CN105020331A - 轻质结构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻质结构，其带有至少一个结构单元(12)，该结构单元具有上带(13)和下带(14)，在上带和下带之间容纳有至少一个吸收振动的元件(15)用于振动吸收作用到结构单元(12)上的振动。

Description

轻质结构
技术领域
本发明涉及一种轻质结构(Leichtbaustruktur)。
背景技术
长久以来已知轻质结构。使用轻质结构的重要原因是装备有此的构件的重量减小。轻质结构例如应用在飞机制造中、在汽车工业和在建筑业中，尤其在建筑物建造中。此外轻质结构被应用于医学运用中。
轻质结构能够以不同的类型来形成。可使用轻质材料，也就是说轻质结构和重量节省首先由材料特性引起。
另一方案是由此形成轻质结构，即传统使用的材料设有材料-削减(Ausmagerung)，使得通过材料-削减节约的材料引起重量减小。
最后还可考虑另一方案，即轻质结构由相互连接成框架的支撑杆来构造。然而所有轻质结构共同的是，重量减小不允许导致使整个系统的稳定性有负担。
在建造建筑物、桥梁等时存在防止建筑自激励和外部激励的振动的需求。例如由地震引起的振动属于外部激励的振动，而自激励的振动尤其在桥梁中可由风载荷引起。已经已知为了吸振使用所谓的减振器，其可针对例如建筑物等的待消除的振动频率调整并且由此从该结构夺走振动能量，其利用该振动能量用于其自身的振动运动。通常这样的减振器构造为减振摆。
然而这样的减振器具有较大的质量、较大的结构体积并且购置成本高。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种轻质结构，其相对传统的轻质结构具有扩大的功能性。
该目的通过一种带有独立权利要求1的特征的轻质结构来实现。在从属权利要求中示出本发明的改进方案。
根据本发明的轻质结构具有至少一个结构单元，其具有上带和下带，在它们之间容纳有至少一个吸收振动的元件用于振动吸收或振动减弱作用到结构单元上的振动。
即提供一种轻质结构，其除了较小的重量和较高的稳定性之外还作为附加的特性吸收振动地来构造。利用轻质结构可削减自激励或外部激励的振动，由此装备有此的构件(例如建筑物)较能够抵抗振动。因为在轻质结构的结构中进行振动吸收，如由现有技术已知的那样，可取消附加的减振器。这可导致成本节省。
在本发明的一改进方案中多个结构单元相互连接成空间框架(Raumfachwerk)。结构单元即可任意在这三个空间方向上扩大。
以特别优选的方式吸收振动的元件能够可逆地变形。可考虑，吸收振动的元件由每个本身不具有可逆的可变形性的部件来构建，然而成组地在不同部件共同作用的情况下提供可逆的可变形性。然而，当吸收振动的元件由能够可逆地变形的材料构成时，是特别优选的。
以特别优选的方式吸收振动的元件借助于连接节点彼此连接成分叉的结构群(Strukturcluster)。与减振的元件彼此不相连接(虽然这也是可能的)的轻质结构相比，吸收振动元件彼此的连接导致较高的连接稳定性。例如可能的是吸收振动的元件彼此模制在连接节点处。这样的设计方案例如可借助于再生的生产方法来制造。
例如可能的是分叉波浪形地来构造。然而分叉的其它设计方案也是可能的。
在本发明的一改进方案中，吸收振动的元件在这两个带的间距方向上弹簧弹性地挠曲地来构造。
以特别优选的方式吸收振动的元件构造为单重/或多重螺旋。例如可应用双螺旋作为吸收振动的元件。以特别优选的方式，减振的元件以螺旋的形式由此相互分叉或联网，在相邻的螺旋的螺旋线相接触或彼此靠近的部位处构造连接节点。可能的是，螺旋的截切体(Schnittkoerper)被用作吸收振动的元件，其由沿着纵轴线伸延的截段形成。例如可分别应用螺旋半部作为吸收振动的元件，其分别由通过双螺旋的中间纵轴线的截段产生。这些螺旋半部然后又可经由连接节点与相邻的螺旋半部相连接。
备选于吸收振动的元件设计为单重/和多重螺旋，然而也可考虑将吸收振动的元件构造为莫比乌斯环。可使用多个尤其彼此交织的莫比乌斯环作为结构单元。此外可能，设置有多个分别在这三个空间方向上并排而置的莫比乌斯环，其中，尤其分别在所有三个空间方向上相邻的莫比乌斯环在节点处互相连接。彼此相邻的莫比乌斯环可彼此邻接或碰撞或者在节点或交叉点处穿过。可能的是彼此相邻的莫比乌斯环分别在这三个空间方向中的两个上彼此具有间距。
以特别优选的方式这两个带和该至少一个吸收振动的元件构造为一件式的结构。对于大量面型分布的吸收振动的元件，其可与上带和下带形成一件式的结构。然而备选地也可考虑，尤其在面型分布的吸收振动的元件(其相互经由连接节点分叉且由此形成结构群)的情况中，结构群本身加固并且作为单独的部件容纳在上带和下带之间，在那里结构群那么力配合地和/或形状配合地和/或材料配合地与上带和下带相连接。
可能的是吸收振动的元件构造为固体泡沫。适宜地固体泡沫由泡沫材料构成。可应用开孔的或闭孔的泡沫材料。
本发明此外还涉及根据权利要求1至12中任一项所述的轻质结构的应用，其用作支承结构(尤其在建筑物中)。
附图说明
本发明的优选的实施例在附图中示出且接下来详细来阐述。其中：
图1示出了通过根据本发明的轻质结构的第一实施例的截面，
图2示出了根据本发明的轻质结构的第二实施例的透视图，
图3示出了根据本发明的轻质结构的第三实施例的透视图，
图4示出了根据本发明的轻质结构的第四实施例的透视图，
图5示出了根据本发明的轻质结构的第五实施例的透视图，
图6示出了通过根据本发明的轻质结构的第六实施例的截面，
图7示出了图6的轻质结构的相对图6旋转了90°的视图，
图8示出了通过根据本发明的轻质结构的第七实施例的截面，
图9示出了图8的轻质结构的相对图8旋转了90°的视图，
图10示出了通过根据本发明的轻质结构的第八实施例的截面，
图11示出了图10的轻质结构的相对图10旋转了90°的视图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的轻质结构11的第一实施例。
结构单元12具有上带13和在间距方向上与上带13有间距地布置的下带14。上带和下带13、14示例性地板形地示出，然而其也可具有任意其它形状，例如上带和/或下带可由自由形状面来限制。上带和下带的厚度或强度也可分别任意选择，然而应理解的是，在轻质结构中使用带有相对小的壁厚的上带和下带。
根据本发明的轻质结构11的主要元件是至少一个吸收振动的元件15，其容纳在上带和下带13、14之间且构造用于振动吸收作用到结构单元12上的振动。
如示例性地在图1中所示，大量吸收振动的元件15面型分布地布置在上带和下带13、14之间。吸收振动的元件15由能够可逆地变形的材料构成。
如尤其在图1中根据第一实施例所示，吸收振动的元件15构造为双螺旋。根据第一实施例即大量双螺旋面型分布地布置在上带和下带13、14之间。
双螺旋可由上带和下带13、14的材料成形出，也就是说双螺旋和这两个带13、14形成一件式的结构。
图2示出了根据本发明的轻质结构11的第二实施例。
区别于先前所说明的第一实施例，同样面型分布地布置在上带和下带13、14之间的吸收振动的元件15以螺旋的形式互相联网。吸收振动的元件15借助于连接节点16连接成分叉的结构群17。吸收振动的元件15如在第一实施例中那样构造为双螺旋。与第一实施例相比，双螺旋然而沿着这两个带13、14的间距方向被截切，尤其通过截切产生螺旋半部18，其在连接节点16处与相邻的螺旋半部18相连接。通过合适的制造方法、例如再生的制造方法(尤其快速成型&制造)，由互相连接的螺旋半部构成的结构也可作为一件式的结构来制造。例如可能通过3D-打印、例如激光烧结或选择性的激光熔融或EBM(电子束熔融)来制造一件式的结构。
通过吸收振动的元件15的联网，作用到轻质结构上的振动在结构群内在所有三个空间方向上分布是可能的，由此可获得改善的振动吸收。适宜地，在例如以再生的制造方法制造结构群时这两个带13、14可相同地一起模制。这两个带13、14可板式地来构造，使得由上带和下带14以及结构群17构成的结构单元12例如可被用于建筑物的壁或底或顶。尤其通过再生的制造方法，这两个带13、14也可制造为自由形状体，其由自由形状面来限制。
图3示出根据本发明的轻质结构11的第三实施例。
与先前所说明的实施例相比，这里仅仅一个单独的以带有相对大直径的线圈形式的吸收振动的元件15容纳在上带和下带13、14之间。因为设置有仅仅一个单独的减弱振动的元件15，由此形成的结构单元12与先前所说明的实施例的结构单元相比刚性更小。该线圈尤其在这两个带13、14的间距方向上相对强弹簧弹性地挠曲地来构造。
图4示出根据本发明的轻质结构11的第四实施例。这里在上带和下带13、14之间也设置有多个减振的元件15。与先前所说明的实施例相比，吸收振动的元件15然而由大约C-形轮廓的杆构成，其一方面与上带而另一方面与下带13、14连接。
图5示出根据本发明的轻质结构的第五实施例。在该实施例中吸收振动的元件15构造为莫比乌斯环。这里设置有多个彼此交织的莫比乌斯环，其环半部分别一方面与上带而另一方面与下带13、14连接。这里这两个带13、14和莫比乌斯环还可构造为一件式的结构、例如借助于再生的制造方法来制造。
图6和7示出根据本发明的轻质结构11的第六实施例。这里吸收振动的元件15也构造为莫比乌斯环。然而与第五实施例相比，这里布置在上带和下带13、14之间的大量莫比乌斯环形成结构单元12。如尤其在图6中所示，莫比乌斯环在由X-、Y-和Z-坐标撑开的笛卡尔坐标系的X-方向上彼此毗邻布置成排，其中，彼此相邻的莫比乌斯环分别在节点处彼此相碰。也可能的是，彼此相邻的莫比乌斯环分别在节点处彼此穿过。在Y-方向上莫比乌斯环也彼此相叠成排。在Y-方向上相邻的莫比乌斯环分别在节点处彼此相碰。
图7示出了相对图6旋转了90°的结构群17的视图。可辨识出，莫比乌斯环在Z-方向上具有相对小的延展并且相对紧密包装地彼此相继成排。这里分别在Z-方向上相邻的莫比乌斯环也在节点处彼此相碰。
总地来说，结构单元12的每个莫比乌斯环不仅在X-方向上而且在Y-和Z-方向上与在这些方向上相邻的莫比乌斯环连接。通过联网得到相对强的缓冲作用，因为减弱度除了莫比乌斯环的材料特性之外还通过在节点处莫比乌斯环彼此的连接来确定。作用到轻质结构上的振动可分布在所有三个空间方向上，由此可获得改善的振动吸收。
图8和9示出根据本发明的轻质结构11的第七实施例。该实施例与先前所说明的实施例由此相区别，即彼此相邻的莫比乌斯环分别不仅在X-方向上而且在Z-方向上(图9)彼此有间距地来布置。由此产生在上带和下带13、14之间伸延的莫比乌斯环-柱。总地来说，这样的结构单元12较弱地缓冲，因为这里减弱度主要受莫比乌斯环的材料特性影响。
最后图10和11示出根据本发明的轻质结构11的第八实施例在该实施例(其从到这三个空间方向上的联网相应于图6和7)中，减振的元件15设计不同。这里两个圆环形的结构(其分别可构造为莫比乌斯环)在节点处分别接合成平躺的8。由此产生的结构此外特征还在于，其在Z-方向上具有相对大的延展。这由此来实现，即这两个圆环形的结构不形成共同的平面，而是一圆形结构沿一方向倾斜而另一圆形结构沿相反的方向倾斜。总地来说，与第六实施例的结构单元相比，该结构单元不那么紧密地包装。

Claims (15)

1. 一种轻质结构，其带有至少一个结构单元(12)，所述结构单元具有上带(13)和下带(14)，在上带和下带之间容纳有至少一个吸收振动的元件(15)用于振动吸收作用到所述结构单元(12)上的振动。
2. 根据权利要求1所述的轻质结构，其特征在于，多个结构单元(12)相互连接成空间框架。
3. 根据权利要求1或2所述的轻质结构，其特征在于，所述吸收振动的元件(15)能够可逆地变形、尤其由能够可逆地变形的材料构成。
4. 根据前述权利要求中任一项所述的轻质结构，其特征在于，大量吸收振动的元件(15)面型分布地布置在上带和下带(13, 14)之间。
5. 根据权利要求4所述的轻质结构，其特征在于，所述吸收振动的元件(15)借助于连接节点(16)彼此连接成尤其分叉的结构群(17)。
6. 根据权利要求5所述的轻质结构，其特征在于，所述分叉波浪式地来构造。
7. 根据前述权利要求中任一项所述的轻质结构，其特征在于，所述吸收振动的元件(15)在这两个带(13, 14)的间距方向上弹簧弹性地挠曲地来构造。
8. 根据前述权利要求中任一项所述的轻质结构，其特征在于，所述吸收振动的元件(15)构造为单重或多重螺旋。
9. 根据前述权利要求中任一项所述的轻质结构，其特征在于，所述吸收振动的元件(15)构造为莫比乌斯环。
10. 根据权利要求9所述的轻质结构，其特征在于，设置有分别在这三个空间方向上并排而置的多个莫比乌斯环，其中，尤其分别在所有三个空间方向上相邻的莫比乌斯环在节点处互相连接。
11. 根据前述权利要求中任一项所述的轻质结构，其特征在于，这两个带(13, 14)和至少一个所述吸收振动的元件(15)构造为一件式的结构。
12. 根据前述权利要求中任一项所述的轻质结构，其特征在于，所述吸收振动的元件(15)构造为固体泡沫。
13. 根据权利要求11所述的轻质结构，其特征在于，所述固体泡沫由泡沫材料构成。
14. 根据权利要求1至13中任一项所述的轻质结构的一种应用，其用作尤其在建筑物中的支承结构。
15. 根据权利要求1至13中任一项所述的轻质结构的一种应用，其应用在医学运用中、例如在医学装置或外科仪器中。
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