CN102333602B - 扭弯空心杆的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于制造形成栏栅或栏杆金属结构的元件的空心杆(10)的方法，其中为了装潢或装饰的目的，所述杆被手动地、由机器帮助或自动化机器而扭弯成螺旋形状。通过提供由可以铰接结合以互补地互相固定以形成空心杆(10)的分离的纵向部件(200，202)组成的空心杆(10)，纵向结合器件(204，206)因此受到增加的扭弯应力，以使得每个部件(200，202)可以在不破坏材料的疲劳极限的情况下被扭弯，并且杆(10)作为一个整体能够在其弹性限度内进行更多的螺旋扭弯。因此，为了重新工作、调节或重新安装，被扭弯的杆可以被释放。一些示例性的接头实施方案、内部和外部支护附件也被公开，以满足不同的纵向部件的制造，例如通过挤压或辊轧。

Description

扭弯空心杆的方法

技术领域

公开了一种将空心杆扭弯为期望的纵向扭弯螺旋形状的方法。该空心杆可以形成栏栅、栏杆、金属结构以及类似建筑元件的部分或者全部，其中扭弯螺旋形状可以用作装潢或装饰目的。还公开了多个用于扭弯空心杆的零件或部件。

背景技术

除了提供防护作用，形成栏栅、格栅、分隔物、栏杆、其他金属结构工件、门窗的透空罩或防护栏、百页窗、格子窗以及类似的建筑或家具元件的整排杆可以被处理以改进其原有简朴的围隔外观。尤其是，为了美感或装饰，每个杆都可以被有目的地沿着其纵向轴线变形或者定形成特定的扭弯样式，产生扭弯或螺线状的螺旋。

美国专利第5,107,694号(Kemp)公开了通过一装置将这种扭弯运用到杆或带的实例。由于材料条或细杆是实心的，现有技术中的这种装置可以利用辊轧机来形成杆上面的螺线扭弯。通常，为了提供必要的拉伸强度，杆并非必需是实心的，诸如示为I型梁（或H型梁）横截面的杆。也众所周知的是，虽然I型梁的翼缘（水平元件）对于承受腹板（竖直元件）平面内的弯曲和剪切非常有效，但是在承受扭曲方面是低效的，在承受扭曲方面，空心结构截面是优选的。

本领域中已知的用于扭弯空心或管状元件的方法包括在美国专利第5,410,808号（Geppelt等）中公开的用于扭弯空心双壁管（即具有圆柱形横截面的杆）的方法。现有技术中用于扭弯具有矩形横截面的空心棒的方法包括美国专利第5,771,726号（Bibby等），该专利公开了用于扭弯用作窗帘导轨的具有开缝矩形外形的空心棒的方法和装置。除了允许窗帘棒在端部相同扭弯美感地被伸长的伸缩特征以外，Bibby的这篇文献也提到开缝杆的问题：与闭缝或者无缝或者管状杆相比，对扭弯有更大的弹性，这是由于在从扭弯装置释放后，或者当力的力矩移走时，这些杆倾向于部分或全部地回弹到其未扭弯状态。

对于管状杆而言，扭弯常常是不可逆的，并且一旦被扭转，一旦破坏了材料的弹性点，材料就会永久变形。随后在杆上进行的任何工作会因此导致材料疲劳或者材料失效。所以，期望在制造扭弯杆的过程中保持一定的弹力，以使得扭弯可以一定程度地退回，并且可以重新扭弯来调整到合适的长度、美感，而并不影响拉伸或结构强度，并且使得如果产生微小的工艺误差或者需要规格的细微调整，正在进行制作的杆无需被丢弃。当然，众所周知，材料的弹力和从变形中的恢复取决于使用的材料（诸如空心杆是否由金属、合金或聚合物（包括塑料）制成）以及它的材料特性（如弹性、扭曲强度、剪切强度和拉伸强度等）。

发明内容

在本发明中已经尽力为空心杆的制造做准备，所述空心杆的构造为扭弯应力提供了增加的弹性。由于该弹性，也已经尽力为用于扭弯和支护所述杆的扭弯形状的各种器件和方法做准备，所述器件和方法取决于用于制造空心杆或其部件和零件的材料的性质，例如金属型材是否是被挤压出的，或者空心杆部件是否由（被冲压、压制或弯曲成形的）金属板材或金属条，辊轧、挤压的塑料型材等成形。

本发明的创造性构思是提供分离的纵向部件，所述纵向部件可以被装配组成空心细长构件，以使得在没有破坏材料的疲劳极限的情况下每个部件都可以被扭弯。在释放扭弯应力或者移走力的力矩之后，由于部件的材料弹性，部件可以基本回到其原始形状。因此，除了为每个空心杆增加螺旋旋转，还可以为重新使用或者重新扭弯以进行调整或者重新安装而释放扭弯的杆。

为了这些目的，本发明包括将空心细长构件纵向扭弯到期望的螺旋形状的方法，该方法包括制造多个整体带有接头器件的纵向部件，所述纵向部件可互补地相互固定，以形成所述空心细长构件。在用所述接头器件将所述多个纵向部件固定以装配所述空心细长构件之后，已装配的空心细长构件随后被扭弯到期望的螺旋形状。

本发明的一个特征是接头器件的存在，所述接头器件容忍受限的枢轴运动，该受限的枢轴运动由于所述空心细长构件的扭弯产生的力的力矩所引起。所述接头器件可以沿着所述纵向部件中的每一个的连接边缘设置，并因此能够形成连续的纵向接头。所述接头器件可以从包括铰接接头、球窝接头、枢轴接头和单轴接头的榫槽类型中的任意一个或组合中选择。

本发明的其他特征是所述纵向部件可以由挤压、冲压、压制、弯曲或辊轧方法中的任意一种或组合来制造。优选地，所述空心细长构件包括一对相同的纵向部件，其互补地形成所述空心细长构件。进一步优选地，所述空心细长构件具有从包括三角形；包含矩形、正方形、菱形、平行四边形、立方形（cuboid）的四边形；椭圆、卵形等等中任一个的多边形中选择的横截面外形。

本发明的一个方面是提供支护，以保持所述空心细长构件处于所述期望的扭弯的螺旋形状。在一个实施方案中，所述支护包括：与所述纵向部件整体制造的装置，在装配之后，所述装置能够在所述空心细长构件内形成内部支护装置。优选地，所述内部装置部件包括套筒，该套筒由与所述纵向部件中的每一个成整体的互补半圆柱形半部分（halves）而形成，并且其中所述半圆柱形半部分通过套管接头可互相接合。更优选地，棒可插入所述套管，并且在所述空心细长构件的每个端部使用保持销来刺穿所述套管和所述棒，从而防止期望的螺旋形状散开。

在另一个实施方案中，所述支护步骤包括提供附有多个支护板的棒，所述支护板沿着所述棒以合适的间隔和取向放置，以内部地支撑所述空心细长构件的期望扭弯的螺旋形状。所述支护板优选地设有用于插入接缝的槽，所述接缝由辊轧的纵向部件的边缘形成。

所述支护装置的又一个实施方案包括在所述空心细长构件的每一个端部处设置端部支护器件，以防止所述期望扭弯的螺旋形状散开。优选地，所述端部支护器件被连续地设置以用于一排的空心细长构件。

使用上述方法的产品或部件包括前述纵向部件、空心细长构件，并且根据前述方法扭弯的多个空心细长构件形成栏栅、格栅、分隔物、栏杆、金属结构工件的装潢或装饰元件、门窗的透空罩或防护栏、百页窗、格子窗以及类似的建筑或家具元件中的全部或部分。

附图说明

根据带有下文详细描述的示例性和非限制性的附图，可以理解本发明，其中：

图1示出了根据本发明的空心杆的第一实施方案的横截面图；

图2以被支护和扭弯的空心杆的不同阶段的立体外形图示出了第二实施方案；

图3举例了带有保持器件的第二实施方案的横截面图；

图4和图5描绘了根据本发明的空心杆组件中两个替代的接头器件；

图6示出了根据本发明的空心杆的第三实施方案的横截面图；

图7示出了第四实施方案，其中外部支护器件被用以保持空心杆的扭弯外形；

图8例示了第五实施方案，其中内部支护器件被用于相同目的；

图9描绘了图8中实施方案的横截面图和该实施方案中接头的细节；

图10示出了根据本发明的空心杆的第六实施方案的横截面图；

图11以被加强和扭弯的空心杆的不同阶段的立体外形图示出了第六实施方案；

图12举例了第六实施方案，其中内部支护器件被用于保持扭弯形状；

图13描绘了第七实施方案，其中内部支护器件用于保持横截面外形，而不是用于扭弯保持的目的；

图14示出了由外部支护器件保持的第七实施方案；

图15示出了第八实施方案，其中内部支护器件被用于保持空心杆的扭弯外形；

图16例示了带有内部支护器件的第八实施方案的横截面图。

具体实施方案

为了描述的方便并避免重复，说明书中采用的一些术语具有下列含义：

“空心杆”可以包括空心细长构件、管状构件以及可以被用作栏杆、栏栅、格栅和类似金属结构的空心杆元件的类似成型件；以及

“扭弯”包括施加动作或力以沿着空心杆的纵向轴线扭弯空心杆，从而产生所述杆的扭弯、螺旋变形；以及

“力矩”或者“力的力矩”被解释为施加到杆以产生所述扭弯或螺旋变形的力矩。

为了在空心杆被扭弯到期望的螺旋形状的同时增加空心杆对扭弯应力的弹性，现已经提出用多个纵向部件（100、102）制造空心杆，例如在图1中以横截面图示出的一个示例性空心杆，所述纵向部件（100、102）可以互补地彼此固定，以形成完整的空心杆或细长构件（10）。所述部件（100、102）中的每一个都设有可以互补地固定到其他部件的接头器件上的接头器件（106、108），借此，将纵向部件（100、102）捆扎以形成完整的空心杆（10）。

纵向部件（100、102）中的每一个都可以通过批量生产来制造（例如通过辊轧或挤压），以使得随后在别处可以使用人工操作的机器或自动化机器来装配所述批量生产的部件，从而将所述部件插入或卡入到空心杆中，尽管也可以手工完成组装。完成的空心杆也可以手工或者在机器或操作员控制的帮助下扭弯，或者由自动化机器扭弯。因此，对于手动组装和手动扭弯，纵向部件（100、102）因此可能以在五金商店作为备用部件生产并销售，以使得DIY（“自己动手”）用户可以在接头处插入或卡入之前购买少量待被切割成期望长度的部件，以完成杆的组装并手动地将其扭弯到期望的螺旋形式。

一旦纵向部件（100、102）被装配并接合以形成空心杆（10），完成的空心杆（10）随后可以被扭弯或被施加扭弯应力以实现期望的螺旋形式。由于多个纵向部件（100、102）之间的多个接头（106、108），在接头处或者沿着相邻纵向部件的接缝或接合边缘允许受限的枢轴运动，以从由扭弯引起的力的力矩中提供一些应力释放。因此，在该构造中，空心杆作为一个整体能够在没有达到材料疲劳或永久变形的情况下承受更大的扭弯应力。

接头器件（106、108）可以从包括铰接接头、球窝接头、枢轴接头和单轴接头的榫槽（tongue-in-groove）类型中的一个或几个的组合中选择。例如，明显的是，图1中（106，108）、图3中（106，108）、图4中（106，108）、图5中（204，206）、图6中（204、206）和图9中示出的铰接接头，图13和16中（410）以如下形式示出的铰接接头的变体：接缝被卷至或插入图10和图12所示的一条形卷边槽（308）中。

上文的描述和附图中明显的是，纵向部件可以由常规的挤压、冲压、压制、弯曲或辊轧方法中的任何一个或几个的组合来制造。例如，如图10所示，空心杆可以包括已经由辊轧方法形成的两个纵向部件（301、302）和可以通过挤压来制作、并放置在杆的空心部件中的支护器件。在图1的实施例中，支护器件可以通过挤压与纵向部件整体形成。

为了制造和装配的容易，纵向部件可以被设计为多个纵向部件是相同的，以使得多个相同部件可以被互补地装配以形成空心杆。例如，图1空心杆的波形平行四边形横截面可以由两个相同的纵向部件（100、102）形成，纵向部件（100、102）也为互补和整体延伸进入已完成杆的空心部件做准备，从而为内部支护器件做准备。为了美感，空心杆的横截面外形可以从合适的多边形外形中选择。

其他多边形外形的实例可以包括三角形、四边形，包含矩形、正方形、菱形、立方形、平行四边形，以及圆形，包含椭圆、卵形和类似形状。尽管纵向部件数量的增加可以增加空心杆扭弯的灵活度和弹力，但是为了制造和装配的容易，最好将数量限制为两个部件。

如上文已经介绍的，可以优选地设置一些形式的使空心杆保持为矩形和扭弯形式的支护，以防止扭弯或螺旋形式的倒塌和散开。这些支护的实例——包括内部支护和外部支护——都将在下文中参考附图描述。

如前文描述的，图1示出了具有近似平行四边形横截面的空心杆（10），该空心杆包括两个相同纵向部件（100、102），所述纵向部件（100、102）可以通过铰接接头器件（106、108）沿着纵向边缘彼此接合。在该实施方案中，内部支护器件以半圆柱形半部分或半圆柱形壁的形式提供，所述半圆柱形半部分或半圆柱形壁通过连接翼（tiewings）被整体连接到纵向部件的内表面。每个半圆柱形壁的边缘可以形成有套管接头，所述套管接头可以是互补地接合以形成套管或圆柱形管（116）的榫槽接头器件（110、112）。

图2连续地示出了棒（118）可以如何插入在空心杆被扭弯成期望螺旋形式之前形成的圆柱形管（116）。如图3所示，为了保持螺旋或防止不能扭弯成螺旋，保持销（120）可以被用于在杆（10）的每个端部刺穿套管（116）和棒（118）。

铰接接头的许多变形可以被使用，例如在图4和图5中示出的榫槽类型的基本变形。图5中示出的接头类型的一个应用被用在图6示出的纵向部件（200、202）中，图6中空心杆不包括任何内部支护器件。相反，以端部框架（210、212）形式的外部支护器件用于保持扭弯的空心杆（208）的端部，以防止其螺旋形状的散开。端部框架可以是上端部框架（210）中示出的孔槽（214）类型或者是下端部框架（212）中示出的开孔或凹口（213）类型中的一种或组合，其中，端部框架上的凹口或开孔使得空心杆的宽度截面被插入其中。如图7中进一步示出的，可以沿着端部框架设置一系列孔或槽（214）和/或凹口（213），以保持一排扭弯的空心杆（208）。

图8和图9中示出了内部支护的另一个实施方案，其中，没有使用被插入穿过与纵向部件整体形成的套管的棒，而是使用具有矩形横截面的管（216）。支护板（218）被用于代替整体套管，借此，提供对应于矩形管（216）横截面的孔口，以使得该管能够被插入穿过支护板（218）。如图8示出的，支护板（218）可以按这样的取向插入，使得在插入点处适合扭弯的空心杆。板（218）插入的横截面视图以及适于容忍空心杆的接头和在该接头（209）附近的内拐角的板（218）的尖端的细节图在图9中示出。按此方式，支护板（218）能够紧靠矩形管（216）在杆的空心截面中提供滑动配合，并且有效地保持杆的扭弯形式。

根据需要的扭弯角度和用于制造纵向部件的材料的弹力，可以沿着矩形管（216）的螺旋形式在合适的方向上采用多于两个的支护板（218）。

对于辊轧的空心杆（300），虽然可以通过冲压、弯曲或压制、辊轧方式来制造纵向部件（301、302），但是需要内部部件来帮助接合纵向部件（301、302）的边缘，例如在图10中示出的。根据所需要的内部支护，内部部件（306）可以由与纵向部件（301、302）相同或不同的材料制造，并且可以通过挤压或模压来制造。

内部部件（306）可以包括卷边槽（308），借此，纵向部件（301、302）的边缘可以被卷入以形成有缝的接头。在最基本的构造中，两个条状卷边槽（308）可以被设置以完成纵向部件（301、302）的接合，从而形成完整的空心杆。在图13中，卷边槽（410）可以经由包括宽度肋条（404）的内部带（408）互相连接，以及交叉连接到厚度肋条（406），该厚度肋条（406）用于保持空心杆被扭弯时的厚度。

内部部件（306）的另一个优选特征在图10中示出，其中内部支护器件以半圆柱形半部分或半圆柱形壁的形式提供，通过类似于在图1中描述的连接翼被整体连接到纵向部件的内表面。每个半圆柱形壁的边缘可以形成有套管接头（所述套管接头可以是互补地接合的榫槽接头器件（312、314））以形成套管或圆柱形管（316）。

图11连续地示出了棒（318）可以如何被插入在由辊轧的纵向部件（301、302）形成的空心杆（304）被扭弯成期望螺旋形式之前形成的圆柱形管（316）。为了保持螺旋或防止不能扭弯成螺旋，保持销（320）可以被用于在套管（316）的每个端部刺穿套管（316）和棒（318），如图12所示。如图14中示出的，正如上文中关于图7所描述的，外部支护器件（420、422）可以类似地被设置用于保持扭弯的空心杆（418）。

图15和图16示出了由辊轧的纵向部件形成的空心杆的另一个实施方案，其中显示一对所述部件互相接合，其中接缝被卷入。如图15示出的，内部支护以这样的形式来设置：一个具有矩形横截面的棒（426）和多个支护板（428），这些支护板带有适合的孔口以允许所述棒穿过，并且这些支护板以这样的取向沿所述棒设置，使得适合空心杆的扭弯的螺旋形状。为了顾及空心杆的卷边接缝，在支护板（428）的端部设置了切口（430）。

应注意到，前文描述和附图仅仅描述了空心杆构造、以及取决于空心杆长度和外形的内部和外部支护器件、形成杆的多个纵向部件、形成栏杆、栏栅、格栅等等的一列杆的许多可能变形中选择的实施方案。除了这些可能的实施方案，上文描述的本实施方案的许多特征也可以在不偏离本发明的主旨和工作原理的情况下得到修改、替换和改进。这些修改应被认为是落在以下权利要求的意义和范围内。

Claims (17)

1.一种将空心细长构件（10）纵向扭弯到期望的螺旋形状的方法，包括：

（a）制造多个整体带有接头器件（106、108）的纵向部件（100、102），所述纵向部件（100、102）互补地彼此固定，以形成所述空心细长构件（10）；

（b）用所述接头器件（106、108）将所述多个纵向部件（100、102）固定，以装配所述空心细长构件（10）；以及

（c）将已装配的所述空心细长构件（10）扭弯到所述期望的螺旋形状；

（d）支护以保持该空心细长构件（10）处于期望扭弯的螺旋形状，

其中所述支护步骤包括：与所述纵向部件整体地制造装置，在装配之后，所述装置能够在所述空心细长构件内形成内部支护装置。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述接头器件（106、108）容忍受限的枢轴运动，该受限的枢轴运动由于所述扭弯产生的力的力矩所引起。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述接头器件（106、108）沿着所述纵向部件中的每一个的连接边缘设置，从而能够形成一个连续的纵向接头。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述接头器件从包括铰接接头、球窝接头、枢轴接头和单轴接头的榫槽类型中的任意一个或组合中选择。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述纵向部件由挤压、辊轧、冲压、压制或弯曲方法中的任意一种或组合来制造。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述空心细长构件（10）包括一对相同的纵向部件（100、102），其互补地形成所述空心细长构件（10）。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述空心细长构件（10）具有从包括三角形；包含矩形、正方形、菱形、平行四边形的四边形中任一个的多边形中选择的横截面外形。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述内部支护装置包括套管（116），该套管由与所述纵向部件（100、102）中的每一个成整体的互补半圆柱形半部分（104、105）形成，并且其中所述半圆柱形半部分（104、105）通过套管接头（110、112）互相接合。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括将棒（118）插入所述套管（116），并且在所述空心细长构件的每个端部使用保持销（120)来刺穿所述套管和所述棒，从而防止所述期望的螺旋形状散开。

10.根据权利要求1所述的方法，其中所述支护步骤包括：提供附有多个支护板（428）的棒（426），所述支护板沿着所述棒以合适的间隔和取向放置，以内部地支撑所述空心细长构件的期望扭弯的螺旋形状。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述支护板（428）设有用于插入接缝的槽，所述接缝由辊轧的纵向部件的边缘形成。

12.根据权利要求1所述的方法，其中所述支护步骤包括在所述空心细长构件的每一个端部处设置端部支护器件，以防止所述期望扭弯的螺旋形状散开。

13.根据权利要求12所述的方法，其中所述端部支护器件被连续地设置以用于一排的空心细长构件。

14.根据权利要求1所述的方法，其中所述空心细长构件（10）具有从椭圆或卵形选择的横截面外形。

15.一种空心细长构件的纵向部件，所述纵向部件具有根据前述权利要求1-14任一项所述的方法的至少一个装置，其中所述装置与所述纵向部件整体地制造，在装配之后，所述装置能够在所述空心细长构件内形成内部支护装置。

16.一种空心细长构件，其由根据前述权利要求1-14任一项所述的方法的多个纵向部件装配而成。

17.根据前述权利要求1-14任一项所述的方法的扭弯的多个空心细长构件，其形成栏栅、格栅、分隔物、栏杆、金属结构工件的装潢或装饰元件、门窗的透空罩或防护栏、百页窗、格子窗中的全部或部分。

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