КОНСТРУКТИВНЫЙ ЭЛЕМЕНТ ДЛЯ ВОСПРИЯТИЯ И/ИЛИ ПЕРЕДАЧИ МЕХАНИЧЕСКИХ СИЛ И/ИЛИ МОМЕНТОВ, СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЕ
STRUCTURAL ELEMENT FOR RECEPTION AND/OR TRANSMISSION OF MECHANICAL FORCES AND/OR MOMENTS, METHOD FOR PRODUCTION AND USE THEREOF

Данное изобретение относится к конструктивному элементу для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов, к способу его изготовления и к его применению.
Такие конструктивные элементы широко известны. Лишь в качестве примера можно назвать DE 10 2006 058-377 В4, где раскрыта штанга для структурного усиления конструкции фюзеляжа самолета, которая образована из двух расположенных на концах, стабильных по форме частей конструктивного элемента и полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, которая заключена между двумя стабильными по форме частями конструктивного элемента. Однако на практике такие конструктивные элементы оказались полностью неоправданными, поскольку их конструкция часто сложна, не достаточно стабильна по форме и имеет сравнительно большой вес, одновременно не может воспринимать или передавать большие силы и/или моменты, поскольку имеют не удовлетворительные значения прочности и жесткости. Дополнительно к этому, их срок службы, как правило, не особенно велик, а их изготовление требует больших затрат.
Поэтому в основу данного изобретения положена задача создания конструктивного элемента для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов, с помощью которого можно преодолеть указанные выше недостатки, который является конструктивно особенно простым, одновременно компактным и стабильным по форме, а также очень прост в изготовлении, обеспечивает возможность передачи больших сил и моментов, то есть имеет высокую прочность и жесткость, а также большой срок службы, и не требует больших затрат на изготовление, и создание способа его изготовления, а также его применения.
Эта задача решена неожиданно простым образом с помощью признаков п.1 формулы изобретения.
За счет выполнения в соответствии с изобретением конструктивного элемента для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов, содержащего по меньшей мере одну стабильную по форме часть конструктивного элемента по меньшей мере с одним полым профилированным участком и по меньшей мере одну полую профилированную часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, которая предназначена для размещения частично в полом профилированном участке стабильной по форме части конструктивного элемента и для расположения с геометрическим замыканием в полом профилированном участке стабильной по форме части конструктивного элемента с помощью проходящих радиально внутрь выступов и/или проходящих радиально наружу углублений, выемок или проемов, при этом внутренний периметр полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента и наружный периметр полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы соответствуют друг другу или, вследствие полностью не поддающихся устранению отклонений от допусков при изготовлении, соответствуют друг другу по меньшей мере по существу, достигается особенно простая, дополнительно к этому компактная и стабильная по форме конструкция конструктивного элемента при сравнительно небольшом весе. Кроме того, обеспечивается возможность чрезвычайно надежного восприятия, соответственно, направления и/или передачи сил и моментов. Одновременно конструктивный элемент, согласно изобретению, имеет очень высокую прочность и жесткость. За счет того, что внутренний периметр полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента и наружный периметр полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы совпадают друг с другом или по меньшей мере по существу совпадают друг с другом, обеспечивается направлено ориентированная деформация волокон полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы. Формование, соответственно, прилегание происходит без образования складок, поскольку внутренний периметр полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента и наружный периметр полой профилированной части конструктивного элемента во всяком случае по существу, то есть в значительной степени, соответственно, в максимально возможной степени, одинаковы. Таким образом, волокна полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы не надламываются, расплющиваются, коробятся или другим образом подвергаются постоянной нагрузке. Одновременно за счет геометрического замыкания по меньшей мере между одной стабильной по форме частью конструктивного элемента и по меньшей мере одной полой профилированной частью конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы сохраняется конструкция конструктивного элемента, согласно изобретению. Не в последнюю очередь за счет этого обеспечивается увеличенный срок службы конструктивного элемента, согласно изобретению, поскольку с самого начала просто и надежно исключается любая часто возникающая при силовом замыкании негативная концентрация напряжений в надрезе, другие источники неисправностей в конструкции и связанные с этим критические слабые места, которые могут приводить к преждевременному выходу из строя всего конструктивного элемента. Наконец, обеспечивается чрезвычайно простое изготовление конструктивного элемента, согласно изобретению, с меньшими затратами труда и тем самым очень экономичное.
Предпочтительные конструктивные детали конструктивного элемента, согласно изобретению, указаны в пп.2-16 формулы изобретения.
В соответствии с признаками п.2 формулы изобретения, выступы, которые проходят радиально внутрь, и/или углубления, выемки или проемы, которые проходят радиально наружу, предпочтительно расположены по внутреннему периметру полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента на одинаковом расстоянии друг от друга.
Особенно предпочтительно, когда проходящие радиально внутрь выступы и/или проходящие радиально наружу углубления, выемки или проемы, в соответствии с п.3 формулы изобретения, выполнены удлиненными, вытянутыми в длину, в виде утолщений, пальцевидными, в форме меандра, клиновидными, отогнутыми под углом, круглыми, эллипсоидными, эллиптическими, овальными, треугольными, четырехугольными, квадратными или прямоугольными, многоугольными, трапециевидными, в форме параллелограмма или форме многоугольника и/или в виде их комбинации, за счет чего они обеспечивают возможность восприятия, направления и передачи сил растяжения, сжатия и скручивания.
Согласно изобретению, в соответствии с п.4 формулы изобретения предусмотрено, что проходящие радиально внутрь выступы и/или проходящие радиально наружу углубления, выемки или проемы расположены в осевом направлении и/или под углом относительно продольной оси стабильной по форме части конструктивного элемента и полой профилированной части конструктивного элемента. Таким образом, конструктивный элемент, согласно изобретению, может передавать силы растяжения, сжатия, а также скручивания.
В комбинированном или альтернативном варианте выполнения проходящие радиально внутрь выступы и/или проходящие радиально наружу углубления, выемки или проемы, в соответствии с п.5 формулы изобретения, могут быть расположены по внутреннему периметру полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента со смещением относительно друг друга в осевом направлении относительно продольной оси стабильной по форме части конструктивного элемента и полой профилированной части конструктивного элемента.
Другой вариант выполнения конструкции проходящих радиально внутрь выступов и/или проходящих радиально наружу углублений, выемок или проемов предлагается в п.6 формулы изобретения. В соответствии с этим пунктом, выступы и/или углубления, выемки или проемы предпочтительно снабжены непрерывными переходами к примыкающей(им)/в примыкающую(ие) зону(ы), или соответственно, к соседней(им)/ в соседнюю(ие) зону(ы). Другими словами, выступы и/или углубления, выемки или проемы переходят непрерывно, то есть плавно, соответственно, постепенно в примыкающую(ие), или соответственно, соседние им зону(ы). Исключены угловатые, угловые или резкие переходы, которые могут быстро приводить к повреждениям армированной волокном пластмассы и тем самым к выходу из строя всей части конструктивного элемента.
Особенно большое значение имеют конструктивные меры, согласно п.7 формулы изобретения, в соответствии с которыми внутренний периметр полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента и наружный периметр полой профилированной части конструктивного элемента при развертке каждого поперечного сечения полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента и полой профилированной части конструктивного элемента перпендикулярно их продольной оси имеют одинаковую или по существу одинаковую длину.
Предпочтительно, в соответствии с п.8 формулы изобретения, стабильная по форме часть конструктивного элемента по меньшей мере частично, в частности, в зоне своего полого профилированного участка, и полая профилированная часть конструктивного элемента имеют наружный периметр одинаковой формы и размера.
Кроме того, в соответствии с п.9 формулы изобретения, стабильная по форме часть конструктивного элемента и/или полая профилированная часть конструктивного элемента выполнены с облегченной конструкцией и/или устойчивыми к коррозии.
Целесообразно, стабильная по форме часть конструктивного элемента, в соответствии с п.10 формулы изобретения, выполнена из металла, в частности, из стали, нержавеющей стали, алюминия, титана, их сплава и/или из пластмассы, в частности, из полиимида (PI), полиоксиметилена (РОМ) или политетрафторэтилена (PTFE) без или с армированием оксидом алюминия, нитридом алюминия, арамидом, базальтом, нитридом бора, стеклом, графитом, углеродом, нейлоном, полиэтиленом, сложным эфиром, карбидом кремния, нитридом кремния и/или керамическими волокнами и/или их комбинации.
В соответствии с п.11 формулы изобретения, стабильная по форме часть конструктивного элемента может быть изготовлена посредством фрезерования, токарной обработки, шлифования или аналогичной поверхностной обработки, литья или точного литья, вытяжки или глубокой вытяжки и/или, в частности, последующей сварки и/или их комбинации.
Кроме того, в соответствии с п.12 формулы изобретения предусмотрено выполнение стабильной по форме части конструктивного элемента в виде присоединяемого или соединительного элемента, фитинга, фланца, штекерного соединения для соединения по меньшей мере одной полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, узлового элемента для каркаса или каркасной структуры или аналогичных соединительных тел, в частности, с шарнирной проушиной, шарнирной головкой или аналогичным элементом для восприятия или соответственно передачи сил и/или моментов.
Предпочтительно, в соответствии с п.13 формулы изобретения, полая профилированная часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы армирована волокнами оксида алюминия, нитрида алюминия, арамидными, базальтовыми волокнами, волокнами нитрида бора, стекловолокном, графитированными, углеродным, нейлоновым, полиэтиленовым, полиэфирным волокном, волокнами карбида кремния, нитрида кремния и/или керамическими волокнами и/или их комбинации, и/или выполнена из волокнистого композитного материала.
Кроме того, в соответствии с п.14 формулы изобретения, полая профилированная часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы может быть изготовлена с помощью способа получения препрега, способа мокрой пропитки или способа литьевого прессования пластмасс (способ RTM) и/или их комбинации или аналогичного способа для изготовления волокнистых композитных тел.
В соответствии с п.15 формулы изобретения, полая профилированная часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы выполнена в поперечном сечении предпочтительно круглой, эллипсоидной, эллиптической, овальной, треугольной, четырехугольной, квадратной или прямоугольной, многоугольной, трапециевидной, в форме параллелограмма или форме многоугольника и/или в виде их комбинации.
Предпочтительно, в соответствии с п.16 формулы изобретения, стабильная по форме часть конструктивного элемента и/или полая профилированная часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы выполнена/ы, в частности, полностью или частично удлиненными, вытянутыми в длину, извилистым, в форме меандра, волнистыми, змеевидными, отогнутыми под углом, (полу)круглыми, (полу)эллиптическими, изогнутыми, кривыми и/или в виде их комбинации. В соответствии с этим, стабильная по форме часть конструктивного элемента и/или полая профилированная часть конструктивного элемента по всей своей длине или на части длины проходит/ят по существу в осевом направлении или параллельно оси, или имеют любые другие пространственные формы.
Наконец, согласно изобретению, предусмотрено, что стабильная по форме часть конструктивного элемента и/или полая профилированная часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, в соответствии с п.17 формулы изобретения, расположена/ы полностью или частично по меньшей мере в одной плоскости пространства. Другими словами, стабильная по форме часть конструктивного элемента и/или полая профилированная часть конструктивного элемента могут полностью или частично проходить в одной единственной плоскости пространства или в нескольких, в частности, двух или трех плоскостях пространства.
Кроме того, эта задача с технологической точки зрения решена неожиданно простым образом с помощью признаков п.18 формулы изобретения.
За счет соответствующего изобретению способа изготовления конструктивного элемента для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов, содержащего по меньшей мере одну стабильную по форме часть конструктивного элемента с полым профилированным участком и по меньшей мере одну полую профилированную часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, при этом по меньшей мере одну полую профилированную часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы одним концом частично вдвигают в полый профилированный участок стабильной по форме части конструктивного элемента и размещают в полом профилированном участке стабильной по форме части конструктивного элемента, а затем с помощью надувного элемента, введенного в полую профилированную часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, прижимают ее наружной периметром с геометрическим замыканием к внутреннему периметру стабильной по форме части конструктивного элемента в зоне ее полого участка, посредством надувания надувного элемента после введения его в полую профилированную часть конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы, на практике, наряду с уже указанными в связи с конструктивным элементом, согласно изобретению, преимуществами, которыми также обладает способ, согласно изобретению, обеспечивается особенно простое, требующее меньше затрат труда и, прежде всего, более экономичное изготовление. Это тем более важно, поскольку конструктивный элемент, согласно изобретению, можно рассматривать как массовое изделие, которое можно использовать многосторонне, а также одновременно различным образом.
Другие предпочтительные варианты способа, согласно изобретению, раскрыты в пп.19-22 формулы изобретения.
Так, в соответствии с п.19 формулы изобретения предусмотрено, что полую профилированную часть конструктивного элемента перед частичным вдвиганием ее конца в полый профилированный участок стабильной по форме части конструктивного элемента радиально деформируют так, что наружный периметр полой профилированной части конструктивного элемента меньше внутреннего периметра, в частности, расположенных по внутреннему периметру, проходящих радиально внутрь выступов стабильной по форме части конструктивного элемента в зоне ее полого участка.
В другом варианте выполнения способа, согласно изобретению, в соответствии с п.20 формулы изобретения, полую профилированную часть конструктивного элемента ее наружного периметра прижимают с геометрическим замыканием к внутреннему периметру и к расположенным по внутреннему периметру, проходящим радиально внутрь выступам и/или проходящим радиально наружу углублениям, выемкам или проемам стабильной по форме части конструктивного элемента в зоне ее полого участка, при этом внутренний периметр полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента и наружный периметр полой профилированной части конструктивного элемента соответствуют друг другу или по меньшей мере по существу соответствуют друг другу.
В соответствии с п.21 формулы изобретения, полую профилированную часть конструктивного элемента нагружают давлением с помощью надувного элемента до ее полного затвердевания.
В этой связи, в соответствии с п.22 формулы изобретения, надувной элемент предпочтительно нагружают давлением от примерно 2 бар до примерно 10 бар, в частности, от примерно 4 бар до примерно 8 бар, предпочтительно примерно 6 бар.
Наконец, эта задача решена с точки зрения применения с помощью признаков пп.23 и 24 формулы изобретения.
В соответствии с п.23 формулы изобретения, конструктивный элемент, согласно изобретению, особенно предпочтительно применяется в транспортных средствах, в частности, в воздушных транспортных средствах или летательных аппаратах авиации и космонавтики, предпочтительно в самолетах и космических аппаратах, в частности, в водных транспортных средствах, предпочтительно на подводных лодках или транспортных средствах на воздушной подушке, или, в частности, в наземных транспортных средствах, предпочтительно в легковых автомобилях, транспортных средствах для перевозки пассажиров, таких как автобусы или микроавтобусы, грузовых автомобилях или трейлеры.
Особенно пригоден конструктивный элемент, согласно изобретению, в соответствии с п.24 формулы изобретения, для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов, и, в частности, в качестве подкосов, передающих механические силы растяжения и сжатия и/или скручивания, и/или в качестве трубчатых или стержневых соединительных элементов и/или каркасов или каркасных структур и/или приводных валов, предпочтительно по меньшей мере с одним или несколькими расположенными на стороне концов соединительными элементами, шарнирными проушинами, шарнирными головками или подобными направляющими, соответственно, передающими силу элементами в самолетах, особенно предпочтительно в самолетах и космических аппаратах в качестве опорных или стабилизирующих подкосов для структурного усиления конструкции фюзеляжа, и в наземных транспортных средствах в качестве опорных и стабилизирующих покосов для усиления конструкции кузова.
Другие преимущества и детали изобретения следуют из приведенного ниже описания предпочтительных вариантов выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:
фиг. 1А - вариант выполнения конструктивного элемента, согласно изобретению, со стабильной по форме частью конструктивного элемента с полым профилированным участком, в изометрической проекции;
Фиг. 1В и 1С - вариант выполнения стабильной по форме части конструктивного элемента, согласно изобретению, из фиг. 1А, на виде сбоку и в продольном разрезе;
фиг. 2 - развернутая, разрезанная поверхность внутреннего периметра стабильной по форме части конструктивного элемента в зоне полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента;
фиг. 3А и 3В - поперечное сечение полой профилированной части конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы и развертка ее наружного периметра;
фиг. 4А-4D - поперечное сечение полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента по линии IVA-IVA на фиг. 2 и развертка ее внутреннего периметра, с и без стабильной по форме части конструктивного элемента, в развернутом в продольном направлении виде;
фиг. 5А - другой вариант выполнения конструктивного элемента, согласно изобретению, со стабильной по форме частью конструктивного элемента с полым профилированным участком, согласно фиг. 1А, в изометрической проекции;
фиг. 5В - развертка внутреннего периметра полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента, согласно фиг. 5А, в зоне полого профилированного участка;
фиг. 6А-6С - другой вариант выполнения конструктивного элемента, согласно изобретению, со стабильной по форме частью конструктивного элемента с полым профилированным участком, согласно фиг. 1А, соответственно, в изометрической проекции, на виде сбоку и в разрезе по лини VIC-VIC на фиг. 6В;
фиг. 6D - развертка внутреннего периметра полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента, согласно фиг. 6А-6С, в зоне полого профилированного участка;
фиг. 7А и 7В - еще один вариант выполнения конструктивного элемента, согласно изобретению, со стабильной по форме частью конструктивного элемента с полым профилированным участком, согласно фиг. 1А, в изометрической проекции и на виде сбоку;
фиг. 7С - развертка внутреннего периметра полого профилированного участка стабильной по форме части конструктивного элемента, согласно фиг. 7А и 7В, в зоне полого профилированного участка; и
фиг. 8А и 8В - два других варианта выполнения конструктивного элемента, согласно изобретению, со стабильной по форме частью конструктивного элемента в качестве соединяемого или соединительного элемента в виде каркаса или каркасной структуры, в изометрической проекции.
В приведенном ниже описании различных вариантов выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов соответствующие друг другу, одинаковые компоненты обозначены одинаковыми ссылочными позициями.
Конструктивный элемент 10, согласно изобретению, применяется в транспортных средствах, в частности, в воздушных транспортных средствах или летательных аппаратах авиации и космонавтики, предпочтительно в самолетах и космических аппаратах, в частности, в водных транспортных средствах, предпочтительно на подводных лодках или транспортных средствах на воздушной подушке, или, в частности, в наземных транспортных средствах, предпочтительно в легковых автомобилях, транспортных средствах для перевозки пассажиров, таких как автобусы или микроавтобусы, грузовых автомобилях или трейлеры.
Конструктивный элемент 10, согласно изобретению, особенно пригоден для восприятия и/или передачи механических сил и/или моментов и, в частности, в качестве подкосов, передающих механические силы растяжения и сжатия и/или скручивания, и/или в качестве трубчатых или стержневых соединительных элементов и/или каркасов или каркасных структур и/или приводных валов, предпочтительно по меньшей мере с одним или несколькими расположенными на стороне концов соединительными элементами, шарнирными проушинами, шарнирными головками или подобными направляющими, соответственно, передающими силу элементами в самолетах, особенно предпочтительно в самолетах и космических аппаратах в качестве опорных или стабилизирующих подкосов для структурного усиления конструкции фюзеляжа, и в наземных транспортных средствах в качестве опорных и стабилизирующих подкосов для усиления конструкции кузова.
Конструктивный элемент 10, согласно изобретению, содержит по меньшей мере одну стабильную по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента по меньшей мере с одним полым профилированным участком 14 и по меньшей мере одну полую профилированную часть 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы (ср. фиг. 7А-8В). В поясняемых ниже вариантах выполнения изобретения полая профилированная часть 16 конструктивного элемента имеет полую цилиндрическую форму или примерно полую цилиндрическую форму.
В показанном на фиг. 1А-8В варианте выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, по меньшей мере две стабильные по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента предусмотрены с соответствующим по меньшей мере одним полым профилированным участком 14 и одна полая профилированная часть 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы. Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента расположена между двумя стабильными по форме частями 12 конструктивного элемента. Таким образом, конструктивный элемент 10, согласно изобретению, выполнен в виде гибридного подкоса или в виде гибридного каркаса (структуры).
По меньшей мере две стабильные по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ являются конструктивно точно одинаковыми, однако во всем описании различных вариантов выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, для простоты поясняется одна единственная стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента с полым профилированным участком 14 и полая профилированная часть 16 конструктивного элемента, без ограничения при этом объема защиты.
Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента предназначена для частичного размещения в полом профилированном участке 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента. При этом один конец 18 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и один конец 20 полой профилированной части 16 конструктивного элемента, который обращен к концу 18 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента, вставлены, соответственно, вдвинуты друг в друга на их продольной оси 22. При этом внутренний периметр 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента или часть ее и наружный периметр 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента прилегают друг к другу.
Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента расположена с геометрическим замыканием в полом профилированном участке 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента. Внутренний периметр 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и наружный периметр 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента идентичны друг другу, во всяком случае, по существу идентичны, то есть соответствуют друг другу по форме и размеру.
На фиг. 1А-1С показан первый вариант выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, со стабильной по форме частью 12 конструктивного элемента, которая содержит полый профилированный участок 14.
Стабильная по форме часть 12 предусмотрена и соответственно выполнена в виде присоединяемого или соединительного элемента, фитинга, фланца, штекерного соединения для соединения по меньшей мере одной полой профилированной части 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы или подобного соединительного тела или подобного элемента для направления, или соответственно, передачи силы и/или момента. При этом, в частности, стабильная по форме часть 12 конструктивного элемента на своем другом конце 28, который противоположен концу 18 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и тем самым также концу 20 полой профилированной части 16 конструктивного элемента, может быть выполнена, например, в форме вилки и снабжена соединительным элементом 30 в виде, например, шарнирной проушины, шарнирной головки или тому подобного.
В показанном на фиг. 1А-1С варианте выполнения в полом профилированном участке 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента предусмотрены выступы 32. Выступы 32 проходят по внутреннему периметру 24 радиально внутрь к продольной оси 22 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента.
В показанном на фиг. 1А-1С варианте выполнения стабильной по форме части 12 конструктивного элемента 10, согласно изобретению, предусмотрено несколько выступов 32. Выступы 32 выполнены по существу удлиненными, вытянутыми в длину, в виде утолщений, пальцевидными или клинообразными. Предпочтительно, выступы 32, как показано в примере выполнения на фиг. 1А-1С, расположены с равномерным распределением на расстоянии друг от друга по внутреннему периметру 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента. За счет такого равномерного распределения обеспечивается равномерно распределенное восприятие, соответственно, направление и/или передача сил и моментов по всему внутреннему периметру 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и наружному периметру 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента.
Как показано на фиг. 1А и 1С, выступы 32 снабжены, кроме того, непрерывными переходами к примыкающей(им), соответственно, соседней(им) зоне(ам). Другими словами, выступы 32 переходят непрерывно, то есть плавно, соответственно, постепенно в примыкающую(ие), соответственно, соседнюю(ие) зону(ы). Исключены угловатые, угловые или резкие переходы, которые могут быстро приводить к повреждениям армированной волокном пластмассы и тем самым к выходу из строя всей части 12 конструктивного элемента.
Как показано, в частности, на фиг. 2, где схематично изображена развертка внутреннего периметра 24 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента, предусмотрено в качестве примера шесть выступов 32. Выступы 32 выполнены удлиненными и под углом ±α к продольной оси 22 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента. Вследствие расположения выступов 32 под углом ±α могут передаваться силы растяжения, сжатия и скручивания.
На фиг. 3А и 3В, а также 4А-4D дополнительно иллюстрируется конструкция конструктивного элемента 10, согласно изобретению. Так, внутренний периметр 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и наружный периметр 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента имеют при развертке каждого поперечного сечения полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента перпендикулярно их продольной оси 22 одинаковую или по существу одинаковую длину 34, соответственно, 36.
На фиг. 3А-4D показано в качестве примера поперечное сечение полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента по линии IVA-IVA на фиг. 2.
На фиг. 3А схематично показано поперечное сечение полой профилированной части 16 конструктивного элемента. Получающийся при этом наружный периметр 26 развернут на фиг. 3В и дает длину 34.
На фиг. 4А схематично показано поперечное сечение стабильной по форме части 12 конструктивного элемента в зоне полого профилированного участка 14. На внутреннем периметре 24 участка 14 расположены с равномерным распределением в целом одиннадцать выступов 32. Получающийся при этом внутренний периметр 24 развернут вместе с выступами 32 на фиг. 4В. На фиг. 4С показана развертка внутреннего периметра 24 без выступов 32, которая образует после продольного растяжения согласно фиг. 4D длину 36. Длины 34 и 36 одинаковы, во всяком случае с учетом небольших, но не поддающихся полному устранению допусков изготовления или отклонений от допусков при изготовлении, по существу и тем самым приблизительно одинаковы.
На фиг. 5А и 5В показан другой вариант выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, со стабильной по форме частью 12′ конструктивного элемента.
В показанном на фиг. 5А и 5В варианте выполнения стабильной по форме части 12′ конструктивного элемента предусмотрены выступы 32′, которые проходят радиально внутрь, выполнены под углом или в форме меандра (не изображено) и расположены в осевом направлении, соответственно, параллельно продольной оси 22 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента. Выступы 32′, скошены в противоположных направлениях на угол 10° относительно продольной оси 22. За счет выполнения выступов 32′ под углом обеспечивается передача также сил растяжения, сжатия и скручивания.
Дополнительное конструктивное отличие от показанного на фиг. 1А-1С варианта выполнения состоит в том, что стабильная по форме часть 12′ конструктивного элемента в варианте выполнения, согласно фиг. 5А и 5В, реализована с конструкцией из стального листа, в то время как показанный на фиг. 1А-1С вариант выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, выполнен в виде единой фрезерованной части.
На фиг. 6А-6D показан другой вариант выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, со стабильной по форме частью 12′′ конструктивного элемента. В качестве альтернативы или дополнительно к выступам 32, 32′, в соответствии с примерами выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, которые показаны на фиг. 1А-3С и 5А, 5В, в полом профилированном участке 14 стабильной по форме части 12′′ конструктивного элемента могут быть расположены углубления 38, выемки или проемы, которые проходят радиально наружу.
С помощью таких углублений 38, выемок или проемов может быть также реализовано геометрическое замыкание, как в поясненных выше примерах выполнения, согласно фиг. 1А-1С и 5А, 5В, на основании выступов 32, 32′, при этом внутренний периметр 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12′′ конструктивного элемента и наружный периметр 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента также соответствуют друг другу или по меньшей мере по существу соответствуют друг другу.
Проходящие радиально наружу углубления 38, выемки или проемы также расположены с равномерным распределением на расстоянии друг от друга по внутреннему периметру 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12′′ конструктивного элемента. Как показано на фиг. 6А-6D, углубления 38, выемки или проемы в этом варианте выполнения являются круглыми. За счет этого можно также передавать силы растяжения, сжатия и скручивания.
На фиг. 6А-6D дополнительно показано, что предусмотрены два ряда углублений 38, выемок или проемов, которые расположены по внутреннему периметру 24 со смещением относительно друг друга в осевом направлении относительно продольной оси 22 стабильной по форме части 12′′ конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента.
На фиг. 7А и 7В показан еще один вариант выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, со стабильной по форме частью 12′′′ конструктивного элемента.
В показанном на фиг. 7А и 7В варианте выполнения стабильной по форме части 12′′′ конструктивного элемента также реализованы углубления 38′, выемки или проемы. Углубления 38′ выполнены удлиненными, соответственно, в виде удлиненного отверстия и расположены в осевом направлении относительно продольной оси 22 стабильной по форме части 12′′′ конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента. Поэтому с помощью этого варианта выполнения можно передавать также силы растяжения, сжатия и скручивания.
Наконец, на фиг. 8А и 8В показан еще один другой вариант выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, со стабильной по форме частью 12′′′′ конструктивного элемента в виде каркаса или каркасной структуры соответственно для каркаса или каркасной структуры. При этом предусмотрен центральный узловой элемент 40, 40′, на котором своим одним концом 20 расположены и опираются соответственно по меньшей мере две, в данном случае в целом три полые профилированные части 16 конструктивного элемента. Три полые профилированные части 16 конструктивного элемента проходят примерно звездообразно от соответствующего узлового элемента 40, 40′ наружу и входят на своем другом конце 42 в отдельные стабильные по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ (не изображены). Эти части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента могут быть, в зависимости от конкретной цели применения, отдельными частями 12, 12′, 12′′, 12′′′ и т.д. конструктивного элемента или другими частями 12′′′′ конструктивного элемента с узловым элементом 40, 40′.
Оба показанных на фиг. 8А и 8В варианта выполнения конструктивного элемента 10 отличаются друг от друга лишь формой узловых элементов 40, 40′ частей 12′′′′ конструктивного элемента, формой поперечного сечения полых профилированных частей 16 конструктивного элемента, которые выполнены в одном случае трубчатыми, а в другом случае четырехугольными, соответственно, восьмиугольными, и с угловым расположением частей 12′′′′ конструктивного элемента относительно друг друга, то есть с равномерным распределением, составляющим по 120°, или соответственно, с неравномерным распределением, составляющим 100°, 130° и 130°.
Хотя это и не изображено, однако возможно также другое выполнение проходящих внутрь выступов 32, 32′ и/или проходящих радиально наружу углублений 38, 38′, выемок или проемов с любым другим расположением и формой, чем в показанных на фиг. 1А-8В вариантах выполнения, например, удлиненными, вытянутыми в длину, в виде утолщений, пальцевидными, в форме меандра, клиновидными, отогнутыми под углом, круглыми, эллипсоидными, эллиптическими, овальными, треугольными, четырехугольными, квадратными или прямоугольными, многоугольными, трапециевидными, в форме параллелограмма или форме многоугольника и/или в виде их комбинаций, и/или с расположением под углом ±α относительно продольной оси 22 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и полой профилированной части 16 конструктивного элемента.
Стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и полая профилированная часть 16 конструктивного элемента целесообразно имеют наружный периметр 26 одинаковой формы и размера. Это относится также к стабильной по форме части 12 конструктивного элемента по меньшей мере частично в зоне ее полого профилированного участка 14.
Стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и/или полая профилированная часть 16 конструктивного элемента выполнены с облегченной конструкцией и/или стойкими к коррозии.
Сама стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента выполнена из металла, в частности, из стали, нержавеющей стали, алюминия, титана, из их сплава. Независимо от этого стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента может быть выполнена в качестве альтернативного решения или дополнительно из пластмассы, в частности, из полиимида (PI), полиоксиметилена (РОМ) или политетрафторэтилена (PTFE)без или с армированием волокнами оксида алюминия, нитрида алюминия, арамидными, базальтовыми волокнами, волокнами нитрида бора, стекловолокном, графитированным, углеродным, нейлоновым, полиэтиленовым, полиэфирным волокном, волокнами карбида кремния, нитрида кремния и/или керамическими волокнами и/или их комбинации.
Кроме того, стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента может быть изготовлена посредством фрезерования, токарной обработки, шлифования или аналогичной поверхностной обработки, литья или точного литья, вытяжки или глубокой вытяжки и/или, в частности, последующей сварки, и/или их комбинации. Например, компоненты стабильной по форме части 12 конструктивного элемента можно сначала изготавливать с помощью обработки резанием, а затем эти изготовленные компоненты сваривать друг с другом. Можно также компоненты стабильной по форме части 12 конструктивного элемента изготавливать посредством вытяжки, соответственно, глубокой вытяжки, а затем сваривать друг с другом с последующей обработкой поверхности посредством фрезерования, токарной обработки или шлифования.
Сама полая профилированная часть 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы армирована волокнами оксида алюминия, нитрида алюминия, арамидными, базальтовыми волокнами, волокнами нитрида бора, стекловолокном, графитированным, углеродным, нейлоновым, полиэтиленовым, полиэфирным волокном, волокнами карбида кремния, нитрида кремния и/или керамическими волокнами и/или их комбинации. В качестве альтернативного решения или дополнительно, полая профилированная часть 16 конструктивного элемента может быть также выполнена из волокнистого композитного материала.
Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы может быть изготовлена с помощью способа получения препрега, способа мокрой пропитки или способа литьевого прессования пластмассы (RTM) или их комбинации или аналогичного способа для изготовления волокнистых композитных тел.
Кроме того, полая профилированная часть 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы может быть выполнена в поперечном сечении круглой, эллипсоидной, эллиптической, овальной, треугольной, четырехугольной, квадратной или прямоугольной, многоугольной, трапециевидной, в форме параллелограмма или форме многоугольника и/или в виде их комбинации.
Ниже приводится более подробное пояснение изготовления показанных на фиг. 1-7С вариантов выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению.
Полую профилированную часть 16 конструктивного элемента концом 20 частично вдвигают в полый профилированный участок 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента на его конце 18 и размещают в полом профилированном участке 14 стабильной по форме части 12 конструктивного элемента.
Перед частичным вставлением, соответственно, вдвиганием ее концом 20 в полый профилированный участок 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента, полую профилированную часть 16 конструктивного элемента деформируют в радиальном направлении. Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента в этот момент времени еще не затвердела и тем самым является гибкой и способной к деформации. За счет радиальной деформации наружный периметр 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента становится временно меньше чем внутренний периметр 24, в частности, чем расположенные на внутреннем периметре 24, проходящие радиально внутрь выступы 32, 32′ стабильной по форме части 12 конструктивного элемента в зоне ее полого профилированного участка 14.
После частичного вставления, соответственно, вдвигания, полая профилированная часть 16 конструктивного элемента снова немного расширяется в полом профилированном участке 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента и деформируется обратно. Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента (слегка) прилегает своим наружным периметром 26 к внутреннему периметру 24, соответственно, к расположенным на внутреннем периметре 24 м выступам 32, 32′, которые выступают радиально внутрь к продольной оси 22, и/или углублениям 38, 38′, выемкам или проемам, которые проходят радиально наружу от продольной оси 22 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента.
Затем в полую профилированную часть 16 конструктивного элемента устанавливают, соответственно, вводят надувной элемент (не изображен), например, надувной шланг. Надувной элемент после его ввода в полую профилированную часть 16 конструктивного элемента надувают. За счет этого полая профилированная часть 16 конструктивного элемента с помощью надувного элемента прижимается своим наружным периметром 26 с геометрическим замыканием к внутреннему периметру 24 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента в зоне ее полого профилированного участка 14.
Полая профилированная часть 16 конструктивного элемента прижимается своим наружным периметром 26 с геометрическим замыканием к внутреннему периметру 24 и к выступам 32, 32′ и/или углублениям 38, 38′, выемкам или проемам стабильной по форме части 12 конструктивного элемента, которые расположены на внутреннем периметре 24 в зоне полого профилированного участка 14 и проходят радиально внутрь, соответственно, радиально наружу. При этом внутренний периметр 24 полого профилированного участка 14 стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента и наружный периметр 26 полой профилированной части 16 конструктивного элемента соответствуют друг другу или по существу соответствуют друг другу.
Таким образом, прилегание происходит без образования складок полой профилированной части 16 конструктивного элемента. Следовательно, волокна полой профилированной части 16 конструктивного элемента не надламываются, расплющиваются, коробятся или другим образом подвергаются постоянной нагрузке.
Надувной элемент нагружает давлением полую профилированную часть 16 конструктивного элемента до ее полного затвердевания. Для обеспечения прилегания полой профилированной части 16 конструктивного элемента к стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′ конструктивного элемента, полую профилированную часть 16 конструктивного элемента подвергают с помощью надуваемого элемента давлению от примерно 2 бар до примерно 10 бар, в частности, от примерно 4 бар до примерно 8 бар. На практике было установлено, что особенно предпочтительным является давление примерно 6 бар.
После затвердевания надувной элемент снова извлекают из полой профилированной части 16 конструктивного элемента, и конструктивный элемент 10 подают для дальнейшей предусмотренной обработки, соответственно, переработки.
Изготовление показанного на фиг. 8А и 8В варианта выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, осуществляется соответствующим образом, однако с помощью повторной обработки, после которой стабильная по форме часть 12′′′′ конструктивного элемента имеет несколько таких узловых элементов 40, 40′, и наоборот.
Изобретение не ограничивается представленными вариантами выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению. Так, вполне возможно снабжать конструктивный элемент 10, согласно изобретению, стабильной по форме частью конструктивного элемента в виде штекерного соединения (не изображено) для соединения двух полых профилированных частей 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы. Две полые профилированные части 16 конструктивного элемента в этом случае в свою очередь на своем противоположном штекерному соединению конце снабжены стабильной по форме частью 12 конструктивного элемента, которая с помощью соединительного элемента в виде шарнирной проушины, шарнирной головки или подобного элемента для направления, соответственно, передачи силы и/или момента выполняет функцию соединительного элемента. Таким образом, можно произвольно изменять длину конструктивного элемента 10, согласно изобретению.
Кроме того, вполне возможно, что в рамках данного изобретения конструктивный элемент 10, соответственно, стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и/или полая профилированная часть 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы выполнены, в частности, полностью или частично удлиненными, вытянутыми в длину, извилистым, в форме меандра, волнистыми, змеевидными, отогнутыми под углом, (полу)круглыми, (полу)эллиптическими, изогнутыми, кривыми и/или в виде их комбинации. Форму конструктивного элемента 10, соответственно, стабильной по форме части 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и/или полой профилированной части 16 конструктивного элемента можно произвольно и по отдельности согласовывать с соответствующим применением и функцией, а также с пространственными условиями. Следовательно, конструктивный элемент 10, соответственно, стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и/или полая профилированная часть 16 конструктивного элемента по всей своей длине или на части длины проходят по существу в осевом направлении или параллельно оси, и/или другим отличающимся от этого образом имеют любые другие пространственные формы. Хотя это и не показано, конструктивный элемент 10, соответственно, стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и/или полая профилированная часть 16 конструктивного элемента расположены, в частности, полностью или частично по меньшей мере в одной плоскости пространства. Другими словами, конструктивный элемент 10, соответственно, стабильная по форме часть 12, 12′, 12′′, 12′′′, 12′′′′ конструктивного элемента и/или полая профилированная часть 16 конструктивного элемента могут полностью или частично проходить в одной единственной плоскости пространства или в нескольких, в частности, двух или трех плоскостях пространства. Это является преимуществом, прежде всего для выполнения конструктивного элемента 10, согласно изобретению, в целом в качестве соединяемого или соединительного элемента, фитинга, фланца, штекерного соединения для соединения по меньшей мере одной полой профилированной части 16 конструктивного элемента из армированной волокном пластмассы с узловым элементом 40, 40′ для каркаса или каркасной структуры или подобного соединяемого тела, в частности, с шарнирной проушиной, шарнирной головкой или подобным элементом для направления или передачи силы.
Хотя это и не показано детально, можно также всегда изменять выступы 32, 32′ и/или углубления 38, 38′, выемки или проемы указанных выше различных вариантов выполнения любым образом относительно их количества, распределения, расположения, выполнения, формы и размера и/или же комбинировать друг с другом. Наконец, проходящие радиально внутрь выступы 32, 32′ и/или проходящие радиально наружу углубления 38, 38′, выемки или проемы можно выполнять любой формы, в частности, например, удлиненными, вытянутыми в длину, в виде утолщений, пальцевидными, в форме меандра, клиновидными, отогнутыми под углом, круглыми, эллипсоидными, эллиптическими, овальными, треугольными, четырехугольными, квадратными или прямоугольными, многоугольными, трапециевидными, в форме параллелограмма или форме многоугольника и/или в виде их комбинации.