KR101742014B1 - 섬유 재료를 몰딩하는 장치 - Google Patents

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Abstract

3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치는: 원주 방향으로 형성된 외주 표면을 구비하고 있고, 상기 외주 표면 상에 캐버티 형태의 적어도 하나의 제품 성형 영역을 구비하고 있으며, 상기 외주 표면이 적어도 상기 제품 성형 영역에서 공기에 대한 통기성이도록 되어 있는 회전식 컨베이어로서 형성된 회전 드럼; 적어도 하나의 캐버티 내로 기재 재료를 공급하는 적어도 하나의 재료 공급 장치; 적어도 하나의 캐버티 내에 부압을 생성하여, 생성된 흡인력이 회전식 컨베이어의 내부를 향하게 하도록 설계된 진공 장치;를 포함하고 있으며, 상기 재료 공급 장치의 하류에 적어도 하나의 결속 장치가 배치되어, 재료 충전된 캐버티의 적어도 일부분이 결속 처리를 받게 되어, 기재 재료가 적어도 부분적으로 인접 재료에 결착되는 것을 특징으로 한다.

Description

섬유 재료를 몰딩하는 장치{DEVICE FOR MOULDING FIBROUS MATERIAL}
본 발명은 자동차 음향 트림 부품으로서 사용하거나 자동차 음향 트림 부품 내에 사용하기 위한 3차원 형상 섬유 매트를 생산하기 위한 생산 장치에 관한 것이다.
자동차 산업에서, 섬유 펠트 재료는 예컨대 도어, 루프 라이닝, 바닥 영역에서의 차음용 제품 또는 인너 대시 클래딩(inner dash cladding) 제품 등으로 광범위하게 사용되고 있다. 이러한 제품들은 가용 공간에 맞추도록 큰 펠트 블랭크(felt blank)로부터 성형 및 절단된다. 그와 같은 부품들의 특정 영역은 국지적으로 높은 소음 감쇠를 얻기 위해 많은 양의 재료를 필요로 한다. 특히, 객실 내에 위치하여 엔진실 영역과 객실 사이의 벽을 덮고 있는 인너 대시와 바닥 덮개의 특정 영역은 증가된 섬유 밀도의 영역을 가진다. 펠트 제품은 스프링 매스 시스템(spring mass system; 스프링 질량계)을 형성하도록 매스 레이어(mass layer)와 같은 다른 재료와 조합될 수도 있으며, 또는 단독으로 음향 흡수 레이어로서 기능하도록 사용될 수도 있다. 모든 경우에, 펠트 제품은 얇은 부직포, 니들 펀치(needle punch) 또는 터프티드 카펫(tufted carpet)과 같은 심미적 또는 음향적 덮개 레이어와 조합될 수도 있다. 이러한 제품들은 당해 제품들에 의해 덮여질 필요가 있는 영역의 형상과 윤곽선을 따르는 것이 필요하고, 또한 예컨대 체결 수단을 위한 무섬유 영역 및 차량 내 여러 기기 주변의 무섬유 영역을 가지는 것이 필요하다.
섬유 펠트 제품은 전통적으로 소정의 형태 및 강성을 얻도록 가열된 몰드 내에서 압축되어 절단되는, 결합제 섬유 또는 결합제 수지를 포함하고 있는 예비형성된 일정한 밀도의 섬유 매트로부터 생산된다. 이 방법의 단점은 제품의 평량(grammage)이 섬유 매트의 밀도에 좌우되어 제한되므로, 사용되는 매트의 밀도가 몰딩되는 표면적의 대부분에 있어 지나치게 높게 되거나, 재료를 수동적으로 추가 공급하는 것에 의해서만 더 높은 평량을 가지는 영역이 얻어질 수 있게 된다는 점이다. 이는 시간 소모적 및/또는 고가로 된다. 또한, 섬유 매트는 롤 상품(roll good) 또는 예비 절단된 매트로서 공급되기 때문에, 생산 공정이 다량의 조각 재료를 만들어낼 수밖에 없다. 예비형성된 섬유 매트 사용의 또다른 단점은 극단적인 윤곽형상의 몰드 내에서 압축될 때 쉽게 파열되거나 파손된다는 점이다. 이 제품은 결합 단계 후에야만 절단될 수 있기 때문에, 절단 후의 조각들은 공정에서 더 이상 사용될 수 없는 혼성의 열고정 재료로 이루어져 있다. 이러한 재료는 그 혼성으로 인해 재활용하기 어렵다. 이는 자동차 산업에 있어 현실적인 과제이다.
WO 2007/134812호는 부직포 제품을 제조하기 위한 장치 및 방법을 개시하고 있다. 이 장치는 몰드 캐버티 형태의 재료 성형 영역이 제공되는 회전 드럼을 포함하고 있다. 몰드 캐버티는 원하는 제품의 음각 형상과 일치한다. 드럼 내에는, 몰드 캐버티의 벽의 개구부를 통해 공기를 흡인하기 위해 진공 수단이 제공된다. 섬유 재료는 섬유 공급 장치에 의해 몰드 캐버티로 공급된다. 섬유 및 그것으로 성형된 원하는 제품은 몰드 캐버티에 가해지는 부압에 의해 몰드 내에 유지된다. 즉, 재료는 드럼이 회전하여 몰드 캐버티를 성형된 재료가 몰드로부터 이형(몰드 이형)되게 되는 운반 장치로 반송하는 동안 흡인 공기류에 의해 몰드 내에 유지된다. 진공은 섬유를 특정 형상을 유지할 만큼 충분히 압축하지만, 섬유들 사이에는 아무런 실질적인 결합력도 없기 때문에, 몰드 이형 시에 그 형상은 펴져(압축 상태가 풀려) 버릴 것이다. 이러한 작용은 합성 섬유가 단독으로 또는 혼방으로 사용될 때 더 악화될 수 있으며, 이는 합성 섬유가 더 매끄러워 더 쉽게 슬라이딩하기 때문이다.
몰드 이형 단계 후에, 성형된 미결합 재료는 또다른 몰드, 특히 압축 몰드로 공급될 수 있으며, 또는 곧바로 관류 열풍 오븐 내에서 열처리를 받을 수도 있다. 이후의 몰딩 단계에서, 열과 압력을 가함으로써 성형된 재료로부터 최종 형상을 가진 부직포 제품이 형성된다.
상기 방법 및 장치는 적어도 성형된 재료가 드럼의 연속 회전에 의해 연속적인 방식으로 제조될 수 있다는 장점을 가진다. 하지만, 성형된 재료가 흔히 미결합 섬유 재료로 이루어지기 때문에, 몰드 이형 단계 중이나 그 후 열고정될 때까지 성형된 재료의 취급이 까다롭다. 이 공정 기간 중에, 성형된 재료는 원하는 형상을 잃기 쉬울 수 있으며, 또는 심지어 해체될 수도 있다. 특히, 무섬유 영역이 몰드 이형 중에 다시 메워질 것이다. 또한, 불안정한 구조의 성형된 재료는 적층하는 것이 더 이상 가능하지 않게 된 후에 교정으로서 후속의 몰드 내에 정확하게 도입시키는 것이 어렵다. 약간의 오프셋(offset)이 생길 수 있으며, 최종적으로 생산된 제품은 요구되는 3D 형상에 맞지 않다는 이유로 품질 제어에서 폐기되기 쉽다.
따라서, 본 발명의 목적은 특히 상기한 단점들을 극복하면서 종래기술의 장치를 더 발전시키는 데 있다.
이러한 목적은 청구항 1의 장치에 의해 성취될 수 있다.
청구항 1의 장치는:
Figure 112013099974972-pct00001
원주 방향으로 형성된 외주 표면을 구비하고 있고, 상기 외주 표면 상에 캐버티 형태의 적어도 하나의 제품 성형 영역을 구비하고 있으며, 상기 외주 표면이 적어도 상기 제품 성형 영역에서 공기에 대한 통기성이도록 되어 있는 회전식 컨베이어로서 형성된 회전 드럼;
Figure 112013099974972-pct00002
적어도 하나의 캐버티 내로 기재 재료(base material)를 공급하는 적어도 하나의 재료 공급 장치;
Figure 112013099974972-pct00003
적어도 하나의 캐버티 내에 부압을 생성하여, 생성된 흡인력이 회전식 컨베이어의 내부를 향하게 하도록 설계된 진공 장치;를 포함하고 있으며,
Figure 112013099974972-pct00004
상기 재료 공급 장치의 하류에 적어도 하나의 결속 장치(consolidating device)가 배치되어, 재료 충전된 캐버티의 적어도 일부분이 결속 처리(consolidating treatment)를 받게 되어, 상기 기재 재료가 적어도 부분적으로 인접 재료에 결착(結着)되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 장치에 의해 얻어지는 제품은 섬유와 같은 기재 재료로 이루어진 결속된 3차원 형상의 부품이며, 곧바로 차량용 트림 부품으로서 사용될 수 있으며, 또는 예컨대 추가적인 레이어를 부가하거나 제1 몰딩 단계에서 재료를 추가로 성형하는 등에 의해 추가 가공될 수도 있다. 추가적인 가공 단계로서는 트리밍, 절단, 펀칭, 라미네이팅이 포함될 수 있지만, 반드시 추가적인 성형 단계를 포함해야 하는 것은 아니다.
회전 드럼
회전 드럼은 원주 표면에 평행한 회전 축선을 가진 원통형 드럼이다. 회전 드럼은 제품 성형 영역(캐버티)을 포함하고 있는 드럼의 원주 표면에 평행하게 위치되는 여러 가지 공정 구역에 의해 둘러싸여 있다. 바람직하게는, 드럼의 원주 표면은 대략 수평 상태에 있고, 기재 재료를 캐버티로 공급하는 제1 공정 구역은 중력에 반하지 않는 섬유 공급을 성취하기 위해 대략 드럼의 상단부에 배치된다. 적어도 하나의 제2 공정 구역이 회전 방향 하류에 배치되어, 캐버티 내의 기재 재료의 결속 작용을 가진다. 결속된 재료를 냉각시키는 제3 공정 구역이 후속 배치된다. 마지막으로, 캐버티를 비우는 최종 공정 구역이 제2 또는 제3 구역 다음에 배치된다. 바람직하게는, 이 최종 공정 구역은 중력이 캐버티의 비우기를 향상시키도록 배치된다. 회전식 컨베이어의 회전 축선은 바람직하게는 중력 방향에 실질적으로 수직한 평면 내에 위치한다. 제품 성형 영역(캐버티)은 바람직하게는 회전식 컨베이어의 회전 축선으로부터 뻗어나오는 방사상선에 수직하게 또는 적어도 실질적으로 수직하게 형성된다.
회전 드럼은 그것의 원주 표면 상에 캐버티로서 한정되는 적어도 하나의 제품 성형 영역을 포함한다. 제품은 회전 방향으로 전체 원주 표면에 걸쳐 신장되거나 원주 표면의 일부만에 걸쳐 신장될 수 있다. 생산될 제품의 치수에 따라, 제품 성형 영역의 치수와 하나의 드럼 상에서의 제품 성형 영역의 개수가 변동될 수 있다. 상이한 제품 성형 영역들이 하나의 드럼 상에 배열되어, 상이한 제품들을 생산하는 것도 가능하다. 섬유로 이루어진 매트 또는 연속 밴드와 같은 연속 제품을 제공하는 엔드리스형인 제품 성형 영역을 가지는 것도 가능하다.
캐버티의 깊이는 예비형성품의 폭과 길이에 걸쳐 영역 중량 분포를 가지는 3차원 형상의 예비형성품을 성취하도록 변경될 수 있다.
적어도 캐버티는 기재 재료로 균일하게 채워지도록 공기 스트림은 통과시키지만 섬유가 통과하는 것은 막는 통기성 재료로 라이닝 처리된다. 필요하다면, 캐버티 라이닝은 공기와 기재 재료의 혼합물의 흐름을 국부적으로 증가 또는 감소시키도록 공기 저항의 차이를 가질 수 있다. 라이닝은 원하는 3D 형상의 안정된 형태를 얻기 위해 기재 재료와 직접 접촉하는 쪽은 금속 메시 또는 극세사 천으로 이루어지고 기재 재료 반대편은 더 굵은 메시 또는 거센 실 가닥 등의 더 강한 재료로 이루어지는 단일 레이어 또는 복수 레이어로 제작될 수 있다. 회전 드럼의 표면은 쉽게 교체가능한 것이 바람직하다. 예컨대, 슬라이딩 기구에 의해 또는 사용이 용이한 체결 기구를 사용하는 것에 의해, 회전 드럼의 원주 둘레 표면의 움푹 패인 곳을 메울 수 있다. 회전 드럼의 교체가능한 표면은 당해 기술분야에 알려져 있다.
적어도 통기성 영역 아래에, 회전식 컨베이어의 내부를 향한 부압을 생성시키도록 설계된 진공 장치가 배치된다. 진공압은 재료 공급 공정 시에 기재 재료를 고정시킬 뿐만 아니라, 가열 공정 및/또는 냉각 공정과 같은 이후의 공정 단계에서 부품에서 공기를 빼내기도 한다.
진공압은 상이한 처리 구역들에서 조절가능하며, 특히 열고정 공정 및 그후의 냉각 공정 시에는 감소되고, 몰드 이형 공정 시에는 0으로 감소된다.
진공 장치는 적어도 하나의 공정 단계, 여러 공정 단계 또는 모든 공정 단계 시에 캐버티 내에 기재 재료를 흡인 유지시키기 위해 통기성의 제품 성형 영역에 부압을 가하도록 설계된다. 진공 장치는 여러 가지 공정 구역에서 제품 성형 영역에 부압을 가하도록 설계되는 것이 바람직하다. 본 발명의 하나의 바람직한 실시형태에 있어서, 부압을 생성하는 장치는 여러 공정 구역들이 독립적으로 조절될 수 있고 다른 공정 구역과 간섭하지 않도록, 선택적으로 하나의 공정 구역에 있어서도 진공이 보다 나은 최적화를 위한 하위 구역들로 조절될 수 있도록 설계된다.
3차원 몰딩 열고정 섬유 제품의 연속 생산 시에, 회전 드럼은 연속적인 속도로 회전하는 것이 바람직하다. 속도는 생산될 제품에 따라 조절가능할 것이다. 일단 최적 속도를 알게 되면, 그 속도가 부품의 연속 생산 중에 일정하게 유지될 수 있다. 일정한 속도가 사용되는 경우에는, 모든 상이한 처리들, 즉 캐버티의 충전, 재료의 열고정, 냉각과 몰드 이형이 회전 드럼의 이 한 가지 일정 속도로 조절되어야만 한다.
공급 장치
제1 공정 구역에서, 기재 재료가 공급 장치를 이용하여 제품 성형 캐버티의 적어도 일부분 내로 공급되는 한편, 제품 성형 영역은 연속적으로, 바람직하게는 일정 속도로 회전 방향으로 운동한다. 제품 성형 캐버티는 기재 재료 공급 장치가 커버하게 되는 것보다 더 큰 영역으로 형성되는 것이 가능하기 때문에, 이 경우에 제품 성형 캐버티는 기재 재료 공급 장치 아래에서 회전 방향으로 운동하면서 점차적으로 충전될 것이다. 기재 재료 공급 장치는 적어도 드럼의 원주 방향에 수직한 방향의 캐버티의 최대 폭을 커버한다.
기재 재료는 예컨대 면 섬유 등의 천연 섬유 및/또는 예컨대 열가소성 섬유 등의 합성 섬유 및/또는 광물 섬유 또는 그들의 조합 섬유와 같은 섬유인 것이 바람직하다. 섬유 이외에, 기재 재료로서 플록(flock), 액체, 분말 등의 형태로 된 재료도 포함될 수 있다. 예컨대, 폼(foam), 쇼디(shoddy) 등의 재활용 재료의 조각들과 섬유의 조합물도 가능하다. 기재 재료의 일부는 직후의 공정 단계 및/또는 추후의 단계에서의 열처리 중에 활성화되는 결합 섬유, 분말 또는 플레이크(flake) 등의 결합 재료일 수 있다. 또한, 상이한 활성 메커니즘, 활성 과정 또활성점을 가진 결합 재료가 예컨대 상이한 용융 온도를 가지고서 사용될 수 있다. 재료는 성형 시에 선고정되고, 추후에 예컨대 추가적인 레이어와 결합되고, 최종적으로 제2 결합 재료를 활성화하는 또다른 온도에서 몰딩되어 적층될 수도 있다.
기재 재료를 섬유 공급 장치로 운반하기 위해, 최신의 섬유 세척, 혼합 및 계량 공급 장치가 사용될 수 있다. 캐버티 내에서의 양호한 섬유 분포를 확보하기 위해, 섬유 번들 또는 클러스터를 풀어, 재료를 실질적으로 단일 섬유 또는 입자로서 공급하는 것이 유리하다. 기재 재료는 하나 이상의 운반 롤러(이송 롤러)를 이용하거나 에어-레이드법(air-laid method; 공기 적층법)을 이용하거나 또는 이들의 조합을 이용하여 캐버티로 운반될 수 있다. 섬유 공급 장치는 그에 따라서 설계된다. 운반 롤러를 이용하는 것에 의해서는, 기재 재료, 특히 섬유는 몰드 캐버티 내에 적층되는 한편, 에어-레이드법에 있어서는, 기재 재료, 특히 섬유는 몰드 캐버티 내로 취입(blowing)된다.
기재 재료 공급 구역은 원주를 따라 또한 회전 드럼의 회전 방향에 적어도 하나의 기재 재료 공급 장치를 포함하고 있다. 재료의 적층이 요구되는 경우나 특정한 재료 분포를 얻기 위해서는, 다수의 섬유 공급 장치를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 예컨대 난연제 등에 의한 기재 재료의 처리를 위한 추가적인 분사 장치가 드럼의 폭에 걸쳐 바람직하게는 회전 방향에 있어 적어도 제1 기재 재료 공급 장치의 하류에 배치될 수 있다.
섬유 공급 장치는 가장 바람직하게는 카딩 롤러(carding roller; 소면 롤러)를 구비한 카딩 장치를 포함하고 있다. 카딩 롤러는 섬유를 정련하고 공급 롤로부터 제품 성형 영역을 향해 이동시키는 기능을 가진다. 카딩 장치의 또다른 기능은 과잉 섬유를 긁어내는 것이다. 섬유 공급 장치의 기재 재료 공급 단계는 몰드 캐버티 내에서의 높은 섬유 밀도에 도달하기 위해 회전 방향에 있어 비교적 짧은 원주 거리를 따라서만 진행되는 것이 바람직하다.
드럼의 회전 속도가 일정하고 연속적일 때, 공급되는 기재 재료의 부피가 조절될 수 있는 것이 바람직하다. 재료 공급 스트림을 조절하는 방법은 당해 기술분야에 알려져 있다.
가열
적어도 하나의 가열 장치가 후속의 제2 공정 구역에 배치된다. 제2 공정 구역에서, 성형된 제품은 재료를 결속시키기 위해 가열된다. 이 결속은 운반 시에 그것의 형상을 유지하는 안정화된 예비형성품을 얻기 위한 부분적 결속일 수도 있으며, 또는 3D 형상의 재료를 더 이상의 결속 및/또는 성형을 필요로 함이 없이 곧바로 최종 제품으로서 혹은 최종 제품을 대신해 사용하기 위한 완전 결속일 수도 있다.
가열 장치 방식으로서는, 예컨대 적외선 복사를 이용하는 등의 열 복사, 또는 예컨대 고온 유체, 바람직하게는 고온 공기 또는 스팀을 이용하는 등의 대류 열전달과 같은 여러 가지 기법이 사용될 수 있다. 또한, 이러한 기법들의 조합이 연이어서 또는 병행적으로 적용될 수도 있다. 가열법의 선택은 사용되는 기재 재료 및 최종 제품의 형상과 치수에 좌우된다. 접촉 가열은 재료를 완전히 가열하는 시간이 너무 길어 표면을 손상시킬 수 있음이 중요시되는 제품의 결속에는 바람직하지 않다. 하지만, 예컨대 여전히 캐버티 내에 있는 기재 재료의 유형의 표면에 추가적인 커버 레이어를 적층하는 경우 등에서는 접촉 가열이 선택 사항이 될 수도 있을 것이다.
모든 가열 장치는 적어도 드럼의 원주 방향에 수직한 방향의 캐버티의 최대 폭을 커버한다.
드럼이 회전 방향으로 연속적이고 일정하게 운동할 때, 가열 영역에서의 체류 시간은 오직 가열 장치에 의해 커버되는 원주 방향의 범위에 의해 좌우된다. 하지만, 제품의 가열 공정 및 그에 따른 결속량은 제품과 열부하 사이의 온도차에 의해 조절될 수 있다. 바람직하게는, 가열 장치는 공정 제어를 위해 회전 방향으로 상이한 온도를 가지는 여러 구역들을 형성하도록 조절될 수 있다. 예컨대, 하나의 열원을 사용하지만 여러 구역들에서 상이한 압력 및/또는 공기류를 사용할 수도 있다.
결속 공정 구역에서, 가열 장치는 결속 또는 고정이나 선고정 또는 선결속을 실행하기 위해 예컨대 50 mm에서 300 mm까지의 상이한 두께를 가질 수 있는 캐버티 내의 기재 재료에 충분한 열을 전달할 수 있어야만 한다. 따라서, 바람직하게는 고온 취입 공기 또는 스팀이 형상 제품을 가열하는 데 사용된다. 하지만, 공기 속도가 너무 높으면, 불안정한 형상 제품의 변형 또는 심지어 파손까지 발생할 수 있다. 공기류는 회전식 컨베이어의 회전 축선을 향한 반경 방향으로, 즉 드럼의 외부에서 내부로 배향되는 것이 바람직하다. 공기류는 이미 캐버티의 충전용으로 사용된 드럼 내부에 위치하는 기존의 진공 흡인력의 도움을 받는다. 바람직하게는, 진공은 여러 공정 구역들이 서로 간섭되지 않도록 설정된다.
가열 장치를 포함하고 있는 제2 공정 구역 내에는, 1개의 가열 구역(온도 구역), 또는 상이한 온도를 가지는 2개 또는 나아가서는 2개보다 많은 가열 구역(온도 구역)이 제공될 수 있다. 이러한 가열 구역에서, 온도는 바람직하게 개별적으로 또한 다른 가열 구역(온도 구역)에 대해 독립적으로 설정될 수 있다.
제품 성형 캐버티 내의 기재 재료의 열고정으로 인해, 기재 재료는 위치 고정되고, 이는 종래기술의 단점을 방지하고, 특히 몰드 이형 시에 더 이상 슬라이딩하여 위치 이탈할 수 없게 되고, 따라서 원하는 3D 형상을 유지한다. 또한, 추후에 다시 절단가공하는 일없이, 취득된 에지들은 날카로운 형상 그대로 유지되며, 결과적으로 구멍들이 새로운 부품의 기술적 설계에 도입될 수 있다. 이는 열고정이 없는 장치에서는 섬유들이 몰드 이형 시에 슬라이딩하여 부품 에지들을 무딘 형상으로 만들고 작은 구멍들을 다시 섬유 재료가 채워버리기 때문에 불가능하다.
몰드 이형
결속 공정 구역의 하류에서, 결속된 제품은 후속의 공정 구역에서 몰드 이형될 수 있다. 3D 형상의 결속된 제품은 제품 성형 캐버티로부터 제거된다. 가장 간단한 형태로, 제품은 테이블로 운반되거나 결속된 제품들을 수집하는 데 사용되는 다른 형태의 정지형 장치로 운반될 수 있으며, 혹은 예컨대 컨베이어 벨트나 로봇 운반 장치 또는 생산되는 실제 제품에 따라 조합되는 장치 등과 같은 추가적인 공정을 위해 결속된 제품을 운반하는 형태의 이송 장치로 운반될 수 있다.
냉각
본 발명의 추가적인 개량으로, 제품 성형 장치는 몰드 이형에 앞서 냉각 장치가 배치되는 추가적인 구역을 더 포함한다. 이러한 냉각 공정 구역은 원주를 따라 회전식 컨베이어의 회전 방향으로 결속 구역과 몰드 이형 구역 사이에 배치된다. 냉각 공정 구역에서, 이전에 가열된 형상 제품은 초기 결속 단계의 추가적인 단계로서 냉각된다. 섬유 공급 장치, 적어도 하나의 가열 장치, 냉각 장치 및 운반 장치와 그에 따른 대응하는 공정 구역들은 결속된 3D 제품의 생산 시에 회전식 컨베이어의 외주 표면 쪽에 정지 배열된다. 선택적으로, 냉각 구역 내의 냉각 장치는 기계장치의 사용에 있어서의 최적의 유연성을 위해 추가적인 가열 장치로 대체될 수 있다. 제품을 냉각시키기 위한 바람직한 해법은 주변 온도 상태에 있는 또는 냉각 공정을 최적화하기 위해 냉각된 바람직하게는 공기류 형태의 유체 스트림의 사용이 될 것이다. 부품의 냉각은 또한 제품 성형 캐버티 내의 부압의 사용에 의해 도움을 받을 수 있다.
그 밖의 공정
캐버티의 재료 충전, 재료의 결속 및 몰드 이형에 더하여, 추가적인 공정 단계가 본 발명에 따른 기계장치 및 공정에 통합될 수 있을 것이다. 가열 및/또는 냉각 공정 단계 중이나 그 이전에, 기재 재료는 압축될 수 있을 것이다. 예컨대, 가열 및/또는 냉각 단계 중에, 또는 결속을 개시하기 직전이면서 섬유 공급 후인 시점에서 압력을 증가시킴으로서 기재 재료가 압축될 수 있다. 예컨대, 압력 롤러에 의하거나 공기류를 사용하는 것에 의해 또는 기재 재료가 충전된 캐버티의 적어도 일부분의 부압을 증가시킴으로써 기재 재료가 압축될 수 있다.
본 발명의 현시점에서 바람직한 실시형태로 본 발명을 설명하지만, 본 발명은 그에 국한되는 것은 아니며, 청구항의 범위 내에서 다른 방식으로 다양하게 구체화되고 실시될 수 있다는 것을 분명히 이해해야 한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 2는 다른 각도에서 바라본 본 발명에 따른 장치의 개략도이다.
도 3은 결속된 예비형성품 또는 최종 제품의 한 예를 도시한 도면이다.
도 1은 본 발명의 장치를 도시하고 있다. 장치의 핵심부는 적어도 하나의 캐버티(4)를 구비한 회전 드럼(3)을 형성하고 있다. 그 표면은 원하는 제품의 형상을 성형하는 캐버티의 영역에서 적어도 부분적으로 통기성이다. 섬유 스트림(fiber stream)과 면하는 측의 캐버티에는 그 캐버티가 완전히 채워질 때까지(재료 충전될 때까지) 섬유가 모아진다. 바람직하게는, 결속 구역 앞쪽에 과잉 재료를 제거하기 위한 장치가 제공된다. 이 목적으로, 테이크-오프 롤러(take-off roller), 스크레이핑 나이프(scraping knife) 또는 당해 기술분야에 알려진 대안의 해법이 사용될 수 있다. 공급 장치와 조합하는 것도 또다른 해법이다.
드럼 내부에는, 제품이 성형되는 캐버티 내에 부압을 생성하기 위한 장치 또는 수단이 배치된다. 캐버티 내에 부압을 생성하는 장치 또는 수단으로서는 예컨대 진공 장치 또는 외부 진공 장치에 연결된 연결구가 될 수 있다. 진공 장치에 연결되는 연결구는 다른 공정 구역에 대해 독립적으로 설치될 수 있다. 캐버티를 통한 공기 스트림이 화살표로 도시되어 있다.
회전 운동으로 인해, 캐버티는 여러 가지 공정 단계 즉 공정 구역을 통과하게 될 것이다. 이러한 여러 가지 공정 단계 즉 공정 구역은:
Figure 112013099974972-pct00005
A. 캐버티 내로 기재 재료를 공급하는 구역;
Figure 112013099974972-pct00006
B. 캐버티 내에 모아진 기재 재료를 결속하는 구역;
Figure 112013099974972-pct00007
C. 캐버티 내에서 결속된 재료를 냉각시키는 구역;
Figure 112013099974972-pct00008
D. 3D 형상의 결속된 재료를 캐버티로부터 몰드 이형시키는 구역;이다.
구역(A) 내의 장치(2)는 본 발명에 따라 사용될 수 있는 기재 재료 공급 장치의 한 예이다. WO 2007/134812호에 개시된 바와 같은, 과잉 재료 제거도 동시에 실행하는 카딩 롤(carding roll)을 사용하여 캐버티 내에 섬유 스트림이 공급된다.
재료 충전된 캐버티(4)는 구역(B)에서 예컨대 재료를 열고정하기 위해 기재 재료로 충전된 캐버티를 열처리하는 가열 장치와 같은 적어도 하나의 결속 장치를 통과한다. 본 실시예에 있어서는, 2개의 열 구역(b1, b2)이 사용되고 있으며, 2개의 열 구역(b1, b2)에 있어서의 온도(Tb1)는 온도(Tb2)와 상이하다. 열의 전달은 재료 특성과 함께 그 재료의 온도에 좌우되므로, 사용되는 유체의 온도와 제품의 온도 사이의 특정 편차를 유지시키는 것이 필요할 수 있다. 특히, 재료는 표면이 손상되지 않도록(과열 및 연소되지 않도록) 주의하여야 하며, 재료의 표면이 손상되면 제품 품질에 영향을 줄 수 있다. 상이한 온도 구역의 사용은 전달되는 열량이 더 최적으로 조절될 수 있다는 장점을 가진다. 온도 구역 나눔의 한 예로서는, 가열 구역과, 온도가 높은 수준으로 일정하게 유지되는 구역을 들 수 있다. 기재 재료의 결속은 재료에 가해지는 총괄 열(overall heat)에 좌우된다. 바람직하게는, 처리 구역 내의 고온 공기 유동 즉 고온 공기의 온도 및 압력이 조절될 수 있다.
도 2는 2개의 캐버티를 구비하고 있고, 회전 축선(9) 둘레로 회전하며, 특정 폭(w)과 특정 반경(r)을 가지고 있는 회전 드럼(3)을 도시하고 있다. 쇄선으로 결속 구역(B)이 지시되어 있으며, 결속 구역(B)은 캐버티의 최대 폭에 걸쳐 형성되며, 바람직하게는 드럼의 전체 폭(w)에 걸쳐 형성된다. 체류 시간의 드럼의 회전 속도에 좌우되며, 또한 캐버티의 공급, 냉각 및 적층도 이 인자에 좌우되므로, 체류 시간은 쇄선으로 도시된, 결속 장치에 대향하는 원주 영역의 길이(L)에 의해서만 조절될 수 있다.
예컨대, 도 1에서의 냉각 구역(C)은 결속 영역을 확장시키도록 조절될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명에 따라 구석부(12), 구멍(10) 및 두께 감소부(11)을 포함한 기술적 설계상의 세부 형상부를 구비하여 생산된, 예컨대 섬유와 같은 기재 재료로 이루어진 3D 형상의 결속된 제품의 한 예를 도시하고 있다.

Claims (10)

  1. 자동차 음향 트림 부품으로서 사용하거나 자동차 음향 트림 부품에 사용하기 위한 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치에 있어서,
    원주 방향으로 형성된 외주 표면을 구비하고 있고, 상기 외주 표면 상에 캐버티 형태의 적어도 하나의 제품 성형 영역을 구비하고 있으며, 상기 외주 표면이 적어도 상기 제품 성형 영역에서 공기에 대한 통기성이도록 되어 있는 회전식 컨베이어로서 형성된 회전 드럼;
    적어도 하나의 캐버티 내로 기재 재료를 공급하는 적어도 하나의 재료 공급 장치;
    적어도 하나의 캐버티 내에 부압을 생성하여, 생성된 흡인력이 회전식 컨베이어의 내부를 향하게 하도록 설계된 진공 장치;를 포함하고 있으며,
    상기 재료 공급 장치의 하류에 적어도 하나의 결속 장치가 배치되어, 재료 충전된 캐버티의 적어도 일부분이 결속 처리를 받게 되어, 기재 재료가 적어도 부분적으로 인접 재료에 결착되고,
    상기 재료 공급 장치는 카딩 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 결속 장치는 상기 회전 드럼의 공급 구역 하류의 적어도 하나의 영역에 열복사 및/또는 대류 열전달을 가하기 위한 적어도 하나의 가열 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 결속 구역은 회전 방향으로 상이한 처리 구역들로 나누어지는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 상이한 처리 구역들은 온도, 압력, 및 공기류 중 적어도 하나가 상이한 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 결속 구역을 지난 후에, 결속된 제품은 몰드 이형되어 정지형 영역 또는 이송 장치로 운반되는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 결속 구역과 몰드 이형 구역 사이에 추가적인 냉각 구역이 배치되어 결속된 재료를 냉각시키는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 냉각 구역은 회전 드럼의 회전 축선을 향해 배향되는 공기류를 생성하는 적어도 하나의 냉각 장치를 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 재료 공급 장치, 결속 장치 및 몰드 이형 장치는 모두 드럼의 원주 표면 둘레에 정지되어 배치되고, 재료 공급 장치, 결속 장치 및 몰드 이형 장치는 적어도 제품 성형 캐버티의 최대 폭을을 커버하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 재료 공급 장치, 결속 장치 및 몰드 이형 장치는 회전 드럼의 전체 폭(w)을 커버하는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
  10. 제 1 항에 있어서, 흡인 장치가 회전 시의 캐버티의 위치에 따라 캐버티 내의 부압을 변경시키도록 조절될 수 있는 것을 특징으로 하는 3차원 형상의 결속된 제품을 생산하기 위한 장치.
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