DE3018675A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines rohrfoermigen behaelters - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zum herstellen eines rohrfoermigen behaeltersInfo
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Description
Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen eines rohrförmigen Behälters"
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen,
Verschließen und Füllen von mit Kammern versehenen Behältern für reaktive Materialien und insbesondere ein verbessertes
Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum Durchführen des verbesserten Verfahrens zum Herstellen, Verschließen und Füllen von
mit Kammern versehenen Behältern für Harzmaterialien und reaktive Substanzen zum Härten und Aushärten derartiger Harzmaterialien zum
Einsatz für Bergwerksverankerungsbolzen.
In Bergwerken ist es üblich, Löcher z.B. an der Decke einer Grube bzw. eines Schachtes zu bohren, Harz und Härter in die Löcher und
danach einen Bolzen in das Harz und den Härter in den Löchern einzuführen. Das Harz reagiert mit dem Härter rund um den Bolzen im
Loch und zementiert bzw. befestigt den Bolzen im Loch. Harz und Härter füllen nicht nur den Raum zwischen Bolzen und Lochwandung,
sondern können auch in Risse, Spalten und Unebenheiten der Wandung fließen; beim Härten befestigen und verankern sie den Bolzen in
demdas Loch umgebendeEMaterial und versteifen das Material. Die
Harze und Härter werden so gewählt, daß sie nach dem Mischen unmittelbar reagieren und daß das Harz rasch bindet und aushärtet.
Wenn z.B. ein Bolzen eingesetzt und gedreht wird, treten das Abbinden und Aushärten des Harzes mit einer Umdrehung oder mit ein-
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einhalb Umdrehungen des Bolzens ein. Zweckmäßigerweise werden Harz
und Härter in mit Kammern versehenen Behältern verpackt, wobei Harz und Härter getrennt gehalten werden, bis man das Harz vermischen,
abbinden und aushärten möchte.
Man kann viele verschiedene Harzsysteme für derartige mit Kammern versehene Behälter verwenden, wozu z.B. Epoxide, Polyuretane und
Polyester gehören. Typische Beispiele für brauchbare Harze sind die sogenannten ungesättigten Polyesterharze, die durch Verestern
eine Mischung von Bestandteilen unter Einschluß eines mehrwertigen Alkohols und einer ungesättigten Polycarbonsäure hergestellt werden,
wobei man derartige Materialien gegebenenfalls mit vernetzenden Monomeren, wie Vinylmonomeren, z.B. Styrol oder Vinyltoluol, zusammen
mit verschiedenen Füllmitteln, Flußmodifiziermitteln, thixotropen Mitteln, Flammhemmaterialien, Weichmachern und Initiatoren
oder Härtungsmitteln kombiniert, typischerweise bekannten Peroxiden. Derartige Materialien sind in der Literatur beschrieben,
z.B. in den US-PSen 3 302 410, 3 324 662 und 3 324 663 und in Polyesters and Their Applications von Bjorksten Research Laboratories,
Inc., Reinhold Publishing Corporation, New York, 1956, und Unsaturated Polyesters von Herman V. Boeing, Elsevier Publishing
Company, Amsterdam, London & New York, 1964; der Offenbarungsgehalt dieser Druckschriften wird hier miteinbezogen. Ein typisches
Harz, das erfindungsgemäß brauchbar ist, besteht aus einer Mischung aus Fumarsäure und Phthalsäureanhydrid (65-35 bzw. 65:35 auf Gewichtsbasis)
, die mit Propylenglycol verestert und zu einem Polyester (70 Gew.-%) mit einer Mischung aus Styrol und Vinyltoluol
(50-50 bzw. 50:50 auf Gewichtsbasis) verschnitten ist. Zu dieser Grundharzmischung gibt man einen Härtungsbeschleuniger und Füllmittel
wie Kalk, Dolomit oder andere mineralische Füllmittel bis zu etwa 73 Gew.-%. Diese Parameter kann man variieren, um den jeweiligen
Bedingungen zu entsprechen. Typischerweise umfaßt das Härtungsmittel Benzoylperoxid in einer zum Härten geeigneten Menge; es wird getrennt
von der Grundmischung gelagert, bis man Umsetzen, Abbinden und Aushärten möchte.
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Das Einführen des Harzes und Kärtungsmittels bzw. Härters in ein Bohrloch eines Stollens insbesondere in der Decke eines Stollens,
das nachfolgende Einführen eines Bolzens in das Loch und das Mischen und Vermischen des Harzes und Härtungsmittels rund um den
Bolzen zum Umsetzen, Abbinden und Aushärten des Materials ist problematisch. Harz und Härtungsmittel bzw. Härter müssen natürlich
getrennt voneinander gehalten werden, bis man den Bolzen eingesetzt hat und das Harz abbinden und aushärten soll. Wenn das
Harz und das Härtungsmittel bzw. der Härter zusammengebracht werden sollen, ist die Verteilung des Härtungsmittels bzw.Härters im Harz
wichtig, wobei die beiden Komponenten homogen gemischt und die Umsetzung und das Abbinden und Aushärten des Harzes glatt und gleichmäßig
ablaufen sollen.
Man hat festgestellt, daß eine Verpackung, die besonders zum Verpacken
von Harz und Härtungsmittel bzw. Härter zum Einsetzen der "beiden
Komponenten in das Bohrlocheines Schachtes bzw. einer Schachtdecke
mit einem Bolzen geeignet ist, dadurch gebildet wird, daß man ein thermoplastisches Flachmaterial bzw. eine thermoplastische Folie
zu einem Rohr faltet und rollt, das ein kleineres Innenrohr aufweist. Das Außenrohr und das kleinere Innenrohr werden gleichzeitig
gebildet, wobei das größere Außenrohr mit dem Harz und das kleinere Innenrohr mit dem Härtungsmittel bzw. Härter gefüllt werden; die
Rohre werden abgeschnitten und mit einer Würstchen entsprechenden Länge abgeschnitten und z.B. mit Draht verschlossen.
Eine Vorrichtung, die zum Herstellen und Füllen von würstchenartigen
Mehrkammerbehältern für Harz und Härtungsmittel bzw. Härter geeignet ist und an die Verwendung von Bergwerksbolzen angepaßt ist,
ist in der US-PS 4 009 778 vom 1. März 1977 beschrieben. Gemäß
der Vorrichtung und dem Verfahren dieser US-PS wird ein Filmflachmaterial bzw. Film aus einem geeigneten Verpackungsmaterial in
Längsrichtung und längs einer Kante gefaltet, einem Formgebungskopf zugeführt und hindurchgeführt, wobei der Film mit der gefalteten
Kante zu einem Rohr mit einem zweiten kleineren Innenrohr an
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der gefalteten Kante gerollt wird. Die Rohre werden danach an Dornen
entlanggeführt, die das Innenrohr und das Außenrohr formen. Die Kanten bzw. Ränder des Films überlappen sich leicht und werden
durch Wärmeeinwirkung längs der sich überlappenden Ränder verschlossen. Die Rohre werden danach mit Hilfe der Dorne gefüllt.
Die gefüllten Rohre werden zu würstchenartigen Einheiten mit Drahtschlingen bzw. -schleifen zerteilt, die um die Rohre in vorgegebenen
Abständen gelegt bzw. gezogen sind, um die würstchenartigen Einheiten zusammenzuziehen und zu verschließen. Es werden eng benachbarte
Drahtschleifen vorgesehen, um eine Einheit abzuschließen und die nächste folgen zu lassen; die Rohre werden zwischen derart
eng benachbarten Schleifen getrennt.
Eine der Schwierigkeiten der Vorrichtung und des Verfahrens der US-PS 4 009 778 besteht in der Regelung der Wärmeverschließeinrichtung
und in dem mit ihr erzielten Verschluß. Einige Materialien, wie Polyesterfilme, z.B. Mylar, sind für ein derartiges Verschließen
in der Wärme mit einer derartigen Vorrichtung und mit einem derartigen Verfahren nicht besonders geeigent. Andere
Materialien,wie Polyäthylen, die zwar zum Warmverschließen geeignet
sind, sind temperaturempfindlich und gestalten die Ausbildung eines gleichmäßigen Verschlusses längs des Behälters schwierig.
Wenn der Verschluß selbst oder das Material in Nachbarschaft zum
Verschluß schwach oder durch das Verschließen geschwächt ist, können unerwünschte Leckagen beim Lagern und vor dem Einsatz auftreten.
Selbst ohne derartige Leckagen kann beim Ausüben von Druck auf den Behälter beim Einführen einer Einheit in ein Bohrloch
oder beim Einführen des Bolzens und vor dem Drehen des Bolzens zum Arretieren bzw. Abbinden ein Bruch oder eine Leckage eines derartigen
Behälters an der Schwachstelle oder geschwächten Stelle auftreten, so daß ein gleichmäßiges und homogenes Mischen des
Harzes und des Härters bzw. Härtungsmittels oder ein gleichmäßiges Abbinden und Aushärten des Harzes nicht möglich sind. Das ist
natürlich unerwünscht.
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Erfindungsgemäß werden die Schwierigkeiten bei der Ausbildung
eines starken und gleichmäßigen Verschlusses längs des Behälters dadurch vermieden, daß man den Behälter mit Ultraschall verschließt.
Die sich überlappenden Ränder des Films werden bei der Herstellung des zweikammerigen Behälters zwischen ein durch Ultraschall
erregtes Horn und einen Dorn geführt. Die sich überlappenden Filmränder werden zwischen dem Dorn und dem durch Ultraschall erregten
Horn sofort auf eine hohe Temperatur durch die lokalisierte Energie des erregten Horns gebracht. Die Temperatur des Filmmaterials
zwischen dem Horn und dem Dorn bzw. Amboß wird auf diese Weise und fast plötzlich erhöht, ohne daß das benachbarte Filmmaterial erweicht oder beeinträchtigt wird.Es wird ein zusammenhängender
und gleichmäßiger Verschluß längs des Behälters in dem Maße ausgebildet, wie das Behältermaterial zwischen dem Horn und
dem Amboß gefördert wird.
Das Verfahren und die Vorrichtung gemäß der Erfindung werden nachstehend
anhand von Zeichnungen einer bevorzugten Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung
Figur 2 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Teils der Vorrichtung gemäß Figur 1;
Figur 3 eine vergrößerte Querschnittsansicht von Dorn, Amboß und
Dimensionierungsdüse (sizing bullet) bei der Ausführung der Erfindung;
Figur 4 eine vergrößerte Ansicht mit zum Teil weggebrochenen Teilen
längs 4-4 in Figur 1;
Figur 5 eine vergrößerte Ansicht entsprechend Figur 4, die jedoch eine Abwandlung der Vorrichtung und des mit ihr hergestellten Behälters
zeigt; und
Figur 6 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Behälters, der mit der Methode und der Vorrichtung gemäß Figur 1 und Figur 4 hergestellt
wird.
Gemäß den Figuren ist eine Rolle 2 eines Filmmaterials 4, aus z.B.
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Polyäthylen, Vinylpolymeren, polymeren linearen Terephthalatestern,
wie Polyalkylenterephthalat oder Mylar/ oder einem entsprechenden
thermoplastischen Filmmaterial, das mit dem Harz und dem zuzusetzenden Härtungsmittel bzw. Härter verträglich ist, auf einer Welle 6
befestigt und dreht sich damit. Das Filmmaterial 4 wird von der Rolle 2 abgezogen und über parallel angeordnete Walzen 8, 10, 12
und 14 geführt. Vorzugsweise sind die Walzen 10 und 12 leicht spindelförmig ausgebildet, um das Filmmaterial 4 auszurichten,
wenn es über die Walzen gezogen wird. Ein Formgebungskopf (allgemein mit 16 bezeichnet), der nach außen weisende und innen gekrümmte
Schultern 18, 20 und eine sich nach unten erstreckende kreisförmige öffnung 22 aufweist, ist in senkrechter unveränderlicher
Stellung befestigt und auf die Zufuhrmitte der Walzen 8, 10, 12, 14 ausgerichtet. Ein großer Harzzufuhrdorn 24 und ein kleinerer
Härtungsmittelzufuhrdorn 26 erstrecken sich durch die öffnung 22
und die Hülse 28 des Formgebungskopfes 16.
Eine Eülsen-Dimensionierungsmanschette bzw. -düse (allgemein mit 30 bezeichnet) mit einem außen abgeschrägten oberen Abschnitt
32, einem zylindrischen Körper 34, einem Längsschlitz 36 und einer Amboßausnehmung 38 ist fest auf dem Dorn 24, z.B. durch den Druck
in der Einheit und einen Vorsprung oder Anschlag in der Oberfläche des Dorns 24 befestigt. Die Manschette 30 besteht vorzugsweise aus
einem elastischen, reibungsfreien, abriebbeständigen Material, z.B. einem Tetrafluoräthylenpolymeren, wie Teflon von E.I. du Pont de
Nemours & Co, oder ist damit überzogen. Der Amboß 40 aus einem Carbid oder einem anderen harten, abriebbeständigen Material ist am
Dorn 26 in der Ausnehmung 38 der Manschette 30 befestigt, wobei die gekrümmte Außenfläche mit der Außenfläche des Körpers 34 der Manschette
3 0 fluchtet.
Eine Ultraschalleinheit (allgemein mit 50 bezeichnet) ist in fester
Stellung bei 52 befestigt und weist einen durch Ultraschall erregten Stift 54 (Figuren 2 und 4) im rechten Winkel und in Ausrichtung mit
dem Amboß 40 auf. Der Stift 54 wird durch die Wicklung 56 eines
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Ultraschallgenerators erregt. Es wurde festgestellt/ daß eine 20 000-Hz-Ultraschalleinheit mit einem Generator (600 W R.F.)
von Ultrasonic Seal Co., Broomall, Pa.; Vibra Seal CS-600 Sealing Head) als Ultraschalleinheit besonders geeignet ist. Aus
Gründen, die nachstehend klarer werden, kann die Ultraschalleinheit 50 im Abstand voneinander angeordnete parallele Stifte 54a,
5 4b aufweisen (Figur 5).
Wie am besten aus den Figuren 4 und 5 hervorgeht, sind gewölbte Schuhe 60, 62 bei 64 bzw. 66 auf dem Dorn 24 befestigt. Preßköpfe
bzw. Preßwalzen 70, 72 sind auf gegenüberliegenden Seiten des Dorns 24 angeordnet und werden in Richtung der Pfeile gemäß Figur
1 angetrieben und greifen am Filmmaterial 4 mit den Schuhen 60, gemäß der folgenden Erläuterung an und fördern das Filmmaterial 4
von der Rolle 2 durch die Vorrichtung. Der Harzzufuhrdorn 2 4 ist
an seinem unteren Ende 80 unterhalb der Preßwalzen 70, 72 offen. Der Härtungsmittelzufuhrdorn 26 ist an seinem unteren Ende 82
etwas oberhalb des unteren offenen Endes 80 des Dorns 24 offen.
Beim Betrieb der Vorrichtung und bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird Filmmaterial 4, z.B. Polyesterfilm,
wie Mylar-Film von der Rolle 2 über die Walze 8, die spindelförmigen
Walzen 10, 12 und die Walze 14 in dem Formgebungskopf 16 eingeführt.
Wenn der Film 4 von der Walze 8 zu den Scheitelvjalzen
10, 12 und der Walze 14 gefördert wird, wird der Rand 4a nach unten umgeschlagen, wie noch näher erläutert wird.
Wenn der Film in den Kopf 16 eintritt, formen die Schultern 18,
den gefalteten Bereich 4a des Films 4 zu einem Rohr rund, um den
Zufuhrdorn 26 (Figuren 4 und 5) und den Hauptbereich des Films 4 zu einem Rohr rund um den Dorn 24, wobei sich die Ränder des Films
4 überlappen. Der Film, der zu Rohren geformt wurde, wird nach unten abgezogen und umgibt die Manschette 30; er wird dadurch
weiter geformt und dimensioniert, wobei die sich überlappenden Ränder des Films 4 über den Amboß 40 und zwischen den Amboß 40 und
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-11 den Stift 54 gezogen werden.
Der Abzug des Films 4 von der Rolle 2 über die Walze 8, die Walzen
10, 12 und 14 in den Kopf 16, das Falten des Filmrandes 4a, das
Verformen des Films zu Rohren und das Einführen der sich überlappenden Ränder des Films 4 zwischen den Amboß 40 und den Stift 54 erfolgt
mit Hilfe der Preßrollen 70, 72 und des daran angreifenden Filmmaterials und durch das Zusammenwirken mit den entsprechenden
Schuhen 60, 62.
Wenn die sich überlappenden Ränder des Films 4 zwischen dem Amboß 40 und dem Stift 54 nach unten gezogen werden, wird die Ultraschalleinheit
50 erregt. Der Stift 54 besteht wie der Amboß 40 aus einem Carbidmaterial; er wird mit einer hohen Frequenz von z.B. 20 000
Hz in Schwingungen versetzt und erregt das Material zwischen dem Ende des Stifts 54 und dem Amboß 40, bewirkt eine drastische
Temperaturerhöhung im dem Bereich des Materials, der von dem Stift und dem Amboß erfaßt wird und bewirkt ein Verschmelzen der überlappenden
Enden bei einem derartigen Eingriff. Dieses Verschmelzen wird ohne wesentliche Temperaturerhöhung des Filmmaterials auf der
Seite erreicht, die dem Bereich gegenüberliegt, der mit dem Stift und dem Amboß in Eingriff steht, wo die Verschmelzung stattfindet.
Insbesondere bei Polyesterfilmen, bei denen die Temperaturen, bei denen die Filme verschmelzen und bei denen die Filme schmelzen,
nahezu die selben sind, ist die Möglichkeit, das Verschmelzen bzw. die Verschmelzungstemperatur zu lokalisieren und zu regeln von
wesentlicher Bedeutung. Erfindungsgemäß wird ein fester und gleichmäßiger Verschluß längs der Rohre erhalten, was wichtig ist, wenn
die beiden Rohre aufgebrochen und Harz und Härtungsmittel bzw. Härter gemischt werden sollen. Gleichzeitig wird eine Schwächung
des Films längs des Verschlusses und in Nachbarschaft dazu vermieden,
das zu einer Leckage und zu einem vorzeitigen Aufbrechen der Rohre führen könnte.
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Nach dem Verschmelzen der sich überlappenden Enden der Rohre wird
Härtungsmittel bzw. Härter A (Figur 6) durch den Dorn 26 in das kleinere Rohr eingeführt, das durch den gefalteten Rand 4a gebildet
wird, und Harz B (Figur 6) wird in das größere Rohr über den Dorn 24 eingeführt.
Die Ränder des Films 4 können erfindungsgemäß zu einer einzigen
Schmelznaht längs des Rohres z.B. mit einem einzigen Stift 54 gemäß Figur 4 oder zu parallelen Schmelznäliten. z.B. mit parallelen Stiften
54a, 54b gemäß Figur 5 überlappt und verschmolzen werden. In jedem Fall wird das Verschmelzen und Verschließen der Rohre ohne nennenswerte
Beeinträchtigung oder Zerstörung benachbarter Filmbereiche erzielt.
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L e e r s e i t
Claims (10)
1.; Verfahren zum Herstellen eines rohrförmigen Behälters mit einem
kleineren rohrförmigen in Längsrichtung angeordneten Innenbehälter, aus Filmmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß man
(a) das Filmmaterial in Längsrichtung zuführt,
(b) während der Zufuhr des Filmmaterials in Längsrichtung den Rand des Filmmaterials auf den Film umschlägt und einen Bereich
mit zwei Lagen bildet, wobei eine Kante des Doppelagenbereichs durch die Falte gebildet wird und der andere Rand
offen ist,
(c) den Film zu einem Rohr formt,indan man den ungefalteten Filmrand auf die offene Kante der Doppellagenfalte legt, so daß
sich der Doppellagenbereich im gebildeten Rohr befindet,
(d) die sich überlappenden Ränder zwischen einen Amboß und einen durch Ultraschall erregten Stift führt und die Ränder erwärmt
und verschmilzt und
(e) nach dem Verschmelzen der Ränder das Rohr, das vom Doppellagenbereich
im gebildeten Rohr gebildet wird, mit einem Härtungsmittel und das gebildete Rohr mit einem Harz füllt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man die
sich überlappenden Ränder derart versetzt, daß sich die Kante der
hinaus Doppellagenfalte über die ungefaltete Filmkante/erstreckt, wenn das
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Filmmaterial zu einem Rohr geformt wird, und daß man die sich überlappenden
Ränder zwischen einen Amboß und zwei parallele durch Ultraschall erregte Stifte führt, so daß ein Stift den vorstehenden
Rand der Doppellagenfalte erhitzt und verschmilzt und der andere Stift den ungefalteten Filmrand erhitzt und mit dem Filmmaterial verschmilzt,
das unter dem ungefalteten Filmrand liegt.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als
Filmmaterial Polyäthylenterephthalat verwendet.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man als Filmmaterial Polyäthylenterephthalat verwendet.
5. Vorrichtung zum Herstellen eines rohrförmigen Behälters mit einem in Längsrichtung verlaufenden kleineren rohrförmigen Innenbehälter,
aus Filmmaterial, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Zuführen von Filmmaterial in Längsrichtung von einer Vorratsrolle,
eine Einrichtung zum Falten eines Randbereiches des Filmmaterials auf das Filmmaterial, während der Filmmaterialbereich
in Längsrichtung zugeführt wird unter Bildung eines Doppellagenbereichs längs des Randes, einen Formgeber zum Verformen des Filmmaterials mit dem gefalteten Randbereich zu einem Rohr mit im Rohr
angeordneten gefalteten Bereich, einen Amboß, ein Dimensionierungsmittel rund um den Amboß, einen durch Ultraschall erregten Stift,
der mit dem Amboß zusammenwirkt, eine Einrichtung zum Fortbewegen der sich überlappenden Ränder des zu einem Rohr verformten Filnmaterials
zwischen den Amboß und den durch Ultraschall erregten Stift, und eine Einrichtung zum Erregen des Stiftes durch Ultraschall,
wenn die sich überlappenden Ränder des Filmmaterials zum Erwärmen und Verschmelzen der Filmränder durchgeführt werden.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen düsenförmigen
Körper als Dimensionierungsmittel.
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7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der düsenförmige Körper eine Ausnehmung für den Amboß aufweist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Amboß und der Stift aus einem Carbid bestehen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch 2 parallel angeordnete
durch Ultraschall erregbare Stifte, die mit dem Amboß zusammenwirken
.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der
Amboß und die Stifte aus einem Carbid bestehen.
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