DE4311978C1

DE4311978C1 - Verfahren zur Beulverformung dünner Wände und Folien

Info

Publication number: DE4311978C1
Application number: DE4311978A
Authority: DE
Inventors: Frank Prof Dr Mirtsch
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1993-04-06
Publication date: 1994-04-21
Anticipated expiration: 2013-04-07

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beulverformung dünner Materialbahnen und Folien, bei dem die Material bahnen und Folien dazu beabstandet abgestützt und mit einem Unter- oder Überdruck beaufschlagt werden.

Zwecks Einsparung von Materialien werden in vielen Be reichen der Technik Ausrüstungsteile benötigt, die trotz dünner Wände eine hohe Festigkeit bzw. Form stabilität besitzen. Da diese Ausrüstungsteile häufig Bestandteile von verfahrens-, energie- und umwelt technischen Anlagen sind, sollen die Wände zusätzlich günstige strömungs- und wärmetechnische Eigenschaften besitzen. Dünnwandige formstabile Konstruktionen werden aus Gewichts- und Kostengründen auch in der Lichttech nik, bei der Verpackung, im Design, in der Raumgestal tung und in der Bautechnik benötigt. Hierbei müssen die Folien bzw. dünnen Wände außer der Formsteifigkeit auch gute optische Eigenschaften besitzen.

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um dünnen Wänden durch Verformungen der Wände eine erhöhte Formsteifig keit zu verleihen. Als bekanntes Beispiel werden die eingewalzten Sicken in Dosen oder Fässer genannt. Nach teilig ist bei diesen Formgebungsverfahren, daß die Verformungen der Wände in der Regel auf mechanischem Wege durch Einwalzen oder Einprägen oder auf hydrauli schem Wege durch Anpressen an eine Prägeform zustande kommen. Hierdurch wird einerseits die Dicke der Wand verändert, andererseits wird die Oberflächengüte der verformten Wand gegenüber der ursprünglich glatten Wand herabgesetzt. Nur wenn die Prägeform eine glatte Ober fläche besitzt, dessen Herstellung in der Regel sehr aufwendig ist, kann auf hydraulischem Wege eine glatte Oberfläche der verformten Wand erreicht werden.

Es ist weiterhin aus der DE-OS 25 57 215 ein hydrauli sches Formgebungsverfahren bekannt, bei dem dünne Wände von Rohren oder zylindrischen Behältern eine gleichmä ßige versetzte Beulstruktur dadurch erhalten, daß die zylindrischen Wände auf der Innenseite durch Stützringe oder Stützspiralen abgestützt werden und mittels äuße rem Überdruck beulartig verformt werden. Durch dieses hydraulische Formgebungsverfahren, welches quasi frei von mechanischen Berührungen abläuft, wird eine hoch wertige Oberflächengüte erzielt. Die gleichmäßige ver setzte Beulstruktur der Rohrwände bewirkt weiterhin eine Erhöhung der Formsteifigkeit gegenüber der unver formten glatten Wand sowie eine Verbesserung des Wärme übergangs bei der Umströmung mit Heiz- bzw. Kühlmedien. Dieses hydraulische Beulverfahren hat jedoch zwei Nach teile: Erstens bleibt dieses Verfahren auf Rohr- oder zylindrische Behälterwände beschränkt. Zweitens ist die geometrische Größe der einzelnen Beulstrukturen abhän gig von dem Durchmesser des Rohres bzw. des zylindri schen Behälters, wenn die Beulstrukturen eine gleichmä ßige quadratische Form haben sollen. Der Grund hierfür sind die Gesetzmäßigkeiten des Beulvorgangs. Mit dem oben genannten Verfahren war es bisher nicht möglich, beispielsweise großflächige beulprofilierte Wände mit kleiner versetzter Beulstruktur herzustellen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfah ren zu schaffen, mit dem dünne Wände oder Folien mit beliebigen geometrischen Abmessungen sowie variablen Größen der versetzten Beulstruktur erzeugt und in unterschiedlichen Technologien angewendet werden kön nen.

Gelöst wird diese Aufgabe dadurch, daß eine zu beulende Materialbahn mehrlagig auf beabstandete Stützelemente gewickelt wird- die Wicklung am Ende der Materialbahn mit der darunterliegenden Lage verbunden wird und die Wicklungen von außen mit Überdruck und/oder von innen mit einem Unterdruck beaufschlagt werden.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen ins besondere darin, daß dünne Wände oder Folien mehrlagig auf die Stützwendel bzw. die Stützringe aufgewickelt werden und dann durch äußeren Überdruck oder inneren Unterdruck beulverformt werden. Die Größe der Beulen ergibt sich aus dem Durchmesser der Stützringe oder der Stützspirale und dem axialen Abstand der Stützringe bzw. der Steigung der Stützspirale. Die geometrischen Abmessungen der beulverformten Wand bzw. Folie ergeben sich aus der Anzahl der Wicklungen der Wand bzw. Folie.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, daß eine äußere fle xible, biegeweiche Hülle hydraulisch dicht um die auf beabstandete Stützelemente gewickelte Materialbahn ge geben wird. Damit der hydraulische äußere Überdruck eine Beulung der Mehrlagenwicklung bewirkt, wird das Ende der äußersten Wickellage mit der darunterliegenden Lage luftdicht verbunden - z. B. durch Ver- bzw. Über kleben oder Verlöten, welches nach dem Beulvorgang wie der gelöst wird.

Die Tiefe der Beulen stellt sich beim elastischen Beu len selbständig ein und hängt im wesentlichen von der Größe der Beulen und dem Krümmungsradius der aufgewic kelten Spirale während des Beulverformgangs ab. Die Tiefe der Beulen kann jedoch dadurch weiter vergrößert werden, daß für eine plastische Vertiefung der Beulen die Verformungstemperatur während des Beulens in den elastisch/plastischen Übergangsbereich angehoben wird, z. B. durch Aufheizen der Druckkammer bzw. des Druckme diums oder bei Metallen durch elektrischen Stromfluß, beispielsweise der Jouleschen Wärme.

Die beulprofilierten dünnen Materialbahnen bzw. Folien besitzen eine stark erhöhte Formsteifigkeit gegenüber Scheitellast und punktförmiger Belastung. Ein beulpro filierter Zylinder aus dünnem Alu-Blech ist z. B. um den Faktor ca. 8 steifer als ein Zylinder mit glattem Alu- Blech, woraus sich eine Werkstoff- und Gewichtseinspa rung von ca. 50% ergibt. Hierdurch ergeben sich zahl reiche industrielle Anwendungsmöglichkeiten für mate rial- und gewichtsparende Leichtbaukonstruktionen. Da weiterhin die beulprofilierten Folien trotz mehrfacher Biegungen ihre gleichmäßige Beulstruktur behalten, sind sie auch im Bereich von Verschalungen und Verpackungen geeignet. Beulprofilierte dünne Wände oder Folien sind für die Ummantelung von Wärmedämmstoffen, z. B. Glas wolle, geeignet, da sie die Wärmedämmstoffe - ohne zu sätzliche Befestigungen oder Halterungen - mit den Er hebungen der Beulstrukturen fixieren. Diese Ummantelun gen für Wärmedämmungen sind sehr formstabil und somit materialeinsparend und besitzen ein gutes optisches Aussehen. Durch das hydraulische Beulverfahren wird die Oberflächengüte gegenüber der unverformten glatten Wand nahezu nicht beeinträchtigt wird; dieses gilt sogar für anodisierte, eloxierte, hochreflektierende Oberflächen von dünnen Wänden.

Erfindungswesentliches Merkmal ist die lichttechnische Anwendbarkeit der beulverformten Materialbahnen. Eine geometrisch gerichtete Lichtreflektion mit diffusem Licht wird erzielt, wenn konkave Schalen mit konvexen Beulstrukturen verwendet werden. Konkave Schalen mit konkaven Beulstrukturen erzeugen eine gerichtete, punk tuelle Lichtstreuung. Konvexe Schalen mit konvexen Beulstrukturen erzeugen eine nahezu allseitige, diffuse Lichtstreuung. Konvexe Schalen mit konkaven Beulstruk turen erzeugen eine nahezu allseitige, punktuelle Lichtstreuung.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, daß beulstrukturierte Materialbahnen als formstabile Schallreflektoren verwendet werden, deren geometrische Abmessungen im Bereich der zu reflektierenden Schall wellenlängen liegen. Für eine gleichmäßige akustische Schallverteilung in Musiksälen usw. werden bevorzugt konvexe Schalen als Schallreflektoren verwendet. Beul strukturierte Wände eignen sich wegen ihrer hohen Formsteifigkeit als frei tragende, schalltechnische Ele mente. Da für eine gute Schallreflektion eine ver gleichsweise große Wandmasse benötigt wird, werden dünnwandige beulstrukturierte Schalen bei Bedarf zur Erhöhung der Masse mit einem anderen Material hinter füttert.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden beulprofilierte Wände oder Schalen verwendet, um aku stische Nachhalleffekte dadurch zu vermeiden oder zu reduzieren, daß der Schall an der Beulstruktur diffus gestreut wird. Hierbei werden vergleichsweise tiefere Beulen verwendet, wobei die geometrischen Größen der Beulen ca. den Schallwellenlängen der Luft entsprechen. Anwendungsbereiche sind z. B. geräuschstarke Fabrikhal len oder Verkehrshallen, wo der Schall diffus gestreut und dann in Schallabsorberelementen absorbiert wird.

Gute schall- bzw. musiktechnische Strahler müssen ent sprechend den schalltechnischen Gesetzen eine geringe Masse und eine hohe Biegesteifigkeit besitzen. Dünnwan dige Platten, Schalen oder Hohlkörper mit Beulprofil erfüllen diese Bedingungen, weil ihr Verhältnis von Masse zur Biegesteifigkeit groß ist. Eine weitere schalltechnische Eigenschaft von z. B. beulprofilierten Rohren oder Hohlzylindern besteht darin, daß infolge der erhöhten Biegesteifigkeit der akustische Grundton erhöht wird, wenn hierbei eine beulverformte Wand mit einer glatten Wand bei sonst gleichen geometrischen Ab messungen verglichen wird. Hieraus ergeben sich bei spielhaft die folgenden Anwendungsmöglichkeiten: Ein musiktechnischer Klangkörper mit beulstrukturierter Wand erhält einen gegenüber der glatten Wand größeren geometrischen Durchmesser und somit einen größeren Re sonanzkörper, wenn der beulverformte und glatte Klang körper denselben Grundton haben sollen. Hierzu gehören auch die sogenannten Plattenschwinger, die Resonatoren darstellen und durch Federkräfte eines hinteren Luft polsters den Schall absorbieren. Andererseits werden in der Technik schwingungsarme Rohre, Zylinder oder Hohl körper benötigt, die im unteren Frequenzbereich nicht zu Schwingungen angeregt werden. Ein Beispiel hierfür sind Schornsteine, die einerseits formstabil sind und andererseits durch den Wind nicht zu großen Schwingun gen angeregt werden sollen, um eine Zerstörung zu ver meiden. Bei beulverformten Rohren, Zylindern oder Hohl körpern wird diese Gefahr vermieden bzw. reduziert, da die unterste anregbare Schwingungsfrequenz gegenüber der glatten Wand erhöht ist.

Eine andere erfindungsgemäße Ausgestaltung sieht vor, daß beulstrukturierte Materialbahnen für formstabile Mehrkammerbehälter verwendet werden, wobei die inneren Trennwände durch die umlaufenden Beulknicke der Wand fixiert werden. In der Recyclingtechnik werden Mehrkam merbehälter verwendet, um getrennt Glas, Dosen, Papier usw. zu sammeln. Werden Mehrkammerbehälter aus beul strukturierten Wänden gefertigt, ergeben sich zwei Vor teile. Wegen der großen Formstabilität beulstrukturier ter dünner Wände sind die Behälter gewichtsparend. Wei terhin werden die inneren Trennwände des - in der Regel zylindrischen - Mehrkammerbehälters durch die umlaufen den Beulknicke der Wand fixiert.

Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Sandwich-Konstruk tion aus übereinander geschichteten beulstrukturierten Wänden oder schalen, die die Formsteifigkeit weiter er höht. Zwecks gleichmäßiger Abstandshaltung der ge schichteten beulstrukturierten Wände werden abwechselnd Beulstrukturen mit Rechts- und Linksdrall verwendet, wobei der Drall der Stützspiralen während des Beulvor gangs nach Anspruch 1 ein- oder mehrtägig ist. Die freien Strömungsquerschnitten zwischen den beulprofi lierten Wänden, die ggf. durch Abstandhalter vergrößert werden, dienen in energietechnischen oder verfahrens technischen Apparaten als Strömungskanäle für die Wärme- und Stoffübertragung, wobei durch Strömungsum lenkungen an den Beulstrukturen der Wärme- und Stof faustausch gegenüber der glatten Wand verbessert wird. Wegen der extrem glatten Oberflächen der beulstruktu rierten Wände ist die Gefahr des Absetzens von Fest stoffpartikeln auf den Wänden, sogenanntes Fouling, re duziert. Eine einfache und gewichtsparende Konstruktion für Heiz- oder Kühlplatten ergibt sich, wenn jeweils zwei Wände beulseitig miteinander verbunden werden - z. B. durch Kleben oder Löten. Beulprofilierte dünne Wände, die auf glatte dünne Wände aufgeklebt werden, ergeben formsteife und optisch gut aussehende Wände, die z. B. als Standwände oder bei der Verpackung verwen det werden können. Sandwich-Konstruktionen aus geloch ten oder geschlitzten beulprofilierten Wänden, die mit Abstandhaltern fixiert sind, eignen sich als ge wichtsparende, schalldämpfende Komponenten. Ein Bei spiel hierfür sind PKW-Auspuffteile, die gleichzeitig eine axiale Kompensationsfähigkeit bei thermischen Aus dehnungen besitzen. Eine weitere vorteilhafte Ausge staltung der Erfindung ergibt sich, wenn spiralförmig gewickelte beulprofilierte Wände ineinandergeschoben werden und getrennte Strömungskanäle eines Spiralwärme übertragers bilden. Der Aufbau entspricht den nach Stand der Technik bekannten Konstruktionen; jedoch be stehen die Spiralwände aus beulprofilierten Wänden, die trotz dünner Wände eine hohe Formstabilität, eine nied rige mechanische Schwingungsanregung und eine gegenüber der glatten Spiralwand verbesserte konvektive Wärme übertragung besitzen.

In ähnlicher Weise eignen sich spiralförmig aufgewic kelte beulprofilierte Bleche zur Herstellung von rotie renden Wärmeüberträgern, wobei nach dem Regenerations prinzip z. B. die Abwärme eines heißen Abluftstromes zur Aufheizung eines kalten Frischluftstromes übertragen wird. Die Luft durchströmt hierbei in axialer Richtung die Spalte zwischen den spiralförmigen Blechen. Infolge der versetzten Beulstruktur ergibt sich ein intensiver konvektiver Wärmeübergang, wobei der Druckverlust ver gleichsweise gering ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß beulstrukturierte Materialbahnen, die vorzugsweise eine rauhe Oberfläche besitzen, für das Aufblasen von Spritzbeton verwendet werden. Zur Her stellung von Schalenkonstruktionen aus Spritzbeton wer den in der Regel aufwendige Stützgerüste mit Verstei fungsmaterialien benötigt, die dann mit Spritzbeton an gestrahlt werden. Beulprofilierte Wände und Schalen sind für das Anstrahlen mit Spritzbeton geeignet, da sie formstabil und arbeitssparend sind. Damit der Spritzbeton auf der beulprofilierten Wand eine gute Haftung erhält, erhält die beulprofilierte Wand dadurch eine gut haftende Oberflächenrauhigkeit, daß die glatte Wand mit einem Maschen- oder Drahtgitter verbunden wird. Bevorzugt wird die dünne Wand vor der Beulverfor mung mit dem Maschen- bzw. Drahtgitter verbunden (z. B. durch Kleben oder Löten) und dann gemeinsam beulver formt.

Verbundkonstruktionen stellen eine weitere erfindungs gemäße Maßnahme dar. Werden die Zwischenräume der Sand wich-Konstruktionen aus beulprofilierten Wänden mit Se kundärstoffen aufgefüllt, entstehen formstabile Ver bundkonstruktionen. Insbesondere bei zylindrischen oder schalenförmigen Verbundkonstruktionen bewirken die Hin terschneidungen der Beulstrukturen einen guten Form schluß zwischen den beulstrukturierten Wänden und den Sekundärstoffen (Füllstoffen). Die Haftwirkung zwischen der beulstrukturierten Wand und dem Füllstoff kann da durch verbessert werden, daß eine mit Maschen- oder Drahtgitter verbundene beulstrukturierte Wand verwendet wird. Als Füllstoffe können auch minderwertige Recyc ling-Kunststoffe verwendet werden. Diese Füllstoffe werden entweder in flüssiger Form in die Zwischenräume der Beulstrukturen eingedrückt oder als Flüs sig/Feststoffgemisch, z. B. erwärmtes Kunststoffgemisch, auf die einzelnen beulstrukturierten Wände aufgetragen, bevor sie dann zu einer Verbundkonstruktion zusammenge preßt werden. Diese Füllstoffe werden in flüssiger Form, bevorzugt mit einer bewegten düsenförmigen Lanze, in die Zwischenräume der beulförmigen Spalte einge drückt. Alternativ wird ein Flüssig-/Feststoffgemisch (z. B. Kunststoff-/Festgemisch) auf die einzelnen beul strukturierten Wände aufgetragen, bevor sie dann zu ei ner Verbundkonstruktion zusammengepreßt werden.

Diese Verbundkonstruktionen mit eingeschlossenem biege weichen Kunststoff haben auch schallabsorbierende Wir kung, da bei Biegeschwingungen Dehnungen und Verdich tungen des Kunststoffes auftreten, wodurch die Schwin gungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Bei grö ßerer axialer Belastung knicken die axialen Beulfalten ein und werden mit gegen den Verformungswiderstand wei ter zusammengedrückt. Hierdurch ergibt sich eine große absorbierte Verformungsenergie der profilierten Wände. Deshalb sind beulprofilierte Rohre, Spiralen oder Sand wich-Pakete gut als Abstandhalter, Stoßabsorber und En ergieabsorber geeignet. Die Zwischenräume zwischen den beulstrukturierten Wänden können zusätzlich teilweise oder vollständig mit energieabsorbierenden Stoffen auf gefüllt werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Einfärbung der Beulknicke oder Beulmulden vor. Für den optischen oder lichttechnischen Bereich der Werbung, Raumgestaltung usw. können die wabenförmi gen Beulstrukturen dadurch lichttechnisch hervorgehoben werden, daß beulstrukturierte Wände aus lichtdurchläs sigen dünnen Wänden, die auf einer Seite mit einer lichtreflektierenden Schicht belegt sind, hergestellt werden, und dann die lichtreflektierenden Beschichtun gen im Bereich der Beulknicke oder Beulmulden entfernt werden, z. B. Ätzen. Hierdurch wird die beulprofilierte Wand im Bereich der Beulknicke oder der Beulmulden lichtdurchlässig. Anwendungsbeispiele im Bereich der Werbung sind Leuchtbuchstaben aus beulprofilierten Rohrstücken, wobei nachts eine Lichtquelle innerhalb der Rohrstücke diffus gestreut wird und durch die lichtdurchlässigen Konturen scheint. Tagsüber reflek tieren die Leucht-Buchstaben das Tageslicht auf der Au ßenseite der beulstrukturierten Wände. Die wabenförmi gen Beulstrukturen können durch unterschiedliche Metho den gefärbt werden: Übertragung von in einem Fluidstrom suspendierten Farbpartikeln, wobei die Einfärbung an den hervorstehenden Oberflächenerhebungen (Beulkanten) erhöht ist. Hierdurch ergeben sich sehr feine Farbab stufungen. Dies folgt aus den strömungsphysikalischen Gesetzen des Stoffübergangs. Auch ein Aufdampfen im Va kuum ist möglich. Eine gröbere Einfärbung erfolgt mit tels Farb-Walzen, die über den Oberflächenerhebungen abgerollt werden. Eine zeitlich variable Färbung kann durch Verwendung einer Thermo-Farbe, die bei Über- bzw. Unterschreiten einer bestimmten Temperatur einen Far bumschlag erfährt, erreicht werden. Eine unterschiedli che Temperaturverteilung entlang der Beulstruktur er gibt sich, wenn z. B. die beulstrukturierte Wand mit elektrischem Strom (Joulesche Wärme) durchflossen oder mit einem warmen oder kalten Medium umströmt wird. Hierbei wirkt sich der Wärmeübergang an der Beulstruk tur auf die Temperaturverteilung aus.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß bei der Herstellung von Flaschen, Trink gefäßen usw. wird häufig das Extrusionsblasverfahren, beispielsweise bei Kunststoffen, oder das Blasverfah ren, beispielsweise bei Glas angewendet, wobei der Werkstoff im plastischen Zustand durch Innendruck an eine äußere Formwand gepreßt wird. Damit sehr dünnwan dige Flaschen, Trinkgefäße usw. zwecks Gewichte und Ma terialeinsparung eine formstabile Wand erhalten, werden gerne profilierte Formwände verwendet. Nach dem unter dem Namen Hydroform bekannten hydraulischen Verfahren werden metallische Hohlkörper, z. B. Rohre, durch ver gleichsweise große Innendrücke gegen eine äußere Form gepreßt und dabei plastisch verformt. Weiterhin werden bei dem mechanischen Formpressen z. B. Bleche durch Pressung zwischen zwei Formteilen verformt.

Die Herstellung der für die genannten Verfahren benö tigten Formen ist aufwendig und teuer. Eine vorteil hafte Herstellung von profilierten Formwänden wird nach der Erfindung durch Verwendung beulprofilierter Wände erreicht, wobei die folgenden Methoden angewendet wer den können:

1. Beulprofilierte Wände werden auf ihrer Außenseite mit formsteifen Materialien hinterfüttert - z. B. durch Ausgießen mit Metallen, die einen niedrigeren Schmelzpunkt haben als der Werkstoff der beulprofi lierten Wand. Für eine gute Haftung der hinterfüt terten Materialien ist, wie bereits erläutert, eine Oberflächenrauhigkeit vorteilhaft. Da beim Ausgießen mit Metallen Wärmedehnungen und somit Verformungen der beulstrukturierten Wand auftreten können, sind Sandwich-Konstruktionen aus beulstrukturierten Wän den vorteilhaft, wobei sich die Beulstrukturen ge genseitig abstützen.
2. Beulstrukturierte Bleche oder Folien werden ver wendet, um die in der Gießereitechnik üblichen Sand- Kerne herzustellen. Die Kerne mit der abgebildeten Beulstruktur dienen zum Gießen der beulstrukturier ten Form.
3. In ähnlicher Weise, wie die beulstrukturierte Wand mit Spritzbeton bestrahlt wird, kann die beul strukturierte Formwand mit einem flüssigen Material, beispielsweise Metall, angestrahlt werden, welches auf der beulstrukturierten Wand erstarrt. Hierbei wird die Erstarrungswärme, d. h. die negative Schmelzwärme, durch Kühlung der Formwand abgeführt.
4. Werden beulstrukturierte Formwände für extrem große Preßdrücke der Blasverfahren benötigt, müssen die stabilen Formen aus hoch festen Metallblöcken gefräst werden. Beulstrukturierte Modelle dienen hierbei vorteilhaft zum rechnergesteuerten Fräsen, wobei das beulprofilierte Modell elektronisch abgetastet wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die maximale Länge der herstellbaren beulprofilierten Spiralwicklung durch die Anzahl der Wicklungen für den Beulvorgang begrenzt ist. Für grö ßere Längen beulprofilierter Bleche oder Bänder ist deshalb eine quasi "endlose" Herstellung beulprofilier ter Bänder wünschenswert. Gemäß der Erfindung wird eine quasi "endlose" Herstellung beulprofilierter Bänder da durch erreicht, daß Bleche oder Folien über einen Stützzylinder, auf dem umlaufende Stützringe oder Stützspiralen angebracht sind, gezogen werden und dann durch den Druck einer äußeren flexiblen Druckmanschette beulverformt werden. Dieses Verfahren ist halbkontinu ierlich. Im drucklosen Zustand der Druckmanschette wird das Band weiterbewegt. Im Stillstand des Bandes werden die Beulstrukturen durch den Druck der Druckmanschette hydraulisch aufgeprägt.

Erfindungsgemäß ist es weiterhin vorgesehen, daß die Druckmanschette eine beulprofilierte Oberfläche be sitzt, die auf mechanischem Wege auf das Band einge drückt wird. Obwohl es sich jetzt bei diesem Vorgang um ein mechanisches - statt hydraulisches - Formgebungs verfahren handelt, ist es nicht mit den sonst üblichen Formpreßverfahren gleichzusetzen. Bei den üblichen Formpreßverfahren werden vergleichsweise große Verfor mungskräfte benötigt, damit der Werkstoff im plasti schen Zustand in die Form gepreßt wird. In dem Verfah ren nach der Erfindung handelt es sich trotz mechani schem Eindrücken um einen Beulvorgang nach den mechani schen Stabilitätsgesetzen, der - vor der Beulverformung - eine Krümmung des Bandes, Stützringe oder Stützspira len auf der Innenseite des Bandes sowie die beulstruk turierte Oberfläche der Druckmanschette voraussetzt. Die beulstrukturierte Oberfläche der Druckmanschette hat vorzugsweise die Oberflächenstruktur, die sich bei dem erfindungsgemäßen, hydraulischen Beulvorgang er gibt.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht ein kontinuierlich arbeitendes, mechanisches Beulverfahren vor. Statt der Druckmanschette mit beulprofilierter Struktur wird ein flexibles umlaufen des Profilband verwendet, welches auf der einen Seite durch eng nebeneinander angeordnete Stützrollen abge stützt wird und auf der anderen Seite versetzte Noppen, bevorzugt aus Hartgummi, besitzt. Die versetzten Noppen sind so angeordnet, daß sie den Beulmulden der Beul struktur des zu verformenden Bandes entsprechen.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Un teransprüchen beschrieben. Die Erfindung ist anhand ei nes Ausführungsbeispieles in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend näher beschreiben; es zeigt

Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vor richtung zur Herstellung beulprofilier ter Materialbahnen und/oder Folien;

Fig. 2a die Draufsicht auf eine mit einer Vorrichtung nach der Fig. 1 herge stellten Beulstruktur;

Fig. 2b die Aufsicht auf eine mit einer Vorrichtung nach der Fig. 1 herge stellten, abgewickelte Beulstruktur von einer mehrgängigen Stützspirale;

Fig. 2c die Aufsicht auf eine mit einer Vorrichtung nach der Fig. 1 herge stellten, abgewickelte Beulstruktur un ter Verwendung von Stützringen;

Fig. 3a, 3b, 3c und 3d die schematische Dar stellung unterschiedlicher Arten der Schalen- und Beulstrukturen zur Licht reflektion;

Fig. 4 einen schematischen Querschnitt durch einen Mehrkammerbehälter;

Fig. 5 einen schematischen Querschnitt durch eine Heiz- bzw. Kühlplatte;

Fig. 6 die schematische Ansicht eines dop pelwandigen Zylinders aus beulstruktu rierten, mit einer Vorrichtung nach der Fig. 1 hergestellten Materialbahnen;

Fig. 7 zeigt den prinzipiellen Aufbau ei ner Form mit einer beulprofilierten Oberfläche für die Herstellung von Ge fäßen nach dem Extrusionsblasverfahren im Querschnitt;

Fig. 8 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beul strukturierten Materialbahnen durch das halbkontinuierliche Beulverfahren;

Fig. 9 schematisch in einer Aufsicht die Noppen und die Struktur eines beulpro filierten Bandes;

Fig. 10 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beul strukturierten Materialbahnen durch das kontinuierliche Beulverfahren.

Die in der Fig. 1 dargestellte Vorrichtung zeigt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur Herstellung beulprofilierter Wände oder Folien. Die Folie 1 wird spiralförmig auf eine Stützspirale 2, die fest auf ei nem Zylindermantel 3 fixiert ist, aufgewickelt. Der Druckzylinder 4 umschließt die genannten Teile 1 bis 3. Die zwei Stirndeckel 5 schließen den Druckzylinder 4 beidseitig ab, wobei die Wickelfolie 1 durch die ela stischen Rundschnurringe 6 beidseitig abgedichtet wird. Das Ende der äußersten Lage der Wickelfolie 1 ist mit der folgenden Lage dicht verbunden. Alternativ wird zur hydraulischen Abdichtung der Wicklung 1 eine Gummihülle 7 verwendet, wenn insbesondere gelochte oder ge schlitzte Bleche bzw. Folien oder Maschengitter beul verformt werden sollen. Durch ein Austauschen der Spannringe 8, die unterschiedliche Durchmesser haben, können unterschiedliche Dicken der Wicklung 1 beulver formt werden. Der Beulvorgang erfolgt mittels Überdruck des Mediums, welches durch die Öffnung 9 einströmt. Wird eine Kunststoff-Folie verformt, wird die Druckap paratur auf die Temperatur des elastisch-plastischen Übergangsbereiches des Kunststoffes aufgeheizt. Werden noch höhere Temperaturen für einen ela stisch/plastischen Beulvorgang (tiefe Beulen für Me talle; dünne für Glaswände) benötigt, werden die Rund schnurringe 6 durch temperaturbeständige Dichtpackungen ersetzt.

Die in der Fig. 2a dargestellte Vorrichtung zeigt die Beulstruktur in der Aufsicht eines abgewickelten Fo lienabschnittes. Der Abstand h der Beulstrukturen ent spricht dem Abstand h der Stützspirale 2 in Fig. 1, wenn die Stützspirale eingängig ist. Die umlaufenden Beulknicke 10 entsprechen den Auflagelinien der Stütz spirale. Die axialen Beulknicke 11 und somit die Breite b stellen sich selbständig ein. Die Anzahl der Beulstrukturen läßt sich nach einer empirischen Formel vor ausberechnen. In Fig. 2b ist die abgewickelte Beul struktur von einer mehrgängigen Stützspirale darge stellt. Hierdurch wird der Neigungswinkel in Fig. 2b größer als der Neigungswinkel in Fig. 2a.

In Fig. 2c ist die Beulstruktur einer abgewickelten Folie dargestellt, welche mit einer Apparatur analog Fig. 1 dargestellt wurde, wobei äquidistante Stütz ringe statt der Stützspirale 2 verwendet wurden. Der Neigungswinkel wird hierbei Null.

Beulprofilierte Bleche oder Folien mit unterschiedli chen Neigungswinkeln sind auch für dekorative bautech nische Elemente, z. B. Gebäudefassaden oder Dächer (in Verbindung mit Wärmedämmung) geeignet.

Werden beulprofilierte Bleche oder Folien zur Ummante lung von Rohren oder zylindrischen Behältern (z. B. für die Wärmedämmung) verwendet, ergeben sich bevorzugt folgende Arten der Ummantelung für eine gleichmäßige Anordnung der Beulstrukturen:

1. Spiralförmiges Umwickeln mit den Folien (Fig. 2a oder 2b). Aus den geometrischen Bedingungen folgt, daß diese Wicklungsart nur für vergleichsweise große Rohr- bzw. Zylinderdurchmesser geeignet ist, da die Neigungswinkel in Fig. 2a und Fig. 2b klein sind.
2. Für mittlere oder kleine Rohr- bzw. Zylinderdurch messer ist eine spiralförmige Wicklung aus Folien (Fig. 2a oder Fig. 2b) geeignet, wobei die spiral förmige Ummantelung mit der beulverformten Folie da durch erfolgt, daß die Folien senkrecht zu den Beul knicken 10 umgebogen wird.
3. Radiales Umwickeln der Rohre bzw. der zylindrischen Behälter mit Folien nach Fig. 2c. Dieses entspricht einem abschnittsweise Umwickeln mit der Länge L.

Die in der Fig. 3 dargestellte Vorrichtung zeigt sche matisch die verschiedenen Arten der Schalen- und Beul strukturen zur Lichtreflexion (L=Lichtquelle):

a. Eine konkave Schale mit konvexen Beulstrukturen er zeugt eine geometrisch gerichtete Lichtreflexion mit diffuser Lichtstreuung.
b. Eine konkave Schale mit konvexen Beulstrukturen er zeugt eine geometrisch gerichtete Lichtreflexion mit punktueller Lichtstreuung.
c. Eine konvexe Schale mit konvexen Beulstrukturen er zeugt eine nahezu allseitige, diffuse Lichtstreuung.
d. Eine konvexe Schale mit konkaven Beulstrukturen er zeugt eine nahezu allseitige, punktuelle Lichtstreu ung.

Die in der Fig. 4 dargestellte Vorrichtung zeigt sche matisch einen zylindrischen Mehrkammerbehälter. Die beulprofilierte zylindrische Wand 12 besitzt eigen je weiligen Abstand h der umlaufenden Beulknicke (10 in Fig. 2c), wobei h dem Abstand der Trennwände 14 zuein ander entspricht. Durch die umlaufenden Beulknicke der Wand werden die Trennwände 13 örtlich fixiert, die bei Bedarf noch verklebt werden. Die Kugelkalotten 14 schließen den Mehrkammerbehälter seitlich ab. Hierdurch entstehen formstabile, gewichtsparende Mehrkammerbehäl ter, die z. B. im Fall von Müllcontainern noch Einfüll schlitze und verschließbare Entleerungsöffnungen besit zen, die in der Fig. 4 nicht dargestellt sind.

Die in der Fig. 5 dargestellt Vorrichtung zeigt eine Heiz- bzw. Kühlplatte schematisch. Zwei beulprofilierte Platten 15 und 16 werden beulseitig gegeneinander ge legt und verklebt, bzw. verlötet. Im Zwischenraum strömt das Heiz- oder das Kühlmedium.

Die in der Fig. 6 dargestellte Vorrichtung zeigt einen doppelwandigen zylindrischen Behälter, z. B. für die Lagerung von flüssigen Gefahrstoffen. Hierbei besteht der Innenmantel 17 aus einem beulprofilierten Zylinder, auf welchem der äußere beulprofilierte Zylinder 18 ge wickelt bzw. übergestülpt wird. Zwecks gegenseitiger Abstützung der Beulwände von 17 und 18 werden die Beul strukturen vorzugsweise mit unterschiedlichem Drall und unterschiedlichem Neigungswinkel (Fig. 2) verwendet. Die Kugelkalotten 19 und 20 sind mit den Beulzylindern 17 und 18 verklebt oder verschweißt. Der Ringraum 21 dient zur Aufnahme einer Testflüssigkeit bzw. eines Heiz- oder Kühlmediums. Einfüll-, Entleerungs- und Kon trollöffnungen sind in der schematischen Zeichnung von Fig. 6 nicht dargestellt.

Die in der Fig. 7 dargestellte Vorrichtung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Form mit einer beulprofi lierten Oberfläche für die Herstellung von Gefäßen nach dem Extrusionsblasverfahren. Eine beulprofilierte zy lindrische Wand 22 mit einem Boden 23 wird in einem zy lindrischen Behälter 24 mit niedrigsiedendem flüssigen Metall 25 im Ringraum, der die Kühlschlange 26 enthält, hintergossen. Für eine bessere Haftung der erstarrenden Metallschmelze auf der beulprofilierten Wand besitzt die beulprofilierte Wand auf der Außenseite eine Ober flächenrauhigkeit. Die Kühlschlange 26 dient zur Küh lung der Form während des thermischen Blasverfahrens.

Die Fig. 8 zeigt schematisch das halb-kontinuierliche Beulverfahren. Das Band 27 wird über die Leitrollen 28 über den Zylinder 29, auf dem umlaufende Stützringe 30 angebracht sind, gezogen. Mittels einer flexiblen Druckmanschette 31, welche durch eine äußere Hal tevorrichtung 32 abgestützt wird, wird hydraulisch ein Überdruck auf das Band 27 übertragen, wodurch der Beul vorgang stattfindet. Anschließend wird die Druckman schette druckentlastet und das Band durch Drehung des Zylinders 29 so weit weiterbewegt, daß nur noch ein kleiner Teil des bereits beulverformten Bandes unter der Druckmanschette 31 liegt. Von diesem beulverformten Teil geht dann die weitere Beulverformung des Bandes aus. Bei Bedarf erhält die Druckmanschette 31 unter schiedliche Druckbereiche, damit der Druck vom Ende 31b in Richtung Anfang 31a der Druckmanschette aufgebaut wird. Dieses kann durch separate Druckabschnitte in der Druckmanschette erfolgen. Alternativ wird die Drucklei tung an der Stelle 31b der Druckmanschette angeschlos sen, so daß sich der Druck, ggf. über zusätzliche Strö mungswiderstände in der Druckmanschette von hinten (31b) nach vorne (31a) aufbaut. Diese Maßnahmen dienen dazu, daß bei dem halbkontinuierlichen Beulverfahren ein gleichmäßiges Beulprofil entlang des Bandes 27 ent steht. Das beulprofilierte Band wird auf die Rolle 33 aufgewickelt.

Ein erfindungswesentliches Merkmal ist, daß die Druckmanschette 31 eine beulprofilierte Oberfläche be sitzt, die den Abständen der Stützringe 30 entspricht. Die Oberfläche der Druckmanschette muß nicht unbedingt die vollständige Beulform enthalten. Es ist ausrei chend, daß die Oberfläche der profilierten Druckman schette aus versetzten Noppen 34, z. B. aus Hartgummi, besteht, die in ihrer Form den Beulmulden entsprechen. Fig. 9 zeigt schematisch in einer Aufsicht die Noppen 34 und die Struktur des beulprofilierten Bandes 35. Die Beulfalten 36 entsprechen den Linien der Stützringe 30 in Fig. 8.

Die Fig. 10 zeigt schematisch das kontinuierliche Beulverfahren. Das Band 27 wird kontinuierlich über die Führungsrollen 28 über den Zylinder 29, auf dem die Stützringe 30 angebracht sind, geführt. Das umlaufende profilierte Band 37 wird über fünf Leitrollen 38 ge führt und über den Zylinder 29 incl. Band 27 geleitet. Mittels Stützrollen 39 wird das umlaufende profilierte Band 37, welches vorzugsweise aus faserverstärktem Ma terial besteht, auf das Band 27 gedrückt, wodurch die Beulverformung einsetzt. Der Verformungsdruck ist durch die Stützrollen 39 einstellbar. Das beulverformte Band wird auf die Rolle 33 aufgewickelt.

Claims

1. Verfahren zur Beulverformung dünner Materialbahnen und Folien, bei dem die Materialbahnen und Folien dazu beabstandet abgestützt und mit einem Unter- oder Überdruck beaufschlagt werden, dadurch gekenn zeichnet, daß eine zu beulende Materialbahn mehrla gig auf beabstandete Stützelemente gewickelt wird, die Wicklung am Ende der Materialbahn mit der dar unterliegenden Lage verbunden wird und die Wicklun gen von außen mit Überdruck und/oder von innen mit einem Unterdruck beaufschlagt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere flexible, biegeweiche Hülle hydrau lisch dicht um die auf beabstandete Stützelemente gewickelte Materialbahn gegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beulprofilierte Materialbahnen mit konkaver Form eine geometrisch gerichtete, insbesondere eine punktförmige Lichtstreuung bewirken.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beulprofilierte Materialbahnen mit konvexer Form eine geometrisch weiträumig verteilte, diffuse Lichtstreuung bewirken.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beulstrukturierte Materialbahnen als form stabile Schallreflektoren verwendet werden, deren geometrische Abmessungen im Bereich der zu reflek tierenden Schallwellenlängen liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekenn zeichnet, daß zur diffusen Schallstreuung′ gelochte oder geschlitzte, beulstrukturierte Materialbahnen oder Maschengitter als Abdeckung von Schallabsor bermaterialien verwendet werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1, 4 und 6, dadurch gekenn zeichnet, daß die Tiefen der Beulstrukturen in Ab hängigkeit von der erforderlichen, diffusen Schall streuung variiert werden.

8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dünnwandige Beulwände mit geringer Masse und hoher Biegefestigkeit als schall- bzw. musiktechni sche Strahler, als Plattenschwinger oder im tiefen Frequenzbereich als schwingungsarme Rohre, Zylinder und Hohlkörper verwendet werden.

9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beulstrukturierte Materialbahnen für formsta bile Mehrkammerbehälter verwendet werden, wobei die inneren Trennwände durch die umlaufenden Beulknicke der Wand fixiert werden.

10. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Sandwich-Konstruktionen aus übereinanderge schichteten, beulstrukturierten und erforderlichen falls glatten Wänden oder Spiralen verwendet wer den.

11. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sandwich-Konstruktionen eine hohe Formstabilität, bei tiefen Frequenzen eine ge ringe Schwingungsanregung und eine axiale Kompensa tionsfähigkeit besitzen.

12. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 10 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß Spiralen mit abwechselndem Rechts- und Linksdrall der ein- oder mehrgängigen Beulstruktur verwendet werden.

13. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beulstrukturierte Materialbahnen, die vorzugs weise eine rauhe Oberfläche besitzen, für das Auf blasen von Spritzbeton verwendet werden.

14. Verfahren nach Anspruch 1, 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Verbundkon struktionen übereinandergeschichtete, beulprofi lierte Materialbahnen mit eingelagerten Sekundär stoffen, insbesondere Recycling-Kunststoffe, ver wendet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 1 und 14, dadurch gekenn zeichnet, daß die Verbundkonstruktionen schallabsorbierende, schallreflektierende und festigkeitssteigernde Eigenschaften haben.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 10, 11, 12, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder mehrla gige beulprofilierte Materialbahnen, bevorzugt beulprofilierte Rohre und Spiralen, als Abstandhal ter, Stoßabsorber oder Energieabsorber verwendet werden.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der Beulknicke oder Beulmulden ge färbt werden, bevorzugt durch strömungsphysikali schen Farbstoffübergang, durch Aufdampfung, mittels Farbwalzen oder mittels Thermofarbe.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 17, dadurch ge kennzeichnet, daß die beulstrukturierte Materialbahn vorzugsweise mit elektrischem Strom oder mit warmen bzw. kalten Medien umströmt wird.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10 bis 13, da durch gekennzeichnet, daß beulstrukturierte Materi albahnen auf einer Seite mit formsteifen Materia lien hintergossen oder hinterblasen werden.

20. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß Modelle für Formteile zum Ex trusionsblasen von Kunststoffen gefertigt werden.

21. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß Modelle für Formteile zum Bla sen von Glas gefertigt werden.

22. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 19, dadurch ge kennzeichnet, daß Modelle für Formteile zur Gieße rei-Kernherstellung gefertigt werden.

23. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Modelle mittels rechnerge stützten Formgebungsverfahren gefertigt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einem halbkontinuierlichen Beulverfahren Fo lien oder flexible Materialbahnen über einen Zylin der, auf dem umlaufende Stützringe oder Stützspira len angebracht sind, gezogen werden und mittels äu ßerer glatter flexibler Druckmanschetten beulver formt werden.

25. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 24, dadurch ge kennzeichnet, daß in einem halbkontinuierlichen Beulverfahren Folien oder flexible Wände über einen Zylinder, auf dem umlaufende Stützringe oder Stütz spiralen angebracht sind, gezogen werden und mit tels einer äußeren Druckmanschette, die eine profi lierte Oberfläche besitzt, beulverformt werden.

26. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 24 und 25, dadurch gekennzeichnet, daß in einem kontinuierlichen me chanischen Beulverfahren Folien oder flexible Wände über einen Zylinder, auf dem umlaufende Stützringe oder -Stützspiralen angebracht sind, gezogen werden und mittels umlaufendem flexiblen Band, das die Konturen einer versetzten Beulstruktur enthält, auf mechanischem Wege beulverformt werden.