KR20220080180A - 절단 간격을 조정하기 위한 조정 메커니즘을 갖는 플라스틱 스트랜드 과립기 - Google Patents

절단 간격을 조정하기 위한 조정 메커니즘을 갖는 플라스틱 스트랜드 과립기 Download PDF

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플로리안 더블유 피셔
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마그 아우토매틱 게엠베하
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Abstract

플라스틱 스트랜드 과립기에 있어서, 절단 로터 및 나이프 스트립 사이의 절단 간격은 나이프 스트립의 위치를 설정함으로써 조정 메커니즘에 의하여 측정된다. 이를 위하여, 조정 메커니즘은 감소 변속비를 갖는 차동 나사사는 가지는 액추에이터를 포함한다. 조정 메커니즘은 제어 회로에 의하여 소정의 절단 간격 폭에 자동으로 측정될 수 있고, 조정 메커니즘은 나이프 스트립 또는 절단 로터에서 캡쳐된 진동 파라미터에 의존하여 측정될 수 있다.이를 위하여, 구성요소에 초음파 진동을 인가하여 일정 거리에서 감지하여 평가한다.

Description

절단 간격을 조정하기 위한 조정 메커니즘을 갖는 플라스틱 스트랜드 과립기
본 발명은 플라스틱 스트랜드를 펠릿타이징(pelletizing)하기 위한 플라스틱 스트랜드 과립기(plastic strand granulator)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 절단 로터(cutting rotor) 및 조금 떨어진 거리에 배치된 나이프 스트립(knife strip) 사이의 절단 간격(cutting gap)의 폭을 조정하기 위한 조정 메커니즘에 관한 것이다.
플라스틱 스트랜드 과립기는 플라스틱 스트랜드 과립 장치에 사용되고, 플라스틱 스트랜드 과립 장치에서 용융 플라스틱 스트랜드가 노즐로부터 배출되어 수조에 공급되며, 수조에서 용융 플라스틱 스트랜드는 플라스틱 스트랜드 과립기에서 순차적으로 과립으로 펠리타이징되기 위하여 냉각되고, 필요한 강도를 획득하게 된다. 수조는 유럽 등록 특허 EP 0452 376 B1와 같이 형성될 수 있고, 종종 기울어진 수세식 채널의 형태에서 가이드 장치로서 형성될 수도 있다. 플라스틱 스트랜드는 압출기 노즐(extruder nozzle)에서 나오는 지점에서 과립기에 들어가는 지점까지 냉각되고, 원하는 과립 온도가 되는 많은 다른 변형예들이 있다. 과립기는 과립화되는 플라스틱 스트랜드를 공급하기 위한 공급 개구부 및 플라스틱 과립을 제거하기 위한 배출 개구부를 포함하는 하우징을 가진다. 하우징 내부에는 원주에 걸쳐 균등하게 분포된 절단 나이프를 갖는 회전 나이프 배치와 같은 원통형 절단 로터 및 절단 로터의 회전축에 평행하게 동작하는 나이프 스트립이 있고, 하우징 내부에서 플라스틱 스트랜드는 절단 로터에 의하여 과립으로 과립화된다. 중력으로 인하여, 과립들은 바닥의 배출 개구부를 통하여 과립기 하우징 밖으로 떨어진다.
절단 로터와 나이프 스트립 사이에는 절단 간격이 있으며, 희망하는 과립 품질을 달성하기 위하여, 절단 간격은 가능한 정확하게 설정되어야 하고, 절단 간격의 폭은 특히, 작동 동안 다시 조정되어야 한다. 예를 들어, 피벗 가능한(pivotable) 나이프 홀더(knife holder)에 나이프 스트립을 장착하고, 나이프 홀더의 피벗팅 위치를 통하여 절단 간격 갭을 설정하는 미국 등록 특허 US 2,782,853가 개시되어 있다. 회전 절단의 표면에서 동작하는 버튼이 절단 로터 직경에서의 온도-관련 변화를 기록하고, 예를 들어, 제어회로에 대응되는 신호를 보내는 제어회로(control circuit)가 사용되고, 그것에 의하여 절단 로터와 나이프 스트립 사이의 거리는 게이징 스크류(gauging screw)를 앞뒤로 돌려서 복원되는 방식으로 나이프 홀더의 피벗팅 위치가 변화한다. 게이진 스크류는 나이프 홀더의 일단에서 동작하고, 나이프 홀더의 피벗축을 기존으로 나이프 홀더의 반대편에 배치된다. 전반적으로, 앞서 기술한 방식대로 상호 이격된 두 개의 고정 스크류(set screw)가 나이프 스트립에서 동작하고, 나이프 스트립과 절단 로터의 회전축 사이의 평행도는 하나 또는 다른 고정 스크류를 앞뒤로 돌려서 설정될 수도 있다.
다음 공개 공보는 일반적인 선행 기술로 배경 정보로 인용될 수 있다. 독일 공개 공보 DE 199 33 497 A1은 절단 나이프 및 카운터 나이프(counter-knife) 본체 사이의 절단 간격의 설정에 관한 장치를 개시하고 있다.
독일 공개 공보 DE 19 64 413 A는 노즐 플레이트로부터 나오는 측정 스트랜드를 과립화하는 절단기 헤드로 갖는 열가소성 플라스틱을 과립화하는 장치를 개시하고 있다.
독일 공개 공보 DE 10 2008 033 425 A1은 스트랜드 형상의 물질을 절단하고, 절단된 물질을 공급하는 공급 메커니즘, 절단 치아를 갖는 회전 가능한 절단 로터 및 절단 스트립을 갖는 스트랜드 과립기를 개시하고 있다.
본 발명의 목적은 절단 간격 폭을 설정하기 위한 조정 메커니즘을 최적화하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 조정 메커니즘은 나이프 스트립의 위치를 조정하기 위하여 차동 나사산을 갖는 적어도 하나의 액추에이터를 포함한다.
차동 나사산은 다른 피치들을 가진 엮어 있는 두 개의 나사산인 것이 특징이다. 차동 나사산 스크류로 알려진 차동 나사산은 내부 부품은 제 1 피치 외부 나사산, 외부 부품은 제 2 피치 외부 나사산 및 중앙 부품은 제 1 피치 내부 나사산 및 제 2 피치 외부 나사산인 세 개의 동축 부품들로 구성된다. 적절한 구성과 함께, 내부 부품은 중앙 부품을 돌림으로써 외부 부품(또는 내부 부품에 대하여 외부 부품)에 대하여 축 방향으로 변위될 수 있고, 변위된 부품이 과정 중에 축 방향으로 회전하지는 않는다. 상대적으로 큰 회전각까지 중앙 부품을 돌림으로써 상기 외부(또는 내부) 부품 내에서 상기 중앙 부품의 축 방향으로의 변위는 상기 내부(또는 외부) 부품의 작은 축 방향으로의 변위를 일으키며, 변속비가 모두 낮으면 낮을수록 두 슬로프 사이의 차이는 더 적어진다. 예를 들어, 통상의 미세 나사산 스크류보다 감소 변속비를 갖는 차동 나사산에 의하여 더욱 좋은 측정이 이루어질 수 있다. 반대로, 높은 강도를 갖는 일반적인 나사산이 차동 나사산에 적용될 수도 있다. 특히, 변속비로 인하여, 부가적으로 오로지 작은 구동력만 필요하기 때문에, 도구 없이 수동 구동만으로도 충분하다.
차동 나사산은 1:2 내지 1:20, 바람직하게는 대략 1:5의 변속비를 가지고, 변속비는 1:1.2의 제 1 피치 및 제 2 피치 사이에서의 비율에 대응된다.
바람직하게는, 기본적으로 처음에 언급한 US 2,782,853에서의 경우이듯이, 조정 메커니즘은 피벗축을 가질 수 있고, 나이프 스트립이 피벗 가능하게 피벗축 주위에 장착되고, 나이프 스트립의 피벗팅 위치는 액추에이터에 의하여 설정될 수 있다. 예를 들어, 나이프 스트립은 피벗 가능하게 장착된 나이프 홀더에 장착될 수 있다. 한편으로는 나이프 스트립, 다른 한편으로는 나이프 스트립을 잡고 있는 나이프 홀더에서의 액추에이터의 동작 지점은 피벗축으로부터 다른 거리에 배치되는 한, 액추에이터의 축 방향으로의 조정과 관련한 나이프 스트립의 변위를 참조하는 경우 부가적인 지렛대 효과가 나타난다. 바람직하게는, 피벗축 및 나이프 스트립 사이의 적절한 지점, 특히 나이프 스트립과 가능한 한 가까운 지점에서 액추에이터는 피벗 가능한 나이프 홀더에서 동작한다. 만약, 액추에이터의 동작 지점이 나이프 스트립과 피벗축 사이의 중간 지점에 있다면(그리고 액추에이터는 피벗축과 대략 접선 방향으로 나이프 홀더에서 동작한다면), 변속비는 2배 감소한다. 물론, 액추에이터 동작 지점이 나이프 스트립보다 피벗축에서 훨씬 이격되어 있다면, 공간 상의 이유로 구현하기 어려울 수 있다.
바람직하게는 액추에이터는 절단 로터가 있는 하우징의 외부로부터 작동할 수 있다. 특히, 앞서 언급한대로 특수 감소 변속비로 인하여 액추에이터는 수동으로 작동하기 용이하다.
조정 메커니즘의 측정 정확도는 특히, 스프링 바이어스, 예를 들어, 판 스프링에 의하여 무유격 방식으로 액추에이터의 차동 나사산을 실행함으로써 보증될 수 있다.
앞서 언급한 US 2,782,853와 유사하게, 조정 메커니즘은 차동 나사산을 갖는 두 개의 액추에이터를 포함하고, 액추에이터는 최대 상호 거리에 서로 평행하게 배치된다. 공간을 절약하기 위하여, 액추에이터가 앞뒤로 이동할 수 있도록 벽 외부 측면에 평행하게 과립기 하우징 외부 벽 내부에 배치될 수 있다.
또한, 조정 메커니즘은 차동 나사산을 갖는 하나의 액추에이터 및 액추에이터에 평행한 슬라이딩 가이드를 포함할 수 있고, 나이프 스트립이 슬라이딩 가이드에 가로로 정렬되고, 조정 메커니즘은 슬라이딩 가이드를 따라 미끄러지도록 형성된다. 그 후에, 나이프 스트립의 위치 설정은 오직 하나의 액추에이터를 통하여 일어난다. 나이프 스트립이 장착되는 나이프 홀더가 비틀림 방지용으로 형성되고, 슬라이딩 가이드가 중요한 유격 없이 매우 정밀하게 실행된다면, 그 후 절단 간격 폭을 설정하는 데는 하나의 액추에이터이면 충분하다. 그러나, 이는 액추에이터가 감소 변속비를 갖는 차동 나사산을 가지도록 형성되거나, 다른 형태의 액추에이터, 예를 들어, 미세 나사산(fine thread)을 갖는 액추에이터인지 상관이 없는 장점이 발생한다는 것을 의미한다. 따라서 이러한 발명의 측면은 그 자체로 발명이라고 간주된다. 특히, 절단 로터 축에 대한 평행도는 두 개의 상호 이격된 액추에이터들에 의하여 설정되는 것이 아니라, 절단 로터에 대한 평행도는 예를 들어, 나이프 홀더의 나이프 스트립을 조정함으로써 측정될 수 있다.
그럼에도 불구하고, 나이프 스트립의 위치가 슬라이딩 가이드에 대하여 고정되게 하는 잠금 메커니즘을 제공하여, 비틀림 방지 및/또는 유격 없는 슬라이딩 가이드는 중요하지 않게 되는 장점이 있다.
잠금 메커니즘은 나이프 스트립을 고정하는 클램핑 슬리브를 포함할 수 있다. 특히, 클램핑 슬리브는 슬롯형 클램핑 슬리브일 수 있고, 거기에서 슬라이드 핀이 이동 가능하게 가이드된다. 슬롯형 클램핑 슬리브를 압축함으로써, 클램핑 슬리브에 슬라이드 핀이 고정되고, 나이프 스트립은 클램핑 슬리브에 대하여 고정된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 조정 메커니즘은 제어 회로에 집적될 수 있고, 제어 회로에 의하여 절단 간격은 소정의 폭까지 자동으로 측정될 수 있다. 제어 회로는 플라스틱 스트랜드 과립기에서의 진동을 기록하는 진동 센서, 진동 센서에 의하여 기록된 진동으로부터 하나 또는 그 이상의 간격 특징 파라미터를 추출하는 평가 장치를 포함할 수 있으며, 제어 회로는 조정 메커니즘 소정의 절단 간격 폭이 설정되거나 유지될 수 있도록 추출된 진동 파라미터에 의존하여 측정되게 하는 제어 장치를 더 포함한다.
예를 들어, 필드 테스트에서 획득된 기준 파라미터는 메모리에 저장될 수 있고, 평가 장치에 의하여 기록된 진동으로부터 추출된 진동 파라미터와 비교되고, 비교 결과, 절단 간격 폭을 변경하기 위하여 제어 장치에 입력값을 생성한다. 추출된 진동 파라미터는 적어도 하나의 진동 진폭 및/또는 적어도 하나의 진동 주파수를 포함할 수 있다.
진동 센서에 의하여 기록된 진동은 플라스틱 스트랜드 과립기의 구성요소에서 발생하는, 바람직하게는 구조-기인 음파 및/또는 표면파이다. 구조-기인 음파 또는 표면파는 본 발명의 목적을 위하여 제공된 송신기에 의하여 플라스틱 스트랜드 과립기의 관련된 구성요소에 전달된다면, 대응되도록 송신기와 이격되어 있는 수신기에 의하여 검출되는 것이 특히 바람직하다. 하나 이상의 송신기 및/또는 하나 이상의 수신기가 제공될 수도 있다. 특히, 송신기는 초음파 송신기 일 수 있고, 수신기는 초음파 송신기로부터 신호를 수신한다. 예를 들어, Best Sense AG에서 센서가 제공된다. 또는, 송신기 및 수신기는 동일 위치에 제공될 수 있고, 그 후 수신기는 송신기로부터 반사된 파를 수신한다.
제 1 변형예에 따라, 적어도 하나의 송신기 및 적어도 하나의 수신기는 절단 로터의 베어링 위 또는 안에 배치된다. 제 2 변형예에 따라, 대안으로 또는 부가적으로, 적어도 하나의 송신기와 적어도 하나의 수신기는 나이프 스트립 또는 나이프 스트립의 베어링 위 또는 안, 특히, 나이프 홀더 위 또는 안에 배치될 수 있다. 절단 간격 폭을 참조하면, 특히 의미 있는 진동 파라미터는 절단 로터의 베어링에 배치된 초음파 송신기 및 송신기로부터 이격된 수신가에 의하여 획득될 수 있다.
다음에서 본 발명은 첨부 도면을 참조하여 실시예로서 설명된다.
도 1은 플라스틱 스트랜드 과립기를 갖는 플라스틱 스트랜드 과립 장치에 관한 도면이다.
도 2는 플라스틱 스트랜드 과립기의 일부에 관한 도면이다.
도 3은 차동 나사산을 갖는 액추에이터에 관한 도면이다.
도 4는 슬라이딩 가이드에 관한 도면이다.
도 5는 타겟 작동 상태로 제어 회로가 과립기를 측정하는 방법에 관한 흐름도를 나타내는 도면이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플라스틱 스트랜드 과립 장치에 관하여 도시하고 있다. 일 실시예에 따라, 과립 장치는 물탱크(102)가 고정되어 있는 프레임(101)을 포함하고, 물탱크(102)에는 냉각수의 역할을 하는 물이 알려진 방식으로 공급된다. 냉각수는 슬롯형 노즐(slotted nozzle, 103)으로부터 배출 테이블(discharge table, 104)로 흐르고, 오른쪽으로 흘러 넘치는 수막(film of water)을 형성한다. 수막은 배출 테이블(104)에 부딪히는 압출성 물질의 플라스틱 스트랜드(26), 여기서는 열가소성 플라스틱을 운반한다. 노즐(106)이 제공되는 노즐 팩(nozzle pack, 105)은 배출 테이블(104)위에 배치된다. 용융된 열가소성 플라스틱이 공지의 방식으로 노즐 팩(105)에 제공되고, 노즐(106) 밖으로 눌러진다. 복수의 노즐들(106)은 일렬로 서로 옆에 배치된다. 복수의 라인들은 이차원 노즐 배열을 형성할 수도 있다. 노즐(106)로부터 나온 스트랜드(26)는 먼저 배출 테이블(104)에 떨어지고, 배출 테이블(104)의 단부(end, 107)를 통하여 배출 채널(108)까지 도달할 때까지 배출 테이블(104) 위로 흐르는 수막에 의하여 운반되고, 대략 평행한 배열로 채널을 따라 미끄러진다. 부가적으로, 냉각 유체 스프레이 노즐들(Cooling fluid spray nozzles, 111 및 122)은 냉각 유체, 예를 들어, 특히 물 또는 가능한 경우 공기를 배출 채널(108)에 분사할 수 있고, 플라스틱 스트랜드(26)에 가해지는 냉각 효과를 증가시킬 수 있다. 배출 채널(108)은 하단부(112)를 이용하여 두 개의 인입 롤러(114, 115) 및 절단 로터(cutting rotor, 116)을 포함하는 과립기 하우징(1)에 미끄러지는 플라스틱 스트랜드(26)를 가이드한다. 과립기 하우징(1)은 스탠드(118)에 장착된다. 하단부(112)의 앞에서, 배출 채널(108)에는 매우 인접한 유체 흐름(도면부호 131로 나타냄)을 위한 인렛 노즐들(130)이 제공된다. 유체 흐름은 슈트(chute, 108)를 통하여 인렛 노즐(130)을 갖는 배출 채널(108)의 영역 아래에 위치하는 박스(133)로 가이드된다. 여기에서 공기 흐름은 유체 흐름과 같이 적용되고, 배출 채널(108)의 영역 위에 가이드된 플라스틱 스트랜드(26)를 세척하고, 배출 채널(108)의 바닥에서 플라스틱 스트랜드(26)를 끌어올려 크게 마찰 없이 가이드되도록 한다. 냉각 유체 스프레이 노즐(111)을 갖는 배출 채널(108) 영역과 인렛 노즐(130)의 영역 사이에 배수 섹션(drainage section, 119)이 제공되고, 그 아래에 물 배출구(121)가 배치된다. 배수 섹션(119)은 배출 채널(108)의 바닥을 형성하는 스크린으로 구성된다. 배출 채널(108)의 상단부에 공급되는 냉각수는 배수 섹션(119)의 영역에서의 스크린을 통하여 크게 유출된다. 용융 상태에서 노즐(106)로부터 배출되는 플라스틱 스트랜드(26)를 냉각시키고, 냉각수 유무에 상관 없이 과립기 하우징(1)에 제공하는 것은 통상의 기술자에게 많은 대안이 알려져 있다. 과립기에 의하여 생산된 과립은 다른 처리를 위하여 배출 슈트(127)를 통하여 빠져 나간다.
도 2는 사이드월부(side wall parts, 1A 및 1B)를 갖는 과립기 하우징(1)의 독립된 부분이 도시되어 있다. 사이드월부(1A 및 1B) 사이에, 위에 장착되어 있는 나이프 스트립(3)을 갖는 나이프 홀더(2)는 사이드월부(1A 및 1B)에 장착된 피벗축(pivot axis, 4)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 부가적으로, 사이드월부(1A 및 1B)에 균등하게 상호 이격된 다수의 절단 나이프를 갖는 절단 로터(5)가 회전축(rotational axis, 6)을 중심으로 회전할 수 있게 장착된다. 절단 로터(5)는 나이프 스트립(3)에 대향하여 배치된다. 절단 로터(5)가 회전하는 작동 상태에서, 절단 로터(5)에 공급되는 플라스틱 스트랜드는 절단 로터(5)의 절단 나이프에 의하여 나이프 스트립(3)에서 잘려진다. 생성된 과립의 길이는 플라스틱 스트랜드의 공급 속도, 절단 로터(5)의 회전 속도 및 절단 로터(5)의 절단 나이프 사이의 거리에 의하여 결정된다. 플라스틱 과립의 품질은 절단 로터(5) 및 나이프 스트립(3)의 절단 나이프의 날카로움뿐만 아니라, 특히, 나이프 스트립(3) 및 절단 로터(5) 사이의 절단 간격의 폭에도 좌우된다.
절단 로터(5)의 회전축(6)과 나이프 홀더의 피벗축(4)은 서로 평행하게 정렬되어 있고, 나이프 스트립(3)은 마찬가지로 평행하게 정렬되는 방식으로 나이프 홀더(2)에서 측정되고, 그래서 절단 간격이 나이프 스트립(3)의 전체 길이에 걸쳐 일정하다. 본 발명의 일 실시예에 따라, 나이프 스트립(3)과 절단 로터(5) 사이의 절단 간격 폭을 설정하기 위하여, 두 액추에이터(7)는 피벗가능한 나이프 홀더(2)에서 동작한다. 이들은 선형 액추에이터들이다. 액추에이터 또는 액추에이터들(7)은 수동으로 작동될 수 있도록 외부로부터 과립기 하우징(1)에 플랜지로 고정된다. 공간 상의 이유로 가능한 한 좁은 과립기 하우징을 구현하기 위하여, 액추에이터(7)의 세팅 피스톤(setting piston, 8)은 사이드월부(1A, 1B)에 수용되고, 액추에이터들(7) 중 오직 하나만 도 2에서 인식 가능하다. 세팅 피스톤(8)의 말단부만 제 2 액추에이터(7)에서 볼 수 있다. 세팅 피스톤(8)의 말단부는 나이프 홀더(2)에 회전 가능하게 장착된 샤프트(9)에 고정되고, 세팅 피스톤(8)의 타단부는 평행하게 배향된 고정 핀(10)을 중심으로 각각 피벗팅할 수 있고, 그 결과 세팅 피스톤(8)의 실질적으로 선형 변위 중에 결합 구성들의 걸림 현상이 발생하지 않는다. 오히려, 세팅 피스톤(8)은 축 방향으로의 변위 중에 걸림 없는 위치를 가정할 수 있다. 과립기 하우징(1) 및 나이프 홀더(2)를 통하여 샤프트(9)를 가이드하기 위하여 사이드월부(1A, 1B)를 통한 홀들은 보호 캡(11)으로 덮혀 있다.
두 선형 액추에이터(7)의 세팅 피스톤(8)은 현재 전방 또는 후방으로 이동되는 경우, 위에 장착된 나이프 스트립(3)을 갖는 나이프 홀더(2)는 절단 로터(5)로부터 멀어지거나 또는 절단 로터(5)로 향하도록 피벗축(4)을 중심으로 회전할 수 있고, 그 결과, 절단 로터(5) 및 나이프 스트립(3) 사이의 절단 간격의 폭은 그에 따라 설정될 수 있다. 액추에이터(7)의 특별한 구성으로 인해, 나중에 더 자세히 설명하겠지만, 이는 어떠한 도구 없이도 간단한 방식으로 수동으로 수행될 수 있지만, 그러나 바람직하게는 소정의 값에서 절단 간격을 일정하게 유지하는 대응되는 제어 장치를 통하여 적어도 계속 작동하는 동안에는 자동으로 수행된다.
두 액추에이터(7)가 동시에 정밀하게 측정되는 것을 보장하는 것은 용이하기 않기 때문에, 제 2 실시예는 두 액추에이터(7) 중 오직 하나만 존재하고, 반대편의 세팅 피스톤(8)은 액추에이터의 일부가 아니라, 제 1 액추에이터와 병행하여 슬라이딩 가이드(sliding guide)에서만 가이드된다. 나이프 홀더(2)의 비틀림 방지와 과립기 하우징(1)에서 나이프 홀더(2)의 피벗축(4)의 무유격(play-free) 장착으로 인해, 나이프 스트립(3)은 회전축(6)에 대한 나이프 스트립(3)의 평행도(parallelism)를 잃지 않고, 절단 로터(5)의 회전축(6)에 대하여 이동될 수 있다. 액추에이터(7) 반대측의 세팅 피스톤(8)은 나이프 스트립(3)의 변위 전에만 해제되고, 그 후 다시 고정되고, 나이프 스트립(3)은 계속되는 작동 동안에 양쪽에 견고하게 클램핑된다. 한편, 두 액추에이터들(7)의 다양한 실시예가 계속되는 작동 동안에는 조정에 더 적합할 수 있다.
도 3은 세팅 피스톤(8) 및 세팅 피스톤(8)이 피벗팅할 수 있는 고정 핀(10)을 갖는 액추에이터(7)의 단면도를 나타낸다. 액추에이터(7)에는 감소 변속비(reducing transmission ratio)를 갖는 차동 나사산(differential thread)이 설치되어 있다. 액추에이터(7)는 실질적으로 3개의 가동 구성요소들(movable components, 8, 12 및 13), 하나의 고정 구성요소(stationary component, 14), 더스트 캡(dust cap, 15) 및 정지 스크류(stop screw, 16)로 구성되며, 구축 요소(construction element, 17)가 가동 구성요소(13)에서 회전할 수 있도록 고정되는 방식으로 고정된다. 고정 구성요소(14)는 과립기 하우징(1)의 외부에 플랜지로 고정된다. 제 1 피치를 갖는 내부 나사산을 가지는 가동 구성요소(13)는 동일 피치를 갖는 외부 나사산을 가지는 구축 요소(17) 안팎으로 나사로 고정될 수 있다. 따라서, 가동 부재(13)는 반대 방향으로 회전할 수 있다. 게다가, 구축 요소(17)는 제 1 나사산의 제 1 피치와는 약간 다르고, 계수가 바람직하게는 1 내지 1.5, 더욱 바람직하게는 1.2인 제 2 피치를 갖는 내부 나사산을 가진다. 다른 가동 구성요소(12)는 동일한 제 2 피치를 외부 나사산을 가지고 가동 구성요소(13)의 구축 요소(17)에 나사로 고정된다. 세팅 피스톤(8)은 가동 구성요소(12)에 고정되고, 비록 고정 핀(10)에서 회전할 수 있지만, 샤프트(9)에서 일단부의 고정으로 말미암아 세로축을 중심으로는 회전할 수 없다. 세팅 피스톤(8)이 세로축을 중심으로 회전할 수 없기에, 가동 구성요소(12)는 고정 구성요소(14)에서 회전할 수 없고, 오직 축 방향으로만 변위될 수 있다.
따라서 가동 구성요소(13)의 회전은 구축 요소(17)가 고정 구성요소(14)에서 예를 들어, 한 방향으로 X만큼 이동하는 결과는 낳는다. 구축 요소(17)의 내부 나사산과 내부에 배치된 구성요소(12)의 외부 나사산이 동일 피치를 갖는다면, 구축 요소(17)는 오직 고정 구성요소(14) 및 내부에 배치된 가동 구성요소(12) 사이에서만 앞뒤로 이동할 수 있다. 그러나, 두 피치들은 서로 약간, 예를 들어, 1.2 배율로 상이하기 때문에, 고정 구성요소(14) 내에서 X만큼의 구축 요소(17)의 변위는 가동 구성요소(12)가 대응되도록 0.2X만큼 더 작게 축 방향으로 변위되는 결과를 낳는다. 다른 말로, 차동 나사산은 1:5, 바람직하게는 1:2 내지 1:20 내지의 감속 변속비를 갖는다.
바람직한 실시예에 따라, 구축 요소(17)의 외부 나사산의 피치는 1회전당 1[mm]이고, 구축 요소(17)의 내부 나사산의 피치는 1회전당 1.2[mm]이고, 위에서 기술한 결과로 인하여, 세팅 피스톤(8)은 가동 구성요소(13)가 1회전하면, 축 방향으로 1[mm]가 아닌 0.2[mm]만큼만 이동한다. 축 방향으로 세팅 피스톤(8)을 0.05[mm]만큼 변위시키기 위하여, 필요한 모든 것은 이동 구성요소(13)의 90° 회전이다. 그러나, 세팅 피스톤(8)의 0.05[mm]만큼의 축 방향 변위는 절단 간격 폭이 0.05[mm]만큼 변경되는 결과는 낳지 않는다. 오히려, 나이프 스트립(3)의 변위의 정도가 세팅 피스톤(8)이 나이프 홀더(2)에서 동작하는 지점에 달려있다. 만약 동작 지점이 나이프 스트립(3)과 나이프 홀더(3)의 피벗축(4) 사이의 대략 중간 지점에 있고, 세팅 피스톤(8)이 이 지점에서 피벗축(4)에 대하여 접선 방향으로 동작하는 경우, 2:1의 변속비를 갖는 지렛대 효과가 나타난다. 다른 말로, 가동 구성요소(13)의 90° 회전은 세팅 피스톤(80)의 축 방향 변위에 대응되는 0.05[mm]의 나이프 스트립(3)의 변위를 초래하지 않고, 0.1[mm]의 변위를 초래하고, 나이프 스트립(3)의 정확하게 측정된 위치에 대하여 여전히 매우 수용할 만한 결과이다. 세팅 피스톤(8)이 작동하는 샤프트(9)가 나이프 스트립(3)에 가까울수록, 조정 메커니즘의 전체 변속비에 더욱 유리하다.
만약 나이프 스트립(3)이 나이프 홀더(2)의 피벗축(4)과 세팅 피스톤(8)이 동작하는 샤프트(9) 사이에 방사상으로 위치하는 경우에는 물론 더욱 유리하다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 그러나, 이는 과립기 하우징(1)에 절단 로터(5)가 장착됨으로써 방지될 수 있다. 또는, 액추에이터(7)는, 예를 들어, 사이드월부(1A, 1B)에 대응되는 반대측으로부터 세팅 피스톤(8)과 함께 배치될 수 있으며, 그래서 절단 로터 마운트의 충돌은 피할 수가 있다.
가동 구성요소(13)의 외부에는 구성요소(13)의 회전을 절단 로터(5)에 대한 나이프 스트립(3)의 축 방향으로의 변위로 변환하는 스케일링이 적용된다. 더구나, 액추에이터(7)의 내부에는 소정의 측면의 차동 나사산에서 축 방향 유격이 항상 존재하도록 하는 다수의 적층 판 스프링(stacked plate spring, 18)이 축 방향으로 제공된다.
전술한 바와 같이, 특히 액추에이터(7)가 수동으로 조정될 수 있으면, 제 2 액추에이터(7) 대신에 슬라이딩 가이드가 세팅 피스톤(8)에 제공될 수 있다. 물론 슬라이딩 가이드는 작동 상태에서 고정될 수 있어야 한다. 고정 슬라이딩 가이드(19)는 도 4를 참조하여 아래에 좀 더 자세하게 기술된다. 도면부호 8은 액추에이터(7)의 세팅 피스톤(8)과 다르지 않은 세팅 피스톤을 다시 지정한다. 또한, 슬라이딩 가이드(19)는 내부 부품으로 슬롯형 클램핑 슬리브(slotted clamping sleeve, 21A)을 갖는 고정 구성요소(21)에 미끄러지기 쉽게 가이드되는 슬라이딩 핀(20A)을 갖는 내부에 배치되고, 축 방향으로만 변위 가능한 가동 구성요소(20)를 갖는다. 고정 구성요소(21)는 액추에이터(7)의 고정 구성요소(14)와 동일한 방식으로 과립기 하우징(1)에 플랜지로 고정된다. 클램핑 슬리브(clamping sleeve, 22)는 고정 구성요소(21)의 슬롯형 클램핑 슬리브(21A)의 직경이 감소하고, 그 안에서 이동될 수 있는 구성요소(20)의 슬라이딩 핀(20A)이 대응되어 고정되도록 고정 구성요소(21)에 나사로 고정될 수 있다. 즉, 절단 로터(5)에 대하여 나이프 스트립(3)을 변위시키기 전에, 클램핑 슬리브(22)는 고정 구성요소(21)의 슬롯형 클램핑 슬리브(21A)로부터 해제되고, 그 뒤에 다시 고정된다. 부가적으로, 슬라이딩 가이드(19)는 결국 액추에이터(7)와 동일한 방식으로 고정 핀(10) 및 정지 스크류(16)를 갖는다.
계속 진행 중인 작동 중에 절단 로터(5)에 대한 나이프 스트립(3)의 자동 조정을 위하여, 나이프 스트립(3)의 자동 조정의 결과에 기초하여, 진동 센서들을 통한 과립기의 특유의 작동 상태들을 감지하고 평가하는 특수 제어 장치(special control device)가 제공된다. 도 2에 따른 구체적인 실시예에서, 초음파(ultrasonic) 송신기(23) 및 수신기(24)는 절단 로터(5)의 베어링 쉘(bearing shell, 25)에 서로 짧은 거리에 집적되고, 베어링 쉘(25)에 구조-기인 음향(structure-borne sound)을 전도하거나 흡수한다. 따라서, 송신기(23)는 소정의 파동 특성으로 초음파를 방출하고, 수신기(24)는 과립기의 작동에 의하여 가장 다양한 방식으로 변조된 이들 파동들을 수신한다.
도 6은 수신기(24)가 작동하는 동안 기록된 구조-기인 음향의 예를 나타낸다. 한편으로는, 이 측정 신호는 특정 과립기의 특성이고, 다른 한편으로는, 다양한 작동 파라미터들의 특성이다. 예를 들어, 기록된 진동의 최대 진폭은 처리된 플라스틱 물질의 경도를 근사치로 계산하는데 사용된다. 각각의 최대 편향(deflection) 사이에서 낮은 진폭을 갖는 진동 범위는 현재 처리되고 있는 플라스틱 스트랜드의 수에 대한 정보를 제공하여, 하나 또는 다수의 스트랜드가 끊어진 것이 기록되었는지를 가리킨다. 특히, 나이프 스트립(3)과 절단 로터(5) 사이의 절단 간격의 폭에 대한 정보를 제공하기 때문에, 낮은 진폭을 갖는 진동 범위에서의 진폭의 높이가 특히 중요하다.
(과립화된 물질, 과립화된 플라스틱 스트랜드의 수, 스트랜드 두께, 로터 회전 속도, 절단간격 폭, 로터 날카로움(날카로운/무딘)에 따라) 가장 다양한 과립기 상태에 대한 다른 참조 테이블들을 저장함으로써, 절단 간격 폭과 같은 각각의 과립기 상태에 대한 결론이 적절하게 도출될 수 있다.
플라스틱 스트랜드 과립기의 작동에 대한 해당 방법은 절단 로터에 대한 나이프 스트립의 위치를 변위시킴으로써 절단 간격 폭의 조정을 제공하고, 여기에서 예를 들어, 절단 로터(5)의 베어링 쉘에서 또는(부가적으로) 나이프 스트립(3)에서 또는 나이프 홀더에서의 진동은 하나 또는 그 이상의 진동 파라미터, 예를 들어, 도 6에 따라 낮은 진폭의 높이가 추출되는 것으로부터 기록되고, 그래서 절단 간격 폭을 조정하기 위한 액추엑이터(들)(7)이 측정된다. 작동 동안 제어 장치에 의하여 이루어지는 것이 바람직하다.
구체적으로, 방법은 도 5에서 나타낸 과정을 가질 수 있다. 우선, 초음파 진동들은 예를 들어, 구조-기인 음향 진동들 또는 표면 진동들을 도입함으로써 생성된다. 이들은 기록되고, 하나 또는 그 이상의 진동 파라미터들이 그들로부터 추출된다. 추출된 진동 파라미터들은 저장된 기준 파라미터들과 비교되고, 과립기의 작동 상태가 이들로부터 도출된다. 실제 작동 상태는 소정의 타겟 작동 상태와 비교되고, 비교 결과에 따라 과립기는 타겟 작동 상태가 되었는지 측정된다. 이 공정은 연속적으로 또는 소정의 시간 간격으로 반복될 수 있고, 그 결과 과립기의 작동 상태를 측정, 특히, 절단 간격 폭을 측정하기 위하여 대응되는 제어 회로가 있다.
101 : 프레임 102 : 물탱크
104 : 배출 테이블 105 : 노즐 팩

Claims (23)

  1. 플라스틱 스트랜드를 펠리타이징(pelletizing)하는 플라스틱 스트랜드 과립기(plastic strand granulator)에 있어서,
    회전축(rotational axis)을 중심으로 회전할 수 있는 절단 로터(cutting rotor);
    상기 절단 로터에 배치되고, 상기 절단 로터와 함께 상기 플라스틱 스트랜드 과립기에 제공된 플라스틱 스트랜드를 펠릿타이징하기 위하여 절단 간격을 형성하는 나이프 스트립(knife strip); 및
    상기 절단 로터에 대한 상기 나이프 스트립의 위치를 변위시킴으로써 상기 절단 간격을 설정하는 조정 메커니즘(adjustment mechanism)을 포함하고,
    상기 조정 메커니즘은 변속비(transmission ratio)를 감소시키는 차동 나사산(differential thread)을 갖는 적어도 하나의 액추에이터를 포함하고, 상기 변속비에 의하여 상기 나이프 스트립의 위치가 설정되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 차동 나사산은 1:2 내지 1:20, 바람직하게는 대략 1:5의 감소 변속비(reducing transmission ratio)를 갖는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 조정 메커니즘은 상기 나이프 스트립이 피벗 가능하게(pivotably) 장착되는 피벗축(pivot axis)을 가지고, 상기 나이프 스트립의 피벗팅(pivoting) 위치는 상기 적어도 하나의 액추에이터에 의하여 설정될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 나이프 스트립은 상기 피벗축을 중심으로 피벗팅될 수 있는 나이프 홀더(knife holder)에 장착되고, 상기 나이프 홀더에서 상기 적어도 하나의 액추에이터의 동작 지점은 상기 피벗축과 상기 나이프 스트립 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 나이프 스트립 및 상기 나이프 홀더에서의 상기 적어도 하나의 액추에이터의 상기 동작 지점은 상기 피벗축과 관련하여 배열되고, 상기 적어도 하나의 액추에이터의 조정에 대한 상기 나이프 스트립의 변위를 참조하면 1:1 내지 2:1의 지렛대 효과(leverage effect)가 발생하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 절단 로터가 배치된 과립기 하우징(granulator housing)을 포함하고,
    상기 적어도 하나의 액추에이터는 상기 과립기 하우징의 외부로부터 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 액추에이터의 상기 차동 나사산은 적절한 바이어스(suitable bias)를 적용함으로써 무유격(play-free) 방식으로 실행되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 메커니즘은 서로 평행하게 배치된 차동 나사산을 갖는 두 개의 액추에이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 메커니즘은 차동 나사산을 갖는 액추에이터 및 상기 액추에이터에 평행한 슬라이딩 가이드(sliding guide)를 포함하고, 상기 나이프 스트립은 상기 슬라이딩 가이드에 가로로(transversely) 정렬되고, 상기 슬라이딩 가이드에 따라 미끄러지기 쉽게(slidably) 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 나이프 스트립의 상기 위치가 상기 슬라이딩 가이드에 대하여 고정될 수 있는 잠금 메커니즘(locking mechanism)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 잠금 메커니즘은 상기 나이프 스트립을 고정할 수 있는 클램핑 슬리브(clamping sleeve)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 클램핑 슬리브는 슬라이드 핀이 이동 가능하게(shiftably) 가이드되는 슬롯형 클램핑 슬리브(slotted clamping sleeve)인 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 메커니즘은 수동으로 작동할 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조정 메커니즘은 제어 회로(control circuit)에 의하여 소정의 절단 간격 폭에 대하여 자동으로 측정될 수 있는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제어 회로는,
    상기 플라스틱 스트랜드 과립기에서의 진동을 기록하는 진동 센서(vibration sensor);
    상기 진동 센서에 의하여 기록된 진동으로부터 하나 또는 그 이상의 진동 파라미터를 추출하는 평가 장치(evaluation device); 및
    상기 추출된 진동 파라미터에 따라 상기 소정의 절단 간격 폭에 대하여 상기 조정 메커니즘을 측정하는 제어 장치(control device)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  16. 제 15 항에 있어서,
    기준 파라미터(reference parameters)가 저장되는 메모리를 포함하고,
    상기 평가 장치는 상기 추출된 진동 파라미터와 상기 저장된 기준 파라미터를 비교하고, 상기 비교에 기초하여, 상기 절단 간격 폭을 변경하기 위하여 상기 제어 장치에 대한 입력 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  17. 제 15 항 또는 제 16 항에 있어서,
    상기 추출된 진동 파라미터는 적어도 하나의 진동 진폭(amplitude)을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  18. 제 15 항 내지 제 17 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추출된 진동 파라미터는 적어도 하나의 진동 주파수(frequency)를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  19. 제 15 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 진동은 구조-기반(structure-borne) 음파 또는 표면파 중 어느 하나 또는 상기 구조-기반 음파 및 상기 표면파의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  20. 제 15 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    구조-기반 음파 또는 표면파 또는 상기 구조-기반 음파 및 상기 표면파의 조합을 전달하는 적어도 하나의 송신기 및 상기 구조-기반 음파 또는 상기 표면파 또는 상기 구조-기반 음파 및 상기 표면파의 조합을 수신하기 위하여 상기 송신기로부터 이격되어 위치하는 적어도 하나의 수신기를 포함하는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신기는 초음파 송신기인 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  22. 제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신기 중 하나 및 상기 적어도 하나의 수신기 중 하나는 상기 절단 로터의 베어링의 내부 또는 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
  23. 제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 송신기 중 하나 및 상기 적어도 하나의 수신기 중 하나는 상기 나이프 스트림 또는 상기 나이프 스트립의 베어링의 내부 또는 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 플라스틱 스트랜드 과립기.
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