샤프트 표면의 리드(Drall)는 흔히 발생하지만 육안으로는 거의 식별할 수 없는 방사형 샤프트 씰 시스템 누수의 원인입니다. 슈투트가르트에 위치한 TGU Sealing Technology의 Surface/Lead Inspector는 heliInspect H8을 사용하여 FVA 지침 975 I에 따라 단 몇 분 만에 구조 기반으로 이를 측정합니다.
단 몇 분 만에 완료되는 리드 측정: heliInspect H8을 탑재한 Surface/Lead Inspector
방사형 샤프트 씰링 링은 많은 기술 시스템에서 눈에 띄지 않는 부품이지만, 이것이 고장 나면 오일 누수, 클레임, 가동 중단 등 막대한 비용이 발생합니다. 가장 흔한 원인 중 하나는 씰링 링 자체에 있는 것이 아니라, 링이 맞닿아 돌아가는 샤프트 표면, 즉 소위 씰링 카운터페이스(dichtungsgegenlauffläche)에 있습니다. 샤프트를 연마할 때 발생하는 미세하고 방향성이 있는 구조는 작동 시 나사산처럼 작용하여 씰 립 아래로 유체를 펌핑합니다. 씰링 기술 분야에서는 이러한 현상을 리드(Drall)라고 부릅니다.
슈투트가르트의 TGU Sealing Technology는 슈투트가르트 대학교 기계 요소 연구소(IMA)의 연구 활동에서 파생된 씰링 기술 전문 기업입니다. 이곳에서 개발된 Surface/Lead Inspector는 리드를 정량적이고 지침에 부합하며 무엇보다 빠르게 포착하는 측정 시스템입니다. 그 핵심은 당사의 3D 센서인 heliInspect H8입니다. 본 게시물에서는 리드가 무엇인지, 어떻게 측정하는지, 그리고 왜 빠른 3D 지형 측정이 차이를 만드는지 설명합니다.
리드란 무엇이며 왜 그렇게 까다로운가요?
리드는 동적 작동 시 씰 간극의 흐름을 축 방향으로 전환하는 씰링 카운터페이스의 펌핑 활성 표면 구조를 의미합니다. 결정적인 것은 방향입니다. 연마 흔적이나 기타 구조가 샤프트의 원주 방향에서 벗어나면 방향에 따라 우측 또는 좌측 리드가 발생합니다.
펌핑 방향은 샤프트의 회전 방향과 리드 방향에 따라 달라집니다. 구조가 외부로 펌핑하면 누수가 발생합니다. 내부로 펌핑하면 씰 접촉 부위가 건조해져 윤활 부족, 마찰 증가, 씰링 링 및 샤프트의 열 손상이 발생합니다. 두 경우 모두 씰 시스템의 고장으로 이어지며, 육안으로는 확인할 수 없습니다. 리드는 측정 기술을 통해서만 신뢰성 있게 평가할 수 있습니다.
FVA 지침 975 I: 리드를 위한 공통 언어
리드를 측정하고 평가하는 방법은 구동 기술 연구 협회(FVA)의 지침 975 I “표면/리드 – 샤프트 씰”에 규정되어 있습니다. 이 지침은 슈투트가르트 대학교 기계 요소 연구소(IMA)의 씰링 기술 연구 부서에서 개발 및 작성되었습니다. 이는 최신 기술 및 연구 현황을 요약하고, 통일된 용어를 정의하며, 도면 사양부터 측정 및 측정 프로토콜에 이르는 일관된 워크플로우를 설명합니다. 따라서 이는 샤프트 리드의 일관된 품질 보증과 씰링 카운터페이스의 체계적인 손상 분석을 위한 신뢰할 수 있는 기반이 됩니다.
이 지침에는 두 가지 방법이 있습니다.
- 실 테스트(Fadenprüfung)는 역사적으로 주로 사용된 정성적 신속 테스트입니다. 무게추를 단 실을 샤프트에 감아 펌핑 효과의 존재 여부를 확인하고 이론적인 리드 각도를 추정할 수 있게 합니다. 그러나 개별 리드 범주를 차별화하는 것은 불가능합니다.
- 구조 기반 리드 분석은 광학적으로 획득한 3D 지형 데이터에서 마이크로 및 매크로 리드를 정량적으로 평가합니다. 개별 연마 흔적과 구조를 세분화하여 각도, 깊이 및 부피를 측정합니다. 그 결과 리드 각도, 리드 깊이 및 이론적 펌핑 단면적과 같은 재현 가능한 특성값이 산출됩니다. 이때 가시 표면의 거칠기는 DIN EN ISO 25178에 따라 추가로 특성화됩니다.
두 번째 방법은 한 가지 전제 조건이 필요합니다. 바로 합리적인 시간 내에 샤프트 전체를 캡처할 수 있을 만큼 충분히 빠르게 마이크로미터 해상도의 3D 지형을 제공하는 센서입니다.
Surface/Lead Inspector: 지침의 모든 방법을 단 몇 분 만에 수행
여기서 Surface/Lead Inspector가 제 역할을 합니다. 샤프트는 장치에 장착되어 센서 아래에서 비접촉 방식으로 스캔됩니다. 센서로는 백색광 간섭계인 heliInspect H8이 사용되며, 촬영당 마이크로미터 해상도의 완전한 3D 지형을 제공합니다.
이 시스템은 FVA 지침 975 I의 모든 방법을 지원합니다. heliInspect H8은 높이 정보를 면 단위로 한 번에 캡처하기 때문에, 프로파일을 하나씩 스캔하는 대신 샤프트 전체를 축 및 원주 방향으로 조밀한 측정 그리드로 스캔할 수 있습니다. 이는 생산 현장에서 리드 측정이 더 이상 실험실에서의 샘플링 검사에 그치지 않고, 품질 보증 단계에서 택트 타임에 근접하게 수행될 수 있음을 의미합니다.
이 장치는 직경 최대 200mm, 길이 380mm, 무게 20kg까지의 샤프트를 수용할 수 있으며, 크기는 600 × 700 × 900mm, 무게는 70kg으로 생산 현장 근처에서 사용하기에 충분히 컴팩트합니다. 사용하기 쉬운 측정 소프트웨어가 측정을 안내하고 리드 특성값과 표면의 3D 시각화가 포함된 측정 프로토콜을 생성합니다.
리드 그 이상: 동일한 측정으로 거칠기까지 확인
센서가 완전한 3D 지형을 제공하므로 다시 클램핑할 필요 없이 추가 평가가 가능합니다. Surface/Lead Inspector는 ISO 4287에 따른 Ra, Rz, Rmax와 같은 2D 거칠기 특성값은 물론 DIN EN ISO 25178에 따른 3D 특성값도 결정합니다. 또한 사용된 샤프트의 마모도 정량화할 수 있습니다. 씰링 링의 마모 트랙 깊이와 너비를 지형에서 직접 파악할 수 있어 손상 분석에 중요한 도구가 됩니다.
결론: 센서 기술이 지침을 실무에 적용 가능하게 만듭니다
FVA 지침 975 I는 리드를 완전하고 재현 가능하게 평가해야 하는 방법을 설명합니다. Surface/Lead Inspector는 빠른 3D 센서를 통해 이러한 요구 사항을 산업 현장에서도 구현할 수 있음을 보여줍니다. 모든 리드 범주와 지침의 모든 방법을 몇 시간이 아닌 몇 분 만에 처리할 수 있습니다. 당사에게 이 장치는 heliInspect H8을 이용한 빠른 지형 측정이 어떻게 완전한 검사 시스템으로 발전하는지 보여주는 좋은 예입니다.
추가 정보
- Surface/Lead Inspector, 서비스로서의 리드 측정 및 브로슈어:
TTI GmbH – 리드 측정 및 Surface/Lead Inspector (장치) - 비전 슈투트가르트(Vision Stuttgart) Heliotis 부스에서 라이브 시연
- 당사의 3D 센서: heliInspect H8
Heliotis AG