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Vorrichtung zum Herstellen von Perlen aus schmelzbaren Stoffen, insbesondere
Polyäthylen Stoffe, die bei Raumtemperatur fest sind. z. B.
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Wachse, Farbstoffe und andere Produkte der chemischen, pharmazeutischen
und Nahrungsmittel-Industrie, werden in Perlform übergeführt, indem man sie schmilzt
und auf gekühlte rotierende Unterlagen. wie Teller. Walzen und Bänder, auftropft.
Als Tropfvorrichtung wurden bisher heizbare Wannen benutzt. die an der Unterseite
entweder Bohrungen besitzen oder Düsen mit einzelnen einstellbaren Ventilnadeln
oder einfache Röhrchen, die ebenfalls einzeln der Höhe nach verstellbar sind. Bei
diesen Tropfeinrichtungen spielt der Flüssigkeitsstand in der heizbaren vanne eine
wesentliche Rolle, und bei gegebenem Stand wird in den beiden letzten Fällen die
Tropfgeschwindigkeit durch Verstellen der Ventilspindeln hzw. Röhrchen eingestellt.
Die maximale Tropfgeschwindigkeit gibt zusammen mit der Geschwindigkeit der rotierenden
Unterlage die maximale Arbeitsleistung der Pastilliermaschine. wobei sich aus der
Zähigkeit und Oberflächenspallliullg des hetreffenden Stoffes bei der entsprechenden
Arbeitstemperatur die Dimensionen der Düsen bzw. Röhrchen ergeben. Bei allen Vorrichtungen
darf der Produktfluß in der Zeiteinheit durch die Düsen. Röhrchen oder Bohrungen
einen bestimmten Wert nicht überschreiten, da sonst l ; ein einzelner Tropfen. sondern
ein n Flüssigkeitsstrahl entsteht. Es ist aber nachteilig, daß jede Düse bzw. jedes
Röhrchen einzeln mit der Hand eingestellt werden muß. Außerdem hat es sich beim
Arbeiten mi. t diesen Vorrichtungen gezeigt, daß öfters Verstopfunen auftreten,
die eine Reinigung notwendig machen.
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Zudem müssen die Düsen öfters nachgestellt werden.
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Die Leistung einer derartigen Pastilliermaschine ist deshalb technisch
unbefriedigend.
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Mit einer Vorrichtung nach der Erfindung werden diese Nachteile vermieden.
Die Schmelze eines bei Raumtemperatur festen Staffes, der in Perlen überführt werden
soll, tritt dabei ebenfalls aus mindestens einer am Boden des Schmelzbehälters befindlichen
Dfise aus und erstarrt in Form von Perlen auf einer gekühltenUnterlage. Das Neue
ist nur darin zu sehen, daß in der Bohrung der Düse ein mechanisch elektrisch oder
pneumatisch angetriebener hin- und hergehender Stab angeordnet ist. Bei der Abwärts-I)
ewegung des Stabes wird die Fließgeschwindigkeit der Schmelze durch die Düse erhöht
und man erreicht dabei, daß von dem Stab Tropfen in beeinflußbarer Folge auf die
gekühlte Unterlage fallen, wo si, e zum Erstarren gebracht werden. Die Folge der
Tropfen läßt sich dabei durch Andern der Hubfreyuenz des Stabes in der Düse in weiten
Grenzen variieren. In der Regel wird man Vorrichtungen benützen, die mehrere derartige
Düsen mit periodisch dariii hin-und hergehenden Stäben besitzen. Die Mengenleistung
einer
derartigen Vorrichtung ist am grökten, wenn der hui-und herbewegte Stab unter Beibehaltung
des Abstandes der Düsenmündung von der gekühlten Unterlage dieser so weit genähert
wird, daß der am Stab hängende Tropfen die gekühlte Unterlage berührt.
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Die Dimensionen der Düse und des Stabes werden zweckmäBig derartig
gewählt, daß der unbewegte Stab keine abdichtende Wirkung besitzt. Dadurch tritt
bei rundem Stab ein kontinuierlicher Strahl der Schmelze aus der Düse. Erst die
Reibungskräfte und Beharrungskräfte, die durch die Aufwärtsbewegung des Stabes auftreten,
führen zur Tropfenbildung durch Unterbrechung des Strahls. Die Gestalt des Stabes
kann beliebig sein ; sie richtet sich im allgemeinen nach den Eigenschaften der
Schmelze, der Arbeitstemperatur und der gewünschten Tropfengröße. Gute Ergebnisse
erhält man mit Stälen, die einen kreisförmigen Querschnitt haben. Die Stase können
auch an einzelnen Stellenverstärktoderverjüngt sein. So kann man beispielsweise
Stäbe verwenden, deren unterer Teil kugel-oder tellerförmig ist.
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Diese Verstärkungen sind so angebracht, daß sie bei der Lage des Stabes
im oberen Totpunkt im Düsenmund liegen. Durch entsprechende Dimensionierung von
Düsenweite und Stabdurchmesser kann auch die Tropfen- bzw. Perlgröße stark verändert
werden ; vor all, em aber durch Anderung der Stabfrequenz. Die Tropfgeschwindigkeit
selbst kann bei gegebenen Dimensionen von Düse und Stab durch die Frequenz der Stabbewegung
sowie in geringem Umfang durch die Hubhöhe verändert werden. Bei konstanten Dimensionen
von Düse und Stab erhält man bei hoher Stabfrequenz kleine Perlen und bei kleiner
Frequenz große Perlen. Ein wesentlicher Vorteil dieser Erfindung besteht
darin,
daß man die Düsenspindeln bzw. Rohrchen nicht mehr einzeln einstellen muß, sondern
daß die Stäbe an einer gemeinsamen Aufhängevorrichtung befestigt und gleichzeitig
auf und ab bewegt werden können. Dadurch wird auch eine Verstopfung der Düsen unterl)
unden. Die Standhöhe in der tanne ist hier im Gegensatz zu den bisher verwendeten
Düsen von geringerer Bedeutung.
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Hierdurch wird die Leistung der Machine um den fünf-bis zehnfachen
Betrag gesteigert und gleichzeitig eine wesentlich dichtere Flächenbelegung der
gekühlten rotierenden Unterlage erzielt. Die Auf-und Abwärtsbewegung der Stäbe kann
in an sich bekannter Weise einzeln oder gemeinsam durch Exzenterscheiben, Nockenwellen,
durch ein periodisches Magnetfeld oder pneumatisch bewerkstelligt werden. wobei
die Abwärtsbewegung durch eine Federkraft beschleunigt werden kann.
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BeimperiodischenMagnetfeldkönnen die einzelnen Stäbe an der oberen
Seite an einem gemeinsamen Weicheisenkern befestigt werden, der durch das Magnetfeld
periodisch gehoben und durch die eigene Schwere oder mit Federkraft abwärts bewegt
wird.
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Die Stäbe können auch einzeln mit einem Weicheisenzylinder bzw.-teller
versehen sein und mit der Frequenz des Magnetfeldes sich auf und ab bewegen. Zur
Einstellung des periodischen Magnetfeldes wird unterbrochener Gleichstrom benutzt.
Wenn man als Kühlvorrichtung einen rotierenden Teller benutzt, ist es zweckmäl3ig,
die Hubfrequenzen der Stäbe von außen nach innen schrittweise kleiner zu halten,
um eine gleichmäBige Flächenbelegung zu erzielen, während man bei Kühlbändern und
Kiihlwalzen nur eine Hubfrequenz benötigt.
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Beispiel 1 Bei der Uberführung einer Polyäthylenschmelze in Perlen
wird die Leistung einer Düse mit einer einstellbaren Ventilnadel, wie sie in Abb.
1 dargestellt ist, unter gleichen Bedingungen mit der einer Düse. in der sich periodisch
ein Stab auf und ab bewegt (s. Abb. 2). verglichen. In beiden Fällen beträgt die
Flüssigkeitsstandhöhe 60 mm und die Viskosität des geschmolzenenProduktes bei einer
Tropftemperatur von 230° C 70 cSt.
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Der Durchmesser der Düse G nach Abb. 1 beträgt 5, 5 mm, die Ventilnadel
F verjüngt sich von 5, 5 auf 1, 5 mm Durchmesser. Der Perlenabstand auf dem Kühlteller
beträgt 1, 2 cm, der Perlendurchmesser 5, 5 mm und das durchschnittlichePerlengewicht
0, 048 g. Die Düse ist auf maximale Tropfgeschwindigkeiteingestellt. In der gleichen
Düse G bewegt sich nach Abb. 2 ein Stab F von 2, 0 mm Durchmesser. Der Perlabstand
beträgt 1, 5 mm und der Perlendurchmesser 10 mm. Die Hubfrequenz liegt bei etwa
200/min, das durchschnittliche Gewicht einer Perle ist 0, 19 g. In gleichen Zeitabschnitten
werden bei einer Düse nach Abb. 1 400 g und bei einer Düse nach Abb. 2 1900 g Polyäthylen
in Perlform erhalten.
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Die erfindungsgemäße Anordnung ergibt also rund d fünffach höhere
Ausbeute gegenüber der bisher gebräuchlichen Anordnung. Durch Änderung des Verhältnisses
Düsenbohrung zu Stabdurchmesser, Erhöhung der Hubfrequenz und der Geschwindigkeit
der rotierenden Unterlage lassen sich diese Ausheute noch steigern.
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Beispiel 2 Die Überführung einer Schmelze von Maleinsäureanhydrid
in Perlform wird bei 58° C vorgenommen, wobei diese Schmelze eine Viskosität von
1, 27 cSt aufweist. Der Stabdurchmesser ist mit 4. 0 mm nur wenig kleiner als der
Düsendurchmesser mit 4, 3 mm, und der Ringspalt weist 0, 15 mm auf. Die Hubhöhe
beträgt 12 mm, und der kleinste Abstand des Stabes von der gekühlten Unterlage ist
1, 5 mm. Die gebräuchlichen Frequenzen liegen zwischen 150 und 300 Hub/min und sind
von der gewünschten Trqpfen-bzw. Perlgröße abhängig. Die stündliche Leistung einer
derartigen Düse liegt unter den angeführten Bedingungen bei 1400 g. Eine vollständige
Vorrichtung zur Herstellung von Perlen aus Polväthylen ist beispielsweise in Abb.
3 dargestellt. In einem Vorratsgefäß L, das durch Stäbe H geheizt wird, hel5nden
sich die Düsensitze G mit Bohrungen und die auf- und abwärts bewegharen Stäbe F,
an deren oberen Enden die Weicheisenkerne E angeordnet sind. Über die heizbare Leitung
B wird das Vorratsgefäß mit dem geschmolzenenStoßgefüllt, und die Standhöhe kann
mittels der Stange des Schwimmers A abgelesen werden. Die Auf-und Abwärtsbewegung
der Stäbe F wird mittels eines Elektromagneten D, bestehend aus einem Weicheisenkern
mit Wicklung, erreicht, indem mit periodischem Gleichstrom die zylindrischen Weicheisenkörper
E von diesem nach seiner Magnetisierung nach oben und nach Erlöschen derselben durch
Federkraft nach unten bewegt werden. Die Hubhöhe ist durch eine Vorrichtung C zum
Verstellen der Höhe des Magnets einstellbar. Durch die Aufwärtsbewegung der Stäbe
F wird der ProduktMuß der Schmelze in den Düsen gehemmt und bei der anschließenden
Abwärtsbewegung derart heschleunigt, daß am unteren Ende der Stäbe F die Schmelze
auf das mit dem Kühlwasser K gekühlte Kühlband J periodisch abgesetzt wird. Nach
dem Erstarren erhält man das Produkt in Perlenform.