KR101155825B1

KR101155825B1 - 압출기

Info

Publication number: KR101155825B1
Application number: KR1020077009392A
Authority: KR
Inventors: 요세프 아. 블라흐
Original assignee: 블라흐 페르발퉁스 게엠베하 운트 코.카게
Priority date: 2004-10-20
Filing date: 2005-09-22
Publication date: 2012-06-12
Anticipated expiration: 2025-09-22
Also published as: JP2008516811A; US8562203B2; CN101048270A; KR20070083798A; BRPI0516223B1; RU2007118664A; DE102004051203A1; WO2006042613A1; CN100542783C; JP4755191B2; EP1802443A1; DE102004051203B4; EP1802443B1; BRPI0516223A; US20080259717A1; RU2378115C2

Abstract

압출기는 하우징을 구비한 이동부를 포함하며, 상기 하우징의 내부에는 적어도 하나의 스크루 샤프트가 내장되며, 그리고 상기 하우징에는 가공될 재료를 위한 재료 입구 개구부가 일 단부에 제공되며 가공된 재료를 위한 재료 출구 개구부가 타 단부에 제공되며, 재료 입구 개구부와 재료 출구 개구부 사이에 이동부로부터의 가스를 배출시키기 위한 중간 개구부(5)가 제공된다. 재료 유지 장치는 상기 중간 개구부에 결합되며 중간 하우징(6) 내부에 적어도 하나의 스크루 샤프트(7, 8)를 구비한다. 이러한 스크루 샤프트(7, 8)는 중간 개구부(5)로부터 상기 중간 하우징(6)의 가스 배출 개구부(13)로 연장되며, 중간 하우징(6)으로 진입하는 재료를 다시 이동부로 운송한다. 이를 위해, 이동부를 향한 스크루 샤프트(7, 8)의 스크루 부재(9, 10)는 이동부로 복귀하는 나사의 방향을 가지며, 이동부로부터 멀어지는 스크루 샤프트(7, 8)의 스크루 부재(11, 12)는 나사의 반대 방향을 갖는다.

스크루, 플라스틱, 흑점, 가스, 샤프트

Description

압출기{EXTRUDER}

본 발명은 특허청구범위 제1항의 전제부에 따른 압출기에 대한 것이다.

압출기는 물질을 이송하고 가공하는 데 일반적으로 사용된다. 플라스틱을 가공하는 중에 압출기 내에서 가스를 분리하기 위하여, 가스 출구 개구부는 압출기의 가공부의 하우징에 구비되며, 고체 또는 점성 플라스틱이 여기서 가공된다. 플라스틱이 상기 개구부를 통해 가공부 외부로 배출되는 것을 방지하기 위하여, "스터퍼(stuffer)"로서도 알려진 재료 유지 장치가 구비된다. 압출기는 하나 또는 두 개의 스크루 샤프트(screw shaft)를 구비하며 상기 스크루 샤프트의 스크루는 전장(全長)에 걸쳐 나사의 방향을 가지며 이를 통해 압출기는 상기 개구부로 진입하는 플라스틱을 다시 공정부로 가압하는 반면 스크루를 통과하는 가스가 배출될 수 있도록 한다.

하지만, 공지된 바와 같이, 이러한 보유 장치를 구비한 압출기를 사용하여 압출되는 플라스틱은 수많은 흑점(black speck)을 가지며, 이는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)와 같이 투명 플라스틱으로 제조된 제품의 경우에 매우 바람직하지 못하다.

본 발명의 과제는 가스 출구 개구부에 이러한 보유 장치를 구비하여 흑점의 형성을 대부분 제거하는 압출기를 제공하는 것이다.

이는 특허청구범위 제1항을 특징으로 하는 압출기에 의하여 본 발명에 따라 달성된다. 본 발명의 바람직한 실시예는 종속항들에 기재된다.

공지된 바와 같이, 흑점의 생성은 스크루 샤프트와 보유 장치의 내벽이 공정부와 동일한 고온을 갖는다는 사실에서 기인한다. 공지된 압출기의 경우에 있어서, 고온의 스크루 샤프트 또는 유지 장치의 내벽에 접착한 플라스틱 잔류물이 분해될 수 있다. 분해는 플라스틱 잔유물이 고온인 스크루의 금속 표면 또는 유지 장치의 내벽에 접착하는 지속 기간에 의지하므로, 전장에 걸쳐 스크루에 의해 재료 유지 장치의 중간 하우징 내의 가스 출구 개구부까지 운송된 플라스틱 잔여물은 당연하게도 매우 상당한 분해를 겪을 것이다. 이어서, 기존의 압출기에 있어서, 분해의 고체 생성물은 그 전장에 걸쳐 공정부로 역공급하는 재료 유지 장치에 의해 이송되며, 공정부의 플라스틱과 혼합되어 압출된 플라스틱 성형품에 흑점을 형성한다.

이러한 발견으로부터 시작하여, 본 발명은 가공부에 인접한 재료 유지 장치 스크루의 영역에 역공급 형상(backfeeding design)을 제공하는 것에 대하여만 기초로 한다. 플라스틱은 상기 영역을 단기간 동안만 접촉한다. 아울러, 상기 영역에 있어서, 재료는 가공부에서의 고온의 스크루 표면과 내벽 상에서 연속적으로 대체된다. 이는 플라스틱의 분해를 방지하므로, 상기 부재에서의 흑점의 발생을 방지한다.

반면에, 재료 유지 장치의 상기 영역을 통과하는 플라스틱 잔유물은 본 발명에 따른 맞은편 피치를 구비한 스크루 영역에 도달하며, 다시 말해서 플라스틱 잔유물은 더 이상 가공부로 복귀되지 않으며 오히려 가공부로부터 멀리 이송되므로, 가공부로부터 분리된다. 따라서, 이러한 영역에서는 플라스틱 잔유물이 고온의 스크루 및 중간 하우징의 내벽에 일정 시간 동안 노출되어 분해된다. 고체인 분해 흑점(solid black decomposition speck)은 중간 하우징의 가스 배출 개구부를 통하여 별도의 가스와 함께 배출될 수 있거나, 또는 중간 하우징의 하부에 추가적인 개구부가 잔류물이 통과하기 위해 구비될 수 있다.

본 발명에 따른 압출기의 가공부는 오직 하나의 스크루 샤프트를 구비할 수 있다. 하지만, 2개 또는 그 이상의, 특히 8개 또는 그 이상의 긴밀하게 맞물릴 수 있는 축방향으로 평행한 스크루 부재가 구비될 수도 있으며, 스크루 샤프트는 압출기 하우징의 내벽 상에서 축방향으로 평행한 오목 원형 부재에 의해 수용되고 안내된다. 다수의 상기 스크루 샤프트는 유럽 특허 공보 EP 0 788 867 B1호에 개시된 바와 같이 평면에 배치되거나 링을 형성할 수 있다.

재료 보유 장치는 오직 하나의 스크루 샤프트만을 구비할 수 있다. 하지만, 스크루들이 긴밀하게 맞물리며, 압출기 하우징의 내벽에서 축방향으로 평행한 오목 원형 부재에 의해 각각 수용되고 안내되는 2개 또는 그 이상의 축방향 평행 스크루 샤프트를 제공하는 것이 바람직하다.

재료 유지 장치에서 동시회전 또는 역회전 스크루들을 사용하는 것이 가능하다. 역회전 스크루 샤프트는 동시회전 스크루 샤프트의 축방향 개방 시스템과는 달리 축방향 밀폐 시스템을 형성하며, 다시 말해서 역회전 스크루 샤프트는 강제 운송(forced conveyance)을 유발하므로, 역회전 스크루 샤프트는 역회전 스크루 샤프트가 흑점의 발생을 더욱 철저하게 방지하므로 재료 유지 장치 내에 위치하는 것이 바람직하다.

아울러, 역회전 스크루의 자정 작용(self-cleaning)은 기본적으로 동시회전 스크루에 비해 우수한데, 이는 역회전 스크루들이 서로 크레스트 접촉을 하며 중간 하우징의 내벽에 대해 놓이는 반면에, 역회전 스크루는 스크루의 크레스트들과 내벽 사이에 간격이 갖기 때문이다. 스크루와 중간 하우징을 경화시킴으로써 마모에 맞설 수 있다.

역회전 스크루 샤프트에 따르면, 필요하다면 스크루 샤프트 상의 구동 기어를 완전히 생략하는 것도 가능한데, 왜냐하면 오직 하나의 샤프트만이 구동되는 것이 필요하고 상기 샤프트는 스크루의 형상 맞춤식 결합(form-fitting engagement)에 의해 타 샤프트를 구동시키기 때문이다. 이는 스크루 샤프트의 설치, 조립 및 유지 관리를 실질적으로 단순화한다.

재료 유지 장치의 스크루 샤프트는, 예를 들어 구동 기어인 구동부와 일체로 바람직하게 형성된다. 따라서, 종래 기술에 따라 구비된 스크루 샤프트와 구동 기어 사이의 결합은 존재하지 않는다. 따라서, 스크루 샤프트를 구동시키는 분할 기어 박스는 소형, 경량 및 경제적으로 제조될 수 있다.

이로 인하여, 어떠한 독성 가스도 확인 없이 압출기로부터 배출될 수 없을 뿐만 아니라 공기가 압출기 내부를 통과하는 것도 방지할 수 있으며, 재료 유지 장치를 구비한 중간 하우징은 압출기 하우징 및 분할 기어 박스에 진공 기밀적으로 결합되어야 하며, 여기서 분할 기어 박스는 차례로 진공 기밀 형태를 가져야만 한다.

분할 기어 박스는 예를 들어 약 250℃ 인 공정부의 고온에서 손상을 받을 수 있는 베어링, 밀봉부 및 유사한 부재를 포함하므로, 예를 들어 단열 플레이트와 같은 단열 수단을 재료 유지 장치를 구비한 중간 하우징과 분할 기어 박스 사이에 배치하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 압출기는 폴리염화비닐(PVC), 폴리에틸렌 수지(PE) 등과 같은 가공 플라스틱에 특히 적합하다. 흑점의 형성이 대부분 차단되므로, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)로 제조되는, 특히 무색 투명한 제품인 투명 플라스틱 제품을 생산하는 데 특히 적합하다.

이 후, 본 발명에 따른 압출기의 실시예는 첨부된 도면을 참조로 하여 더욱 자세하게 설명될 것이다. 도면은 아래와 같이 기재되며, 각각의 도면은 사시도이다.

도 1은 재료 유지 장치를 구비한 압출기의 가공부의 부분을 도시하는 도면;

도 2는 2개의 역회전 스크루 샤프트를 구비한 재료 유지 장치, 상기 재료 유지 장치의 하우징을 전체적으로 및 분할 기어 박스가 생략된 하우징의 일부를 도시하는 도면;

도 3은 도 2에 대응하지만, 재료 유지 장치가 2개의 역회전 스크루 샤프트를 구비하는 재료 유지 장치를 도시하는 도면;

도 4는 도 2에 대응하지만, 구동 기어가 없는 스크루 샤프트를 도시하는 도면; 및

도 5는 공정부로부터 제거된 재료 유지 장치를 도시하는 도면.

도 1에 따르면, 압출기의 가공부의 하우징 부재(1)만이 도시된다. 가공부는 병치된 다수의 하우징 부재들을 포함하며, 상기 부재들은 하우징 부재(1) 내부의 보어(2)를 통해 안내되는 풀 로드(pull rod)(미도시)에 의하여 함께 고정될 수 있다.

가공부의 이송 방향은 화살표(3)로 도시된다. 압출기의 재료 입구 개구부를 구비한 하우징 부재(미도시)는 부재(1)의 이송 상류측에 배치되고, 재료 출구 개구부를 구비한 하우징 부재(미도시)는 이송 하류측에 배치된다.

가공부는, 예를 들어 유럽 특허 공보 EP 0 788 867 B1호에 개시된 바와 같이 링 압출기(ring extruder)로서 형성된다. 다시 말해서, 하우징 부재(1) 및 가공부의 다른 하우징 부재(미도시)들을 축방향으로 관통하여 연장하는 것은 내부 코어(미도시)이다. 내부 코어와 하우징 부재 사이에는 원을 따라 동일한 중심-각거리에 배치되고 여기서 연장하는 축 평행 회전식 샤프트를 구비한 환형 공간이 존재하며, 각각의 상기 샤프트는 다수의 탠덤 배치 스크루(tandem arranged screw)와 다른 가공 부재를 운송하며 이를 갖고서 인근 샤프트들이 긴밀하게 맞물리고, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 공간의 내부측에 내부 코어가 위치하며, 하우징 부재(1)의 내벽은 채널형 축 평행 오목부(4)를 구비하고 여기서 가공 부재를 구비한 특정 샤프트 가 수용되고 안내된다.

가공부의 재료 입구 개구부와 재료 출구 개구부 사이에 배치되고 도 1에 도시된 하우징 부재(1)는 가공부에서 가공되는 플라스틱으로부터 가스를 제거하기 위한 중간 개구부(5)를 구비한다.

이를 위해, 부재(1)는 2개의 축 평행 스크루 샤프트(7, 8)가 내부에 배치된 중간 하우징(6)에 결합되며, 상기 샤프트는 도 2에 도시되고 가공부의 종방향 축에 수직하게 연장한다. 각각의 스크루 샤프트(7, 8)는 가공부를 향한 짧은 스크루 부재(9, 10)와 가공부로부터 멀어지게 향한 긴 스크루 부재(11, 12)를 구비한다. 2개의 샤프트(7, 8)의 스크루 부재(9, 11 및 10, 12)들은 긴밀하게 맞물리며, 중간 하우징(6)은 내벽에서 축 평행 채널형 오목부(미도시)를 구비하며, 상기 오목부는 스크루 부재(9 내지 12)들을 수용하므로 스크루 샤프트(7, 8)를 안내한다. 스크루 부재(9 내지 12)들은, 예를 들어 스플라이닝(splining)에 의해 스크루 샤프트 상에 회전식으로 빠르게 배치된다.

스크루 샤프트(7, 8)는 가공부의 하우징 부재(1) 내의 중간 개구부(5)로부터 가공부에서 플라스틱으로부터 분리된 가스가 배출되는 중간 하우징(6)의 가스 출구 개구부(13)까지 그 스크루 부재(9 내지 12)와 함께 연장한다.

스크루 부재(9, 10)는 화살표(14)의 방향으로 가공부로부터 상기 가공부 후방의 중간 하우징(6)으로 관통하는 플라스틱 재료를 이송하기 위한 나사의 방향을 갖는다. 따라서, 이러한 장치는 재료 유지 장치로 불린다. 반면에, 스크루(11, 12)는 나사의 반대 방향을 가지므로, 플라스틱 재료가 스크루 부재(9, 10)를 통하여 화살표 방향(15)에 따라 가공부로부터 멀어지도록 이송된다. 나사 부재(9 내지 12)의 표면과 중간 하우징(6)의 내벽의 온도가 고온이므로, 이들 표면에 접착한 플라스틱 재료는 분해된다. 플라스틱은 역공급 스크루 부재(backfeeding screw elements)(9, 10)의 영역에서 연속적으로 교체되므로 분해가 방지되는 반면에, 공급 부재(11, 12)에 도달한 플라스틱 잔류물은 분해된다. 분해된 플라스틱 잔류물은 가수 출구 개구부(13)를 통해 배출될 수 있거나, 또는 또 다른 개구부(미도시)가 가공부로부터 멀어지는 영역에서 중간 하우징(6)의 하부에 구비될 수 있으며, 이를 통해 플라스틱 잔유물이 제거될 수 있다.

도 2에 따른 실시예에 있어서, 스크루 샤프트(7) 상의 스크루 부재(9)는 우측 형태이고 스크루 부재(11)는 좌측 형태인 반면에, 스크루 샤프트(8) 상의 스크루 부재(10)는 좌측 형태이고 스크루 부재(12)는 우측 형태이다.

도 2는 역회전 스크루 샤프트(7, 8)를 도시하는 반면, 도 3의 스크루 샤프트(7, 8)는 동시 회전하는 방식으로 구동된다.

도 2에 따른 스크루 샤프트(7, 8)와 도 3에 따른 스크루 샤프트(7, 8) 모두는 그 구동 기어(18, 19; 20, 21)와 함께 일체로 형성될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 2개의 역회전 스크루 샤프트(7, 8)가 존재하면 기어 구동부가 완전히 생략될 수 있는데, 왜냐하면 구동되는 스크루 샤프트(8)가 스크루 샤프트(7)의 스크루 부재(9, 11)와 결합한 스크루 샤프트(8)의 스크루 부재(10, 12)에 의해 샤프트(7)를 구동하기 때문이다. 도 4에 따른 실시예에 있어서, 이는 샤프트(7, 8)를 분할 기어 박스(22)에 장착함이 필요하다는 것을 의미한다.

공정부를 진공기밀이 되도록 밀봉하기 위하여, 중간 하우징(6)은 도 1 내지 도 5에 따라 하우징 부재(1)에 측방향으로 진공기밀로 플랜지 장착된다. 또한, 중간 하우징(6)은 분할 기어 박스(22)에 진공기밀로 결합된다. 고온의 중간 하우징(6)으로부터 분할 기어 박스(22)로 흐르는 열전달을 감소시키기 위하여, 단열 재료로 제조된 플레이트(23)가 중간 하우징(6)과 분할 기어 박스(22)의 대향면들 사이에 배치된다.

재료 유지 장치의 스크루 샤프트(7, 8)는 감속 기어(25)를 통하여 전기 모터(24)에 의해 구동된다. 도 2 내지 도 4에 명확하게 나타난 바와 같이, 감속 기어(25)를 분할 기어 박스에 결합하는 하우징(26)은 샤프트(27, 28)에 의해서만 관통되며, 자기 클러치(magnetic clutch)를 사용하여 진공 기밀로 밀봉될 수 있다. 도 2 내지 도 4에 따른 실시예에서 샤프트(27)는 역회전 하는 샤프트(7, 8)와 함께 샤프트(8)에 동축으로 배치되는 반면에, 도 3에 따른 실시예의 샤프트(28)는 동시 회전하는 샤프트(7, 8)와 함께 기어 휠(29)을 구비하며, 상기 기어 휠은 샤프트(7 ,8) 상에서 기어 휠(20, 21)과 맞물린다.

본 발명은 압출기에 이용될 수 있다.

Claims

하우징을 갖는 가공부를 구비한 압출기로서, 하우징에는 최소한 하나의 스크루 샤프트가 배치되며 상기 하우징은 가공될 재료를 위한 재료 입구 개구부를 일 단부에 구비하며 가공된 재료를 위한 재료 출구 개구부를 타 단부에 구비하며 재료 입구 개구부와 재료 출구 개구부 사이에 가공부로부터 가스의 배출을 위한 중간 개구부(5)를 구비하며, 상기 중간 개구부는 이에 연결되는 재료 유지 장치를 가지며 상기 재료 유지 장치는 중간 하우징(6) 내에 중간 개구부(5)로부터 중간 하우징(6)의 가스 출구 개구부(13)로 연장하며 재료를 중간 하우징(6)으로 진입시켜 가공부로 다시 이송하는 적어도 하나의 스크루 샤프트(7, 8)를 구비하는, 압출기에 있어서,

가공부를 향한 스크루 샤프트(7, 8)의 스크루 부재(9, 10)가 가공부로의 나사 역공급 방향을 가지며, 가공부로부터 멀어지는 쪽을 향하는 스크루 샤프트(7, 8)의 스크루 부재(11, 12)는 나사의 반대 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 압출기.
제1항에 있어서,

나사의 역공급 방향을 갖는 스크루 부재(9, 10)는 나사의 반대 방향을 갖는 스크루 부재(11, 12)에 비해 짧게 형성되는 것을 특징으로 하는 압출기.
제1항 또는 제2항에 있어서,

중간 하우징(6)은 가공부로 떨어진 단부에 분해의 고체 생성물을 위한 출구 개구부를 구비하는 것을 특징으로 하는 압출기.
제1항에 있어서,

재료 보유 장치가 적어도 2개의 맞물림 스크루 샤프트(7, 8)들을 구비하는 것을 특징으로 하는 압출기.
제4항에 있어서,

맞물림 스크루 샤프트(7, 8)들은 역회전 가능한 것을 특징으로 하는 압출기.
제1항에 있어서,

적어도 하나의 스크루 샤프트(7, 8)의 구동부가 스크루 샤프트(7, 8)와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 압출기.
제6항에 있어서,

구동부는 구동 기어(18 내지 21)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 압출기.
제6항 또는 제7항에 있어서,

구동부는 분할 기어 박스(22)에 배치되며, 단열 수단(23)은 상기 분할 기어 박스(22)와 재료 보유 장치의 중간 하우징(6) 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 압출기.
제1항에 있어서,

환형 공간은 공정부의 하우징과 그 안의 축방향으로 연장하는 내부 코어 사이에 형성되며, 상기 공간은 동일한 중심 각 거리로 원을 따라 배치되며 여기서 연장하는 축 방향으로 평행한 회전 가능한 샤프트들을 구비하며, 각각의 샤프트는 다수의 탠덤 배치 스크루와 인근 샤프트들과 긴밀하게 맞물리는 다른 가공 부재를 이송하며, 상기 공간의 내측 상의 내부 코어와 하우징의 내벽은 채널형 축 방향으로 평행한 오목부들(4)을 구비하며, 가공 부재들을 구비한 특정 샤프트가 여기에 수용되고 안내되는 것을 특징으로 하는 압출기.
제1항에 있어서,

압출기는 투명 플라스틱 제품의 압출을 위해 사용되는 것을 특징으로 하는 압출기.