DE102022128440A1

DE102022128440A1 - Mittels einer Haut beschränkter aufblasbarer Faltenbalg

Info

Publication number: DE102022128440A1
Application number: DE102022128440.9A
Authority: DE
Inventors: Wonhee Michael Kim; Paul W. Alexander; Diann Brei; Jonathan E. Luntz; Laura Alejandra Giner Munoz; Koray Benli; Adeline Emily WIHARDJA; Evan Millison
Original assignee: University of Michigan; GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: University of Michigan; GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2022-06-08
Filing date: 2022-10-27
Publication date: 2023-12-14
Also published as: US11572949B1; CN117184411A

Abstract

Ein inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem umfasst eine obere Endkappe, eine untere Endkappe und einen Faltenbalg, der an der oberen Endkappe und der unteren Endkappe befestigt ist und diese voneinander trennt und so konfiguriert ist, dass er unter Druck gesetztes Fluid zwischen der oberen und der unteren Endkappe fasst. Das System umfasst ferner eine Düse, die so konfiguriert ist, dass ein Fluid in den Faltenbalg ein- und aus ihm austreten kann, sowie eine nicht dehnbare Haut, die an sowohl der oberen Endkappe, der unteren Endkappe als auch dem Faltenbalg befestigt ist. Die obere Endkappe nimmt eine erste Position ein, wenn der Faltenbalg über die Düse aufgeblasen wird, und, wenn die obere Endkappe von der ersten Position in eine zweite Position eingestellt ist, ist die Haut so konfiguriert, dass sie die obere Endkappe in der zweiten Position hält und den Faltenbalg in eine vordefinierte steife dreidimensionale Form zwingt.

Description

Einführung
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf aufblasbare Strukturen und konkreter auf aufblasbare faltenbalgartige Strukturen, bei denen die Steifigkeit einer aufgeblasenen Form der Struktur erwünscht ist. Aufblasbare Strukturen umfassen typischerweise eine Blase, die unter Druck gesetzte Luft oder Flüssigkeit enthält, und Fäden, die an gegenüberliegenden Innenflächen der Blase befestigt sind. Die Fäden sind typischerweise an den Innenflächen der Blase befestigt. Wenn die Blase aufgeblasen wird, bewirkt der Druck innerhalb der Blase, dass sich die Blase nach außen ausdehnt, und übt dadurch Spannung auf die Fäden aus, was wiederum die Ausdehnung der Blase begrenzt. Zusätzlich zur Begrenzung der Ausdehnung der Blase erhöhen die Fäden auch den Betrag der Druckbelastung, der die Blase standhalten kann, bevor sich die Blase unter der Druckbelastung verformt. Solche intern gespannten aufblasbaren Strukturen werden in Vorrichtungen wie etwa Flugzeugflügeln verwendet, die hohe Verhältnisse zwischen Druckfestigkeit und Gewicht erfordern.
Wenngleich intern gespannte aufblasbare Strukturen ihren beabsichtigten Zweck erfüllen, besteht ein Bedarf an einer neuen und verbesserten aufblasbaren Struktur und Verfahren zu deren Aufbau, die die strukturellen Fähigkeiten der aufblasbaren Strukturen beibehalten oder erhöhen, während die Verpackungsgröße verbessert wird, eine steife Entfaltung in mehreren Freiheitsgraden bereitgestellt wird, sie eine glatte äußere Oberfläche aufweist, die eine Reinigung unterstützt, die Scherfestigkeit erhöht wird und das Gewicht verringert wird, während die Kosten beibehalten oder verringert werden und die Herstellungskomplexität verringert wird.
Zusammenfassung
Gemäß mehreren Aspekten der vorliegenden Offenbarung umfasst ein inkrementell zusammengebautes, von einer Haut gehaltenes bzw. mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem eine obere Endkappe, eine untere Endkappe und einen Faltenbalg, der an der oberen Endkappe und der unteren Endkappe angebracht ist und diese voneinander trennt und so konfiguriert ist, dass er unter Druck gesetztes Fluid zwischen der oberen und der unteren Endkappe fasst. Das System umfasst ferner eine Düse, die so konfiguriert ist, dass ein Fluid in den Faltenbalg ein- und aus ihm austreten kann, sowie eine nicht dehnbare Haut, die an sowohl der oberen Endkappe, der unteren Endkappe als auch dem Faltenbalg befestigt ist. Die obere Endkappe nimmt eine erste Position ein, wenn der Faltenbalg über die Düse aufgeblasen wird, und, wenn die obere Endkappe von der ersten Position auf eine zweite Position eingestellt ist, ist die Haut so konfiguriert, dass sie die obere Endkappe in der zweiten Position hält und den Faltenbalg in eine vordefinierte steife dreidimensionale Form zwingt.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst der Faltenbalg eine oder mehrere aufblasbare Kammern. Jede der einen oder mehreren aufblasbaren Kammern besteht aus einem oder mehreren oberen Abschnitten bzw. Teilen und einem oder mehreren unteren Teilen. Jeder der ein oder mehreren oberen Teile ist um einen Umfangsrand mit einem der ein oder mehreren unteren Teile versiegelt, und der Umfangsrand definiert einen sich radial erstreckenden Faltenbalgflansch.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung definieren der eine oder die mehreren oberen Teile und der eine oder die mehreren unteren Teile einen gefalteten Teil des Faltenbalgs, der sich in einer axialen Richtung zwischen einem Umfangsrand der oberen Endkappe und einem Umfangsrand der unteren Kappe erstreckt. Der gefaltete Teil des Faltenbalgs enthält eine oder mehrere Falten, die die Steifigkeit des Faltenbalgs in axialer Richtung des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems verringern.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist die nicht dehnbare Haut austauschbar. Unterschiedlich geformte, austauschbare, nicht dehnbare Häute halten den Faltenbalg bzw. schränken ihn ein, um verschiedene, aufgeblasene dreidimensionale Geometrien des vollständig aufgeblasenen, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems zu definieren.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst die nicht dehnbare Haut eine Vielzahl von Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen an vordefinierten Stellen, die mit einem oder mehreren der Faltenbalgflansche und den oberen und unteren Endkappen ausgerichtet sind.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der eine oder sind die mehreren der sich radial erstreckenden Faltenbalgflansche an einem oder mehreren der Vielzahl von Faltenbalg-Befestigungsmerkmale an der nicht dehnbaren Haut befestigt.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung enthält jeder der ein oder mehreren oberen Teile einen oder mehrere Schlitze, und jeder der ein oder mehreren unteren Teile enthält einen oder mehrere Schlitze, und der eine oder die mehreren oberen Teile und der eine oder die mehreren unteren Teile sind nur um den Umfangsrand herum unter Verwendung einer abnehmbaren Maske miteinander versiegelt. Der eine oder die mehreren Schlitze in dem einen oder den mehreren oberen und unteren Teilen ermöglichen einen Luftstrom durch den einen oder die mehreren oberen und unteren Teile, während die Form und die strukturelle Integrität des Faltenbalgs erhalten bleiben.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist der Faltenbalg aus einem Material gebildet, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Silikon, thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein TPU-beschichtetes Gewebe. Die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale auf der nicht dehnbaren Haut umfassen TPU-imprägnierte Teile des nicht dehnbaren Hautmaterials. Die abnehmbare Maske besteht aus einem Material, das eines oder mehrere der folgenden Materialien enthält: Papier, Glassine bzw. Pergamin, Glyzerin und Papierseife. Die abnehmbare Maske ist in einem Lösungsmittel löslich, das mit TPU nicht reaktionsfähig ist, wobei das Lösungsmittel eines oder mehrere der folgenden Mittel umfasst: Wasser, Aceton und Alkohol.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung kapselt die nicht dehnbare Haut den Faltenbalg vollständig ein und bildet eine glatte äußere Oberfläche, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem vollständig aufgeblasen ist.
In einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung erstreckt sich die nicht dehnbare Haut über eine erste axiale Distanz auf einer ersten Seite des Faltenbalgs und über eine zweite axiale Distanz, die kleiner als die erste axiale Distanz ist, auf einer zweiten Seite des Faltenbalgs. Die zweite Seite liegt der ersten Seite gegenüber, und, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem vollständig aufgeblasen ist, wird die steife dreidimensionale Form durch die Haut in eine nicht geradlinige Form gezwungen.
In einem anderen Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgs das inkrementelle Zusammensetzen einer oberen Endkappe, einer unteren Endkappe und eines Faltenbalgs, der an der oberen Endkappe und der unteren Endkappe befestigt ist und diese voneinander trennt. Der Faltenbalg ist so konfiguriert, dass er unter Druck gesetztes Fluid zwischen der oberen und der unteren Endkappe fasst. Das Verfahren umfasst ferner das Befestigen einer nicht dehnbaren Haut an sowohl der oberen Endkappe, dem Faltenbalg als auch der unteren Endkappe und das Verwenden einer Düse, die an einer oder mehreren der oberen Endkappe und der unteren Endkappe angeordnet ist, um zu ermöglichen, dass Fluid in den Faltenbalg eintritt oder aus ihm austritt. Die obere Endkappe nimmt eine erste Position ein, wenn der Faltenbalg über die Düse aufgeblasen wird, und, wenn die obere Endkappe von der ersten Position auf eine zweite Position eingestellt ist, ist die Haut so konfiguriert, dass sie die obere Endkappe in der zweiten Position hält und den Faltenbalg in eine vordefinierte steife dreidimensionale Form zwingt.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Zusammensetzen einer oder mehrerer aufblasbarer Kammern, wobei jede der einen oder mehreren aufblasbaren Kammern aus einem oder mehreren oberen Teilen und einem oder mehreren unteren Teilen besteht. Das Verfahren umfasst das Versiegeln jedes der einen oder mehreren oberen Teile um einen Umfangsrand herum an einem der einen oder mehreren unteren Teile. Der Umfangsrand definiert einen sich radial erstreckenden Faltenbalgflansch.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren ferner das Maskieren des einen oder mehrerer oberer Teile und des einen oder mehrerer unterer Teile mit einer abnehmbaren Maske und das Heißversiegeln jedes des einen oder mehrerer oberer Teile an einem des einen oder mehrerer unterer Teile nur um den Umfangsrand als Folge der Maskierung. Jeder der ein oder mehreren oberen Teile enthält einen oder mehrere Schlitze, und jeder der ein oder mehreren unteren Teile enthält einen oder mehrere Schlitze, und der eine oder die mehreren Schlitze in dem einen oder den mehreren oberen und unteren Teilen ermöglichen einen Luftstrom, während die Form und die strukturelle Integrität des Faltenbalgs beibehalten bleiben.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Falten des einen oder mehrerer oberer Teile und des einen oder mehrerer unterer Teile, um einen gefalteten Teil des Faltenbalgs zu definieren, der sich in einer axialen Richtung zwischen einem Umfangsrand der oberen Endkappe und einem Umfangsrand der unteren Kappe erstreckt. Der gefaltete Teil des Faltenbalgs enthält eine oder mehrere Falten, die die Steifigkeit des Faltenbalgs in axialer Richtung des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems verringern.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Ausstatten der nicht dehnbaren Haut mit einer Vielzahl von Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen an vordefinierten Stellen, die mit einem oder mehreren der Faltenbalgflansche und den oberen und unteren Endkappen ausgerichtet sind.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Befestigen der nicht dehnbaren Haut an dem einen oder den mehreren der sich radial erstreckenden Faltenbalgflansche an einem oder mehreren der Faltenbalg-Befestigungsmerkmale.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Bilden des Faltenbalgs aus einem Material, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Silikon, thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein TPU-beschichtetes Gewebe, das Bilden der Faltenbalg-Befestigungsmerkmale auf der nicht dehnbaren Haut aus TPU-imprägnierten Teilen des nicht dehnbaren Hautmaterials und das Bilden der abnehmbaren Maske aus einem Material, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Papier, Pergamin, Glyzerin und Papierseife, wobei die abnehmbare Maske in einem Lösungsmittel löslich ist, das mit TPU nicht reaktionsfähig ist. Das Lösungsmittel umfasst eines oder mehrere der folgenden Mittel: Wasser, Aceton und Alkohol.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das vollständige Einkapseln des Faltenbalgs mit der nicht dehnbaren Haut, um eine glatte äußere Oberfläche zu bilden, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem vollständig aufgeblasen ist. Die nicht dehnbare Haut ist austauschbar, und unterschiedlich geformte, austauschbare, nicht dehnbare Häute halten den Faltenbalg bzw. schränken ihn ein, um unterschiedliche, aufgeblasene dreidimensionale Geometrien des vollständig aufgeblasenen, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems zu definieren.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst das Verfahren das Herstellen eines mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgs mit einer nicht geradlinigen, steifen, dreidimensionalen Form, indem eine nicht dehnbare Haut bereitgestellt wird, die sich über eine erste axiale Distanz auf einer ersten Seite des Faltenbalgs und über eine zweite axiale Distanz, die geringer als die erste axiale Distanz ist, auf einer zweiten Seite des Faltenbalgs erstreckt. Die zweite Seite liegt der ersten Seite gegenüber.
In noch einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst ein inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem eine obere Endkappe, eine untere Endkappe und einen Faltenbalg, der an der oberen Endkappe und der unteren Endkappe angebracht ist und diese voneinander trennt und so konfiguriert ist, dass er unter Druck gesetztes Fluid zwischen der oberen und der unteren Endkappe hält. Der Faltenbalg enthält eine oder mehrere aufblasbare Kammern. Jede der einen oder mehreren aufblasbaren Kammern besteht aus einem oder mehreren oberen Teilen und einem oder mehreren unteren Teilen. Jeder der ein oder mehreren oberen Teile ist um einen Umfangsrand herum an einem der ein oder mehreren unteren Teile versiegelt. Der Umfangsrand definiert einen sich radial erstreckenden Faltenbalgflansch. Jeder der ein oder mehreren oberen Teile enthält einen oder mehrere Schlitze, und jeder der ein oder mehreren unteren Teile enthält einen oder mehrere Schlitze, und der eine oder die mehreren oberen Teile und der eine oder die mehreren unteren Teile sind nur um den Umfangsrand herum unter Verwendung einer abnehmbaren Maske miteinander versiegelt. Die abnehmbare Maske besteht aus einem Material, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Papier, Pergamin, Glycerin und Papierseife. Die abnehmbare Maske ist in einem Lösungsmittel löslich, das mit TPU nicht reaktionsfähig ist. Das Lösungsmittel umfasst eines oder mehrere der folgenden Mittel: Wasser, Aceton und Alkohol. Der eine oder die mehreren Schlitze in dem einen oder den mehreren oberen und unteren Teilen ermöglichen einen Luftstrom durch den einen oder die mehreren oberen und unteren Teile, während die Form und die strukturelle Integrität des Faltenbalgs beibehalten werden. Der eine oder die mehreren oberen Teile und der eine oder die mehreren unteren Teile definieren einen gefalteten Teil des Faltenbalgs, der sich in einer axialen Richtung zwischen einem Umfangsrand der oberen Endkappe und einem Umfangsrand der unteren Kappe erstreckt. Der gefaltete Teil des Faltenbalgs enthält eine oder mehrere Falten, die die Steifigkeit des Faltenbalgs in einer axialen Richtung des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems verringern. Eine Düse ist so konfiguriert, dass ein Fluid in den Faltenbalg ein- und aus ihm austreten kann. Sowohl an der oberen Endkappe, der unteren Endkappe als auch am Faltenbalg ist eine nicht dehnbare Haut befestigt. Die nicht dehnbare Haut umfasst eine Vielzahl von Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen an vordefinierten Stellen, die mit einem oder mehreren der Faltenbalgflansche und der oberen und unteren Endkappe ausgerichtet sind. Der eine oder mehrere der sich radial erstreckenden Faltenbalgflansche sind an der nicht dehnbaren Haut an einem oder mehreren der mehreren Faltenbalg-Befestigungsmerkmale befestigt. Der Faltenbalg besteht aus einem Material, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Silikon, thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein TPU-beschichtetes Gewebe. Die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale auf der nicht dehnbaren Haut umfassen TPU-imprägnierte Teile des nicht dehnbaren Hautmaterials. Die obere Endkappe nimmt eine erste Position ein, wenn der Faltenbalg über die Düse aufgeblasen wird, und, wenn die obere Endkappe von der ersten Position in eine zweite Position eingestellt ist, ist die Haut so konfiguriert, dass sie die obere Endkappe in der zweiten Position hält und den Faltenbalg in eine vordefinierte steife dreidimensionale Form zwingt. Die nicht dehnbare Haut kapselt den Faltenbalg vollständig ein und bildet eine glatte äußere Oberfläche, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem vollständig aufgeblasen ist. Wenn sich die nicht dehnbare Haut über eine erste axiale Distanz auf einer ersten Seite des Faltenbalges und über eine zweite axiale Distanz, die geringer als die erste axiale Distanz ist, auf einer zweiten Seite des Faltenbalges erstreckt, wird die steife dreidimensionale Form durch die Haut in eine nicht geradlinige Form gezwungen. Die nicht dehnbare Haut ist austauschbar, und unterschiedlich geformte austauschbare nicht dehnbare Häute zwingen den Faltenbalg in unterschiedlich aufgeblasene dreidimensionale Geometrien des vollständig aufgeblasenen, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der hierin gelieferten Beschreibung ersichtlich. Es sollte sich verstehen, dass die Beschreibung und die spezifischen Beispiele nur zu Veranschaulichungszwecken gedacht sind und den Umfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.

1A ist eine perspektivische partielle Querschnittsansicht eines mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems in einem nicht aufgeblasenen Zustand gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
1 B ist eine perspektivische partielle Querschnittsansicht des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems von 1A in einem teilweise aufgeblasenen Zustand gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
1C ist eine perspektivische partielle Querschnittsansicht des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems der 1A und 1B in einem vollständig aufgeblasenen Zustand gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
1D ist eine perspektivische partielle Querschnittsansicht eines Teils des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems von 1C, die Faltenbalgflansche und Hautbefestigungen gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung detaillierter zeigt;
2 ist eine Explosionsdarstellung für die inkrementelle Zusammensetzung eines mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
3 ist eine partielle Querschnittsansicht eines Teils der inkrementellen Zusammensetzung eines mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung;
4A ist eine partielle seitliche Querschnittsansicht eines nicht geradlinigen, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems in einem teilweise aufgeblasenen Zustand gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung; und
4B ist eine partielle seitliche Querschnittsansicht eines nicht geradlinigen, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems in einem vollständig aufgeblasenen Zustand gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
Die folgende Beschreibung ist ihrer Art nach lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder Nutzungen nicht einschränken.
Bestimmte Vorrichtungen wie etwa Flugzeugflügel sind so entworfen, dass sie während des Betriebs ihre Form verändern. Solche Vorrichtungen enthalten typischerweise komplexe steife Mechanismen, die ermöglichen, dass sich die Vorrichtungen während ihres Betriebs verändern. Diese steifen Mechanismen erhöhen die Kosten, die Masse und den Unterbringungsumfang der Vorrichtung.
Ein aufblasbares Faltenbalgsystem 10 gemäß der vorliegenden Offenbarung kann in eine Vorrichtung, um zu ermöglichen, die Form der Vorrichtung während des Betriebs der Vorrichtung zu ändern, eingebaut werden, ohne die Kosten, die Masse und den Unterbringungsumfang der Vorrichtung wesentlich zu erhöhen.
In 1A, 1B und 1C ist das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem 10 in mehreren Konfigurationen gezeigt. Konkret stellt 1A das aufblasbare Faltenbalgsystem 10 in einer verstauten oder nicht aufgeblasenen Position dar. 1B stellt das aufblasbare Faltenbalgsystem 10 in einer teilweise nicht verstauten (engl.: unstowed) oder teilweise aufgeblasenen Position dar, und 1C stellt das aufblasbare Faltenbalgsystem 10 in einer vollständig nicht verstauten bzw. entfalteten oder vollständig aufgeblasenen Position dar. Das mittels einer Haut beschränkte Faltenbalgsystem 10 umfasst eine obere Endkappe 12, eine untere Endkappe 14, einen Faltenbalg 16, eine Düse 18 und eine Haut 20.
Jede der oberen und unteren Endkappen 12, 14 ist eine steife Struktur mit einem Umfangsrand 22. Der Faltenbalg 16 ist an den Umfangsrändern 22 der oberen und unteren Endkappen 12, 14 befestigt und so konfiguriert, dass er unter Druck gesetztes Fluid wie etwa Luft zwischen der oberen und unteren Endkappe 12, 14 fasst. Die Düse 18 dient dazu, zu ermöglichen, dass ein Fluid in den Faltenbalg 16 eintritt und aus ihm austritt. Die Haut 20 ist mit der oberen und unteren Endkappe 12, 14 gekoppelt. Wenn der Faltenbalg 16 aufgeblasen wird, beschränkt die Haut 20 die Bewegung der oberen Endkappe 12 in Bezug auf die untere Endkappe 14 und begrenzt dadurch die Anzahl und Art der Freiheitsgrade der aufblasbaren Struktur 10.
Bei den hierin beschriebenen aufblasbaren Strukturen wird angenommen, dass die untere Endkappe 14 stationär bzw. ortsfest oder im Raum fixiert ist und die Bewegung der oberen Endkappe 12 nur durch den Faltenbalg 16 und die Haut 20 beschränkt wird. In verschiedenen Implementierungen bzw. Ausgestaltungen kann jedoch die obere Endkappe 12 ortsfest oder im Raum fixiert sein, und die Bewegung der unteren Endkappe 14 kann nur durch den Faltenbalg 16 und die Haut 20, die die obere und untere Endkappe 12, 14 miteinander verbinden, beschränkt werden. In anderen Ausgestaltungen sind weder die obere noch die untere Endkappe 12, 14 ortsfest oder räumlich fixiert und kann die Bewegung der oberen und unteren Endkappe 12, 14 nur durch den Faltenbalg 16 und die Haut 20, die die obere und untere Endkappe 12, 14 miteinander verbinden, beschränkt werden.
Die oberen und unteren Endkappen 12, 14 bilden harte Befestigungspunkte für die Haut 20. Das Material und die Geometrie der oberen und unteren Endkappen 12, 14 sind ausgewählt, um sicherzustellen, dass sich die oberen und unteren Endkappen 12, 14 nicht verbiegen, wenn eine Last oder ein Druck auf eine der oberen und unteren Endkappen 12, 14 ausgeübt wird. Die oberen und unteren Endkappen 12, 14 können aus einem steifen Material wie Acrylnitril-Butadien-Styrol, Delrin®, Acetal oder dergleichen hergestellt werden. Die oberen und unteren Endkappen 12, 14 sind an dem Faltenbalg 16 versiegelt. Somit kann das Fluid nur durch die Düse 18 in den Faltenbalg 16 ein- oder aus ihm austreten.
Der Faltenbalg 16 ist so konfiguriert, dass er ein unter Druck gesetztes Fluid wie etwa ein Gas (z. B. Luft, Helium oder dergleichen) oder eine Flüssigkeit zwischen der oberen und unteren Endkappe 12, 14 fasst. Der Faltenbalg 16 kann aus einem weichen, nicht dehnbaren Material geschaffen sein. Der Faltenbalg 16 kann beispielsweise aus Silikon, thermoplastischem Polyurethan (TPU) oder einem TPU-beschichteten Gewebe geschaffen sein. Die Geometrie und/oder das Material des Faltenbalgs 16 werden ausgewählt, um sicherzustellen, dass der Faltenbalg 16 die Bewegung der aufblasbaren Struktur 10 nicht beeinträchtigt. Idealerweise ist der Faltenbalg 16 in einer axialen Richtung 24 der aufblasbaren Struktur 10 flexibel und in allen radialen Richtungen der aufblasbaren Struktur 10 einschließlich einer radialen Richtung 26 steif.
In mehreren Aspekten definiert der Faltenbalg 16 eine oder mehrere aufblasbare Kammern 28. Jede der aufblasbaren Kammern besteht aus einem oberen Teil 30 und einem unteren Teil 32. Der obere und der untere Teil 30, 32 sind über bekannte thermische, chemische oder mechanische Mittel miteinander verbunden, die verwendet werden, um Silikon-, TPU- oder TPU-beschichteten Stoffsegmente undurchlässig zu verkleben. Genauer gesagt sind sowohl oberen Teil 30 als auch der untere Teil 32 der aufblasbaren Kammern 28 vollständig um den Umfang der aufblasbaren Kammer 28 herum versiegelt, um einen Faltenbalgflansch 34 zu definieren. Die Faltenbalgflansche 34 erzeugen eine luftdichte Faltenbalgstruktur 16, erhöhen aber die Gesamtbreite im entfalteten und verstauten Zustand.
In einigen Beispielen erstreckt sich die Düse 18 durch die untere Endkappe 14 und ist zwischen einer offenen und einer geschlossenen Position einstellbar. Wenn sich die Düse 18 in der offenen Position befindet, kann Fluid in den Faltenbalg 16 ein- oder aus ihm austreten. Wenn sich die Düse 18 in der geschlossenen Position befindet, verhindert die Düse 18, dass Fluid in den Faltenbalg 16 eintritt oder aus ihm austritt. Die Düse 18 kann ein mechanisch gesteuertes Ventil (z. B. ein Schrader-Ventil, ein Presta-Ventil oder dergleichen) oder ein elektronisch gesteuertes Ventil sein.
Bezugnehmend auf 1D und unter fortgesetzter Bezugnahme auf 1A - 1C definiert der Faltenbalgflansch 34 einen radial ganz außen gelegenen Teil jeder der aufblasbaren Kammern 28. In einigen Beispielen ist die Haut 20 an jedem Faltenbalgflansch 34 befestigt, um die Grundflächengröße des von der Haut beschränkten bzw. gehaltenen aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 im nicht aufgeblasenen Zustand zu verringern. Das heißt, da die Haut 20 an einigen der Faltenbalgflansche 34 oder an allen befestigt ist, bewirkt die Haut 20, dass sich die Faltenbalgflansche 34 gegen die Haut 20 falten, wenn der Faltenbalg 16 aufgeblasen wird. Dies reduziert die Gesamtbreite des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 um annähernd das Doppelte der Breite der Faltenbalgflansche 34. Da die Haut 20 an einigen der Faltenbalgflansche 34 oder an allen befestigt ist, verhindert der Faltenbalg 16 außerdem, dass sich die Haut 20 vom Faltenbalg 16 signifikant radial nach außen ausbreitet, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem 10 entleert wird oder sich im nicht aufgeblasenen Zustand befindet. Wenn sich das System 10 im nicht aufgeblasenen Zustand befindet, liegen die Faltenbalgflansche 34 flach. Um eine genaue Entfaltung, das Aufblasen und eine glatte äußere Oberfläche 36 des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 zu erleichtern, ist die Haut 20 nur an einem der oberen oder unteren Teile 30, 32 der aufblasbaren Kammern 28 befestigt. Dementsprechend bleiben, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem 10 die in 1C und 1D dargestellte, vollständig aufgeblasene Position erreicht, die Faltenbalgflansche 34 an der Haut 20 befestigt und biegen sich, um zu ermöglichen, dass sich die Haut 20 dicht über den aufblasbaren Faltenbalg 16 zieht.
Wendet man sich nun 2 und nimmt weiterhin Bezug auf 1A-1 D, wird ein Teil der Haut 20 detaillierter gezeigt. Genauer gesagt wird das mit einer Haut versehene aufblasbare Faltenbalgsystem 10 in einer Draufsicht in Explosionsdarstellung gezeigt. Die Haut 20 hat ein mit der oberen Endkappe 12 gekoppeltes oberes Ende 38 und ein mit der unteren Endkappe 14 gekoppeltes unteres Ende 40. Die Haut 20 ist eine dünne Folie aus nicht dehnbarem Material wie etwa Nylon, Baumwolle oder dergleichen. Das Nylon, die Baumwolle oder ein anderes derartiges nicht dehnbares Material kann ferner mit Materialien imprägniert oder beschichtet werden, die gewünschte Eigenschaften wie etwa Wasserdichtigkeit, Luftdichtigkeit oder vorbestimmte Permeabilitätseigenschaften liefern. Desgleichen können das nicht dehnbare Material und/oder die in die nicht dehnbare Haut 20 imprägnierten Substanzen Farbe, Textur oder dergleichen verleihen, ohne von dem Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die Haut 20 kann eine glatte äußere Oberfläche für die aufblasbare Struktur bereitstellen. Eine glatte äu-ßere Oberfläche kann die aerodynamischen Eigenschaften der aufblasbaren Struktur verbessern und eine leichtere Reinigung gewährleisten. In einigen Beispielen kann die Haut 20 von anderen Teilen der aufblasbaren Struktur abnehmbar oder teilweise abnehmbar sein, um eine Reinigung zu unterstützen, oder aus Gründen des verschleißbedingten Austauschs oder der Ästhetik ersetzt werden. Ebenso können für die Haut 20 verschiedene Materialien verwendet werden, was ermöglicht, dass unterschiedliche ästhetische und physikalische Eigenschaften für verschiedene Anwendungen oder Verwendungszwecke erzeugt oder genutzt werden. Die Materialstärke der Haut ist ausreichend, um einer der aufblasbaren Struktur 10 beaufschlagten vorbestimmten Last standzuhalten. Das Anwenden einer größeren Last als die vorbestimmte Last auf die aufblasbare Struktur 10 kann bewirken, dass der Faltenbalg 16 nachgibt bzw. ausbeult.
Die Länge des Faltenbalgs 16 (d. h. die Abmessung des Faltenbalgs 16 in der axialen Richtung 24) kann größer sein als die Länge der Haut 20, um sicherzustellen, dass die Haut 20 unter Spannung steht und der Faltenbalg 16 Spiel bzw. Schlupf hat, wenn der Faltenbalg 16 aufgeblasen wird. Im gezeigten Beispiel umfasst der Faltenbalg 16 einen gefalteten Teil 42, der sich in der axialen Richtung 24 unterhalb des Umfangsrands 22 der unteren Endkappe 14 erstreckt und auf sich selbst gefaltet ist. In mehreren Aspekten erstreckt sich die Haut 20 in der axialen Richtung 24, die im Wesentlichen senkrecht zu den oberen und unteren Endkappen 12, 14 ist. Falls sich die Haut 20 in eine andere Richtung als die axiale Richtung 24 ausdehnen sollte, wenn der Faltenbalg 16 aufgeblasen wird, könnte die Länge des Faltenbalgs 16 größer sein als die effektive Länge der Haut 20. Die effektive Länge der Haut 20 ist die Distanz, über die sich die Haut 20 zwischen der oberen und unteren Endkappe 12, 14 in der axialen Richtung 24 erstreckt. In mehreren Aspekten wird bei einem mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystem 10, das eine im Wesentlichen geradlinige feste Form hat, ist die Haut 20 aus einem oder mehreren, im Wesentlichen rechteckigen Stücken aus nicht dehnbarem Material gebildet, die mit dem Faltenbalg 16 wie hierin beschrieben verbunden oder auf andere Weise daran befestigt sind. Man sollte sich jedoch bewusst sein, dass die mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbälge 16 eine Vielzahl von Formen haben können, die sich von geradlinigen festen Körpern unterscheiden, ohne vom Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Wendet man sich nun 3 zu und nimmt weiter Bezug auf 1A-2, ist die Haut 20 16 über ein oder mehrere Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 mit der oberen Endkappe 12, der unteren Endkappe 14 und dem Faltenbalg gekoppelt. Die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 können beliebige einer Vielzahl verschiedener permanenter, semi-permanenter oder abnehmbarer Befestigungsmittel definieren. In mehreren Beispielen können die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 heißsiegelfähige Befestigungen, Klebstoffe, mechanische Befestigungselemente wie Klettbefestigungselemente, Befestigungselemente mit Nut und Feder oder ähnliche Befestigungselemente und dergleichen umfassen, ohne von dem Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Desgleichen können die Faltenbalgflansche 34 Merkmale aufweisen, die direkt oder indirekt mit den Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen 44 der Haut 20 zusammenwirken, um sicherzustellen, dass die Haut 20 und der Faltenbalg 16 in Bezug aufeinander korrekt gelegen und aneinander befestigt sind. In einem besonderen, nicht einschränkenden Beispiel definieren die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 heißsiegelfähige TPU-Streifen, die an bestimmten Stellen, die während der Zusammensetzung mit den Faltenbalgflanschen 34 ausgerichtet sind, in die Haut 20 versiegelt oder anderweitig verbunden werden. Die Breite der TPU-Streifen ist im Wesentlichen der Breite oder radialen Ausdehnung der Faltenbalgflansche 34 äquivalent. Zusätzliche Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 erstrecken sich entlang den oberen Enden 38 und den unteren Enden 40 der Haut 20. Weitere Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 können sich an anderen Positionen bzw. Stellen der Haut 20 wie etwa entlang vertikalen Kanten 50 der Haut 20 befinden, die an den Faltenbälgen 16, anderen Abschnitten der Haut 20 oder dergleichen befestigen können. In mehreren Aspekten variiert die Größe der Lücken zwischen den Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen 44 auf der Haut 20 derart, dass im Vergleich mit den Lücken nahe den oberen Enden 38 sich zwischen TPU-Streifen an den unteren Enden 40 eine größere Lücke befindet, um zu ermöglichen, dass sich die Flansche 34 beim Aufblasen nach oben falten können.
Die Haut 20 kann mit vorgemusterten bzw. vorstrukturierten streifenförmigen Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen 44 aus TPU hergestellt werden. Die vorstrukturierte Herstellung ermöglicht die Befestigung, wenn ein Stapel von Komponenten des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 gefertigt wird. Der Zwischenraum bzw. Abstand zwischen den Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen 44 verhindert auch eine unerwünschte Befestigung am Faltenbalg 16, wenn der Faltenbalg 16 während des Zusammenbaus an die Haut 20 heißgepresst wird. Das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem 10 der vorliegenden Offenbarung kann in einem inkrementellen Bauverfahren zusammengebaut bzw. zusammengesetzt werden. Die Strukturierung der Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 auf der Haut ermöglicht das gleichzeitige Versiegeln der Haut 20 an den Faltenbalgflanschen 34, während die Schichten des Faltenbalgs 16 gefertigt werden. Ein solcher inkrementeller Aufbau stellt sicher, dass versiegelte Faltenbälge 16 gebildet werden und dass die Haut 20 inkrementell an den Faltenbälgen 16 befestigt wird, um den gesamten Stapel der Faltenbälge 16 und Haut 20 zu bilden.
In einem Beispiel, bei dem die Haut 20 Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 aus TPU aufweist, umfasst ein erster inkrementeller Herstellungsschritt das Platzieren des für die Haut 20 zu verwendenden Materials auf oder in einer Heißpresse. Genauer gesagt werden zwei Hautbahnen 20A und 20B so platziert, dass die unteren Enden 40 parallel zueinander angeordnet sind und sich nahezu berühren. Ein Pergaminstreifen 52, der eine etwas größere Breite als die Ausdehnung der oberen und unteren Teile 30, 32 des Faltenbalgmaterials 16 aufweist, wird in der Mitte platziert, wo sich die beiden Hautbahnen 20A und 20B treffen. Der Pergaminstreifen 52 verhindert, dass der Faltenbalg 16 selbst an einer unerwünschten Stelle mit dem TPU der Haut 20 versiegelt.
Der Faltenbalg 16 kann aus einer Reihe von Teilen 16A, 16B...16N des Faltenbalgs 16 aufgebaut sein. Eine erste TPU-Schicht (TPU1) mit einem großen Schlitz 54 wird auf dem Pergaminstreifen 52 platziert, gefolgt von einer inneren Maske 56 und einer TPU-Zwischenschicht (TPU2). Die Heißpresse wird dann verwendet, um TPU1 und TPU2 bei einer vorbestimmten Temperatur für eine vorbestimmte Zeitspanne zu versiegeln. In einigen Beispielen werden TPU1 und TPU2 annähernd 75 Sekunden lang auf annähernd 149 °C (300°F) erhitzt. Der große Schlitz 54 in TPU1 ermöglicht, dass Luft oder ein anderes unter Druck gesetztes Fluid durch TPU1 strömt und die die Teile des Faltenbalgs 16 füllt.
Ein weiterer Teil 16B des Faltenbalgs kann aufgebaut und mit dem ersten Teil 16B des Faltenbalgs versiegelt werden. Eine äußere Maske 58 wird auf dem TPU2 platziert, und eine weitere TPU-Zwischenschicht (TPU3) wird dann über der äußeren Maske 58 platziert. Die Heißpresse kann dann genutzt werden, um TPU2 und TPU3 dann wie oben beschrieben zu versiegeln. Das oben beschriebene Verfahren kann dann wiederholt werden, um weitere Teile 16B...16N des Faltenbalgs zu bilden, indem eine weitere innere Maske 56 auf TPU3 platziert, gefolgt von einer weiteren Zwischenschicht TPU4, die dann wie oben beschrieben durch Erhitzen miteinander versiegelt werden. Die inneren und äußeren Masken 56, 58 verhindern, dass die verschiedenen TPU-Schichten beim Zusammenbau aneinanderhaften. In mehreren Beispielen werden die inneren und äußeren Masken 56, 58 in einem Prozess nach dem Zusammenbau vom Faltenbalg 16 entfernt. Die inneren und äußeren Masken 56, 58 können je nach besonderer Anwendung durch verschiede Mittel entfernt werden. In einigen Beispielen werden die inneren und äu-ßeren Masken 56, 58 vom Faltenbalg 16 über mechanische Mittel, über ein Lösungsmittel oder andere chemische Mittel oder dergleichen entfernt. In einem besonderen Beispiel sind die inneren und äußeren Masken 56, 58 aus einem wasserlöslichen Material wie etwa Papier, Glyzerin, Pergamin, Papierseife oder dergleichen geschaffen. In einigen Beispielen sind die inneren und äußeren Masken 56, 58 aus Materialien geschaffen, die in Substanzen wie etwa Alkoholen, Aceton oder anderen Lösungsmitteln löslich sind, die gegenüber TPU nicht reaktionsfähig sind.
Wie in den Figuren gezeigt ist, enthalten TPU2, TPU3 und TPU4 eine Vielzahl von kleinen Schlitzen 60. Man sollte sich bewusst sein, dass, während die kleinen Schlitze 60 nur an zwei Stellen auf jeder der TPU2, TPU3 und TPU4 gezeugt sind, es aber mehr als zwei kleine Schlitze 60 oder weniger als zwei kleine Schlitze 60 geben kann, ohne von dem Umfang oder der Absicht der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Man sollte sich jedoch bewusst sein, dass jede der TPU1, TPU2, TPU3, TPU4 usw. dem Faltenbalg 16 radiale Grenzen setzt. Falls mehrere benachbarte Faltenbalgteile 16A, 16B, 16C, 16D usw. TPU-Zwischenschichten TPU1, TPU2, TPU3, TPU4 etc. enthalten, die jeweils nur einen einzigen großen Schlitz 54 aufweisen, wird dementsprechend der Faltenbalg 16 möglicherweise nicht richtig radial begrenzt und kann er sich in einer unerwünschten Form radial nach außen ausdehnen oder einen Mangel an struktureller Stabilität in der Gesamtstruktur des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 verursachen.
Die Haut 20 ist an den Faltenbalgflanschen 34 an jedem der Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 versiegelt. Genauer gesagt wird die Haut 20 über TPU4 gefaltet und dann zurückgefaltet, so dass die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 in der Haut 20 flach auf den Faltenbalgflanschen 34 der TPU4 liegen. Dann wird die Heißpresse aktiviert, um die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 mit den Faltenbalgflanschen 34 der TPU4 zu verbinden. In einigen Beispielen können zusätzliche Heizprozesse genutzt werden, um die Vollständigkeit der Versiegelung zwischen der Haut 20 und dem Faltenbalg 16 zu erhöhen. Der Prozess des Zusammenbaus des Faltenbalgs 16 kann weiter fortgesetzt werden, indem eine äußere Maske 58 auf die TPU4 und eine weitere Zwischenschicht TPU5 auf die äußere Maske 58 aufgebracht werden und mit den vorher beschriebenen Einstellungen heißgepresst werden. Indem man eine weitere innere Maske 56 auf der TPU5 und eine weitere Zwischenschicht-TPU6 platziert und dann heißpresst, kann der Faltenbalg 16 fertiggestellt werden und kann die Haut 20 anschließend wieder an den Faltenbalgflanschen 34 versiegelt werden. Jede der inneren und äußeren Masken 56, 58 verhindert das Versiegeln der TPU-Schichten untereinander über die Grundfläche der inneren und äußeren Masken 56, 58.
Man sollte sich bewusst sein, dass der oben beschriebene Prozess zum Bau des Faltenbalgs 16 beliebig oft wiederholt werden kann, um Faltenbälge 16 mit einer großen Vielfalt an Höhen für unterschiedliche Anwendungen herzustellen. Das heißt, der Prozess kann so viele Male wiederholt werden, wie es für eine bestimmte Anwendung notwendig ist, wobei innere Masken 56 und äußere Masken 58 verwendet werden, um weitere Faltenbalgteile 16N zu versiegeln, und dann die Haut 20 umgefaltet wird, um die Haut 20 mit dem Faltenbalgteil 16N zu verbinden. Bei einem Aufbau mit fünf Faltenbälgen 16 sollte der Prozess insgesamt dreimal durchgeführt bzw. abgeschlossen werden, so dass die Haut 20 dreimal gefaltet und an den TPU-Schichten versiegelt wird. Nach der dritten Wiederholung wird eine äußere Maske 58 auf einer TPU8 platziert und eine wird eine Zwischenschicht-TPU9 auf der äußeren Maske 58 platziert. Die Schichten werden dann unter Hitze gepresst. Eine innere Maske 56 wird auf der TPU9 platziert, und ein TPU-Faltenbalg 16 mit einer TPU10 mit großem Schlitz wird auf der inneren Maske 56 platziert. Die Schichten werden dann unter Hitze gepresst, um eine ordnungsgemäße bzw. richtige Versiegelung sicherzustellen und den Herstellungsprozess abzuschließen.
Die Haut 20 wird anschließend unter Verwendung der Heißpresse an sowohl der oberen als auch der unteren Endkappe 12, 14 befestigt. Genauer gesagt werden die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 auf eine Weise erhitzt, die sicherstellt, dass die TPU-Streifen mit den oberen und unteren Endkappen 12, 14 verschmolzen werden. Die obere und untere Endkappe 12, 14 werden dadurch am Faltenbalg 16 versiegelt. Die untere Endkappe 14 wird innerhalb des großen Schlitzes 54 der TPU1 platziert, wobei die TPU-Seite der unteren Endkappe 14 vom Rest des Faltenbalgs 16 abgewandt ist. Die Höhe der Heizpresse wird eingestellt, um der Dicke der unteren Endkappe 14 Rechnung zu tragen, und dann wird wie oben beschrieben erhitzt. Der Prozess wird in ähnlicher Weise am gegenüberliegenden Ende des Faltenbalgs 16 wiederholt, so dass die obere Endkappe 12 durch den großen Schlitz 54 der TPU10 eingesetzt wird, wobei die TPU-Seite der oberen Endkappe 12 vom Rest des Faltenbalgs 16 abgewandt ist, und dann wird wie zuvor beschrieben heißversiegelt.
Wenngleich andere Materialien für den Faltenbalg 16 sowie für die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 auf der Haut 20 verwendet werden können, vereinfacht die Verwendung von TPU den Prozess des Zusammenbaus. Das liegt daran, dass TPU gut an anderen TPU-Materialien versiegelt, aber nicht an dem Nylon, der Baumwolle oder einem anderen derartigen nicht dehnbaren Material, aus dem die Haut 20 selbst aufgebaut. Dementsprechend ist das Einbetten von TPU-Streifen in die Haut 20 ein effektiver Weg, um sicherzustellen, dass die Faltenbalgflansche 34 nur an vordefinierten, gewünschten Stellen an der Haut 20 versiegeln. Falls das TPU über die gesamte Haut 20 imprägniert würde, würde sich die Komplexität des Zusammenbaus des Faltenbalgs 16 erhöhen, da es schwierig wäre, die Faltenbalgflansche 34 an präzisen Stellen auf der Haut 20 zu platzieren. Überdies stellen die Lücken zwischen den Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen 44 auf der Haut 20 sicher, dass die Haut 20 nicht an sich selbst haftet oder versiegelt, wenn sie beim Zusammenbau über die Faltenbalgflansche 34 gefaltet wird.
Indem man die Haut 20 an den Faltenbalgflanschen 34 befestigt, während sowohl die Haut 20 als auch die Faltenbalgflansche 34 flach in der Heißpresse liegen, verläuft eine Länge der Haut 20 parallel zu den Faltenbalgflanschen 34, was erlaubt, dass die Haut 20 beim Aufblasen vollständig gedehnt bzw. gestreckt wird. Falls die Haut 20 am Faltenbalg 16 befestigt würde, nachdem der Faltenbalg 16 versiegelt wurde, bestünde die Gefahr, dass die Befestigung der Faltenbalgflansche 34 an der Haut nicht parallel zur Längsachse der Haut 20 verläuft. Unter solchen Umständen könnte die Haut 20 auf einer Seite des Faltenbalgs 16 unerwünscht nach oben oder unten ziehen.
Die Befestigung der Haut 20 am Faltenbalg 16 während des Versiegelungsprozesses ist dementsprechend ein einfacheres und genaueres Herstellungsverfahren im Vergleich mit einer Befestigung der Haut 20 am Faltenbalg 16, nachdem der Faltenbalg 16 versiegelt worden ist. Da sich das Maskierungsmaterial zwischen jeder Schicht bzw. Lage des Faltenbalgs 16 befindet, besteht keine Gefahr, dass die Lagen des Faltenbalgs 16 nicht richtig miteinander versiegelt oder der Faltenbalg 16 durchstochen wird. Indem man den Zusammenbau der Haut 20 mit dem Versiegeln des Faltenbalgs 16 integriert, wird der Prozess ferner effizienter und für eine Massenproduktion besser skalierbar.
Mehrere Hautbahnen 20A und 20B können kombiniert werden, um den Faltenbalg 16 vollständig zu umhüllen und effektiv einzukapseln. Die Hautbahnen 20A und 20B sind so aneinander befestigt, dass sie alle Seiten des Faltenbalgs 16 vollständig umgeben. Die Hautbahnen 20A und 20B können mit bekannten Mitteln, einschließlich Gewebekleber, Klettbefestigungselemente, Nähen, Heißsiegeln und dergleichen, aneinander befestigt werden. In weiteren Beispielen können zusätzliche Hautbahnen 20C...20N verwendet werden, um den Faltenbalg 16 zu umgeben. In einem besonderen Beispiel bedecken vier Hautbahnen 20A, 20B, 20C und 20D einzeln jeden der vertikalen Wandabschnitte des durch den Faltenbalg 16 gebildeten geradlinigen festen Körpers. Verlängert man die Hautbahnen 20A, 20B...20N über die Enden des Faltenbalgs 16 hinaus, erlaubt dies, dass sich die vollständig montierte Haut 20 um den Faltenbalg 16 wickelt und mit anderen Hautbahnen 20A...20N verbindet. Mit der Haut 20 an allen Seiten des Faltenbalgs 16 liegt kein Teil des Faltenbalgs 16 direkt frei. Stattdessen wird durch die Haut eine glatte äußere Oberfläche 36 gebildet, wenn der Faltenbalg 16 vollständig aufgeblasen ist.
Wendet man sich nun 4A und 4B zu, wird ein nicht geradliniges, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem 10 gezeigt. 4A stellt das System 10 in einem teilweise aufgeblasenen Zustand dar, und 4B stellt das System 10 in einem vollständig aufgeblasenen Zustand dar. Genauer gesagt kann, indem die Ausdehnung des Faltenbalgs 16 an einem Ende nicht zugelassen wird, während die Ausdehnung zum anderen Ende des Faltenbalgs 16 konisch wird, kann eine nicht geradlinige Haut 20 verwendet werden, um eine Struktur des Faltenbalgs 16 zu halten bzw. einzuschränken, deren vertikale Ausdehnung ungleichmäßig ist. Das heißt, die eingebetteten TPU-Streifen, die die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale 44 auf einer nicht geradlinigen Haut bilden, können von einem Punkt auf dem Faltenbalg 16, der sich nicht ausdehnt, radial angeordnet sein. Dies erlaubt, dass die Haut 20 an den Flanschen des Faltenbalgs 16 befestigt ist, wenn sich der Faltenbalg 16 aufbläst. Die radiale Platzierung der eingebetteten TPU-Streifen sorgt für Strukturen des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10, die sich nicht geradlinig ausdehnen. Dies ermöglicht das Aufblasen von Strukturen, die von einem Ende des Faltenbalgs 16 zu einem anderen Ende des Faltenbalgs 16 Höhenunterschiede aufweisen. Solche nicht geradlinigen Formen können für aerodynamische Vorrichtungen wie etwa Spoiler, Kinnspoiler, Verteiler bzw. Splitter, Seitenschürzen bzw. -schweller oder an den Seitenschwellern befestigte Stufen bestimmter Kraftfahrzeuge nützlich sein. Darüber hinaus kann das von einer haut gehaltene aufblasbare Faltenbalgsystem 10 der vorliegenden Offenbarung in Größe, Form, Steifigkeit usw. für eine große Vielfalt an unterschiedlichen Anwendungen, einschließlich, nicht aber darauf beschränkt, aufblasbarer Staukästen, aufblasbarer Viertelkreise an einer Lastwagenkabine, aufblasbarer Stoßstangenverlängerungen von Kraftfahrzeugen, aufblasbarer vertikaler Seitenschweller, aufblasbarer Ladungsteiler bzw. -trennwände oder dergleichen, angepasst werden. Man sollte sich bewusst sein, dass, wenngleich das in den 4A und 4B dargestellte, mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem 10 einen im Wesentlichen fächerförmigen Querschnitt aufweist und die in den 1A-3D anderweitig dargestellten, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsysteme 10 im Wesentlichen geradlinige feste Formen haben, Varianten in Form und Freiheitsgraden innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen sollen. Das heißt, die Haut 20 beschränkt die entfaltete oder ausgedehnte Form des Faltenbalgs 16 und definiert im Allgemeinen die entfaltete Form des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10.
In einigen Beispielen ist die Haut 20 abnehmbar oder austauschbar. Dementsprechend können verschiedene Formen und Größen der Haut 20 mit demselben zugrundeliegenden Faltenbalg 16 verwendet werden, um variable dreidimensionale Formen des mittels einer Haut beschränkten Faltenbalgsystems 10 zu erzeugen. Das heißt, die aufgeblasene Geometrie des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 kann durch Austausch der Häute 20 variabel gestaltet werden. In solchen Beispielen werden die Haut 20 und die Faltenbalgflansche 34 über temporäre oder austauschbare Mittel wie etwa Klettbefestigungselemente, Befestigungselemente mit Nut und Feder oder andere mechanische Befestigungselemente, temporäre heißsiegelbare Befestigungen, Klebstoffe oder dergleichen aneinander befestigt.
Die Haut 20 des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems 10 erhöht die Scherfestigkeit im Vergleich mit ähnlichen Strukturen des Faltenbalgs 16 ohne äußere Haut 20 drastisch. In Experimenten wurde festgestellt, dass eine Haut 20, die alle vier Seiten des Faltenbalgs 16 vollständig umhüllt, den Scherwiderstand um etwa das 1 ,4-Fache gegenüber einem mit einer Haut 20 versehenen Faltenbalg 16 erhöht, bei dem nur zwei parallele Seiten des Faltenbalgs 16 mit der Haut 20 versehen sind. Darüber hinaus wurde experimentell festgestellt, dass, selbst wenn ein Faltenbalg 16 mit einer Haut 20 an nur zwei parallelen Seiten versehen ist, der Faltenbalg 16 annähernd 4,6-mal widerstandsfähiger gegen Scherung und 3,3-mal widerstandsfähiger gegen vertikale Kompression ist als ein nicht mittels einer Haut beschränkter Faltenbalg 16.
Ein mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem 10 der vorliegenden Offenbarung bietet mehrere Vorteile. Diese umfassen eine aufblasbare Struktur und deren Bauweise, die die strukturellen Fähigkeiten der aufblasbaren Strukturen beibehalten oder erhöhen, während gleichzeitig die Verpackungsgröße verbessert, eine steife Entfaltung in mehreren Freiheitsgraden geliefert wird, man eine glatte äußere Oberfläche hat, die eine Reinigung unterstützt, die Scherfestigkeit erhöht wird und das Gewicht verringert wird, während die Kosten beibehalten oder verringert werden und die Herstellungskomplexität verringert wird.
Die Beschreibung der vorliegenden Offenbarung ist ihrer Art nach lediglich beispielhaft, und Varianten, die nicht vom Kern der vorliegenden Offenbarung abweichen, sollen innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung liegen. Solche Varianten sind nicht als Abweichung von Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu betrachten.

Claims

Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem, wobei das System umfasst: eine obere Endkappe; eine untere Endkappe; einen Faltenbalg, der an der oberen Endkappe und der unteren Endkappe befestigt ist und diese voneinander trennt und so konfiguriert ist, dass er unter Druck gesetztes Fluid zwischen der oberen und der unteren Endkappe fasst; eine Düse, die so konfiguriert ist, dass ein Fluid in den Faltenbalg ein- und aus ihm austreten kann; und eine nicht dehnbare Haut, die an sowohl der oberen Endkappe, der unteren Endkappe als auch am Faltenbalg befestigt ist; und wobei die obere Endkappe eine erste Position einnimmt, wenn der Faltenbalg über die Düse aufgeblasen wird, und, wenn die obere Endkappe aus der ersten Position auf eine zweite Position eingestellt ist, die Haut so konfiguriert ist, dass sie die obere Endkappe in der zweiten Position hält und den Faltenbalg in eine vordefinierte steife dreidimensionale Form zwingt.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 1, wobei der Faltenbalg umfasst: eine oder mehrere aufblasbare Kammern, wobei jede der ein oder mehreren aufblasbaren Kammern aus einem oder mehreren oberen Teilen und einem oder mehreren unteren Teilen besteht; jeder der ein oder mehreren oberen Teile um einen Umfangsrand herum mit einem der ein oder mehreren unteren Teile versiegelt ist, und wobei der Umfangsrand einen sich radial erstreckenden Faltenbalgflansch definiert.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 2, wobei der eine oder die mehreren oberen Teile und der eine oder die mehreren unteren Teile einen gefalteten Teil des Faltenbalgs definieren, der sich in einer axialen Richtung zwischen einem Umfangsrand der oberen Endkappe und einem Umfangsrand der unteren Kappe erstreckt, und wobei der gefaltete Teil des Faltenbalgs eine oder mehrere Falten enthält, die die Steifigkeit des Faltenbalgs in einer axialen Richtung des mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems verringern.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 2, wobei die nicht dehnbare Haut austauschbar ist, wobei unterschiedlich geformte, austauschbare, nicht dehnbare Häute den Faltenbalg einschränken, um verschiedene, aufgeblasene dreidimensionale Geometrien des vollständig aufgeblasenen, mittels einer Haut beschränkten aufblasbaren Faltenbalgsystems zu definieren.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 4, wobei die nicht dehnbare Haut eine Vielzahl von Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen an vordefinierten Stellen enthält, die mit einem oder mehreren der Faltenbalgflansche und den oberen und unteren Endkappen ausgerichtet sind.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 5, wobei der eine oder mehrere der sich radial erstreckenden Faltenbalgflansche an der nicht dehnbaren Haut an einem oder mehreren der Vielzahl von Faltenbalg-Befestigungsmerkmalen befestigt sind.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 5, wobei jeder der ein oder mehreren oberen Teile einen oder mehrere Schlitze enthält und jeder der ein oder mehreren unteren Teile einen oder mehrere Schlitze enthält und der eine oder die mehreren oberen Teile und der eine oder die mehreren unteren Teile nur um den Umfangsrand herum unter Verwendung einer abnehmbaren Maske miteinander heißversiegelt sind, und wobei der eine oder die mehreren Schlitze in dem einen oder den mehreren oberen und unteren Teilen einen Luftstrom durch den einen oder die mehreren oberen und unteren Teile ermöglichen, während eine Form und strukturelle Integrität des Faltenbalgs beibehalten werden.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 6, wobei: der Faltenbalg aus einem Material gebildet ist, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Silikon, thermoplastisches Polyurethan (TPU) oder ein TPU-beschichtetes Gewebe; und die Faltenbalg-Befestigungsmerkmale auf der nicht dehnbaren Haut TPU-imprägnierte Teile des nicht dehnbaren Hautmaterials umfassen, und wobei die abnehmbare Maske aus einem Material gebildet ist, das eines oder mehrere der folgenden Materialien umfasst: Papier, Pergamin, Glyzerin und Papierseife, wobei die abnehmbare Maske in einem Lösungsmittel löslich ist, das mit TPU reaktionsfähig ist, wobei das Lösungsmittel eines oder mehrere der folgenden Mittel umfasst: Wasser, Aceton und Alkohol.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 1, wobei die nicht dehnbare Haut den Faltenbalg vollständig einkapselt und eine glatte äußere Oberfläche bildet, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem vollständig aufgeblasen ist.
Inkrementell zusammengebautes, mittels einer Haut beschränktes aufblasbares Faltenbalgsystem nach Anspruch 9, wobei sich die nicht dehnbare Haut über eine erste axiale Distanz auf einer ersten Seite des Faltenbalgs und über eine zweite axiale Distanz, die geringer als die erste axiale Distanz ist, auf einer zweiten Seite des Faltenbalgs erstreckt, wobei die zweite Seite der ersten Seite gegenüberliegt und wobei, wenn das mittels einer Haut beschränkte aufblasbare Faltenbalgsystem vollständig aufgeblasen ist, die steife dreidimensionale Form durch die Haut in eine nicht geradlinige Form gezwungen wird.