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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, gemäß Anspruch 1, eine Werkzeugbacke gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9, ein Rohrextruderwerkzeug nach Anspruch 12 und ein Rohr gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13.
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In einer Vielzahl von technischen Bereichen, z. B. in der Automobilindustrie, dem Maschinen- und Anlagenbau, dem Schiffbau, der Medizintechnik und bei der Elektroinstallation, werden Rohre, wie z. B. flexible Wellrohre, zum Schutz und zur Bündelung elektrischer oder anderer Leitungen sowie zur Schaffung flexibler Verbindungen zu peripheren Geräten oder Bauteilen verwendet. Auch für Leitungen und für Wärmeübertrager bzw. Wärmetauscher werden Wellrohre aus Edelstahl oder aus Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, eingesetzt.
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Im laufenden Betrieb sind die Rohre häufig äußeren Krafteinwirkungen ausgesetzt. Innerhalb der Rohre kommt es oft zu einer Variation der Temperaturen und/oder der Drücke. Sowohl infolge von Krafteinwirkungen als auch infolge von Temperatur- und/oder Druckschwankungen, insbesondere aufgrund einer Erhöhung dieser Parameter, kann es zu Deformierungen der Rohre kommen.
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Um diesem Problem zu begegnen und die Formstabilität der verwendeten Rohre, vor allem von Rohren aus Leichtbaumaterialien, wie z. B. Aluminium, hochfeste Stähle, Magnesium, Titan und Kunststoffe, zu erhöhen, werden die Rohre in der Regel mit einer Verstärkung bzw. einem verstärkenden Material versehen.
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Beispielsweise werden extrudierte Glattrohre mit einem metallischen Korsett versehen. Alternativ wird ein Blasformteil mit einem Glasfaseranteil verwendet. In diesen und anderen Fällen ist jedoch der Einsatz weiterer, in der Regel kostenintensiver Materialien bzw. Verstärkungsmittel notwendig, welche oftmals zugekauft werden müssen. Zudem sind im Rahmen des Herstellungsverfahrens zusätzliche, zum Teil komplexe Arbeitsschritte erforderlich, sodass es insgesamt zu einer deutlichen Erhöhung der Herstellungskosten und damit zu einer verminderten Wertschöpfung kommt.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein stabiles, flexibles, leichtes sowie kostengünstiges Rohr zu entwickeln, und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem möglichst formstabile und damit robuste Rohre einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Des Weiteren sollen zur Herstellung der Rohre geeignete Mittel zur Verfügung gestellt werden.
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Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1, im kennzeichnenden Teil von Anspruch 9, in Anspruch 12 sowie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 13 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8, 10 und 11 sowie 14 bis 15.
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Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, bei dem eine Kavität zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeugform eines Formwerkzeugs ausgebildet wird, wobei formgebende Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform einen Bereich der Kavität mit einer negativen Gitternetzstruktur begrenzen. In die Kavität wird eine fließfähige Masse eingebracht. Anschließend wird die fließfähige Masse in der Kavität ausgehärtet. Danach erfolgt eine Entnahme der ausgehärteten Masse aus der Kavität.
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Mit dem Verfahren sind formstabile und damit robuste Rohre auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar. Zusatzschritte wie zum Beispiel zur Armierung des Rohres sind entbehrlich, denn die Gitternetzstruktur stabilisiert das Rohr, welches trotzdem leicht ist. Spezielle Querschnitte der Kavität und/oder Gitternetzstruktur können durch eine Ergänzung um wenigstens eine weitere Werkzeugform umgesetzt werden, sodass die Kavität zwischen der ersten, der zweiten und den weiteren Werkzeugformen ausgebildet ist.
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Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein Extrusions-, Korrugator-, Spritzgieß- oder ein Blasformverfahren handeln. Durch diese sind Hohlkörper wie Rohre herstellbar.
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In einer näheren Verfahrensausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bereich der Kavität mit der negativen Gitternetzstruktur ringförmig geschlossen ist. Hierdurch kann das gefertigte Rohr über den gesamten Umfang mit einer Gitternetzstruktur versehenen werden. Der ringförmige Bereich der Kavität kann beispielsweise kreisförmig, ellipsoid oder eckig ausgebildet sein.
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Besonders zum Tragen kommt eine Gitternetzstruktur und insbesondere eine negativ-auxetischen Struktur dann, wenn der Kavitätenquerschnitt nicht kreisförmig ist. Ein Rohrquerschnitt verformt sich bei solchen Ausgestaltungen nämlich unter Druck und/oder Temperatur hin zu einer Kreisform. Dies wiederum kann zu einer Überschreitung eines vorgesehenen Bauraums und Unterschreitung eines Mindestabstands von benachbarten Bauteilen führen.
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Im Hinblick auf das Ausbilden der Kavität ist es zu bevorzugen, dass die formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform des Formwerkzeugs so ausgestaltet und zueinander angeordnet sind, dass die Gitternetzstrukturen auf den formgebenden Formflächen der Werkzeugformen nach dem Zusammenbringen der Werkzeugformen eine regelmäßige Gitternetzstruktur ausbilden. Es sollte kein Versatz bzw. keine Unterbrechung zwischen den negativen Gitternetzstrukturabschnitten vorliegen.
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Gemäß einer optionalen Variante des Verfahrens ist die negative Gitternetzstruktur eine negativ-auxetische Struktur. Die mit dem Verfahren hergestellten Rohre besitzen dann eine außenseitige Mantelfläche, welche eine auxetische Struktur aufweist. Die auxetische Struktur der außenseitigen Mantelfläche des Rohres stellt das Positiv der auf den formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform vorhandenen negativ-auxetischen Struktur dar.
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Im Folgenden wird der Einfachheit halber zum Teil der Begriff „auxetisches Material“ verwendet. Auxetische Materialien weisen eine auxetische (Oberflächen-)Struktur auf. Es ist also üblicherweise nicht das Material selbst auxetisch, sondern die (Oberflächen-)Struktur des jeweiligen Materials bzw. Produktes.
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Auxetische Materialien besitzen eine negative Querkontraktionszahl (Poissonzahl ν), d. h. νaux < 0. Die Poissonzahl ν ist als das negative Verhältnis von Quer- zu Längsdehnung definiert. Daher weisen auxetische Materialien Querverformungseigenschaften auf, welche sich im Vergleich zu denen konventioneller Materialien konträr verhalten: Bei auxetischen Materialien erzeugen Zugspannungen in einer Raumrichtung eine positive Längenänderung in wenigstens einer anderen Raumrichtung.
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Mit dem Verfahren können Rohre aus einer Vielzahl von Materialien, wie z.B. Elastomeren und Kunststoffen, hergestellt werden. Dabei besitzen die herstellbaren Rohre jeweils eine außenseitige Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist.
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Je nach gewähltem Rohrmaterial und je nach Ausgestaltung der negativ-auxetischen Struktur der formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform ist eine Vielzahl von Eigenschaften der mit dem Verfahren herstellbaren Rohre direkt beeinflussbar. Zu diesen Eigenschaften zählen z. B.: Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Gewichtseffizienz, Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, thermo-mechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten und Dämpfungsverhalten.
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Die mit dem Verfahren herstellbaren Rohre mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Rohr bzw. die Rohrwand bei äußeren Krafteinwirkungen seine Form weitestgehend beibehält. Auch wenn es innerhalb des Rohres zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes kommt, bleibt die Form des Rohrs bzw. die Form der Rohrwand nahezu unverändert.
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Im Unterschied zu einem konventionellen Rohr, d. h. einem Rohr, welches keine auxetische Struktur auf seiner äußeren Mantelfläche aufweist, erfolgt bei einem nach dem Verfahren herstellbaren Rohr nahezu keine bzw. eine verringerte Veränderung des Rohrquerschnitts, wenn es zu äußeren Krafteinwirkungen oder zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes innerhalb des Rohres kommt. Dadurch wird eine Beschädigung oder Zerstörung des Rohres bzw. von Bauteilen, welche in der Peripherie des Rohres angeordnet sind, weitestgehend vermieden. Mithin kommt es bei Verwendung eines mit dem Verfahren herstellbaren Rohres im laufenden Betrieb nicht mehr zu Störungen aufgrund von beschädigten oder zerstörten Rohren oder aufgrund von in der Peripherie der Rohre angeordneten Bauteilen. Damit entfallen Reparaturen und der Austausch von Rohren und Bauteilen sowie die damit verbundenen Produktionsausfälle, was insgesamt zu einer deutlichen Reduzierung der Betriebskosten führt.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die auxetische Struktur, welche die außenseitige Mantelfläche eines mit dem Verfahren herstellbaren Rohrs aufweist, die Verwendung konventioneller Verstärkungsmittel, wie z. B. eines metallischen Korsetts oder von Glasfasern, überflüssig macht. Dadurch werden zum einen Materialkosten eingespart, und zum anderen wird die Anzahl der Verfahrensschritte reduziert. Insgesamt führt das Verfahren somit unmittelbar zu einer Kosten und Zeitersparnis.
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Für die Temperierung der einzubringenden Masse kann beispielsweise ein Heißkanalsystem mit einer Düse bzw. einer Heißkanaldüse verwendet werden. Zusätzlich wird bei einem Extrudieren durch Scherkräfte in der Formmasse selbst Wärme erzeugt, z. B. mittels einer Förderschnecke.
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In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die negativ-auxetischen Strukturen der ersten und der zweiten Werkzeugform dieselbe Zellgeometrie aufweisen. Dieselbe Zellgeometrie liegt dann vor, wenn die negativ-auxetische Struktur aus Einheitszellen aufgebaut ist. Die optimale Zellgeometrie kann für jeden Anwendungsfall, d. h. je nach gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Rohres, berechnet werden. Die negativ-auxetischen Strukturen auf den formgebenden Formflächen der Werkzeugformen werden dann für den jeweiligen Anwendungsfall spezifisch gestaltet.
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Gemäß einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens sind ein erstes Ende und ein zweites Ende der Kavität offen ausgebildet, wobei die fließfähige Masse über einen Extruder, vorzugsweise dessen Ringspalt, durch das erste offene Ende in die Kavität eingebracht wird und die Entnahme der ausgehärteten Masse am zweiten offenen Ende der Kavität erfolgt.
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Vorteilhaft hieran ist die kontinuierliche Fertigung eines Rohrkörpers im Extrusionsverfahren, wodurch dessen Herstellungskosten gering sind. Der Ringspalt ist durch eine Öffnung auszubilden, in dessen Zentrum vorzugsweise ein Dorn positioniert ist. Der Dorn kann bis in die Kavität hineinreichen, wodurch die noch weiche Masse von innen gestützt wird. Auch ist hierdurch auf einfache Weise ein Glattrohr, das heißt ein Rohr mit glatter Rohrinnenseite, herstellbar. Bevorzugt wird der Dorn temperiert. Damit kann die Gitternetzstruktur in hoher Qualität ausgebildet werden. Wenn sich der Dorn nur teilweise oder gar nicht durch die Kavität erstreckt, kann das Material alternativ durch Druckluft von Innen gestützt (Stützluft) oder mit einem Außenvakuum stabilisiert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die formgebenden Formflächen kontinuierlich und vorzugsweise auch linear von dem Extruder bzw. dessen Ringspalt wegbewegt werden. Damit ist die Gitternetzstruktur bzw. eine auxetische Struktur bei kontinuierlicher Extrusionsgeschwindigkeit ausbildbar.
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In einer wichtigen Variante des Verfahrens weisen die erste und die zweite Werkzeugform jeweils wenigstens zwei Werkzeugbacken auf, welche die Formflächen ausbilden, wobei die Werkzeugbacken der Werkzeugformen jeweils derart bewegt werden, dass jeweils die Werkzeugbacke am zweiten offenen Ende von der ausgehärteten Masse abgehoben und am ersten offenen Ende wieder auf die fließfähige Masse aufgesetzt wird. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Werkzeugbacken möglichst gering gehalten. Das wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten des Formwerkzeugs sowie dessen Wartungskosten aus. Zudem kann das Verfahren einfach und relativ kostengünstig auf die Produktion eines anderen Rohrtyps umgestellt werden, insbesondere auf die Produktion eines Rohrs mit einer anderen Gitternetz- bzw. auxetischen Struktur auf der außenseitigen Mantelfläche. Zu diesem Zweck können die Werkzeugbacken einfach ausgetauscht werden.
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Ein Beispiel für eine negativ-auxetische Struktur ist eine aus sechseckigen Einheitszellen mit derselben Zellgeometrie gebildete Struktur, wobei die Sechsecke jeweils zwei einander gegenüberliegende einspringende Ecken aufweisen. Grob vereinfacht kann diese Zellgeometrie als Sanduhrmuster bezeichnet werden. Rohre, welche auf ihrer Oberfläche das Positiv einer solchen negativ-auxetischen Struktur aufweisen, besitzen einen für eine Vielzahl von Anwendungen geeigneten Auxetizitätsgrad.
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Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die negativ-auxetischen Struktur fließend und/oder regelmäßig ausgebildet ist. Eine fließende Ausbildung wird insbesondere dadurch erzielt, dass die formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform des Formwerkzeugs so ausgestaltet und zueinander angeordnet sind, dass die negativ-auxetische Struktur auf den formgebenden Formflächen der Werkzeugformen nach dem Zusammenbringen der Werkzeugformen eine umlaufende negativ-auxetische Struktur ausbilden. Es liegt kein Versatz bzw. keine Unterbrechung zwischen den einzelnen negativ-auxetischen Strukturabschnitten vor. Regelmäßig ist die Struktur, wenn sich die gleiche Zellstruktur wiederholt.
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In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens weist die Kavität eine im Wesentlichen zylindrische Grundform oder eine zylindrische Grundform auf. Damit können im Wesentlichen zylindrische Rohre hergestellt werden. Die Grundform der Kavität ist optional beliebig abwandelbar, sodass mit dem Verfahren beispielsweise auch im Wesentlichen quadratische Rohre, Rundrohre mit seitlicher Abflachung oder ellipsoide Rohre herstellbar sind. Gerade bei nicht kreisförmigen Querschnitten trägt die Gitternetzstruktur zu einer Stabilisierung des Querschnittes bei.
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Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Werkzeugbacke zur Verwendung in einem Rohrextruderwerkzeug und zur Begrenzung einer Kavität des Rohrextruderwerkzeugs mit einer formgebenden Formfläche, wobei die Formfläche eine negative Gitternetzstruktur aufweist. Die negative Gitternetzstruktur dient dazu, auf einer außenseitigen Mantelfläche eines Rohrmantels eine Gitternetzstruktur auszubilden. Derartige Werkzeugbacken sind einfach herstellbar und können bei Bedarf ausgetauscht werden.
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In einer speziellen Variante der Werkzeugbacke ist die negative Gitternetzstruktur eine negativ-auxetische Struktur. Damit lassen sich Rohre mit vorstehend beschriebenen Vorteilen herstellen.
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Die Gitternetzstruktur bzw. die negativ-auxetische Struktur der formgebenden Formfläche der Werkzeugbacke kann durch spanende Bearbeitung oder beispielsweise auch durch Rapid Manufacturing, wie z. B. selektives Elektronenstrahlschmelzen, oder durch Laserablation erzeugt sein. Unter Rapid Manufacturing werden Methoden und Produktionsverfahren zur schnellen und flexiblen Herstellung von Bauteilen und Serien mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus den CAD-Daten verstanden.
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Es ist günstig, wenn die Werkzeugbacke zumindest im Bereich der Formfläche ein gut wärmeleitendes Material aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Werkzeugbacke ist die Formfläche der Werkzeugbacke aus Metall ausgebildet. Bei dem Metall handelt es sich vorteilhafterweise um Aluminium, Stahl, bzw. eine Aluminium- oder Stahllegierung. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Werkstoffs mit einer vergleichsweise geringen Dichte, um die zur Bewegung der Werkzeugbacke aufzuwendende Energie möglichst gering zu halten.
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Durch das Vorsehen eines gut wärmeleitenden Materials im Bereich der Formfläche einer Werkzeugbacke oder das Vorsehen einer metallischen Formfläche kann – während eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohres – dem erwärmten Rohrmaterial, z. B. einer erwärmten Kunststoffmasse, über die Werkzeugbacken ein Großteil der Wärmeenergie entzogen und relativ rasch und effizient abgeleitet werden.
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In einer weiteren Ausführungsform der Werkzeugbacke ist vorgesehen, dass sie eine Kühlstruktur aufweist. Die Kühlstruktur kann beispielsweise Kühlrippen und/oder einen Kühlkanal umfassen, wobei die Kühlstruktur von einer Kühlflüssigkeit oder von Luft durchströmt werden kann. Auf diese Weise können die Werkzeugbacken während der Rohrproduktion auf gewünschter oder konstanter Temperatur gehalten werden. Temperatureinflüsse von außen, wie z. B. die Betriebs- und Umgebungstemperatur, beeinflussen das Herstellungsverfahren kaum. Außerdem kann das Abkühlen der Werkzeugbacken und damit das Aushärten des hergestellten Rohres beschleunigt werden.
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In einer weiteren Variante der Werkzeugbacke ist vorgesehen, dass sie eine Vakuumabsaugung aufweist. Dadurch kann das Rohrmaterial während des Herstellungsverfahrens bzw. das hergestellte Rohr über Vakuum an die Formfläche der Werkzeugbacke herangesaugt werden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Verformung des Rohrmantels, insbesondere der außenseitigen Mantelfläche, verhindert. Besonders bei der Herstellung von Rohren mit größeren Durchmessern sollte eine Vakuumabsaugung verwendet werden.
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Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Rohrextruderwerkzeug, insbesondere ein Korrugatorwerkzeug,
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- • mit wenigstens vier Werkzeugbacken nach einer der oben beschriebenen Ausführungsformen, wobei wenigstens zwei der Werkzeugbacken eine erste Werkzeugform eines Formwerkzeugs und wenigstens zwei der Werkzeugbacken eine zweite Werkzeugform des Formwerkzeugs ausbilden, und wobei formgebende Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform einen Bereich einer Kavität mit einer Gitternetzstruktur, vorzugsweise mit einer negativ-auxetischen Struktur, begrenzen, wobei die Kavität an einem ersten Ende und einem zweiten Ende offen ausgebildet ist,
- • mit einem Extruder, der vorzugsweise über einen Ringspalt durch das erste offene Ende in die Kavität mündet,
- • mit einer Umlaufvorrichtung, mit der die Werkzeugbacken entlang der Kavität von dem Extruder wegbewegbar sind, und mit der zwei gegenüberliegende Werkzeugbacken der ersten und der zweiten Werkzeugform am zweiten Ende der Kavität voneinander trennbar und am ersten Ende wieder zusammenführbar sind, und
- • mit einem Antrieb, mit dem die Werkzeugbacken der ersten und zweiten Werkzeugform entlang der Umlaufvorrichtung angetrieben sind.
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Mit einem solchen Rohrextruderwerkzeug ist ein Rohr mit Gitternetzstruktur und vorzugsweise mit auxetischer Struktur auf dem Außenmantel auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar. Es entsteht ein Rohr mit stabilisierender Gitternetzstruktur, welches trotzdem leicht ist und die weiteren zuvor beschriebenen Vorteile aufweisen kann.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rohrextruderwerkzeugs sind alle Werkzeugbacken mit Gitternetzstruktur bzw. negativ-auxetischer Struktur baugleich. Damit ist eine kostengünstige Herstellung möglich und schadhafte Teile können einfach einzeln getauscht werden. Optional können mehr als zwei Werkzeugformen vorgesehen werden, wodurch abweichende Kavitätenquerschnitte und Gitternetzstrukturen umsetzbar sind. Die Trennebenen zwischen den Werkzeugformen erstrecken sich jeweils vom ersten Ende bis zum zweiten Ende der Kavität.
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Gemäß einer weiteren näheren Ausführungsform reicht die Gitternetzstruktur bzw. die negativ-auxetische Struktur bis an das erste Ende und das zweite Ende der Kavität heran. Vorzugsweise erstreckt sich die Gitternetzstruktur bzw. die negativ-auxetische Struktur über die gesamte Länge der Kavität, damit das Rohr über die gesamte Länge mit einer Struktur herstellbar ist. Abweichend kann jedoch auch eine Glattfläche in einer Formfläche vorgesehen werden, z. B. eine ringförmige glatte Formfläche, wenn ein Bereich der außenseitigen Mantelfläche des herzustellenden Rohrs frei von der Gitternetzstruktur bleiben soll. Dies ist beispielsweise im Bereich von Rohrenden wünschenswert, um das Rohr mit einer dichten Verbindung an Nachbarteile anschließen zu können. Hierzu wären dann die Position der Glattfläche und das Ablängen des extrudierten Rohres aufeinander abzustimmen.
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Die Werkzeugbacken der beiden Werkzeugformen ergänzen sich vorzugsweise paarweise gegenüberliegend. Sie können dann beispielsweise in einem Kreislauf bzw. einem Kreislauf pro Werkzeugform entlang der Umlaufvorrichtung geführt werden, mit der die Werkzeugbacken entlang der Kavität von dem Extruder wegbewegbar sind. Die Umlaufvorrichtung kann hierfür beispielsweise als Rondell oder Schienenlager ausgebildet sein. Positioniert ist die Umlaufvorrichtung hinter einem Spritzkopf bzw. einem Ringspalt des Extruders.
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Am zweiten Ende der Kavität werden die Werkzeugbacken auseinandergefahren und separat voneinander zum ersten Ende der Kavität zurückgeführt. Die Werkzeugbacken sind hierzu beispielsweise durch Antriebsmittel am ersten Ende der Kavität in Produktions- bzw. Extrusionsrichtung antreibbar. Folglich würden die jeweils stromaufwärtigsten Werkzeugbacken durch diese Antriebsmittel angetrieben, während alle vorauslaufenden Werkzeugbacken beispielsweise durch Druckbeaufschlagung in Produktionsrichtung vorangetrieben werden. Der Antrieb kann z. B. von Zahnrädern, Schneckentrieben oder einem Magnettrieb ausgebildet sein.
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Außerdem kann die Umlaufvorrichtung Fördermittel für die Werkzeugbacken aufweisen. Die Fördermittel können zum Beispiel als Schlitten ausgestaltet sein, die jeweils einen Greifarm aufweisen. Der Greifarm greift eine am zweiten Ende der Kavität befindliche Werkzeugbacke. Dann fährt der Schlitten zum ersten Ende der Kavität, wo der Greifarm die Werkzeugbacke absetzt und an die vorauslaufende Werkzeugbacke anschließt bzw. ansetzt. Der Schlitten mit dem Greifarm fährt dann wieder an das zweite Ende der Kavität, wo die nächste Werkzeugbacke gegriffen wird.
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Alternativ kann die Umlaufvorrichtung einen Roboter aufweisen, welcher die Werkzeugbacken an das erste Ende der Kavität zurückführt. Das Ansetzen an die jeweils vorauslaufende Werkzeugbacke kann beispielsweise durch getrennt von dem Roboter arbeitende Pneumatikzylinder erfolgen.
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Ferner betrifft die Erfindung ein Rohr mit einem Rohrmantel sowie einer ersten und zweiten Rohröffnung, wobei eine außenseitige Mantelfläche des Rohrmantels eine auxetische Struktur aufweist.
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Ein erfindungsgemäßes Rohr ist zum Beispiel herstellbar nach einem oben beschriebenen Verfahren und/oder unter Zuhilfenahme einer vorstehend beschriebenen Werkzeugbacke und/oder mit einem zuvor beschriebenen Rohrextruderwerkzeug.
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Solche Rohre zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Formstabilität gegenüber äußeren Krafteinwirkungen und/oder gegenüber Temperatur- und/oder Druckänderungen innerhalb des Rohres aus.
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Ein solches Rohr kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie z. B. Elastomeren und Kunststoffen, hergestellt sein. Je nach gewähltem Rohrmaterial und je nach Ausgestaltung der auxetischen Struktur der außenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels kann ein Rohr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dies betrifft beispielsweise Eigenschaften, wie Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Gewichtseffizienz, Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, thermo-mechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten und Dämpfungsverhalten.
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Die mit dem Verfahren herstellbaren Rohre mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Rohr bzw. die Rohrwand bei äußeren Krafteinwirkungen seine bzw. ihre Form weitestgehend beibehält. Auch wenn es innerhalb des Rohres zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes kommt, bleibt die Form des Rohrs bzw. die Form der Rohrwand nahezu unverändert.
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Im Unterschied zu einem konventionellen Rohr, d. h. einem Rohr, welches keine auxetische Struktur auf der außenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels aufweist, erfolgt bei einem erfindungsgemäßen Rohr eine geringere Veränderung des Rohrquerschnitts, wenn es zu äußeren Krafteinwirkungen oder zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes innerhalb des Rohres kommt. Dadurch wird eine Beschädigung oder Zerstörung des Rohres bzw. von Bauteilen, welche in der Peripherie des Rohres angeordnet sind, weitestgehend vermieden.
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Besonders vorteilhaft ist, dass die auxetische Struktur, welche die außenseitige Mantelfläche des Rohrmantels aufweist, die Verwendung konventioneller Verstärkungsmittel, wie z. B. eines metallischen Korsetts oder von Glasfasern, überflüssig macht. Dadurch werden zum einen Materialkosten eingespart, und zum anderen wird die Anzahl der Verfahrensschritte reduziert.
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Die auxetische Struktur ist nämlich monolithisch mit dem Rohrmantel ausbildbar. Insgesamt führt das Verfahren somit unmittelbar zu einer Kosten und Zeitersparnis in der Produktion und Anwendung.
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In einer wichtigen Ausführungsform ist das Rohr ein Glattrohr. Ein Glattrohr ist ein Rohr, bei dem die Innenwandung des Rohrmantels nicht mit einer Struktur versehen ist, d. h. glatt ausgestaltet ist. Das bedeutet, dass die auf der außenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels vorgesehene auxetische Struktur nicht auf die Innenseite des Rohrmantels durchschlägt.
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In einer weiteren Ausführungsform des Rohrs ist die auxetische Struktur aus Zellen aufgebaut, die ein Grundmuster aus versetzt zueinander angeordneten Sanduhrbändern ergeben. Die Sanduhrbänder sind aus aufeinandergestapelten Sanduhrmustern ausgebildet. Dabei basiert jedes einzelne Sanduhrmuster auf einem Sechseck, welches zwei einander gegenüberliegende einspringende Ecken aufweist.
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In einer anderen Variante des Rohrs macht die auxetische Struktur 15 % bis 60 % einer Wandstärke des Rohres aus, bevorzugt 20 % bis 55 %, ganz besonders bevorzugt 25 % bis 50%. Beispielsweise hat das Rohr eine Wandstärke von etwa 2 mm, wobei z. B. die äußeren 0,5 mm der Rohrwand die auxetische Struktur aufweisen. Es ist kein zusätzliches Verstärkungsmaterial erforderlich ist, weil das Rohr eine auxetische Struktur aufweist. Grundsätzlich kann eine auxetische Außenstruktur jedoch auch mit anderen Verstärkungsmaterialien kombinert werden.
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Spezielle Ausgestaltungsvarianten des Verfahrens, der Werkzeugbacke, des Rohrextruderwerkzeugs und des Rohres, welche jeweils im Zusammenhang mit einem der anderen genannten Erfindungsgegenstände beschrieben sind, gelten jeweils auch für den speziellen Textabschnitt.
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Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
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1 Rohr, welches auf der außenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels eine auxetische Struktur aufweist;
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2a Ausschnitt aus der auxetischen Struktur nach 1;
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2b Ausschnitt aus der auxetischen Struktur nach 1;
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3 Schematische Darstellung eines Rohrextruderwerkzeugs; und
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4 Werkzeugbacke zur Verwendung in einem Rohrextruderwerkzeug nach 3.
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1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rohr 1 mit einem Rohrmantel 17 sowie einer ersten und zweiten Rohröffnung 18, 19. Das Rohr 1 weist auf der außenseitigen Mantelfläche 2 des Rohrmantels 17 eine Gitternetzstruktur, insbesondere eine auxetische Struktur 3a auf. Es handelt sich bei dem Rohr 1 um ein Glattrohr, d. h., dass die Innenwandung 22 des Rohrmantels 17 nicht mit einer Struktur versehen ist, sondern glatt ausgestaltet ist. Die auf der außenseitigen Mantelfläche 2 des Rohrmantels 17 vorgesehene auxetische Struktur schlägt nicht auf die Innenseite des Rohrmantels 17 durch.
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Um die besonderen Eigenschaften auxetischer Materialien zu veranschaulichen, ist in den 2a und 2b jeweils ein Ausschnitt aus der in 1 dargestellten auxetischen Struktur 3a gezeigt, wobei der Einfachheit halber eine zweidimensionale Darstellung gewählt ist. Allerdings ist in den 2a und 2b die Ausrichtung gegenüber der Darstellung nach 1 um 90 Grad gedreht. Optional kann auch in 1 die auxetische Struktur um 90 Grad gedreht angeordnet sein. Charakteristisch für das in 2a und 2b gezeigte auxetische Material ist, dass das Erzeugen einer Zugspannung in einer horizontalen Achse R1, R2 (gemäß der Ausrichtung des Zeichenblattes) auf die auxetische Struktur nach 2a zu einer Ausdehnung in vertikaler Richtung führt, wie es in 2b gezeigt ist.
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Das in 1 gezeigte Rohr 1 zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Formstabilität gegenüber äußeren Krafteinwirkungen und/oder gegenüber Temperatur- und/oder Druckänderungen innerhalb des Rohres 1 aus. Mithin ist das Rohr 1 robust und somit besonders langlebig. Das Rohr 1 ist auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar. Denn die auxetische Struktur 3a stabilisiert das Rohr 1, sodass bei der Herstellung auf zusätzliche Arbeitsschritte, wie z. B. eine Armierung, verzichtet werden kann. Aufgrund der Entbehrlichkeit einer zusätzlichen, konventionellen Verstärkung des Rohrs 1, z. B. mittels eines Metallkorsetts oder durch Glasfasern, werden bei der Produktion des Rohrs 1 nicht nur Zeit und Material eingespart, sondern auch das Gewicht des Rohrs 1 deutlich reduziert.
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Das Rohr 1 bzw. dessen Rohrwand behält bei äußeren Krafteinwirkungen seine Form weitestgehend bei. Auch wenn es innerhalb des Rohres 1 zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes kommt, verändert sich die Form des Rohrs 1 bzw. die Form der Rohrwand nur geringfügig.
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Die in 1 gezeigte auxetische Struktur 3a der außenseitigen Mantelfläche 2 des Rohres 1 stellt das Positiv der auf den formgebenden Formflächen 8a, 8b (nur in 4 dargestellt) der – zur Herstellung des Rohrs 1 – verwendeten ersten und zweiten Werkzeugform 5, 6 (nur in 3 gezeigt) vorhandenen negativ-auxetischen Struktur 3b dar. Bei der in 1 dargestellten auxetischen Struktur 3a handelt es sich um eine aus sechseckigen Zellen 20 gebildete Struktur, wobei die Zellen 20 dieselbe Zellgeometrie aufweisen, d. h. Einheitszellen darstellen. Dabei stellen die Zellen 20 Sechsecke dar, welche jeweils zwei einander gegenüberliegende einspringende Ecken aufweisen. Grob vereinfacht kann die Zellgeometrie jeder Zelle 20 als Sanduhrmuster bezeichnet. Rohre 1, welche auf ihrer außenseitigen Mantelfläche 2 das Positiv einer solchen negativ-auxetischen Struktur 3b aus versetzt zueinander angeordneten Sanduhrbändern aufweisen, besitzen einen für eine Vielzahl von Anwendungen geeigneten Auxetizitätsgrad. Die in 1 gezeigte Darstellung mit umlaufenden Sanduhrbändern ist in den zahlreichen technischen Anwendungen gegenüber einer Längsausrichtung der Sanduhrbänder zu bevorzugen.
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Je nach Ausgestaltung der negativ-auxetischen Struktur 3b der formgebenden Formflächen 8a, 8b (nur in 4 gezeigt) der zur Herstellung verwendeten Werkzeugbacken 13a, 13 (in 3 und 4 gezeigt) und je nach gewähltem Rohrmaterial, z. B. ausgewählt aus der Gruppe Elastomere und Kunststoffe, ist eine Vielzahl von Eigenschaften eines erfindungsgemäß herstellbaren Rohres 1 direkt beeinflussbar. Dies sind z. B.: Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Gewichtseffizienz, Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, thermo-mechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten und Dämpfungsverhalten.
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Bei einem erfindungsgemäßen Rohr 1 macht die auxetische Struktur 3a beispielsweise 15 % bis 60 % der Wandstärke des Rohres 1 aus, bevorzugt 20 % bis 55 %, ganz besonders bevorzugt 25 % bis 50 %. Zum Beispiel kann das Rohr 1 eine Wandstärke von etwa 2 mm aufweisen, wobei z. B. die äußeren 0,5 mm der Rohrwand die auxetische Struktur 3a aufweisen. Beispielsweise kann die auxetische Struktur 3a bei einer Rohrwandstärke von 2 mm auch etwa 1 mm ausmachen. Vorteilhafterweise ist bei einem Rohr 1 zur Gewährleistung der Formstabilität kein zusätzliches Verstärkungsmaterial erforderlich, weil es eine auxetische Struktur 3a aufweist.
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Das Rohr 1 mit der auxetischen Struktur 3a (vgl. 1) auf dem Außenmantel 17 ist mit der in 3 schematisch dargestellten Vorrichtung auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar.
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Bei der in 3 gezeigten Vorrichtung handelt es sich um ein Rohrextruderwerkzeug 14, insbesondere um ein Korrugatorwerkzeug, mit welchem das Rohr 1 mit stabilisierender auxetischer Struktur 3a herstellbar ist. Das hergestellte Rohr 1 ist formstabil und damit robust, aber trotzdem leicht und kann die weiteren zuvor beschriebenen Vorteile aufweisen.
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Das Rohrextruderwerkzeug 14 weist einen Extruder 11 auf, der durch ein erstes offene Ende 9 in eine Kavität 4 mündet, wobei die Kavität 4 an einem ersten Ende 9 und an einem zweiten Ende 10 offen ausgebildet ist.
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Weiterhin ist eine Umlaufvorrichtung 16 vorgesehen, mit der Werkzeugbacken 13a, 13b (vgl. 4) entlang der Kavität 4 kontinuierlich und vorzugsweise auch linear von einem Ringspalt 12 des Extruders 11 wegbewegbar sind. Mit der Umlaufvorrichtung 16 sind die zwei gegenüberliegenden Werkzeugbacken 13a, 13b einer ersten und einer zweiten Werkzeugform 5, 6 am zweiten Ende 10 der Kavität 4 voneinander trennbar und am ersten Ende 9 wieder zusammenführbar. Damit ist eine Gitternetzstruktur bzw. die auxetische Struktur 3a bei kontinuierlicher Extrusionsgeschwindigkeit ausbildbar. Die Umlaufvorrichtung 16 ist insbesondere als jeweils ein Rondell pro Werkzeugform 5, 6 ausgebildet.
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Zudem besitzt das Rohrextruderwerkzeug 14 einen Antrieb, mit dem die Werkzeugbacken 13a, 13b der ersten und zweiten Werkzeugform 5, 6 entlang der Umlaufvorrichtung 16 bzw. des Rondells angetrieben sind.
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Man erkennt, dass sich die Werkzeugbacken 13a, 13b der beiden Werkzeugformen 5, 6 paarweise gegenüberliegend ergänzen. Die Werkzeugbacken 13a, 13b werden entlang von Schienen des Rondells am zweiten Ende 10 der Kavität 4 auseinandergefahren und separat voneinander zum ersten Ende 9 der Kavität 4 zurückgeführt.
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Außerdem erkennt man, dass das Rohrextruderwerkzeug 14 wenigstens vier, hier insbesondere jeweils zwanzig, Werkzeugbacken 13a, 13b aufweist. Dabei bilden wenigstens zwei, hier insbesondere sechs der Werkzeugbacken 13a eine erste Werkzeugform 5 eines Formwerkzeugs 7 und wenigstens zwei, hier insbesondere sechs der Werkzeugbacken 13b die zweite Werkzeugform 6 des Formwerkzeugs 7 aus. Die formgebenden Formflächen 8a, 8b der ersten und der zweiten Werkzeugform 5, 6 begrenzen einen ringförmigen Bereich der Kavität 4 mit der negativ-auxetischen Struktur 3b. Die restlichen Werkzeugbacken 13a, 13b befinden sich auf dem Weg zurück zum ersten Ende 9 der Kavität 4.
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Mit dem Rohrextruderwerkzeug 14 kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohres 1 mit einer außenseitigen Mantelfläche 2, welche die auxetische Struktur 3a aufweist, durchgeführt werden. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohrs 1 handelt es sich insbesondere um ein Korrugatorverfahren.
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Zunächst wird die Kavität 4 zwischen der ersten und der zweiten Werkzeugform 5, 6 des Formwerkzeugs 7 ausgebildet. Die formgebenden Formflächen 8a, 8b der ersten und der zweiten Werkzeugform 5, 6 des Formwerkzeugs 7 sind bevorzugt so ausgestaltet und so zueinander angeordnet, dass die negativ-auxetischen Strukturen 3b auf den formgebenden Formflächen 8a, 8b der Werkzeugformen 7 nach dem Zusammenbringen der Werkzeugformen 7 eine regelmäßige umlaufende negativ-auxetische Struktur 3b ausbilden. Es sollte kein Versatz bzw. keine Unterbrechung zwischen den einzelnen negativ-auxetischen Strukturabschnitten vorliegen. Der ringförmige Bereich der Kavität 4 kann beispielsweise kreisförmig, ellipsoid oder eckig ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kavität 4 eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf.
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Bevorzugt führt die negativ-auxetische Struktur 3b bis an das erste Ende 9 und das zweite Ende 10 der Kavität 4 heran. Besonders bevorzugt erstreckt sich die negativ-auxetische Struktur 3b über die gesamte Länge der Kavität 4. Damit ist das Rohr 1 über die gesamte Länge mit der auxetischen Struktur 3a herstellbar. Alternativ kann auch eine Glattfläche in einer Formfläche 8a, 8b vorgesehen werden, z. B. eine ringförmige glatte Formfläche 8a, 8b, wenn ein Bereich der außenseitigen Mantelfläche 2 des herzustellenden Rohrs 1 keine auxetische Struktur 3a aufweisen soll. Dies ist beispielsweise im Bereich von Rohrenden wünschenswert, um das Rohr 1 mit einer dichten Verbindung an Nachbarteile anschließen zu können. Hierzu wären dann die Position der Glattfläche und das Ablängen des extrudierten Rohres 1 aufeinander abzustimmen.
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Spezielle Querschnitte der Kavität 4 und/oder negativ-auxetische Strukturen 3b können durch eine Ergänzung um wenigstens eine weitere Werkzeugform 7 realisiert werden, sodass die Kavität 4 zwischen der ersten, der zweiten und den weiteren Werkzeugformen 7 ausgebildet wird.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rohrextruderwerkzeugs 14 sind alle Werkzeugbacken 13a, 13b mit negativ-auxetischer Struktur 3b baugleich. Damit ist eine kostengünstige Herstellung möglich und schadhafte Teile können einfach einzeln getauscht werden. Es können auch mehr als zwei Werkzeugformen 5, 6 vorgesehen werden. Dadurch sind unterschiedliche Querschnitte der Kavität 4 mit unterschiedlichen negativ-auxetische Strukturen 3b realisierbar. Die Trennebenen zwischen den Werkzeugformen 5, 6 erstrecken sich jeweils vom ersten Ende 9 bis zum zweiten Ende 10 der Kavität 4.
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In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird in die – wie weiter oben beschrieben – ausgebildete Kavität 4 eine fließfähige Masse M eingebracht. Die fließfähige Masse M, z. B. ein erwärmter Kunststoff, wird über den Extruder 11, der mit einem Ringspalt 12 durch das erste offene Ende 9 in die Kavität 4 mündet, in die Kavität 4 eingebracht. Dazu ist am Extruder 11 beispielsweise ein beheizbarer und temperierbarer Spritzkopf 21 vorgesehen. Für die Temperierung der einzubringenden Masse M kann beispielsweise ein Heißkanalsystem mit einer Düse bzw. einer Heißkanaldüse verwendet werden.
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Besonders vorteilhaft ist die kontinuierliche Fertigung des Rohrs 1 im Extrusionsverfahren, wodurch dessen Herstellungskosten gering sind. Der Ringspalt 12 ist dabei durch eine Öffnung auszubilden, in dessen Zentrum ein Dorn positioniert ist. Der Dorn kann bis in die Kavität 4 hineinreichen, wodurch die noch weiche Masse M von innen gestützt wird. Auch ist hierdurch auf einfache Weise ein Glattrohr, das heißt ein Rohr 1 mit glatter Rohrinnenseite, herstellbar. Bevorzugt wird der Dorn temperiert. Damit kann die auxetische-Struktur 3a in hoher Qualität ausgebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Stützdruck oder ein Außenvakuum vorgesehen werden.
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In einer wichtigen Variante des Verfahrens weisen die erste und die zweite Werkzeugform 5, 6 jeweils wenigstens zwei Werkzeugbacken 13a, 13b auf, welche die Formflächen 8a, 8b ausbilden, wobei die Werkzeugbacken 13a, 13b der Werkzeugformen 5, 6 jeweils derart bewegt werden, dass jeweils die Werkzeugbacke 13a, 13b am zweiten offenen Ende 10 der Kavität 4 von der ausgehärteten Masse M abgehoben und am ersten offenen Ende 9 wieder auf die fließfähige Masse M aufgesetzt wird. Zur Produktion eines Rohrs 1 mit einer anderen auxetischen Struktur 3a auf der außenseitigen Mantelfläche 2 können die Werkzeugbacken 13a, 13b einfach ausgetauscht werden.
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In einem weiteren Verfahrensschritt wird die fließfähige Masse M in der Kavität 4 ausgehärtet. Danach wird die ausgehärteten Masse M aus der Kavität 4 entnommen bzw. aus der Kavität 4 herausgeschoben und auf Wunschmaß abgelängt.
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In 4 ist die Werkzeugbacke 13a zur Verwendung in einem zuvor beschriebenen Rohrextruderwerkzeug 14 und zur Begrenzung der Kavität 4 des Rohrextruderwerkzeugs 14 mit der formgebenden Formfläche 8a gezeigt. Dabei weist die Formfläche 8a eine negativ-auxetische Struktur 3b auf, welche dazu dient, auf einer außenseitigen Mantelfläche 2 eines Rohrmantels 17 eine auxetische Struktur 3a auszubilden. Derartige Werkzeugbacken 13a sind einfach herstellbar und können bei Bedarf ausgetauscht werden.
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Die negativ-auxetische Struktur 3b der formgebenden Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a kann durch spanende Bearbeitung oder beispielsweise auch durch Rapid Manufacturing, wie z. B. selektives Elektronenstrahlschmelzen, oder durch Laserablation erzeugt sein. Prinzipiell ist eine Vielzahl von Materialien mittels Rapid Manufacturing bearbeitbar, wie z. B. Metall, Keramik und Kunststoffe. Die Ausrichtung und Größe der Zellen kann nach spezifischem Anwendungsfall ausgewählt werden.
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Bei tiefen negativ-auxetischen Strukturen 3b und spröd-harter Masse zur Herstellung des Rohres kann es erforderlich sein, mehr als zwei Werkzeugbacken 13a zu einem Ring zusammenzufassen, um eine zerstörungsfreie Entformung zu erzielen. Benachbarte Werkzeugbacken sollten die negativ-auxetischen Strukturen 3b fließend fortsetzen. Optional sind die Werkzeugbacken auch als Gleichteile ausbildbar. Des Weiteren besteht die Option, zwischen den negativ-auxetischen Strukturen 3b glatte oder abweichend strukturierte Zwischenflächen in die Formfläche 8a einzubinden.
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Es ist vorteilhaft, wenn die Werkzeugbacke 13a zumindest im Bereich der Formfläche 8a ein gut wärmeleitendes Material aufweist. Besonders bevorzugt ist die Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a aus Metall ausgebildet. Bei dem Metall handelt es sich vorteilhafterweise um Aluminium oder Stahl oder um eine Aluminium- oder Stahllegierung. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Werkstoffs mit einer vergleichsweise geringen Dichte, um die zur Bewegung der Werkzeugbacke 13a aufzuwendende Energie möglichst gering zu halten.
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Durch das Vorsehen eines gut wärmeleitenden Materials im Bereich der Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a oder das Vorsehen einer metallischen Formfläche 8a kann – während eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohres 1 – dem erwärmten Rohrmaterial über die Werkzeugbacken 13a ein Großteil der Wärmeenergie entzogen werden. Zudem kann die dem Rohrmaterial entzogene Wärmeenergie relativ rasch und effizient abgeleitet werden. Damit ist das Abkühlen der Werkzeugbacken 13a, 13b und folglich das Aushärten des hergestellten Rohres 1 insgesamt relativ zeiteffizient.
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Die Werkzeugbacke 13a weist eine optionale Kühlstruktur 15a auf, welche z. B. Kühlrippen und/oder einen Kühlkanal umfassen kann. Dabei kann die Kühlstruktur 15a von einer Kühlflüssigkeit oder von Luft durchströmt werden. Auf diese Weise können die Werkzeugbacken 13a während der Produktion des Rohres auf einer gewünschten oder konstanten Temperatur gehalten werden.
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In einer weiteren Variante der Werkzeugbacke 13a ist vorgesehen, dass sie eine Vakuumabsaugung 15b aufweist. Dadurch kann das Rohrmaterial während des Herstellungsverfahrens bzw. das hergestellte Rohr 1 über ein Außenvakuum an die Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a herangesaugt werden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Verformung des Rohrmantels, insbesondere der außenseitigen Mantelfläche 2, verhindert. Besonders bei der Herstellung von Rohren 1 mit größeren Durchmessern sollte eine Vakuumabsaugung 15b verwendet werden. Außerdem dringt hierdurch die fluide Masse gut und tief in die negative Gitternetzstruktur bzw. negativ-auxetische Struktur 3b ein.
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Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar.
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Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Rohr
- 13b
- Werkzeugbacke
- 2
- außenseitige Mantelfläche
- 14
- Rohrextruderwerkzeug
- 3a
- auxetische Struktur
- 15a
- Kühlstruktur
- 3b
- negativ-auxetische Struktur
- 15b
- Vakuumabsaugung
- 4
- Kavität
- 16
- Umlaufvorrichtung
- 5
- erste Werkzeugform
- 17
- Rohrmantel
- 6
- zweite Werkzeugform
- 18
- erste Rohröffnung
- 7
- Formwerkzeug
- 19
- zweite Rohröffnung
- 8a
- erste formgebende Formfläche
- 20
- Zelle
- 8b
- zweite formgebende Formfläche
- 21
- Spritz- bzw. Extruderkopf
- 9
- erstes Ende der Kavität
- 22
- innenseitige Mantelfläche
- 10
- zweites Ende der Kavität
- 11
- Extruder
- M
- Masse
- 12
- Ringspalt
- R1
- Richtung der Zugspannung
- 13a
- Werkzeugbacke
- R2
- Richtung der Zugspannung
