CN110637135B - 用于制造承载结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造以三维的任意弯曲的几何结构(2)延伸的、由至少一个扁平的第一和第二坯料(3、4)制成的承载结构(1)的方法，其中，所述几何结构(2)在三个彼此正交的方向上具有弯曲，所述方法具有以下步骤：A.提供所想要的几何结构(2)，B.对所述所想要的几何结构(2)进行近似，C.分解所述几何结构(2)，D.确定至少一个释放区域(10)，E.确定多个设置在至少一个第一和第二部分(8、9)上的连接位置(11)，F.确定在所述多边形横截面(5)之间延伸的倒棱边沿(12)，G.展开所述至少一个第一和第二部分(8、9)，H.裁剪至少一个扁平的第一和第二坯料(3、4)，I.倒棱，J.将至少一个经倒棱的所述第一坯料(13)和至少一个经倒棱的所述第二坯料(14)连接起来。

Description

用于制造承载结构的方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造以三维的任意弯曲的几何结构延伸的、由至少一个扁平的第一和第二坯料制成的承载结构的方法，其中，所述几何结构在三个彼此正交的方向上具有弯曲，一种承载结构，一种计算机程序产品和一种制造设备。
背景技术
根据以上所定义的方法制造的承载结构和同类型的承载结构一般例如可以安装在建筑物的立面上并且承载立面元件。这涉及具有优选多边形横截面的几何结构，所述几何结构(通常具有恒定的横截面)必须能够根据建筑规范以自由的造型弯曲穿过空间。在此，尤其该几何结构围绕自身的轴线所要求的扭曲在结构上难以解决。
发明内容
本发明的任务在于，提供一种同类型的方法，在所述方法中，可以以简单的方式制造以三维的任意弯曲的几何结构延伸的承载结构；提供一种同类型的承载结构，所述承载结构以三维的任意弯曲的几何结构延伸；提供一种计算机程序产品和提供一种制造设备。
该任务通过一种用于制造以三维的任意弯曲的几何结构延伸的、由至少一个扁平的第一坯料和至少一个扁平的第二坯料制成的承载结构的方法，其中，所述几何结构在三个彼此正交的方向上具有弯曲，其特征在于，该方法具有至少以下步骤：
A.以数字形式提供所想要的所述几何结构，
B.通过求取沿着所述几何结构的伸展的多个多边形横截面和由放样面连接前后接连的多边形横截面的侧线来对所想要的所述几何结构进行近似，
C.将所述几何结构分解成至少一个第一部分和至少一个第二部分，所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分沿着所述几何结构的伸展的至少一个区段延伸，
D.确定在每个多边形横截面的区域中的邻接的放样面的至少一个释放区域，
E.确定沿着所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分的伸展的设置在所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分上的多个连接位置，以便在后来将所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分连接起来，
F.确定在所述多边形横截面之间延伸的倒棱边沿，
G.展开所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分和制成关于所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分的切割轮廓，所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分设有所述释放区域和连接位置，其中，在所述切割轮廓中构造有存在于三个彼此正交的方向上的弯曲中的一个弯曲，
H.根据关于所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分的切割轮廓裁剪至少一个扁平的第一坯料和至少一个扁平的第二坯料，
I.将裁剪后的所述至少一个扁平的第一坯料和所述至少一个扁平的第二坯料沿着所述倒棱边沿倒棱成为至少一个经倒棱的第一坯料(13)和至少一个经倒棱的第二坯料，
J.沿着所述连接位置连接所述至少一个经倒棱的第一坯料和所述至少一个经倒棱的第二坯料，其中，进行所述至少一个经倒棱的第一坯料和所述至少一个经倒棱的第二坯料的相互邻接的区域的、由所述释放区域允许的扭转和/或扭曲用于产生存在于三个彼此正交的方向上的所述弯曲中的剩余两个弯曲，并且经扭转和/或经扭曲的所述至少一个经倒棱的第一坯料和所述经倒棱的第二坯料通过所述连接固定。
该任务还通过一种计算机程序产品来解决，其包括指令，所述指令在由计算机运行所述计算机程序产品的程序时促使计算机至少实施根据本发明的方法的步骤B至G。
本发明能够制造三维的任意弯曲的几何结构的、尺寸精确的承载结构。所述几何结构例如可以是一种自由变形几何结构或者一种梁几何结构(波束几何结构)。也可以考虑一种如下的几何结构：所述几何结构部分地构造为自由变形几何结构并且部分地构造为梁几何结构。至少一个经倒棱的第一坯料和至少一个经倒棱的第二坯料沿着连接位置的连接自动地并且以简单的和无误差的方式得到所想要的几何结构。可以制造任意长的承载结构。承载结构可以被遮上或者被板盖上或者以其它的方式承载立面元件。
在根据本发明的方法的步骤的按字母顺序的列举不应理解为这些步骤必须强制地根据所提出的字母的顺序来执行(尽管所给出的顺序当然是可能的)。例如步骤B和C或者D、E和F也可以以任意改变的顺序执行。
有利地，所述多边形横截面由具有偶数级的多边形构成，并且在所述步骤D中，将至少两个释放区域选择在所述多边形横截面的相互对置的侧线处。
有利地，在所述步骤C中，将所述几何结构分解为呈沿着所述几何结构的伸展延伸的壳的形式的所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分。
有利地，所述至少一个经倒棱的第一坯料和所述至少一个经倒棱的第二坯料的连接借助于所述连接位置通过至少在所述几何结构的伸展的至少一个区段上延伸的连接件实现。
有利地，在所述步骤J中，在所述多个连接位置处的连接以铆接连接和/或螺纹连接和/或焊接连接和/或粘接连接的形式进行。
有利地，在所述步骤B中，这样求取所述多边形横截面，使得每个多边形横截面的面法线平行于所述几何结构的准线的位于所述多边形横截面和所述准线的穿透点上的切线延伸。
附图说明
根据附图示例性地讨论本发明。附图示出：
图1示出示例性的几何结构的示图，
图2示出通过多个多边形横截面对图1的几何结构的近似，
图3示出前后接连的多边形横截面的侧线通过放样面连接，
图4示出将几何结构分解为第一和第二部分，
图5示出在每个多边形横截面的区域中的邻接的放样面的释放区域的确定，
图6示出多个设置在第一和第二部分上的连接位置的确定，
图7示出在多边形横截面之间延伸的倒棱边沿的确定，
图8示出在裁剪后的状态中的扁平的第一和第二坯料和连接件，
图9示出经倒棱的第一坯料、经倒棱的第二坯料和连接件，
图10示出在还是扁平的坯料的区域中的邻接的放样面的释放区域和在然后经倒棱并且与第二坯料连接的坯料的扭转和扭曲状态中的该释放区域，
图11a、b以立体视图示出由根据本发明的承载结构组成的组件，
图12示出用于可能的多边形横截面的不同的示例，
图13-20对图1-8替代地以三角形的多边形横截面而不是以四边形的多边形横截面示出根据本发明的方法，
图21示出一种替代的、借助于连接件连接三角形的多边形横截面的方式，
图22示出用于图1至9的实施例的方法步骤J的示例。
具体实施方式
为了确保示图的明晰性，没有在所有的附图中画入所有本身存在的附图标记。
接下来，示例性地说明一种用于制造以三维的任意弯曲的几何结构2延伸的、由扁平的第一和第二坯料3、4制成的承载结构1的根据本发明的方法，其中，几何结构2在三个彼此正交的方向上具有弯曲。
在第一步骤A(图1)中，以数字的形式提供所想要的几何结构2。这种提供可以以各种各样本领域技术人员已知的方式进行，例如以CAD数据形式、体像素数据形式等等进行。
在第二步骤B中，通过求取沿着几何结构2的准线18的多个多边形横截面5(图2)和由放样面7连接前后接连的多边形横截面5的侧线6(图3)来进行对所想要的几何结构2的近似。对所想要的几何结构2的近似和由放样面7对前后接连的多边形横截面5的侧线6的连接可以借助于CAD程序的标准工具指令手动地或者自动地进行。可以使用如所示出的四边形作为多边形横截面5，但是也可以使用三角形、六边形等等。
在另一步骤C(图4)中，将几何结构2分解为至少一个第一和第二部分8、9，所述至少一个第一和第二部分沿着几何结构2的伸展的至少一个区段延伸。关于多边形横截面5，分解这样进行，使得通过计算算出地分解多边形横截面5的各个的侧线6，更确切地说使得在邻接的侧线6之间产生超出部或者重叠部，所述超出部或者重叠部在后来允许经切割的坯料的连接。因此，在所示出的四边形的多边形横截面5中产生所示出的单面51至54。在图4中上方的第一部分8由单面51构成。在图4中下方的第二部分9由单面52构成。在图4中在侧面延伸的单面53、54用于在后来使第一和第二部分8、9连接。替代地，当然也可以将单面53、54视为第一或者第二部分8、9，然后单面51和52用于连接。又替代地，也可以省去单面52和54或者51和53并且第一和第二部分8、9在后来的连接可以通过这些部分8、9错开设置和直接地相互固定来进行或者通过设置独立的各个连接件来进行。
在根据本发明的方法的所示出的优选的实施例中规定，将几何结构2分解为呈沿着几何结构2的伸展延伸的壳的形式的至少一个第一部分和至少一个第二部分8、9，所述壳通过纵向条相互连接。
在另一步骤D(图5)中，进行在每个多边形横截面5的区域中的邻接的放样面7的至少一个释放区域10的确定(在图5中，释放区域10例如在前面的区域中几乎竖直地延伸)。释放区域10基本上实现两种功能。一方面，其实现先前扁平的第一和第二坯料3、4的倒棱。另一方面，其允许在后来倒棱的第一和第二坯料13、14扭曲。释放区域10延伸超过多边形横截面5的角区域。释放区域10的宽度可以可变地构成。局部的弯曲越大，则局部的释放区域10应越宽地构造。第一和第二部分8、9的各个段在图5中上方和下方的区域中保持相互连接。当然这不是强制要求的。
在另一步骤E(图6)中，进行沿着第一和第二部分8、9的伸展的多个设置在第一和第二部分8、9上的连接位置11的确定，以便在后来将至少一个第一和第二部分8、9连接起来。在所示出的示例中，连接位置11以孔的形式构造，用于在后来导入铆钉、螺栓、螺钉或者诸如此类。替代地，连接位置11也可以是焊接点或者粘接点或者焊缝或者粘接缝(线状地构造的连接位置11)。
在另一步骤F(图7)中，进行在多边形横截面5之间延伸的倒棱边沿12的确定。这可以借助于CAD程序的标准工具指令手动地或者自动地进行。
在另一步骤G中，进行至少一个第一和第二部分8、9的展开和用于至少一个第一和第二部分8、9的切割轮廓的制成，所述至少一个第一和第二部分设有释放区域10和连接位置11，其中，在切割轮廓中产生存在于三个彼此正交的方向上的弯曲中的一个弯曲。这可以借助于CAD程序的标准工具指令手动地或者自动地进行。
迄今所说明的方法步骤可以纯电子式地执行并且构成根据本发明的方法的设计部分。这些方法步骤可以编码在根据本发明的计算机程序产品中。作为到目前为止的方法步骤A至G的结果的切割轮廓可以以电子的形式或者以对于裁剪的过程合适的其他方式提供。步骤H至J构成根据本发明的方法的生产部分或者制造部分并且可以用根据本发明的制造设备实施。
在步骤H中，根据关于至少一个第一和第二部分8、9的切割轮廓进行对至少一个扁平的第一和第二坯料3、4的裁剪。裁剪可以手动地或者在自动化的切割设备上实施并且导致在图8中所示出的、裁剪后的扁平的第一和第二坯料3、4和面式的连接件15。要注意的是，在本公开文件中，术语“裁剪”与“切割”、“冲压”、“剪切”、“发射激光”等等同义地使用。
在另一步骤I中，将裁剪后的扁平的第一和第二坯料3、4沿着倒棱边沿12倒棱成为经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14。在所示出的示例中，面式的连接件15当然不必倒棱并且保持扁平。
在另一步骤J(参加图22)中，沿着连接位置11进行经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14的连接，其中，进行经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14的相互邻接的区域的、由释放区域10允许的扭转和/或扭曲用于产生存在于三个彼此正交的方向上的弯曲中的剩余两个弯曲，并且经扭转和/或经扭曲的经倒棱的第一坯料和经倒棱的第二坯料13、14通过连接固定。这种连接优选手动地进行。
在根据本发明的方法的所示出的实施例中规定，多边形横截面5由具有偶数级的多边形(级等于四)构成并且至少两个释放区域10选择在多边形横截面5的相互对置的侧线6处。但是如在后来示出地，当然也可以使用具有奇数级(例如级等于三)的多边形。通常优选地规定，在具有奇数级的多边形的情况下，将单面51、52、53、54中的一部分53、54用作用于剩余的单面51、52的连接部，并且在具有奇数级的多边形的情况下，单面51、52、53直接地(必要时通过突起部)相互连接。
在根据本发明的方法的所示出的优选的实施例中规定，经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14的连接借助于连接位置11由至少在几何结构2的伸展的至少一个区段上延伸的连接件15实现。但是，这如以上所说明地不是绝对要求的。
在根据本发明的方法的所示出的优选的实施例中规定，在多个连接位置11处的连接以铆接(铆钉)连接和/或螺纹(螺钉)连接和/或焊接连接和/或粘接连接的形式进行。
在根据本发明的方法的所示出的优选的实施例中规定，这样求取多边形横截面5，使得每个多边形横截面5的面法线16平行于准线18的位于多边形横截面5和准线18的穿透点17上的切线19延伸。
通过所说明的方法产生根据本发明的承载结构1，所述承载结构以三维弯曲的几何结构2延伸并且在所示出的实施例中由经倒棱的第一和第二坯料13、14制成，其中，几何结构2在三个彼此正交的方向上具有弯曲(参见图11)。
经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14具有通过沿着切割轮廓的切割制造的释放区域10，其中，在切割轮廓中(即在坯料13、14的扁平的状态中已经)产生存在于三个彼此正交的方向上的弯曲中的一个弯曲。
经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14沿着多个连接位置11相互连接，并且经倒棱的第一坯料13和经倒棱的第二坯料14的相互邻接的区域的、由释放区域10允许的扭转和/或扭曲产生存在于三个彼此正交的方向上的弯曲中的剩余的两个。
经扭转和/或经扭曲的经倒棱的坯料13、14通过连接固定在其经扭转和/或经扭曲的形状中。
图11a、b以前视图和后视图示出由根据本发明的承载结构1制成的组件21，所述组件在所示出的示例中具有两个平行地延伸、弯曲和扭曲地构造的纵承载件，所述纵承载件通过横支撑件以及两个彼此间隔开地固定在纵承载件上的遮盖面20连接。纵承载件和横支撑件按根据本发明的方法制造。
图12示出用于可能的多边形横截面5的不同的示例。
在图13-20中，对图1-8替代地以三角形的多边形横截面5而不是以四边形的多边形横截面5示例性地示出根据本发明的方法。
图21又示出三角形的多边形横截面5的连接的一种替代的方式(借助于连接件15)。
图22对于图1至9的实施例示例性地示出方法步骤J。在图22中的两个在最前面的段已经通过铆钉相互连接并且因此固定在其经扭曲和弯曲的位置中。剩余的段继续地连接。
附图标记列表
1 承载结构
2 几何结构
3 扁平的第一坯料
4 扁平的第二坯料
5 多边形横截面
51 单面
52 单面
53 单面
54 单面
6 多边形横截面的侧线
7 放样面
8 几何结构的第一部分
9 几何结构的第二部分
10 邻接的放样面的释放区域
11 连接位置
12 倒棱边沿
13 经倒棱的第一坯料
14 经倒棱的第二坯料
15 连接件
16 面法线
17 穿透点
18 准线
19 准线在穿透点中的切线
20 遮盖面
21 组件。

Claims (6)

1.用于制造以三维的任意弯曲的几何结构(2)延伸的、由至少一个扁平的第一坯料(3)和至少一个扁平的第二坯料(4)制成的承载结构(1)的方法，其中，所述几何结构(2)在三个彼此正交的方向上具有弯曲，其特征在于，该方法具有至少以下步骤：
A.以数字形式提供所想要的所述几何结构(2)，
B.通过求取沿着所述几何结构(2)的伸展的多个多边形横截面(5)和由放样面(7)连接前后接连的多边形横截面(5)的侧线(6)来对所想要的所述几何结构(2)进行近似，
C.将所述几何结构(2)分解成至少一个第一部分(8)和至少一个第二部分(9)，所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分沿着所述几何结构(2)的伸展的至少一个区段延伸，
D.确定在每个多边形横截面(5)的区域中的邻接的放样面(7)的至少一个释放区域(10)，
E.确定沿着所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)的伸展的设置在所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)上的多个连接位置(11)，以便在后来将所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)连接起来，
F.确定在所述多边形横截面(5)之间延伸的倒棱边沿(12)，
G.展开所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)和制成关于所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)的切割轮廓，所述至少一个第一部分和所述至少一个第二部分设有所述释放区域(10)和连接位置(11)，其中，在所述切割轮廓中构造有存在于三个彼此正交的方向上的弯曲中的一个弯曲，
H.根据关于所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)的切割轮廓裁剪至少一个扁平的第一坯料(3)和至少一个扁平的第二坯料(4)，
I.将裁剪后的所述至少一个扁平的第一坯料(3)和所述至少一个扁平的第二坯料(4)沿着所述倒棱边沿(12)倒棱成为至少一个经倒棱的第一坯料(13)和至少一个经倒棱的第二坯料(14)，
J.沿着所述连接位置(11)连接所述至少一个经倒棱的第一坯料(13)和所述至少一个经倒棱的第二坯料(14)，其中，进行所述至少一个经倒棱的第一坯料(13)和所述至少一个经倒棱的第二坯料(14)的相互邻接的区域的、由所述释放区域(10)允许的扭转和/或扭曲用于产生存在于三个彼此正交的方向上的所述弯曲中的剩余两个弯曲，并且经扭转和/或经扭曲的所述至少一个经倒棱的第一坯料(13)和所述经倒棱的第二坯料(14)通过所述连接固定。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述多边形横截面(5)由具有偶数级的多边形构成，并且在所述步骤D中，将至少两个释放区域(10)选择在所述多边形横截面(5)的相互对置的侧线(6)处。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤C中，将所述几何结构(2)分解为呈沿着所述几何结构(2)的伸展延伸的壳的形式的所述至少一个第一部分(8)和所述至少一个第二部分(9)。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述至少一个经倒棱的第一坯料(13)和所述至少一个经倒棱的第二坯料(14)的连接借助于所述连接位置(11)通过至少在所述几何结构(2)的伸展的至少一个区段上延伸的连接件(15)实现。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤J中，在所述多个连接位置(11)处的连接以铆接连接和/或螺纹连接和/或焊接连接和/或粘接连接的形式进行。
6.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在所述步骤B中，这样求取所述多边形横截面(5)，使得每个多边形横截面(5)的面法线(16)平行于所述几何结构(2)的准线(18)的位于所述多边形横截面(5)和所述准线(18)的穿透点(17)上的切线(19)延伸。
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