KR20100114008A - 일체형 인젝터를 포함하는 몰드 - Google Patents

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KR20100114008A
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볼프강 죄흐티그
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크라우스마파이 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

본 발명은 인젝터(16)를 포함하는 몰드에 관한 것이며, 상기 몰드 내에서는 하나의 작동 상태에서 완전히 폐쇄된 캐비티가 형성될 수 있고, 상기 인젝터는 적어도 부분적으로 상기 몰드(14) 내에 수용되며, 상기 인젝터의 송출구는 상기 폐쇄된 캐비티로 통한다. 본 발명에 따르면, 상기 인젝터는 재료 공급 덕트(30) 및 재료 리턴 덕트(34)를 가지며, 이때 상기 2개의 덕트(30, 34)는 상기 인젝터(16)의 팁 영역에서 커넥팅 챔버(32)로 통하고, 상기 커넥팅 챔버(32)를 통해서 상호 흐름이 연결된다. 이 경우에는 인젝터 니들(36)이 적어도 2개의 작동 위치에서 스위칭될 수 있으며, 전진하는 한 작동 위치에서는 상기 송출구가 상기 인젝터 니들(36)의 팁(38)에 의해 폐쇄되고, 후퇴하는 다른 작동 위치에서는 상기 송출구와 상기 커넥팅 챔버의 흐름이 연결됨으로써, 상기 인젝터(16)가 개방된다.

Description

일체형 인젝터를 포함하는 몰드 {MOULD COMPRISING AN INTEGRATED INJECTOR}
본 발명은 청구항 1의 전제부에 따른 몰드(mould)에 관한 것이다.
오래전부터 분사 공정을 통해 사출 성형의 캐비티(cavity)를 열가소성 플라스틱 재료로 채우는 것이 공지되어 있다. 또한, 근래에는 표면, 데코(decor) 또는 멤브레인(membrane)을 제조하기 위해 비교적 점성이 낮은 재료들, 예컨대 폴리 우레탄을 분사함으로써 밀폐된 몰드의 캐비티를 채우는 것이 공지되어 있다.
공지된 한 실시예에서는 예컨대 열가소성 플라스틱 재료로 이루어지는 캐리어 소자가 증대된 캐비티 내에 삽입되고, 그 결과 상기 캐리어 소자와 캐비티 벽 사이에는 외부에 대해 폐쇄된 자유 공간이 계속해서 유지된다. 상기 자유 공간에 저 점성 재료가 반입되어 캐비티가 완전히 채워지면, 이러한 플러딩 공정(flooding process)에 의해 캐리어 부품이 코팅된다. 상기와 같은 플러딩 공정들은 마찬가지로 종래 기술에도 공지되어 있다. 플러딩 재료로서 폴리 우레탄이 사용될 경우에는 혼합 헤드들(mixing head)이 사용되며, 상기 혼합 헤드들 내에서는 반응성 출발 재료들(starting material), 즉 폴리올 및 이소시아네이트가 주입 전에 서로 혼합된다. 개개의 혼합 헤드는 몰드 또는 액세스 개구에 직접 도킹되며, 반응성 혼합물은 혼합 헤드를 통해서 캐비티 챔버로 반입된다.
본 발명의 목적은 몰드를 제공하는 것이며, 이러한 몰드에 의해서는 특히 증대된 캐비티 내에 삽입된 생성물들이 플러딩되거나 코팅될 수 있다.
상기 목적은 청구항 1에 언급된 특징부를 통해 달성된다.
동시에 본 발명의 핵심 개념은 인젝터가 몰드에 적어도 부분적으로 집적되는 것으로 볼 수 있으며, 이때 밀폐된 몰드 내에는 외부에 대해 완벽하게 폐쇄된 캐비티가 형성되거나 또는 형성될 수 있다. 이 경우에는 인젝터의 송출구가 직접 또는 간접적으로 폐쇄된 캐비티로 통한다. 인젝터는 분사 모드 및 재순환 모드로도 작동될 수 있도록 설계된다. 재료 공급 덕트(material feed duct) 및 재료 리턴 덕트(material return duct)는 커넥팅 챔버를 통해서 흐름에 맞게 상호 연결된다. 이제 인젝터의 니들이 개방 위치, 예컨대 후퇴 위치(pulled back position)에 배치되면, 커넥팅 챔버와 송출구는 상호 흐름에 맞게 연결되며, 코팅 재료는 재료 공급 덕트, 커넥팅 챔버 및 송출구를 거쳐 (예컨대 플러딩을 위한) 캐비티 내부에 도달한다. 폐쇄 위치에서는 인젝터 니들이 송출구에 접촉되어 상기 송출구를 폐쇄함으로써, 이제 재료는 재료 리턴 덕트를 거쳐 다시 탱크로 흘러들어간다.
바람직한 한 실시예에 따르면, 인젝터의 아래쪽 공급 라인 내에는 개폐식 밸브가 배치된다. 상기 개폐식 밸브가 폐쇄되면, 재료는 오직 개방된 인젝터를 통해서 배출될 수 있다. 폐쇄 위치에 있는 인젝터 니들 및 인젝터 아래쪽 밸브가 개방되면, 재료가 다시 탱크로 재순환될 수 있다.
재순환은 코팅 재료로서 반응성 또는 교차 결합하는 재료가 사용될 경우에 특히 유리하고, 상기 재료는 재순환하지 않고도 노즐들을 막을 수 있다.
기본적으로 재료는 저압에 의해, 예컨대 소위 진공 플러딩 공정에 의해 캐비티 내로 삽입될 수 있다. 그러나 플러딩 또는 코팅을 위한 재료에는 실제로 압력이 제공되는 경우가 확실히 바람직하다. 이를 위해 펌프는 인젝터 앞쪽 흐름에 맞게 제공될 수 있다.
비교적 간단한 실현 가능성으로는, 실린더 장치에 둘러싸여 있는 단 하나의 피스톤을 갖는 피스톤 펌프로서 펌프가 구현된다는 점이다. 바람직한 한 실시예에 따르면, 피스톤은 스핀들-너트-조합의 중간 접속하에 전기 모터에 의해 구동된다. 모터의 작동에 의해서는 캐비티 내에 삽입되는 양(量)도 제어될 수 있다.
추가의 밸브가 펌프 앞쪽 흐름에 맞게 공급 라인 내에 제공되면, 인젝터는 밸브들의 교체 스위칭에 의해 그리고 인젝터의 개방에 의해 재순환 모드와 분사 모드 사이에서 간단한 방법으로 스위칭될 수 있다. 이러한 스위칭은 계속해서 실시예에서 더 상세하게 기술된다.
인젝터는 바람직하게 베이스 하우징 내에 수용되어 지지되며, 상기 베이스 하우징은 몰드 및/또는 클램핑 플레이트에 고정된다. 따라서, 몰드는 더 정확히 말하자면, 필수 구성 요소로서의 인젝터를 구비할 수 있으며, 그 결과 몰드 및 인젝터는 하나의 유닛을 형성한다. 베이스 하우징은 하나 또는 다수의 부분으로 형성될 수 있다. 또한, 상이한 유닛들을 위한 상이한 하우징들, 예컨대 인젝터를 위한 하우징 그리고 펌프-밸브-조합을 위한 하우징이 제공될 수 있다.
또한, 공급 라인들과 같은 펌프의 부분 및 개폐식 밸브들이 적어도 부분적으로 베이스 하우징에 집적될 경우 특히 콤팩트한 구조가 달성된다.
사용된 재료에 따라 인젝터 자체를 템퍼링하는 과정, 예컨대 냉각 또는 가열하는 것이 유리하거나 심지어 필수적일 수도 있다. 이를 위해 인젝터는 상응하는 템퍼링 덕트들 그리고 템퍼링 매질을 위한 커넥터들을 가지며, 상기 커넥터들은 상기 템퍼링 덕트들에 연결된다.
특히 바람직한 실시예는 인젝터와 몰드 사이에 템퍼링 소자, 예컨대 냉각 소자가 중간 접속되는 것을 특징으로 한다. 상기와 같은 템퍼링 소자로는 예컨대 한쪽에서 인젝터를 냉각하고 다른 한쪽에서 몰드를 가열하는 펠티에 소자를 생각할 수 있다. 두 기능, 즉 냉각 및 가열 모두가 특히 최적으로 작용한다. 냉각은 사용되는 특정 재료들이 인젝터 내에서 가능한 반작용하지 않도록 한다. 다른 한편으로 몰드의 가열은 반작용 과정 또는 경화 과정이 캐비티 내에서 가능한 신속하게 진행되도록 한다. 다수의 펠티에 소자(peltier element)가 말하자면 직렬로 차례로 스위칭되는 것도 가능하며, 그 결과 냉각되는 측면과 가열되는 측면 간의 온도차가 크게 선택될 수 있다.
본 발명의 바람직한 한 실시예에 따르면, 인젝터 니들은 인젝터 니들 팁의 정면이 폐쇄 위치에서 캐비티 표면과 같은 높이로 폐쇄되고, 말하자면 상기 캐비티 표면의 부분을 형성하도록 설계된다.
본 발명의 구체적인 실시예는 첨부된 도면들을 참고로 하기에서 더 상세히 설명된다.
도 1은 부분적으로 도시된 몰드와 집적된 인젝터를 개략적 측면도이고,
도 2는 도 3의 라인 B-B를 따라 절단한 개략적 단면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 바와 같은 인젝터의 평면도이고,
도 4는 도 1의 라인 D-D를 따라 절단한 단면도이며,
도 5는 도 1 내지 도 4에 도시된 인젝터에서의 흐름도이고, 그리고
도 6은 노즐 팁의 하나의 변형예를 도시한 부분 확대 단면도이다.
도 1 내지 도 4에는 베이스 플레이트(12)가 나타나며, 상기 베이스 플레이트 내에서 인젝터(16)는 정확하고 상응하게 밀폐되어 고정 방식으로 개구 내에 수용된다. 인젝터(16)는 정면에 배치된 구동 블록을 갖는 실질적으로 원통형의 하우징을 포함하며, 상기 구동 블록 내에서 피스톤(17)은 유체에 의해 앞으로 움직이고 다시 뒤로 이동할 수 있다. 유체는 2개의 유체 커넥터(18)를 통하여 공급된다. 접촉부에 따라 피스톤은 2개의 한계 위치(extreme position) 사이에서 왔다 갔다 이동할 수 있다. 도 2에서는 인젝터의 구동 영역 내에서 피스톤이 스프링 접촉하고 있는 것을 알 수 있으며, 상기 스프링 또는 마찬가지로 도시된 나사(그러브 나사(grub screw))에 의해 인젝터 니들의 초기 응력이 조절될 수 있다.
피스톤(17)은 인젝터 니들(36)과 직접 연결되며, 상기 인젝터 니들은 피스톤(17)의 동작하에 마찬가지로 2개의 위치로 이동될 수 있다. 한편, 인젝터(16)의 하우징 내부에는 재료 공급 덕트(30) 및 재료 리턴 덕트(34)가 피스톤에 평행하게 뻗어 나아가고, 상기 덕트들은 전방 영역에서 커넥팅 챔버(32)로 각각 통하며, 상기 커넥팅 챔버를 통해서 2개의 덕트(30 및 34) 사이의 흐름 연결이 완성된다. 인젝터 니들(36)은 상기 커넥팅 챔버(32)를 관통하여 돌출하고, 상기 인젝터 니들의 팁(38)은 상기 니들 팁이 앞쪽으로 이동한 상태에서 송출구 상에 놓이며, 상기 송출구는 인젝터 니들이 개방된 상태에서 커넥팅 챔버(32)로 직접 연결된다. 특히, 도 2에서 인식할 수 있는 바와 같이, 인젝터(16)의 앞쪽 부분은 본 경우에서 단지 부분적으로 도시된 몰드(14) 내로 돌출하여 캐비티 표면으로부터 멀지 않은 곳에서 종료되며, 이 경우 송출구는 밀폐된 (그러나 도시되지 않은) 캐비티로 통한다.
인젝터(16)의 냉각을 달성할 수 있기 위해 냉각 덕트들이 인젝터에 분포되어 있으며, 본 경우 상기 냉각 덕트들은 도시되어 있지 않다. 마찬가지로 냉각을 위해 인젝터(16)의 앞쪽 단부와 몰드(14) 사이에는 웨이퍼 모양의 펠티에 소자(40)가 배치되고, 상기 펠티에 소자는 상응하는 전기 접촉 하에 인젝터 측에서 냉각되고 몰드측에서 가열된다. 가열되는 쪽과 냉각되는 쪽 간의 온도차가 목적한 바대로 비교적 크게 선택되어야 한다면, 하나 이상의 펠티에 소자(40)가 배치될 수도 있으며, 상기 펠티에 소자들은 온도에 적합하게 말하자면 직렬로 접속될 수 있다.
한편, 베이스 하우징(12) 상에는 2개의 전기 밸브(44 및 46)가 배치되고, 상기 밸트들 사이에는 피스톤 펌프(20)가 배치된다. 피스톤 펌프(20)는 베이스 플레이트(12)의 상응하는 설계와 더불어 규정된다. 상기 피스톤 펌프의 동작은 특히 도 2에 나타난다. 피스톤 펌프(20)는 더 정확히 말하자면 상부 영역에서 전기 모터를 구비하며, 상기 전기 모터는 스핀들(22)을 회전 방식으로 구동한다. 너트의 중간 접속하에 회전 동작은 축 방향의 전진 이동 및 후진 이동으로 전환되고, 그 결과 스핀들에 연결된 피스톤(24)은 크기가 정확히 일치하는, 베이스 하우징의 리세스(26) 내로 삽입되거나 또는 상기 베이스 하우징으로부터 인출된다. 피스톤(24) 및 리세스(26)는 피스톤 실린더 기능을 규정한다. 코팅 재료는 유입- 및 배출 덕트(28)를 통해서 실린더 챔버(26) 내에 도달하거나(흡수되거나) 또는 상기 실린더 챔버로부터 배출될 수 있다. 정확한 동작은 이후에 흐름도를 참고로 계속해서 설명된다.
베이스 하우징(12)과 함께 그 위에 배치된 부품들 및 인젝터(16)는 플러딩 유닛(10)을 형성한다.
그 외에 ―도면들에서 상세하게 도시되지 않은(그러나 도 5의 흐름도 참조)― 라인(28)은 재료 공급 덕트(30)에 연결된다. 또한, 밸브(45)와 피스톤 펌프(20) 사이의 흐름 연결이 이루어지고, 마지막으로는 인젝터와 밸브(47) 사이의 흐름 연결이 이루어진다. 밸브(45)는 라인을 통해서 탱크(59)에 연결되고, 밸브(47)로부터 이송되는 라인(66)도 마찬가지로 다시 탱크(59)로 리턴된다.
도 6에 도시된 실시예에 따르면, 펠티에 소자의 냉각 측면은 인젝터로부터 약간 간격을 두고 배치되고, 몰드 측면에서는 가열 측면에만 접한다. 또한, 인젝터의 팁 영역에서는 냉각 덕트들이 삽입되어 있고, 도 6에서는 상기 냉각 덕트들 중 도면 부호 72를 갖는 하나의 냉각 덕트만이 도시되어 있다. 냉각제 공급구(70)를 통해 냉각제, 바람직하게는 물이 상기 냉각 덕트들에 공급된다. 다수의 냉각 덕트 및 템퍼링 덕트가 인젝터 팁 또는 인젝터의 나머지 부분 내에 배치될 경우, 상기 덕트들에는 템퍼링 매질이 자율적으로 공급될 수 있다. 테스트들에서 나타난 바에 따르면, 노즐 팁은 냉각(상황에 따라 분리 냉각)을 제공하는 것이 바람직하며, 그 이유는 그렇지 않을 경우 사용된 재료, 예컨대 아크릴 재료가 니들 팁 영역에서 반작용할 위험이 있기 때문이다.
장치의 동작은 아주 간단하다.
인젝터(16)가 전진하는 노즐 니들(36)에 의해 폐쇄되고, 밸브(47) 역시 폐쇄되면, 밸브(45)의 개방 및 피스톤(24)의 후진과 더불어 코팅 재료가 탱크(59)로부터 라인(60)을 거쳐 실린더 챔버(26)로 빨려들어간다. 이제 밸브(45)는 폐쇄된다.
분사- 또는 재순환 단계의 실시 여부에 따라, 인젝터(16)가 인젝터 니들(36)의 후진에 의해 개방되거나, 아니면 밸브(47)가 전자석(46)의 상응하는 접촉에 의해 개방된다.
제 1 단계, 즉 밸브(47)가 폐쇄되고 인젝터가 개방되는 단계에서는, 피스톤(24)이 하향 이동과 더불어 실린더 챔버(26) 내에 있는 재료는 라인들(28 및 64) 그리고 재료 공급 라인(30) 및 또한 송출구와 같은 커넥팅 챔버(32)를 거쳐 캐비티 내로 분사된다. 분사 과정이 종료되면 인젝터(16)는 인젝터 니들의 전진 이동에 의해 폐쇄된다. 이제 실린더 챔버(26) 내의 나머지 재료는 밸브(47)의 개방과 더불어 리턴 라인(34) 및 라인들(65 및 66)을 거쳐 다시 탱크(59)로 리턴될 수 있다. 인젝터가 비교적 오랫동안 폐쇄되면, 펌프(20)는 밸브들(45 및 47)을 교체 개방함으로써 계속해서 작동할 수 있고, 그 결과 지속적인 재순환 흐름이 이루어진다.
이러한 상황은 전체적으로 교차 결합 재료 또는 반응성 재료용 인젝터의 아주 단순한 설계를 가능하게 한다. 또한, 분사 노즐 또는 인젝터가 몰드에 집적된다.
10: 플러딩 유닛
12: 베이스 하우징
14: 몰드(부분적으로)
16: 인젝터
17: 인젝터 피스톤
18: 작업 유체용 커넥터들
20: 펌프
22: 스핀들
24: 피스톤
26: 리세스 또는 펌프의 실린더
28: 리세스 또는 펌프 실린더로의 유입구 및 배출구
30: 인젝터 내의 재료 공급 덕트
32: 커넥팅 챔버
34: 재료 리턴 덕트
36: 인젝터 니들
38: 니들 팁
40: 펠티에 소자
44: 제 1 전기 밸브 하우징
45: 제 1 전기 밸브
46: 제 2 전기 밸브 하우징
47: 제 2 전기 밸브
59: 탱크
60: 제 1 전기 밸브와 펌프 간의 라인
64: 펌프와 인젝터 간의 라인
65: 인젝터와 제 2 전기 밸브 간의 라인
66: 저장 용기로의 리턴 라인
68: 갭
70: 냉각제 공급구
72: 인젝터 팁 내의 냉각제용 보어

Claims (18)

  1. 인젝터(16)를 포함하는 몰드로서,
    상기 몰드 내에서는 하나의 작동 상태에서 완전히 폐쇄된 캐비티가 형성될 수 있고, 상기 인젝터는 적어도 부분적으로 상기 몰드(14) 내에 수용되며, 상기 인젝터의 송출구는 상기 폐쇄된 캐비티로 통하는, 몰드에 있어서,
    상기 인젝터(16)는 재료 공급 덕트(30) 및 재료 리턴 덕트(34)를 가지며, 상기 2개의 덕트(30, 34)는 상기 인젝터(16)의 팁 영역에서 커넥팅 챔버(32)로 통하고 상기 커넥팅 챔버(32)를 통해서 상호 흐름이 연결되며, 이때 인젝터 니들(36)은 적어도 2개의 작동 위치로 스위칭될 수 있으며, 한 작동 위치에서는 상기 송출구가 상기 인젝터 니들(36)의 팁(38)에 의해 폐쇄되고, 다른 작동 위치에서는 상기 송출구와 상기 커넥팅 챔버의 흐름이 연결됨으로써, 상기 인젝터(16)가 개방되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 재료 리턴 덕트(36) 뒤쪽의 흐름에 알맞게 공급 라인(65, 66) 내에 개폐식 밸브(46, 47)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 재료 공급 덕트(30) 앞쪽의 흐름에 알맞게 펌프(20)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 펌프가 피스톤 펌프(20)로서 구현되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 피스톤(24)이 전기 모터에 의해 구동된 스핀들-너트-조합(22)에 의해 동작되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  6. 제 2 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 펌프(20) 앞쪽의 흐름에 알맞게 공급 라인(60) 내에 개폐식 밸브(44, 45)가 제공되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  7. 제 2 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밸브들(44, 45; 46, 47)이 전기식, 압축 공기식 또는 유압식으로 개폐 가능한 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인젝터는 베이스 하우징(12) 내에서 지지되며, 상기 베이스 하우징(12)은 상기 몰드(14) 및/또는 클램핑 플레이트에 고정되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    펌프(20) 그리고 재료 공급 덕트(30)로의 공급 라인(64)이 상기 베이스 하우징(12) 내에 형성되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    개폐식 밸브들(45, 47)이 상기 베이스 플레이트(12)에 집적되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인젝터(16)가 냉각되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각 소자(40)가 인젝터(16)와 몰드(14) 사이에 중간 접속되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 냉각 소자가 펠티에 소자(40: peltier element)인 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  14. 제 12 항 또는 제 13 항에 있어서,
    상기 냉각 소자가 상기 인젝터(16)로부터 적어도 약간 간격을 두고 배치되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  15. 제 12 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    인젝터 팁 내에 적어도 하나의 냉각 덕트가 배치되는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 인젝터 팁 내의 상기 적어도 하나의 냉각 덕트에 냉각제가 자율적으로 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
  17. 제 12 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,
    냉각제에 의한 냉각이 워터 냉각으로 설계되는 것을 특징으로 하는,
    몰드,
  18. 제 1 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 인젝터 니들(36)의 팁(38)이 폐쇄 위치에서 캐비티 표면과 같은 높이로 상기 송출구를 폐쇄하는 것을 특징으로 하는,
    몰드.
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