CH652644A5

CH652644A5 - Heisssiegelmaschine.

Info

Publication number: CH652644A5
Application number: CH1884/81A
Authority: CH
Inventors: Christopher P Thissen; Jerry Jay Ferwerda; Milford James Tweet; Ronald Dean Hatfield
Original assignee: Walker Process Corp
Priority date: 1980-07-14
Filing date: 1981-03-19
Publication date: 1985-11-29
Also published as: LU83240A1; ES8205632A1; FR2486447A1; GB2081207A; BE888010A; IT8167375A0; DE3109982A1; FR2486447B1; SE8101657L; JPS635254B2; US4319949A; ES500681A0; JPS5747616A; GB2081207B; CA1165218A; PT72699B; DE3153191C2; IT1148032B; DE3109982C2; PT72699A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Heissiegelmaschine zur Herstellung einer Trommel aus spiralförmig aufgewik-kelten Ein- oder Mehrfachlagen aus thermoplastischen, bahnförmigen Polymermaterial, welche Lagen durch Heiss-siegelung miteinander verbunden sind.

Es sind verschiedene Arten von rotierenden, biologischen Abwasserreinigern (waste water contactors) bekannt geworden, um Organismen der Luft auszusetzen, damit ihr Wachstum verstärkt und dadurch die Digestion von organischen Abfallmaterialien im Wasser gesteigert wird. Derartige Reiniger sind in den US-PSen 3 827 559; 3 894 953; 3 904 525;

3 997 443; 4 083 746 und 4 115 268 beschrieben.

Zur Herstellung der Rotoren von solchen Abwasserreinigern werden im allgemeinen Scheiben auf einer Welle nebeneinandergesetzt oder es wird ein Streifen oder eine Bahn spiralförmig um eine Welle herumgewickelt (US-PS

4 115 268). Verschiedene Arten von Abstandshaltern werden benutzt, um die Scheiben bzw. die Spirallagen in gegenseitigem Abstand zu halten und um den Berührungsbereich zu vergrössern. Als Abstandshalter können separate Elemente dienen oder sie können in die Scheiben bzw. das spiralförmig aufgewickelte Band oder die Bahn integriert eingeformt sein.

Die Umgebung, in der die Rotoren arbeiten, ist hochkorrosiv. Aus diesem Grunde sowie wegen der erheblichen Grösse der Rotoren und ihrer grossen für Abwasserbehandlungsanlagen benötigten Anzahl ist es wichtig, dass sie aus einem unempfindlichen, zähen und preiswerten Material bestehen, das sich leicht formen und in die Rotoren einbauen lässt. Handelsübliche Polymermaterialien, z.B. Polyäthylen, Polypropylen und Polystyrol können für diesen Zweck verwendet werden.

US-PS 4115 268 und 4 083 746 (Thissen) offenbaren die Vakuum-Wärmeeinformung von dreidimensionalen, geometrischen Gestaltungen in thermoplastische, bahnförmige Polymermaterialien zur Ausbildung integrierter Abstandshalter in der Bahn und die anschliessende Herstellung von Scheibenrotoren und Spiralrotoren aus diesen Bahnen. Das Patent 4115 268 beschreibt in Spalte 4, Zeile 61 bis Spalte 5, Zeile 2, dass das spiralförmig gewickelte Band oder die Bahn durch Verwendung einer Heizstange zusammengeschweisst werden kann, die gleichzeitig die darunter liegende Kunststoffbahnwindung und die Böden der becherförmigen Vertiefungen einer neu aufgewickelten Kunststoffbahnwindung berührt. Auch ist dort angegeben, dass Elektroschweissung angewendet werden kann. Das Patent offenbart jedoch weder, wie die Heisssiegelung oder Schweissung in kontinuierlichem Verfahren durchgeführt werden kann, noch wie die Wärme gleichmässig auf einem ausgedehnten Bereich der durch Heissiegelung oder Schweissung miteinander zu verbindenden Kunstoffbahn-Oberflächen zur Einwirkung gebracht werden kann.

Die letztgenannten Probleme werden bei der erfindungs-gemässen Heissiegelmaschine gemäss den kennzeichnenden Merkmalen aus dem Patentanspruch 1 gelöst. Ausführungsformen davon gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigt:

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Fig. 1 eine Seitenansicht einer Heisssiegelmaschine, Fig. 2 eine Draufsicht auf die Heisssiegelmaschine längs der Linie 2-2 in Figur 1,

Fig. 3 eine Vorderansicht der Heisssiegelmaschine längs der Linie 3-3 in Figur 1,

Fig. 4 eine Randansicht einer flexiblen Heizvorrichtung für die Heisssiegelmaschine nach Figuren 1-3,

Fig. 5 eine Draufsicht der Heizvorrichtung nach Figur 4 längs der Linie 5-5 in dieser Figur,

Fig. 6 eine Vorderansicht längs der Linie 6-6 gemäss Fig. 1,

Fig. 7 eine Seitenansicht der Heizvorrichtungen und Halterungen gemäss Fig. 1, und

Fig. 8 eine weggebrochene Ansicht von zwei spiralförmig aufgewickelten Lagen aus thermoplastischem Polymermaterial, die durch Heisssiegelung miteinander verbunden sind.

Gemäss Figuren 1 bis 3 trägt der Boden 10 zwei parallele, mit Abstand angeordnete Schienen 12 und 14 aus Stahlwin-keln, auf denen zwei Paar Rollen 16 und 18 laufen. Die Rollen 16 und 18 sind an dem Unterteil eines Rahmengestells 20 angebracht. Das Rahmengestell 20 wird von einem angetriebenen Rad 21 (Figur 3) auf den Schienen 12 und 14 entlangbewegt, wobei die Rollen 16 und 18 diese berühren (Figur 3). Das Rahmengestell 20 weist untere, waagerechte Teile 22 und 24, Beine 26, obere, waagerechte Teile 28 und zwei hohe endseitige Ständer 30 und 32 auf. Mit den oberen Enden der Ständer 30 und 32 ist ein Balken 33 verbunden, auf dem eine waagerechte Platte 34 angeordnet ist. Hub- und Feststellvorrichtungen 35 heben die Rollen 16 und 18 von den Schienen 12 und 14 ab und sichern hierdurch das Rahmengestell 20 in jeder gewünschten Stellung auf den Schienen 12, 14.

Zwei Vorratsrollen 36 und 38 mit vorgeformtem, thermoplastischem, bahnförmigem Polymermaterial 40 und 42 sind auf Achsen 44,46 in Lagerböcken 48, 50 gelagert, die mit der Oberseite der waagerechten Teile 28 verbunden sind.

Jede Vorratsrolle 36 und 38 kann das in der US-PS 4 115 268 (Thissen) offenbarte vorgeformte Bahnmaterial enthalten, das zur Herstellung eines Rotors dient, der mehrere, auf einer Welle nebeneinander angeordnete Trommeln enthält. Ein solches vorgeformtes Bahnmaterial kann durch Vakuum-Thermoverformung unter Verwendung des Systems angefertigt werden, das in der US-Patentanmeldung Ser. No.

168,731 v. 14.07.1980 beschrieben ist, deren Offenbarungsinhalt in diese Anmeldung vollkommen einbezogen ist. Jede der vorgeformten Bahnen 40 und 42 (Fig. 8) weist nebeneinanderliegende, parallele Reihen X von kegelstumpfförmigen, konischen Vertiefungen 52 auf. Die Vertiefungen 52 benachbarter Reihen Y verlaufen schräg zueinander, so dass die zu den Reihen X senkrechten Reihen Y Vertiefungen 52 aus jeder anderen Reihe X enthalten.

Auf dem oberen Teil der Ständer 30 und 32 befindet sich eine Bremswelle 60 mit einer hydraulisch betätigten Scheibenbremse 62, die die zur Drehung der Bremswelle 60 erforderliche Drehkraft verändern kann. Der Bremsdruck wird vor Inbetriebnahme der Anlage auf einen vorbestimmten Druckwert eingestellt. Sobald die Anlage arbeitet, benötigt die Scheibenbrems 62 im allgemeinen keine oder geringfügige weitere Einstellung, obwohl sie ggfs. hydraulisch eingestellt werden kann, um der Vorwärtsbewegung der Bahn 40 den gewünschten Widerstand entgegenzusetzen.

Die Bremswelle 60 ist mit zwei Zahnrädern 64 und 66 (Fig. 6) ausgestattet, die axial verstellbar sind, so dass sie die Bahn 40 zwischen den benachbarten Reihen X der Vertiefungen 52 berühren. Die Zähne der Räder 64 und 66 greifen wirksam an die Bahn 40 an und verhindern ihren Schlupf, der wegen der schlüpfrigen Oberfläche bei manchen Arten von Polymerbahnen mit glattflächigen Rädern auftreten würde.

Die Bremswelle 60 trägt ausserdem vier axial verstellbare Führungsräder 68, die die Bahn 40 zwischen benachbarten Reihen X der Vertiefungen 52 berühren. Die Führungsräder 68 greifen an die Seiten der Vertiefungen 52, jedoch nicht an die Unterseite der Trägerbahn 40 an.

In Lagerböcken auf den Ständern 30 und 32 ist eine frei drehbare Stützwalze 70 gelagert. Die Achse der Stützwalze 70 ist parallel zur Bremswelle 60 so angeordnet, dass der Spalt zwischen der Bremswelle 60 und der Stützwalze 70 einen Durchlauf der Bahn 40 mit in diese eingreifenden Zahnrädern 64 und 66 erlaubt. Die Bremswelle 60 und/oder die Stützwalze 70 können verstellbar angeordnet sein, so dass die Spaltbreite sich zur Anpassung an Bahnen 40 unterschiedlicher Dicke verändern lässt.

Oberhalb der Stützwalze 70 ist eine Bremswelle 80 angeordnet, über der sich eine Stützwalze 90 befindet. Die Bremswelle 80 trägt zwei axial verstellbare Zahnräder 82 und 84, ähnlich den Zahnrädern 64 und 66, sowie vier den Führungsrädern 68 entsprechende Führungsräder 86. Die Bremswelle 80 ist mit einer hydraulisch betätigbaren Bremse 88 ähnlich der Bremse 62 auf der Bremswelle 60 ausgestattet. Der Spalt zwischen der Bremswelle 80 und der Stützwalze 90, die parallele Achsen aufweisen, ist breit genug, um die Bahn 42 durchzulassen und den schlupffreien Zusammengriff der Zahnräder 82 und 84 mit der Bahn zu ermöglichen.

Es ist wichtig, dass die Vertiefungen 52 der Bahn 40 um die halbe Breite von zwei benachbarten Reihen X der Vertiefungen 52 in der Bahn 42 versetzt sind, so dass die Böden der Vertiefungen 52 in der Bahn 42 die glatte Oberfläche der Bahn 40 berühren und mit dieser versiegelt bzw. verschweisst werden. Diese Anordnung ist in Figur 8 gezeigt. Die gewünschten Abstände ergeben sich dadurch, dass die Räder 82, 84 und 86 auf der Bremswelle 80 von der Mittellinie Z (Fig. 6) um ein ganzzahliges Vielfaches der Breite der Vertiefungsreihen X plus eine halbe solche Breite entfernt sind, und dass die Räder 64, 66 und 68 auf der Bremswelle 60 von der Mittellinie Z einen Abstand haben, der einem ganzzahligen Vielfachen der Breite der Vertiefungsreihen X entspricht. Durch die erwähnte Einteilung der Bahnen 40 und 42 lässt sich eine Trommel oder ein Rotor 100 unter Verwendung der Bahnen 40 und 42 identischer Form und gleichen Aufbaus herstellen. Jede zweite Lage des Rotors ist eine Bahn 40 mit einer Lage der Bahn 42 zwischen jeweils zwei aufeinanderfolgenden Bahnen 40, jedoch axial zu dieser versetzt, wie vorstehend erläutert.

Wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, weist ein Tragrahmen 102 an jedem Ende zwei schräge Beine 104 auf, deren untere Enden mit zwei im Abstand befindlichen, waagerechten U-Profilen 106 verbunden sind. U-Profile 108 verlaufen zwischen den gegenüberliegenden Enden der U-Profile 106. Ein U-Profil 108 trägt ein motorgetriebenes Zahnrad 110.

Das obere Ende jedes Schrägbeinpaares 104 ist mit einem Träger 112 verbunden, und auf jedem Träger ist ein Lagerbock 114 befestigt. Jeder Lagerbock nimmt einen Achsstumpf 116 auf, der von dem geschlossenen Ende einer grossen Metallhülse oder eines Rohres 118 nach aussen gerichtet ist, auf die bzw. das die Bahnen 40 und 42 heissgesiegelt aufgewickelt sind. Auf dem Achsstumpf 116 ist über dem kleinen Zahnrad 110 ein grosses Zahnrad 120 angeordnet, und eine endlose Kette 122 ist um die beiden Zahnräder herumgeführt, um Antriebskraft von dem kleinen Zahnrad 110 auf das grosse Zahnrad 120 zu übertragen, damit das Rohr 118 langsam gedreht wird.

Mit jedem Ständer 30 und 32 (Fig. 1-3) ist mittels eines Bolzens 132 ein Arm 130 gelenkig verbunden. Die äusseren Enden der beiden Arme 130 stehen mit den Enden einer Traverse 134 in Verbindung. Zwischen dem Ständer 30 und dem

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Arm 130 verläuft eine Kette 136, die die Abwärtschwenkung der Arme 130 begrenzt.

Von einer Rillenscheibe 140 auf der Traverse 134 erstreckt sich ein Drahtseil 138 zu einer Haspel 142 auf der Stützplatte 34. Das Drahtseil 138 wird auf die Haspel 142 aufgewickelt bzw. von dieser abgewickelt, um die Arme 130 zu heben oder zu senken. Die Haspel 142 wird von einem Motor 144 über ein Untersetzungsgetriebe reversibel angetrieben, so dass die Arme 130 langsam angehoben werden, wenn der Durchmesser des Rotors oder der Trommel 100 zunimmt. Ein nicht gezeichneter Sensor kann unterhalb eines Armes 130 angeordnet sein, um durch ein elektrisches Relaissystem den Motor 144 zu betätigen, wenn der Sensor den Rotor 100 berührt, damit bei zunehmendem Durchmesser des Rotors ein gleichmässiger Abstand zwsichen dem Rotor 100 und den Armen 130 beibehalten wird.

Von der Unterseite des äusseren Endes jedes Armes 130 erstreckt sich eine Platte 150 nach unten, die zwei J-förmige Schlitze 152 und 154 aufweist und zur Aufnahme einer Heizanordnung bestimmt ist. An einem Rohr 158, dessen Enden in den beiden Schlitzen 152 liegen, ist eine erste Heizvorrichtung 156 aufgehängt. Eine entsprechende zweite Heizvorrichtung 160 hängt in ähnlicher Weise in den beiden Schlitzen 154. Die Heizvorrichtung 156 befindet sich nächst der Oberfläche des Rotors 100 unterhalb der auf ihn aufzubringenden Bahn 40, während die Heizvorrichtung 160 zwischen den beiden Bahnen 40 und 42 angeordnet ist, die beim Aufwickeln durch Heissiegelung miteinander und mit dem Rotor 100 verbunden werden.

Gemäss Figuren 4 und 5 weist jede Heizvorrichtung 156 und 160 eine glatte Basisplatte 164 und eine gewellte oder mit Rinnen versehene Hohlräume bildende Abdeckung auf, die an jedem Ende lösbar miteinander verbunden sind. Mit Hilfe von Platten 168 und 170, die durch Bolzen 172 zusammengehalten werden, ist das Rohr 158 an einem Rand der Heizvorrichtung befestigt. In jedem Hohlraum unterhalb der Abdeckung 166 liegt ein langes, dünnes Widerstands-Heiz-element 174. Von jedem Ende jedes Heizelementes 174 geht eine elektrische Leitung aus, die durch ein die Enden des Rohres 158 umgebendes Schutzrohr geführt und an eine Stromquelle angeschlossen ist. Die Aussenflächen jeder Heizvorrichtung 156 und 160 sind mit Polytetrafluoräthylen (Teflon) beschichtet, damit sie nicht an den erwärmten Bahnen 40 und 42 und dem Rotor 100 ankleben.

Die Temperatur der Heizvorrichtungen 156 und 160 ist einstellbar, damit die Wärme ausreicht, um die Bodenflächen der Vertiefungen 52 plastisch oder schmelzweich und klebrig zu machen, damit sie bei Berührung der jeweils untenliegenden Windung bzw. Bahn auf dieser festkleben und mit ihr versiegelt bzw. verschweisst sind, wenn eine Abkühlung auf die Erstarrungstemperatur stattfindet. Durch die 5 Wellung der Abdeckung 166 ergeben sich flexible Heizvorrichtungen 156 und 160. Dadurch kann jede Heizvorrichtung eine Form annehmen, die sich der zylindrischen Oberfläche des Rotors 100 und dem spiralförmig auf diesen aufgewickelten Abschnitt der Bahnen 40 und 50 anpasst, selbst io wenn der Radius des Rotors wächst. Obwohl in der Zeichnung die gewellte Abdeckung 166 nach oben gerichtet oder auf der Oberseite befindlich dargestellt ist, kann es erwünscht oder bevorzugt sein, dass die glatte Platte 164 oben liegt, um eine glatte Fläche zu bilden, auf der die Böden der 15 Vertiefungen 52 gleiten können. Jede Heizvorrichtung 156 und 160 kann umgedreht werden, um die Platte 164 oder die Abdeckung 166 nach oben zu richten. Mittels eines Bolzens 182 ist jeweils ein Arm 180 mit jeder Platte 150 gelenkig verbunden (Fig. 7). Zwischen den äusseren Enden der beiden 20 Arme 180 erstreckt sich ein an ihnen befestigtes Winkelstück 184. Ein Ende eines Drahtseils 186 ist an dem Winkelstück 184 festgemacht, und sein anderes Ende ist auf eine handbetriebene oder von einem Motor angetriebene Winde 188 aufgewickelt.

25 Vier parallele, nebeneinanderliegende, schwere Metallstangen 190 sind durch Kettenglieder flexibel miteinander verbunden (Fig. 7). Kurze Kettenstücke 192 verlaufen von den äusseren Stangen 190 zu jedem Ende der Arme 180. Durch Drehung der Winde 188 zum Aufwickeln des Draht-30 seils 186 werden die Arme 180 angehoben, wodurch allmählich und nacheinander die Stangen 190 aus ihrer Press-Berührungsauflage auf den heissgesiegelten oder miteinander verschweissten Bahnen 40 und 32 hochgehoben werden. Wenn eine Pressung über einen grösseren Bereich erwünscht 35 ist, werden die Arme 180 abgesenkt, um eine grössere Anzahl von Metallstangen 190 mit einem grösseren Bereich der auf den Rotor 100 aufgewickelten Bahnen in Berührung zu bringen.

Obwohl die Zeichnungen die gleichzeitige Spiralaufwick-40 lung von zwei Bahnen 40 und 42 auf einen Rotor zeigen, ist es gemäss der Erfindung möglich, jeweils nur eine einzige Bahn aufzuwickeln, vorausgesetzt, die einzige Bahn enthält keine Oberflächenstruktur, die ein solches Aufwickeln zum Beispiel dadurch verhindern würden, dass Vertiefungen sich 45 während des Aufwickeins unerwünscht ineinander ver-schachteln. Bei Aufwicklung nur einer einzigen Bahn werden nur eine einzige Heizvorrichtung 156, Bremswelle und Stützwalze benötigt.

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4 Blatt Zeichnungen

Claims

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PATENTANSPRÜCHE

1. Heissiegelmaschine zur Herstellung einer Trommel aus spiralförmig aufgewickelten Ein- oder Mehrfachlagen aus thermoplastischem, bahnförmigem Polymermaterial, welche Lagen durch Heissiegelung miteinander verbunden sind, gekennzeichnet durch eine drehbare, waagrechte Welle (118) zur Aufnahme des thermoplastischen, bahnförmigen Polymermaterials (40; 42), das durch Drehung der Welle (118) auf diese aufgewickelt wird, durch eine Heizanordnung (156, 160), die dazu bestimmt ist, Wärme an die Aussenseite der zuletzt auf die Welle (118) aufgewickelten Polymerbahnlage (42) sowie die Innnseite jeder weiteren und die Aussenseite der jeweils vorletzten Polymerbahnlage abzugeben, und eine die Heizanordnung (156, 160) bezüglich der Aussenfläche der Welle (118) derart im Abstand haltende Haltevorrichtung (180, 150), dass sich dieser Abstand beim Wickeln der Trommel entsprechend dem fortschreitenden Lagenaufbau in radialer Richtung vergrössert.
2. Heissiegelmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Teil der Heizanordnung (156, 160) in zylindrische Schalensegmente mit veränderbarem Radius unterteilt ist.
3. Heissiegelmaschine nach Anspruch 1 oder 2 zur Verarbeitung eines Zweilagen-Polymermaterials, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizanordnung eine erste (156) und eine zweite Heizvorrichtung (160) aufweist, dass die beiden Heizvorrichtungen im wesentlichen parallel zueinander liegend angeordnet sind, und dass sich die zweite Heizanordnung (160) radial ausserhalb der ersten befindet und dazu bestimmt ist, die Aussenseite der jeweils vorletzten und die Innenseite der weiteren Polymerbahnlage zu beheizen.
4. Heissiegelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (130, 150) ein druckausübendes Mittel (190,192) trägt, das die jeweils äusserste Polymerbahnlage (42) gegen die jeweils darunterliegende Polymerbahnlage (40) drückt.
5. Heissiegelmaschine nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Antriebsmittel (110) zur Drehung der Welle (118) derart, dass das Polymerbahnmaterial mit einer im wesentlichen konstanten, linearen Geschwindigkeit auf die Trommel (100) aufgewickelt wird.
6. Heissiegelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung einen Rahmen (130, 134) aufweist, der an einem Ende um eine zu der Welle (118) parallele, waagrechte Achse (132) schwenkbar ist und mit dessen anderem Ende die Heizanordnung bzw. die Heizvorrichtung (156; 160) schwenkbar verbunden ist.
7. Heissiegelmaschine nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch Hebemittel (138-144), die den Rahmen (130, 134)

nach oben drehen, wenn der Radius einer auf der Welle (118) gebildeten Trommel (100) zunimmt.
8. Heissiegelmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch ein Antriebsmittel (110) zur Drehung der Welle (118) und durch Bremsmittel (60, 64-70,; 80, 84-90), die durch Erzeugung von Zugspannung im bahnförmigen Polymermaterial (40; 42) betätigt sind, um eine straffe Bewicklung der Trommel (100) auf der Welle (118) zu bewirken.
9. Heissiegelmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsmittel zwei einander gegenüberliegende Walzen (60, 70; 80,90) mit parallelen, waagrechten Achsen aufweist, die entgegengesetzte Seiten des auf die rotierende Welle (118) aufzuwickelnden Polymerbahnenmaterials (40; 42) zu berühren bestimmt ist, wobei die eine Walze als Bremswelle (60, 80) gestaltet ist, die mit Mitteln (64, 66, 68; 82, 84, 86) zur Rotationshemmung beim Durchlauf des bahnförmigen Polymermaterials versehen ist.
10. Heissiegelmaschine nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Rotationshemmung Zahnräder (64, 66, 68; 82, 84. 86) sind, deren Zähne in das Polymerbahnmaterial einzugreifen bestimmt sind.