專利名稱：復(fù)合多用電桿及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及復(fù)合材料構(gòu)成的多用電桿的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
典型的多用電桿是由固定在地上的木桿構(gòu)成。并且該多用電桿通常具有支撐大量電源線的支臂。持續(xù)暴露于惡劣的環(huán)境條件下會(huì)導(dǎo)致木桿變質(zhì)腐爛。為了防止木桿的腐爛，有時(shí)用碳基材料如柏油對(duì)木桿進(jìn)行處理。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)大多數(shù)傳統(tǒng)的木材處理材料對(duì)環(huán)境有害。另外，還發(fā)現(xiàn)大量的電流流到地里，因此降低了電力系統(tǒng)的能源效率。
已經(jīng)被安裝的金屬桿增加了多用電桿的壽命。金屬桿具有高的導(dǎo)電性對(duì)于維修維護(hù)電桿的公共事業(yè)技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，總體上產(chǎn)生了一個(gè)不安全的環(huán)境。另外，木桿和金屬桿都相對(duì)較重，通常需要起重機(jī)來(lái)舉起和安裝。
授予McCombs的美國(guó)專利5,175,971公布了空心多用電桿，它是用復(fù)合材料如浸樹脂玻璃纖維構(gòu)成。此McCombs桿具有六面的襯里并置于六面的主桿中。主桿外表面具有多個(gè)可使支臂固定件安裝在電桿上的燕尾槽。另外，此燕尾槽允許技術(shù)人員攀爬此電桿，燕尾槽在位于主桿的靠近細(xì)頸部分作出了許多個(gè)圓形指狀物。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)當(dāng)形成此復(fù)合物時(shí)，樹脂和玻璃纖維并未均勻分布在主桿的頸部和指狀物部分。該不均勻的樹脂和玻璃纖維分布降低了電桿的結(jié)構(gòu)完整。而且圓形指狀部分增加了有40英尺長(zhǎng)的多用電桿的厚度和重量。
中空的McCombs多用電桿具有低的彎曲剛度和扭曲剛度，該相對(duì)低的剛度必須由較厚的桿壁來(lái)彌補(bǔ)。增加該桿壁厚度又增加了該桿的重量。因此期望提供一種相對(duì)較結(jié)實(shí)，重量輕的并且由復(fù)合材料可高效地制造的多用電桿。

發(fā)明內(nèi)容
復(fù)合多用電桿的結(jié)構(gòu)和使用拉拔擠壓(pultrusion)工藝的生產(chǎn)方法。此電桿可以有N個(gè)面并且每條棱內(nèi)具有縱向預(yù)受應(yīng)力的粗紗。電桿的內(nèi)緣可以有平面區(qū)位于兩個(gè)外棱之間的中央，而在棱的區(qū)域內(nèi)平面區(qū)通過(guò)圓弧相連。并描述包括曲面電桿和具有結(jié)構(gòu)和厚度逐漸縮減的桿壁的電桿的多種不同的電桿的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)方法。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明在閱讀了下面的具體描述和附圖后，對(duì)于所屬技術(shù)領(lǐng)域一般技術(shù)人員來(lái)講，更容易看到本發(fā)明的目的和優(yōu)點(diǎn)，附圖包括

圖1是本發(fā)明的一個(gè)作為范例的電話線桿的透視圖。
圖2a和2b是圖1所示電話線桿的底座的橫截面視圖。
圖3a和3b是圖1類型電話線桿的頂蓋的橫截面視圖。
圖4，5和6是顯示具有不同側(cè)面數(shù)目的電桿的橫截面視圖。
圖7是顯示橫支臂不同裝配可能性的透視圖。
圖8是取自圖1和4中的電桿棱區(qū)的橫截面視圖。
圖9是圖8的區(qū)域4 4的分解橫截面視圖。
圖10是圖8的區(qū)域46的分解橫截面視圖。
圖11是用于拉拔擠壓本發(fā)明的電桿的拉拔擠壓機(jī)的透視圖。
圖12是圖11的拉拔擠壓機(jī)的控制系統(tǒng)方框圖。
圖13是不同尺寸的電桿接合而形成的多級(jí)電桿的透視圖。
圖14是使圖13的多級(jí)電桿接合在一起的連結(jié)件透視圖。
圖15是與圖14相似的，顯示了連結(jié)到較小電桿外緣上的連結(jié)件的透視圖。
圖16是使用圖14的連結(jié)件連結(jié)在一起的兩電桿的橫截面視圖。
圖17和圖18顯示了通過(guò)拉拔擠壓工藝(pultrusion)生成多用電桿的優(yōu)選的方法。
發(fā)明詳述更具體地借助附圖標(biāo)記參看附圖，圖1顯示了本發(fā)明的多用電桿組件20。多用電桿組件20的零件是用復(fù)合材料構(gòu)成，如玻璃纖維強(qiáng)化樹脂。典型的復(fù)合材料的外表面是光滑的，這樣動(dòng)物就不能攀爬該電桿。這樣的多用電桿將不會(huì)攜帶細(xì)菌或生成危害維修維護(hù)技術(shù)人員的毛刺。該復(fù)合材料也是絕緣材料，可以顯著地降低流入地里的電流，所以，提高了電力系統(tǒng)的能源效率。此復(fù)合電桿組件一般不受腐蝕的環(huán)境條件影響而且不易被閃電襲擊。該復(fù)合材料可以用含有抗紫外線的添加材料的布來(lái)包裹，或涂裝抗紫外線涂層以提供保護(hù)不受太陽(yáng)能的影響。
圖1中所示電桿組件20包括主桿構(gòu)件22，底座構(gòu)件24和頂蓋26。圖1還顯示了作示范的帶有絕緣體30的橫臂28，該橫臂28用來(lái)支撐電源線32。在所述實(shí)施例中，橫臂28被穿過(guò)橫臂28內(nèi)的孔和電桿22的另一面桿壁內(nèi)的孔的貫穿螺栓34固定在電桿22上。
圖1中以立體圖形式顯示的頂蓋26具有向下伸出的裙部36，其外緣總體上與主桿22的內(nèi)緣一致。所示的特有的頂蓋具有相對(duì)較尖的頂部用來(lái)阻止鳥特別是較大的鳥在上面棲息。該頂蓋26通常將是中空的纖維加強(qiáng)樹脂構(gòu)件如玻璃纖維加強(qiáng)樹脂，并被固定在圓柱型主桿22上的合適位置，盡管更可取的固定方式將是通過(guò)伸入圓柱型主桿22的上桿壁到頂蓋26的裙部36中的螺釘來(lái)把頂蓋26固定在合適的位置上。
如圖3a和3b所示，底座24的總體結(jié)構(gòu)與頂蓋26相似。底座24包括大于主桿22外圓的法蘭38，通過(guò)該法蘭38，主桿可以在埋有通過(guò)底座22的通孔(未顯示)的螺栓的混凝土上被支撐和調(diào)平，并被夾緊在螺栓上的墊片與螺母之間的合適位置?？商鎿Q的其它主桿安裝方法，包括埋入地里，裝在混凝土中等，如果需要可以容易地使用。
底座本身包括向上伸出的安裝在圓柱型主桿22中的裙部40，總體上較頂蓋26(圖1所示)更多伸入主桿中以提供底座與主桿22之間的更大的剛性連結(jié)。如頂蓋26一樣，底座24最好是纖維加強(qiáng)樹脂如玻璃纖維加強(qiáng)樹脂構(gòu)件。如頂蓋26上的裙部36一樣(圖1)，底座24上的裙部40是中空的，盡管如圖2b所示的裙部40比頂蓋上的裙部明顯較厚以便充分地抵抗由于電線32(如圖1)上的張力、風(fēng)力影響和其它作用在主桿上的短暫的或長(zhǎng)期的力帶來(lái)的彎曲應(yīng)力。
主桿22可以用多種不同的方法被連結(jié)到底座24上，如螺釘或貫穿螺栓，特別是如果電桿端被埋入地下固定，但優(yōu)選樹脂粘結(jié)在裙部40的相對(duì)較大的表面積上分配負(fù)載，這樣在連結(jié)處沒(méi)有任何可能的移動(dòng)或松動(dòng)。在這一點(diǎn)上，如果需要的話，底座24的裙部40的頂部可以具有向外朝著靠近底座24的裙部40的頂部的裙部外緣逐漸變小的內(nèi)緣以避免從主桿的較低區(qū)域起的有效厚度出現(xiàn)階躍變化，其中有效厚度等于主桿厚度加上裙部厚度，在裙部的頂部以上的區(qū)域僅僅等于主桿厚度?？商娲姆椒椋鬃?、頂蓋或二者都做成可安裝在主桿的外緣上。
當(dāng)然底座和/或頂蓋可以根據(jù)要求制成其它結(jié)構(gòu)。作為例子的可替換的頂蓋如圖3a和3b所示，這里的頂蓋具有總體上與主桿22的外緣相一致的上法蘭42，還具有向下伸出的裙部36′基本上與所描述的圖1所示的相關(guān)的裙部36相同。圖3a和3b所示的替換頂蓋雖然具有為鳥兒特別是因?yàn)槌岚蚩缍榷馐苤旅碾姄舻拇篪B提供了方便的棲息處這樣的缺點(diǎn)，但還是具有物理尺寸小于圖1所示的頂蓋26的尺寸的優(yōu)勢(shì)，因而較不貴并更容易運(yùn)輸和保存，等等。
現(xiàn)在參考圖4，可以看到圖1所示的主桿22的橫截面。如圖4所示的較好的橫截面的特征是，不同的幾何形狀。主桿的外緣是八邊形，也就是說(shuō)，主桿具有八個(gè)基本上平的外表面，其中的任一個(gè)面都可用來(lái)安裝圖7所示的橫臂。主桿的外表面的八個(gè)側(cè)面是很方便的側(cè)面數(shù)，因?yàn)樵搨?cè)面數(shù)允許了橫臂以彼此垂直和彼此呈45°角的方式安裝，充分地適應(yīng)了實(shí)用中所發(fā)現(xiàn)的大致任何正常要求。八側(cè)面也提供了結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)，這將在后面進(jìn)行描述，盡管電桿外緣的更多或更少的側(cè)面數(shù)若需要也可以被使用。作為范例，圖5顯示了六側(cè)面主桿，圖6顯示了十二側(cè)面主桿，此二者都可以根據(jù)本發(fā)明被生產(chǎn)出來(lái)，盡管不少于六側(cè)面或不多于十二側(cè)面的主桿被優(yōu)先選擇，八側(cè)面的主桿因?yàn)樯a(chǎn)，結(jié)構(gòu)性和其它原因是最好的。
如圖4所示主桿22的內(nèi)緣最好限定為平行于電桿的外緣上的側(cè)平面38的多個(gè)平面區(qū)域36，該側(cè)平面36由正切于相鄰的平面區(qū)域36的圓弧40連接。這個(gè)主桿22的內(nèi)緣被叫做正切圓形內(nèi)通道。提供一正切圓形通道36/40消除了出現(xiàn)在當(dāng)前技術(shù)中的非圓形內(nèi)通道中的應(yīng)力集中。提供了多邊形的外表面使多用主桿22的重量和材料成本最小化而且沒(méi)有明顯降低多用主桿22的結(jié)構(gòu)完整性。這樣，因?yàn)槌善分鳁U的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)以及有助于減少獲得所需強(qiáng)度和其它物理性能所必須的材料量，所以優(yōu)先選擇這個(gè)結(jié)構(gòu)。如圖5和6所示，由圓弧所連接限定的主桿22的內(nèi)緣的平面區(qū)域不僅適用于圖4所示的八側(cè)面電桿，而且也適用于其它數(shù)目側(cè)面的電桿，例如圖5所示的六側(cè)面主桿和圖6所示的十二側(cè)面主桿。
現(xiàn)在參考圖8，可以看到穿過(guò)圖1所示的主桿22的一條棱的截面圖。該截面一方面代表了優(yōu)選的八側(cè)面主桿的截面圖，另一方面也示范性地表示了穿過(guò)其它數(shù)目側(cè)面電桿的一條棱的優(yōu)選的截面圖。主桿的截面圖具有兩個(gè)特征區(qū)，即穿過(guò)棱邊本身所取出的截面，總體用圖8中號(hào)碼44標(biāo)記，和穿過(guò)棱邊區(qū)域間的厚度基本一致的區(qū)所取出的截面，總體用號(hào)碼46標(biāo)記。區(qū)域46當(dāng)然是以圖4所示的主桿內(nèi)表面上的一個(gè)平面區(qū)域36為邊界。而圖8的截面圖表示了這兩個(gè)區(qū)域中所有的不同層面，截面中的不同層面的清晰度由于截面的放大倍數(shù)的關(guān)系，不夠理想。因此在優(yōu)選的實(shí)施例中形成區(qū)域44的層面以圖9的分解視圖更好的表示，另外組成區(qū)域46的層面在圖10的分解視圖中被更好的表示。
首先參考圖10，組成區(qū)域46的不同層面，從主桿的外表面到主桿的內(nèi)表面依次包括抗紫外線層48，面紗50，一織物層52，一基本縱向的粗紗層54，另一織物層56，另一基本縱向的粗紗層58，和最后的內(nèi)層具有典型的非織造網(wǎng)形式的薄氈60。(這里所用的詞匯“粗紗”包括加捻的或直的粗紗。)抗紫外線層48基本上是在主桿成型后涂上的，面紗50和薄氈60基本上是被選擇用來(lái)在主桿成型過(guò)程中提供有限的摩擦力，其中該成型過(guò)程可參照下面和后面的所描述的拉拔擠壓工藝(pultrusion)，因此這些層可以包括聚酯、黏膠纖維、尼龍纖維、碳或其它纖維結(jié)構(gòu)，選擇這些纖維的原因更多是因?yàn)槔w維的低摩擦特性而非纖維強(qiáng)度，同時(shí)這些纖維最好相對(duì)較薄。包括粗紗層和織物層具有整體結(jié)構(gòu)，因此最好選擇玻璃纖維，kevlar，或其它合適的高強(qiáng)度纖維材料。
如圖9所示的穿過(guò)區(qū)域44的橫截面，盡管多了一個(gè)填充在主桿棱區(qū)內(nèi)的粗紗組成的大致呈三角形狀的粗紗束62，與圖10所示的穿過(guò)區(qū)域46(圖8)的橫截面還是相似的。正如下面將看到的，除了層48外其它的多種不同層都浸在樹脂中，同時(shí)由于在拉拔擠壓工藝中被固化的樹脂而且粗紗54，58和62處在預(yù)定張力下便提供了成品主桿中的預(yù)應(yīng)力粗紗。為了獲得更厚或更薄的主桿桿壁，薄氈52和56的層數(shù)可以隨著主桿22直徑和高度的增加被增加，或?yàn)榱双@得更小的直徑的主桿而被減小。
現(xiàn)在參照?qǐng)D11，可以看到制造本發(fā)明的主桿的裝置。該裝置與用來(lái)成型成品主桿的機(jī)器的多個(gè)不同部件的功能一起或許最容易描述。具體說(shuō)，在機(jī)器左端有大量的容納用于制造主桿的粗紗和許多不同的織造和非織造薄氈的粗紗架。在優(yōu)選的實(shí)施例中，提供了500個(gè)粗紗架和12個(gè)薄氈架。粗紗和薄氈被多個(gè)不同的羅拉和其它導(dǎo)向裝置引導(dǎo)到浸漬和熱模站70，在這里粗紗和薄氈被飽和充滿了適合的樹脂，該樹脂可以是例如一種間苯二酸聚酯纖維(isopthahalic polyester)，然后粗紗和薄氈被牽拉通過(guò)熱模以便擠壓出過(guò)剩的樹脂并使浸漬粗紗和薄氈的樹脂固化形成主桿。一對(duì)往復(fù)運(yùn)動(dòng)的夾子組件72使多種不同的材料連續(xù)運(yùn)動(dòng)經(jīng)過(guò)浸漬區(qū)和熱模70以便在連續(xù)工藝中有效地拉拔擠壓出主桿。作為粗紗供給的部分，在粗紗和薄氈上提供了可控制的拉力以便在固化的主桿中的粗紗里產(chǎn)生一個(gè)預(yù)定張力。對(duì)于八個(gè)側(cè)面，10英寸的主桿，粗紗上的總張力可以在18,000到27,000磅范圍中使用，并且最好是使用約20,000磅。于是在粗紗中提供了預(yù)應(yīng)力的負(fù)載，該負(fù)載大致為2,500磅/英寸到3,800磅/英寸或最好是2,800磅/英寸。盡管如果需要的話可以使用不同張力和數(shù)量的粗紗，薄氈等，特別是會(huì)導(dǎo)致成品主桿中產(chǎn)生較薄的桿壁的材料，但是對(duì)于不同尺寸的主桿，材料和張力大致按兩平行外側(cè)面間的尺寸比值的平方增減。
相互配合的夾子組件72允許一個(gè)夾子組件牽拉主桿通過(guò)熱模而同時(shí)另一個(gè)夾子組件72正在返回并比之前夾持主桿的時(shí)間短。另外，作為圖11所示組件的部件，切割鋸74被提供用來(lái)切分達(dá)到合適長(zhǎng)度的主桿，然后主桿被搜集在傳送皮帶76上以便進(jìn)一步加工和運(yùn)輸。作為本優(yōu)選的工藝的部分，在主桿達(dá)到夾子組件72之前，一層或多層抗紫外線層被噴灑或涂抹到熱的主桿上。該抗紫外線層可以是單層或多層例如覆蓋在抗紫外線層自身的黏附層。
該拉拔擠壓工藝被圖12所示的可編程控制器控制。如圖所示出的，提供粗紗和薄氈的粗紗架包括定位粗紗和使粗紗產(chǎn)生張力以及使薄氈成形和定位的預(yù)成形機(jī)，通過(guò)可編程控制器控制拉拔擠壓模，控制提供拉拔擠壓模特別配方的樹脂，控制模加熱器，夾子組件，和切割鋸。
現(xiàn)在參考圖13，可以看到通過(guò)連結(jié)三段被分級(jí)的部分22′，22″和22而形成的特別高或長(zhǎng)的主桿，同時(shí)具有遞減的橫截面。雖然示出了三段分級(jí)部分，但可以應(yīng)用更少的或更多的分級(jí)部分。因此只要提供單個(gè)高的延長(zhǎng)應(yīng)用部件，這樣的主桿可以做成120英尺長(zhǎng)或更長(zhǎng)。使主桿分級(jí)降低了主桿的重量同時(shí)不損害主桿的結(jié)構(gòu)完整。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，典型主桿的外緣和內(nèi)緣具有不同的幾何形狀。連結(jié)件78用來(lái)連結(jié)兩個(gè)不同尺寸的主桿并且密封主桿的內(nèi)部區(qū)域不讓濕氣進(jìn)入。
連結(jié)件較好的形式顯示在圖14，15，16中。如圖14和15所示，示范的連結(jié)件具有一個(gè)整體的頂環(huán)80和多個(gè)向下伸出的腿82，其數(shù)量上等于所連結(jié)的主桿面數(shù)。優(yōu)選實(shí)施例中每個(gè)腿82被銑出槽來(lái)使同樣的腿更易彎曲，而該腿可以方便的用作在兩主桿間的隔板而在主桿被連結(jié)區(qū)域不產(chǎn)生明顯的應(yīng)力集中。腿82上的槽提供用來(lái)當(dāng)傳遞負(fù)載時(shí)腿的彎曲以便總體剛性的腿經(jīng)過(guò)主桿桿壁時(shí)不破裂。對(duì)于相鄰的主桿如主桿22′和22″(圖16)的連結(jié)來(lái)說(shuō)，連結(jié)件可以首先固定到較小的主桿22″上，然后主桿22″的連結(jié)件被固定到較大的主桿22′上(如圖16示)。當(dāng)然連結(jié)件也可先被連結(jié)在較大的主桿內(nèi)然后再連結(jié)較小的主桿，或兩個(gè)主桿一起同時(shí)被固定。不管怎樣，連結(jié)件上的環(huán)80為兩主桿之間的區(qū)域提供了隔水板，同時(shí)連結(jié)件和相連的主桿端頭充分伸入到較大主桿中以便在兩主桿連結(jié)處由于連結(jié)處的彎矩而產(chǎn)生的應(yīng)力最小化。
圖17和18顯示了一種拉拔擠壓工藝制造多用電桿的可替代的方法。起初套84用紡織和/或針織纖維如玻璃纖維制造。然后內(nèi)?；蚰Ｐ?6被放入套84內(nèi)。每個(gè)套84端頭具有繩子88，該繩子88最好是用KEVLAR制作。繩子88被拖拉延伸套84并使纖維處于張緊狀態(tài)。繩子88可被設(shè)計(jì)來(lái)均勻張緊該套以便形成直柱，或者繩子88被偏心設(shè)置不均勻張緊該套或者甚至僅張緊該套的一個(gè)側(cè)面以便形成彎曲主桿。
內(nèi)模86和被張緊的套84被拉拔擠壓機(jī)傳送經(jīng)過(guò)樹脂浴槽90并且拖拉經(jīng)過(guò)外模92。內(nèi)模86和外模92最好被加熱以便使樹脂形成它的最終結(jié)構(gòu)。該拉拔擠壓工藝/注射系統(tǒng)把樹脂浸入張緊的紡織套84內(nèi)。張緊的浸樹脂套硬化生成被拉拔擠壓的構(gòu)件22。套84的預(yù)張緊增加了構(gòu)件的剛度。被拉拔擠壓的構(gòu)件22然后被切割成單個(gè)的將被安裝成多用電桿的多用電桿構(gòu)件，模芯86被取出。為了使模芯容易取出，模芯最好被涂裝脫模劑，而且可以被做成從一端到另一端逐漸變細(xì)88。而做成容易除去的逐漸變細(xì)的模芯將導(dǎo)致主桿內(nèi)表面逐漸變細(xì)，這一效果可被利用來(lái)有意的生產(chǎn)出逐漸變細(xì)的主桿而且該主桿具有沿其長(zhǎng)度方向變化的壁厚和強(qiáng)度，在正常使用中，多用電桿在靠近它的底部經(jīng)受著最大的力和轉(zhuǎn)矩。特別地，在拉拔擠壓工藝期間，套或薄氈可以是沿其長(zhǎng)度上用變換的材料量針織或紡織的，并且可以變換粗紗量地被喂入浸漬站，最好同時(shí)據(jù)此在纖維材料上調(diào)整總張緊力。拉拔擠壓工藝中的主桿的拖拉可以從被拉拔擠壓的主桿較厚的端頭(較小的模芯端頭)或者從被拉拔擠壓的主桿的較細(xì)端頭(模芯的較大的端頭)。然而從被拉拔擠壓的主桿較厚的端頭拖拉是優(yōu)選的以便拉力將隨著主桿橫截面的降低而降低。否則拉力將最好是增加，使在主桿部已經(jīng)形成的較小橫截面上增加拉力負(fù)載。
形成逐漸變小的主桿橫截面，還有形成逐漸變少的薄氈量，粗紗量或兩者一起的能力，不管是否使用剛描述過(guò)的實(shí)施例或使用一些其它工藝，都具有明顯的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)樵撃芰υ试S了將成品主桿的強(qiáng)度和剛度置于所需要的地方而在其它區(qū)域不使用多余材料，在使成品主桿的成本和重量最小化的同時(shí)所需要的材料最小化，提供了優(yōu)于非逐漸變細(xì)型結(jié)構(gòu)，非常具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
注意到詞語(yǔ)“逐漸變細(xì)”此處用的是整體意義，并不局限于線性變細(xì)。例如模芯可以沿其長(zhǎng)度上具有變化的逐漸變細(xì)而形成了一種主桿，裝配后，該主桿將在該主桿底部具有最大的厚度和結(jié)構(gòu)而且該處的彎矩是最大的，同時(shí)主桿的厚度沿主桿大致減少到主桿中部，然后厚度以非常顯著低的速率減少到主桿頂部。實(shí)際上，主桿頂部也許通過(guò)使用兩個(gè)暫時(shí)被連接在靠近最小橫截面處的模芯來(lái)拉拔擠壓加工，因而該主桿頂部又可以做得較厚了以便使用螺栓固定橫臂，同時(shí)每個(gè)模芯被分別從各自的被拉拔擠壓的主桿端頭除去。如果需要，也可以使用自爆模芯。
作為另一種選擇，代替拉拔擠壓工藝中的與主桿一起行進(jìn)的內(nèi)模芯，可以是被從后面支撐的更短的模芯，而該套是由環(huán)繞織物卷或薄氈卷的支撐模芯并向前彎曲的織物卷或薄氈卷形成的，這樣在進(jìn)入樹脂浸漬站之前形成了具有縫在一起的卷邊或不縫在一起的卷邊的主桿。
在各種不同的用來(lái)制造本發(fā)明的主桿的拉拔擠壓工藝中，所用材料類型和數(shù)量的對(duì)稱性及加工期間施加到固體材料上的張力的對(duì)稱性決定了生產(chǎn)出直線的主桿。然而，在某些應(yīng)用中可能需要彎曲主桿，例如，在風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中，其中大的風(fēng)力發(fā)電機(jī)被支撐在塔上。這樣的塔不僅需要支撐發(fā)電機(jī)，螺旋槳的重量等，而且因?yàn)槁菪龢皇亲杂尚D(zhuǎn)，還必須承受當(dāng)發(fā)電機(jī)吸收風(fēng)能時(shí)，螺旋槳上的高的側(cè)向風(fēng)力。這樣的塔可以被制造，采用例如在另一個(gè)實(shí)施例中，根據(jù)本發(fā)明的三個(gè)彎曲主桿，該三個(gè)彎曲主桿在頂部相連然后向下向外彎曲，以提供給該塔明顯的印痕(footprint)以抵抗塔頂部發(fā)電裝置上的風(fēng)力，在不同的高度之間，可以或不提供隔板。該彎曲主桿可以這樣制造，在拉拔擠壓工藝粗紗或薄氈中或二者一起的材料中使用不對(duì)稱張力，或在粗紗或薄氈或者二者一起的材料中使用具有不同膨脹系數(shù)的材料，例如石墨或玻璃纖維，或一起使用此兩個(gè)技術(shù)。在最初提供在卷輥上并環(huán)繞固定的模芯彎曲成圓形，把相鄰的卷邊縫在一起或不縫在一起的薄氈實(shí)例中，可以在薄氈進(jìn)入浸漬站之前，施加不對(duì)稱張力。不同的張力產(chǎn)生非對(duì)稱的預(yù)應(yīng)力的主桿，導(dǎo)致該主桿在自由狀態(tài)下將彎曲。同樣地，不對(duì)稱的使用具有不同膨脹系數(shù)的材料將導(dǎo)致主桿隨著主桿從高的樹脂固化溫度冷卻到環(huán)境溫度，而彎曲。例如，薄氈是兩個(gè)半個(gè)寬度的不同材料沿卷邊縫在一起的薄氈。它們也可以是單個(gè)的紡織薄氈且在不同材料組成的薄氈的中心線的兩側(cè)上具有縱向的纖維。彎曲主桿也能通過(guò)例如前面描述過(guò)的工藝，做成逐漸變細(xì)的厚度。
盡管一些個(gè)實(shí)施例已經(jīng)被描述并顯示在附圖中，但將理解到，這樣的實(shí)施例僅僅作為示范但不對(duì)本發(fā)明造成限制，因?yàn)楸景l(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的不同技術(shù)人員可能作出各種不同的修改。
權(quán)利要求
1.一種桿，包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的復(fù)合梁，該梁具有內(nèi)緣和外緣，外緣具有N個(gè)基本平的側(cè)面，由這N個(gè)側(cè)面限定出一個(gè)多邊形，在每對(duì)相鄰的側(cè)面間有一條棱，內(nèi)緣也具有N個(gè)基本平的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面基本平行于限定出外緣的N個(gè)基本平的側(cè)面，內(nèi)緣的N個(gè)基本平的側(cè)面的相鄰一對(duì)側(cè)面通過(guò)基本正切于此相鄰一對(duì)側(cè)面的圓弧段在靠近梁的棱處連接，包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗的梁的棱處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下，該梁還包含環(huán)繞梁伸展的高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品，此粗紗和薄氈或織品的高強(qiáng)度纖維浸漬在樹脂中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該桿的相對(duì)側(cè)面是彼此平行的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的、在梁的棱中處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)的粗紗被非均勻加應(yīng)力使桿中具有一個(gè)彎曲。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品被非均勻加應(yīng)力使桿中具有一個(gè)彎曲。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品和粗紗二者共同被非均勻加應(yīng)力使桿中具有一個(gè)彎曲。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該薄氈或織品是套的形式，該套被非均勻加應(yīng)力使桿中具有一個(gè)彎曲。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的，在梁的棱中處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)的粗紗包含非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料以使桿中具有一個(gè)彎曲。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的桿，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品包含非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料以使桿中具有一個(gè)彎曲。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的桿，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的粗紗和薄氈或織品包含非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料以使桿中具有一個(gè)彎曲。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的桿，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的桿，其中該側(cè)平面厚度至少沿桿的部分長(zhǎng)度變化。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的桿，其中該桿的內(nèi)緣尺寸至少沿桿的部分長(zhǎng)度變化從而改變側(cè)平面厚度。
15.權(quán)利要求13的桿，其中該桿包括浸漬了樹脂的高強(qiáng)度纖維，纖維和樹脂量沿桿的長(zhǎng)度變化。
16.一種桿，包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的單元梁具有內(nèi)緣和外緣，該梁包含環(huán)繞梁伸展的高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品，還包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗而且該粗紗環(huán)繞靠近梁外緣的梁的橫截面分配，該粗紗沿平行于梁的軸被定向并處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下，此粗紗和薄氈或織品的高強(qiáng)度纖維浸漬在樹脂中。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該粗紗環(huán)繞梁的橫截面被等間距分隔成N束
18.根據(jù)權(quán)利要求17的桿，其中每個(gè)由浸漬在樹脂并在相鄰預(yù)加應(yīng)力的粗紗束間伸展的薄氈或織品基本上內(nèi)嵌在相鄰粗紗束的中央。
19.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該桿的壁厚至少沿桿的部分長(zhǎng)度變化。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的桿，其中該桿的內(nèi)緣尺寸至少沿桿的部分長(zhǎng)度變化從而改變桿的壁厚。
21.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該桿具有偶數(shù)個(gè)側(cè)面。
22.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)的粗紗被不均勻預(yù)應(yīng)力作用以使桿中具有一個(gè)彎曲。
23.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)的薄氈或織品被不均勻預(yù)應(yīng)力作用以使桿中具有一個(gè)彎曲。
24.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的粗紗和薄氈或織品二者一起被不均勻預(yù)應(yīng)力作用以使桿中具有一個(gè)彎曲。
25.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該薄氈或織品是套的形式，該套被不均勻預(yù)應(yīng)力作用以使桿中具有一個(gè)彎曲。
26.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的粗紗包含非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料以使桿中具有一個(gè)彎曲。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的桿，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
28.根據(jù)權(quán)利要求16所述的桿，其中該高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品包含非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料以使桿中具有一個(gè)彎曲。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的桿，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
30.一種形成梁的方法包括拉拔擠壓高拉伸強(qiáng)度材料組成的薄氈或織品和粗紗，薄氈或織品和粗紗被浸漬樹脂通過(guò)加熱模形成中空桿。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的方法，其中該桿被做成非對(duì)稱形式以使桿彎曲。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中通過(guò)拉拔擠壓期間在薄氈或織品中提供非對(duì)稱的張力該桿至少部份被做成非對(duì)稱形式。
33.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中通過(guò)拉拔擠壓期間在粗紗中提供非對(duì)稱的張力該桿至少部份被做成非對(duì)稱形式。
34.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中通過(guò)在薄氈或織品中提供非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料該桿至少部份被做成非對(duì)稱形式。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的方法，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
36.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中通過(guò)在粗紗中提供非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料該桿至少部份被做成非對(duì)稱形式。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
38.根據(jù)權(quán)利要求31所述的方法，其中通過(guò)在粗紗和薄氈或織品中提供非對(duì)稱分配的不同膨脹系數(shù)的材料該桿至少部份被做成非對(duì)稱形式。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的方法，其中該不同膨脹系數(shù)的材料包括石墨和玻璃纖維。
40.通過(guò)拉拔擠壓高強(qiáng)度纖維組成的粗紗和薄氈或織品，而且粗紗和薄氈或織品浸漬了樹脂、以一種非對(duì)稱工藝生產(chǎn)的一種彎曲桿。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的彎曲桿，其中該非對(duì)稱工藝包括在拉拔擠壓過(guò)程中，非對(duì)稱拉伸粗紗。
42.根據(jù)權(quán)利要求41所述的彎曲桿，其中該桿具有內(nèi)緣和外緣，外緣具有N個(gè)基本平的側(cè)面，由這N個(gè)側(cè)面限定出一個(gè)多邊形，在每對(duì)相鄰的側(cè)面間有一棱，內(nèi)緣也具有N個(gè)基本平的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面基本平行于限定出外緣的N個(gè)基本平行的側(cè)面，內(nèi)緣的N個(gè)基本平的側(cè)面的相鄰一對(duì)側(cè)面通過(guò)基本正切于此相鄰一對(duì)側(cè)面的圓弧段在靠近桿的棱處連接，包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗的桿的棱處于非對(duì)稱預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下。
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的彎曲桿，其中該彎曲桿是一種細(xì)長(zhǎng)的單元桿，具有內(nèi)緣和外緣，該桿包含環(huán)繞桿伸展的高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品，還包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗而且該粗紗環(huán)繞靠近桿外緣的桿的橫截面分配，該粗紗沿平行于梁的軸被定向并處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下，此粗紗和薄氈或織品的高強(qiáng)度纖維浸漬于樹脂中，包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗的桿的棱處于非對(duì)稱預(yù)拉應(yīng)力下。
44.通過(guò)拉拔擠壓高強(qiáng)度纖維組成的粗紗和薄氈或織品、使該桿具有非對(duì)稱分配的不同材料而生產(chǎn)的一種彎曲桿。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的彎曲桿，其中該不同的材料具有不同的膨脹系數(shù)。
46.根據(jù)權(quán)利要求45所述的彎曲桿，其中該不同的材料包括石墨和玻璃纖維。
47.根據(jù)權(quán)利要求44所述的彎曲桿，其中該桿具有內(nèi)緣和外緣，外緣具有N個(gè)基本平的側(cè)面，由這N個(gè)側(cè)面限定出一個(gè)多邊形，在每對(duì)相鄰的側(cè)面間有一棱，內(nèi)緣也具有N個(gè)基本平的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面基本平行于限定出外緣的N個(gè)基本平行的側(cè)面，內(nèi)緣的N個(gè)基本平的側(cè)面的相鄰一對(duì)側(cè)面通過(guò)基本正切于此相鄰一對(duì)側(cè)平面的圓弧段在靠近桿的棱處連接，包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗的桿的棱處于非對(duì)稱預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下。
48.根據(jù)權(quán)利要求47所述的彎曲桿，其中該不同的材料具有不同的膨脹系數(shù)。
49.根據(jù)權(quán)利要求48所述的彎曲桿，其中該不同的材料包括石墨和玻璃纖維。
50.一種形成一種帶逐漸變細(xì)的復(fù)合梁的方法，拉拔擠壓高強(qiáng)度纖維組成的充滿樹脂的薄氈或織品在帶逐漸變細(xì)的模芯上通過(guò)加熱模而形成中空桿，該中空桿因帶逐漸變細(xì)的內(nèi)緣而具有沿其長(zhǎng)度逐漸變化的壁厚，然后取出模芯。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中該逐漸變細(xì)為非線性的逐漸變細(xì)。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所用粗紗量隨著壁厚的變化而變化。
53.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所用薄氈或織品量隨著壁厚的變化而變化。
54.根據(jù)權(quán)利要求50所述的方法，其中所用粗紗和薄氈或織品量隨著壁厚的變化而變化。
55.一種多級(jí)桿組件，包括第一級(jí)和第二級(jí)桿，每一級(jí)包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的復(fù)合梁，該梁具有內(nèi)緣和外緣，外緣具有N個(gè)基本平的側(cè)面，由這N個(gè)側(cè)面限定出一個(gè)多邊形，在每對(duì)相鄰的側(cè)面間有一棱，內(nèi)緣也具有N個(gè)基本平的側(cè)面，每個(gè)側(cè)面基本平行于限定出外緣的N個(gè)基本平行的側(cè)面，內(nèi)緣的N個(gè)基本平的側(cè)面的相鄰一對(duì)側(cè)面通過(guò)基本正切于此相鄰一對(duì)側(cè)平面的圓弧段在靠近梁的棱處連接，包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗的梁的棱處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下，該梁進(jìn)一步包含環(huán)繞梁伸展的高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品，此粗紗和薄氈或織品的高強(qiáng)度纖維浸漬在樹脂中，第一級(jí)和第二級(jí)桿是不同尺寸的以便第二級(jí)桿裝在第一級(jí)桿里；和，一種連結(jié)件，包括具有N個(gè)整體向下伸出的腿的環(huán)，該腿被開有槽以增加撓性，每個(gè)腿的內(nèi)表面各自與第二級(jí)桿的端頭的外表面固定連結(jié)同時(shí)該腿的外表面各自與第一級(jí)桿的端頭內(nèi)表面固定連結(jié)。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的多級(jí)桿組件，其中該連結(jié)件的環(huán)在第一級(jí)和第二級(jí)桿之間形成了隔水板。
57.一種連結(jié)不同尺寸的中空復(fù)合桿的連結(jié)件，包括一個(gè)具有多個(gè)整體向下伸出的N個(gè)腿的環(huán)，該腿被開有槽以增加撓性，每個(gè)腿的內(nèi)表面各自與一級(jí)桿的端頭的外表面固定連結(jié)同時(shí)該腿的外表面各自與另?xiàng)U的端頭內(nèi)表面固定連結(jié)。
58.一種多級(jí)桿組件，包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的復(fù)合桿，該桿具有內(nèi)緣和外緣，該桿包含環(huán)繞桿伸展的高強(qiáng)度纖維組成的薄氈或織品，該桿還包含高強(qiáng)度纖維組成的粗紗，該粗紗環(huán)繞相鄰桿的外緣的桿的橫截面分配并處于預(yù)拉應(yīng)力狀態(tài)下，此粗紗和薄氈或織品的高強(qiáng)度纖維浸漬在樹脂中；和，一種連結(jié)件，包括具有N個(gè)整體向下伸出的腿的環(huán)，該腿被開有槽以增加撓性，每個(gè)腿的內(nèi)表面各自與第二級(jí)桿的端頭的外表面固定連結(jié)同時(shí)該腿的外表面各自與第一級(jí)桿的端頭內(nèi)表面固定連結(jié)。
59.根據(jù)權(quán)利要求58所述的多級(jí)桿組件，其中連結(jié)件的環(huán)在第一級(jí)和第二級(jí)桿之間形成了隔水板。
全文摘要
組合多用電桿結(jié)構(gòu)(22)及使用一種拉拔擠壓工藝的制造方法。該桿(22)具有N個(gè)側(cè)面并且其每條棱中具有縱向的受預(yù)應(yīng)力作用的粗紗(58)。該桿(22)的內(nèi)緣可以具有處在兩條外棱之間的平面區(qū)(36)并且該平面區(qū)(36)被棱區(qū)的圓弧(40)所連接。描述了各種不同的桿結(jié)構(gòu)(22)和制造方法,包括彎曲桿,和具有厚度和結(jié)構(gòu)呈逐漸變細(xì)變化的桿壁的桿。
文檔編號(hào)B29C70/30GK1386155SQ01802115
公開日2002年12月18日 申請(qǐng)日期2001年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年5月23日
發(fā)明者D·圖爾納 申請(qǐng)人:鮑爾特魯森2000國(guó)際公司