KR102086085B1 - 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치는, 테이퍼진 형상을 갖는 케이싱(111)과, 이 케이싱의 상단에 구비된 원료투입구(112)와, 상기 케이싱(111)의 선단에 구비된 원료배출구(113)와, 상기 케이싱(111)을 관통하여 회전가능하게 구비된 코니컬 트윈 스크류(114)을 포함하고, 하부 베이스(140)상에 전후 일정 간격을 두고 배치된 제 1상부 베이스(150)와 제 2상부 베이스(152)에 걸쳐 고정 설치되어 원료를 압축공급하는 코니컬 트윈 스크류 압출부(110); 및 전동모터(121)에 의해 회전축(122)을 구동하여 상기 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)의 트윈 스크류(114)를 통해 이동하는 원료배출구(113)의 원료를 일정량 압송하는 기어펌프(120)를 포함하여 구성된다.

Description

특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치{Extruding apparatus for conical twin screw of special type}
본 발명은 압출성형장치에 관한 것으로, 특히 정량공급장치와 압출성형기가 접합된 배취(batch)식 설비에서 탈피하여 코니컬 트윈 스크류 압출부에 기어 펌프를 직접 접목시키는 것에 의해 우수한 경쟁력 확보가 가능하도록 구성된 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치에 관한 것이다.
일반적으로 압출기(extruder)는 원료를 공급 가열시켜 용융하여 연속적으로 압력을 발생시켜 일정 모양으로 압출하는 기계로서 고무, 플라스틱의 압출 성형용으로 발달되어 왔다. 압출기는 통상 원료공급 호퍼, 스롯트(throat), 실린더(바렐), 스크류, 감속기, 성형다이 및 동력전달장치와 제어반으로 구성된다.
압출기는 보통 스크류의 개수가 1개인 단축압출기(single screw extruder)와 스크류가 2개인 이축압출기(twin screw extruder)를 사용하며, 스크류의 종류는 수지 종류 및 사용목적에 따라 여러 종류로 설계된다. 특히 실린더(바렐)는 수백기압에 견디는 내압구조를 가지고 있으며, 이축압출기는 여러 개로 분할된 구조로서, 각 부분적으로 가열(냉각)을 통해 온도제어가 용이하다.
압출성형에 있어 스크류 내부로 공급된 원료는 실린더(바렐) 외부로부터 가열을 통한 열에너지와, 스크류로부터 전단 에너지를 받아 이송,용융되어 가공된다.
한편, 위와 같은 설비를 통해 성형품을 성형하는 과정에서 연속식 또는 배취식 생산방식이 주로 사용되고 있다. 연속식의 경우 단축 또는 이축 스크류 압출성형 방식을 사용한다.
배취(batch)식의 경우 다종 소량 생산이 가능한 것으로서, 도 1 내지 도 3을 참조하면, 원료를 일정량 계량하여 믹서(mixer)(10) 내부로 투입한 후, 배합/혼련/용융/성형 과정을 거치면서 얻어진 반죽형태의 덩어리를 콘베이어(20)를 통해 후공정인 정량공급장치(twin screw feeder)(30) 및 압출성형기(40)로 공급하는 과정이 필요하다.
이와 같은 배취식 생산방식에서는 반죽 형태의 덩어리를 압출성형기(40)에 공급하여 실린더 내부에 토출 압력을 발생시키는 동시에 제품의 이물질을 제거하기 위하여 별도의 이물질 제거장치(screen changer)(미도시)를 부착하여 사용하고 있다.
이때, 1차 공정인 믹서(10)에서 반죽 형태의 덩어리를 압출성형기(40)로 일정량씩 공급하기 위해서는 상기한 정량공급장치(30)가 필요하며, 이와 같은 종래의 정량공급장치(30)와 압출성형기(40)가 접합된 방식은 투자설비비의 과다 소요와 더불어 복잡한 구조에 의해 설비 내부의 청소가 어려운 문제점이 있다.
또한, 스크류 회전방식에 의해 토출 압력이 불균일하고, 이러한 토출 압력을 조정하기 위한 조정범위가 좁은 한계를 가지며, 토출 압력 자체가 원하는 것 이하로 낮은 실정이다.
또한, 토출압력과 토출량의 잦은 변화로 인해 제품 품질의 향상을 도모하기 어려운 단점이 있다.
대한민국 등록특허공보 등록번호 10-1309975호(2013. 09. 17) 대한민국 공개특허공보 공개번호 10-2018-0111357호(2018. 10. 11)
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 설비의 간소화를 통해 투자설비비의 감소와 더불어 간단한 구조에 의해 설비 내부의 청소가 용이하고, 생산량의 대폭 증대가 가능한 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 균일한 토출 압력의 도모가 가능하고, 이러한 토출 압력을 조정하기 위한 조정범위가 넓어지며, 토출 압력을 원하는 것 이상으로 높일 수 있는 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 높은 토출 압력과 더불어 기어펌프의 선단에 구비된 이물질 제거장치를 통해 혼련된 압출물 내의 이물질 제거를 통해 제품 품질의 향상을 도모할 수 있는 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 종래 설비 대비 전기 소모량을 대폭 감소시키는 것이 가능한 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 제공하는 데 있다.
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위해,
테이퍼진 형상을 갖는 케이싱(111)과, 이 케이싱의 상단에 구비된 원료투입구(112)와, 상기 케이싱(111)의 선단에 구비된 원료배출구(113)와, 상기 케이싱(111)을 관통하여 회전가능하게 구비된 코니컬 트윈 스크류(114)을 포함하고, 하부 베이스(140)상에 전후 일정 간격을 두고 배치된 제 1상부 베이스(150)와 제 2상부 베이스(152)에 걸쳐 고정 설치되어 원료를 압축공급하는 코니컬 트윈 스크류 압출부(110); 및
전동모터(121)에 의해 회전축(122)을 구동하여 상기 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)의 트윈 스크류(114)를 통해 이동하는 원료배출구(113)의 원료를 일정량 압송하는 기어펌프(120)를 포함하는 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치가 제공된다.
본 발명에서 상기 기어펌프(120)의 선단에는 원료내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거장치(screen changer)(130)가 부착된다.
상기한 바와 같은 본 발명의 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)에 기어 펌프(120)를 직접 접목시켜서 원료를 이송시킴에 따라 설비의 간소화를 통해 투자설비비의 감소(약 50%)와 더불어 간단한 구조에 의해 설비 내부의 청소가 용이하고, 생산량의 대폭 증대(약 100%)가 가능하다.
둘째, 원료의 토출 방식이 종래 스크류 회전방식이 아닌 기어 회전 방식에 의해 이루어지므로 균일한 토출 압력의 도모가 가능하고, 이러한 토출 압력을 조정하기 위한 조정범위가 넓어지며, 토출 압력을 원하는 것 이상으로 높일 수 있다.
셋째, 높은 토출 압력과 더불어 기어펌프(120)의 선단에 구비된 이물질 제거장치(130)를 통해 혼련된 압출물 내의 이물질 제거가 가능하므로 제품 품질의 향상을 도모할 수 있다.
넷째, 종래 설비 대비 전기 소모량을 대폭 감소시키는 것이 가능하다.
도 1은 종래 배취식 압출 성형 방식의 작업 흐름도,
도 2는 도 1에 도시된 배취식 압출 성형 방식에 있어서의 정량공급장치를 나타낸 측면도,
도 3은 도 1에 도시된 배취식 압출 성형 방식에 있어서의 정량공급장치와 압출성형기를 나타낸 평면도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 나타낸 측면도,
도 5는 도 4에 도시된 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 나타낸 평면도.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 상세히 설명하기로 한다.
이하에서 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 최전의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다.
본 발명은 기존 정량공급장치(30)와 압출성형기(40)가 접합된 상태의 설비 방식에서 탈피하여 코니컬 트윈 스크류 압출부(conical twin screw extruder)에 기어 펌프(gear pump)를 직접 접목시키는 것에 특징이 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 나타낸 측면도이고, 도 5는 도 4에 도시된 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 나타낸 평면도이다. 이를 참조하면, 전술한 믹서(10)를 거친 원료가 배합/혼련/용융/성형 과정을 거치면서 반죽형태로서 콘베이어(20)를 통해 이송된 후, 본 발명에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치(100)로 공급된다.
이와 같은 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치(100)는 원료를 압축공급하는 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)와, 기어 펌프(120)를 포함한다.
코니컬 트윈 스크류 압출부(110)는 테이퍼진 형상을 갖는 케이싱(111)의 상단에 원료투입구(112)가 형성되고, 케이싱(111)의 선단에 원료배출구(113)가 형성되며, 이 케이싱(111)의 내부를 가로 방향으로 관통하여 테이퍼 형상의 코니컬 트윈 스크류(114)가 회전 가능하게 설치된다.
이때, 코니컬 트윈 스크류(114)의 회전날개의 리드각(lead angle) 크기는 원료투입구(112)와 원료배출구(113)의 각 위치에서 서로 다르게 구성함이 바람직하다. 즉, 원료배출구(113)에서의 회전날개의 리드각 크기를 원료투입구(112)에서의 회전날개의 리드각 크기 대비하여 보다 작게 구성함으로써, 콘베이어(20)로부터 혼련물이 공급될 때, 코니컬 트윈 스크류(114)를 통해 혼련물을 압출하기 위해 필요한 압력을 발생시킴과 아울러, 원료의 역류를 억제하는 것이 가능하다.
이와 같은 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)는 하부 베이스(140)상에 전후 일정 간격을 두고 배치된 제 1상부 베이스(150)와 제 2상부 베이스(152)에 걸쳐 고정 설치된다.
기어펌프(120)는 통상의 정량토출펌프와 유사한 기술로 실시되는 형태로써 전동모터(121)에 의해 회전축(122)을 구동하여, 전술한 코니컬 트윈 스크류(114)를 통해 이동하는 원료배출구(113)의 원료를 일정량 압송한다. 이와 같은 기어펌프(120)에는 전원공급라인이 외부로 형성되어 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치(100) 외부에 구비된 컨트롤 패널(control panel)(미도시)에 연결된다.
한편, 기어펌프(120)의 선단에는 원료내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거장치(screen changer)(130)를 부착하여 사용이 가능하며, 도 5 중 미설명 부호 115는 수냉 자켓이다.
이하에서는 상기와 같은 구성을 갖는 본 발명의 작용을 설명한다.
원료를 일정량 계량하여 믹서(10) 내부로 투입한 후, 배합/혼련/용융/성형 과정을 거치면서 얻어진 반죽형태의 덩어리를 콘베이어(20)를 통해 후공정으로 이송시키는 배취(batch)식 공정을 통해 원료가 본 발명에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치(100)로 공급된다.
즉, 케이싱(111)의 원료투입구(112)를 통해 투입된 원료는 테이퍼 형상을 갖고 회전하는 코니컬 트윈 스크류(114)를 통해 원료배출구(113)측으로 이동하며, 이때, 수냉자켓(115)은 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)에서 혼련 압출되는 공정동안 재료에 발생할 수 있는 열을 효과적으로 감소시킨다.
또한, 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)와 연설된 기어펌프(120)는 전동모터(121)에 의해 회전축(122)을 구동하여, 상기 코니컬 트윈 스크류(114)를 통해 이동하는 원료배출구(113)의 압출물을 일정량 압송하며, 비상시 전술한 컨트롤 패널을 통해 기어펌프(120)의 전원을 차단하면 원료배출구(113)의 내부로는 압출물이 이송되지 않으므로 보수 및 교체 등의 필요한 조치를 취할 수 있다.
한편, 기어펌프(120)의 선단에 구비된 이물질 제거장치(screen changer)(130)를 통해서는 압출물 내의 이물질을 제거하는 것이 가능하다.
상기한 과정에서 본 발명에 따르면, 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)에 기어 펌프(120)를 직접 접목시켜서 원료를 이송시킴에 따라 설비의 간소화를 통해 투자설비비의 감소(약 50%)와 더불어 간단한 구조에 의해 설비 내부의 청소가 용이하고, 생산량의 대폭 증대(약 100%)가 가능하다.
또한, 원료의 토출 방식이 종래 스크류 회전방식이 아닌 기어 회전 방식에 의해 이루어지므로 균일한 토출 압력의 도모가 가능하고, 이러한 토출 압력을 조정하기 위한 조정범위가 넓어지며, 토출 압력을 원하는 것 이상으로 높일 수 있다.
또한, 높은 토출 압력과 더불어 기어펌프(120)의 선단에 구비된 이물질 제거장치(130)를 통해 혼련된 압출물 내의 이물질 제거가 가능하므로 제품 품질의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 전기 소모량도 대폭 감소시키는 것이 가능하다. 즉, 일 예를 들어 종래 설비의 경우 정량공급장치(30) 모터 : 약 22kw, 정량공급장치(30)용 히터 : 약 15kw, 150㎜ 단축압출기 모터 : 약 75kw, 실린더 히터 : 약 25kw 등 총 137kw의 전기가 소모되었으나, 본 발명에 따르면 코니컬 트윈 스크류 압출부(110) 모터 : 약 37kw, 가열 전열히터 : 약 25kw, 기어 펌프 : 약 22kw 등 총 84kw의 전기가 소모되어 종래 설비 대비 약 40% 전기 소모량을 절감시키는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명에 따른 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치를 예시된 도면을 참조로 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명은 한정되지 않으며 그 발명의 기술사상 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 물론이다.
100 : 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치
10 : 믹서 110 : 코니컬 트윈 스크류 압출부 111 : 케이싱 112 : 원료투입구
113 : 원료배출구 114 : 코니컬 트윈 스크류
115 : 수냉자켓 120 : 기어펌프
130 : 이물질 제거장치 140 : 하부 베이스
150 : 제 1상부 베이스 152 : 제 2상부 베이스

Claims (2)

  1. 테이퍼진 형상을 갖는 케이싱(111)과, 이 케이싱의 상단에 구비된 원료투입구(112)와, 상기 케이싱(111)의 선단에 구비된 원료배출구(113)와, 상기 케이싱(111)을 관통하여 회전가능하게 구비된 테이퍼 형상의 코니컬 트윈 스크류(114)를 포함하고, 하부 베이스(140)상에 전후 일정 간격을 두고 배치된 제 1상부 베이스(150)와 제 2상부 베이스(152)에 걸쳐 고정 설치되어 원료를 압축공급하는 코니컬 트윈 스크류 압출부(110); 및 선단에 원료내의 이물질을 제거하기 위한 이물질 제거장치(130)가 구비되고, 전동모터(121)에 의해 회전축(122)을 구동하여 상기 코니컬 트윈 스크류 압출부(110)의 코니컬 트윈 스크류(114)를 통해 이동하는 상기 원료배출구(113)의 원료를 일정량 압송하는 기어펌프(120)를 포함하여 구성되는 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치에 있어서,
    상기 코니컬 트윈 스크류(114)의 회전날개의 리드각(lead angle) 크기는 상기 원료투입구(112)와 상기 원료배출구(113)의 각 위치에서 서로 다르게 구성하여, 콘베이어(20)로부터 혼련물이 공급될 때, 상기 코니컬 트윈 스크류(114)를 통해 혼련물을 압출하기 위한 압력을 발생시킴과 아울러, 원료의 역류를 억제하는 것이 가능한 것을 특징으로 하는 특수형 코니컬 트윈 스크류 압출성형장치.
  2. 삭제
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