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Gegenstand der Erfindung
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft das Kühlen beweglicher bzw. verfahrbarer
Formsysteme, und insbesondere Systeme und Verfahren zum Abkühlen beweglicher
Formen, welche bei der Herstellung gewellter Polymerrohre verwendet
werden.
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Hintergrund der Erfindung
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Bei
dem kontinuierlichen extrudierten Blasformverfahren wird typischerweise
ein hohles Rohr aus geschmolzenem Polymer, oder ein „Vorformling” durch
eine kreisförmige
Düse und
in eine bewegliche Form extrudiert. Während der Vorformling in die
bewegliche Form eintritt, wird der Vorformling mit unter Druck gesetzter
Luft oder Gas expandiert, um den Vorformling in die Gestalt bzw.
das Profil der Form zu drängen.
In einigen Fällen
wird auch ein Vakuum an den Hohlraum innerhalb der Form angelegt,
um den Vorformling an die Innenwände
der Form zu ziehen. Während
der geschmolzene Vorformling die hohle Gestalt der Form einnimmt
und sich zusammen mit der Form von dem heißen Extruder weg bewegt, beginnt
sich die Form, das Polymer und jede Luft oder Gas innerhalb der
hohlen Mitte des geformten Polymers abzukühlen.
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Variationen
solcher kontinuierlicher extrudierten Blasformverfahren können verwendet
werden, um gewellte Polymerrohre herzustellen. Zum Beispiel kann
ein gewelltes Polymerabflussrohr aus geschmolzenen Polyethylen und/oder
Polypropylen koextrudiert werden und in ein gewünschtes Profil blasgeformt
werden. Ein Herstellungsverfahren von Polymerrohren umfasst das
Koextrudieren einer glatten Innenschicht und einer gewellten Außenschicht des
Rohres in bewegliche Formen einer Wellenmaschine. Die zwei Schichten
aus Polymer werden im Allgemeinen bei einer Temperatur extrudiert,
welche ausreichend hoch ist, um es ihnen zu ermöglichen, mit dem inneren gewellten
Hohlraum der Form übereinzustimmen
und sich geeignet miteinander zu verbinden, wie gewünscht, abhängig von
der bestimmten Zusammensetzung des Polymers. Insbesondere werden
die extrudierten Schichten des Polymers bei einer Temperatur extrudiert,
welche heiß genug
ist, beide Schichten des Polymers zu schmelzen, so dass sich die
Polymerketten der zwei Schichten miteinander vermischen und anschließend zusammen abkühlen. Dies
führt dazu,
dass die glatte Innen wand und die gewellte Wand integral miteinander
verschmolzen oder zusammen verbunden werden, wenn sie miteinander
in Kontakt stehen.
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Bei
der Herstellung eines gewellten Rohrs mit großem Durchmesser, können die
extrudierten Polymerschichten im Inneren der Form einer Wellenvorrichtung
oder einer Vakuumkammer für
einen Zeitraum (d. h. „Verweildauer”) angeordnet
sein, während
dem ein wesentlicher Teil des Kühlens
bzw. Abkühlens
gewünscht
wird. Insbesondere sollen die Polymerschichten auf eine Temperatur
abgekühlt
werden, bei welcher sie nicht mehr für eine wesentliche Verformung
anfällig
sind, auch wenn die Formen der Wellenvorrichtung geöffnet werden.
Bisherige Versuche, die Formen einer Wellenvorrichtung zu kühlen, waren
kompliziert, unzuverlässig
und haben in einigen Fällen
den Vakuummechanismus gestört,
welcher verwendet wird, um die Polymerschichten in die Formhohlräume blaszuformen.
Des Weiteren waren frühere
Versuche, die Formen zu kühlen,
nicht geeignet, einen ausreichenden Level an Wärmeübertragung effizient bereitzustellen,
um das Formgehäuse, den
Formhohlraum und das Polymer darin auf eine geeignet Temperatur
zu kühlen.
In einigen Fällen
haben diese Einschränkungen
die Geschwindigkeit eingeschränkt,
mit welcher die Produkte hergestellt werden.
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Demzufolge
gibt es einen Bedarf nach Systemen und Verfahren, um bewegliche
Formen abzukühlen,
die bei der Herstellung von gewellten Polymerrohre verwendet werden.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Es
ist ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung, solche Systeme
und Verfahren zum Abkühlen
beweglicher Formen bereitzustellen, welche zur Herstellung gewellter
Polymerrohre verwendet werden.
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Eine
beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung stellt ein Formkühlsystem zur Verfügung, um
ein in einer Form geformtes Polymerprodukt abzukühlen. Das Formkühlsystem
umfasst einen beweglichen Rohrverteiler bzw. Rohrverzweigung mit
einer Kühlfluidzufuhr
und einer Kühlfluidrückführung; und
ein Formgehäuse
mit einer Formoberfläche,
welche einen Hohlraum definiert. Das Formgehäuse weist einen Verbindungsteil
auf, welcher so ausgestaltet ist, dass er die Kühlfluidzufuhr und die Kühlfluidrückführung des
beweglichen Rohrverteilers aufnimmt; und einen Durchgang, welcher sich
durch das Formgehäuse
in der Nähe
der Formoberfläche
erstreckt, wobei der Durchgang die Kühlflu idzufuhr und die Kühlfluidrückführung miteinander verbindet,
wenn der bewegliche Rohrverteiler in dem Verbindungsteil aufgenommen
wird.
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Eine
weitere beispielhafte Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung stellt eine Form zur Verfügung, um einen kontinuierlich
extrudierten Vorformling in ein hohles Kunststoffprodukt zu formen.
Die Form umfasst eine äußere Oberfläche, welche
ein Formgehäuse
definiert, und eine Innenfläche,
welche einen Formhohlraum definiert. Die Form umfasst auch ein Verbindungsteil,
welches geeignet ist, eine Kühlfluidzufuhr
und eine Kühlfluidrückführung eines beweglichen
Rohrverteilers aufzunehmen. Die Form umfasst auch einen Durchgang,
welcher sich durch das Formgehäuse
in der Nähe
der Innenfläche
erstreckt, wobei der Durchgang die Kühlfluidzufuhr und die Kühlfluidrückführung verbindet,
wenn der bewegliche Rohrverteiler in dem Verbindungsteil aufgenommen
wird.
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Noch
eine andere beispielhafte Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung offenbart ein Verfahren zum Kühlen eines
extrudierten, blasgeformten Produktes, bevor das Produkt aus einer Form
freigegeben wird. Das Verfahren umfasst die Schritte: Extrudieren
eines Vorformlings aus einem Düsenkopf;
und Drängen
bzw. Treiben des Vorformlings dazu in der Form zu expandieren, um
ein hohles Produkt zu bilden. Das Verfahren umfasst auch das Einführen einer
Kühlfluidzufuhr
in ein Verbindungsteil der Form; Fließen eines Kühlfluids durch einen Durchgang,
welcher in die Form gegossen ist; und Entfernen des Kühlfluids
aus der Form durch das Verbindungsteil, nachdem das Kühlfluid
die Wärmeenergie
aus der Form absorbiert hat.
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In
diesem Zusammenhang sollte bevor die wenigstens eine Ausführungsform
der Offenbarung im Detail erläutert
wird, klar sein, dass die Erfindung in ihrer Anwendung nicht auf
die Konstruktionsdetails und die Details der Anordnung der Bauteile
beschränkt
ist, die in der folgenden Beschreibung angeführt sind, oder in den Zeichnungen
dargestellt sind. Die Erfindung weist andere Ausführungsformen
als die hier beschriebenen auf, und kann in verschiedenen Weisen
ausgeübt
und durchgeführt
werden. Es sollte des Weiteren deutlich sein, dass die hier verwendete
Ausdrucksweise und Terminologie, wie auch die Zusammenfassung nur
zur Beschreibung dienen und nicht als beschränkend angesehen werden sollen.
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Die
begleitenden Zeichnungen erläutern
bestimmte beispielhafte Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung und dienen zusammen mit der Beschreibung
zur Erläuterung
der Prinzipien der Erfindung.
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Fachleuten
auf dem Gebiet ist klar, dass das Konzept, auf welcher diese Offenbarung
basiert, leicht als eine Basis zum Entwickeln anderer Strukturen,
Verfahren und Systeme zur Durchführung
der verschiedenen Zwecke der vorliegenden Offenbarung eingesetzt
werden kann. Es ist daher wichtig, zur Kenntnis zu nehmen, dass
die Ansprüche
so angesehen werden sollten, dass sie solche äquivalente Konstruktionen umfassen,
solange sie sich nicht von dem Umfang und dem Geist der vorliegenden
Offenbarung entfernen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
einen Querschnitt einer Vorderansicht eines beispielhaften beweglichen
Formsystems, welches mit den Ausführungsformen der vorliegenden
Offenbarung übereinstimmt;
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer der Formhälften des in 1 dargestellten
beweglichen Formsystems, welche mit den Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung übereinstimmt;
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3 zeigt
noch eine andere perspektivische Ansicht der in 2 dargestellten
Formhälfte, welche
mit Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt;
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4 zeigt
einen Teil eines Querschnitts einer Seitenansicht des Wellen- und
Kühlsystems
einer beispielhaften Formhälfte,
welche mit den Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt;
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5 zeigt
einen Teil einer perspektivischen Ansicht eines beispielhaften Kühlsystems,
welches mit den Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt;
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6 zeigt
einen anderen Teil einer perspektivischen Ansicht eines beispielhaften
Kühlsystems,
welches mit den Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung übereinstimmt;
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7 zeigt
einen Teil einer perspektivischen Ansicht eines beispielhaften Kühlsystems
und der beweglichen Formhälfte,
welche mit den Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen;
und
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8 zeigt
einen weiteren Teil einer perspektivischen Ansicht eines beispielhaften
Kühlsystems
und der beweglichen Formhälfte,
welche mit den Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung übereinstimmen.
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Detaillierte Beschreibung
der Zeichnungen
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Nachfolgend
wird im Detail auf die beispielhaften Ausführungsformen der oben beschriebenen und
in den begleitenden Zeichnungen dargestellten Offenbarung Bezug
genommen.
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1 zeigt
eine beispielhafte Ausführungsform
eines beweglichen Formsystems 10. Das bewegliche Formsystem 10 kann
eine Formführungsschiene 12 und
ein Paar Formhälften 19 umfassen. Jede
Formhälte 19 kann
mit einem Formführungsschienenmitläufer bzw.
-stößel 22 und
einer Zahnstange 24 bereitgestellt sein, welche es ermöglichen, dass
jede Formhälfte 19 mittels
eines Antriebszahnrads oder eines anderen Antriebsritzels entlang
der Formführungsschiene 12 angetrieben
wird, während sie
von dem Formführungsschienenmitläufer 22 geführt wird.
In einer Ausführungsform
kann jede Formhälfte 19 einen
Formführungsschienenmitläufer 22 aufweisen,
der an jedem Ende einer Zahnstange 24 angeordnet ist. Daher
können
die Formhälften 19 so ausgebildet
sein, dass sie sich entlang der Formführungsschiene 12 bewegen,
wenn sie durch die Formführungsschienenmitläufer 22 geführt werden.
Zum Beispiel kann sich die Formführungsschiene 12 von einem
Extruder (nicht dargestellt) zu einer distal gelegenen Position
erstrecken, so dass sich die Formhälften 19 von dem Extruder
wegbewegen können.
In einer Ausführungsform
kann eine Vielzahl von Sets von Formhälften 19 nebeneinander
entlang der Formführungsschiene 12 angeordnet
sein, wobei jedes Set der Formhälften 19 so
aufgebaut ist, dass es entlang der Formführungsschiene 12 von
einem Extruder weg gerückt
werden.
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In
einer Ausführungsform
können
die Formhälften 19 zwei
einander gegenüberliegende
halbkreisförmige
Formhälften
aufweisen, die, wenn sie miteinander verbunden werden, eine ringförmige Form
bilden, die geeignet ist, einen Abschnitt eines kreisförmigen gewellten
Rohrs zu formen. Zum Beispiel kann jede Formhälfte 19 selektiv mit
einer gegenüberliegenden
Formhälfte 19 entlang
einer oberen Anschlussfläche 21 und
einer unteren Anschlussfläche 23 verbunden
werden. In dieser Ausführungsform
können
die entsprechenden Anschlussflächen 21, 23 der
zwei Formhälften 19 entlang
einer „Teilungslinie” verbunden
sein, welche senkrecht durch eine zentrale Ebene verläuft, die
die Formführungsschiene 12 durchschneidet.
Wenn die zwei Formhälften 19 miteinander
verbunden werden, kann die Form eine Außenoberfläche 25 aufweisen,
die im Wesentlichen ein Gehäuse
der Form definiert, wie auch eine Innenfläche 27, welche einen
Hohlraum der Form definiert. Wie nachfolgend im Detail beschrieben
werden wird, kann in einer Ausführungsform,
die Innenfläche 27 ein
Rohrprofil definieren, einschließlich einer Vielzahl von Wellen
mit abwechselnden kreisförmigen
Bergabschnitten und Talabschnitten. Ein Fachmann wird erkennen, dass
die Innenfläche 27 jedes
geometrische Profil definieren kann, in welches ein Polymerprodukt
geblasen und geformt werden könnte.
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Wie
in 1 dargestellt, kann das bewegliche Formsystem 10 mit
einem Kühlsystem 100 versehen
sein. Da das Polymer in das bewegliche Formsystem 10 mit
einer relativ hohen Temperatur (d. h. ausreichend, um das Polymer
zu schmelzen und zu deformieren), extrudiert werden kann, kann es
erwünscht
sein, die Formhälften 19 zu
kühlen,
so dass das gerade gegen die Innenfläche 27 blasgeformte Polymer
mit einer höheren
Geschwindigkeit abgekühlt
werden kann, als es ohne die Verwendung eines zusätzlichen
Kühlfluids
abkühlen
würde.
Daher kann das Kühlsystem 100 so
aufgebaut sein, dass die Wärme
von den Formhälften 19 in
einer wirkungsvollen Weise entfernt wird. Obwohl 1 nur
das Kühlsystem 100 auf
einer Seite der Formhälften 19 darstellt,
sollte gewürdigt
werden, dass ein ähnliches Kühlsystem 100 für jede der
Formhälften 19 in
einem beweglichen Formsystem 10 bereitgestellt werden kann.
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Das
Kühlsystem 100 kann
einen beweglichen Rohrverteiler 102 aufweisen, welcher
so ausgebildet ist, dass er sowohl vertikal in der Richtung d und
lateral in der Richtung der beweglichen Formhälften 19 bewegbar
ist. Zum Beispiel können
beide, die Formhälften 19 und
der bewegliche Rohrverteiler 102 so aufgebaut sein, dass
sie parallel in eine Richtung der Herstellung bewegt werden, entlang
einer zentralen Achse des Polymerrohrs, welches durch die beweglichen
Formhälften 19 geformt
wird. Der bewegliche Rohrverteiler 102 kann in verschiedenem bekannten
Stand der Technik als ein „Melker” bezeichnet
sein. Der bewegliche Rohrverteiler 102 kann mit einer Kühlfluidzufuhr 104 und
einer Rückführung 106 eines
warmen Fluids bereitgestellt sein, um das Kühlfluid zu und aus den Formhälften 19 zu befördern. Die
Kühlfluidzufuhr 104 und
die Rückführung 106 des
warmen Fluids des beweglichen Rohrverteilers 102 kann in
einem geschlossenen Kreislauf angeordnet sein und/oder in Verbindung
mit einem Zufuhrbehälter,
einer Pumpe, einem Wärmetauscher, einem
Sammelbehälter
und/oder einem Filter.
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Das
Kühlfluid
kann jede geeignete Art oder Kombination von Wärmeübertragungsfluids sein, einschließlich Gasen
wie Luft, Wasserstoff, Helium, Stickstoff, Kohlenstoffdioxid, Schwefelhexafluorid, Dampf
und/oder verschiedene inerte Gase. Das Kühlfluid kann auch oder alternativ
jede Art oder Kombinationen von Flüssigkeiten umfassen, wie Wasser,
Ethylenglykol, Diethylenglycol, Propylenglycol, Mineralöl, Castoröl, Silikonöl, Fluorkohlenstofföle, flüssige schmelzbare
Legierungen, Freone, Kühlmittel,
flüssige
Gase oder jedes andere wärmeaustauschende
Fluid. Natürlich
wird anerkannt werden, dass jede Art oder Kombi nationen von Fluids,
welche geeignet sind, die Wärmeenergie
zu sammeln und heiße
Formen zu kühlen,
in das System und den Verfahren, welche hier beschrieben sind, eingesetzt
werden können.
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Wie
in 1 dargestellt, kann der bewegliche Rohrverteiler 102 so
aufgebaut sein, dass er in einen Schnellverschluss 108 eingreift,
welcher mit jeder Formhälfte 19 verbunden
bzw. assoziiert ist. Insbesondere kann die Kühlfluidzufuhr 104 des
beweglichen Rohrverteilers 102 aufgebaut sein, um mit einem
kalten Zufuhrschlauch 110 in Verbindung zu stehen, welcher
mit dem Schnellverschluss 108 verbunden ist. Ähnlich kann
die Rückführung 106 des
warmen Fluids des beweglichen Rohrverteilers 102 so aufgebaut
sein, dass er mit einem warmen Rückführungsschlauch 122 in
Verbindung steht, welcher ebenfalls mit dem Schnellverschluss 108 verbunden ist.
Auch wenn der Schlauch 110 hier als ein kalter Zufuhrschlauch
und der Schlauch 122 als ein warmer Rückführungsschlauch beschrieben
sind, wird anerkannt werden, dass die zwei Komponenten ausgetauscht
werden können,
so dass das kalte Fluid durch den Schlauch 122 zugeführt wird
und das warme Fluid durch den Schlauch 110 zurückgeführt wird.
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In
einer Ausführungsform
kann der kalte Zufuhrschlauch 110 ein ¾'' Schlauch
sein, welcher um eine Formhälfte 19 zwischen
dem Schnellverschluss 108 und einem Multirohrverteiler 112 verläuft. Der Multirohrverteiler 112 kann
ein spaltender Rohrverteiler sein (z. B. eins-in-zwei, zwei-in-drei, oder eins-in-vier),
welcher einen Fluss des Kühlfluids
von dem kalten Zufuhrschlauch 110 in eine Vielzahl von kalten
Zufuhrschläuchen 114 teilt.
Jeder der kalten Zufuhrschläuche 114 kann
mit einem Kühlrohr 116 verbunden
sein. In einer Ausführungsform
kann jeder Multirohrverteiler 112 mit drei kalten Zufuhrschläuchen 114 verbunden
sein, und jeder der kalten Zufuhrschläuche 114 kann mit
einem der drei Kühlrohre 116 verbunden
sein.
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In
einer Ausführungsform
können
die Kühlrohre 116 Rohre
aus rostfreiem Stahl sein, welche in das Gehäuse der Formhälfte 19 eingegossen
sind. Zum Beispiel kann jedes der Kühlrohre 116 eine Rohrleitung
aus rostfreiem Stahl umfassen, welche in einer Gießform angeordnet
ist, in welcher die Form durch das Gießen geschmolzenen Metalls,
wie Aluminium oder dessen Legierungen, geformt wird. Natürlich können die
Kühlrohre 116 auch
durch jedes andere geeignete Verfahren in die Formhälfte 19 eingebettet
oder eingekapselt sein. In einer Ausführungsform kann jedes der Kühlrohre 116 in
die Formhälfte 19 an
einer Position und mit einer Orientierung gegossen sein, die ausgewählt ist,
um das Kühlen des
an der Innenfläche 27 der
Formhälfte
geformten Polymers zu verbessern. Zum Beispiel kann, wie unter Bezugnahme
auf 4 im Detail beschrieben, jedes der Kühlrohre 116 in
die Formhälfte 19 in
der Nähe
der Innenfläche 27 gegossen
sein. Insbesondere kann jedes der Kühlrohre 116 relativ
zu einer oder mehreren Wellen, die in der Innenfläche 27 ausgebildet
sind, angeordnet sein. In einer Ausführungsform kann sich jedes
Kühlrohr 116 von
einem der kalten Zufuhrrohre 116 in der Nähe des unteren
Bereichs einer Formhälfte 19 erstrecken,
sich um ein oder mehrere Wellen fortsetzen, die in der Innenfläche 27 der
Formhälften 19 gebildet
sind, und mit einem einer Vielzahl von warmen Rückführungsschläuchen 118 verbunden
sein, welche in der Nähe
des Oberteils der Formhälfte 19 angeordnet
sind. Jeder der warmen Rückführungsschläuche 118 kann
sich zwischen einem entsprechenden Kühlrohr 116 und einem
Multirohrverteiler 120 erstrecken, welcher in der Nähe eines
oberen Bereichs der Formhälfte 19 angeordnet
ist. Der Multirohrverteiler 120 kann ein spaltender Rohrverteiler
sein (z. B. ein-in-zwei, ein-in-drei, oder ein-in-vier), welche
die Flüsse
verschiedener warmer Rückführungsschläuche 118 in einen
einzelnen warmen Rückführungsschlauch 122 verbindet.
Der warme Rückführungsschlauch 122 kann
den Multirohrverteiler 120 mit dem Schnellverschluss 108 verbinden.
Natürlich
kann sich das Kühlfluid
auch in einer entgegengesetzten Richtung bewegen, in diesem Fall
können
die Positionen des kalten Zufuhrschlauchs 110 und eines
warmen Rückführungsschlauchs 122 vertauscht
sein.
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Die
oben beschriebenen Leitungen können hierdurch
einen Durchgang bereitstellen, durch welchen ein kaltes Kühlfluid
in die Formhälfte 19 aus
einer Kühlfluidzufuhr 104 eintreten,
sich entlang einer Innenfläche 27 der
Formhälfte 19 erstrecken
und die Formhälfte 9 an
der Rückführung 106 für das warme Fluid
austreten. Wie oben beschrieben, kann das kalte Kühlfluid
durch Kühlrohre 116 geführt werden,
beginnend an dem unteren Ende einer Formhälfte 19 oder beginnend
an dem oberen Teil der Formhälfte 19.
Des Weiteren kann das Kühlfluid
durch benachbarte Kühlrohre 116 in
entgegengesetzte oder alternierende Richtungen fließen. In
einer Ausführungsform
kann das Kühlfluid
einen Hauptteil seiner Wärmekapazität aufwenden,
während
es durch die Kühlrohre 116 entlang
einer oder mehrerer Formationen in der Innenfläche 27 der Formhälfte 19 läuft. Die Kühlrohre 116 können aus
Rohrleitungen aus rostfreiem Stahl hergestellt sein, oder Rohrleitungen
aus jedem anderen Metall oder Metalllegierung mit einer hohen Wärmekapazität. Daher
kann in einer Ausführungsform,
während
der kalte Zufuhrschlauch 110, die kalten Zufuhrschläuche 114,
der warme Rückführungsschlauch 122 und
die warmen Rückführungsschläuche 118 flexible
Schläuche
sein, die relativ locker um die Formhälften 19 angeordnet
sein, die Kühlleitungen 116 fest
in das Formgehäuse
in einer gewünschten
Orientierung gegossen sein.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Formhälfte 19.
Wie in Bezug auf 1 beschrieben, kann die Formhälfte 19 eine
Außenfläche 25 umfassen,
welche ein Formgehäuse definiert,
und eine Innenfläche 27,
die einen Formhohlraum definiert. Die Formhälfte 19 kann des Weiteren
einen Satz oberer und unterer Anschlussflächen 21, 23 umfassen.
Die Formhälfte 19 kann
des Weiteren mit einer Vielzahl von Formführungsschienenmitläufern 22 und
einer Zahnstange 24 versehen sein, welche so ausgebildet
sind, dass sie bei dem Antrieb der Formhälfte 19 in einer Herstellungsrichtung
verwendet werden. Die Formhälfte 19 kann
des Weiteren eine Vielzahl von Schnellverschlüssen 108 umfassen,
zur Beförderung
des Kühlfluids
zu und von der Formhälfte 19.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform
kann die Formhälfte 19 zwei
Schnellverschlüsse 108 enthalten;
es wird jedoch anerkannt werden, dass jede Anzahl an Schnellverschlüssen 108 in
jede der Formhälften 19 eingeführt werden kann.
Jeder Schnellverschluss 108 kann bereitgestellt sein, um
eine Zufuhr 104 eines kalten Fluids und eine Rückführung 106 eines
warmen Fluids aus einer oder mehreren der beweglichen Rohrverteiler 102 zu
erhalten, die mit dem Kühlsystem 100 verbunden
sind.
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3 zeigt
eine alternative perspektivische Ansicht der beispielhaften Formhälfte 19.
Insbesondere zeigt 3 eine Ansicht des Formhohlraums,
in welchem ein Polymerprodukt blasgeformt werden kann. Es wird anerkannt
werden, dass fast jedes Profil in die Innenfläche 27 der Formhälfte 19 eingearbeitet
werden kann. In der hier offenbarten Ausführungsform kann der Formhohlraum
der Formhälfte 19 ein Profil
aufweisen, welches ausgebildet ist, um Wellen in einem Polymerdrainagerohr
zu bilden. Insbesondere kann, wie in der Ausführungsform der 3 dargestellt,
die Innenfläche
der Formhälfte 19 mit
einem Profil bereitgestellt sein, welches ausgebildet ist, um einen
Muffenrohrbereich eines gewellten Polymerdrainagerohrs zu formen.
Für diesen
Bereich des Rohrs kann das Profil eine Vielzahl von Standardwellen 30 enthalten,
mit abwechselnden kreisförmigen
Bergen bzw. Wellenkämmen
und Tälern. Das
Profil kann des Weiteren eine Vielzahl von kleineren Wellen 34 aufweisen,
mit kleineren abwechselnden kreisförmigen Wellenkämmen und
Tälern, welche
zu einem Zentrierring (spigot portion) eines blasgeformten Polymerdrainagerohrs
geformt werden kann. Das Profil kann des Weiteren einen relativ glatten,
expandierten Bereich 32 enthalten, welche in ein Muffenende
(bell portion) des blasgeformten Polymerdrainagerohrs geformt werden
kann. Um einen mittleren Abschnitt des gewellten Rohrs herzustellen, kann
das Profil eine Vielzahl von Standardwellen 30 mit abwechselnden
kreisförmigen
Wellenkämmen und
Tälern
enthalten. Zum Beispiel kann jede Formhälfte 19 mit ungefähr sechs bis
zehn kreisförmigen Wellen 30 versehen
sein, abhängig
von der Art und dem Durchmesser des darin gebildeten Polymerdrainagerohrs.
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4 zeigt
einen Teil eines Querschnitts eines beispielhaften Formkühlsystems 100,
welcher mit den Ausführungsformen
der 1 bis 3 übereinstimmt. Insbesondere
zeigt 4 den Querschnitt von nur zwei Wellen 30 einer
beispielhaften Formhälfte 19.
Jede der Wellen 30 kann wenigstens teilweise die Geometrie
der Innenfläche 27 der
Formhälfte 19 definieren.
Jede Formhälfte 19 kann
eine Vielzahl von vertikalen Stegen 36 aufweisen, welche sich
von der Innenfläche 27 der
Formhälfte 19 wegerstrecken.
Zum Beispiel kann, wie in 4 dargestellt, jede
Welle 30 einen vertikalen Steg aufweisen, welcher an jeder
Seite der Welle 30 angeordnet ist (d. h. axial vor und
hinter jeder kreisförmigen
Welle 30). Jede Formhälfte 19 kann
des Weiteren eine Vielzahl von Abdichtplatten 42 enthalten,
welche ausgebildet sind, um an den vertikalen Stege 36 befestigt
zu werden, wodurch eine Vielzahl von Vakuumkammern 38 gebildet
werden. Jede Vakuumkammer 38 kann in Fluidverbindung mit
einer entsprechenden Welle 30 über einen oder mehrere Vakuumschlitze 40 bereitgestellt
sein, welche im oberen Bereich der Wellen 30 ausgebildet
sind. Daher kann jede Vakuumkammer 38 ausgebildet sein,
um selektiv ein Vakuum auf eine Welle 30 anzulegen, um
das Blasformen eines Vorformlings gegen die Innenfläche 27 der
Formhälfte 19 zu
vereinfachen. In einigen Ausführungsformen
kann jeder der Vakuumschlitze 40 in Verbindung mit Vakuumrohrleitungen
bereitgestellt sein, die zwischen den vertikalen Stegen 36 verlaufen,
wodurch ein Anteil des Vakuumraums, gegen welches mittels einer
Vakuumpumpe gezogen wird, reduziert wird, im Vergleich zu der Verwendung
der ganzen Vakuumkammern 38.
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Wie
oben in Bezug auf 1 beschrieben, kann jede Formhälfte 19 mit
einer Vielzahl von Kühlrohren 116 versehen
sein, welche in und um die Formhälften 19 gegossen
sind und in der Nähe
einer Innenfläche 37.
Wie in der Ausführungsform
der 4 dargestellt, kann jede Welle 30 der
Formhälfte 19 ungefähr drei
Kühlrohre 116 aufweisen,
welche hinter einem Wellenkammbereich der Welle 30 angeordnet
sind. Die drei Kühlrohre 116 können Rohrleitungen
aus rostfreiem Stahl umfassen, die in ein Formgehäuse gegossen
sind, zwischen zwei benachbarten vertikalen Stäben 36, und gerade
hinter der Formfläche,
in welche das geschmolzene Polymer geformt wird. Die drei Kühlrohre 116 können beabstandet
voneinander und von der Formfläche durch
Entfernungen angeordnet sein, die durch die Geschwindigkeit und
die Menge der von der Formoberfläche
gewünschten
Wärmeübertragung
definiert werden. Die Temperatur und die Flussgeschwindigkeit des
Kühlfluids
durch die Kühlrohre 116 kann auch
durch die Geschwindigkeit und die an der Formfläche gewünschte Menge an Wärmeübertragung definiert
werden. Wie in 4 dargestellt, kann jeder der
zwei Vakuumschlitze 40, die zu einer Welle 30 gehören, abwechselnd
zwischen den drei Kühlrohren 116 angeordnet
sein. Die Vakuumschlitze 40 können jedoch auch in jede Orientierung
um jede Welle 30 angeordnet sein, einschließlich an
jeder Position um die Täler,
die Seitenwände
und die Wellenkämme
jeder Welle 30.
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Wie
in 4 dargestellt, können zusätzliche Kühlrohre 117 in das
Formgehäuse
an verschiedenen Orten gegossen sein, an denen zusätzliches Kühlen gewünscht wird.
Zum Beispiel können
Kühlrohre 117 in
die Form zwischen den Wellen 30, in der Nähe der Täler 31 der
Form gegossen sein. Obwohl nur ein Kühlrohr 117 zwischen
jeder Welle 30 dargestellt ist, versteht es sich, dass
jede Anzahl und Orientierung zusätzlicher
Kühlrohre 117 in
die Form gegossen werden kann, um zusätzliches Kühlen bereitzustellen, wie gewünscht.
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5 zeigt
einen Teil einer perspektivischen Ansicht eines beispielhaften Kühlsystems 100 für zwei benachbarte
Wellen, die mit zwei benachbarten Schnellverschlüssen 108 assoziiert
sind. Eine erste Welle kann mit einem kalten Zufuhrschlauch 110 bereitgestellt
werden, welcher sich von einem Schnellverschluss 118 zu
einem gegenüberliegenden
Ende einer Formhälfte
erstreckt, und einen warmen Rückführungsschlauch 122,
welcher sich von dem Schnellverschluss 118 zu einem Multirohrverteiler 120 an
dem gleichen Ende der Formhälfte
erstreckt, wie oben beschrieben. Eine benachbarte Welle kann mit
einem kalten Zufuhrschlauch 110 bereitgestellt werden,
welcher sich von einem benachbarten Schnellverschluss 118 zu
einem Multirohrverteiler 120 erstreckt und mit einem warmen
Rückführungsschlauch 122,
welcher sich von dem benachbarten Schnellverschluss 118 zu
einem gegenüberliegenden
Ende der Formhälfte
erstreckt. Daher können
benachbarte Wellen mit Kühlfluid
bereitgestellt werden, welches in entgegengesetzten Richtungen entlang der
Formhälfte 19 läuft.
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6 zeigt
einen Teil einer perspektivischen Ansicht des beispielhaften kalten
Zufuhrschlauchs 110 und warmen Rückführungsschlauchs 122,
welcher sich zu dem gegenüberliegenden
Ende der Formhälfte
erstreckt. Insbesondere kann das Kühlfluid von dem kalten Zufuhrschlauch 110 durch
den Multirohrverteiler 112 und durch drei kalte Zufuhrschläuche 114,
welche mit drei Kühlrohren 116 verbunden sein
können,
die ausgebildet sind, um eine Welle 30 zu kühlen. An
einer benachbarten Welle kann das Kühlfluid in die entgegengesetzte
Richtung durch drei Kühlrohre 116 fließen (zugeführt von
einem kalten Zufuhrschlauch 110 an dem gegenüberliegenden Ende
der Formhälfte 19).
Während
das Kühlfluid durch
die Kühlrohre 116 fließt und die
Wärmeenergie aus
dem Formmaterial sammelt, in welches es gegossen ist, kann sich
die Temperatur des Kühlfluids erhöhen. Das
Kühlfluid
kann dann durch drei warme Rückführschläuche 118 zu
dem Multirohrverteiler 112 fließen und zu einem warmen Rückführschlauch 122. Das
warme Kühlfluid
kann die Formhälfte 19 durch eine
Rückführung 106 für das warme
Fluid des beweglichen Rohrverteilers 102 austreten, und
kann anschließend
abfließen,
oder durch einen Wärmetauscher
und/oder Kühlmittel
gekühlt
werden.
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7 zeigt
einen Teil einer perspektivischen Ansicht einer Formhälfte 19 mit
vertikalen Stegen 36, die benachbarte Vakuumkammern 38 trennen.
Die Formhälfte 19 kann
ein oder mehrere Schnellverschlüsse 118 und
entsprechende kalte Zufuhrschläuche 110 umfassen
und warme Rückführschläuche 122.
Wie oben beschrieben, können
die kalten Zufuhrschläuche 110 und
warmen Rückführschläuche 122 innerhalb
der Vakuumkammern 38 angeordnet sein und ausgebildet sein,
um das Kühlfluid
zwischen Schnellverschlüssen 118 und
Kühlrohren 116 zu kommunizieren,
welche in das Formgehäuse
gegossen sein können
(und daher in dieser perspektivischen Ansicht nicht sichtbar sind). 8 zeigt
einen alternativen Teil einer perspektivischen Ansicht eines gegenüberliegenden
Endes der beispielhaften Formhälfte 19,
des kalten Zufuhrschlauchs 110 und des warmen Rückführschlauchs 122.
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Das
hier offenbarte bewegliche Formsystem 10 und das Kühlsystem 100 sind
besonders vorteilhaft bei der Verbesserung des kontinuierlichen
Extrusionsblasformverfahrens, welches bei der Herstellung von gewellten
Polymerrohren verwendet wird. Zum Beispiel kann das Kühlsystem 100 geeignet sein,
die gewellte Schicht eines koextrudierten, doppelwandigen Polyethylen-
oder Polypropylenrohrs zu kühlen,
nachdem dieses blasgeformt wurde, jedoch bevor es aus der Form freigegeben
wurde. Die hier beschriebenen Ausführungsformen sind jedoch auf jedes
extrudierte und blasgeformte Polyolefinprodukt anwendbar.
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Im
Betrieb können
das offenbarte bewegliche Formsystem 10 und Kühlsystem 100 bei
einem Verfahren zum Kühlen
kontinuierlich extrudierter und blasgeformter Produkte verwendet
werden. Das Verfahren kann das Extrudieren eines Vorformlings aus einem
Düsenkopf
umfassen, das Blasen eines inneren Durchmessers des Vorformlings
mit unter Druck gesetzter Luft und Erzeugen eines Vakuums an einem
Außendurchmesser
des Vorformling, um so den Vorformling in die Form zu drängen. Das
Verfahren kann des Weiteren das Einführen einer Kühlfluidzufuhr
in ein Verbindungsteil der Form umfassen; Fließen eines Kühlfluids durch einen Durchgang,
welcher in die Form gegossen ist; und Entfernen des Kühlfluids
aus der Form durch das Verbindungsteil, nachdem das Kühlfluid
wenigstens einen Teil der Wärmeenergie
aus der Form absorbiert hat. Das Verfahren kann des Weiteren das
Entfernen der Kühlfluidzufuhr
aus dem Verbindungsteil der Form umfassen, nachdem das Kühlfluid
Wärmeenergie
aus der Form absorbiert hat. Das Verfahren kann des Weiteren das
Befördern
der Form und der Kühlfluidzufuhr entlang
einer Herstellungsrichtung umfassen, während das Kühlfluid durch den Durchgang
fließt.
Das Verfahren kann des Weiteren das selektive Anlegen eines Vakuums
durch Durchgänge
umfassen, die in der Form angeordnet sind.
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In
einer beispielhaften Ausführungsform kann
das Kühlfluid
Wasser sein, und jede Formhälfte kann
ausgebildet sein, das ungefähr
zwei Gallonen Wasser zu einem Zeitpunkt zirkulieren. Das Wasser kann
in die Formhälfte
mit ungefähr
150 bis 160°F eintreten.
Da das Polymer ungefähr
400 bis 450°F aufweist,
wenn es in die Form eintritt, kann das relativ kühlere Wasser Wärmeenergie
aus dem Polymer und der Form, in welcher es geformt wird, absorbieren.
Zum Beispiel kann das kühlere
Wasser in einer Ausführungsform
die Temperatur des Polymers auf ungefähr 200°F reduzieren, bevor das Polymer
die Form verlässt.
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Fachleute
auf dem Gebiet werden erkennen, dass die vorliegend offenbarten
Systeme und Verfahren auf andere Arten von Blasformen, Thermoformformen,
rotierende Formen, Spritzgießformen
oder andere Vorrichtungen anwendbar ist, bei welchen ein heißes, geschmolzenes
Produkt mit einer bestimmten Geschwindigkeit abgekühlt werden
soll.
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Die
vielen Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der detaillierten
Beschreibung deutlich, und daher ist es beabsichtigt, dass die beigefügten Ansprüche alle
diese Merkmale und Vorteile der Erfindung abdecken, welche in dem
wahren Umfang und Geist der Erfindung fallen. Da des Weiteren viele
Modifikationen und Variationen Fachleuten auf dem Gebiet klar werden,
ist es nicht gewünscht,
die Erfindung auf die exakte erläuterte
und beschriebene Konstruktion und den Betrieb zu beschränken, und
daher sollen alle geeigneten Modifikationen und Äquivalente umfasst sein, die
in den Umfang der Erfindung fallen.