KR19990082326A - 압출기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 두 개의 원뿔형 스테이터와 이 스테이터들 사이에 위치한 적어도 하나의 회전식 로터를 포함하는 압출기에 관한 것이다. 이 압출기는 스테이터(2)들 사이의 공간 내로 물질을 공급하는 공급관(3)을 포함하며, 로터(1)는 공급 물질이 통과하여 로터(1)의 내부로 흐를 수 있는 구멍(5)을 공급관(3)의 오리피스에 포함한다. 공급관(3)의 단부와 로터(1)의 구멍(5) 및 그루브(7, 7a, 7b)로 형성된 덕트는, 공급관(3)의 단부에서 볼 수 있는 덕트들의 단면적의 합이 로터(1)가 회전할 때 매 순간마다 거의 일정하게 유지되는 방식으로 설계된다. 그러한 경우에, 공급관(3)을 통해서 공급된 물질은 공급관(3)으로부터 로터(1)의 그루브(7, 7a, 7b)로 그리고 구멍(5)을 경유하여 고르게 흘러 물질의 흐름 중에 펌핑 효과는 나타나지 않을 것이다.

Description

압출기

미국특허 번호 제 3,314,108 호는 두 개의 원뿔형 스테이터와 이 스테이터들 사이에서 회전할 수 있도록 배치된 원뿔형 로터를 포함하는 압출기를 기재한다. 압출되는 플라스틱 물질은 두 개의 다른 도관을 경유하여 로터의 다른 측부에 공급된다. 물질이 공급되는 단부를 밀봉하므로써, 다른 도관을 통하여 공급된 물질들의 혼합은 방지된다. 로터가 물질이 통과하여 로터의 내부로 흐를 수 있는 구멍을 물질 공급관에 포함하는 방식으로, 물질은 로터의 내부로 공급된다. 로터가 회전하면 구멍들이 공급관의 오리피스를 지나 이동하며, 이로 인하여 도관을 따라 공급된 물질에 작용하는 저항은 오리피스에 대한 구멍의 위치에 따라 변화한다. 이것은 물질에서 펌핑 효과(pumping effect)를 유발하며 물질의 공급율과 고른 분포를 저하시킨다.

유럽특허 출원 제 89 906 779.7 호는 몇 개의 원뿔형 스테이터들과 이 스테이터들 사이에 회전할 수 있도록 놓인 원뿔형 로터들을 포함하는 압출기를 기재한다. 압출되는 물질은 각 로터의 시작점에서 하나의 도관을 따라 공급되며, 이 때문에 로터는 물질이 통과하여 로터의 다른 측부로 흐를 수 있는 구멍을 입구에 포함한다. 무엇보다도 이러한 배치에서의 문제점은 도관을 따라 공급된 물질에 작용하는 저항이 로터가 회전할 때 그리고 로터의 구멍들이 도관의 오리피스를 동시에 통과할 때 변한다는 것이다.

본 발명은, 적어도 대부분이 원뿔인 적어도 하나의 외부 표면을 갖는 내부 스테이터와 적어도 대부분이 원뿔인 적어도 하나의 내부 표면을 갖는 외부 스테이터로 이루어진 적어도 두 개의 스테이터들과, 이 스테이터들 사이에 위치한 적어도 대부분이 원뿔인 적어도 하나의 회전식 로터를 포함하는 압출기에 관한 것으로서, 이 압출기는 스테이터들 사이의 공간 내로 물질을 공급하는 공급관을 포함하며, 이 로터는 공급 물질의 적어도 일부가 통과하여 흐를 수 있는 구멍을 공급관의 오리피스에 포함한다.

도 1은 본 발명에 따른 압출기에서 질량이 통과하는 입구를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 압출기에서 질량이 통과하는 입구의 다른 실시예를 도시한 단면도.

도 3은 실시예로서 로터를 개략적으로 도시한 측면도.

도 4는 다른 실시예로서 로터를 개략적으로 도시한 측면도.

도 5는 도 4의 장치를 도시한 단면도.

본 발명의 목적은 상술한 문제점들의 어떤 것도 포함하지 않으며, 압출되는 물질이 압출기 내에 고르게 공급될 수 있는 압출기를 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 압출기는, 공급관의 단부와 로터의 구멍 및 그루브로 형성된 덕트가 공급관의 단부에서 볼 수 있는 덕트 부분의 면적들의 합이 로터가 회전할 때 매 순간마다 거의 일정하게 유지되는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 가장 중요한 아이디어는, 로터에 물질을 공급하는 도관의 단부, 즉 스테이터와 로터 사이의 접합점에서, 로터가 회전하는 매 순간마다 공급관의 단부에서 볼 수 있는 로터 덕트의 면적들의 합이 거의 일정하게 유지된다는 것이다. 또한, 바람직한 실시예의 아이디어는 공급 오리피스의 단부의 폭이 로터 덕트의 중심들 간의 거리나 이 거리의 배수와 거의 동일하다는 것이다. 그러한 경우에, 물질은 공급관으로부터 적어도 일시적으로 두 개의 다른 로터 덕트에 동시에 최소량으로 공급된다. 또 다른 바람직한 실시예의 아이디어는 공급관의 단부가 신장부(extension)를 포함하며, 이로 인하여 공급관의 단부가 공급관의 다른 부분보다 더 큰 단면적을 갖는다는 것이다. 게다가 바람직한 실시예의 아이디어는 공급관의 단부에서의 신장부가 신장부에 위치한 로터 덕트의 체적과 거의 동일한 체적을 갖는다는 것이다. 또 다른 바람직한 실시예의 아이디어는 공급관의 단부에서의 신장부가 비대칭 형상, 즉 신장부가 단부에서 점점 가늘어지는 형상을 갖는다는 것이다.

본 발명은 공급관을 따라 공급된 물질이 로터 덕트를 경유하여 공급관으로부터 고르게 흐를 수 있으며, 이로 인하여 물질의 유동에는 펌핑 효과가 나타나지 않는 장점을 갖는다. 공급관의 단부에서의 신장부에 의하여, 도관 자체가 너무 작게 제작될 수 있으며 그 결과 공급관을 통과하는 질량의 유동은 오래 동안 공급관 내에 남아있을 필요는 없으며, 이것은 물질의 유해한 불균일 가온(harmful uneven warming)을 방지한다. 공급관의 단부에서의 신장부의 체적과 이에 해당하는 로터 덕트의 체적이 크기면에서 동일하게 제작될 때, 신장부 내의 물질은 로터 구멍들이 신장부의 한 쪽 단부로부터 다른 쪽 단부로 이동하는 동안 완전히 변화될 수 있으며, 이로 인하여 물질이 압출기 내에 남아있는 시간은 가능한 짧아지며 분포면에서도 좁아질 것이다. 공급관의 단부에서의 신장부가 비대칭으로 제작될 때, 회전식 로터는 물질을 동일 방향으로 회전시키며 단부를 향하여 점점 가늘어진 비대칭 신장부는 물질을 로터 구멍을 경유하여 강제로 진입하게 하며, 이것은 공급의 더 고른 유동을 제공한다.

본 발명을 첨부한 도면으로 더 상세히 설명한다.

도 1은 압출기에서 물질이 통과하는 입구를 도시한 단면도이다. 압출기는 화살표(A)로 지시한 방향으로 회전하도록 배치된 원뿔형 로터(1)를 포함한다. "원뿔형"의 정의는 당연히 대부분이 원뿔형인 장치, 다시 말하면 예를 들어 모든 목적을 위해 여기에 참고용으로 첨부된 출원인의 특허출원서 제 PCT/FI96/00261 호에 기재된 바와 같이 로터의 일부가 이를테면 실린더형 신장부를 포함하는 실린더형일 수도 있다는 말이다. 고정 스테이터(stationary stator;2)가 로터(1) 외부에 놓인다. 명확함을 위해서 도 1에서 스테이터(2)는 부분적으로만 도시하지만 실제로는 로터(1)를 에워싼다. 명확함을 위해서 도 1에서는 도시하지 않지만 로터(1)의 내부에는 또 다른 고정 스테이터가 있다. 공급관(3)은 외부 스테이터(2)를 통과하여 지나가도록 배치된다. 공급관(3)을 경유하여, 압출기는 예를 들어 플라스틱 파이프, 케이블 외장, 필름, 또는 다른 임의의 유사 제품을 형성하는 물질을 수용한다. 로터(1)는 공급관(3)으로부터 공급된 물질이 통과하여 로터(1)와 내부 스테이터 사이의 로터(1) 내부로 지나갈 수 있는 구멍(5)을 포함한다. 압출기의 구조는 본 기술분야에 능숙한 기술자에게는 매우 잘 알려져 있으며 그래서 이와 관련하여 그것을 매우 상세하게 설명하지는 않는다.

신장부(4)는 공급관(3)의 단부, 즉 로터(1)에 근접한 단부에 형성된다. 로터(1)에 대항하는 신장부(4) 부분의 면적은 공급관(3)의 단면적보다 더 크다. 이런 식으로 공급 물질이 공급관(3)에 유지되는 시간은 단축되며, 이것은 물질의 불균일 가온에 의하여 야기되는 문제를 방지한다. 보통 공급관(3)은 원 모양의 단면을 갖지만 또한 이 단면은, 예를 들어 타원과 같은 다른 형태를 가질 수도 있으며, 또 단면적은 여러 가지 점에서 비대칭일 수도 있다. 압출되는 물질은 공급관(3) 내로 공급되며, 예를 들어 피드 웜(feed worm)이나 피드 호퍼(feed hooper)를 가지고 또는 임의의 다른 공지의 방식으로 공급관(3) 내로 공급된다.

도 1에서, 로터(1)의 측부 상에서 신장부(4) 부분의 폭은 로터 구멍(5)의 중심들 사이의 거리와 거의 동일하다. 충분히 우수한 특성을 보장하기 위해서, 신장부(4)의 폭과 구멍(5) 중심들 사이의 거리는 서로 15% 이상 차이가 나지 말아야 한다. 로터(1)에 대항하여 위치된 신장부(4)의 접합점은, 예를 들어 타원형의 챙없는 모자(elliptical calotte) 형태나 원형 또는 임의의 다른 적절한 형태를 가질 수도 있다. 또한 비대칭 형상도 가능하다. 로터(1)가 화살표(A) 방향으로 회전할 때, 신장부(4)에서 잠시 동안 하나의 구멍(5)을 볼 수 있다. 로터(1)가 앞으로 더 회전할 때, 신장부(4)에서 잠시 동안 두 개의 구멍(5)을 볼 수 있지만, 이들 각 구멍(5)들은 신장부(4)에서 단지 일부만을 볼 수 있다. 구멍(5)과 신장부(4)는, 신장부(4)에서 볼 수 있는 구멍(5) 부분들이 모든 순간에 구멍(5)의 전체 면적과 거의 동일한 면적을 동시에 구성하는 방식으로 적절하게 형상화된다. 즉, 처음에 신장부(4)에서 볼 수 있는 구멍(5)이 신장부(4) 영역에서 전체를 볼 수 없게 신장부(4)를 지나갈 때, 다음 구멍(5)이 나타난다. 또한 신장부(4)에서 볼 수 있는 제 1 구멍의 면적이 점점 더 작아질 때, 이에 따라 다음 구멍(5)의 면적은 점점 더 크게 볼 수 있다. 신장부(4)에서 볼 수 있는 구멍(5)의 단면적은 이들 면적들의 평균의 40% 정도이다. 변화가 작다면 또한 그 결과는 당연히 더 양호하다.

구멍(5)들은 보통 원형이지만 구멍들의 다른 형태, 예를 들어 또한 타원형이 가능하다. 또한 구멍(5)은 비대칭일 수도 있다. 구멍(5)은 바람직하게는 로터 반경에 대하여 α각만큼 경사지게 제작될 수도 있다. 공급 물질이 구멍(5)을 용이하게 통과하는 정도는 α각을 변화시키므로써 영향을 받을 수 있다. α각이 넓으면 넓을수록 구멍(5)의 가장자리는 공급 물질 내로 더욱 더 날카롭게 절단된다. 게다가 각이 넓으면, 구멍(5)의 가장자리는 공급 물질 내의 섬유질(fibres)의 파단을 증가시킨다.

신장부(4)의 체적과 구멍(5)의 체적을 거의 동일하게 만드는 것이 바람직하다. 구멍(5)의 체적은 로터(1)의 외부 표면과 내부 표면 그리고 구멍(5)의 벽에 의하여 결정된다. 따라서 신장부(4)의 체적은 로터(1)에 대한 신장부의 면적과, 신장부의 깊이(D)와, 스테이터 내에 가공된 신장부의 형상에 의하여 결정된다. 구멍(5)의 체적(Vr)이 신장부(4)의 체적(Vs)과 동일할 때, 공급 물질은 신장부(4)의 체적에 해당하는 양만큼 하나의 구멍(5) 내로 공급될 수 있으며, 이로 인하여 공급 물질이 압출기에 체류하는 시간은 주의 깊게 제어될 수 있다. 물질의 체류 시간을 조정할 수 있도록, 구멍(5)의 체적(Vr)은 신장부(4)의 체적(Vs)으로부터 40% 이상 벗어나지 말아야 한다.

도 2는 본 발명에 따른 압출기에서 질량이 통과하는 입구의 다른 실시예를 도시한 단면도이다. 도 2에서 도면부호는 도 1의 도면부호와 일치한다. 공급관(3)의 신장부(4)는 신장부의 체적이 끝쪽 단면을 향하여 로터(1)의 회전 방향(A)으로 감소되는 방식으로 비대칭적으로 제작된다. 방향(A)으로 회전하는 로터(1)는 공급 물질을 동일 방향으로 강제 회전시키며, 신장부(4)에서의 감소하는 체적은 물질이 구멍(5)을 통하여 진입하게 한다. 물질은 공급관(3)으로부터 신장부(4) 부분으로 빠져 나올 때 유동 방향을 변화시킬 필요가 없기 때문에 고르게 흐른다. 추가로 공급관(3)은 로터(1)의 중심을 향하는 방향이 아니라 β각만큼 기울어진 방향으로 지나가는 방식으로 위치 설정된다. 그리하면 공급 물질은 로터(1)의 회전 방향을 따라 더 고르게 그리고 더 부드럽게 흐르도록 할 수 있다. 각(β)이 증가되면, 공급관(3)을 안내하는 신장부(4)는 감소될 수 있으며, 각(β)이 최대 상태로 넓어져 공급관(3)이 로터(1)와 거의 접하여 만나도록 제작될 수 있으며, 이로 인하여 독립된 신장부(4)가 필요하지 않게 되지만 로터(1)를 바라보는 공급관 오리피스의 폭은 구멍(5)의 중심들 사이의 거리나 거리의 배수와 거의 동일하다.

도 3은 실시예로서 로터를 개략적으로 도시한 측면도이다. 도 3에서의 도면부호는 도 1과 도 2의 도면부호와 일치한다. 도 3은 로터(1)의 원뿔 형상을 도시한다. 로터의 내부와 외부에 제공된 스테이터들은 당연히 적어도 로터의 측부 상의 표면에서 원뿔 형상을 갖는다. 구멍(5)은 비대칭이며, 이로 인하여 물질이 공급관(3)으로부터 공급될 때 소량의 물질이 먼저 구멍(5)을 통과하여 지나가며, 구멍(5)이 공급관의 오리피스에 점점 접근할 때 더 넓은 구멍이 나타나며, 이로 인하여 더 많은 물질이 단부에서 구멍(5)을 통하여 지나간다. 공급관(3)에서 신장부(4)의 윤곽은 일점쇄선으로 도 3에 개략적으로 도시한다. 도 3에 따른 비대칭형 로터 구멍은, 구멍이 공급관(3)에 위치하는 기간의 종료점을 향하여 구멍에 공급을 증가시키는 방식으로 제공한다.

도 4는 본 발명에 따른 장치 내의 로터(1)의 일부를 도시한 측면도이다. 도 4에서 도면부호는 도 1 내지 도 3의 도면부호와 일치한다. 도 4는 물질이 공급되는 로터(1)의 단면을 도시한다. 도 4에 도시한 경우에서, 압출되는 물질은 하나의 공급 장치로 로터(1)의 내부 및 외부 양쪽에 공급된다. 공급 장치에서 로터(1)는 일부 물질이 통과하여 공급 장치로부터 로터(1) 내부로 흐를 수 있는 구멍(5)을 포함한다. 구멍(5)의 가장자리에는 베벨(bevel)이 제공되어, 이 베벨은 구멍(5)을 경유하여 스테이터 내부에 제공된 그루브에 물질의 부드러운 전달을 보장한다. 도 4에서, 로터(1) 내부의 물질을 유도하는 베벨과 로터 내부에 제공된 그루브는 파단선으로 도시한다. 구멍(5)을 통하여, 스테이터(2)에 제공되며 로터(1)와 내부 스테이터(2) 사이의 물질 전달을 용이하게 하는 그루브(6)를 볼 수 있다.

그루브(7)가 로터(1) 외부로부터의 구멍(5)들 사이에서 시작한다. 그루브(7)의 시작점에서, 또한 경사지게 제작된 확장부(enlargement;7a)가 있다. 그리하여 공급 물질은, 물질이 확장부부터 로터(1)와 외부 스테이터(2) 사이인 로터(1) 외부로 안내되는 방식으로, 공급관으로부터 확장부(7a)와 그루브(7)에 도달한다. 그리하여 로터의 내부와 외부 양쪽에 물질을 고루 공급하기 위해 단지 하나의 공급 장치만이 필요하다.

도 4에서 공급관에서의 신장부(4)의 윤곽을 일점쇄선으로 개략적으로 도시한다. 로터(1)의 그루브(7)와, 그들의 확장부(7a)와, 신장부(4)의 영역에서 볼 수 있는 구멍(5)에 의하여 형성된 덕트의 면적은 로터(1)가 회전할 때 거의 일정하게 유지된다. 또한 바람직하게는 덕트의 체적은 신장부(4)의 체적에 거의 일치한다. 덕트(4)의 표면과 체적은 로터(1) 외부에서 그루브(7)들 사이에 하나 이상의 중간 그루브(7b)들을 제공하므로써 쉽게 조절될 수 있다. 또한 중간 그루브(7b)에 의하여, 로터(1)와 스테이터(2) 사이에 물질의 효과적인 공급을 용이하게 할 수 있다.

로터(1)의 그루브(7)의 단부에 확장부(7a)가 필수적으로 필요한 것은 아니지만, 또한 그루브(7)는 그들의 길이 전체를 따라서 거의 동일한 폭일 수도 있다. 또한 그루브(7)는, 그루브(7)들을 서로 인접하여 더 쉽게 배치하도록 구멍(5) 위에서만 시작할 수도 있다. 이 경우에, 로터 덕트는 공급 오리피스의 하부 단면에서 구멍(5)에 의해서만 형성되며, 상부 단면에서는 그루브(7)에 의해서 그리고 가능하다면 확장부(7a)와 중간 그루브(7b)에 의해서 형성된다.

도 5는 도 4에 도시된 로터 부분을 도시한 단면도이다. 도 5의 도면부호는 도 1 내지 도 4의 도면부호와 일치한다. 가장 바람직하게는, 물질이 압출기로 이동할 때 공급 물질 내에 충분히 높은 압력을 제공하는 강제 공급 나사(force-feed screw)로 공급관(3)에 물질을 공급한다. 구멍(5)과 그루브(7)의 확장부(7a) 이후에 제공된 강제 공급 나사와 베벨은, 압출기가 우수한 일정 산출량을 확실하게 갖도록 그루브(7) 내에 압출되는 물질의 충분한 양을 보장한다. 도 5에서 단면 뒤에 위치한 구멍(5)과 이에 관련된 베벨은 파단선으로 도시한다.

본 발명의 아이디어를 설명하고자 하는 의도로 도면과 관련 설명을 첨부한다. 본 발명의 세부사항은 청구항들의 범주내에서 변화할 수도 있다. 그 결과 구멍(5)의 보이는 부분의 면적들의 합이 거의 일정하게 유지되는 한, 로터(1)의 두 개 이상의 구멍(5)이 동시에 공급관의 단부에서 보일 수 있다. 따라서 공급관의 단부의 폭은 로터(1)내의 구멍(5) 중심들 사이의 거리의 배수와 거의 동일하다. 또한 압출기는 당연히 하나의 로터와 두 개의 스테이터 이상을 포함할 수도 있다.

Claims (8)

1. 적어도 대부분은 원뿔형인 적어도 하나의 외부 표면을 갖는 내부 스테이터와 적어도 대부분은 원뿔형인 적어도 하나의 내부 표면을 갖는 외부 스테이터를 구비한 적어도 두 개의 스테이터(2)와, 상기 스테이터(2)들 사이에 위치한 적어도 대부분이 원뿔형이며 공급 물질의 적어도 일부분이 통과하여 흐를 수 있는 구멍(5)을 공급관(3)의 오리피스에서 구비한 적어도 하나의 회전식 로터(1)와, 상기 스테이터(2)들 사이의 공간 내로 물질을 공급하는 공급관(3)을 포함하는 압출기에 있어서,

   공급관(3)의 단부와 로터(1)의 구멍(5) 및 그루브(7, 7a, 7b)로 형성된 덕트는, 공급관(3)의 단부에서 볼 수 있는 덕트 부분들의 면적의 합이 로터(1)가 회전할 때 매 순간마다 실제로 일정하게 유지되는 방식으로 설계되는 것을 특징으로 하는 압출기.
2. 제 1 항에 있어서, 로터(1)의 회전 방향으로 공급관(3)의 단부의 폭은 로터(1)에서 구멍(5)의 중심들 사이의 거리나 이 거리의 배수와 실제로 동일한 것을 특징으로 하는 압출기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 공급관(3)은 로터(1)의 중심으로부터 β각 만큼 벗어나게 향해 있는 것을 특징으로 하는 압출기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 공급관(3)의 단부는 신장부(4)를 포함하며, 이로 인하여 공급관(3)의 단부는 공급관(3)의 다른 부분보다 더 큰 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 압출기.
5. 제 4 항에 있어서, 공급관(3)에서의 신장부(4)의 체적(Vs)은 로터(1)의 신장부(4)에서 로터(1)의 덕트 체적(Vr)과 실제로 동일한 것을 특징으로 하는 압출기.
6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 공급관(3)의 단부에서의 신장부(4)는 신장부가 단부를 향하여 점점 가늘어지는 비대칭 형태를 갖는 것을 특징으로 하는 압출기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 로터(1)의 구멍(5)은 로터 반경에 대하여 α각만큼 경사지게 위치되는 것을 특징으로 하는 압출기.
8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서, 로터(1)의 구멍(5)은 비대칭 형상인 것을 특징으로 하는 압출기.