[發明專利]無支撐的復合桅桿

有效

• 申請號: 200980133923.1
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN102149886A
• 公開（公告）日: 2011-08-10
• 發明（設計）人: 波·布羅維斯特
• 申請（專利權）人: 波·布羅維斯特
• 主分類號: E04H12/06
• 分類號: E04H12/06;E01F9/011;E04H12/02
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;張會華

技術領域

本發明涉及一種具有復合結構的立柱及其制造方法。

背景技術

當今的立柱一般很堅固但是同時很重。桿一般用于支撐或者支持物體，因此必須能夠承受一定的應力。燈柱應當能夠承受大風而不會倒塌。桅桿必須能夠承受當風充滿帆時所產生的力，同時應當足夠輕以允許船前行。

雖然仍能看到木質結構的燈柱和桅桿，但是當今的燈柱和桅桿通常都由金屬制成。燈柱還可以由混凝土制成。所有這些材料大體上都滿足強度要求，但是金屬可能是當今用于建造立柱、桅桿和桿的最普遍的材料。但是，金屬的問題是重量。盡管越來越多地使用作為較輕的金屬的鋁，但是其密度仍為大約3噸/m³，這使得當今的具有10m桅桿的船索具(boat?rig)重約100kg。重的桅桿不僅意味著將索具自身的重量增加到帆船，而且船需要在龍骨/船體增加配重，以避免翻船，在這種情況下需要大約1600kg的配重。這不僅昂貴而且使船的性能變差。已經研發了例如可以減小重量的若干結構。

US?3,429,758包含具有中空芯的燈柱結構。所述芯被玻璃纖維壁包圍，玻璃纖維壁反過來在外側具有泡沫(聚氨基甲酸酯泡沫)層。最外側是與基體(matrix)一起應用的玻璃纖維層。在模具芯的外側建造立柱，當基體固化時移除模具芯而留下中空芯。

GB1,316,798公開了用于批量生產桅桿的建造方法。桅桿結構具有首先制造的泡沫芯，然后利用纖維材料和基體一起覆蓋泡沫芯。轉舵槽(luff?groove)可以容易地結合到該結構中。由于桅桿不主要包括金屬或其它重材料，因此結構輕。

由于該結構優選地應當輕，但是同時仍存在如何獲得足夠強度的問題。本發明包括的結構包括泡沫芯和復合纖維材料，復合纖維材料包括纖維和聚合物材料的基體，這賦予了所期望的輕質性，該結構還包括位于中央的預張緊的金屬絲、纖維繩、桿或管，這賦予了所需的強度。

在另一實施方式中，本發明的結構在戰略位置具有阻止材料疲勞和復合纖維材料的剪切的抗剪切裝置。

發明內容

本發明的目的是提供如下結構：該結構以簡單的方式提供輕且堅固的立柱。該結構不僅能夠使得立柱輕而且還滿足所需的強度要求。立柱具有聚合物泡沫制成的芯和復合纖維材料制成的外殼。

在本申請中，詞語“立柱”被定義為用于承托、支持或支撐物體的長的結構。術語“立柱”包括但不限于桅桿、梁、立柱和桿。

本發明的豎立結構的優選實施方式是如下形狀：具有第一端和第二端，外周從所述第一端朝向第二端逐漸變細。由于減少了材料的用量，所以產生了更輕的結構。第一端即具有最大外周的端是指使用時最低的端。通過將預張緊的金屬絲、纖維繩、桿或管布置在該結構中，由此用于加強該結構，可以獲得所需的強度。由于管還可以用作內部的升降索通道，因此，在帆船桅桿中，管是優選的。由于復合纖維材料在壓縮過程中不如在拉伸過程中強度高，因此，預張緊的管有助于將剪切力轉換成壓縮力。使用實心桿作為預張緊裝置將產生至少同等良好的機械特性。纖維繩可以包括使用適當的技術紡成的聚乙烯和/或聚丙烯和/或聚酰胺和/或聚(四氟乙烯)和/或聚(對苯二甲酸乙二酯)的纖維。

在本發明的另一實施方式中，該結構包含若干預張緊裝置，以進一步加強該結構。

在本發明的另一實施方式中，該結構包括一個以上的預張緊裝置和多個抗剪切裝置。有利地，將抗剪切裝置中的兩個布置成該結構的一端有一個，而其它的抗剪切裝置沿著桅桿均勻地分布。當這些抗剪切裝置被預張緊時，能夠抑制材料的剪切、材料的疲勞，并且能吸收來自基座(mounting)的壓縮力。

在又一實施方式中，該結構由包括如下纖維的復合纖維材料構成：該纖維與結構一樣長并且沒有接頭。由于沒有接頭或只有少量接頭，因此增強了強度。各纖維有利地以相對于該結構的縱向成0°、90°、右旋60°或者左旋60地應用，并且各纖維優選地是由玻璃纖維制成，或更優選由碳纖維制成。基體優選地包括聚酯，更優選地包括環氧樹脂。

在另一優選實施方式中，泡沫由聚氨基甲酸酯、聚乙烯酯和/或環氧樹脂構成。在線固化的泡沫為該結構提供額外的剛性，并且減小共振的危險。

在本發明的一個方法中，可以通過首先制造復合纖維材料制成的外殼，然后用聚合物泡沫的起始材料(starting?material)填充外殼，聚合物泡沫的起始材料然后在線膨脹且固化，由此制造立柱。通過使泡沫在線膨脹和固化，材料向外殼施加相反的力，這增加了耐久性。

附圖說明

圖1示意性示出根據本發明的一個實施方式在中央具有預張緊管的截面。