DE19750576A1 - Verfahren zum Gegenverformen beim Beulstrukturieren starrer, dünner Wände - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Beulstrukturierung, bei dem starre, zylindrische, dünne Behälterwände oder starre, gekrümmte Materialbahnen über im Abstand zueinander angeordneten Stützelementen mit Druck beaufschlagt und entgegen ihrer Krümmung gebogen werden.

Es sind zahlreiche Verfahren bekannt, um zylindrische, dünnwandige Mantel zu strukturieren und dadurch ihre Formsteifigkeit zu verbessern. Zu diesen Verfahren gehören das Einwalzen von Sicken in Dosen, Behälter und Materialbahnen oder das Einprägen von Strukturen mit Hilfe komplizierter Formwerkzeuge, um isotrope, d. h. allseitige Versteifungen zu erzielen. Diese mechanischen Strukturierungsverfahren besitzen den Nachteil, daß das zu strukturierende Material dabei stark plastifiziert wird und daß die Oberflächengüte des Ausgangsmaterials leidet, weil es durch innere und äußere mechanische Formwerkzeuge beidseitig gepreßt wird. Die Europäische Patentanmeldung 0 441 618 A1 beschreibt ein Strukturierungsverfahren, nach dem polyedrische Strukturen durch mechanische Formwerkzeuge (zwei Prägewalzen) erzeugt werden.

Ferner sind Strukturierungsverfahren bekannt, nach denen das zu strukturierende Material nur von einer Seite mit einem mechanischen Formwerkzeug in Berührung kommt, während von der anderen Seite ein hydraulisches oder pneumatisches Kissen auf das zu strukturierende Material Druck ausübt. Hierzu zählen die folgenden Verfahren: Um axiale Sicken in Dosen einzuprägen, ist eine Vorrichtung bekannt, mit deren Hilfe die Dose auf der Innenseite mit axialen, starren Elementen abgestützt und auf der Außenseite mit einer elastischen Rolle mit Druck beaufschlagt wird (DE 35 87 768 T2). Es ist auch vorgeschlagen worden (US Patent 4.576.669), eine Kunststoffolie über eine Walze zu führen, in der sich Näpfchen befinden, in die der Kunststoff durch Vakuum hineingezogen wird. Auf diese Weise läßt sich die Formsteifigkeit der Dose bzw. der Folie aber nicht verbessern. Ein Verfahren zum Einbeulen von Kunststoffolien, das runde Strukturen erzeugt, zwischen denen breite, nicht verformte Teilflächen stehen bleiben (Französische Anmeldung 1.283.530), ergibt ebenfalls keine nennenswerte Verbesserung der Formsteifigkeit.

Ferner ist ein Verfahren bekannt, nach dem dünne Materialbahnen oder Folien beulartig strukturiert werden. Dabei stützt man die gekrümmte, dünne Materialbahn oder Folie auf der Innenseite durch linienförmige Stützelemente ab und beaufschlagt sie von außen hydraulisch mit Druck. Auf diese Weise entstehen versetzte Beulstrukturen, die die Formsteifigkeit der Materialbahn verbessern (Deutsche Offenlegungsschrift 25 57 215, Deutsche Patentschrift DE 43 11 978), Die hydraulische Herstellung viereckiger oder hexagonaler Strukturen, ist in der unter PCT/EP 94/01043 veröffentlichten internationalen Patentanmeldung beschrieben worden (siehe dort Abb. 5b und 5c). Anstelle der hydraulischen Druckaufprägung läßt sich der Druck auch mittels eines nicht strukturierten, elastischen Kissens oder durch einen nicht strukturierten Elastomeren aufbringen. Die Stützelemente, gegen die die Materialbahn gedrückt wird, können aus einem auf dem Kern verschiebbaren, flexiblen Werkstoff (PCT/EP 94/01043) oder aus einem starren Werkstoff( PCT/EP 96/01608) bestehen.

Die Herstellung polyedrischer, beispielsweise wappenförmiger Strukturen, wobei das Material eine hohe Formsteifigkeit erhält und dabei nur geringfügig plastifiziert wird, ist in der internationalen Patentanmeldung Nr. PCT/EP 97/01465 beschrieben. Bei diesem Verfahren stellt sich eine mehrdimensionale Wandstruktur aus Beulfalten selbstorganisierend ein, indem man die Beulstrukturen durch Stützelemente nur vorgibt, so daß diese im Laufe der Strukturierung nach innen nachgeben, daß die Strukturfalten die Funktion der Stützelemente selbst übernehmen, und daß die Beulfalten und Beulmulden in freier Selbsteinstellung eine solche optimale Form annehmen, daß sie dem herrschenden Verformungsdruck bei minimaler Plastifizierung des Materials standhalten. Wenn die optimale geometrische Anordnung der Beulstrukturen und die optimale Form der Beulfalte auf diese Weise selbst gefunden wurden, lassen sich starre Stützelemente herstellen, die den sich frei einstellenden Beulstrukturen entsprechen. Dieses Verfahren läßt sich jedoch nicht für dünnwandige, zylindrische oder konische Wände anwenden, deren Durchmesser und Krümmungsradius während des Strukturierens nicht oder nur wenig verändert werden dürfen.

Bei dem in der Europäischen Patentschrift 0 441 618 A1 beschriebenen, rein mechanischen Formgebungsverfahren wird das Material erheblich plastifiziert, und dabei leidet die Oberflächengüte des Ausgangswerkstoffs. Die in DE 35 87 768 T2 beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von Längssicken verwendet linienförmige, axiale, starre Stützelemente und ein elastisches Druckelement. Die Formsteifigkeit des so strukturierten Materials mit den axialen Sicken ist jedoch unbefriedigend, da Sicken aus geometrischen Gründen keine mehrdimensionale Formsteifigkeit ergeben. Die in DE-OS 25 57 215, DE 43 11 978, PCT/EP 94/01043, PCT/EP 96/01608 und PCT/EP 97/01456 beschriebenen Umformverfahren erzeugen im Gegensatz zur Sicke durch versetze Beulstrukturen eine mehrdimensionale Formsteifigkeit bei geringer Plastifizierung des Materials und ohne Beeinträchtigung seiner Oberflächengüte. Bei diesen bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren wird vorausgesetzt, daß sich die zu strukturierende Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung eng an die Stützelemente anlegen läßt.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Beulstrukturieren anzugeben, das die Vorteile der bekannten Verfahren nutzt, ohne ihre Nachteile in Kauf zu nehmen.

Wenn ebene/flache Werkstücke gewünscht werden, ist die bekannte Beulstrukturierung von Nachteil, weil die Beulstrukturierung in die gekrümmte Materialoberfläche erfolgt und ein gekrümmtes Werkstück entsteht.

Zwar ist ein Richten von gekrümmten Werkstücken bekannt. Jedoch ist bei Werkstücken mit den eingangs beschriebenen Beulfalten eine erhebliche Verschlechterung der Werkstückeigenschaften zu erwarten, weil es durch das Richten zu einer Verformung der Beulfalten kommt. Die Erfindung setzt sich über diese Vorbehalte hinweg, indem ebene/flache Werkstücke nach der Erfindung dadurch erzeugt werden, daß zunächst eine polyedrische oder wappenförmige oder sechseckige oder ähnliche Beulstrukturierung in die gekrümmte Materialoberfläche erfolgt und das Material durch eine hin- und hergehende Bewegung gerichtet wird. Überraschenderweise verschlechtern sich die auf dem Wege zunächst erzeugten Beulfalten nicht oder nicht wesentlich. Das wird auf die Verformungsreserve dieser Beulstrukturierung zurückgeführt. Das besondere dieser Beulstrukturierung ist der Selbstorganisationseffekt. Das Material ist in besonderes schonender Weise verformt worden. Die Verfahrensweise geht davon aus, daß nicht alle Beulfalten festgelegt werden, sondern durch der Beulbeginn mit der ersten Beulfalte oder zwei Beulfalten, so daß das Material in Abhangigkeit von seiner Beschaffenheit die nächsten Beulfalten selbst bilden kann.

Allerdings läßt sich das erfindungsgemäße Verfahren noch wesentlich optimieren. Dabei geht die Erfindung von folgenden Erkenntnissen aus:
Zu den Nachteilen der bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren gehört, daß Schwierigkeiten bestehen, die zu strukturierende Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung eng an die Stützelemente anzulegen, wenn starre, rotationssymmetrische, beispielsweise zylindrische, dünne Behälterwände strukturiert werden sollen, deren Durchmesser und Krümmungsradius während des Beulstrukturierens nicht oder nur wenig verändert werden können. Denn die starre, zylindrische Wand soll aus geometrischen Gründen einen größeren Durchmesser aufweisen als der innere Stützelementkern. Daraus ergeben sich zwei Schwierigkeiten:
Erstens dadurch, daß die zylindrische Wand in dem Bereich, wo sie durch äußere Druckbeaufschlagung innen (konkav) an die Stützelemente gedrückt wird, zusätzlich Gegendeformationen (konvex) erfährt. Diese Gegendeformationen können dazu führen, daß die erzeugten Beulfalten stark verformt werden oder einknicken und so die Steifigkeit der strukturierten Wand verringern. Ahnliche Probleme können beim Beulstrukturieren von Materialbahnen nach dem kontinuierlichen Verfahren auftreten, wenn sich die Materialbahn im Bereich der Druckbeaufschlagung nicht vollkommen an die Stützelemente anlegt.

Die zweite Schwierigkeit kann aus einer mangelhaften optimale Zuordnung der Parameter entstehen: Durchmesser von Stützelementkern und zylindrischer Wand bzw. gekrümmter Materialbahn, Abstand der Stützelemente zueinander und Materialdicke, wie sie sich in etwa nach einer empirischen Näherungsgleichung aus dem bekannten Beulstrukturierungsverfahren (DE-OS 255 57 215) ergeben, da die Krümmungsradien von Stutzelementkern und Materialbahn bzw. die Durchmesser von Stützelementkern und zylindrischer Wand verschieden sind. Deshalb ist auch die Zahl der peripheren, d. h. in Transportrichtung der Materialbahn angeordneten, Beulstrukturen der zylindrischen Wand größer als die der peripheren Stützelemente des Kerns. Die Problematik liegt nun darin, daß sich die Zahl der peripheren Stützelemente des Kerns nicht so weit verringern läßt, daß die Zahl der peripheren Beulstrukturen der zylindrischen Wand den optimalen Beulstrukturen mit hoher Formsteifigkeit entspricht, ohne daß dabei gleichzeitig der Kern infolge der geringeren Zahl der Stützelemente eckig wird und große Gegendeformationen in der strukturierten Wand hervorruft.

Ein weiteres Problem der bekannten Verfahren zum Beulstrukturieren von dünnen Materialbahnen besteht darin, daß sich so strukturierte Bleche und Bänder "schüsseln" können, wenn man beulstrukturierte, gekrümmte Materialbahnen durch das herkömmliche Hin- und Herbiegen in die ebene Form richtet. Mit "Schüsseln" ist gemeint, daß sich die strukturierte Materialbahn beim Richten quer zur Transportrichtung der Materialbahn etwas nach innen wölbt. Dieses Einwölben bzw. "Schüsseln" hat seine Ursache im Prozeß des Beulstrukturierens selbst, bei dem das Material durch das mehrdimensionale Strukturieren etwas schrumpft, und ferner im Hin- und Herbiegen der Beulfalten mittels herkömmlicher Rollen beim Richten der Materialbahn in die ebene Form, bei dem sich die erzeugten Beulfalten durchbiegen und einknicken können. Eine isotrope Formsteifigkeit der so strukturierten Materialbahn wird nicht erreicht.

Die Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt dadurch, daß ein starres, zylindrisches bzw. konisches oder gekrümmtes, dünnes Material, das außen durch hydraulische oder pneumatische elastische, nicht strukturierte Elemente mit Druck beaufschlagt wird, gegen polyedrische, gekrümmte, vorzugsweise S-förmige und/oder wappenförmige Stützelemente gedrückt wird, wobei die Krümmungsradien des dünnen Materials einerseits und die der Stützelemente andererseits verschieden groß sind, und das Material unmittelbar beim Strukturieren oder nach dem Strukturieren entgegen ihrer Krümmung gebogen wird.

Bei Untersuchungen an starren, zylindrischen, dünnen Behältern oder starren, gekrümmten, dünnen Materialbahnen, deren Durchmesser viel größer bzw. deren Krümmungsradius viel kleiner war als der des Stützelementkerns, wurde überraschend gefunden, daß sich die Beulstrukturen auf materialschonende Weise herstellen lassen, obwohl die Krümmungsradien der zylindrischen Wand und die des starren Stützelementkerns verschieden sind und deshalb Gegendeformationen der strukturierten Wand auftreten können. Das gelingt dadurch, daß man das zu strukturierende Material von außen durch elastische Elemente gegen starre, polyedrische Stützelemente drückt, daß sich dabei die Behälterwand nur partiell an die Stützelemente anschmiegt und daß die Stützelemente vorzugsweise eine S-förmige Gestalt besitzen. Polyedrische, etwa wappenförmige Stützelemente besitzen diese Eigenschaft, weil sie peripher gekrümmte Beulfalten ergeben und deshalb bei einer Gegendeformation der Wand etwas abfedern und nur wenig plastifiziert werden. Gleichzeitig schont man dabei auch die Oberflächengüte der strukturierten Wand. Im Gegensatz dazu verhalten sich die herkömmlichen, geraden Beulfalten viel steifer, und deshalb werden das Material im Bereich der Beulfalten stark plastifiziert und seine Oberflächengüte beeinträchtigt, wenn Gegendeformationen auftreten. Es wurde ferner festgestellt, daß die Beulfalten senkrecht zur Transportrichtung der Materialbahn stärker ausgeprägt sind, wenn der Durchmesser des Stützelementkerns deutlich kleiner ist als der Durchmesser der zylindrischen Wand, da hierbei die Biegeumformungen größer sind, als wenn die gekrümmte Materialbahn bzw. die zylindrische Wand denselben Durchmesser besitzen. Durch die so versteiften Beulfalten senkrecht zur Transportrichtung der Materialbahn ergibt sich eine verbesserte isotrope Formsteifigkeit.

Eine weitere Ausgestaltung des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, daß die polyedrischen, gekrümmten, vorzugsweise S-förmigen bzw. wappenförmigen Beulstrukturen größere oder kleinere Strukturen besitzen, als dies beim bekannten Beulstrukturieren (entsprechend der Selbstorganisation) der Fall wäre, bei dem das zu strukturierende, dünne Material und der Stützelementkern dieselben Krümmungsradien (Durchmesser) aufweisen. Kleinere Beulstrukturen (d. h. eine größere Anzahl von Strukturen auf dem Behälterumfang), sind dann vorteilhaft, wenn nur geringe Gegendeformationen des Materials während des Beulstrukturierens auftreten sollen, und wenn beispielsweise eine strukturierte Wand ein ansprechendes Design erhalten soll. Größere Beulstrukturen (d. h. eine kleinere Anzahl von Strukturen auf dem Umfang), erweisen sich dann als vorteilhaft, wenn beispielsweise die zylindrische, strukturierte Behälterwand eine besonders hohe Formsteifigkeit besitzen soll.

Bei Untersuchungen zum anschließenden Richten von beulstrukturierten, zylindrischen Wänden oder gekrümmten Materialbahnen in die ebene Form wurde außerdem gefunden, daß sich das "Schüsseln" dadurch vermeiden läßt, daß die polyedrisch strukturierte, gekrümmte Materialbahn nach dem Verfahren gemäß der Erfindung zunächst durch ein Walzenpaar oder mehrere Walzenpaare vorgerichtet und dann durch zylindrische oder ballige Richtrollen in die ebene Form übergeführt wird. Bei diesem Verfahren biegt man die peripher gekrümmten Beulfalten zunächst durch ein Walzenpaar, dessen Spalt in etwa der Strukturhöhe der Beulfalten entspricht, in die gerade Richtung und richtet so die Materialbahn vor. Dieses an sich bekannte Verfahren zum Rollbiegen von flachem, nicht strukturiertem Halbzeug, wobei ein Walzenpaar und eine Anstellrolle zum Einsatz kommen, läßt sich zum Richten der strukturierten Materialbahn in die ebene Gestalt umfunktionieren. Damit wird nämlich der ursprüngliche Zweck dieser Vorrichtung umgekehrt: Ebenes, nicht strukturiertes Flachhalbzeug wird nicht gebogen, sondern gekrümmtes, strukturiertes Flachmaterial wird in die ebene Richtung gebogen, ohne daß die Beulfalten dabei durch das Gegenbiegen einknicken. Dann wird die vorgerichtete Materialbahn durch sanftes Gegen- und Rückbiegen mittels Rollen nachgerichtet, ohne daß die Beulfalten dabei einknicken. Auf diese Weise lassen sich polyedrisch, vorzugsweise S-förmig strukturierte, etwa wappenförmige, aber auch beispielsweise sechseckige Materialbahnen in die ebene Form richten. S-förmig, etwa wappenförmig strukturierte Materialbahnen besitzen einen weicheren Übergang zwischen den starren, peripheren Beulfalten und neigen deshalb beim Gegenbiegen der Materialbahn nicht so leicht zum örtlichen Einknicken. Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich in vielen Fällen beulstrukturierte Materialbahnen oder Bleche auf vereinfachte Weise auch dadurch in die ebene Form richten, daß entweder nur ein Walzenpaar mit Anstellrolle oder nur Richtrollen zum sanften Gegen- und Rückbiegen zum Einsatz kommen. Falls dabei infolge der Verformung und Plastifizierung der strukturierten Materialbahn zusätzliche, geringfügige Wellungen in der Materialbahn auftreten, beeinträchtigen diese das Aussehen nicht oder nur unwesentlich, weil beulstrukturierte Materialien das Licht diffus streuen und deshalb leichte Wellungen der Materialbahn optisch kaum wahrnehmbar sind. Im Gegensatz dazu verschlechtern bereits kleine Wellungen glatter, d. h. nicht strukturierter, Materialbahnen das Aussehen ganz wesentlich.

Sämtliche Rollen für das Walzenpaar bzw. für das Richten können mit einer elastischen Schicht überzogen sein, um die Oberflächengüte des strukturierten Materials nicht zu beeinträchtigen.

Nach dem Verfahren gemäß der Erfindung lassen sich so gerichtete, strukturierte Materialbahnen lose zu Coils aufwickeln, raumsparend transportieren und dann wieder in die ebene Gestalt aufbiegen, ohne daß sich dabei die ursprüngliche Form der gerichteten, strukturierten Materialbahn wesentlich verändert.

Die genannten Ausgestaltungen nach dem Verfahren gemäß der Erfindung, wie das Beulstrukturieren einer starren, zylindrischen oder konischen, dünnen Wand, das Beulstrukturieren einer starren, gekrümmten Materialbahn und das Richten einer strukturierten Materialbahn in die ebene Gestalt, weisen ein gemeinsames Merkmal auf: Polyedrische, vorzugsweise S-förmige, etwa wappenförmige und sechseckige Beulstrukturen lassen sich deshalb entgegen ihrer Krümmung verformen, weil sie Beulfalten besitzen, die im Falle einer Gegendeformation nur wenig plastifiziert werden und nicht einknicken. Deshalb ergibt sich eine hohe Formsteifigkeit so strukturierter Materialien. Diese Gegendeformation erfolgt unmittelbar beim Beulstrukturieren der zylindrischen bzw. konischen, starren Wand oder der gekrümmten, starren Materialbahn, während die Gegendeformation beim Richten der Materialbahn im Anschluß an das Beulstrukturieren stattfindet.

Der Erfindungsgedanke wird anschließend beispielhaft erläutert:

Fig. 1 zeigt als ersten Teilschritt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung beulstrukturierter, starrer, zylindrischer Wände mit einem Kern, auf dem Stützelemente angeordnet sind, und einer flexiblen Druckwalze (radialer Querschnitt).

Fig. 2 zeigt ebenfalls den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung beulstrukturierter Materialbahnen, die sich partiell an einen Kern, auf dem Stützelemente angeordnet sind, anlegen, und einer flexiblen Druckwalze (radialer Querschnitt).

Fig. 3 zeigt die Aufsicht auf Beulstrukturen, die mit Hilfe einer Vorrichtung hergestellt sind, die mitgekrümmten, etwa S-förmigen bzw. wappenförmigen Stützelementen auf dem Kern ausgestattet wurde.

Fig. 4 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Kern, auf dem segmentweise Stützelemente für das Beulstrukturieren angeordnet sind, und mit einer flexiblen Druckwalze zur Herstellung beulstrukturierter, starrer, zylindrischer Behälter oder Trommeln mit teilweise beulstrukturierten Wänden.

Fig. 5 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Walzenpaar und einer Anstellrolle und Richtrollen, um als weiteren Teilschritt die strukturierte, gekrümmte Materialbahn in die ebene Gestalt zu überführen.

Fig. 1 zeigt als ersten Teilschritt den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung beulstrukturierter, starrer, zylindrischer Materialbahnen oder Trommeln, beispielsweise für zylindrische Behälter oder auch für Dosen bzw. Fässer, die an ihren Stirnseiten versteifende Bördelungen oder Sicken aufweisen können.

Die zylindrische Wand 1 wird mittels der elastischen Druckwalze 4 an den Kern 2 gedrückt, auf dem die Stützelemente 3 angebracht sind, und mit Druck beaufschlagt. Fig. 1 zeigt den radialen Querschnitt, in dem nur die Stützelemente 3, die quer zur Transportrichtung der Wand 1 angeordnet sind, sichtbar sind. Die peripheren, d. h. in Transportrichtung der Wand angeordneten, Stützelemente sind im radialen Querschnitt der Fig. 1 nicht sichtbar. Da der Durchmesser des Stützelementkerns 2, 3, viel kleiner ist als der Durchmesser der zylindrischen Wand 1, wird die Wand 1 zwischen den beiden Stützelementen 3 eingebeult und dann durch Andrücken der elastischen Druckwalze stärker um das Stützelement 3 gebogen. Dadurch prägen sich die Beulfalten quer zur Transportrichtung der Wand 1 tiefer aus. Gleichzeitig kommt es zu Gegendeformationen der zylindrischen Wand 1 unmittelbar vor und nach der so erzeugten Beulstruktur. Diese Gegendeformationen wirken sich auf die peripheren Beulfalten 7 aus, die sich durch die peripheren Stützelemente bilden. Die peripheren Stützelemente sind in Fig. 1 nicht sichtbar.

Fig. 2 zeigt analog zu Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung zur Herstellung beulstrukturierter Materialbahnen 5. Die Materialbahn 5 wird mittels der elastischen Druckwalze 4 an den Kern 2 gedrückt, auf dem die Stützelemente 3 angebracht sind, und mit Druck beaufschlagt. Wenn man die glatte Materialbahn 5 horizontal oder nur schwach geneigt der Vorrichtung zuführt und die strukturierte Materialbahn 5 horizontal oder nur schwach ansteigend die Vorrichtung verläßt, kann sich die Materialbahn im Bereich des Beulstrukturierens nicht flächig an den Stützelementkern 2, 3 anlegen. Das gilt insbesondere dann, wenn die Materialbahn 5 vergleichsweise dick ist und sich starr verhält. Da die Krümmung des Stützelementkerns 2, 3, erheblich größer ist als die Krümmung der Materialbahn 5, wird die Materialbahn 5 zwischen den beiden Stützelementen 3, die mit Druck beaufschlagt werden, eingebeult und dann durch Andrücken der elastischen Druckwalze stärker um das Stützelement 3 gebogen. Dadurch prägen sich die Beulfalten quer zur Transportrichtung der Wand 1 tiefer aus. Gleichzeitig kommt es zu Gegendeformationen der peripheren Beulfalten 7 in der Materialbahn 5.
In Fig. 3 sind in einer Aufsicht gekrümmte, etwa S-förmige, beispielhaft wappenförmige Strukturen schematisch dargestellt. Die strich-markierte Linie 6 deutet in einer Aufsicht den radialen Querschnitt der zylindrischen Wand in Fig. 1 an. Die S-förmig gekrümmten, etwa wappenförmigen Beulfalten 7 und 8 ergeben sich beispielsweise dadurch, daß die peripheren Stützelemente (in Fig. 3 unterhalb der peripheren Beulfalten 7 angeordnet) in einer S-förmigen Gestalt in die Stützelemente 3 (in Fig. 3 unterhalb der Beulfalten 8), die quer zur Transportrichtung der Wand 1 oder der Materialbahn 5 angeordnet sind, übergehen. Durch die Gegendeformationen der Wand 1 und der Materialbahn 5 während des Beulvorgangs werden die peripheren Beulfalten 7 hin- und hergebogen. Diese peripheren Beulfalten 7 weisen u. a. deshalb eine gekrümmte, etwa S-förmige bzw. wappenförmige Gestalt auf, damit sie im Gegensatz zu geraden Beulfalten elastischer und leichter verformbar sind, ohne bei Gegendeformationen durchzubiegen oder einzuknicken.

Fig. 4 zeigt beispielhaft den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung mit einem Kern 2, auf dessen Umfang segmentweise die Stützelemente 3 für die beulstrukturierten Bereiche 9 einerseits und glatte Stützflächen 10 für ausgesparte, nicht strukturierte Bereiche 11 der zylindrischen Wand bzw. der Materialbahn andererseits angeordnet sind. Dieses Beulstrukturierungsverfahren eignet sich deshalb für das Versteifen starrer, zylindrischer Behälter oder Trommeln, beispielsweise für Waschmaschinen oder Wäschetrockner, mit segmentweise angeordneten Beulstrukturen, die gleichzeitig ein ansprechendes Design aufweisen.

Fig. 5 zeigt den schematischen Aufbau einer Vorrichtung zur Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung, mit der beulstrukturierte Materialbahnen als weiterer Teilschritt in die ebene Gestalt gerichtet werden. Die beulstrukturierte Materialbahn 5 aus der Vorrichtung in Fig. 2 wird zunächst mittels eines Walzenpaares 12 und einer Anstellrolle 13 vorgerichtet und dann beispielsweise in einer 5 Rollen-Richteinheit mit drei Rollen 14, die gegen die Beulkalotten 16 der Materialbahn drücken, und zwei Rollen 15, die gegen die Beulfalten 17 der Materialbahn drücken, mehrfach sanft gegen- und rückgebogen und dadurch nachgerichtet. Das Walzenpaar 12, dessen Spalt d in etwa der Strukturhöhe der Beulfalten entspricht, besitzt eine zylindrische oder etwas ballige Gestalt, und die Walzen sind vorzugsweise mit einer elastischen Schicht überzogen. Die Anstellrolle 13 ist unmittelbar vor der oberen Wälzrolle 12, die gegen die Beulkalotten 16 der Materialbahn drückt, angeordnet und biegt die Materialbahn sanft in die ebene Richtung, ohne Knicke in der Struktur hervorzurufen. Sämtliche Rollen 14 und 15 sind vorzugsweise mit einer elastischen Schicht überzogen, damit die Beulstrukturen nicht eingeebnet werden und die Oberflächengüte der strukturierten Materialbahn nicht beeinträchtigt wird. Bei einem sanften Gegen- und Rückbiegen der strukturierten-Materialbahn lassen sich nicht nur S-förmig, etwa wappenförmig, sondern auch andere polyedrisch strukturierte, beispielsweise sechseckige Materialbahnen in die ebene Form richten.

Im Sinne der Erfindung umfaßt der Begriff Walzen auch Rollen und umgekehrt.

Claims (20)

1. Verfahren zur Beulstrukturierung, bei dem gekrümmte, dünne Materialbahnen über im Abstand zueinander angeordnete Stützelementen abgestützt werden und bei dem an der gegenüberliegenden Seite insbesondere pneumatisch oder hydraulisch oder mittels eines Elastomers ein Verformungsdruck so aufgebracht wird, daß sich Beulfalten einstellen, dadurch gekennzeichnet,

• a) daß die Beulfalten sich selbst organisierend Strukturen bilden oder
• b) die Beulfalten durch die Stützelemente so vorgegeben werden, daß sie in wesentlichem Umfang von dem Selbstorganisationseffekt Gebrauch machen,
• c) wobei der Krümmungsradius der Stützelemente und der Materialbahn (1, 5) verschieden sind und
• d) wobei die strukturierte Materialbahn durch Biegung entgegen ihrer Krümmung gerichtet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Draufsicht polyedrische Beulstrukturen gebildet werden.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Draufsicht wappenförmigen Beulstrukturen gebildet werden.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in einer Draufsicht sechseckige Beulstrukturen gebildet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Draufsicht S-förmige Beulfalten gebildet werden.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Beulfalten entgegen ihrer Krümmung verformt werden und/oder eine Gegendeformation erzeugt wird.

7. Verfahren nach einem der Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Verwendung von Stützelementen, die gerundete Konturen im Faltenquerschnitt ergeben.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch stärke Beulfalten quer zur Transportrichtung.

9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch eine größere Krümmung an dem Material bzw. an den Stützelementen.

10. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das beulstrukturierte Material mit mindestens einem Walzenpaar gerichtet wird, von dem mindestens eine Walze anstellbar ist und/oder die Walzen gemeinsam oder einzeln bzw. als Walzenpaar in gleicher oder unterschiedlich quer zur Transportrichtung bewegt werden.

11. Verfahren nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch einen Walzenspalt, der gleich oder größer als die Höhe der Beulfalten ist.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, gekennzeichnet durch eine sanfte Wellenbewegung des beulstrukturierten Materials beim Richten.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch die Verwendung balliger und/oder sich mittig verjüngender Walzen.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine höchstens flache Neigung der Materialbahn beim Eintritt und/oder Austritt in bzw. aus der Beulstrukturierungsvorrichtung und/oder Eintritt bzw. Austritt aus der Vorrichtung zum Richten.

15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch einen Neigungswinkel von höchsten 20 Grad.

16. Verfahren nach Anspruch 1 und 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen des Walzenpaares mit einer Gummischicht überzogen sind.

17. Verfahren nach Anspruch 1 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Walzen des Walzenpaares aus einem metallischen Werkstoff gefertigt sind.

18. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 17, gekennzeichnet durch die Anwendung auf beulstrukturierte Wände für Dosen, Fässer und Trommeln, deren Rümpfe steife Bördelungen oder Sicken aufweisen.

19. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 18, gekennzeichnet durch segmentweise Beulstrukturierung.

20. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 6 und Anspruch 10, gekennzeichnet durch die Herstellung von Trommeln, für Waschmaschinen oder Wäschetrockner.