CN1224767C - 结构元件和制造该元件的方法 - Google Patents

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Abstract

结构元件(1)具有一个大致U形截面并包括一个基体部分(2)和两个与所述基体部分基本上成直角延伸的腿部(3)。该元件包括至少一个在该元件的纵向以连续的波形成波纹状的薄板或箔。每一腿部(3)包括一个形成该腿部的内壁的第一部分(3a)和一个与所述第一部分平行并沿第一连接线(4)与第一部分连接以及沿第二连接线(5)与基体部分连接的第二部分(3b)。根据本发明的结构元件是柔性的，因此它可以适应它所将要固定到的表面，但在固定到该表面后抗弯曲、扭曲、拉伸和压缩力并形成一个良好的基体用于主要在该基体部分上放置承载复合材料。该波纹状结构使得它可以使用一种在刚度和强度方面与其它具有相应性能的元件相比具有大大减少的厚度的材料。该结构元件用于和一种要加强的结构连接或用于提供例如加热或通风。

Description

结构元件和制造该元件的方法
技术领域
本发明涉及一种具有一个大致U形截面和一个纵向延伸结构的结构元件，该元件包括一个基体部分和两个与所述基体部分基本上成直角延伸的腿部，上述结构元件包括至少一个波纹状部分，并且，每一腿部包括一个形成该腿部的内壁的第一部分和一个与上述第一部分平行并沿第一连接线与第一部分连接以及沿第二连接线与基体部分连接的第二部分。
技术背景
这种结构元件应用于多种领域，其结构和材料根据具体的使用领域的要求而变化。
例如，国际公开的申请No.WO 90/03921公开了一种用于托盘的支承元件，包括一个具有大致U形截面的通道。该支承元件由例如钢或铝的金属平板制造。为了增加该支承元件的刚度，沿该支承元件的长度方向以规则的间隔将肋条压入到基体和侧面板中。在该文献中公开的该支承元件具有良好的承载性能以及较低的重量。
在其它应用领域中，并非只有承载能力才是重要的。为了避免在例如壳状工具或模具的薄壁结构或例如船体或飞行器部件的其它结构中的尺寸稳定性问题，公知的是提供这种具有加强或强化元件的结构。这些元件可包括例如钢管或钢条，或具有任意截面的型材，其较短的部件焊接在一起以便将加强或强化元件调整成通常具有非平坦表面例如一个双曲面的结构形状。
从模制塑料或复合材料领域，已知给工具的背侧或模具表面提供一种适应待加强壳体的形状并随后由玻璃纤维垫覆盖并经受热压处理的玻璃纤维或石墨布材料的柔性螺旋方管形式的加强构件。然而，该柔性管较贵并难以处理。
美国专利No.3301582公开了一种上述类型的结构元件。该元件包括在基体中的一个具有倾斜的波纹状的表面，它由平坦部分所围绕。这使得该元件的柔韧性受到不利的影响。
EP申请No.0866196公开了一个由波纹状材料的折弯部分形成的地射束光闸(ground-beam shutter)。该光闸用于设置在一个沟槽内并通过装填该沟槽而被支承。
发明内容
本发明的目的在于提供一种易于操作并调节成所希望的形状的结构元件。
为此，根据本发明的该结构元件的特征在于，上述结构元件由至少一个在该元件的纵向以连续波形而呈波纹状的薄板或箔一体地形成；并且，在第一连接线区域，该结构元件的外侧上的波纹被部分地切割。
通过由一种波纹状材料的薄板或箔一体地形成U形结构元件以及通过提供双壁结构的腿部，该结构元件是柔性的，因此它可以适应它所将要固定到的表面，但在固定到该表面之后抗弯曲、扭曲、拉伸和压缩力并形成一个良好的基体用于主要在该基体部分上放置承载复合材料。该波纹状结构使得可以使用一种在刚度和强度方面与其它具有相应性能的元件相比具有大大减少的厚度的材料，从而提供一种轻重量产品。通过在第一连接线区域部分地切割该结构元件的外侧上的波纹，防止或至少减小了在第二连接线区域的变形。除了在制造时防止或减小在该区域的变形之外，在第一连接线区域部分地切割波纹导致以围成一个间隙的部分的形式的第一和第二部分之间的连接。
在一个优选实施例中，每一第一部分的波纹与基体部分的波纹在上述第二连接线区域互锁。在双壁腿部和基体部分之间的该互锁波纹提供了一种防止腿部部分的不经意的放开的可靠性。
为了便于该元件的制造并改进内腿部分的保持力，可以在该结构元件的内侧上的上述第二连接线区域形成一个槽。
该结构元件可以包括至少一个金属或塑料材料的箔或板或它们的组合。
优选地，该结构元件可以包括至少一个铝或铝合金材料的箔或板。
该结构元件的板或箔的厚度可以在0.01-0.5毫米之间。
腿部的第一和第二部分可以彼此粘合连接。通过在腿部之间的粘合连接，可以达到在这些部分之间的改进的固定。
本发明的另一方面提供了一种制造一个结构元件的方法，它包括以下步骤：将对应于腿部的上述第一部分的至少一段波纹状板或箔材料的第一部分沿上述第一连接线折弯大致180°，以与对应于腿部的上述第二部分的至少一段材料的第二部分贴合，并且将上述第一和第二部分沿上述第二连接线折弯基本上90°。在上述第一折弯步骤之前，在第一连接线区域，将对应于该结构元件的外侧的至少一段材料的第二侧上的波纹部分地切割。
在一有利的实施方式中，在所述最终折弯步骤时，所述腿部的第一部分的波纹被定位成在第二连接线区域与所述基体部分的波纹成互锁关系。
在另一有利的实施方式中，在所述第一折弯步骤之前，在所述至少一段对应于所述第二连接线区域的所述结构元件的内侧的材料的一个第一侧上形成一个槽。
在另一有利的实施方式中，所述波纹状材料通过使至少一个平板或箔成连续波形的波纹状而形成。
在又一有利的实施方式中，在所述最终折弯步骤之前，第一和第二部分可以彼此粘合连接。
在再一有利的实施方式中，至少一个波纹状折弯的材料段被切割成适当的长度以形成大量的结构元件。
附图简介
下面将结合示意性的附图进一步详细说明本发明，其中
图1是本发明的一个实施例的结构元件的透视图；
图2是图1的结构元件在一种展开状态的透视图；
图3是安装在一个表面上的两个结构元件的透视图；
图4是根据本发明的一个承载一个单独连接元件的结构元件的放大端视图；
图5是对应于图4的由上述单独的连接元件连接的两个结构元件视图；和
图6是一种制造根据本发明的上述结构元件的方法的图解。
具体实施形式
图1中所示的大致U形的结构元件1包括一个基体部分2和两个与所述基体部分2基本上成直角延伸的腿部3。每一腿部3为双壁结构并包括一个形成该腿部3的内壁的第一部分3a和一个形成该腿部3的外壁的第二部分3b。
结构元件1由至少一块任意适当塑料或金属材料的板或箔或其组合一体地形成。该板或箔的厚度范围为0.01到0.5毫米，例如是一种具有0.1毫米厚度的铝箔。板或箔的材料取决于该结构元件将使用的领域。在应用中，具有优良的例如热导率的热特性的板或箔材料是优选的，最好使用金属板或箔材料。此外，可能是不同材料的两层或多层板或箔可以彼此叠置以形成一个层压结构，并且可以在该板或箔的一侧或两侧设置一个本身已知类型的涂层。该结构元件1的尺寸也可以改变，典型的例子是一种由0.1毫米厚度的铝箔制成的元件具有一个大约45毫米的宽度和大约28毫米的高度。然而，该宽度、高度和厚度可以根据该结构元件的应用场合而变化，优选地是保持高度-宽度比例不变。
从图2的结构元件1的展开状态可以看出，为了实现如图1所示的结构元件的折弯状态，每一腿部3的第一部分3a通过一个基本上180°的折弯操作沿一个第一折弯或连接线4(虚线)而折弯。随后，第一和第二部分3a和3b通过一个基本上90°的第二折弯操作沿一个第二折弯或连接线5(点划线)而折弯。在所示的实施例中，确保在第二折弯操作时第一部分3a的波纹与基体部分2的波纹在每个第一部分3a和基体部分2之间的过渡区域，即在每个第二连接线5的区域，成一个互锁关系，即，第一部分3a的波峰6位于在基体部分2的连续波峰7和8之间的波谷中。作为一个可选择的或作为一个辅助性的防止在腿部的第一和第二部分3a和3b之间的非故意性的松开的安全措施，这些部分可以通过一种双面自粘胶带或任意适当的粘合剂彼此粘接。
结构元件1还可具有一个沿着在如图2所示的元件上侧的每一第二折弯线5延伸的槽(未示出)。该槽有助于在腿部3和基体部分2之间的一种改进的锁定效果并有利于第二折弯操作。在该操作时，使得基体部分2的外侧变平，因此可以形成一个良好的基体用于放置承载复合材料。
在制造时，如图2所示的元件的下侧还被沿着每一第一折弯线4切割，以使在该区域波峰被切割，并且第一部分3a和第二部分3b仅在如图1中所示的部分9和10处彼此连接，这些部分9和10因而围成一个槽11。这里要指出的是，限定该结构元件的定位的术语只用于限定任意元件间的相对位置。本发明不局限于在使用或制造时该结构元件的任意特定定位。
如此，该结构元件1可和一种要加强的结构连接或用于提供例如加热或通风。该结构元件1还可以通过适当材料的单独的连接型材与其它类似元件连接。
在图3示出一个使用位置的示例，其中100表示一个用于限定待模制产品表面的在下文描述为基本上壳形模具的结构的表面，因此该表面100在该模具的背侧。该产品可以包括例如飞行器部件、小船或大船船体、风力发动机转子等的部品，但任意其它产品也是可考虑的。可选择地，根据本发明的该结构元件可以加强支柱或桁条的形状而形成这样一种产品的加强结构部分，或形成该模具本身，这将在下文进一步地具体说明。
一个结构元件1位于表面100的所希望的位置上，并通过粘合材料或通过如图4中所指示的一种单独的连接型材固定到表面100上。
该粘合材料优选地包括与表面100相同的基体材料，即，树脂和固化剂。即，在玻璃纤维增强聚酯制成的模具的情况下，聚酯用作粘合材料，而在玻璃纤维或碳纤维增强的环氧树脂模的情况下，使用一种基于环氧树脂的粘合剂。还可以构思在模具中使用与粘合剂相同的材料。为了改进结构元件1在表面100上的连接，可以将由例如聚酯或环氧树脂湿润的一纤网或透气材料条带设置在至少在该结构元件的腿部下面的该表面的上面。因此，确保了结构元件1在表面100上的可靠的连接，即使是该表面包括不规则部分，同时，在将结构元件定位于该表面上时，确保了该结构元件的腿部在表面100上的改进的保持力。随后，将另一结构元件1’定位于表面100上。在该结构元件1和该另一结构元件1’的交叉区域，在该另一结构元件1’的每一腿部3’中切除对应于该结构元件1的宽度的区域，以使得在交叉区域该另一结构元件1’的基体部分2’与该结构元件1的基体部分2叠合。优选地，切除区域稍小于元件的宽度，以使得基体部分中的材料被延伸以消除波纹。如此，其它结构元件可以基本上相同的方式固定到表面100。因为该元件的柔韧性，该结构元件可以沿着基本上任意弯曲线路径定位，以及该元件可以定位在例如一个T形或Y形结构上。在固定任意构形的所希望数目的多个根据本发明的结构元件之后，该结构元件和表面可以由例如一个玻璃纤维垫覆盖。
如图4所示，一个具有基本上H形截面的单独的连接型材50可以安装在该结构元件的每一个腿部，以提供一种可选择的连接方式。该连接型材50可以由一种热塑性材料例如聚丙烯制成，它通过加热该热塑性材料到其熔点并然后冷却而与结构元件1的每一个腿部3连接。将结构元件1和连接型材50置于所希望的位置上，并将该连接型材的热塑性材料局部加热到其熔点，随后将结构元件1和连接型材50压靠在表面100上。该加热操作可以通过一种鼓风加热机或通过任意其它适当的加热手段来执行。可选择地，包括连接型材50的整个结构元件1被加热到该热塑性材料的熔点以上，并随后被通过一个单一的操作放置并压靠在表面100上。
该连接型材50可以如图5所示用于连接两个结构元件1和1”，它们通过将连接型材50以基本上与上述相同的方式焊接到每一结构元件1和1”的相对的腿部而彼此连接。包括两个结构元件1和1”和连接型材50的此元件在图5中的垂直平面内可以通过弯曲而手动变形，但该元件在垂直于该平面的方向相对不易弯曲/较刚硬。由于其自支承特性，该元件可以形成用于安放复合材料的框架结构的部件。
结构元件1的制造可以如图6中示意出的进行，其中，板或箔材料被从材料卷13开卷，并在A处经受一个滚轧操作，以提供一个连续波形的波纹状的材料段。该波纹的确切形状、间距和高度可以不同。随后，在B处的第一连接线4区域通过一个切割工具和一个弹性材料的环形带形状的贴合部分地切割波纹部分，并且，在C处通过一对辊子(未示出)形成沿第二连接线5的槽，该辊子压靠在材料段上，并同时在该位置该材料段由一个环形弹性带支承。通过可以是大量辊子或导轨形式的大量导向物(未示出)，在D和E处，波纹状的金属板或箔被折弯，并且每一个第一部分3a的波纹被定位在基体部分2的波纹之间。在F处，已经呈U形的金属板或箔可被切割成适当的长度，以形成大量的根据本发明的结构元件1，该元件的长度的通常值在500以3000毫米之间。在每一腿部3的第一和第二部分要彼此粘接的情况下，在A处滚轧操作前将一个双面自粘胶带置于第一或第二部分上，或者，可选地，在该滚轧操作后将一种适当的粘合剂施加于第一和/或第二部分的波峰上。
除了向例如一种中空的结构赋予刚度或增加的稳定性或作为其一种替代手段，这样一种元件可以用于其它目的。例如，多个根据本发明的结构元件可以用作蜂窝或其它夹层形状结构的替代方案，通过允许一种加热的液体流过由该元件提供的通道用于加热目的。另外，如图5所示的在结构元件和一种位于下面的表面之间的或者在两个连接的结构元件之间的空间的该中空结构，可以用于例如布线。
还应指出，与腿部分相对于基体部分的位置相关地使用的术语“基本成直角”和与最终折弯步骤有关的说明“基本上90°”，应当解释为包括一个适当的范围。
本发明不应视为局限于上述实施例，而是可以对所示实施例进行各种变型和组合。

Claims (13)

1.一种具有一个U形截面和一个纵向延伸结构的结构元件(1)，包括一个基体部分(2)和两个与所述基体部分成直角延伸的腿部(3)，所述结构元件(1)包括至少一个波纹状部分，并且，每一腿部(3)包括一个形成该腿部的内壁的第一部分(3a)和一个与所述第一部分平行并沿第一连接线(4)与第一部分连接以及沿第二连接线(5)与基体部分连接的第二部分(3b)，其中，所述结构元件由至少一个在该元件的纵向以连续波形而呈波纹状的薄板或箔一体地形成，其特征在于，在第一连接线(4)区域，所述结构元件(1)的外侧上的波纹被部分地切割。
2.根据权利要求1所述的结构元件(1)，其特征在于，每一第一部分(3a)的波纹与基体部分(2)的波纹在所述第二连接线(5)区域互锁。
3.根据权利要求1或2所述的结构元件(1)，其特征在于，在所述结构元件(1)的内侧上的所述第二连接线(5)区域形成一个槽。
4.根据权利要求1所述的结构元件(1)，其特征在于，所述结构元件(1)包括至少一个金属或塑料材料的箔或板或它们的组合。
5.根据权利要求4所述的结构元件(1)，其特征在于，所述结构元件(1)包括至少一个铝或铝合金材料的箔或板。
6.根据权利要求1所述的结构元件(1)，其特征在于，所述至少一个板或箔的厚度在0.01-0.5毫米之间。
7.根据权利要求1所述的结构元件(1)，其特征在于，所述腿部(3)的第一和第二部分(3a、3b)彼此粘合连接。
8.一种制造根据权利要求1所述的结构元件(1)的方法，它包括以下步骤：
将对应于腿部(3)的所述第一部分(3a)的至少一段波纹状板或箔材料的第一部分沿所述第一连接线(4)折弯180°，以与对应于腿部(3)的所述第二部分(3b)的至少一段材料的第二部分贴合；并且
将所述第一和第二部分沿所述第二连接线(5)折弯90°，
其特征在于，在所述第一折弯步骤之前，在第一连接线(4)区域，对应于该结构元件(1)的外侧的至少一段材料的第二侧上的波纹被部分切割。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述最终折弯步骤时，所述腿部(3)的第一部分(3a)的波纹被定位成在第二连接线(5)区域与所述基体部分(2)的波纹成互锁关系。
10.根据权利要求8或9所述的方法，其特征在于，在所述第一折弯步骤之前，在所述至少一段对应于所述第二连接线(5)区域的所述结构元件(1)的内侧的材料的一个第一侧上形成一个槽。
11.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述波纹状材料通过使至少一个平板或箔成连续波形的波纹状而形成。
12.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述最终折弯步骤之前，第一和第二部分(3a，3b)彼此粘合连接。
13.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，至少一个波纹状折弯的材料段被切割成适当的长度以形成大量的结构元件(1)。
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