专利名称：由多个连接件形成的球体及制造由多个连接件形成的球体的方法
技术领域：
本发明涉及一种由多个连接件形成的球体。本发明还涉及一种制造由多个连接件形成的球体的方法。
背景技术：
现知的由多个部件组成的球形物或球体应用范围广泛，由于其大尺寸和/或加工技术的原因而适于由多个部分拼接而成。这类球体包括像具有相对小的半径的足球。足球表面由多边形皮革片组成，其通常被手工连接到一起，并且通过内部的一个充气橡皮球形成球体形状。另外，应当意识到，以用于例如在远洋航行的船上作为液化气运输或贮存罐使用的钢面球形容器为代表的是不同的例子。通常这些容器外径约为10-40米，就制造工程 而言其便于由小连接件(钢板)拼接成容器的表面。将被连接起来并组成球体的部件的形状使得在形成球体时不方便操纵并且各部件的相互连接(焊接)困难并且需要特殊设备用来移动将被连接的连接件以定位并保持在相同的合适位置定位。现在，球体的拼接需要具有多种特殊技能的人员，例如用于操纵这些部件的设备的操作者，同时还是焊接工。将要连接到一起的部件的形状使球体拼接工艺的自动化很困难。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够克服上述缺点的球体。换言之，本发明的目的是提供一种由一类连接件形成的球体，能够使拼接大径球体相对现有技术更简单、快捷，并且因此更便宜。本发明的另一目的是提供一种球体其能够，相对现有技术，以尽可能先进的自动化方式将相互连接到一起的部件连接到一起。前述的发明目的通过本发明以下列方式实现球体的部件包括至少二十块六边形板状构件和至少十二块五边形板状构件，每个板状构件的曲率半径以此方式成型，即组装后，各部件组成一个半径不小于I. 5米的空心球体，每个板状构件具有一个连接和操纵盖。另外，本发明的一个目的是提供一种能达到上述发明目的的方法。本发明目的以此方式实现-形成至少二十块六边形板状构件的坯和至少十二块五边形板状构件的坯，-每个板状构件的坯被弯曲成相同的曲率半径，-由前述的坯形成至少二十块六边形板状构件和至少十二块五边形板状构件，-每个板状构件坯被提供一个连接和操纵盖，-通过将板状构件连接到一起使弯曲的板状构件形成一个空心的球体，以使球体的半径，其不小于I. 5米，与每个板状构件的曲率半径一致，及-形成的球体在流体介质上被旋转。本发明的优选实施例在从属权利要求中提到。
接下来将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中图I示出了本发明的球体，其由被焊接到一起的板状构件组成，图2以展开图示出了板状构件及其其相关位置，图3示出了板状构件中的连接和操纵盖，图4以横截面示出了板状构件中存在的门， 图5示出了板状构件坯的弯曲装置，图6示出了弯曲坯的切割装置，用于将坯的边切成五边形或六边形以得到五边形或六边形板状构件，图7示出了形成中的球体结构的一个实例，图8示出了本发明的安装柱的一个实例，图9示出了球体焊接系统的一个实例。
具体实施例方式首先参照整个球体的结构。图I示出了本发明的球体的一个实例，以标号5指代。图I中的球体由多个连接件I组成。在本实施例中，连接件为五边形或六边形的板状构件1，并且其相关位置在图2中以展开图示出。如图2所示，六边形板状构件更确切的用标号HI, H2, H3, H4,…，H20标记并且五边形板状构件更确切的用标号Pl，P2, P3, P12标记。这些标记在此仅用于更详细的阐明球体的结构。相应地，球体包括至少二十块六边形板状构件I和至少十二块五边形板状构件I。另外，每个板状构件I的曲率半径使组装时板状构件I组成一个空心球体5。曲率半径不小于I. 5米并且，根据用途，曲率半径能够实际上被确定为任意尺寸。最大时，此类球体的半径R，例如LNG容器(液氮运输容器)的外壳半径，通常为20-30米。当然，可能会拼接半径更大的球体。应当注意到球体的制造方法将在后面有详细描述。板状构件I的材料优选钢，其材料厚度依给定的用途和整个球体5的半径(直径)变化。一般在应用中，材料厚度在1.5-2.5cm范围内变化，当然还可以是其它值。另外具有优势的是，至少在球体用于和水(海)接触的应用中，球体的内部和外部都具有涂层，如镀锌层。球体5的每个板状构件I都具有连接和操纵盖，其在图3中以部分截面示出、用标号2指代。连接和操纵盖2位于每个板状构件I的中间。连接和操纵盖2具有一个主体其在形状上优选为圆柱形并且优选通过焊接(焊缝为W)固定到形成于板状构件I的中间的孔中。固定后的连接和操纵盖2，尤其是它的前端面2d，被固定在孔中的方式为前端面2d使它的平面，在球体径向方向上，与板状构件I的外表面Ib的平面平齐或者进入所述平面内部。前端面2d形成有一个柱体空间2c，其具有内螺纹。而且连接和操纵盖2还包括构件2a和2b，其使球体5能够在内表面Ia侧和外表面Ib侧根据需要被自动连接和操纵。这些构件2a和2b在这里包括第一夹持件2a。在这个结构中，第一夹持件2a包括塞子2a，其从连接和操纵盖2的圆柱主体的位于球体内部的剩余后表面向球体内部延伸并且其在这里能够被称为第一连接塞子2a。第二夹持件2b具有外螺纹2c，其与主体的内螺纹配合并且以此方式第二夹持件2b被可拆卸地连接至连接和操纵盖2主体。第二夹持件2b包括塞子2b’，其沿球体径向远离球心的方向延伸并且其在此能够被称为第二连接塞子。第二连接塞子的头部优选为球形且它的中心，在球体5径向方向上，与球体5的外表面Ib共面。另外，球体5具有至少一个可开关的门更具优势。如图4所示的为这个门的一个例子，其中门用标号16指代。然而，在不同的应用中优选具有更多的门。这些应用中包括足够大以使人员能够进入球体进行例如维修工作的所谓的检修孔。另一个门16的用途是装载和/或卸载舱口，以此方式所需材料能够被带进或带出球体，类似于，例如，用于接下来描述的球体5的表面镀锌的目的。如图4所示，门16通过它的边缘被支撑在沿板状构件I中的开口的边缘焊接的优选为环形的圈15上。，在球体5 (板状构件I)径向方向上，圈15使它的支承边缘15a处于球体5外表面(板状构件I的外表面Ib)内侧一定距离。上述距离为至少与门16的材料厚度相等的距离，优选为门的材料厚度的I. 1-2倍，因此门16在球体5外表面(板状构件I的 外表面Ib)内侧。门16的边框附近优选具有机械连接件17，例如螺栓17，通过它门16被可拆卸地连接至圈15。门16优选由与它配合的板状构件I相同的材料制造。圈15在它的支承边缘上具有密封圈16b，其用于环绕圈15的开口并且由此实现门16的外周与支承边缘15a之间的密封以防止例如水通过门16进入球体5内部。接下来参考附图5-9详细描述的是由多个连接件形成的球体5的拼接方法。图5示出了板状构件的坯I’的示意图。首先，生产拼接球体5所需数量的坯I’。在所描述的实施例中坯I’被制造成二十个六边形板状构件的坯和十二个五边形板状构件的坯。坯I’包括被切割成接近尺寸的板状构件(平板)。随后在每个坯I ’上形成开口，其中固定有如图3中示出的连接和操纵盖2，如上所述。进一步地，每个板状构件的坯I’被弯曲成相等的曲率。坯通过图5所示的弯曲装置被弯曲。弯曲装置100包括两个具有表面101的压力构件，两个表面101具有相同的曲率，在其间每个坯I’被弯曲成球体表面的形状。通过利用如动力单元102，102’，例如液压缸，实现弯曲，按压上压力构件然后它的弧形表面101向下紧靠下压力构件，以使坯I’被保持(挤压)在弧形表面101之间同时弯曲成球体表面形状。在此，为确保坯I’在弯曲装置100上保持固定，将下压力构件上装备有坯I’能够通过它的连接和操纵盖2连接的构件是具有优势的。接着，上述的坯被制成二十块六边形板状构件和十二块五边形板状构件。为此，坯I’通过连接和操纵盖2定位到圆形工作台110上等。圆形工作台具有使坯I’绕贯穿连接和操纵盖2的旋转轴Rl旋转的旋转工具(图中未示出)。旋转工具包括如步进电机，通过它圆形工作台并且因而坯I’能够旋转圆的1/6和1/5 (换言之，圆旋转的对应角度为60度和72度)。坯I’通过夹持装置111被稳定夹持在圆形工作台110上。夹持装置包括夹持构件111a，例如气压缸，夹持装置111通过它夹住连接和操纵盖2并且借此将坯I’(主要通过坯I’的中点)压紧到圆形工作台110上。之后，通过置于圆形工作台110附近的精密切割工具112对坯I’的边Ic进行处理。其中，依次地直切每个坯I’的边1C，以使球体的坯I’成为前述备用的六边形板状构件
I(HI, H2,…，H20)和五边形板状构件1(P1，P2，…，P12)的数量，它们因此已经被弯曲成与整个球体5—致的曲率。该曲率半径不小于I. 5米。实际上，该曲率半径没有上限，但在实际应用中整个球体5的半径最大为30-40米。接下来结合图7-9描述组成球体5的备用板状构件I的连接(组装)。图7示出一个碗20，它的内表面21在形状上与被拼接的球体5的直径匹配的球形帽一致。流体介质，在本实施例中为水32，能够通过泵40经流道31泵送流体介质至碗20流体介质，直至组装完的球体5被水32承载的水平以使球体5能够通过图9中示出的机器人60在水32上旋转。碗20的底部具有一个旋转装置22，与其衔接处设置有从图2中选择的六边形板状构件H20。配合是通过连接和操纵盖2的第二连接塞子2b’实现的。在本发明的一个优选实施例中，实际安装过程之前安装一个与连接和操纵盖2的·第一连接塞子2a连接的安装柱70是具有优势的。安装柱70的一个优选实施例，关于其更具体结构和与板状构件I的连接，在图8中示出。安装柱70包括一个中心杆71，它的的第一端72a延伸至与板状构件I (H20)的第一连接塞子2a衔接。第一连接塞子2a优选以使中心杆71处于竖直位置的方式定位。中心杆71的第二端72b能够自由旋转并且具有轴承安装到其上的至少一个安装臂74 (图7示出两个安装臂)，因此，安装臂74自由地并且朝着接下来组装的板状构件I的连接和操纵盖2旋转。铰接点恰好位于即将成型的球体5的中心。上述轴承组件还包括中心杆71的铰接点，中心杆71的前端(第二段72b)能够绕其旋转。中心杆71由至少三个支撑臂73支撑(图7和图8中只显示三个支撑臂73中的两个，第三个在第二个后面)，它们的端部支撑在与中心杆71连接的板状构件I的边缘上。这能够确保中心杆71将它本身对齐在竖直位置上并且上述铰接点被主动固定至随后形成的球体5的中心。在此类安装柱70的辅助下，安装过程开始于通过安装臂74移动板状构件I (如图2所示的H17，P10, H18, Pll, H19和P12)至板状构件I (H20)的旁边。这些从随后成型的球体5的内部通过薄且防水的焊接连接在它们的相对的边缘IC处焊接在一起。接着将许多水32泵送至碗20中以使球体5的一部分位于水32上，借此球体5的一部分绕旋转装置22旋转至下一个板状构件I的连接位置然后水32从碗20中排出。安装臂74连接至下一个板状构件I (P9)，其与板状构件I (H17)焊接到一起。所有剩余的板状构件均以类似的方式焊接。由此得到球体5。在组装时，能够将能够承载球体5的流体介质，在本实例中是水32，引入碗中。因此，球体5能够通过合适的机器人或手动地在水上自由旋转。最后一块板状构件I (Hl)优选包括图4中示出的检修口 16。这里应该提及板状构件I的尺寸和形状需满足组装到一起时，板状构件I的角位于球体(5)的表面的位置同至少由六个碳原子组成的富勒烯的碳原子位置对应。装配过程之后是实际焊接，在焊接碗中板状构件I之间的球体5的外部接缝处进行。这能够在相同的碗20中进行，其增加了如图9所示的主焊接站50，同样具有旋转工具60，在本实施例中为旋转机器人60。或者，焊接在独立的碗中进行，其实质与碗20相同。因此，图9所示的焊接碗用标号20’指代。在本实施例中，所组装的球体5通过独立的转运道运载，例如轨道(图中未示出)，至该具有碗20’的主焊接站50。主焊接站50被安装到如到达球体5上方水平的工作台上并设置在到与焊接碗20’ 一致的脚手架上。球体5通过两个连接和操纵盖2的第二连接塞子2b’被夹紧定位，其优选总是定位成(最高和最低)与穿过球体5中心的垂直轴Y共线。由于球体5的板状构件I的相对位置，在球体5的表面总是存在在球体5的径向方向上恰好位于球体5的相对侧的第二连接塞子2b’。因此，垂直轴Y成为球体5的(夹持)旋转轴(无论哪对相对的第二连接塞子2b’在旋转后与垂直轴Y共线)，球体5被旋转机器人60转动后绕该旋转轴旋转。为此，旋转机器人60装备有夹持构件用于握住其它的置于球体5表面的第二连接支架2b’。相应地，主焊接站50使 它的焊接机器人被设置成能够到达足够远以焊接最上方的六边形板状构件I的至少一个边缘lc。因此，由于流体介质碗20’中存在流体介质，球体5的相关的板状构件I的每个边缘Ic顺序被旋转机器人60转动至焊接机器人的范围内。最简单地，无论球体是通过六边形还是五边形板状构件I从上端夹持至它的旋转轴Y，在焊接整个球体5的接缝时，在焊接过程中能够需要一个，不超过两个类型的焊接动作就能涵盖板状构件I之间的所有形式的焊缝。这，继而，能够实现球体5的全自动化的焊接过程。焊接机器人(主焊接站50)使得板状构件I总是处于精确已知的位置并处于正确的位置。焊接能够通过一些已知的高能焊接技术实现，例如，电焊技术。接下来，优选上述球体5的外表面Ib和内表面Ia同时被热镀锌。这是通过降低球体5以浮在镀锌槽的熔融锌的上面(镀锌需要的基质)。同时，足够量的用于镀锌的(熔融)基质被置于球体内，所述的量至少使内表面Ia充分镀锌。镀锌以这种方式进行一个或多个夹持机器人(图中未示出)夹住第二连接塞子2b’，其数量仍为球体上的32个。通过这种方式在镀锌槽中旋转球体，作为一个无人操作的工序，夹持机器人(一个或多个)能够自动的镀锌。镀锌旋转后，当具有检修口 16的板状构件I恰好置于最高位置时，最好确保球内留有剩余的镀锌基质，剩余量为如100-200kg，其接下来通过将球体从镀锌槽抬起冷却。因此，剩余的镀锌物冷却并固定在球体5的底部与球体5的检修口 16位于的球体5的顶端相对侧。这块变硬的东西形成一个配重,该配重能够确保在海上或水中工作时,球体5漂浮时检修口 16恰好朝上。之后，拆下包括在连接和夹持构件2中的可拆卸的第二夹持件2b(还包括第二连接塞子2b’)。本发明不仅仅局限于所提出的实施例，而依权利要求书中的保护范围可作多种变化。
权利要求
1.一种由多个连接件(I)形成的球体(5)，其特征在于，所述球体的部件包括至少二十块六边形板状构件(1;H1，H2，H3，. . . , H20)和至少十二块五边形板状构件(1;P1，P2，P3，. . .，P12)，每个板状构件的曲率半径满足组装后，所述构件组成半径不小于I. 5米的空心球体(5)，且每个板状构件(I)具有连接和操纵盖(2)。
2.根据权利要求I所述的球体(5)，其特征在于，至少一个板状构件(I)具有至少一个可开关的门(16)，其在球体的径向方向上位于所述至少一个板状构件(I)的外表面(Ib)的内侧。
3.根据权利要求I或2所述的球体(5)，其特征在于，相邻的板状构件(I)通过焊接相互连接。
4.根据权利要求1-3中的任一项所述的球体(5)，其特征在于，所述板状构件(I)的材料是金属或合金，优选钢。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的球体(5)，其特征在于，所述板状构件(I)相互之间的组装方式是所述板状构件(I)的角位于所述球体(5)的表面，位置同至少由六个碳原子组成的富勒烯的碳原子位置对应。
6.根据权利要求1-5中的任一项所述的球体(5)，其特征在于，所述连接和操纵盖(2)包括构件(2a，2b ’)，通过它们所述连接和操纵盖能够从球体(5 )的内侧和/或外侧被夹住以移动所述球体(5)。
7.根据权利要求6所述的球体(5)，其特征在于，所述连接和操纵盖(2)沿所述球体(5)的径向方向设置成与所述球体(5)的外表面(Ib)平齐和/或位于所述球体(5)的外表面(Ib)的平面内侧。
8.—种制造由多个连接件形成的球体(5)的方法，其特征在于， -形成至少二十个六边形的坯(Γ )及至少十二个五边形的坯(Γ )， -每个用于板状构件的坯被弯曲成相同的曲率半径， -每个板状构件坯(Γ )被提供连接和操纵盖(2)， -每个板状构件坯(Γ )被弯曲成相同的曲率半径， -由前述的坯(Γ )形成至少二十块六边形板状构件(1;H1，H2，H3，. . . , H20)和至少十二块五边形板状构件(I ;P1，P2, P3，…，P12)， -通过将板状构件(I)连接到一起使弯曲的板状构件(I)形成空心的球体(5)，以使所述球体(5)的半径，其不小于I. 5米，与每个板状构件(I)的曲率半径一致，和 -形成的球体(5)在流体介质(32)上被旋转。
9.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述板状构件(I)之间的连接采用焊接。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述球体(5)通过两个连接和操纵盖(2)的第二连接塞子(2b’ )夹紧定位以进行焊接，它们总是与穿过所述球体(5)的中心的垂直坐标轴(Y)共线,且所述球体(5)绕所述垂直坐标轴(Y)旋转。
11.根据权利要求8-10中的任一项所述的方法，其特征在于，所述流体介质(32)优选水或空气。
12.根据权利要求8-11中的任一项所述的方法，其特征在于，至少一个板状构件(I)具有至少一个可开关的门(16)，其在所述球体的径向方向上位于所述至少一个板状构件(I)的外表面(Ib)的平面内侧。
13.根据权利要求8-12中的任一项所述的方法，其特征在于，所述球体(5)的内表面(Ia)和外表面(Ib)同时热镀锌。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在镀锌球体(5)的底部留有热镀锌的剩余材料以产生配重。
全文摘要
本发明涉及一种由多个连接件(1)形成的球体(5)。球体包括包括至少二十块六边形板状构件(1;H1,H2,H3，...,H20)和至少十二块五边形板状构件(1;P1,P2,P3，...,P12)，每块板状构件的曲率半径满足组装后，板状构件组成一个半径不小于1.5米的空心球体，所述板状构件(1)具有一个连接和操纵盖(2)。本发明还涉及一种制造由多个连接件形成的球体的方法。
文档编号B23P23/04GK102905813SQ201180023475
公开日2013年1月30日 申请日期2011年4月29日 优先权日2010年5月12日
发明者珀蒂·尼埃米 申请人:瓦萨堡Lng产品公司