WO2016146274A1 - Verfahren zur herstellung eines rohres mit einer aussenseitigen mantelfläche, die eine auxetische struktur aufweist, werkzeugbacke, rohrextruderwerkzeug und rohr - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines rohres mit einer aussenseitigen mantelfläche, die eine auxetische struktur aufweist, werkzeugbacke, rohrextruderwerkzeug und rohr Download PDF

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cavity
tube
negative
pipe
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Sven Schwäblein
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Norma Germany Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing a tube having an outside lateral surface, which has an auxetic structure according to claim 1, a tool jaw according to the preamble of claim 9, a tube extruder tool according to claim 12 and a tube according to the preamble of claim 13.
  • the tubes are usually provided with a reinforcement or a reinforcing material.
  • extruded smooth tubes are provided with a metallic corset.
  • the invention is therefore an object of the invention to overcome these and other disadvantages of the prior art and to develop a stable, flexible, lightweight and cost-effective tube, and to provide a method available, with which possible rigid and therefore robust pipes easily and inexpensively can be produced. Furthermore, suitable means are to be made available for the production of the tubes.
  • Outer lateral surface having an auxetic structure in which a cavity is formed between a first and a second tool mold of a mold, wherein forming mold surfaces of the first and the second tool mold delimit a portion of the cavity with a negative grid structure.
  • a cavity is formed between a first and a second tool mold of a mold, wherein forming mold surfaces of the first and the second tool mold delimit a portion of the cavity with a negative grid structure.
  • the cavity becomes a flowable Mass introduced. Subsequently, the flowable mass is cured in the cavity.
  • Cross-sections of the cavity and / or lattice structure can be implemented by supplementing by at least one other mold, so that the cavity between the first, the second and the other molds is formed.
  • the method may in particular be an extrusion, corrugator, injection molding or blow molding process. Through this, hollow bodies such as pipes can be produced.
  • the region of the cavity with the negative grid structure is closed annularly.
  • the fabricated tube can be provided over the entire circumference with a grid structure.
  • the annular region of the cavity may, for example, be circular, ellipsoidal or angular.
  • Tube cross-section deforms in such embodiments, namely under pressure and / or temperature towards a circular shape. This in turn can lead to exceeding an intended space and below a minimum distance from adjacent components.
  • the shaping molding surfaces of the first and the second tool mold of the mold are configured and arranged relative to one another, that the grid structures on the forming
  • Form surfaces of the molds form a regular grid structure after the mold molds have been brought together. There should be no offset or interruption between the negative grid structure sections.
  • the negative grid structure is a negative-auxetic structure.
  • the tubes produced by the method then have an outer lateral surface which has an auxetic structure.
  • the auxetic structure the outer circumferential surface of the tube represents the positive of the negative-auxetic structure present on the forming mold surfaces of the first and second molds.
  • the term "auxetic material” will be used Thus, it is usually not the material itself that is auxetic, but the (surface) structure of the respective material or product Auxetic materials have a negative transverse contraction number (Poisson's number v), ie
  • auxetic materials have transverse deformation properties which are contrary to those of conventional materials: In auxetic materials, tensile stresses in one spatial direction produce a positive change in length in at least one other spatial direction.
  • tubes made of a variety of materials e.g. Elastomers and plastics are produced.
  • the producible tubes have an outer lateral surface which has an auxetic structure.
  • a plurality of properties of the process can be directly influenced by the pipes. These properties include z. B.: Density, stiffness, compliance, strength, ductility,
  • the pipes which can be produced by the method and have an outer lateral surface which has an auxetic structure are characterized in particular by the fact that the pipe or the pipe wall retains its shape as far as possible in the case of external force effects. Even if there is an increase or decrease in the temperature and / or pressure within the tube, the shape of the tube or the shape of the tube wall remains almost unchanged.
  • auxetician structure which has the Au .
  • Au . gold irritable lateral surface of a processable tube
  • conventional reinforcing agents such as.
  • material costs are saved, and on the other hand, the number of process steps is reduced. Overall, the method thus leads directly to a cost and time savings.
  • a hot runner system with a nozzle or a hot runner nozzle can be used for the temperature control of the mass to be introduced.
  • a hot runner system with a nozzle or a hot runner nozzle can be used for the temperature control of the mass to be introduced.
  • the negative-auxetic structures of the first and the second tool mold have the same cell geometry.
  • the same cell geometry is present when the negative-auxetic structure is composed of unit cells.
  • Optimal cell geometry can be used for any application, i. H. depending on the desired properties of the pipe to be produced.
  • the negative-auxetic structures on the forming surfaces of the tool molds are then designed specifically for the particular application.
  • a first end and a second end of the cavity are open, wherein the flowable mass is introduced through an extruder, preferably the annular gap, through the first open end in the cavity and the removal of the cured mass at the second open End of the cavity is done.
  • An advantage of this is the continuous production of a tubular body in the extrusion process, whereby its production costs are low.
  • the annular gap is formed by an opening in the center of which a mandrel is preferably positioned.
  • the mandrel can extend into the cavity, whereby the still soft mass is supported from the inside. Also, this is easily a smooth tube, that is, a tube with a smooth tube inside, produced.
  • the mandrel is tempered.
  • the grid structure can be formed in high quality.
  • the material may alternatively be internally supported by compressed air (support air) or stabilized with an external vacuum.
  • the shaping shaping surfaces are moved away from the extruder or its annular gap continuously and preferably also linearly.
  • the lattice structure or an auxetic structure is continuous
  • Extrusion speed can be formed.
  • the first and the second tool mold each have at least two tool jaws which form the molding surfaces, wherein the tool jaws of the tool molds are each moved in such a way that in each case
  • Tool jaw lifted at the second open end of the cured mass and placed at the first open end back on the flowable mass As a result, the number of required tool jaws is kept as low as possible. This has a favorable effect on the manufacturing costs of the mold and its maintenance costs.
  • the method can be easily and relatively inexpensively converted to the production of another type of tube, in particular the production of a tube with a different grid or auxetic structure on the outer side outer surface. For this purpose, the tool jaws can be easily replaced.
  • An example of a negative-auxetic structure is a structure formed of hexagonal unit cells of the same cell geometry, the hexagons each having two opposing reentrant corners. Roughly simplified, this cell geometry can be referred to as an hourglass pattern. Tubes having on their surface the positive of such a negative-auxetic structure have one for a plurality of
  • a further embodiment of the method provides that the negative-auxetic structure is designed to be fluid and / or regular.
  • a flowing formation is achieved, in particular, in that the shaping shaping surfaces of the first and second tool molds of the molding tool are designed and arranged relative to one another such that the negative auxetic structure on the shaping mold surfaces of the tool molds after the tool molds are brought together is a circumferential negative-auxetic structure form. There is no offset or interruption between the individual negative-auxetic sections of the structure.
  • the structure is regular when the same cell structure repeats itself.
  • the cavity has a substantially cylindrical basic shape or a cylindrical basic shape.
  • This can be made essentially cylindrical tubes.
  • the basic shape of the cavity can optionally be modified as desired, so that, for example, essentially square tubes, round tubes with lateral flattening or ellipsoidal tubes can also be produced with the method.
  • the grid structure contributes to a stabilization of the cross section.
  • the object is further achieved by a tool jaw for use in a tubular extruder tool and for defining a cavity of the tubular extruder tool having a shaping mold surface, the mold surface having a negative grid structure.
  • the negative grid structure serves to form a grid structure on an outer side surface of a tubular jacket.
  • the negative grid structure is a negative-auxetic structure.
  • the grid structure or the negative-auxetic structure of the shaping mold surface of the tool jaw can by machining or, for example, by rapid manufacturing such.
  • B. selective electron beam melting, or be generated by laser ablation. Rapid Manufacturing refers to methods and production methods for the fast and flexible production of components and series by means of tool-free production directly from the CAD data. It is favorable if the tool jaw has a good heat-conducting material at least in the area of the molding surface.
  • the molding surface of the tool jaw is formed of metal.
  • the metal is advantageously aluminum, steel, or an aluminum or steel alloy. Particularly advantageous is the use of a material having a comparatively low density in order to minimize the energy required for moving the tool jaw.
  • the cooling structure may, for example, cooling fins and / or a
  • Cooling channel comprise, wherein the cooling structure can be traversed by a cooling liquid or air.
  • the tool jaws during tube production can be kept at the desired or constant temperature. Temperature influences from the outside, such. As the operating and ambient temperature, hardly affect the manufacturing process. In addition, the cooling of the tool jaws and thus the curing of the produced tube can be accelerated.
  • Production process or the tube produced are vacuum sucked on the mold surface of the tool jaw. In this way, an undesirable deformation of the tube shell, in particular the outer side outer surface, is prevented. Especially in the production of pipes with larger diameters, a vacuum extraction should be used.
  • a tube extruder tool in particular a corrugator tool
  • Embodiments wherein at least two of the tool jaws a first tool shape a forming tool and at least two of the tool jaws form a second tool shape of the molding tool, and wherein forming molding surfaces of the first and the second tool mold a portion of a cavity with a
  • Limiting lattice structure preferably with a negative-auxetic structure, wherein the cavity is open at a first end and a second end,
  • Cavity cross-sections and lattice structures can be implemented.
  • the parting planes between the tool molds each extend from the first end to the second end of the cavity.
  • the grid structure or the negative-auxetic structure reaches as far as the first end and the second end of the cavity.
  • the grid structure or the negative-auxetic structure extends over the entire length of the cavity, so that the tube over the entire length can be produced with a structure.
  • a smooth surface can be provided in a mold surface, for. B. an annular smooth mold surface, when an area of the outside
  • Jacket surface of the tube to be produced should remain free of the lattice structure. This is desirable, for example in the range of pipe ends, to seal the pipe with a Connect to neighboring parts. For this purpose, then the position of the smooth surface and the cutting of the extruded tube would be coordinated.
  • the tool jaws of the two tool molds preferably complement each other in pairs. They can then be guided, for example, in one cycle or one cycle per tool mold along the circulating device with which the tool jaws can be moved along the cavity away from the extruder.
  • the circulating device can be designed for this purpose, for example, as a rondel or rail bearings. Positioned is the
  • Circulating device behind a spray head or an annular gap of the extruder is a Circulating device behind a spray head or an annular gap of the extruder.
  • the tool jaws are moved apart and returned separately to the first end of the cavity.
  • the tool jaws are for this purpose, for example, by drive means at the first end of the cavity in production or
  • the drive can z. B. of gears, worm gears or a magnetic drive.
  • the circulating device may have conveying means for the tool jaws.
  • the conveying means may be configured, for example, as a carriage, each having a gripping arm.
  • the gripping arm grips a tool jaw located at the second end of the cavity. Then the carriage moves to the first end of the cavity, where the gripper arm drops the tool jaw and connects or attaches to the leading tool jaw. The carriage with the gripper arm then moves back to the second end of the cavity, where the next
  • Tool jaw is gripped.
  • the circulating device may comprise a robot which returns the tool jaws to the first end of the cavity.
  • the attachment to the respective leading edge may comprise a robot which returns the tool jaws to the first end of the cavity.
  • Tool jaw for example, by working separately from the robot
  • the invention relates to a tube having a tube jacket and a first and second tube opening, wherein an outer side surface of the tube jacket has an auxetic structure.
  • a tube according to the invention can be produced, for example, by a method described above and / or with the aid of a tool jaw described above and / or with a previously described tube extruder tool.
  • Such pipes are characterized in particular by a high dimensional stability against externa ßeren force effects and / or against temperature and / or pressure changes within the tube.
  • Such a tube may be made of a variety of materials, such. B. elastomers and
  • a pipe may have different properties. This applies, for example, to properties such as density, rigidity, compliance, strength, ductility, energy absorption, weight efficiency, breaking strength, fracture toughness, thermo-mechanical behavior, vibration behavior and damping behavior.
  • the tubes which can be produced by the method and have an outer lateral surface which has an auxetic structure are characterized in particular by the fact that the tube or the tube wall largely retains its or its shape in the case of external force effects. Even if there is an increase or decrease in the temperature and / or pressure within the tube, the shape of the tube or the shape of the tube wall remains almost unchanged.
  • a tube which has no auxetic structure on the outer lateral surface of the tube shell, is carried out in a tube according to the invention a smaller change in the tube cross-section, when it comes to external force or an increase or decrease in temperature and / or pressure within the tube.
  • the auxetician structure which has the au dated discoverede lateral surface of the tube shell
  • the use of conventional Verstärkungsm means such.
  • the auxetic structure can be formed monolithically with the tube jacket. Overall, the method thus leads directly to a cost and time savings in production and application.
  • the tube is a smooth tube.
  • a smooth tube is a tube in which the inner wall of the tube shell is not provided with a structure, that is designed smooth.
  • the auxetic structure provided on the outer side surface of the tubular jacket does not penetrate the inside of the tubular jacket.
  • the auxetic structure is made up of cells which produce a basic pattern of staggered hourglass bands.
  • the hourglass bands are formed of stacked hourglass patterns. Each hourglass pattern is based on a hexagon, which has two opposing re-entrant corners.
  • the auxetic structure accounts for 15% to 60% of a wall thickness of the tube, preferably 20% to 55%, most preferably 25% to 50%.
  • the tube has a wall thickness of about 2 mm, wherein z. B. the outer 0.5 mm of the tube wall have the auxetician structure. It is not an additional one
  • Reinforcing material is required because the tube has an auxetic structure.
  • auxetic exterior structure can also be used with others
  • Fig. 1 tube, which has an auxetician structure on the outer lateral surface of the tube shell;
  • FIG. 2a section of the auxetic structure of Fig. 1
  • Fig. 2b section of the auxetic structure of Fig. 1;
  • FIG. 4 tool jaw for use in a tube extruder tool according to FIG. 3.
  • Fig. 1 shows an inventive tube 1 with a tube shell 17 and a first and second tube opening 18, 19.
  • the tube 1 has on the Au OW solution lateral surface 2 of the tube shell 17, a lattice structure, in particular an auxetician structure 3a. It is in the tube 1 to a smooth tube, d. h., That the inner wall 22 of the
  • Pipe jacket 17 is not provided with a structure, but is smooth.
  • the provided on the outer lateral surface 2 of the tube shell 17 auxetician structure does not strike on the inside of the tube shell 17.
  • FIGS. 2 a and 2 b each show a section of the auxetic structure 3 a shown in FIG. 1, wherein a two-dimensional representation is chosen for the sake of simplicity. However, in FIGS. 2a and 2b, the orientation relative to the illustration of FIG. 1 is rotated by 90 degrees.
  • the auxetician structure can be arranged rotated by 90 degrees.
  • Characteristic of the auxetic material shown in Figs. 2a and 2b is that the generation of a tensile stress in a horizontal axis R1, R2 (according to the orientation of the auxetic material
  • the tube 1 shown in Fig. 1 is characterized in particular by a high dimensional stability to externa ßeren force effects and / or to temperature and / or
  • the tube 1 can be produced in a simple and cost-effective manner.
  • For the auxetic structure 3a stabilizes the tube 1, so that in the production of additional steps, such.
  • Example by means of a metal corset or glass fibers not only time and material are saved in the production of the tube 1, but also significantly reduces the weight of the tube 1.
  • the pipe 1 or its pipe wall largely retains its shape with external forces. Even if it is within the tube 1 to an increase or decrease the temperature and / or the pressure comes, the shape of the tube 1 or the shape of the tube wall changes only slightly.
  • the auxetic structure 3a of the outer side surface 2 of the tube 1 shown in FIG. 1 represents the positive of the first and second tool molds 5 used on the shaping forming surfaces 8a, 8b (shown only in FIG. 4) for the production of the tube 1 6 is a negative-auxetic structure 3b (shown only in FIG. 3).
  • the auxetic structure 3a shown in FIG. 1 is a structure formed of hexagonal cells 20, wherein the cells 20 have the same cell geometry, that is to say, FIG. H. Represent unit cells.
  • the cells represent 20 hexagons, each having two opposing re-entrant corners. Roughly simplified, the cell geometry of each cell 20 may be referred to as an hourglass pattern.
  • the tool jaws 13a, 13 (shown in FIGS. 3 and 4) used for the production and depending on the selected pipe material, e.g. B. selected from the group of elastomers and plastics, a variety of properties of a tube 1 according to the invention can be influenced directly. These are z. Eg: density, stiffness, compliance, strength, ductility, energy absorption, weight efficiency, fracture strength, fracture toughness, thermo-mechanical behavior, vibration behavior and damping behavior.
  • the auxetic structure 3a accounts, for example, for 15% to 60% of the wall thickness of the pipe 1, preferably 20% to 55%, very particularly preferably 25% to 50%.
  • the tube 1 may have a wall thickness of about 2 mm, wherein z. B. the outer 0.5 mm of the pipe wall have the auxetician structure 3a.
  • the auxetic structure 3a may also make up about 1 mm with a tube wall thickness of 2 mm.
  • no additional reinforcing material is required for a tube 1 to ensure dimensional stability because it has an auxetic structure 3a.
  • the tube 1 with the auxetic structure 3a (see Fig. 1) on the Au JO tmantel 17 can be produced with the device shown schematically in Fig. 3 in a simple manner and inexpensively.
  • the device shown in FIG. 3 is a tubular extruder tool 14, in particular a corrugator tool with which the tube 1 with stabilizing auxetic structure 3 a can be produced.
  • the tube 1 produced is dimensionally stable and thus robust, but nevertheless lightweight and can have the other advantages described above.
  • the tube extruder tool 14 has an extruder 11, which opens into a cavity 4 through a first open end 9, the cavity 4 being open at a first end 9 and at a second end 10.
  • a circulating device 16 is provided, with which tool jaws 13a, 13b (see FIG. 4) can be moved along the cavity 4 continuously and preferably also linearly away from an annular gap 12 of the extruder 11.
  • the two opposing tool jaws 13a, 13b of a first and a second tool mold 5, 6 at the second end 10 of the cavity 4 are separable from each other and at the first end 9 again merge.
  • a mesh structure or the auxetic structure 3a can be formed at a continuous extrusion rate.
  • the circulating device 16 is
  • the tube extruder tool 14 has a drive with which the tool jaws 13a, 13b of the first and second tool molds 5, 6 are driven along the circulating device 16 or the roundel.
  • the tool jaws 13a, 13b of the two tool molds 5, 6 complement each other in pairs.
  • the tool jaws 13a, 13b are moved apart along rails of the rondel at the second end 10 of the cavity 4 and returned separately to the first end 9 of the cavity 4.
  • tube extruder tool 14 is at least four, here
  • each twenty, tool jaws 13a, 13b has. At least two, here in particular six, of the tool jaws 13a form a first tool mold 5 of a molding tool 7 and at least two, in particular six of the tool jaws 13b, the second tool mold 6 of the molding tool 7.
  • the shaping shaping surfaces 8a, 8b of The first and second tool molds 5, 6 define an annular region of the cavity 4 with the negative-auxetic structure 3b.
  • the remaining tool jaws 13a, 13b are on the way back to the first end 9 of the cavity 4.
  • the inventive method for producing a tube 1 according to the invention with an au dated solution 3a are performed .
  • the method for producing a tube 1 according to the invention is in particular a corrugator method.
  • the cavity 4 is formed between the first and the second tool mold 5, 6 of the molding tool 7.
  • the shaping shaping surfaces 8a, 8b of the first and second tool molds 5, 6 of the molding tool 7 are preferably designed and arranged relative to one another in such a way that the negative-auxetic structures 3b on the shaping shaping surfaces 8a, 8b of the tool molds 7 after contacting
  • Tool forms 7 form a regular circumferential negative-auxetician structure 3b. There should be no offset or interruption between the individual negative-auxetic sections of the structure.
  • the annular region of the cavity 4 may be formed, for example, circular, ellipsoidal or angular. In a preferred embodiment, the cavity 4 has a substantially cylindrical basic shape.
  • the negative-auxetic structure 3b preferably leads to the first end 9 and the second end 10 of the cavity 4. Particularly preferably, the negative-auxetic structure 3b extends over the entire length of the cavity 4. Thus, the tube 1 over the entire length with the auxetic structure 3a can be produced.
  • a smooth surface in a molding surface 8a, 8b are provided, for. B. an annular smooth surface 8a, 8b, if a range of au walked solution lateral surface 2 of the tube 1 to be produced should not have auxetic structure 3a. This is desirable, for example in the range of pipe ends to connect the pipe 1 with a tight connection to neighboring parts. For this purpose, then the position of the smooth surface and the cutting of the extruded tube 1 would be matched to each other.
  • Special cross-sections of the cavity 4 and / or negative-auxetic structures 3b can be realized by adding at least one additional mold 7, so that the cavity 4 is formed between the first, the second and the further molds 7.
  • all of the tool jaws 13a, 13b having a negative-auxetic structure 3b are identical in construction. This is a cost effective
  • a flowable mass M is introduced into the cavity 4 formed as described above.
  • the flowable mass M is introduced via the extruder 1 1, which opens into the cavity 4 with an annular gap 12 through the first open end 9, in the cavity 4.
  • a heatable and temperable spray head 21 is provided on the extruder 1 1.
  • Temperature control of the mass M to be introduced for example, a hot runner system can be used with a nozzle or a hot runner nozzle.
  • the annular gap 12 is to be formed by an opening in the center of which a mandrel is positioned.
  • the mandrel can extend into the cavity 4, whereby the still soft mass M is supported from the inside.
  • this is a simple way of a smooth tube, that is, a tube 1 with a smooth tube inside, produced.
  • the mandrel is tempered.
  • the auxetic structure 3a can be formed in high quality. Additionally or alternatively, a support pressure or an external vacuum can be provided.
  • the first and the second tool molds 5, 6 each have at least two tool jaws 13a, 13b, which form the molding surfaces 8a, 8b, wherein the tool jaws 13a, 13b of the tool molds 5, 6 are respectively moved such that in each case the tool jaw 13a, 13b is lifted off the hardened mass M at the second open end 10 of the cavity 4 and placed again on the flowable mass M at the first open end 9.
  • the tool jaws 13a, 13b can be easily replaced.
  • the flowable mass M is cured in the cavity 4. Thereafter, the hardened mass M is removed from the cavity 4 or pushed out of the cavity 4 and cut to the desired size.
  • the tool jaw 13a is for use in a previously described one
  • the molding surface 8a has a negative-auxetic structure 3b, which serves to form an auxetic structure 3a on an outer lateral surface 2 of a tubular jacket 17.
  • Such tool jaws 13a are easy to produce and can be replaced if necessary.
  • the negative-auxetic structure 3b of the shaping surface 8a of the tool jaw 13a can be produced by machining or, for example, also by rapid manufacturing, such as, for example, machining.
  • a variety of materials can be processed by means of rapid manufacturing, such. As metal, ceramics and plastics.
  • the alignment and size of the cells may be specific
  • Tool jaws should continue to flow the negative-auxetic structures 3b.
  • the tool jaws can also be formed as identical parts.
  • the tool jaw 13a has a good heat-conducting material at least in the area of the shaping surface 8a.
  • the molding surface 8a is the
  • Tool jaw 13a formed of metal.
  • the metal is advantageously aluminum or steel or an aluminum or steel alloy. Particularly advantageous is the use of a material having a comparatively low density in order to minimize the energy required to move the tool jaw 13a.
  • the tool jaw 13 a has an optional cooling structure 15 a, which z. B. cooling fins and / or a cooling channel may include.
  • Tool jaws 13a are kept during the production of the tube at a desired or constant temperature.
  • Vacuum suction 15b has. This allows the tubing during the
  • Vacuum Suction 15b can be used. For putting in, the fluid mass penetrates well and deeply into the negative grid structure or negative auxetic structure 3b.
  • Tube 13b Tool jaw Outer lateral surface 14
  • Forming tool 19 second tube openinga first shaping mold surface 20 cell

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur (3b) aufweist. Alternativ oder ergänzend ist ein erfindungsgemäßes Rohr herstellbar unter Zuhilfenahme einer erfindungsgemäßen Werkzeugbacke (13a) und/oder mit einem erfindungsgemäßen Rohrextruderwerkzeug. Ein erfindungsgemäßes Rohr zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Formstabilität gegenüber äußeren Krafteinwirkungen und/oder gegenüber Temperatur- und/oder Druckänderungen innerhalb des Rohres aus.

Description

Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einer außenseitigen Mantelfläche, die ei auxetische Struktur aufweist, Werkzeugbacke, Rohrextruderwerkzeug und Rohr
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, gemäß Anspruch 1 , eine Werkzeugbacke gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 9, ein Rohrextruderwerkzeug nach Anspruch 12 und ein Rohr gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 13.
In einer Vielzahl von technischen Bereichen, z. B. in der Automobilindustrie, dem Maschinen- und Anlagenbau, dem Schiffbau, der Medizintechnik und bei der Elektroinstallation, werden Rohre, wie z. B. flexible Wellrohre, zum Schutz und zur Bündelung elektrischer oder anderer Leitungen sowie zur Schaffung flexibler Verbindungen zu peripheren Geräten oder Bauteilen verwendet. Auch für Leitungen und für Wärmeübertrager bzw. Wärmetauscher werden Wellrohre aus Edelstahl oder aus Kunststoff, wie z. B. Polyethylen, eingesetzt. Im laufenden Betrieb sind die Rohre häufig äu ßeren Krafteinwirkungen ausgesetzt. Innerhalb der Rohre kommt es oft zu einer Variation der Temperaturen und/oder der Drücke. Sowohl infolge von Krafteinwirkungen als auch infolge von Temperatur- und/oder Druckschwankungen, insbesondere aufgrund einer Erhöhung dieser Parameter, kann es zu Deformierungen der Rohre kommen.
Um diesem Problem zu begegnen und die Formstabilität der verwendeten Rohre, vor allem von Rohren aus Leichtbaumaterialien, wie z. B. Aluminium, hochfeste Stähle, Magnesium, Titan und Kunststoffe, zu erhöhen, werden die Rohre in der Regel mit einer Verstärkung bzw. einem verstärkenden Material versehen.
Beispielsweise werden extrudierte Glattrohre mit einem metallischen Korsett versehen.
Alternativ wird ein Blasformteil mit einem Glasfaseranteil verwendet. In diesen und anderen Fällen ist jedoch der Einsatz weiterer, in der Regel kostenintensiver Materialien bzw.
Verstärkungsmittel notwendig, welche oftmals zugekauft werden müssen. Zudem sind im
Rahmen des Herstellungsverfahrens zusätzliche, zum Teil komplexe Arbeitsschritte erforderlich, sodass es insgesamt zu einer deutlichen Erhöhung der Herstellungskosten und damit zu einer verminderten Wertschöpfung kommt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, diese und weitere Nachteile des Standes der Technik zu überwinden und ein stabiles, flexibles, leichtes sowie kostengünstiges Rohr zu entwickeln, und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit welchem möglichst formstabile und damit robuste Rohre einfach und kostengünstig hergestellt werden können. Des Weiteren sollen zur Herstellung der Rohre geeignete Mittel zur Verfügung gestellt werden.
Hauptmerkmale der Erfindung sind in Anspruch 1 , im kennzeichnenden Teil von Anspruch 9, in Anspruch 12 sowie im kennzeichnenden Teil von Anspruch 13 angegeben. Ausgestaltungen sind Gegenstand der Ansprüche 2 bis 8, 10 und 1 1 sowie 14 bis 15. Gelöst wird die Aufgabe durch ein Verfahren zur Herstellung eines Rohres mit einer
außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, bei dem eine Kavität zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeugform eines Formwerkzeugs ausgebildet wird, wobei formgebende Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform einen Bereich der Kavität mit einer negativen Gitternetzstruktur begrenzen. In die Kavität wird eine fließfähige Masse eingebracht. Anschließend wird die fließfähige Masse in der Kavität ausgehärtet.
Danach erfolgt eine Entnahme der ausgehärteten Masse aus der Kavität.
Mit dem Verfahren sind formstabile und damit robuste Rohre auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar. Zusatzschritte wie zum Beispiel zur Armierung des Rohres sind entbehrlich, denn die Gitternetzstruktur stabilisiert das Rohr, welches trotzdem leicht ist. Spezielle
Querschnitte der Kavität und/oder Gitternetzstruktur können durch eine Ergänzung um wenigstens eine weitere Werkzeugform umgesetzt werden, sodass die Kavität zwischen der ersten, der zweiten und den weiteren Werkzeugformen ausgebildet ist.
Bei dem Verfahren kann es sich insbesondere um ein Extrusions-, Korrugator-, Spritzgieß- oder ein Blasformverfahren handeln. Durch diese sind Hohlkörper wie Rohre herstellbar.
In einer näheren Verfahrensausgestaltung ist vorgesehen, dass der Bereich der Kavität mit der negativen Gitternetzstruktur ringförmig geschlossen ist. Hierdurch kann das gefertigte Rohr über den gesamten Umfang mit einer Gitternetzstruktur versehenen werden. Der ringförmige Bereich der Kavität kann beispielsweise kreisförmig, ellipsoid oder eckig ausgebildet sein.
Besonders zum Tragen kommt eine Gitternetzstruktur und insbesondere eine negativ- auxetischen Struktur dann, wenn der Kavitätenquerschnitt nicht kreisförmig ist. Ein
Rohrquerschnitt verformt sich bei solchen Ausgestaltungen nämlich unter Druck und/oder Temperatur hin zu einer Kreisform. Dies wiederum kann zu einer Überschreitung eines vorgesehenen Bauraums und Unterschreitung eines Mindestabstands von benachbarten Bauteilen führen.
Im Hinblick auf das Ausbilden der Kavität ist es zu bevorzugen, dass die formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform des Formwerkzeugs so ausgestaltet und zueinander angeordnet sind, dass die Gitternetzstrukturen auf den formgebenden
Formflächen der Werkzeugformen nach dem Zusammenbringen der Werkzeugformen eine regelmäßige Gitternetzstruktur ausbilden. Es sollte kein Versatz bzw. keine Unterbrechung zwischen den negativen Gitternetzstrukturabschnitten vorliegen.
Gemäß einer optionalen Variante des Verfahrens ist die negative Gitternetzstruktur eine negativ-auxetische Struktur. Die mit dem Verfahren hergestellten Rohre besitzen dann eine außenseitige Mantelfläche, welche eine auxetische Struktur aufweist. Die auxetische Struktur der au ßenseitigen Mantelfläche des Rohres stellt das Positiv der auf den formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform vorhandenen negativ-auxetischen Struktur dar. Im Folgenden wird der Einfachheit halber zum Teil der Begriff „auxetisches Material" verwendet. Auxetische Materialien weisen eine auxetische (Oberflächen-)Struktur auf. Es ist also üblicherweise nicht das Material selbst auxetisch, sondern die (Oberflächen-)Struktur des jeweiligen Materials bzw. Produktes. Auxetische Materialien besitzen eine negative Querkontraktionszahl (Poissonzahl v), d. h.
Vaux < 0. Die Poissonzahl v ist als das negative Verhältnis von Quer- zu Längsdehnung definiert. Daher weisen auxetische Materialien Querverformungseigenschaften auf, welche sich im Vergleich zu denen konventioneller Materialien konträr verhalten: Bei auxetischen Materialien erzeugen Zugspannungen in einer Raumrichtung eine positive Längenänderung in wenigstens einer anderen Raumrichtung.
Mit dem Verfahren können Rohre aus einer Vielzahl von Materialien, wie z.B. Elastomeren und Kunststoffen, hergestellt werden. Dabei besitzen die herstellbaren Rohre jeweils eine außenseitige Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist.
Je nach gewähltem Rohrmaterial und je nach Ausgestaltung der negativ-auxetischen Struktur der formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform ist eine Vielzahl von Eigenschaften der mit dem Verfahren herstellbaren Rohre direkt beeinflussbar. Zu diesen Eigenschaften zählen z. B.: Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität,
Energieabsorption, Gewichtseffizienz, Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, thermo-mechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten und Dämpfungsverhalten.
Die mit dem Verfahren herstellbaren Rohre mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Rohr bzw. die Rohrwand bei äu ßeren Krafteinwirkungen seine Form weitestgehend beibehält. Auch wenn es innerhalb des Rohres zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes kommt, bleibt die Form des Rohrs bzw. die Form der Rohrwand nahezu unverändert.
Im Unterschied zu einem konventionellen Rohr, d. h. einem Rohr, welches keine auxetische Struktur auf seiner äu ßeren Mantelfläche aufweist, erfolgt bei einem nach dem Verfahren herstellbaren Rohr nahezu keine bzw. eine verringerte Veränderung des Rohrquerschnitts, wenn es zu äu ßeren Krafteinwirkungen oder zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der
Temperatur und/oder des Druckes innerhalb des Rohres kommt. Dadurch wird eine
Beschädigung oder Zerstörung des Rohres bzw. von Bauteilen, welche in der Peripherie des Rohres angeordnet sind, weitestgehend vermieden. Mithin kommt es bei Verwendung eines mit dem Verfahren herstellbaren Rohres im laufenden Betrieb nicht mehr zu Störungen aufgrund von beschädigten oder zerstörten Rohren oder aufgrund von in der Peripherie der Rohre angeordneten Bauteilen. Damit entfallen Reparaturen und der Austausch von Rohren und Bauteilen sowie die damit verbundenen Produktionsausfälle, was insgesamt zu einer deutlichen Reduzierung der Betriebskosten führt.
Besonders vorteilhaft ist, dass die auxetische Struktur, welche die au ßenseitige Mantelfläche eines mit dem Verfahren herstellbaren Rohrs aufweist, die Verwendung konventioneller Verstärkungsmittel, wie z. B. eines metallischen Korsetts oder von Glasfasern, überflüssig macht. Dadurch werden zum einen Materialkosten eingespart, und zum anderen wird die Anzahl der Verfahrensschritte reduziert. Insgesamt führt das Verfahren somit unmittelbar zu einer Kosten und Zeitersparnis.
Für die Temperierung der einzubringenden Masse kann beispielsweise ein Heißkanalsystem mit einer Düse bzw. einer Heißkanaldüse verwendet werden. Zusätzlich wird bei einem
Extrudieren durch Scherkräfte in der Formmasse selbst Wärme erzeugt, z. B. mittels einer Förderschnecke.
In einer weiteren Ausführungsform des Verfahrens ist vorgesehen, dass die negativ- auxetischen Strukturen der ersten und der zweiten Werkzeugform dieselbe Zellgeometrie aufweisen. Dieselbe Zellgeometrie liegt dann vor, wenn die negativ-auxetische Struktur aus Einheitszellen aufgebaut ist. Die optimale Zellgeometrie kann für jeden Anwendungsfall, d. h. je nach gewünschten Eigenschaften des herzustellenden Rohres, berechnet werden. Die negativ- auxetischen Strukturen auf den formgebenden Formflächen der Werkzeugformen werden dann für den jeweiligen Anwendungsfall spezifisch gestaltet.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform des Verfahrens sind ein erstes Ende und ein zweites Ende der Kavität offen ausgebildet, wobei die fließfähige Masse über einen Extruder, vorzugsweise dessen Ringspalt, durch das erste offene Ende in die Kavität eingebracht wird und die Entnahme der ausgehärteten Masse am zweiten offenen Ende der Kavität erfolgt. Vorteilhaft hieran ist die kontinuierliche Fertigung eines Rohrkörpers im Extrusionsverfahren, wodurch dessen Herstellungskosten gering sind. Der Ringspalt ist durch eine Öffnung auszubilden, in dessen Zentrum vorzugsweise ein Dorn positioniert ist. Der Dorn kann bis in die Kavität hineinreichen, wodurch die noch weiche Masse von innen gestützt wird. Auch ist hierdurch auf einfache Weise ein Glattrohr, das heißt ein Rohr mit glatter Rohrinnenseite, herstellbar. Bevorzugt wird der Dorn temperiert. Damit kann die Gitternetzstruktur in hoher Qualität ausgebildet werden. Wenn sich der Dorn nur teilweise oder gar nicht durch die Kavität erstreckt, kann das Material alternativ durch Druckluft von Innen gestützt (Stützluft) oder mit einem Außenvakuum stabilisiert werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn die formgebenden Formflächen kontinuierlich und vorzugsweise auch linear von dem Extruder bzw. dessen Ringspalt wegbewegt werden. Damit ist die Gitternetzstruktur bzw. eine auxetische Struktur bei kontinuierlicher
Extrusionsgeschwindigkeit ausbildbar.
In einer wichtigen Variante des Verfahrens weisen die erste und die zweite Werkzeugform jeweils wenigstens zwei Werkzeugbacken auf, welche die Formflächen ausbilden, wobei die Werkzeugbacken der Werkzeugformen jeweils derart bewegt werden, dass jeweils die
Werkzeugbacke am zweiten offenen Ende von der ausgehärteten Masse abgehoben und am ersten offenen Ende wieder auf die fließfähige Masse aufgesetzt wird. Dadurch wird die Anzahl der benötigten Werkzeugbacken möglichst gering gehalten. Das wirkt sich günstig auf die Herstellungskosten des Formwerkzeugs sowie dessen Wartungskosten aus. Zudem kann das Verfahren einfach und relativ kostengünstig auf die Produktion eines anderen Rohrtyps umgestellt werden, insbesondere auf die Produktion eines Rohrs mit einer anderen Gitternetz- bzw. auxetischen Struktur auf der au ßenseitigen Mantelfläche. Zu diesem Zweck können die Werkzeugbacken einfach ausgetauscht werden.
Ein Beispiel für eine negativ-auxetische Struktur ist eine aus sechseckigen Einheitszellen mit derselben Zellgeometrie gebildete Struktur, wobei die Sechsecke jeweils zwei einander gegenüberliegende einspringende Ecken aufweisen. Grob vereinfacht kann diese Zellgeometrie als Sanduhrmuster bezeichnet werden. Rohre, welche auf ihrer Oberfläche das Positiv einer solchen negativ-auxetischen Struktur aufweisen, besitzen einen für eine Vielzahl von
Anwendungen geeigneten Auxetizitätsgrad. Eine weitere Ausführungsform des Verfahrens sieht vor, dass die negativ-auxetischen Struktur fließend und/oder regelmäßig ausgebildet ist. Eine fließende Ausbildung wird insbesondere dadurch erzielt, dass die formgebenden Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform des Formwerkzeugs so ausgestaltet und zueinander angeordnet sind, dass die negativ- auxetische Struktur auf den formgebenden Formflächen der Werkzeugformen nach dem Zusammenbringen der Werkzeugformen eine umlaufende negativ-auxetische Struktur ausbilden. Es liegt kein Versatz bzw. keine Unterbrechung zwischen den einzelnen negativ- auxetischen Strukturabschnitten vor. Regelmäßig ist die Struktur, wenn sich die gleiche Zellstruktur wiederholt.
In einer anderen Ausführungsform des Verfahrens weist die Kavität eine im Wesentlichen zylindrische Grundform oder eine zylindrische Grundform auf. Damit können im Wesentlichen zylindrische Rohre hergestellt werden. Die Grundform der Kavität ist optional beliebig abwandelbar, sodass mit dem Verfahren beispielsweise auch im Wesentlichen quadratische Rohre, Rundrohre mit seitlicher Abflachung oder ellipsoide Rohre herstellbar sind. Gerade bei nicht kreisförmigen Querschnitten trägt die Gitternetzstruktur zu einer Stabilisierung des Querschnittes bei.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst durch eine Werkzeugbacke zur Verwendung in einem Rohrextruderwerkzeug und zur Begrenzung einer Kavität des Rohrextruderwerkzeugs mit einer formgebenden Formfläche, wobei die Formfläche eine negative Gitternetzstruktur aufweist. Die negative Gitternetzstruktur dient dazu, auf einer au ßenseitigen Mantelfläche eines Rohrmantels eine Gitternetzstruktur auszubilden. Derartige Werkzeugbacken sind einfach herstellbar und können bei Bedarf ausgetauscht werden.
In einer speziellen Variante der Werkzeugbacke ist die negative Gitternetzstruktur eine negativ- auxetische Struktur. Damit lassen sich Rohre mit vorstehend beschriebenen Vorteilen herstellen. Die Gitternetzstruktur bzw. die negativ-auxetische Struktur der formgebenden Formfläche der Werkzeugbacke kann durch spanende Bearbeitung oder beispielsweise auch durch Rapid Manufacturing, wie z. B. selektives Elektronenstrahlschmelzen, oder durch Laserablation erzeugt sein. Unter Rapid Manufacturing werden Methoden und Produktionsverfahren zur schnellen und flexiblen Herstellung von Bauteilen und Serien mittels werkzeugloser Fertigung direkt aus den CAD-Daten verstanden. Es ist günstig, wenn die Werkzeugbacke zumindest im Bereich der Formfläche ein gut wärmeleitendes Material aufweist. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Werkzeugbacke ist die Formfläche der Werkzeugbacke aus Metall ausgebildet. Bei dem Metall handelt es sich vorteilhafterweise um Aluminium, Stahl, bzw. eine Aluminium- oder Stahllegierung. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Werkstoffs mit einer vergleichsweise geringen Dichte, um die zur Bewegung der Werkzeugbacke aufzuwendende Energie möglichst gering zu halten.
Durch das Vorsehen eines gut wärmeleitenden Materials im Bereich der Formfläche einer Werkzeugbacke oder das Vorsehen einer metallischen Formfläche kann - während eines
Verfahrens zur Herstellung eines Rohres - dem erwärmten Rohrmaterial, z. B. einer erwärmten Kunststoffmasse, über die Werkzeugbacken ein Großteil der Wärmeenergie entzogen und relativ rasch und effizient abgeleitet werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Werkzeugbacke ist vorgesehen, dass sie eine
Kühlstruktur aufweist. Die Kühlstruktur kann beispielsweise Kühlrippen und/oder einen
Kühlkanal umfassen, wobei die Kühlstruktur von einer Kühlflüssigkeit oder von Luft durchströmt werden kann. Auf diese Weise können die Werkzeugbacken während der Rohrproduktion auf gewünschter oder konstanter Temperatur gehalten werden. Temperatureinflüsse von außen, wie z. B. die Betriebs- und Umgebungstemperatur, beeinflussen das Herstellungsverfahren kaum. Außerdem kann das Abkühlen der Werkzeugbacken und damit das Aushärten des hergestellten Rohres beschleunigt werden.
In einer weiteren Variante der Werkzeugbacke ist vorgesehen, dass sie eine
Vakuumabsaugung aufweist. Dadurch kann das Rohrmaterial während des
Herstellungsverfahrens bzw. das hergestellte Rohr über Vakuum an die Formfläche der Werkzeugbacke herangesaugt werden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Verformung des Rohrmantels, insbesondere der au ßenseitigen Mantelfläche, verhindert. Besonders bei der Herstellung von Rohren mit größeren Durchmessern sollte eine Vakuumabsaugung verwendet werden.
Des Weiteren wird die Aufgabe gelöst durch ein Rohrextruderwerkzeug, insbesondere ein Korrugatorwerkzeug,
• mit wenigstens vier Werkzeugbacken nach einer der oben beschriebenen
Ausführungsformen, wobei wenigstens zwei der Werkzeugbacken eine erste Werkzeugform eines Formwerkzeugs und wenigstens zwei der Werkzeugbacken eine zweite Werkzeugform des Formwerkzeugs ausbilden, und wobei formgebende Formflächen der ersten und der zweiten Werkzeugform einen Bereich einer Kavität mit einer
Gitternetzstruktur, vorzugsweise mit einer negativ-auxetischen Struktur, begrenzen, wobei die Kavität an einem ersten Ende und einem zweiten Ende offen ausgebildet ist,
• mit einem Extruder, der vorzugsweise über einen Ringspalt durch das erste offene Ende in die Kavität mündet,
• mit einer Umlaufvorrichtung, mit der die Werkzeugbacken entlang der Kavität von dem
Extruder wegbewegbar sind, und mit der zwei gegenüberliegende Werkzeugbacken der ersten und der zweiten Werkzeugform am zweiten Ende der Kavität voneinander trennbar und am ersten Ende wieder zusammenführbar sind, und
• mit einem Antrieb, mit dem die Werkzeugbacken der ersten und zweiten Werkzeugform entlang der Umlaufvorrichtung angetrieben sind. Mit einem solchen Rohrextruderwerkzeug ist ein Rohr mit Gitternetzstruktur und vorzugsweise mit auxetischer Struktur auf dem Außenmantel auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar. Es entsteht ein Rohr mit stabilisierender Gitternetzstruktur, welches trotzdem leicht ist und die weiteren zuvor beschriebenen Vorteile aufweisen kann. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rohrextruderwerkzeugs sind alle Werkzeugbacken mit Gitternetzstruktur bzw. negativ-auxetischer Struktur baugleich. Damit ist eine kostengünstige Herstellung möglich und schadhafte Teile können einfach einzeln getauscht werden. Optional können mehr als zwei Werkzeugformen vorgesehen werden, wodurch abweichende
Kavitätenquerschnitte und Gitternetzstrukturen umsetzbar sind. Die Trennebenen zwischen den Werkzeugformen erstrecken sich jeweils vom ersten Ende bis zum zweiten Ende der Kavität.
Gemäß einer weiteren näheren Ausführungsform reicht die Gitternetzstruktur bzw. die negativ- auxetische Struktur bis an das erste Ende und das zweite Ende der Kavität heran.
Vorzugsweise erstreckt sich die Gitternetzstruktur bzw. die negativ-auxetische Struktur über die gesamte Länge der Kavität, damit das Rohr über die gesamte Länge mit einer Struktur herstellbar ist. Abweichend kann jedoch auch eine Glattfläche in einer Formfläche vorgesehen werden, z. B. eine ringförmige glatte Formfläche, wenn ein Bereich der außenseitigen
Mantelfläche des herzustellenden Rohrs frei von der Gitternetzstruktur bleiben soll. Dies ist beispielsweise im Bereich von Rohrenden wünschenswert, um das Rohr mit einer dichten Verbindung an Nachbarteile anschließen zu können. Hierzu wären dann die Position der Glattfläche und das Ablängen des extrudierten Rohres aufeinander abzustimmen.
Die Werkzeugbacken der beiden Werkzeugformen ergänzen sich vorzugsweise paarweise gegenüberliegend. Sie können dann beispielsweise in einem Kreislauf bzw. einem Kreislauf pro Werkzeugform entlang der Umlaufvorrichtung geführt werden, mit der die Werkzeugbacken entlang der Kavität von dem Extruder wegbewegbar sind. Die Umlaufvorrichtung kann hierfür beispielsweise als Rondell oder Schienenlager ausgebildet sein. Positioniert ist die
Umlaufvorrichtung hinter einem Spritzkopf bzw. einem Ringspalt des Extruders.
Am zweiten Ende der Kavität werden die Werkzeugbacken auseinandergefahren und separat voneinander zum ersten Ende der Kavität zurückgeführt. Die Werkzeugbacken sind hierzu beispielsweise durch Antriebsmittel am ersten Ende der Kavität in Produktions- bzw.
Extrusionsrichtung antreibbar. Folglich würden die jeweils stromaufwärtigsten Werkzeugbacken durch diese Antriebsmittel angetrieben, während alle vorauslaufenden Werkzeugbacken beispielsweise durch Druckbeaufschlagung in Produktionsrichtung vorangetrieben werden. Der Antrieb kann z. B. von Zahnrädern, Schneckentrieben oder einem Magnettrieb ausgebildet sein.
Außerdem kann die Umlaufvorrichtung Fördermittel für die Werkzeugbacken aufweisen. Die Fördermittel können zum Beispiel als Schlitten ausgestaltet sein, die jeweils einen Greifarm aufweisen. Der Greifarm greift eine am zweiten Ende der Kavität befindliche Werkzeugbacke. Dann fährt der Schlitten zum ersten Ende der Kavität, wo der Greifarm die Werkzeugbacke absetzt und an die vorauslaufende Werkzeugbacke anschließt bzw. ansetzt. Der Schlitten mit dem Greifarm fährt dann wieder an das zweite Ende der Kavität, wo die nächste
Werkzeugbacke gegriffen wird.
Alternativ kann die Umlaufvorrichtung einen Roboter aufweisen, welcher die Werkzeugbacken an das erste Ende der Kavität zurückführt. Das Ansetzen an die jeweils vorauslaufende
Werkzeugbacke kann beispielsweise durch getrennt von dem Roboter arbeitende
Pneumatikzylinder erfolgen.
Ferner betrifft die Erfindung ein Rohr mit einem Rohrmantel sowie einer ersten und zweiten Rohröffnung, wobei eine au ßenseitige Mantelfläche des Rohrmantels eine auxetische Struktur aufweist. Ein erfindungsgemäßes Rohr ist zum Beispiel herstellbar nach einem oben beschriebenen Verfahren und/oder unter Zuhilfenahme einer vorstehend beschriebenen Werkzeugbacke und/oder mit einem zuvor beschriebenen Rohrextruderwerkzeug. Solche Rohre zeichnen sich insbesondere durch eine hohe Formstabilität gegenüber äu ßeren Krafteinwirkungen und/oder gegenüber Temperatur- und/oder Druckänderungen innerhalb des Rohres aus.
Ein solches Rohr kann aus einer Vielzahl von Materialien, wie z. B. Elastomeren und
Kunststoffen, hergestellt sein. Je nach gewähltem Rohrmaterial und je nach Ausgestaltung der auxetischen Struktur der au ßenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels kann ein Rohr unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Dies betrifft beispielsweise Eigenschaften, wie Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Gewichtseffizienz, Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, thermo-mechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten und Dämpfungsverhalten.
Die mit dem Verfahren herstellbaren Rohre mit einer außenseitigen Mantelfläche, die eine auxetische Struktur aufweist, zeichnen sich insbesondere dadurch aus, dass das Rohr bzw. die Rohrwand bei äu ßeren Krafteinwirkungen seine bzw. ihre Form weitestgehend beibehält. Auch wenn es innerhalb des Rohres zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes kommt, bleibt die Form des Rohrs bzw. die Form der Rohrwand nahezu unverändert.
Im Unterschied zu einem konventionellen Rohr, d. h. einem Rohr, welches keine auxetische Struktur auf der außenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels aufweist, erfolgt bei einem erfindungsgemäßen Rohr eine geringere Veränderung des Rohrquerschnitts, wenn es zu äußeren Krafteinwirkungen oder zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes innerhalb des Rohres kommt. Dadurch wird eine Beschädigung oder Zerstörung des Rohres bzw. von Bauteilen, welche in der Peripherie des Rohres angeordnet sind, weitestgehend vermieden.
Besonders vorteilhaft ist, dass die auxetische Struktur, welche die au ßenseitige Mantelfläche des Rohrmantels aufweist, die Verwendung konventioneller Verstärkungsm ittel, wie z. B. eines metallischen Korsetts oder von Glasfasern, überflüssig macht. Dadurch werden zum einen Materialkosten eingespart, und zum anderen wird die Anzahl der Verfahrensschritte reduziert. Die auxetische Struktur ist nämlich monolithisch mit dem Rohrmantel ausbildbar. Insgesamt führt das Verfahren somit unmittelbar zu einer Kosten und Zeitersparnis in der Produktion und Anwendung. In einer wichtigen Ausführungsform ist das Rohr ein Glattrohr. Ein Glattrohr ist ein Rohr, bei dem die Innenwandung des Rohrmantels nicht mit einer Struktur versehen ist, d. h. glatt ausgestaltet ist. Das bedeutet, dass die auf der au ßenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels vorgesehene auxetische Struktur nicht auf die Innenseite des Rohrmantels durchschlägt. In einer weiteren Ausführungsform des Rohrs ist die auxetische Struktur aus Zellen aufgebaut, die ein Grundmuster aus versetzt zueinander angeordneten Sanduhrbändern ergeben. Die Sanduhrbänder sind aus aufeinandergestapelten Sanduhrmustern ausgebildet. Dabei basiert jedes einzelne Sanduhrmuster auf einem Sechseck, welches zwei einander gegenüberliegende einspringende Ecken aufweist.
In einer anderen Variante des Rohrs macht die auxetische Struktur 15 % bis 60 % einer Wandstärke des Rohres aus, bevorzugt 20 % bis 55 %, ganz besonders bevorzugt 25 % bis 50%. Beispielsweise hat das Rohr eine Wandstärke von etwa 2 mm, wobei z. B. die äußeren 0,5 mm der Rohrwand die auxetische Struktur aufweisen. Es ist kein zusätzliches
Verstärkungsmaterial erforderlich ist, weil das Rohr eine auxetische Struktur aufweist.
Grundsätzlich kann eine auxetische Au ßenstruktur jedoch auch mit anderen
Verstärkungsmaterialien kombinert werden.
Spezielle Ausgestaltungsvarianten des Verfahrens, der Werkzeugbacke, des
Rohrextruderwerkzeugs und des Rohres, welche jeweils im Zusammenhang mit einem der anderen genannten Erfindungsgegenstände beschrieben sind, gelten jeweils auch für den speziellen Textabschnitt.
Weitere Merkmale, Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem Wortlaut der Ansprüche sowie aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen. Es zeigen:
Fig. 1 Rohr, welches auf der außenseitigen Mantelfläche des Rohrmantels eine auxetische Struktur aufweist;
Fig. 2a Ausschnitt aus der auxetischen Struktur nach Fig. 1 ; Fig. 2b Ausschnitt aus der auxetischen Struktur nach Fig. 1 ;
Fig. 3 Schematische Darstellung eines Rohrextruderwerkzeugs; und
Fig. 4 Werkzeugbacke zur Verwendung in einem Rohrextruderwerkzeug nach Fig. 3.
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Rohr 1 mit einem Rohrmantel 17 sowie einer ersten und zweiten Rohröffnung 18, 19. Das Rohr 1 weist auf der au ßenseitigen Mantelfläche 2 des Rohrmantels 17 eine Gitternetzstruktur, insbesondere eine auxetische Struktur 3a auf. Es handelt sich bei dem Rohr 1 um ein Glattrohr, d. h., dass die Innenwandung 22 des
Rohrmantels 17 nicht mit einer Struktur versehen ist, sondern glatt ausgestaltet ist. Die auf der außenseitigen Mantelfläche 2 des Rohrmantels 17 vorgesehene auxetische Struktur schlägt nicht auf die Innenseite des Rohrmantels 17 durch.
Um die besonderen Eigenschaften auxetischer Materialien zu veranschaulichen, ist in den Fig. 2a und 2b jeweils ein Ausschnitt aus der in Fig. 1 dargestellten auxetischen Struktur 3a gezeigt, wobei der Einfachheit halber eine zweidimensionale Darstellung gewählt ist. Allerdings ist in den Fig. 2a und 2b die Ausrichtung gegenüber der Darstellung nach Fig. 1 um 90 Grad gedreht.
Optional kann auch in Fig. 1 die auxetische Struktur um 90 Grad gedreht angeordnet sein.
Charakteristisch für das in Fig. 2a und 2b gezeigte auxetische Material ist, dass das Erzeugen einer Zugspannung in einer horizontalen Achse R1 , R2 (gemäß der Ausrichtung des
Zeichenblattes) auf die auxetische Struktur nach Fig. 2a zu einer Ausdehnung in vertikaler
Richtung führt, wie es in Fig. 2b gezeigt ist.
Das in Fig. 1 gezeigte Rohr 1 zeichnet sich insbesondere durch eine hohe Formstabilität gegenüber äu ßeren Krafteinwirkungen und/oder gegenüber Temperatur- und/oder
Druckänderungen innerhalb des Rohres 1 aus. Mithin ist das Rohr 1 robust und somit besonders langlebig. Das Rohr 1 ist auf einfache und kostengünstige Weise herstellbar. Denn die auxetische Struktur 3a stabilisiert das Rohr 1 , sodass bei der Herstellung auf zusätzliche Arbeitsschritte, wie z. B. eine Armierung, verzichtet werden kann. Aufgrund der Entbehrlichkeit einer zusätzlichen, konventionellen Verstärkung des Rohrs 1 , z. B. mittels eines Metallkorsetts oder durch Glasfasern, werden bei der Produktion des Rohrs 1 nicht nur Zeit und Material eingespart, sondern auch das Gewicht des Rohrs 1 deutlich reduziert.
Das Rohr 1 bzw. dessen Rohrwand behält bei äußeren Krafteinwirkungen seine Form weitestgehend bei. Auch wenn es innerhalb des Rohres 1 zu einer Erhöhung oder Erniedrigung der Temperatur und/oder des Druckes kommt, verändert sich die Form des Rohrs 1 bzw. die Form der Rohrwand nur geringfügig.
Die in Fig. 1 gezeigte auxetische Struktur 3a der au ßenseitigen Mantelfläche 2 des Rohres 1 stellt das Positiv der auf den formgebenden Formflächen 8a, 8b (nur in Fig. 4 dargestellt) der - zur Herstellung des Rohrs 1 - verwendeten ersten und zweiten Werkzeugform 5, 6 (nur in Fig. 3 gezeigt) vorhandenen negativ-auxetischen Struktur 3b dar. Bei der in Fig. 1 dargestellten auxetischen Struktur 3a handelt es sich um eine aus sechseckigen Zellen 20 gebildete Struktur, wobei die Zellen 20 dieselbe Zellgeometrie aufweisen, d. h. Einheitszellen darstellen. Dabei stellen die Zellen 20 Sechsecke dar, welche jeweils zwei einander gegenüberliegende einspringende Ecken aufweisen. Grob vereinfacht kann die Zellgeometrie jeder Zelle 20 als Sanduhrmuster bezeichnet. Rohre 1 , welche auf ihrer außenseitigen Mantelfläche 2 das Positiv einer solchen negativ-auxetischen Struktur 3b aus versetzt zueinander angeordneten
Sanduhrbändern aufweisen, besitzen einen für eine Vielzahl von Anwendungen geeigneten Auxetizitätsgrad. Die in Fig. 1 gezeigte Darstellung mit umlaufenden Sanduhrbändern ist in den zahlreichen technischen Anwendungen gegenüber einer Längsausrichtung der Sanduhrbänder zu bevorzugen.
Je nach Ausgestaltung der negativ-auxetischen Struktur 3b der formgebenden Formflächen 8a, 8b (nur in Fig. 4 gezeigt) der zur Herstellung verwendeten Werkzeugbacken 13a, 13 (in Fig. 3 und Fig. 4 gezeigt) und je nach gewähltem Rohrmaterial, z. B. ausgewählt aus der Gruppe Elastomere und Kunststoffe, ist eine Vielzahl von Eigenschaften eines erfindungsgemäß herstellbaren Rohres 1 direkt beeinflussbar. Dies sind z. B.: Dichte, Steifigkeit, Nachgiebigkeit, Festigkeit, Duktilität, Energieabsorption, Gewichtseffizienz, Bruchfestigkeit, Bruchzähigkeit, thermo-mechanisches Verhalten, Schwingungsverhalten und Dämpfungsverhalten.
Bei einem erfindungsgemäßen Rohr 1 macht die auxetische Struktur 3a beispielsweise 15 % bis 60 % der Wandstärke des Rohres 1 aus, bevorzugt 20 % bis 55 %, ganz besonders bevorzugt 25 % bis 50 %. Zum Beispiel kann das Rohr 1 eine Wandstärke von etwa 2 mm aufweisen, wobei z. B. die äußeren 0,5 mm der Rohrwand die auxetische Struktur 3a aufweisen. Beispielsweise kann die auxetische Struktur 3a bei einer Rohrwandstärke von 2 mm auch etwa 1 mm ausmachen. Vorteilhafterweise ist bei einem Rohr 1 zur Gewährleistung der Formstabilität kein zusätzliches Verstärkungsmaterial erforderlich, weil es eine auxetische Struktur 3a aufweist. Das Rohr 1 mit der auxetischen Struktur 3a (vgl. Fig. 1 ) auf dem Au ßenmantel 17 ist mit der in Fig. 3 schematisch dargestellten Vorrichtung auf einfache Weise und kostengünstig herstellbar.
Bei der in Fig. 3 gezeigten Vorrichtung handelt es sich um ein Rohrextruderwerkzeug 14, insbesondere um ein Korrugatorwerkzeug, mit welchem das Rohr 1 mit stabilisierender auxetischer Struktur 3a herstellbar ist. Das hergestellte Rohr 1 ist formstabil und damit robust, aber trotzdem leicht und kann die weiteren zuvor beschriebenen Vorteile aufweisen.
Das Rohrextruderwerkzeug 14 weist einen Extruder 1 1 auf, der durch ein erstes offene Ende 9 in eine Kavität 4 mündet, wobei die Kavität 4 an einem ersten Ende 9 und an einem zweiten Ende 10 offen ausgebildet ist.
Weiterhin ist eine Umlaufvorrichtung 16 vorgesehen, mit der Werkzeugbacken 13a, 13b (vgl. Fig. 4) entlang der Kavität 4 kontinuierlich und vorzugsweise auch linear von einem Ringspalt 12 des Extruders 1 1 wegbewegbar sind. Mit der Umlaufvorrichtung 16 sind die zwei gegenüberliegenden Werkzeugbacken 13a, 13b einer ersten und einer zweiten Werkzeugform 5, 6 am zweiten Ende 10 der Kavität 4 voneinander trennbar und am ersten Ende 9 wieder zusammenführbar. Damit ist eine Gitternetzstruktur bzw. die auxetische Struktur 3a bei kontinuierlicher Extrusionsgeschwindigkeit ausbildbar. Die Umlaufvorrichtung 16 ist
insbesondere als jeweils ein Rondell pro Werkzeugform 5, 6 ausgebildet.
Zudem besitzt das Rohrextruderwerkzeug 14 einen Antrieb, mit dem die Werkzeugbacken 13a, 13b der ersten und zweiten Werkzeugform 5, 6 entlang der Umlaufvorrichtung 16 bzw. des Rondells angetrieben sind.
Man erkennt, dass sich die Werkzeugbacken 13a, 13b der beiden Werkzeugformen 5, 6 paarweise gegenüberliegend ergänzen. Die Werkzeugbacken 13a, 13b werden entlang von Schienen des Rondells am zweiten Ende 10 der Kavität 4 auseinandergefahren und separat voneinander zum ersten Ende 9 der Kavität 4 zurückgeführt.
Außerdem erkennt man, dass das Rohrextruderwerkzeug 14 wenigstens vier, hier
insbesondere jeweils zwanzig, Werkzeugbacken 13a, 13b aufweist. Dabei bilden wenigstens zwei, hier insbesondere sechs der Werkzeugbacken 13a eine erste Werkzeugform 5 eines Formwerkzeugs 7 und wenigstens zwei, hier insbesondere sechs der Werkzeugbacken 13b die zweite Werkzeugform 6 des Formwerkzeugs 7 aus. Die formgebenden Formflächen 8a, 8b der ersten und der zweiten Werkzeugform 5, 6 begrenzen einen ringförmigen Bereich der Kavität 4 mit der negativ-auxetischen Struktur 3b. Die restlichen Werkzeugbacken 13a, 13b befinden sich auf dem Weg zurück zum ersten Ende 9 der Kavität 4. Mit dem Rohrextruderwerkzeug 14 kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohres 1 mit einer au ßenseitigen Mantelfläche 2, welche die auxetische Struktur 3a aufweist, durchgeführt werden. Bei dem Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Rohrs 1 handelt es sich insbesondere um ein Korrugatorverfahren. Zunächst wird die Kavität 4 zwischen der ersten und der zweiten Werkzeugform 5, 6 des Formwerkzeugs 7 ausgebildet. Die formgebenden Formflächen 8a, 8b der ersten und der zweiten Werkzeugform 5, 6 des Formwerkzeugs 7 sind bevorzugt so ausgestaltet und so zueinander angeordnet, dass die negativ-auxetischen Strukturen 3b auf den formgebenden Formflächen 8a, 8b der Werkzeugformen 7 nach dem Zusammenbringen der
Werkzeugformen 7 eine regelmäßige umlaufende negativ-auxetische Struktur 3b ausbilden. Es sollte kein Versatz bzw. keine Unterbrechung zwischen den einzelnen negativ-auxetischen Strukturabschnitten vorliegen. Der ringförmige Bereich der Kavität 4 kann beispielsweise kreisförmig, ellipsoid oder eckig ausgebildet sein. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Kavität 4 eine im Wesentlichen zylindrische Grundform auf.
Bevorzugt führt die negativ-auxetische Struktur 3b bis an das erste Ende 9 und das zweite Ende 10 der Kavität 4 heran. Besonders bevorzugt erstreckt sich die negativ-auxetische Struktur 3b über die gesamte Länge der Kavität 4. Damit ist das Rohr 1 über die gesamte Länge mit der auxetischen Struktur 3a herstellbar. Alternativ kann auch eine Glattfläche in einer Formfläche 8a, 8b vorgesehen werden, z. B. eine ringförmige glatte Formfläche 8a, 8b, wenn ein Bereich der au ßenseitigen Mantelfläche 2 des herzustellenden Rohrs 1 keine auxetische Struktur 3a aufweisen soll. Dies ist beispielsweise im Bereich von Rohrenden wünschenswert, um das Rohr 1 mit einer dichten Verbindung an Nachbarteile anschließen zu können. Hierzu wären dann die Position der Glattfläche und das Ablängen des extrudierten Rohres 1 aufeinander abzustimmen.
Spezielle Querschnitte der Kavität 4 und/oder negativ-auxetische Strukturen 3b können durch eine Ergänzung um wenigstens eine weitere Werkzeugform 7 realisiert werden, sodass die Kavität 4 zwischen der ersten, der zweiten und den weiteren Werkzeugformen 7 ausgebildet wird. In einer bevorzugten Ausgestaltung des Rohrextruderwerkzeugs 14 sind alle Werkzeugbacken 13a, 13b mit negativ-auxetischer Struktur 3b baugleich. Damit ist eine kostengünstige
Herstellung möglich und schadhafte Teile können einfach einzeln getauscht werden. Es können auch mehr als zwei Werkzeugformen 5, 6 vorgesehen werden. Dadurch sind unterschiedliche Querschnitte der Kavität 4 mit unterschiedlichen negativ-auxetische Strukturen 3b realisierbar. Die Trennebenen zwischen den Werkzeugformen 5, 6 erstrecken sich jeweils vom ersten Ende 9 bis zum zweiten Ende 10 der Kavität 4. In einem weiteren Schritt des Verfahrens wird in die - wie weiter oben beschrieben - ausgebildete Kavität 4 eine fließfähige Masse M eingebracht. Die fließfähige Masse M, z. B. ein erwärmter Kunststoff, wird über den Extruder 1 1 , der mit einem Ringspalt 12 durch das erste offene Ende 9 in die Kavität 4 mündet, in die Kavität 4 eingebracht. Dazu ist am Extruder 1 1 beispielsweise ein beheizbarer und temperierbarer Spritzkopf 21 vorgesehen. Für die
Temperierung der einzubringenden Masse M kann beispielsweise ein Heißkanalsystem mit einer Düse bzw. einer Heißkanaldüse verwendet werden.
Besonders vorteilhaft ist die kontinuierliche Fertigung des Rohrs 1 im Extrusionsverfahren, wodurch dessen Herstellungskosten gering sind. Der Ringspalt 12 ist dabei durch eine Öffnung auszubilden, in dessen Zentrum ein Dorn positioniert ist. Der Dorn kann bis in die Kavität 4 hineinreichen, wodurch die noch weiche Masse M von innen gestützt wird. Auch ist hierdurch auf einfache Weise ein Glattrohr, das heißt ein Rohr 1 mit glatter Rohrinnenseite, herstellbar. Bevorzugt wird der Dorn temperiert. Damit kann die auxetische-Struktur 3a in hoher Qualität ausgebildet werden. Zusätzlich oder alternativ kann ein Stützdruck oder ein Au ßenvakuum vorgesehen werden.
In einer wichtigen Variante des Verfahrens weisen die erste und die zweite Werkzeugform 5, 6 jeweils wenigstens zwei Werkzeugbacken 13a, 13b auf, welche die Formflächen 8a, 8b ausbilden, wobei die Werkzeugbacken 13a, 13b der Werkzeugformen 5, 6 jeweils derart bewegt werden, dass jeweils die Werkzeugbacke 13a, 13b am zweiten offenen Ende 10 der Kavität 4 von der ausgehärteten Masse M abgehoben und am ersten offenen Ende 9 wieder auf die fließfähige Masse M aufgesetzt wird. Zur Produktion eines Rohrs 1 mit einer anderen auxetischen Struktur 3a auf der au ßenseitigen Mantelfläche 2 können die Werkzeugbacken 13a, 13b einfach ausgetauscht werden. In einem weiteren Verfahrensschritt wird die fließfähige Masse M in der Kavität 4 ausgehärtet. Danach wird die ausgehärteten Masse M aus der Kavität 4 entnommen bzw. aus der Kavität 4 herausgeschoben und auf Wunschmaß abgelängt. In Fig. 4 ist die Werkzeugbacke 13a zur Verwendung in einem zuvor beschriebenen
Rohrextruderwerkzeug 14 und zur Begrenzung der Kavität 4 des Rohrextruderwerkzeugs 14 mit der formgebenden Formfläche 8a gezeigt. Dabei weist die Formfläche 8a eine negativ- auxetische Struktur 3b auf, welche dazu dient, auf einer außenseitigen Mantelfläche 2 eines Rohrmantels 17 eine auxetische Struktur 3a auszubilden. Derartige Werkzeugbacken 13a sind einfach herstellbar und können bei Bedarf ausgetauscht werden.
Die negativ-auxetische Struktur 3b der formgebenden Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a kann durch spanende Bearbeitung oder beispielsweise auch durch Rapid Manufacturing, wie z. B. selektives Elektronenstrahlschmelzen, oder durch Laserablation erzeugt sein. Prinzipiell ist eine Vielzahl von Materialien mittels Rapid Manufacturing bearbeitbar, wie z. B. Metall, Keramik und Kunststoffe. Die Ausrichtung und Größe der Zellen kann nach spezifischem
Anwendungsfall ausgewählt werden.
Bei tiefen negativ-auxetischen Strukturen 3b und spröd-harter Masse zur Herstellung des Rohres kann es erforderlich sein, mehr als zwei Werkzeugbacken 13a zu einem Ring zusammenzufassen, um eine zerstörungsfreie Entformung zu erzielen. Benachbarte
Werkzeugbacken sollten die negativ-auxetischen Strukturen 3b fließend fortsetzen. Optional sind die Werkzeugbacken auch als Gleichteile ausbildbar. Des Weiteren besteht die Option, zwischen den negativ-auxetischen Strukturen 3b glatte oder abweichend strukturierte
Zwischenflächen in die Formfläche 8a einzubinden.
Es ist vorteilhaft, wenn die Werkzeugbacke 13a zumindest im Bereich der Formfläche 8a ein gut wärmeleitendes Material aufweist. Besonders bevorzugt ist die Formfläche 8a der
Werkzeugbacke 13a aus Metall ausgebildet. Bei dem Metall handelt es sich vorteilhafterweise um Aluminium oder Stahl oder um eine Aluminium- oder Stahllegierung. Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines Werkstoffs mit einer vergleichsweise geringen Dichte, um die zur Bewegung der Werkzeugbacke 13a aufzuwendende Energie möglichst gering zu halten.
Durch das Vorsehen eines gut wärmeleitenden Materials im Bereich der Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a oder das Vorsehen einer metallischen Formfläche 8a kann - während eines Verfahrens zur Herstellung eines Rohres 1 - dem erwärmten Rohrmaterial über die Werkzeugbacken 13a ein Großteil der Wärmeenergie entzogen werden. Zudem kann die dem Rohrmaterial entzogene Wärmeenergie relativ rasch und effizient abgeleitet werden. Damit ist das Abkühlen der Werkzeugbacken 13a, 13b und folglich das Aushärten des hergestellten Rohres 1 insgesamt relativ zeiteffizient.
Die Werkzeugbacke 13a weist eine optionale Kühlstruktur 15a auf, welche z. B. Kühlrippen und/oder einen Kühlkanal umfassen kann. Dabei kann die Kühlstruktur 15a von einer
Kühlflüssigkeit oder von Luft durchströmt werden. Auf diese Weise können die
Werkzeugbacken 13a während der Produktion des Rohres auf einer gewünschten oder konstanten Temperatur gehalten werden.
In einer weiteren Variante der Werkzeugbacke 13a ist vorgesehen, dass sie eine
Vakuumabsaugung 15b aufweist. Dadurch kann das Rohrmaterial während des
Herstellungsverfahrens bzw. das hergestellte Rohr 1 über ein Au ßenvakuum an die Formfläche 8a der Werkzeugbacke 13a herangesaugt werden. Auf diese Weise wird eine unerwünschte Verformung des Rohrmantels, insbesondere der außenseitigen Mantelfläche 2, verhindert. Besonders bei der Herstellung von Rohren 1 mit größeren Durchmessern sollte eine
Vakuumabsaugung 15b verwendet werden. Au ßerdem dringt hierdurch die fluide Masse gut und tief in die negative Gitternetzstruktur bzw. negativ-auxetische Struktur 3b ein.
Die Erfindung ist nicht auf eine der vorbeschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern in vielfältiger Weise abwandelbar. Sämtliche aus den Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung hervorgehenden
Merkmale und Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten, räumlicher Anordnungen und Verfahrensschritten, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Bezugszei chen l iste
Rohr 13b Werkzeugbacke außenseitige Mantelfläche 14 Rohrextruderwerkzeuga auxetische Struktur 15a Kühlstruktur
b negativ-auxetische Struktur 15b Vakuumabsaugung
Kavität 16 Umlaufvorrichtung erste Werkzeugform 17 Rohrmantel
zweite Werkzeugform 18 erste Rohröffnung
Formwerkzeug 19 zweite Rohröffnunga erste formgebende Formfläche 20 Zelle
b zweite formgebende Formfläche 21 Spritz- bzw. Extruderkopf erstes Ende der Kavität 22 innenseitige Mantelfläche0 zweites Ende der Kavität
1 Extruder M Masse
2 Ringspalt R1 Richtung der Zugspannung 3a Werkzeugbacke R2 Richtung der Zugspannung

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Herstellung eines Rohres (1 ) mit einer außenseitigen Mantelfläche (2), die eine auxetische Struktur (3a) aufweist,
umfassend die folgenden Schritte:
a) Ausbilden einer Kavität (4) zwischen einer ersten und einer zweiten Werkzeugform (5, 6) eines Formwerkzeugs (7), wobei formgebende Formflächen (8a, 8b) der ersten und der zweiten Werkzeugform (5, 6) einen Bereich der Kavität (4) mit einer negativen
Gitternetzstruktur begrenzen,
b) Einbringen einer fließfähigen Masse (M) in die Kavität (4),
c) Aushärten der fließfähigen Masse (M) in der Kavität (4), und
d) Entnahme der ausgehärteten Masse (M) aus der Kavität (4).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet dass der Bereich der Kavität (4) mit der negativen Gitternetzstruktur (3b) ringförmig geschlossen ist.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die
negative Gitternetzstruktur eine negativ-auxetische Struktur (3b) ist.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die negativ-auxetischen Strukturen (3b) der ersten und der zweiten Werkzeugform (5, 6) dieselbe Zellgeometrie aufweisen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass ein erstes Ende und ein zweites Ende der Kavität (9, 10) offen ausgebildet sind, wobei die fließfähige Masse (M) über einen Extruder (1 1 ) durch das erste offene Ende (9) in die Kavität (4) eingebracht wird und die Entnahme der ausgehärteten Masse (M) am zweiten offenen Ende (10) der Kavität (4) erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die formgebenden
Formflächen (8a, 8b) kontinuierlich von dem Extruder (1 1 ) wegbewegt werden.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Werkzeugform (5, 6) jeweils wenigstens zwei Werkzeugbacken (13a, 13b) aufweisen, welche die Formflächen (8a, 8b) ausbilden, wobei die Werkzeugbacken (13a,
13b) der Werkzeugformen (5, 6) jeweils derart bewegt werden, dass jeweils die
Werkzeugbacke (13a, 13b) am zweiten offenen Ende (10) von der ausgehärteten Masse (M) abgehoben und am ersten offenen Ende (9) wieder auf die fließfähige Masse (M) aufgesetzt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kavität (4) eine im Wesentlichen zylindrische Grundform aufweist.
9. Werkzeugbacke (13a, 13b) zur Verwendung in einem Rohrextruderwerkzeug (14) und zur Begrenzung einer Kavität (4) des Rohrextruderwerkzeugs (14) mit einer formgebenden Formfläche (8a, 8b), dadurch gekennzeichnet, dass die Formfläche (8) eine
Gitternetzstruktur aufweist.
10. Werkzeugbacke (13a, 13b) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die
negative Gitternetzstruktur eine negativ-auxetische Struktur (3b) ist.
1 1 . Werkzeugbacke (13a, 13b) nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch
gekennzeichnet, dass sie eine Kühlstruktur (15) aufweist.
12. Rohrextruderwerkzeug (14)
• mit wenigstens vier Werkzeugbacken (13a, 13b) nach einem der Ansprüche 9 bis 1 1 , wobei wenigstens zwei der Werkzeugbacken (13a) eine erste Werkzeugform (5) eines Formwerkzeugs (7) und wenigstens zwei der Werkzeugbacken (13b) eine zweite Werkzeugform (6) des Formwerkzeugs (7) ausbilden, und wobei formgebende Formflächen (8) der ersten und der zweiten Werkzeugform (5, 6) einen Bereich einer Kavität (4) mit einer Gitternetzstruktur begrenzen, wobei die Kavität (4) an einem ersten Ende (9) und einem zweiten Ende (10) offen ausgebildet ist,
• mit einem Extruder (1 1 ), der durch das erste offene Ende (9) in die Kavität (4) mündet, • mit einer Umlaufvorrichtung (16), mit der die Werkzeugbacken (13a, 13b) entlang der Kavität (4) von dem Extruder (1 1 ) wegbewegbar sind, und mit der zwei
gegenüberliegende Werkzeugbacken (13a, 13b) der ersten und der zweiten Werkzeugform (5, 6) am zweiten Ende (10) der Kavität (4) voneinander trennbar und am ersten Ende (9) wieder zusammenführbar sind, und
• mit einem Antrieb, mit dem die Werkzeugbacken (13a, 13b) der ersten und zweiten Werkzeugform (5, 6) entlang der Umlaufvorrichtung (16) angetrieben sind.
13. Rohr (1 ) mit einem Rohrmantel (17) sowie einer ersten und zweiten Rohröffnung (18, 19), dadurch gekennzeichnet, dass eine au ßenseitige Mantelfläche (2) des Rohrmantels (17) eine auxetische Struktur (3a) aufweist.
14. Rohr (1 ) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass dieses ein Glattrohr ist.
15. Rohr (1 ) nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die auxetische Struktur (3a) 15 % bis 60 % einer Wandstärke des Rohres (1 ) ausmacht, bevorzugt 20 % bis 55 %, ganz besonders bevorzugt 25 % bis 50%.
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