WO1994022612A1

WO1994022612A1 - Beulversteifung

Info

Publication number: WO1994022612A1
Application number: PCT/EP1994/001043
Authority: WO
Inventors: Frank Mirtsch
Original assignee: Frank Mirtsch
Priority date: 1993-04-06
Filing date: 1994-04-03
Publication date: 1994-10-13
Also published as: CA2160000A1; DE4401974A1; JPH08509914A; DE59404727D1; EP0693008A1; ATE160711T1; EP0693008B1; ES2110231T3

Abstract

Nach der Anmeldung werden dünnwandige Materialen durch Beulverformung versteift, ohne daß es zu einer für das Tiefziehen typischen Materialverformung kommt. Eine beulartig zu strukturierende Materialbahn wird mehrlagig auf beabstandete (im Abstand angeordnete) Stützelemente (2) gewickelt, die Wicklung (1) der Materialbahn wird außenseitig hydraulisch dicht verschlossen und dann von außen mit Überdruck und/oder von innen mit einem Unterdruck beaufschlagt, oder eine beulartig zu strukturierende Materialbahn wird auf beabstandete Stützelemente (34) gebogen und in zeitlicher Folge, insbesondere segmentweise, duch Überdruck von außen oder durch Unterdruck von innen beaufschlagt.

Description

Be u l v e rste i f ung

Technisches Gebiet :

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

Zwecks Einsparung von Materialien werden in vielen Bereichen der Technik Ausrüstungsteile benötigt, die trotz dünner Wände eine hohe Festigkeit bzw. Formstabilität besitzen. Da diese Ausrüstungsteile häufig Bestandteile von Verfahrens-, energie- und umwelttechnischen Anlagen sind, sollen die Wände zusätzlich günstige strömungs- und wärmetechnische Eigenschaften besitzen. Dünnwandige formstabile Konstruktionen werden aus Gewichts- und Kostengründen auch in der Lichttechnik, bei der Verpackung, im Design, in der Raumgestaltung und in der Bautechnik benötigt. Hierbei müssen die Folien bzw. dünnen Wände außer der Formsteifigkeit auch gute optische Eigenschaften besitzen.

Stand der Technik :

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um dünnen Wänden durch Verformungen der Wände eine erhöhte Formsteifigkeit zu verleihen. Als bekanntes Beispiel werden die eingewalzten Sicken in Dosen oder Fässern genannt. Nachteilig ist bei diesen Formgebungsverfahren, daß die Verformungen der Wände in der Regel auf mechanischem Wege durch Einwalzen oder Einprägen oder auf hydraulischem Wege durch Anpressen an eine Prägeform Zustandekommen. 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 Oberfläche besitzt, dessen Herstellung in der Regel sehr aufwendig ist, kann auf hydraulischem Wege eine glatte Oberfläche der verformten Wand erreicht werden. Es ist aus der DE-OS 25 57 2 15 ein hydraulisches Formgebungsverfahren bekannt, bei dem dünne Wände von Rohren oder zylindrischen Behältern eine gleichmäßige versetzte Beulstruktur dadurch erhalten, daß die zylindrischen Wände auf der Innenseite durch Stützringe oder Stützspiralen abgestützt werden und mittels äußerem Überdruck beulartig verformt werden. Durch dieses hydraulische Formgebungsverfahren, welches quasi frei von mechanischen Berührungen abläuft, wird eine hochwertige Oberflächengüte erzielt.

Die gleichmäßig versetzte Beulstruktur der Rohrwände bewirkt weiterhin eine Erhöhung der Formsteifigkeit gegenüber der unverförmten glatten Wand.

Dieses hydraulische Beulverfahren hat j edoch noch erhebliche Nachteile: Da dieses

Verfahren auf Rohr- oder zylindrische Zylinderwände beschränkt bleibt, können keine großflächigen, beulstrukturierten Bleche oder lange, beulstrukturierte Bänder oder Folien mit variablen, geometrischen Abmessungen der Beul Strukturen erzeugt werden.

U m Bleche in eine zylindrische Form mit optimaler Zylindrizität zu biefen, ist weiterhin das Zweiwalzen-Rundbiegeverfahren bekannt. Hierbei werden Bleche um eine Oberwalze geformt, indem die Oberwalze in eine flexible Unterwalze eindringt (deutsche Patentschriften Nr. 1602489,Nr. 1752001. Nr. 1552017)

Dieses bekannte und viel ältere Zweiwalzen-Rundbiegeverfahren ist vorzugsweise für die Erzeugung zylindrischer Bauteile, die keine strukturierten Wände besitzen, geeignet. Wenn mit dem Zweiwalzen-Rundbiegeverfahren strukturierte, zylindrische Bauteile erzeugt werden sollen, sind einerseits sehr aufwendige Strukturwalzen erforderlich, und andererseits werden die Oberflächengüten der Ausgangsstoffe infolge starker mechanischer Verformungen erheblich beeinträchtigt.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung sind Verfahrensverbesserungen. Es sollen dünne Wände und Folien mit einer mehrdimensionalen, versetzten Beulstruktur und geringem technischen Aufwand erzeugt und in unterschiedlichen Technologien angewendet werden können. Auch soll eine verbesserte, mehrdimensionale Formsteifigkeit von beurverformten Bauteilen erzielt werden.

Gelöst wird die Aufgabe dadurch, daß eine beulartig zu strukturierende Materialbahn auf beabstandete (im Abstand angeordnete) Stützelemente gewickelt wird, die Wicklung der Materialbahn außenseitig hydraulisch dicht verschlossen wird und dann von außen mit Materialbahn außenseitig hydraulisch dicht verschlossen wird und dann von außen mit Überdruck und/oder von innen mit einem Unterdruck beaufschlagt wird, oder auf beabstandete Stützelemente gebogen wird und in zeitlicher Folge, insbesondere segmentweise durch Überdruck von außen oder durch Unterdruck von innen beaufschlagt wird. Die beabstandeten Stützelemente bestehen bevorzugt aus steifen oder flexiblen Spiralen, Ringen, Scheiben oder sonstigen Profilierungen mit in Umfangsrichtung ausgebildeter Schlangen- oder Zickzackform.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere 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 können. 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.

Erfϊndungsgemäß ist es vorgesehen, daß eine äußere flexible, biegeweiche Hülle hydraulisch dicht um die auf beabstandete Stützelemente gewickelte Materialbahn gegeben wird. Das Ende der äußersten Wickellage kann auf der darunter liegenden Lage mit Klebebändern fixiert werden, damit die Wicklung möglichst stramm gewickelt ist. Jedoch soll diese Klebefixierung nicht starr sein, da beim Beulvorgang durch den hydraulischen Druck ein geringes Schrumpfen der Wicklung auftreten kann. Der hydraulische Druck für die Beulverformung wirkt über die äußere biegeweiche Hülle.

Alternativ ist es erfindungsgemäß vorgesehen, daß eine Wickellage stramm auf die Stützelemente aufgewickelt wird und äußere Klebebänder das Ende der äußersten Wickellage auf der darunterliegenden Lage sowohl fixieren als auch hydraulisch dicht abdichten. Auf diese Weise entfällt die äußere flexible, biegeweiche Hülle. Um ein Schrumpfen der Wickellage während des hydraulischen Beulvorgangs bei äußerem Überdruck zu vermeiden, können die Stützelemente mit einer ausreichenden Vorspannung, bevorzugt durch Aufweiten der Stützspirale (Verwinden der Stützspirale entgegen der Drallrichtung) erreicht werden. Nach dem Beulvorgang werden die äußeren Klebebänder wieder entfernt.

Die Tiefe der Beulen stellt sich beim elastischen Beulen selbständig ein und hängt im wesentlichen von der Größe der Beulen und dem Krümmungsradius der aufgewickelten

Spirale während des Beulverformgangs ab. Die Tiefe der Beulen kann 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

Druckmediums oder bei Metallen durch elektrischen Stromfluß, beispielsweise der

Jouleschen Wärme.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen weiterhin insbesondere darin, daß durch die beabstandeten Stützelemente, die in Umfangsrichtung eine schlangenförmige oder zickzackförmige Form haben können, beim Beulvorgang angenähert sechseckförmige oder fünfeckförmige Strukturen der beulverformten, dünnen Wand erzeugt werden. Diese Eckstrukturen haben gegnüber der Rechteckstruktur den Vorteil, daß sie aus Symmetriegründen in allen Wandrichtungen eine nahezu gleiche Formsteifigkeit besitzen. Experimentelle Untersuchungen haben bestätigt, daß diese Eckstruktur bei der Beulverformung bevorzugt gebildet wird : Bei der Verwendung flexibler, bcabstandeter Stützelcmente, die sich etwas in axialer Richtung verschieben können, verformen sich die flexiblen Stützelemente selbständig zickzackfόπnig.

Ursachen hierfür sind Zugspannungs- und Druckspannungszonen in der beulverformten Wand, die das Bestreben haben, sich auszugleichen. Die Form der sechseckartigen oder fünf eckartigen Beulstruktur wird wesentlich durch die folgenden Parameter eingestellt : Flexibilität der Stützelemente, Beuldruck und Materialeigeüschaften. Die Materieleigenschaften werden durch die Verformungsfahigkeit des Materials bestimmt. Wichtig ist dabei die Unterscheidung zum sogenannten Tiefziehen, bei dem ein Fließen des Materials stattfindet. Beim Tiefziehen wird die Oberflächengröße des Materials als Ergebnis des Ziehens wesentlich erhöht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann ohne wesentliche Obertlächenvergrößerung auskommen. Es kann eine Einbeulung stattfinden, die von der Aufbringung der Beulungskräfte am Beispiel einer Hülse/Rohr zunächst ausreicht, um eine Oberflächenvertiefung zu bewirken, die aber dann als Kraft zu gering ist, um den relativ steifen Rand der Beulung in Vorschubrichtung des Beulens einzudrücken. Dieser Beulenrand widersteht der Verformung. Bei weiterem Vorschub findet die Beulungskraft dann einen Oberflächenbereich mit geringerer Widerstandskraft. Dort entsteht eine neue Beule mit gleichem widerstandsfähigen Rand. Es wiederholt sich der vorstehend beschriebene Vorgang. Infolgedessen bilden sich nacheinander bzw. fortlaufend neue Beulen. Im Ergebnis benötigt das erfindungsgemäße Verfahren in Vorschurichtung keine Beulenkanten bildende Unterstützung. Das heißt, bei einer Umfahrung der Hülse/Rohr in Umfangsrichtung entsteht eine Reihe gleichmäßig am Umfang verteilter Beulen. Vorteilhafterweise bewirkt eine Beulung des sich in axialer Richtung anschließenden Oberflächenbereiches, daß die dort entstehenden Beulen versetzt zu den ersterzeugten Beulen entstehen. Es bildet sich eine Wabenstruktur mit relativ hoher Biegefestigkeit in j eder Richtung. Als flexible Stützelemente werden erfindungsgemäß vorzugsweise Bänder und Ringe aus Elastomeren, Kunststoffen, Metallen, sowie Kettenelemente oder pneumatische Ringe und Spiralen verwendet, die eine runde oder ovale oder rechteck-, dreieck- oder trapezförmige Querschnittsfläche besitzen. Damit die flexiblen Stützelemente einerseits auf dem Mantel axial beweglich sind, andererseits beabstandet sind, werden erfindungsgemäß wahlweise zwischen den Stützelementen hochelastische Packungen, z.B. aus Elastomeren, Weich-Kunststoffen oder Metallgeweben angebracht. Wahlweise sind die Stützelemente auch in umlaufenden, flachen Mulden des Zylindermantels angeordnet. Auch weitere Möglichkeiten sind gegeben.

In einer weiteren, vorteilhaften Ausgestaltung werden beabstandete, flexible oder steife Ringe bzw. Spiralen, die fest mit dem Mantel verbunden sind, als Stützelemente verwendet. Auch flexible Scheiben, die beabstandet in den Mantel eingefügt sind, können als Stützelemente dienen.

Die Beulverformung mit flexiblen Stützelementen kann zu einer ungleichmäßigen Zickzackverformung führen, so daß auch die Sechseckstrukturen nicht einheitlich werden. Weiterhin werden elastische Stützelemente während der hydraulischen

Beulverformung etwas zusammengedrückt. Sofern das nicht gewünscht ist, werden erfindungsgemäß steife oder nur etwas flexible Stützelemente verwendet, die auf ihrem Umfang eine definierte Zickzackform oder Schlangenform besitzen. Aus diese Weise entstehen beim Beulvorgang definierte, reproduzierbare Sechseckstrukturen. Vorzugsweise werden diej enigen Zickzack- und Schlangenformen der Stützelemente gewählt, die sich bei der idealisierten Beulverformung mit den elastischen Stützelementen selbständig einstellen würden.

Werden Stützelemente für die Beulstrukturierung von zylindrischen Behältern oder gewickelten Blechen bzw. Folien verwendet, wobei ein konzentrischer, äußerer Überdruck und/oder ein innerer Unterdruck wirksam ist, stellen sich Beulstrukturen auf dem ganzen Umfang des Zylindermantels innerhalb kurzer Zeit selbständig ein. Untersuchungen von segmentartigen Beulvorgängen haben bestätigt, daß für die Erzeugung von regelmäßigen, versetzten Beulstrukturen der gesamte Zylinderumfang nicht gleichzeitig verformt werden muß. Erfindungsgemäß ist es deshalb wahlweise vorgesehen, zeitlich jeweils nur einzelne Segmente in Umfangsrichtung beulartig zu verformen, wobei j edoch das j eweilige druckbeaufschlagte Segment zwei oder mehrere einzelne Beulen in Umfangsrichtung umfassen kann.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die Beulverformung dünner Wände nicht mehr auf die Einzelteilherstellung zylindrischer Wände oder Wickellagen beschränkt bleibt. Da für die Beulverformung der Materialbahn in zeitlicher Folge j eweils nur ein Segment des mit Stützelementen versehenen Zylindermantels benötigt wird, werden erfindungsgemäß halbkontinuierliche oder kontinuierliche Beulverfahren zur Herstellung quasi „endloser" Folien oder Bänder realisiert. Hierdurch kann die Umformleistung des Beulverfahrens stark erhöht werden.

Gemäß der Erfindung wird eine quasi„endlose" Herstellung beulprofilierter Bänder dadurch 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 beufverformt werden. Dieses Verfahren arbeitet schrittweise. 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 wahlweise weiterhin vorgesehen, daß die Druckmanschette eine beulprofilierte Oberfläche besitzt, die auf mechanischem Wege auf das Band eingedrückt wird. Obwohl es sichj etzt bei diesem Vorgang um ein mechanisches - statt hydraulisches Formgebungsverfahren handelt, ist es nicht mit den herkömmlichen Formpreßverfahren gleichzusetzen. Bei den herkömmlichen Formpreßverfahren werden vergleichsweise große Verformungskräfte benötigt, damit der Werkstoff im plastischen Zustand in die Form gepreßt wird; bei dem Verfahren nach der Erfindung nicht. Es handelt sich trotz mechanischen Eindrückens um einen Beulvorgang, der von einer Krümmung des Bandes, Stützringen oder Stützspiralen auf der Innenseite des Bandes sowie einer besonderen beulstrukturierten Oberfläche der Druckmanschette ausgeht. Die beulstrukturierte Oberfläche der Druckmanschette hat vorzugsweise die Oberflächenstruktur, die sich (spiegelbildlich) bei erfindungsgemäßen, hydraulischen Beulvorgang ergibt.

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

Der apparative Aufwand für kontinuierliche Beulverfahren kann noch weiter dadurch verringert werden, daß erfindungsgemäß flexible Druckwalzen oder pneumatische

Druckwalzen für die Erzeugung des Beuldruckes verwendet werden.

Der Beuldruck wird nach der Erfindung mittels flexibler Druckwalze oder pneumatischer

Druckwalze auf die zu verformende Materialbahn gedrückt. Hierbei dringt die zu verformende Materialbahn, welche um den mit Stützelementen versehenen Mantel gebogen ist, in die Druckwalze ein. Die flexible Druckwalze besteht aus einem elastischen, zylindrischen Druckmantel, bevorzugt aus einem elastomeren Werkstoff. Der

Luftdruck läßt sich steuern/regeln.

Es kann nach der Erfindung auch eine flexible oder pneumatische, profilierte, vorzugsweise genoppte, Druckwalze verwendet werden, wobei die versetzten Noppen den

Beulmulen der Beulstruktur der zu verformenden Materialbahn entsprechen. Hierbei ist es nicht erforderlich, daß von der Druckwalze gleichzeitig j eweils ein Segment mit zwei oder mehr Beulen in Umfangsrichtung in die zu verformende Materialbahn eingedrückt wird.

Erfindungsgemäß können ferner steife Druckwalzen mit versetzten, steifen oder flexiblen Noppen verwendet werden. Diese sind vorteilhaft für die Beulverformungen von dickeren Blechen oder Bändern, die vergleichsweise große Verformungskräfte erfordern. Trotz der in die Materialbahn eindringenden Noppen handelt es sich prinzipiell um eine Beulverformung. Allerdings wird die Oberfläche der zu verformenden Materialbahn durch das Eindringen der steifen, genoppten Druckwalze stärker beeinträchtigt, als es bei der flexiblen oder pneumatischen Druckwalze der Fall ist. Die erforderlichen Verformungskräfte werden reduziert, wenn erfindungsgemäß die Beulverformung bei erhöhten Temperaturen der zu verformenden Materialbahn durchgeführt wird.

Die Beulverformung mittels versetzter Noppen hat gegenüber der rein hydraulischen Beulverformung den Vorteil, daß die geometrische Form der Beulstruktur variabel eingestellt werden kann.

Die Druckwalzen sind mit flexiblen oder steifen Stützelementen anwendbar.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Anwendung zweier oder mehrerer Druckwalzen vor. Beispielhaft erzeugt die erste Druckwalze mit steifen Noppen in der zu verformenden Materialbahn grobe Beulstrukturen, während die folgende, flexible Druckwalze die gewünschten Beulfalten weiter ausbildet und unerwünschte Unebenheiten in den Beulmulden teilweise ausgleicht. Auch eine umgekehrte Reihenfolge der Druckwalzen kann vorteilhaft sein.

Erfindungsgemäß können weiterhin zickzackförmige, schlangenförmige oder sonstige periodisch umlaufende Stützelemente für die Beulverformung verwendet werden. Hierbei treten nur geringe Verformungen der Stützelemente auf, da die Stützelemente den Umlauflinien der mehrdimensionalen, versetzten Beulstrukturj eweils angepaßt sind.

Eine weitere vorteihafte Ausgestaltung der Erfindung sieht die Herstellung von Rohren, bevorzugt Rohre aus Extrusions- oder Streckanlagen (Kunststoffe) oder aus Walz- oder Ziehanlagen (Metall), vor. Die Einbeulung des Kunststoffes ist dabei nur dann bleibend, wenn sie über die Rückstellfähigkeit des Materials hinausgeht. Im Grundsatz gilt das für alle Materialien.

Es können ein- oder mehrgängige schneckenförmige Stützelemente verwendet werden, die synchron zur Transportgeschwindigkeit des zu verformenden Rohres in axialer Richtung gedreht werden. Zur Aufprägung des Beuldruckes können eine oder mehrere flexible, glatte oder profilierte Druckwalzen verwendet werden, die in Umfangsrichtung des zu verformenden Rohres umlaufen. Die Druckwalzen haben dieselbe prinzipielle Funktion wie bei der oben beschriebenen Beulpiofilierung von Materialbahnen; j edoch sind bei der Verwendung von profilierten Druckwalzen die versetzten Noppen den Beulmulden der ein- oder mehrgängigen Schnecke anzupassen. Anpassen heißt dabei nicht notwendige Formidentität mit der gewünschten Beule. Ausreichend ist, daß die Noppen nur andeutungsweise die Konturen der Beulen wiedergeben und eine Art Keimbildung/Initialwirkung bei der Entstehung j eder Beule haben.

Dieses Verfahren eignet sich auch für die Beulverformung von endlosen Rohren. Da die beulstrukturierten Rohre einerseits eine erhöhte radiale Steifigkeit und andererseits eine verbesserte Biegefähigkeit gegenüber den glatten (nicht beulsturkturierten) Rohren aufweisen, sind sie als endlose Rohre in einfacher Weise aufwickelbar.

Alternativ wird erfindungsgemäß das zu verformende Rohr axial gedreht und axial transportiert, so daß die rotierenden Druckwalzen ortsfest angebracht werden können.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden vorzugsweise endlose Rohre dadurch beulverformt, daß eine flexible Druckmanschette auf der Außenseite des Rohres und eine Schnecke auf der Innenseite des Rohres synchron zur axialen Transportgeschwindigkeit des Rohres diskontinuierlich mitbewegt werden. Nach erfolgter Beulverformung wird die Druckmanschette druckentlastet und zurücktransportiert, und die Schnecke wird durch axiale Drehung in die Ausgangsposition zurückbewegt. Damit bei dieser diskontinuierlichen Beulverformung gleichmäßige Beulstrukturen entlang des endlosen Rohres entstehen, werden wahlweise nach der Erfindung die Beulverformungen teilweise überlappt durchgeführt, so daß j eweils einige Beulen als„Keime" für die darauffolgende Beulverformung wirksam sind. Weiterhin wird in der Druckmanschette ein Druckgradient entgegen der Transportrichtung des Rohres aufgebaut. Dieser Druckgradient wird in der Druckmanschette vorzugsweise dadurch erzeugt, daß ein kompressibles Medium (z.B. Luft) oder eine Flüssigkeit durch poröse, flexible Stoffe oder Lamellen strömt und/oder viskose Pasten bzw. Gele verwendet werden. Nach der Beulverformung wird die Druckmanschette druck entlastet.

Erfindungsgemäß kann als Stützelement eine Schnecke dienen, deren äußerer Durchmesser durch eine mechanische oder pneumatische Vorrichtung variiert werden kann. Auf diese Weise kann die Schnecke nach der j eweiligen Beulverformung mit geringem Kraftaufwand wieder in die Ausgangsposition zurückgedreht werden.

Erfindungsgemäß ist wahlweise weiterhin vorgesehen, daß Materialbahnen, Folien oder schalenförmige Behälterteile in der Weise beulverformt werden, daß kegelstumpfförmige, beulstrukturierte Halbzeuge oder Bauteile entstehen. Kegelstumpfförmige Bauteile, z.B. Eimer, Transportbehälter oder Trinkbecher, haben den Vorteil, daß sie raumsprend ineinander gestapelt werden können. Kegelstumpfförmige Bauteile sollen aus Festigkeits- und optischen Gründen trotz veränderlichen Durchmessers dieselbe Anzahl von Beulen in Umfangsrichtung haben. Erfindungsgemäß werden deshalb die Parameter : Abstand h der Stützspirale bzw. -ringe und die Wanddicke so gewählt, daß bei gleichem hydraulischem Beuldruck trotz veränderlichem Durchmesser j eweils dieselbe Anzahl von Beulen in Umfangsrichtung entsteht. Alternativ werden erfindungsgemäß vorzugsweise kegelstumpfförmige Druckwalzen für die Beulenverformung verwendet, wobei der örtliche Beuldruck durch eine veränderliche Winkelneigung zwischen der Druckwalze einerseits und dem mit den Stützelementen versehenen Mantel andererseits variabel einstellbar ist. Hierbei sind flexible oder pneumatische glatte und/oder genoppte Druckwalzen von Vorteil. Erfindungsgemäß können rotationssymmetrische Bauteile auch dadurch beulartig verformt werden, daß elastische oder pneumatische und/oder profilierte Druckwalzen verwendet werden, wobei die örtlichen Beuldrücke vorzugsweise durch die Balligkeit der Druckwalzen so gewählt werden, daß vorzugsweise trotz veränderlichem Durchmesser dieselbe Anzahl Beulen in Unfangsrichtung entstehen.

Eine weitere vorteilhafte Ausstattung der Erfindung sieht vor, daß kugelschalenförmige oder ellipsoide, dünne Wände oder Folien beulverformt werden. Beispiele hierfür sind kugelförmige Behälter, Kalottenböden für zylindrische Behälter oder ellipsoide Schalen, die trotz dünner Wandstärke eine hohe Formstabilität besitzen. Vorzugsweise werden nach der Erfindung als Stützelemente entweder eine dichte Kugelpackung oder eine Mantelschale, die außenseitig mit beabstandeten Kugeln, Kugelhälften oder sonstigen runden Stützelementen versehen ist, verwendet. Die Beulenstruktur der zu verformenden kugelförmigen, dünnen Wände oder Folien stellt sich durch äußeren Überdruck oder inneren Unterdruck selbständig ein, wobei vorzugsweise 6-eckige und/oder 5-eckige Beulstrukturen entstehen.

Die beulprofilierten dünnen Materialbahnen bzw. Folien besitzen eine stark erhöhte Formsteifigkeit gegenüber Scheitellast und punktförmiger Belastung. Ein beulprofilierter 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 Gewichtseinsparung von ca. 50 % ergibt. Hierdurch ergeben sich zahlreiche industrielle Anwendungsmöglichkeiten für material- und gewichtssparende 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. Glaswolle, geeignet, da sie die Wärmedämmstoffe - ohne zusätzliche Befestigungen und Halterungen - mit den Erhebungen der Beul Strukturen fixieren. Diese Ummantelungen für Wärmedämmungen sind sehr formstabil und somit materialeinsparend und besitzen ein gutes optisches Aussehen. Durch das hydraulische Beulverfahren wird die Oberflächengüte gegenüber der unverfoπnten glatten Wand nahezu nicht beeinträchtigt, dieses gilt sogar für anodisierte, eloxierte, hochreflektierende Oberflächen von dünnen Wänden. Erfindungswesentliches Merkmal ist die lichttechnische Anwendbarkeit der beulverformten Materialbahnen Eine geometrisch gerichtete Lichtreflexion mit diffusem

Licht wird erzielt, wenn konkave Schalen mit konvexen Beul Strukturen verwendet werden Eine konkave Schale mit konkaven Beul Strukturen erzeugt eine gerichtete, punktuelle Lichtstreuung Konvexe Schalen mit konvexen Beulstrukturen erzeugen ein e nahezu allseitige, diffuse Lichtstreuung Konvexe Schalen mit konkaven Beulstrukturen erzeugen eme 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 Schallwellenlangen liegen Für eme gleichmäßige akustische Schallverteilung in Musiksalen usw werden bevorzugt konvexe Schalen als Schallreflektoren verwendet Beulstrukturierte Wände eignen sich wegen ihrer hohen Formsteifigkeit als freitragende, schalltechnische Elemente Da für eine gute Schallreflektion eme vergleichsweise große Wandmasse benotigt wird, werden dünnwandige beulstrukturierte Schalen bei Bedarf zur Erhöhung der Masse mit einem anderen Material hinterfüttert .

In emer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung werden beulprofiherte Wände oder Schalen verwendet, um akustische 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 Großen der Beulen ca den Schallwellenlangen der Luft entsprechen Anwendungsbereiche sind zJB gerauschstarke Fabrikhalle oder Verkehrshallen, wo der Schall diffus gestreut und dann in Schallabsorberelementen absorbiert wird.

Gute schall- bzw musiktechnische Strahler müssen entsprechend den schalltechnischen Gesetzen eme germge Masse und eme hohe Biegesteifigkeit besitzen Dünnwandige Platten, Schalen oder Hohlkörper mit Beulprofil erfüllen diese Bedmgungen, 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 Abmessungen verglichen wird. Hieraus ergeben sich beispielhaft die folgenden Anwendungsmöglichkeiten : Ein musiktechnischer Klangkörper mit beulstrukturierter Wand erhält einen gegenüber der glatten Wand größeren geometrischen Durchmesser und somit einen größeren Resonanzkörper, wenn der beulverformte und glatte Klangkörper denselben Grundton haben soll. Hierzu gehören auch die sogenannten Plattenschwinger, die Resonatoren darstellen und durch Federkräfte eines hinteren Luftpolsters den Schall absorbieren. Andererseits werden in der Technik schwingungsarme Rohre, Zylinder oder Hohlkörper 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 Schwingungen angeregt werden sollen, um eine Zerstörung zu vermeiden. Bei beulverformten Rohren, Zylindern oder Hohlkörpern 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 Mehrkammerbehälter verwendet, um getrennt Glas, Dosen, Papier usw. zu sammeln. Werden Mehrkammerbehälter aus beulstrukturierten Wänden gefertigt, ergeben sich zwei Vorteile. Wegen der großen Formstäbilität beulstrukturierter dünner Wände sind die Behälter gewichtssparend. Weiterhin werden die inneren Trennwände - in der Regel zylindrischen - Mehrkammerbehälters durch die umlaufenden Beulknicke der Wand fixiert.

Erfindungsgemäß ist weiterhin eine Sandwich-Konstruktion aus übereinandergeschichteten beulstrukturierten Wänden oder Schalen, die die Formsteifigkeit weiter erhöht. Zwecks gleichmäßiger Abstandshaltung der geschichteten beul strukturierten Wände werden abwechselnd Beulstrukturen mit Rechts- und Linksdrall verwendet, wobei der

Drall der Stützspiralen während des Beulvorgangs nach Anspruch 1 ein- oder mehrtägig ist. Die freien Strömungsquerschnitte zwischen den beulprofilierten Wänden, die ggf. durch Abstandhalter vergrößert werden, dienen in energietechnischen oder verfahrenstechnischen Apparaten als Strömungskanäle für die Wärme- und Stoffübertragung, wobei durch Strömungsumlenkungen an den Beul Strukturen der Wärme- und Stoffaustausch gegenüber der glatten Wand verbessert wird. Wegen der extremen glatten Oberflächen der beulstrukturierten Wände ist die Gefahr des Absetzens von Feststoffpartikeln auf den Wänden, sogenanntes Fouling, reduziert. Eine einfache und gewichtssparende Konstruktion für Heiz- oder Kühlplatten ergibt sich, wenn j eweils zwei Wände beulseitig gegeneinander 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 verwendet werden können. Sandwich-Konstruktionen aus gelochten oder geschlitzten beulprofilierten Wänden, die mit Abstandhaltern fixiert sind, eignen sich als gewichtssparende, schalldämpfende Komponenten. Ein Beispiel hierfür sind PKW- Auspuffteile, die gleichzeitig eine axiale Kompensationsfahigkeit bei thermischen Ausdehnungen besitzen. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung ergibt sich, wenn spiralförmig gewickelte beulprofilierte Wände ineinandergeschoben werden und getrennte Strömungskanäle eines Spiralwärmeübertragers bilden. Der Aufbau entspricht den nach Stand der Technik bekannten Konstruktionen; j edoch bestehen die Spiralwände aus beulprofilierten Wänden, die trotz dünner Wände eine hohe Formstabilität, eine niedrige mechanische Schwingungsanregung und eine gegenüber der glatten Spiralwand verbesserte konvektive Wärmeübertragung besitzen.

In ähnlicher Weise eignen sich spiralförmig aufgewickelte beulprofilierte Bleche zur

Herstellung von rotierenden Wärmeüberträgern, wobei nach dem Regenerationsprinzip 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 vergleichsweise gering ist.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß beulstrukturierte Matrialbahnen, die vorzugsweise eine rauhe Oberfläche besitzen, für das Aufblasen (Aufspritzen) von Spritzbeton verwendet werden. Zur Herstellung von Schalungen/ Armierungen für Betonkonstruktionen werden in der Regel aufwendige Konstruktionen mit Versteifungsmaterialien benötigt, die mit Spritzbeton angespritzt werden. Beulprofilierte Wände und Schalen sind für das Anspritzen mit Spritzbeton besser geeig wct, da sie formstabil und arbeitssparend sind. Damit der Spritzbeton auf der beulprofilierten Wand noch besser haftet, erhält die beulprofilierte Wand eine gut haftende Oberflächenrauhigkeit oder es wird die glatte Wand mit einem Maschen- oder Drahtgitter verbunden. Bevorzugt wird die dünne Wand vor der Beulverformung mit dem Maschen- bzw. Drahtgitter verbunden (z. B. durch Kleben oder Löten) und dann gemeinsam beulverformt.

Verbundkonstruktionen stellen eine weitere erfindungsgemäße Maßnahme dar. Insbesondere wenn die Zwischenräume der Sandwich-Konstruktionen aus beulprofilierten Wänden mit Sekundärstoffen aufgefüllt werden, entstehen formstabile Verbundkonstruktionen. Bei zylindrischen oder schalcnförmigen Verbundkonstruktionen bewirken die Hinterschneidungen der Beulstrukturen einen guten Formschluß zwischen den beulstrukturierten Wänden und den Sekundärstoffen (Füllstoffen). Die Haftwirkung zwischen der beulstrukturierten Wand und dem Füllstoff kann dadurch verbessert werden, daß eine mit Maschen- oder Drahtgitter verbundene beulstrukturierte Wand verwendet wird. Als Füllstoffe können auch minderwertige Recycling-Kunststoffe verwendet werden. Diese Füllstoffe werden entweder in flüssiger Form in die Zwischenräume der Beulstrukturen eingedrückt oder als Flüssig-/Feststoffgemisch, z. B. erwärmtes Kunststoffgemisch, auf die einzelnen beulstrukturierten Wände aufgetragen, bevor sie dann zu einer Verbundkonstruktion zusammengepresst werden. Diese Füllstoffe werden in flüssiger Form, bevorzugt mit einer bewegten düsenförmigen Lanze, in die Zwischenräume der beulförmigen Spalte eingedrückt. Alternativ wird ein Flüssig-/ Feststoffgemisch (z. B. Kunststoff/Festgemisch) auf die einzelnen beulstrukturierten Wände aufgetragen, bevor sie dann zu einer Verbundkonstruktion zusammengepresst werden.

Diese Verbundkonstruktionen mit eingeschlossenem biegeweichen Kunststoff haben auch schallabsorbierende Wirkung, da bei Biegeschwingungen Dehnungen und Verdichtungen des Kunststoffes auftreten, wodurch die Schwingungsenergie in Wärmeenergie umgewandelt wird. Bei größerer axialer Belastung knicken die axialen Beulfalten ein und werden mit gegen den Verformungswiderstand weiter zusammengedrückt. Hierdurch ergibt sich eine große absorbierte Verformungsenergie der profilierten Wände. Deshalb sind beulprofilierte Rohre, Spiralen oder Sandwich-Pakete gut als Abstandhalter, Stoßabsorber und Energieabsorber geeignet. Die Zwischenräume zwischen den beulstrukturierten Wänden können zusätzlich teilweise oder vollständig mit energieabsorbierenden Stoffen aufgefüllt 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 wabenförmigen Beulstrukturen dadurch lichttechnisch hervorgehoben werden, daß beulstrukturierte Wände aus lichtdurchlässigen dünnen Wänden, die auf einer Seite mit einer lichtreflektierenden Schicht belegt sind, hergestellt werden, und dann die lichtreflektierenden Beschichtungen im Bereich der Beulknicke oder Beulmulden entfernt werden, z. B. durch 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 reflektieren die Leucht-Buchstaben das Tageslicht auf der Außenseite der beulstrukturierten Wände. Die wabenförmigen Beulstrukturen können durch unterschiedliche Methoden gefärbt werden : Übertragung von in einem Fluidstrom suspendierten Farbpartikeln, wobei die Einfärbung an den hervorstehenden Oberflächenerhebungen (Beulkanten) erhöht ist. Hierdurch ergeben sich sehr feine Farbabstufungen. Dies folgt aus den strömungsphysikalischen Gesetzen des Stoffübergangs. Auch ein

Aufdampfen im Vakuum ist möglich. Eine gröbere Einfärbung erfolgt mittels 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 eine Farbumschlag erhält, erreicht werden. Eine unterschiedliche Temperaturverteilung entlang der Beulstruktur ergibt sich, wenn z. B. die beulstrukturierte Wand mit elektrischem Strom (Joulesche Wärme) durchflössen oder mit einem warmen oder kalten Medium umströmt wird. Hierbei wirkt sich der

Wärmeübergang an der Beulstruktur auf die Temperaturverteilung aus.

E ine weitere vorteilhafte Anwendung der Erfindung erfolgt bei der Herstellung von

Flaschen, Trinkgefäßen usw. Dort wird häufig das Extrusionverfahren, beispielsweise bei Kunststoffen, oder das Blasverfahren, beispielsweise bei Glas angewendet, wobei der Werkstoff im plastischen Zustand durch Innendruck an eine äußere Formwand gepreßt wird. Damit sehr dünnwandige Flaschen, Trinkgefäße usw. zwecks Gewicht- und Materialeinsparung 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 vergleichsweise 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 benötigten Formen ist aufwendig und teuer. Eine vorteilhafte Herstellung von profilierten Formwänden wird nach der Erfindung durch Verwendung beulprofilierter Wände erreicht, wobei die folgenden Methoden angewendet werden 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 beulprofilierten Wand. Für eine gute Haftung der hinterfütterten Materialien ist, wie bereits erläutert, eine Oberflächenrauhigkeit vorteilhaft. Da beim Ausgießen mit Metallen Wärmedehnungen und somit Verfomungen der beulstrukturierten Wand auftreten können, sind Sandwich-Konstruktionen aus beulstrukturierten Wänden vorteilhaft, wobei sich die Beulstrukturen gegenseitig abstützen.

2. Beulstrukturierte Bleche oder Folien werden verwendet, um die in der Gießereitechnik üblichen Sand-Kerne herzustellen. Die Kerne mit der abgebildeten Beulstruktur dienen zum Gießen der beulstrukturierten Form.

3. In ähnlicher Weise, wie die beulstrukturierte Wand mit Spritzbeton angespritzt wird, kann die beulstrukturierte Formwand mit einem flüssigen Material, beispielsweise Metall, angespritzt 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, so können die stabilen Formen aus hochfesten Metallblöcken gefräst werden. Beulstrukturierte Modelle dienen hierbei vorteilhaft zum rechnergesteuerten Fräsen, wobei das beulprofilierte Modell elektronisch abgetastet wird.

Weitere vorteilhafte Maßnahmen sind in den übrigen Unteransprüchen beschrieben.

Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der beiliegenden Zeichnung dargestellt und wir nachfolgend näher beschrieben; es zeigt :

Figur 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung

beulprofilierter Materialbahnen und/oder Folien;

Figur 2a die Draufsicht auf eine mit einer Vorrichtung nach der Figur 1 hergestellten Beulstruktur; Figur 2b die Aufsicht auf eine mit einer Vorrichtung nach der Figur 1 hergestellten, abgewicklte Beulstruktur von einer mehrgängigen Stützspirale;

Figur 2c die Aufsicht auf eine mit einer Vorrichtung nach der Figur 1 hergestellten, abgewickelte Beulstruktur unter Verwendung von

Stützringen;

Figur 3a, 3b, 3c, 3d, 3e den schematischen Querschnitt durch

unterschiedliche Arten der flexiblen Stützelemente auf einem

Z ylinder m antel ;

Figur 4a den schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit elastischen Packungen für die Beab standung von flexiblen Stützelementen;

Figur 4b den schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit

Mulden im Mantel für die Beab standung von flexiblen

Stützelementen;

Figur 5a die Aufsicht auf eine Beulstruktur, mit steifen Stützelementen ausgestatteten Vorrichtung hergestellt;

Figur 5b die Aufsicht auf eine Beulstruktur, mit flexiblen Stützelementen ausgestatteten Vorrichtung bei geringem Beuldruck hergestellt;

Figur 5c die Aufsicht auf eine Beulstruktur, mit flexiblen Stützelementen ausgestatteten Vorrichtung bei großem Beuldruck hergestellt ;

Figur 5d die Aufsicht auf eine Beulstruktur, mit flexiblen Stützelementen ausgestatteten Vorrichtung bei großem Beuldruck und

Mantelauflage hergestellt; Figur 6a den schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit auf dem

Mantel fest beabstandeten, flexiblen Stützringen;

Figur 6b den schematischen Querschnitt durch eine Vorrichtung mit auf dem

Mantel fest beabstandeten, flexiblen Stützscheiben;

Figur 7a die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit auf dem Mantel fest

beabstandeten, zickzackförmigen Stützelementen;

Figur 7b die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit auf dem Mantel fest

beabstandeten, schlangenförmigen Stützelementen;

Figur 8a die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit auf dem Mantel

aufgewickelten, zickzackförmigen Stützelementen;

Figur 8b die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit auf dem Mantel

aufgewickelten, schlangenförmigen Stützelementen;

Figur 9 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beulstrukturierten Materialbahnen durch das

halbkontinuierliche Beulverfahren;

Figur 10 zeigt schematisch in einer Aufsicht die Noppen und die Struktur eines beulprofilierten Bandes;

Figur 11 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beulstrukturierten Materialbahnen durch das

kontinuierliche Beufverfahren;

Figur 12 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beulstrukturierten Materialbahnen mit einer flexiblen

Druckwalze und mit einem mit Stützelementen besetzten Mantel Figur 13 a die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit beabstandeten, axialen Schlitzen in der flexiblen Druckwalze;

Figur 13 b die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit beabstandeten, axialen

und radialen Schlitzen in der flexiblen Druckwalze;

Figur 13 c die Aufsicht auf eine Vorrichtung mit beabstandeten,

spiralförmigen Schlitzen in der flexiblen Druckwalze;

Figur 14 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beulprofilierten Rohren mit zwei äußeren Druckwalzen und mit einer inneren Stützschnecke;

Figur 15 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung von beulprofϊlierten Rohren mit einer äußeren Druckmanschette und mit einer inneren Stützschnecke;

Figur 16 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung kegelstumpfförmiger, beulstrukturierter Bauteile mit zwei kegelstumpfförmigen Walzen;

Figur 17 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger, beulstrukturierter Bauteile;

Figur 18 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung kugelschalenförmiger, beulstrukturierter Bauteile;

Figur 19a, 19b, 19c, 19d die schematische Darstellung unterschiedlicher

Arten der Schalen- und Beulstrukturen zur Lichtreflektion;

Figur 20 einen schematischen Querschnitt durch einen Mehrkammerbehälter Figur 2 1 einen schematischen Querschnitt durch eme Heiz- bzw Kuhlplatte,

Figur 22 die schematische Ansicht eines doppelwandigen Zylinders aus

beulstrukturierten, mit einer Vorrichtung nach der Figur 1 hergestellten Materialbahnen,

Figur 23 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Form mit einer beulprofilierten

Oberflache für die Herstellung von Gefäßen nach dem

Extrusionsblasverfahren im Querschnitt,

E inführend wird anhand Figur 1 das Grundverfahren zur Beulprofilierung zylindrischer, dunner Wände beschrieben Die zu verformende zylindrische, dünne Wand 1 wird auf einer Innenseite durch eme Stutzspirale 2, die fest auf einem Zylindermantel 3 fixiert ist, abgestutzt Der Druckzylinder 4 und zwei Stirndeckel 5 schließen die genannten Teile

1 - 3 ein. Mit den Rundschnurringen 6 werden die zu verformende Wand 1 und die

Stirndeckel 5 hydraulisch abgedichtet. Die Beulverformung erfolgt dadurch, daß em

Überdruck im Raum zwischen dem Druckzylinder 4 und der zu verformenden, dünnen

Wand 1 aufgeprägt wird. Es entstehen örtliche Einbeulungen der dünnen Wand 1 j eweils zwischen den beabstandeten Stutzelementen der Stutzspirale 2 . An einer örtlichen Beule bilden sich Beulrander einerseits an der umlaufenden Linie der Stützspualc 2 und andererseits in den Zwischenräumen der Stutzspirale 2. Diese Beulrander bzw

Beulknicke erzeugen eme dreidimensionale Formsteifigkeit der ortlichen Beule Deshalb bleibt diese örtliche Beule formstabil, und es bildet sich die nächste örtliche Beule

Dieser Verformungsvorgang lauft schnell ab Besonderes Merkmal ist, daß sich die

Beulen entlang der Spiralreihen selbständig versetzt einstellen (Figur 2). Hierdurch erhalt die beulstrukturierte, dünne Wand eine hohe Formstabihtat .

Die m der Figur 1 dargestellte Vorrichtung zeigt den prinzipiellen Aufbau der Vorrichtung zur Herstellung beulprofilierter Wände oder Folien. Die Folie 1 wird spiralförmig auf eme Stutzspirale 2, die fest auf einem Zylindermantel 3 fixiert ist, aufgewickelt. Der Druckzylinder 4 umschließt die genannten Teile 1 - 3. Die 2 Stirndeckel 5 schließen den Druckzylinder 4 beidseitig ab. wobei die Wickelfohe 1 durch die elastischen 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 geschlitzte Bleche bzw. Folien oder Maschengitter beulverformt werden sollen. Durch ein Austauschen der Spannringe 8, die unterschiedliche Durchmesser haben, können unterschiedliche Dicken der Wicklung 1 beulverformt werden. Der Beulvorgang erfolgt mittels Überdruck des Mediums, welches durch die Öffnung 9 einströmt. Wird eine Kunststoff-Folie verformt, wird die Druckapparatur auf die Temperatur des elastisch-plastischen Übergangsbereiches des Kunststoffes aufgeheizt. Werden noch höhere Temperaturen für einen elastisch/plastischen Beulvorgang (tiefe Beulen für Metalle; dünne für Glaswände) benötigt, werden die Rundschnurringe 6 durch temperaturbeständige Dichtpackungen ersetzt.

Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung zur Herstellung beulprofilierter Wickellagen kann erfindungsgemäß technisch dadurch vereinfacht werden, daß stirnseitig über die Gummihülle 7 zwei weitere flexible, biegeweiche Hüllen hydraulisch dicht gestülpt werden. Auf diese Weise werden die zu verformende Materialbahn 1 und die Stützspirale 2 und der Zylindermantel 3 durch flexible, biegeweiche Hüllen hydraulisch dicht umschlossen. Die Beulverformung der Materialbahn 1 erfolgt durch äußeren Überdruck, bevorzugt durch Eintauchen in eine Flüssigkeit unter Druck, oder durch inneren Unterdruck, vorzugsweise durch Absaugen des Innenraumes des Zylinders.

Die in Figur 2a dargestellte Vorrichtung zeigt die Beulstruktur in der Aufsicht eines abgewickelten Folienabschnittes. Der Abstand h der Beulstrukturen entspricht dem Abstand h der Stützspirale 2 in Figur 1, wenn die Stützspirale eingängig ist. Die umlaufenden Beulknicke 10 entsprechen den Auflagelinien der Stützspirale. Die axialen Beulknicke 11 und somit die Breite b stellen sich selbständig ein. Die Anzahl der Beul Strukturen läßt sich nach einer empirischen Formel vorausberechnen. In Figur 2b ist die abgewickelte Beulstruktur von einer mehrgängigen Stützspirale dargestellt. Hierdurch wird der Neigungswinkel alpha in Figur 2b größer als der Neigungswinkel alpha in Figur 2a. In Figur 2c ist die Beulstruktur einer abgewickelten Folie dargestellt, welche mit einer Apparatur analog Figur 1 dargestellt wurde, wobei äquidistante Stützringe statt der Stützspirale 2 verwendet wurden. Der Neigungswinkel wird hierbei Null.

Beulprofilierte Bleche oder Folien zur Ummantelung 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 (Figur 2a oder 2b). Aus den geometrischen Bedingungen folgt, daß diese Wicklungsart nur für vergleichsweise große Rohr- bzw. Zylinderdurchmesser geeignet ist, da die Neigungswinkel in Figur 2a und 2b klein sind.

2. Für mittlere oder kleine Rohr- bzw. Zylinderdurchmesser ist eine spiralförmige Wicklung aus Folien (Figur 2a oder 2b) geeignet, wobei die spiralförmige Ummantelung mit der beulverformten Folie dadurch erfolgt, daß die Folie senkrecht zu den Beulknicken 10 umgebogen wird.

3. Radiales Umwickeln der Rohre bzw. der zylindrischen Behälter mit Folien nach Figur 2c. Dieses entspricht einem abschnittsweisen Umwickeln mit der Länge L.

Die in Figur 3a, 3b, 3c, 3d und 3e dargestellten Vorrichtungen zeigen schematisch die Querschnitte von unterschiedlichen Arten der flexiblen Stützelemente. Es zeigen :

Figur 3a kreisrunde Stützelemente 14

Figur 3b ovale Stützelemente 15

Figur 3c rechteckige Stützelemente 16

Figur 3d trapezförmige Stützelemente 17

Figur 3e dreieckförmige Stützelemente 18

In Figur 3 ist in allen Ausführungen nach Figur 3a bis 3e mit 12 ein Trägerrohr mit einem Mantel 12 dargestellt. Mit 13 ist j eweils das zu bearbeitende/beulende Material bezeichnet. Das Material wird in allen Ausführungsformen durch die vorstehend beschriebenen flexiblen Stützelemente auf Abstand von dem Mantel 12 gehalten. Die Stützelemente haben voneinander den Abstand h. Die Stützelemente sind hier als Ringe ausgebildet. Sie können auch spiralförmig verlaufen, pneumatisch oder hydraulisch aufspannbar sein, oder als Ketten ausgebildet sein.

Bei einer Beaufschlagung von außen mit Druck, die unten noch erläutert wird, bilden sich im Material 13 Beulen. Die Form und Anordnung der Beulen wird unten erläutert.

Zusätzliche Abstandsvorrichtungen gewährleisten die Beabstandung der flexiblen Stützelemente. Der in der Figur 4a dargestellte Querschnitt der Vorrichtung zeigt elastische Packungen 19 zur Beabstandung der Stützelemente 14 auf dem Mantel 12.

Der in der Figur 4b dargestellte Querschnitt der Vorrichtung zeigt flache, umlaufende Mulden 20 im Mantel 12, die gleichfalls der Beabstandung der Stützelemente 14 förderlich sind.

Figur 5a zeigt die Aufsicht der Beulstruktur einer abgewickelten, metallischen Materialbahn, die nach dem oben beschriebenen älteren Verfahren mit steifen Stützringen beulartig verformt wurde. Es entstehen quadratische oder rechteckförmige Beulstrukturen, wobei die geraden Beulknickc 21 die Linien der steifen Stützringe abbilden. Die Längen der axialen Beulknicke 22 entsprechen dem Abstand h der Stützringe 14 in Figur 3a.

Bei der Verwendung von flexiblen Stützelementen entstehen vorzugsweise 6-eckförmige Beulstrukturen, wobei die Beulen zu den benachbarten Beulen versetzt sind. Figur 5b zeigt die Aufsicht einer abgewickelten Materialbahn, die in einer Vorrichtung mit flexiblen Stützelementen mit geringem Druck beulverformt wurde. Die Länge der axialen Beulknicke 22 ist gegenüber dem Abstand h der Stützelemente (vor der Beulverformung) etwas reduziert. Die Beulknicke 21 nehmen einen zickzackförmigen Verlauf an. Durch Steigerung des Beuldruckes wird die Länge der axialen Beulknicke 22 weiter reduziert, so daß schließlich angenähert symmetrische, 6-eckförmige Beulstrukturen entstehen (Figur 5c). Figur 5d zeigt die Aufsicht einer abgewickelten Materialbahn, die in einer Vorrichtung mit dünnen Stützelementen nach Figur 3a (mit kleinem Kreisquerschnitt) beulartig verformt wurde, wobei sich die Beulmulden 23 der Materialbahn an den Mantel andrücken und mittig abflachen. Diese abgeflachten Beulmulden haben den Vorteil, daß auf diese Weise beulprofilierte Materialbahnen sandwichweise übereinandergelegt und in einfacher Weise verbunden werden können. Weiterhin erhalten beulprofilierte Materialien mit abgeflachten Mulden ein günstiges visuelles Aussehen.

Die in Figur 6a dargestellte Vorrichtung zeigt den Querschnitt eines Mantels 12 mit auf dem Mantel fest verbundenen, aber flexiblen Stützringen 24. Die flexiblen Stützringe 24 werden auf ihrem Umfang durch die Beurverformung der Materialbahn 13 axial verformt und nehmen in Umfangsrichtung eine zickzackförmige Linie an. In analoger Weise dienen die in Figur 6b im Mantel 12 beabstandet angeordneten, flexiblen Scheiben 25 als Stützelemente. Je nach Nachgiebigkeit bzw. Festigkeit werden die Stützringe 24 bzw. die Scheiben 25 mehr oder wenig axial verformt.

Die in Figur 7a dargestellte Aufsicht auf eine Vorrichtung zeigt in einer abgewickelten, ebenen Darstellung die zickzackförmigen Stützelemente 26, die fest auf dem Mantel 12 fixiert sind. Diese Stützelemente 26 werden beispielsweise aus metallischen Rund- oder Rechteckprofilen zickzackförmig gebogen und dann auf dem Mantel 12 befestigt.

Die in Figur 7b dargestellte Aufsicht auf eine Vorrichtung zeigt in einer abgewickelten, ebenen Darstellung die schlangenförmigen Stützelemente 27, die fest auf dem Mantel 12 fixiert sind. Das schlangenförmige Biegen der Stützelemente 27 ist technisch besonders einfach zu realisieren.

Die zickzackförmigen oder schlangenförmigen Stützelemente 26 und 27 können auch direkt in den Mantel 12 eingefräst werden.

Die in Figur 8a und 8b dargestellten Aufsichten auf Vorrichtungen zeigen in einer abgewickelten, ebenen Darstellung zickzackförmige, flexible Stützelemente 28 bzw. schlangenförmige, flexible Stützelemente 29, die um Stützstifte 30 ( auf dem Mantel 12 ) angeordnet werden. Diese Anordnung kann spiralförmig oder ringförmig mit steifen oder flexiblen Stützelementen 28 und 29 um den Mantel erfolgen.

Die Figur 9 zeigt schematisch das halbkontinuierliche Beulverfahren. Das Band 3 1 wird über die Leitrollen 32 über den Zylinder 33, auf dem umlaufende Stützringe 34 angebracht sind, gezogen. Mittels einer flexiblen Druckmanschette 35, welche durch eine äußere Haltevorrichtung 36 abgestützt wird, wird hydraulisch ein Überdruck auf das Band 3 1 übertragen, wodurch der Beulvorgang stattfindet. Anschließend wird die Druckmanschette druckentlastet und das Band durch Drehung des Zylinders 33 so weit weiterbewegt, daß nur noch ein kleiner Teil des bereits beulverformten Bandes unter der Druckmanschette 35 liegt. Von diesem beulverformten Teil geht dann die weitere Beulverformung des Bandes aus. Bei Bedarf erhält die Druckmanschette 35 unterschiedliche Druckbereiche, damit der Druck vom Ende 35b in Richtung Anfang 35a der Druckmanschette aufgebaut wird. Diese kann durch separate Druckabschnitte in der Druckmanschette erfolgen. Alternativ wird die Druckleitung an der Stelle 35 der Druckmanschette angeschlossen, so daß sich der Druck, ggf. über zusätzliche Strömungswiderstände in der Druckmanschette von hinten (35b) nach vorne (35a) aufbaut. Diese Maßnahmen dienen dazu, daß bei dem halbkontinuierlichen Beulverfahren ein gleichmäßiges Beulprofil entlang des Bandes 3 1 entsteht. Das beulprofilierte Band wird auf die Rolle 37 aufgewickelt.

Ein erfindungswesentliches Merkmal ist, daß die Druckmanschette 35 eine beulprofilierte Oberfläche besitzt, die den Abständen der Stützringe 34 entspricht. Die Oberfläche der Druckmanschette muß nicht unbedingt die vollständige Beulform enthalten. Es ist ausreichend, daß die Oberfläche der profilierten Druckmanschette aus versetzten Noppen 38, z. B. aus Hartgummi, besteht, die in ihrer Form den Beulmulden entsprechen. Figur 10 zeigt schematisch in einer Aufsicht die Noppen 38 und die Struktur des beulprofilierten Bandes 39. Die Beulfalten 40 entsprechen den Linien der Stützringe 34 in Figur 9. Die Figur 11 zeigt schematisch das kontinuierliche Beulverfahren. Das Band 31 wird kontinuierlich über die Führungsrollen 32 über den Zylinder 33, auf dem die Stützringe34 angebracht sind, geführt. Das umlaufende profilierte Band 4 1 wird über fünf Leitrollen 42 geführt und über den Zylinder 33 incl. Band 3 1 geleitet. Mittels Stützrollen 43 wird das umlaufende profilierte Band 41, welches vorzugsweise aus faserverstärktem Material besteht, auf das Band 3 1 gedrückt, wodurch die Beulverformung einsetzt. Der Verformungsdruck ist durch die Stützrollen 43 einstellbar. Das beulverformte Band wird auf die Rolle 37 aufgewickelt.

Die Figur 12 zeigt schematisch den Ablauf einer Vorrichtung mit mechanischer Vermittlung des Beuldruckes. Die Vorrichtung ist zur kontinuierlichen Herstellung von beulstrukturierten Materialbähnen geeignet.

Über den zylindrischen Mantel 44 mit Stützelementen 46 wird die Materialbahn 45 gebogen und transportiert. Eine flexible, glatte Druckwalze 47 überträgt den für die Beulverformung erforderlichen Druck auf die Materialbahn. Die Elastizität der Druckwalze 47 und deren Durchmesser sind im Ausführungsbeispiel so gewählt, daß im Eingriffsbereich der Druckwalze 47 durch den für die Beulverformung der Materialbahn erforderliche Druck ein Segment von ca. zwei Beulen in Umfangsrichtung der Matcrialbahn beulverformt wird. Die Scgmcntbctrachtung dient nur der Erläulcrung des Eingriffsbereiches. Im Betrieb erzeugen der zylindrische Mantel 44, die Stützelemente 46 und die Druckwalze 47 eine fortlaufende Reihe von Beulen. Die Druckwalze 47 besteht im Ausführungsbeispiel aus Gummi. Wahlweise kann der Eingriffsbereich auch etwas weniger als zwei Beulen oder mehr umfassen.

Die in Figur 13a dargestellte Aufsicht auf eine Vorrichtung zeigt erfindungsgemäß in einer abgewickelten, ebenen Darstellung beabstandete, axiale Schlitze 48 in der flexiblen Druckwalze 47. Die im Querschnitt dargestellte Schlitztiefe h 2 ist vorzugsweise größer als die Eindrücktiefe h 1 der flexiblen Druckwalze 47 in Figur 12 während der Beurverformung. Infolge der Schlitze 48 wirken die Druckflächen 49 beim Eindrücken der flexiblen Druckwalze 47 auf die zu verformende Materialbahn quasi wie unabhängige Druckflächen und bewirken den benötigten überlappenden Beuldruck zwischen der flexiblen Druckwalze 47 und der zu verformenden Materialbahn 45. Ohne die Schlitze würde trotz Überlappung von flexibler Druckwalze 47 und Materialbahn 45 im wesentlichen nur eine linienförmige Druckbeaufschlagung ( d.h. keine flächige

Druckbeaufschlagung) wirksam werden.

Die in Figur 13b dargestellte Aufsicht auf eine Vorrichtung zeigt sowohl axiale Schlitze 48 als auch radiale Schlitze 50.

Die in Figur 13c dargestellten Aufsichten auf Vorrichtungen zeigen spiralförmige Schlitze 51 und gekreuzt-spiralförmige Schlitze 52 im flexiblen Druckmantel 47.

Alle genannten Schlitzanordnungen dienen zur Erzeugung eines möglichst gleichmäßigen, flächigen Beuldruckes.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die flexible Druckwalze aus Gummi oder aus einem anderen Elastomer eine beulprofilierte oder genoppte, versetzte Oberfläche, die den Abständen der Stützelemente 46 entspricht. Die Noppen sind entweder aus einem flexiblen oder steifen Material. Die Noppen haben eine Form, die im Ausführungsbeispiel kleiner als die Form der vorgesehenen Beulen ist. Die Noppen verursachen eine Initialwirkung bei der Entstehung der Beulen. Trotz der kleineren Form der Noppen werden die entstandenen Beulen aufgrund der Verformung der Gummiwalze und aufgrund des Druckes im Eingriffsbereich im Ausführungsbeispiel von dem Gummi der Druckwalze voll ausgefüllt.

In einem weiteren, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine steife Druckwalze mit einer beulprofilierten Oberfläche oder mit einer genoppten, versetzten Oberfläche vorgesehen. Auf diese Weise können auch dickwandige Materialbahnen beulverformt werden. Die Noppen sind aber so profiliert, daß zwar ein Einbeulen, aber keine für ein Tiefziehen charakteristische Materialverformung entsteht. Die in der Figur dargestellte Vorrichtung zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung beulstrukturierter Rohre, auch von großer Länge. Das zu verformende Rohr 53 wird axial transportiert und auf seiner Innenseite durch eine Schnecke 54 gestützt. Die Schnecke 54 besitzt eine Gangweite h und stellt die beabstandeten Stützelemente dar. Zwei rotierende Druckwalzen 55 und 56 nach Art der Druckwalze 47 werden in Höhe der Schnecke 54 in Umfangsrichtung um das zu verformende Rohr 53 geführt und drücken das Beulprofil in das Rohr ein. Durch die synchronen Drehungen der Schnecke 54 einerseits und der Druckwalzen 55 und 56 andererseits wird das beulverformte Rohr in axialer Richtung transportiert.

Die Druckwalzen 55 und 56 bestehen wie die Druckwalze 47 aus einem flexiblen, glatten Material, hier Gummi. Die Elastizität der Druckwalzen 55 und 56 ist wiederum so gewählt, daß durch den Druck auf das Rohr ein Walzenelement gedrückt wird, das in Umfangsrichtung des Rohres ca. zwei Beulen entspricht. Vorzugsweise sind die Druckwalzen 55 und 56 ballig geformt und etwas axial mit dem Winkel gegenüber dem zu verformenden Rohr angeordnet. Hierdurch erzeugen die Druckwalzen 55 und 56 ein Druckgefalle entgegen der Transportrichtung des Rohres. Auf diese Weise entsteht eine kontinuierliche Beulstruktur in axialer Richtung des Rohres.

Zur Erzeugung eines flächigen Beuldruckes von den beiden Druckwalzen 55 und 56 auf das zu verformende Rohr 53 werden erfindungsgemäß die flexiblen Druckwalzen in analoger Weise wie in Figur 13 mit Schlitzen versehen. Bevorzugt sind spiralförmige Schlitze und ggf. gekreuzt-spiralförmige Schlitze entsprechend der spiralförmigen Beurverformung des Rohres.

Die beiden Druckwalzen können - wahlweise auch zusammen mit weiteren Druckwalzen - nach der Erfindung auch genutzt werden, um eine schrittweise Einbeulung zu erreichen. ZB. kann von zwei Druckwalzen die eine mit Noppen versehen sein und die Aufgabe haben, die Beulung zu initiieren, und die andere ohne Noppen die Aufgabe haben, die Beulung zu vollenden.

Alles kann nach der Erfindung auch mit einer mehrgängigen Schnecke kombiniert werden. Im Ausführungsbeispiel nach Figur 14 werden die Druckwalzen angetrieben. Die Druckwalzen laufen um das Rohr.

Statt dessen oder auch gemeinsam mit den Druckwalzen kann das Rohr angetrieben werden.

Im Ausführungsbeispiel nach Figur 14 wird das zu verformende Rohr 53 in axialer Richtung bewegt. Die synchron rotierenden Druckwalzen 55 und 56 sind ortsfest angeordnet. Die Schnecke 54 ist ebenfalls ortsfest angeordnet. Dieses Verfahren eignet sich vorzugsweise zur diskontinuierlichen Beurverformung von einzelnen Rohren.

D ie in Figur 15 dargestellte Vorrichtung zergt den schematischen Aufbau einer weiteren

Vorrichtung zur Herstellung beulstrukturierter Rohre großer Länge. Das zu verformende Rohr 53 wird innen durch eine Schnecke 54 gestützt und von außen von einer zylindrischen Druckmanschette 57 umgeben.

Während sich das Rohr mit einer kontinuierlichen, axialen Geschwindigkeit fortbewegt, werden die Druckmanschette 57 und die Schnecke 54 simultan eine begrenzte Wegstrecke mitbewegt. Während dieser Zeit wird der Druck in der Druckmanschette 57 entgegen der Transportbewegung des Rohres dadurch aufgebaut, daß ein kompressibles Medium (z. B. Druckluft oder eine Flüssigkeit) in die Druckmanschcttc 57 einströmt und durch Reibungsverluste bei der Umströmung der Lamellen einen Druckgradienten erzeugt. Nach der Beulverformung der Rohrwand wird die Druckmanschette 57 druckentlastet und in die Ausgangslage zurückbewegt. Gleichzeitig wird die Schnecke 54 zurückgedreht. Dieser Vorgang wiederholt sich in der beschriebenen Weise.

Der Druckgradient in der Druckmanschcttc 57 wird zu Beginn des Beulvorgangs j eweils nur kurzzeitig erzeugt, damit sich die Beulen in der vorgegebenen Richtung entwickeln. Am Ende j edes Beulvorgangs herrscht in der Druckmanschette 57 j eweils ein konstanter Beuldruck, damit die Beultiefcn einheitlich werden. Zur Steuerung dieser Druckvorgänge besitzt die Druckmanschette 57 mehrere Druckstutzen 58, 59. Bei Bedarf wird die Druckmanschette 57 in mehrere separate Abschnitte unterteilt. Um die Reibungskräfte zwischen der inneren Rohrwand und der Schnecke 54 während des Zurückdrehens zu verringern, wird der Durchmesser der Schnecke 54 etwas reduziert, vorzugsweise durch eine mechanische Verwindung der Schnecke 54. Alternativ kann eine pneumatische Schnecke verwendet werden.

Wahlweise sind die Schnecke und die mechanische bzw. pneumatische oder hydraulische Vorrichtung so ausgelegt, daß sich der Durchmesser variieren läßt. Damit wird die axiale Bewegung erleichtert.

Die Schnecke kann auch durch ein aufgewickeltes Band gebildet werden.

Das Band wird über den Mantel gewickelt.

Die in der Figur 16 dargestellte Vorrichtung zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung kegelstumpfförmiger, beulstrukturierter Bauteile. Auf dem kegelstumpfföπαigen Mantel 60 sind die Stützringe 61 in der Weise beabstandet angeordnet, daß die Abstände h zwischen den Stützringen 61 mit zunehmendem Durchmesser des Kegelstumpfes größer werden. Diese sind vorgesehen, damit bei konstanter Wandstärke des zu verformenden kegelstumpffoπnigen Materials 62 trotz veränderlichem Durchmesser des Kegelstumpfes eine konstante Anzahl der Beulen j e Umfang gebildet wird. Zugleich ist der Dculdruck im Bereich der größeren Kegelstumpfdurchmesser niedriger als im Bereich der kleineren Kegelstumpfdurchmesser. Deshalb wird nach der Erfindung zwecks variabler Beuldruckeinstellung die kegelstumpfförmige, elastische Druckwalze 63 gegenüber dem kegelstumpfförmϊgen Mantel 60 mit einem variablen Winkel geneigt und angedrückt.

Die elastische Druckwalze 63 wird erfindungsgemäß zweckmäßigerweise aus den schon genannten Gründen mit gerade umlaufenden, axial oder spiralförmigen Schlitzen ausgestattet.

Wie die andere Druckwalze 47 kann die Druckwalzc 63 auch eine beulprofilierte oder mit versetzten Noppen versehene Oberfläche besitzen. Da durch das Oberflächenprofil der Druckwalze 63 die Beulstrukturcn vorgezeichnet werden, müssen die Abstände h der Stützringe nicht so exakt eingehalten werden, wie im Fall der elastischen, glatten Druckwalze ohne Noppen .

Nach der Erfindung ist die Wanddickc des kegelstumpfförmigen Bauteils 62 mit steigendem Kegelstumpfdurchmcsser in der Weise größer gewählt, daß die Beulverformung bei einem einheitlichen Druck stattfinden kann.

Die in der Figur 17 dargestellte Vorrichtung zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung kugelförmiger, beulstrukturierter Bauteile 64. Es werden Kugeln 65 durch die Öffnung 66 eingefüllt, so daß eine dichte Kugelpackung entsteht. Die äußeren Kugeln dienen als beabstandete, punktförmige Stützelemente für die Beulverfoπnung des kugelförmigen Bauteils 64. Der Beuldruck wird, vorzugsweise bei dünnen Wänden aus Kunststoffen, durch inneren Unterdruck (Vakuumschluß 67) und/oder durch äußeren Überdruck (Eintauchen in eine Flüssigkeit 68) auf die zu verformende Wand geprägt. Es entstehen vorzugsweise 6-eckige und 5-eckige Beulstrukturen in der kugelförmigen Wand. Nach der Beulverformung können die Kugeln 65 durch die Öffnung 66 wieder entfernt werden.

Die in der Figur 18 dargestellte Vorrichtung zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Herstellung kugelschal enförmiger, beulstrukturierter Bauteile 69. Als Stützelemente dienen auf einem Kugelschalenmantel 70 beabstandet angeordnete Stützelemente, vorzugsweise kleine Kugeln oder Kugelhälften 71. Mittels eines elastischen Rundschnurrings 72 und eines äußeren Spannrings 73 werden die zu verformende Kugelschale 69 und der Kugelmantel 70 dicht miteinander verbunden. Der Beuldruck wird in analoger Weise zu Figur 17 durch inneren Unterdruck und/oder äußeren Überdruck erzeugt.

Nach der Erfindung können in analoger Weise zu Figur 17 und zu Figur 18 schalenförmige und/oder rotationssymmetrische, beulstrukturierte Bauteile, bevorzugt Kalottenböden oder ellipsoide Hohlkörper oder Schalen, hergestellt werden. Diese Bauteile besitzen eine hohe Formsteifigkeit bei geringem Raumgewicht. Nach der Erfindung können auch zylindrische und kegelstumpfförmige und schalenförmige, beulstrukturieile Bauteile zusammengefügt werden. In Sonderfällen werden zylindrische und kegelstumpfförmige und schalenförmige, dünnwandige (inclusive der Stützelemente) miteinander verbunden und dann gleichzeitig durch inneren Unterdruck und/oder äußeren Überdruck beulverformt. Auf diese Weise können komplizierte, mehrdimensionale Bauteile mit hoher Formsteifigkeit bei geringem Raumgewicht hergestellt werden. Anwendungsbeispiele sind formsteife Leichtbaukonstruktionen für die Verkehrs-, Luftfahrt- oder Medizintechnik. Bei Sandwichkonstruktionen bewirkt die beulstrukturierte Oberfläche zusätzlich eine verbeserte Haftung der Sekundärstoffe.

Die in der Figur 19 dargestellte Vorrichtung zeigt schematisch die verschiedenen Arten der Schalen- und Beulstrukturen zur Lichtreflexion ( L = Lichtquelle ): a. Eine konkave Schale mit konvexen Beul Strukturen erzeugt eine geometrisch gerichtete Lichtreflexion mit diffuser Lichtstreuung. b. Eine konkave Schale mit konkaven Beulstrukturen erzeugt eine geometrisch gerichtete Lichtreflexion mit punktueller Lichtstreuung. c. Eine konvexe Schale mit konvexen Beulstukturen erzeugt eine nahezu allseitige, diffuse Lichtstreuung. d. Eine konvexe Schale mit konkaven Beulstrukturen erzeugt eine nahezu allseitige, punktuelle Lichtstreuung.

Die in der Figur 20 dargestellte Vorrichtung zeigt schematisch einen zylindrischen Mehrkammerbehälter. Die beulprofilierte zylindrische Wand 74 besitzt einen j eweiligen Abstand h der umlaufenden Beulknicke 75 ( 10 in Figur 2c), wobei h dem Abstand der Trennwände zueinander entspricht. Durch die umlaufenden Beulknicke 75 der Wand werden die Trennwände örtlich fixiert, die bei Bedarf noch verklebt werden. Die Kugelkalotten 76 schließen den Mehrkammerbehälter seitlich ab. Hierdurch entstehen formstabile, gewichtsparende Mehrkammerbehälter, die z.B. im Fall von Müllcontainern noch Einfüllschlitzc und verschließbare Entleerungsöffnungen besitzen, die in der Figur 20 nicht dargestellt sind.

Die in der Figur 21 dargestellte Vorrichtung zeigt eine Heiz- bzw. Kühlplatte schematisch. Zwei beulprofilierte Platten 77 und 78 werden beulseitig gegeneinander gelegt und verklebt, bzw. verlötet. Im Zwischenraum strömt das Heiz- oder das Kühlmedium. D ie in der FIgur 22 dargestellte Vorrichtung zeigt einen doppelwandigen zylindrischen

Behälter, z. B. für die Lagerung von flüssigen Gefahrstoffen. Hierbei besteht der Innenmantel 79 aus einem beulprofilierten Zylinder, auf welchem der äußere beulprofilierte Zylinder 88 gewickelt bzw. übergestülpt wird. Zwecks gegenseitiger Abstützung der Beulwände von 79 und 80 werden die Beulstrukturen vorzugsweise mit unterschiedlichem Drall und unterschiedlichem Neigungswinkel (Figur 2) verwendet. Die Kugelkalotten 81 und 82 sind mit den Beulzylindern 79 und 80 verklebt oder verschweißt. Der Ringraum 83 dient zur Aufnahme einer Testflüssigkeit bzw. eines Heizodsr Kühimediums. Einfiill-, Entleerungs- und Kontrollöffhungen sind in der schematischen Zeichnung von Figur 22 nicht dargestellt. in einer weiteren, nicht dargestellten, Ausgestaltung wird nach der Erfindung ein doppelwandiger, beulprofilierter zylindrischer Behälter durch eine beulprofilierte Wickellage mit zwei Wicklungen erzeugt (vorzugsweise nach Figur 1). Das Ende der inneren Lage kann in einfacher Weise mit der nächsten Lage verklebt oder verschweißt werden, da die Beulprofile formschlüssig übereinander liegen. Entsprechend wird das Ende der äußeren Lage mit der darunterliegenden Lage verbunden. Vorzugsweise werden die Stirnseiten der Wickellage nicht beulverformt, damit Kalottenböden in einfacher Weise an die Wickellagen angeklebt oder angeschweißt werden können. Entsprechend sind auch mehrwandige, beulprofilierte Wände herstellbar. Die in der Figur 23 dargestellte Vorrichtung zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Form mit einer beulprofilierten Oberfläche für die Herstellung von Gefäßen nach dem

Extrusionsb lasverfahren. Eine beulprofilierte zylindrische Wand 84 mit einem Boden 85 wird in einem zylindrischen Behälter 86 mit niedrigsiedendem flüssigen Metall 87 im

Ringraum, der die Kühlschlange 88 enthält, hintergossen. Für eine bessere Haftung der erstarrenden Metallschmelze auf der beulprofilierten Wand besitzt die beulprofilierte

Wand auf der Außenseite eine Oberflächenrauhigkeit. Die Kühlschlange 88 dient zur

Kühlung der Form während des thermischen Blasverfahrens.

Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zur Beulverformung, insbesondere zur Beulversteifung dünner

Materialbahnen und Folien, bei dem die Materialbahnen und Folien dazu beabstandet abgestützt und mit einem Unter- oder Überdruck beaufschlagt werden, dadurch gekennzeichnet, 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 Unterdruck beaufschlagt werden und/oder die Beulen in zeitlicher Folge erzeugt werden und/oder fünfeckige und/oder sechseckige Beulen erzeugt werden

1a. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von

Kleberändern für mehrlagige Materialien

2. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine äußere

flexible, biegeweiche Hülle hydraulisch dicht um die auf beabstandete

Stützelemente gewickelte Materialbahn gegeben wird.

2a. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch eine Vorspannung der Werkstücke am Rand.

3. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2a, dadurch

gekennzeichnet, daß beulprofilierte Materialbahnen mit konkaver Form eine geometrisch gerichtete, insbesondere eine punktförmige Lichtstreuung bewirken.

4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2a, dadurch

gekennzeichnet, daß beulprofilierte Materialbahnen mit konvexer Form eine geometrisch weiträumig verteilte, diffuse Lichtstreuung bewirken.

5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 2a, dadurch

gekennzeichnet, daß beulprofilierte Materialbahnen als Schallreflektoren verwendet werden, deren geometrische Abmessungen im Bereich der zu reflektierenden Schallwellenlängen liegen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur diffusen

Lichtstreuung gelochte oder geschlitzte, beulstrukturierte Materialbahnen oder Maschengitter als Abdeckung von Schallabsorbermaterialien verwendet werden. 7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet dab die Tiefen der

Beulstruktur in Abhängigkeit von der erforderlichen, diffusen Schallstreuung variiert. 8. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 5 bis 7, gekennzeichnet

dadurch, daß dünnwandige Beulwände mit geringer Masse und hoher

Biegefestigkeit als schall- und musiktechnische 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 formstabile 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 übereinandergeschichteten, beulstrukturierten und

erforderlichenfalls glatten Wänden oder Spiralen verwendet werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Sandwich- Konstruktionen eine hohe Formstabilität, bei tiefen Frequenzen eine geringe

Schwingungsanregung und eine axiale Kompensationsfähigkeit besitzen.

12. Verfahren nach Anspruch 1, 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 vorzugsweise eine rauhe Oberfläche besitzen, verwendet werden.

13a. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch Gitterauflagen

1 3b. Verfahren nach Anspruch 13 oder 13a, gekennzeichnet durch die Verwendung für

Bauwerke

14. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Herstellung von Verbundkonstruktionen übereinandergeschichtete, beulprofilierte Materialbahnen mit eingelagerten Sekundärstoffen, insbesondere Recycling-Kunststoffe, verwendet werden.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die

Verbundkonstruktioncn schallabsorbicrcnde, schallrcflcklicrcndc und

festigkeitssteigernde Eigenschaften haben.

16. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 10, 11, 12, 14 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß ein- oder mehrlagige beulprofilierte Materialbahnen, bevorzugt beulprofilierte Rohre und Spiralen, als Abstandhalter, Stromabsorber oder Energieabsorber oder für Wärmetauscher ( Heizen/Kühlen) verwendet wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bereiche der

Beulknicke oder Beulmulden gefärbt werden, bevorzugt durch

strömungsphysikalischen Farbstoffübergang, durch Aufdampfüng, mittels

Färb walzen oder mittels Thcrmofarbe.

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

19. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß beulstruktuπerte Materialbahnen auf emer Seite mit formsteifen Materialien hintergossen oder hinterblasen werden.

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

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

22. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 19, dadurch gekennzeichnet, daß Modelle für Formteile zur Gießerei-Kemherstellung gefertigt werden.

23. Verfahren nach den Ansprüchen 1, 19 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die

Modelle mittels rechnergestutzten Formgebungsverfahren gefertigt werden.

24. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß m einem

halbkontmuierlichen Beurverfahren Folien oder flexible Materialbahnen uber emen Zylinder, auf dem umlaufende Stutzringe oder Stutzspiralen angebracht smd, gezogen werden und mittels äußerer glatter flexibler Druckmanschetten beulverformt werden.

25. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 24, dadurch gekennzeichnet, daß in einem halbkontinuierlichen Beurverfahren Folien oder flexible Materialbahnen über einen Zylinder, auf dem umlaufende Stützrmge oder Stutzspiralen angebracht sind, gezogen werden und mittels emer äußeren glatten flexiblen Druckmanschette. die eine profiheite Oberflache besitzt, beulverformt werden.

34. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 26 bis 33, dadurch

gekennzeichnet, daß Stützelelemente verwendet werden, die in axialer Richtung beweglich oder fest angeordnet sind. 35. Verfahren nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, daß Stützelemente ( 13) verwendet werden, die in den Mantel eingefügt sind.

36. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 35, dadurch

gekennzeichnet, daß ring- oder scheibenförmige Stützelemente (3,4,5,6,7,13) verwendet werden.

37. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 36, dadurch

gekennzeichnet, daß für die Beulverformung Segmente mit zwei oder mehrere einzelne Beulen in Umfangsrichtung mit äußerem Überdruck oder innerem

Unterdruck beaufschlagt werden.

38. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 37, dadurch

gekennzeichnet, daß eine steife Druckwalze mit einer profilierten Oberfläche für die Beulverformung verwendet wird.

39. Verfahren nach den Ansprüchen 27, 33 bis 38, dadurch gekennzeichnet, daß zwei oder mehrere Drucksegmente für die Beulverformung verwendet werden, wobei die erste Druckwalze mit versetzten Noppen eine grobe Beulstruktur einprägt und eine folgende, flexible Druckwalze die Beulfalten weiter ausbildet.

40. Verfahren nach Anspruch 39, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei Druckwalzen.

41. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 40, dadurch

gekennzeichnet, daß Rohre beulverformt werden, indem als Spirale eine ein- oder mehrgängige Schnecke und zur Aufprägung des Beuldruckes ein oder mehrere Drucksegmente verwendet werden.

42. Verfahren nach Anspruch 4 1, gekennzeichnet durch die Verwendung von zwei umlaufenden Druckwalzen und /oder ein umlaufendes Werkstuck

43. Verfahren nach emem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 42, dadurch

gekennzeichnet, daß für eme kontinuierhche oder diskontinuierhche Herstellung beutverformter Rohre eme flexible Druckmanschette und eine Schnecke, die wahrend der Druckbeaufschlagung diskontinuierlich zum Rohr mitbewegt wird, verwendet werden. 44. Verfahren nach emem oder mehreren der Ansprüche 27 bis 43, dadurch

gekennzeichnet, daß der außere Durchmesser der Schnecke durch eine mechanische oder pneumatische Vorrichtung variiert wird

45. Verfahren nach emem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 44, dadurch

gekennzeichnet, daß bei der segmentweisen Beurverformung glatte Materialien verwendet werden.

46. Verfahren nach Anspruch 1 und 45, dadurch gekennzeichnet, daß bei der

segmentweisen Beulverformung profilierte Materialien, welche die Konturen der versetzten Beulstrukturen enthalten, für die Druckerzeugung verwendet werden.

47. Verfahren nach Ansopruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß Materialien mit Noppen verwendet werden. 48. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 47, dadurch

gekennzeichnet, daß eme hydraulιsche,glatte oder profilierte Druckmanschette für die segmentweise Beulverformung verwendet wird.

49. Verfahren nach emem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 48, dadurch

gekennzeichnet, daß ein Band, welches über den mit Stutzelementen versehenen

Mantel gespannt wird, für die Druckerzeugung der Beulverformung verwendet wird.

50. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 49, dadurch

gekennzeichnet, daß eine flexible Druckwalze ( 15) für die Druckerzeugung verwendet wird. 51. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekenzeichnet, daß eine Druckwalze ( 15) aus einem elastomeren Werkstoff verwendet wird.

52. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 51, dadurch

gekennzeichnet, daß eine pneumatische Druckwalze für die Druckerzeugung der Beurverformung verwendet wird.

53. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 52, dadurch

gekennzeichnet,daß kegelstumpfförmige oder ähnliche dünne Schalen oder Folien beulverformt werden, indem als Stützelemente beabstandete, flexible oder steife Ringe oder Spiralen verwendet werden und die Stützelementabstände sowie die

Dicken der zu verformenden dünnen Wände so gewählt werden, daß bei gleichem hydraulischen Beuldruck dieselbe Anzahl von versetzten Beulenj e Umfang des Kegelstumpfes bzw. des Bauteils entstehen. 54. Verfahren nach Anspruch 53, gekennzeichnet durch die Anwendung auf

rotationssymmetrische Bauteile.

55. Verfahren nach Anspruch 53 oder 54, dadurch gekennzeichnet, daß

kegelstumpfförmige oder ähnliche dünne Schalen oder Folien beulverformt werden, indem flexible und/oder profilierte Druckwalzen mit angepaßter

Winkeleinstellung und/oder Balligkeit verwendet werden.

56. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 55, dadurch

gekennzeichnet, daß schalenförmige, dünne Wände oder Folien beurverformt werden, indem als Stützelemente entweder eine dichte Kugelpackung oder eine

Mantelschale, die außenseitig mit beabstandeten Kugeln, Kugelhälften oder sonstigen runden Stützelementen versehen ist, verwendet wird.

57. Verfahren nach Anspruch 56, gekennzeichnet durch die Anwendung auf kugelschalenförmige oder ellipsoide, dünne Wände oder Folien.

58. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 57, dadurch

gekennzeichnet, daß das beulverformte Bauteil mit emem weiteren beufverformten

Bauteil und/oder mit einer glatten Schale verbunden wird.

59. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 58, gekenzeichnet durch eine schlangenförmig oder zickzackförmig profilierte Walze.