DE4311978C1 - Verfahren zur Beulverformung dünner Wände und Folien - Google Patents
Verfahren zur Beulverformung dünner Wände und FolienInfo
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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 (26)
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.
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