CZ46595A3 - Framed structure with hollow parts process of its preparation and use - Google Patents

Description

Příhradová konstrukce s dutými díly a použití způsob její výroby a

Oblast techniky

Vynález se týká příhradových konstrukcí s dutými díly ze styčníků a tyčí a způsobu jejich výroby a i použití.

Dosavadní stav techniky

Příhradové konstrukce jsou známé z nejrůznějších oblastí použití, jako ve stavitelství, zejména mostů nebo také budov, jako podpůrné a nosné prvky anebo také pro stavbu vzdušných, pozemních a vodních vozidel, regálových systémů apod. Mají mimo jiné výhodu v tom, že umožňují lehký způsob stavění, který je přitom ještě odolný vůči zatížením.

U vozidel, zejména u starého vozu Mercedes-SL s křídlovými dveřmi se již použily mřížovinové dveřní rámy, aby se umožnila obzvláště lehká a únosná konstrukce, tuhá v kroucení. Také u letadel, u nichž je úspora hmotnosti podstatným konstrukčním hlediskem, se často používaly příhradové konstrukce.

Známé příhradové konstrukce byly ještě do té míry způsobilé zlepšení, protože se ve styčnících příhradové konstrukce mohla vyskytovat při spojování dílů příhradoviny slabá místa. Obvykle se zde jednotlivé díly příhradové konstrukce upevňovaly přes sebe nebo navařovaly. Ve svarech, lepených spojích apod. a také na koncích spojovaných dutých dílů docházelo snadno k výskytu koroze a ochrana proti korozi zde byla pouze mimořádně obtížná a často se také nedala uspokojivě provést.

Tato místa svaření nebo upevnění příčných dílů na podélném dílu byla právě body oslabení a vedla mimoto k tomu, že při výrobě byl zapotřebí nákladný pracovní pochod.

-2dále se ukázalo jako nevýhodné, že v důsledku potřeby upevnění dalších příčných dutých dílů na podélném dutém dílu musely být použity relativně velké tloušťky stěn pro duté díly pro výrobu uspokojivého spojení, které vedly k nežádoucím vysokým hmotnostem této části.

Vynález si proto klade za úkol vytvořit příhradové konstrukce, jakož i jednotlivé součásti těchto konstrukcí, které jsou vůči známým jednotlivým dílům snáze zpracovatelné a stálejší vůči korozi.

Podstata vynálezu

Uvedeného cíle je podle vynálezu dosaženo příhradovou, zejména alespoň částečně dutou příhradovou konstrukce se styčníky a tyčovými díly, jejíž podstatou je, že obsahuje styčníky vytvořené nejméně jedním výběžkem na dutém příhradovém dílu a nejméně jedním na nich nasazeným a upevněným dalším dutým dílem, jejíž jednotlivé součástky sestávají ze stejných nebo odlišných materiálů.

Přitom je výhodné, jestliže směr vláken materiálu ve styčníku probíhá v podstatě rovnoběžně s vnějšími obrysy dutého dílu.

Může být výhodné, jestliže alespoň díly obsahující styčníky obsahují více vzájemně rovnoběžně ležících vrstev stejných nebo odlišných materiálů, jejichž průběh vláken je vzájemně rovnoběžný.

Při výhodném provedení sestávají alespoň tyčové díly se styčníky z oceli s tloušťkou stěny mezi 0,1 a 1,5 cm, s výhodou mezi 0,2 a 0,5 cm.

Zejména pro úsporu hmotnosti může být příhradová konstrukce sestávat v podstatě z lehkého kovu. Kupříkladu může být lehký kov hliník nebo jeho slitina, v důsledku čehož mů-3že být navíc také dosaženo příznivé odolnosti proti korozi.

Je možné a v mnohých případech použití je také žádoucí, obsahuje-li příhradová konstrukce materiály vyztuženými vlákny, které se při malé hmotnosti vyznačují vysokou mechanickou zatížitelností.

Příhradovina se styčníky a tyčemi má podle dalšího znaku vynálezu rozdílné podélné řezové tvary a také rozdílné průřezy.

Může být výhodné, jsou-li jednotlivé součásti příhradové konstrukce vytvořeny z rozdílných materiálů.

Příznivých znaků se může odtáhnout, jestliže nejméně jedna dutá část obsahuje prohlubně a/nebo vetvarované otvory.

Vynález se vztahuje dále na způsob výroby přehradových konstrukcí výše uvedeného provedení, který spočívá v tom, že se styčníky vyrábí z přetvořitelného dutého materiálu přetvářecím postupem.

S výhodou je přetvářecí postup je způsob přetváření vnitřním vysokým tlakem.

Podle výhodného provedení způsob výroby styčníku příhradové konstrukce se se předkládá dutý profil, popřípadě s rozdílnými průměry, úsek dutého profilu se vloží do formy s rozšířením v oblasti přetváření, na trubce se zavede vnitřní vysoký tlak, takže se stěna trubky v oblasti rozšíření formy rozšiřuje, vyjme se přetvořený dutý díl se styčníkovou oblastí s rozšířeními, a popřípadě se upevní tyčové díly příhradové konstrukce na rozšířeních.

Pod pojmem způsob přetváření vnitřním vysokým tlakem

-4nebo také způsob IHV (Innenhochdruckverfahren) se zde rozumí způsob, který je kupříkladu popsán v časopise Industrieanzeiger č.20 z 9.3.1984 nebo také z Metallumformtechnik, vydání 1D/91, str.15: A.Ebbinghaus-Prázisionwerkstucke in Leichtbauweise, hergestellt durch Innenhochdruckumformen nebo ve Wersstoff und Betrieb 123 (1990), 3, str.241 až 243: A.Ebbinghaus-Wirtschafliches Konstruieren mit innehochdruckgeformten Prásisionwersttucken nebo také ve Werkstoff und Betrieb 122 (1991), 11, (1989), str.933 až 938. Dále se zde odvoláváme na plný obsah těchto publikací, aby se předešlo opakování. Tento způsob se až dosud používal pro výrobu přírub nebo pro výrobu štíhlých vačkových hřídelů pro upevnění vaček na trubici pro výrobu dutých vačkových hřídelů.

Překvapivě se dá tímto vnitřním vysokotlakým způsobem vytvořit zcela nový příhradový díl, u kterého je styčník nebo křížení již v jednom dílu natvarován a průběh vláken v oblasti křížení, stejně jako i u stěn probíhá v podstatě rovnoběžně s vnějším obrysem, aniž by docházelo k vybočením nebo jiným oslabením. Příhradová konstrukce může následně vzhledem k vysoké pevnosti být příznivým průběhem vláken vytvořena lehčeji než dosud a umožňuje tím značnou úsporu hmotnosti. Je také možné použít laminované materiály, pokud se tyto materiály dají společně přetvářet. Lamináty mohou být při vhodné volbě materiálů lehčí, než plné materiály a mají k tomu ještě tu výhodu, že působí tlumivě proti vibracím, takže taková část má k tomu ještě tlumivě vlastnosti z hlediska kmitání a tedy místa spojů jsou méně zatížena kmity.

Může se zvolit jako výchozí materiál také vícevrstvá kovová trubka. Přitom mají vícevrstvá provedení výhodu rozdílné namáhatelnosti povrchů dutého dílu a také výhodu v tom, že vede hůře kmitání všech druhů, což rozhodujícím způsobem zlepšuje při použití chování duté části při vibra-5ci.

Výhodná použití příhradové konstrukce podle vynálezu jsou pozemní, vzdušná a vodní vozidla, rámy kol, motorek a aut, v pozemním a podzemním stavitelství, pro lešení, regálové systémy a nábytek.

Tím, že se podle vynálezu dají v nejširší míře používat pro výrobu příhradové konstrukce uzavřené duté díly, je možné v oblastech styčníků příhradové konstrukce umožnit nej jednodušší napojení dalších příhradových částí. V oblasti vzájemného překrývání výběžku dutého dílu s koncovým úsekem dalšího dutého dílu příhradové konstrukce může být spojení zhotoveno přivařením, přilepením, přinýtováním, přišroubováním, jakož i jiným vhodným upevňovacím způsobem, běžným pro odborníka v oboru, přičemž také mohou být vytvářeny uvolnitelné spoje, jaké jsou kupříkladu žádoucí pro lešení, prošroubováním apod.

Tím, že se použije vnitřní vysokotlaký přetvářecí způsob je možné zhotovovat na dutém dílu výběžky a prohloubení, otvory apod. v již jednom tvarovacím pochodu. Tím je možné redukovat pochody dalšího zpracovávání.

Jako duté díly mohou přitom být použity různé duté profily, jako obdélníkové profily, úhelníkové profily, trubky atd.

Vytvoří se tak díl s menší hmotností než u dosavadních dílů se stejnou nebo také vyšší schopností zátěže, a to navíc s vysokou výrobní přesností při zmenšené zmetkovitosti .

Dutý díl podle vynálezu se dá výhodně vyrábět vnitřním přetvářením vysokým tlakem.

-6Překvapivě se dá tímto přetvářením vnitřním vysokým tlakem vytvořit zcela nový příhradový díl, u kterého je styčník příhradové konstrukce již v jednom dílu natvarován a průběh vláken v oblasti křížení, stejně jako i u stěn probíhá v podstatě rovnoběžně s vnějším obrysem, aniž by docházelo k vybočením nebo jiným oslabením. Příhradová konstrukce může následně vzhledem k vysoké pevnosti být příznivým průběhem vláken vytvořena lehčeji než dosud a umožňuje tím značnou úsporu hmotnosti. Je také možné použít laminované materiály, pokud se tyto materiály dají společně přetvářet. Lamináty mohou být při vhodné volbě materiálů lehčí, než plné materiály a mají k tomu ještě tu výhodu, že působí tlumivě proti vibracím, takže taková část má k tomu ještě tlumivé vlastnosti z hlediska kmitání.

Výroba dutého dílu podle vynálezu se provádí tak, že se nejprve vyrobí výchozí díl s rozdílnými průměry, načež se následně oblast styčníku pod vnitřním tlakem tlačí do vnější formy, aby se vytvořila křížová část se dvěma uzavřenými konci. Je žádoucí materiál během přetváření doplňovat ve směru podélné osy trubky, aby se předešlo ztenčováním materiálu v oblasti křížení.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález je blíže vysvětlen v následujícím popisu na příkladech provedení s odvoláním na připojené výkresy, ve kterých znázorňuje obr.l perspektivní znázornění výšku příhradové konstrukce, obr.2 podélný řez dutou příhradovou konstrukcí z homogenního materiálu s více styčníkovými oblastmi, obr.3 část duté příhradoviny z laminátu se styčníkovou oblastí v podélném řezu, obr.4 podrobnost styčníku z homogenního materiálu, vyrobeného přetvářením vnitřním vysokým tlakem, obr.5 příčný řez styčníkovou oblastí dutého dílu s obdélníkovým profilem obr.6 příčný řez styčníkovou oblastí dutého dílu s kruhovým profilem a obr.7 příčný řez styčníkovou oblastí dutého dílu s vícehranným trubkovým profilem.

-ΊPříkladv provedení vynálezu

Jak je patrné z obr.l, který ukazuje výsek z příhradové konstrukce podle vynálezu, sestává příhradová konstrukce z tyčových dílů 12 se styčníky a dalšími tyčovými díly 12 se styčníky nebo tyčovými díly 18. Na tyčových dílech 12 se styčníky jsou v oblasti 14 styčníků vytvarovány výběžky 30, na které mohou být nasazeny tyčové díly 18., nebo také tyčové díly 12 se styčníky, které potom mohou být uvolnitelně nebo nerozebíratelně spojeny s výběžkem 30.

Jak je znázorněno na obr.2, mohou být styčníky podle potřeby uspořádány prostorově, takže se může dosáhnout prostorové příhradové kostry s vysokou stabilitou.

Je třeba mít na zřeteli, že v dílech příhradové konstrukce mohou být tvářením vytvořena pěchovaná místa požadovaným způsobem zatvarované drážky, určené například k tomu, aby u vozidel v případě nehody přijímaly řízeným přetvořením energii, nebo také výztužné profily, kupříkladu vytvarováním podélných žeber (buňka pro cestující).

Přitom mohou mít duté profily příhradové konstrukce rozdílné průměry po jejich délce, jakož i rozdílné průřezy.

Na obr.3 je znázorněna podrobnost podélného řezu styčníku. Zde bylo zvoleno provedení, u kterého byl kombinován tyčový díl 12 se styčníky sestávající z více vrstev s tyčovým dílem vytvořeným z pouze jednoho materiálu. Kupříkladu může být tento tyčový díl částí žebříkovitého dílu s laminátovými podélnými madly, jakož stupátky z jiného materiálu.

Na obr.4 je v řezu znázorněno provedení spoje mezi tyčovým dílem 12 se styčníkem a tyčovým dílem 18, kde oba díly sestávají z jednovrstvého materiálu.

-8V obou případech je upevnění tyčových dílů 18 nebo také dalších tyčových dílů 12 se styčníky na tyčovém dílu 12 se styčníky znázorněno pouze schematicky a může být v praxi vytvořeno přilepením, přivařením nebo také našroubováním, přinýtováním apod.

Jako duté profily mhou být použity nejrůznější tvary, jak je patrné z obr.5 až 7.

Podle provedení může být účelné vytvořit obdélníkový profil 22 s výběžkem 30. Právě tak je možné vytvořit dutý nebo oválný profil 24 s výběžkem 30 pro spojení s tyčovým dílem, jak je patrné z obr.6. Jak ukazuje obr.7, mohou být takové výběžky vytvořeny pro zjednodušení upevnění tyčí na styčnících také na obdélníkových dutých profilech 26.

Přitom mohou být duté profily vytvořeny jak z jediného materiálu, například oceli nebo lehké kovové slitiny. Podle případu použití je také možné přetvářet laminátový materiál nebo trubky s povrstvením plastickou hmotou, a to podle účelu použití.

Použitím odpovídajících vrstev je možné dosáhnout odolnosti proti korozi nebo také barevnosti, aniž by byly zapotřebí další pracovní kroky.

Jak je známo, může být vnitřním vysokotlakým postupem oblast styčníku vytlačena z výchozího dutého polotovaru, takže na dutém dílu vzniká více výběžků 30. jak je znázorněno ve výkresech. Je možné dosáhnout doplňováním materiálu podél podélných os trubek během přetváření, kupříkladu pohyblivými tvarovými prvky, v podstatě stejnoměrnou tlouštku stěny, takže zeslabení tlouštky stěny natvarováváním takových výběžků mohou být alespoň částečně vyrovnávána, takže dochází k vytváření oblasti křížení bez oslabení. V důsledku

-9příznivého průběhu vláken je tato část lehká a nemá žádné svary nebo podobné útvary v oblasti styčníků.

V důsledku toho je řešením podle vynálezu možné dosáhnout zejména v oblasti styčníků pevnější a lehčí příhradovinu než dosud.

Pro odborníky jsou zřejmá další možná řešení a rozvinutí znaků v rámci patentových nároků a vynález se proti neomezuje na výše popsaná provedení, sloužící pouze jako příklad pro vysvětlení vynálezu.

Claims (13)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   J duty/»/

   1. Příhradová konstrukce^zejména alespoň částečně dutá příhradová konstrukce se styčníky a tyčovými díly, vyznačená tím, že obsahuje styčníky (14) vytvořené nejméně jedním výběžkem (30) na dutém příhradovém dílu a nejméně jedním na něm nasazeným a upevněným dalším dutým dílem, jejíž jednotlivé součástky sestávají ze stejných nebo odlišných materiálů.
2. 2. Příhradová konstrukce se styčníky a tyčovými díly podle nároku 1 vyznačená tím, že průběh vláken materiálu ve styčníku (14) je v podstatě rovnoběžný s vnějšími obrysy tyčového dílu (12) se styčníky.
3. 3. Příhradová konstrukce se styčníky a tyčovými díly podle nároku 1 nebo 2 vyznačená tím, že alespoň díly (12) obsahující styčníky (14) obsahují více vzájemně rovnoběžně na sobě ležících vrstev stejných nebo odlišných materiálů, jejichž průběh vláken je vzájemně rovnoběžný.
4. 4. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků 1 až 3 vyznačená tím, že materiály obsahují jednu nebo více vrstev z materiálu přetvořitelného za studená, jako kovu.
5. 5. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků 1 až 4 vyznačená tím, že je vytvořena z oceli a má tlouštku stěny mezi 0,1 a 1,5 cm, s výhodou mezi 0,2 a 0,5 cm.
6. 6. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků 1 až 4 vyznačená tím, že sestává v podstatě z lehkého kovu, hliníku nebo jeho slitiny, nebo hořčíku nebo jeho slitiny.

   -117. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků 1 až 6 vyznačená tím, že obsahuje materiály vyztužené vlákny.
7. 8. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků 1 až 7 vyznačená tím, že má rozdílné podélné řezové tvary a nebo rozdílné průřezy.
8. 9. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků l až 8 vyznačená tím, že nejméně jeden dutý díl obsahuje prohlubně.
9. 10. Příhradová konstrukce se styčníky podle kteréhokoli z nároků 1 až 9 vyznačená tím, že nejméně jeden dutý díl obsahuje vetvarované otvory.
10. 11. Způsob výroby příhradových konstrukcí podle kteréhokoli z nároků 1 až 10 vyznačený tím, že styčníky se vyrábí z přetvořitelného dutého materiálu přetvářecím postupem.
11. 12. Způsob podle nároku 11 vyznačený tím, že přetvářecí postup je postup přetváření vnitřním vysokým tlakem.
12. 13. Způsob výroby styčníku příhradové konstrukce podle nároku 11 nebo 12 vyznačený tím, že se předkládá dutý profil, popřípadě s rozdílnými průměry, úsek dutého profilu se vloží do formy s rozšířením v oblasti přetváření, na trubce se zavede vnitřní vysoký tlak, takže se stěna trubky v oblasti rozšíření formy rozšiřuje, vyjme se přetvořený dutý díl se styčníkovou oblastí s rozšířeními, a popřípadě se upevní tyčové díly příhradové konstrukce na rozšířeních.
13. 14. Použití příhradové konstrukce podle kteréhokoli z nároků 1 až 10 pro pozemní, vzdušná a vodní vozidla, rámy

    -12kol, motorek a aut, v pozemním a podzemním stavitelství, pro lešení, regálové systémy a nábytek.