DE112017005789T5

DE112017005789T5 - Struktur mit spannungsgeschützter fugennaht und strukturelemente, die diese bilden

Info

Publication number: DE112017005789T5
Application number: DE112017005789.2T
Authority: DE
Inventors: David R. Griffith; Michael Noble; William Ulrich; Christopher Lu; Ling Pan; Huijun Wang; Donald Stickel; Keith Egland; Jeremy R. Hammar; Seth Johnson; Timothy W. Olmsted
Original assignee: Caterpillar Inc
Current assignee: Caterpillar Inc
Priority date: 2016-12-13
Filing date: 2017-12-06
Publication date: 2019-08-14
Also published as: SE1950713A1; US11253956B2; SE543635C2; KR20190087625A; GB201909901D0; CN110198806B; US20180161941A1; CN110198806A; GB2572299A; JP2020513324A; US10688600B2; JP7256122B2; US20200230749A1; WO2018111654A1

Abstract

Es wird ein Strukturelement (10) offenbart. Das Strukturelement (10) beinhaltet einen Körper (40) mit einer ersten Oberfläche (16), einer zweiten Oberfläche (18) und einer Endfläche (42) an einem Endabschnitt (20) des Strukturelements (10). Der Endabschnitt (20) des Strukturelements (10) beinhaltet einen Wurzelvorsprung (22), der sich von der zweiten Oberfläche (18) des Strukturelements (10) entlang eines Wurzelvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende (82) des Wurzelvorsprungs (22) erstreckt, um eine Wurzelvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche (18) des Strukturelements (10) zum Außenende (82) des Wurzelvorsprungs (22) erstreckt. Der Wurzelvorsprung (22) beinhaltet ferner eine Wurzelvorsprungsbreite, die sich zwischen einer Innenkante (184) und einer Außenkante (80) des Außenendes (82) des Wurzelvorsprungs (22) erstreckt. Der Wurzelvorsprungsradius, die Wurzelvorsprungshöhe und die Wurzelvorsprungsbreite sind so konfiguriert, dass sie eine spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion (160) definieren, die außerhalb eines Wurzelspannungsfließwegs (200) abisoliert ist, der durch den Körper (40) des Strukturelements (10) verläuft.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich im Allgemeinen auf spannungsgeschützte Fugennähte und mehr im Detail auf Strukturelemente, die Strukturen mit spannungsgeschützten Fugennähten bilden.
Hintergrund
Fugennähte können verwendet werden, um Strukturelemente zu verbinden, so dass eine oder mehrere Schweißgüter aus einer großen Vielzahl zahlreicher unterschiedlicher Strukturtypen gebildet werden. Insbesondere können Fugennähte ein Mittel sein, mit dem zwei Strukturelemente oder andere Metallkomponenten durch Anbringen von angrenzenden und/oder Gegenkanten oder -flächen durch eine gegenseitige Wärmeverklebungstransformation dazwischen miteinander verbunden werden, die zumindest teilweise durch erhitztes Füllmaterial bereitgestellt werden kann. Zumindest ein Teil des Inneren der Fugennaht kann aus dem Füllmaterial zusammengesetzt sein, das an den angrenzenden Flächen und Kanten des bereits vorhandenen Ausgangsmaterials der Strukturelemente oder anderer Metallkomponenten, darunter an einem oberen Abschnitt oder „Übergang“ und einem Boden oder „Wurzelabschnitt“ der Fugennaht und der Strukturelemente, angreifen und sich mit diesen wärmeverkleben kann.
Auch wenn Fugennähte als weit verbreitetes, wirksames Mittel zum Verbinden von Strukturelementen unter Bildung einer großen Vielzahl zahlreicher unterschiedlicher Strukturtypen verwendet werden können, können für gewöhnlich herkömmliche Fugennähte danach für Ermüdung oder Versagen anfällig sein. Beispielsweise kann die geschweißte Struktur einer cyclischen Belastung, Kräften und/oder Spannungen ausgesetzt sein, die teilweise Zug- oder Biegekräfte beinhalten können, die die Schweißnaht und Strukturelemente unter Spannungen setzen. Wenn Belastung, Kräfte und/oder Spannungen auf die Struktur und die Fugennaht ausgeübt werden, sind Abschnitte der Fugennaht wie z. B. deren Wurzel und/oder Übergang ggf. nicht in der Lage, darauf ausgeübte Belastung, Kräfte und/oder Spannungen zu absorbieren und diesen standzuhalten, und können somit für Ermüdung oder Versagen besonders anfällig sein.
Das US-Patent Nr. 7,374,823 mit dem Titel „Welding Portion Constitution and Welding Method“ offenbart eine Schweißnahtbaugruppe, die erste und zweite Elemente mit geneigten Abschnitten beinhaltet, die durch eine Schweißperle verbunden sind. Das Versagen der Fugennahtverbindungen ist auf dem Gebiet jedoch weiterhin problematisch, da die Schweißwurzel und/oder der Schweißübergang weiterhin hohen Spannungen ausgesetzt werden.
Die vorliegende Offenbarung ist darauf gerichtet, einen oder mehrere der oben angeführten Mängel und Nachteile zu behandeln.
Kurzdarstellung der Offenbarung
Unter einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird ein Strukturelement offenbart. Das Strukturelement beinhaltet einen Körper mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche und einer Endfläche an einem Endabschnitt des Strukturelements. Der Endabschnitt des Strukturelements beinhaltet einen Wurzelvorsprung, der sich von der zweiten Oberfläche des Strukturelements entlang eines Wurzelvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende des Wurzelvorsprungs erstreckt, um eine Wurzelvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche des Strukturelements zum Außenende des Wurzelvorsprungs erstreckt. Der Wurzelvorsprung beinhaltet ferner eine Wurzelvorsprungsbreite, die sich zwischen einer Innenkante und einer Außenkante des Außenendes des Wurzelvorsprungs erstreckt. Der Wurzelvorsprungsradius, die Wurzelvorsprungshöhe und die Wurzelvorsprungsbreite sind so konfiguriert, dass sie eine spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion definieren, die außerhalb eines Wurzelspannungsfließwegs abisoliert ist, der durch den Körper des Strukturelements verläuft.
Unter einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Struktur offenbart. Die Struktur beinhaltet zumindest zwei Strukturelemente, die durch zumindest eine Fugennaht verbunden sind. Die zumindest zwei einzelnen Strukturelemente beinhalten ein erstes Strukturelement und ein zweites Strukturelement. Das erste Strukturelement und das zweite Strukturelement beinhalten jeweils einen Körper mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche und einer Endfläche an einem Endabschnitt. Der Endabschnitt beinhaltet einen Wurzelvorsprung, der sich von der zweiten Oberfläche entlang eines Wurzelvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende des Wurzelvorsprungs erstreckt, um eine Wurzelvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche zum Außenende des Wurzelvorsprungs erstreckt. Der Wurzelvorsprung beinhaltet eine Wurzelvorsprungsbreite, die sich zwischen einer Innenkante und einer Außenkante des Außenendes des Wurzelvorsprungs erstreckt. Der Wurzelvorsprungsradius, die Wurzelvorsprungshöhe und die Wurzelvorsprungsbreite des Wurzelvorsprungs des ersten Strukturelements und des Wurzelvorsprungs des zweiten Strukturelements sind so konfiguriert, dass sie eine Schweißnahtwurzel innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion anordnen, die einer Zone mit vernachlässigbarer Wurzelspannungskonzentration entspricht, die außerhalb eines Wurzelspannungsfließwegs abisoliert ist, der durch den Körper des ersten Strukturelements und den Körper des zweiten Strukturelements verläuft, so dass es in der Schweißnahtwurzel zu keinem Ermüdungsversagen kommt.
Unter einem noch weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung wird eine Struktur offenbart. Die Struktur beinhaltet zumindest zwei Strukturelemente, die durch zumindest eine Fugennaht verbunden sind. Die zumindest zwei einzelnen Strukturelemente beinhalten ein erstes Strukturelement und ein zweites Strukturelement. Das erste Strukturelement und das zweite Strukturelement beinhalten jeweils einen Körper mit einer ersten Oberfläche, einer zweiten Oberfläche und einer Endfläche an einem Endabschnitt. Der Endabschnitt beinhaltet einen Übergangsvorsprung, der sich von der ersten Oberfläche entlang eines Übergangsvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende des Übergangsvorsprungs erstreckt, um eine Übergangsvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche zum Außenende des Übergangsvorsprungs erstreckt. Der Übergangsvorsprung beinhaltet eine Übergangsvorsprungsbreite, die sich zwischen einer Innenkante und einer Außenkante des Außenendes des Übergangsvorsprungs erstreckt. Der Übergangsvorsprungsradius, die Übergangsvorsprungshöhe und die Übergangsvorsprungsbreite des Übergangsvorsprungs des ersten Strukturelements und des Übergangsvorsprungs des zweiten Strukturelements sind so konfiguriert, dass sie einen Schweißnahtübergang innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregion anordnen, die einer Zone mit vernachlässigbarer Übergangsspannungskonzentration entspricht, die außerhalb eines Übergangsspannungsfließwegs abisoliert ist, der durch den Körper des ersten Strukturelements und den Körper des zweiten Strukturelements verläuft, so dass es im Schweißnahtübergang zu keinem Ermüdungsversagen kommt.
Figurenliste

1 ist eine Seitenansichtsdarstellung eines Strukturelements gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
3 ist eine vergrößerte Seitenansicht der Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung von 1 verbunden sind;
4 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
5 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
6 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
7 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
8 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
9 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
10 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
11 ist eine Seitenansichtsdarstellung, die ein Verfahren zum Herstellen eines Strukturelements gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung von 10 zeigt;
12 ist eine Seitenansichtsdarstellung einer Struktur, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
13 ist eine schematische Darstellung einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die sich infolge einer an die Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung angelegte Zugspannung innerhalb der Struktur bilden, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht verbunden sind;
14 ist eine schematische Darstellung einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die sich infolge einer an die Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung angelegte Biegespannung innerhalb der Struktur bilden, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht verbunden sind;
15 ist eine vierdimensionale graphische Darstellung, die die Beziehungen zwischen Wurzelspannung, Vorsprungshöhe, Vorsprungsbreite und Vorsprungsradius gemäß der vorliegenden Offenbarung zeigt;
16 ist eine schematische Darstellung einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die sich infolge einer an die Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung angelegte Zugspannung innerhalb der Struktur bilden, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht verbunden sind;
17 ist eine schematische Darstellung einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die sich infolge einer in einer ersten Richtung an die Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung angelegte Biegespannung innerhalb der Struktur bilden, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht verbunden sind;
18 ist eine schematische Darstellung einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die sich infolge einer in einer zweiten Richtung an die Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung angelegte Biegespannung innerhalb der Struktur bilden, die durch Strukturelemente gebildet ist, die durch eine Fugennaht verbunden sind;
19 ist eine schaubildliche Ansicht der diversen Strukturen, in die die Struktur gemäß der vorliegenden Offenbarung integriert werden könnte;
20 ist eine perspektivische Ansicht einer beispielhaften Gesamtstruktur mit zumindest einer Fugennaht, die als Auslegerstruktur veranschaulicht ist, in die die Struktur integriert ist, die zwei oder mehr Strukturelemente beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden sind;
21 ist eine Querschnittsansicht einer beispielhaften Gesamtstruktur mit zumindest einer Fugennaht, die als hydraulischer Zylinder veranschaulicht ist, in die die Struktur integriert ist, die zwei oder mehr Strukturelemente beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht gemäß der vorliegenden Offenbarung verbunden sind.

Wenngleich sich die nachstehende ausführliche Beschreibung auf gewisse veranschaulichende Ausführungsformen bezieht, wird verstanden, dass solche Ausführungsformen nicht als einschränkend auszulegen sind, sondern die vorliegende Offenbarung durch einen Schutzumfang geschützt ist, der mit allen Ausführungsformen, Modifikationen, alternativen Konstruktionen und Äquivalenten davon in Einklang steht.
Ausführliche Beschreibung
Die vorliegende Offenbarung ist auf eine beliebige Struktur 1 gerichtet, die aus zumindest zwei Strukturelementen 5 zusammengesetzt ist, die durch zumindest eine Fugennaht gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind. Wenngleich die Struktur 1 bei gewissen Ausführungsformen als ein erstes Strukturelement 10 und ein zweites Strukturelement 12 beschrieben und veranschaulicht ist, um die Merkmale der Strukturelemente 10, 12 und der Fugennähte jeder der offenbarten Ausführungsformen beispielhaft zu veranschaulichen, wird verstanden, dass die Struktur 1 zahlreiche Strukturelemente 5 (z. B. ein drittes, ein viertes, ein fünftes Strukturelement usw.) beinhalten kann, die durch mehrere Fugennähte verbunden sind und ein/es oder mehrere der geschützten Geometrien und Merkmale gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen beinhalten. Es wird nun ausführlich auf spezifische Ausführungsformen oder Merkmale Bezug genommen, wobei Beispiele dafür in den beiliegenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Im Allgemeinen werden in den gesamten Zeichnungen nach Möglichkeit entsprechende oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, um auf die gleichen oder entsprechenden Teile Bezug zu nehmen. Schematisch dargestellte Elemente, die in den Zeichnungen beinhaltet und hierin beschrieben sind, sind ggf. nicht dimensions- oder maßstabsgetreu gezeichnet, sondern können so gezeichnet sein, dass unterschiedliche Aspekte der Offenbarung veranschaulicht werden.
Es wird nun auf die Zeichnungen Bezug genommen, wobei ein Strukturelement 5 oder ein erstes Strukturelement 10 gezeigt ist. Das erste Strukturelement 10 kann ein beliebiges Strukturelement 5 sein, das so konfiguriert ist, dass es durch eine Fugennaht 14 mit einem weiteren Strukturelement 5 oder einem zweiten Strukturelement 12 verbunden wird, um ein Schweißgut und eine resultierende Struktur 1 oder einen Teil davon zu bilden, wie hierin weiter offenbart. Daher ist jedes der hierin offenbarten Strukturelemente 5, die teilweise das erste und das zweite Strukturelement 10 und 12 (und die jeweiligen Körper dieser 40, 240, wie hierin näher erörtert) beinhalten, aus Metall zusammengesetzt, darunter Eisen, Stahl, Aluminium oder ein beliebiges Metall oder beliebige Legierungen davon, die in der Lage sind, über eine Fugennaht 14, wie hierin offenbart, verbunden zu werden, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung beinhaltet der Ausdruck „Schweißen“ (oder „Schweißnaht“) einen beliebigen Prozess oder dessen Resultat, wobei zwei Strukturelemente 10, 12 oder andere Metallkomponenten durch Anbringung von angrenzenden und/oder Gegenkanten oder -flächen durch gegenseitige Wärme-, Reibungs- oder einen beliebigen anderen Typ der Verklebungstransformation zwischen diesen miteinander verbunden werden. Die Fugennaht 14 kann Lichtbogenhandschweißen, Wolfram-Gaslichtbogenschweißen oder Wolfram-Inertgaslichtbogenschweißen, Metall-Gaslichtbogenschweißen oder Metall-Inertgasschweißen, Fülldraht-Lichtbogenschweißen, Unterpulverlichtbogenschweißen, Elektroschlackenschweißen und dergleichen beinhalten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, und kann außerdem Auftragsschweißen, Hartlöten, Weichlöten, Rührreibschweißen, Laserschweißen und Hybridlaserlichtbogenschweißen beinhalten. Die Strukturelemente 5, 10, 12 (und ihre Hauptkörper 41, 241, wie hierin näher offenbart) können so ausgebildet sein, dass sie je nach Bedarf eine beliebige einer Vielzahl von Formen, Konturen, Profilen, Körpern, Objekten, Strukturen oder eine oder mehrere beliebige Kombinationen davor darstellen oder beinhalten, um eine beliebige geeignete oder gewünschte Struktur zu bilden, darunter eine oder mehrere der Strukturen 1 und/oder Gesamtstrukturen 1000, wie hierin offenbart, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Insbesondere können die Strukturelemente 5, 10, 12 (und ihre Hauptkörper 41, 241, wie hierin näher offenbart) planar sein, um eine Platte zu definieren. Alternativ können die Strukturelemente 5, 10, 12 (und ihre Hauptkörper 41, 241, wie hierin näher offenbart) eine konturierte Form oder ein konturiertes Profil beinhalten, kann die konturierte Form oder das konturierte Profil der Strukturelemente 5, 10, 12 (und ihre Hauptkörper 41, 241, wie hierin näher offenbart) als Ganzes oder teilweise eines oder mehrere aus planarer, Bogen-, zylindrischer, konkaver, konvexer und nach innen gebogener Form (und beliebige diverser Kombinationen davon) aufweisen und/oder diese beinhalten, um ein konturiertes Strukturelement, eine konturierte Tafel und/oder eine konturierte Platte zu bilden (wie z. B. die Strukturtafel- oder Strukturplattenelemente 3110 und 3112, wie in 20 gezeigt). Bei einem weiteren nicht einschränkenden Beispiel können die Strukturelemente 5, 10, 12 (und ihre Hauptkörper 41, 241) rohrförmig sein und können zylindrisch oder gekrümmt sein, um ein zylindrisches Rohr zu bilden, oder können ein nicht zylindrisches Rohr bilden.
Die 1 bis 3 veranschaulichen eine Ausführungsform einer Struktur 1, die durch zwei oder mehr Strukturelemente 5 gebildet ist, die als erstes Strukturelement 10 und als zweites Strukturelement 12 veranschaulicht sind, die durch eine Fugennaht 14 verbunden sind. Bei der in den 2 bis 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform beinhalten das erste und das zweite Strukturelement 10, 12 entsprechende äquivalente, entgegengesetzte, ausgefluchtete Ausrichtungen, Geometrien und Merkmale. Ohne sich jedoch vom Geist und Umfang der vorliegenden Erfindung entfernen zu wollen, können die Strukturelemente 5, die als erstes Strukturelement 10 und/oder zweites Strukturelement 12 gezeigt sind, ungleiche und/oder zusätzliche Ausrichtungen, Geometrien und/oder Merkmale aufweisen, darunter jene, die in den in den 4 bis 11 veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben sind. Unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 beinhaltet das erste Strukturelement 10 eine erste Oberfläche 16, eine zweite Oberfläche 18 und zumindest einen Endabschnitt 20, der einen Wurzelvorsprung 22 beinhaltet, und gleichermaßen beinhaltet das zweite Strukturelement 12 eine erste Oberfläche 76, eine zweite Oberfläche 78 und zumindest einen Endabschnitt 30, der einen Wurzelvorsprung 32 beinhaltet. Die Endabschnitte 20, 30 und Wurzelvorsprünge 22, 32 sind an jeder einer oder mehrerer Außenkanten, Seiten, Erstreckungen oder Grenzen des ersten Strukturelements 10 und des zweiten Strukturelements 12 beinhaltet, die so konfiguriert sind, dass sie über eine Fugennaht 14 mit einem angrenzenden, entsprechenden, gegenüberliegenden Endabschnitt 30, 20 und Wurzelvorsprung 32, 22 eines gegenüberliegenden zweiten oder ersten Strukturelements 12, 10 (oder eines beliebigen anderen Strukturelements 5, das teilweise einen beliebigen Wurzelvorsprung gemäß der vorliegenden Offenbarung beinhaltet) verbunden werden, um eine Struktur 1 zu bilden. Die ersten Oberflächen 16, 76 können Außen- oder Deckflächen des ersten Strukturelements 10 und des zweiten Strukturelements 12 und der entstehenden Struktur 1 definieren. Die zweiten Oberflächen 18, 78 können Innen- oder Unterflächen des ersten Strukturelements 10 und des zweiten Strukturelements 12 und der entstehenden Struktur 1 definieren. Alternativ können die ersten Oberflächen 16, 76 Innen- oder Unterflächen des ersten Strukturelements 10 und des zweiten Strukturelements 12 und der entstehenden Struktur 1 definieren und können die zweiten Oberflächen 18, 78 Außen- oder Deckflächen des ersten Strukturelements 10 und des zweiten Strukturelements 12 und der entstehenden Struktur 1 definieren, je nach Typ, Verwendung, Anwendung, Einschränkungen oder andere Aspekte in Zusammenhang mit der Struktur 1, darunter deren Bildung, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein. Daher werden, wenngleich die relativen Ausdrücke „über“, „außen“, „oben“, „erhöht“, „darunter“, „untere“, „niedriger“ oder „innen“ verwendet werden können, werden solche Ausdrücke ausschließlich zum Identifizieren und Offenbaren der diversen Merkmale der vorliegenden Offenbarung in Bezug auf die Ausrichtung der veranschaulichten Figuren und relativ zu dieser verwendet, sollten jedoch nicht als den Umfang der Offenbarung dahingehend einschränkend ausgelegt werden, dass sie Ausrichtungen ausschließen, die sich von den veranschaulichten Figuren unterscheiden können, aber in allen anderen Hinsichten äquivalent sind.
Das erste Strukturelement 10 und das zweite Strukturelement 12 beinhalten einen Körper 40 bzw. 240, wobei die Körper 40, 240 die Zusammensetzung und Merkmale des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 bilden und definieren können. Die Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 können aus einem Metall oder beliebigen Legierungen daraus zusammengesetzt und gebildet sein, die über eine Fugennaht 14 (wie oben offenbart) verbindbar sind, das bzw. die für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung als „Ausgangsmaterial“ definiert sein kann bzw. können, das, was Spannung, Ermüdung und/oder Versagen betrifft, stärker, langlebiger oder anderweitig beständiger als die entstehende Fugennaht 14 und das eine oder die mehreren Materialien ist, die diese bilden, darunter teilweise das Füllmaterial 52. Die jeweiligen Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 können als deren Gesamtkörper definiert werden, die die Wurzelvorsprünge 22, 32 (sowie Übergangsvorsprünge 23, 33) beinhalten können, so dass die Wurzelvorsprünge 22, 32 (sowie die Übergangsvorsprünge 23, 33) Bestandteile der jeweiligen Gesamtkörper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 und als damit unitär ausgebildet beinhaltet sein und können aus dem gleichen Ausgangsmaterial gebildet oder anderweitig als integraler Teil des gleichen unitären Körpers davon ausgebildet sein, wie hierin näher erörtert. Der Körper 40 des ersten Strukturelements 10 und der Körper 240 des zweiten Strukturelements 12 können ebenfalls einen Hauptkörper 41 bzw. einen Hauptkörper 241 beinhalten, die als Hauptabschnitt des Gesamtkörpers 40 des ersten Strukturelements 10 und des Gesamtkörpers 240 des zweiten Strukturelements 12 definiert sein können, der zur Gänze aus Ausgangsmaterial gebildet ist und alle Merkmale davon beinhaltet, die Wurzelvorsprünge 22, 32 (sowie die Übergangsvorsprünge 23, 33) jedoch nicht beinhaltet. Der Hauptkörper 41 des ersten Strukturelements 10 und - bei einer Ausführungsform der Endabschnitt 20 davon - beinhaltet eine Dicke T₁ , die sich von der ersten Oberfläche 16 zur zweiten Oberfläche 18 erstreckt. Der Hauptkörper 241 des zweiten Strukturelements 12 und - bei einer Ausführungsform der Endabschnitt 30 davon - beinhaltet eine Dicke T₂ , die sich von der ersten Oberfläche 76 zur zweiten Oberfläche 78 erstreckt. Der Endabschnitt 20 des ersten Strukturelements 10 ist durch terminale oder Endabschnitte oder terminale oder Endsegmente der ersten Oberfläche 16 und der zweiten Oberfläche 18 definiert und beinhaltet diese teilweise, die eine Außenkante, eine Seite, eine Erstreckung oder Grenze des ersten Strukturelements 10 (und dessen Hauptkörpers 41) definieren, konfiguriert, um an einen Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 angrenzend platziert zu werden (gleichermaßen durch terminale oder Endabschnitte oder terminale oder Endsegmente der ersten Oberfläche 76 und der zweiten Oberfläche 78 definiert und diese beinhaltend, die eine Außenkante, Seite, Erstreckung oder Grenze des zweiten Strukturelements 12 (und dessen Hauptkörpers 241 definieren) und über eine Fugennaht 14, wie in den 2 und 3 veranschaulicht, damit verbunden zu werden. Insbesondere beinhaltet der Endabschnitt 20 ein Ende oder einen terminalen Abschnitt der ersten und der zweiten Oberfläche 16, 18 sowie zumindest eine Endfläche 42, die ein Ende, eine Außenkante, Erstreckung oder Grenze des ersten Strukturelements 10 definiert, um über die Fugennaht 14 mit einem zweiten Strukturelement 12 verbunden zu werden, wie in den 2 und 3 veranschaulicht. Gleichermaßen beinhaltet der Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 ein Ende oder einen terminalen Abschnitt der ersten und der zweiten Oberflächen 76, 78 sowie zumindest eine Endfläche 112, die ein Ende, eine Außenkante, Erstreckung oder Grenze des zweiten Strukturelements 12 definiert, um über die Fugennaht 14 mit dem ersten Strukturelement 10 verbunden zu werden, wie in den 2 und 3 veranschaulicht. Daher sind die Endflächen 42 und 112 in den Oberflächen beinhaltet, die durch die Wärme und Energie der Fugennaht 14, darunter das Füllmaterial 52 davon, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, wärmeverklebt und transformiert werden, so dass das erste Strukturelement 10 über die Fugennaht 14 mit dem zweiten Strukturelement 12 verbunden oder an diesem angebracht wird. Die Endfläche 42 erstreckt sich von einem ersten Ende 54, das ein terminales Ende der ersten Oberfläche 16 des ersten Strukturelements 10 (und dessen Hauptkörpers 41) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet (wie in 2 gezeigt) und innerhalb des Endabschnitts 20 des ersten Strukturelements 10 positioniert ist, hin zur zweiten Oberfläche 18 zu einem zweiten Ende 56, das unter oder hinter der zweiten Oberfläche 18 positioniert ist. Gleichermaßen erstreckt sich die Endfläche 112 des zweiten Strukturelements 12 von einem ersten Ende 154, das ein terminales Ende der ersten Oberfläche 76 des zweiten Strukturelements 12 (und dessen Hauptkörpers 241) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet (wie in 2 gezeigt) und innerhalb des Endabschnitts 30 des zweiten Strukturelements 12 positioniert ist, hin zur zweiten Oberfläche 78 zu einem zweiten Ende 106, das unter oder hinter der zweiten Oberfläche 78 des zweiten Strukturelements 12 positioniert ist. Wenngleich die Endfläche 42 des ersten Strukturelements 10 und die Endfläche 112 des zweiten Strukturelements 12 jeweils in den 1 bis 3 (sowie in gewissen weiteren Figuren) als einzelne Oberflächen veranschaulicht sind, die sich in einem konstanten Winkel linear erstrecken, können die Endfläche 42 des ersten Strukturelements 10 und die Endfläche 112 des zweiten Strukturelements 12 zusätzlich gekrümmt, bogenförmig und/oder teilweise konkav und/oder konvex sein oder können mehrere Segmente variierender gekrümmter, bogenförmiger und/oder teilweise konkaver, konvexer und/oder linearer Geometrien und/oder Winkel beinhalten und dadurch gebildet sein (oder können eine beliebige andere Geometrie und/oder zusätzliche Oberflächen beinhalten, die ausreichend sind, um über die Fugennaht 14 verbunden zu werden und das Füllmaterial 52 dieser aufzunehmen), die sich von den jeweiligen ersten Enden 54, 154 zu den jeweiligen zweiten Enden 56, 106 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 erstrecken, ohne sich vom Umfang der vorliegenden Offenbarung zu entfernen. Außerdem sollten die Winkel der Oberflächen 42, 112, wie bei der Ausführungsform der 1 bis 3 (sowie teilweise bei jenen der 4 bis 12) gezeigt, nicht als den Umfang der Offenbarung einschränkend ausgelegt werden, da die Winkel einer oder mehrerer der Oberflächen 42, 112 näher an senkrecht liegen können, wobei ein nicht einschränkendes Beispiel z. B. innerhalb von 5 Grad (oder weniger) in Bezug auf die eine vertikale Mittelachse 70 der Schweißnahtwurzel 72 ist, oder alternativ können die Winkel einer oder mehrerer der Oberflächen 42, 112 weiter als die in beliebigen der veranschaulichten Ausführungsformen gezeigten sein, oder ein beliebiger anderer Winkel, eine beliebige andere Form und/oder eine beliebige andere Ausrichtung, an dem bzw. der ein beliebiger Prozess durchführbar ist, um das erste Strukturelement 10 über eine beliebige Schweißnaht, wie hierin definiert, mit dem zweiten Strukturelement 12 zu verbinden, ohne sich vom Geist und Umfang der vorliegenden Offenbarung zu entfernen.
Der Endabschnitt 20 des ersten Strukturelements 10 beinhaltet außerdem einen Wurzelvorsprung 22, der sich über die zweite Oberfläche 18 am Endabschnitt 20 des ersten Strukturelements 10 hinaus erstreckt und von diesem nach außen vorsteht. Der Wurzelvorsprung 22 kann einen Abschnitt der Endfläche 42 beinhalten, die proximal zum zweiten Ende 56 der Endfläche 42 liegt und diese beinhaltet, der sich über die zweite Oberfläche 18 hinaus erstreckt und außerdem eine äußere Wurzelerstreckungsfläche 62 beinhaltet, die sich von der linearen Außengrenze des terminalen Endes der zweiten Oberfläche 18 (und des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) proximal der Fugennaht 14 und innerhalb des Endabschnitts 20 des ersten Strukturelements 10 nach außen erstreckt und unter dieser positioniert ist oder sich zur Gänze über diese hinaus erstreckt, so dass der Wurzelvorsprung 22 eine spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160 definiert und innerhalb dieses positioniert ist, wie hierin näher erörtert. Wie in den 2 bis 3 gezeigt, beinhaltet der Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 gleichermaßen auch einen Wurzelvorsprung 32, der sich über die zweite Oberfläche 78 am Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 hinaus erstreckt und von diesem nach außen vorsteht. Der Wurzelvorsprung 32 des zweiten Strukturelements 12 kann einen Abschnitt der Endfläche 112 beinhalten, die proximal zum zweiten Ende 106 der Endfläche 112 liegt und diese beinhaltet, der sich über die zweite Oberfläche 78 hinaus erstreckt und außerdem eine äußere Wurzelerstreckungsfläche 68 beinhaltet, die sich von der linearen Außengrenze des terminalen Endes der zweiten Oberfläche 78 (und des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12) proximal der Fugennaht 14 und innerhalb des Endabschnitts 30 des zweiten Strukturelements 12 nach außen erstreckt und unter dieser positioniert ist oder sich zur Gänze über diese hinaus erstreckt, so dass der Wurzelvorsprung 32 eine spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160 definiert und innerhalb dieses positioniert ist, wie hierin näher erörtert.
Die Wurzelerstreckungsfläche 62 des ersten Strukturelements 10 ist so ausgerichtet, dass sie vom Hauptkörper 41 des ersten Strukturelements 10 nach außen und von diesem abgewandt ist, und die Wurzelerstreckungsfläche 68 ist so ausgerichtet, dass sie vom Hauptkörper 241 des zweiten Strukturelements 12 nach außen und von diesem abgewandt ist. Die Wurzelerstreckungsfläche 62 des ersten Strukturelements 10 kann sich vom zweiten Ende 56 der Endfläche 42 in Bezug auf die Außen- und untere Grenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10, wie durch die zweite Endfläche 18 definiert, weiter nach außen, weiter hinaus und weiter weg erstrecken, um an einer Außenkante 80 eines Außenendes 82 der Wurzelvorsprungs 22 zu enden. Gleichermaßen kann sich die Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12 vom zweiten Ende 106 der Endfläche 112 in Bezug auf die Außen- und untere Grenze des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12 wie durch die zweite Endfläche 78 definiert, weiter nach außen, weiter hinaus und weiter weg erstrecken, um an einer Außenkante 120 eines Außenendes 122 der Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 zu enden. Die Geometrien und Dimensionen der Wurzelvorsprünge 22, 32 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 sind so konfiguriert, dass zumindest ein Abschnitt der Länge der Wurzelerstreckungsfläche 62 des ersten Strukturelements 10 so ausgerichtet ist, dass er zumindest einem Abschnitt der Länge der zweiten Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12 zugewandt ist, wobei bei der beispielhaften Ausführungsform, die in den 2 bis 3 (sowie in jenen der 4 bis 12) gezeigt ist, ein Schweißspalt 230 dazwischen angeordnet ist, wenn die Endabschnitte 20, 30 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 aneinander angrenzend platziert sind, um die Fugennaht 14 zu bilden, so dass die Schweißnahtwurzel 72 zwischen den angrenzend zugewandten Segmenten der Wurzelerstreckungsfläche 62 des ersten Strukturelements 10 und der Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12 positioniert ist (oder sich davon nach außen vorspringend erstreckt), an einer Stelle unter oder außerhalb der zweiten Oberfläche 18 des ersten Strukturelements 10 und der zweiten Oberfläche 78 des zweiten Strukturelements 12 (oder, wie hierin näher erörtert, der unteren oder äußersten (oder zur Schweißnahtwurzel proximalsten) zweiten Oberfläche 18 oder 78) (und deren Hauptkörper 41, 241) und von dieser nach außen weg positioniert, so dass die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 positioniert und außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 abisoliert ist, wie in den 4 bis 10 gezeigt und hierin unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 näher erörtert. Bei der in den 1 bis 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform kann die Wurzelerstreckungsfläche 62 des ersten Strukturelements 10 (sowie die Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12) im Allgemeinen parallel zu einer vertikalen Mittelachse 70 des Schweißnahtwurzel 72 verlaufen. Wie bei der in den 1 bis 3 gezeigten beispielhaften Ausführungsform näher gezeigt, können die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 des ersten Strukturelements 10 (sowie jene des zweiten Strukturelements 12, wie in den 2 und 3 gezeigt) mit der entsprechenden zweiten Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12, wie in den 2 und 3 gezeigt, coplanar verlaufen. Die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68, die bei der Ausführungsform der 1 bis 3 gezeigt sind, sind außerdem senkrecht zur medialen Mittelachse 60 des Querschnittsprofils des Endabschnitts 20 des Körpers 40 des ersten Strukturelements 10 verlaufend gezeigt. Die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 können außerdem senkrecht zu einer oder mehreren der ersten und zweiten Oberflächen 16, 18 des ersten Strukturelements 10 und der ersten und zweiten Oberflächen 76, 78 des zweiten Strukturelements 12 verlaufen. Bei anderen Ausführungsformen, darunter die hierin erörterten, können eine oder mehrere der Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 jedoch leicht angewinkelt oder leicht gekrümmt sein und können sich in einem Winkel bzw. entlang einer Kurve nach innen hin zur vertikalen Mittelachse 70 und der gegenüberliegenden Wurzelerstreckungsfläche 62, 68 erstrecken, während sich die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 von den zweiten Enden 56, 106 der Endflächen 42, 112 zu den Außenkanten 80, 120 von Außenendflächen 82, 122 der Wurzelvorsprünge 22, 32 erstrecken. Es sei verstanden, dass es zwischen der in den 1 bis 3 gezeigten Ausführungsform Unterschiede geben kann, die teilweise eine oder mehrere einzelne Oberflächen mit einer beliebigen einer Vielzahl unterschiedlicher Formen, Konturen, Ausrichtungen und dergleichen, darunter die oben erwähnten, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein, beinhaltet, diese aber dennoch in den Umfang der vorliegenden Offenbarung fallen, und zwar als einen Vorsprung 22, 32 definiert und/oder bildend, der eine Geometrie und relative Abmessungen aufweist, darunter ein Radius RP_R , eine Wurzelvorsprungshöhe RP_H und eine Breite RPw, konfiguriert, um die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 auswärts, außerhalb, unter und weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 zu definieren, bilden, anzuordnen und isolieren, wie hierin näher erörtert.
Das Außenende 82 der Wurzelvorsprungs 22 kann eine äußerste Grenze des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 in Bezug auf die zweite Oberfläche 18 davon definieren und sich weg von dieser erstrecken, und das Außenende 122 des Wurzelvorsprungs 32 kann eine äußerste Grenze des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 in Bezug auf die zweite Oberfläche 78 davon definieren und sich weg von dieser erstrecken. Die Außenenden 82, 122 können auch eine sich nach außen erstreckende Rippe oder eine Nahtstelle definieren, die sich entlang der Schweißnahtwurzel 72 und des Ende des Strukturelements 10, 12 und durch diese bzw. dieses hindurch erstreckt, wie in den 2 und 3 sowie den 4 bis 10, 19 und 20 näher gezeigt (wie hierin unter Bezugnahme auf die 13 bis 15 näher erörtert), innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160.
Wie hierin näher erörtert, können eines oder mehrere der Größe, Form und/oder Dimensionen der Wurzelvorsprünge 22, 32 zumindest teilweise durch die Dimension einer bogenförmigen Innenfläche 178, 188 (und bei einer Ausführungsform deren Radius RP_R ) der Wurzelvorsprünge 22, 32 definiert werden, die auf einer Seite der Wurzelvorsprünge 22, 32 gegenüber der Wurzelerstreckungsfläche 62, 68 des jeweiligen ersten und zweiten Strukturelements 10, 12 ausgerichtet ist. Die bogenförmige Innenfläche 178 ist innerhalb des Endabschnitts 20 des ersten Strukturelements 10 positioniert und kann als Durchquerungsfläche definiert werden, durch die sich der Wurzelvorsprung 22 von der zweiten Oberfläche 18 nach außen und weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die bogenförmige Innenfläche 178 des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 von einem initialen radialen Ende 180, das ein terminales Ende der zweiten Oberfläche 18 (sowie ein terminales Ende und eine Außengrenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet ist (wie in den 2 und 3 gezeigt), radial nach außen entlang eines Radius P_R zu einem terminalen radialen Ende 182 der bogenförmigen Innenfläche 178, das an einer Innenkante 184 des Außenendes 82 des Wurzelvorsprungs 22 oder proximal dazu und bei einer Ausführungsform vertikal damit ausgefluchtet vorliegen kann.
Der Radius RP_R , entlang dessen sich die bogenförmige Innenfläche 178 erstreckt, kann die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 178 definieren und kann ferner teilweise die Querschnittsbreite RP_w des Wurzelvorsprungs 22 und dessen Außenendes 82 definieren. Die bogenförmige Innenfläche 188 des zweiten Strukturelements 12 ist innerhalb des Endabschnitts 30 des zweiten Strukturelements 12 positioniert und kann als Durchquerungsfläche definiert werden, durch die sich der Wurzelvorsprung 32 von der zweiten Oberfläche 78 nach außen und weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die bogenförmige Innenfläche 188 des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 von einem initialen radialen Ende 196, das ein terminales Ende der zweiten Oberfläche 78 (sowie ein terminales Ende und eine Außengrenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet ist (wie in den 2 und 3 gezeigt), radial nach außen entlang eines RP_R zu einem terminalen radialen Ende 192 der bogenförmigen Innenfläche 188, das an einer Innenkante 194 des Außenendes 122 des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 oder proximal dazu und bei einer Ausführungsform vertikal damit ausgefluchtet vorliegen kann. Die Querschnittsbreite RP_w kann als horizontale lineare Distanz zwischen einem oder mehreren der Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 und/oder der Außenkanten 80, 120 der Außenenden 82, 122; und den terminalen radialen Enden 182, 192 der bogenförmigen Innenflächen 178, 188 und/oder den Innenkanten 184, 194 der Außenenden 82, 122 der jeweiligen Vorsprünge 22, 32 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 definiert werden. Bei einer Ausführungsform können der Radius RP_R der bogenförmigen Innenfläche 178 des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 und der Radius RP_R der bogenförmigen Innenfläche 188 des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 im Wesentlichen konstant oder alternativ variabel sein. Die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 178 (und bei einer Ausführungsform deren Radius RP_R ) des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 kann ferner teilweise die Wurzelvorsprungshöhe RP_H definieren, wobei es sich um die lineare Distanz handelt, in der sich der Wurzelvorsprung 22 von der Außengrenze des ersten Strukturelements 10 (und dessen Hauptkörpers 41), wie durch die zweite Oberfläche 18 definiert, nach außen und außerhalb dieser erstreckt. Dies ist als Distanz definiert, die sich vom initialen radialen Ende 180 der bogenförmigen Innenfläche 178 (und/oder vom terminalen Ende der zweiten Oberfläche 18) linear und vertikal nach außen zum Außenende 82 des Wurzelvorsprungs 22 erstreckt. Die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 188 (und bei einer Ausführungsform deren Radius RP_R ) des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 kann ferner teilweise die Wurzelvorsprungshöhe RP_H des zweiten Strukturelements 12 definieren, wobei es sich um die lineare Distanz handelt, in der sich der Wurzelvorsprung 32 von der Außengrenze des zweiten Strukturelements 12 (und dessen Hauptkörpers 241), wie durch die zweite Oberfläche 78 definiert, nach außen und außerhalb dieser erstreckt. Dies ist als Distanz definiert, die sich vom initialen radialen Ende 196 der bogenförmigen Innenfläche 188 (und/oder vom terminalen Ende der zweiten Oberfläche 78) linear und vertikal nach außen zum Außenende 122 des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 erstreckt.
Die Axial-, Zug- und Biegebelastungswege und Spannungskonzentrationen des Wurzelspannungsfließwegs 200, der durch das erste Strukturelement 10 und das zweite Strukturelement 12 verläuft, sind in den 3 bis 10 veranschaulicht. Wie hierin näher erörtert und in den 13 bis 18 veranschaulicht, sind die Geometrie und die relativen Dimensionen des Radius RP_R der bogenförmigen Innenflächen 178, 188, die Wurzelvorsprungshöhe RP_H und die Breite der RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 bzw. des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 sowie die entstehende Schweißnahtvorsprunggesamtbreite WRPw so ausgewählt und konfiguriert, dass sie die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 äußerlich, außerhalb, unter und weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 definieren, bilden, anordnen und isolieren und den Wurzelspannungsfließweg 200 innerhalb des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10 und des zweiten Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12 und deren Ausgangsmaterial und weg von der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 sowie der darin angeordneten Schweißnahtwurzel 72 ablenken, verändern und umleiten und isolieren. Der Wurzelspannungsfließweg 200 ist in den 3 bis 10 veranschaulicht. Der Wurzelspannungsfließweg 200 wird an die Struktur und das Schweißgut weg von der Schweißnahtwurzel 72 und auf das stärkere Ausgangsmaterial des Hauptkörpers 41 und des Hauptkörpers 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 angelegt, durch diese übertragen und/oder verläuft durch diese. Demgemäß wird die Schweißnahtwurzel 72 durch die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 äußerlich innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 und unter und außerhalb und weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 angeordnet, gehalten und gesichert. Die Verklebung, die zwischen dem Füllmaterial 52 und dem ersten und dem zweiten Strukturelement 10, 12 und proximal des Schweißnahtwurzel 72 gebildet ist, wird in Bezug auf solche Belastungswege und Spannungskonzentrationen isoliert und ist in einer Zone mit vernachlässigbarer Spannungskonzentration positioniert, so dass es in einer oder mehreren der Schweißnahtwurzel 72 und der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 zu keinem Ermüdungsversagen kommt.
Der Endabschnitt 20 und der Wurzelvorsprung 22 des ersten Strukturelements 10, wie hierin erörtert, sowie ihre Geometrien und Dimensionen, wie hierin offenbart (sowie der Endabschnitt 30 und der Wurzelvorsprung 32 des zweiten Strukturelements 12) können unter Verwendung eines oder mehrerer geeigneter Metallfertigungsprozesse gebildet werden, wobei diese von dem Typ, der Verwendung, der Anwendung, den Einschränkungen oder anderen Aspekten in Zusammenhang mit der entstehenden Struktur abhängen können. Bei einer Ausführungsform kann der Körper 40 des ersten Strukturelements 10 (sowie der Körper 240 des zweiten Strukturelements 12) in seiner Gesamtheit durch einen Gussprozess gebildet werden, so dass ein oder mehrere Enden, Außenkanten, Erstreckungen oder Grenzen des ersten Strukturelements 10 den Endabschnitt 20 und den Wurzelvorsprung 22 sowie deren Geometrien und Dimensionen beinhalten und in Folge eines einzelnen Gussprozesses gemeinsam gebildet und integriert werden. Alternativ können der Endabschnitt 20 und der Wurzelvorsprung 22 des ersten Strukturelements 10 über einen oder mehrere Walz-, Schmiede-, Strangpress-, Biege-, Bearbeitungs- und/oder zusätzliche Herstellungsprozesse wie z. B. Metall-3D-Druck-Fertigungsprozesse gebildet werden. Ferner wird in Betracht gezogen, dass der Endabschnitt 20 und der Wurzelvorsprung 22 des ersten Strukturelements 10 durch eine Kombination von zwei oder mehr Fertigungsprozessen wie z. B. Guss-, Walz-, Schmiede-, Streck-, Biege-, Bearbeitungs- und/oder zusätzliche Herstellungsprozesse wie z. B. Metall-3D-Druck-Fertigungsprozesse gebildet werden. Die vorstehende Offenbarung und die vorstehenden Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das zweite Strukturelement 12, wenngleich sie in Bezug auf das erste Strukturelement 10 erörtert wurden.
Die 2 und 3 veranschaulichen eine Struktur, die aus zumindest zwei einzelnen Strukturkörperelementen zusammengesetzt ist, nämlich dem ersten Strukturelement 10 und dem zweiten Strukturelement 12, wie in den 2 und 3 gezeigt, die durch zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, um ein Schweißgut und eine entstehende Struktur 1 zu bilden. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung, wie in den 2 und 3 veranschaulicht und wie ferner in den 4 bis 10, 19, 20 und 21 veranschaulicht und hierin näher erörtert, kann die Struktur 1 eine beliebige Struktur, ein beliebiger Teil, eine beliebige Komponente, ein beliebiger Gegenstand oder ein beliebiger Abschnitt eines oder mehrerer des Vorstehenden sein, die bzw. der zumindest eine Fugennaht 14 beinhaltet, die zwei Strukturelemente 10, 12 verbindet. In den 2 und 3 ist das erste Strukturelement 10 mit einem Endabschnitt 20 an den Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 angrenzend und diesem zugewandt platziert, um einen offenen Raum oder eine offene Fuge dazwischen zu definieren, in dem bzw. der die Fugennaht 14 (und deren Füllmaterial 52) aufgenommen wird, wobei jeweilige Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 im Wesentlichen fluchtend und einander zugewandt angeordnet sind. Die Querschnittsbreite RP_w der Wurzelvorsprünge 22, 32 und die Außenenden 82, 122 der Wurzelvorsprünge 22, 32 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 und ein dazwischen gebildeter Schweißspalt 230 definieren eine Schweißnahtwurzelvorsprunggesamtbreite WRPw der Schweißnahtwurzel 72 der Struktur. Der offene Raum oder die offene Fuge zwischen angrenzenden, zugewandten Endflächen 42, 112 sowie zumindest einem Abschnitt der angrenzenden, zugewandte Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 oder dieser in deren Gesamtheit nimmt das Füllmaterial 52 der Fugennaht 14 während eines Schweißprozesses auf, so dass das erhitzte Füllmaterial 52 mit den Endflächen 42, 112 (sowie zumindest einem der angrenzenden, zugewandten Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 oder dieser in deren Gesamtheit) wärmeverklebt. Das erste Strukturelement 10 wird über die Fugennaht 14 mit dem zweiten Strukturelement 12 verbunden oder an diesem angebracht. Ferner sind die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 einander zugewandt (und bei der in 2 und 3 gezeigten besonderen Ausführungsform entlang der vertikalen Mittelachse 70 der Schweißnahtwurzel 72 und im Allgemeinen parallel zu dieser), um den Schweißspalt 230 dazwischen zu definieren, der so konfiguriert ist, dass er das erhitzte Füllmaterial 52 aufnimmt. Außerdem ist der Schweißspalt 230 bei einer Ausführungsform auch so konfiguriert, dass er das erhitzte Füllmaterial 52 während des Schweißprozesses hält.
Unter weiterer Bezugnahme auf die 2 und 3 kann das erhitzte Füllmaterial 52 während des Schweißprozesses in den Schweißspalt 230 dringen und fließen. Das erhitzte Füllmaterial 52 greift an den Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 der Wurzelvorsprünge 22, 32 entlang der Wurzelerstreckungshöhe R_H der Wurzelerstreckungsflächen 62, 68, die sich von den zweiten Enden 56, 106 der Endflächen 42, 112 zu den Außenkanten 80, 120 der Außenenden 82, 122 der Wurzelvorsprünge 22, 32 erstrecken, und durch zumindest einen Teil dieser oder diese in deren Gesamtheit an und wärmeverklebt mit diesen. Bei einer Ausführungsform kann das Füllmaterial 152 in den Schweißspalt 230 dringen und fließen und an den Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 von den zweiten Enden 56, 106 der Endflächen 42, 112 hin zu den Außenkanten 80, 120 der Außenendflächen 82, 122 der Wurzelvorsprünge 22, 32 entlang einer linearen Distanz angreifen oder mit diesen wärmeverkleben. Die lineare Distanz kann geringer als die Wurzelerstreckungshöhe R_H der Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 sein, so dass das Füllmaterial 52 und die Schweißnahtwurzel 72, wie in 3 gezeigt, zur Gänze im Schweißspalt 230 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 gehalten werden, wie in 3 gezeigt, oder alternativ kann die lineare Distanz größer als die Wurzelerstreckungshöhe R_H oder gleich dieser sein, wobei sich die Schweißnahtwurzel über den Schweißspalt 230 hinaus und außerhalb diesen und an der einen oder den mehreren der Außenkanten 80, 120 der Außenenden 82, 122 der Wurzelvorsprünge 22, 32 vorbei und innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 erstreckt oder vorspringt.
Die in den 1 bis 3 veranschaulichte und oben erörterte Ausführungsform stellt ein Beispiel der vorliegenden Offenbarung dar, die als erste und zweite Strukturelemente 10, 12 mit gleichen oder beinahe gleichen Dicken (wobei eine Dicke T₁ des ersten Strukturelements 10 = Dicke T₂ des zweiten Strukturelements 12); ausgefluchteten oder beinahe ausgefluchteten ersten Oberflächen 16, 76 und zweiten Oberflächen 18, 78 sowie Wurzelvorsprüngen 22, 32, die äquivalente Wurzelvorsprungshöhen und -breiten RP_H , RP_W aufweisen, und ausgefluchteten, parallelen, coplanaren Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 mit äquivalenten Wurzelerstreckungshöhen R_H gezeigt ist. Die vorstehende Offenbarung soll den Umfang der vorliegenden Offenbarung jedoch nicht einschränken, da die vorliegende Offenbarung gleichermaßen erste und zweite Strukturelemente 10, 12 mit einer oder mehreren unterschiedlichen Dicken T₁ , T₂ , einer oder mehreren angewinkelten oder nicht ausgefluchteten ersten Oberflächen 16, 76 und zweiten Oberflächen 18, 78, unterschiedlichen Wurzelvorsprungshöhen und -breiten RP_H , RP_W und versetzten, angewinkelten, ungleichen und/oder gekrümmten oder bogenförmigen Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 beinhalten soll, z. B. wie in den beispielhaften Ausführungsformen der 4 bis 10 veranschaulicht und erörtert, ohne jedoch darauf beschränkt zu sein.
Mit Ausnahme der unterschiedlichen und/oder zusätzlichen Ausrichtungen, Geometrien und/oder Merkmalen, wie in den Ausführungsformen der 4 bis 10 gezeigt und hierin erörtert und identifiziert, beinhaltet jede der Ausführungsformen der 4 bis 10 ansonsten die Elemente, Merkmale und Attribute der obigen Offenbarung der Ausführungsform der 1 bis 3, und schließt diese ein. Wie oben bereitgestellt, offenbaren die 4 bis 10 jeweils weitere Ausführungsformen einer Struktur 1, die durch zwei oder mehr Strukturelemente 5 gebildet ist, die als erstes Strukturelement 10 und zweites Strukturelement 12 und deren Wurzelvorsprünge 22, 32 gebildet ist, die durch eine Fugennaht 14 verbunden sind, um die entstehende Struktur 1 zu erhalten, wie oben in Bezug auf die 1 bis 3 erörtert. In Einklang mit der Ausführungsform der 1 bis 3 beinhalten das erste und das zweite Strukturelement 10, 20 jeder der Ausführungsformen der 4 bis 10 Wurzelvorsprünge 22, 32, die mit einer Geometrie und relativen Dimensionen ausgebildet sind, die so konfiguriert sind, dass sie die Tiefe, in der sich der Spannungsweg über zweite Oberflächen 18, 78 hinaus und außerhalb dieser erstreckt, innerhalb der Schweißnahtwurzelregion 160 und proximal der Schweißnahtwurzel 72 begrenzt und die Schweißnahtwurzel 72 über die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 äußerlich der Hauptkörper 41, 241 und innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 und unter und außerhalb und weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 halten oder anordnen oder sicher. Insbesondere und in Einklang mit der Ausführungsform der 1 bis 3 beinhalten das erste und das zweite Strukturelement 10, 20 der Ausführungsformen der 4 bis 10 jeweils Wurzelvorsprünge 22, 32 mit Geometrien und relativen Dimensionen des Radius RP_R der bogenförmigen Innenflächen 178, 188, der Wurzelvorsprungshöhe RP_H und der Breite der RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 und des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12, um die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 äußerlich und weg von der Außengrenze des Hauptkörpers 41 und außerhalb oder unter dieser, die durch das terminale Ende der zweiten Oberfläche 16 des ersten Strukturelements 10 definiert wird, und äußerlich und weg von der Außengrenze des Hauptkörpers 241 und außerhalb oder unter dieser, die durch das zweite terminale Ende der zweiten Oberfläche 76 des zweiten Strukturelements 12 definiert ist, und somit äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem zu definieren, bilden, anzuordnen und zu isolieren, um dessen Spannungskonzentrationen innerhalb des Ausgangsmaterials der Hauptkörper 41, 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 zu lokalisieren.
Unter Bezugnahme auf 4 beinhaltet Struktur 1 Strukturelemente 5, die erste und zweite Strukturelemente 10, 12 und deren Wurzelvorsprünge 22, 32 beinhalten, die über eine Fugennaht 14 in Einklang mit der Ausführungsform der 1 bis 3 verbunden sind. Die Ausführungsform von 4 veranschaulicht jedoch eine Ausführungsform, bei der die zweiten Oberflächen 18, 78 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 ausgefluchtet (oder beinahe ausgefluchtet) sind, die erste Oberfläche 76 des zweiten Strukturelements 12 erstreckt sich jedoch über der ersten Oberfläche 16 des ersten Strukturelements 10, um einen Hauptkörper 241 mit einer Dicke T₂ , die sich von der ersten Oberfläche 76 zur zweiten Oberfläche 78 erstreckt, größer als die Dicke T₁ des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10 für das zweite Strukturelement 12 bereitzustellen. 4 veranschaulicht eine Ausführungsform, wobei das erste und das zweite Strukturelement 10, 12 unterschiedliche Dicken T₁ , T₂ und nicht ausgefluchtete Oberflächen aufweisen können, der Wurzelvorsprung 22 des ersten Strukturelements 10 und der Wurzelvorsprung 32 des zweiten Strukturelements 12 sind jedoch weiterhin konfiguriert und positioniert, um die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 äußerlich und weg von der Außengrenze des Hauptkörpers 41 und außerhalb oder unter dieser, die durch das terminale Ende der zweiten Oberfläche 16 des ersten Strukturelements 10 definiert wird, und äußerlich und weg von der Außengrenze des Hauptkörpers 241 und außerhalb oder unter dieser, die durch das zweite terminale Ende der zweiten Oberfläche 76 des zweiten Strukturelements 12 definiert ist, und somit äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem zu definieren, bilden, anzuordnen und zu isolieren, in Einklang mit der Ausführungsform der 1 bis 3.
5 veranschaulicht eine Ausführungsform der Struktur 1, die ein Strukturelement in Einklang mit der obigen Offenbarung der 1 bis 3 (als zweites Strukturelement 12 veranschaulicht) und ein weiteres Strukturelement (als erstes Strukturelement 10 veranschaulicht) mit einer ersten Oberfläche 16, die mit der ersten Oberfläche 76 des zweiten Strukturelements 12 ausgefluchtet (oder beinahe ausgefluchtet) ist, jedoch mit einem Hauptkörper 41 mit einer Dicke T₁ , die sich von der ersten Oberfläche 16 zur zweiten Oberfläche 18 des ersten Strukturelements 10 erstreckt, die kleiner als die Dicke T₂ des Hauptkörpers 241 zweiten Strukturelements 12 ist, beinhaltet. Der Wurzelvorsprung 22 des ersten Strukturelements 10 ist ein länglicher radialer Wurzelvorsprung 222, der eine bogenförmige Innenfläche 278 beinhaltet, die einwärts von einem oder mehreren der bogenförmigen Innenfläche 188 und dem terminalen radialen Ende 192 der bogenförmigen Innenfläche 188 des Vorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 oder darüber positioniert sein kann. Die bogenförmige Innenfläche 278 kann sich von einem initialen radialen Ende 180 radial nach außen entlang eines Radius RP_R1 zu einem terminalen radialen Ende erstrecken, das an der Innenkante 184 des Außenendes 82 des ersten Strukturelements 10 endet. Daher ist der Radius RP_R1 bei der vorliegenden Ausführungsform ggf. nicht konstant und zumindest ein Abschnitt davon ist größer als der Radius RP_R der bogenförmigen Innenfläche 188 des Strukturelements 12. Alternativ kann die bogenförmige Innenfläche 278 eine zusätzliche längliche Innenfläche 278a als Segment davon beinhalten, die sich von einem terminalen radialen Ende 282 der bogenförmigen Innenfläche 278 zur Innenkante 184 des Außenendes 82 des ersten Strukturelements 10 erstrecken kann. Die längliche Innenfläche 278a kann sich linear vom terminalen radialen Ende 282 der bogenförmigen Innenfläche 278 zur Innenkante 184 des Außenendes 82 des ersten Strukturelements 10 oder radial in einem Radius, der größer als der Radius RP_R der bogenförmigen Innenfläche 188 des zweiten Strukturelements 12 sein kann, erstrecken. Alternativ kann die bogenförmige Innenfläche 278 und/oder das Segment der längliche Innenfläche 278a davon längliche Innenfläche 278a durch eine Reihe mehrerer linearer und/oder gekrümmter/bogenförmiger Segmente gebildet sein. Außerdem können die bogenförmige Innenfläche 278 und/oder das Segment der länglichen Innenfläche 278a gemäß einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen bogenförmig, winkelig oder anderweitig hin zur Wurzelerstreckungsfläche 62 verjüngt sein, während sich die längliche Innenfläche 278a vom terminalen radialen Ende 282 der bogenförmigen Innenfläche 278 zur Innenkante 184 des Außenendes 82 des ersten Strukturelements 10 erstreckt. Ferner beinhaltet der längliche radiale Wurzelvorsprung 222 des ersten Strukturelements 10 eine längliche Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 , die sich vom initialen radialen Ende 180 der bogenförmigen Innenfläche 278 (und/oder dem terminalen Ende der zweiten Oberfläche 18) linear und vertikal nach außen zum Außenende 82 des länglichen radialen Wurzelvorsprungs 222 erstreckt, die höher als die Wurzelvorsprungshöhe RP_H des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 ist.
Im Wesentlichen in Einklang mit der Ausführungsform der 1 bis 3 sind der Radius RP_R1 , RP_R jeder der jeweiligen bogenförmigen Innenflächen 278, 188, die Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 , RP_H jedes der jeweiligen Vorsprünge 222, 32 und die Breite RPw jedes der jeweiligen Vorsprünge 222, 32 des ersten Strukturelements 10 bzw. des zweiten Strukturelements 12 bei der vorliegenden Ausführungsform so konfiguriert, dass die Tiefe, in der sich der Spannungsweg 200 außerhalb und äußerlich zweiter Oberflächen 18, 78 erstreckt, so geändert und begrenzt wird, dass die Wurzelerstreckungsflächen 62, 68 die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 in einer Position äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem an einer Stelle unter oder außerhalb der unteren oder äußersten (oder der Schweißnahtwurzel 72 am proximalsten gelegenen) zweiten Oberfläche 78 des zweiten Strukturelements 12 und äußerlich von dieser weg positionieren, so dass die Schweißnahtwurzel 72 außerhalb und vom Wurzelspannungsfließweg 200 abisoliert wird.
6 offenbart eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wobei der Wurzelvorsprung 22, 32 eines der Strukturelemente 5 (das als beispielhafte Offenbarung als erstes Strukturelement 10 gezeigt ist) als länglicher Wurzelvorsprung 322 umgesetzt ist, der eine die Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 beinhaltet, die sich vom initialen radialen Ende 180 der bogenförmigen Innenfläche 178 (und/oder dem terminalen Ende der zweiten Oberfläche 18) linear und vertikal nach außen zum Außenende 82 des länglichen Wurzelvorsprungs 322 erstreckt, die höher als die Wurzelvorsprungshöhe RP_H des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 ist. Bei der in 6 gezeigten Ausführungsform beinhaltet der längliche Wurzelvorsprung 322 außerdem eine Wurzelerstreckungsfläche 362, die eine Wurzelerstreckungshöhe RH₁ aufweist, die sich vom zweiten Ende 56 der Endfläche 42 zur Außenkante 80, 120 des Außenendes 82 des länglichen Wurzelvorsprungs 322 erstreckt, die größer als die Wurzelerstreckungshöhe R_H der Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12 ist. Ferner sind die zweiten Enden 56, 106 der Endflächen 42, 112 der ersten und zweiten Strukturelemente 10, 12 versetzt und nicht ausgefluchtet. Bei dieser Ausführungsform sind die Geometrien und Dimensionen des länglichen Wurzelvorsprungs 322 des ersten Strukturelements 10 sowie des Wurzelvorsprungs 32 der zweiten Strukturelemente 12 so konfiguriert, dass zumindest ein Abschnitt der Wurzelerstreckungshöhe R_H1 der Wurzelerstreckungsfläche 362 des länglichen Wurzelvorsprungs 322 so ausgerichtet ist, dass er zumindest einem Abschnitt der Wurzelerstreckungshöhe R_H der Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12 angrenzend zugewandt ist, wenn die Endabschnitte 20, 30 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 aneinander angrenzend platziert sind, um die Fugennaht 14 zu bilden. Außerdem und im Wesentlichen in Einklang mit der obigen Ausführungsform der 1 bis 3 und unter Bezugnahme (und Einbindung) dieser sind der Radius RP_R jeder der jeweiligen bogenförmigen Innenflächen 178, 188, die Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 , RP_H jedes der jeweiligen Vorsprünge 322, 32 und die Breite RPw jedes der jeweiligen Vorsprünge 322, 32 des ersten Strukturelements 10 bzw. des zweiten Strukturelements 12 bei der Ausführungsform von 6 so konfiguriert, dass die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160, die durch die angrenzend zugewandten Segmente der Wurzelerstreckungsfläche 362 des länglichen Wurzelvorsprungs 322 des ersten Strukturelements 10 und der Wurzelerstreckungsfläche 68 des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 gebildet ist, an einer Stelle unter oder außerhalb und äußerlich weg von der zweiten Oberfläche 18 des ersten Strukturelements 10 und der zweiten Oberfläche 78 des zweiten Strukturelements 12 positioniert wird, so dass die Schweißnahtwurzel 72 außerhalb und vom Wurzelspannungsfließweg 200 abisoliert wird.
Die Ausführungsform von 7 veranschaulicht erste und zweite Strukturelemente 10, 20, die jeweils Wurzelvorsprünge 22, 32 mit Geometrien und relativen Dimensionen (RP_R , RP_H , RP_W ) beinhalten, die die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 weg vom Wurzelspannungsweg 200 definieren, bilden, anordnen und isolieren, in Einklang mit einer oder mehreren der vorstehenden Ausführungsformen, einschließlich jener der 1 bis 3, um deren Spannungskonzentrationen innerhalb des Ausgangsmaterials der Hauptkörper 41, 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 zu lokalisieren, wobei der Wurzelvorsprung 22, 32 eines der Strukturelemente 5 (als beispielhafte Offenbarung als das erste Strukturelement 10 gezeigt) als Wurzelerstreckungsvorsprung 422 umgesetzt ist, der eine Wurzelvorsprungendflächenerstreckung 482 beinhaltet. Insbesondere beinhaltet die Endfläche 82 des Wurzelerstreckungsvorsprungs 422 des ersten Strukturelements 10 eine Wurzelvorsprungendflächenerstreckung 482 oder -lippe, die als Verlängerung einer Endfläche 82 des Wurzelvorsprungs 22 gebildet ist, wie in den 1 bis 3 gezeigt, die sich äußerlich, außerhalb oder unter der Endfläche 122 des Vorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 erstreckt und bei einer Ausführungsform sich entlang der Schweißnahtwurzelvorsprunggesamtbreite WRPw von der Innenkante 484 der Wurzelvorsprungendflächenerstreckung 482 äußerlich, außerhalb oder unter der Endfläche 122 des Vorsprungs 32 und durch diese erstrecken kann und an einer Außenkante 480 endet, die mit der Innenkante 194 der Endfläche 122 des Vorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 ausgefluchtet sein kann, wodurch eine glatte, durchgehende Schnittfläche unter der Schweißnahtwurzel 72 zwischen den angrenzenden ersten und zweiten Strukturelementen 10, 12 möglich werden kann.
Die 8 und 9 veranschaulichen Ausführungsformen erster und zweiter Strukturelemente 10, 12, die jeweils einen Vorsprung 22, 32 beinhalten, die über eine Fugennaht 14 verbunden sind, wobei eines oder mehrere der ersten und zweiten Strukturelemente 10, 12 angewinkelt sein können. Insbesondere veranschaulicht 8 eine Ausführungsform, wobei das erste Strukturelement 10 in Bezug auf das zweite Strukturelement 12 und deren zweite Oberfläche 78 aufwärts oder nach außen angewinkelt ist. Das aufwärts oder nach außen angewinkelte erste Strukturelement 10 kann einen länglichen Wurzelvorsprung 522 beinhalten, der mit dem länglichen radialen Wurzelvorsprung 222, wie in 5 gezeigt und oben beschrieben in Einklang stehen kann oder alternativ mit dem länglichen Wurzelvorsprung 322, wie in 6 veranschaulicht und oben beschrieben in Einklang steht, und kann ferner eine bogenförmige Innenfläche 578 beinhalten, die sich von einem initialen radialen Ende 580 am terminalen Ende der aufwärts oder nach außen angewinkelten zweiten Oberfläche 518 des ersten Strukturelements 10 entlang eines Radius RP_R1 zu einem terminalen radialen Ende 582 radial nach außen erstrecken kann, wobei der Radius RP_R1 ggf. nicht konstant ist und zumindest ein Abschnitt davon größer als der Radius RP_R der bogenförmigen Innenfläche 188 des zweiten Strukturelements 12 ist. Ferner beinhaltet der längliche Wurzelvorsprung 522 des ersten Strukturelements 10 eine längliche Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 , die sich vom initialen radialen Ende 580 der bogenförmigen Innenfläche 578 (und/oder dem terminalen Ende der aufwärts oder nach außen angewinkelten zweiten Oberfläche 518) linear und vertikal nach außen zum Außenende 82 des länglichen Wurzelvorsprungs 522 erstreckt, die höher als die Wurzelvorsprungshöhe RP_H des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 ist.
9 veranschaulicht eine Ausführungsform, wobei das erste Strukturelement 10 auf das zweite Strukturelement 12 und deren zweite Oberfläche 78 abwärts oder nach innen angewinkelt ist. Der angewinkelte Wurzelvorsprung 622 des abwärts oder nach innen angewinkelten ersten Strukturelements 10 kann eine bogenförmige Innenfläche 678 beinhalten, die sich von einem initialen radialen Ende 680 am terminalen Ende der abwärts oder nach innen angewinkelten zweiten ob 618 des ersten Strukturelements 10 entlang eines Radius RP_R1 radial nach außen zu einem terminalen radialen Ende 682 erstrecken kann, das an der Innenkante 184 des Außenendes 82 des ersten Strukturelements 10 endet. Der Radius RP_R1 der bogenförmigen Innenfläche 678 ist ggf. nicht konstant und zumindest ein Abschnitt davon kann größer als der Radius RP_R2 der bogenförmigen Innenfläche 788 des Vorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 sein, der als angewinkelter Wurzelvorsprung 632 umgesetzt sein kann, wobei die allgemeinen Ausrichtungen des angewinkelten Wurzelvorsprungs 622 des ersten Strukturelements 10 und des angewinkelten Wurzelvorsprungs 632 des zweiten Strukturelements 12 im Wesentlichen senkrecht zum Winkel des ersten Strukturelements 10 ausgerichtet sein können. Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung bedeutet „im Allgemeinen senkrecht“, dass, wenngleich gewisse Oberflächen des angewinkelten Wurzelvorsprungs 622 des ersten Strukturelements 10 und des angewinkelten Wurzelvorsprungs 632 des zweiten Strukturelements 12 in diversen Winkeln ausgerichtet sein können, gekrümmt sein können und/oder Ausrichtungen beinhalten können, die ggf. nicht senkrecht zum Winkel des ersten Strukturelements 10 sind, können die diversen einzelnen Oberfläche sich kombinieren, um die allgemeine Ausrichtung des angewinkelten Wurzelvorsprungs 622 und des angewinkelten Wurzelvorsprungs 632 als Ganzes senkrecht zum Winkel des ersten Strukturelements 10 zu bilden.
10 veranschaulicht eine noch weitere Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung eines Vorsprungs eines Strukturelements (als Vorsprung 22 des ersten Strukturelements 10 veranschaulicht), der als bogenförmiger Wurzelvorsprung 722 umgesetzt ist. Der bogenförmige Wurzelvorsprung 722 beinhaltet eine bogenförmige Innenfläche 878, die sich von einem initialen radialen Ende 880, das ein terminales Ende der zweiten Oberfläche 18 (sowie ein terminales Ende und eine Außengrenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet ist (wie in den 2 und 3 gezeigt), radial nach außen entlang eines Radius RP_R1 zu einem terminalen radialen Ende 882 der bogenförmigen Innenfläche 878 erstreckt, das an der Innenkante 184 des Außenendes 82 des bogenförmigen Wurzelvorsprungs 722 vorliegen kann. Die bogenförmige Innenfläche 878 kann durch ein oder mehrere von mehreren linearen und/oder gekrümmten/bogenförmigen Segmenten oder eine Reihe dieser gebildet sein und der Radius RP_R1 , entlang dessen sich die bogenförmige Innenfläche 878 erstreckt, ist ggf. nicht konstant. Der bogenförmige Wurzelvorsprung 722 beinhaltet außerdem eine bogenförmige Wurzelerstreckungsfläche 862, die sich vom zweiten Ende 56 der Endfläche 42 in Bezug auf die Außen- und untere Grenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10, wie durch die zweite Endfläche 18 definiert, weiter nach außen, weiter hinaus und weiter weg erstreckt, um an der Außenkante 80 des Außenendes 82 des bogenförmigen Wurzelvorsprungs 722 zu enden. Bei der vorliegenden Ausführungsform kann die bogenförmige Wurzelerstreckungsfläche 862 eine gekrümmte oder bogenförmige Oberfläche sein und kann sich entlang eines Radius erstrecken, der zur Gänze oder alternativ teilweise größer als der Radius RP_R1 der bogenförmigen Innenfläche 878 ist, mit diesem jedoch konzentrisch verläuft, während sie sich vom zweiten Ende 56 der Endfläche 42 zur Außenkante 80 des Außenendes 82 erstreckt. Alternativ kann die bogenförmige Wurzelerstreckungsfläche 862 durch eine Reihe mehrerer linearer und/oder gekrümmter/bogenförmiger Segmente gebildet sein. Außerdem kann die bogenförmige Wurzelerstreckungsfläche 862 eine obere Hälfte oder einen Abschnitt proximal des zweiten Endes 56 der Endfläche 42 aufweisen, die bzw. der durch ein oder mehrere oder von mehreren einer Reihe linearer und/oder gekrümmter/bogenförmiger Segmente gebildet sein kann, die sich bogenförmig, krummlinig, winkelig oder anderweitig vom zweiten Ende 56 der Endfläche 42 und vom Hauptkörper 41 des ersten Strukturelements 10 nach außen hin zur Wurzelerstreckungsfläche 68 des zweiten Strukturelements 12 erstrecken kann, während sich die bogenförmige Wurzelerstreckungsfläche 862 vom zweiten Ende 56 der Endfläche 42 abwärts und von der Außen- oder Untergrenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10, die durch die zweite Oberfläche 18 definiert wird, äußerlich, außerhalb und weg von dieser erstreckt. Der bogenförmige Wurzelvorsprung 722 kann auch einen die Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 beinhalten, die sich vom initialen radialen Ende 880 der bogenförmigen Innenfläche 878 (und/oder dem terminalen Ende der zweiten Oberfläche 18) linear und vertikal nach außen zum Außenende 82 des bogenförmigen Wurzelvorsprungs 722 erstreckt, die höher als die Wurzelvorsprungshöhe RP_H des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 sein kann.
Schließlich stellen der längliche Wurzelvorsprung 522 von 8, der Wurzelvorsprung 622 und der angewinkelte Wurzelvorsprung 632 von 9 sowie der bogenförmige Wurzelvorsprung 722 von 10 Wurzelvorsprünge 22, 32 mit Geometrien und relativen Dimensionen dar, die die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 weg vom Wurzelspannungsfließweg 200 definieren, bilden, anordnen und isolieren, um dessen Stresskonzentrationen innerhalb des Ausgangsmaterials der Hauptkörper 41, 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 zu lokalisieren.
11 veranschaulicht ein beispielhaftes Verfahren zum Herstellen oder Fertigen eines Vorsprungs eines Strukturelements (als Vorsprung 22 des ersten Strukturelements 10 veranschaulicht), der als bogenförmiger Wurzelvorsprung 722 umgesetzt ist. Bei gewissen Anwendungen kann es durch Herstellungseinschränkungen und/oder -anforderungen (oder andere Umstände in diesem Zusammenhang wie z. B. unter anderem Materialeigenschaften, Kosten, Endbearbeitungsanforderungen) zu Schwierigkeiten führen, was das Integrieren von Geometrien oder Merkmalen betrifft, die ggf. nicht für gewisse Herstellungs-, Verarbeitungs- oder Fertigungsverfahren geeignet oder damit nicht kompatibel sind, ohne dass signifikante Mehrkosten oder Schwierigkeiten erzeugt werden.
Insbesondere zeigt 11 das erste Strukturelement 10, das den bogenförmigen Wurzelvorsprung 722 beinhaltet, in einem Prä-Formung-Zustand oder Ausgangszustand vor Formung der Ausführungsform des bogenförmigen Wurzelvorsprungs 722, wie in 10 gezeigt, wobei sich der prä-geformte bogenförmige Wurzelvorsprung 722 im Wesentlichen linear äußerlich vom Hauptkörper 41 des ersten Strukturelements 10 und dessen Endabschnitt 20 erstreckt, wobei die bogenförmige Innenfläche 878 des bogenförmigen Wurzelvorsprungs 722 mit der zweiten Oberfläche 18 des ersten Strukturelements 10 ausgefluchtet ist. Der Körper 40 des ersten Strukturelements 10 kann unter Verwendung eines oder mehrerer beliebiger geeigneter Herstellungs- oder Fertigungsprozesse so gebildet werden, dass er den prä-geformten bogenförmigen Wurzelvorsprung 722, wie in 10 gezeigt, beinhaltet, wobei nicht einschränkende Beispiele das Bilden des Körpers 40 des ersten Strukturelements 10, das den prä-geformten bogenförmigen Wurzelvorsprung 722 beinhaltet, über einen Gussprozess beinhalten, oder alternativ kann der prä-geformte bogenförmige Wurzelvorsprung 722 durch Entfernen des Materials vom Ende des Körpers 40 des ersten Strukturelements 10 unter Verwendung eines beliebigen geeigneten Materialentfernungsprozesses gebildet werden, so dass die Geometrie des prä-geformte bogenförmigen Wurzelvorsprungs 722, wie in 10 gezeigt, belassen bleibt. Sobald geformt, wird eine Kraft auf den prä-geformten bogenförmigen Wurzelvorsprung 722 in eine Richtung des Pfeils 899, wie in 11 gezeigt, angelegt, so dass der prä-geformte bogenförmige Wurzelvorsprung 722 mithilfe eines geeigneten, bekannten Prozesses gebogen, verformt oder nach unten getrieben wird, wie z. B. durch eine Presse, um den bogenförmige Wurzelvorsprung 722 wie in 10 gezeigt. zu formen.
12 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Struktur 1, die durch zwei oder mehr Strukturelemente 5 gebildet ist, die als erstes Strukturelement 10 und zweites Strukturelement 12 veranschaulicht sind, die durch eine Fugennaht 14 verbunden sind, die die Wurzelvorsprünge 22, 32 beinhalten kann, die die spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160 gemäß einer oder mehreren der hierin erörterten Ausführungsformen bilden, und ferner Übergangsvorsprünge 23, 33 beinhaltet, die spannungsgeschützte Schweißnahtübergangsregionen 161a und 161b bilden. Mit Ausnahme der unterschiedlichen und/oder zusätzlichen Ausrichtungen, Geometrien und/oder Merkmalen, die bei der Ausführungsform von 12 gezeigt sind, beinhaltet insbesondere die Ausführungsform von 12, was die Übergangsvorsprünge 23, 33 betrifft, die spannungsgeschützte Schweißnahtübergangsregionen 161a und 161b, wie hierin erörtert und identifiziert, bilden, ansonsten die Elemente, Merkmale und Attribute der Offenbarung der obigen Ausführungsform der 1 bis 3, und schließt diese ein. Äquivalent zu der Ausführungsform der 1 bis 3 wird der Endabschnitt 20 des ersten Strukturelements 10 durch einen terminalen oder Endabschnitt oder einen terminale Endabschnitt oder ein terminales Endsegment der ersten Oberfläche 16 und der zweiten Oberfläche 18 definiert und beinhaltet diese teilweise, die eine Außenkante, eine Seite, eine Erstreckung oder Grenze des ersten Strukturelements 10 (und dessen Hauptkörpers 41) definieren, konfiguriert, um an einen Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 angrenzend platziert zu werden, und wird der Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 teilweise durch einen terminalen oder Endabschnitt oder ein terminales oder Endsegment der ersten Oberfläche 76 und der zweiten Oberfläche 78 definiert und beinhaltet diese teilweise, die eine Außenkante, Seite, Erstreckung oder Grenze des zweiten Strukturelements 12 (und dessen Hauptkörpers 241) definieren, konfiguriert, um an einen Endabschnitt 20 des ersten Strukturelements 10 angrenzend platziert und über eine Fugennaht 14 damit verbunden zu werden, wie in den 2 und 3 veranschaulicht. Bei der in 12 gezeigten Ausführungsform beinhaltet der Endabschnitt 20 des ersten Strukturelements 10 einen Übergangsvorsprung 23, der sich außerhalb der ersten Oberfläche 16 erstreckt und von dieser nach außen (und aufwärts) vorsteht und über der linearen Außengrenze des terminalen Endes der ersten Oberfläche 16 (und des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) proximal der Fugennaht 14 und innerhalb des Endabschnitts 20 des Körpers 40 des ersten Strukturelements 10 positioniert ist oder sich zur Gänze über diese hinaus erstreckt, so dass der Übergangsvorsprung 23 eine spannungsgeschützte Schweißnahtübergangsregion 161a definiert und innerhalb dieser positioniert ist, wie hierin näher erörtert. Gleichermaßen beinhaltet der Endabschnitt 30 des zweiten Strukturelements 12 einen Übergangsvorsprung 33, der sich außerhalb der ersten Oberfläche 76 erstreckt und von dieser nach außen (und aufwärts) vorsteht und über der linearen Außengrenze des terminalen Endes der zweiten Oberfläche 76 (und des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12) proximal der Fugennaht 14 und innerhalb des Endabschnitts 30 des Körpers 240 des zweiten Strukturelements 12 positioniert ist oder sich zur Gänze über diese hinaus erstreckt, so dass der Übergangsvorsprung 33 eine spannungsgeschützte Schweißnahtübergangsregion 161b definiert und innerhalb dieser positioniert ist.
Wie hierin näher erörtert, können eines oder mehrere der Größe, Form und/oder Dimensionen der Übergangsvorsprünge 23, 33 zumindest teilweise durch die Dimension einer bogenförmigen Innenfläche 179, 189 (und bei einer Ausführungsform deren Radius TP_R ) der Übergangsvorsprünge 23, 33 definiert werden, die auf einer Seite der Übergangsvorsprünge 23, 33 gegenüber den ersten Enden 55, 155 der Endflächen 42, 112 des jeweiligen ersten und zweiten Strukturelements 10, 12 ausgerichtet ist. Die bogenförmige Innenfläche 179 des Übergangsvorsprungs 23 des ersten Strukturelements 10 kann als Durchquerungsfläche definiert werden, durch die sich der Übergangsvorsprung 23 äußerlich, außerhalb und über der ersten Oberfläche 16 und dem Hauptkörper 41 des ersten Strukturelements 10 erstreckt und weg vom Übergangsspannungsfließweg 201 und äußerlich zu einem Außenende 83 des Übergangsvorsprungs 23 erstreckt. Insbesondere erstreckt sich die bogenförmige Innenfläche 179 des Übergangsvorsprungs 23 des ersten Strukturelements 10 von einem initialen radialen Ende 181, das ein terminales Ende der ersten Oberfläche 16 (sowie ein terminales Ende und eine äußere Obergrenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet ist (wie in den 2 und 3 gezeigt), radial nach außen entlang eines Radius TPR zu einem terminalen radialen Ende 183 der bogenförmigen Innenfläche 179, das an einer Innenkante 185 des Außenendes 83 des Übergangsvorsprungs 23 oder proximal dazu und bei einer Ausführungsform vertikal damit ausgefluchtet vorliegen kann. Der Radius TP_R , entlang dessen sich die bogenförmige Innenfläche 179 erstreckt, kann die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 179 definieren und kann ferner teilweise die Querschnittsbreite TPw des Übergangsvorsprungs 23 und dessen Außenendes 83 definieren. Das Außenende 83 des Übergangsvorsprungs 23 kann eine äußerste Grenze des Übergangsvorsprungs 23 des ersten Strukturelements 10 in Bezug auf die erste Oberfläche 16 und den Hauptkörper 41 des ersten Strukturelements 10 definieren und sich davon weg erstreckend und erstreckt sich zwischen einer Innenkante 185 und einer Außenkante 81 des Übergangsvorsprungs 23. Wie oben, können die Innenkante 185 des Außenendes 83 des Übergangsvorsprungs 23 des ersten Strukturelements 10 über dem sich nach außen erstreckenden terminalen radialen Ende 183 der bogenförmigen Innenfläche 179 positioniert, durch dieses definiert, damit ausgefluchtet oder proximal dieses angeordnet sein, und entspricht die Außenkante 81 dem oberen (oder ersten) Ende 55 der Endfläche 42 und bildet die äußerste Grenze des Übergangsvorsprungs 23 (und dessen Außenendes 83) an der Fugennaht 14 und gelangt mit dem Füllmaterial 52 in Eingriff und definiert zumindest einen Teil des Schweißnahtübergangs 73a am oberen Ende der Fugennaht 14, an dem das Füllmaterial 52 mit dem ersten Strukturelement 10 und dessen Endfläche 42 in Eingriff gelangt, innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregion 161a.
Die bogenförmige Innenfläche 189 des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 kann als Durchquerungsfläche definiert werden, durch die sich der Übergangsvorsprung 33 äußerlich, außerhalb und über der zweiten Oberfläche 76 und dem Hauptkörper 241 des ersten Strukturelements 12 erstreckt und weg vom Übergangsspannungsfließweg 201 und äußerlich zu einem Außenende 123 des Übergangsvorsprungs 33 erstreckt, das eine äußerste Grenze des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 in Bezug auf die erste Oberfläche 76 und den Hauptkörper 241 des zweiten Strukturelements 12 definieren kann und sich davon weg erstreckend. Insbesondere erstreckt sich die bogenförmige Innenfläche 189 des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 von einem initialen radialen Ende 197, das ein terminales Ende der ersten Oberfläche 76 (sowie ein terminales Ende und eine äußere Obergrenze des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12) definiert, das proximal der Fugennaht 14 ausgerichtet ist (wie in den 2 und 3 gezeigt), radial nach außen entlang eines Radius TPR zu einem terminalen radialen Ende 193 der bogenförmigen Innenfläche 189, das an einer Innenkante 195 des Außenendes 123 des Übergangsvorsprungs 33 oder proximal dazu und bei einer Ausführungsform vertikal damit ausgefluchtet vorliegen kann. Der Radius TP_R , entlang dessen sich die bogenförmige Innenfläche 189 erstreckt, kann die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 189 definieren und kann ferner teilweise die Querschnittsbreite TPw des Übergangsvorsprungs 33 und dessen Außenendes 123 definieren. Das Außenende 123 des Übergangsvorsprungs 33 kann eine äußerste Grenze des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 in Bezug auf die erste Oberfläche 76 und den Hauptkörper 241 des zweite Strukturelements 12 beziehen und sich davon weg erstreckend und erstreckt sich zwischen einer Innenkante 195 und einer Außenkante 121 des Übergangsvorsprungs 33. Wie oben, können die Innenkante 195 des Außenendes 123 des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 über dem sich nach außen erstreckenden terminalen radialen Ende 193 der bogenförmigen Innenfläche 189 positioniert, durch dieses definiert, damit ausgefluchtet oder proximal dieses angeordnet sein, und entspricht die Außenkante 121 des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 dem oberen (oder ersten) Ende 155 der Endfläche 112 und bildet die äußerste Grenze des Übergangsvorsprungs 33 (und dessen Außenendes 123) an der Fugennaht 14 und gelangt mit dem Füllmaterial 52 in Eingriff und definiert zumindest einen Teil des Schweißnahtübergangs 73b am oberen Ende der Fugennaht 14, an dem das Füllmaterial 52 mit dem zweiten Strukturelement 12 und dessen Endfläche 112 in Eingriff gelangt, innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregion 161b.
Der Übergangsvorsprung 23 des ersten Strukturelements 10 beinhaltet eine Querschnittsbreite TPw, die als horizontale lineare Distanz zwischen der Innenkante 185 des Außenendes 83 des Übergangsvorsprungs 23 (und/oder des terminalen radialen Endes 183 der bogenförmigen Oberfläche 179) und der Außenkante 81 des Übergangsvorsprungs 23 definiert werden kann, die das obere (oder erste) Ende 55 der Endfläche 42 bildet und mit dem Füllmaterial 52 in Eingriff gelangt und zumindest einen Abschnitt des Schweißnahtübergangs 73a am oberen Ende oder Übergangsabschnitt der Fugennaht 14 an einer Position außerhalb, äußerlich und über der äußeren oberen linearen Grenze des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10 definiert, die durch das terminale Ende der ersten Oberfläche 16 (und des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10) proximal der Fugennaht 14 definiert ist, so dass der Übergangsvorsprung 73a innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregion 161a und äußerlich des Übergangsspannungsfließwegs 201 und über diesem isoliert wird.
Gleichermaßen beinhaltet der Übergangsvorsprung 33 des zweiten Strukturelements 12 beinhaltet eine Querschnittsbreite TPw, die als horizontale lineare Distanz zwischen der Innenkante 195 des Außenendes 122 des Übergangsvorsprungs 33 (und/oder des terminalen radialen Endes 193 der bogenförmigen Oberfläche 189) und der Außenkante 121 des Übergangsvorsprungs 33 definiert werden kann, die das obere (oder erste) Ende 155 der Endfläche 112 bildet, das mit dem Füllmaterial 52 und dem Schweißnahtübergang 73b am oberen Ende oder Übergangsabschnitt der Fugennaht 14 an einer Position außerhalb, äußerlich und über der äußeren oberen linearen Grenze des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12 in Eingriff gelangt, die durch das terminale Ende der ersten Oberfläche 76 (und des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12) proximal der Fugennaht 14 definiert ist, so dass der Übergangsvorsprung 73b innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregion 161b und äußerlich des Übergangsspannungsfließwegs 201 und über diesem isoliert wird.
Bei einer Ausführungsform können der Radius TPR der bogenförmigen Innenfläche 179 des Übergangsvorsprungs 23 des ersten Strukturelements 10 und der Radius TPR der bogenförmigen Innenfläche 189 des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 im Wesentlichen konstant oder alternativ variabel sein. Die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 179 (und bei einer Ausführungsform deren Radius TP_R ) des Übergangsvorsprungs 23 des ersten Strukturelements 10 kann ferner teilweise die Übergangsvorsprungshöhe TPH definieren, wobei es sich um die lineare Distanz handelt, in der sich der Übergangsvorsprung 23 von der Außengrenze des ersten Strukturelements 10 (und dessen Hauptkörpers 41), wie durch die erste Oberfläche 16 definiert, nach außen und aufwärts, über und außerhalb dieser erstreckt. Dies ist als Distanz definiert, die sich vom initialen radialen Ende 181 der bogenförmigen Innenfläche 179 (und/oder vom terminalen Ende der ersten Oberfläche 16) linear und vertikal nach außen und aufwärts und außerhalb dieses zum Außenende 83 des Übergangsvorsprungs 23 erstreckt. Die Dimension der bogenförmigen Innenfläche 189 (und bei einer Ausführungsform deren Radius TP_R ) des Übergangsvorsprungs 33 des zweiten Strukturelements 12 kann ferner teilweise die Übergangsvorsprungshöhe TPH definieren, wobei es sich um die lineare Distanz handelt, in der sich der Übergangsvorsprung 33 von der Außengrenze des zweiten Strukturelements 12 (und dessen Hauptkörpers 241), wie durch die erste Oberfläche 76 definiert, nach außen und aufwärts, über und außerhalb dieser erstreckt. Dies ist als Distanz definiert, die sich vom initialen radialen Ende 197 der bogenförmigen Innenfläche 189 (und/oder vom terminalen Ende der ersten Oberfläche 76) linear und vertikal nach außen und aufwärts und außerhalb dieses zum Außenende 123 des Übergangsvorsprungs 33 erstreckt.
Die Axial-, Zug- und Biegebelastungswege und Spannungskonzentrationen des Übergangsspannungsfließwegs 201, der durch das erste Strukturelement 10 und das zweite Strukturelement 12 verläuft, sind in 12 veranschaulicht. Wie hierin unter Bezugnahme auf die 16 bis 18 definiert, sind die Geometrien und relativen Dimensionen des Radius TPR der bogenförmigen Innenflächen 179, 189, die Übergangsvorsprungshöhe TPH und die Breite der TP_W der Übergangsvorsprünge 23, 33 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 so ausgewählt und konfiguriert, dass sie mit dem Füllmaterial 52 der Fugennaht 14 in Eingriff gelangen, um die jeweiligen Schweißnahtübergänge 73a, 73b innerhalb spannungsgeschützter Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b äußerlich, außerhalb, aufwärts des Übergangsspannungsfließwegs 201 und weg von diesem definieren, bilden, anordnen und isolieren und den Übergangsspannungsfließweg 201 innerhalb des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10 und des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12 und dessen Ausgangsmaterials und weg von den spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b sowie den jeweiligen Schweißnahtübergängen 73a, 73b, die darin angeordnet sind, ablenken, verändern und umleiten und isolieren. Infolge der Geometrien und relativen Dimensionen des Radius TPR der bogenförmigen Innenflächen 179, 189, der Übergangsvorsprungshöhe TPH und der Breite der TP_W der Übergangsvorsprünge 23, 33 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 wird der Übergangsspannungsfließweg 201 auf die Struktur und das Schweißgut weg von den jeweiligen Schweißnahtübergängen 73a, 73b und deren Stelle innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b hin zum Hauptkörper 41 und Hauptkörper 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 und innerhalb dieser in Bezug auf die jeweiligen Schweißnahtübergänge 73a, 73b innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b auf das stärkere Ausgangsmaterial des Hauptkörpers 41 und des Hauptkörpers 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 unter oder einwärts davon angelegt, dadurch übertragen und/oder verläuft dadurch. Demgemäß sind die jeweiligen Schweißnahtübergänge 73a, 73b innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 durch die sich aufwärts und nach außen erstreckenden Übergangsvorsprünge 23, 33 und über dem Hauptkörper 41 und dem Hauptkörper 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 an einer Stelle außerhalb des Übergangsspannungsfließwegs 201 und weg von diesem angeordnet, werden durch diese gehalten und darin befestigt. Die Verklebung, die zwischen dem Füllmaterial 52 und dem ersten und dem zweiten Strukturelement 10, 12 und proximal der jeweiligen Schweißnahtübergänge 73a, 73b innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b gebildet ist, wird in Bezug auf solche Belastungswege und Spannungskonzentrationen isoliert und ist in einer Zone mit verstellbarer Spannungskonzentration positioniert, so dass es in einer oder mehreren der jeweiligen Schweißnahtübergänge 73a, 73b und der spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b zu keinem Ermüdungsversagen kommt.
Der Endabschnitt 20 und der Übergangsvorsprung 23 des ersten Strukturelements 10, wie hierin erörtert, sowie ihre Geometrien und Dimensionen, wie hierin erörtert (sowie der Endabschnitt 30 und der Übergangsvorsprung 33 des zweiten Strukturelements 12) können unter Verwendung eines oder mehrerer geeigneter Metallfertigungsprozesse gebildet werden, wobei diese von dem Typ, der Verwendung, der Anwendung, den Einschränkungen oder anderen Aspekten in Zusammenhang mit der entstehenden Struktur abhängen können. Bei einer Ausführungsform kann der Körper 40 des ersten Strukturelements 10 (sowie der Körper 240 des zweiten Strukturelements 12) in seiner Gesamtheit durch einen Gussprozess gebildet werden, so dass ein oder mehrere Enden, Außenkanten, Erstreckungen oder Grenzen des ersten Strukturelements 10 den Endabschnitt 20 und den Übergangsvorsprung 23 sowie deren Geometrien und Dimensionen beinhalten und in Folge eines einzelnen Gussprozesses gemeinsam gebildet und integriert werden. Alternativ können der Endabschnitt 20 und der Übergangsvorsprung 23 des ersten Strukturelements 10 durch einen oder mehrere Walz-, Schmiede-, Streck-, Biege-, Bearbeitungs- und/oder zusätzliche Herstellungsprozesse wie z. B. Metall-3D-Druck-Fertigungsprozesse gebildet werden. Ferner wird in Betracht gezogen, dass der Endabschnitt 20 und der Übergangsvorsprung 23 des ersten Strukturelements 10 durch eine Kombination von zwei oder mehr Fertigungsprozessen wie z. B. Guss-, Walz-, Schmiede-, Streck-, Biege-, Bearbeitungs- und/oder zusätzliche Herstellungsprozesse wie z. B. Metall-3D-Druck-Fertigungsprozesse gebildet werden. Die vorstehende Offenbarung und die vorstehenden Ausführungsformen gelten gleichermaßen für das zweite Strukturelement 20, wenngleich sie in Bezug auf das erste Strukturelement 10 erörtert wurden.
Gewerbliche Anwendbarkeit
Die vorliegende Offenbarung kann auf eine beliebige Struktur 1 anwendbar sein, die aus zumindest zwei Strukturelementen 5 zusammengesetzt ist, die durch zumindest eine Fugennaht verbunden sind, und mehr im Detail kann die vorliegende Offenbarung auf einen beliebigen Typ eines Strukturelements, einer Komponente, eines Teils, einer Struktur und/oder eines Körpers, die bzw. der über eine Fugennaht mit einem bzw. einer beliebigen anderen Strukturelement, Komponente, Teil, Struktur und/oder Körper verbindbar ist, um ein Schweißgut und eine entstehende Struktur zu bilden, die die verbundenen Strukturelemente beinhaltet, anwendbar sein. Aspekte der offenbarten Struktur mit einer spannungsgeschützten Fugennaht und Strukturelementen, die diese bilden, verringern einen Schaden, eine Ermüdung oder ein Versagen innerhalb der Fugennaht (darunter teilweise die angrenzenden und/oder Gegenkanten oder - flächen der Strukturelemente, die mit der Fugennaht in Eingriff und Wärmeproximität stehen, und deren Füllmaterial, die über die Energie der Fugennaht aneinander wärmeverklebt und transformiert werden), der bzw. die bzw. das durch cyclische Belastung, Kräfte und/oder Spannungen verursacht werden kann, die teilweise Zug- und Biegekräfte beinhalten können, die die Schweißnaht unter Spannungen setzen, signifikant oder schließen dies aus.
Fugennähte können als weit verbreitetes, wirksames Mittel zum Verbinden von Strukturelementen unter Bildung einer großen Vielzahl zahlreicher unterschiedlicher Strukturtypen verwendet werden. Wie oben bereitgestellt, beinhaltet der Ausdruck „Schweißen“ (oder „Schweißnaht“) für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung einen beliebigen Prozess oder dessen Resultat, wobei zwei Strukturelemente, oder andere Metallkomponenten durch Anbringung von angrenzenden und/oder Gegenkanten oder -flächen durch gegenseitige Wärmeverklebungstransformation zwischen diesen miteinander verbunden werden. Eine Struktur, die durch zwei oder mehr Strukturelemente, Komponenten, Teile, Strukturen und/oder Körper gebildet wird (oder ein „Schweißgut“), kann im Allgemeinen als das bereits vorhandene oder „Ausgangsmaterial“ der Strukturelemente und das Material (wie z. B. das Füllmaterial) und/oder die aneinander wärmeverklebten Oberflächen der Strukturelemente, die die Fugennaht bilden und durch diese verklebt werden, beinhaltet charakterisiert werden. Die gebildete Struktur kann beliebiges einer Vielzahl von Kräften und/oder Spannungen (wie z. B. dynamische, statische und/oder cyclische Belastung) erfahren oder diesem ausgesetzt sein, die teilweise Zug- oder Biegekräfte beinhalten können, die die Schweißnaht und die Strukturelemente je nach Typ, Verwendung, Anwendung, Umgebung oder diversen anderen Aspekten in Zusammenhang mit der entstehenden Struktur unter Spannungen setzen.
Auch wenn das bereits vorhandene oder „Ausgangsmaterial“ der Strukturelemente für Schäden oder Versagen anfällig sein kann, die bzw. das durch beliebige solche Kräfte und/oder Spannungen verursacht wird bzw. werden (abhängig von nach einer Vielzahl von Aspekten oder Faktoren, die teilweise die Materialzusammensetzung des bereits vorhandenen oder „Ausgangsmaterials“ der Strukturelemente beinhalten können), kann ein solches bereits vorhandenes oder „Ausgangsmaterial“ stärker sein und kann in der Lage sein, eine vergleichsweise größere Menge an Kraft und/oder Spannung zu absorbieren oder dieser standzuhalten, ohne dass es zu einer Ermüdung oder einem Versagen kommt, als die Fugennaht. Daher kann, wenn Belastung, Kräfte und/oder Spannungen an die Struktur angelegt werden, die das Ausgangsmaterial der Strukturelemente und die Fugennaht beinhaltet, die Fugennaht den Abschnitt oder Bereich der verbundenen Struktur darstellen, die am wahrscheinlichsten einer Spannung, einer Ermüdung, einem Schaden und/oder einem Versagen ausgesetzt ist oder diesbezüglich am anfälligsten sein kann, und kann eine solche Spannung, eine solche Ermüdung, ein solcher Schaden und/oder ein solches Versagen somit die allgemeine Lebensdauer, Festigkeit und/oder Integrität der verbundenen Struktur beeinträchtigen. Insbesondere können gewisse Abschnitte oder Bereiche der Fugennaht wie z. B. deren Wurzel und/oder Übergang jene Abschnitte oder Bereiche der Fugennaht darstellen, die für Ermüdung und Versagen besonders anfällig sein können und ggf. nicht in der Lage sind, daran angelegte Belastungen, Kräften und/oder Spannungen zu absorbieren und diesen standzuhalten. Wie oben erörtert und hierin näher offenbart, können die Strukturelemente, die eine oder mehrere der geschützten Geometrien und eines oder mehrere der Merkmale gemäß einer oder mehreren der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beinhalten, Fugennähte sowie die entstehenden Strukturen beinhalten, die zumindest teilweise durch diese gebildet werden, was gegenüber herkömmlichen, bekannten Schweißnähten signifikante Vorteile bieten kann und dadurch die Nachteile in Zusammenhang mit Belastung, Kräften, Spannungen, Ermüdung und/oder Versagen signifikant verbessert, wenn nicht sogar ausgeräumt werden können.
Die 13 bis 14 sind schematische Veranschaulichungen einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die innerhalb der Struktur 1 gebildet werden, die durch Strukturelemente 5 gebildet wird, die Wurzelvorsprünge 22, 32 beinhalten und durch eine Fugennaht 14 gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind. Insbesondere veranschaulicht 13 Spannungsregionen, die infolge einer Zugspannung, die auf die Struktur 1 angelegt wird, die durch Strukturelemente 5 gebildet wird, die Wurzelvorsprünge 22, 32 beinhalten und durch eine Fugennaht 14 gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind, innerhalb der Struktur 1 gebildet werden. Die an die Struktur 1 angelegte Zugspannungskraft (F_T ) ist als Kraft F_T veranschaulicht, die in der Richtung der damit assoziierten Pfeile an die Struktur 1 angelegt wird, wie in 13 gezeigt. 13 (sowie die 14, 16, 17 und 18) veranschaulicht ferner diverse Spannungsregionen, die innerhalb der Struktur 1 erzeugt und von dieser erfahren werden können, wenn eine Zugspannungskraft F_T (sowie eine Biegemomentspannungskraft (FM_B ) (14), Zugspannungskraft F_T (16), Biegemomentspannungskraft (FM_B1 ) (17) bzw. Biegemomentspannungskraft (FM_B2 ) (18)) daran angelegt wird, und spezifischer gesagt veranschaulicht 13 diverse Spannungsregionen, die definiert und veranschaulicht sind, um den Typ einer Spannungskraft, die Stelle des bestimmten Spannungskrafttyps und die Größenordnung des bestimmten Spannungskrafttyps an der bestimmten Stelle zu zeigen, die infolge der an die Struktur 1 angelegten Zugspannungskraft F_T innerhalb der Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 sowie der Fugennaht 14 gebildet werden können. Wie in 13 veranschaulicht, führt das Anlegen einer Zugspannungskraft F_T an die Struktur 1 zu einer Zugspannungsregion (S_T ) innerhalb des Bereichs der Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 sowie der Fugennaht 14, der als deren Bereich mit S_T ausgewiesen veranschaulicht ist. 13 veranschaulicht ferner, dass das Anlegen der Zugspannungskraft F_T an die Struktur 1 zu einer ersten Hochzugspannungsregion (HS_T1 ) führt, die als deren Bereich mit HSt ausgewiesen veranschaulicht ist (wobei die Zugspannungskraft innerhalb der Zugspannungsregion (HS_T ) größer als die Zugspannungskraft innerhalb der Zugspannungsregion (S_T ) oder signifikant größer als diese sein kann (HS_T >> S_T )), die innerhalb des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10 proximal des terminalen Endes der zweite Oberfläche 18 gebildet und darin angeordnet sein kann und sich in einen Abschnitt der bogenförmigen Innenfläche 178 des Vorsprungs 22 proximal dessen initialen radialen Endes 180 und entlang dieses erstrecken kann, sowie zu einer zweiten Hochzugspannungsregion (HS_T2 ) führen kann, die innerhalb des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12 proximal des terminalen Ende der zweiten Oberfläche 78 gebildet und in diesem angeordnet sein kann und sich in einen Abschnitt der bogenförmigen Innenfläche 188 des Vorsprungs 32 proximal dessen initialen radialen Endes 196 und entlang dieses erstrecken kann. Schließlich veranschaulicht 13, dass ein Bereich mit null oder vernachlässigbarer Spannung oder eine Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ), der als deren Bereich mit N_SR ausgewiesen ist, erzeugt werden kann oder innerhalb der Struktur 1 vorhanden sein kann, während die Zugspannungskraft F_T an die Struktur 1 angelegt wird (oder nichtsdestotrotz). Für die Zwecke der vorliegenden Offenbarung sind „Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung“ und „Region mit null oder vernachlässigbarer Übergangsspannung“ als Regionen innerhalb der Struktur 1 definiert, innerhalb welcher oder an welche wenig oder keine nennenswerte/n ermüdungsinduzierende/n Spannung oder ermüdungsinduzierende/n Spannungskraft/Spannungskräfte angelegt oder verbreitet wird/werden oder entsteht/entstehen, und zwar durch einen bestimmten Spannungstyp, der an die allgemeine Struktur 1 angelegt wird. Wie in der schematischen Veranschaulichung von 13 (und wobei die in den 1 bis 3 (sowie den 3 bis 10) gezeigten und oben erörterten Bezugszeichen durch Bezugnahme berücksichtigt sind) gezeigt, wird während des Anlegens einer Zugspannungskraft F_T an die Struktur 1 eine Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) innerhalb eines Bereichs der Vorsprünge 22, 32 gebildet und ist darin angeordnet, die sich von den terminalen radialen Enden 182, 192 der bogenförmigen Innenflächen 178, 188 oder nahe dieser abwärts und nach außen hin zu den Außenenden 82, 122 der jeweiligen Vorsprünge 22, 32 und außerhalb dieser und durch die entstehende Schweißnahtwurzelvorsprungsbreite WRPw, darunter die Breite RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 und die Breite RPw des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12, erstreckt. Daher wird die Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) innerhalb des Bereichs gebildet und ist darin angeordnet, der bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung als der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 entsprechend definiert und veranschaulicht ist, innerhalb welcher die Schweißnahtwurzel 72 angeordnet ist. Wie oben erörtert, können ferner die Geometrien und relativen Dimensionen des Radius RP_R der bogenförmigen Innenflächen 178, 188, die Wurzelvorsprungshöhe RP_H und die Breite RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 bzw. des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 sowie die entstehende Schweißnahtwurzelvorsprunggesamtbreite WRPw beliebiger Ausführungsformen, wie hierin offenbart (wie in den 1 bis 3 (sowie den 3 bis 10) veranschaulicht, in Einklang mit diesen und wobei die darin gezeigten und oben erörterten Bezugszeichen durch Bezugnahme berücksichtigt sind) so ausgewählt und konfiguriert sein, dass sie die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem definieren, bilden, anordnen und isolieren, die einer Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) entspricht und als solche definiert werden kann, innerhalb welcher oder an die keine nennenswerte ermüdungsinduzierende Zugspannungskraft F_T angelegt oder verbreitet wird oder entsteht oder übertragen wird. 13 veranschaulicht somit die Wirksamkeit der Geometrie der Vorsprunge 22, 32 in der Struktur 1, wie hierin offenbart. Wenn die Zugspannungskraft F_T auf die Struktur 1 angelegt wird, wird das Ausgangsmaterial der Körper 41, 241 der Strukturelemente 5 unter Spannung gesetzt. Wenngleich diese Zugspannung nahe des Radius der Vorsprünge 22, 32 erhöht ist, wird eine Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) erzeugt, die der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 entspricht. Wenn die Wurzel der Schweißnaht in dieser Region mit vernachlässigbar Wurzelspannung (N_SR ), die der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 entspricht, angeordnet ist, geht von der Schweißnahtwurzel 72 keine Ermüdung aus. Auch wenn das Ausgangsmaterial im Radius stärker unter Spannung gesetzt wird, ist die allgemeine Ermüdungslebensdauer der geschweißten Struktur immer noch signifikant erhöht.
Unter Bezugnahme auf 14 Spannungsregionen, die infolge einer Biegemomentspannung, die auf die Struktur 1 angelegt wird, die durch Strukturelemente 5 gebildet wird, die Wurzelvorsprünge 22, 32 beinhalten und durch eine Fugennaht 14 gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind, innerhalb der Struktur 1 gebildet werden. Die Biegemomentspannungskraft (FM_B ), die an die Struktur 1 angelegt wird, ist als Kraft FM_B veranschaulicht, die in die Richtung der dazugehörigen Pfeile an die Struktur 1 angelegt wird, wie in 14 gezeigt, so dass der Bodenabschnitt (proximal der zweiten Oberflächen 18, 78) der Struktur 1 im Allgemeinen unter Spannung gesetzt werden kann, und 14 veranschaulicht diverse Spannungsregionen, die so definiert und veranschaulicht sind, um den Typ einer Spannungskraft, die Stelle des bestimmten Typs der Spannungskraft und die Größenordnung des bestimmten Typs der Spannungskraft an der bestimmten Stelle zu zeigen, die infolge der an die Struktur 1 angelegten Biegemomentspannungskraft FM_B innerhalb der Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 sowie der Fugennaht 14 gebildet werden können. Wie in 14 veranschaulicht, erzeugt die an die Struktur 1 angelegte Biegemomentspannungskraft FM_B eine Region mit Kompressionsspannungskraft (Sc) innerhalb des Bereichs der Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 sowie der Fugennaht 14, wie als Bereich davon mit Sc ausgewiesen veranschaulicht, die innerhalb eines oberen Abschnitts der Hauptkörper 41, 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 gebildet werden und angeordnet sein kann, der sich im Allgemeinen von den medialen Mittelachsen 60, 160 der ersten Oberflächen 16, 76 davon erstreckt. 14 veranschaulicht ferner, dass die an die Struktur 1 angelegte Biegemomentspannungskraft FM_B eine Region mit Zugspannungskraft (S_T ) innerhalb des Bereichs der Körper 40, 240 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 sowie der Fugennaht 14, wie als Bereich davon mit S_T ausgewiesen veranschaulicht, erzeugt, die innerhalb eines unteren Abschnitts der Hauptkörper 41, 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 gebildet werden und angeordnet sein kann, der sich im Allgemeinen von den medialen Mittelachsen 60, 160 der zweiten Oberflächen 18, 78 davon erstreckt. 14 veranschaulicht ferner, dass das Anlegen der Biegemomentspannungskraft FM_B an die Struktur 1 zu einer ersten Hochzugspannungsregion (HS_T1 ) führen kann, die als deren Bereich mit HS_T1 ausgewiesen veranschaulicht ist, die innerhalb des Hauptkörpers 41 des ersten Strukturelements 10 proximal des terminalen Endes der zweite Oberfläche 18 gebildet und darin angeordnet sein kann und sich in einen Abschnitt der bogenförmigen Innenfläche 178 des Vorsprungs 22 proximal dessen initialen radialen Endes 180 und entlang dieses erstrecken kann, sowie zu einer zweiten Hochzugspannungsregion (HS_T2 ) führen kann, die innerhalb des Hauptkörpers 241 des zweiten Strukturelements 12 proximal des terminalen Ende der zweiten Oberfläche 78 gebildet und in diesem angeordnet sein kann und sich in einen Abschnitt der bogenförmigen Innenfläche 188 des Vorsprungs 32 proximal dessen initialen radialen Endes 196 und entlang dieses erstrecken kann. Schließlich und ähnlich und im Wesentlichen in Einklang mit der Anlegung der Zugspannungskraft F_T an die Struktur 1, wie in 13 gezeigt und oben erörtert (und wobei die in den 1 bis 3 (sowie den 3 bis 10) gezeigten und oben erörterten Bezugszeichen durch Bezugnahme berücksichtigt sind) gezeigt, wird während des Anlegens einer Biegemomentspannungskraft FM_B an die Struktur 1 eine Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) innerhalb eines Bereichs der Vorsprünge 22, 32 gebildet und ist darin angeordnet, die sich von den terminalen radialen Enden 182, 192 der bogenförmigen Innenflächen 178, 188 oder nahe dieser abwärts und nach außen hin zu den Außenenden 82, 122 der jeweiligen Vorsprünge 22, 32 und außerhalb dieser und durch die entstehende Schweißnahtwurzelvorsprungsbreite WRPw, darunter die Breite der RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 und die Breite RPw des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12, erstreckt. Daher werden die Geometrien und relativen Dimensionen des Radius RP_R der bogenförmigen Innenflächen 178, 188, die Wurzelvorsprungshöhe RP_H und die Breite RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 bzw. des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 sowie die entstehende Schweißnahtwurzelvorsprunggesamtbreite WRPw beliebiger Ausführungsformen, wie hierin offenbart (wie teilweise und in Einklang mit den 1 bis 10 gezeigt) veranschaulicht, so ausgewählt und konfiguriert, dass sie die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem definieren, bilden, anordnen und isolieren, die einer Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) entspricht und als solche definiert werden kann, innerhalb welcher oder an die keine nennenswerte ermüdungsinduzierende Zugspannungskraft FM_B angelegt oder verbreitet wird oder entsteht oder übertragen wird. Wenngleich diese Zugspannung nahe des Radius des Vorsprungs 22, 32 erhöht ist, wird somit dennoch eine Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) erzeugt, die der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 entspricht, wenn das Biegemoment angelegt wird. Ähnlich dem Anlegen der Zugspannungskraft geht somit, wenn die Schweißnahtwurzel 72 in dieser Region mit vernachlässigbar Wurzelspannung (N_SR ), die der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 entspricht, angeordnet ist, von der Schweißnahtwurzel 72 keine Ermüdung aus. Auch wenn das Ausgangsmaterial (Körper der Struktur) im Radiusbereich stärker unter Spannung gesetzt wird, ist ebenfalls gleichermaßen die allgemeine Ermüdungslebensdauer der geschweißten Struktur immer noch signifikant erhöht. Wenn das Biegemoment in 14 umgekehrt wird, so dass der Bodenabschnitt der Struktur 1 komprimiert wird, wird die Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) (spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160) gleichermaßen dennoch erzeugt und die allgemeine Ermüdungslebensdauer der geschweißten Struktur signifikant erhöht (wie in 18 gezeigt). Wenn eine rohrförmige Struktur, die die Vorsprungsgeometrie enthält, einer Torsionsbelastung ausgesetzt wird, wird dennoch eine Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) (spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160) gebildet und die allgemeine Ermüdungslebensdauer der geschweißten Struktur signifikant erhöht. Die Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) (spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160), die in den 13 und 14 veranschaulicht ist, kann in geschweißten Strukturen mit einer Vielzahl von Körpern, darunter Güsse, Schmiedearbeiten, Platten, Schnittarbeiten und Röhren, und unter einer Vielzahl von Belastungstypen auftreten, wobei die Vorsprungsgeometrie in der verschweißten Struktur beinhaltet ist.
Unter Bezugnahme auf 15 veranschaulicht ein vierdimensionales Schaubild die Wurzelspannung relativ zur Wurzelvorsprungsbreite RPw, zur Wurzelvorsprungshöhe RP_H und zum Wurzelvorsprungsradius RP_R . Beispielhafte Dimensionen der Wurzelvorsprungsbreite RPw und der Wurzelvorsprungshöhe RP_H befinden sich entlang der Horizontalachsen. Bei jeder Kombination von Wurzelvorsprungsbreite RPw und Wurzelvorsprungshöhe RP_H gibt es fünf berechnete Schweißnahtwurzelbiegespannungswerte (als fünf einzelne Punkt mit einem gewissen vertikalen Abstand gezeigt), die fünf einzelnen Vorsprungsradiusdimensionen entsprechen. Das allgemeine Konturschaubild verbindet den Mittelpunkt der fünf berechneten Biegestresswerte, um Kombinationen von Wurzelvorsprungsbreite RPw, Wurzelvorsprungshöhe RP_H und Wurzelvorsprungsradius RP_R zu veranschaulichen, die an der Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der Region mit null oder vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) (spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion 160) effektiv null (oder eine vernachlässigbare) Spannung produzieren. Wie veranschaulicht, ist die linke Region des Konturschaubilds im Allgemeinen flach, was bedeutet, dass die Wurzelspannung bei einer Vielzahl von Kombinationen von Wurzelvorsprungsbreite RPw, Wurzelvorsprungshöhe RP_H und Wurzelvorsprungsradius RP_R null (oder vernachlässigbar) ist. Bei solchen Kombinationen von Vorsprungsbreite, Vorsprungshöhe und Vorsprungsradius (RPw, RP_H und RP_R ) geht von der Schweißnahtwurzel keine Ermüdung aus und wird die allgemeine Ermüdungslebensdauer der geschweißten Struktur signifikant erhöht.
Die 16 bis 18 sind schematische Veranschaulichungen einer Spannungssimulationsanalyse, die Spannungsregionen zeigt, die innerhalb der Struktur 1 gebildet werden, die durch Strukturelemente 5 gebildet wird, die Wurzelvorsprünge 22, 32 beinhalten und ferner Übergangsvorsprünge 23, 33 beinhalten, die durch eine Fugennaht 14 gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind. Insbesondere veranschaulichen die 16 bis 18 Spannungsregionen, die infolge einer Zugspannungskraft F_T , einer Biegemomentspannungskraft (FM_B1 ) bzw. einer Biegemomentspannungskraft (FM_B2 ) in der Struktur 1 gebildet werden, die an die Struktur 1 angelegt werden, die durch Strukturelemente 5 gebildet sind, die Wurzelvorsprünge 22, 32 und ferner Übergangsvorsprünge 23, 33 beinhalten, die durch eine Fugennaht 14 gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind. Die Spannungsregionen, wie in den 16 bis 18 gezeigt, die innerhalb der Struktur 1 auftreten, und nennenswerter Weise eine Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ), die im Bereich der Wurzelvorsprünge 22, 32 erzeugt wird, die der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 entspricht, stehen im Wesentlichen mit jenen in Einklang, die infolge der jeweiligen Zugspannungskraft F_T , Biegemomentspannungskraft FM_B , wie in den 13 bis 14 veranschaulicht (und/oder oben unter Bezugnahme auf diese erörtert) produziert werden. Die 16 bis 18 veranschaulichen ferner jedoch Spannungsregionen, die mit dem oberen Abschnitt der Struktur 1, die die Übergangsvorsprünge 22, 32 davon beinhaltet, assoziiert sind, in diesem auftreten und innerhalb dieses gebildet werden.
Insbesondere veranschaulichen die 16 bis 18, dass das Anlegen der Zugspannungskraft F_T , der Biegemomentspannungskraft (erste Richtung) FM_B1 und der Biegemomentspannungskraft (zweite Richtung) FM_B2 an die Struktur zu ersten und zweiten Hochspannungsregionen (HS_T1 , HS_T2 ), die als deren Bereiche mit HS_T1 , HS_T2 ausgewiesen veranschaulicht sind, ersten und zweiten Hochkompressionsspannungsregionen (HS_C1 ,HS_C2 ), die als deren Bereiche mit HS_C1 , HS_C2 ausgewiesen veranschaulicht sind, bzw. ersten und zweiten Hochzugspannungsregionen (HS_T1 , HS_T2 ), die als deren Bereiche mit HS_T1 , HS_T2 ausgewiesen dargestellt sind, führen kann, die innerhalb der Hauptkörper 41, 241 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 proximale der terminalen Enden der ersten und zweiten Oberflächen 16, 76 gebildet werden und angeordnet sein können und sich jeweils in einen Abschnitt der bogenförmigen Innenflächen 179, 189 der Übergangsvorsprünge 23, 33 proximal der initialen radialen Enden 181, 197 davon und entlang dieses erstrecken können.
Die 16 bis 18 veranschaulichen ferner, dass Bereiche mit null oder vernachlässigbarer Spannung oder Regionen mit null oder vernachlässigbarer Übergangsspannung (N_ST ), die als deren Bereiche mit N_ST ausgewiesen sind, innerhalb der Struktur 1 erzeugt werden oder vorhanden sein können, während die Zugspannungskraft F_T , die Biegemomentspannungskraft (erste Richtung) FM_B1 und die Biegemomentspannungskraft (zweite Richtung) FM_B2 jeweils an die Struktur 1 angelegt werden (oder trotz dessen). Wie in den jeweiligen schematischen Veranschaulichungen der 16 bis 18 (die die in 12 gezeigten und oben erörterten Bezugszeichen durch Bezugnahme beinhalten) gezeigt, werden während der Anlegung der Zugspannungskraft F_T , der Biegemomentspannungskraft (erste Richtung) FM_B1 und der Biegemomentspannungskraft (zweite Richtung) FM_B2 Regionen mit null oder vernachlässigbarer Übergangspannung (N_ST ) innerhalb eines Bereichs der Übergangsvorsprünge 23, 33 gebildet und darin angeordnet, die sich von einem oberen oder äußeren Abschnitt der bogenförmigen Innenflächen 179, 189, der zwischen dem Mittelpunkt jeder bogenförmige Innenfläche 179, 189, aber nicht außerhalb der terminalen radialen Enden 183, 193 davon liegen kann, aufwärts oder nach außen hin zu den Außenenden 83, 123 der jeweiligen Übergangsvorsprünge 23, 33 und außerhalb dieser und durch die Breiten RPw der Übergangsvorsprünge 23, 33 erstreckt, zusätzlich zu den Regionen, die die Schweißnahtübergänge 73a, 73b definieren, die die oberen Abschnitte der Schweißnahtwurzel 14 beinhalten, die die Abschnitte des Füllmaterials 52 proximal der Außenkanten 81, 121 der Übergangsvorsprünge 23, 33 (und diese umgebend) beinhalten und sich nach innen hin zur inneren Fugennaht 14 proximal dazu erstreckend (eine Breite davon kann zumindest gleich den Breiten RPw der Übergangsvorsprünge 23, 33 sein). Daher werden die Regionen mit null oder vernachlässigbarer Übergangsspannung (N_ST ) innerhalb der Bereiche gebildet und sind darin angeordnet, die bei den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung als den spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b entsprechend definiert und veranschaulicht sind, innerhalb welcher die Schweißnahtübergänge 73a, 73b angeordnet sind. Wie oben erörtert, werden ferner die Geometrien und relativen Dimensionen des Radius TPR der bogenförmigen Innenflächen 179, 189, die Übergangsvorsprungshöhe TPH und die Breite der TPw der Übergangsvorsprünge 23, 33 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 so ausgewählt und konfiguriert, dass sie mit dem Füllmaterial 52 der Fugennaht 14 in Eingriff gelangen, um die jeweiligen Schweißnahtübergänge 73a, 73b innerhalb spannungsgeschützter Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b zu definieren, zu bilden, anzuordnen und zu isolieren, die äußerlich, außerhalb des Übergangspannungsfließwegs 201 und aufwärts und weg von diesem positioniert sind (wie in 12 veranschaulicht und in Einklang mit der der obigen diesbezüglichen Erörterung und diese einschließend), wobei die spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregionen 161a, 161b jeweils Regionen mit null oder vernachlässigbarer Übergangsspannung N_ST entsprechen und als diese definiert werden können, innerhalb welcher oder an welche keine oder wenig nennenswerte Ermüdung angelegt oder verbreitet wird oder entsteht oder übertragen wird, die die Zugspannungskraft F_T , Biegemomentspannungskraft (erste Richtung) FM_B1 oder Biegemomentspannungskraft (zweite Richtung) FM_B2 induziert.
Wie oben erörtert und in den schematischen und graphischen Veranschaulichungen der 13 bis 18 näher veranschaulicht und offenbart, werden die Geometrien und relativen Dimensionen des Radius RP_R der bogenförmigen Innenflächen 178, 188 (sowie des Radius RP_R1 und des Radius RP_R2 beliebiger der anwendbaren Ausführungsformen der 4 bis 10), die Wurzelvorsprungshöhe RP_H (sowie die Wurzelvorsprungshöhe RP_H1 beliebiger der anwendbaren alternativen Ausführungsformen der 4 bis 10) und der Breite RPw des Wurzelvorsprungs 22 des ersten Strukturelements 10 und des Wurzelvorsprungs 32 des zweiten Strukturelements 12 beliebiger der hierin offenbarten und veranschaulichten Ausführungsformen so ausgewählt und konfiguriert, dass sie die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem definieren, bilden, anordnen und isolieren, die einer Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) entspricht und als solche definiert werden kann, innerhalb welcher oder an die wenig oder keine nennenswerte ermüdungsinduzierende Spannungskräfte angelegt oder verbreitet werden oder entstehen oder übertragen werden. Die Geometrien und/oder die relativen Dimensionen beliebiger der Wurzelvorsprünge 22, 32, wie hierin offenbart, darunter eines oder mehrere des Radius RP_R , RP_R1 und RP_R2 der bogenförmigen Innenflächen, der Wurzelvorsprungshöhe RP_H , RP_H1 und der Breite RPw des Wurzelvorsprungs 22 und/oder des Wurzelvorsprungs 32 des ersten und/oder des zweiten Strukturelements 10, 12 können so ausgewählt und konfiguriert werden, dass sie die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 definieren, bilden, anordnen und isolieren, die einer Region mit vernachlässigbarer Wurzelspannung (N_SR ) entspricht und als diese definiert werden kann, die äußerlich, außerhalb des Wurzelspannungsfließwegs 200 und unter und weg von diesem angeordnet ist, und zwar je nach einer oder mehreren einer Vielzahl von Überlegungen, Charakteristika oder Variablen, die teilweise die Dicke eines oder mehrerer des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12 beinhalten können, auf zahlreiche Weisen. Bei einem nicht einschränkenden Beispiel können die Geometrien und relativen Dimensionen eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 22, 32 der Strukturelemente 5, 10, 12, wie hierin offenbart, darunter die in einer oder mehreren der Ausführungsformen der 1 bis 10 gezeigten, eine Wurzelvorsprungsbreite, RPw, die kleiner gleich der Dicke T₁ , T₂ der jeweiligen entsprechenden Strukturelemente 10, 12 sein kann ((RP_W ≤ (T₁ oder T₂ )); eine Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , die um einen Faktor von 1,1 größer gleich der Wurzelvorsprungsbreite, RPw, des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann (RP_H ≥ 1,1 × RP_W); und einen Wurzelvorsprungsradius RP_R , der um einen Faktor von zwei (2) kleiner gleich der Wurzelvorsprungs, RP_H , des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 (RP_R ≤ 2 × RP_H) sein kann, beinhalten.
Bei einem weiteren nicht einschränkenden, alternativen Beispiel können die Geometrien und relativen Dimensionen eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 22, 32 der Strukturelemente 5, 10, 12, wie hierin offenbart, darunter die in einer oder mehreren der Ausführungsformen der 1 bis 10 gezeigten, eine Wurzelvorsprungsbreite, RPw, die kleiner gleich der Dicke T₁ , T₂ der jeweiligen entsprechenden Strukturelemente 10, 12 sein kann ((RP_W ≤ (T₁ oder T₂ )); eine Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , die um einen Faktor von 1,2 größer gleich der Wurzelvorsprungsbreite, RPw, des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann (RP_H ≥ 1,2 × RP_W); und einen Wurzelvorsprungsradius RP_R , der um einen Faktor von drei (3) kleiner gleich der Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 (RP_R ≤ 3 × RP_H) sein kann, beinhalten.
Bei einem noch weiteren nicht einschränkenden, alternativen Beispiel können die Geometrien und relativen Dimensionen eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 22, 32 der Strukturelemente 5, 10, 12, wie hierin offenbart, darunter die in einer oder mehreren der Ausführungsformen der 1 bis 10 gezeigten, eine Wurzelvorsprungsbreite, RPw, die kleiner gleich der Dicke T₁ , T₂ der jeweiligen entsprechenden Strukturelemente 10, 12 sein kann ((RP_W ≤ (T₁ oder T₂ )); eine Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , die größer gleich der Wurzelvorsprungsbreite, RPw, des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann (RP_H ≥ RP_W); und einen Wurzelvorsprungsradius RP_R , der kleiner gleich der Wurzelvorsprungs, RP_H , des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 (RP_R ≤ RP_H ) sein kann, beinhalten.
Bei einem noch weiteren nicht einschränkenden Beispiel können die Geometrien und relativen Dimensionen eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 22, 32 der Strukturelemente 5, 10, 12, wie hierin offenbart, darunter die in einer oder mehreren der Ausführungsformen der 1 bis 10 gezeigten, eine Wurzelvorsprungsbreite, RPw, beinhalten, die kleiner gleich der Dicke T₁ , T₂ des jeweiligen entsprechenden Strukturelements 10, 12 sein kann, was Strukturelemente 10, 12 betrifft, die eine Dicke T₁ , T₂ von weniger als fünf (5) Millimetern aufweisen, und können eine Wurzelvorsprungsbreite, RPw, die kleiner gleich zwei Dritteln (⅔) der Dicke T₁ , T₂ des jeweiligen, entsprechenden Strukturelements 10, 12 sein kann, was Strukturelemente 10, 12 betrifft, die eine Dicke T₁ , T₂ größer gleich fünf (5) Millimetern aufweisen ((bei T₁ ,T₂< 5 mm: (RP_W ≤ (T₁ oder T₂))) und (bei T₁ T₂ ≥ 5 mm: (RPw ≤ (⅔) * (T₁ oder T₂ )))); eine Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , die um einen Faktor von anderthalb (1,5) größer gleich der Wurzelvorsprungsbreite, RPw, des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann, was Strukturelemente 10, 12 betrifft, die eine Dicke T₁ , T₂ kleiner als fünf (5) Millimeter aufweisen; und eine Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , die größer gleich der Wurzelvorsprungsbreite, RPw, des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann, was Strukturelemente 10, 12 betrifft, die eine Dicke T₁ , T₂ größer gleich fünf (5) Millimetern aufweisen ((bei T₁ T₂ < 5 mm: (RP_H ≥ 1,5 × RPw)) und (bei T₁ T₂ ≥ 5 mm: (RP_H ≥ RP_W))); und einen Wurzelvorsprungsradius, RP_R , der um einen Faktor von drei (3) kleiner gleich der Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann, was Strukturelemente 10, 12 betrifft, die eine Dicke T₁ , T₂ kleiner als fünf (5) Millimeter aufweisen, und einen Wurzelvorsprungsradius, RP_R , der um einen Faktor von zwei (2) kleiner gleich der Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann, was Strukturelemente 10, 12 betrifft, die eine Dicke T₁ , T₂ größer gleich fünf (5) Millimeter aufweisen ((bei T₁ T₂ < 5 mm: (RP_R ≥ 3 × RP_H)) und (bei T₁ T₂ ≥ 5 mm: RP_R ≥ 2 × RP_H))), beinhalten.
Bei einem weiteren nicht einschränkenden, alternativen Beispiel können die Geometrien und relativen Dimensionen eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 22, 32 der Strukturelemente 5, 10, 12, wie hierin offenbart, darunter die in einer oder mehreren der Ausführungsformen der 1 bis 10 gezeigten, eine Wurzelvorsprungsbreite, RPw, die kleiner gleich der Hälfte (1/2) der Dicke T₁ , T₂ des jeweiligen entsprechenden Strukturelements 10, 12 sein kann ((RP_W ≤ 0,5 × (T₁ oder T₂)); eine Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , die um einen Faktor von 1,2 größer gleich der Wurzelvorsprungsbreite, RPw, des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 sein kann (RP_H ≥ 1,2 × RP_W); und einen Wurzelvorsprungsradius RP_R , der kleiner gleich der Wurzelvorsprungs, RP_H , des entsprechenden Wurzelvorsprungs 22, 32 (RP_R ≤ RP_H) sein kann, beinhalten.
Wie oben bereitgestellt, können bei jedem der vorstehenden nicht einschränkenden Beispiele die Geometrien und relativen Dimensionen eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 22, 32 der Strukturelemente 5, 10, 12, wie hierin offenbart, darunter die in einer oder mehreren der Ausführungsformen der 1 bis 10 gezeigten, Anwendung finden und daher können, wenngleich die Geometrien und relativen Dimensionen in Bezug auf die Wurzelvorsprungsbreite, RPw, wie Wurzelvorsprungshöhe, RP_H , und den Wurzelvorsprungsradius. RP_R , erörtert sind, die vorstehenden Beispiele gleichermaßen für die Vorsprünge 22, 32 einer oder mehrerer der Ausführungsformen der 4 bis 10 sowie jede jeweilige Wurzelvorsprungsbreite RPw, Wurzelvorsprungshöhe RP_H , RP_H1 , und Wurzelvorsprungsradius, RP_R , RP_R1 , RP_R2 eines oder mehrerer der Wurzelvorsprünge 222 (RP_H1 , RP_R1 ), 322 (RP_H1 ), 422, 522 (RP_H1 , RP_R1 ), 622 (RP_R1 ), 632 (RP_R2 ) und/oder 722 (RP_H1 , RP_R1 ) der Ausführungsformen der 4 bis 10 gelten, diese beinhalten und diese verwenden (oder mit diesen substituiert werden), und zwar wie folgt: Erstes nicht einschränkendes Beispiel: ((RP_W ≤ (T₁ oder T₂ )); (RP_H (oder RP_H1) ≥ 1,1 × RP_W); (RP_R (oder RP_R1 oder RP_R2) ≤ 2 × RP_H (oder RP_H1)); zweites nicht einschränkendes Beispiel: ((RP_W ≤ (T₁ oder T₂)); (RP_H (oder RP_H1) ≥ 1,2 × RP_W); (RP_R (oder RP_R1 oder RP_R2) ≤ 3 × RP_H (oder RP_H1)); drittes nicht einschränkendes Beispiel: ((RP_W ≤ (T₁ oder T₂)); (RP_H (oder RP_H1) ≥ RPw); (RP_R (oder RP_R1 oder RP_R2) ≤ RP_H (oder RP_H1)); viertes nicht einschränkendes Beispiel: ((bei T₁ T₂ < 5 mm: (RPw ≤ (T₁ oder T₂))) und (bei T₁ T₂ ≥ 5 mm: (RPw ≤ (⅔) * (T₁ oder T₂)))); ((bei T₁ T₂ < 5 mm: (RP_H (oder RP_H1) ≥ 1,5 × RPw)) und (bei T₁ T₂ ≥ 5 mm: (RP_H (oder RP_H1) ≥ RP_W))); ((bei T₁ T₂ < 5 mm: (RP_R (oder RP_R1 oder RP_R2) ≤ 3 × RP_H (oder RP_H1))) und (bei T₁ T₂ ≥ 5 mm: RP_R (oder RP_R1 oder RP_R2) ≤ 2 × RP_H (oder RP_H1)))); fünftes nicht einschränkendes Beispiel: ((RP_W ≤ (0,5) × (T₁ oder T₂)); (RP_H (oder RP_H1) ≥ 1,2 × RPw); (RP_R (oder RP_R1 oder RP_R2) ≤ RP_H (oder RP_H1)).
Bei einem noch weiteren nicht einschränkenden Beispiel kann die Geometrie der Wurzelvorsprünge 22, 32 so konfiguriert sein, dass sie eine Geometrie und Ausrichtung beinhaltet, so dass die Wurzelvorsprünge 22, 32 im Allgemeinen senkrecht zu den Ausrichtungen der Hauptkörper 41, 241 des jeweiligen ersten und zweiten Strukturelements 10, 12 ausgerichtet sind, wie z. B. im Allgemeinen senkrecht zu den medialen Mittelachsen 60, 160 und/oder den terminalen Enden der zweiten Oberflächen 18, 78 des jeweiligen ersten und zweiten Strukturelements 10, 12 innerhalb der jeweiligen Endabschnitte 20, 30. Für die Zwecke des vorliegenden Beispiels bedeutet und beinhaltet „im Allgemeinen senkrecht“, dass, wenngleich gewisse Oberflächen der Wurzelvorsprünge 22, 32 in diversen Winkeln ausgerichtet sein können, gekrümmt sein können und/oder Ausrichtungen oder Formen beinhalten können, die ggf. nicht senkrecht zu den oben erörterten Achsen oder Oberflächen des jeweiligen ersten und zweiten Strukturelements 10, 12 sind, sich die diversen einzelnen Oberflächen kombinieren können, um eine allgemeine Ausrichtung der Wurzelvorsprünge 22, 32 als Ganzes senkrecht zu einer oder mehreren der oben erörterten Achsen oder Oberflächen zu bilden. Das vorstehende nicht einschränkende Beispiel kann auch beinhalten, dass die im Allgemeinen senkrechte Ausrichtung der Wurzelvorsprünge 22, 32 als einen Radius RP_R , RP_R1 und RP_R2 der bogenförmigen Innenflächen 188 (und/oder eines oder mehrerer von 278, 278a, 578, 678, 878), 188 (und/oder 788), wobei es sich um einen spitzen Radius handeln kann, beinhaltend definiert werden kann. Für die Zwecke des vorliegenden Beispiels bedeutet und beinhaltet „spitzer Radius“ einen beliebigen Radius RP_R , RP_R1 oder RP_R2 , der die Vorsprünge 22, 32 in Einklang mit der vorstehenden Offenbarung als „im Allgemeinen senkrecht“ definiert und/oder ausrichtet.
Es sei verstanden, dass das Vorstehende nicht einschränkende Beispiele veranschaulicht und dass keines der obigen nicht einschränkenden Beispiele als einschränkende oder erforderliche Ausführungsform ausgelegt werden sollte, so dass andere unterschiedliche Ausführungsformen oder Beispiele ausgeschlossen werden, die gleichermaßen anwendbar sein können oder die andere Konfigurationen, Geometrien oder Merkmale beinhalten können, die auf unterschiedliche Überlegungen, Charakteristika oder Variablen anwendbar sein können.
Wie oben erörtert, ist die vorliegende Offenbarung auf eine beliebige Struktur 1 gerichtet, die aus zumindest zwei Strukturelementen 5 zusammengesetzt ist, die durch zumindest eine Fugennaht gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind. Was 19 betrifft, so können die Struktur 1, die aus zumindest zwei Strukturelementen 5 zusammengesetzt ist, die als erstes Strukturelement 10 und zweites Strukturelement 12 veranschaulicht sind, und die Wurzelvorsprünge 22, 32 (sowie die Übergangsvorsprünge 23, 33) davon, die durch zumindest eine Fugennaht 14 gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen verbunden sind, verwendet werden, um eine beliebige einer Vielzahl von Strukturen oder Abschnitten davon zu bilden und in diese integriert zu werden, die zumindest eine Fugennaht beinhalten. 19 veranschaulicht nicht einschränkende Beispiele einer Vielzahl von Gesamtstrukturen (mit zumindest einer Fugennaht) 1000, die durch die Struktur 1, die das erste und zweite Strukturelement 10, 12 und Wurzelvorsprünge 22, 32 und/oder Übergangsvorsprünge 23, 33 davon beinhaltet und die durch die zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, gebildet werden kann und/oder in die diese integriert werden kann, gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen integriert werden, kann integriert werden. Die Strukturen (die zumindest eine Fugennaht aufweisen) 1000, die durch die Struktur 1 gebildet werden können und/oder in die diese integriert werden kann, können eines oder mehrere einer Baustruktur 1100 und einer Fachwerkbrückenträgerstruktur 1200 beinhalten. Die Gesamtstrukturen (die zumindest eine Fugennaht aufweisen) 1000, die die Struktur 1 beinhalten können, können außerdem eine beliebige mobile Maschine 2000 wie z. B. darunter eines oder mehrere eines Seeschiffs 2100, einer Lokomotive 2200 und eine beliebige Baumaschine 2300 wie z. B. darunter eines oder mehrere eines Gelände-LKW 2301, eines Raupentraktors 2302 und eines Radladers 2303 und eines Baggergeräts 2304 beinhalten. Die Struktur 1, die das erste und das zweite Strukturelement 10, 12 und die Wurzelvorsprünge 22, 32 davon beinhaltet, die durch die zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, können ferner verwendet werden, um Allgemeinstrukturen (die zumindest eine Fugennaht aufweisen) 1000 zu bilden, die eine Maschinenstruktur 3000 (ein Beispiel dafür ist in 20 beschrieben und veranschaulicht) sowie einen beliebigen austauschbaren Teil oder eine beliebige austauschbare Komponente 4000, die ein Arbeitswerkzeug 4100 (wie z. B. eine Schaufel 4101) sowie einen Hydraulikzylinder 4200 (wie z. B. den in 21 beschriebenen und veranschaulichten) beinhalten kann.
20 veranschaulicht ein noch weiteres Beispiel für eine Allgemeinstruktur (die zumindest eine Fugennaht aufweist) 1000, in die die Struktur 1 integriert ist, die zwei oder mehr Strukturelemente 5 beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, darunter eine bzw. eines oder mehrere der geschützten Geometrien und Merkmale gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen, die in eine Maschinenstruktur 3000, wie in 19 gezeigt, integriert ist und diese bildet. Insbesondere ist die Allgemeinstruktur (die zumindest eine Fugennaht aufweist) 1000 eine Maschinenstruktur 3000, die zumindest teilweise durch Struktur 1 gebildet ist, die zwei oder mehr Strukturelemente 5 beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, die als Maschinenstruktur 3000 einer Baumaschine 2300 umgesetzt ist, die beim vorliegenden Beispiel als Auslegerstruktur 3001 eines Baggergeräts 2304 gezeigt ist. Die Strukturelemente 5 der Auslegerstruktur 3001 können zwei oder mehr Seiten-, Lateral- oder Außenstrukturpanel- oder -plattenelemente 3010a und 3012b beinhalten, die durch eine Fugennaht 3014a verbunden sind, sowie Seiten-, Lateral- oder Außenstrukturpanel- oder -plattenelemente 3010b und 3012b beinhalten, die durch eine Fugennaht 3014b verbunden sind. Die Strukturelemente 5 der Auslegerstruktur 3001 können auch zwei oder mehr innere Strukturpanel- oder -plattenelemente 3110 und 3112 beinhalten, die durch eine Fugennaht 3114 verbunden sind, wobei die zwei oder mehr inneren Strukturpanel- oder -plattenelemente 3110 und 3112 verbunden sind und sich zwischen inneren oder nach innen gewandten ersten Oberflächen 3016a, 3076a und 3016b und 3076b der Außenstrukturplattenelemente 3010a, 3012a und 3010b und 3012b erstrecken. Wie in 20 gezeigt (und unter Bezugnahme auf die 1 bis 3) verbinden Fugennähte 3014a, 3014b Endabschnitte 20, 30 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12, die als Außenstrukturplattenelemente 3010a, 3012a und 3010b und 3012b mit Wurzelvorsprüngen 3022a, 3032a und 3022b und 3032b umgesetzt sind, die sich von äußeren oder nach außen gewandten zweiten Oberflächen 3018a, 3078a und 3018b und 3078b der Außenstrukturplattenelemente 3010a, 3012a und 3010b und 3012b nach außen erstrecken, um eine Außenrippe oder Nahtstelle 3015a, 3015b zu bilden, die von der Grenzfläche zwischen den nach außen gewandten zweiten Oberflächen 3018a, 3078a und 3018b und 3078b nach außen vorsteht, die die äußere oder Außenfläche der Auslegerstruktur 3001 bilden. Wie in 20 gezeigt (und unter Bezugnahme auf die 1 bis 3 sowie 12 gezeigt) verbindet eine Fugennaht 3114 Endabschnitte 20, 30 des ersten und des zweiten Strukturelements 10, 12, die als innere Strukturpanel- oder -plattenelemente 3110 und 3112 mit sowohl Wurzelvorsprüngen 3122, 3132, die sich von inneren oder nach unten gewandten zweiten Oberflächen 3118, 3178 nach außen erstrecken, als auch Übergangsvorsprünge 3123, 3133, die sich von äußeren oder aufwärts gewandten ersten Oberflächen 3116, 3176 der inneren Strukturpanel- oder -plattenelemente 3110 und 3112 nach außen erstrecken, umgesetzt sind.
21 veranschaulicht ein Beispiel für eine Gesamtstruktur (die zumindest eine Fugennaht aufweist) 1000, in die die Struktur 1 integriert ist, die zwei oder mehr Strukturelemente 5 beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, wobei die Struktur 1 als rohrförmige oder zylindrische Struktur umgesetzt, die zwei oder mehr rohrförmige oder zylindrische Strukturelemente 5 beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht 14 verbunden sind, die eine bzw. eines oder mehrere der geschützten Geometrien und Merkmale gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen beinhaltet. Beim vorliegenden Beispiel ist die Gesamtstruktur (die zumindest eine Fugennaht aufweist) 1000, die zumindest teilweise durch die Struktur 1 gebildet wird, die zwei oder mehr Strukturelemente 5 beinhaltet, die durch zumindest eine Fugennaht 14 verbunden ist, als Hydraulikzylinder 4200 umgesetzt, wie in 19 gezeigt. Die Strukturelemente 5 des Hydraulikzylinders 4200 beinhalten einen Zylinder 4205, eine Zylindergehäuseendkappe 4210, die eine Zylinderöse 4211 beinhaltet, und eine Stangenendkappe 4212, um ein Zylindergehäuse 4215 zu bilden, wobei der Zylinder 4205 über eine erste Fugennaht 4214a mit der Zylindergehäuseendkappe 4210 verbunden ist, und wobei die Stangenendkappe 4212 über eine zweite Fugennaht 4214b mit dem Zylinder 4205 verbunden ist, um ein hohles Inneres 4217 darin zu definieren, das eine Kolben- und Stangenbaugruppe 4219 aufnimmt, die für eine lineare Translationsbewegung darin konfiguriert ist. Die Kolben- und Stangenbaugruppe 4219 beinhaltet einen Kolbenkopf 4221, der im hohlen Inneren 4217 des Zylindergehäuses 4215 gehalten wird, eine Kolbenstange 4223, die mit dem Kolbenkopf 4221 innerhalb des hohlen Inneren 4217 verbunden ist und sich vom hohlen Inneren 4217 des Zylindergehäuses 4215 über eine Öffnung, die durch die Stangenendkappe 4212 gebildet ist, linear nach außen zu einem Kolbenauge 4225 erstreckt, das mit der Kolbenstange 4223 verbunden ist, und zwar an einem Ende der Kolben- und Stangenbaugruppe 4219 gegenüber dem Kolbenkopf 4221. Wie oben bereitgestellt, kann die rohrförmige oder zylindrische Struktur, die beispielhaft als Zylindergehäuse 4215 gezeigt ist, rohrförmige oder zylindrische Strukturelemente 5 beinhalten, die durch eine Fugennaht 14 oder mehrere Fugennähte 14 verbunden sind, die zur Veranschaulichung als erste und zweite Fugennähte 4214a, 4214b gezeigt sind, die eine bzw. ein oder mehrere der geschützten Geometrien und Merkmale gemäß einer oder mehreren der hierin offenbarten Ausführungsformen beinhalten können. Bei der vorliegenden beispielhaften Ausführungsform kann die erste Fugennaht 4214a, die den Zylinder 4205 über eine erste Fugennaht 4214a mit der Zylindergehäuseendkappe 4210 verbindet, in Einklang mit dem in den 10 und 11 hierin gezeigten und erörterten Beispiel umgesetzt sein, wobei ein oder mehrere der Endabschnitte 20, 30 der Strukturelemente 5, die als Zylinder 4205 und Zylindergehäuseendkappe 4210 umgesetzt sind, den bogenförmigen Wurzel vorsprung 722 beinhalten können. Die zweite Fugennaht 4214b, die die Stangenendkappe 4212 und den Zylinder 4205 verbindet, wie in der beispielhaften Ausführungsform von 20 veranschaulicht, kann in Einklang mit dem in den 10 und 11 hierin gezeigten und erörterten Beispiel umgesetzt sein, wobei einer der Endabschnitte 20, 30 der Strukturelemente 5, die als Stangenendkappe 4212 und Zylinder 4205 umgesetzt sind, den Wurzelerstreckungsvorsprung 422 beinhalten können, der bei der Ausführungsform von 7 gezeigt ist, der für zylindrische Strukturen und andere Anwendungen besonders geeignet sein kann, vorausgesetzt, dass die zweite Fugennaht 4214b die Geometrien und Merkmale der Wurzelvorsprünge 422, 32 beinhaltet, so dass die Schweißnahtwurzel 72 innerhalb der spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion 160 positioniert und außerhalb vom Wurzelspannungsfließweg 200 gemäß der vorliegenden Offenbarung abisoliert ist, dennoch aber die Wurzelvorsprungendflächenerstreckung 482 als zusätzliche Struktur beinhaltet, um eine glatte, durchgehende Grenzfläche zwischen den benachbarten Strukturelementen 5 zu ermöglichen.
Für den Fachmann ist ersichtlich, dass diverse Modifikationen und Variationen an dem System der vorliegenden Offenbarung vorgenommen werden können, ohne sich vom Umfang der Offenbarung zu entfernen. Andere Ausführungsformen sind für den Fachmann unter Berücksichtigung der Beschreibung und bei Ausübung des hierin offenbarten Systems offensichtlich. Die Beschreibung und die Beispiele sollen lediglich als beispielhaft angesehen werden, wobei sich ein wahrer Umfang der Offenbarung aus den nachstehenden Ansprüchen und deren Äquivalente umgibt
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 7374823 [0004]

Claims

Strukturelement (10), das umfasst: einen Körper (40), der eine erste Oberfläche (16), eine zweite Oberfläche (18) und eine Endfläche (42) an einem Endabschnitt (20) des Strukturelements (10) beinhaltet; wobei der Endabschnitt (20) des Strukturelements (10) einen Wurzelvorsprung (22) beinhaltet, der sich von der zweiten Oberfläche (18) des Strukturelements (10) entlang eines Wurzelvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende (82) des Wurzelvorsprungs (22) erstreckt, um eine Wurzelvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche (18) des Strukturelements (10) zum Außenende (82) des Wurzelvorsprungs (22) erstreckt; eine Wurzelvorsprungsbreite, die sich zwischen einer Innenkante (184) und einer Außenkante (80) des Außenendes (82) des Wurzelvorsprungs (22) erstreckt; und wobei der Wurzelvorsprungsradius, die Wurzelvorsprungshöhe und die Wurzelvorsprungsbreite so konfiguriert sind, dass sie eine spannungsgeschützte Schweißnahtwurzelregion (160) definieren, die außerhalb eines Wurzelspannungsfließwegs (200) abisoliert ist, der durch den Körper (40) des Strukturelements (10) verläuft.
Strukturelement (10) nach Anspruch 1, wobei der Körper (40) des Strukturelements (10) aus einem beliebigen Metall zusammengesetzt ist, das über zumindest eine Fugennaht (14) mit zumindest einem anderen Strukturelement (12) verbindbar ist.
Strukturelement nach Anspruch 2, wobei der Körper (40) des Strukturelements (10) den Wurzelvorsprung (22) und einen Hauptkörper (41) des Strukturelements (10) beinhaltet.
Strukturelement nach Anspruch 3, wobei der Hauptkörper (41) des Strukturelements (10) eines oder mehrere beliebige einer planaren, bogenförmigen, zylindrischen, konkaven, konvexen und nach innen gebogener Form beinhaltet.
Strukturelement nach Anspruch 3, wobei der Hauptkörper (41) des Strukturelements (10) rohrförmig ist.
Struktur (1), die umfasst: zumindest zwei Strukturelemente (5), die durch zumindest eine Fugennaht (14) verbunden sind, wobei die zumindest zwei einzelnen Strukturelemente (5) ein erstes Strukturelement (10) und ein zweites Strukturelement (12) beinhalten; wobei das erste Strukturelement (10) und das zweite Strukturelement (12) jeweils beinhalten: einen Körper (40, 240), der eine erste Oberfläche (16, 76), eine zweite Oberfläche (18, 78) und eine Endfläche (42, 112) an einem Endabschnitt (20, 30) beinhaltet; wobei der Endabschnitt (20, 30) einen Wurzelvorsprung (22, 32) beinhaltet, der sich von der zweiten Oberfläche (18, 78) entlang eines Wurzelvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende (82, 122) des Wurzelvorsprungs (22, 32) erstreckt, um eine Wurzelvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche (18, 78) zum Außenende (82, 122) des Wurzelvorsprungs (22, 32) erstreckt; eine Wurzelvorsprungsbreite, die sich zwischen einer Innenkante (184, 194) und einer Außenkante (80, 120) des Außenendes (82, 122) des Wurzelvorsprungs (22, 32) erstreckt; und wobei der Wurzelvorsprungsradius, die Wurzelvorsprungshöhe und die Wurzelvorsprungsbreite des Wurzelvorsprungs (22) des ersten Strukturelements (10) und der Wurzelvorsprung (32) des zweiten Strukturelements (12) so konfiguriert sind, dass sie eine Schweißnahtwurzel (72) innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtwurzelregion (160) anordnen, die einer Zone mit vernachlässigbarer Wurzelspannungskonzentration entspricht, die außerhalb eines Wurzelspannungsfließwegs (200) und von diesem abisoliert ist, der durch den Körper (40) des ersten Strukturelements (10) und den Körper (240) des zweiten Strukturelements (12) verläuft, so dass es in der Schweißnahtwurzel (72) zu keinem Ermüdungsversagen kommt.
Struktur nach Anspruch 6, wobei der Endabschnitt (20, 30) jeweils des ersten Strukturelements (10) und des zweiten Strukturelements (12) ferner einen Übergangsvorsprung (23, 33) beinhaltet, wobei sich der Übergangsvorsprung (23, 33) von der ersten Oberfläche (16, 76) entlang eines Übergangsvorsprungsradius radial nach außen zu einem Außenende (83, 123) des Übergangsvorsprungs (23, 33) erstreckt, um eine Übergangsvorsprungshöhe zu definieren, die sich von der zweiten Oberfläche (18, 78) zum Außenende (83, 123) des Übergangsvorsprungs (23, 33) erstreckt und eine Übergangsvorsprungsbreite beinhaltet, die sich zwischen einer Innenkante (185, 195) und einer Außenkante (81, 121) des Außenendes (83, 123) des Übergangsvorsprungs (23, 33) erstreckt.
Struktur nach Anspruch 7, wobei der Übergangsvorsprungsradius, die Übergangsvorsprungshöhe und die Übergangsvorsprungsbreite des Übergangsvorsprungs (23) des ersten Strukturelements (10) und des Übergangsvorsprung (33) des zweiten Strukturelements (12) so konfiguriert sind, dass sie einen Schweißnahtübergang (73a, 73b) innerhalb einer spannungsgeschützten Schweißnahtübergangsregion (161a, 161b) anordnen, die einer Zone mit einer vernachlässigbaren Übergangsspannungskonzentration entspricht, außerhalb eines Übergangsspannungsfließwegs (201) und von diesem abisoliert, der durch den Körper (40) des ersten Strukturelements (10) und den Körper (240) des zweiten Strukturelements (12) verläuft, so dass es im Schweißnahtübergang (73a, 73b) zu keinem Ermüdungsversagen kommt.
Struktur nach Anspruch 8, wobei der Körper (40) des ersten Strukturelements (10) den Wurzelvorsprung (22), den Übergangsvorsprung (23) und einen Hauptkörper (41) des ersten Strukturelements (10) beinhaltet, und wobei ein Körper (240) des zweiten Strukturelements (12) den Wurzelvorsprung (32), den Übergangsvorsprung (33) und einen Hauptkörper (241) des zweiten Strukturelements (12) beinhaltet, und wobei der Hauptkörper (40) des ersten Strukturelements (10) eine Dicke beinhaltet, die sich von der ersten Oberfläche (16) zur zweiten Oberfläche (18) des ersten Strukturelements (10) erstreckt und der Hauptkörper (241) des zweiten Strukturelements (12) eine Dicke beinhaltet, die sich von der ersten Oberfläche (76) zur zweiten Oberfläche (78) des zweiten Strukturelements (12) erstreckt.
Struktur nach Anspruch 11, wobei die Dicke des Hauptkörpers (40) des ersten Strukturelements (10) äquivalent zur Dicke des Hauptkörpers (240) des zweiten Strukturelements (12) ist.