카커스에 상층을 적층하기 이전에 코드들을 제거함에 의해, 모두 노출되는 가장자리 코드 없이, 단일 슬리브로부터 제조될 수 있다.
벨트 피치 및 피치 라인 차이(pitch line differential: PLD)의 적당한 제어는, 코드 배치 도중의 코드 장력, 가열 블레이드 또는 쟁기(plow)의 깊이 위치 및 코드 홈의 용융 상태를 제어함에 의해 달성될 수 있다. 맨드릴은, 코드 적용을 위해 그리고 적층을 위해 제조 속도의 제어된 증가(controlled ramp-up)를 허용하는 조절가능한 구동기를 구비할 수 있다. 코드 적용을 위해 맨드릴의 회전은, 조절가능한 기어를, 바람직하게 전자 기어를 경유하여, 이동가능한 코드 배치 슬라이드 구동기에 연결된다. 이는, 맨드릴의 원주에 대한 윤곽 재료의 원주를 고려하는, 카커스 내에 매립되는 인치당 코드의 수의 설정 및 제어를 가능하게 한다.
요구되는 벨트의 톱니를 계수하는 것으로부터, 연속적인 윤곽 재료로 윤곽 재료를 결합함에 의해 무한 윤곽층을 제작하는 것, 설명된 방식으로 코드를 배치하는 것 및 연속적인 롤로부터 상층을 적층하는 것과 같은, 공정은 자동화될 수 있다. 연마, 벨트 절단, 및 인쇄 공정과 같은 하나 이상의 부가적인 작업이 또한, 하나 또는 복수의 기계에서 완성된 벨트를 제작하기 위해, 동일한 장비 상에 또는 분리된 기계 상에 포함될 수 있다.
적층기는, 더 많고 더 긴 가압을 그리고 따라서 더 높은 적층 속도를 제공하기 위해 다수의 롤러 둘레에서 당겨지는, 압력 밴드를 포함할 수 있다. 압력 밴드 적층기는 또한, 열가소성 또는 열경화성, 경화 가능 수지들의 상층을 적용하기 위해, 압출기 또는 기어 펌프와 같은 계량 디바이스와 함께 사용될 수 있다. 적당한 히터와 함께하는 압력 밴드는 또한, 상층 및/또는 윤곽층을 위한 가황 고무 재료의 적용 및 경화를 가능하게 할 수 있다.
적층 재료는 코드 상으로 압출될 수 있으며, 그리고 코드 감김 도중에 나선형으로 적용될 수 있다. 대안적으로, 코드는 윤곽층 상에 접착될 수 있다.
이상의 설명은, 뒤따르는 발명의 상세한 설명이 더 양호하게 이해될 수 있도록, 본 발명의 기술적 특징들 및 장점들을 다소 폭 넓게 개설했다. 본 발명의 청구항들의 대상을 형성하는 본 발명의 부가적인 특징들 및 장점들이 이하에 설명될 것이다. 개시된 개념 및 특정 실시예는, 본 발명의 동일한 목적들을 수행하기 위한 다른 구조들을 수정하고 설계하기 위한 기초로서 바로 활용될 수 있다는 것이, 당업자에 의해 인식되어야 할 것이다. 또한, 그러한 균등한 구조들은 첨부되는 특허청구범위에 설명된 바와 같은 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는다는 것이, 당업자에 의해 인식되어야 할 것이다. 본 발명의 특징으로 생각하는 신규의 특징들은, 구성 그리고 작동 방법 모두에 관해, 추가적인 목적들 및 장점들과 함께, 첨부되는 도면들과 관련되어 고려될 때 뒤따르는 설명으로부터 더욱 양호하게 이해될 될 것이다. 그러나, 각각의 도면은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제공되며 본 발명의 범위를 한정할 의도가 아니라는 것이, 명확히 이해되어야 할 것이다.
동일한 참조 부호가 동일한 부품들을 지시하는, 명세서의 일부를 형성하고 명세서에 통합되는 첨부되는 도면들은, 설명과 함께 본 발명의 실시예들를 예시하고, 본 발명의 원리를 표현하는 역할을 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 제작되는 벨트의 부분 파단 사시도이고;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 시스템의 개략적 도면이며;
도 3은 도 2의 시스템의 일부분의 확대도이고;
도 4는 도 2의 시스템의 일부분의 부분 파단 사시도이며;
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 일부분의 개략적 도면이고;
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 일부분의 개략적 도면이며;
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 일부분의 개략적 도면이고;
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 일부분의 개략적 도면이며;
도 9는 종래 기술에 따라 제작된 벨트의 부분 파단 사시도이고;
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 일부분의 개략적 도면이고;
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 시스템의 일부분의 개략적 도면이다.
본 발명은, 장력 부재가 둘레 방향으로 내부에 매립되며 탄성중합체 모체로 제작되며, 그로 인해 하나의 맨드릴 또는 몰드가 상이한 길이 및 폭의 벨트를 제조하기 위해 사용되는, 무한 벨트의 제조를 위한 방법 및 장치를 제공한다. 그러한 벨트는 톱니형 벨트, 평면형 벨트, 복수 V자 리브형 벨트, 컨베이어 벨트 및 유사한 제품일 수 있다. 공정은, 톱니 간격 또는 "피치"의 정밀한 제어를 요구하는 톱니형 벨트를 제작하는데, 특히 유용하다. 탄성중합체 모체는 열가소성 폴리우레탄(TPU), 열가소성 가황물(TPV), 또는 임의의 다른 적당한 열가소성 탄성중합체(일반적으로, TPE)일 수 있다. 공정은 또한, 열경화성 수지들 또는 가황 고무 모체를 위해 맞춰질 수 있다. 모체 재료들은, 예를 들어, 항산화제, 오존 분해 방지제, 자외선 안정제, 항세균 첨가제(anti-microbial additives), 가공 조제(process aids), 연화제(softeners), 충전제(fillers), 마찰 조정제(friction modifier), 발포제(foamers), 등을 포함하는, 임의의 수의 바람직한 성분들을 포함할 수 있다.
장력 부재들은 전형적으로, 스틸, 유리, 아라미드, 탄소, 폴리에스테르, 폴리아미드, 현무암, 또는 다른 적당한 재료들 또는 이들의 혼성물의, 코드들, 실, 섬유 또는 필라멘트들로 이루어진다. 실은 섬유 또는 필라멘트의 묶음이며, 꼬이거나 케이블로 묶이게 된다. 코드는 꼬인, 땋은 또는 케이블로 묶인 실 또는 실들의 묶음이며, 접착 또는 취급 목적으로 위해 처리될 수 있을 것이다. 용어 와이어 및 케이블은 종종 금속 코드 또는 금속 장력 부재들과 관련하여 사용된다. 여기서, "코드" 또는 "장력 코드"는 모든 유형의 장력 부재들을 지칭하기 위해 사용될 것이다. 천층(Fabric layers) 또는 다른 비전형적 유형의 장력 보강제가 또한, 실 묶음과 함께 또는, 타이어 코드, 성기게 짠 스크림(open weave scrims), 직조 천 또는 비직조 천 또는 이와 유사한 것과 같은, 더욱 전형적인 코드들 대신에, 사용될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 도 1의 톱니형 벨트(20)는, 3개의 주요 구성요소, 즉 윤곽층(1), 장력 부재(70) 및 상층(10)을 포함한다. 한쪽 또는 양쪽 표면이 선택적으로 직조 또는 비직조 천, 플라스틱 필름, 또는 다른 표면 처리를 포함할 수 있다. 윤곽층 및 상층은 동일한 재료일 수 있고 또는 2개의 상이한 탄성중합체 재료일 수 있다.
윤곽층(1)은, 일측면 상에 톱니 또는 다른 요구되는 벨트 윤곽을 구비하고 반대 측면 상에 평평한 표면을 구비하는, 연속적인 압출된 TPE 또는 TPU로 이루어질 수 있다. 윤곽층은, 몰딩 휠 및, 윤곽 재료가 연속적인 성형을 위해 그 내부로 압출되는, 회전하는 윤곽 몰딩 챔버를 형성하기 위해, 몰딩 휠에 인접한 또는 몰딩 휠의 둘레의 대략 절반의 둘레를 둘러싸는, 몰딩 밴드를 활용하는, 미국특허 제4,251,306호에 개시된 방법과 같은 공지의 압출 형성 또는 몰딩 방법에 의해 형성될 수 있다. 대안적으로, 윤곽층은, 유사한 방식으로 형성되며 부분적으로 가황되는, 고무 구성요소일 수 있다. 그러한 형성 공정은 본 발명의 목적을 위한 임의의 매립된 코드들 없이 실행된다는 것을 이해해야 된다. 따라서, 본 윤곽층은, 벨트가 내부에 매립된 코드를 갖도록 형성되는, 이전의 방법들 보다 더욱 신속하고 효과적으로 형성될 수 있다. 더불어, 윤곽층 상에 형성되는 벨트 윤곽은, 띄움 부재(flights)들 또는 코 부재들(noses)이 코드 지지를 위해 요구되지 않기 때문에, 통상적인 자국(texture) 또는 결함 없이, 형성될 수 있다. 요구된다면, 윤곽층이 파손 저항, 소음 개선 또는 다른 목적을 위해 톱니 표면 상에 직물층 또는 필름을 포함할 수도 있다. 적당한 직물들은, 예를 들어, 직조, 편물 및 비직조 천을 포함한다. 윤곽층의 최종 두께는 사전 결정된 피치 라인 차이(PLD)로 장력 부재의 완전한 또는 부분적인 매립을 허용하도록 하기 위해 선택될 수 있다. 피치 라인 차이는 코드 라인 아래의 벨트의 두께의 측정치이며, 도 1에 지시되는 바와 같이, 평면 영역의 벨트 표면으로부터 코드 중심 라인까지의 거리로서 한정된다. 평면 영역(18)은 임의의 2개의 인접한 톱니(21) 사이에 위치하게 되는 벨트의 얇은 부분이다.
장력 부재(7)는 전형적으로 코드로 꼬인 연속적인 필라멘트들로 이루어지며, 전형적으로 탄성중합체 모체 재료와 접합하기 위해 접착성 코팅을 구비할 수 있다. 장력 부재(7)는 벨트 내에 나선형으로 배치된다. 2개 이상의 코드가 동시에 나란히 벨트 내에 나선형으로 배치될 수도 있다. 예를 들어, 동일한 또는 반대 꼬임(즉, S자형 및 Z자형 꼬임)의 하나, 또는 2개 이상의 코드가 장력 부재로서 사용될 수 있다. 장력 부재는 벨트의 측면에 노출될 수 있고, 또는 바람직하게 장력 부재는 한쪽 또는 양쪽 측면에서 노출 없이 탄성중합체 모체 내에 완전히 매립된다. 임의의 적당한 유형의 코드가 사용될 수 있다. 접착성 코팅은, 코드 배치 이전에 분리된 작업으로 또는 코드가 탄성중합체 모체 재료와 접촉하기 이전에 코드 배치 도중에 통합된 코팅 작업으로, 코드에 적용될 수 있다.
장력 부재(7)는, 이하에 더욱 상세하게 설명될, 연속적인 나선형 감김 공정에서 윤곽층(1)에 적용되고 융합된다. 결과적인 보강된 윤곽층은, 여기서 "카커스" 또는 "보강 카커스"로 지칭된다. 완성된 벨트(20)를 제작하기 위해 상층(10)의 부가가 요구된다. 윤곽층에의 코드의 적용 및 카커스에의 상층의 적층은 몰딩 밴드의 사용없이 개방 맨드릴 상에서 수행된다는 것을 알아야 한다.
상층(10)은 전형적으로, 윤곽층과 동일한 재료 또는 상이한 재료나 상이한 성분의 연속적으로 압출되는 TPE 나 TPU 또는 고무로 이루어진다. 예를 들어, 상층이, 더 높은 가요성, 상이한 마찰 계수를 위해 및/또는, 감소된 소음을 위해 및/또는 감소된 비용을 위해, 비교적 더 부드러운 재료로 이루어질 수 있는 가운데, 윤곽층은 높은 톱니 하중들을 지탱하기 위해 비교적 더 딱딱한 재료로 이루어질 수 있다. 상층의 두께는 장력 부재의 매립을 완료하기 위해 선택될 수 있으며, 벨트 내에서 코드 위에 바람직한 양의 부가적인 재료를 구비한다. 상층은 바람직하게 윤곽층과 같이 대략 동일한 폭을 구비할 수 있다. 상층의 가공은 부드러운 상층을 위해 적당한 다이(die)를 통한 전통적인 압출에 의한 것일 수 있다. 일부 이차적인 윤곽 및 결(texture)이 벨트의 후면 상에 요구된다면, 이때 윤곽 재료를 위해 사용되는 바와 같은 공정이 상층을 제작하기 위해 대신 사용될 수도 있을 것이다. 윤곽 재료에 관하여, 직물 커버가, 외양을 변경하기 위해 또는 마찰 및/또는 소음을 감소시키기 위해, 그러한 커버가 완성된 벨트를 위해 요구된다면, 형성 도중에 상층에 적용될 수 있다. 직물 커버는 카커스와 상층 사이에 매립되도록 카커스에 적용될 수 있다.
적층 공정은 전형적으로, 압력 롤 및 맨드릴 사이의 틈새 라인(nip-line) 바로 전에, 단지 보강 카커스 및 상층의 접촉 표면들만이, 이러한 재료들의 몸체들은 여전히 고체 상태를 유지하고 그들의 형상을 유지하는 가운데, 용융되거나 점착성을 갖도록, 적층 속도에서 적층 표면들에 열 입력을 사용하여 이루어진다. 압력 롤 및 윤곽 맨드릴의 온도 제어가 또한, 양호한 접합 및 부착 결과를 위해 3개의 재료(적층 재료, 코드 및 윤곽 재료) 상에 충분한 열을 보장하기 위해, 맨드릴의 회전 속도와 함께 중요하다. 틈새를 통해 지나가는 가운데, 재료들은, 공기 유입을 방지하게 위해 그리고 3개의 재료(코드, 상층, 및 윤곽층) 모두의 즉각적인 접합을 제공하기 위해, 함께 확고하게 압착된다. 적층 틈새로 진입하는 재료 표면들에의 열 입력은, 열 및 공기유동을 제공하는, 고온 공기 블로워에 의해 또는 적외선 방사기에 의해, 또는 고온 나이프 또는 레이저에 의해, 또는 가열 수단들의 조합에 의해, 제공될 수 있다. 다른 실시예에서, 맨드릴의 일부분의 둘레를 둘러싸는 압력 밴드가, 상기한 틈새 보다 더 긴 적층을 위한 기간을 제공하기 위해 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 조조 공정은 도 2에 도시된 바와 같은 장치를 사용하는 뒤따르는 단계들을 포함한다.
한쪽 면 상에 요구되는 벨트 윤곽을 구비하는 윤곽 재료는 요구되는 길이 및 폭으로 제공된다. 윤곽 재료는 따라서 연속적으로 압출된 스트립으로부터 절단되고, 요구되는 길이의 그리고 톱니형 벨트의 경우에, 요구되는 수의 톱니를 갖는, 무한 윤곽층(1)을 형성하기 위해 공지의 방법에 의해 결합된다. 단부들의 융합은, 비제한적인 예들로서, 열처리 또는 초음파 용접에 의한 열 융합, 직접 접착 또는 박막 또는 접착 테이프 또는 이들의 조합에 의한 것일 수 있다. "벨트 윤곽"은, 벨트 구동 시스템에서 그들의 구동 관계에서의 풀리 또는 스프로킷과 맞물리도록 맞춰지는, 벨트 표면 구성을 의미하게 된다. 동기형(synchronous) 또는 능동형(positive) 구동 시스템에서, 벨트 윤곽이 일련의 균등하게 이격된 횡방향 톱니들 또는, 경사진 또는 나선형 톱니들일 수 있는 가운데, 마찰 구동 벨트 구동 시스템에서, 예를 들어, 벨트 윤곽은 평면형, V자형 또는 복수 V자 리브형일 수 있다. 본 발명은, 톱니형 풀리와 적절한 맞물림을 위한 톱니 형상, 피치 및 벨트 피치 길이에 관한 정밀한 허용오차를 요구하는, 능동형 구동 시스템을 위한 톱니형 벨트를 제조하는데 특히 유리하다. 톱니형 윤곽 재료를 위해, 단부들은 코드 배치를 위해 맨드릴과 맞물리는 도중에 신장 또는 압축을 더 허용하기 위해 평면 영역에서 결합되어, 결합 영역에서의 피치 오류를 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 결합은, 평면 영역 결합에서 가능한 것보다 더 강한 결합이 필요하다면, 톱니 영역에서 이루어질 수 있다. 물론, 핑거 이음(finger joints), 톱니형 이음 또는 이와 유사한 것과 같은, 다른 결합 방법이 사용될 수 있다. 따라서 무한 윤곽층이 제공된다.
무한 윤곽층(1)은 이어서 도 2에 도시된 바와 같은 제조 장치 상으로 설치된다. 따라서, 윤곽층(1)은, 윤곽층의 벨트 윤곽이 맨드릴의 상보적인 몰드 윤곽과 맞물리도록 하는 가운데, 맨드릴(2)의 일부분의 둘레에 둘러싸이게 된다. 2개의 부드러운 맞물림 롤러(3, 4)가 맨드릴 회전 도중에 윤곽층을 몰드 윤곽과 맞물린 상태로 유지한다. 이러한 롤러들은 "배치가능형" 이며, 이들이 상이한 재료 두께, 상이한 압력 조건 및 이와 유사한 것을 수용하기 위해 요구되는 위치로 이동하게 될 수 있다는 것을 의미한다. 이들은 맨드릴에 "인접하며", 맨드릴 또는 맨드릴에 맞물리게 되는 벨트 재료들과 아주 가깝게 또는 근처에 위치하거나, 또는 심지어 접촉하여 함께 동기화된 상태에서 회전한다는 것을 의미한다. 화살표들은 맨드릴(I20)의 회전 방향을 도시하고, 다른 롤러들 및 재료들의 방향은 다음과 같다. 양방향 화살표들은 여러 배치가능형 롤러들을 맞물리게 하고 맞물림 해제하기 위한 이동 방향을 도시한다. 2개의 맞물림 롤러(3, 4)에 의해 접경하게 되며 그 위에 윤곽층이 둘러싸이는 는 맨드릴의 일부분은, 여기서 맨드릴의 "둘러싼 부분" 또는 "맞물림 부분"으로 지칭된다. 맨드릴 상에 둘러싸인 윤곽층, 카커스 또는 벨트의 일부분은 마찬가지로 그들의 둘러싼 부분 또는 맞물림 부분이다. 도 2에는, 둘러싼 부분이, 대략 7시 위치 즉 가이드 롤(4)의 위치로부터 대략 4시 위치 즉 맨드릴(2) 상의 가이드 롤(3)의 위치까지, 연장되는 것으로 도시된다. 이러한 위치는 단지 설명의 목적으로 예시되며, 본 발명의 범위에서 벗어남 없이 변경될 수 있다. 둘러싸는 양은 특별히 제한되지 않지만, 유리하게 대략 45°내지 대략 315°의 범위 이내, 대략 90°내지 대략 300° 범위 이내, 또는 대략 180°내지 대략 270° 범위 이내, 또는 맨드릴 원주 둘레의 대략 270°일 수 있다. 둘러싼 부분이 더 많을수록, 일반적으로 피치 제어가 더 정밀하게 및/또는 장치가 더 빠르게 작동하게 될 수 있다. 맨드릴의 축 방향이 수평으로 도시되는 가운데, 맨드릴의 축 방향은 수직 또는 일부 다른 요구되는 방향일 수 있다.
본 발명의 시스템에서, 맨드릴은 자체에서 제작되는 벨트의 둘레보다 더 작다. 따라서, 항상 벨트 또는 윤곽층의 둘러싼 부분이 존재하고 맨드릴 상에 맞물리지 않고 맨드릴과 접촉하지 않는 자유로운 부분이 존재한다. 톱니형 벨트를 제작하기 위해, 맨드릴은 제작되는 벨트 보다 둘레가 더 작은 하나 이상의 톱니형 피치를 구비해야 한다. 달리 표현하면, 맨드릴은 벨트 윤곽에 있는 톱니의 수 보다 작은 적어도 하나의 홈을 구비한다.
윤곽층(또는 궁극적으로 벨트)의 느슨한 또는 자유로운 부분, 즉 맨드릴(2)에 둘러싸이거나 맞물리지 않은 부분은, 도 2의 롤러(14) 및/또는 롤러(15)와 같은 하나 이상의 부가적인 완충 롤러 둘레에서 당겨지게 된다. 짧은 벨트(즉, 맨드릴 둘레 보다 훨씬 더 길지 않은)를 위해, 그러한 완충 롤은 사용되거나 필요하지 않다. 특정 길이의 벨트까지, 하나의 조정가능한 완충 롤이 각 증분의 길이에 대해 조절할 수 있도록 사용되며, 길이 범위는 최대 100 미터 이상까지 무한 벨트를 제작하기 위해 다수의 완충 롤에 의해 추가로 연장될 수 있다. 매우 긴 무한 벨트를 제작하기 위한 전형적인 완충 배열이 도 2에 예시된다. 다수의 완충 롤러를 구비하는 완충 섹션(16)이 유리하게, 제조 도중에 윤곽층, 보강 카커스 및 벨트의 느슨한 부분을 가이드 하기 위해 활용될 수 있다. 상측 완충 롤러들은 부가적으로, 요구되는 평면 공간의 확장없이, 벨트 길이 범위를 확장하기 위해 상방으로 이동가능하다. 느슨한 부분의 맨드릴 상에서의 매달림 또는 장비의 다른 부분들 상에서의 뒤엉킴 없이, 맨드릴의 빠른 회전을 허용한다. 완충 롤러들 및/또는 완충 섹션은 또한, 벨트 길이 또는 폭에 무관하게 단일 제조 맨드릴(2)을 사용하여, 요구되는 실제적으로 임의의 크기의 무한 벨트가 매우 컴팩트한 면적 내에서 제조되도록 할 수 있다. 이하에서 논의될 것으로서, 완충 섹션에서 벨트의 느슨한 부분은 바람직하게, 개별적인 벨트 구간(belt span) 및 구간들에서의 과도한 느슨함을 제거하기 위해 필요한 최소한의 장력 및 윤곽 재료가 가이드 롤(4)에서 맨드릴 윤곽과 맞물리고 윤곽 재료가 가이드 롤(3)에서 배출됨에 따라 맨드릴과의 맞물림이 해제되는 것을 보장하기 위해 필요한 장력을 넘는, 임의의 상당한 장력 하에 놓인다. 따라서, 어떤 최소한의 장력은, 완충 배열에서 벨트의 적절한 당김을 보장하기고, 벨트 자체의 중량을 지지하며, 임의의 가이드 롤러들의 회전 저항, 마찰 등을 극복하기 위해, 바람직하다. 그러한 최소한의 장력은 여기서 "장력이 거의 없는" 또는 "장력 없는"으로 지칭된다. 이는, 종래 기술의 방법, 특히 코드 배치 지점에서의 코드 장력이 제조 도중에 전체 벨트 제조에 걸쳐 유지되는, 흔히 결과적으로 극단적으로 높은 전체 힘이 맨드릴들 상에 그리고 맨드릴들의 지지 구조물들 상에 생성되는, 2개의 서로 떨어져 있는 맨드릴을 수반하는 방법과는 대조적이다. 그러한 종래 기술의 방법은 벨트 길이 및 피치를 유지하기 위해 거대한 프레임들 및 강건한 구조물들을 요구한다. 이러한 장치 내의 롤러들 및 맨드릴은 장치의 일 측부 상의 단일 프레임 상에 장착되어, 롤러들 및/또는 맨드릴의 다른 단부가 무한 윤곽층 및 벨트의 용이한 설치 및 제거를 위해 개방되도록 한다. 대안적으로, 롤의 양 단부가 프레임들 상에, 그러나 일 측부 상의 프레임과는 벨트의 설치 및 제거를 위해 용이하게 개방가능하도록, 장착될 수 있다.
도 5 내지 도 8은 상이한 길이의 벨트들을 제작하는데 적용가능한, 맞물림 롤들 및 완충 섹션에 대한 다수의 대안적인 배열들을 예시한다. 도 5는, 최소 맨드릴 상의 톱니의 수보다 하나의 톱니 만큼 더 긴 최소 벨트 길이까지, 너무 짧아서 어떤 완충 롤러도 전혀 사용되지 않고 벨트를 제작하기에 적당한 장치의 배열을 도시한다. 따라서, 도 5에서, 윤곽층(1)이, 2개의 가이드 롤(3, 4)에 의해 가능하게 되는, 맞물림 부분(52)에 걸친 맨드릴(2) 상의 둘러싼 부분이 도시된다. 벨트의 맞물리지 않은 또는 자유로운 부분은 스스로 지지되지 않으며, 즉 임의의 다른 풀리들 또는 롤러들 둘레에서 당겨지지 않는다. 이러한 배열은 예시된 것 보다 얼마간 더 긴 벨트를 위해, 그러나 단지 자유로운 부분(51)이 벨트의 톱니들 사이의 간섭을 야기하도록 벨트 상으로 접힐 수 없는 한도 내에서, 적당할 수 있다. 그러한 길이 또는 더 긴 벨트를 위해 도 6의 배열이 적당한 대안이다. 도 6에서, 윤곽층(1)은 2개의 가이드 롤러(3, 4)에 의해 맨드릴(2) 상에 맞물리게 되고, 자유로운 부분(61)은, 다양한 길이의 벨트를 제작하는 것을 수용하도록 조절 가능한 것으로 도시되는, 단일 완충 롤(14a) 둘레에서 당겨진다. 롤(14a)의 주된 목적은 벨트의 자유로운 부분의 벨트 자체와의 엉킴 또는 간섭을 방지하는 것이다. 롤(14a)은 자유로운 부분을 제어하기 요구되는 것보다 어떤 더 큰 장력을 가할 필요는 없으며, 즉, 거의 장력을 가할 필요가 없다
도 7은, 맨드릴(2)에 인접한 단지 하나의 맞물림 롤(63)만이 맨드릴(2) 상에서 윤곽층(1)의 맞물림을 유지하기 위해 필요한, 대안적인 배열을 도시한다. 다시, 자유로운 부분(71)은 단일 완충 롤러(74) 위에서 당겨진다.
도 8은, 맨드릴(2)에 인접한 맞물림 또는 가이드 롤들이 사용되지 않지만 대신 장력 시스템이 사용되는, 대안적인 배열을 도시한다. 윤곽층(1)의 둘러싼 부분은 장력 롤(83) 및 마지막 완충 롤(15)에 의해 생성되는 둘러싸는 각도에 의해 결정된다. 부가적인 완충 롤들(14)이 완충 섹션(16)을 이루어, 거의 어떠한 길이의 벨트도, 앞서 설명되고 도 2에 도시된 실시예와 같이, 제작될 수 있다. 그러나, 도 8의 특수한 배열에서, 어떤 장력이, 맨드릴 상에서 윤곽층의 맞물림 및 맞물림 해제를 유지하기 위해, 장력 롤러(83)에 및/또는 마지막 완충 롤러(15)에 필요하게 된다. 그러나, 윤곽층을 맞물리도록 하기 위해 요구되는 장력은 여전히, 2개의 맨드릴 상에서 코드를 감는 종래 기술의 방법들에서 가해지는 장력 보다 훨씬 적다. 더불어, 장력은, 코드가 윤곽층 상에 감기게 됨에 따라, 증가할 필요가 없다.
윤곽층이 맨드릴 및 완충 롤들 상에 설치된 이후에, 맨드릴은 코드 배치를 위해 사전 결정된 속도로 회전하게 된다. 윤곽층의 둘러싼 부분은 항상 회전 도중에 맨드릴의 둘러싼 부분에 강하게 맞물리게 된다. 맨드릴의 회전 도중에, 가열 윤곽 블레이드(5)가, 재료 속으로 정확한 깊이, 폭 및 온도에서 홈을 용융시키기 위해 윤곽 재료의 후면에 대항하도록 배치되며, 그리고 장력 부재 또는 코드(7)가, 벨트의 피치 라인을 제어하기 위해 홈 내부에 요구되는 깊이로 코드를 배치하는 가이드 롤(6)에 코드를 공급하기 위해, 코드 해방 및 장력 제어 장치(19: cord let off and tension control apparatus)에 의해 제공된다. 홈의 폭 및 깊이는 코드 직경과 대략 동일할 수 있다. 블레이드 가열은, 가변적인 코드 배치 속도를 허용하기 위해, 예를 들어 초기 증가(initial ramp-up) 또는 다른 속도 변화를 수용하기 위해, 제어될 수 있다. 윤곽 재료의 홈 내의 용융 재료는 코드가 그 내부에 매립되기 이전에 또는 매립됨에 따라 빠르게 냉각된다. 코드는, 둘러싼 부분이 맨드릴의 맞물림 부분을 빠져나가기 이전에, 윤곽 재료에 접합되거나 융합된다. 코드는 따라서, 결과적으로 생성되는 보강 카커스가 여전히 맨드릴 상에 맞물리게 되는 가운데, 윤곽층에 부분적으로 매립되고 융합되며 그리고 톱니의 피치를 매우 정확하게 확정하도록 할 수 있다. 피치는 이때, 전형적으로 매우 높은 코드의 인장 탄성률(tensile modulus) 때문에 카커스가 맨드릴과 맞물림 해제되는 때에도, 정확하게 유지된다. 홈의 정확한 깊이 및 코드의 정확한 배치는, 톱니형 벨트를 위해 특히 바람직한 것으로서, 정밀하게 제어된 피치 라인 및 피치 라인 차이(PLD)를 생성한다. 본 방법의 중요한 장점은, 정확한 코드 깊이가 두께 또는 굴곡(waviness)의 변화를 구비하는 윤곽 재료 내에서 유지될 수 있다는 것이다. 가열 나이프는, 심지어 굴곡이 있는 재료를 통해서도 맨드릴 표면으로부터 정확한 거리에 홈을 팔 수 있다. 따라서, 정확한 및 균일한 피치 라인 차이(PLD)가 생성된다. 굴곡은 예를 들어 윤곽 재료의 형성 공정 도중에 윤곽 재료의 차등 수축에 의해 야기될 수 있다.
나선형 코드 배치 도중에, 가열 블레이드(5) 및 코드 가이드 롤(6)은 슬라이드(9)에 의해 윤곽층의 일측에서부터 타측으로, 일제히 이동할 수 있다. 슬라이드(9)의 이동은 요구되는 코드 간격을 제공하기 위해 맨드릴 회전과 동기화된다. 코드 배치 도중에, 코드는 또한 벨트의 정확한 길이 및 피치를 달성하기 위해 사전 결정된 수준까지 인장될 수 있다. 코드 공급 장치(19)는 따라서, 하나 이상의 스풀 또는 릴, 요구에 따른, 연관된 인장 또는 브레이킹 장치 및 이와 유사한 것을 포함할 수 있다. 또한, 코드 온도가, 습기를 제거하기 위해, 용융 및 융합 효과를 조절하거나 안정화하기 위해, 및/또는 습도 및 온도와 같은 환경적 조건의 영향을 최소화하기 위해, 코드 배치 구역에서 증가되거나 제어될 수 있다.
맨드릴의 강력하게 맞물린 부분에서의 요구되는 피치 라인 차이 및 장력으로 카커스를 제작하기 위해 코드를 융합함에 의해, 완충 섹션(16)을 통해 당겨지는 보강 카커스의 부분은, 코드 간격, 코드 배치 벨트 피치, 또는 카커스의 완전함을 유지하기 위해, 상당한 장력을 요구하지 않으며, 코드 감김이 더 많은 코드가 감기게 됨에 따라 인장력의 증가를 초래하지도 않는다는 것을 이해해야 한다. 이러한 원리는, 카커스가 맨드릴으로부터 맞물림 해제되는 가운데, 주어진 장력(또는 증가하는 장력) 하에서 카커스를 유지할 필요를 제거하며, 공정을 치수 정확성 뿐만 아니라 생산성에서 단순하고 매우 효율적으로 만든다. 따라서, 종래 기술의 방법들과 더불어 설명된 다수의 문제점들이 제거된다. 이상에서 설명된 공지의 방법의 결합 섹션에서의 약함 또는 피치 오류의 문제는 본 발명에 의해 제거된다. 피치(톱니 간격) 제어를 위해 단일 맨드릴 상에서 벨트를 형성하는 것에 대한 신뢰는, 상당히 낮은 비용 및 더욱 컴팩트한 장비 설계를 허용하고, 더욱 정확한 제품 치수, 특히 긴 무한 톱니형 벨트에서의 피치 제어 뿐만 아니라, 더 높은 재료 효율성, 노동 효율성 및 에너지 효율성을 제공하는, 종래 방법을 넘는 구별되는 장점을 보인다. 어느 정도의 양의 장력이 물론 앞서 논의된 바와 같이 완충 섹션에서 벨트를 적당히 당기는 것을 보장하기 위해 유익하게 활용될 수 있을 것이다.
또한, 본 방법에 따라, 코드가 윤곽층에 의해 완전히 지지된다는 것을 이해해야 될 것이다. 이는 또한, 요구되는 피치 라인 차이를 위해 맨드릴 표면 밖으로 코드를 들어올리도록, 맨드릴의 각 톱니 상에 작은 띄움 부재들 또는 돌출 부재들 또는 코 부재들을 요구하는, 종래 방법을 넘는 구별되는 장점을 나타낸다. 도 9는, 코드(97)가 몰드 띄움 부재들에 의해 지지되는 그러한 종래 기술의 방법에 의해 제작된 벨트(90)를 도시한다. 그러한 띄움 부재들은, 코드를 약화시킬 수 있고 이른 피로 파손으로 이어질 수 있는, 코드 굽힘들(cord bends)을 생성한다. 그러한 띄움 부재들은 또한 완성된 벨트(90)의 평면 영역(98) 내의, 또한 이른 벨트 파손을 야기하는 오염 및/또는 부식의 지점들이 될 수 있는, 띄움 자국들(92)에서 코드 노출을 생성한다. 띄움 부재의 제거는 또한, 동일한 장치가, 다양한 코드 재료 유형, 코드 직경, 및/또는 피치 라인 차이의 벨트를 제조할 수 있도록 허용한다. 띄움 부재들을 사용하는 종래 방법들은 일반적으로 코드 두께의 변화를 수용하기 위해 새로운 몰드 도구를 요구했다. 또한, 유리 섬유와 같은 특정 장력 부재 재료들의 사용은, 띄움 부재가 벨트의 제조 및 작동 도중에 그러한 재료를 파손시킬 수 있기 때문에, 불가능했다. 본 발명은, 피치 라인 차이를 제어하기 위해 가열 홈 윤곽 디바이스의 위치를 제어함에 의해 동일한 도구 상에서 모든 유형의 장력 부재의 사용을 허용한다. "도구(Tooling)"는 맨드릴, 즉 (실질적으로 변경되지 않는 한) 도구의 특정 윤곽을 구비하는 벨트를 제작하는 것으로 제한되는 특수화된 몰드를, 지칭하도록 사용된다. 본 발명의 도구는 훨씬 더 다목적이다.
코드 배치가 도 3에 추가로 예시된다. 도 3에서, 윤곽 재료(1a)는 맨드릴(2)의 톱니들(32) 사이의 홈(31) 내에 확고하게 또는 밀접하게 맞물리게 되는 톱니들을 구비한다. 윤곽 재료(1a)의 톱니들은 맨드릴(2)의 홈들(31) 내에 편안하게 맞물리게 되어야 한다. 화살표는 맨드릴(2)의 회전 방향을 도시한다. 가열 블레이드(5)는, 윤곽층(1a)의 후면 상에 홈(34)을 형성하는, 윤곽 형성 가장자리(36: profiled edge)를 구비하나다. 가열 블레이드는 바람직하게, 용융 재료의 홈을 형성하는 쟁기(plow)와 같이 작용한다. 코드 가이드 롤(6)이 코드(7a)를 공급하고, 홈 재료가 다시 응고되기 이전에, 홈(34) 내부로 코드를 가이드하며 그리고 압착한다. 블레이드와 코드 가이드 롤 사이의 거리, 코드 배치 속도, 및 온도는, 윤곽 재료 표면이, 코드가 매립될 때까지 용융된 또는 점착성 상태로 머물도록, 제어되어야 한다. 결과는 자체에 융합된 코드(7b)를 갖는 보강 카커스(1b)이다. 대안적인 실시예에서, 홈 재료는, 코드가 홈 표면과 접촉하기 이전에, 대신 응고될 수도 있다. 이러한 경우에, 코드는 단독으로 윤곽 재료에의 융합을 위한 열을 공급받거나, 카커스를 형성하도록 윤곽 재료에 코드를 융합하기 위해 접착성 또는 점착성 재료가 채용될 수 있다.
또한, 코드를 열가소성 재료에 융합하기 위해 코드의 가열을 요구한다는 것을 알게 될 것이다. 그러한 방법들은 일반적으로 금속 코드로 제한되었고 전기적 가열을 활용했다. 본 발명은 일반적으로 코드의 그러한 가열을 요구하지 않으며, 모든 종류의 인장 코드 재료에 적용될 수 있다. 그러나, 코드의 가열은 코드 배치 속도의 증가를 허용할 수 있고, 코드가 가이드 롤에 들어가기 이전에 코드를 가열함에 의해 및/또는 가이드 롤을 가열함에 의해 용이하게 제공될 수 있다. 가열은 전기적으로 또는 임의의 적당한 유형의 외부 히터와 더불어 달성될 수 있다. 코드는, 자체의 두께의 대략 30% 내지 100%, 또는 50% 내지 90% 또는 대략 2/3, 또는 코드의 직경의 절반 내지 코드의 직경까지의 범위로 매립될 수 있지만, 이는 유리하게 요구되는 피치 라인 제어를 제공하기 위해, 코드 및 윤곽층의 재료 및 코드 직경에 의존하여, 조절될 수 있다.
다른 실시예에서, 여러 감김 헤드가 복수의 코드를 적용하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, S 자형 및 Z 자형 꼬임 코드가 나선형으로 나란하게 배치될 수 있다. 대안적으로, 또는 부가적으로, 복수의 헤드가 단일 벨트 슬리브 내부에서, 벨트들 사이에 코드가 없는 갭들을 남기도록 하여, 벨트들이 갭들에서 별개로 절단될 때 코드가 없는 가장자리가 보이게 하도록, 복수의 벨트를 제작하기 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 코드는, 감김을 방해하지 않고 갭들을 뛰어 넘은 다음, 갭들에서 슬리브를 절단한 이후에 코드가 없는 가장자리가 생성되도록 하기 위해, 적층 이전에 갭들 내에서 코드를 제거하는 방식으로, 감기게 될 수 있다. 대조적으로, 종래 기술의 방법은, 도 9에 가장자리 코드(91)에 의해 예시되는 바와 같이, 코드가 노출되는 가장자리를 생성한다.
일부 대안적인 홈 형성 방법이 언급될 수 있다. 가열 나이프 대신에, 레이저 절단 또는 윤곽 연마가, 코드를 내부에 배치하기 위한 홈을 형성하기 위해 적용될 수 있다. 대안적으로, 기계적인 나이프 절단이, 레이저 가열 또는 적외선 가열 또는 고온 공기, 또는 이와 유사한 것과 조합으로 사용될 수 있다. 홈은, 이상에서 논의된 바와 같이, 코드 롤러의 전방에 직접적으로 형성될 수 있고, 또는 홈은 코드 배치 이전에 맨드릴의 한 바퀴 이상에 걸쳐 형성될 수 있다. 홈은 심지어 코드 배치 이전에 전체 슬리브에 걸쳐 별개의 작업에서 형성될 수 있다. 후자의 경우, 홈이 코드 롤의 전방에 직접적으로 형성되지 않는다면, 홈 표면은, 윤곽 재료에의 코드의 요구되는 융합을 달성하기 위해 코드가 홈 내부에 배치되기 직전에 홈을 용융하기 위해 가열될 수 있으며, 또는 코드가 가열될 수 있고, 또는 접착 재료가 사용될 수 있고, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.
하나의 공정에 코드를 적용하고 적층을 제공하기 위한 다른 방법이, 슬라이드(9) 상에 설치되며 그리고, 코드를 관통하도록 가이드하며 그리고 동시에 이러한 섹션을 위한 코드 배치 및 적층 재료를 제공하기에 충분한 양 및 형상으로 코드 둘레에 탄성중합체 재료를 적용하도록, 코드(하나 또는 2개의 코드)를 코팅하기 위해 설계되는 다이를 구비하는, 소형 압출기를 사용함에 의해 제안된다. 이후 적층 재료는 코드 배치와 함께 나선형으로 적용된다. 이러한 방법의 압출 부분은 속도 및 코드 매립에 추가적인 개선을 제공하는 케이블 인발 성형 공정(cable pultrusion process)과 유사하다. 이러한 방법은 홈 절단 블레이드와 조합으로 또는 이것 없이 적용될 수 있다.
코드 배치 작업의 완료 이후에, 상층 재료(10)가 요구되는 적층 속도로 맨드릴 회전을 설정하고 맨드릴(2)을 향해 적층 압력 롤(13)을 이동시킴에 의해 적용되어, 상층(10) 및 보강 카커스가, 적층 히터(11)에 의해 부분적으로 용융된 2개의 재료가 벨트 슬리브를 형성하기 위해 함께 압착되고 결합되는, 틈새(nip)를 형성하도록 한다. 코드 적용 특성들은 적층 단계 도중에 사용되지 않으며, 따라서 코드 적용기는 뒤로 물러나거나 맨드릴으로부터 떨어져 재배치될 수 있다. 바람직하게, 적층 히터는 카커스에 열을 가하고, 상층 및 윤곽층의 표면 용융을 생성한다. 적층 속도 및 열 입력에 대한 공정 매개변수는, 단지 얇은 외피의 용융만이 재료를 관통하는 용융 및 재료의 형상을 잃게 됨 없이 양 표면 상에서 일어나도록, 조절되어야 한다. 최적의 가열 및 용융 양은, 아직 매립되지 않는 코드의 부분 주변에서 유동하지만 코드의 피치 라인 및 위치를 방해하지 않는 가운데, 상층을 카커스 및 코드에 완전히 접합되도록 허용한다. 틈새 압력은 모든 기포를 방지하거나 제거하기 위해 일정하게 선택되어야 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 적층기는 단일 압력 롤 대신에 맨드릴의 둘러싼 부분의 다른 부분 주변을 둘러싸는 압력 밴드를 포함할 수 있다. 압력 밴드는, 주어진 맨드릴 속도에 대해, 틈새 보다 더 긴 시간 기간의 적층 압력 적용을 제공한다. 압력 밴드와 함께하는 적층이 도 10에 도시된다. 윤곽층과 나선형으로 둘러싸인 코드를 포함하는 카커스(91)는, 카커스가 맞물림 롤러(4)에 의해 강력하게 맞물리게 되는 맨드릴 위에서 당겨지게 된다. 카커스의 자유로운 부분은, 가이드 롤러들(95, 96, 97)을 포함하는 완충 섹션을 통해 당겨지게 된다. 압력 밴드(92)는, 압력 롤(103), 이륙 롤(94: take off roll) 및 장력 롤(94) 둘레에서 당겨지고, 따라서 맨드릴의 일부분(92a)의 둘레를 둘러싸게 된다. 압력 밴드는 가요성 스틸 구조일 수 있을 것이다. 압력 밴드 시스템은, 롤들(103, 93) 상에서 화살표로 지시된 바와 같이, 이동가능하고 제거가능하여, 압력 밴드 시스템이 코드 감김 단계와 간섭하지 않도록 한다. 벨트 재료들이 밴드에 달라붙는 것을 방지하기 위해 끈적이지 않는 코팅으로 맨드릴을 코팅하는 것이 유리하다. 적당한 끈적이지 않는 코팅들은, 예를 들어, 폴리테트라플루오로에틸렌과 같은 불소고분자들, 실리콘 고분자들 및 이와 유사한 것을 포함한다. 상층(10)은 적층 공급 롤과 같은 공급 롤에서 해방되어, 압력 롤(103)과 맨드릴(2) 사이의 틈새 속으로 공급될 수 있다. 히터(102)는 상층 재료(10)의 표면을 용융 또는 연화하기 위해 사용될 수 있으며, 따라서 압력 밴드(92a) 및 맨드릴(2) 사이의 카커스(91) 상으로 상층이 압착될 때 상층이 코드 주변에서 유동하도록 할 것이다. 참조 부호 101은, 카커스(910)에서 윤곽층의 표면을 또한 용융시키기 위한 히터에 대한 다른 유용한 위치를 지시한다.
또한 도 10에 의해 예시되는, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 참조 부호 101은, 롤(104) 상에서 공급되는 시트 재료 대신에 유동가능한 적층 재료를 위한 계량 디바이스를 지시할 수도 있다. 계량 디바이스는, 예를 들어, TPE 또는 TPU와 같은 열가소성 재료들을 위한 압출기 또는, 실리콘 고분자들, 주조가능한 폴리우레탄 또는 이와 유사한 것과 같은 액체 경화가능 수지들을 위한 기어 펌프일 수 있다. 압력 밴드는 이때, 그러한 재료를 사용하여 벨트의 상층을 성형 및 형성하기 위한 캐비티를 제공할 것이다. 히터가 압력 밴드의 둘러싼 부분(92a) 근처에 제공될 수 있다. 따라서, 캐비티는 수지를 경화하기 위해 또는 가황가능 고무 재료의 적층체를 경화하기 위해 가열될 수 있다. 압력 밴드는 따라서 경화가능 벨트 재료를 위해 필요한 경화 온도, 압력 및 체류 시간을 제공한다. 따라서, 카커스에 의한 하나의 완전한 적층 순환 이후에, 완성된 벨트(20)가 제조된다. 압력 밴드는 상층에 즉 벨트의 후면에 요구되는 무늬(texture)를 삽입하기 위해, 표면 무늬 또는 패턴을 구비할 수 있다.
도 11에 예시된 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 압력 롤(113)이 윤곽 형성 상층을 카커스 상으로 적층하기 위해 홈을 구비할 수 있다. 윤곽 형성 상층은 윤곽층의 윤곽과 동일한 윤곽(심지어 동일한 윤곽 재료가 사용될 수 있다)일 수 있고, 또는 상이한 윤곽들이 사용될 수 있다. 따라서, 양측면 톱니형 벨트가 동일한 장비 상에서 제조될 수 있다. 벨트의 양 측면 사이에서 상대적인 톱니의 배열을 제어하는 것이 바람직할 수 있다. 맨드릴(2) 및 압력 롤(113)은 따라서 벨트 또는 체인 구동 시스템 및/또는 기어 시스템에 의해 또는 전자적으로 동기화되는 것이 유리할 것이다. 도 11은, 맨드릴(2)에 의해 구동되는 제1 벨트(116)에 의해 구동되는 역전 기어(114)를 포함하고, 제2 벨트(115)로 압력 롤(113)을 구동하는, 하나의 가능한 동기화 배열을 예시한다. 동기화 목적은 예를 들어, 코드 피치 라인에 근거하여 상응하는 선형 속도에서 상층 및 카커스를 적층하도록 하는 것이다. 도 11에 예시된 구동은 대략, 맨드릴의 직경의 대략 절반을 갖는 그리고 그에 따라 2:1 구동의 벨트(116)와 1:1 구동의 벨트(115)로 압력 롤(113)과 맨드릴(2)을 위한 상응하는 표면 속도를 생성하도록 하는, 압력 롤을 도시한다. 다른 배열들이 요구되는 최종 결과에 의존하여 가능하다. 예를 들어, 임의의 실시예에서의 적층 롤이, 상층에, 즉 벨트의 후면에 요구되는 무늬를 삽입하기 위해, 표면 무늬 또는 패턴을 구비할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상층은 어떤 외부 압력 없이(즉, 압력 밴드 없이) 카커스 상에 직접적으로 주조될 수 있을 것이다. 따라서, 액체 고속경화 수지가, 상층을 형성하기 위해 맨드릴의 하나 이상의 회전 중에, 카커스 상에 적용될 수 있다. 이러한 방법은 벨트 둘레에 두께 변화를 초래할 것이고, 이에 대해 요구되는 균일성의 두께로 벨트를 완성하기 위해 연마 또는 스카이빙(skiving) 작업이 유리할 수 있다. 이러한 주조 옵션은, 맨드릴 상의 가장자리 플랜지가 액체 수지가 경화 이전에 맨드릴 밖으로 유동하는 것을 방지하기 위해 유용할 수 있다. 임의의 적당한 수지가, 카커스와의 적당한 접착이 달성되도록 하기 위해, 사용될 수 있다. 발포 수지들이 상층의 요구되는 압축성 또는 부드러움을 달성하기 위해 사용될 수 있다.
벨트 슬리브를 제조한 이후에, 동일한 장치는, 후방의 표면을 연마하기 위해 또는 후면 상에 부드러움 또는 특정 설계의 패턴을 제공하기 위해 슬리브를 달리 가공하기 위해, 맞춰지고 사용될 수 있다. 선택적으로 또는 부가적으로, 슬리브의 후면은, 예를 들어 특정 마찰, 마모 또는 소음 특성을 제공하기 위해 설명된 장치 및 방법을 사용하여, 천으로 적층될 수 있다. 마지막으로, 슬리브는, 동일한 장치의 실시예 상에서 설치되어 회전하는 가운데 또는 그렇지 않으면 동일한 장치의 실시예를 사용하여, 인쇄되거나 라벨 부착될 수 있고, 및/또는 요구되는 벨트 폭으로 절단될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 다수의 부가적인 특성들 또는 변형들이 가능하다. 예를 들어, 공정의 속도를 높이기 위해, 예를 들어 벨트의 요구되는 폭에 따라 각각 다음의 것으로부터 특정 거리를 갖는, 여러 개의 코드 감김 헤드가 슬라이드(9) 상에 배열될 수 있다.
방법 및 장치는 또한, 각 벨트 사이에 장력 부재에서 자유로운 간격을 남기는, 복수의 벨트를 위해 충분히 넓은 카커스 상으로의 나선형 코드에 관해 허용한다. 이러한 간격은 벨트들의 절단을 용이하게 하고, 절단 가장자리 상에 노출되는 코드가 없는, 즉 "가장자리 코드"가 없는 벨트를 생성한다. 대안적으로, 코드는, 연속적으로 이격된 코드를 갖도록 또는 벨트들 사이의 간격을 뛰어 넘는 코드의 짧은 섹션을 갖도록, 카커스 상에 감기게 될 수 있다. 코드는 이때, 벨트 폭이 절단되어야 하는 간격으로부터 제거될 수 있다. 상층을 적층하기 이전에 벨트들 사이에서 코드의 제거는, 가장자리 코드가 절단 가장자리 상에 노출되지 않는 것을 보장한다. 도 4는 다수의 벨트가 단일 벨트 슬리브로부터 절단되어야 하는, 장치 및 방법의 실시예를 예시한다. 도 4는, 코드 감김 단계의 종료 시점에 임박하여 적용되고 있는 코드를 갖는, 맨드릴(2)의 둘러싼 부분에서의 윤곽층(1)을 도시한다. 가열 윤곽 블레이드(36)가, 코드(7)가 그 내부에 배치되기 직전에, 홈(34)을 형성하고 있다. 장력 코드 층 내의 다수의 갭(41)이, 개별적인 벨트들이 슬리브로부터 절단될 것에 대응하여, 형성된다. 적층 및 절단 이후의 결과는, 노출된 가장자리 코드가 없고 띄움 부재로 인한 노출된 코드가 없는 벨트일 것이다. 다른 실시예에서, 상이한 재료들이 윤곽(예를 들어, 소음 또는 하중 성능을 향상시키기 위해) 상에 그리고 상층(예를 들어, 마찰, 외양, 윤곽 형성 또는 이와 유사한 것을 위해) 상에 사용될 수 있다. 마찬가지로, 직물 또는 천이 윤곽 상에 및/또는 후면 상에 사용될 수 있다. 후면은 또한 부드러움 대신에 윤곽 형성될 수도 있다. 예를 들어, 벨트는 이때 양측면 타이밍 벨트, 또는 타이밍/V자형 조합, 또는 일측면 또는 양측면에 형성되는 복수 리브 V자형 벨트일 수 있다. 대안적으로, 벨트는 평면형 벨트일 수 있고, 또는 어떤 다른 특수한 윤곽 또는 윤곽들을 구비할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 코드 적용기는, 그 위에서 코드가 이동하는 롤러일 수 있고 코드에 열을 가하기 위해 코드를 통해 충분한 전류를 공급하는, 한 쌍의 전극을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 코드 적용기는, 코드들을 가열하기 위해 모든 코드를 통해 충분한 전류를 공급하는, 2쌍 이상의 전극 위에 2개 이상의 전도성 코드 단부를 공급한다. 공급되는 열은, 코드들이 그들과 함께 접촉 상태에 놓이기 때문에, 윤곽층을 용융하고 코드를 윤곽층 내에 융합하기에 충분할 것이다. 전도성 코드들은 스틸 코드, 탄소 섬유 코드 및 이와 유사한 것을 포함한다.
적당한 제어가 본 발명의 장치 및 방법의 자동화를 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 자동 제어가, 맨드릴, 가이드 롤러들, 적층 롤러, 코드 가이드 롤과 같은 다양한 롤러들, 및 가열 블레이들, 코드/블레이드 슬라이드, 및 이와 유사한 것을 맞물리도록, 회전하도록 및/또는 맞물림 해제되도록 하기 위해 적용될 수 있다. 자동 제어는, 가열 블레이드, 적층 히터 및 이와 유사한 것의 온도 및/또는 에너지 입력을 제어하기 위해 적용될 수 있다. 자동 제어는, 연마, 기계가공, 라벨 형성, 절단 및 이와 유사한 것과 같은 다양한 연관된 마감 공정들에 적용될 수 있다. 제어 알고리즘은 소프트웨어 및/또는 하드웨어에서 실행될 수 있다. 수동 관여 또는 수동 작동이 요구에 따라 제공될 수 있다. 본 발명에 따르면, 동일한 장치 상에서 윤곽층의 톱니의 수의 자동 계수가 무한 윤곽층의 형성을 용이하게 하기 위해 실행될 수 있다. 톱니 계수기는, 예를 들어 기계적, 광학적 또는 근접 센서를 사용하여 톱니를 검출하는 직접적인 것일 수도 있고, 또는 예를 들어 스텝 모터로부터 단차들을 계수하고 그로부터 톱니 수를 계산하는 간접적인 것일 수도 있다. 윤곽층의 단부들의 결합은 동일한 장치 상에서 실행될 수 있다.
본 발명의 다수의 부가적인 장점이 알려지게 될 것이다. 띄움 부재들 및 가장자리 코드를 제거함에 의해, 청결, 안정성 또는 이와 유사한 것을 요구하는 음식 서비스 또는 다른 "깨끗한 벨트" 적용들을 위해 요구될 수 있음에 따라, 벨트는 의도된 사용 환경으로부터 전체적으로 밀봉될 수 있다. 또한, 완전히 봉합된 장력 부재는 부식 및 굽힘에 대항하여 더욱 양호하게 보호될 수 있어서, 상당한 수명 개선을 유발한다. 따라서, 더 비싼 부식 저항성 스틸 와이어들이 더욱 경제적인 스틸 와이어로 교체될 수 있다.
윤곽 재료와 상층 재료의 구분된 제조는, 모든 것이 동일한 장치 상에서 형성되고 조립되는 종래 방법들을 넘는 다수의 장점을 갖는다. 구분된 제조는 윤곽층 및 상층 재료가, 일반적으로 동시에 코드 배치가 실행될 때 가능한 것 보다 더 빠른, 최적의 압출 속도에서, 제작되도록 허용한다. 구분된 제조는 또한 도 2의 벨트 제조 시스템의 훨씬 쉬운 설정 및, 그러한 장치의 훨씬 더 단순한 설계 및 낮은 자본 비용을 허용한다. 특히, 압출기 및 종래의 몰딩 압력 밴드 그리고 그의 연관된 구동 장치는 필요하지 않다. 설정 시간들이 상당히 감소하게 되고, 전통적인 개방 단부 벨트 제조 장비 상에서 최대 100개 이상의 코드 단부들 대신에, 하나 또는 2개, 또는 비교적 적은 수의 코드만이 고정되거나 설치될 필요가 있음에 따라, 코드 재료 활용이 개선된다.
이중 코드 감김(예를 들어 S자형 및 Z자형 코드)이 이러한 공정으로 가능하지만, 제4 종래 기술의 방법과 같이 이상에서 설명된 바와 같은 긴 무한 벨트에 대한 공지의 방법에서 재현성 있게 실행하기에 매우 어렵거나 다소 불가능하다. 앞서 논의된 바와 같이, 복수의 단일 또는 이중 감김 헤드들이 사용될 수 있다(예를 들어, 단일 벨트 슬리브로부터 동시에 제작될 각 벨트 폭을 위한 하나의 헤드 또는 헤드들의 세트). 이러한 가능성은 공정의 속도를 상당히 높일 수 있고, 나아가 벨트 비용을 감소시킬 수 있다. 무한 벨트를 위한 코드 감김은 제조 공정에서 속도 제한 단계일 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 코드 감김 단계는, 카커스에의 코드의 적당한 융합 및 피치 라인 차이의 적당한 제어와 더불어, 분당 5 내지 50m 의 범위 이내의 선형 감김 속도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 방법은, 맞물림 롤들(13, 14) 또는 적당한 장력에 의해 감김 도중에 맨드릴 상에 윤곽 재료를 강력하고 딱 맞게 맞춤하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 윤곽 재료의 둘러싼 부분의 윤곽층의 톱니들은 둘러싼 부분에서 맨드릴의 상응하는 홈들 속으로 딱 맞게 맞춰진다. 이러한 딱 맞는 맞춤(snug fit)은, 맨드릴 윤곽의 정밀한 가공 및 코드 위치의 제어와 함께, 또한 윤곽층 결합 또는 이음 영역에서도, 생성되는 벨트의 피치 및 피치 길이의 일관된 제어를 보장하는 할 수 있도록 한다. 윤곽층이 맨드릴의 공칭 피치 보다 더 긴 경우에서 그럴 수 있는 것과 같이, 윤곽층이 압축되는 대신에 맨드릴 상에 밀접한 맞춤을 유지하도록 신장되는 것을 허용하기 위해, 최종 벨트 길이 보다 초기에 약간 짧은 무한 윤곽층을 제작하는 것이 유리하다. 톱니형 벨트를 위한 궁극적인 벨트 피치 및 피치 길이를 제어하는 것은, 맨드릴 및 코드 배치 공정이다. 2개의 맨드릴을 수반하는 다른 공지의 벨트 제작 방법은, 벨트 피치가 특히 결합 영역에서 일관되지 않는, 더 큰 위험을 수반한다.
예로서, 장치의 실시예는 대략 400mm 폭 및 대략 320mm 직경의 맨드릴을 구비하도록 구성되었다. 연속적인 윤곽 재료는 라인 밖에서 제조되었고 (평면 영역에서) 일정 길이로 절단되었으며, 단부들은 평면 영역에서 테이프를 사용하여 또는 초음파 용접에 의해 결합되었다. 톱니 계수는 맨드릴 구동기 상의 스텝 모터 및 연관된 단차 계수 소프트웨어의 사용에 의해 자동화된다. 스틸, 유리 또는 아라미드 장력 코드로 그리고 선택적으로 나일론 톱니 커버 천으로 보강된 무한 TPU 톱니형 벨트가, 대략 1m 내지 30m 길이의 범위의 벨트 길이로 동일한 맨드릴 상에서 제작되었다. 맨드릴은, 적어도 2가지 매우 상이한 속도, 즉 윤곽층 상에 코드를 감기 위한 고속(분당 5 내지 50m 의 범위 내에서 선택가능) 및 보강 카커스 상에 상층을 적층하기 위한 저속(분당 0.1 내지 2m 범위 이내에서 선택가능)에서 회전된다. 가열 윤곽 블레이드 및 적층 히터는, 250 내지 500℃ 사이의 온도 설정을 사용하여, 간단하고 신속한 가열을 가능하게 했다. 블레이드 온도는, 블레이드와 윤곽 재료 사이의 접촉 도중의 노출 시간이 코드 융합 작업을 위해 겨우 충분할 정도로 표면을 용융시키기에 충분하도록 하는, 온도이다. 피치 라인 차이는 30미크론 이내에서 제어되었다.
긴 길이 무한 톱니형 벨트 표본이 다른 방법에 의해 제작된 유사한 윤곽 및 길이의 벨트에 대비하여 테스트되었다. 인장 강도가, 예상되는 바와 같이 동일한 유형의 장력 코드의 벨트들에 대해 비교가능했다. 동적 벨트 테스트는 본 발명의 벨트에서 다른 벨트를 넘는, 본 발명의 공정 및 장치로부터 유발되는 개선된 피치 제어에 의한 것이라고 간주되는, 개선점들을 보였다.
여기서 설명된 본 발명의 시스템들 및 방법들은 또한, 비제한적으로, 스노우모빌, 스노우 캣 및 다른 교통 차량들, 군사용 차량들, 건설 차량, 로봇, 및 이와 유사한 것을 포함하는, 다양한 유형의 트랙 구동 차량을 위한 트랙 구동 시스템들에 사용하기 위한 무한 트랙들을 제작하기 위해 사용될 수 있다. 그러한 무한 트랙의 예들이, 그의 내용이 참조로 여기에 통합되는, Kiekhaifer 에게 허여된 미국특허 제3,338,107호, Bellemare 에게 허여된 미국특허 제8,033,619호, 및 Soucy 등에게 허여된 미국특허 제7,090,312호에 개시된다. 트랙은, 여기서 설명되는 바와 같은 톱니형 벨트 상의 톱니와 유사한 방식으로 맨드릴 상에서 형성되고 맞물리게 될 수 있는, 일련의 내부 구동 돌출부들(lugs)을 구비할 수 있다. 마찬가지로, 트랙은, 또한 여기서 설명되는 바와 같이 이중 톱니형 벨트 상의 톱니들과 유사한 방식으로 형성될 수 있는, 일련의 외부 견인 돌출부들을 구비할 수 있다. 다른 실시예에서, 트랙은, 여기서 설명되는 본 발명의 시스템 및 방법으로 형성된 다음 내부 및/또는 외부 돌출부들이 자체에 고정되는, 베이스 벨트를 포함할 수 있다.
비록 본 발명 및 본 발명의 장점들이 상세하게 설명되었지만, 다양한 변경, 치환, 및 대안들이 첨부되는 특허청구범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위로부터 벗어남 없이 여기서 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 될 것이다. 더불어, 본 발명의 범위는, 명세서 내에 설명된, 대상, 수단, 방법 및 단계들에 대한 공정, 기계, 제조, 구성의 특정 실시예들에 제한되도록 할 의도가 아니다. 당업자는 누구나, 여기서 설명된 상응하는 실시예들이 본 발명에 따라 활용될 수 있는 것과 같은, 실질적으로 동일한 기능을 실행하거나 실질적으로 동일한 결과를 달성하는, 현재 존재하거나 이후에 개발될, 대상, 수단, 방법, 단계에 대한 공정, 기계, 제조, 구성을, 본 발명의 개시로부터 쉽게 인식할 것이다. 따라서, 첨부되는 특허청구범위는 그러한 대상, 수단, 방법, 또는 단계에 대한 공정, 기계, 제조, 구성을 본 발명의 범위 이내에 포함하도록 의도된다. 여기에 개시되는 본 발명은 여기에 구체적으로 개시되지 않는 임의의 요소 없이도 적절히 실행될 수 있다.

Claims (36)

  1. 무한 보강 층상 벨트를 제조하기 위한 시스템으로서,
    둘레를 구비하고 내측면 상에 벨트 윤곽을 구비하며 상면을 구비하는 무한 윤곽층;
    상기 윤곽층의 상기 상면에 적층하기에 적당하도록 공급되는 상층 재료;
    상기 윤곽층 둘레에 나선형으로 감기에 적당하도록 연속적으로 공급되고 상기 윤곽층 및 상기 상층 사이에 매립되는 장력 코드; 및
    회전가능한 원통형 맨드릴으로서, 상기 벨트 윤곽과 상보적인 맨드릴 윤곽 및 상기 윤곽층의 둘레보다 작은 둘레를 구비하여 상기 윤곽층의 단지 일부만이 임의의 시간에 상기 맨드릴과 맞물리게 될 수 있도록 하는, 맨드릴; 및 상기 맨드릴 상으로 상기 윤곽층을 압착하기 위해 상기 맨드릴에 인접하게 배치되어, 상기 맨드릴의 회전 도중에 상기 맨드릴의 둘러싼 부분 상에 상기 윤곽층의 둘러싸는 맞물림을 유도하는 맞물림 롤러를 포함하는 장치를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    사전 결정된 코드 나선형 간격으로 상기 둘러싼 부분 내부에서 상기 윤곽층에 상기 장력 코드를 나선형으로 적용하기 위해 상기 맨드릴에 인접하게 배치될 수 있으며, 따라서 상기 코드가, 생성되는 보강 카커스 부분의 상기 맨드릴의 상기 둘러싼 부분으로부터의 맞물림 해제 이전에, 상기 윤곽층에 확고하게 부착될 수 있도록 하는, 코드 적용기; 및
    상기 나선형으로 적용된 코드를 커버하고 상기 벨트를 완성하기 위해, 상기 맨드릴의 상기 둘러싼 부분 내부에서 상기 보강 카커스에 상기 상층 재료를 적용하고 부착하도록, 상기 맨드릴에 인접하게 배치가능한 적층기를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 맨드릴의 회전 도중에 상기 맨드릴의 상기 둘러싼 부분으로부터 상기 윤곽층의 임의의 부분을 맞물림 해제시키도록 상기 맞물림 롤러 반대편에서 상기 맨드릴에 인접하게 배치되는, 이륙 롤러를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 무한 윤곽층의 자유로운 부분이 그 둘레에서 당겨지는, 상기 맨드릴으로부터 떨어져 배치되는, 하나 이상의 가이드 롤을 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    다수의 상기 가이드 롤을 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 적층기는,
    적층 롤러로서, 상기 맨드릴과 상기 적층 롤러 사이에 틈새(nip)를 한정하는, 상기 둘러싼 부분에 인접한 적층 롤러; 및
    상층 재료의 시트의 일측 또는 양측의 적어도 하나의 표면 및 상기 카커스에 용융 에너지를 제공하기 위해 배치되는 적층 히터를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  7. 제 2항에 있어서,
    상기 코드 적용기는,
    상기 맨드릴에 대해 축 방향으로 횡방향 이동을 위해 상기 둘러싼 부분에 인접하게 이동가능하게 장착되며 그리고 상기 윤곽층에 사전결정된 깊이의 가열 홈을 파기 위한, 가열 윤곽 블레이드; 및
    상기 윤곽층에 코드를 융합하기 위해 상기 가열 홈 내부에 코드를 배치하도록 배열되며, 상기 윤곽 블레이드와 함께하는 횡단 이동을 위해 이동가능하게 장착되는, 코드 배치 가이드를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 코드 적용기는 상기 윤곽층 속으로 완전히 보다 적게 상기 코드를 압착하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 코드 적용기는,
    2개의 코드를 나란하게 나선형으로 배치하기 위한 이중 코드 배치 가이드를 구비하고,
    상기 윤곽 블레이드는 상기 윤곽층 상으로 상기 2개의 코드를 동시에 배치하고 융합하기 위한 2개의 홈을 형성하도록 되어 있는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  10. 제 2항에 있어서,
    상기 둘러싼 부분의 축방향으로 이격된 2개 이상의 섹션들 상으로 코드를 동시에 나선형으로 배치하고 융합하기 위한, 하나 이상의 부가적인 코드 적용기를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  11. 제 2항에 있어서,
    상기 코드 적용기로 코드를 감기 위한 더 빠른 속도 및 상기 적층기로 적층하기 위한 더 느린 속도를 포함하는 적어도 2개의 상이한 속도를 구비하는, 맨드릴 구동기를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 벨트는 톱니형 벨트이고, 상기 윤곽층은 다수의 톱니를 구비하며, 그리고 상기 맨드릴은 상기 톱니들과 밀접하게 대응하도록 맞춰지는 홈들을 구비하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 무한 윤곽층에서 톱니의 수를 결정하기 위한 톱니 계수기를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 맨드릴 둘레는 상기 벨트 윤곽층 내의 톱니의 수 보다 적은 적어도 하나의 톱니를 구비하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 무한 윤곽층은 평면 영역에 결합부를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 상층은 일측면 상에 톱니 윤곽을 구비하고, 상기 벨트는 양측면 톱니형 벨트인 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  17. 제 1항에 있어서,
    상기 둘러싼 부분은 상기 맨드릴 둘레의 45 내지 315°를 차지하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  18. 제 2항에 있어서,
    상기 코드 적용기는, 코드를 가열하기 위해 코드들을 통해 충분한 전류를 공급하는 전극 쌍들 위로 2개 이상의 전도성 코드 단부를 공급하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  19. 제 1항에 있어서,
    상기 적층기는, 적어도 3개의 풀리 둘레에서 당겨지며 상기 맨드릴 둘레를 부분적으로 둘러싸는, 압력 밴드를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 맨드릴 상의 상기 카커스와 상기 압력 밴드 사이에서 상기 카커스 상으로 적층 재료가 흐르도록 하기 위한 계량 디바이스를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  21. 제 1항에 있어서,
    상기 벨트는 트랙 차량 구동 시스템을 위한 트랙인 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 시스템.
  22. 무한 보강 층상 벨트를 제조하는 방법으로서,
    둘레를 구비하고 내측에 벨트 윤곽을 구비하며 그리고 상면을 구비하는 무한 윤곽층을 제공하는 단계;
    상기 윤곽층의 상기 상면에 적층하기에 적당한 상층 재료의 공급기를 제공하는 단계;
    상기 윤곽층의 둘레에 나선형 감김을 위해 적당하고 상기 윤곽층과 상기 상층 사이에 매립되는, 연속적인 장력 코드의 공급기를 제공하는 단계; 및
    상기 맨드릴 상에 맞물리지 않는 상기 윤곽층의 남아있는 자유로운 부분을 갖는 가운데, 상기 벨트 윤곽과 상보적인 맨드릴 윤곽 및 상기 맨드릴 상에 상기 윤곽층을 강력하게 맞물리게 함에 의해 상기 윤곽층의 둘레 보다 작은 둘레를 구비하는, 회전가능한 원통형 맨드릴의 일부분 상에 상기 윤곽층의 둘러싼 부분을 맞물리게 하는 단계를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  23. 제 22항에 있어서,
    상기 맞물림 단계는 상기 윤곽층을 맞물림 롤러로 상기 맨드릴 상으로 압착함에 의한 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  24. 제 22항에 있어서,
    상기 맨드릴의 상기 둘러싼 부분에 인접하게 배치되는 코드 적용기에 의해 사전결정된 코드 나선형 간격을 두고 상기 윤곽층에 상기 장력 코드를 나선형으로 적용하여, 상기 코드가, 생성되는 보강 카커스의 상기 맨드릴의 상기 둘러싼 부분으로부터의 맞물림 해제 이전에, 상기 윤곽층에 확고하게 부착되도록 하는, 코드 적용 단계; 및
    상기 나선형 코드를 커버하고 상기 벨트를 완성하기 위해 상기 맨드릴의 상기 둘러싼 부분에 인접하게 배치되는 적층기에 의해 상기 보강 카커스에 상기 상층재료를 적용 및 부착하는 단계를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  25. 제 22항에 있어서,
    상기 윤곽층, 카커스 및 벨트 슬리브의 임의의 남아있는 자유로운 부분이, 상기 맨드릴이 회전함에 따라, 이륙 롤러에서 상기 맨드릴으로부터 맞물림 해제되는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  26. 제 22항에 있어서,
    상기 윤곽층의 상기 자유로운 부분을 하나 이상의 가이드 롤 둘레에서 당기는 단계를 더 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  27. 제 26항에 있어서,
    상기 가이드 롤들은 다수의 롤러를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  28. 제 22항에 있어서,
    상기 적용 및 부착 단계는,
    상기 상층의 적어도 표면을 용융하기 위해 가열하는 단계; 및
    상기 둘러싼 부분에 인접한 상기 카커스 상으로 상기 상층을 압착하는 단계를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  29. 제 22항에 있어서,
    상기 적용 및 부착 단계는,
    적층 롤러와 상기 맨드릴 사이의 틈새 근처에서 상기 상층의 시트 및 상기 카커스 모두의 일측 표면에 열을 가하는 단계; 및
    상기 둘러싼 부분 내에서 상기 상층 및 상기 카커스를 함께 융합하기 위해 상기 틈새에서 상기 적층롤로 압착하는 단계를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  30. 제 22항에 있어서,
    상기 적용 및 부착 단계는,
    상기 상층 또는 상기 카커스의 적어도 일측 표면에 접착제를 적용하는 단계 및 상기 상층 및 상기 카커스를 함께 압착하는 단계를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  31. 제 22항에 있어서,
    상기 무한 윤곽층 제공 단계는,
    별개의 연속적인 작업에서 윤곽 재료를 형성하는 단계,
    그렇게 형성된 연속적인 윤곽 재료를 사전결정된 길이로 절단하는 단계 및
    상기 무한 윤곽층을 형성하기 위해 상기 길이의 윤곽 재료의 단부들을 결합하는 단계를 포함하는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  32. 제 31항에 있어서,
    상기 재료들은 열가소성 탄성중합체인 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  33. 제 31항에 있어서,
    상기 윤곽 재료 및 상기 상층 재료는 동일한 조성인 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  34. 제 31항에 있어서,
    상기 윤곽 재료 및 상기 상층 재료는 상이한 조성인 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  35. 제 22항에 있어서,
    상기 윤곽층은 일 측면 상에 다수의 벨트 톱니를 포함하고, 상기 맨드릴은 딱 맞는 맞춤으로 상기 톱니들과 맞물리도록 하기 위한 홈이 형성되어, 톱니형 벨트가 형성되는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
  36. 제 22항에 있어서,
    적어도 하나의 부가적인 마감 단계가, 상기 맨드릴 상에 설치된 가운데, 상기 벨트 슬리브 상에 실행되며, 상기 마감 단계는 연마, 기계가공, 라벨 형성, 및 절단 중에서 선택되는 것인, 무한 보강 층상 벨트 제조 방법.
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