KR0149424B1 - 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치 - Google Patents

가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치

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Abstract

하우징내에서 회전하여 스크류를 감싸고 있는 원통형 하우징 부분을 침투하고, 이송 및 방출 영역과 중간 용융, 혼합 및 반죽 영역을 형성하는 스크류를 구비하고, 이송 및 방출 영역은 동일방향으로 회전하는 맞물림 스크류로 형성되고 반죽요소는 용융, 혼합 및 반죽 영역내에 배치되어 가소성 혼합물을 혼합하는 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치. 반죽요소는 그 표면이 거의 편평하고 특히 축방향으로 나란히 배열되며 그 가장자리가 회전하는 동안 맞물리지 않도록 회전중에 상호 작은 여유를 갖는 엔벌로프를 제한하는 축방향으로 연장되는 다각형 부재로 구성되고, 가장자리와 그들을 둘러싸는 하우징 부분간의 거리가 상기 여유보다 현저히 크게 유지된다.

Description

가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치
제1도는 쌍 스크류식 혼합 및 반죽장치의 측면도이고,
제2도는 제1도의 혼합 및 반죽장치의 평면도.
제3도는 한쪽 다각형 부재의 가장자리가 다른쪽 다각형 부재의 표면과 대향하여 놓일 수 있도록 양쪽 스크류가 각을 두고 설치되어 있는 상태를 보인 제2도의 III-III 선 단면도.
제4도는 양쪽 다각형 부재가 다른 각으로 설치되어 있는 제3도의 확대 단면도.
제5도 내지 제7도는 다각형 부재의 여러 가지 다른 실시예의 도시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,15 : 스크류 2 : 하우징
7,17,14,24 : 맞물림 스크류 8,18,11,21 : 다각형 부재
9,12 : 배플 25,31,32,33 : 가장자리
27 : 다각형 부재 표면 29,30 : 엔벌로프
본 발명은 하우징내에서 회전하여 스크류를 감싸고 있는 원통형 하우징 부분을 침투하고, 이송 및 방출 영역과 중간 용융, 혼합 및 반죽 영역을 형성하는 스크류를 구비하고, 이송 및 방출 영역은 동일방향으로 회전하는 맞물림 스크류로 형성되고 반죽요소는 용융, 혼합 및 반죽 영역내에 배치되어 가소성 혼합물을 혼합하는 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치에 관한 것이다.
그러한 장치는 DE-AS 1 679 884 호를 통해 공지되어 있다. 이 장치에 있어서는, 반죽요소가 통상적으로 축방향으로 연장되는 두 개 또는 세개의 가장자리가 제공된 맞물림 반죽 디스크로 이루어져 있다. 폭이 비교적 좁은 이들 반죽 디스크는 반죽 디스크가 맞물림에 따라 심각한 전단을 야기함으로써 처리될 재료는 대단한 열을 받게된다. 높은 전단이 축방향으로 비교적 짧은 영역에 집중됨으로써 빈번히 온도 피크치가 높아지게 되어 장치의 동작 파라미터가 특별히 정확하고 주의깊게 설정되거나 관측되지 않으면 재료가 열적인 손상을 입을 위험성을 내포하고 있다.
DE-AS 24 52 994 호에는 단지 독자적으로 동작하는 비연속 동작 반죽장치가 개시되어 있다. 그것은 반죽공정후에 밖으로 내보냄으로써 방출되어야 한다. 이러한 공지된 반죽장치에 있어서는, 특히 폐쇄된 하우징을 연속적으로 동작하기 위해 필요한 모든 구성요소와 영역이 빠져있다. 이것은 반대방향으로 회전하고 축방향에 대해 경사진 삼각형 평면이 제공되어 처리될 재료의 전후 이송의 효과를 달성하기 위해 후속하는 삼각형 평면의 경사가 반대방향으로 이루어지는 단지 두 개의 반죽요소만을 포함한다.
본 발명은 높은 온도 피크치를 사실상 제외하는 방식으로 용융, 혼합 및 반죽공정을 구성하는 문제점을 해소하기 위해 창안한 것이다. 이러한 문제점은 반죽요소가 그 표면이 거의 편평하고 특히 축방향으로 나란히 배열되며 그 가장자리가 회전하는 동안 맞물리지 않도록 회전중에 상호 작은 여유를 갖는 엔벌로프를 제한하는 축방향으로 연장되는 다각형 부재로 구성되고, 가장자리와 그들을 둘러싸는 하우징 부분간의 거리가 상기 여유보다 현저히 크게 유지되는 본 발명에 의해 해결된다.
축방향으로 연장되는 비맞물림식 다각형 부재는 다각형 부재의 표면 영역에서 하우징 부분과의 상호작용에 의해 축방향으로 연장되는 체임버를 제공하며, 여기서 가장자리가 다소간 체임버내로 침투함으로써 재료를 밖으로 밀어내기 때문에 다각형 부내의 하나의 가장자리가 인접 다각형 부재에 의해 이동할 때 반죽효과가 용이하게 생성되고, 재료는 특별히 높은 전단력을 흡수하지 않아도 수송되고 체임버내에 함유된다. 완전히 필요한 반죽효과를 발생시키기 위해, 연장된 다각형 부재는 적절히 길게 구성되며, 그 형상으로 인해 설계시 문제점을 야기하지 않는다는 특징을 갖는다. 편의상, 다각형 부재의 길이는 그 엔벌로프의 직경보다 크다. 다각형 부재는 작은 여유로 인해 상호 맞물리지 않고 이동하지 않기 때문에 재료의 낮은 전단응력을 획득할 수 있다. 여유와 비교하여 하우징 부분으로부터 다각형 부재의 가장자리의 거치가 훨씬 더 크기 때문에, 방출영역의 방향으로 재료의 필수적인 처리를 위한 자유 단면적이 적절히 커지게 된다. 따라서, 이 영역과 비교하여 하우징 부분의 표면이 적절히 크고, 하우징 부분으로부터 임의로 필요한 열의 도입에 양호한 영향을 미치는 특징을 갖는다.
공지된 반죽 디스크과 비교하여, 다각형 부재의 효과에 의해 발생되는 전단속도는 현저히 줄어들고, 처리될 재료가 다각형 부재를 따라 수송될 때 재료에는 그에 대응하여 열의 생성이 줄어드는 특징을 갖는다. 이는 처리될 재료를 신속히 반죽 디스크를 따라 이송하기 위하여 그 맞물림으로 인해 비교적 작은 자유공간만을 두기 때문에 공지된 폭이 좁은 반죽 디스크에서 자유공간내의 잔류시간보다 긴 경우에도 이들 체임버내에서의 재료의 잔류시간이 비교적 길기 때문에 높은 혼합효과에도 불구하고 하우징 부분을 구비한 다각형 부재에 의해 형성되는 체임버의 영역에서 달성된다. 따라서 다각형 부재에 이웃한 재료의 긴 잔류시간은 특별히 높은 열이 생성되지 않고 특히 열적인 피크를 야기하지 않더라도 체임버내에서의 혼합으로 이어지고, 이는 종종 반복된다.
다각형 부재의 영역내로의 열의 도입은 하우징에 또는 하우징내에 부착되는 가열요소에 의해 공지된 방식으로 획득될 수 있다. 따라서, 재료내로 도입된 별도의 열은 높은 전단에 의해 재료내에서 발생하고 구동장치의 대응하는 필요한 동력으로부터 생가는 열보다 경제적으로 생성할 수 있다. 그 결과 얻어지는 토오크는 마모로 이어진다. 또한, 높은 전단에 의해 온도가 피크치에 도달하기 때문에, 재료가 손상을 입지 않도록, 발생된 열은 후속하여 냉각을 통해 분산되어야 한다. 이러한 위험성은 본 발명에 의해, 한편으로 전술한 바와 같이 반죽효과에 의해 재료내에 생성된 열은 비교적 낮고, 다른 한편으로는 외부로부터 도입된 열이 재료가 손상을 입지 않도록 쉽게 계량될 수 있기 때문에 크게 제기될 수 있다. 따라서, 본 발명의 장치에 있어서는, 특히 필요한 냉각을 고려할 겨우, 종래의 반죽 디스크를 사용하는 장치와 비교하여 적은 에너지를 쓰면서도 동일한 처리량을 얻을 수 있다.
DE-AS 1 014 735 호를 통해 공지되어 있는 비맞물림식 쌍 스크류 추출기에 있어서는 양측부에 평면 플래트닝이 배열되어 있는 스크류 동축 원통형 롤러로 구성된 반죽요소가 장치의 출구 개구부와 스크류 사이에 제공되어 있는 것을 또한 주목할 필요가 있다. 롤러의 직경은 스크류 하우징의 내경보다 작다. 스크류가 맞물리지 않음으로써 내측 실린더(내측 실린더는 스크류 사이의 중앙 영역내에 정확히 놓인다)를 형성하는 두 개의 스크류 하우징의 벽이 중첩되지 않기 때문에, 스크류 하우징의 외측 영역과 롤러간의 중앙 영역내의 스크류 하우징의 내경에 대한 롤러의 직경의 이러한 감소로 인해 스크류 하우징의 방향으로의 외측과 대향 롤러의 방향으로의 내측은 거리를 두게된다. 롤러간의 영역에서는 플래트닝으로부터 대향 플래트닝까지의 거리가 하나의 플래트닝과 스크류 하우징의 외측 영역 사이의 거리의 두배이다. 이는 동작시 상호 주행하는 대향 롤러의 플래트닝이 현재의 거리만큼 크다는 것을 의미한다. 즉 스크류 하우징에 대향할 때 외측에 위치하는 플래트닝의 거리의 두배가 됨으로써 반죽에 매우 중요한 이 영역에서의 반죽효과가 의심할 여지없이 감소되고 따라서, 그 농도를 사실상 잃게 된다.
그 밖에, 인용문헌은 통상적으로 그 길이가 짧아서 스크류의 직경보다 현저히 짧은 반죽요소를 또한 개시하고 있다.
연장된 다각형 부재의 가장자리는 축과 나란하게 그 방위가 정해질 수 있다. 이 경우, 그 결과는 설계측면에서 간단히 생성될 수 있는 성분이다. 그러나, 연장된 다각형 부재의 가장자리를 경사지게 하는 것 또한 가능하다. 즉, 스크류의 축방향에 대해 약간 각을 두고 연장되게 함으로써 가장자리는 단지 전체 나사부분의 일부에 걸쳐 연장될 수 있다. 인접한 다각형 부재의 가장자리가 동일한 방향으로 향하게 되면, 스크류의 회전에 의해 다각형 부재의 대향 가장자리의 근접한 영역이 전진하게 됨으로써 가장자리에 따른 전단을 야기하게 된다. 따라서, 재료는 길이가 더 길어진 경로상에서 순간적인 전단을 받게되어 특정한 혼합효과를 얻게 된다. 따라서, 다각형 부재의 영역에서 비교적 긴 잔류시간이 유지되지만, 주행전단으로인해 재료는 특히 불균일하게 처리된다.
다각형 부재의 표면에 이웃하여 형성된 혼합실을 일정하게 충전된 상태로 유지하기 위해, 다각형 부재의 바로 뒤에 배플이 편리하게 제공된다. 후방으로의 이송이 중단된 나사를 구비한 길이가 짧은 스크류는 배플로서 특히 적절한 것으로 판명되었다. 나사가 중단되는 경우, 재료는 나사의 한쪽 경로에서 나사의 다른 경로로 유동할 수 있다.
연장된 다각형 부재는 방사상 대칭 형태의 등변 다각형 부재 구조를 취함으로써 각각의 다각형 부재의 표면은 하우징 별과 각각의 다른 다각형 부재에 대해 동일한 방식으로 작용한다. 그러한 작용을 수행하기 위해서는 단면이 육각형인 다각형 부재가 특히 바람직한 것으로 판명되었는 바, 그 이유는 처리기술과 관련하여 이러한 다각형 부재가 처리될 재료의 수송을 양호하게 수행할 수 있는 단면적을 제공하기 때문이다.
이하, 첨부도면을 통해 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
제1도는 쌍 스크류 혼합 및 반죽장치의 측면도로서, 단지 한 개의 스크류(1)만이 도시되어 있다. 스크류(1)는 대칭적으로 도시되어 있는 하우징(2)내에 배치되어 있다. 하우징(2)은 처리될 재료를 이송하기 위한 입구개구(3)를 구비하고 있다. 하우징(2)의 좌측 단부에는 구동장치(4)가 설치되어 있다. 하우징(2)의 우측 단부는 스크류 팁(6)가 침투하는 출구(5)를 구비하고 있다. 따라서, 이것은 종래의 쌍 스크류 혼합 및 반죽장치의 구성이다.
입구개구(3)의 영역에서, 스크류(1)는 수송 스크류(7)를 구비하며, 이에 후속하여 축방향으로 연장되는 다각형 부재(8)가 배치되어 있다. 다각형 부재(8)는 나사부를 갖춘 비교적 짧은 스크류(9)에 앞서 배치됨으로써 스크류(9)는 배플로서 작용한다. 배플효과에 불구하고 스크류(9)의 영역에서 필요한 산출량을 허용할 수 있도록, 도시된 양쪽 스크류(9)의 나사부는 두 개의 중단부위(10)를 갖추고 있다. 스크류(9)는 또다른 다각형 부재(11)에 앞서 설치되어 있고, 이에 후속하여 다각형 부재(8) 이후에 제공되는 것과 같이, 중단부위(13)를 구비하여 반대방향으로 배플로서 작용하는 스크류(12)가 배치됨으로써 양쪽 다각형 부재(8,11)는 스크류(9,12)의 효과가 야기되지 못하도록 작용한다. 처리된 재료를 출구(5)로 이송하는 방출 스크류(14)는 스크류(1)의 단부를 형성한다.
제2도는 제1도에 따른 쌍 스크류 혼합 및 반죽장치의 평면도이다. 스크류(1)의 옆에는 구동장치(4)에 의해 동일한 회전방향으로 스크류(1)와 함께 구동되는 제2 스크류(15)가 설치되어 있다. 스크류(1)와 동일하게 구성되어 있는 스크류(15)는 입구개구(3)의 영역내에 배치되어 있고(도면에는 도시되어 있지 않음), 수송 스크류(7)의 나사부와 맞물리거나 그 반대로 맞물리는 수송 스크류(17)를 구비하고 있다. 따라서, 동일한 방향으로 구동되고 재료를 수송하는 그 고유한 기능으로 인해 입구개구(3)를 통해 좌에서 우로 이송되는 공지된 맞물림 스크류(7,17)를 포함한다. 이렇게 하여, 재료는 다각형 부재(8,18)의 영역내로 이송되고, 배플(9,19)로 이송되고, 다각형 부재(11,21)로 이송되고, 최종적으로 방출 스크류(14,24)를 통해 출구(5)로 이송된다.
다각형 부재(8,18,11,21)의 영역에서, 수송 스크류(7,17)에 의해 수송된 재료는, 스크류(1,15)가 회전하는 동안 가장자리(25)가 반대쪽 다각형 부재의 표면(27) 또는 가장자리(25)에 의해 이동하기 때문에, 가장자리(25)를 따라 완전히 반죽된다. 따라서, 공급된 재로는 상기 설명한 방식으로 안전히 반죽된다. 여기서, 제3도 및 제4도를 참조하여 그 공정을 설명하기로 한다. 다각형 부재(8,18,11,21)는 전체 장치내에서 비교적 긴 길이에 걸쳐 연장됨으로써 처리된 재료에서 발생되는 열, 반죽시, 적절한 길이에 걸쳐 분배되고, 따라서 폭좁은 공간에서 발생된 열적 피크는 해소된다. 별도로 요구된 열은 하우징(2)내에 제공되어 적절한 열전달매체를 안내하는 구멍(26)에 의해 공급될 수 있다.
제3도 및 제4도는 제2도의 III-III 선 단면도이다. 제3도에서는 두 개의 스크류가 상호 각을 이룸으로써 그 스크류가 회전하는 동안 가장자리(25)가 하나의 다각형 부재 표면(27)을 이동할 수 있도록 두 개의 스크류(1,15)의 각도 설정이 선택된다. 제4도에 따른 배열에 의하면, 이러한 두 개의 스크류(1,5)의 각도 설정은 다르게 선택된다. 즉, 대향하고 있는 양쪽 다각형 부재의 두 가장자리(25)가 상호 접근되도록 설정한다. 그렇게 함으로써, 제3도 및 제4도에 따른 구성에 있어서, 두 개의 다각형 부재(8,18)의 엔벌로프(29,30)는 상호간에 하우징(2)의 내벽(28)으로부터의 가장자리(25)의 거리보다 현저히 적은 동작여유를 유지한다.
제3도 및 제4도에 따른 구성에 있어서, 두 개의 다각형 부재(8,18) 사이의 영역에서 중단재료에 대해 뚜렷한 반죽효과가 나타나지만, 이 반죽효과는 비교적 큰 거리(제2도 참조)에 걸쳐 다각형 부재를 따라 연장됨으로써 반죽동작은 처리될 재료에 대해 비교적 신중하게 진행된다. 다각형 부재의 가장자리(25)가, 제2도에 도시한 바와 같이, 각각의 축방향으로 약간의 각도를 두고 배치되면, 다른 다각형 부재의 반대위치에 있는 각각의 가장자리(25)의 접근영역의 축방향 시프트의 결과, 반죽효과가 각각의 다각형 부재를 따라 나타난다. 따라서, 반죽효과는 처리될 재료를 따라 발생됨으로써 다양한 공급재료의 혼합에 특히 양호한 효과가 있다는 특징을 갖게된다.
이하에서, 반죽공정을 다시 한번 설명하기로 한다. 제3도 및 제4도를 통해 알 수 있는 바와 같이, 두 개의 다각형 부재(8,18)의 두 개의 엔벌로프(29,30)는 중첩배치되어 있지 않기 때문에 반죽공정이 본질적으로 발생하는 비교적 작은 동작이 이루어지는 한 가장자리(25) 및 다각형 부재의 표면(27) 사이에서 유지된다. 그렇게 함으로써, 도시된 화살표에 따라 처리될 재료는 동일한 방향으로 두 개의 다각형 부재(8,18)의 회전에 의해 야기되는 특정 전단을 받게되지만, 두 개의 다각형 부재의 사이에 존재하는 여유영역에서는 각각의 대향하고 있는 가장자리(25) 또는 다각형 부재 표면(27)은 반대방향으로 상호 이동한다.
제5도 내지 제7도는 다각형 부재의 여러 가지 다른 실시예를 보인 것이다.
제5도에 따르면, 다각형 부재의 가장자리는 축과 나란하게 그 방위가 정해진다. 제6도 및 제7도에서는 가장자리(32,33)가 각각의 다각형 부재의 축에 대향하여 작은 각을 이루어 연장된다. 가장자리(32,33)는 반대방향으로 경사진다. 경사는 작기 때문에 가장자리(32,33)는 단지 나사부의 일부에 걸쳐 연장되고, 그 결과 가장자리(32,33)가 계속됨에 따라 특히 큰 피치가 형성된다.
제2도에 도시한 바와 같이, 다각형 부재가 가장자리(25)를 구비한 구성을 취하면, 최적의 효과를 얻게되며, 가장자리(25)는 동일한 방향으로 경사져서 한쪽 가장자리가 각각의 다른 다각형 부재의 반대쪽에 위치할 때 반죽동작의 상기한 효과가 특히 뚜렷해진다는 사실이 판명되었다.
또한 다수의 다각형 부재가 다중 스크류 혼합 및 반죽장치를 따라 연속적으로 제공될 수 있고, 따라서 제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이 두 개 이상의 다각형 부재가 제공될 수 있음을 주목할 필요가 있다. 다각형 부재의 수는 처리된 재료에 따라, 특히 그에 의해 발생되는 열량에 따라 달라진다. 제1도 및 제2도에 도시한 것 보다 다각형 부재를 짧게 할 수도 있고 대신에 다수의 다각형 부재를 연속적으로 제공할 수도 있다. 그러나, 개별적인 다각형 부재내에서는, 다각형 부재의 길이가 그 엔벌로프의 직경보다 큰 경우에만 적절한 반죽효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 예를 들어, 다각형 부재가 축방향으로 연장되는 삼중 스크류 혼합 및 반죽장치를 제공될 수도 있다. 제5도 내지 제7도에 있어서, 다각형 부재는 중공축의 형태로 도시되어 있다. 그러나, 실제적인 구성에 있어서는, 그 내부공간이 각각의 축 전체를 침투하고 구동 토오크를 전달하는 고정기구로 채워진다.

Claims (9)

  1. 하우징(2)내에서 회전하여 스크류를 감싸고 있는 원통형 하우징 부분(2)을 침투하고, 이송 및 방출 영역과 중간 용융, 혼합 및 반죽 영역을 형성하는 스크류(1,15)를 구비하고, 이송 및 방출 영역은 동일방향으로 회전하는 맞물림 스크류(7,17,14,24)로 형성되고 반죽요소는 용융, 혼합 및 반죽 영역내에 배치되어 가소성 혼합물을 혼합하는 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치에 있어서, 반죽요소가 그 표면(27)이 거의 편평하고 특히 축방향으로 나란히 배열되며 그 가장자리(25)가 회전하는 동안 맞물리지 않도록 회전중에 상호 작은 여유를 갖는 엔벌로프(29,30)를 제한하는 축방향으로 연장되는 다각형 부재(8,18,11,21)로 구성되고, 가장자리와 그들을 둘러싸는 하우징 부분(2)간의 거리가 상기 여유보다 현저히 크게 유지되는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  2. 제1항에 있어서, 다각형 부재(8,18,11,21)의 길이는 그 엔벌로프(29,30)의 직경보다 큰 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다각형 부재(8,18,11,21)의 가장자리(31)는 축과 나란하게 연장되는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  4. 제1항 도는 제2항에 있어서, 다각형 부재(8,18,11,21)의 가장자리(25)는 스크류(1,15)의 축방향에 대해 약간의 각을 두고 연장됨으로써 상기 가장자리는 전체 나사부중 그 일부에만 걸쳐서 연장되는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  5. 제4항에 있어서, 인접한 다각형 부재(8,18,11,21)의 가장자리(25)의 피치는 동일한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 배플(9,12)은 다각형 부재(8,18,11,21)의 바로 뒤에 배치되는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  7. 제6항에 있어서, 배플(9,12)은 후방이송 중단 나사부를 갖춘 길이가 짧은 스크류로 구성되는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다각형 부재의 단면은 등변형태로 이루어진, 특히 육각형 형태를 취하는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 다각형 부재의 가장자리(25,31,32,33)는 다각형 부재 표면(27)에 대해 폭이 좁은 스트립 표면으로 나뉘어지는 것을 특징으로 하는 가소성 혼합물 혼합용 다중 스크류식 연속 혼합 및 반죽장치.
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