扭彎空心杆的方法

2023-05-01 08:07:36 1

專利名稱：扭彎空心杆的方法
技術領域：
公開了一種將空心杆扭彎為期望的縱向扭彎螺旋形狀的方法。該空心杆可以形成欄柵、欄杆、金屬結構以及類似建築元件的部分或者全部，其中扭彎螺旋形狀可以用作裝潢或裝飾目的。還公開了多個用於扭彎空心杆的零件或部件。
背景技術：
除了提供防護作用，形成欄柵、格柵、分隔物、欄杆、其他金屬結構工件、門窗的透空罩或防護欄、百頁窗、格子窗以及類似的建築或家具元件的整排杆可以被處理以改進其原有簡樸的圍隔外觀。尤其是，為了美感或裝飾，每個杆都可以被有目的地沿著其縱向軸線變形或者定形成特定的扭彎樣式，產生扭彎或螺線狀的螺旋。美國專利第5，107，694號(Kemp)公開了通過一裝置將這種扭彎運用到杆或帶的實例。由於材料條或細杆是實心的，現有技術中的這種裝置可以利用輥軋機來形成杆上面的螺線扭彎。通常，為了提供必要的拉伸強度，杆並非必需是實心的，諸如示為I型梁(或H 型梁)橫截面的杆。也眾所周知的是，雖然I型梁的翼緣(水平元件)對於承受腹板(豎直元件)平面內的彎曲和剪切非常有效，但是在承受扭曲方面是低效的，在承受扭曲方面， 空心結構截面是優選的。本領域中已知的用於扭彎空心或管狀元件的方法包括在美國專利第5，410，808 號(G印pelt等)中公開的用於扭彎空心雙壁管(即具有圓柱形橫截面的杆)的方法。現有技術中用於扭彎具有矩形橫截面的空心棒的方法包括美國專利第5，771，726號(Bibby 等)，該專利公開了用於扭彎用作窗簾導軌的具有開縫矩形外形的空心棒的方法和裝置。除了允許窗簾棒在端部相同扭彎美感地被伸長的伸縮特徵以外，Bibby的這篇文獻也提到開縫杆的問題與閉縫或者無縫或者管狀杆相比，對扭彎有更大的彈性，這是由於在從扭彎裝置釋放後，或者當力的力矩移走時，這些杆傾向於部分或全部地回彈到其未扭彎狀態。對於管狀杆而言，扭彎常常是不可逆的，並且一旦被扭轉，一旦破壞了材料的彈性點，材料就會永久變形。隨後在杆上進行的任何工作會因此導致材料疲勞或者材料失效。所以，期望在製造扭彎杆的過程中保持一定的彈力，以使得扭彎可以一定程度地退回，並且可以重新扭彎來調整到合適的長度、美感，而並不影響拉伸或結構強度，並且使得如果產生微小的工藝誤差或者需要規格的細微調整，正在進行製作的杆無需被丟棄。當然，眾所周知， 材料的彈力和從變形中的恢復取決於使用的材料(諸如空心杆是否由金屬、合金或聚合物 (包括塑料)製成)以及它的材料特性(如彈性、扭曲強度、剪切強度和拉伸強度等)。

發明內容
在本發明中已經盡力為空心杆的製造做準備，所述空心杆的構造為扭彎應力提供了增加的彈性。由於該彈性，也已經盡力為用於扭彎和支護所述杆的扭彎形狀的各種器件和方法做準備，所述器件和方法取決於用於製造空心杆或其部件和零件的材料的性質，例如金屬型材是否是被擠壓出的，或者空心杆部件是否由(被衝壓、壓制或彎曲成形的)金屬板材或金屬條，輥軋、擠壓的塑料型材等成形。本發明的創造性構思是提供分離的縱向部件，所述縱向部件可以被裝配組成空心細長構件，以使得在沒有破壞材料的疲勞極限的情況下每個部件都可以被扭彎。在釋放扭彎應力或者移走力的力矩之後，由於部件的材料彈性，部件可以基本回到其原始形狀。因此，除了為每個空心杆增加螺旋旋轉，還可以為重新使用或者重新扭彎以進行調整或者重新安裝而釋放扭彎的杆。為了這些目的，本發明包括將空心細長構件縱向扭彎到期望的螺旋形狀的方法， 該方法包括製造多個整體帶有接頭器件的縱向部件，所述縱向部件可互補地相互固定，以形成所述空心細長構件。在用所述接頭器件將所述多個縱向部件固定以裝配所述空心細長構件之後，已裝配的空心細長構件隨後被扭彎到期望的螺旋形狀。本發明的一個特徵是接頭器件的存在，所述接頭器件容忍受限的樞軸運動，該受限的樞軸運動由於所述空心細長構件的扭彎產生的力的力矩所引起。所述接頭器件可以沿著所述縱向部件中的每一個的連接邊緣設置，並因此能夠形成連續的縱向接頭。所述接頭器件可以從包括鉸接接頭、球窩接頭、樞軸接頭和單軸接頭的榫槽類型中的任意一個或組合中選擇。本發明的其他特徵是所述縱向部件可以由擠壓、衝壓、壓制、彎曲或輥軋方法中的任意一種或組合來製造。優選地，所述空心細長構件包括一對相同的縱向部件，其互補地形成所述空心細長構件。進一步優選地，所述空心細長構件具有從包括三角形；包含矩形、正方形、菱形、平行四邊形、立方形(cuboid)的四邊形；橢圓、卵形等等中任一個的多邊形中選擇的橫截面外形。本發明的一個方面是提供支護，以保持所述空心細長構件處於所述期望的扭彎的螺旋形狀。在一個實施方案中，所述支護包括與所述縱向部件整體製造的裝置，在裝配之後，所述裝置能夠在所述空心細長構件內形成內部支護裝置。優選地，所述內部裝置部件包括套筒，該套筒由與所述縱向部件中的每一個成整體的互補半圓柱形半部分(halves)而形成，並且其中所述半圓柱形半部分通過套管接頭可互相接合。更優選地，棒可插入所述套管，並且在所述空心細長構件的每個端部使用保持銷來刺穿所述套管和所述棒，從而防止期望的螺旋形狀散開。在另一個實施方案中，所述支護步驟包括提供附有多個支護板的棒，所述支護板沿著所述棒以合適的間隔和取向放置，以內部地支撐所述空心細長構件的期望扭彎的螺旋形狀。所述支護板優選地設有用於插入接縫的槽，所述接縫由輥軋的縱向部件的邊緣形成。所述支護裝置的又一個實施方案包括在所述空心細長構件的每一個端部處設置端部支護器件，以防止所述期望扭彎的螺旋形狀散開。優選地，所述端部支護器件被連續地設置以用於一排的空心細長構件。使用上述方法的產品或部件包括前述縱向部件、空心細長構件，並且根據前述方法扭彎的多個空心細長構件形成欄柵、格柵、分隔物、欄杆、金屬結構工件的裝潢或裝飾元件、門窗的透空罩或防護欄、百頁窗、格子窗以及類似的建築或家具元件中的全部或部分。


根據帶有下文詳細描述的示例性和非限制性的附圖，可以理解本發明，其中
圖1示出了根據本發明的空心杆的第一實施方案的橫截面圖；圖2以被支護和扭彎的空心杆的不同階段的立體外形圖示出了第二實施方案；圖3舉例了帶有保持器件的第二實施方案的橫截面圖；圖4和圖5描繪了根據本發明的空心杆組件中兩個替代的接頭器件；圖6示出了根據本發明的空心杆的第三實施方案的橫截面圖；圖7示出了第四實施方案，其中外部支護器件被用以保持空心杆的扭彎外形；圖8例示了第五實施方案，其中內部支護器件被用於相同目的；圖9描繪了圖8中實施方案的橫截面圖和該實施方案中接頭的細節；圖10示出了根據本發明的空心杆的第六實施方案的橫截面圖；圖11以被加強和扭彎的空心杆的不同階段的立體外形圖示出了第六實施方案；圖12舉例了第六實施方案，其中內部支護器件被用於保持扭彎形狀；圖13描繪了第七實施方案，其中內部支護器件用於保持橫截面外形，而不是用於扭彎保持的目的；圖14示出了由外部支護器件保持的第七實施方案；圖15示出了第八實施方案，其中內部支護器件被用於保持空心杆的扭彎外形；圖16例示了帶有內部支護器件的第八實施方案的橫截面圖。
具體實施方案為了描述的方便並避免重複，說明書中採用的一些術語具有下列含義「空心杆」可以包括空心細長構件、管狀構件以及可以被用作欄杆、欄柵、格柵和類似金屬結構的空心杆元件的類似成型件；以及「扭彎」包括施加動作或力以沿著空心杆的縱向軸線扭彎空心杆，從而產生所述杆的扭彎、螺旋變形；以及「力矩」或者「力的力矩」被解釋為施加到杆以產生所述扭彎或螺旋變形的力矩。為了在空心杆被扭彎到期望的螺旋形狀的同時增加空心杆對扭彎應力的彈性，現已經提出用多個縱向部件(100、102)製造空心杆，例如在圖1中以橫截面圖示出的一個示例性空心杆，所述縱向部件(100、10幻可以互補地彼此固定，以形成完整的空心杆或細長構件(10)。所述部件(100、10幻中的每一個都設有可以互補地固定到其他部件的接頭器件上的接頭器件(106、108)，藉此，將縱向部件(100、10幻綑紮以形成完整的空心杆(10)。縱向部件(100、10幻中的每一個都可以通過批量生產來製造(例如通過輥軋或擠壓)，以使得隨後在別處可以使用人工操作的機器或自動化機器來裝配所述批量生產的部件，從而將所述部件插入或卡入到空心杆中，儘管也可以手工完成組裝。完成的空心杆也可以手工或者在機器或操作員控制的幫助下扭彎，或者由自動化機器扭彎。因此，對於手動組裝和手動扭彎，縱向部件(100、102)因此可能以在五金商店作為備用部件生產並銷售，以使得DIY( 「自己動手」)用戶可以在接頭處插入或卡入之前購買少量待被切割成期望長度的部件，以完成杆的組裝並手動地將其扭彎到期望的螺旋形式。—旦縱向部件(100、102)被裝配並接合以形成空心杆(10)，完成的空心杆(10)隨後可以被扭彎或被施加扭彎應力以實現期望的螺旋形式。由於多個縱向部件(100、102)之間的多個接頭(106、108)，在接頭處或者沿著相鄰縱向部件的接縫或接合邊緣允許受限的樞軸運動，以從由扭彎引起的力的力矩中提供一些應力釋放。因此，在該構造中，空心杆作為一個整體能夠在沒有達到材料疲勞或永久變形的情況下承受更大的扭彎應力。接頭器件(106、108)可以從包括鉸接接頭、球窩接頭、樞軸接頭和單軸接頭的榫槽(tongue-in-groove)類型中的一個或幾個的組合中選擇。例如，明顯的是，圖1中(106， 108)、圖 3 中(106，108)、圖 4 中(106，108)、圖 5 中(204，206)、圖 6 中(204,206)和圖 9 中示出的鉸接接頭，圖10和圖12、以及圖13、15和16中010)以如下形式示出的鉸接接頭的變體接縫被卷至或插入一條形卷邊槽中。上文的描述和附圖中明顯的是，縱向部件可以由常規的擠壓、衝壓、壓制、彎曲或輥軋方法中的任何一個或幾個的組合來製造。例如，如圖10所示，空心杆可以包括已經由輥軋方法形成的兩個縱向部件(301、30幻和可以通過擠壓來製作、並放置在杆的空心部件中的支護器件。在圖1的實施例中，支護器件可以通過擠壓與縱向部件整體形成。為了製造和裝配的容易，縱向部件可以被設計為多個縱向部件是相同的，以使得多個相同部件可以被互補地裝配以形成空心杆。例如，圖1空心杆的波形平行四邊形橫截面可以由兩個相同的縱向部件(100、102)形成，縱向部件(100、102)也為互補和整體延伸進入已完成杆的空心部件做準備，從而為內部支護器件做準備。為了美感，空心杆的橫截面外形可以從合適的多邊形外形中選擇。其他多邊形外形的實例可以包括三角形、四邊形，包含矩形、正方形、菱形、立方形、平行四邊形，以及圓形，包含橢圓、卵形和類似形狀。儘管縱向部件數量的增加可以增加空心杆扭彎的靈活度和彈力，但是為了製造和裝配的容易，最好將數量限制為兩個部件。如上文已經介紹的，可以優選地設置一些形式的使空心杆保持為矩形和扭彎形式的支護，以防止扭彎或螺旋形式的倒塌和散開。這些支護的實例——包括內部支護和外部支護——都將在下文中參考附圖描述。如前文描述的，圖1示出了具有近似平行四邊形橫截面的空心杆(10)，該空心杆包括兩個相同縱向部件(100、102)，所述縱向部件(100、10幻可以通過鉸接接頭器件(106、 108)沿著縱向邊緣彼此接合。在該實施方案中，內部支護器件以半圓柱形半部分或半圓柱形壁的形式提供，所述半圓柱形半部分或半圓柱形壁通過連接翼(tie wings)被整體連接到縱向部件的內表面。每個半圓柱形壁的邊緣可以形成有套管接頭，所述套管接頭可以是互補地接合以形成套管或圓柱形管(116)的榫槽接頭器件(110、112)。圖2連續地示出了棒(118)可以如何插入在空心杆被扭彎成期望螺旋形式之前形成的圓柱形管(116)。如圖3所示，為了保持螺旋或防止不能扭彎成螺旋，保持銷(120)可以被用於在杆(10)的每個端部刺穿套管(116)和棒(118)。鉸接接頭的許多變形可以被使用，例如在圖4和圖5中示出的榫槽類型的基本變形。圖5中示出的接頭類型的一個應用被用在圖6示出的縱向部件O00、202)中，圖6中空心杆不包括任何內部支護器件。相反，以端部框架Ο10、212)形式的外部支護器件用於保持扭彎的空心杆008)的端部，以防止其螺旋形狀的散開。端部框架可以是上端部框架 (210)中示出的孔槽(214)類型或者是下端部框架012)中示出的開孔或凹口(213)類型中的一種或組合，其中，端部框架上的凹口或開孔使得空心杆的寬度截面被插入其中。如圖 7中進一步示出的，可以沿著端部框架設置一系列孔或槽(214)和/或凹口 013)，以保持一排扭彎的空心杆008)。
圖8和圖9中示出了內部支護的另一個實施方案，其中，沒有使用被插入穿過與縱向部件整體形成的套管的棒，而是使用具有矩形橫截面的管(216)。支護板(218)被用於代替整體套管，藉此，提供對應於矩形管(216)橫截面的孔口，以使得該管能夠被插入穿過支護板018)。如圖8示出的，支護板(218)可以按這樣的取向插入，使得在插入點處適合扭彎的空心杆。板(218)插入的橫截面視圖以及適於容忍空心杆的接頭和在該接頭O09)附近的內拐角的板018)的尖端的細節圖在圖9中示出。按此方式，支護板018)能夠緊靠矩形管(216)在杆的空心截面中提供滑動配合，並且有效地保持杆的扭彎形式。根據需要的扭彎角度和用於製造縱向部件的材料的彈力，可以沿著矩形管(216) 的螺旋形式在合適的方向上採用多於兩個的支護板(218)。對於輥軋的空心杆(300)，雖然可以通過衝壓、彎曲或壓制、輥軋方式來製造縱向部件(301、302)，但是需要內部部件來幫助接合縱向部件(301、302)的邊緣，例如在圖10中示出的。根據所需要的內部支護，內部部件(306)可以由與縱向部件(301、302)相同或不同的材料製造，並且可以通過擠壓或模壓來製造。內部部件(306)可以包括卷邊槽(308)，藉此，縱向部件(301、302)的邊緣可以被捲入以形成有縫的接頭。在最基本的構造中，兩個條狀卷邊槽(308)可以被設置以完成縱向部件(301、302)的接合，從而形成完整的空心杆。在圖13中，卷邊槽010)可以經由包括寬度肋條(404)的內部帶(408)互相連接，以及交叉連接到厚度肋條006)，該厚度肋條 (406)用於保持空心杆被扭彎時的厚度。內部部件(306)的另一個優選特徵在圖10中示出，其中內部支護器件以半圓柱形半部分或半圓柱形壁的形式提供，通過類似於在圖1中描述的連接翼被整體連接到縱向部件的內表面。每個半圓柱形壁的邊緣可以形成有套管接頭(所述套管接頭可以是互補地接合的榫槽接頭器件(312、314))以形成套管或圓柱形管(316)。圖11連續地示出了棒(318)可以如何被插入在由輥軋的縱向部件(301、302)形成的空心杆(304)被扭彎成期望螺旋形式之前形成的圓柱形管(316)。為了保持螺旋或防止不能扭彎成螺旋，保持銷(320)可以被用於在套管(316)的每個端部刺穿套管(316)和棒(318)，如圖12所示。如圖14中示出的，正如上文中關於圖7所描述的，外部支護器件 (420,422)可以類似地被設置用於保持扭彎的空心杆018)。圖15和圖16示出了由輥軋的縱向部件形成的空心杆的另一個實施方案，其中顯示一對所述部件互相接合，其中接縫被捲入。如圖15示出的，內部支護以這樣的形式來設置一個具有矩形橫截面的棒(426)和多個支護板0觀)，這些支護板帶有適合的孔口以允許所述棒穿過，並且這些支護板以這樣的取向沿所述棒設置，使得適合空心杆的扭彎的螺旋形狀。為了顧及空心杆的卷邊接縫，在支護板0 )的端部設置了切口 G30)。應注意到，前文描述和附圖僅僅描述了空心杆構造、以及取決於空心杆長度和外形的內部和外部支護器件、形成杆的多個縱向部件、形成欄杆、欄柵、格柵等等的一列杆的許多可能變形中選擇的實施方案。除了這些可能的實施方案，上文描述的本實施方案的許多特徵也可以在不偏離本發明的主旨和工作原理的情況下得到修改、替換和改進。這些修改應被認為是落在以下權利要求的意義和範圍內。
權利要求
1.一種將空心細長構件(10)縱向扭彎到期望的螺旋形狀的方法，包括(a)製造多個整體帶有接頭器件(106、108)的縱向部件(100、102)，所述縱向部件 (100,102)互補地彼此固定，以形成所述空心細長構件(10)；(b)用所述接頭器件(106、108)將所述多個縱向部件(100、102)固定，以裝配所述空心細長構件(10)；以及(c)將已裝配的所述空心細長構件(10)扭彎到所述期望的螺旋形狀。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述接頭器件(106、108)容忍受限的樞軸運動，該受限的樞軸運動由於所述扭彎產生的力的力矩所引起。
3.根據權利要求1所述的方法，其中所述接頭器件(106、108)沿著所述縱向部件中的每一個的連接邊緣設置，從而能夠形成一個連續的縱向接頭。
4.根據權利要求1所述的方法，其中所述接頭器件從包括鉸接接頭、球窩接頭、樞軸接頭和單軸接頭的榫槽類型中的任意一個或組合中選擇。
5.根據權利要求1所述的方法，其中所述縱向部件由擠壓、輥軋、衝壓、壓制或彎曲方法中的任意一種或組合來製造。
6.根據權利要求1所述的方法，其中所述空心細長構件(10)包括一對相同的縱向部件 (100、102)，其互補地形成所述空心細長構件(10)。
7.根據權利要求7所述的方法，其中所述空心細長構件(10)具有從包括三角形；包含矩形、正方形、菱形、立方形、平行四邊形的四邊形；橢圓；卵形等等中任一個的多邊形中選擇的橫截面外形。
8.根據權利要求1所述的方法，還包括步驟(d)支護以保持該空心細長構件(10)處於期望扭彎的螺旋形狀。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述支護步驟包括與所述縱向部件整體地製造裝置，在裝配之後，所述裝置能夠在所述空心細長構件內形成內部支護裝置。
10.根據權利要求9所述的方法，其中所述內部支護裝置包括套管(116)，該套管由與所述縱向部件(100、10幻中的每一個成整體的互補半圓柱形半部分(104、10幻形成，並且其中所述半圓柱形半部分(104、10幻通過套管接頭(110、11幻互相接合。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括將棒(118)插入所述套管(116)，並且在所述空心細長構件的每個端部使用保持銷(120)來刺穿所述套管和所述棒，從而防止所述期望的螺旋形狀散開。
12.根據權利要求8所述的方法，其中所述支護步驟包括提供附有多個支護板(428) 的棒0 )，所述支護板沿著所述棒以合適的間隔和取向放置，以內部地支撐所述空心細長構件的期望扭彎的螺旋形狀。
13.根據權利要求12所述的方法，其中所述支護板(428)設有用於插入接縫的槽，所述接縫由輥軋的縱向部件的邊緣形成。
14.根據權利要求8所述的方法，其中所述支護步驟包括在所述空心細長構件的每一個端部處設置端部支護器件，以防止所述期望扭彎的螺旋形狀散開。
15.根據權利要求14所述的方法，其中所述端部支護器件被連續地設置以用於一排的空心細長構件。
16.一種空心細長構件的縱向部件，所述縱向部件具有根據前述方法中任意一個的至少一個特徵。
17.—種空心細長構件，其由根據前述方法中任意一個的多個縱向部件裝配而成。
18.根據前述方法中任意一個扭彎的多個空心細長構件，其形成欄柵、格柵、分隔物、欄杆、金屬結構工件的裝潢或裝飾元件、門窗的透空罩或防護欄、百頁窗、格子窗以及類似的建築或家具元件中的全部或部分。
全文摘要
公開了一種用於製造形成欄柵或欄杆金屬結構的元件的空心杆(10)的方法，其中為了裝潢或裝飾的目的，所述杆被手動地、由機器幫助或自動化機器而扭彎成螺旋形狀。通過提供由可以鉸接結合以互補地互相固定以形成空心杆(10)的分離的縱向部件(200，202)組成的空心杆(10)，縱向結合器件(204，206)因此受到增加的扭彎應力，以使得每個部件(200，202)可以在不破壞材料的疲勞極限的情況下被扭彎，並且杆(10)作為一個整體能夠在其彈性限度內進行更多的螺旋扭彎。因此，為了重新工作、調節或重新安裝，被扭彎的杆可以被釋放。一些示例性的接頭實施方案、內部和外部支護附件也被公開，以滿足不同的縱向部件的製造，例如通過擠壓或輥軋。
文檔編號B21D11/14GK102333602SQ200980132954
公開日2012年1月25日 申請日期2009年2月19日 優先權日2009年2月19日
發明者楊亨健 申請人:楊亨健