DE19512533A1 - Verfahren zur Wölbstrukturierung und Profilierung dünner Wände und Folien - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wölbstrukturierung und Profilierung dünner Materialbahnen, auch in Form von Folien, bei dem die Materialbahnen und Folien dazu in gekrümmter Form beabstandet und durch Druckbeaufschlagung wölbstrukturiert werden.

Um den Materialeinsatz zu senken und das Gewicht zu verringern, will man in vielen Bereichen der Technik Bauteile herstellen, die trotz dünner Wände eine große Formsteifigkeit besitzen.

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um dünnen Wänden eine große Formsteifigkeit zu verleihen, indem man die dünnen Wände verformt oder strukturiert. Ein bekanntes Beispiel ist das Sicken von ebenen Blechen oder zylindrischen Behältern. Diese Sickenversteifungen haben jedoch den Nachteil, daß dabei die Steifigkeit quer zur Sicke zwar groß jedoch die Steifigkeit parallel zur Sicke gering ist. Dieser Effekt ist auch bei dem Wellblech deutlich zu erkennen. Weiterhin sind aus der DE-OS 25 57 215, der DE-43 11 978 und der PCT/EP94/01043 Formgebungsverfahren bekannt, wobei dünne Wände ohne aufwendige mechanische Formwerkzeuge versetzte Beulstrukturen erhalten, die im Gegensatz zu den Sicken in mehreren Wandrichtungen eine große Formsteifigkeit erzeugen. In ähnlicher Weise bewirkt das in der DE 195 09 595.2 beschriebene Wölbstrukturierungsverfahren eine gegenüber der glatten Wand verbesserte Formsteifigkeit.

Alle diese bekannten Formgebungsverfahren haben noch Nachteile, wenn es darum geht, dünnen Paneelen zur Herstellung von Wänden oder dergleichen eine große Formsteifigkeit zu verleihen, die nicht nur in einer oder mehreren Wandrichtungen sondern in allen Wandrichtungen groß ist. Die genannten bekannten Formgebungsverfahren haben weiterhin den Nachteil, daß damit formsteife, dünne Bänder, Folien und langen Bleche, die in Längsrichtung sehr biegesteif sein sollen und gleichzeitig eine hohe Torsionssteifigkeit und eine hohe Formsteifigkeit in Querrichtung besitzen sollen, nicht herzustellen sind. Denn Bänder, Folien oder langen Bleche mit in Längsrichtung angeordneten Sicken sind zwar biegesteif in Längsrichtung, sie besitzen aber nur eine geringe Torsionssteifigkeit und sind biegeweich in Querrichtung. Auch mit den bekannten Formgebungsverfahren des Beul- und Wölbstrukturierens kann man bisher keine sehr biegesteifen Bänder, Folien und langen Bleche herstellen, da zwar dabei die Torsionssteifigkeit und die Biegesteifigkeit gegenüber der nicht strukturierten dünnen Wand deutlich erhöht ist, jedoch die Biegesteifigkeit in Längsrichtung häufig noch unzureichend ist.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zu schaffen, mit dem dünne Wände und Folien in der Weise umgeformt werden, daß eine große Formsteifigkeit in allen Wandrichtungen entsteht und weiterhin bei dünnen langen, schmalen Paneelen oder dergleichen aus Bändern, Folien oder Blechen für Wände die Biegesteifigkeit in Längsrichtung weiter vergrößert wird.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß Beulprofilierung mit einer herkömmlichen Profilierung kombiniert wird. D.h. die eine Profilierung wird der anderen überlagert. Dazu kann eine zu strukturierende Materialbahn über beabstandete Stützelemente gebogen, mit Druck beaufschlagt und anschließend durch ein Formwerkzeug in definierten Richtungen profiliert werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß dünne Wände, wie Folien oder Bleche, durch kombinierte Profilierung eine große, allseitige Formsteifigkeit erhalten.

Vorzugsweise profiliert man die beul- oder wölbstrukturierten dünnen Wände in den Bereichen oder Wandrichtungen, die noch vergleichsweise biegeweich sind, um sie dort zu versteifen. Beispielsweise ist eine beul-oder wölbstrukturierte Materialbahn mit versetzten Vierecken, die aus durchgängigen und versetzten Beulfalten gebildet werden, in der Wandrichtung parallel zu den durchgängigen Beulfalten biegesteifer als in Wandrichtung quer dazu. Damit die strukturierte Materialbahn in dieser biegeweichen Wandrichtung (Querrichtung) eine größere Formsteifigkeit erhält, wird sie wahlweise und erfindungsgemäß durch Sicken formversteift. Die z. B. sechseckigen, beul- oder wölbstrukturierten, dünnen Wände sind in der Wandrichtung parallel zu den zickzackförmigen Beulfalten biegesteifer als in der Wandrichtung quer dazu. Damit die strukturierte Materialbahn in dieser biegeweichen Wandrichtung (Querrichtung) eine größere Formsteifigkeit erhält, wird sie wahlweise und erfindungsgemäß durch Sicken formversteift.

Eine in allen Wandrichtungen wirksame Formversteifung von beul- oder wölbstrukturierten, dünnen Wänden läßt sich auch dadurch erreichen, daß Profilierungen, vorzugsweise Sicken, in schräger Richtung zu den oben genannten biegeweichen Wandrichtungen in die strukturierte Materialbahn geprägt werden. Die formversteifte, dünne Wand besitzt gleichzeitig ein gutes optisches Aussehen.

Bei dünnen langen Wänden, wie Bändern, Folien und langen Blechen, wird eine große Biegesteifigkeit und eine große Torsionssteifigkeit b.B. dadurch erzielt, daß erfindungsgemäß die dünnen Wände über beabstandete Stützelemente gebogen, mit Druck beaufschlagt und in Längsrichtung mit einer Profilierung, wie Sicken, versteift werden.

Diese genannten Umformverfahren sind erfindungsgemäß bei dünnen Wänden unterschiedlicher Werkstoffe, wie Metall, Kunststoffe Pappe, Papier und Glas anwendbar. Bei spröden Werkstoffen, wie Glas, findet die Strukturierung und Profilierung der Materialbahn bei erhöhten Temperaturen statt, bei denen sich der Werkstoff plastisch verformen läßt.

Die Verfahren zur Herstellung beul- und wölbstrukturierter und strukturierter, dünner Wände lassen sich erfindungsgemäß nach unterschiedlichen Methoden durchführen:

• 1. Die dünne Materialbahn wird zunächst über beabstandete Stützelemente gebogen, mit Druck beaufschlagt und beul- oder wölbstrukturiert. In einer nachgeschalteten Stufe prägen mechanische Formwerkzeuge die Profilierungen, wie Sicken, in die beul- oder wölbstrukturierte Materialbann ein. Dieses Verfahren eignet sich besonders für ebene, strukturierte Bleche.
• 2. Die dünne Materialbahn wird über beabstandete Stützelemente gebogen, mit Druck beaufschlagt und beul- oder wölbstrukturiert. Die beul- oder wölbstrukturierte Materialbahn wird dann in gekrümmter Form einer Profilierungsmaschine, vorzugsweise einer mechanischen Walze mit Sickenprofil, zugeführt und profiliert. Dieses Verfahren ist insbesondere für formsteife Bänder, Folien oder Bleche geeignet, die aufgewickelt werden können.
• 3. Die dünne Materialbahn wird zunächst über eine Profilierungswalze, vorzugsweise mit Sickenprofil, gebogen und profiliert. Die Sicken können beispielsweise eine halbrundförmige oder eine trapezförmige Gestalt haben. In der nachgeschalteten Einheit wird die profilierte Materialbahn über beabstandete Stützelemente gebogen, mit Druck beaufschlagt und beul- oder wölbstrukturiert.

Auf diese Weise erzeugte formversteifte, beul- oder wölbstrukturierte dünne Wände, wie Bänder, Folien, Bleche und sonstige Flachzeuge lassen sich erfindungsgemäß in ganz unterschiedlichen Bereichen der Technik anwenden. Erfindungsgemäß erhalten dünne Wände, wie für Garagentore, Fassaden, Paneele, Container, Behälter, Silos, Auffangwannen, Waggonbauteile, Lüftungskanäle und Karosseriebauteile eine große Formsteifigkeit. Diese können deshalb materialsparend aus dünnen Wanddicken hergestellt werden und sind trotzdem formstabil. Gleichzeitig besitzen derartige strukturierte Bauteile erfindungsgemaß günstige schalltechnische Eigenschaften. Denn infolge der hohen Formsteifigkeit der strukturierten, dünnen Wände wird das akustische, unerwünschte Dröhnen vermieden oder reduziert. Weiterhin haben derartig strukturierte Bauteile ein gutes optisches Aussehen. Beispiele hierfür sind (Garagentore, Paneele oder Fassadenverkleidungen mit trapezförmigen Sicken, die schräg zu den beul- oder wölbstrukturierten Materialbahnen verlaufen.

Erfindungsgemäß wirken die Profilierungen, wie trapezförmige oder halbrundförmige Sicken, als Abstandshalter für beul- oder wölbstrukturierte, dünne Materialbahnen, die sandwichartig übereinander geschichtet werden. So entstehen formstabile Leichtbauwände, Leichtbaubehälter oder Leichtbaukonstruktionen. Die von den strukturierten, dünnen Wänden eingeschlossenen Hohlräume werden erfindungsgemäß mit Wärmedämmstoffen, wie Luft, Faserstoffen oder Schaumstoffen, oder mit schallabsorbierenden Stoffen gefüllt. Alternativ dienen die eingeschlossenen Hohlräume erfindungsgemäß als Strömungskanäle für wärmetechnische und verfahrenstechnische Apparate. Ein Beispiel hierfür ist erfindungsgemäß der Spiralwärmeaustauscher. Hierbei erzeugt die beul- oder wölbstrukturierte Oberfläche der Wände eine Verwirbelung des wärmeübertragenden Fluids und eine Erhöhung der Wärmeübertragungsleistung gegenüber der glatten Wand. Die Sicken stützen die spiralförmig aufgewickelten Wände des Wärmeaustauschers voneinander ab. In analoger Weise werden erfindungsgemäß beul- oder wölbstrukturierte, profilierte, ebene Bleche hergestellt und für einen Plattenwärmeaustauscher zusammengefügt.

Weiterhin lassen sich erfindungsgemäß beul- oder wölbstrukturierte, profilierte, dünne Wände durch sekundäre Umformungen in dünnwandige Bauteile mit vielfältiger geometrischer Gestalt überführen. Hierzu wird eine beul- oder wölbstrukturierte, profilierte, dünne Wand erfindungsgemäß in der geometrischen Gestalt hergestellt, die der Hauptform des herzustellenden Bauteils entspricht. In einem sekundären Umformprozeß wird dann die strukturierte, dünne Wand erfindungsgemäß nur an einigen ausgezeichneten Stellen durch mechanische Umformung, wie Biegen, Pressen oder Tiefziehen, + weiter verformt. Ein Beispiel hierfür ist erfindungsgemaß die formsteife Rückwand für das Transportwesen, wie Personen- oder Lastkraftwagen, Flugzeuge, Schiffe. Hierzu wird ein gekrümmtes Blech zunächst beul- oder wölbstrukturiert und ggf. profiliert und stellt damit die formstabile Grundform der Rückwand dar. Nur an ausgezeichneten Stellen, wie an Rändern, Ecken und Aussparungen, die strukturiert oder glatt sein können, wird dann das strukturierte Blech durch mechanische Formwerkzeuge weiter verformt, wie gebogen, gebördelt, gepreßt oder tiefgezogen. Wenn die ausgezeichneten Stellen beul- oder wölbstrukturiert sind, ist es möglich, daß die Beul- oder Wölbstrukturen durch die mechanischen Formwerkzeuge teilweise oder vollständig wieder herausgedrückt werden. Dies ist jedoch kein Nachteil, da die Formsteifigkeit des Bauteils hierdurch in der Regel nicht beeinträchtigt wird.; denn die durch mechanische Formwerkzeuge eingeprägten Krümmungen sind biegesteif und erhöhen damit die Formsteifigkeit des gesamten Bauteils. Eine wichtige Voraussetzung fuhr eine derartige sekundäre Umformung ist, daß beul- oder wölbstrukturierte Materialien nur wenig plastisch verformt sind. Bei beulstrukturierten Materialien beträgt die plastische Dehnung je nach Material und Verformungsvorgang nur ca. 2 bis 12%. Deshalb besitzen beul- oder wölbstrukturierte Materialien noch große Plastifizierungsreserven für sekundäre Umformprozesse.

Dünne Materialbahnen, die eine ebene, zylindrische, kegelförmige oder eine beliebige anders gestaltete schalenförmige Gestalt besitzen, erhalten eine Beul- oder Wölbstrukturierung, die erfindungsgemäß aus Dreiecken, Vierecken, Rauten, Fünfecken oder Sechsecken zusammengesetzt sind. Diese Beul- oder Wölbstrukturierungen erhalten durch Profilierungen, wie Sicken, eine zusätzliche Versteifung.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispieles in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und und wird nachfolgend näher beschrieben; es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung beul- oder wölbstrukturierter, profilierter Materialbahnen mit nachgeschalteten Profilierungswalzen;

Fig. 2 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung beul- oder wölbstrukturierter, profilierter Materialbahnen mit vorgeschalteten Profilierungswalzen;

Fig. 3a die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, profilierten, kurzen Materialbahn mit versetzten Viereck-Strukturen;

Fig. 3b die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, profilierten, kurzen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen;

Fig. 3c die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, profilierten, kurzen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen;

Fig. 4a die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, längsprofilierten, langen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen;

Fig. 4b die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, schrägprofilierten, langen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen;

Fig. 4c die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, kreuzweise profilierten, langen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen.

Die in Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung beul- oder wölbstrukturierter, profilierter Materialbahnen mit nachgeschalteten Profilierungswalzen. Die Materialbahn 1 wird über die beabstandeten Stützelemente 2 der Stützkonturwalze 3 gebogen, durch eine gummiweiche Schicht 4 auf der Druckwalze 5 mit Druck beaufschlagt und beul- oder wölbstrukturiert. Kennzeichnend für diese Verformung ist, daß im Unterschied zum Tiefziehen keine oder nur eine verhältnismäßig geringe plastische Verformung erfolgt und eine dem Material naturgegebene Neigung ausgenutzt wird, sich in der beabstandeten unterstützten und gewölbten Form bei von außen wirkendem Druck unter Bildung einer Eckstruktur einzubeulen. Im Unterschied zum bekannten Tiefziehen sind nur sehr geringe Kräfte zu der besonderen Formgebung erforderlich.

In einem weiteren, an sich bekannten Bearbeitungsschritt prägen zwei Profilwalzenpaare 6 die Profilierungen, wie halbrundförmige oder trapezförmige Sicken, in die beul- oder wölbstrukturierte Materialbahn 1 ein. Auf der Haspelrolle 7 wird die fertige Materialbahn aufgerollt. Sollen ebene beul- oder wölbstrukturierte, profilierte Materialbahnen erzeugt werden, sind zwei, drei oder mehr Profilwalzenpaare in fluchtender Richtung angeordnet.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung beul- oder wölbstrukturierter, profilierter Materialbahnen mit vorgeschalteten Profilierungswalzen. Die Materialbahn 1 durchläuft zuerst die Profilwalzenpaare 8, welche die Profilierungen, wie halbrund- oder trapezförmige Sicken, in die glatte Materialbahn 1 einprägen. Die Profilwalzenpaare 8 sind in einem Winkel alpha angeordnet, so daß die profilierte Materialbahn 1 eine gekrümmte Form erhält. Anschließend wird die profilierte Materialbahn 1 über die beabstandeten Stützelemente 2 der Stützkonturwalze 3 gebogen, durch eine gummiweiche Schicht 4 auf der Druckwalze 5 mit Druck beaufschlagt und beul- oder wölbstrukturiert.

Die in der Fig. 3a dargestellte Vorrichtung zeigt die beul- oder wölbstrukturierte Materialbahn mit einer versetzten Viereck-Struktur, die quer zu den durchgehenden Beulfalten 9 versteifende Sicken 10 enthält. Hierdurch wird die noch biegeweiche Wandrichtung der versetzten Viereck-Struktur versteift.

Die in der Fig. 3b und in der Fig. 3c dargestellten Vorrichtungen zeigen die beul- oder wölbstrukturierte Materialbahn mit einer Sechseck-Struktur, die quer zu den zickzackförmigen Beulfalten 11 versteifende Sicken 12 enthält. Hierdurch wird die noch biegeweiche Wandrichtung der Sechseck-Struktur versteift.

Die in der Fig. 4a dargestellte Vorrichtung zeigt die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, längsprofilierten, langen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen. Um die Biegesteifigkeit der langen Materialbahn zu erhöhen, sind in Längsrichtung Sicken 13 in die Materialbahn eingeprägt.

Die in Fig. 4b dargestellte Vorrichtung zeigt die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, längsprofilierten, langen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen. Um die Biegesteifigkeit und die Torsionssteifigkeit der langen Materialbahn zu erhöhen, sind die Sicken 14 schräg zur Längsrichtung der Materialbahn eingeprägt. Hierdurch ergibt sich gleichzeitig ein gutes optisches Aussehen, insbesondere, wenn mehrere strukturierte Materialbahnen mit abwechselnden Neigungswinkeln der Sicken nebeneinander angeordnet sind.

Die in Fig. 4c dargestellte Vorrichtung zeigt die Aufsicht auf eine mit der Vorrichtung nach der Fig. 1 oder Fig. 2 hergestellten, abgewickelten beul- oder wölbstrukturierten, längsprofilierten, langen Materialbahn mit Sechseck-Strukturen. Um die Biegesteifigkeit und die Torsionssteifigkeit der langen Materialbahn noch weiter zu erhöhen, sind die Sicken 15 schräg zur Längsrichtung der Materialbahn und kreuzweise zueinander angeordnet. Auch hierdurch erhält die strukturierte Materialbahn, insbesondere wenn mehrere Materialbahnen nebeneinander angeordnet sind, ein gutes optisches Aussehen.

Claims (20)

1. Verfahren zur Beul- oder Wölbstrukturierung und Profilierung dünner Materialbahnen, auch in Form von Folien, bei dem die Materialbahnen und Folien dazu in gekrümmter Form beabstandet und durch Druckbeaufschlagung beul- oder wölbstrukturiert wird, gekennzeichnet durch eine Kombination mit einer an sich bekannten Profilierung.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beul- oder wölbstrukturierte Materialbahn in ausgezeichneten Wandrichtungen durch Formwerkzeuge weiter versteift wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Profilierung vor und/oder nach der Beul- oder Wölbstrukturierung erfolgt.

4. Verfahren nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch die Verwendung von Walzen für die an sich bekannte Profilierung und/oder für die Beul- oder Wölbstrukturierung, wobei die Materialbahn die verschiedenen Walzenstationen nacheinander durchläuft.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die durch die Profilierung gekrümmte Materialbahn in einer Richtstation mit mehreren Richtrollen in eine vorgestimmte ebene oder gekrümmte Form gebracht wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialbahn die Profilierungsstation und die Richtstation in einem Arbeitsgang durchläuft.

7. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei der an sich bekannten Profilierung Sicken erzeugt werden.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt halbrunde oder trapezförmige Sicken erzeugt werden.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken quer und/oder schräg und/oder kreuzweise zu den Beulfalten verlaufen.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicken die Beulfalten nur schneiden oder neben den Beulfalten liegen.

11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, gekennzeichnet durch eine Beul- oder Wölbstrukturierung mit mehreckigen Beulen.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß dreieckige und/oder viereckige und/oder fünfeckige und/oder sechseckige Beulen und/oder mit Rautenstruktur erzeugt werden.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß versetzte Beul- oder Wölbstrukturen erzeugt werden.

14. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zickzackförmig verlaufende Beulfalten erzeugt werden.

15. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß definierte Flächen der Materialbahn von der Beul- oder Wölbstruktur ausgespart bleiben oder zurückgeformt werden.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch an sich bekannte Nachbearbeitung der ausgesparten Bereiche.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch Biegen und/oder Pressen und/oder Tiefziehen.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17 gekennzeichnet durch die Anwendung in der Sandwichbauweise.

19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch die Verwendung einer Faser oder Schaumfullung zwischen den Sandwichaußenschichten.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 19, gekennzeichnet durch die Anwendung für Garagentore oder Fassaden oder Paneele oder Container oder Behälter oder Silos oder Auffangwannen oder Waggonbauteile oder Lüftungskanäle oder Karosseriebauteile oder Kraftfahrzeuge oder Flugzeuge oder Schiffe oder andere Transporteinrichtungen.