DE854761C - Verfahren und Vorrichtung zur Speisung von Behaelterverschluss-Auskleidevorrichtungen mit Behaelterverschlussmasse kritischer Temperatur-Viskositaets-Charakteristik - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Speisung von Behälterverschluß-Auskleidevorrichtungen mit Behälterverschlußmasse kritischer Temperatur-Viskositäts-Charakteristik Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Speisung von Behälterverschluß-Auskleidevorrichtungen mit pastenartigen Auskleidmassen sowie auf Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Pastenartige Auskleidmassen bestehen aus einzelnen kleinen Harzpartikelchen, Füllmitteln und einem flüssigen Plastifizierungsmittel (Weichmacher). Sie sind dadurch charakterisiert, daß die Harzteilchen bei Zimmertemperatur im Weichmacher unlöslich sind, sich aber in ihm bei höheren Temperaturen, gewöhnlich bei etwa 15o°. vollkommen auflösen. Nach Auflösen des Harzes im Weichmacher bildet sich beim Abkühlen der :lasse ein beständiges kautschukartiges Gel. ' Der =Arbeitsgang des Aufbringens einer flüssigen 'lasse, die dazu bestimmt ist, die Verschlußdichtungseinlage eines Metall- oder Glasbehälters zu bilden, und die Umwandlung des Massebandes oder -streifens in einen festen formbaren (bildsamen) Dichtungsverschluß ist unter der Bezeichnung Ausfüttern oder Auskleiden bekannt. Dieses Ausfüttern hat eine lange technische Entwicklung hinter sich, bleibt aber immer noch einzigartig hinsichtlich der an dasselbe gestellten hohen Anforderungen. Große Mengen von Verschlüssen bzw. Deckeln werden bei Arbeitsgeschwindigkeiten von über Zoo Stück pro Minute regelmäßig mit Masse versehen bzw. ausgekleidet, d. h. daß oftmals ein Massestreifen von 254 X 5 mm auf den Verschluß bzw. Deckel in etwa 1/10 Sekunde aufgebracht wird, und doch betragen die maximalen Schwankungen im Gewicht der fertigen Verschlußdichtung in der Praxis nur ± 5%. Eine Maschine, welche die Verschlüsse bzw. Deckel von einem Stapel fördert, sie auf einer Haltescheibe dreht, sie rundherum mit der fließenden flüssigen Masse belegt oder auskleidet und dann die belegten Verschlüsse bzw. Deckel mit solchen Geschwindigkeiten und mit einer solchen Genauigkeit wieder wegführt, ist ein sehr genau arbeitender und genau eingestellter Mechanismus. Es ist klar, daß die Masse selbst gleichmäßige und konstante Viskosität besitzen muß, um in gleichmäßigen und genau bemessenen Mengen zugeführt werden zu können. Es war zunächst die Art und Weise, die Viskosität einer flüssigen Auskleidmasse zu beherrschen und zu regeln, ganz gleich, ob es sich dabei um eine Verbindung auf Wasserbasis (Latex) oder eine Lösung in einer organischen Flüssigkeit handelt, welche die enorme Produktion von Behälterverschlüssen ermöglichte.
• Im Gegensatz zu den verhältnismäßig stabilen Viskositäten, wie sie bei den älterenTypen von Verschlußmassen vorliegen, weisen die neuentwickelten pastenartigen Massen Viskositäten auf, welche innerhalb weiter Grenzen bei sehr geringen Temperaturänderungen schwanken. So z. B. besitzt eine jetzt handelsübliche Pastenmasse eine Viskosität von 85oo Centipoise bei rund 36°. Bei rund 38' fällt die Viskosität auf- 366o Centipoise und beträgt bei rund 40° i5.oo Centipoise. Bei rund 43,5° ist die Viskosität goo Centipoise. Sie fällt auf ein Minimum von 6oo Centipoise bei rund 6i°, um bei einem Temperaturanstieg auf 73° auf 6ooo Centipoise hinaufzuschnellen.
• Daraus folgt, daß eine solche Masse nicht durch eine intermittierend arbeitende Düse in der Weise fließen kann, daß in der Zeiteinheit wiederholt eine konstante Menge geliefert wird, es sei denn, daß die Masse ständig auf konstanter Temperatur gehalten würde. Aber die konstante Temperatur allein genügt noch nicht. Viele, aber nicht alle Pastenverschlußmassen sind in hohem Maße thixotrop. Wenn man diese ?lasse, und sei es auch nur momentan, im Ruhezustand läßt, geht der thioxotrope Fließwert zu solchen Grenzen hinauf, daß die Masse ohne übermäßige Druckwelle nicht mehr in Bewegung zu setzen ist.
• Viele Pastenkompositionen sind bei Zimmertemperatur steife Massen, die auf beispielsweise 32,5 bis 55° erhitzt werden müssen, um sie auf die Auftragviskosität zu bringen. Aber sehr nahe der Temperatur, bei welcher sie ihre Mindestviskosität besitzen, beginnt das Harz, welches bis dahin im Weichmacher unlöslich war, sich zu lösen. Da die Auflösung fortschreitet, genügt ein kleiner Anstieg in der Temperatur, um die Viskosität zu untragbar hohen Grenzen hinaufschnellen zu lassen.
• Diese äußerst empfindlichen kritischen Beziehungen zwischen Viskosität und Temperatur bei den Pastenauskleidmassen gestalten das Ausfüttern von Verschlüssen bzw. Deckeln bei den heutigen Genauigkeitsnormen derart schwierig, daß die Verwendung der üblichen Vorrichtungen praktisch unmöglich ist. Wiederholt wurde in den ersten Stufen der Entwicklung der vorliegenden Erfindung festgestellt, daß die Pastenauskleidmasse z. B. nicht in einem Kessel mit Dampfmantel erhitzt und die Temperatur der Masse auf rund 4'3,5° gebracht werden konnte, ohne daß sich das Harz etwas löste und die Viskosität ganz plötzlich nicht mehr beherrscht werden konnte. Häufig wurde auch festgestellt, und zwar beim Arbeiten mit thixotropen Massen, daß genau zugemessene Mengen der Masse auf den Verschluß bzw. Deckel durch das normale Verfahren der Förderung einer flüssigen Masse mittels Luftdruck zu einer intermittierend arbeitenden Auf tragdüse nicht geliefert werden konnten, und zwar wegen der falschen Viskositäten, welche in dem System zustande kamen, sobald die Masse bei geschlossenem Ventil zur Ruhe kam.
• Aus dieser Erfahrung folgerte man, daß dann, wenn die Viskosität genau beherrscht werden sollte, i. die blasse nicht zur Ruhe kommen durfte und 2. die genau bestimmte Temperatur innerhalb der Masse selbst entwickelt werden mußte, diese Wärmemenge der Masse also nicht von irgendeinem höheren Temperaturpotential zugeführt werden sollte.
• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Schaffung und Aufrechterhaltung einer konstanten Viskosität in pastenartigen Behälterverschlußmassen. Sie sichert die gleichmäßige Zufuhr einer verflüssigten Pastenmasse zu dem Dichtungsbereich des Verschlusses bzw. Deckels. Sie liefert eine Menge an Masse, welche jederzeit innerhalb der Gewichtstoleranzen liegt, und gestattet den Zusatz frischer Mengen kalter Masse nach Bedarf, ohne die Maschine anzuhalten und ohne daß die Genauigkeit der Zufuhr geändert wird. Die vorliegende Erfindung gestattet die Erzeugung von Wärme innerhalb der Masse und macht diese Wärme in direktem Verhältnis zu der Viskosität, welche die Masse aufweist, frei. Außerdem verhindert sie das Eintreten hoher Fließwerte und vermeidet damit die Druckwellen, welche die thixotropen Massen verursachen. Damit ist der Zweck der vorliegenden Erfindung erreicht, der in erster Linie darin besteht, daß eine genaue zugemessene Menge an Pastenmasse der Peripherie eines Behälterverschlusses bzw. -deckels in einem vorbestimmten kurzen Zeitraum zugeführt wird und gleichzeitig die Temperatur und die augenblickliche Viskosität der Masse innerhalb solch enger Grenzen eingehalten wird, daß genau zugemessene Mengen an Masse zugeführt werden können. Ganz allgemein gesprochen, wird die Masse in einem Leitungssystem in Umlauf gebracht, wobei sie stets in Bewegung gehalten wird, um die Wirkung der Thixotropie möglichst gering zu halten, wobei die Masse durch die Einwirkung einer überbemessenen Pumpe erwärmt wird.
• Die Innenbeheizung der Masse kann auf die verschiedenste Weise bewerkstelligt werden. So wurde die Masse z. B. durch ein dielektrisches Hochfrequenzfeld geführt. Die Arbeit an der Masse kann durch mechanische und elektrische Oszillatoren verrichtet werden, oder aber man bringt pulsierende Membranen in den Rohrkreislauf, jedoch ist die bei weitem einfachste Vorrichtung, welche ihre Energie als fühlbare Wärme innerhalb der Masse frei macht, eine Pumpe für Zwangsumlauf, weil sie neben der Erwärmung der Masse gleichzeitig für den Aufbau des Druckes sorgt, der nötig ist, um die :Masse durch den Rohrkreislauf zu fördern und einen Teil der Masse durch die Düse auf den Verschluß bzw. Deckel zfi bringen.
• Fig. i ist eine schematische ,Darstellung der bei dem Verfahren verwendeten Vorrichtung; Fig. 2 ist ein Grundriff des Massebehälters.
• Das System enthält eine Zwangsumlaufpumpe io, vorzugsweise vom Zahnradtyp, welche durch ein an einen Elektromotor (nicht gezeigt) angeschlossenes Stufengetriebe angetrieben wird. Die Pumpe fördert in die Druckleitung 1 i, welche an die Ausgleichschlafige 1'2 angeschlossen ist. Die Schlange 12 taucht in den Wasserbehälter 13. Von der Schlange 12 wird die Masse durch die Leitung 14 zu der Auftraganordnung 15 geführt, welche aus einer Auftragdüse 16 des Nadelventiltyps und einem Windkessel 17 besteht. Jede pulsierende Strömung der Masse, die durch die Tätigkeit der Nadelventildüse 16 verursacht wird, wird durch einen im Windkessel 17 eingeschlossenen Luftvorrat i8. abgedämpft. Die Masse verläßt den `'Windkessel 17 durch die Leitung 1,9 und wird durch das offene Ende 20 der Leitung i9 abgeführt. Das Ende 2o der Leitung i9 liegt sehr nahe an dem Scheitelpunkt 21 des konischen Bodens 22 des Massevorratsbehälters 23. Ein Rost bzw. Netzwerk 24 von sich kreuzenden kleinkalibrigen Rohren, die sich über den konischen Bodenteil 22 erstrecken, und zwar derart, daß das Innere der Rohre mit dem in Behälter 13 enthaltenen Wasser direkt in Verbindung steht, bildet ein Auflager für die kalte, feste Masse, welche von Zeit zu Zeit in den Behälter 23 geschaufelt oder gekippt wird. Wahlweise kann der Rost auch elektrisch oder auf andere Weise erhitzt werden. Das Wasser im Behälter 13 wird auf einer Temperatur gehalten, die nahe jener ist, bei welcher die Masse auf den Verschluß bzw. Deckel 25 aufgebracht werden soll, und in derPraxis bemüht man sich, dieTemperatur des Wassers entweder 2° über der Auftragtemperatur zu halten, um die Strahlungsverluste der Vorrichtung während des Betriebes im Winter auszugleichen, oder aber 2° unter der Auf tragtemperatur, was manchmal während des Betriebes im Sommer nötig wird. Eine kleine Pumpe 26, die durch einen Elektromotor (nicht gezeigt) angetrieben wird, hält das Wasser im Behälter L3 durch die Rohre 27 und 28 dauernd im Umlauf.
• Der Klarheit wegen sind die elektrischen Heizspiralen, welche das Wasser auf die erforderliche Temperatur bringen sollen, nicht dargestellt. Die Arbeitsweise des Systems ist die folgende: Angenommen, das System war bei Beginn des Arbeitsganges leer, so wird jetzt kalte, halbfeste Masse in den Behälter 23 eingebracht, wo sie die Lage 29, wie dargestellt, einnimmt. Sowie die Wassertemperatur ansteigt, wird die Masse durch das durch die Rostrohre 24 fließende Wasser erwärmt, und kleine Stücke und Tropfen der Masse beginnen auf den konischen Boden 22 des Massebehälters 23 zu fallen. Wenn eine genügende Menge Material geschmolzen worden ist, so daß keine Gefahr mehr besteht, daß Luft durch die Eintragöffnung 3o, die sich am Scheitelpunkt des Kegels 22 befindet, eingesaugt wird, wird das Umlaufventil 31 geöffnet; ebenso wird auch das obere Umlaufventil 32, welches zweckmäßig ein verstellbares, federbelastetes Sicherheitsventil ist, und das Strömungssteuerungsventil 33 geöffnet. Dann wird die Pumpe io angelassen, und nachdem sie i oder 2 Minuten gelaufen isst, um die Masse in der Pumpe und in deren nächster Nachbarschaft anzuwärmen, wird das Ventil 31 geschlossen. ,Die 'lasse wird dann durch die Leitung i i, die Ausgleichschlange 12, die Leitung 14, die Umlaufleitung 34 und Umlaufventil 32 und zurück durch die Fortsetzung der Leitung i9 gedrückt, um die Masse zu vereinigen, welche jetzt an der Innenwandung des konischen Bodens 22, herunterfließt oder heruntergleitet. Wenn die Masse auf nahezu Betriebstemperatur erwärmt ist, wird das Umlaufventil 32 geschlossen. Die Masse wird dann durch jene Teile der Leitung 14 und i9 gefördert, welche an den Windkessel 17 anschließen. Nach einigen :Minuten des Betriebes, die dazu dienen sollen, die Masse in den Rohren in einen Gleichgewichtszustand zu bringen, kann man dieAuftragmaschine anlassen und die noch nicht ausgekleideten Verschlüsse bzw. Deckel unter der intermittierend arbeitenden Auftragdiise 16 in Umdrehung versetzen.
• Die Menge an Masse, welche durch die Pumpe in Umlauf gesetzt wird, ist sehr viel größer als die Menge an Masse, welche durch die Düse 16 abgegeben wird. So wird beispielsweise beim Verschließen von 53-mm-Kaffeedosen etwa 230 g der Masse auf 200 Verschlüsse bzw. Deckel aufgetragen, welche in i Minute die Düse 16 passiert haben, während etwa 5 kg der Masse gleichzeitig durch den Rohrkreislauf gepumpt worden sind.
• Die Wärmemenge, welche der Masse mechanisch durch die motorgetriebene Pumpe io zugeführt wird, ist ein ganz erheblicher Prozentsatz jener Wärmemenge, welche gebraucht wird, um die Temperatur auf Betriebshöhe zu bringen. Die durch das Wasser gelieferte Wärmemenge ist im wesentlichen die Menge, welche genügt, um Strahlungsverluste auszugleichen und entweder die Masse zu schmelzen oder das System in Betrieb zu bringen oder beides. Die durch die Pumpe ro innerhalb der Masse in Wärme umgewandelte mechanische Arbeit ist eine direkte Funktion von n. def Pumpgeschwindigkeit und 2. des Gegendruckes im System.
• Die Geschwindigkeit wird durch das Stufengetriebe für den Antrieb, der Gegendruck durch das Ventil 33 eingestellt. Unter diesen einmal eingestellten Bedingungen arbeitet das System nach Erreichen des Gleichgewichtszustandes in weitem Maße selbstregulierend. Wenn z. B. ein Klumpen Masse von hoher Viskosität in die Pumpe hineingelangt, ist mehr Arbeit aufzuwenden. Seine Temperatur steigt damit an, und seine Viskosität nimmt ab. Wenn die Viskosität abnimmt, wird weniger mechanische Arbeit in der Form von Wärme erscheinen. So neigt das System dazu, unter stabilen Bedingungen zu arbeiten.
• Die Nfenge an mechanischer Energie, die in Wärme umgewandelt wird, ist nachstehend an Hand zweier handelsüblicher Massen veranschaulicht, und zwar A einer pastösen hasse zur Bildung von Seitendichtungen an Behälterverschlüssen bzw. Deckeln und B einer etwas flüssigeren Masse, welche dazu dient, die Kopfdichtungen an Behälterverschlüssen bzw. -deckeln herzustellen. In beiden Fällen tropfte die Masse vom Rost ab und kam bei einer Durchschnittstemperatur von rund 27° in den Umlauf.

  Physikalische Eigenschaften ,

  Masse A Masse B

  Spezifisches Gewicht . .. . .. . . .. .. . 1,29 1,68

  Spezifische Wärme ... . . . . . . . . . . . 0,31 0,24

  Viskosität bei rund 27 °. . . . . . . . . . . n = 6 642 ooo Centipoise 40 000 Centipoise

  n - 6o nicht ablesbar 42300

  Viskosität bei 43,5'. . . . . . . . . . . . . . n - 6 104 000 Centipoise

  n - 6o 29800

  Viskosität bei 39 ° . . . . . . . . . . . . . . . n = 6 4 000 Centipoise

  n = 6o 268o

  Die Messungen der Viskosität wurden durch das Brookfield-Viskosimeter unterBenutzung der Spindel Nr. 5 für die Masse A bei der genauen Drehzahl von 6 und 6o Umdr./Min. bestimmt. Die Spindel Nr. 3 wurde benutzt, um die Viskosität der Masse B bei den genauen Drehzahlen von 6 und 6oUmdr./Min. zu messen.

  Daten des Kreislaufsystems

  - Messe A - - Masse B

  Gegendruck an der Pumpe . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . rd. 15,8 Atm. rd. 5 Atm.

  Drehzahl der Pumpe................ ......... ......... Zoo Min. 1oo;Min.

  Fördermenge. . .. .. . . .. . .. . . . . . . . . .. . .. . . . . . . . : . . .. .. . rd. 4 kgjMin. rd. 5,2 kg!Min.

  Durchschnittstemperatur beim Eintritt . . . . . . . . . . . . . . . . . rd. 27 ° rd. 27

  Temperatur beim Austritt . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . rd. 43,5 ° rd. 39 °

  Den Verschlüssen zugeführte Massenmenge .. . .... . ... ... rd. 300 g/Min. rd. Zoo g/Min.

  Liefermenge in Prozent der gesamten Umlaufmenge...... 7,5°/0 3,50/0

  Erforderliche Wärmemenge . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . rd. 1,54 Cal; Min. rd. 0,53 Cal;'Min.

  Durch Pumpen innerlich entwickelte Wärmemenge ....... rd. 1,16 Cal/Min. rd. 0,35 Cal; Min.

  Prozentsatz des Wärmebedarfs, der durch die Pumpe ge-

  liefert wird ........................................ 75°/o 670/0

  Bei diesen Bedingungen werden die Gewichtstoleranzen für die Verschlußdichtungseinlagen erfolgreich für lange Betriebszeiten hindurch eingehalten.

Claims (6)

1. PATEN TANSPRÜCIlE: i. Verfahren zur Speisung von Behälterverschluß-Auskleidevorrichtungen mit Behälterverschlußmasse kritischer Temperatur-Viskosi-, täts-Charakteristik, dadurch gekennzeichnet, daß eine verhältnismäßig große Menge der Verschlußmasse mittels einer Druckumlaufpumpe in einem Leitungssystem in Umlauf gebracht wird, in der Masse eine Wärmemenge entsprechend der jeweils gewünschten Viskosität der blasse erzeugt wird, nur ein verhältnismäßig kleiner Anteil der umlaufenden Masse an die Behälterverschluß-Auskleidevorrichtung abgegeben wird und durch Einführung entsprechender Mengen weiterer Masse das Volumen der umlaufenden Masse auf dem gleichen Stand gehalten wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch. gekennzeichnet, daß die jeweils gewünschte Wärmemenge in der umlaufenden :-lasse durch entsprechende Regelung der Umlaufgeschwindigkeit und des Förderdruckes der Umlaufpumpe erzeugt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch i oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom der verhältnismäßig großen Menge umlaufender Verschlußmasse derart gedrosselt wird, daß die Masse auf einer Temperatur gehalten wird, die innerhalb der kritischen Grenzen ihrer Temperatur-Viskositäts-Charakteristik liegt.
4. 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselung des Umlaufstrotnein dem Leitungssystem an einer Stelle erfolgt, welche, in der Str<imungsriclttung gesehen, hinter der Nfasseauftragstelle liegt, die Zufuhr \-on weiterer, den Umlaufstrom ergänzender Masse in das System all einer Stelle erfolgt, welche, in der Strömungsrichtung gesehen, hinter dieser Drossehtngsstelle liegt, und die Umlaufkraft zwischen der "lufuhrstelle und der Auftragstelle zugeführt wird. .
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche z bis 4, gekennzeichnet durch einen zweckmäßig zylindrisclien Nlassevorratsbehälter (23) mit einem konischen, an das eine Ende (3o) eines mit Druckumlaufpumpe (io), Masseauftragstelle (i6) und Drosselstelle (33) ausgestatteten Rohrsystems angescltlossenen Boden (22) und einem über diesem Boden (22) angeordneten beheizbaren Rost (24). durch welchen das andere Ende (2o) des Rohrsystems hindurchgeführt ist und unterhalb dessen dasselbe kurz oberhalb des Bodenauslasses (2i) endet.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen den Massevorratsbehälter (23) in Abstand umgebenden Ummantelungsbehälter (i3) zur Aufnahme einer die Temperatur im Massevorratsbehälter (23) regelnden, zweckmäßig im Umlauf zu haltenden und gegebenenfalls auch zur Durchströmung des hierfür entsprechend ausgebildeten Rostes (24) im 'Massevorratsbehälter zu verwendenden Flüssigkeit, wobei vorzugsweise ein Teil (i2) des Rohrsystems zwischen Druckumlaufpumpe (to) und Masseauftragstelle (i6) in entsprechenden Windungen innerhalb dieses Ummantelungszwischenraumes angeordnet ist.