DE69211559T2

DE69211559T2 - Material in form von band, blech, folie, blatt, platte oder dergleichen, versehen mit versteifungen oder einprägungen zur verstärkung

Info

Publication number: DE69211559T2
Application number: DE69211559T
Authority: DE
Inventors: Jan Gunnar Sergenius
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1991-09-20
Filing date: 1992-09-18
Publication date: 1997-02-06
Anticipated expiration: 2012-09-19
Also published as: JPH06511201A; JP3708116B2; SE9102729D0; EP0604550A1; DE69211559D1; US5501912A; SE470229B; WO1993005901A1; ES2090689T3; HK187696A; EP0604550B1; ATE139155T1; SE9102729L; AU2662392A

Description

TECHNISCHES GEBIET

Die Erfindung betrifft ein Material in Form von Band, Blech, Folie, Blatt, Platte oder dergleichen, versehen mit einer Riefelung oder Einprägung, welche die Steifheit des Materials erhöht, aber gleichzeitig ermöglicht, das Material in einem hohen Masse zu biegen, ohne seine Fliessgrenze zu überschreiten, d.h. ohne eine permanente Deformation zu verursachen. Diese Riefelung oder Einprägung hat die Form von Kämmen und dazwischenliegenden Tälern, wobei die Höhenlinien dieser Kämme und Täler innerhalb des Bereichs einer fiktiven bandförmigen Zone des Materials Bogen darstellen, wenn sie projiziert werden auf eine XY-Ebene eines dreidimensionalen Koordinatensystems, in welchem die X-Richtung mit der Längsrichtung der gewellten Zone zusammenfällt, die Y-Richtung mit der Querrichtung der gewellten Zone zusammenfällt und die Z-Richtung senkrecht auf der XY-Ebene steht, während
Schnitte in der YZ-Ebene ein Wellenmuster darstellen, welches aus in Z- Richtung alternierenden Wellen besteht.

STAND DER TECHNIK

Riefelung und Einprägung sind konventionelle Mittel zur Erhöhung der Steifheit und des Biegewiderstandes von vergleichsweise dünnen Materialien in mindestes einer Richtung. Die Technik wird in einer Vielzahl von Anwendungen benützt. Als Beispiel kann Wellblech aus Eisen erwähnt werden. Eine gewellte Platte, wie aus DE-A1-22 11 925 bekannt, ist ein anderes Beispiel. Aus diesem Dokument ist ein Band mit erhöhter Steiffieit, hoher Biegbarkeit ohne permanente Deformation und mit Federeigenschaften bekannt, welche mindestens eine gewellte Zone entlang einer Länge des Bandes enthält und Kämme mit dazwischenliegenden Tälern aufweist. Die Höhenlinien dieser Kämme und Täler stellen Bogen dar, wenn sie projiziert werden auf eine XY- Ebene eines dreidimensionalen XYZ-Systems, in welchem die X-Richtung die Richtung der Breite der gewellten Zone ist, die Y-Richtung die Richtung der Länge der gewellten Zone ist und die Z-Richtung senkrecht auf der XY-Ebene steht, wobei Schnitte in der YZ-Ebene ein Wellenmuster mit einer Wellenlänge darstellen, das sich in Y-Richtung fortpflanzt und in Z-Richtung alterniert, und die Länge der gewellten Zone sich über eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Kämmen und Tälern erstreckt, deren Höhenlinien auf die XY-Ebene projiziert bogenförmig sind, und über eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Wellen. Auch in der Natur gibt es viele Formen, denen Faltmuster und dergleichen erhöhte Steifheit verleihen. Bei diesen Beispielen handelt es sich off um vergleichsweise dünne Materialien, d.h. Blätter oder Halme an Blumen und Gras, usw.

KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein neues Riefelmuster zur Verfügung zu stellen, welches auf den eingangs erwähnten Materialen angewendet werden kann, um den Biegewiderstand der Materialien zu erhöhen, aber gleichzeitig zu ermöglichen, das Material in einem wesentlichen Masse zu biegen, ohne seine Fliessgrenze zu überschreiten, d.h. ohne eine permanente Deformation zu verursachen.
Diese und andere Ziele können durch die Merkmale des Anspruchs 1 erreicht werden.
Die Riefelung oder die Einprägung innerhalb des Bereichs der fiktiven bandförmigen Zone des Materials besteht also aus alternierenden Kämmen und Tälern, wobei sich die Kämme und Täler in Form von Bogen über die Breite der Zone erstrecken. Diese Bogen bestehen vorzugsweise aus Parabeln, können aber auch andere Formen haben, bspw. Kreisbogen, Hyperbeln oder andere, vorzugsweise symmetrische Kurven.
Ungeachtet der Definition des Wellenrnusters ist für jeden Kamm die Distanz in Längsrichtung der bandförmigen Zone zwischen einerseits den Schnittpunkten der Gratlinie und den Zonenrändern und andererseits dem Schnittpunkt zwischen der Gratlinie und einer Ebene in der Längsrichtung der Zone, senkrecht zur Null- oder Basisebene des Materials und dem Scheitelpunkt des Schnittbogens, mindestens so gross wie oder grösser als die Distanz zwischen dem Scheitelpunkt und dem Scheitelpunkt auf einem benachbarten Kamm.
Das Material kann eine einzige Zone der oben beschriebenen Art aufweisen oder mehrere solche Zonen, die parallel zueinander angeordnet sind und von denen jede das bogenförmige Wellenmuster aufweist, und diese Bogen können in derselben Richtung oder in entgegengesetzten Richtungen angeordnet sein, wie in den Ansprüchen angegeben. Die Kämme und Täler flachen vorzugsweise in denjenigen Kanten des Materials ab, welche parallel zur Längsrichtung der Zone oder der Zonen sind.
Die oben beschriebene Riefelung ist vorzugsweise einer Grundform des Materials überlagert, wobei die Grundform in einer Ebene senkrecht zur Längsrichtung der Zone oder der Zonen gekrümmt ist. Insbesondere bildet die Grundform des Materials in dieser Ebene vorzugsweise eine Krümmung innerhalb einer jeden gewellten Zone, d.h. das Material ist innerhalb der Zone gekrümmt, und die beschriebene Riefelung wurde dieser gekrümmten Form überlagert, so dass der Riefelung selbst eine gekrümmte Form senkrecht zur Längsrichtung gegeben wurde. Wenn das Material mehr als eine gewellte Zone hat, was normalerweise gemäss der vorliegenden Erfindung der Fall ist, so kann das Material in verschiedene Richtungen gekrümmt sein Wenn die Anzahl Zonen zwei beträgt, so wird die Grundform des Materials also einen S-förmigen Querschnitt aufweisen.
Weitere Merkmale und Aspekte der Erfindung und des Wellenrnusters wer den aus den Ansprüchen und aus der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen ersichtlich sein.
Typischerweise besteht in der vorliegenden Erfindung das Material aus einem dünnen, kalt gewalzten, gehärteten und angelassenen Stahlband. Dieses Material, welches das für die Erfindung charakteristische Prägemuster aufweist, kann beispielsweise benützt werden für:
- Messbänder
- sogenannte Bandantennen, in erster Linie für tragbare Radio- und Fernsehempfänger
- Federn, insbesondere für Aufrollfedern bspw. für Aufwickeitrommeln für biegbare Kabel für Staubsauger und andere elektrische Apparate, zum Aufwickeln von Anlassriemen für Verbrennungsmotoren, zum Aufwickeln von Sicherheitsgurten in Kraftwagen etc.
- Federelemente in Stossdämpfern, Mittel zum Kraftausgleich etc., wobei das Material vergleichsweise breit sein kann.
Die Grundzüge der Erfindung können auch für andere elastische Materialien als für Metalle benützt werden, z.B. für Papier, Pappe und Kunststoff, sowie auch für Verbundmaterialien, welche eines oder mehrere dieser Materialien enthalten. In diesem Bereich kann das erfindungsgemässe Material als Verpackungsmaterial verwendet werden. Es ist auch denkbar, mehrere Schichten des erfindungsgemässen Materials zu kombinieren und diese Schichten miteinander zu vereinigen, um ein Sandwichmaterial mit guter Biegbarkeit aber gleichzeitig der erwünschten Steifheit herzustellen.

KURZE BESCHRIEBUNG DER FIGUREN

Die Erfindung wird im folgenden ausführlicher erklärt, unter Bezugnahme auf einige denkbare Ausführungsformen und auch auf die Beschreibung von durchgeführten Tests. Dabei wird auf die Zeichnungen Bezug genommen, in welchen
Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemässen Bandes mit einer gewellten Zone ist, welche sich über die ganze Breite des Bandes ausdehnt,
Fig. 2 ein Längsschnitt durch das Band in der Symmetrieebene entlang der Linie II-II in Fig. 1 ist,
Fig. 3 ein Längsschnitt durch das Band entlang einer Linie III-III in Fig. 1 ist,
Fig. 4 eine Seitenansicht entlang der Linie IV-IV in Fig. 1 ist,
Fig. 5 eine perspektivische Ansicht eines Bandes mit demselben Prägemuster wie das Band in Fig. 1 ist, aber mit dem Unterschied, dass die Kämme und Täler im Wellenmuster an den Bandkanten abflachen,
Fig. 6 eine perspektivische Ansicht eines Bandes mit zwei gewellten Zonen ist, wobei die Riefelungen der zwei Zonen ineinander übergehen, so dass die Kämme und Täler S-förmige Muster bilden,
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer vierten Ausführungsform eines erfindungsgemässen Bandes ist, welcher zwei gewellte Zonen und zwischen diesen eine nicht-gewellte Zone aufweist,
Fig. 8 ein Band in einem Querschnitt entlang der Linie VII-VIII in Fig. 7 zeigt,
Fig. 9 eine fünfte Ausführungsform des erfindungsgemässen Materials illustriert, welches die Form eines Blattes oder einer Platte mit einer Vielzahl von Zonen mit zusammenhängenden Riefelungen hat,
Fig. 10 in einer perspektivischen Ansicht illustriert, wie ein Band gemäss einer sechsten Ausführungsform der erfindungsgemässen Materials einer Biegung unterworfen wird, wobei in dieser Ausführungsform die Riefelung einer einzigen gekrümmten Grundform überlagert wurde,
Fig. 11 in einer perspektivischen Ansicht eine siebte Ausführungsform der Erfindung in Form eines Bandes mit zwei Zonen illustriert, wobei das erfindungsgemässe Wellenmuster einer Grundform überlagert wurde, welche einen sinusförmigen oder leicht S-förmigen Querschnitt aufweist,
Fig. 12 das sinusförmigen Band in einer Seitenansicht XII-XII in Fig. 11 zeigt,
Fig. 13 eine perspektivische Ansicht eines Sandwichelernentes ist, welches aus einer Vielzahl von aufeinandergestapelten Blättern besteht, wobei jedes oder jedes zweite Blatt erfindungsgemäss gewellt ist,
Fig. 14 ein Diagramm ist, in welchem das Biegernoment gegenüber dem Kehrwert des Biegeradius des Bandes aufgetragen ist, welches Biegemoment durch Biegen von nach verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung geformten Testbändern entsteht,
Fig. 15 in einem Diagramm die Zugspannungsverteilung aus Biegetests an einem Band mit dem erfindungsgemässen Wellenmuster, jedoch mit einer flachen Grundform und geraden, flachen Kanten, an welchen das Wellenmuster abflacht, zeigt,
Fig. 16 in einem entsprechenden Diagramm die Zugspannungsverteilung aus Biegetests an einem Band mit demselben Wellenmuster wie in Fig. 15, aber einer gekrümmten Grundform überlagert, zeigt.
Die Dicken sind in den Querschnitten stark übertrieben dargestellt.

Ausführungsform 1

Diese Ausführungsform, welche in den Figuren 1-4 illustriert ist, betrifft ein bandförmiges Produkt, insbesondere ein vergleichsweise schmales bandförmiges Produkt 1. Das Material besteht vorzusweise aus einem dünnen, gehärte ten und angelassenen Stahl; es können jedoch auch andere Materialien benützt werden, wie oben erwähnt wurde, vorausgesetzt dass das Material in der gewählten Richtung elastisch deformierbar ist.
Sowohl gemäss Ausführungsform 1 als auch gemäss den nachfolgenden Ausführungsformen II-V hat das Material eine flache Grundform. Das Prägemuster ist dieser flachen Grundform überlagert und weist gemäss dieser Ausführungsform identisch geformte Kämme 2a, 2b, 2c ... 2n auf, welche mit Tälern 3a, 3b, ..... 3n altemieren und kontinuierlich entlang der Länge des Bandes 1 wiederholt werden. Die Grundebene wird in Fig. 2 mit 4 bezeichnet. Gemäss dieser Ausführungsform entspricht die Grundebene 4 der Zentralebene des flachen Ausgangsmaterials und der XY-Ebene in einem fiktiven dreidimensionalen Koordinatensystem mit der X-Richtung senkrecht zur Längsrichtung des Bandes, der Y-Richtung in Längsrichtung des Bandes und der Z-Richtung senkrecht zur Grundebene. Ferner fällt die YZ-Ebene mit einer longitudinalen Symmetrieebene des Bnades 1 zusammen.
Die Mittellinie 5 des Bandes bildet eine Wellenkurve in einem Schnitt, welcher mit der genannten Symmetrieebene zusammenfällt sowie in jeder zu dieser YZ-Ebene parallelen Ebene; insbesondere bildet sie eine Sinuskurve, welche symmetrisch zur Grundebene 4 verläuft. Die Wellenamplitude A entspricht also den Prägetiefen. Die Banddicke wird mit T bezeichnet. Die Wellenlänge wird mit L bezeichnet.
Die Linien entlang den Kammgräten, im folgenden Gratlinien genannt, sind mit 6a, 6b, 6c etc. bezeichnet, während die tiefsten Linien in den Tälern mit 7a, 7b, 7c etc. bezeichnet sind. Sowohl die Gratlinien 6a, 6b, 6c etc. als auch die Tallinien 7a, 7b, 7c etc. definieren Niveaulinien oder sogenannte Höhenlinien, wenn man die Terminologie aus der Topographie übernimmt, d.h. Li nien, welche definiert sind durch Punkte mit gleicher Höhe über oder unter einer bestimmten Grundebene, in diesem Fall der Grundebene 4. Wenn in dieser Ausführungsform die Gratlinien 6a, 6b, 6c, etc. und die Tallinien 7a, 7b, 7c etc. wie auch alle Niveaulinien auf den Kämmen oder auf den Talhängen zwischen den Kämmen und den Tallinien auf die Grundebene projiziert werden, so bilden sie Bogen, welche symmetrisch zur YZ-Ebene (der Symmetrieebene) verlaufen. Speziell haben die Bogen die Form von Parabeln, welche sich über die ganze Breite des Bandes erstrecken, und deren Scheitelpunkte in der Symmetrieebene liegen.
Die Bandkanten werden mit 8 bezeichnet. Die Schnittpunkte zwischen den Gratlinien und den Bandkanten werden mit 9 bezeichnet, und die Scheitelpunkte der Gratlinien werden mit 10 bezeichnet. Die Distanz in Y-Richtung zwischen einem der erstgenannten Punkte 9 und dem Scheitelpunkt 10 auf derselben Gratlinie, z.B. auf der Gratlinie 6c, wird in diesem Zusammenhang als Phasendifferenz F des Wellenmusters bezeichnet. Der Ausdruck Wellenmuster wird in diesem Zusammenhang für das Muster verwendet, welches durch die vorerwähnten Wellen in der YZ-Ebene und Ebenen parallel zur YZ-Ebene erzeugt wird. Gemäss der Ausführungsform 1 hat die Phasendifferenz F mindestens oder ungefähr dieselbe Länge wie die Wellenlänge L, d.h. sie entspricht ungefähr 2π rad oder 360º.
Die Zugkräfte im Material können wegen des beschriebenen Prägemusters sehr gleichmässig im Material verteilt sein, so dass die Fliessgrenze des Materials nicht überschritten wird, selbst wenn das Band einer ausserordentlichen Biegung in Z-Richtung ausgesetzt wird. Dies ist der Tatsache zu verdanken, dass in keinem Punkt des Prägemusters eine Tangente auf derselben Seite der Symmetrieebene mit derselben Steigung oder Richtung wie irgendeine andere Tangente existiert. Aus diesem Grund wird, wenn das Band einer Biegung in Z-Richtung unterworfen wird, eine Scherung bezüglich aller benachbarten Volumenelemente des Bandes, auch in X- und Y-Richtung, verursacht. Dies bedeutet, dass der Scherwiderstand in allen Richtungen des ganzen Materialvolumens ausgenützt wird, d.h. sowohl in X- als auch in Y- und in Z-Richtung, obwohl die Biegung nur in eine dieser Richtungen, in Z-Richtung, ausgeübt wird. Verglichen mit einem konventionellen Band mit einem konventionellen C-Profil oder einem S-Profil wird daher eine gleichmässigere Verteilung der Zugkräfte erreicht, welche über einen grösseren Volumenbereich verteilt sind und auch eine grössere Gesamtzugspannung oder gespeicherte Energie aufweisen; gleichzeitig bleibt die entsprechende Biegbarkeit erhalten. Das bedeu tet, dass es möglich ist, eine beträchtlich grössere Steifheit kombiniert mit einer gleich guten Biegbarkeit des Bandes wie für nicht-geprägte flache oder mit C- oder S-Profilen versehene Bänder zu erzielen; dies, obwohl die Prägtiefen A eher klein sind. Im Normalfall trifft die Beziehung 0.5T < A < 2T zu, wo T die Banddicke ist.

Ausführungsform II

In der Ausführungsform 1 erstreckt sich das Wellenmuster mit gleicher Amplitude bis ganz nach aussen zu den Bandkanten 8. Dies hat den Nachteil, dass Zugspannungskonzentrationen in den Randzonen auftreten können, wenn das Band einem Biegemoment ausgesetzt ist, was das Band zum Krücken bringen kann. Es ist das Ziel der Ausführungsform von Fig. 5, diesen Nachteil zu beseitigen. Zu diesem Zweck flachen Kämme 2a', 2b' etc. und Täler 3a', 3b' etc. gegen die zwei Randzonen 13 in Fig. 5 ab, derart, dass die Amplitude A, welche der Prägetiefe entspricht, nach und nach gegen Null strebt und in den Randzonen 13 Null erreicht. Gemäss Ausführungsform II ist also die Amplitude des Wellenmusters an den Bandkanten 8' gleich Null. Die Breite der Randzone 13 entspricht der Distanz zwischen Schnitt III-III und der ent sprechenden Bandkante 8'. Der Rest des Bandes 21 in Fig. 5 ist in der gleichen Art und Weise geprägt wie die entsprechenden Teile des Bandes 1 gemäss Ausführungsform 1 und kann, zur Kompensation der verschwindenden Prägetiefe in den Randzonen, mit einer vergrösserten Phasendifferenz verglichen mit der Wellenlänge versehen werden.

Ausführungsform III

Diese Ausführungsform eignet sich für etwas breitere Bänder als in den Ausführungsformen 1 und II. Ein Band gemäss Ausführungsform III wird mit 31 in Fig. 6 bezeichnet. Die Bandkanten 8' sind gerade, in Übereinstimmung mit Ausführungsform II. Die Kämme 32a, 32b, 32c etc. und Täler 33a, 33b, 33c etc. flachen also alle ab, indem die Amplitude des Prägemusters nach und nach auf Null reduziert wird. In diesem Fall bilden jedoch die Kämme 32a, 32b, 32c etc. und die Täler 33a, 33b, 33c etc. in der Projektion auf die XY- Ebene S-förmige Kurven, und die Gratlinien 36a, 36b etc. und die Tallinien 37a, 37b etc. bilden zwei Parabelabschnitte. Man kann sagen, dass das Prägemuster auf einer Seite der longitudinalen Mittellinie des Bandes 31 aus einer äusseren Hälfte mit einem Prägemuster wie in Ausführungsform II und aus einer inneren Hälife mit einem Prägemuster wie in Ausführungsform 1 besteht. Auf der anderen Seite der Mittellinie des Bandes 31 ist das Muster in die andere Richtung gedreht, so dass die Scheitelpunkte der Parabeln in die entgegengesetzte Richtung zeigen als die Scheitelpunkte der Parabeln auf der anderen Bandseite; dadurch erhält man das S-förmige Wellenmuster mit Kämmen und Tälern, wie es in Fig. 6 gezeigt ist.

Ausführungsform IV

Figur 7 illustriert ein Band 41 gemäss Ausführungsform lv in perspektivischer Ansicht. Das Prägemuster des Bandes 41 entspricht zwei Bändern 21 der Ausführungsform II, die nebeneinanderliegen, wobei sich zwischen diesen zwei fiktiven Bändern eine flache Zentralzone 40 befindet. Eine detaillierte Beschreibung des Prägemusters sollte hier nicht mehr nötig sein; stattdessen wird auf die vorangehenden Beschreibungen der Ausführungsformen 1 und II sowie auf den in Fig. 8 gezeigten Querschnitt VII-VII hingewiesen. Das Band 41 kann für Federn, Messbänder etc. verwendet werden. Wenn das Band für ein Messband verwendet wird, kann die flache Zentralzone für die Skala verwendet werden.

Ausführungsform V

In Fig. 9 wird ein breiteres Stück Pappe, Blatt oder Blech gemäss Ausführungsform V mit 51 bezeichnet. Es weist eine grössere Anzahl Prägezonen 50a, 50b, 50a, 50b etc. auf, welche Seite an Seite angeordnet sind. Diese Zonen sind untereinander identisch und ausgeführt wie in Ausführungsform 1, aber jede zweite Zone ist umgekehrt angeordnet, so dass sich die Kämme 52a, 52b etc. und die Täler 53a, 53b etc. kontinuierlich und mäanderförmig über die ganze Breite des Blattes 51 von Kante zu Kante 8 erstrecken.
Das derart geprägte Blatt, Folie, Blech oder dergleichen 51 kann als Federelement verwendet werden, wenn es aus Metall, bspw. aus gehärtetem Stahl, hergestellt ist. Es kann auch als Baumaterial verwendet werden, wenn das Material z.B. aus einem dünnen Blatt aus bspw. Stahl, Kupfer oder Aluminium besteht. Es ist auch denkbar, dass das Blatt aus Papier, Pappe oder Kunststoff oder aus Kompositmaterialien, welche eines oder mehrere der genannten Materialien beinhalten, besteht. Im Unterschied zu Wellpappe oder anderen gewellten Sandwichmaterialien kann diese Ausführungsform ein Material zur Verfügung stellen, welches steif ist, aber in allen Richtungen gebogen werden kann und daher ausgezeichnete Eigenschaften für den Gebrauch als Packmaterial hat.
Figur 13 zeigt ein Sandwichelement 81, welches aus einer Vielzahl von Blättern 51 hergestellt ist, wobei zwischen jeweils zwei solchen Blättern 51 je ein flaches Blatt 82 eingefügt ist. Die verschiedenen Schichten im Sandwichelement 81 sind bspw. durch Schweissen, Kleben oder durch irgendein Haftmittel aneinander befestigt.

Ausführungsform VI

Um den Biegewiderstand des Materials zu erhöhen, können die Parabeln oder Kreisbogen auch mit einer Krümmung in der XZ-Ebene versehen werden, indem das Material mit einer gekrürnmten Form in dieser Ebene versehen wird. Figur 10 (und auch Figur 16) illustriert in einer perspektivischen Ansicht einen Teil eines gekrümmten Bandes 61. Das Prägemuster ist der gekrümmten Form überlagert, so dass die Parabeln oder Kreisbogen auch in der XY- Ebene auf oder in der gekrümmten Form gebogen sind, was auch in Fig. 16 gezeigt ist.

Ausführungsform VII

Diese Ausführungsform ist in Fig. 11 und 12 illustriert. Sie hat die Form eines Bandes 71 mit zwei Zonen 70a und 70b, die je mit einem Prägemuster gemäss Ausführungsform II versehen sind; das Prägemuster wird einer sinusförmigen (im Querschnitt S-förmigen) Grundform des Bandes überlagert, wie in Fig. 12 illustriert. Jede Zone 70a bzw. 70b kann als gekrümmtes Band 61 betrachtet werden, aber die Krümmungen sind in entgegengesetzte Richtungen ausgerichtet, so dass das Band einen konvex-konkaven oder leicht S-förmigen Querschnitt wie in Fig. 12 erhält. Wegen dieses konvex-konkaven oder S-förmigen Querschnitts hat das Band 71 denselben Biegewiderstand in der negativen und in der positiven Z-Richtung.
Das Band 71 wurde in erster Linie für Messbänder entworfen. Deshalb ist es mit einer Zentralzone 70c mit einem gezahnten Prägemuster versehen; die Zentralzone 70c eignet sich für magnetoresistive Detektion, auch wenn andere
Detektions- oder Abtastmethoden mit diesem Prägemuster zur Anwendung kommen können, d.h. mechanische, optische oder rein elektrische.
Wegen des erfindungsgemässen Prägemusters, welches der 5-förmigen Grundform des Bandes überlagert ist, hat ein aus dem Band 71 hergestelltes Messband eine Steifheit, welche um ein Mehrfaches grösser ist als ein konventionelles Stahlmessband mit denselben Materialeigenschaften, insbesondere mit derselben Dicke. Ein charakteristisches Merkmal des erfindungsgemässen Bandes ist auch - und das betrifft besonders die oben beschriebenen Ausführungsformen -, dass es nicht speziell zum Knicken oder Zusammenfallen neigt, wenn es einer Überlast ausgesetzt ist, wie es typisch ist für konventionelle Stahlmessbänder; stattdessen verhält es sich, was diese Eigenschaften betrifft, eher wie ein konventioneller Gelenkmassstab und ist wegen der sinusförmigen (S-förmigen) Grundform in einer symmetrischen Weise steif, kann aber gleichzeitig in einem Bandgehäuse aufgewickelt werden.
Die praktische Bedeutung dieser Merkmale besteht darin, dass das Band 71 nicht wie konventionelle Messbänder schlaff ist, sondern stattdessen wegen seiner Steifheit wie ein Gelenkmassstab gehandhabt werden kann. Die sinusförmige Grundform (die S-Form, vgl. Fig. 12) macht es auch möglich, dass das Band gegenüber einer Unterlage stabil bleibt, so dass Linien gezogen und Markierungen entlang der Skala gezeichnet werden können, wenn das Band 71 als Lineal gebraucht wird; dabei können die Millimetermarkierungen an den Randzonen 70d nahe beim Objekt abgelesen werden, im Gegensatz zu den konventionell gekrümmten (C-förmigen) Messbändern, welche eine ausgesprochene Tendenz zum Schwanken aufweisen. Dank der symmetrischen Steifheit des sinusförmigen und mikro-gewellten Bandes 71 ist es auch möglich, das Band senkrecht nach oben zu halten, z.B. beim Messen gegenüber einer Decke oder Ähnlichem, ohne dass das Band nach unten fällt, auch wenn die Deckenhöhe beträchtlich ist, was beim Gebrauch von konventionellen Stahlmessbändern eine Schwierigkeit darstellt.
Ein Band, bei welchem das erfindungsgemässe Prägemuster einer gekrümmten oder sinusförmigen Grundform überlagert ist, wie gemäss Band 71, kann auch mit grossen Vorteilen als Antenne für tragbare Radio- oder Fernsehempfänger gebraucht werden. In diesem Fall ist selbstverständlich eine Skala, wie oben beschrieben, nicht nötig. Das Material kann auch vorteilhafterweise für Federn gebraucht werden, bei welchen dieselbe Steifheit in beiden Richtungen erwünscht ist.

Experimente

Stahlbänder mit einer Breite von 6.5 mm und einer Dicke von T = 0.12 mm wurden als Testproben benützt. In einem Fall wurde ein Band 21 gemäss Ausführungsform II, Fig. 5, benützt, d.h. ein Band mit einer flachen Grundform; in drei anderen Tests wurde ein gekrümmtes Band gemäss Ausführungsform VI, Fig. 10, benützt. Die Wellenlänge L der Riefelung, Fig. 2, die Prägetiefen oder Amplitude A, Fig. 2, und die Phasendifferenz F, siehe oben im Abschnitt "Ausführungsform I", wurden verändert. Die gekrümmten Bänder (C-Form) hatten einen Biegeradius von 10 mm.
Für die vier getesteten Bänder wurden die folgenden Parameter verwendet: Tabelle 1
Die vier Bänder wurden sich ändernden Biegemomenten unterworfen, was mehr oder weniger starke Biegungen zur Folge hatte. Das Verhältnis zwischen der Biegung (Kehrwert) und dem Biegemoment ist im Diagramm von Fig. 14 dargestellt. Dieses Diagramm beinhaltet auch einen entsprechenden Graph für ein vollständig flaches, nicht-geprägtes Band mit derselben Breite, Dicke und Qualität wie die in der Tabelle aufgeftihrten Bänder.
Das grösste Biegemoment wurde für die Bänder 61A und 61B gemessen, welche einer Biegung gegen die konkave Seite der C-Form unterworfen wurden; bei einer Extrapolation der Graphen würde aber das Band 61C, welches einer Biegung gegen die konvexe Seite des Bandes unterworfen wurde, die anderen Graphen schneiden. Ein lineares Verhältnis und ein möglichst grosses Biegemoment sind erwünscht. Die Grundform der getesteten Bänder und die Belastungsrichtung werden auch durch Symbole im Diagramm angegeben. Die Bänder 61B und 61A wurden gegen die konvexe Bandseite hin gebogen, wäh rend das Band 61C gegen die konkave Seite hin gebogen wurde. Dies deutet darauf hin, dass eine gewisse Asymmetrie besteht, welche von konvexer oder konkaver Biegerichtung abhängt. Diese Asymmetrie ist jedoch bemerkenswert klein.
Aus dem Diagramm können viele Schlüsse gezogen werden. Es wird also eine grössere Steifheit, d.h. ein grösseres Biegemoment, erreicht, wenn die Prägetiefe erhöht wird, was aus dem Vergleich von Band 61A mit Band 61B hervorgeht. Das Band 61C weist entlang eines grossen Bereichs des Graphen eine lineare Charakteristik auf; dies bedeutet, dass das Band ohne permanen te Deformation mit einem kleineren Radius gebogen werden kann. In dieser Beziehung hat jedoch das Band 21 die beste, d.h. beinahe lineare, Charakteristik. Andererseits ist sein Biegewiderstand wesentlich kleiner als bei den Bändern 61A-61C.
Am verblüffendsten ist jedoch, dass die Kombination der gekrümmten (konvex/konkaven) Grundform mit dem dieser Grundform überlagerten Prägemuster dem Band eine ausserordentlich hohe Zunahme der Materialsteifheit verleiht. Wenn z.B. dem vollständig flachen, nicht-geprägten Band eine Steifheit (Biegemoment) mit Index 1 zugeordnet wird, wo hat das erfindungsgemässe Band 21 mit flacher Grundform einen Steifheitsindex 4, während die gekrümmten und geprägten Bänder 61A-61C einen Steifheitsindex in der Grössenordnung von 12 erhalten. Dies zeigt klar, dass die Kombination der Riefelung mit der Krümmung der gewellten Bandzone eine Synergie ergibt.
In den beschriebenen Ausführungsformen ist die Einprägung symmetrisch bezüglich der Grundebene 4, Fig. 2. Es ist jedoch möglich, die Einprägung asymmetrisch bezüglich der Gurndebene 4 zu gestalten; dadurch ist der Effekt erzielbar, dass das Band einen grösseren Widerstand gegen die Biegung in die eine Z-Richtung als in die entgegengesetzte Z-Richtung hat, was ein lohnen-
des Merkmal sein kann, wenn das Band bspw. als Feder verwendet werden soll. Es ist auch möglich, diese Asymmetrie auszunützen, um die leichte, durch die C-Form verursachte Asymmetrie auszugleichen, welche in der Differenz zwischen 61B und 61C zum Ausdruck kommt, so dass eine symmetrische Steifheit des Bandes oder des Blattes ohne Verwendung einer Sinus- oder S- Form erreicht wird.
Die in Fig. 14 dargestellten Graphen der Bänder 61A-61C flachen nach und nach ab, so dass sie asymptotisch einem festen, beinahe konstanten Biegemoment zustreben, was im Diagramm nicht gezeigt ist. Dies hat zur Folge, dass der Biegewiderstand innerhalb eines grossen Bereiches unabhängig vom durch die Biegung verursachten Biegeradius des Bandes konstant ist (man bemerke, dass der Biegeradius in Fig. 14 als Kehrwert aufgetragen ist). Dies ist ein sehr interessantes Merkmal für flache Federn, weil es die Herstellung von Federn mit sehr wohl definierten Federparametern, sogenannten konstanten Federn, ermöglicht.
Die um ein Mehrfaches erhöhte Steifheit kombiniert mit einer erhaltenen Biegbarkeit ist von beträchtlichem ökonomischem Wert wegen der erhöhten Federenergie pro Volumen Federmaterial und auch wegen der Vielfalt der verschiedenen Ausführungsformen, welche für verschiedene Anwendungen von Nutzen sind.
Aufgrund der Tatsache, dass die Erfindung eine Anzahl verschiedener Parameter beinhaltet, welche verändert werden können, wie die Prägetiefe, die Phasendifferenz, die Wellenlänge, den Krümmungsradius (die Grundform) und eine mögliche Asymmetrie der Einprägung bezüglich der Grundebene, werden grossartige Gelegenheiten geboten, erfindungsgemässe Materialien mit verschiedenen erwünschten Eigenschaften zu entwerfen, d.h. Federn mit spezifischen Federparametern oder Materialien mit extremer Steifheit, welche aber trotzdem ohne permanente Deformation gebogen werden können. Letztere Eigenschaften sind auch durch Fig. 15 und 16 illustriert, welche die Zugspan nungsverteilungen in Bändern gemäss Ausführungsformen II bzw. VI zeigen, wenn die Bänder Biegemomenten ausgesetzt werden. In den Diagrammen von Fig. 15 und 16 sind Bereiche gleicher Zugspannungen angegeben. Diese Diagramme zeigen, dass die Zugspannungen auf vorteilhafte Art und Weise über die Bandoberfläche verteilt sind, woraus sich ergibt, dass die Bänder einen bedeutsamen Knickwiderstand aufweisen.

Claims

1.Metallband (1) mit erhöhter Steifheit, mit hoher Biegbarkeit ohne permanente Deformation und mit Federeigenschaften, welches Metallband entlang seiner Länge mindestens eine gewellte Zone mit Kämmen (2) und Tälern (3) dazwischen aufweist, deren Höhenlinien Bogen darstellen, wenn sie projiziert werden auf eine XY-Ebene eines dreidimensionalen XYZ-Systems, in dem die X-Richtung die Richtung der Breite der gewellten Zone ist, die Y-Richtung die Richtung der Länge der gewellten Zone ist und die Z-Richtung senkrecht auf der XY-Ebene steht, wobei Schnitte in der YZ-Ebene ein Wellenmuster mit einer Wellenlänge darstellen, das sich in Y-Richtung fortpflanzt und in Z-Richtung alterniert, und die Länge der gewellten Zone sich über eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Kämmen (2) und Tälern (3) erstreckt, deren Höhenlinien auf die XY-Ebene projiziert bogenförmig sind, und über eine Mehrzahl von aufeinanderfolgenden Wellen, und wobei (a) die Tiefe der Wellung 0,5T < A < 2T ist, worin T die Dicke des Bandes ist und A die Tiefe der Wellung definiert als Amplitude des Wellenmusters von einer Mittellinie (5) des Bandes (1) in der Symmetrieebene der gewellten Zone, welche zusammenfällt mit einem Scheitel des in die XY-Ebene projizierten Bogens der Kämme (2); und (b) die Höhe der Bogen definiert als Ausmass der Bogen in Y-Richtung mindestens so gross wie die Wellenlänge der genannten, in Z-Richtung alternierenden Wellen ist.

2. Metallband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogen Parabeln sind.

3. Metallband nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass es mindestens zwei parallele Zonen aufweist, die beide das bogenförmige Wellenmuster aufweisen.

4. Metallband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogen aller Zonen gleich ausgerichtet sind.

5. Metallband nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn zwei gewellte Zonen vorgesehen sind, die Bogen der einen Zone in einer anderen Richtung ausgerichtet sind als die Bogen der anderen Zone, und dass, wenn mehr als zwei gewellte Zonen vorgesehen sind, die Bogen alternierend in verschiedenen Richtungen ausgerichtet sind, das heisst eine Mäanderform haben.

6. Metallband nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den gewellten Zonen eine nicht gewellte Zone vorgesehen ist oder eine Zone die zumindest keine bogenförmige Wellung aufweist.

7. Metallband nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kämme (2) und Täler (3) sich gegen den Matenalrand ebnen, das heisst, dass das Metallband ungewellte Ränder aufweist.

8. Metallband nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Wellung einer Grundform des Materials überlagert ist, welche Grundform eine Krümmung ist in einer XZ-Ebene eines dreidimensionalen XYZ-Systems, in dem die X-Richtung der Breite der gewellten Zone entspricht, die Y-Richtung der Länge der gewellten Zone entspricht und die Z-Richtung senkrecht auf der XY- Ebene steht.

9. Metallband nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Grundform des Materials in der genannten Ebene eine Krümmung in jeder gewellten Zone ist, das heisst, dass das Material gekrümmt ist.

10. Metallband nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Material im Bereiche von benachbarten, gewellten Zonen in entgegengesetzten Richtungen gekrümmt ist, derart, dass die Grundform des Materials in der genannten Ebene im wesentlichen eine S-Form ist, wenn das Material zwei gewellte Zonen aufweist, und dass die Grundform des Materials eine sich wiederholende Sinusform ist, wenn das Material mehr als zwei gewellte Zonen aufweist.

11. Metallband nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es aus kalt gewalztem, gehärtetem und angelassenem Stahl besteht und eine Dicke (T) von 0,01 bis 1,0 mm, vorzugsweise eine Dicke von 0,05 bis 0,2 mm aufweist.

12. Metallband nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zwei Zonen mit einem bogenförmigen Wellenmuster aufweist und dass es zwischen diesen Zonen eine Zone mit einem Wellenmuster für Magnetoresistenz-Lesen aufweist.

13. Metallband nach einem der vorgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gipfel der Kämme und die Sohlen der Täler relativ zum mittleren Niveau des Materials asymmetrisch sind.