DE2625346A1

DE2625346A1 - Flexible component for mounting turbine - has flat material in which intersecting straight troughs are formed as spherical arches

Info

Publication number: DE2625346A1
Application number: DE19762625346
Authority: DE
Inventors: Maynard Leo Stangeland
Original assignee: Rockwell International Corp
Current assignee: Boeing North American Inc
Priority date: 1976-06-04
Filing date: 1976-06-04
Publication date: 1977-12-15

Abstract

The flexible component absorbs sliding shear vactor movements, and is of flat material with one or more pairs of straight troughs (16, 18) formed in it, intersecting each other and of constant cross-section, each inclined to the shear vector (17) and sliding movement direction. Where the troughs intersect, spherical arched portions (20) are formed, extending above the apices of the troughs to interrupt the main stress lines along these apices when the component is subjected to a sliding shear vector movement. These arched portions are joined by curved portions to the troughs, and the latter by other curved portions (19) to the flat parts (13) of the material.

Description

71Ü2/-Ä71Ü2 / -Ä

1A-17C-7 "^1A-17C-7 "^

ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, California, U.S.A.ROCKWELL INTERNATIONAL CORPORATION, El Segundo, California, U.S.A.

Flexibles BauteilFlexible component

summary

Die Erfindung "betrifft ein flexibles Bauteil aus Flachmaterial (einem Blech, einer Platte oder einer Folie) mit sich kreuzenden Falten oder Rinnen, welche eine 45°-0rientierung zum Schervektor haben und wobei sphärische Erhöhungen an den Kreuzungsstellen vorgesehen sind. Die sphärischen Aufwölbungen sind zur Erzielung einer Seher-Flexibilität wesentlich, da sie die Hauptspannungslinien entlang den Scheitellinien der Rinnen oder Falten unterbrechen. Die halbkugelförmigen Kuppen bilden Erhebungen in beiden Richtungen der Ebene der sich überkreuzenden Rinnen.The invention "relates to a flexible component made of flat material (a sheet metal, a plate or a film) with intersecting folds or grooves, which have a 45 ° orientation to the shear vector and wherein spherical elevations are provided at the crossing points. The spherical Bulges are essential to achieve vision flexibility because they are the main lines of stress along the Break the apex lines of the gutters or folds. The hemispherical peaks form elevations in both directions the level of the intersecting gutters.

Es besteht ein Bedürfnis nach plattenförmigen Bauteilen, welche einen hohen Druck aushalten können, sowie kryogene Temperaturen und erhöhte Temperaturen und welche während wiederholten Parallelverschiebungen mit Scherbeanspruchung eine ausgezeichnete Flexibilität zeigen. Man kennt Metallgewebe, welche aus einer Vielzahl von Segmenten oder Streifen bestehen, die ineinander verwoben sind. Eine solche Struktur weist jedoch eine Vielzahl von Poren auf und kann nicht als Behälter für die Aufnahme einer Flüssigkeit oder zur Aufrechterhaltung eines hohen Druckes in einer Kammer dienen. Somit besteht ein Bedürfnis nach einem undurchlässigen Bauteil, welches eine ebenso große Flexibilität hat wie das beschriebene Gewebe.There is a need for plate-shaped components that can withstand high pressure, as well as cryogenic ones Temperatures and elevated temperatures and which during repeated parallel displacements with shear stress show excellent flexibility. Metal mesh is known, which consists of a large number of segments or strips exist that are interwoven. However, such a structure has a large number of pores and cannot be used as a Containers for holding a liquid or for maintaining a high pressure in a chamber. Consequently There is a need for an impermeable component which is as flexible as that described Tissue.

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Es sind verschiedene Methoden bekannt, um thermischen und physikalischen Ausdehnungen von Behältern, Tafeln oder dergleichen Rechnung zu tragen. Das US-Patent 3 224 621 beschreibt ein zylindrisches Gefäß für Flüssigkeiten, deren Temperatur von der Umgebungstemperatur abweicht. Mit Prägungen versehene tafelförmige Bauteile dienen des Ausgleichs thermischer Expansion. Sie haben vertikale und longitudinale eingeprägte Vertiefungen in Form von sich Uberkreuzenden Linien, welche durch kreisförmige eingeprägte Linien durchschnitten werden. Der Bereich der Überkreuzung der eingeprägten Linien hat die Gestalt eines Ringes mit radialen Speichen. Mit einer derartigen Struktur werden Kräfte beseitigt, welche durch thermische Ausdehnung oder Kontraktion entstehen. Das gesamte eingeprägte Muster liegt jedoch in der gleichen Ebene und es werden nicht alle Spannungslinien der Schertranslationsbewegung unterbrochen. Solche Tafeln haben eine begrenzte Flexibilität bei thermischer Ausdehnung oder Kontraktion, und sie zeigen keine S eherflexibilitat.There are various known methods of thermal and physical expansion of containers, panels or to take the like into account. U.S. Patent 3,224,621 describes a cylindrical vessel for liquids whose Temperature deviates from the ambient temperature. Tabular components with embossing serve to compensate thermal expansion. They have vertical and longitudinal embossed depressions in the form of intersecting one another Lines that are intersected by circular embossed lines. The area of the crossing of the embossed lines has the shape of a ring with radial spokes. With such a structure will be Eliminates forces caused by thermal expansion or contraction. The entire embossed pattern lies however in the same plane and not all lines of tension of the shear translation movement are interrupted. Such panels have limited flexibility and do not exhibit any thermal expansion or contraction S rather flexibility.

Das US-Patent 3 335 902 betrifft Wülste an Dosen oder dergleichen. Parallelverlaufende Wülste oder Rinnen verlaufen in axialer Richtung und in Umfangsrichtung des zylindrischen Körpers und überkreuzen einander. Die Tiefe der Rinnen bei jeder Kreuzungsstelle von axialen und kreisförmigen Rillen ist gleich der algebraischen Summe der Einzeltiefen der Rillen. Ziel dieser Ausbildung ist es, dem Bauteil sowohl in axialer Richtung Festigkeit zu verleihen als auch eine Widerstandsfähigkeit gegen Ausbeulung. Bei dieser Ausführungsform überlagern sich die einzelnen Rillen, so daß in beiden Richtungen Starrheit erhalten wird. Die Kanten zwischen flachem Bereich und gekrümmtem Bereich der Rillen sind scharf, wodurch eine sehr große Steifigkeit erzielt wird. Hierdurch wird jegliche Flexibilität und insbesondere eine Scherflexibilität ausgeschlossen.U.S. Patent 3,335,902 relates to beads on cans or the like. Parallel beads or grooves run in the axial direction and in the circumferential direction of the cylindrical Bodies and cross each other. The depth of the grooves at each intersection of axial and circular Grooves is equal to the algebraic sum of the individual depths of the grooves. The aim of this training is to both to impart strength in the axial direction as well as resistance to bulging. In this embodiment the individual grooves are superimposed so that rigidity is obtained in both directions. The edges between the flat area and the curved area of the grooves are sharp, which results in a very high rigidity will. This excludes any flexibility and, in particular, shear flexibility.

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Das US-Patent 3 357 593 beschreibt eine Einrichtung zur Herstellung von zylindrischen Bauteilen mit helixförmigen Rillen, welche über Kreuz laufen, so daß das zylindrische Bauteil Druckkräften und Longitudinalkräften widersteht. Durch die Rillen wird dem Bauteil eine Starrheit verliehen, und jegliche Scherflexibilität wird verhindert.U.S. Patent 3,357,593 describes an apparatus for manufacturing cylindrical components having helical shapes Grooves that cross so that the cylindrical component resists compressive forces and longitudinal forces. The grooves give the component a rigidity and any shear flexibility is prevented.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein flexibles Bauteil der genannten Art zu schaffen, welches eine ausgezeichnete Scherflexibilität aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a flexible component of the type mentioned, which has an excellent Has shear flexibility.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein flexibles Bauteil der genannten Art gelöst, welches zur Herstellung mantelförmiger Strukturen verwendet werden kann und bei dem die Hauptspannungslinien durch Aufwölbungen unterbrochen sind. Diese Aufwölbungen ändern die Hauptspannungs- und Druckbeanspruchungen der Membran in Biegebeanspruchungen mit wesentlich verringerter Federkonstante oder Federsteife in Zugrichtung und jegliches unkontrolliertes Ausbuckeln oder Auswölben in Kompressionsrichtung wird vermieden. Die Rinnen oder Palten haben vorzugsweise eine Orientierung von 45 ° zum Schervektor und an den Kreuzungsstellen der Rinnen oder Falten sind kugelförmige Aufwölbungen oder Kuppen vorgesehen. Diese halbkugelförmigen Kuppen oder Aufwölbungen sind der Schlüssel zur Scherflexibilität der erfindungsgemäßen Bauteile. Sie unterbrechen die Hauptspannungslinien, welche entlang den Scheitellinien der Rinnen oder Falten verlaufen. Die halbkugelförmigen Reliefbereiche bilden Aufwölbungen über die Ebene der Scheitel der sich kreuzenden Rinnen, und zwar in beiden Richtungen gesehen.This object is achieved according to the invention by a flexible component of the type mentioned, which is used for the production of jacket-shaped Structures can be used and in which the main stress lines are interrupted by bulges. These bulges change the main stress and compressive stresses on the membrane in bending stresses with significant changes reduced spring constant or spring stiffness in the direction of pull and any uncontrolled buckling or bulging in the direction of compression is avoided. The grooves or crevices preferably have an orientation of 45 ° to the shear vector and spherical bulges or peaks are provided at the intersection of the grooves or folds. Those hemispherical knobs or bulges are key on the shear flexibility of the components according to the invention. They interrupt the main lines of tension that run along the The crest lines of the grooves or folds run. The hemispherical relief areas form bulges over the Plane of the apex of the intersecting gullies, seen in both directions.

Das Bauteil kann aus metallischem oder nicht-metallischem Material bestehen. Es handelt sich insbesondere um ein ausgedehntes Bauteil für Behälter für hohen Druck oder für Flüssigkeiten oder dgl. Zusätzlich kann diese Struktur Membranbelastungen ertragen, welche in einem Winkel von 90 zur Richtung der Scherflexibilität verlaufen, welche in einemThe component can consist of metallic or non-metallic material. In particular, it is an extended one Component for containers for high pressure or for liquids or the like. In addition, this structure can cause membrane loads endure, which are at 90 degrees to the direction of shear flexibility, which are in a

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Winkel von 45 ° zu den Rinnen verläuft. Bei der Anwendung dieses Bauteils können alle Temperaturen innerhalb der Materialgrenzen des verwendeten Materials verwirklicht werden. Bei geeigneter Dimensionierung kann das erfindungsgemäße scherflexible Bauteil äußerst große Schertranslations-Beanspruchungen aufnehmen, je nach Abstand, Rillen, Größe der Kuppen, Dicke des Materials und Art des Materials. Diese Dimensionierungen sind zum Teil durch die Herstellung bedingt.45 ° to the gutters. When using this component, all temperatures can be within the Material limits of the material used are realized. With suitable dimensioning, the inventive Shear-flexible component extremely high shear translation loads record, depending on the distance, grooves, size of the peaks, thickness of the material and type of material. These The dimensions are partly due to the manufacturing process.

Insbesondere kann das scherflexible Bauteil erfindungsgemäß die Konfiguration eines Zylinders haben, wobei die einzigartigen Eigenschaften voll zur Geltung kommen.In particular, the shear-flexible component according to the invention can have the configuration of a cylinder, the unique Properties come into their own.

Ein wesentlicher Yorteil gegenüber herkömmlichen Einrichtungen besteht darin, daß das scherflexible Material in Form einer kontinuierlichen Membran vorliegt, welche hohe Drucke aushalten kann. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Bauteil bei beliebigen Temperaturen innerhalb der durch das Material selbst festgelegten Grenzen angewendet werden. Die Abmessungen können derart gewählt werden, daß das erfindungsgemäße Bauteil sehr große Schertranslations-Beanspruchungen aufnehmen kann, je nach Wahl der Abstände, je nach den Abmessungen der Rillen und der kugelförmigen Aufwölbungen und je nach der Dicke des Materials und der Art des Materials.A significant advantage over conventional devices is that the shear-flexible material is in shape a continuous membrane is present, which can withstand high pressures. Furthermore, the component according to the invention can be used at any temperature within the limits set by the material itself. The dimensions can be chosen in such a way that the component according to the invention absorb very high shear translation stresses can, depending on the choice of spacing, depending on the dimensions of the Grooves and spherical bulges and depending on the thickness of the material and the type of material.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert.In the following the invention is explained in more detail with reference to drawings.

Es zeigen:Show it:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts des erfindungsgemäßen scherflexiblen Bauteils;1 shows a perspective view of a section of the flexible-shear component according to the invention;

Fig.2a eine Draufsicht auf eine Kreuzungsstelle zweier Rinnen bei dem Bauteil gemäß Fig. 1;2a shows a plan view of a point of intersection of two Grooves in the component according to FIG. 1;

Fig.2b einen Schnitt durch eine Kreuzungsstelle zweier Rinnen bei dem erfindungsgemäßen Bauteil gemäß Fig. 1;2b shows a section through a point of intersection of two channels in the component according to the invention according to FIG. 1;

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Fig. 3 eine Draufsicht eines Bauteils gemäß vorliegender Erfindung zur Veranschaulichung der 45°-Anordnung der Rinnen zum Schervektor und zur Veranschaulichung der kugelförmigen Aufwölbungen an den Kreuzungsstellen;3 shows a top view of a component according to the present invention to illustrate the 45 ° arrangement the grooves for the shear vector and to illustrate the spherical bulges at the crossing points;

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie 4-4 der Fig. 3; Fig. 5 eine schematische Darstellung des Bauteils gemäß Fig. 1 bei Scherbeanspruehung unter Veranschaulichung der Gestalt der Rinnen und Kuppen in beiden 45°-Richtungen; Figure 4 is a section along line 4-4 of Figure 3; 5 shows a schematic representation of the component according to Fig. 1 with shear stress with illustration the shape of the gutters and crests in both 45 ° directions;

Fig. 6 eine perspektivische Ansicht einer typischen Anwendungsform des erfindungsgemäßen Bauteils; und6 is a perspective view of a typical embodiment of the component according to the invention; and

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen zylindrischen aus dem scherflexiblen Material hergestellten Bauteils.Fig. 7 is a perspective view of a cylindrical according to the invention made of the shear-flexible material Component.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts aus einem Material mit Scherflexibilität, welches allgemein mit 10 bezeichnet ist. Dieses umfaßt ein Blech oder eine Platte 12, z. B. aus Edelstahl mit der folgenden Konfiguration: Eine Reihe von parallelen Falten oder Rinnen, welche einen konstanten Querschnitt haben, sind mit 14 bezeichnet. Die Wandbereiche 15 der Rinnen sind in das Blech 12 eingeprägt. Diese Rinnen verlaufen in einem Winkel von etwa 45 ° zu einem auf die Tafel 10 ausgeübten Schervektor 17. Die Rinnen 16 schneiden die Rinnen 18 unter einem Winkel von 90 °. An den Kreuzungsstellen der Rinnen oder Wellen 16 und 18 sind halbkugelförmig aufgewölbte Kuppen 20 vorgesehen. Der Zweck dieser halbkugelförmigen Kuppen 20 an den Kreuzungsstellen der Rinnen besteht darin, die Hauptspannungslinien, welche entlang den Scheitellinien der Rinnen verlaufen zu unterbrechen und zwar in einer Weise, die ähnlich ist der Unterbrechung der HauptSpannungslinien des flachen Bleches durch die Rinnen.Fig. 1 shows a perspective view of a section of a material with shear flexibility, which generally is denoted by 10. This comprises a sheet or plate 12, e.g. B. made of stainless steel with the following configuration: A series of parallel folds or troughs which have a constant cross-section are indicated at 14. the Wall areas 15 of the channels are embossed into the sheet metal 12. These gutters run at an angle of about 45 ° to one Shear vector 17 exerted on the panel 10. The grooves 16 intersect the grooves 18 at an angle of 90 °. To the Intersections of the channels or shafts 16 and 18 are hemispherical domed peaks 20 are provided. The purpose of these hemispherical domes 20 at the crossing points of the grooves consists in interrupting the main stress lines which run along the apex lines of the grooves in a manner which is similar to the interruption of the main stress lines of the flat sheet by the grooves.

Zusätzlich sind kleine Krümmungsradien 19 zwischen dem Basisbereich 13 des Materials 12 und dem Wandbereich 15 der Wellen oder Rinnen 14 vorgesehen. Die Krümmungsradien 19 sind ferner dort vorgesehen, wo die kugelförmigen Kuppen 20 in den sichIn addition, there are small radii of curvature 19 between the base area 13 of the material 12 and the wall area 15 of the corrugations or grooves 14 are provided. The radii of curvature 19 are also Provided where the spherical tips 20 in the

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kreuzenden Rinnen oder Wellen 16, 18 enden. Diese geringen Krümmungen dienen einem wichtigen Zweck, nämlich der Bereitstellung einer Flexibilität ohne Steifigkeit wenn Schervektorkräfte 17 auf das Material 10 ausgeübt werden. Bei herkömmlichen Bauteilen dieser Art sind scharfkantige Abbiegungen an den Stellen der Rinnen oder Deformationen des Materials vorgesehen und diese scharfkantigen Abbiegungen verursachen eine Steifigkeit aber keine Flexibilität.crossing gutters or shafts 16, 18 end. These slight curvatures serve an important purpose, which is provision a flexibility without stiffness when shear vector forces 17 are exerted on the material 10. With conventional Components of this type are sharp-edged bends at the points of the grooves or deformations of the material provided and these sharp-edged bends cause rigidity but not flexibility.

Die Abmessungen und die Abstände der Rinnen 14 und der Kuppen 20 hängen von der gewünschten mit Scherbeanspruchung verlaufenden Translationsbewegung ab, sowie von dem zur Verfügung stehenden Raum, von der Art des Materials und von der Materialdicke.The dimensions and spacing of the grooves 14 and the peaks 20 depend on the desired shear stress running translational movement, as well as the available space, the type of material and the the material thickness.

Das Material wird derart ausgewählt, daß es den erforderlichen Temperatur-, Druck- und Umgebungsverhältnissen genügt. Falls die spezielle Anwendungsform eine Flüssigkeitsaufnahme oder eine Gasaufnahme unter niedrigem Druck und bei Zimmertemperatur vorsieht, so kann man entweder dünnes Blech oder Kunststoff wählen. Falls die Anwendungsform die Aufnahme hoch korrodierender Flüssigkeit bei hohem Druck und bei erhöhten Temperaturen oder bei kryogenen Temperaturen vorsieht, so wählt man am besten einen Stahl mit einer großen Festigkeit und mit einem hohen Korrosionswiderstand oder Aluminium oder dergleichen.The material is selected so that it meets the required temperature, pressure and environmental conditions. If the special application is liquid or gas absorption under low pressure and at room temperature provides, you can choose either thin sheet metal or plastic. If the application form is the admission highly corrosive liquid at high pressure and at elevated temperatures or at cryogenic temperatures provides, it is best to choose a steel with a high strength and a high corrosion resistance or aluminum or the like.

Die Materialdicke ist eine Funktion des Arbeitsdrucks und der Materialstärke. Die Dicke des Materials sollte jedoch so gering wie möglich sein, um eine möglichst große Flexibilität bei einem gegebenen Muster zu erzielen.The material thickness is a function of the working pressure and the material thickness. The thickness of the material should however be as small as possible in order to achieve the greatest possible flexibility in a given pattern.

Die Abstände und Abmessungen des Musters sind allgemein so gewählt, daß die maximalen Arbeitsdehnungen weniger als 5 000 u. cm/cm (0,5 i°) betragen, so daß die Lebensdauer sehr lang ist. Eine andere Größe, welche bei der Auswahl des Musters beachtet werden sollte, ist das Ausmaß der De-The spacing and dimensions of the sample are generally chosen so that the maximum working elongations are less than 5,000 .mu.cm / cm (0.5 °) , so that the service life is very long. Another size that should be considered when choosing the pattern is the extent of the de-

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formation des Materials bei dem Formverfahren. Die Dimensionierungen der Rinnen 16 und 18 und der sphärischen Kuppen 20 kann analytisch erfolgen, indem man das Muster zu einigen Grundstrukturen vereinfacht und die Dehnungen jeweils innerhalb des gewünschten Bereichs (0,5 %) hält. Die folgenden geometrischen Beziehungen sind typische Konstruktionsparameter.formation of the material in the molding process. The dimensions the grooves 16 and 18 and the spherical crests 20 can be done analytically by looking at the pattern Simplified to some basic structures and keeps the elongations within the desired range (0.5%). The following geometric relationships are typical design parameters.

Im folgenden wird auf die Fig. 2b Bezug genommen. Die Dicke (t) des Bleches oder der Platte ist so gering wie möglich gewählt und die Abstände der Rinnen sind ebenfalls so klein wie möglich, innerhalb der Bearbeitungs- oder Verformungsgrenzen des Materials. Der Rinnenradius R. sollte so groß wie möglich sein (innerhalb der Verformungsgrenzen des Materials 12). Er folgt typischerweise der Beziehung R₁ = 6t bis 12t. Die kleinen Übergangsradien zwischen den Rinnen 14 (^T*) folgen typischerweise der Beziehung r. = 3t bis 5t. Zusammen mit den vorerwähnten Bereichen sollten daher die Radien R₁ und r. der folgenden Beziehung geniigen:Reference is now made to FIG. 2b. The thickness (t) of the sheet or plate is chosen as small as possible and the distances between the channels are also as small as possible, within the processing or deformation limits of the material. The channel radius R. should be as large as possible (within the deformation limits of the material 12). It typically follows the relationship R ₁ = 6t to 12t. The small transition radii between the grooves 14 ( ^T *) typically follow the relationship r. = 3t to 5t. Together with the aforementioned areas, the radii R ₁ and r. satisfy the following relationship:

R₁ R₁ R ₁ R ₁

r. = p— bis ■=— . Dies soll nun an einem Beispiel erläutert werden. Wenn R₁ = 6t gilt, so sollte τ. zwischenr. = p— to ■ = -. This will now be explained using an example. If R ₁ = 6t, then τ should. between

R₁ g+ R₁ g+R ₁ g + R ₁ g +

■p— = —Tj = 3t und ~ = —= = 2t liegen sowie zwischen■ p— = —Tj = 3t and ~ = - = = 2t lie as well as between

v. = 3t und r.. = 5t. Wenn daher R₁ = 6t gilt, so sollte r., 3t betragen. Für den Fall R. = 12t, sollte r. zwischen v. = 3t and r .. = 5t. Therefore, if R ₁ = 6t, then r should be 3t. For the case R. = 12t, r. between

R π I IR π I I

1 12t 1 12t1 12t 1 12t

75— = —p— = 6t und —s = —~— - 4t liegen sowie zwischen r.. = 3t und τ^ = 5t. Daher sollte im Falle R₁ = 12t r, 4 bis 5t betragen.75— = —p— = 6t and —s = - ~ - - 4t lie as well as between r .. = 3t and τ ^ = 5t. Therefore, in the case of R ₁ = 12t, r should be 4 to 5t.

Die Wellenhöhe h... beträgt typischerweise h.. = R. + τ. und liegt daher zwischen 6t + 3t = 9t und 12t + 5t = 17t.The wave height h ... is typically h .. = R. + τ. and is therefore between 6t + 3t = 9t and 12t + 5t = 17t.

Die Radien Rp "und R_ der kugelförmigen Kuppen müssen geometrisch miteinander und mit dem Radius R. in Einklang stehen. Die obere Grenze Rp = 1,4R-. + 0,4R^ beruht auf dem Gedanken, sicherzustellen, daß die Gestalt der kugelförmigen Kuppen eine Halbkugel nicht übersteigt. Hierbei handelt es sich umThe radii Rp "and R_ of the spherical crests must be geometrical are in harmony with each other and with the radius R. The upper limit Rp = 1.4R-. + 0,4R ^ is based on the idea ensure that the shape of the spherical domes does not exceed a hemisphere. This is

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eine Herstellungsbeschränkung. Die untere Grenze R„ = 1,2R₁ + 0,2R, ist derart gewählt, daß eine genügende Flexibilität erhalten wird. Der Radius R, liegt typischerweise zwischen R~ = 1R₁ und R, = 1,5R₁. Daher kann Rp typischerweise zwischen R₂ = 1,4R₁ + 0,4 χ 1,5 R₁ = 2R₁ und R₃ = 1,2R₁ + 0,2 χ 1R₁=I,4F liegen. Für die Gesamthöhe der Rinnen und Kuppen tu gilt als unterer Grenzwert R_? + 2r₁ und als oberer Grenzwert 2h....a manufacturing restriction. The lower limit R n = 1.2R ₁ + 0.2R is selected in such a way that sufficient flexibility is obtained. The radius R, is typically between R ~ = 1R ₁ and R, = 1.5R ₁ . Therefore, Rp can typically be between R ₂ = 1.4R ₁ + 0.4 1.5 R ₁ = 2R ₁ and R ₃ = 1.2R ₁ + 0.2 χ 1R ₁ = 1.4F. For the total height of the gutters and crests tu, the lower limit value R _? + 2r ₁ and as the upper limit value 2h ....

Einige der genannten Dimensionierungsgrenzen sind durch die Herstellung des scherflexiblen Bauteils durch Verformung eines Metallblechs nach herkömmlichen Kaltformverfahren bedingt. Die Tiefe der Rinnen und der kugelförmigen Aufwölbungen kann erhöht-werden, wenn man ein Heißformverfahren anwendet oder wenn man Explosionsformverfahren anwendet. Ferner ist dies auch bei der Herstellung aus Kunststoff möglich.Some of the dimensioning limits mentioned are due to the Production of the shear-flexible component by deforming a metal sheet using conventional cold-forming processes conditional. The depth of the grooves and the spherical bulges can be increased using a hot molding process or when using explosive molding processes. Furthermore, this is also possible in the case of manufacture from plastic.

Fig. 3 zeigt eine Tafel für Modulbauweise mit Rinnen 16 und 18, welche in die Tafel eingeprägt sind, an deren Kreuzungsstellen sphärische oder kugelförmige oder halbkugelförmige Kuppen 20 ausgebildet sind. Diese Platte kann starr entlang der unteren Kante 22 befestigt sein. Die obere Kante 24 kann von einer Seite zur anderen um einen beträchtlichen Abstand verschoben werden, wenn die benachbarten Körper eine Relativbewegung ausführen oder wenn eine solche Relativbewegung durch eine Temperaturdifferenz zwischen der oberen Kante 24 und der unteren Kante 22 zustandekommt. Beim Biegen des Materials werden die Rinnen 16 und 18 und die Kuppen 20 gemäß Fig. 4 entweder gestreckt oder kontraktiert. Fig. 3 shows a panel for modular construction with grooves 16 and 18 which are embossed in the panel, spherical or spherical or hemispherical at the intersection points Tips 20 are formed. This plate can be rigidly attached along the lower edge 22. The top edge 24 can be moved from side to side by a considerable distance when the adjacent body perform a relative movement or if such a relative movement is caused by a temperature difference between the upper edge 24 and the lower edge 22 comes about. When the material is bent, the grooves 16 and 18 and the tips 20 according to FIG. 4 either stretched or contracted.

Im nicht deformierten Zustand haben die Kuppen der Tafel einen Querschnitt gemäß der mittleren Figur (20); bei der Deformierung des Materials haben die Kuppen entweder die Konfiguration 20", wobei die Kuppen weiter werden oder, falls das Material zusammengedrückt wird, die Konfiguration 20', bei der die Kuppen zusammengepreßt erscheinen. Die Querschnittsformen der Rillen 16 und 18 zeigen das gleiche Ver-In the undeformed state, the peaks of the panel have a cross-section according to the central figure (20); in the Deformation of the material, the peaks either have the configuration 20 ", whereby the peaks become wider or, if the material is compressed, the configuration 20 'in which the tips appear compressed. The cross-sectional shapes of the grooves 16 and 18 show the same

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halten wie die Querschnittsformen der Kuppen gemäß Fig. 4. Die Deformierung der Rillen durch Kompression und Dehnung verläuft genau wie bei den Kuppen. Somit ersieht man, daß die Rillen eine Kompression oder eine Dehnung in der Ebene der Platte erlauben und daß die Kuppen 20 eine Kompression oder eine Dehnung an den Kreuzungsstellen der Rillen 16 und 18 erlauben.hold like the cross-sectional shapes of the peaks according to FIG. 4. The deformation of the grooves by compression and expansion runs exactly as with the knolls. Thus, it can be seen that the grooves are compressing or stretching in-plane allow the plate and that the tips 20 compression or expansion at the intersection of the grooves 16 and 18 allow.

Fig. 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Platte, welche seitlich deformiert wird. Die obere Kante 24 wird relativ zur festgehaltenen unteren Kante 22 um eine Strecke "D" (in der oberen linken Ecke der Fig. 5) nach links bewegt. In diesem Fall ersieht man anhand der Querschnittlinie 16 und 18, daß die Rillen 16 und die Kuppen 20' parallel zur Rille 18 zusammengedrückt werden, während die Rillen 18 und die Kuppen 20" parallel zu den Rillen 16 gestreckt werden. Auf diese Weise ist eine relativ starke Deformation möglich, ohne daß es zu einer Beschädigung der Platte, wie z. B. durch Ausbuckeln oder durch Spannungsrisse im Material, kommt.Fig. 5 shows a schematic representation of a plate which is deformed laterally. The top edge 24 becomes moved a distance "D" (in the upper left corner of FIG. 5) to the left relative to the captured lower edge 22. In this case it can be seen from the cross-sectional lines 16 and 18 that the grooves 16 and the crests 20 ' are compressed parallel to the groove 18, while the grooves 18 and the tips 20 "parallel to the grooves 16 can be stretched. In this way, a relatively strong deformation is possible without causing damage the plate, such as B. by bulging or stress cracks in the material.

Als Material 10 kann man z. B. Edelstahl (302 Cres) wählen, welches zu der dargestellten Konfiguration geprägt wird. Ein derartige geprägtes Edelstahlmaterial zeigt Eigenschaften, welche fast den Eigenschaften von Kunststoff gleichen. Natürlich können auch andere Materialien eingesetzt werden.As material 10 you can, for. B. Choose stainless steel (302 Cres), which is embossed to the configuration shown. Such an embossed stainless steel material shows properties which almost resemble the properties of plastic. Of course, other materials can also be used.

In Raketenmotoren werden die verschiedenen Bauteile oft extrem großen Wärmeänderungen unterworfen. Wärme gradient en können um mehr als 1 200 ⁰C zwischen den einzelnen Bauteilen variieren, wodurch erhebliche Deformationen desselben Zustandekommen. Oft ist es erforderlich, zwischen zwei verschiedenen Bauteilen unterschiedlicher Temperatur eine dichte Verbindung herzustellen. Eine solche Yerbindungsbarriere muß befähigt sein, die durch den hohen Temperaturgradienten hervorgerufene Deformation zu absorbieren. Fig. 6 zeigt ein Abschlußelement 30 aus Edelstahlblech, welches einer-In rocket motors, the various components are often subjected to extremely large changes in temperature. S can heat gradient to more than 1200 ⁰ C vary between the individual components, causing considerable deformation of the same conclusion. It is often necessary to create a tight connection between two different components at different temperatures. Such a connection barrier must be able to absorb the deformation caused by the high temperature gradient. Fig. 6 shows a closure element 30 made of stainless steel sheet, which one-

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seits an die Außenkante einer Turbinenabgasleitung 32 (430 ⁰C) geschweißt ist und andererseits an eine Brennstoffleitung (- 240 ⁰C). Die Absperrung verhindert, daß Gas mit einer Temperatur von 430 ⁰C und einem Druck von 0,35 Atmosphären aus dem Raum zwischen der Turbinenauspuffbasis und dem Triebwerkraum während des Zündens austritt. Die Absperrung 30 verhindert jeglichen Durchtritt von Gas zwischen einer Atmosphäre 40 oberhalb der Absperrung, welche einen Druck nahe Vakuum haben kann und einer Atmosphäre 41 unterhalb der Absperrung mit Umgebungsdruck, wobei gleichzeitig eine gute Flexibilität gewährleistet ist. Die Absperrung bildet eine Druckbarriere, welche die zv/ei Druckbereiche zwischen den Bauteilen oder um diese herum vollständig abtrennt. Ferner erlaubt die Absperrung eine Vor- und Riickbewegung 44 der Abgasleitung 32 relativ zur Brennstoffleitung 34 sowie eine Auf- und Abbewegung 46 und eine Ein- und Ausbewegung 48 einzeln oder gleichzeitig.on the one hand to the outer edge of a turbine exhaust line 32 (430 ⁰ C) is welded and on the other hand to a fuel line (- 240 ⁰ C). The shut-off prevents gas at a temperature of 430 ^° C. and a pressure of 0.35 atmospheres from escaping from the space between the turbine exhaust base and the engine room during ignition. The shut-off 30 prevents any passage of gas between an atmosphere 40 above the shut-off, which can have a pressure close to vacuum, and an atmosphere 41 below the shut-off with ambient pressure, while at the same time ensuring good flexibility. The barrier forms a pressure barrier which completely separates the zv / ei pressure regions between the components or around. Furthermore, the shut-off permits a forward and backward movement 44 of the exhaust gas line 32 relative to the fuel line 34 and an upward and downward movement 46 and an inward and outward movement 48 individually or simultaneously.

Eine thermische Expansion der Turbinenabgasleitung 32 und eine thermische Kontraktion der Hauptbrennstoffleitung 34 bewirken eine Relativbewegung von etwa 1,3 cm mit einer Scherdeformation gemäß der Pfeillinie 44 der Absperrung. Man kann leicht erkennen, daß die Absperrung einer beträchtlichen Scherdeformation widerstehen muß. Die Absperrung hat eine umgekehrt U-förmige Gestalt um Relativbewegungen in Richtung der Pfeillinien 46 und 48 der Turbinenabgasleitung 32 in Bezug zur Hauptbrennstoffleitung 34 Rechnung zu tragen. Die Rinnen 14 und die kugelförmigen Kuppen 20 sind aus räumlichen Gründen einwärts gerichtet. Es wurde festgestellt, daß sich das Y/ellenmuster dabei leichter ausbilden läßt. Je mehr Material dazu verwendet wird, den Zwischenraum zwischen der Turbinenabgasleitung 32 und der Brennstoffzuführleitung 34 zu Überbrücken, umso geringer ist die Deformation der jede der Rinnen unterworfen wird.Thermal expansion of turbine exhaust line 32 and thermal contraction of main fuel line 34 cause a relative movement of about 1.3 cm with a shear deformation according to the arrow line 44 of the barrier. It can easily be seen that the barrier must withstand substantial shear deformation. The cordon has an inverted U-shape for relative movements in the direction of arrow lines 46 and 48 of the turbine exhaust line 32 in relation to the main fuel line 34 must be taken into account. The grooves 14 and the spherical domes 20 are made of directed inwards for spatial reasons. It was found that the Y / ellen pattern can be formed more easily. The more material is used, the space between the turbine exhaust line 32 and the fuel supply line 34 to be bridged, the lower the deformation that each of the channels is subjected to.

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Bei einem typischen Fall "besteht das Material aus Stahlblech (347 Cres) mit einer Dicke von 0,45 mm. Das Material ist z. B. 20 cm "breit "bei einer Anwendung, welche eine Schertranslationsbewegung von 1,25 cm erforderlich macht. Die Rinnen haben einen Abstand von 2,54 cm voneinander, gerechnet von den Mittellinien, wobei die Primärradien der Rinnen etwa 3,6 mm betragen und wobei die Kuppenradien etwa 1,25 mm betragen und wobei die Höhe etwa 4,8 mm beträgt. Die Primärradien der Kuppen betragen etwa 5,3 mm, wobei die Kantenradien 5,1 mm betragen und wobei die Höhe 9,7 mm beträgt.In a typical case "the material consists of sheet steel (347 cres) with a thickness of 0.45 mm. The material is e.g. B. 20 cm "wide" in an application that has a Requires a shear translation movement of 1.25 cm. The gutters are 2.54 cm apart, calculated from the center lines, the primary radii of the channels being about 3.6 mm and the tip radii be about 1.25 mm and the height is about 4.8 mm. The primary radii of the crests are about 5.3 mm, the edge radii being 5.1 mm and the height being 9.7 mm.

Im folgenden wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Diese zeigt ein zylindrisches Bauteil, welches allgemein mit 50 bezeichnet ist und welches zur Erzeugung einer Scherflexibilität Rinnen 51, 53 und kugelförmige Kuppen 55 an den Schnittstellen der Rinnen aufweist. Die Rinnen haben eine 45°-Orientierung zur Mittelachse 52 des Zylinders. Der Zylinder oder der Balg weist eine Torsionsflexibilität um die Mittellinie auf, d. h. ein Ende des Zylinders 54 kann gemäß der Pfeillinie 58 um die Mittellinie relativ zum anderen Ende 56 rotiert werden. Der Zylinder 50 mit dem beschriebenen Scherflexibilitätsmuster kann als Druckgefäß ausgebildet sein, da er sowohl eine Innendruckbelastung in Radialrichtung (60) als auch eine Belastung in Axialrichtung aufnehmen kann. Derartige Einrichtungen können verschiedensten Anwendungszwecken dienen. Sie können z. B. als Leitungssysteme (nicht gezeigt) eingesetzt werden, welche sowohl thermischen Änderungen als auch Relativbiegebeanspruchungen ausgesetzt sind. Ferner können sie als positive Abdichtungen oder Zwangsabdichtungen (nicht gezeigt) dienen und somit dynamische Abdichtungen ersetzen, und zwar bei Anwendxingen bei denen begrenzte Rotationen auftreten, z. B. im Falle von Kugelventilbetätigungsstangen oder dergleichen.Reference is made to FIG. 7 below. This shows a cylindrical component, which is generally designated by 50 and which grooves 51, 53 and spherical domes 55 at the interfaces to produce a shear flexibility which has grooves. The grooves have a 45 ° orientation to the central axis 52 of the cylinder. The cylinder or the bellows has torsional flexibility about the centerline; H. one end of the cylinder 54 can according to the arrow line 58 can be rotated about the center line relative to the other end 56. The cylinder 50 with the described shear flexibility pattern can be designed as a pressure vessel, since it has both an internal pressure load in the radial direction (60) and can absorb a load in the axial direction. Such devices can be used for a wide variety of purposes. You can e.g. B. can be used as line systems (not shown), which both thermal changes are also exposed to relative bending stresses. They can also be used as positive seals or forced seals (not shown) serve and thus replace dynamic seals, in fact in limited applications Rotations occur, e.g. B. in the case of ball valve operating rods or the like.

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Man erzielt wiederum eine äußerst gute Scherflexibilität indem die Hauptspannungsiinien durch die Rillen unterbrochen sind. Man kann auf diese Weise schalenförmige Bauteile erzeugen oder baukastenförmige Wand strukturen. Durch die Rillen werden die Hauptmembranspannung und die Druckspannungen in Biegespannungen umgesetzt. Hierdurch wird die Federkonstante oder die Federsteifigkeit in Zugrichtung erheblich herabgesetzt und unerwünschtes Ausbeulen in Kompressionsrichtung wird eliminiert.In turn, extremely good shear flexibility is achieved in that the main stress lines are interrupted by the grooves are. In this way, shell-shaped components can be produced or modular wall structures can be created. The main membrane stress and the compressive stresses are converted into bending stresses through the grooves. Through this the spring constant or the spring stiffness in the pulling direction is considerably reduced and undesirable Bulging in the direction of compression is eliminated.

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Claims

1A-1707 PATENTANS REVIEW

1.) Flexible component for recording shear vector translation movements, characterized by a sheet having at least one pair of linearly extending and intersecting grooves of constant cross-section, each of which at an angle to the shear vector and to the shear translation motion stands, with the intersecting grooves at the intersection of a spherical bulging Have area which rises above the apex of the intersecting grooves, such that the spherical bulging areas are the main lines of tension interrupt along the apex lines of the grooves when the flexible component undergoes a shear vector translation movement is subjected, at the junction between the wall of the channels and the flat area of the flat material as well as a curved area at the connection point between the spherically bulged area and the grooves Transition surface is provided.

2. Component according to claim 1, characterized in that the radius of curvature of the transition surfaces is three to five times is the thickness of the flat material.

3. Component according to one of claims 1 or 2, characterized in that that the grooves intersect at right angles to each other.

4. Component according to one of claims 1 to 3, characterized in that that the gutters are at an angle vector and for shear translation.

shows that the gutters are at an angle of 45 to the shear

5. Component according to one of claims 1 to 4, characterized in that that the height of the grooves is 9 to 17 times the thickness of the flat material.

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ORIGINAL INSPECTED

6. Component according to one of claims 1 to 5, characterized in that that the spherical domed areas Raise to a height above the gutters which is approximately equal to the height of the gutters.

7. Component according to one of claims 1 to 6, characterized in that that it has a cylindrical shape with the grooves at an angle of 45 ° to the central axis of the cylinder stand in such a way that the cylindrical member has torsional flexibility.

8. Component according to one of claims 1 to 7, characterized in that that it is connected with two relative movements to each other executing components, such that the Gutters at an angle of 45 ° to the fastening edges of the two components and to the one parallel to these edges running shear vector translation direction run.

9. Component according to one of claims 1 to 8, characterized in that that it is impermeable.

10. Component according to one of claims 8 or 9, characterized in that that it has an overall curvature and that its length is greater than the linear distance between the two relative movements to each other executing components, so that increased flexibility in of the Shear plane deviating levels exists.

11. Component according to claim 10, characterized in that the spherically bulged areas relative to the overall curved component are directed inwards.

12. Component according to one of claims 1 to 11, characterized in that that it is made of metal.

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