PL181398B1 - Sposób oszczędzającego powierzchnię, usztywniającego strukturowania cienkich wstęg materiału - Google Patents

Abstract

1. Sposób oszczędzającego powierzchnię, usztywniającego strukturowania cienkich wstęg materiału i folii, w którym zakrzywioną łukowo wstęgę materiału lub folię podpiera się elementami podporowymi i poddaje się naciskowi, znamienny tym, że zakrzywioną łukowo wstęgę materiału (1) lub folię podpiera się sztywnymi czworokątnymi lub sześciokątnymi elementami podporowymi (3) od wewnętrznej strony zakrzywienia, i poddaje się naciskowi od zewnątrz zakrzywienia, za pomocą elastycznego walca dociskowego (4), przy czym wstęgę materiału (1) poddaje się naciskowi na jej krzywiźnie, a wymiary elementów podporowych (3) dobiera się tak, że odpowiadają geometrii fałd wgnieceń powstających samoistnie przez samoorganizację.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób oszczędzającego powierzchnię, usztywniającego strukturowania cienkich wstęg materiału lub folii, w którym zakrzywioną łukowo wstęgę materiału lub folię podpiera się elementami podporowymi i poddaje się naciskowi.

Znane są liczne sposoby usztywniania cienkościennych wstęg materiału i folii przez nadawanie im struktury. Do znanych sposobów należą formowanie wgłębne, prasowanie i walcowanie przy użyciu narzędzi kształtowych, takich jak matryce i walce profilowane. Te sposoby mają tę wadę, że strukturowane wstęgi materiału i folie zostają mocno plastyfikowane przez narzędzia kształtowe i że powierzchnia materiału wyjściowego doznaje uszczerbku na skutek mechanicznego prasowania powierzchniowego.

Europejskie zgłoszenie patentowe 0 441 618 A1 opisuje sposób, w trakcie którego przy pomocy dwóch walców wytwarzane są wielościenne struktury, między innymi rombowe i sześciokątne. W czasie tego, często mechanicznego, sposobu formowania, powierzchnia materiału mechanicznego, sposobu formowania, powierzchnia materiału wyjściowego doznaje znacznych uszkodzeń na skutek silnego mechanicznego odkształcenia. Patent USA nr 4 576 669 proponuje kształtowanie folii z tworzywa sztucznego prowadzonej na walcu pokrytym miseczkami, w które folia z tworzywa sztucznego wciągana zostaje próżniowo. W ten sposób zredukowana zostaje powierzchnia przekroju folii, mogą powstawać pęknięcia, a sztywność kształtowa całej folii nie wzrasta zauważalnie.

Dalej, znane jest z niemieckiego opisu DE 35 87 768 T2 urządzenie do wytłaczania na puszkach osiowych rowków, w którym puszkę opiera się stroną wewnętrzną na osiowych, sztywnych elementach, a na stronie zewnętrznej poddaje się ją naciskowi przy pomocy elastycznej rolki. Sztywność kształtowa materiału pokrytego w ten sposób osiowymi rowkami jest jednak niezadowalająca, ponieważ rowki z przyczyn geometrycznych nie wytwarzają wielowymiarowej sztywności kształtowej. Technologia wtłaczania okrągłych, kulistoczaszowych struktur w folię przy pomocy dziurkowanego, cylindrycznego narzędzia kształtowego i elastycznego walca dociskowego prowadzi również do redukcji przekroju folii i nie polepsza, lub polepsza bardzo mało sztywność kształtową, ponieważ pomiędzy okrągłymi, czaszowymi strukturami pozostają szerokie nieodkształcone powierzchnie częściowe, jak to opisano w zgłoszeniu francuskim nr 1 283 530.

Dalej, znany jest z niemieckiej publikacji zgłoszenia patentowego 25 57 215 i opisu patentu DE 43 11 978 sposób, według którego cienkim wstęgom materiału lub folii nadawana

181 398 jest struktura mająca postać wielu wgnieceń powierzchni, zwana dalej strukturą wgnieceniową. Zakrzywiona w łuk, cienka wstęga materiału lub folii podpierana jest przy tym od strony wewnętrznej krzywizny łukowej przez liniowo ukształtowane elementy podporowe i poddawana działaniu nacisku od strony zewnętrznej tej krzywizny. Nacisk zewnętrzny wytwarzany jest hydraulicznie. W ten sposób powstają czworokątne, przesunięte w stosunku do siebie struktury wgnieceniowe, które znacznie poprawiają sztywność kształtową wstęgi materiału. Ten sposób strukturowania wgnieceniowego różni się od opisanego w zgłoszeniu europejskim 0 441 618 A1 zasadniczo tym, że nie potrzebne są dwa walce wytłaczające działające mechanicznie, lecz niezbędny jest tylko rdzeń z liniowo ukształtowanymi elementami podporowymi, na których układa się wstęgę materiału i do których jest ona hydraulicznie dociskana. Ta zakrzywiona w łuk wstęga materiału podparta od wewnątrz elementami podporowymi usytuowanymi w odstępach, w konfiguracji pierścieni lub śrubowej spirali, traci stabilność kształtu na skutek działania nacisku zewnętrznego. Niestabilność ta wyzwala wielowymiarowe fałdowanie, podczas którego tworzą się czworokątne, przesunięte w stosunku do siebie, struktury wgnieceniowe, których niecki wgłębień kształtują się swobodnie. Ten proces swobodnego, samoistnego kształtowania się wgnieceń na zakrzywionej powierzchni w wyniku wywartego na nią z zewnątrz nacisku znany jest pod nazwą procesu samoorganizacji. Ponieważ występują przy tym tylko nikłe rozciągnięcia i spłaszczenia w materiale, jakość powierzchni materiału wyjściowego nie jest obniżona wcale lub tylko znikomo. Ta wstęga materiału z czworokątnymi, usytuowanymi z przesunięciem względem siebie strukturami - patrz fig. 2 w opisie DE 43 11 978 - nie posiada jednak izotropowej sztywności kształtowej swojej powierzchni, gdyż może się ona miękko zginać w poprzek względem ciągłych fałd wgnieceniowych i jest sztywna równolegle do nich.

Prawie izotropowa sztywność kształtowa osiągana jest przy pomocy sposobu, opisanego w opublikowanym międzynarodowym zgłoszeniu patentowym PCT/EP94/01043, zwłaszcza fig. 5b i 5c, w którym na powierzchni wstęgi materiału wytwarzane są sześciokątne struktury wgnieceniowe. Zamiast hydraulicznego wytłaczania ciśnieniowego można stosować nacisk przy pomocy niestrukturowanej, elastycznej poduszki lub elastomeru bez określonej struktury powierzchni. Elementy podporowe, do których wstęga materiału jest dociskana, wykonane są ze sztywnego tworzywa przesuwnego na rdzeniu. Wytworzone w ten sposób sześciokątne struktury nie posiadają jednak jeszcze jednolitej formy.

Wszystkie znane sposoby nadawania struktury stosujące mechaniczne narzędzia kształtujące mają tę wadę, że materiał zostaje silnie plastyfikowany, że poprzez formowanie wgłębne grubość ściany wstęgi materiału zostaje zmniejszona i może się ona rozerwać, że przez formowanie wgłębne powstają zęby w paśmie materiału, i że powierzchnia materiału wyjściowego doznaje uszczerbku na skutek nacisku powierzchniowego narzędzi kształtujących i przez silną plastyfikację tworzywa. W tych znanych, często mechanicznych, sposobach nadawania struktury następuje przy danej przestrzennej głębokości struktur wysoki stopień odkształcenia materiału, który obniża jakość powierzchni materiału wyjściowego.

Dalsza istotna wada opisanych w zgłoszeniach niemieckich nr DE 25 57 215, DE 43 11 978 i PCT/EP94/01043, hydraulicznych sposobów nadawania struktury polega na tym, że co prawda stopień odkształcenia plastycznego w porównaniu do czysto mechanicznych sposobów jest mniejszy i jakość powierzchni materiału wyjściowego nie zostaje obniżona, jednak wytworzone struktury nie posiadają jednolitej formy. Przyczyną tego są między innymi, nie dająca się wyeliminować niejednorodność tworzywa, tolerancje grubości materiału wyjściowego i niedokładnie równomierne rozłożenie nacisku na wstęgę materiału.

Zadaniem niniejszego wynalazku jest dostarczenie sposobu, który wykorzystuje zalety znanych sposobów bez przejmowania ich wad. Zadanie polega na tym, aby w ten sposób nadawać strukturę wstęgom materiału, aby tylko minimalnie zmieniać powierzchnię, aby występowały nikłe plastyczne odkształcenia materiału i pomimo tego powstawała równomierna, trójwymiarowa struktura powierzchni. Dalszym zadaniem tego wynalazku jest podanie sposobu, przy pomocy którego udaje się uzyskać polepszoną sztywność kształtową w płaszczyźnie strukturowanej wstęgi materiału przy minimalnej zmianie przekroju tworzywa.

181 398

Zadanie to zostało zgodnie z wynalazkiem rozwiązane za pomocą sposobu opisanego na wstępie rodzaju, w którym zakrzywioną łukowo wstęgę materiału lub folię podpiera się sztyWnymi czworokątnymi lub sześciokątnymi elementami podporowymi od wewnętrznej strony krzywizny, i poddaje się naciskowi od zewnątrz krzywizn, za pomocą elastycznego walca dociskowego, przy czym wstęgę materiału poddaje się naciskowi na jej krzywiźnie, a wymiary elementów podporowych dobiera się tak, że odpowiadają geometrii fałd wgnieceń powstających samoistnie przez samoorganizację.

Korzystnie jest jeśli wstęgę materiału poddaje się naciskowi z zewnątrz poprzez znajdującą się między elementami podporowymi i strukturowaną wstęgą materiału, dodatkową warstwę materiału elastycznego.

Proces ten różni się zupełnie zasadniczo od wszystkich znanych, czysto mechanicznych sposobów strukturyzacji, poprzez to, że w tym sposobie struktury zagięć osiągają ich ostateczny kształt we wstędze materiału, przy czym nie następuje żaden styk z mechanicznym narzędziem kształtującym, do którego byłyby one dociskane. Polepszona sztywność kształtowa powstaje przy nadawaniu struktury zagięciowej przez wykształcenie wgniecenia, które jako czasza samoistnie otrzymuje swą trójwymiarową, kształtowo sztywną formę. Efekt ten został wielokrotnie potwierdzony w czasie eksperymentalnych badań. Zgodnie ze sposobem według wynalazku, geometrie sztywnych czworokątnych lub sześciokątnych elementów podporowych odpowiadają fałdom wgnieceń powstającym samoistnie przez samoorganizację. W ten oszczędzający materiał sposób powstają równomiernie ułożone struktury, gdyż przez oddziaływanie zoptymalizowanych, czworokątnych lub sześciokątnych elementów podporowych kompensowane zostają negatywne uwarunkowania (między innymi niejednorodność tworzywa wyjściowego, tolerancje jego grubości jego i nierównomierny nacisk) i w zupełności wykorzystane zostają zalety oszczędzającego powierzchnie i usztywniającego kształt sposobu strukturowania wgnieceniowego z niewielką plastyfikacją materiału.

Sposób zgodnie z wynalazkiem polega dalej na tym, że wstęgę materiału poddaje się naciskowi poprzez znajdującą się między wstęgą materiału a elementami podporowymi dodatkową elastyczną warstwą materiałową, która amortyzuje mechaniczne odciski elementów podporowych na wrażliwej powierzchniowo wstędze materiału. Przy użyciu tej dodatkowej elastycznej warstwy materiałowej, struktury zagięć wstęga materiału, są bardziej płasko wykształcone niż bez tej dodatkowej elastycznej warstwy materiałowej. Stanowi to dalszą zaletę sposobu według wynalazku.

Badania eksperymentalne pokazały, że przy swobodnym kształtowaniu się wgnieceń przeważnie tworzą się sześciokątne struktury, gdy wstęga materiału dociskana jest do rdzenia z czworokątnymi elementami podporowymi a między wstęgą materiału a elementami podporowymi znajduje się elastyczna warstwa materiałowa. Techniczna i ekonomiczna zaleta tego sposobu polega na tym, że czworokątne elementy podporowe można wyprodukować prościej i taniej niż sześciokątne, i że wstędze materiału wrażliwej powierzchniowo można nadawać strukturę szczególnie ją oszczędzając. Ponieważ jednak struktury są płytsze na skutek spłaszczającego działania dodatkowej elastycznej warstwy materiału niż bez użycia elastycznej warstwy materiału, również usztywnienie wstęgi materiału jest mniejsze.

Struktury ukształtowane na powierzchni wstęgi materiału lub folii otrzymują trójwymiarowy, miseczkowy kształt bez potrzeby użycia w tym celu skomplikowanych narzędzi kształtujących. Zgodnie z wynalazkiem w strukturowanej wstędze materiału lub folii z sześciokątnymi wgnieceniami zostają one odkształcane trójwymiarowo poprzez to, że fałdy wgnieceń sześciokątnych struktur są głębiej zaginane, gdy miejscowy stopień zakrzywienia obrabianej wstęgi materiału zostaje zwiększony, a za to fałdy wgnieceń zostają częściowo lub całkowicie wygładzone, gdy miejscowe zakrzywienie obrabianej wstęgi materiału zostanie spłaszczone. Przy tym występują tylko odkształcenia o niewielkiej plastyfikacji tworzywa.

Wynalazek w przykładach wykonania przedstawiony został na załączonym rysunku, na którym fig. 1 pokazuje schematyczną konstrukcję urządzenia do wytwarzania strukturowanych wgnieceniowo wstęg materiału i/lub folii przy pomocy walca, na którym umieszczone są elementy podporowe, i elastycznego walca dociskowego, w przekroju osiowym, fig. 2 pokazuje widok z góry na strukturę wgnieceniową, która wytworzona została przy pomocy

181 398 urządzenia przedstawionego na fig. 1, wyposażonego o w czworokątne, przesunięte w stosunku do siebie elementy podporowe, fig. 3 i fig. 4 pokazują widok z góry na dwie struktury wgnieceniowe wytworzone przy pomocy urządzenia przedstawionego na fig. 1, wyposażonego w dwa, różniące się od siebie, sześciokątne elementy podporowe, fig. 5 pokazuje schematycznie konstrukcję urządzenia do produkcji strukturowanych wgnieceniowo wstęg materiału przy pomocy walca, na którym rozmieszczone są elementy podporowe, elastycznego walca dociskowego i dodatkowej elastycznej warstwy materiałowej, fig. 6 pokazuje schematycznie konstrukcję urządzenia do produkcji strukturowanych wgnieceniowo puszek przy pomocy walca, na którym rozmieszczone są elementy podporowe, i elastycznego walca dociskowego, w przekroju promieniowym, fig. 7 pokazuje schematycznie konstrukcję urządzenia do produkcji strukturowanych wgnieceniowo puszek przy pomocy walca, na którym rozmieszczone są elementy podporowe, w widoku osiowym z góry, i elastycznego walca dociskowego, w przekroju osiowym, fig. 8 i fig. 9 pokazują schematycznie strukturowany wgnieceniowo, cylindryczny odcinek przewodu rurowego wypełniony kulistymi kształtkami wypełniającymi, w promieniowym przekroju na fig. 8, i w osiowym przekroju na fig. 9, oraz fig. 10 i fig. 11 pokazują schematycznie strukturowana wgnieceniowo wstęgę materiału, w postaci szyny, która łączy razem i podpiera dwie części kości, w osiowym przekroju na fig. 10 i w promieniowym przekroju na fig 11.

Figura 1 pokazuje zasadniczą konstrukcję urządzenia do wytwarzania wgnieceniowo strukturowanych wstęg materiału i folii. Wstęga materiału prowadzona jest wokół walca 2, na którym rozmieszczone są elementy podporowe 3 i dociskane do elementów podporowych 3 przez elastyczny walec dociskowy 4. Poprzez nacisk przyłożony przez elastyczny walec dociskowy 4 na zakrzywioną w łuk wstęgę materiału 1 wytwarzane są wgniecenia we wstędze materiału 1 między elementami podporowymi 3, przy czym wgniecenia osiągają ich ostateczny kształt bez styku z formą mechaniczną na obszarze wgnieceń.

Przedstawienia na fig. 2, 3 i 4 pokazują rozwiniętą, strukturowana wgnieceniowo wstęgę materiału, w widoku z góry, wytworzoną przy pomocy urządzenia z fig. 1. Na fig. 2 przedstawione są przesunięte w stosunku do siebie kwadraty utworzone z fałd 5 wgnieceń, przesunięte w stosunku do siebie w kierunku transportu wstęgi materiału, w odstępie h w stosunku do siebie i z fałd 6 wgnieceń, usytuowanych w poprzek do kierunku transportowania wstęgi materiału, w odstępie b w stosunku do siebie.

Na fig. 3 i 4 przedstawione są dwa alternatywnie rozmieszczenia struktur sześciokątnych, w widoku z góry. Na fig. 3 fałdy 7 wgnieceń usytuowane w kierunku transportu materiału są ułożone zębato względem siebie, w średnim odstępie h do siebie. Fałdy 8, usytuowane w poprzek do kierunku transportu materiału, są w odstępie b w stosunku do siebie. Na fig. 4 fałdy 9 wgnieceń usytuowane w poprzek do kierunku transportu materiału, ułożone są zębato. Fałdy 10, usytuowane w poprzek do kierunku transportu materiału, są w odstępie h w stosunku do siebie.

Figura 5 pokazuje schematyczną konstrukcję urządzenia do produkcji wgnieceniowo strukturowanych wstęg materiału przy pomocy elastycznego walca dociskowego 4 i walca 2, na którym rozmieszczone są elementy podporowe 3, pokryte następną elastyczną warstwą materiałową 11. Poprzez taką, konstrukcję urządzenia osiąga się to, że niepożądane mechaniczne odciski możliwych nieregularności konturów elementów podporowych 3 zostają wyrównane.

Figury 6 i 7 przedstawiają schematycznie urządzenie do produkcji wgnieceniowo strukturowanych puszek i cienkościennych rur cylindrycznych. Fig. 6 pokazuje przekrój promieniowy urządzenia z walcem 2, na którym rozmieszczone są elementy podporowe, z elastycznym walcem dociskowym 4 i cylindrycznym korpusem puszki lub ścianką cylindrycznej rury 12. Fig. 7 pokazuje wymienione elementy w widoku osiowym.

Figury 8 i 9 pokazują schematycznie, w przekroju promieniowym na fig. 8 i w przekroju osiowym na fig. 9, powstały w wyniku zastosowania sposobu według wynalazku strukturowany wgnieceniowo odcinek cylindrycznego rurowego przewodu 13 wypełnionego kształtkami wypełniającymi 14. Kształty wgnieceń ściany przewodu rurowego 13 są dopasowane do zaokrągleń kształtek wypełniających 14 w ten sposób, aby wolny przekrój przepływu między najbliższymi ściany kształtkami wypełniającymi a strukturowaną wgnieceniowo

181 398 ścianą rury 13 był jak najmniejszy. Tego rodzaju przewody stosowane są wszędzie tam gdzie chodzi o zapewnienie jak najmniejszego przekroju przepływu medium.

Na fig. 10 i fig. 11 przedstawiona jest schematycznie, w przekroju promieniowym na fig. 10 i w przekroju osiowym na fig. 11, strukturowana wgnieceniowo wstęga materiału 15, w zastosowaniu medycznym, w postaci szyny, która łączy i mocuje względem siebie dwa odłamki kości. Strukturowana wgnieceniowo wstęga materiału, ukształtowana w przekroju poprzecznym miseczkowo, przylega półkoliście do obu części kości 16 i dotyka obu części kości tylko dnami wgnieceń. W ten sposób okostna otaczająca kość jest wysoko obciążana tylko na małych powierzchniach przylegania między wgnieceniami a kością. Pomiędzy tymi powierzchniami stykowymi okostna może być zaopatrywana w krew i dzięki temu nie obumiera. Dalej, strukturowana wgnieceniowo, miseczkowa w przekroju poprzecznym, szyna, posiada lepsze cechy sztywności niż znane gładkie szyny, gdyż w porównaniu do niestrukturowanej szyny wykonanej z tego samego tworzywa, o tych samych wymiarach geometrycznych, jest ona sztywniejsza na zginanie w kierunku promieniowym i elastyczniejsza w kierunku osiowym kości. W ten sposób strukturowana wgnieceniowo szyna dopasowuje się lepiej do sztywności kości niż znane gładkie szyny.

181 398

181 398

181 398

181 398

ffj.?

181 398

Fą-11

181 398

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims (2)

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób oszczędzającego powierzchnię, usztywniającego strukturowania cienkich wstęg materiału i folii, w którym zakrzywioną łukowo wstęgę materiału lub folię podpiera się elementami podporowymi i poddaje się naciskowi, znamienny tym, że zakrzywioną łukowo wstęgę materiału (1) lub folię podpiera się sztywnymi czworokątnymi lub sześciokątnymi elementami podporowymi (3) od wewnętrznej strony zakrzywienia, i poddaje się naciskowi od zewnątrz zakrzywienia, za pomocą elastycznego walca dociskowego (4), przy czym wstęgę materiału (1) poddaje się naciskowi na jej krzywiźnie, a wymiary elementów podporowych (3) dobiera się tak, że odpowiadają geometrii fałd wgnieceń powstających samoistnie przez samoorganizację.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że wstęgę materiału (1) poddaje się naciskowi z zewnątrz poprzez znajdującą się między elementami podporowymi (3) i strukturowaną wstęgą materiału (1), dodatkową warstwę materiału elastycznego (11).