KR20140094633A - 개선된 온도 제어 시스템을 갖는 압출 기계 - Google Patents

개선된 온도 제어 시스템을 갖는 압출 기계 Download PDF

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temperature probe
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스테파노 파올레티
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셈플라이스 에스.피.에이.
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Abstract

개선된 구조를 갖는 압출 기계(1)는, 내부가 중공형으로 되어 있는 압출 실린더(2), 이 압출 실린더(2)와 관련되어 있는 적어도 하나의 가열 요소, 압출 실린더(2)의 외부 표면에 관련되는 적어도 하나의 냉각 팬(30 ∼ 39), 및 압출 실린더(2) 안에 삽입되는 적어도 하나의 온도 프로브(3)를 포함하고, 온도 프로브(3)는 압출 실린더(2)의 공동부(4)를 향하고, 온도 프로브(3)는 압출 실린더(2)의 공동부(4) 내에 있는 압출 재료와 직접 접촉하도록 되어 있다.

Description

개선된 온도 제어 시스템을 갖는 압출 기계{EXTRUSION MACHINE WITH IMPROVED TEMPERATURE CONTROL SYSTEM}
본 발명은 특히 열가소성 화합물을 위한 개선된 구조의 압출 기계에 관한 것이다.
현재, 연소시 연기 배출이 적고 할로겐이 없는(LSOH, Low Smoke Zero Halogen) 자기 소화성(self-extinguishing) 또는 내연성 와이어(HFFR; Halogen Free Flow Retardant)에 관한 국제 표준으로 인해, 화합물 제조 업체들은, 점도가 높아 열가소성 화합물의 가공 중에 발생되는 다량의 열 때문에 가공이 어려운 열가소성 화합물을 제공한다. 잉여의 열은 재료 자체를 악화시키는 단점을 갖는다.
그러한 열가소성 화헙물은 일반적으로 압출 기계에서 가공되는데, 이 압출 기계는, 상기 화합물의 특정한 조성으로 인해 생기는 상기 기술적 어려움을 감안하여 보통의 열가소성 화합물의 가공에 대해 50% 이상 감소된 압출 속도를 갖게 되며, 그 결과 생산성이 저하되고 비용이 증가된다.
종래의 압출 기계는, 가공이 어려운 열가소성 화합물을 가공하기 위한 비효율적인 온도 조절 시스템을 갖는다는 것을 포함하여 다른 단점을 갖는다.
사실, 그러한 종래의 압출 기계는 가공되는 재료의 온도를 정확하게 제어하지 못하는데, 따라서, 가공이 어려운 열가소성 화합물에서는 가공 온도가 상기 화합물의 악화 온도에 가까우므로, 이 악화 온도가 도달되지 않았음을 작업자가 확인할 수 있도록 생산 속도를 낮춰야 한다.
이들 종래의 압출 기계의 다른 단점은, 온도 조절 시스템은 가공 재료의 온도를 측정하는데 정확하지 않은 온도 센서를 갖는다는 것이다.
종래의 압출 기계의 또 다른 단점은, 비효율적인 냉각 시스템을 가지며 또한 그래서 공지된 유형의 온도 조절 시스템의 효율이 더욱 악화된다는 것이다.
본 발명의 목표는, 전술한 기술적 문제를 해결하고, 종래 기술의 단점을 회피하고 또한 그의 한계를 극복하여 압출 라인의 생산성을 최적화해서 그의 가공 속도를 증가시키는, 특히 열가소성 화합물을 위한 압출 기계를 제공하는 것이다.
상기 목표 내에서, 본 발명의 일 목적은, 가공 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수 있는 압출 기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 고품질의 가공 출력물을 보장하는 압출 기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 최고의 신뢰성과 사용 안전성을 보장할 수 있는 압출 기계를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 종래 기술에 비해 제공이 쉽고 또한 경제적으로 경쟁력이 있는 압출 기계를 제공하는 것이다.
이하에서 더욱 명확하게 알 수 있을 상기 목표와 이들 및 다른 목적은, 개선된 구조를 갖는 압출 기계로 달성되는데, 이 압출 기계는 내부가 중공형으로 되어 있는 압출 실린더, 이 압출 실린더와 관련되어 있는 적어도 하나의 가열 요소, 상기 압출 실린더의 외부 표면에 관련되는 적어도 하나의 냉각 팬, 및 상기 압출 실린더 안에 삽입되는 적어도 하나의 온도 프로브를 포함하며, 온도 프로브는 상기 압출 실린더의 공동부를 향하고, 상기 온도 프로브는 상기 압출 실린더의 상기 공동부 내에 있는 압출 재료와 직접 접촉하도록 되어 있다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 첨부 도면에 비제한적인 예로 도시되어 있는, 특히 열가소성 화합물을 위한 압출 기계의 바람직하되 비배타적인 실시 형태에 대한 설명으로부터 명확히 알 수 있을 것이다.
도 1 은 본 발명에 따른 압출 기계의 일 실시 형태의 측면도이다.
도 2 는 도 1 에 도시되어 있는 압출 기계의 선 Ⅱ-Ⅱ을 따른 단면도이다.
도 3 은 도 2 에 도시되어 있는 압출 기계의 확대 상세도이다.
도 4 는 앞 도에 도시되어 있는 압출 기계의 압출 실린더의 측면도이다.
도 5 는 도 4 에 도시되어 있는 압출 실린더의 선 Ｖ-Ｖ을 따른 단면도이다.
도 6 은 도 4 에 도시되어 있는 압출 기계의 확대 상세도이다.
도면을 참조하면, 열가소성 화합물을 위한 개선된 구조를 갖는 압출 기계(전체적으로 참조 번호 "1"로 표시되어 있음)는, 내부가 중공형으로 되어 있는 압출 실린더(2), 적어도 하나의 가열 요소(편리하게는 상기 압출 실린더(2)의 외부 표면 부근에 배치되는 하나 이상의 가열기로 구성됨), 압출 실린더(2)의 외부 표면에 관련되는 적어도 하나의 냉각 팬(30 ∼ 39), 및 압출 실린더(2) 안에 삽입되는 적어도 하나의 온도 프로브(3)를 포함한다.
본 발명에 따르면, 상기 온도 프로브(3)는 내부에서 직접 압출 실린더(2)의 공동부(4)를 향하고 있으며, 특히 첨부 도면에 도시되어 있는 단일 스크류형 압출 기계의 경우에, 온도 프로브(3)는 압출 실린더(2)의 내측 표면과 압출 스크류(8)의 외부 표면 사이에 형성되어 있는 공동부를 향해 있게 된다.
이 압출 기계(1)는 또한 예컨대 탄성중합 또는 열경화성 화합물과 같은 다른 종류의 재료도 가공하도록 되어 있다.
이 구성에 따르면, 온도 프로브(3)는 유리하게는, 압출 공정 중에 압출 실린더(2)의 공동부(4) 내에 들어 있고 압출 스크류(8)에 의해 가공되는 열가소성 화합물과 접촉하게 된다.
온도 프로브(3)는 유리하게는, 압출 실린더(2) 안에 삽입되는 케이싱(5) 및 압출 실린더(2) 내의 케이싱(5) 안에 삽입되는 열전대(6)를 포함한다.
상기 케이싱(5)은, 열전도성을 가지며 기계적으로 강한 재료, 예컨대 베릴륨 청동과 같은 재료로 만들어진다. 얇고 기다란 그리고 일반적으로 2 mm 정도의 직경을 갖는 케이싱(5)의 형상은, 기계적 내고압성 및 열전도에 또한 기여한다. 상기 케이싱은 사실 400 ℃ 정도의 온도 및 심지어 1000 bar의 압력에도 견딜 수 있어야 한다.
상기 케이싱(5)은 유리하게는 압출 실린더(2)의 외부 표면에 제공되어 있는 적절한 나사 구멍에 삽입에 삽입되며, 따라서 그 케이싱(5)은 필요시 제거되어 교체되기 위해 압출 실린더(2)에 대해 나사 결합되거나 풀릴 수 있다. 케이싱(5)은 가공되는 열가소성 화합물과 직접 접촉하게 되는 단부(10)를 갖는데, 케이싱을 이루는 재료의 우수한 열전도성 때문에 케이싱 자체의 온도가 상기 화합물의 온도에 적응될 수 있다. 압출 실린더(2)의 몸체와 케이싱(5)의 외부 측면 사이에 나사가 존재하여 압출 실린더(2)와 케이싱(5) 사이의 접촉점이 감소되기 때문에 압출 실린더(2)와 케이싱(5) 사이에 열적 불연속성이 나타나게 되며, 그리하여, 케이싱(5)은 압출 실린더(2) 그 자체의 재료의 온도에 실질적으로 영향을 받음이 없이 열가소성 화합물의 온도에 도달하게 된다.
상기 열전대(6)는 유리하게는 철과 콘스탄탄으로 만들어진 단자를 포함한다. 열전대(6)는 또한 케이싱(5)의 교체 필요 없이 교체될 수 있다.
첨부 도면에 도시되어 있는 실시 형태에서, 압출 기계(1)는 압출 실린더(2)의 연장을 따라 길이 방향으로 배치되어 있는 가공부(50, 60, 70, 80, 90)를 포함하는데, 가공 온도를 조절하기 위해 각각의 가공부는 유리하게는 온도 프로브(3), 2개의 냉각 팬(30 ∼ 39) 및 적어도 하나의 가열 요소(압출 실린더(2)의 외부 표면을 향함)를 포함한다.
팬(30 ∼ 39)은 압출 실린더(2) 보다 낮은 위치에 배치되며, 공기 흐름을 더 잘 분산시키기 위해 또한 압출 실린더(2)의 단일 길이 방향 라인 상에 냉각이 집중이 되는 것을 피하기 위해 서로 엇갈리게 기울어져 있다. 유리하게는, 냉각 팬(30 ∼ 39) 각각은 압출 실린더(2)의 측면의 다른 부분에 영향을 주는 출구(40, 41)를 포함한다.
팬(30 ∼ 39)은 유리하게는 불연속적으로 또한 서로 엇갈리게 배치된다. 팬들은 예컨대 ±10°및/또는 ±15°의 각도로 서로 엇갈리게 배치되며, 그래서 각 팬의 출구는 압출 실린더(2)의 측면의 여러 부분을 향하게 되며, 따라서 여러 팬(30 ∼ 39)에서 나가는 공기 흐름 또한 인접 팬과는 다른 압출 실린더(2)의 측면에 대한 입사각을 갖게 된다.
압출 실린더(2)는 유리하게는 그의 외부 측면 주위에 있는 냉각 핀(7; fin)들을 포함한다.
이들 핀(7)은 압출 실린더(2)의 여러 지점에서 소산되는 열의 양과 관련하여, 압출 실린더(2)의 축선에 대해 길이 방향으로 변할 수 있는 두께를 갖는다.
냉각 핀(7)의 바람직한 실시 형태에서, 냉각 핀은 압출 실린더(2)의 초기 부분 근처에서, 즉 열가소성 재료를 넣기 위한 호퍼(11) 근처에서 더 밀하게 되어 있는데, 즉 예컨대 5 mm 정도의 더 작은 두께를 가지며, 압출 실린더(2)의 출구 근처에서는 덜 밀하게 되어있는데, 즉 예컨대 10 mm 정도의 더 큰 두께를 갖는다. 도 4 및 6 은 압출 실린더(2)의 냉각 핀(7), 및 특히, 더 얇은 핀을 갖는 부분으로부터 더 두꺼운 핀을 갖는 부분으로의 천이 영역(13)을 도시한다.
유리하게는, 잉여의 열을 최선으로 소산시키기 위해, 압출 실린더(2) 및 냉각 핀(7)은 단일 블럭재로 제공된다.
다른 실시 형태에 따르면 냉각 핀(7)은 압출 실린더(2)의 측면 주위에서 그 실린더의 축선에 대해 길이 방향으로 있는 복수의 나선형 절취부(9)를 포함하는데, 이 절취부는 수는 6 내지 24 개일 수 있다.
이하, 특히 열가소성 화합물 위한 개선된 구조를 갖는 압출 기계의 작동을 설명한다.
참부된 도면에 도시되어 있는 실시 형태에서, 압출 실린더(2)의 내부에 있되 압출 스크류(8)의 외부에 있는, 즉 가공 중에 열가소성 화합물과 직접 접촉하는 상기 공동부(4)를 향하는 온도 프로브(3)가 존재함으로써, 화합물의 온도를 정확하고 신속하게 측정할 수 있다. 화합물의 온도에 관한 이 정보로부터 출발하며, 기계에 장착되어 있는 제어 온도 조절부는, 열가소성 화합물의 요망되는 가공 온도를 유지하기 위해 예컨대 PID(Proportional Integral Derivative)형의 제어로 냉각 팬과 가열 요소의 작동을 제어한다.
실제로는, 본 발명에 다른 압출 기계는, 종래 기술에 대해 압출 라인의 생산성을 개선하고 생산 속도 및 품질을 증가시키기 때문에 의도하는 목표 및 목적을 달성하는 것으로 밝혀졌다.
본 발명에 따른 압출 기계의 따른 이점은, 가공 온도, 특히 가공되는 열가소성 화합물의 온도를 신속하고 정확하게 제어할 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 압출 기계의 다른 이점은, 가공되는 열가소성 화합물의 온도 데이타가 매우 정확하고 실제로 즉각 전달되어 큰 지연 없이 가공 온도가 조절될 수 있다는 것이다.
본 발명에 따른 압출 기계의 또 다른 이점은, 또한 열가소성 화합물의 실제 온도에 따라 그 화합물의 효율적인 냉각이 가능하다라는 것이다.
따라서 특히 열가소성 화합물을 위한 압출 기계는 많은 수정과 변경을 받을 수 있고, 이것들도 첨부된 청구 범위에 속한다.
모든 상세는 다른 기술적 등가 요소로 대체될 수 있다.
실제로, 사용되는 재료, 부수하는 형상 및 치수는 특정 용도에 적합하다면 요건에 따라 어떤 것이라도 될 수 있다.
본 출원이 우선권을 주장하는 이탈리아 특허 출원 제 MI2011A002128 애 개시되어 있는 내용은 본원에 참조로 관련되어 있다.
청구 범위에 언급된 기술적 요소 다음에 참조 부호가 있는 경우, 그 참조 부호는 청구 범위의 이해를 돕기 위한 목적으로만 포함된 것이고, 따라서 참조 부호는 그러한 참조 부호가 붙은 각 요소의 해석에 어떠한 제한적인 영향도 주는 것이 아니다.

Claims (10)

  1. 개선된 구조를 갖는 압출 기계(1)로서, 내부가 중공형으로 되어 있는 압출 실린더(2), 이 압출 실린더(2)와 관련되어 있는 적어도 하나의 가열 요소, 상기 압출 실린더(2)의 외부 표면에 관련되는 적어도 하나의 냉각 팬(30 ∼ 39), 및 상기 압출 실린더(2) 안에 삽입되는 적어도 하나의 온도 프로브(3)를 포함하며,
    상기 온도 프로브(3)는 상기 압출 실린더(2)의 공동부(4)를 향하고, 상기 온도 프로브(3)는 상기 압출 실린더(2)의 상기 공동부(4) 내에 있는 압출 재료와 직접 접촉하도록 되어 있는 압출 기계.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 온도 프로브(3)는, 상기 압출 실린더(2) 안에 삽입되는 적어도 하나의 케이싱(5) 및 이 적어도 하나의 케이싱(5) 안에 삽입되는 적어도 하나의 열전대(6)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 케이싱(5)은 기계적으로 강한 열전도성 재료로 만들어져 있는 압출 기계(1).
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이싱(5)은 베릴륨 청동으로 만들어져 있는 압출 기계(1).
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이싱(5)은 고압을 견딜 수 있는 기다란 형상을 갖는 압출 기계(1).
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 케이싱(5)은 교체를 위해 압출 실린더(2)에 대해 나사 결합되거나 풀리도록 되어 있는 압출 기계(1).
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 압출 실린더(2)는 그의 외부 측면에 배치되는 냉각 핀(7; fin)을 포함하는 압출 기계(1).
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    상기 압출 실린더(2)와 냉각 핀(7)은 단일체로 제공되어 있는 압출 기계(1).
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 핀(7)은 상기 압출 실린더(2)의 축선에 대해 길이 방향으로 변할 수 있는 두께를 갖는 압출 기계(1).
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 하나 이상의 항에 있어서,
    상기 핀(7)은 압출 실린더(2)의 축선에 대해 길이 방향으로 연장되어 있는 복수의 나선형 절취부(9)를 갖는 압출 기계(1).
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 적어도 하나의 항에 있어서,
    복수의 냉각 팬(30 ∼ 39)을 포함하고, 이들 냉각 팬은 상기 압출 실린더(2)의 축선에 대해 길이 방향으로 불연속적으로 또한 서로 엇갈리게 배치되어 있으며, 상기 냉각 팬(30 ∼ 39) 각각은 상기 압출 실린더(2)의 측면의 여러 부분에 영향을 주는 출구(40, 41)를 포함하는 압출 기계(1).
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