專利名稱:氣動結(jié)構(gòu)元件的制作方法
本發(fā)明涉及根據(jù)權(quán)利要求
1的前序部分所述的氣動結(jié)構(gòu)元件。
一些可膨脹的管形中空本體形式的氣動結(jié)構(gòu)元件如在US3894307(D1)、US4712335(D2)、US5735083(D3)和FR2741373中已知。如果此種元件被橫向加載，則待述的目的主要在于包含有張力和剪力而沒有使元件坍縮。可包含張力的解決方案主要在專利文件D3和D4中為已知，而在專利文件D1和D2另外地公開了包含剪力的解決方案。
在專利文件D2中，剪力包含于張拉地保持于兩分立的結(jié)構(gòu)貼靠件之間的許多碳纖維桿中，如從增強水泥上。所述元件的氣動部分僅具有形成壓力桿而主要防止側(cè)向扭曲的目的。
在專利文件D1中，幾個所述的元件互相平行連結(jié)在一起成為一橋。張力包含在單獨地置于下面的纜繩中，而剪力包含在彼此靠著置成行的元件的橋板中。各元件自身在此必須固定以防扭曲以至兩纜繩平行與氣動元件延伸。
在最接近本發(fā)明的文件D1和D2中，所述布置確實具有張拉元件和剪切元件，然而，在生產(chǎn)和應(yīng)用上都非常昂貴。除此以外，單個氣動元件僅用作張拉和剪切元件之間分離的保持器，且在這一功能上，其可由其它輕的元件取代。本發(fā)明的目的包括生產(chǎn)帶有張拉和剪切元件的氣動元件，其可以簡單而又有效的成本生產(chǎn)，并可容易地組裝成復(fù)雜結(jié)構(gòu)元件和諸如屋頂、橋的結(jié)構(gòu)，還可以快速完成對其的建立。
本發(fā)明的目的在相對其基本特點的權(quán)利要求
1的特征部分和在相對進一步的有利特點的隨后的權(quán)利要求
作出闡述。
借助于附圖通過幾個實施例的描述，可更清楚地表現(xiàn)本發(fā)明的主題。其中
圖1a是表示氣動結(jié)構(gòu)元件的第一實施例的示意性的側(cè)視圖；圖1b是圖1a所示主體的透視圖；圖2是表示受力的示意性視圖；圖3a、b、c是第一實施例的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的視圖；圖4a至e是在改進的張拉元件的不同布置的視圖；圖5是第二實施例；
圖6是第三實施例；圖7是第一實施例的應(yīng)用示例性視圖；圖8a、b、c是第四實施例的三向視圖；圖9是圖8的元件的連結(jié)的示例性視圖；以及圖10是第五實施例。
圖1是表示本發(fā)明構(gòu)思的第一實施例代表的示意圖。此處所示元件包括一細(xì)長的基本上為柱形的中空本體1，該本體充有壓縮空氣，其長度為L并帶有縱向軸線A，并由柔性和氣密材料制成。在其上側(cè)連接有壓力桿2，該壓力桿上可作用軸向力。其端部形成為節(jié)點3，在所有情況下，兩張拉元件4緊固于節(jié)點上。在所有情況下，中空本體1的軸向端部載裝有蓋罩5；如這些蓋罩5之一裝備有閥門6，用于使中空本體1充氣或放氣。
該兩張拉元件4各以相對環(huán)繞方式按螺旋形式環(huán)抱該中空本體1，例如一圈各帶有一恒定節(jié)距。因此，它們在與壓力桿2相對的表面線7的中心位置處互相交叉。壓力桿2和表面線7都位于對稱平面E內(nèi)，其類似地包括中空本體1的標(biāo)記為A的縱向軸線。壓力桿2連接于該中空本體1上，使得例如在中空本體1的松弛狀態(tài)下可將其推入，如圖3a，b所示。這樣，將其固定防止側(cè)向扭曲。各種類型的節(jié)點3的結(jié)構(gòu)對于結(jié)構(gòu)工程師是公知的和熟悉的，因此在此可略去其代表性示例。
圖2是圖1a、b的元件的承載時的示例。對稱平面E內(nèi)的力Fm作用于壓力桿2的中心。其支撐于節(jié)點3。若忽略元件的自身重量，則支撐壓力FA作用于各節(jié)點3。如本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的，現(xiàn)從兩個節(jié)點3對壓力桿2施加純壓力FS，而對張拉元件4施加純張拉力FZ，從而與對稱平面E垂直的這些張拉力的矢量組分平衡為零，因而為向與對稱平面E垂直的元件提供足夠剛度和抗扭曲性。在由張拉元件4的張緊引起的中空本體1的表面壓力(單位牛頓/平方米)必須小于在中空本體1內(nèi)作用的過壓p時，獲得此元件的限制載荷。
圖3a、b、c是中空本體1的一些結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的代表的視圖。在圖3a的剖面中，以單獨的功能將中空本體1布置為一外層10，例如由織造織物制成，其承受力和張力載荷。在內(nèi)部，其隱含有合適彈性體的并由外殼10限定且保持成形的氣密封管11。例如，有連續(xù)或間斷的縫在該外殼10上的套筒12，13。套筒13接納壓力桿2，套筒12接納張拉元件4，其在此處示出的為平坦的條帶。
在圖3b的說明中，外殼10和管子11形成一功能性整體，標(biāo)記為壓力體14，例如其包括一塑料材料層壓的織物，并以已知方式縫、密封、焊接或膠粘。作為對套筒12，13的改型，壓力體14帶有幾個環(huán)圈15，16，從而簡易的環(huán)圈15設(shè)置成用于張拉元件4，其位置由其特征如測量線限定，然而用于壓力桿2的環(huán)圈16制成為所謂的絞盤環(huán)圈，其環(huán)繞壓力桿一圈。在壓力體14松弛狀態(tài)下，環(huán)圈16是自由的，可將壓力桿2推入而不用費力。然而，在壓力體14的工作狀態(tài)下，它們僅僅緊緊地繞著壓力桿2放置，從而防止其側(cè)向扭曲。根據(jù)放置在元件上的要求，所用材料可從寬的范圍內(nèi)選用。對于更為簡單的應(yīng)用，紡織材料諸如用于張拉元件4以及中空本體1的包層的聚合物線和織物，是完全足夠的和成本有效的。對于壓力桿2自身，可以使用簡易材料如竹桿。由于通過套筒13把壓力桿2很好地固定防止了側(cè)向扭曲，也可將壓力桿2從貼靠連結(jié)的各個單件放在一起。
然而，對于高的載荷，可提供芳族聚酰胺纖維的紡織材料；對于壓力桿2，可以提供使用以合適塑料材料母體的碳纖維的復(fù)合材料。
圖3a、b、c所示的實施例并不限于其結(jié)構(gòu)；受命解決這些細(xì)節(jié)的本領(lǐng)域技術(shù)人員還會有許多其可采用的進一步解決方案。
圖1a，b和圖2的氣動結(jié)構(gòu)元件的第一實施例最好適合于在元件的中心的一點載荷或均勻分布的載荷。如果必須將載荷分布優(yōu)化用于其它載荷應(yīng)用位置，則可增加張拉元件4的數(shù)量。這通過圖4a至e示出。
圖4a示出改進的中空本體1的圖1a，b和圖2的實施例。在圖4b中，各張拉元件4表現(xiàn)為繞中空本體1的兩完整圈，并在L/2處緊固于壓力桿2上。如果本發(fā)明的元件用作支撐梁或與其響應(yīng)的元件，則圖4b的實施例，支撐在L/2處是必要的。從而該實施例與圖4a中的一半L之上的對應(yīng)。
圖4c的實施例是關(guān)于張拉元件4的圖4a和b的疊加。由于中空本體1由張拉元件4支撐于如圖4a的L/2處，在此就不再需要中心支撐。而且，省去在L/2處對點載荷的選擇。
在圖4d的實施例中，應(yīng)用三對張拉元件4；從而元件適合于線載荷。在張拉元件4交叉的位置8處，它們彼此固定以防移動。圖4e是應(yīng)用兩對彼此平行的平行張拉元件4的視圖。不在壓力桿2的端部終止的張拉元件4也固定于節(jié)點元件。該實施例也強調(diào)在L/2處對點載荷進行選擇。
圖5、6示出非柱形中空本體1形式的兩實施例。圖5為環(huán)形中空本體1；則相關(guān)壓力桿2例如為弧形。
圖6的實施例是一雙錐體，帶有如弧形表面線。顯然，本發(fā)明的構(gòu)思包括形狀為截頭錐體的中空本體1。
圖5、6的實施例的張拉元件布置成類似于圖1、2。顯然，圖4a至e的所有在此適合地采用的實施例均類似于本發(fā)明。
圖7示出本發(fā)明的氣動結(jié)構(gòu)元件的如圖1、2的實施例的代表。幾個，如五個這種元件連結(jié)在一起成為橋18。在該橋18的各端部，軛架19把橋一側(cè)的所有的節(jié)點3連結(jié)在一起，并使施加的力FA指向元件。圖7所示的軛架19是透明的，由于此種軛架19的結(jié)構(gòu)對于本領(lǐng)域技術(shù)人員是公知的，則略去所有技術(shù)細(xì)節(jié)。
在包括中空本體1、壓力桿2、張拉元件4的元件之上，如木板20與它們成直角設(shè)置，并以公知的方式彼此連結(jié)，還與壓力桿2連結(jié)。橋18的圖中未示的另一端以類似方式構(gòu)造。顯然，其它公知類型的甲板蓋用于橋是可能的，如打孔鋼或其它合適的形式和材料。
用于中空本體1的同步及壓力平衡充氣的必要的歧管支管和閥門6，由于其技術(shù)狀態(tài)類似沒有示出。
圖8是本發(fā)明構(gòu)思的另一實施例的代表。圖8a是側(cè)視圖，圖8b是平面視圖，圖8c是剖面圖。包括各種制造改型的中空本體1以與圖1的相同方式構(gòu)造。然而，圖8的實施例有連接于側(cè)面的兩壓力桿2。各壓力桿2在各端帶有用于強制與壓力桿2和張拉元件4接合的節(jié)點3。盡管中空本體1有相同的直徑，其有效高度是減小的，然而，同時圖8的元件(用參考標(biāo)記22表示)位于用于接納正和負(fù)的彎曲動量的位置。如有必要，該減小的最大載荷能力明顯地通過選擇較大直徑的中空本體1來補償?？梢允褂萌缗c圖1、2的第一實施例類似或相同的裝置，實現(xiàn)把壓力桿2緊固于中空本體1上。另外，圖4a-e的關(guān)于張拉元件的描述也適用于圖8的實施例。
圖9所示的實施例是圖8的元件22的連結(jié)。許多此種元件22布置成彼此相互鄰接。各壓力桿2接納來自元件22的載荷的壓力，其沿圖9的兩鄰接元件22的矢量箭頭的方向(載荷力FL)。為了接納壓力桿2，把兩鄰接中空本體1的壁沿兩表面線通過縫、膠粘或焊接連結(jié)在一起，從而出現(xiàn)一縱向延伸槽2L通過使中空本體1充氣，把推入延伸槽21內(nèi)的壓力桿2夾持于中空本體1之間，其起初仍然松弛，并被固定防止在兩個方向上扭曲。利用這種布置，能產(chǎn)生一重量輕的跨度大的屋頂，且其具有額外的承受積雪載荷和風(fēng)的升力的優(yōu)點。
提供帶有圖8的兩壓力桿2的在圖5、6所示的實施例，其也還包含在本發(fā)明的構(gòu)思內(nèi)。而且，圖5和8的此種改型元件可圖9連結(jié)在一起。于是，可實現(xiàn)一凸面弧形屋頂；通過改變圖5和8的元件的曲率半徑及其長度，可形成一穹頂。
圖10示出本發(fā)明構(gòu)思的又一實施例。四個壓力桿2繞著柱形中空本體1以規(guī)則的間隔布置。各壓力桿2還在其各端部具有節(jié)點3，例如在任何情況下兩張拉元件4緊固于其上。為了清晰起見，在圖10中，各對與壓力桿2相關(guān)的張拉元件給出相同的標(biāo)記。使壓力桿2固定防止沿柱形中空本體1的方位角方向扭曲，通過套筒(類似于圖3的套筒13)防止向外徑向扭曲，以及通過中空本體1內(nèi)的過壓防止向內(nèi)徑向扭曲。這樣，獲得一特別輕且軸向上可高度負(fù)載的元件。通過適合的公知的裝置，能保證所有四個壓力桿上的軸向壓力載荷均勻地分布。
權(quán)利要求
1.一種氣動結(jié)構(gòu)元件，其帶有一由柔性材料制成的并可由壓縮空氣充氣的氣密的細(xì)長中空本體(1)，還有至少一壓力桿(2)和至少一對張拉元件(4)，其特征在于上述至少一壓力桿(2)沿表面線置于上述中空本體(1)上，并由套筒型元件(13，16)固定防止偏移和扭曲，上述至少一對張拉元件(4)緊固于上述至少一壓力桿(2)的兩端，為此目的，上述壓力桿(2)具有一節(jié)點(3)，用于通過彼此強制接合把上述壓力桿(2)和上述張拉元件(4)緊固，上述至少兩個張拉元件(4)各繞著上述中空本體(1)以螺旋反旋轉(zhuǎn)的形式放置，并在與上述壓力桿(2)相對的上述中空本體(1)的表面線(7)上互相交叉，上述節(jié)點(3)設(shè)計成接納支撐表面。
2.如權(quán)利要求
1所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，上述中空本體(1)包括一氣密封層壓的張拉織物，并具有至少一個用于充氣和放氣的閥門(6)。
3.如權(quán)利要求
1所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，上述中空本體(1)包括一形成外殼(10)的張拉織物，有一彈性體的氣密封管(11)，其插入上述外殼并具有至少一個用于充氣和放氣的閥門(6)。
4.如權(quán)利要求
2或3所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，其具有正好一個包括至少一件的壓力桿(2)，其沿著上述中空本體(1)的表面線延伸，其端部的節(jié)點(3)設(shè)計成用以接納支撐力，該支撐力橫切并成直角穿過中空本體(1)的縱向軸線。
5.如權(quán)利要求
4所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，正好有一對張拉元件(4)，用強制接合形式使其連接于上述壓力桿(4)，從而各張拉元件(4)以對立的形式表現(xiàn)為繞上述中空本體(1)的整數(shù)圈。
6.如權(quán)利要求
5所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，上述張拉元件(4)各表現(xiàn)為繞上述中空本體(1)的一圈。
7.如權(quán)利要求
4所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，正好有兩對張拉元件(4)，并使其連結(jié)到與上述壓力桿(2)成強制接合的上述節(jié)點(3)上，從而各對張拉元件(4)表現(xiàn)為繞上述中空本體(1)的整數(shù)圈。
8.如權(quán)利要求
7所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，一對張拉元件(4)表現(xiàn)為正好一個繞上述中空本體(1)一圈，另一對張拉元件(4)表現(xiàn)為正好兩繞上述中空本體(1)二圈。
9.如權(quán)利要求
4所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，有多于兩對的張拉元件(4)，以強制接合的方式與上述節(jié)點連結(jié)，從而各對張拉元件(4)表現(xiàn)為繞上述中空本體(1)的整數(shù)圈。
10.如權(quán)利要求
2或3所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，正好有兩壓力桿(2)，沿著上述中空本體(1)的兩相對表面線緊固防止扭曲，將上述節(jié)點(3)設(shè)計成，它們使各壓力桿(2)和與其相關(guān)的上述對的張拉元件(4)以強制接合形式連結(jié)，并適合于承受橫向支撐力，從而這些支撐力與上述壓力桿(2)和上述中空本體(1)的縱向軸線所處的平面(E)成直角。
11.如權(quán)利要求
10所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，上述中空本體(1)具有基本柱形形式。
12.如權(quán)利要求
10所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，上述中空本體(1)基本是圓環(huán)形式。
13.如權(quán)利要求
10所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，上述中空本體(1)于一側(cè)至少圓錐形地成形。
14.如權(quán)利要求
11或12或13所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，對于各壓力桿(2)，正好有一對張拉元件(4)，并在上述節(jié)點(3)處與上述相關(guān)壓力桿(2)成強制接合，從而上述張拉元件(4)各表現(xiàn)為一繞上述中空本體(1)的整數(shù)圈。
15.如權(quán)利要求
11或12或13所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，對于各壓力桿，有多于一對的張拉元件(4)，以強制接合的方式在上述相關(guān)節(jié)點(3)處連結(jié)，從而各對張拉元件(4)表現(xiàn)為繞上述中空本體(1)整數(shù)圈。
16.如權(quán)利要求
2或3所述的氣動結(jié)構(gòu)元件，其特征在于，正好有四個壓力桿(2)，并緊固防止沿表面線扭向上述中空本體(1)，此表面線彼此互相間隔90°。每個壓力桿(2)有至少一對張拉元件(4)，并在該壓力桿(2)的上述節(jié)點(3)處用強制接合形式連結(jié)，各對張拉元件(4)具有繞上述中空本體(1)的整數(shù)圈，上述節(jié)點(3)也設(shè)計成，用于接納軸向延伸至上述中空本體(1)的力。
專利摘要
一種氣動結(jié)構(gòu)元件，其包括一基本上柱形氣密的中空本體(1)，其半徑為r
文檔編號E04H15/20GKCN1145733SQ01800683
公開日2004年4月14日 申請日期2001年2月19日
發(fā)明者莫羅·佩德里蒂, 莫羅 佩德里蒂 申請人:莫羅·佩德里蒂, 莫羅 佩德里蒂導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan