KR20210007996A - 사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브 - Google Patents

사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브 Download PDF

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KR20210007996A
KR20210007996A KR1020207033590A KR20207033590A KR20210007996A KR 20210007996 A KR20210007996 A KR 20210007996A KR 1020207033590 A KR1020207033590 A KR 1020207033590A KR 20207033590 A KR20207033590 A KR 20207033590A KR 20210007996 A KR20210007996 A KR 20210007996A
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shells
melt
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노르베르트 하이에르
토마스 훈게르캄프
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크라우스마파이 테크놀로지스 게엠베하
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Abstract

비복귀 밸브(23)에 대한 설명이 주어지며, 비복귀 밸브는 2개의 하프-쉘들(24a, 24b)을 포함하며, 하프-쉘들은 감소된 스크류 직경을 갖는 스크류(20)의 부분(21)에 배열될 수 있으며, 비복귀 밸브의 기능은 2개의 하프-쉘들에 포함된다. 이러한 목적을 위해, 스크류로부터 스크류의 전방의 공간 내로 관류하는 용융물을 위한 하나 이상의 채널들(25)이 하프-쉘들(24a, 24b) 각각에 제공되며, 채널들은 비복귀 밸브의 길이방향 축 또는 스크류의 길이방향 축에 실질적으로 평행하게 놓인다. 볼(ball) 및 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 볼 다음에, 핀이 채널들 각각에 제공되며, 핀은 용융물의 유동 방향에 대해 실질적으로 횡방향으로 배열된다. 채널들은 각각, 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 볼의 직경보다 더 작은 채널 직경을 갖는 제1 채널 부분 및 볼의 직경보다 더 큰 채널 직경을 갖는 제2 채널 부분을 가지며, 볼 및 핀은 제2 채널 부분에 배열된다.

Description

사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브
열가소성 플라스틱의 사출 성형시에, 스크류 실린더들에서 축방향으로 변위가능하고 그리고 규정된 방향으로 회전가능한 스크류들(screws)이 사용된다. 가소화 프로세스에서, 스크류는 회전하고 그리고 스크류의 전방의 공간 내로 이송되는 플라스틱에 의해 후방을 향해 변위된다. 플라스틱 과립은 플라스틱에서 여기서 발생하고 있는 마찰에 의해, 그리고 또한 상기 스크류 실린더 상에서 외부에 배열되는 가열 밴드들(heating bands)에 의해 용융된다. 성형 공구의 공동으로의 용융된 플라스틱 질량체의 사출을 위해, 스크류는 피스톤으로서 사용되고 그리고 이러한 목적을 위해 스크류 실린더에서 축방향으로 이동된다. 따라서, 이러한 사출(injection) 프로세스 중, 회전하지 않는 스크류의 전방 움직임 동안 용융된 플라스틱이 후방으로 유동하는 것을 방지하기 위해, 비복귀 밸브들이 사용된다. 가소화 프로세스 동안, 사출 프로세스 동안, 토크가 나사에 축방향 힘을 작용시킨다. 도 1a는 이러한 공지된 가소화 유닛을 도시한다. 이 가소화 유닛은 실질적으로 실린더 헤드(2), 스크류(3), 가열 밴드들(4), 및 과립 호퍼(5)를 갖는 스크류 실린더(1)를 포함한다. 도 1b에서, 원(K1)에 위치되는 가소화 유닛의 부분이 확대된 스케일로 예시되며, 그리고 비복귀 밸브(6)가 스크류(3)의 전방 단부에 존재하는 것을 알 수 있다.
도 2는 종래 기술에 따른 비복귀 밸브를 갖는 스크류를 도시한다. 보통, 고정식 스크류 헤드(7) 및 가압 링(8) 그리고 변위가능한 차단 링(9)으로 구성되는 3개의 부분의 비복귀 밸브들이 사용된다. 스크류 헤드(7)는 보통 스크류(3)와 스레드(10)에 의해 연결된다. 스크류 헤드(7)는 하나 이상의 윙들(11)을 갖는다. 가소화 프로세스 동안, 차단 링(9)은 스크류 헤드(7)의 윙들(11)에 맞닿게 놓이며, 용융물은 스크류(3)로부터 스크류의 전방의 공간 내로 유동할 수 있다. 사출 프로세스 동안, 차단 링(9)은 가압 링(8)에 맞닿게 놓이며, 이에 의해 스크류(3)로의 플라스틱 질량체의 후방 유동이 방지된다.
단점은, 이러한 공지된 비복귀 밸브가 스레드(thread)로 스크류 헤드와 스크류를 연결한다는 것인데, 왜냐하면 이는 스크류의 단면 약화를 유발시키기 때문이다. 이는 구성요소 안정성 및 수명의 감소로 이어진다.
이로부터 진행하여, 본 발명은, 스크류에 대한 보다 큰 축방향 힘들 및 토크들의 전달을 가능하게 하고 그리고 스크류의 수명의 연장을 유발시키는 비복귀 밸브를 명시하는 문제에 기초한다.
이러한 문제에 대한 해결책은 제1 항의 특징들을 가지는 비복귀 밸브를 통해 이루어진다. 유리한 실시예들 및 추가적인 개량예들은 종속항들에서 알게 될 수 있다.
이 사실을 통해, 2개의 하프-쉘들은 감소된 스크류 직경을 갖는 스크류의 부분에 배열될 수 있으며, 스크류 및 스크류 팁은 하나의 구성요소로서 구체화될 수 있다. 이에 의해, 종래 기술로부터 공지되어 있는 스크류의 단면 약화가 방지된다. 비복귀 밸브의 기능은 2개의 하프-쉘들에 포함된다. 이러한 목적을 위해, 하프-쉘들 각각에서 용용물이 스크류로부터 스크류의 전방의 공간 내로 관류하도록 하나 이상의 채널들이 제공되며, 채널들은 실질적으로 비복귀 밸브의 길이방향 축 또는 스크류의 길이방향 축 각각에 평행하게 놓인다. 볼(ball) 및 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 볼 다음에, 핀이 채널들 각각에 제공되며, 핀은 용융물의 유동 방향에 대해 실질적으로 횡방향으로 배열된다. 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 채널들은 각각, 볼의 직경보다 더 작은 채널 직경을 갖는 제1 채널 부분 및 볼의 직경보다 더 큰 채널 직경을 갖는 제2 채널 부분을 가지며, 볼 및 핀은 제2 채널 부분에 배열된다. 본 발명의 중요 개념에 따르면, 비복귀 밸브의 기능은 스크류로 추가되는 구성요소로, 다시 말해, 스크류 주위에서 스크류 상에 장착되는 2개의 하프-쉘들에 전달된다. 이러한 목적을 위해, 스크류의 직경은 2개의 하프-쉘들의 길이방향 범위에 대응하는 부분에 걸쳐 적합한 방식으로 감소된다.
유리한 실시예에 따르면, 원뿔형으로 구성되는 전이부가 제1 채널 부분으로부터 제2 채널 부분까지 제공될 수 있어서, 원뿔형 밀봉 시트가 볼을 위해 제조된다.
게다가, 핀은 바람직하게는 실린더 핀으로서 구성될 수 있고 그리고 이에 따라 원통형 단면을 가질 수 있다.
추가의 바람직한 실시예에 따르면, 하프-쉘들은, 분리 조인트에 평행하게 그리고 수직하게 측정되는, 함께 결합된 하프-쉘들의 외경이 동일한 크기인 방식으로, 함께 결합된 상태에서, 영(zero)의 분리 갭 폭이 생성되는 방식으로 구성될 수 있다.
본 발명의 추가의 중요 개념은 가소화 유닛의 스크류에 관한 것이며, 이 스크류에는 본 발명에 따른 비복귀 밸브가 설비된다. 여기서, 스크류는, 스크류 플라이트(screw flight)가 존재하지 않는 부분을 가지며, 그리고 여기서 스크류의 외경은 비복귀 밸브의 내경에 대응한다. 본 발명에 따른 비복귀 밸브의 2개의 하프-쉘들은 스크류 상의 상기 부분에 배열된다.
실시예에서, 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 비복귀 밸브가 나사의 전방 단부에 배열되는 것이 제공될 수 있다. 종래 기술과 대조적으로, 스크류 팁 및 스크류는 각각 하나의 구성요소로서 또는 일체로 형성될 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 스크류 플라이트를 갖는 스크류 부분이 비복귀 밸브의 전방에서뿐만 아니라 그리고 또한 비복귀 밸브 후방에 존재하는 방식으로, 비복귀 밸브가 스크류의 전방 단부로부터 이격되게 배열되는 것이 제공될 수 있다.
유리한 방식에서, 2개의 하프-쉘들 중 하나, 또는 하프-쉘들 모두는 회전 방지 수단에 의해 스크류 상에 배열될 수 있다. 여기서, 회전 방지 수단은 하나 이상의 키들(keys)의 형태로 구체화될 수 있으며, 적합한 키웨이들(keyways)이 스크류에 그리고 하나 또는 둘 모두의 하프-쉘들에 제공된다.
본 발명은 예시적인 실시예의 도움으로 그리고 도 3 내지 도 6을 참조하여 아래에서 더 상세히 설명될 것이다.
도 3a는 비복귀 밸브의 구역에서의 단면 예시와 함께, 본 발명에 따른 비복귀 밸브를 갖는 제1 실시예에 따른 스크류의 사시도를 도시한다.
도 3b는 원(K2)에 위치되는, 도 3a의 비복귀 밸브의 부분의 확대도를 도시한다.
도 4a는 본 발명에 따른 비복귀 밸브의 사시도를 도시한다.
도 4b는 도 4a의 화살표(Z)의 방향으로부터 도 4a에 따른 비복귀 밸브의 평면도를 도시한다.
도 5a는, 절단 개방된 실린더 및 과립 호퍼와 함께, 본 발명에 따른 비복귀 밸브를 갖는 가소화 유닛의 사시도를 도시한다.
도 5b는 원(K3)에 위치되는, 도 5a의 가소화 유닛의 부분의 확대도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 비복귀 밸브를 갖는 스크류의 제2 실시예를 도시한다.
도 3a에 따르면, 스크류(20)는 그의 전방 단부에 감소된 스크류 직경의 부분(21)을 갖게 구성된다. 스크류 팁(22)은 하류에서 이 부분에 접한다. 이 부분(21)에서, 2개의 하프-쉘들(24a 및 24b)을 포함하는, 본 발명에 따른 비복귀 밸브(23)가 배열된다. 하프-쉘들(24a, 24b) 각각에서, 채널들(25)은, 용융물이 스크류(20)로부터 스크류 팁(22)의 전방에 있는 스크류의 전방 부분의 공간 내로 관류하도록 제공된다. 채널들은 비복귀 밸브(23)의 길이방향 축에 또는 각각 스크류(20)의 길이방향 축에 평행하게 놓인다. 채널들(25) 각각에, 볼(26)이 제공되며, 그리고 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 볼(26) 다음에, 핀(27)이 제공되며, 핀은 바람직하게는 용융물의 유동 방향에 대해 실질적으로 횡방향으로 배열된다. 채널들(25)은, 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 각각, 볼 직경보다 더 작은 채널 직경을 가지는 제1 채널 부분(28a)이 존재하며 그리고 볼 직경보다 더 큰 채널 직경을 가지는 제2 채널 부분(28b)이 존재하는 방식으로 구성된다. 볼 및 핀은 제2 채널 부분(28b)에 배열된다. 제1 채널 부분(28a)으로부터 제2 채널 부분(28b)으로의 전이부(29)는 바람직하게는 원뿔형으로 구성되며, 이로부터 원뿔형 밀봉 시트가 볼(26)을 위해 초래된다. 회전 방지 수단(30)은, 스크류(20)의 회전시에 상대적인 움직임이 스크류와 비복귀 밸브 사이에서 발생하지 않을 수 있는 것을 보장한다. 회전 방지 수단(30)은 하나 이상의 키들(여기서 예시되지 않음)의 형태로 구체화될 수 있다. 그러나, 회전 방지 수단은 또한 형상-끼워맞춤 방식으로 다른 적합한 방식으로 발생할 수 있다. 하프-쉘들(24a, 24b), 볼들(25) 및 핀들(27)은 바람직하게는, 경화된 내마모강으로 구성된다. 하프-쉘들의 외부 표면, 특히 하프-쉘들(24a 및 24b)의 외경은 선택적으로 마모 방지 층에 의해 또한 보호될 수 있다. 이는 예를 들어 플라즈마 분말 증착 용접(plasma powder deposition welding)에 의해 적용될 수 있다. 종래 기술과 대조적으로, 스크류 팁(22) 및 스크류(20)는 하나의 구성요소이다.
도 4a 및 도 4b에서 볼 수 있는 바와 같이, 하프-쉘들(24a 및 24b)은, 바람직하게는 2개의 하프-쉘들 사이의 분리 조인트(31)에서 ‘0’의 분리 갭이 초래되도록 하는 실시예이다. 분리 조인트(31)에 평행하게 그리고 수직하게 측정되는, 장착된 하프-쉘들(24a 및 24b)의 외경은 동일한 크기이다. 이러한 실시예를 통해, 2개의 하프-쉘들(24a 및 24b) 사이의 용융된 플라스틱의 후방 유동은 방지된다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 스크류를 갖는 가소화 유닛을 도시한다. 스크류 실린더(1), 실린더 헤드(2), 가열 밴드들(4) 및 과립 호퍼(5)는 도 1에서와 같이 그 자체가 공지된 방식으로 구성될 수 있다. 따라서, 동일한 도면 부호들이 또한 여기서 사용될 수 있다. 종래 기술과 대조적으로, 스크류(20)에는 본 발명에 따른 비복귀 밸브(23)가 설비된다. 스크류(20)의 전방 단부는 도 3a 및 도 3b의 예시들에 따라 구성되며, 즉, 스크류(20)는 감소된 직경을 갖는 부분(21)을 갖는다. 이러한 구역에서, 2개의 하프-쉘들(24a 및 24b)은 스크류(20) 상에 배열될 수 있다.
도 6은 본 발명의 제2 실시예에 따른 스크류(20)를 도시한다. 비복귀 밸브(23)는 반드시 스크류의 전방 단부에 놓일 필요가 없으나, 오히려 또한 추가적으로 상류에 배열될 수 있다. 이러한 변경예에서, 하나 이상의 스크류 플라이트들(32)은 비복귀 밸브(23)의 상류에 위치되며, 그리고 하나 이상의 스크류 플라이트들(33)은 비복귀 밸브(23)의 하류에 위치되어서, 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 비복귀 밸브(23) 다음에, 플라스틱의 추가의 이송 및 균질화가 일어난다. 비복귀 밸브(23)의 양 측 상의 스크류 플라이트들(32, 33)의 정확한 수 및 각각의 과정은 적용 상황에 따라 다르다. 도 6에 따른 실시예에서, 스크류 플라이트(32)는 비복귀 밸브(23)의 상류에 제공되며, 그리고 스크류 플라이트(33)는 비복귀 밸브(23)의 하류에 제공된다. 비복귀 밸브(23)는 도 3a, 도 3b, 도 4a 및 도 4b와 관련하여 더 상세히 설명되었던 바와 같은 실시예에 대응한다. 도 3a, 도 5a 및 도 5b와 대조적으로, 감소된 스크류 직경을 갖는 구역(21) 및 이에 따라 비복귀 밸브(23)의 포지션은 스크류(20)의 전방 단부로부터 더 멀리 이격된다. 스크류(20) 상의 정확한 거리 그리고 이에 따라 비복귀 밸브(23)의 포지션은 각각의 적용 상황에서 순응한다. 스크류(20)의 길이방향에서 보면, 비복귀 밸브(23)는 스크류(20)의 전방 단부로부터 다소 거리를 두고 배열될 수 있다.
1 스크류 실린더
2 실린더 헤드
3 스크류
4 가열 밴드들
5 과립 호퍼
6 종래 기술에 따른 비복귀 밸브
7 스크류 헤드
8 가압 링
9 차단 링
10 스레드
11 윙
20 스크류
21 감소된 직경을 갖는 부분
22 스크류 팁
23 본 발명에 따른 비복귀 밸브
24a 제1 하프-쉘
24b 제2 하프-쉘
25 채널
26 볼
27 실린더 핀
28a 볼 직경보다 더 작은 직경을 갖는 채널 부분
28b 볼 직경보다 더 큰 직경을 갖는 채널 부분
29 원뿔형 볼 밀봉 시트
30 회전 방지 수단
31 분리 조인트
32 스크류 플라이트 상류
33 스크류 플라이트 하류

Claims (10)

  1. 사출 성형 기계의 가소화 유닛(plasticising unit)의 스크류(screw)(20)를 위한 비복귀 밸브(nonreturn valve)(23)로서,
    상기 비복귀 밸브는 2개의 하프-쉘들(half-shells)(24a, 24b)을 포함하며, 상기 하프-쉘들은 감소된 스크류 직경을 갖는 상기 스크류(20)의 부분(21)에 배열될 수 있고,
    상기 하프-쉘들(24a, 24b) 각각에서, 하나 이상의 채널들(25)은, 상기 스크류(20)로부터 상기 스크류의 전방의 공간 내로 용융물을 관류(flow through)시키도록 제공되며,
    상기 채널들(25)은 상기 비복귀 밸브(23)의 길이방향 축 또는 상기 스크류(20)의 길이방향 축에 각각 실질적으로 평행하게 놓이며,
    상기 채널들(25) 각각에서, 볼(ball)(26), 및 상기 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 상기 볼 다음에, 핀(pin)(27)이 제공되며,
    상기 핀(27)은 상기 용융물의 유동 방향에 실질적으로 횡방향으로 배열되고, 상기 채널들(25)은 각각, 상기 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 상기 볼 직경보다 더 작은 채널 직경을 갖는 제1 채널 부분(28a), 및 상기 볼 직경보다 더 큰 채널 직경을 갖는 제2 채널 부분(28b)을 가지고, 그리고
    상기 볼(25) 및 상기 핀(27)은 상기 제2 채널 부분(28b)에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브.
  2. 제1 항에 있어서,
    원뿔형으로 구성되는 전이부(transition)(29)는 상기 제1 채널 부분(28a)으로부터 상기 제2 채널 부분(28b)까지 제공되는 것을 특징으로 하는,
    사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브.
  3. 제1 항 또는 제2 항에 있어서,
    상기 핀(27)은 원통형 단면을 갖거나 또는 각각, 실린더 핀(27)으로서 구성되는 것을 특징으로 하는,
    사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브.
  4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 하프-쉘들(24a, 24b)은, 분리 조인트(31)에 평행하게 그리고 수직하게 측정되는, 함께 결합된 상기 하프-쉘들(24a, 24b)의 외경이 동일한 크기인 방식으로, 함께 결합된 상태에서 영(zero)의 분리 갭 폭이 초래되는 방식으로, 구성되는 것을 특징으로 하는,
    사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브.
  5. 가소화 유닛의 스크류로서,
    상기 스크류(20)는, 스크류 플라이트(screw flight)(32, 33)가 존재하지 않는 부분(21)을 가지며, 상기 부분에서 상기 스크류(20)의 외경은 상기 비복귀 밸브(23)의 내경에 대응하고, 그리고
    상기 비복귀 밸브의 상기 2개의 하프-쉘들(24a, 24b)은 상기 스크류(20)의 상기 부분(21)에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    가소화 유닛의 스크류.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 비복귀 밸브(23)는 상기 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 상기 스크류(20)의 전방 단부에 배열되는 것을 특징으로 하는,
    가소화 유닛의 스크류.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 비복귀 밸브(23)는, 상기 용융물의 유동 방향에서 볼 때, 상기 비복귀 밸브(23) 전방에서뿐만 아니라 또한 그 후방에서, 스크류 부분이 스크류 플라이트(32, 33)와 함께 존재하는 방식으로 상기 스크류(20)의 전방 단부로부터 이격되게 배열되는 것을 특징으로 하는,
    가소화 유닛의 스크류.
  8. 제5 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 또는 둘 모두의 하프-쉘들(24a, 24b)은 상기 스크류(20) 상의 회전 방지 수단(30)에 의해 배열되는 것을 특징으로 하는,
    가소화 유닛의 스크류.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 회전 방지 수단(30)은 하나 이상의 키들의 형태로 구체화되는 것을 특징으로 하는,
    가소화 유닛의 스크류.
  10. 제5 항 내지 제9 항 중 어느 한 항에 따른, 회전가능하게 그리고 선형으로 구동될 수 있는, 스크류를 갖는 사출 성형 기계의 가소화 유닛.
KR1020207033590A 2018-05-08 2019-04-17 사출 성형 기계의 가소화 유닛의 스크류를 위한 비복귀 밸브 KR20210007996A (ko)

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