包括紙板的結構元件的製作方法
2023-05-18 19:02:56
包括紙板的結構元件的製作方法
【專利摘要】本發明提供結構元件，這些結構元件包括細長形的內部構件和細長形的外部構件，該細長形的外部構件包圍所述內部構件，其中，中間部分與所述內部構件聯合地限定第一包心子結構，該中間部分包封內部構件，並且與內部構件的外表面緊密相聯，而從中間部分延伸和與中間部分成一體的、並且彼此面對且接觸的兩個側面部分，聯合地限定第二分層子結構。本發明還提供用來製造這樣的結構元件的方法。
【專利說明】包括紙板的結構元件
【技術領域】
[0001]本發明涉及包括紙板的結構元件，特別是涉及細長形負載承受元件。
【背景技術】
[0002]WOl 1067742公開了一種人力陸地車輛，這種人力陸地車輛足夠剛硬，從而運載騎車人。車輛由可漿化回收的材料和可切碎回收的材料建造。
【發明內容】
[0003]本發明基於如下認識:適當形成的紙板可以成形為細長形(例如，杆狀或梁狀)結構元件，這些細長形結構元件可以用在框架中，例如但不限於用在自行車車架中。按照本發明，如此形成的紙板可以是在包裝或裝運時使用的類型的紙板片，如具有可壓縮網格結構的內部層的紙板片(例如，形成為具有多個單元，例如由交叉紙板帶條形成的稜柱單元、蜂窩形單元、波紋紙板、波紋纖維板、等等)，該可壓縮網絡狀結構具有總體上比較低的密度，該內部層夾持在兩個大體平面層之間。板片可以是單壁或多壁紙板片，並且可以是在技術中已知的種類的。
[0004]術語「波紋紙板」這裡指各種強度的增固紙，範圍從單個厚紙片的簡單布置到特徵在於多個波紋和無波紋層的複雜構造。
[0005]術語「波紋纖維板」這裡一般指紙基材料，這種紙基材料包括帶槽的波紋板片以及一塊或兩塊平的掛麵紙板。這樣的材料廣泛地用在波紋箱和裝運容器的製造中。
[0006]本發明通過其第一方面提供一種結構元件，這種結構元件包括細長形的內部構件和細長形的外部構件，該細長形的外部構件包圍所述內部構件。內部構件具有外表面，該外表面具有倒圓的圓周，例如圓形圓周。外部構件由紙板製成，並且成形為具有中間部分，該中間部分具有倒圓的內表面，該倒圓的內表面包封內部構件的至少一部分，並且與內部構件的外表面緊密相聯(例如，粘結到內部構件的外表面上)，從而與所述內部構件聯合地限定第一包心(core-envelope)子結構。所述包心子結構的外表面可以是倒圓的或者可以具有其它輪廓，特別是在其內表面相對於所述內部構件的外表面的緊密聯接是在模具中進行的場合，其中外部輪廓將由模具成形。外部構件還具有從中間部分延伸並且與中間部分成一體的兩個側面部分，這兩個側面部分彼此面對且接觸，以聯合地限定第二分層子結構。這兩個一體式子結構聯合地將負載承受或抗彎性能賦予結構元件，該負載承受或抗彎性能比內部構件的負載承受或抗彎性能顯著地大，例如是所述內部構件的負載承受或抗彎性能的至少2倍、5倍或甚至至少10倍。另外，由於具有兩構件的結構元件的密度或細微結構的非均勻性，後者與基準結構元件相比已經顯著地增強負載承受或抗彎性能，該基準結構元件具有相同的長度和重量，但具有單體構造，該單體構造具有密度和細微結構的均勻性。
[0007]通過一些實施例，外部構件由單片紙板構造，或者由兩個或更多個例如堆疊的紙板片構造。紙板片作為非限制性例子可以是單壁或多壁波紋紙板片。構造可以是這樣的，從而外部構件是單個紙板片，該單個紙板片具有變形以緊密地跟隨內部構件的外表面輪廓的部分，該部分附接到內部構件的外表面輪廓上並緊密地跟隨內部構件的外表面輪廓，所述部分與所述內部構件限定所述第一子結構，該第一子結構與第二子結構成一體，該第二子結構由兩個相對的側面部分限定。可選擇地，外部構件可以由兩個紙板片構造，這兩個紙板片變形以聯合地限定外部構件的相對的(例如對稱的)部分；例如，兩個部分關於縱向對稱平面是彼此的鏡像，每一個限定所述中間部分的半部和相應的側面部分。
[0008]通過其第二方面，本發明提供一種用來製造結構元件的方法，這種方法包括(按給定順序或按任何其它順序):提供(i)具有倒圓的圓周的細長形構件，和(ii)具有相對的第一和第二表面的單片或多片大致平面的紙板結構；將紙板結構形成為具有中間部分(即布置在結構的兩個相對邊緣之間某處的部分)，該中間部分繞所述細長形構件緊密地包裹；以及將所述部分的第一表面帶到與細長形構件的外表面緊密相聯，由此限定第一包心子結構。側面部分，即位於中間部分側面並且從中間部分朝所述相對邊緣延伸的部分，限定與其成一體的第二分層子結構。典型地，側面部分的相對表面彼此固定。有時，中間部分也可以固定到細長形構件的外表面。細長形構件限定成品元件中的內部構件。
[0009]通過一些實施例，結構元件構造成具有縱向對稱平面，該縱向對稱平面在兩個側面部分之間通過。在這樣的實施例中的側面部分可以在它們的第一表面處彼此固定。通過一些實施例，結構元件在其不同部分處具有不同厚度。典型地在所述外部構件由變形的單件紙板片製成的場合，板片在其原始不變形狀態下具有給定厚度T，並且在變形之後，所述倒圓部分在其頂部處具有厚度T'，厚度T'小於T，並朝所述側面部分逐漸增大，這些側面部分典型地具有厚度T。
[0010]具體地說，在紙板片繞細長形構件摺疊期間，紙板片開始抵靠細長形構件機械地按壓，由此部分地壓縮內部層，並且使紙板片在倒圓部分處具有較小厚度T'。內部層的這種壓縮可能用來促進結構元件的機械上更牢固的結構。
[0011]通過一些實施例，分層子結構的厚度(例如，2XT的厚度)與包心子結構的直徑大致相同。
[0012]通過其它實施例，在包心子結構的其倒圓部分內每單位表面面積的紙板結構的比重大於所述側面部分的比重。這可以典型地是在中心部分內紙板片的內部的變形導致的受壓或壓縮(這可導致壓實)的結果。
[0013]通過一些實施例，內部構件由木材或紙板製成。
[0014]結構元件能夠支撐沿與其縱向軸線相垂直的方向的、為所述元件的重量的至少10倍的負載。
[0015]結構元件限定具有給定的幾何形狀和尺寸的本體，並且能夠支撐是基準元件可支撐的最大負載的至少10倍的負載，該基準元件是單部件本體，該單部件本體由與所述內部構件的材料相同的材料製成，並且具有所述給定的幾何形狀和尺寸。
[0016]通過一些實施例，外部構件在其倒圓部分處包括單層紙板；儘管通過其它實施例，倒圓部分可以包括兩層或更多層紙板。
[0017]通過一些實施例，結構元件可以包括一根或多根加強銷，該一根或多根加強銷穿過第一子結構和第二子結構的一個或兩個配合。典型地，一根或多根銷穿過且橫跨第二子結構配合。
[0018]通過一些實施例，結構元件包括外部塗層(一個或多個)，例如耐火塗層、耐液體塗層、耐劃傷塗層以及其它環境耐受塗層(一個或多個)中的一個或多個。
[0019]本發明也通過其另一個方面提供一種裝置，這種裝置包括上述結構元件的一個或多個。該裝置可以是用在例如輪式車輛(例如自行車)中的車架。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]為了更好理解這裡公開的主題和示意它如何可以在實踐中實施，現在僅作為非限制性例子，參照附圖將描述實施例，在這些附圖中:
[0021]圖1是根據本發明的結構元件的示意等軸測圖；
[0022]圖2和3是沿在圖1中示出的平面I1-1I的、根據本發明的結構元件的兩個實施例的示意橫截面圖；
[0023]圖4A-4C示出了形成圖2的結構元件的過程；
[0024]圖5-7是根據本發明的結構元件的三個更多實施例的示意橫截面圖；以及
[0025]圖8是自行車的車架的示意說明，該車架包括根據本發明的結構元件。
【具體實施方式】
[0026]現在參照圖1,圖1示出了細長形結構元件20。細長形結構元件20具有縱向軸線L、從頂部24向下延伸的第一上部倒圓子結構22、與第一子結構22成一體的第二底部基本矩形子結構26。細長形結構元件20的外表面由一個或多個塗層塗敷，如由耐火塗層、耐液體塗層、耐劃傷塗層及其它環境耐受塗層(一個或多個)塗敷。
[0027]按照本發明的兩個例子的結構元件的橫截面示意性地示出在圖2和3中，橫截面沿圖1的平面I1-1I取得。在兩個例子中，結構元件20包括細長形的內部構件30和細長形的外部構件32，該細長形的外部構件32包圍內部構件30。內部構件30具有外表面，該外表面在這個非限制性示例性實施例中具有倒圓的圓周，該倒圓的圓周在這些具體例子中是圓形的；然而，諸如卵形、橢圓形、或多邊形的其它構造也可是可能的。內部構件30典型地由木材或紙板製成。
[0028]外部構件32由紙板製成，該紙板可以是單壁、雙壁或多壁波紋紙板/纖維板結構。如可看到的那樣，外部構件32在這個示例性實施例中具有倒圓的中間部分，該倒圓的中間部分包封內部構件30，並與其外表面緊密相聯，並且與內部構件30聯合地限定第一包心子結構22。兩個側面部分34從倒圓部分延伸，並且與倒圓部分成一體。側面部分彼此面對且接觸，以聯合地限定第二分層子結構26。
[0029]在圖2的例子中，側面部分34形成兩層子結構26，而在圖3的例子中，側面部分34向內部摺疊，以一起形成四層子結構26。應該注意，圖2和3是在本質上是示意圖，並且Dl和D2的相對尺寸(這些尺寸為了簡單僅標記在圖2中)可以與示出的不同(例如，與示出的相比，D2比Dl可以相對更長；等等)。這種關於示意性質和相對尺寸的注釋也適用於在附圖中示出的其它實施例。
[0030]作為由圖3的構造的進一步簡化，但也可以用在其它構造中，例如用在圖2的構造中，結構元件可以包括一根或多根加強銷，如銷40。銷(一根或多根)40 一般可以穿過第一子結構22或第二子結構26配合。典型地，如圖所示，銷40穿過且橫跨第二子結構26配合。
[0031]如可看到的那樣，這些側面部分關於縱向對稱平面是彼此對稱的，該縱向對稱平面在側面部分34的相對表面36A和36B之間通過。相對表面36A和36B典型地彼此固定，例如通過粘結。而且，倒圓部分22的這些相對表面和構件30的外表面可以適當地彼此固定，例如通過粘結。
[0032]現在參照圖4A-4C，示意示出了用來製造在圖2中示出的種類的結構元件的過程中的步驟。在圖4A中示出的第一步驟處，使具有給定厚度T的波紋紙板片50與細長形構件相接觸，該細長形構件在最終結構元件中構成內部構件30，並且相應地同一附圖標記用來指示這個構件。然後，如圖4B所示，紙板片通過使它抵靠構件30按壓而變形，以最終包裹構件30，如圖4C所示。變形使波紋紙板片50受壓，並且使它壓縮，並因此其厚度沿板片變化，最小厚度T'在頂部24處，並且朝側面部分的邊緣逐漸增大，這些側面部分保持原始厚度T。兩個一體式子結構22和26的組合利用它們的不同構造提供了改進的機械性能，這些機械性能包括結構元件20的增強的負載承受和抗彎能力。典型地，這些改進的性能也是結構元件內的非均勻密度的結果，該非均勻密度由具有不同密度的不同構件的組合得到，並且典型地也由沿外部構件的非均勻密度得到。例如，這樣的改進的性能與基準結構元件的負載承受或抗彎能力相比，提供了負載承受或抗彎能力值的至少2倍、5倍或甚至10倍增大，該基準結構元件具有相同的整體重量和長度，但與本發明的結構元件相反，具有大體均勻的密度。
[0033]外部構件32的可選擇構造示意地示出在圖5-7中。在圖5中，外部構件32由兩個波紋紙板片製成，這兩個波紋紙板片變形成外部構件的兩個相對部分60A和60B。在圖6中，與圖5的構造不同，將側面部分以與圖3中相似的方式摺疊。在圖7中，紙板片繞構件30包裹兩次，一次以與在圖4A-4B中示出的相似的方式，然後將側面部分沿相反方向在62A和62B處摺疊，以繞構件30形成另一個層。
[0034]在圖2、3、5_7中示出的構造中，變形而形成外部構件32的紙板片可以是單壁、雙壁或多壁波紋紙板片。
[0035]現在參照圖8，說明自行車的一部分，該自行車具有車架70，該車架70具有按照本發明實施例構造的的多個結構元件20。應該理解，結構元件可以具有實施本發明的特徵的相同或不同構造。如可注意到的那樣，結構元件可以構造有不同的幾何形狀，並且也可以通過粘結、通過加強銷的使用或通過任何其它連機構的使用接合到其它元件。
【權利要求】
1.一種結構元件,包括: 細長形的內部構件和細長形的外部構件，該外部構件包圍所述內部構件， 所述內部構件具有外表面，該外表面具有倒圓的圓周， 所述外部構件由紙板製成，並且包括:倒圓部分，所述倒圓部分包封內部構件，與內部構件的外表面緊密相聯，並且與所述內部構件聯合地限定第一包心子結構；和兩個側面部分，所述兩個側面部分從倒圓部分延伸並與倒圓部分成一體，並且所述兩個側面部分彼此面對且接觸，以聯合地限定第二分層子結構。
2.根據權利要求1所述的結構元件，具有的負載承受性能或抗彎性能比所述內部構件的負載承受性能或抗彎性能顯著地大。
3.根據權利要求2所述的結構元件，具有的負載承受性能或抗彎性能是所述內部構件的負載承受性能或抗彎性能的至少2倍、5倍或者甚至至少10倍。
4.根據權利要求1-3任一項所述的結構元件，具有的負載承受性能或抗彎性能是具有相同長度和重量、但具有均勻密度的基準結構元件的負載承受性能或抗彎性能的至少2倍、5倍或者甚至至少10倍。
5.根據權利要求1-4任一項所述的結構元件，其中，外部構件由單片紙板構造。
6.根據權利要求1-4任一項所述的結構元件，其中，外部構件由兩片或更多片紙板構造。
7.根據權利要求1-6任一項所述的結構元件，其中，外部構件由一個或多個單壁或多壁波紋紙板片製成。
8.根據權利要求1-7任一項所述的結構元件，其中，外部構件由單壁或多壁波紋紙板片製成，該單壁或多壁波紋紙板片變形，以限定一體式的第一包心子結構和第二分層子結構。
9.根據權利要求1-7任一項所述的結構元件，其中，外部構件由兩個單壁或多壁波紋紙板片構造，這兩個單壁或多壁波紋紙板片變形，以聯合地限定外部構件的相對部分。
10.根據權利要求1-9任一項所述的結構元件，具有縱向對稱平面，該縱向對稱平面在所述兩個側面部分之間通過。
11.根據權利要求8所述的結構元件，其中，外部構件的兩個相對部分關於在所述兩個側面部分之間通過的縱向對稱平面是彼此的鏡像，所述相對部分的每一個限定倒圓部分的半部和相應的一個側面部分。
12.根據權利要求1-11任一項所述的結構元件，其中，所述側面部分在它們的第一表面處彼此固定。
13.根據權利要求1-12任一項所述的結構元件，其中，所述外部構件在其不同部分處具有變化的厚度。
14.根據權利要求1-13任一項所述的結構元件，其中，所述外部構件由變形的單件紙板片製成。
15.根據權利要求14所述的結構元件，其中，所述紙板片在其原始不變形狀態下具有給定厚度T，並且在變形之後，所述倒圓部分在其頂部處具有厚度T'，頂部處的厚度T'小於給定厚度T，並且朝所述側面部分逐漸增大。
16.根據權利要求15所述的結構元件，其中，側面部分具有厚度T。
17.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，其中，在所述倒圓部分內每單位表面面積的材料的比重大於所述側面部分的比重。
18.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，其中，所述側面部分具有基本上彼此平行的外表面。
19.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，其中，所述內部構件具有圓形橫截面。
20.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，其中，內部構件由木材或紙板製成。
21.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，所述結構元件能夠支撐沿與其縱向軸線相垂直的方向的、為所述結構元件的重量的至少10倍的負載。
22.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，包括一根或多根加強銷，該一根或多根加強銷穿過第一包心子結構和/或第二分層子結構配合。
23.根據權利要求22所述的結構元件，其中，所述一根或多根銷穿過且橫跨第二分層子結構配合。
24.根據以上權利要求任一項所述的結構元件，其中，結構元件包括外部塗層。
25.根據權利要求24所述的結構元件，其中，外部塗層包括耐火塗層、耐液體塗層、耐劃傷塗層以及其它環境耐受塗層中的至少一種。
26.—種包括一個或多個根據以上權利要求任一項的結構元件的裝置。
27.根據權利要求26所述的裝置，包括由所述一個或多個結構元件形成的框架結構。
28.一種輪式車輛，包括根據權利要求1-25任一項所述的結構元件。
29.一種自行車，包括根據權利要求1-25任一項所述的結構元件。
30.一種用來製造結構元件的方法，包括(按給定順序或按任何其它順序): 提供(i)具有倒圓的圓周的細長形構件，和(ii)具有相對的第一表面和第二表面的單片或多片紙板結構； 將紙板結構形成為具有中心部分並且具有側面部分，該中心部分繞所述細長形構件緊密地包裹，並且使所述中心部分的第一表面與細長形構件的外表面緊密相聯，由此限定第一包心子結構，這些側面部分彼此相對，以限定與第一包心子結構成一體的第二分層子結構。
31.根據權利要求30所述的方法，還包括將所述中心部分固定到所述細長形構件。
32.根據權利要求30或31所述的方法，還包括將側面部分的相對表面彼此固定。
33.根據權利要求30至32任一項所述的方法，還包括使所述中心部分壓縮或受壓。
34.根據權利要求30至32任一項所述的方法，還包括使所述中心部分壓縮或受壓，由此使中心部分的厚度變得小於在所述形成之前所述板片的厚度。
35.根據權利要求30至34任一項所述的方法，其中，結構元件的負載支撐能力或其抗彎性能顯著地高於所述細長形構件的負載支撐能力或抗彎性能。
36.根據權利要求35所述的方法，其中，負載支撐能力或抗彎性能是所述內部構件的負載支撐能力或抗彎性能的至少2倍、5倍或者甚至至少10倍。
37.根據權利要求30至36任一項所述的方法，包括將一個或多個加強銷插入到第一包心子結構和/或第二分層子結構中。
38.根據權利要求37所述的方法，包括將所述加強銷的一個或多個插入到第二分層子結構中並且橫跨第二分層子結構。
39.根據權利要求30至38任一項所述的方法，包括對結構元件進行塗敷。
40.根據權利要求39所述的方法，所述塗敷包括將耐火塗層、耐液體塗層、耐劃傷塗層以及其它環境耐受塗層中 的至少一種或多種塗敷到結構元件上。
【文檔編號】B62K19/02GK103930342SQ201380003052
【公開日】2014年7月16日 申請日期:2013年10月13日 優先權日:2012年10月18日
【發明者】I·加夫尼 申請人:I.G.紙板技術有限公司