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PROCEDE ET APPAREIL POUR ENDUIRE, A VISCOSITE CONSTANTE LES COU- VERCLES DES RECIPIENTS. -
La présente invention concerne un procédé d'enduisage des cou- vercles des récipients arec composition du type "pâte", et un dispositif pour enduire les couvercles avec cette composition.
Les composés du type pâte sont formés de petites particules séparées de résine, de charges et d'un plasti- fiant liquide, la propriété caractéristique de ces particules consiste dans leur insolubilité dans le plastifiant à la température ambiante, tandis qu'el- les sont complètement solubles dans le plastifiant'à une certaine température plus élevée, généralement d'environ 149 C Une fois la résine dissoute dans le plastifiant, il se forme un gel permanent caoutchouteux, lorsqu'on refroi- dit la masse.
L'opération d'application d'un composé liquide destiné à former une garniture étanche sur un récipient en métal ou en verre et de transforma- tion de la bande de ce composé en une garniture étanche solide, déformable est dite "garnissage". Le "garnissage" est connu depuis longtemps dans la tech- nique, mais les conditions qu'il doit remplir sont toujours les mêmes.
On gar- nit un nombre énorme de couvercles couramment à une vitesse de plus de 200 couvercles par minute, ce qui veut dire, dans certains cas, qu' on applique une bande du composé de 254 mm de longueur et d'une largeur de 4,8 mm sur un cou- vercle en 0,1 seconde environ, et cependant l'écart de poids maximum des gar- nitures finies est maintenu industriellement entre des limites de plus ou moins 5 % Il est évident que la machine qui distribue les couvercles provenant d'une pile, les fait tourner sur un mandrin, les enduit d'une couche liquide coulant sur leur périphérie, puis évacue à ces vitesses et avec exactitude, les couvercles ainsi enduits, constitue un mécanisme précis et réglé entre des limites étroites.
Il est évident également que le composé lui-même doit posséder une viscosité uniforme et constante pour pouvoir être distribué en quantités uniformes et réglées avec précision. En premier lieu, les progrès de la technique nt consisté à régler la viscosité du composé d'enduisage li-
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quide, qu'il s'agisse d'un composé à base aqueuse (latex) ou d'une solution dans un liquide organique, et ont ainsi permis d'arriver à l'énorme produc- tion de couvercles de récipients.
A l'encontre des viscosités relativement stables des anciens ty- pes de composés d'étanchéité, les composés nouvellement créés du type pâte ont des viscosités extrêmement variables sous l'effet de très faibles variations de température. Par exemple, une pâte depuis peu en usage dans l'industrie à une viscosité de 8500 centipoises à 35,5 C. A 37,7 C, cette viscosité tmbe à 3660 centipoises et à 40,5 C elle est égale à 1500 centipoises. A 43 C la viscosité est de 900 centipoises; elle tombe à une valeur minimum de 600 centipoises à 60 C et remonte brusquement à 6000 centipoises lorsque la tem- pérature atteint 73 C.
Il en résulte que ce composé ne peut pas couler par un ajutage fonctionnant par intermittenceset de façon à faire arriver une quantité cons- tante à plusieurs reprises par unité de temps, à moins que le composé ne soit maintenu à une température constante. Mais une température constante seule ne suffit pas. Beaucoup (mais non la totalité) des composés d'enduisage en pâte sont fortement thixotropiques. Si on laisse reposer le composé, même temporairement, son coefficient thixotropique atteint une valeur telle qu'il ne peut plus être remis en mouvement sans exercer une impulsion de pression excessive.
Beaucoup de composés en pâte sont des masses fermes en forme de bouillie à la température ambiante et doivent être chauffés par exemple à une ,température de 32 à 54,4 C pour abaisser leur viscosité à la valeur permet- tant de les appliquer; mais les résines jusqu'alors insolubles dans le plas- tifiant commencent à s'y dissoudre à une température très voisine de celle à laquelle leur viscosité est minimum. Etant donné que la dissolution est pro- gressive, une légère élévation de température fait augmenter la viscosité jusqu'à une valeur à laquelle elles ne peuvent plus être traitées.
Cette relation critique extrêmement sensible entre la viscosité et la température des composés d'enduisage en pâte rend l'opération de garnis- sage des couvercles avec le degré de précision des normes actuelles, si diffi- cile qu'elle n'est pas exécutable industriellement dans les installations or- dinaires. La Demanderesse a constaté à plusieurs reprises, au cours des es- sais préliminaires sur lesquels l'invention est basée, qu'il nétait pas pos- sible de chauffer le composé d'enduisage en pâte, par exemple dans une chau- dière à double enveloppe, et d'amener la température de sa masse jusqu'à 41,5 C par exemple, sans provoquer une certaine dissolution de la résine et rendre la viscosité impossible à régler.
De même, on a constaté à plusieurs repri- ses que, lorsqu'on traite des composés thixotropiques, il n'est pas possible de faire arriver sur le couvercle des quantités de composé dosées avec préci- sion, par le procédé normal à l'air comprimé de distribution d'un composé li- quide par un ajutage fonctionnant par intermittences, à cause des variations de viscosité qui se produisent dans l'installation, lorsque le composé reste immobile au moment où la soupape se ferme.
On a conclu de ces essais que,s'il s'agit de maintenir un réglage précis de la viscosité : 1) la masse du composé ne doit pas pouvoir rester à l'état de repos, et 2)'la quantité de chaleur nécessaire doit être engendrée àl'intérieur de la masse du composé et ne doit pas lui être transmise de l'ex- térieur à une certaine température plus élevée.
L'invention a pour but d'établir et de maintenir une viscosité constante dans les composés du type pâte pour le scellement des récipients.
Elle permet la distribution uniforme d'un composé liquéfié en pâte sur la sur- face de fermeture du couvercle, de fournir une quantité de composé comprise à chaque instant entre les tolérances limites de poids et d'ajouter de nou- velles quantités du composé froid suivant les besoins, sans qu'il soit néces- saire d'arrêter la machine ou de faire varier le degré de précision de son dé- bit. L'invention permet d'engendrer la chaleur dans la masse du composé et de dégager cette chaleur en relation directe avec la viscosité du composé.
De plus, elle ne permet pas à la viscosité de prendre une valeur élevée, et,
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par conséquent, permet d'éviter les impulsions de pression dues aux composés thixbtropiques. On arrive ainsi aux résultats qui constituent les buts de l'invention et qui consistent en premier lieu à distribuer une quantité exac- te d'un composé en pâte sur la périphérie d'un couvercle de récipient pendant une période de courte durée déterminée et, à l'occasion, à régler la tempéra- ture et la viscosité instantanée du composé entre des limites assez étroites pour qu'il soit possible de débiter des quantités exactes du composé.
D'une manière générale, on fait passer le composé à plusieurs reprises dans un cir- cuit de tuyau fermé, on le maintient en mouvement en permanence pour réduire au minimum l'effet de la thixotropie et on chauffe le composé par la chaleur dégagée par le travail que lui fait subir une pompe de capacité surabondante.
Le chauffage du composé à l'intérieur de sa'masse peut s'effectuer de nombreuses manières. La Demanderesse a fait passer le composé dans un champ diélectrique à haute fréquence. On peut exercer un travail sur le com- posé par des oscillateurs mécaniques ou électriques ou intercaler des diaphrag- mes pulsatoires dans le circuit de la canalisation, mais le mécanisme de beau- coup le plus simple, qui débite son énergie sous forme de chaleur sensible dans la masse du composé, consiste dans une pompe volumétrique, étant donné qu'en même temps qu'elle chauffe le composé, elle établit la pression qui est nécessaire pour le faire circuler dans le circuit de la canalisation et en refouler une partie à travers l'ajutage, sur le couvercle.
Sur le dessin annexé :
La figure 1 représente un schéma d'un appareil pour la mise en oeu- vre du procédé suivant l'invention.
La figure 2 est une vue en plan par dessus du réservoir du composé.
L'installation représentée comprend une pompe volumétrique 10, de préférence du type à engrenage qui est actionnée par une commande à vitesse variable accouplée à un moteur électrique, non représenté. Le refoulement de la pompe passe dans un tuyau de refoulement 11 qui se raccorde à un serpentin égaliseur 12, immergé dans une cuve à eau 13. En sortant du serpentin 12, le composé passe par un tuyau 14 et arrive dans le dispositif de garnissage 15 qui comprend une buse 16 du type à pointeau et une'chambre à air 17. L'écoule- ment intermittent du composé provoqué par le fonctionnement de la buse à poin- teau 16 est amorti par une arrivée d'air 18 emprisonnée dans la chambre à air 17. Le composé quitte la chambre à air 17 par un tuyau,19 et sort par l'extré- mité ouverte 20 de ce tuyau.
L'extrémité 20 du tuyau 19 se trouve au voisina- ge immédiat du sommet 21 du fond conique 22 du réservoir d'alimentation en composé 23. Une grille 24 formée de tubes croisés de petit diamètre, disposée à la base de la portion conique 22, de façon à faire communiquer directement l'intérieur des tubes avec l'eau contenue dans le bac 13, constitue un support pour le composé froid solide qu'on introduit à la pelle ou qu'on fait tomber dans le bac 23 de temps en temps. La grille peut aussi être chauffée électri- quement ou par d'autres moyens, mais on donne la préférence à la forme de construction représentée.
L'eau du réservoir 13 est maintenue à une tempéra- ture voisine de celle à laquelle le composé doit être appliqué sur le couver- cle 25 et, dans la pratique, on s'efforce de mantenir la température de l'eau soit à 1,1 C supérieure à la température d'application du composé, pour tenir compte des pertes par rayonnement dans l'installation en hiver, soit à 1,1 c au-dessous de la température d'application du composé, ce qui est parfois né- cessaire lorsqu'on opère en été. Une petite pompe 26 entraînée par un moteur électrique,non représenté, maintient l'eau du bas 13 en circulation constante par des tuyaux 27 et 28.
P our rendre la figure plus claire, on n'a pas représenté les ser- pentins de chauffage électriques utilisés pour porter l'eau à la température nécessaire. Le fonctionnement de cette installation est le suivant : Si l'on suppose que l'installation est vide au commencement de l'opération, on intro- duit le composé froid solide dans le réservoir 23 dans laquel il occupe la po- sition 29 représentée. Lorsque la température de l'eau s'élève, le composé s'échauffe sous l'action de la circulation de l'eau dans les tuyaux 24 de la grille et de petits morceaux et des gouttes du composé commencent à tomber sur
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la base conique 22 du réservoir à composé 23.
Lorsqu'une quantité suffisante de composé a "fondu" et que l'air ne risque plus d'être aspiré dans l'instal- lation par l'orifiee d'admission 30 qui se trouve au sommet du cône 22, on ou- vre le robinet de dérivation 31, le robinet de dérivation supérieur 32 qui est une soupape de décompression chargée par un ressort réglable, ainsi que le ro- binet régulateur de la circulation 33. Puis on fait démarrer la pompe 10 et, après l'avdir fait tourner pendant une minute ou deux, pour chauffer le compo- sé dans la pompe et à son voisinage immédiat, on ferme le robinet 31.
Le com- posé est alors refoulé à travers le tuyau 11, le serpendin égaliseur 12, et sort par le tuyau 14, passe par le tuyau de dérivation 34 et la soupape de dé- rivation 32 et revient par le prolongement du tuyau 19 pour se réunir au com- posé qui maintenant coule ou glisse de haut en bas le long de la paroi inté- rieure de la base conique 22.. Lorsque cé composé a été chauffé à peu près à sa température de fonctionnement, on ferme la soupape de dérivation 32. Le composé est alors refoulé par les parties des tuyaux 14 et 19 qui communiquent avec la chambre à air 17. Au bout de quelques minutes de fonctionnement, per- mettant au composé d'atteindre un état d'équilibre dans les tuyaux, on peut mettre en marche la machine de garnissage et faire tourner les ccuvercles non garnis au-dessous de la buse de garnissage 16 qui fonctionne par intermittence.
La quantité du composé refoulé et circulant est beaucoup plus grande que celle qui sort par la buse 16. A titre d'exemple, pour garnir des couvercles de boites à café de 63 mm, on applique environ 226 gr. de composé sur 200 couverlces passant au-dessous de la buse 16 en une minute mais, en même temps, on a fait circuler environ 5 kg de composé dans le circuit de la canalisation.
La quantité de chaleur transmise mécaniquement au compose par la pompe 10 entraînée par moteur est sensiblement égale à celle qui est néces- saire pour élever* la température à la valeur d'application du composé. La quantité de chaieur transmise par l'eau est en principe égale à celle qui suffit à compenser les pertes par rayonnement et soit à "fondre" le composé, soit à permettre à l'installation de démarrer, soit à remplir ces deux con- ditions. -Le travail transformé en chaleur dans la masse du composé par la pompe 10 est directement proportionnel à 1) la vitesse de refoulement de la pompe et 2) à la contre-pression dans l'installation.
On règle la vitesse par le mécanisme de commande à vitesse va- riable et on règle la contre-pression par la soupape 33. Une fois ces condi- tions réglées, l'installation ayant atteint son état d'équilibre, se règle automatiquement dans une large mesure. Par exemple, si une masse de composé de forte viscosité pénètre dans la pompe, le travail qu'elle subit est plus considérable, sa température s'élève et sa viscosité diminue. Si la visco- sité diminue, le- travail transformé en chaleur diminue. L'installation a donc tendance à fonctionner d'une manière stable.
La quantité d'énergie mécanique transformée en chaleur est indi- quée ci-après à,propos de deux sortes de composés du commerce : Un composé en pâte A, qui sert à former des joints latéraux sur des couverèles de réçipients, et un composé plus fluide B, qui sert à former des joints supérieurs sur des couvercles de récipients. Dans les deux cas, le composé tombe et passe à tra- vers la grille en pénétrant dans le circuit à une température moyenne de 27 C
Propriétés physiques.
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Composé <SEP> A. <SEP> composé <SEP> B.
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Densité <SEP> 1,29 <SEP> 1,68
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<tb> Chaleur <SEP> spécifique <SEP> 0,31 <SEP> 0,24
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<tb> Viscosité <SEP> à <SEP> 27 C <SEP> 6 <SEP> t/min <SEP> 642.000 <SEP> cp <SEP> 6 <SEP> t/min <SEP> 40.000 <SEP> cp
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<tb> 60 <SEP> t/min. <SEP> indéterminable <SEP> 60 <SEP> t/min. <SEP> 42a300 <SEP> cp
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<tb> -Viscosité <SEP> à <SEP> 43 C <SEP> 6 <SEP> t/min <SEP> 104.000 <SEP> cp
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<tb> 60 <SEP> t/min <SEP> 29.800 <SEP> cp.
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Viscosité <SEP> à <SEP> 39 C <SEP> 6 <SEP> t/min <SEP> 4.000 <SEP> cp
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<tb> @ <SEP> 60 <SEP> t/min <SEP> 2.680 <SEP> cp.
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Caractéristiques du dispositif de cir ulation
EMI5.1
<tb> Contre-pression <SEP> à <SEP> la <SEP> pompe <SEP> 15,8 <SEP> kg/cm2 <SEP> abs. <SEP> 4,9 <SEP> kg/cm2 <SEP> abs.
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Vitesse <SEP> de <SEP> la <SEP> pompe <SEP> 100 <SEP> t/min <SEP> 100 <SEP> t/min
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<tb> Volume <SEP> refoulé <SEP> 4 <SEP> kg/min <SEP> 5,2 <SEP> kg/min
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<tb> Température <SEP> moy. <SEP> d'entrée <SEP> 27 C <SEP> 27 C
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<tb> Température <SEP> de <SEP> refoulement <SEP> 43 C <SEP> 43 C
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<tb> Quantité <SEP> débitée <SEP> sur <SEP> les
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<tb> couvercles <SEP> 0,29 <SEP> kg/min <SEP> 0,18 <SEP> kg/min
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<tb> Quantité <SEP> débitée <SEP> % <SEP> du <SEP> débit
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<tb> total <SEP> de <SEP> la <SEP> pompe <SEP> 7,5 <SEP> % <SEP> 3,5 <SEP> % <SEP>
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<tb> Chaleur <SEP> nécessaire <SEP> 1,53 <SEP> cal/min <SEP> 0,51 <SEP> cal/min
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<tb> Chaleur <SEP> interne <SEP> produite <SEP> par
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<tb> la <SEP> pompe <SEP> 1,15 <SEP> cal/min <SEP> 0,
35 <SEP> cal/min
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<tb> P <SEP> ourcentage <SEP> de <SEP> chaleur <SEP> à
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<tb> fournir <SEP> par <SEP> la <SEP> pompe <SEP> 75 <SEP> % <SEP> 67 <SEP> % <SEP>
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Ces conditions permettent de maintenir avec succès les limites de tolérance de poids sur les couvercles pendant des périodes de marche de lon- gue durée.
Note : Les mesures de viscosité ont été effectuées au moyen du vis- cosimètre de Brookfield avec une aiguille N 5 pour le composé A aux vitesses de cisaillement de 6 à 60 t/min La viscosité du composé B a été mesurée avec l'aiguille n 3 aux vitesses de cisaillement de 6 et 60 t/min.