KR20070098873A - 중공 프로파일 엘리멘트들을 압출하기 위한 압출 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 하나의 코어(21-25)를 포함하여 구성되는 압출 노즐에 관한 것이다. 상기 압출 노즐에는 용융물 스트림들을 위한 복수의 유동 채널들(11-19)이 또한 구비되고, 상기 채널들은 원하는 프로파일 부재(profiled element)를 만들기 위하여 압출 노즐 내측에서 합쳐진다. 본 발명의 압출 노즐은 복수의 플레이트들(1-7)로 구성된다. 상기 유동 채널들(11-19)은, 적어도 하나의 코어(21-25)가 유동 채널들(11-20) 사이의 연결 부재들(34-38)에 의해 잔여 플레이트들에 연결되도록, 마지막 플레이트(7)를 제외하고는, 적어도 하나의 코어(3-7)를 포함하여 구성되는 모든 플레이트들에 있어, 서로 분리되어 있다. 마지막 플레이트(7)의 유동 채널들(11-19)이 연속적으로 상호연결될 때, 마지막 플레이트(7)의 적어도 하나의 코어(21-25)가 인접 플레이트(6)의 상응하는 코어 또는 코어들에 나사결합된다. 마지막 플레이트(7)의 유동 채널(11-19)이 그 높이의 일부에 걸쳐서만 상호결합될 때, 마지막 플레이트(7)의 적어도 하나의 코어(21-25)가 잔여 연결 부재들에 의해 잔여 플레이트(7)에 연결된다.

Description

중공 프로파일 엘리멘트들을 압출하기 위한 압출 노즐{Extrusion nozzle for extruding hollow profiled elements}

본 발명은 중공 프로파일들을 압출하기 위한 압출 노즐에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 용융물 스트림들(melt streams)을 위한 복수의 유동 채널들(flow channels)이 상기 압출 노즐 내측에서 원하는 프로파일로 합쳐지는(merge), 하나 또는 복수의 코어들을 포함하여 구성되는 창틀(window profiles)에 관한 것이다.

압출은 플라스틱제 프로파일들과 반제품들의 연속적인 생산을 가능하게 하기 위해 필요하다. 원료 물질들(source materials), 주로 열가소성 폴리머들이, 가능하면 염료, 충전재(fillers), 보강 화이버 등과 같은 첨가제와 함께, 분말 또는 과립 형태로 압출기에 공급된다.

압출기는 복수의 기능수행 부분들(functional zones)로 구성된다. 제1 기능수행 부분은 고체원료 부분(solids-feed pay zone)이다. 이곳에 과립, 거친 가루(grit) 또는 분말의 형태로 존재하는 플라스틱이 공급된다(is pulled in and advanced). 공급 매커니즘(advancement mechanism)은 압출기 구성(concept)에 따라 다르다. 또 다른 부분들은, 예를 들어, 원료들이 가열되고 예비압축되는 가열 부분(heating-up zone), 압축 부분, 있을 수도 있는 탈기 부분(degasification zone), 그리고 모든 압출기 구성에 공통적인 투입 부분(dosing zone) 일 것이다.

상기 투입 부분에서, 완벽하게 준비된 폴리머가 압출기를 나간다. 실린더가, 말하자면, 압출 툴(extrusion tool) 없이, 열려 있을 때, 실린더의 단부의 용융 압력은 대기압과 동일하다. 압출 툴이 설치될 때, 투입 부분 또는 압출 툴에 최대 압력이 만들어진다. 압출 동안에 압출기에 부착된 압출 툴의 저항이 극복되어야 한다.

플라스틱은 형태(geometry)를 결정하는 툴을 통과한 후에, 일반적으로 건식/습식 장치(dry/wet unit)로 구성되는, 보정 장치(calibration unit)의 도움으로 그 형상이 결정되고 임시적으로 굳혀진다. 그 후에, (비정질 폴리머들에 대한) 변형 온도(distortion temperature) 및/또는 (부분 결정질 폴리머들에 대한) 용융 온도보다 아주 낮은 온도까지 스프레이 또는 침적 배쓰(immersion bath)의 부속 진공 장치(attached vacuum)에 의해 냉각이 계속된다.

압출 툴들이, 복수의 적층 플레이트들로 만들어지고, 그 임무(task)가 어댑터로부터 흘러나오는 용융물의 스트랜드(strand)의 원형 고체 프로파일을 점차적으로 재성형하는 것과, 그리고 예를 들어 중공 프로파일을 만드는 것임이 공지되어 있다(예를 들어 DE 19707711 참조). 기술적으로, 이러한 임무는, 하나 또는 복수의 중심 플레이트들을, (압출기를 향하는) 그 포인트(point)와 (마주보는 방향에 있는) 맨드릴을 구비한 맨드릴-지지 플레이트(mandrel-holding plate)로서 설계함으 로써 해결될 수 있다. 상기 포인트와 맨드릴의 목적은, 튜브를 형성하기 위해, 가장 단순한 경우들에서, 고형 스트랜드를 중공 스트랜드로 변환시키는 것이다. 이 과정에서, 맨드릴은 웨브들(webs)에 의해 맨드릴-지지 플레이트의 외부와 연결된다. 따라서, 코어는 일체형 맨드릴로 구성된다.

성형 플레이트들(shaping plates)은, 예를 들어: 어댑터에 장착하기 위한 하나의 플랜지 플레이트; 성형(shaping)을 시작하는 분배 플레이트들(distribution plates); 하나의 분배 포인트(distribution point)를 구비한 하나의 플레이트; 맨드릴-지지 플레이트; 하나의 중간 플레이트; 하나 또는 복수의 노즐 플레이트들; 및 하나의 맨드릴 부속장치(mandrel attachment)로 구성된다.

종래 기술에서는, 어댑터로부터 나오는 용융물의 스트랜드를 스프레더 팁(spreader tip)을 구비한 플레이트와 분배 플레이트(들)에 의해 예비성형한다(preshape). 그 다음에, 팁-지지 플레이트와 맨드릴-지지 플레이트의 유동 통로를 건너간다(traverse). 맨드릴 주위의 마지막 노즐 플레이트들과 툴의 단부까지 뻗어있는 맨드릴-지지 플레이트들에 구비된 맨드릴에 의해, 제품에 상응하게 플라스틱이 성형된다. 이 일을 기술적으로 수행하기 위해 맨드릴과 그 포인트는 웨브들에 의해 외부 플레이트와 연결되어야 한다. 툴 저항(유동 저항)으로 인한 용융물의 압력을 견디어내고, 맨드릴의 충분한 안정성을 보장하기 위해, 적절한 수의 지지 웨브들(support webs)이 필요하다. 설계에 따라 이 지지 웨브들은 용융물의 스트랜드를 나누고 이에 따라 흐름을 촉진하도록 만들어진다. 플라스틱이 다시 합쳐질 때, 흐름선(flow line)의 형성을 가져올 수 있는 접합(bonding)이 일어난다. 이 접 합은, 프로파일의 기술적 정밀검사로 나타날 수 있는, 봉합부가 강도를 감소시키는 단점을 또한 가진다.

그러한 압출 노즐들의 제조는, 매우 비용이 많이 들며, 이는 주로 맨드릴-지지 플레이트에 기인한다. 맨드릴을 포함하는 이러한 맨드릴-지지 플레이트는, 최대 강도를 달성하기 위해, 고상 금속으로 만들어지는데 한편으로는 다량의 재료 손실을 가져오고, 다른 한편으로는 매우 노동-집약적인 바: 그 이유는, 맨드릴이 압출 노즐의 개구부에 도달하도록, 그 높이가 압출 노즐의 개구부로부터 맨드릴-지지 플레이트까지의 거리와 동일한, 단일 가공물(single workpiece)이 사용되어야 하기 때문이다.

도입부에 언급된 유형의 장치는, 독일 특허 제10126689호에 공지되어 있다. 거기에는 압출 노즐이 용융물 스트림들에 대한 4개의 유동 통로들을 가지는 것으로 나타나 있다. 이러한 4개의 유동 통로들은 세 개의 압출기들에 의해 재료가 공급되는데, 이는 다시 말하면, 용융물 스트림들중의 하나가 나뉘는 것이다. 용융물 스트림들 모두가 - 얼마나 많은 부분들이 상응하는 프로파일에 있는지와 무관하게 - 심지어 압출 툴 내의 하나의 조인트 스트랜드(joint strand)에 합쳐지고, 단일 프로파일로서의 보정 장치로 넘겨진다. 그러나, 압출 노즐의 디자인에 대한 언급은 이 공보에서 찾아볼 수 없다.

발명의 개시

기술적 문제

본 발명의 목적은, 여전히 고품질의 압출 프로파일을 만들면서, 비용 효율적으로 제조될 수 있는, 처음에 언급된 유형의 압출 노즐을 만드는 것이다.

기술적 해결방법

이 목적은, 압출 노즐을 복수의 플레이트들로 만듦으로써 문제를 해결한 본 발명에 따라 달성되는데, - 마지막 플레이트를 제외하고 - 코어를 구비한 모든 플레이트들의 유동 통로들은 서로 분리되어 있으며, 상기 코어 및/또는 코어들은 유동 통로들과 잔여 플레이트(the remaining plate) 사이에서 웨브들에 의해 연결된다.

그러므로, 본 발명에 따라, 코어는 하나의 일체형 맨드릴(one-piece mandrel)에 의해 실현되는 것이 아니고, 그보다는 상응하는 코어체(core piece)가 (마지막 하나를 제외한) 각 플레이트에 존재하고, 유동 통로들과 나머지 플레이트 사이에서 웨브에 의해 연결된다. 그 결과로서, 모든 플레이트들을 적절한 박판 가공물로 만들 수 있고, 흔히 있는 맨드릴-지지 플레이트(familiar mandrel-holding plate)를 사용할 경우와 같이 블록을 필요로 하지 않는다. 그 결과로서, 제조비용이 비교적 낮다.

이러한 설계는 용융물의 스트랜드의 서브스트랜드들로의 분배를 제공한다. 이렇게 해서, 압출기의 영향이 보다 좋게 보상될 수 있다. 이 단순한 기하학적 형상과, 웨브들에 의해 방해받지 않는, 서브스트랜드들로의 분리는, 더욱 안정된 흐름을 제공한다. 개개의 유동 통로들은 서로 독립적으로 최적화될 수 있다.

유동 통로들의 형상(geometry)이 최적이지 않음을 인지하더라도, 하나의 블록으로부터 하나의 맨드릴을 포함하는 새로운 맨드릴-지지 플레이트를 제조할 필요가 없다는 점에서도 하나의 특별한 장점이 있음을 알아야 한다. 코어가 이미 이 플레이트내에 존재하기 때문에 적절한 플레이트를 다시 만드는 것으로 충분하다.

서브프로파일들이 마지막 플레이트에 통합되지(consolidated) 않아야 하기 때문에, 마지막 플레이트의 유동 통로들은 더 이상 계속해서 서로 분리되지 않는다.

두 개의 실시예들이 본 발명에서 가능하다:

만약 마지막 플레이트의 유동 통로들이 서로 계속해서 연결되면, 마지막 플레이트의 코어 및/또는 코어들은 인접 플레이트의 상응하는 코어 및/또는 코어들에 나사결합될 수 있다. 만약 마지막 플레이트의 유동 통로들이 그 길이부의 일부분을 걸쳐서만 서로 연결되면, 유동 통로들 사이의 웨브들은 마지막 플레이트의 높이의 일부분에 걸쳐 뻗어나가고, 마지막 플레이트의 코어 및/또는 코어들은 그러한 웨브들에 의해 잔여 플레이트에 연결된다.

첨부된 도면들을 기초로 하여 본 발명을 더 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은, 본 발명에 의한 압축 노즐의 4개의 첫 번째 플레이트들을 나타낸 분해도이고;

도 2는, 상기 압출 노즐의 잔여 플레이트들을 나타낸 또 다른 분해도이며;

도 3은 조립된 압출 노즐을 나타낸 도면이고;

도 4는, 상기 압출 노즐의 전면 플레이트를 나타낸 도면이며;

도 5는, 도 4의 상세도이고; 그리고

도 6은, 압출 노즐의 마지막 두 개의 플레이트들의 다른 실시예를 나타낸 분해도이다. 유동 통로들이 더 상세하게 나타날 수 있도록 모든 도면들에서 1/4이 절취되어 있다.

본 발명을 사용하는 최적 모드

용융물 스트랜드는, (도 1의) 플랜지 플레이트(1)내의 용융물의 하나의 원형 스트랜드로 시작하여, 하나의 스프레더 팁(spreader tip)(2)을 구비한 하나의 분배 플레이트(2)에서 하나의 원형 프로파일로 변환된다. 여기에서, 용융물 스트랜드는 그 형상에 필요한 것보다 더 큰 프로파일로 재성형된다. 그에 따라 압출물의 증가된 체류 시간(residence time)이 어느 정도의 물질 이완(a certain material relaxation)을 가져오는데, 이는 원하는 더 높은 산출 속도(the desired higher output rate)를 위해 필요하기 때문이다. 그 다음에, 나머지의 플레이트들(3 및 4)에서 이 원형 프로파일은 분절-형상 유동 통로들(segment-shaped flow passages)(11-19)에 의해 세분된다. 이 분절-형상 유동 통로들(11-19) 그 자체는, 그 각각의 프로파일들과 위치들이 최종 제품의 프로파일과의 위치에 상응하는, 개 개의 독립적인 유동 통로들을 형성한다.

(도 2의) 또 다른 플레이트들(5, 6 및 7)에서, 분절-형상 유동 통로들(11-19)은, 그 위치와 두께에 있어서 그 다음의 프로파일 형상에 점차로 맞추어진다. 본 발명의 요부는, 이러한 분절-형상 유동 통로들(11-19)이 서로 분리되어 있고, 그들이 더 이상 웨브들에 의해 단절되지 않는다는 점이다(도 3 참조).

말단 플레이트(7)에서, 부분 분절들이 이윽고 합쳐진다(merged). 이 플레이트(7)가 도 4에 도시되어 있으며, 확대된 프로파일을 도 5에서 볼 수 있다. 코어들(21-25)이 각각 유동 통로들에 의해 둘러싸여 있는 것을 도 4에서 명료하게 볼 수 있다. 예를 들어, 코어(21)는 모든 측면들이 유동 통로들(12, 16, 17, 18 및 19)에 의해 둘러싸여 있다(도 5 참조).

두 도면들에서, 플레이트(7)는 본질적으로 위로부터 본 것으로서, 다소 좌측과 상측으로부터 본 것으로 나타나 있다. 유동 통로들(12, 15, 16, 17, 18, 19)(도 5 참조)이 서로 꼭 평행하게 뻗어있지는 않다는 것을 알아야 한다. 이런 식으로, 코어(21)의 하부측벽(33)뿐만 아니라 상부측벽(32)을 볼 수 있다.

이 코어(21)는 웨브들에 의해 인접한 코어들(22, 23) 및/또는 잔여 플레이트(7)(도 4 참조)와 연결되며; 웨브(34)(도 5 참조)가 유동 통로들(12 및 16)을 연결하고, 웨브(35)가 유동 통로들(12 및 18)을 연결하며, 웨브(36)가 유동 통로들(17 및 18)을 연결하고, 웨브(37)가 유동 통로들(17 및 19)을 연결하며, 그리고 웨브(38)가 유동 통로들(16 및 19)을 연결한다.

이러한 웨브들의 몇몇, 즉, 웨브들(34, 37 및 38)은, 꼭대기가 평평하게 형 성되어 있고, 다른 브릿지들, 즉, 웨브들(35 및 36)은 끝이 점점 가늘어지게 형성되어 있다(taper off to points). 웨브들(34-37) 모두는, 플레이트(7)의 두께의 일부분에만 걸쳐 뻗어있는, 즉, 그들이 그 말단면 아래에서 끝나는 것이 공통적이다. 이런 식으로, 개개의 유동 통로들의 용융물 스트림들은 서로 웨브들의 하부에서 결합할 수 있다.

다른 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 개개의 코어들(21-25)이 하나의 독립 구성요소(7")를 형성한다. 이 구성요소(7")는 플레이트(6')에 나사결합되어, 잔여 플레이트(7')와 함께 유동 통로들이 플레이트(7')의 전체 높이에 걸쳐 뻗어있게 형성된다.

이 실시예에서, 개개의 코어들(21-25)은 브릿지들[도 6에서는 브릿지(38)만을 볼 수 있음]에 의해 연결된다. 각 코어(21-25)를 개별적으로 플레이트(6')에 나사결합시켜 마지막 플레이트에 브릿지들이 전혀 존재하지 않는 결과를 가져올 수도 있음은 물론이다.

본 발명에 의한 설계는 맨드릴-지지 플레이트와 맨드릴 없이도 가능하다. 이렇게 해서, 맨드릴-지지 브릿지들이 필요한 경우의 상술한 단점들을 해소할 수 있다. 출구에서의 흐름 선단(flow front)의 조정(coordination)이 더 간단한 것도 부수적인 장점들이다.

열가소성 플라스틱을 압출하는 동안에 발생하는 결과들 중의 하나는, 무엇보다도, 툴로 운반되는 용융물 스트랜드에서의 불완전하게 균일한 온도 분포이다. 불규칙한 온도 분포의 결과로서, 점도 차이가 발생하고 이것이 용융물 흐름 불균형을 일으킨다. 이것은 프로파일에 걸쳐 플라스틱의 상이한 배출 속도들과 조정 노력(coordination effort)의 증가를 가져온다. 이러한 문제들은 본 발명에 따른 압출 노즐에 의해 조절할 수 있는데, 이는 개개의 유동 통로들에 대해 상이한 프로파일 너비들, 즉, 너무 낮은 점도를 보상하기 위해서는 폭이 더 좁은 프로파일들을, 그리고 너무 높은 점도를 보상하기 위해서는 폭이 더 넓은 프로파일들을 선택하는 것이다.

이러한 원리에 따라, 상이한 압출기들로 개개의 유동 통로들에 원재료를 공급함으로써 하나 또는 복수의 공압출 레이어들(coextruded layers) 및/또는 부분 분절들을 구비한 프로파일들을 만드는 것도 또한 가능하다. 본 발명에 의해 발포 프로파일들(foamed profiles)을 만드는 것도 또한 가능하다.

Claims (3)

1. 하나 또는 복수의 코어들(21-25)을 포함하여 구성되는 중공 프로파일들, 특히 윈도우 프로파일들을 압출하기 위한 것으로서, 그 내측에 원하는 프로파일로 합쳐지는 용융물 스트림들을 위한 복수의 유동 통로들(11-19)이 구비되어 있는 압축 노즐에 있어서, 복수의 플레이트들(1-7)로 조립되고, 코어(들)(3-7)를 구비한 모든 플레이트들의 상기 유동 통로들(11-19)이 마지막 플레이트(7)를 제외하고 서로 분리되어, 코어 및/또는 코어들(21-25)이 상기 유동 통로들(11-19)과 각 플레이트의 나머지(rest) 사이에서 웨브들(34-38)에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는, 압출 노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기 마지막 플레이트(7)의 유동 통로들(11-19)이 서로 계속적으로 연결되고, 마지막 플레이트(7)의 코어 및/또는 코어들(21-25)이 인접 플레이트(6)의 상응하는 코어 및/또는 코어들에 나사결합되는 것(도 6)을 특징으로 하는, 압출 노즐.
3. 제1항에 있어서, 상기 마지막 플레이트(7)의 유동 통로들(11-19)이, 유동 통로들(11-19) 사이의 웨브들(34-38)이 그 길이부를 통해서만 서로 연결되어, 상기 마지막 플레이트(7)의 길이부에 걸쳐 뻗어나가고, 상기 마지막 플레이트(7)의 코어 및/또는 코어들(21-25)을 잔여 플레이트(7)와 연결하는 것(도 4 및 도 5)을 특징으 로 하는, 압출 노즐.

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