KR100493716B1 - 복수의스크류를구비한가소성혼합물의연속혼합장치 - Google Patents

복수의스크류를구비한가소성혼합물의연속혼합장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 두 개의 나사를 가지는 복수 나사 가소성 혼합물의 연속혼합장치에 관한 것으로, 상기 두 개의 나사는 하우징 내부에서 동일한 방향으로 회전하며, 관련되는 나사를 둘러싸는 하우징의 원통부분을 관통하며, 공급 및 계량영역과 중간의 적어도 하나의 균질화영역 및 혼합영역을 나타낸다. 상기 공급 및 계량영역은 서로 맞물리는 전달 나사로 형성되고, 혼합 요소내에 배치되며, 역공급 나사부를 가지는 짧은 나사 요소로 구성된 제한 요소 앞에 배치되는 상기 균질화 및 혼합영역에 대향한다. 상기 역공급 나사부는 정상부(vertex)를 구비하며, 상기 정상부는 입구측에서의 반경이 출구측에서의 반경보다 더 작고, 그 사이에서는 출구측으로 갈수록 연속적으로 증가하는 방식으로 상기 나사부를 따라서 방사상으로 축소되도록 진행한다.

Description

복수의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 연속 혼합 장치{MULTISHAFT CONTINUOUS OPERATION MIXING MACHINE FOR PLASTIFIABLE MATERIALS}
본 발명은 두 개의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 복수 스크류 연속 혼합 장치에 관한 것으로, 상기 두 개의 스크류는 하우징 내부에서 동일한 방향으로 회전하고, 해당 스크류를 둘러싸는 하우징의 원통부를 관통하며, 이송 영역 및 계량 영역과 그 중간에 있는 적어도 하나의 균질화 영역 및 혼합 영역을 나타낸다. 상기 이송 영역 및 계량 영역은 서로 맞물려져 있는 이송 스크류에 의해 형성되고 혼합 요소 내에 배치되며, 상기 혼합 요소는 역이송 나사(thread)를 구비한 짧은 스크류 요소로 구성된 제한 요소 앞에 배치되고 상기 균질화 영역 및 혼합 영역과 대향된다.
이러한 장치는 독일 특허 공보 제43 38 795호(미국 특허 공보 제5,499,870호)에 개시되어 있다. 이 장치의 경우에는, 혼합 요소 뒤에 있는 제한 요소에 의해서 혼합 요소 위에 연장되어 있는 챔버가 일정하게 충만되고, 따라서 적당한 양의 혼합될 재료가 장치로 일정하게 이송될 수 있다. 이러한 공지된 장치에 있어서는, 제한 요소가 중단된 역이송 나사를 구비한 짧은 스크류 요소로 구성되어 있다. 역이송 나사의 정상부(vertex) 영역의 중단부(interruption)로 인하여 소위 오버플로우 채널(overflow channel)이 형성되고, 이들의 크기로 인해 가소성 재료가 흐를 수 있게 된다.
역이송 나사의 중단부에 의하여, 장치가 작동하는 속도에 무관한 일정한 유동 개구부가 형성됨으로써, 혼합 요소 위에 연장되어 있는 챔버 내부에 속도에 본질적으로 무관한 항상 동일한 압력이 형성되게 된다.
도 1은 혼합 장치의 단면을 도시한 평면도이다.
도 2는 역이송 나사의 정상부에 중단부를 구비한 도 1에 의한 장치의 변형예를 도시한 도면이다.
본 발명은 챔버 내부에 선택가능한 가변 압력을 형성할 수 있게 하는 것과 관련이 있다. 본 발명에 의하면, 역이송 나사의 정상부의 반경이 출구측보다 입구측에서 더 작고 그 사이에서는 반경이 출구측으로 갈수록 연속으로 증가하도록, 역이송 나사의 정상부가 나사를 따라서 반경 방향으로 축소되면서 진행된다.
이러한 역이송 나사 정상부의 배치로 인하여, 속도의 증가에 따라 챔버의 압력이 증가하는 효과가 발생된다. 따라서, 장치에 있는 두 개의 스크류의 속도를 변화시킴으로써 챔버 내부의 압력을 선택적으로 조정할 수 있게 되고, 이는 가소화될 재료에 특정 영향을 미치는데 사용될 수 있다. 이로써, 관련 재료의 점성에 따라 챔버 내의 해당 온도로 표시되는 챔버의 압력이 증가할수록, 가소화될 재료에 공급되는 에너지의 양이 증가한다. 또한, 가소화될 재료에 첨가되는 첨가제가 재료와 다소 강하게 혼합되는 효과도 발생된다.
이렇게 간단한 방식으로 장치 속도를 선택적으로 조정함으로써, 장치의 분해 및 재조립시 필요할 수 있는 장치 요소, 특히 제한 요소의 구성을 변화시키지 않고서도 다양한 재료가 본 장치로 처리될 수 있게 된다. 본 발명에 의하면, 다른 재료를 처리하기 위해서는 단지 통상의 전기 구동 모터를 적절히 제어함으로써 쉽게 속도를 변화시키기만 하면 된다. 본 발명에 의한 장치는 실제로 모든 응용분야에 적합하다.
속도의 증가에 따른 챔버 내의 압력 증가 효과는, 전술한 제한 요소의 역이송 나사의 중단부에 비해서 본 발명에 따라 특정 분산 효과가 장치의 통로 방향으로 증가하는 나사 정상부 반경에서 연속으로 형성되는 점에서 설명될 수 있으며, 이러한 효과는 장치의 속도가 빨라질수록 더 현저해지게 되고, 극단적인 고속에서는 제한 요소 나사의 단부가 챔버의 출구측에서 서로 맞물려 완전한 밀봉 상태를 형성함으로써 챔버의 실질적인 밀봉이 이루어지게 된다. 비교적 짧은 반경을 가진 나사 영역으로 인하여 재료가 통과하여 흐르게 되지만, 그 재료의 양은 속도가 더 빨라질수록 크게 감소하게 된다. 이는 정상부 반경이 이송 방향으로 확대됨으로써 속도가 더 빨라질수록 재료가 더 빨리 역이송 방향으로 이동하기 때문이다.
실용상의 이유로 인해, 입구측의 정상부에 대향된 제한 요소는 서로 통과하여 지나가고 출구측의 정상부는 완전히 맞물려지도록 정상부의 반경이 연속으로 증가되게 형성된다.
이렇게 형성된 정상부에 의해서 장치 속도의 영향이 특히 현저해짐을 알 수 있다.
본 발명에 의하면, 제한 요소의 영역에서 특히 높은 처리량이 요구되는 때에는, 정상부 영역에서 다양한 정상부 반경을 갖는 제한 요소 및 반경 방향 함몰부(depression) 형태의 중단부(interruption)를 구비한 제한 요소가 제공될 수 있다.
실용상의 이유로, 본 발명에 의한 개선된 제한 요소를 전술한 혼합 요소와 조합시킬 수 있으며, 상기 혼합 요소도 또한 이송 스크류의 특성이 개선되었지만 챔버 내부의 한 혼합 요소가 재료를 후방으로 이송하는 피치 방향을 갖고 있다.
첨부하는 도면은 본 발명의 실시예들을 도시하고 있다.
도 1은 기본적으로 전술한 독일 특허 공보 제43 38 795호에서와 동일한 방식으로 개시되어 있는 혼합 장치의 단면을 도시하고 있다. 도면에서는 연결에 관련되는 부품만을 도시하고 있으며, 아래에서 이들을 개별적으로 설명한다.
도 1에는 하우징(2)의 단면도와 함께 쌍스크류(twin screw) 혼합 장치의 평면도가 도시되어 있어 두 개의 스크류(1, 15)를 볼 수 있다. 전술한 독일 특허 공보 제43 38 795호에 개시된 바와 같이, 두 개의 스크류는 구동 유닛(미도시)에 의하여 동일한 회전 방향으로 함께 구동된다. 스크류(1, 15)의 입구측은 이송 스크류(7, 17)로 도시되어 있으며, 이들은 혼합될 재료를 화살표로 표시된 방향으로 장치 내로 이송한다. 두 개의 스크류(7, 17)는 실제로 완전히 맞물려져 있고, 동일한 속도로 동일한 방향으로 회전한다. 따라서 이들은 서로 맞물려져 공지된 방식으로 동일한 방향으로 구동되는 이송 스크류이며, 이들이 가지는 본래의 기능으로 인해 공급되는 재료를 좌측에서 우측으로 이송한다.
이송 스크류(7, 17)는 혼합 요소(8, 18) 앞에 배치된다. 혼합 요소(8, 18)가 연장되는 부분 위의 영역에는 챔버(29)가 형성되고, 이송 스크류(7, 17)에 의하여 공급된 재료가 그 챔버 내부에서 혼합되어, 스크류(1)를 따라서 전방으로 또한 스크류(15)를 따라서 후방으로 이송된다. 역이송된 재료는 이송 스크류(7, 17)에 의하여 추가되는 새 재료와 만나게 되어, 혼합 요소(8)에 의하여 방향이 전환되고 그 혼합 요소(8)에 의해 다시 전방으로 이송된다. 따라서, 이송 스크류(7, 17)에 의하여 공급되는 재료의 양이 적을수록, 싸이클이 더 자주 반복된다. 혼합 요소(8, 18) 영역에 머무는 시간은 이송 스크류(7, 17)를 통하여 공급되는 재료의 양에 의하여 결정된다.
혼합 요소(8, 18)는 비교적 짧은 스크류형 제한 요소(9, 19) 앞에 배치되며, 이 제한 요소는 이송 스크류(7, 17)의 피치(pitch)와 반대 방향인 나사 피치를 가짐으로써 공급되는 재료를 제한하게 된다. 제한 요소 나사의 정상부(vertex)(25, 26)에 의하여 이러한 제한의 효과가 특정 방식으로 조절된다. 정상부(25, 26)는 원통 표면과 유사하게 평평하며, 혼합 요소(8, 18)와 접하는 측(입구측)의 정상부 반경은 이어지는 이송 스크류(14, 24)와 접하는 출구측보다 작다.
정상부(25, 26)의 반경이 입구측으로부터 출구측으로 점차 커지는 현상은 도 1에서 비교적 폭이 넓은 정상부로부터 비교적 폭이 좁은 정상부로 전이하는 것으로 도시되어 있다. 이는 정상부의 반경이 출구측으로 가면서 연속으로 증가하는 것을 의미한다. 결과적으로, 혼합 요소(8, 18)에 의해 이송되는 재료를 위한 개구부가 특히 짧은 반경을 갖는 정상부(25, 26)의 영역에서 형성되며, 스크류(1, 15)의 속도가 빠를수록 제한 요소(9, 19)로 이송되는 재료의 흐름이 억제되는 효과가 발생된다.
제한 요소(9, 19)를 통과한 재료는 이어지는 이송 스크류(14, 24) 영역으로 유입되고, 독일 특허 43 38 795호에 개시된 바와 동일한 방식으로 그 이송 스크류에 의해 이송된다.
도 2는 도 1에 도시된 장치의 변형예를 도시하고 있으며, 여기서 제한 요소(9, 19)는 정상부가 다르게 형성된 나사(25, 26)를 구비하고 있다. 이러한 나사(25, 26)는 반경이 변화함과 동시에, 반경 방향 안쪽으로 진행하는 함몰부(27, 28)를 구비한다. 이러한 함몰부(27, 28)는 요구되는 처리량에 따라 그 길이와 깊이를 조정함으로써 정상부(25, 26)를 넓거나 좁게 중단시킬 수 있다. 이로써 재료의 처리율에 영향을 미칠 수 있게 된다. 이러한 함몰부들로 인해 장치의 관통력이 향상된다. 이러한 점 이외에는 가장자리(25, 26)의 설계는 변한 것이 없다. 즉, 함몰부를 제외하고는 도 1에 의한 실시예와 유사하게 형성되어서 장치의 통로를 진행할수록 그 가장자리의 반경이 증가된다.
도 1과 도 2에 도시된 가장자리(25, 26)의 크기는, 혼합 요소(8, 18)와 접하는 입구측의 정상부(25, 26)는 서로 통과하여 지나가고 출구측에서는 정상부(25, 26)가 완전히 맞물려질 수 있게 반경이 증가하도록 선택된다.
이송 스크류, 혼합 요소 및 제한 요소는 그 순서에 있어 서로의 뒤에 여러 방식으로 배치될 수 있다.

Claims (4)

  1. 하우징(2) 내부에서 동일한 방향으로 회전하고, 해당 스크류를 둘러싸는 하우징(2)의 원통부를 관통하며, 이송 영역 및 계량 영역과 그 중간에 있는 적어도 하나의 균질화 영역 및 혼합 영역을 나타내는 두 개의 스크류(1, 15)를 구비한 가소성 혼합물의 복수 스크류 연속 혼합 장치로서, 상기 이송 영역 및 계량 영역은 맞물려져 있는 이송 스크류(7, 17; 14, 24)에 의해 형성되고 혼합 요소(8, 18) 내에 배치되며, 상기 혼합 요소(8, 18)는 역이송 나사를 구비한 짧은 스크류 요소로 구성된 제한 요소(9, 19) 앞에 배치되고 상기 균질화 영역 및 혼합 영역과 대향되는 복수의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 연속 혼합 장치에 있어서,
    상기 역이송 나사는 정상부(25, 26)를 형성하고, 입구측에서의 반경이 출구측에서의 반경보다 작고 또한 그 사이에서는 반경이 출구측으로 갈수록 연속으로 증가하도록 상기 정상부는 상기 나사를 따라서 반경 방향으로 점차 축소되는 것을 특징으로 하는 복수의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 연속 혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    입구측의 정상부(25, 26)에 대향된 제한 요소(9,19)는 서로 통과하여 지나가고 출구측의 정상부는 완전히 맞물려지도록 상기 정상부의 반경이 연속으로 증가하는 것을 특징으로 하는 복수의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 연속 혼합 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    정상부(25, 26)는 반경 방향 함몰부 형태의 중단부(27, 28)를 구비하는 것을 특징으로 하는 복수의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 연속 혼합 장치.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    제한 요소(9, 19) 앞에 배치되어 있는 혼합 요소(8, 18)는 동일한 길이의 스크류 요소(8, 18)로 구성되고, 하나의 혼합 요소(18)는 상기 혼합 요소(8, 18) 위에 연장되어 있는 챔버(29) 내에서 재료를 후방으로 이송하도록 하는 피치 방향을 갖는 것을 특징으로 하는 복수의 스크류를 구비한 가소성 혼합물의 연속 혼합 장치.
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