KR100387878B1 - 하우징을 통하여 유동될때까지 가열되는 플라스틱 재료의 유동을 제어하는 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 하우징(1)을 통하여 유동될 수 있도록 가열되는 플라스틱 재료의 관통 유동을 제어하는 장치, 특히 플라스틱 재료를 위한 필터 장치 또는 방향 제어 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 장치는 하우징(1)을 통과하는 유동 채널(2)을 포함하며, 유동 채널(2)의 종 방향에 대하여 횡단하는 방식으로 종방향으로 배치될 수 있는 하우징(1)의 보어(7)에 원형 단면을 가지는 피스톤(8)을 가진다. 피스톤(8)은 유동 채널(2)을 가로지른다. 슬롯이 형성되지 않은 스크레이퍼 링은 상기 하우징(1)으로부터 돌출되는 피스톤 부분(19)의 하우징(1) 외부에 배치된다. 상기 스크레이퍼 링은 정지부(25)에 의하여 고정되어 피스톤(8)이 스크레이퍼 링(23)에 대하여 배치될 수 있다. 스크레이퍼 링(23)의 내경(d₂)은 하우징의 보어(7)의 직경(d₀)보다 적으며, 또한 피스톤 부분(19)의 단부(21)의 직경(d₁) 보다 적으며, 피스톤의 최고 냉각 작동 상태동안 상기 단부는 하우징(1)으로부터 이격되어 직면한다. 스크레이퍼 링(23)은 피스톤 부분(19)에서 장력 보유 상태이며 따라서 피스톤이 하우징(1)으로부터 돌출될 때 피스톤에 의하여 따라서 얻어진 피스톤(8)의 누출 재료를 확실히 스크레이핑한다.

Description

하우징을 통하여 유동될때까지 가열되는 플라스틱 재료의 유동을 제어하는 장치{A DEVICE FOR CONTROLLING THE FLOW OF PLASTICS MATERIAL, HEATED UNTIL FLOWABLE, THROUGH A HOUSING}

이러한 장치의 다양한 타입이 공개되어 있다. 일 예는 장치가 작동 위치에 있는 경우 플런저가 유동 채널에 배치된 필터를 운반하는 가소화된 열가소성 재료용 필터링 장치이며, 상기 필터는 상기 가소화된 플라스틱 재료로부터 불순물을 여과한다. 다른 타입은 플라스틱 재료의 유동 방향을 변화시키는 장치이다. 이 경우, 하우징을 통하여 플라스틱 재료의 유동은 플런저의 종방향 변위에 의하여 항상 제어된다. 필터링 장치의 경우, 플런저의 전술한 변위는 필터를 스크린-체인징 위치(screen changing position) 또는 백워싱 위치(backwashing position)내로 필터를 이동시켜 필터가 대체되거나 세척될 수 있다(예를 들면, AT 395 825 B, EP 250 695 B). 방향 제어 장치의 경우, 정상 작동 상태 동안 또는 예를 들면 게이트 밸브의 경우 플라스틱 재료가 하우징으로 상이한 유출구를 통하여 유동하는 것을 완전히 방지하는 것보다 플런저가 변위됨으로써 하우징으로 유입된 플라스틱 재료가 상이한 유출구를 통하여 하우징으로부터 유출되도록 한다.

상술된 타입의 장치에서, 플런저가 가능한 적은 유출을 보장하기 위하여 최소 간격을 가진 하우징에서 변위되지만 플라스틱 재료는 플런저의 종방향 변위동안 하우징으로부터 불가피하게 유출된다. 플런저의 이동 동안 하우징의 내부로부터 강제적으로 유출되는 플라스틱 재료가 대기 산소의 효과와 열에 의하여 분해된다. 결과적으로 탄화 질량은 플런저를 둘러싸고 플라스틱 특성을 거의 잃어버리는 경화층(hard layer)을 형성한다. 스크레이퍼 링의 목적은 플런저가 하우징에 대하여 종방향으로 변위하는 동안 플런저로부터 유출된 재료의 경화층을 긁어내는 것이다.

그러나, 시험에 의하여 다음과 같은 문제점을 알 수 있다.

하우징으로부터 돌출되는 플런저의 부분은 가열되지 않음으로써 플런저의 축의 비가열된 길이에 걸쳐 약 100 ℃의 온도가 감소된다. 이것은 낮은 온도에 따라 감소된 열 팽창때문에 플런저의 직경이 직경의 크기에 따라 일 밀리미터의 10분의 몇에 의한 나머지 부분에서보다 하우징으로부터 돌출되는 플런저의 단부에서 더 작다는 것을 의미한다. 그러므로, 플런저가 가열된 하우징내로 이동되는 경우, 플런저가 하우징의 보어 직경 또는 스크레이퍼 링의 내경에 대응될 때까지만 재료의 연소 층(burnt-on layer)이 하우징 엣지 또는 스크레이퍼 링에 의하여 긁어진다. 결론적으로, 이 재료의 층은 플런저의 더 냉각된 단부에 남아 있으며 플런저의 이 단부의 감소된 열 팽창에 기인하는 더 작은 직경에 합치되는 두께이다. 하우징으로 들어가는 위치, 예를 들면 필터링 장치의 경우에서 필터링 위치 또는 방향 제어 장치 등의 정상 위치에서 플런저의 휴지 기간(dwelling time)동안, 이 플런저 부분은 하우징 온도로 가열되며 이에 따라 팽창된다. 플런저의 탄화 플라스틱의 코팅은 결론적으로 밀도가 높아진다. 이것은 플런저의 재 철회 이동을 비제어적으로 방해하여, 심지어 플런저를 죄이게 하고 플런저와 함께 전체 장치의 이동을 방해한다.

본 발명은 하우징을 통하여 유동가능할 때까지 가열된 플라스틱 재료의 유동을 제어하기 위한 장치에 관한 것으로, 특히 플라스틱 재료를 위한 필터링 장치 또는 방향 제어 장치에 관한 것이다. 상기 장치는 보어가 유동 채널의 종방향에 대해 횡방향으로 배치되고 유동 채널을 횡단하며, 하우징으로부터 돌출한 플런저의 돌출 부분상에는 슬롯이 형성되지 않은 스크레이퍼 링이 하우징의 외부로 장착되며, 스트레이퍼 링에 대한 정지부가 상기 하우징에 연결된 상태로 제공된다.

도 1은 플라스틱 재료용 필터링 장치로서 형성된 장치를 도시한 것으로서, 스크레이퍼 링에 대한 축방향 간격을 갖는 플런저 축선을 따라 도시한 단면도이다.

도 2는 스크레이퍼 링의 변형을 도시한 것으로서, 도 1에 따르는 단면도이다.

도 3은 하우징으로부터 연장된 플런저와 플런저로부터 제거된 스크레이퍼 링을 도시한 것으로서, 도 1에 따르는 단면도이다.

도 4는 스크레이퍼 링에 대한 축방향 간격이 없는 실시예를 도시한 것으로서, 도 1에 따른 단면도이다.

본 발명의 목적은 상기 난점을 극복하여 초기에 설명된 장치를 개량하여 상기 장치가 더욱 신뢰성있게 작동되도록 하기 위한 것이다. 본 발명은 하우징의 보어의 직경보다 더 작고 하우징으로부터 이격되며 플런저상에서 항상 장력 보유상태가 되도록 상기 플런저 부분의 최대 냉각 작동 상태에서 하우징으로부터 돌출되는 플런저 부분의 단부의 직경보다 더 작은 스크레이퍼 링의 내경에 의하여 이 목적이 달성된다. 플런저상에서 스크레이퍼 링의 이러한 밀접 조립은 스크레이퍼 링이 플런저상에서 항상 장력 보유상태에 있다는 것을 의미하며, 플런저는 각각 온도 유도 팽창 또는 수축을 겪는다. 자연적으로, 이것은 대응하는 장력이 스크레이퍼 링에서 발생하며, 그러나 발생되는 장력이 스크레이퍼 링을 파손하지 않고 흡수되도록 스크레이퍼 링용 재료를 선택하는 것, 특히 스크레이퍼 링의 내열값(heat resistance values)은 발생된 온도가 적어도 거의 공지되었기 때문에 어떠한 어려움도 발생하지 않는다.

본 발명에 따라, 스크레이퍼 링의 내경은 하우징의 보어의 직경보다 0.12% 내지 0.15%만큼 더 작은 것이 바람직하다. 실험은 모든 적용분야에 대해 적절하게 되는 범위를 보여준다.

스크레이퍼 링이 플런저부에 장착되는 보유된 장력의 양은 일반적인 상태(prevailing conditions)에 따라 선택되어 진다. 일반적으로, 본 발명의 구조내에서, 배열체는 스크레이퍼 링이 1000 내지 2000 N/㎠의 평균 접촉 압력으로 플런저에 장착되는 것이다.

본 발명의 추가적인 개선에 따라, 플런저의 축방향으로 측정되고 정지부(stop)에 의하여 경계지워진 0 mm 내지 4 mm의 간격은 스크레이퍼 링과 하우징 사이에 제공된다. 제로 값(zero value), 즉 간격이 없는 것은 낮은 점성의 플라스틱, 예를 들면 PET 프리모노머(premonomers) 또는 왁스 등을 위하여 이용되는 장치에 적용된다. 또한 플런저가 연장되며 하우징내가 높은 질량 압력일 때 재료가 누출되는 위험이 있다. 이 경우, 축방향 간격없이 스크레이퍼 링은 눌림쇠(gland)와 같이 작용한다. 그러나, 고 점성 플라스틱에 대하여, 스크레이퍼 링과 하우징 사이의 전술한 간격의 양이 가능하며, 축방향 간격의 영역에서, 누출된 재료는 플런저가 연장될 때 자유롭게 유출된다.

본 발명의 주요 구성은 실시예에 의하여 도면에 개략적으로 도시된다.

도 1에 도시된 필터링 장치에서, 하우징(1)은 여과되는 유동가능한 질량, 특히 재순환 목적을 위하여 불순물이 세척되어지는 열가소성 재료를 위한 유동 채널(2)을 가진다. 여과되는 재료는 화살표 방향(3)으로 유입구(4)를 통하여 이 유동 채널(2)내로 유입된다. 여과액은 유출구(6)를 통하여 화살표 방향(5)으로 하우징(1)으로부터 유동된다. 유동 채널(2)과 교차되는 보어(7)는 보어의 축선방향으로 수직하게 연장된다. 원형 단면의 플런저(8)는 보어(7)내에서 종방향으로 변위가능하지만, 밀접 조립으로 가이드된다. 스크린(9)의 네스트(nest)는 플런저(8)내로 결합되며 여과되는 재료를 위한 유입 챔버(10)를 가지며, 챔버(10)는 유동 채널(2)보다 더 큰 직경을 가지며 계단형 쇼울더(stepped shoulder; 11)를 경유하여 유동 채널(2)의 유출구측으로 이끌어지는 절두형 유출 챔버(frustum-shaped outlet chamber; 12)로 합쳐진다. 공급된 플라스틱 재료로부터 불순물을 분리하기 위한 필터(13)는 유입 챔버(10)와 유출 챔버(12) 사이에 배치된다. 이 필터(13)는 분리되는 불순물을 제지할 수 있는 크기의 개구를 통하여 미세하게 제공된 금속판에 의하여 형성될 수 있는 실제적인 필터링 층(14)을 가진다. 필터링 층(14)은 쇼울더(11)에 지지된 지지판(15)에 의하여 강화된다. 지지판은 채널형 개구(16)를 가지며, 채널형 개구의 직경은 필터링 층(14)의 관통 개구의 직경보다 대체로 더 크다.

전기 저항 히터(17)는 하우징(1)의 외측 케이싱에 배치되는데, 전기 저항 히터에 의하여 장치 및 또한 장치의 플라스틱 재료 유동은 소정의 작동 온도에서 유지될 수 있다.

필터(13)를 세척 및 교환하기 위하여, 스크린 캐리어를 구성하는 플런저(8)는 보어(7)에 의하여 형성된 플런저의 가이드에서 축선 방향(이중 화살표(18))으로 변위가능하다. 구동부(도시안됨)가 이 목적을 위하여 제공된다. 이 축선방향 배치의 결과로서, 플런저(8)의 축선 길이의 부분(19)(도 3)은 적어도 간헐적으로 하우징(1)으로부터 돌출되며 따라서 가열되지 않는다. 따라서 이 부분(19)은 하우징(1)의 내부의 플런저(8)의 부분보다 낮은 온도를 가지거나, 시간 내내 이러한 낮은 온도를 가정한다. 더욱이, 플런저(8)의 전술한 축방향 변위의 결과로서, 특히 박막 두께에서 플라스틱 용해물은 꽉끼지 않는 포인트를 통하여 하우징(1)의 내부로부터 불가피하게 인출되며 하우징(1)으로부터 돌출되는 플런저 부분(19)의 케이싱에 적어도 부분적으로 남는다. 하우징(1)으로부터 돌출되는 플런저(8)의 부분(19)이 대기 산소에 노출되기 때문에, 플런저 부분의 케이싱상의 플라스틱 용해물은 단기간에 분해되며 탄화된다. 결론적으로, 플라스틱 용해물은 열가소성 특성을 상실하며 시간 내내 플런저 부분(19)을 둘러싸는 경화층을 형성한다. 지금까지이 층은 플런저(8)가 하우징(1)내로 역으로 이동할 때 하우징 엣지(20)에 의하여 잘라진다고 가정되었다. 그러나, 이것은 하우징(1)으로부터 돌출되는 플런저(8)의 부분(19)이 비가열되는 길이에 걸쳐 상당히 온도가 감소되기 때문에 상기 케이스는 오직 작은 부분에서 만이며, 이 온도 감소는 열가소성 재료를 처리할 때 약 100℃이다. 이것은 하우징(1)으로부터 돌출되는 플런저 부분(19)의 단부(21)(도 3)이 감소되는 열 팽창때문에 하우징(1)의 플런저(8)의 부분의 직경보다 일 밀리미터의 약 10분의 몇만큼 작다. 결론적으로, 열 팽창의 전술한 차이에 대하여 임의의 포인트에서 대응하는 두께를 가지는 탄화 플라스틱 재료의 층은 플런저의 더 냉각된 단부가 하우징(1)내로 역으로 이동할 때 플런저(8)의 더 냉각된 단부(21)에 남는다. 그러나, 플런저(8)가 하우징(1)내로 역 이동할 때, 플런저(8)의 전의 더 냉각된 부분(19)은 하우징(1)의 온도로 가열되어 팽창된다. 플런저(8) 주변의 탄화 플라스틱의 코팅은 플런저 팽장에 의하여 치밀하게 되며 플런저(8)의 재돌출을 방해 또는 방지한다.

이러한 난점을 극복하기 위하여, 슬롯이 형성되지 않은 스크레이퍼 링(23)은 플런저(8)의 자유 단부(21)와 직면하는 하우징(1)의 측벽(22)에 고정되어 슬롯이 형성되지 않은 스크레이퍼 링이 벽(22)에 대해 이동할 수 없으며 플런저(8)의 종방향 변위동안 제한내에서만 이동할 수 있다. 이러한 방식에서, 스크레이퍼 링(23)은 스크레이퍼 링에 의하여 플런저가 하우징(1)으로부터 이동할 때 플런저(8)에 의하여 운반되는 플라스틱 층이 플런저(8)로부터 벗겨지는 스크레이핑 기능을 제공한다. 플런저(8) 또는 플런저의 부분(19)의 모든 온도 상태에 대하여 스크레이핑 기능을 보장하기 위하여, 이 스크레이퍼 링(23)은 모든 온도에서 유도된 팽창 및 수축을 초과하는 장력 보유상태로 플런저(8)에 장착된다. 플런저(8)가 가이드되는 하우징(1)의 보어(7)의 직경(d₀)보다 0.12% 내지 0.15% 더 작도록 내경(d₂)(도 3)의 크기를 정하는 것이 충분하다는 것이 입증되었으며, 이 직경(d₀)은 결론적으로 하우징(1)의 엣지(20)에 제공된다. 그러므로 스크레이퍼 링(23)의 내경(d₂)은 플런저(8)가 연장될 때 플런저 부분(19)(전단부(21))의 최대 냉각 포인트의 직경(d₁)보다 확실히 더 작다. 이 관계식에서

d₁= d₀- (d₀·α · △t)

여기서 d₀는 상술된 의미를 가지며 α는 플런저(8)의 팽창계수이며 △t는 하우징(1)에 남아있는 플런저(8)의 부분과 전단부(21) 사이의 온도 차이이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 이 더 작은 직경(d₁)은 엣지(20)에 대한 전단부(21)에 대한 간격(s)를 초래하며, 여기서

스크레이핑되는 스크레이퍼 링(23)과 플런저(8)의 부분(19) 사이의 접촉 압력은 1000과 2000 N/㎠ 사이에 있는 것이 유용하다. 스크레이퍼 링(23)에 발생하는 인장력은 스크레이퍼 링(23)에 대하여 이용되는 재료의 허용가능한 열 저항 값을 초과하지 않는다.

스크레이퍼 링(23)은 예를 들면 나사 결합부(24)(도 4)에 의하여 하우징(1)의 측벽(22)에 움직이지 않도록 고정될 수 있다. 그때 스크레이퍼 링은 눌림쇠의 방식으로 하우징(1)에 장착된다. 이러한 타입의 구성은 저 점성 플라스틱, 예를 들면 PET 예비 단위체(premonomer) 또는 왁스에 적절한다. 그러나, 고 점성 플라스틱에 대해, 간격을 가진 스크레이퍼 링(23)을 제공하는 것이 더 유용하며, 스크레이퍼 링이 하우징(1)에 대해 플런저(8)의 축선 방향으로 이동하는 것이 가능하다. 이 간격(26)은 도 1 및 도 2에 따른 실시예로부터 볼 수 있다. 스크레이퍼 링은 나사 결합부(24)에 의하여 고정된 정지부(25)에 의하여 제한된다. 최고 4mm 까지의 간격을 가지는 것이 유용한 것으로 증명된다. 이 간격(26)은 플런저(8)가 하우징(1)으로부터 이동할 때 화살표(27)의 방향으로 엣지(20)에서 플런저(8)와 하우징(1) 사이의 불가피하게 죄어지지 않은 포인트를 통하여 누출된 재료가 통과할 수 있게 한다. 도 2에 따른 실시예는 테이퍼부(28)를 구비한 스크레이퍼 링(23)을 제공함으로써 이 누출된 재료의 향상된 배출을 허용하며, 특히 장치가 플런저(8)의 종축선이 수직으로 연장되고 누출된 재료가 하방으로 유동되도록 배치될 때 향상된 배출을 허용한다.

플런저(8)상에 스크레이퍼 링(23)의 밀접 조립의 결과로서, 상기에서 언급한 바와 같이, 스크레이퍼 링(23)은 플런저(8)가 하우징(1)으로부터 이동될 때 플런저 표면으로부터 플런저(8)에 의하여 운반되는 누출된 재료를 스크레이핑한다. 하우징(1)에 인접한 스크레이퍼 링(23)의 중앙 개구(30)(도 3)의 엣지(29)는 여기서 매우 효과적이다. 플런저의 주변에 여전히 남아있는 임의의 재료는 플런저(8)가 복귀 즉 하우징(1)으로 인입될 때 하우징(1)으로부터 멀리 떨어진 스크레이퍼 링(23)의 개구(30)의 엣지(31)에 의하여 플런저(8)로부터 스크레이핑된다.

상기 장치는 정화 장치로서 필수적으로 구성되지 않는다. 플런저(8)는 폐쇄 부재의 기능을 가지며, 예를 들면 플런저의 축선 방향 변위는 유동 채널(2)을 폐쇄하는 효과를 가진다. 이것의 변형은 플런저(8)에 채널을 제공하여, 플런저(8)가 정상 작동 위치에 있을 때 유동 채널(2)을 통하여 처리된 재료의 유동이 방해되지 않는 반면, 플런저(8)의 상이한 작동 위치에서, 플런저가 하우징에 대해 축선방향으로 배치되며 재료는 유입 개구(4)를 통하여 하우징으로 유입되지만 유출 개구(6)가 아닌 개구를 통하여 하우징(1)에 남으며, 재료 유동은 플런저(8)의 전술한 채널에 의하여 따라서 전환된다.

Claims (4)

1. 하우징(1)을 통하여 유동가능할 때까지 가열되는 플라스틱 재료의 유동을 제어하는 장치로서,

   상기 하우징(1)을 통하여 연장되는 유동 채널(2), 및 상기 하우징(1)의 보어(7)의 종방향으로 배치된 원형 단면의 플런저(8)를 포함하며, 상기 보어(7)는 상기 유동 채널(2)의 종방향에 대해 횡방향으로 배치되고 상기 유동 채널(2)을 횡단하며, 상기 하우징(1)으로부터 돌출한 상기 플런저의 돌출 부분(19)상에는 슬롯이 형성되지 않은 스크레이퍼 링(23)이 상기 하우징(1)의 외부로 장착되며, 상기 스트래퍼 링에 대한 정지부(25)가 상기 하우징(1)에 연결된 상태로 제공되어서 상기 플런저(8)가 상기 하우징(1)에 대해 상대 이동하는 장치에 있어서,

   상기 스크레이퍼 링(23)의 내경(d₂)이 상기 하우징(1)의 보어(7)의 직경(d₀)보다 작은 동시에 상기 하우징(1)으로부터 멀리 떨어진 상기 플런저의 돌출 부분(19)의 단부(21)의 직경(d₁) 보다 작으며, 상기 스크레이퍼 링(23)이 상기 플런저상에서 항상 장력 보유상태가 되도록 상기 플런저부의 최고로 냉각된 작동 상태에서 상기 하우징으로부터 상기 돌출 부분이 돌출되는 것을 특징으로 하는 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 스크레이퍼 링(23)의 내경(d₂)이 상기 하우징(1)의 보어(7)의 직경(d₀)보다 0.12 % 내지 0.15 % 만큼 더 작은 것을 특징으로 하는 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스크레이퍼 링(23)이 1000 내지 2000 N/㎡의 평균 접촉 압력으로 상기 플런저(8)에 장착되는 것을 특징으로 하는 장치.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 스트레이퍼 링(23)과 상기 하우징(1) 사이에는 상기 플런저(8)의 축방향으로 상기 정지부(25)에 의하여 경계가 지워진 0 mm 내지 4 mm의 간격(26)이 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.