DE19750576A1 - Verfahren zum Gegenverformen beim Beulstrukturieren starrer, dünner Wände - Google Patents
Verfahren zum Gegenverformen beim Beulstrukturieren starrer, dünner WändeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beulstrukturierung, bei dem starre, zylindrische, dünne
Behälterwände oder starre, gekrümmte Materialbahnen über im Abstand zueinander
angeordneten Stützelementen mit Druck beaufschlagt und entgegen ihrer Krümmung gebogen
werden.
Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um zylindrische, dünnwandige Mantel zu strukturieren
und dadurch ihre Formsteifigkeit zu verbessern. Zu diesen Verfahren gehören das Einwalzen
von Sicken in Dosen, Behälter und Materialbahnen oder das Einprägen von Strukturen mit
Hilfe komplizierter Formwerkzeuge, um isotrope, d. h. allseitige Versteifungen zu erzielen.
Diese mechanischen Strukturierungsverfahren besitzen den Nachteil, daß das zu
strukturierende Material dabei stark plastifiziert wird und daß die Oberflächengüte des
Ausgangsmaterials leidet, weil es durch innere und äußere mechanische Formwerkzeuge
beidseitig gepreßt wird. Die Europäische Patentanmeldung 0 441 618 A1 beschreibt ein
Strukturierungsverfahren, nach dem polyedrische Strukturen durch mechanische
Formwerkzeuge (zwei Prägewalzen) erzeugt werden.
Ferner sind Strukturierungsverfahren bekannt, nach denen das zu strukturierende Material nur
von einer Seite mit einem mechanischen Formwerkzeug in Berührung kommt, während von
der anderen Seite ein hydraulisches oder pneumatisches Kissen auf das zu strukturierende
Material Druck ausübt. Hierzu zählen die folgenden Verfahren: Um axiale Sicken in Dosen
einzuprägen, ist eine Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe die Dose auf der Innenseite mit
axialen, starren Elementen abgestützt und auf der Außenseite mit einer elastischen Rolle mit
Druck beaufschlagt wird (DE 35 87 768 T2). Es ist auch vorgeschlagen worden (US Patent
4.576.669), eine Kunststoffolie über eine Walze zu führen, in der sich Näpfchen befinden, in
die der Kunststoff durch Vakuum hineingezogen wird. Auf diese Weise läßt sich die
Formsteifigkeit der Dose bzw. der Folie aber nicht verbessern. Ein Verfahren zum Einbeulen
von Kunststoffolien, das runde Strukturen erzeugt, zwischen denen breite, nicht verformte
Teilflächen stehen bleiben (Französische Anmeldung 1.283.530), ergibt ebenfalls keine
nennenswerte Verbesserung der Formsteifigkeit.
Ferner ist ein Verfahren bekannt, nach dem dünne Materialbahnen oder Folien beulartig
strukturiert werden. Dabei stützt man die gekrümmte, dünne Materialbahn oder Folie auf der
Innenseite durch linienförmige Stützelemente ab und beaufschlagt sie von außen hydraulisch
mit Druck. Auf diese Weise entstehen versetzte Beulstrukturen, die die Formsteifigkeit der
Materialbahn verbessern (Deutsche Offenlegungsschrift 25 57 215, Deutsche Patentschrift DE 43 11 978),
Die hydraulische Herstellung viereckiger oder hexagonaler Strukturen, ist in der
unter PCT/EP 94/01043 veröffentlichten internationalen Patentanmeldung beschrieben worden
(siehe dort Abb. 5b und 5c). Anstelle der hydraulischen Druckaufprägung läßt sich der Druck
auch mittels eines nicht strukturierten, elastischen Kissens oder durch einen nicht strukturierten
Elastomeren aufbringen. Die Stützelemente, gegen die die Materialbahn gedrückt wird, können
aus einem auf dem Kern verschiebbaren, flexiblen Werkstoff (PCT/EP 94/01043) oder aus
einem starren Werkstoff( PCT/EP 96/01608) bestehen.
Die Herstellung polyedrischer, beispielsweise wappenförmiger Strukturen, wobei das Material
eine hohe Formsteifigkeit erhält und dabei nur geringfügig plastifiziert wird, ist in der
internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/EP 97/01465 beschrieben. Bei diesem Verfahren
stellt sich eine mehrdimensionale Wandstruktur aus Beulfalten selbstorganisierend ein, indem
man die Beulstrukturen durch Stützelemente nur vorgibt, so daß diese im Laufe der
Strukturierung nach innen nachgeben, daß die Strukturfalten die Funktion der Stützelemente
selbst übernehmen, und daß die Beulfalten und Beulmulden in freier Selbsteinstellung eine
solche optimale Form annehmen, daß sie dem herrschenden Verformungsdruck bei minimaler
Plastifizierung des Materials standhalten. Wenn die optimale geometrische Anordnung der
Beulstrukturen und die optimale Form der Beulfalte auf diese Weise selbst gefunden wurden,
lassen sich starre Stützelemente herstellen, die den sich frei einstellenden Beulstrukturen
entsprechen. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht für dünnwandige, zylindrische oder
konische Wände anwenden, deren Durchmesser und Krümmungsradius während des
Strukturierens nicht oder nur wenig verändert werden dürfen.
Bei dem in der Europäischen Patentschrift 0 441 618 A1 beschriebenen, rein mechanischen
Formgebungsverfahren wird das Material erheblich plastifiziert, und dabei leidet die
Oberflächengüte des Ausgangswerkstoffs. Die in DE 35 87 768 T2 beschriebene Vorrichtung
zur Herstellung von Längssicken verwendet linienförmige, axiale, starre Stützelemente und ein
elastisches Druckelement. Die Formsteifigkeit des so strukturierten Materials mit den axialen
Sicken ist jedoch unbefriedigend, da Sicken aus geometrischen Gründen keine
mehrdimensionale Formsteifigkeit ergeben. Die in DE-OS 25 57 215, DE 43 11 978, PCT/EP
94/01043, PCT/EP 96/01608 und PCT/EP 97/01456 beschriebenen Umformverfahren
erzeugen im Gegensatz zur Sicke durch versetze Beulstrukturen eine mehrdimensionale
Formsteifigkeit bei geringer Plastifizierung des Materials und ohne Beeinträchtigung seiner
Oberflächengüte. Bei diesen bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren wird vorausgesetzt,
daß sich die zu strukturierende Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung eng an die
Stützelemente anlegen läßt.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Beulstrukturieren
anzugeben, das die Vorteile der bekannten Verfahren nutzt, ohne ihre Nachteile in Kauf zu
nehmen.
Wenn ebene/flache Werkstücke gewünscht werden, ist die bekannte Beulstrukturierung von
Nachteil, weil die Beulstrukturierung in die gekrümmte Materialoberfläche erfolgt und ein
gekrümmtes Werkstück entsteht.
Zwar ist ein Richten von gekrümmten Werkstücken bekannt. Jedoch ist bei Werkstücken mit
den eingangs beschriebenen Beulfalten eine erhebliche Verschlechterung der
Werkstückeigenschaften zu erwarten, weil es durch das Richten zu einer Verformung der
Beulfalten kommt. Die Erfindung setzt sich über diese Vorbehalte hinweg, indem ebene/flache
Werkstücke nach der Erfindung dadurch erzeugt werden, daß zunächst eine polyedrische oder
wappenförmige oder sechseckige oder ähnliche Beulstrukturierung in die gekrümmte
Materialoberfläche erfolgt und das Material durch eine hin- und hergehende Bewegung
gerichtet wird. Überraschenderweise verschlechtern sich die auf dem Wege zunächst erzeugten
Beulfalten nicht oder nicht wesentlich. Das wird auf die Verformungsreserve dieser
Beulstrukturierung zurückgeführt. Das besondere dieser Beulstrukturierung ist der
Selbstorganisationseffekt. Das Material ist in besonderes schonender Weise verformt worden.
Die Verfahrensweise geht davon aus, daß nicht alle Beulfalten festgelegt werden, sondern
durch der Beulbeginn mit der ersten Beulfalte oder zwei Beulfalten, so daß das Material in
Abhangigkeit von seiner Beschaffenheit die nächsten Beulfalten selbst bilden kann.
Allerdings läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren noch wesentlich optimieren. Dabei geht
die Erfindung von folgenden Erkenntnissen aus:
Zu den Nachteilen der bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren gehört, daß Schwierigkeiten bestehen, die zu strukturierende Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung eng an die Stützelemente anzulegen, wenn starre, rotationssymmetrische, beispielsweise zylindrische, dünne Behälterwände strukturiert werden sollen, deren Durchmesser und Krümmungsradius während des Beulstrukturierens nicht oder nur wenig verändert werden können. Denn die starre, zylindrische Wand soll aus geometrischen Gründen einen größeren Durchmesser aufweisen als der innere Stützelementkern. Daraus ergeben sich zwei Schwierigkeiten:
Erstens dadurch, daß die zylindrische Wand in dem Bereich, wo sie durch äußere Druckbeaufschlagung innen (konkav) an die Stützelemente gedrückt wird, zusätzlich Gegendeformationen (konvex) erfährt. Diese Gegendeformationen können dazu führen, daß die erzeugten Beulfalten stark verformt werden oder einknicken und so die Steifigkeit der strukturierten Wand verringern. Ahnliche Probleme können beim Beulstrukturieren von Materialbahnen nach dem kontinuierlichen Verfahren auftreten, wenn sich die Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung nicht vollkommen an die Stützelemente anlegt.
Zu den Nachteilen der bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren gehört, daß Schwierigkeiten bestehen, die zu strukturierende Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung eng an die Stützelemente anzulegen, wenn starre, rotationssymmetrische, beispielsweise zylindrische, dünne Behälterwände strukturiert werden sollen, deren Durchmesser und Krümmungsradius während des Beulstrukturierens nicht oder nur wenig verändert werden können. Denn die starre, zylindrische Wand soll aus geometrischen Gründen einen größeren Durchmesser aufweisen als der innere Stützelementkern. Daraus ergeben sich zwei Schwierigkeiten:
Erstens dadurch, daß die zylindrische Wand in dem Bereich, wo sie durch äußere Druckbeaufschlagung innen (konkav) an die Stützelemente gedrückt wird, zusätzlich Gegendeformationen (konvex) erfährt. Diese Gegendeformationen können dazu führen, daß die erzeugten Beulfalten stark verformt werden oder einknicken und so die Steifigkeit der strukturierten Wand verringern. Ahnliche Probleme können beim Beulstrukturieren von Materialbahnen nach dem kontinuierlichen Verfahren auftreten, wenn sich die Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung nicht vollkommen an die Stützelemente anlegt.
Die zweite Schwierigkeit kann aus einer mangelhaften optimale Zuordnung der Parameter
entstehen: Durchmesser von Stützelementkern und zylindrischer Wand bzw. gekrümmter
Materialbahn, Abstand der Stützelemente zueinander und Materialdicke, wie sie sich in etwa
nach einer empirischen Näherungsgleichung aus dem bekannten Beulstrukturierungsverfahren
(DE-OS 255 57 215) ergeben, da die Krümmungsradien von Stutzelementkern und
Materialbahn bzw. die Durchmesser von Stützelementkern und zylindrischer Wand verschieden
sind. Deshalb ist auch die Zahl der peripheren, d. h. in Transportrichtung der Materialbahn
angeordneten, Beulstrukturen der zylindrischen Wand größer als die der peripheren
Stützelemente des Kerns. Die Problematik liegt nun darin, daß sich die Zahl der peripheren
Stützelemente des Kerns nicht so weit verringern läßt, daß die Zahl der peripheren
Beulstrukturen der zylindrischen Wand den optimalen Beulstrukturen mit hoher
Formsteifigkeit entspricht, ohne daß dabei gleichzeitig der Kern infolge der geringeren Zahl der
Stützelemente eckig wird und große Gegendeformationen in der strukturierten Wand
hervorruft.
Ein weiteres Problem der bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren von dünnen
Materialbahnen besteht darin, daß sich so strukturierte Bleche und Bänder "schüsseln" können,
wenn man beulstrukturierte, gekrümmte Materialbahnen durch das herkömmliche Hin- und
Herbiegen in die ebene Form richtet. Mit "Schüsseln" ist gemeint, daß sich die strukturierte
Materialbahn beim Richten quer zur Transportrichtung der Materialbahn etwas nach innen
wölbt. Dieses Einwölben bzw. "Schüsseln" hat seine Ursache im Prozeß des Beulstrukturierens
selbst, bei dem das Material durch das mehrdimensionale Strukturieren etwas schrumpft, und
ferner im Hin- und Herbiegen der Beulfalten mittels herkömmlicher Rollen beim Richten der
Materialbahn in die ebene Form, bei dem sich die erzeugten Beulfalten durchbiegen und
einknicken können. Eine isotrope Formsteifigkeit der so strukturierten Materialbahn wird nicht
erreicht.
Die Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dadurch, daß ein starres,
zylindrisches bzw. konisches oder gekrümmtes, dünnes Material, das außen durch hydraulische
oder pneumatische elastische, nicht strukturierte Elemente mit Druck beaufschlagt wird, gegen
polyedrische, gekrümmte, vorzugsweise S-förmige und/oder wappenförmige Stützelemente
gedrückt wird, wobei die Krümmungsradien des dünnen Materials einerseits und die der
Stützelemente andererseits verschieden groß sind, und das Material unmittelbar beim
Strukturieren oder nach dem Strukturieren entgegen ihrer Krümmung gebogen wird.
Bei Untersuchungen an starren, zylindrischen, dünnen Behältern oder starren, gekrümmten,
dünnen Materialbahnen, deren Durchmesser viel größer bzw. deren Krümmungsradius viel
kleiner war als der des Stützelementkerns, wurde überraschend gefunden, daß sich die
Beulstrukturen auf materialschonende Weise herstellen lassen, obwohl die Krümmungsradien
der zylindrischen Wand und die des starren Stützelementkerns verschieden sind und deshalb
Gegendeformationen der strukturierten Wand auftreten können. Das gelingt dadurch, daß man
das zu strukturierende Material von außen durch elastische Elemente gegen starre,
polyedrische Stützelemente drückt, daß sich dabei die Behälterwand nur partiell an die
Stützelemente anschmiegt und daß die Stützelemente vorzugsweise eine S-förmige Gestalt
besitzen. Polyedrische, etwa wappenförmige Stützelemente besitzen diese Eigenschaft, weil sie
peripher gekrümmte Beulfalten ergeben und deshalb bei einer Gegendeformation der Wand
etwas abfedern und nur wenig plastifiziert werden. Gleichzeitig schont man dabei auch die
Oberflächengüte der strukturierten Wand. Im Gegensatz dazu verhalten sich die
herkömmlichen, geraden Beulfalten viel steifer, und deshalb werden das Material im Bereich
der Beulfalten stark plastifiziert und seine Oberflächengüte beeinträchtigt, wenn
Gegendeformationen auftreten. Es wurde ferner festgestellt, daß die Beulfalten senkrecht zur
Transportrichtung der Materialbahn stärker ausgeprägt sind, wenn der Durchmesser des
Stützelementkerns deutlich kleiner ist als der Durchmesser der zylindrischen Wand, da hierbei
die Biegeumformungen größer sind, als wenn die gekrümmte Materialbahn bzw. die
zylindrische Wand denselben Durchmesser besitzen. Durch die so versteiften Beulfalten
senkrecht zur Transportrichtung der Materialbahn ergibt sich eine verbesserte isotrope
Formsteifigkeit.
Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die
polyedrischen, gekrümmten, vorzugsweise S-förmigen bzw. wappenförmigen Beulstrukturen
größere oder kleinere Strukturen besitzen, als dies beim bekannten Beulstrukturieren
(entsprechend der Selbstorganisation) der Fall wäre, bei dem das zu strukturierende, dünne
Material und der Stützelementkern dieselben Krümmungsradien (Durchmesser) aufweisen.
Kleinere Beulstrukturen (d. h. eine größere Anzahl von Strukturen auf dem Behälterumfang),
sind dann vorteilhaft, wenn nur geringe Gegendeformationen des Materials während des
Beulstrukturierens auftreten sollen, und wenn beispielsweise eine strukturierte Wand ein
ansprechendes Design erhalten soll. Größere Beulstrukturen (d. h. eine kleinere Anzahl von
Strukturen auf dem Umfang), erweisen sich dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise die
zylindrische, strukturierte Behälterwand eine besonders hohe Formsteifigkeit besitzen soll.
Bei Untersuchungen zum anschließenden Richten von beulstrukturierten, zylindrischen
Wänden oder gekrümmten Materialbahnen in die ebene Form wurde außerdem gefunden, daß
sich das "Schüsseln" dadurch vermeiden läßt, daß die polyedrisch strukturierte, gekrümmte
Materialbahn nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zunächst durch ein Walzenpaar oder
mehrere Walzenpaare vorgerichtet und dann durch zylindrische oder ballige Richtrollen in die
ebene Form übergeführt wird. Bei diesem Verfahren biegt man die peripher gekrümmten
Beulfalten zunächst durch ein Walzenpaar, dessen Spalt in etwa der Strukturhöhe der
Beulfalten entspricht, in die gerade Richtung und richtet so die Materialbahn vor. Dieses an
sich bekannte Verfahren zum Rollbiegen von flachem, nicht strukturiertem Halbzeug, wobei
ein Walzenpaar und eine Anstellrolle zum Einsatz kommen, läßt sich zum Richten der
strukturierten Materialbahn in die ebene Gestalt umfunktionieren. Damit wird nämlich der
ursprüngliche Zweck dieser Vorrichtung umgekehrt: Ebenes, nicht strukturiertes
Flachhalbzeug wird nicht gebogen, sondern gekrümmtes, strukturiertes Flachmaterial wird in
die ebene Richtung gebogen, ohne daß die Beulfalten dabei durch das Gegenbiegen einknicken.
Dann wird die vorgerichtete Materialbahn durch sanftes Gegen- und Rückbiegen mittels Rollen
nachgerichtet, ohne daß die Beulfalten dabei einknicken. Auf diese Weise lassen sich
polyedrisch, vorzugsweise S-förmig strukturierte, etwa wappenförmige, aber auch
beispielsweise sechseckige Materialbahnen in die ebene Form richten. S-förmig, etwa
wappenförmig strukturierte Materialbahnen besitzen einen weicheren Übergang zwischen den
starren, peripheren Beulfalten und neigen deshalb beim Gegenbiegen der Materialbahn nicht so
leicht zum örtlichen Einknicken. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich in
vielen Fällen beulstrukturierte Materialbahnen oder Bleche auf vereinfachte Weise auch
dadurch in die ebene Form richten, daß entweder nur ein Walzenpaar mit Anstellrolle oder nur
Richtrollen zum sanften Gegen- und Rückbiegen zum Einsatz kommen. Falls dabei infolge der
Verformung und Plastifizierung der strukturierten Materialbahn zusätzliche, geringfügige
Wellungen in der Materialbahn auftreten, beeinträchtigen diese das Aussehen nicht oder nur
unwesentlich, weil beulstrukturierte Materialien das Licht diffus streuen und deshalb leichte
Wellungen der Materialbahn optisch kaum wahrnehmbar sind. Im Gegensatz dazu
verschlechtern bereits kleine Wellungen glatter, d. h. nicht strukturierter, Materialbahnen das
Aussehen ganz wesentlich.
Sämtliche Rollen für das Walzenpaar bzw. für das Richten können mit einer elastischen Schicht
überzogen sein, um die Oberflächengüte des strukturierten Materials nicht zu beeinträchtigen.
Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich so gerichtete, strukturierte
Materialbahnen lose zu Coils aufwickeln, raumsparend transportieren und dann wieder in die
ebene Gestalt aufbiegen, ohne daß sich dabei die ursprüngliche Form der gerichteten,
strukturierten Materialbahn wesentlich verändert.
Die genannten Ausgestaltungen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, wie das
Beulstrukturieren einer starren, zylindrischen oder konischen, dünnen Wand, das
Beulstrukturieren einer starren, gekrümmten Materialbahn und das Richten einer strukturierten
Materialbahn in die ebene Gestalt, weisen ein gemeinsames Merkmal auf: Polyedrische,
vorzugsweise S-förmige, etwa wappenförmige und sechseckige Beulstrukturen lassen sich
deshalb entgegen ihrer Krümmung verformen, weil sie Beulfalten besitzen, die im Falle einer
Gegendeformation nur wenig plastifiziert werden und nicht einknicken. Deshalb ergibt sich
eine hohe Formsteifigkeit so strukturierter Materialien. Diese Gegendeformation erfolgt
unmittelbar beim Beulstrukturieren der zylindrischen bzw. konischen, starren Wand oder der
gekrümmten, starren Materialbahn, während die Gegendeformation beim Richten der
Materialbahn im Anschluß an das Beulstrukturieren stattfindet.
Der Erfindungsgedanke wird anschließend beispielhaft erläutert:
Fig. 1 zeigt als ersten Teilschritt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung beulstrukturierter, starrer, zylindrischer
Wände mit einem Kern, auf dem Stützelemente angeordnet sind, und einer flexiblen
Druckwalze (radialer Querschnitt).
Fig. 2 zeigt ebenfalls den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des
erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung beulstrukturierter Materialbahnen, die sich
partiell an einen Kern, auf dem Stützelemente angeordnet sind, anlegen, und einer flexiblen
Druckwalze (radialer Querschnitt).
Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf Beulstrukturen, die mit Hilfe einer Vorrichtung hergestellt sind,
die mitgekrümmten, etwa S-förmigen bzw. wappenförmigen Stützelementen auf dem Kern
ausgestattet wurde.
Fig. 4 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des
Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Kern, auf dem segmentweise Stützelemente für das
Beulstrukturieren angeordnet sind, und mit einer flexiblen Druckwalze zur Herstellung
beulstrukturierter, starrer, zylindrischer Behälter oder Trommeln mit teilweise
beulstrukturierten Wänden.
Fig. 5 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des
Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Walzenpaar und einer Anstellrolle und Richtrollen,
um als weiteren Teilschritt die strukturierte, gekrümmte Materialbahn in die ebene Gestalt zu
überführen.
Fig. 1 zeigt als ersten Teilschritt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung
des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung beulstrukturierter, starrer, zylindrischer
Materialbahnen oder Trommeln, beispielsweise für zylindrische Behälter oder auch für Dosen
bzw. Fässer, die an ihren Stirnseiten versteifende Bördelungen oder Sicken aufweisen können.
Die zylindrische Wand 1 wird mittels der elastischen Druckwalze 4 an den Kern 2 gedrückt,
auf dem die Stützelemente 3 angebracht sind, und mit Druck beaufschlagt. Fig. 1 zeigt den
radialen Querschnitt, in dem nur die Stützelemente 3, die quer zur Transportrichtung der Wand
1 angeordnet sind, sichtbar sind. Die peripheren, d. h. in Transportrichtung der Wand
angeordneten, Stützelemente sind im radialen Querschnitt der Fig. 1 nicht sichtbar. Da der
Durchmesser des Stützelementkerns 2, 3, viel kleiner ist als der Durchmesser der zylindrischen
Wand 1, wird die Wand 1 zwischen den beiden Stützelementen 3 eingebeult und dann durch
Andrücken der elastischen Druckwalze stärker um das Stützelement 3 gebogen. Dadurch
prägen sich die Beulfalten quer zur Transportrichtung der Wand 1 tiefer aus. Gleichzeitig
kommt es zu Gegendeformationen der zylindrischen Wand 1 unmittelbar vor und nach der so
erzeugten Beulstruktur. Diese Gegendeformationen wirken sich auf die peripheren Beulfalten 7
aus, die sich durch die peripheren Stützelemente bilden. Die peripheren Stützelemente sind in
Fig. 1 nicht sichtbar.
Fig. 2 zeigt analog zu Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des
Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung beulstrukturierter Materialbahnen 5. Die
Materialbahn 5 wird mittels der elastischen Druckwalze 4 an den Kern 2 gedrückt, auf dem die
Stützelemente 3 angebracht sind, und mit Druck beaufschlagt. Wenn man die glatte
Materialbahn 5 horizontal oder nur schwach geneigt der Vorrichtung zuführt und die
strukturierte Materialbahn 5 horizontal oder nur schwach ansteigend die Vorrichtung verläßt,
kann sich die Materialbahn im Bereich des Beulstrukturierens nicht flächig an den
Stützelementkern 2, 3 anlegen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Materialbahn 5
vergleichsweise dick ist und sich starr verhält. Da die Krümmung des Stützelementkerns 2, 3,
erheblich größer ist als die Krümmung der Materialbahn 5, wird die Materialbahn 5 zwischen
den beiden Stützelementen 3, die mit Druck beaufschlagt werden, eingebeult und dann durch
Andrücken der elastischen Druckwalze stärker um das Stützelement 3 gebogen. Dadurch
prägen sich die Beulfalten quer zur Transportrichtung der Wand 1 tiefer aus. Gleichzeitig
kommt es zu Gegendeformationen der peripheren Beulfalten 7 in der Materialbahn 5.
In Fig. 3 sind in einer Aufsicht gekrümmte, etwa S-förmige, beispielhaft wappenförmige Strukturen schematisch dargestellt. Die strich-markierte Linie 6 deutet in einer Aufsicht den radialen Querschnitt der zylindrischen Wand in Fig. 1 an. Die S-förmig gekrümmten, etwa wappenförmigen Beulfalten 7 und 8 ergeben sich beispielsweise dadurch, daß die peripheren Stützelemente (in Fig. 3 unterhalb der peripheren Beulfalten 7 angeordnet) in einer S-förmigen Gestalt in die Stützelemente 3 (in Fig. 3 unterhalb der Beulfalten 8), die quer zur Transportrichtung der Wand 1 oder der Materialbahn 5 angeordnet sind, übergehen. Durch die Gegendeformationen der Wand 1 und der Materialbahn 5 während des Beulvorgangs werden die peripheren Beulfalten 7 hin- und hergebogen. Diese peripheren Beulfalten 7 weisen u. a. deshalb eine gekrümmte, etwa S-förmige bzw. wappenförmige Gestalt auf, damit sie im Gegensatz zu geraden Beulfalten elastischer und leichter verformbar sind, ohne bei Gegendeformationen durchzubiegen oder einzuknicken.
In Fig. 3 sind in einer Aufsicht gekrümmte, etwa S-förmige, beispielhaft wappenförmige Strukturen schematisch dargestellt. Die strich-markierte Linie 6 deutet in einer Aufsicht den radialen Querschnitt der zylindrischen Wand in Fig. 1 an. Die S-förmig gekrümmten, etwa wappenförmigen Beulfalten 7 und 8 ergeben sich beispielsweise dadurch, daß die peripheren Stützelemente (in Fig. 3 unterhalb der peripheren Beulfalten 7 angeordnet) in einer S-förmigen Gestalt in die Stützelemente 3 (in Fig. 3 unterhalb der Beulfalten 8), die quer zur Transportrichtung der Wand 1 oder der Materialbahn 5 angeordnet sind, übergehen. Durch die Gegendeformationen der Wand 1 und der Materialbahn 5 während des Beulvorgangs werden die peripheren Beulfalten 7 hin- und hergebogen. Diese peripheren Beulfalten 7 weisen u. a. deshalb eine gekrümmte, etwa S-förmige bzw. wappenförmige Gestalt auf, damit sie im Gegensatz zu geraden Beulfalten elastischer und leichter verformbar sind, ohne bei Gegendeformationen durchzubiegen oder einzuknicken.
Fig. 4 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des
Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Kern 2, auf dessen Umfang segmentweise die
Stützelemente 3 für die beulstrukturierten Bereiche 9 einerseits und glatte Stützflächen 10 für
ausgesparte, nicht strukturierte Bereiche 11 der zylindrischen Wand bzw. der Materialbahn
andererseits angeordnet sind. Dieses Beulstrukturierungsverfahren eignet sich deshalb für das
Versteifen starrer, zylindrischer Behälter oder Trommeln, beispielsweise für Waschmaschinen
oder Wäschetrockner, mit segmentweise angeordneten Beulstrukturen, die gleichzeitig ein
ansprechendes Design aufweisen.
Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens
gemäß der Erfindung, mit der beulstrukturierte Materialbahnen als weiterer Teilschritt in die
ebene Gestalt gerichtet werden. Die beulstrukturierte Materialbahn 5 aus der Vorrichtung in
Fig. 2 wird zunächst mittels eines Walzenpaares 12 und einer Anstellrolle 13 vorgerichtet und
dann beispielsweise in einer 5 Rollen-Richteinheit mit drei Rollen 14, die gegen die
Beulkalotten 16 der Materialbahn drücken, und zwei Rollen 15, die gegen die Beulfalten 17
der Materialbahn drücken, mehrfach sanft gegen- und rückgebogen und dadurch nachgerichtet.
Das Walzenpaar 12, dessen Spalt d in etwa der Strukturhöhe der Beulfalten entspricht, besitzt
eine zylindrische oder etwas ballige Gestalt, und die Walzen sind vorzugsweise mit einer
elastischen Schicht überzogen. Die Anstellrolle 13 ist unmittelbar vor der oberen Wälzrolle 12,
die gegen die Beulkalotten 16 der Materialbahn drückt, angeordnet und biegt die Materialbahn
sanft in die ebene Richtung, ohne Knicke in der Struktur hervorzurufen. Sämtliche Rollen 14
und 15 sind vorzugsweise mit einer elastischen Schicht überzogen, damit die Beulstrukturen
nicht eingeebnet werden und die Oberflächengüte der strukturierten Materialbahn nicht
beeinträchtigt wird. Bei einem sanften Gegen- und Rückbiegen der strukturierten-Materialbahn
lassen sich nicht nur S-förmig, etwa wappenförmig, sondern auch andere polyedrisch
strukturierte, beispielsweise sechseckige Materialbahnen in die ebene Form richten.
Im Sinne der Erfindung umfaßt der Begriff Walzen auch Rollen und umgekehrt.
Claims (20)
1. Verfahren zur Beulstrukturierung, bei dem gekrümmte, dünne Materialbahnen über
im Abstand zueinander angeordnete Stützelementen abgestützt werden und bei
dem an der gegenüberliegenden Seite insbesondere pneumatisch oder hydraulisch oder
mittels eines Elastomers ein Verformungsdruck so aufgebracht wird, daß sich Beulfalten
einstellen, dadurch gekennzeichnet,
- a) daß die Beulfalten sich selbst organisierend Strukturen bilden oder
- b) die Beulfalten durch die Stützelemente so vorgegeben werden, daß sie in wesentlichem Umfang von dem Selbstorganisationseffekt Gebrauch machen,
- c) wobei der Krümmungsradius der Stützelemente und der Materialbahn (1, 5) verschieden sind und
- d) wobei die strukturierte Materialbahn durch Biegung entgegen ihrer Krümmung gerichtet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Draufsicht polyedrische
Beulstrukturen gebildet werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Draufsicht
wappenförmigen Beulstrukturen gebildet werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Draufsicht sechseckige
Beulstrukturen gebildet werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Draufsicht
S-förmige Beulfalten gebildet werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß
die Beulfalten entgegen ihrer Krümmung verformt werden und/oder eine Gegendeformation
erzeugt wird.
7. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von
Stützelementen, die gerundete Konturen im Faltenquerschnitt ergeben.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch stärke Beulfalten quer
zur Transportrichtung.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine größere Krümmung an dem
Material bzw. an den Stützelementen.
10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß
das beulstrukturierte Material mit mindestens einem Walzenpaar gerichtet wird, von dem
mindestens eine Walze anstellbar ist und/oder
die Walzen gemeinsam oder einzeln bzw. als Walzenpaar in gleicher oder unterschiedlich
quer zur Transportrichtung bewegt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Walzenspalt, der gleich oder
größer als die Höhe der Beulfalten ist.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine sanfte
Wellenbewegung des beulstrukturierten Materials beim Richten.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung
balliger und/oder sich mittig verjüngender Walzen.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine höchstens flache
Neigung der Materialbahn beim Eintritt und/oder Austritt in bzw. aus der
Beulstrukturierungsvorrichtung und/oder Eintritt bzw. Austritt aus der Vorrichtung zum
Richten.
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Neigungswinkel von höchsten
20 Grad.
16. Verfahren nach Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen des
Walzenpaares mit einer Gummischicht überzogen sind.
17. Verfahren nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen des
Walzenpaares aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind.
18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch
die Anwendung auf beulstrukturierte Wände für Dosen, Fässer und Trommeln,
deren Rümpfe steife Bördelungen oder Sicken aufweisen.
19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch segmentweise
Beulstrukturierung.
20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 und Anspruch 10,
gekennzeichnet durch die Herstellung von Trommeln, für Waschmaschinen
oder Wäschetrockner.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1997150576 DE19750576A1 (de) | 1997-11-15 | 1997-11-15 | Verfahren zum Gegenverformen beim Beulstrukturieren starrer, dünner Wände |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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DE1997150576 DE19750576A1 (de) | 1997-11-15 | 1997-11-15 | Verfahren zum Gegenverformen beim Beulstrukturieren starrer, dünner Wände |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19750576A1 true DE19750576A1 (de) | 1999-06-02 |
Family
ID=7848802
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1997150576 Withdrawn DE19750576A1 (de) | 1997-11-15 | 1997-11-15 | Verfahren zum Gegenverformen beim Beulstrukturieren starrer, dünner Wände |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19750576A1 (de) |
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1997
- 1997-11-15 DE DE1997150576 patent/DE19750576A1/de not_active Withdrawn
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