FI108929B - Kennolevyrakenne - Google Patents

Description

108929

Kennolevy rakenne

Keksinnön tausta

Keksintö koskee kennolevyrakennetta, joka käsittää ydinlevyra-kenteen ja pintalevyrakenteen, ja menetelmää tämän rakenteen muodostami-5 seksi.

Kennolevyrakenteilla toteutetaan lujuuteen nähden mahdollisimman keveitä rakenteita etenkin taivutuslujuutta vaativissa rakenteissa. Perinteisesti kennolevyt ovat olleet ilmailuteollisuuden rakenteita esimerkiksi alumiinisina hunajakennolevyinä, joissa hunajakennoinen ydinkerros liimataan pintalevyi-10 hin. Muun muassa laivanrakennuksen yhteydessä materiaalina on teräs eikä ydinkerros ole enää hunajakennoa vaan joko poimutettua levyä, trapetsiprofii-leja, lattaterästä tms. ja ydin liitetään pintalevyihin hitsaamalla.

Nostureissa on taivutus- ja vääntölujuutta vaativia rakenteita, joissa painonsäästö olisi suotavaa ts. terästä olisi vain siellä, missä sitä todella tarvi-15 taan. Mahdollisimman kevyt rakenne ei näy ainoastaan kyseisen rakenteen kustannuksena, vaan kerrannaisesti esimerkiksi pienempien siirtokoneistojen kautta. Perinteisin valmistusmenetelmin ei kuitenkaan saavuteta kaikissa tapauksissa optimaalisinta ratkaisua. Eräs kennolevyrakenteen sovelluskohde nostureissa on nosturin pääkannatin.

20 Hitsattujen kennolevyjen valmistus ei ole aivan ongelmatonta ja eräs merkittävä ongelma on ydinkerroksen valmistus tarpeeksi mittatarkaksi menetelmällä, jonka avulla sarjatuotanto on mahdollinen. Poimutetun ydinle-vyn mittatarkkuus ei ole nykyisin menetelmin riittävä. Paino/lujuus-suhteeltaan ,v paras ratkaisu eli lattaydin on hitsauskiinnitys- ja paikoitustekniikaltaan sellai- ;:· 25 nen, että minimaalisinta ydinlatan paksuutta ei voida käyttää. Kiinnitykseltään ja paikoitukseltaan helpommat vaihtoehdot eivät tuota parhainta paino/lujuus-.··. suhdetta.

I · « 1 ·

Keksinnön yhteenveto • · ’···1 Keksinnön tavoitteena on siten kehittää uudentyyppinen kennolevy- 30 rakenne ja menetelmä sen muodostamiseksi, joilla mainitut ongelmat saadaan ratkaistua. Tähän päämäärään päästään keksinnön mukaisella menetelmällä, *,,/ jolle on tunnusomaista, että muodostetaan aluksi profiilielementtejä, joissa .···. kussakin on ydinlevyosa ja tämän kummallakin reunalla pinta- tai välikerrosle- * 1 1; vyosa, ja että elementit liitetään toisiinsa pinta- tai välikerroslevyosista; ja ken- • · 35 nolevyrakenteeiia, jolle on pääasiallisesti tunnusomaista, että se on muodos- » »· i 1 · 108929 2 tettu profiilielementeistä, joissa kussakin on ydinlevyosa ja tämän kummallakin reunalla pinta- tai välikerroslevyosa.

Keksinnön perusajatuksena on kennolevyrakenteen muodostaminen profiiIlosista eikä isoista levykentistä ja yksittäisistä ytimen osista.

5 Keksinnössä hyödynnetään optimaalisinta metallisen kennolevyn ydinrakennetta eli oleellisesti lattamaista ydintä, joka on mahdollista toteuttaa paksuudeltaan optimina lähinnä seuraavista syistä: hitsausta ei kohdisteta ydinlevyosan särmään pintalevyn läpi eikä ydinlevyosaa sellaisenaan tarvitse kiinnittää hitsausta varten. Profiilielementit liitetään toisiinsa pinta- tai väliker-10 roslevyosuuksista ydinlevyosan läheltä tämän toimiessa jäykisteenä hitsausta-pahtumassa. Profiilielementteihin on edullisesti muotoiltu paikoituslovet vasta-kappaleprofiilia varten. Kennolevyrakenne muodostaa suljetun, ontelolta sisältävän kotelon.

Yksikerroksinen peruskenno kootaan kahdenlaisista profiileista: 15 keskiprofiilielementeistä, jossa pintalevyosat ovat oleellisesti yhtä pitkiä, ja reunaprofiilielementeistä, joissa ensimmäinen pintalevyosa on oleellisesti saman pituinen kuin keskiprofiilielementissä, ja toinen pintalevyosa oleellisesti lyhyempi kuin ensimmäinen pintalevyosa.

Profiilielementti voi olla tasapaksu, mutta optimaalisin rakenne saa-20 vutetaan muuttuvapoikkipintaisella profiilielementillä, joka saadaan aikaan la-serhitsauksella räätälöidyillä aihioilla tai muokkaamalla elementti mekaanisesti. Laserhitsauksella voidaan liittää jopa erilaisia metalliseoksia toisiinsa, esimerkiksi pintalevyosista ainakin toinen voi olla ruostumatonta terästä ja muu osa rakenneterästä.

'·'·* 25 Kennolevyn poikkipinta voi olla periaatteessa vapaamuotoinen ja yleensä suorakaiteesta poikkeava helpolla toteutustavalla. Perusperiaate : *·· poikkipinnan suunnitteluun on: : ’ *: 1) muotoillaan molemmat pintalevyosat (pintalevyrakenteet), : “ *: 2) sijoitetaan pintalevyosien väliin ydinlevyosat halutulla jaolla, 30 3) siivutetaan poikkipinta kahteen reunaprofiilielementtiin ja keski- profiilielementteihin, joihin muodostetaan lisäksi paikoituslovet.

Profiilien liittäminen voidaan suorittaa joko laser- tai elekronisuihku-... hitsauksella limi- tai puskuliitoksena tai kaarihitsauksella puskuliitoksena. Limi- ·”* liitos voidaan eräissä tapauksissa toteuttaa myös vastushitsauksena. Aikai- 35 sempien tutkimusten perusteella laserhitsin voidaan odottaa olevan väsymis- 108929 3 lujuudeltaan kaarihitsiä paremman ja ainakin hitsausmuodonmuutokset ovat laserhitsillä huomattavasti pienemmät kuin kaarihitsauksella.

Tiettyjä profiilielementtimuotoja käytettäessä myös liimaaminen on mahdollinen liittämismenetelmä.

5 Tarvittaessa kennolevyrakenteesta voidaan tehdä useampikerroksi nen pääasiassa pelkästään reunaprofiilielementtejä käyttäen.

Täyteaineita, esimerkiksi ääni- tai lämmöneristeitä, on mahdollista lisätä ytimen onteloihin joko ennen hitsausta valmiina kiinteinä paloina tai jälkeenpäin ruiskuttamalla.

10 Kennolevyrakenteen pintaan voidaan luonnollisesti haluttaessa li sätä maalaus tai jokin muu tarkoituksenmukainen pinnoite (ruiskutus, kalvo, levy tms.)

Kuvioluettelo

Seuraavassa keksintöä valaistaan lähemmin muutaman edullisen 15 esimerkkitoteutuksen avulla viitaten oheisiin piirroksiin, joissa kuvio 1 esittää erään kennolevyrakenteen perusprofiilielementtejä; kuvio 2 esittää valmista kennolevyrakennetta; kuvio 3 esittää erästä profiilielementin valmistustapaa; kuviot 4a ja 4b esittävät profiilielementtien liitoksia; 20 kuviot 5a, 5b ja 5c esittävät eräitä reunaprofiilielementin muotoja; kuvio 6 esittää useampikerroksisen kerroslevyrakenteen muodostamista; kuvio 7 esittää erästä kennolevyrakenteen erikoismuotoa; kuvio 8 esittää kuvion 1 mukaisen kennolevyrakenteen muunnok- 25 sen; ja /·.. kuvio 9 esittää erään toisen kennolevyrakenteen perusprofiiliele- menttejä.

Keksinnön yksityiskohtainen selostus

Viitaten kuvioon 1 siinä on esitetty erään kennolevyrakenteen pe-30 rusprofiilielementit 1 ja 2, jotka ovat keskiprofiilielementti 1, jossa on ydinlevy-: ' osa 1a ja tämän kummallakin reunalla pintalevyosat 1b ja 1c, jotka ovat yhtä pitkiä; sekä reunaprofiilielementti 2, jossa on ydinlevyosa 2a ja tämän kum-mailakin reunalla pintalevyosat 2b ja 2c, joista ensimmäinen pintalevyosa 2b on jonkin verran pidempi kuin keskiprofiiliosan 1 pintalevyosa 1b, 1c, ja toinen 35 pintalevyosa 2c on oleellisesti lyhyempi kuin ensimmäinen pintalevyosa 2b.

i i 108929 4

Useasta keskiprofiilielementistä 1 ja kahdesta reunaprofiilielemen-tistä 2 voidaan muodostaa esimerkiksi kuvion 2 kaltainen kennolevyrakenne. Rakenteen vastakkaisissa päädyissä olevat reunaprofiilielementit 2 ovat samanlaisia, mutta 180° toistensa suhteen käännettyjä.

5 Elementtien 1 ja 2 ydinlevyosat 1a, 2a ja pintalevyosat 1b, 1c; 2b, 2c voivat olla muodostetut eri materiaaleista ja/tai eri paksuisista levyrainoista, jotka on hitsattu toisiinsa pitkittäissaumoin ennen elementtien 1 ja 2 taivutusta niille tarkoitettuun profiilimuotoon. Kuviossa 3 on esitetty esimerkkinä keski-profiilielementin 1 lähtömuoto tällaisessa toteutuksessa.

10 Elementtien 1, 2 liitoskohdissa elementeissä 1, 2 on kulloinkin pai- koituslovi 3 ydinlevyosan 1a, 2a ja pintalevyosan 1b, 1c; 2b, 2c yhtymäkohdan alueella pintalevyosan 1b, 1c; 2b, 2c reunaa varten.

Kuvioissa 4a ja 4b on esitetty eräitä elementtien 1, 2 hitsausliitoksia: kuviossa 4a limiliitos ja kuviossa 4b puskuliitos. Nämä liitokset tehdään ai-15 na pintalevyosien 1b, 1c; 2b, 2c alueella. Puskuliitos sopii myös kaarihitsaukseen.

Kuvioista 5a - 5c nähdään, kuinka reunaprofiilielementit 2 voidaan muotoilla lukuisilla eri tavoilla suorakaidemuodosta poikkeaviksi.

Kuviossa 6 on esitetty eräs useampikerroksisen kennolevyraken-20 teen muodostamistapa. Siinä elementteinä käytetään reunaprofiilielementtejä 2, joissa paikoituslovet 3 on muodostettu ydinlevyosan 2a ja pitemmän pintalevyosan 2c yhtymäkohtaan. Monikerrosrakenteita muodostettaessa on huomattava, että rakenteen sisälle jäävien elementtien 2 "pintalevyosat” 2b, 2c toimivat tällöin välikerroslevyosina.

25 Kuvio 7 osoittaa, että perusprofiilielementtejä ja/tai erikoiselement- • · · • ·: tejä yhdistelemällä päästään hyvinkin monimuotoisiin kennorakenteisiin.

’*· Tarvittaessa profiilielementtien 1, 2 väliin muodostuvat ontelot 4 ...: voidaan täyttää täyteaineella, esimerkiksi ääni- tai lämmöneristeellä.

Kuvio 8 esittää muunnoksen kuvion 1 mukaisen profiilielementin 30 keskiprofiilielementistä 1. Siinä paikoituslovet 3a ydinlevyosan 1a ja pintalevyosien 1b ja 1 c liitoskohdissa ja myös toiset paikoituslovet 3b pintalevyosien 1b ja 1c päissä on muodostettu levyn paksuutta muuttamalla siten, että pintalevy-,···. osien 1b ja 1c paikoituslovien 3a ja 3b ulkopuolisten alueiden paksuus on muodostettu yhtäsuureksi kuin paikoituslovien 3a ja 3b kohdalla olevien pin-35 talevyosien yhteenlaskettu paksuus. Tällä tavoin kennolevyn pintaosista saa-daan tasapaksut. Käytännössä paikoituslovet voidaan muodostaa esimerkiksi I I t » * » 5 108929 valssaamalla profiililevyn valmistuksen yhteydessä tai mahdollisesti koneistamalla, mikä sisänsä vaikuttaisi olevan epätaloudellisempi vaihtoehto. Kuvion 8 keskiprofiilielementin kanssa yhteensopiva reunaprofiilielementti voidaan muodostaa vastaavalla tavalla paksuudeltaan vaihtelevaksi, mutta myös kuvi-5 öistä 1 ja 5a, 5b ja 5c ilmenevät reunaprofiilielementit sopivat käytettäväksi yhdessä sen kanssa.

Kuviossa 9 on esitetty esillä olevan keksinnön suoritusmuoto, joka soveltuu erityisen hyvin liimaamalla koottavaksi. Siinä keskiprofiilielementin 1 pintalevyosat 1b ja 1c on muodostettu kahdesta porrasmaisesti toisiinsa liitty-10 västä osuudesta 1b’ ja 1b” ja vastaavasti 1c’ ja 1c”. Nämä porrasosuudet 1b’ ja 1b” ja vastaavasti 1c’ ja 1c” ovat keskenään oleellisesti yhtä pitkät ja niiden korkeusero toistensa suhteen eli niiden välisen portaan korkeus vastaa osuuden 1b” ja vastaavasti 1c” vahvuutta. Kun tällaisia keskiprofiilielementtejä yhdistetään toisiinsa, vierekkäiset elementit limittyvät keskenään siten, että vie-15 rekkäisten keskiprofiilielementtien osuudet 1b’ ja 1b” ja vastaavasti 1c’ ja 1c” asettuvat oleellisesti koko pituudeltaan päällekkäin. Tällä tavoin pintalevyosat myös tässä suoritusmuodossa muodostuvat tasapaksuiksi eli niiden paksuus vastaa elementtien raaka-aineen kaksinkertaista paksuutta. Tämä suoritusmuoto soveltuu liimaamalla koottavaksi erityisesti sen takia, että siinä elemen-20 tit limittyvät keskenään suhteellisen pitkältä matkalta ja myös laajalta pinta-alalta. Reunaprofiilielementti 2 muodostaa tässä suoritusmuodossa itsessään umpinaisen profiilin, joka käsittää kaksi ydinlevyosaa 2a, joista toiseen liittyy keskiprofiilielementin pintalevyosaa 1b tai 1 c vastaava osa 2b ja toiseen oleellisesti yhtä pitkä, mutta porrastamaton osa 2c, joka on käännetty osin ·’*/ 25 osan 2b päälle. Osien 2a välissä on osaa 1b’ pituudeltaan ja korkeusasemal- taan osaa 1b” vastaava osa 2d, joka kootussa kennolevyrakenteessa siis jää : viereisen keskiprofiilielementin osuuden 1b’ alle. Kennolevyrakenteen toisen reunan reunaprofiilielementti on identtinen edellä kuvatun elementin 2 kanssa, mutta asettuu siihen nähden 180° käännettyyn asentoon.

30 Edellä oleva keksinnön selitys on tarkoitettu ainoastaan havainnol- j listamaan keksinnön mukaista perusajatusta. Keksintö ja sen suoritusmuodot eivät siten rajoitu yllä kuvattuihin esimerkkeihin vaan ne voivat vaihdella .···. oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

• ·»

Claims (12)

108929

1. Menetelmä ydinlevyrakenteen (1a, 2a) ja pintalevyrakenteen (1b, 1c, 2b, 2c) käsittävän kennolevyrakenteen muodostamiseksi, tunnettu siitä, että muodostetaan aluksi profiilielementtejä (1, 2), joissa kussakin on 5 ydinlevyosa (1a, 2a) ja tämän kummallakin reunalla pinta- tai välikerroslevyosa (1b, 1c, 2b, 2c), ja että elementit (1, 2) liitetään toisiinsa pinta- tai välikerrosle-vyosista (1b, 1c, 2b, 2c).

2. Kennolevyrakenne, joka käsittää ydinlevyrakenteen (1, 2) ja pintalevyrakenteen (1b, 1c, 2b, 2c), tunnettu siitä, että se on muodostettu 10 profiilielementeistä (1, 2), joissa kussakin on ydinlevyosa (1a, 2a) ja tämän kummallakin reunalla pinta- tai välikerroslevyosa (1b, 1c, 2b, 2c).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että se on muodostettu profiilielementeistä, joihin kuuluu keskiprofiilielementti (1), jossa pintalevyosat (1b, 1c) ovat oleellisesti yhtä pitkiä, ja reunaprofiiliele- 15 mentti (2), jossa on ensimmäinen pintalevyosa (2b), joka on jonkin verran pidempi kuin keskiprofiilielementin (1) pintalevyosat (1b, 1c), ja toinen pintalevyosa (2c), joka on oleellisesti lyhyempi kuin ensimmäinen pintalevyosa (2b).

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että se on muodostettu profiilielementeistä (2), joissa ensimmäinen pintalevy- 20 osa (2b) on oleellisesti pitempi kuin toinen pintalevyosa (2c).

5. Jonkin patenttivaatimuksen 2-4 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että profiilielementtien (1, 2) seinämänvahvuudet ovat vakioita.

6. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 4 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että profiilielementtien (1,2) seinämänvahvuudet ovat muuttuvia. ' 25 7. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 6 mukainen rakenne, tun- i .;** nettu siitä, että profiilielementtien (1, 2) liitoskohdissa elementeissä on pai- koituslovi (3) ydinlevyosan (1a, 2a) ja pintalevyosan (1b, 1c, 2b, 2c) yhtymä->··- kohdan alueella pintalevyosan reunaa varten.

8. Patenttivaatimuksen 2 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että 30 keskiprofiilielementin (1) pintalevyosat (1b, 1c) on muodostettu kahdesta por- rasmaisesti toisiinsa liittyvästä osuudesta (1b’, 1b”, 1c, 1c”), jotka ovat keske-·:··: nään oleellisesti yhtä pitkät ja joiden välisen portaan korkeus vastaa ulomman . ‘ ; osuuden (1 b”, 1 c”) paksuutta.

9. Jonkin patenttivaatimuksen 2 - 8 mukainen rakenne, tun- ' · · ‘ 35 nettu siitä, että profiilielementtien (1, 2) liitokset ovat hitsausliitoksia. 108929

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että hitsausliitokset sijaitsevat pintalevyosien (1b, 1c, 2b, 2c) alueella.

11. Jonkin patenttivaatimuksen 2-8 mukainen rakenne, tunnettu siitä, että profiilielementtien (1, 2) liitokset ovat liimaliitoksia.

12. Jonkin patenttivaatimuksen 2-11 mukainen rakenne, tun nettu siitä, että profiilielementtien (1, 2) väliin muodostuvat ontelot (4) on täytetty täyteaineella, esimerkiksi ääni- tai lämmöneristeellä. 10 108929