ES2245348T3 - Componente neumatico. - Google Patents

Abstract

Componente neumático con un cuerpo hueco alargado (1) hermético al aire, cargado con aire comprimido, de material flexible, que además presenta al menos una varilla de presión (2) y al menos un par de elementos de tracción (4) caracterizado porque u como mínimo una varilla de presión (2) a lo largo de una línea generatriz del cuerpo hueco (1) está ajustada a éste y asegurada mediante elementos tipo funda (13, 16) contra desplazamientos o pandeo, u está fijado al menos un par de elementos de tracción (4) en los dos extremos de como mínimo una varilla de presión (2), a cuyo fin la varilla de presión (2) presenta en cada extremo un nudo (3) para la fijación mutua continua de la varilla de presión (2) y los elementos de tracción (4), u como mínimo dos elementos de tracción (4) rodean el cuerpo hueco (1) en forma de espiral y en sentido inverso con al menos un paso, y se entrecruzan en una línea generatriz (7) del cuerpo hueco (1), la que se encuentra enfrentada a la varilla de presión (2), u los nudos (3) están destinados a la absorción de fuerzas de apoyo.

Description

Componente neumático.

La presente invención se refiere a un componente neumático según el concepto general de la reivindicación 1.

Ya se conocen diferentes componentes neumáticos en forma de cuerpos huecos tubulares inflables, así por ejemplo de la US 3.894.307 (D1), US 4.712.335 (D2), US 5.735.083 (D3) y FR 2.741.373 (D4). Si un componente tal es cargado transversalmente, la tarea a solucionar radica principalmente en absorber las fuerzas de tracción y empuje, sin que el componente se doble. Mientras que en la D3 y la D4 ante todo se conocen soluciones del modo de compensar las fuerzas de tracción, en la D1 y D2 se revelan adicionalmente soluciones para la compensación de fuerzas de empuje.

En la D2, las fuerzas de presión son absorbidas por numerosas varillas de fibras de carbono, que están fijadas entre dos contrasoportes que deben ser armados por separado - por ejemplo de hormigón arma-
do -. La parte neumática de los componentes que se describen allí sólo cumple con la función de estabilizar las varillas de presión ante todo para que no se doblen lateralmente.

En la D1 son unidos paralelamente varios de los componentes descriptos formando un puente. Las fuerzas de tracción son absorbidas por cables separados ubicados por debajo, las fuerzas de presión por la placa puente formada por una sucesión de elementos. Allí se evita que cada elemento se doble hacia fuera al asegurar cada uno en otros dos cables que se extienden paralelos a los elementos neumáticos.

En los documentos más semejantes a la presente invención, las D1 y D2, se describen dispositivos que presentan elementos de tracción, como también elementos de empuje, pero por lo demás son muy dispendiosos tanto para su fabricación, como también en su aplicación. Además los elementos neumáticos en sí, solamente se usan como distanciadores entre los elementos de tracción y empuje y en esa función también podrían ser reemplazados con otros elementos de construcción liviana. La tarea de la presente invención radica en la creación de componentes neumáticos con elementos de tracción y empuje que pueden fabricarse en forma sencilla y económica, pueden unirse fácilmente para formar componentes y construcciones más complejas, como techos y puentes, y cuya erección además puede efectuarse con mucha celeridad.

La solución de la tarea se reproduce en la parte caracterizante de la reivindicación 1 respecto de sus propiedades esenciales, en las siguientes reivindicaciones respecto de otras conformaciones ventajosas.

Mediante el dibujo adjunto se explica en mayor detalle el objeto de la invención mediante varios ejemplos de realización. Se muestran:

Fig. 1a la representación esquemática de una primera forma de realización de un componente neumático en vista lateral,

Fig. 1b el objeto de la Figura 1a en una vista en perspectiva,

Fig. 2 una representación esquemática de las fuerzas,

Fig. 3a, b, c detalles de realización del primer ejemplo de realización,

Fig. 4a hasta e diferentes disposiciones de elementos de tracción en realizaciones,

Fig. 5 un segundo ejemplo de realización,

Fig. 6 un tercer ejemplo de realización,

Fig. 7 un ejemplo para la aplicación del primer ejemplo de realización,

Fig. 8a, b, c un cuarto ejemplo de realización en tres vistas,

Fig. 9 un ejemplo para la combinación de elementos constructivos según Fig. 8,

Fig. 10 un quinto ejemplo de realización.

La Fig. 1 es una representación esquemática de un primer ejemplo de realización de la idea de la invención. El componente aquí mostrado se compone de un cuerpo hueco 1 alargado, esencialmente cilíndrico, cargado con aire comprimido, de una longitud L y eje longitudinal A, que está fabricado de un material flexible y hermético al aire. En su parte superior se colocó una varilla de presión 2 que puede soportar fuerzas axiales. Sus extremos están conformados como nudos 3, en los cuales se fijaron en cada caso dos elementos de tracción 4. Los extremos axiales del cuerpo hueco 1 portan cada uno una tapa 5; una de estas tapas 5, por ejemplo, está equipada con una válvula 6 para la entrada y salida de aire del cuerpo hueco 1.

Los dos elementos de tracción 4 rodean el cuerpo hueco 1 en forma de espiral en sentidos inversos, por ejemplo una vez cada uno con altura constante de paso. Por lo tanto se entrecruzan en un punto 8 en el centro de una línea generatriz 7 frente a la varilla de presión 2. La varilla de presión 2 y la línea generatriz 7 se ubican ambas en un plano de simetría E, que también incluye el eje longitudinal A del cuerpo hueco 1.

La varilla de presión 2 está colocada de modo tal en el cuerpo hueco 1, que por ejemplo puede insertarse estando desinflado el cuerpo hueco 1, como se muestra en la Fig. 3a, b. De ese modo se asegure que no pueda doblarse lateralmente. Se conocen diferentes formas de realización de los nudos 3 que le son usuales al ingeniero civil, por lo que aquí puede prescindirse de su representación.

La Fig. 2 muestra un ejemplo de solicitación del componente según la Fig. 1a, b. Una fuerza F_{m} ubicada en el plano de simetría E, actúa sobre el centro de la varilla de presión 2. Ésta está apoyada en el nudo 3. Dejando de lado el peso propio del componente, entonces actúan fuerzas de apoyo F_{A} sobre cada nudo 3. Como es de conocimiento del especialista, de ambos nudos 3 ahora actúan fuerzas de presión F_{S} puras sobre la varilla de presión 2 y fuerzas puras de tracción F_{Z} en los elementos de tracción 4, donde los componentes vectoriales de estas fuerzas de tracción, que son perpendiculares al eje de simetría E, compensan en cada caso con cero, pero le otorgan al componente una gran rigidez y resistencia al pandeo de modo perpendicular al eje de simetría E. La carga límite de un componente tal resulta de que la presión de superficie (en N/m^{2}) del cuerpo hueco 1 causada por la tensión de tracción de los elementos de tracción 4, debe ser menor que la sobrepresión p que existe en el cuerpo hueco 1.

Las Fig. 3a, b, c son representaciones de algunos detalles de realización del cuerpo hueco 1. En la sección transversal según la Fig. 3a, el cuerpo hueco 1 está realizado con una separación de sus funciones: un envoltorio externo 10, por ejemplo fabricado de un tejido textil, absorbe las solicitaciones de fuerza y tensión. En su interior aloja un tubo hermético al aire 11 de un elastómero adecuado, el que es definido y mantenido en su forma por el envoltorio 10. En el envoltorio 10, por ejemplo, se pueden haber cosido fundas 12, 12 que pueden ser pasantes o también estar seccionadas. La funda 13 aloja la vara de presión 2, las fundas 12 los elementos de tracción 4, que aquí están realizadas como cintas planas.

En la realización según la Fig. 3b, el envoltorio 10 y el tubo 11 conforman una unidad funcional, que se denomina cuerpo de presión 14 y se compone por ejemplo de un tejido recubierto con material sintético, que está cosido y sellado, soldado o pegado de modo usual. Como variante de las fundas 12, 13, el cuerpo de presión 14 presenta varias bridas 15, 16, donde las bridas simples 15 se previeron para los elementos de tracción 4, cuya posición está definida por su propiedad como línea geodésica, pero las bridas 16 para la varilla de presión 2 están realizadas como bridas así llamadas "Capstan" que rodean una vez la varilla de presión 2. Estando el cuerpo de presión 14 desinflado, las bridas 16 no ajustan y la varilla de presión puede insertarse sin dificultades. Pero en estado operativo del cuerpo de presión 14 ajustan tensas alrededor de la varilla de presión 2 y evitan así que se doble lateralmente. Según los requerimientos que debe cumplir el componente, los materiales usados pueden adaptarse en un amplio rango. Para usos más sencillos son completamente suficientes y además de bajo costo los materiales textiles como sogas y tejidos de poliéster para los elementos de tracción 4 y la protección del cuerpo hueco 1. Para la varilla de presión 2 pueden incluso usarse materiales simples, como por ejemplo varillas de bambú. Dado que la varilla de presión 2, mediante las fundas 13 está bien asegurada de doblarse lateralmente, la varilla de presión 2 también puede componerse de unidades individuales con extremos romos que se contactan entre sí.

Pero para solicitaciones elevadas pueden haberse previsto materiales textiles de fibras de aramida y para la varilla de presión 2 materiales compuestos de fibras de carbono en una matriz adecuada de material sintético.

Los ejemplos de realización representados en las Fig. 3a, b, c no tienen carácter limitativo; el especialista habituado a solucionar estos detalles, seguramente dispondrá de muchas otras soluciones para los detalles.

El primer ejemplo de realización del componente neumático según las Figuras 1a, b, 2 de preferencia es adecuado para una carga puntual en el centro del componente o para una carga distribuida de modo uniforme. Si la distribución de carga ha de optimizarse para otros puntos de ataque de carga, puede aumentarse la cantidad de elementos de tracción 4. Ello se muestra mediante las Fig. 4a hasta e.

En la Figura 4a se muestra el ejemplo de realización de la Fig. 1a, b y de la Fig. 2 en la ejecución del cuerpo hueco 1. En la Fig. 4b, cada elemento de tracción rodea el cuerpo hueco 1 dos veces y también está fijado, por ejemplo en L/2 en la varilla de presión 2. Si el componente según la invención se utiliza como viga portante o como un elemento correspondiente, según el ejemplo de realización de la Fig. 4b se necesita un soporte en L/2. Así, este ejemplo de realización continúa en aquel de la Fig. 4a, con la mitad de L.

El ejemplo de realización según la Fig. 4c es respecto de los elementos de tracción una superposición de aquellos, según la Fig. 4a y b. Dado que el cuerpo hueco 1, como en la Fig. 4a está soportado en L/2 por los elementos de tracción, en este caso no es necesario un soporte central. Además también se evita la preferencia de solicitaciones puntuales en L/2.

En el ejemplo de realización según la Fig 4d se utilizaron tres pares de elementos de tracción 4; con ello el componente resulta adecuado para solicitaciones lineales. En los puntos 8, donde se entrecruzan los elementos de tracción 4, éstos están asegurados mutuamente contra corrimientos. La Fig. 4a muestra el uso de dos pares de elementos de tracción 4 desplazados paralelamente entre sí. Los elementos de tracción 4 que no comienzan en los extremos de la varilla de presión 2, en estos puntos también están asegurados en elementos de nudos. También esta forma de realización desestima la preferencia de cargas puntuales en L/2.

En las Fig. 5, 6 se representan dos ejemplos de realización en forma de cuerpos huecos no cilíndricos. El de la Fig. 5 presenta un cuerpo hueco 1 con forma toroidal; la correspondiente varilla de presión 2 en ese caso presenta, por ejemplo, una forma semicircular.

La forma de realización de la Fig. 6 es un cono doble con una línea generatriz de forma semicircular. Naturalmente, la idea de la invención también incluye un cuerpo hueco 1 con forma de cono truncado.

Los elementos de tracción de los ejemplos de realización según las Fig. 5, 6 se dispusieron análogamente a la Fig. 1, 2. Por supuesto, todas las formas de realización según las Fig. 4a hasta e, aquí se adecuaron de modo correspondiente, también según la invención.

La Fig. 7 es la representación de un ejemplo de aplicación del componente neumático según la invención según las Fig. 1, 2. Varios de tales elementos constructivos, por ejemplo cinco, están unidos formando un puente 18. En cada extremo de este puente 18 un arco 19 une todos los nudos 3 de un lado del puente y transmite la fuerza de apoyo F_{A} a los elementos constructivos. El arco 19 está representado en forma transparente en la Fig. 7 dejando de lado cualquier detalle técnico, dado que la conformación de tales arcos 19 es usual para el especialista.

Por ejemplo, transversalmente sobre los componentes neumáticos que se componen del cuerpo hueco 1, la varilla de presión 2 y los elementos de tracción, se colocaron tablones de madera 20 que están unidos entre sí y a las varillas de presión de un modo en sí conocido. El otro extremo no representado del puente 18 está realizado del mismo modo. Por supuesto, son factibles otros tipos posibles de cubiertas para el puente, como chapas perforadas u otras formas y materiales adecuados.

Tampoco no se representan - dado que equivalen al estado de la técnica - las válvulas 6 y un caño colector que las une, para inflar de modo simultáneo y a la misma presión los cuerpos huecos 1.

La Figura 8 es la representación de otro ejemplo de realización de la idea de la invención. La Fig. 8a muestra una vista lateral, la Fig. 8b una vista de planta y la Fig. 8c un corte transversal. El cuerpo hueco 1 está conformado del mismo modo como aquel según la Fig. 1 incluyendo las distintas variantes de fabricación. Pero el ejemplo de realización según la Fig. 8 presenta dos varillas de presión 2 colocadas lateralmente. Cada varilla de presión 2 porta en cada extremo un nudo 3 para la unión continua de la varilla de presión 2 y los elementos de tracción 4. Aunque con el mismo diámetro del cuerpo hueco 1 ahora se reduce su altura efectiva, pero simultáneamente el componente según la Fig. 8 (indicado con el número 22) tiene la capacidad de absorber momentos de torsión positivos y negativos. La capacidad de carga máxima así reducida, naturalmente podría compensarse en caso necesario al optar por un diámetro más grande para el cuerpo hueco 1. La fijación de las varillas de presión 2 al cuerpo hueco 1 se realiza con medios análogos o idénticos, como en el primer ejemplo de realización según la Fig. 1, 2. Por lo demás lo explicado para los elementos de tracción en la Fig. 4a-e también se aplica al ejemplo de realización según la Fig. 8.

En la Fig. 9 se representa un ejemplo de aplicación de una combinación de componentes 22 según la Fig. 8. Se dispuso de modo adyacente una cantidad de tales componentes 22. Cada varilla de presión 2 absorbe la fuerza de presión de dos componentes 22 adyacentes en la Fig. 9 resultante de la solicitación del componente 22 en dirección de las flechas vectoriales (fuerza de solicitación F_{L}). Para la recepción de una varilla de presión 2 se unen - por cosido, adherido o soldado - las paredes de dos cuerpos huecos adyacentes 1 a lo largo de dos líneas generatrices, por lo que se produce una escotadura 21 que se extiende longitudinalmente. Al inflar los cuerpos huecos 1, las varillas de presión 2 insertadas en las escotaduras 21 todavía flojas, quedan aprisionadas entre los cuerpos huecos 1, asegurándose así el doblado hacia ambos costados. Mediante una disposición tal, puede obtenerse un techo con una gran abertura interior, que además presenta la gran ventaja de resistir tanto las cargas de nieve, como también las fuerzas elevadoras del viento.

La idea de la invención además incluye, proveer a los ejemplos de realización representados en las Fig. 5, 6 de dos varillas de presión 2 según la Fig. 8. Además tales componentes modificados según las Fig. 5 y 8 también pueden unirse según la Fig. 9. De ese modo puede concretarse un techo abovedado; al variar el radio de curvatura de los componentes según la Fig. 5 y 8 y la variación de sus longitudes, también puede producirse una cúpula.

Otro ejemplo de realización de la idea inventiva se muestra en la Fig. 10. Aquí se dispusieron cuatro varillas de presión 2 distribuidas regularmente alrededor del cuerpo hueco cilíndrico 1. Cada varilla de presión 2 a su vez presenta un nudo 3 en cada extremo, en el que por ejemplo se fijaron cada vez dos elementos de tracción 4. Para una mejor apreciación de la Fig. 10 se asignaron a cada par de elementos de tracción que pertenecen a una varilla de presión 2, las mismas referencias. Se evita que se doblen las varillas de presión 2 en sentido acimutal del cuerpo hueco cilíndrico 1 y que se doblen racialmente hacia afuera al utilizar fundas (análogamente a las fundas 13 según la Fig. 3), y que se doblen racialmente hacia adentro mediante la sobrepresión en el cuerpo hueco 1. De ese modo se logra un componente neumático extraordinariamente liviano y de alta solicitación axial. Mediante los medios adecuados y en sí conocidos puede lograrse que la presión axial se distribuya de modo uniforme en las cuatro varillas de presión.

Claims (16)

1. Componente neumático con un cuerpo hueco alargado (1) hermético al aire, cargado con aire comprimido, de material flexible, que además presenta al menos una varilla de presión (2) y al menos un par de elementos de tracción (4) caracterizado porque

\bullet

como mínimo una varilla de presión (2) a lo largo de una línea generatriz del cuerpo hueco (1) está ajustada a éste y asegurada mediante elementos tipo funda (13, 16) contra desplazamientos o pandeo,

\bullet

está fijado al menos un par de elementos de tracción (4) en los dos extremos de como mínimo una varilla de presión (2), a cuyo fin la varilla de presión (2) presenta en cada extremo un nudo (3) para la fijación mutua continua de la varilla de presión (2) y los elementos de tracción (4),

\bullet

como mínimo dos elementos de tracción (4) rodean el cuerpo hueco (1) en forma de espiral y en sentido inverso con al menos un paso, y se entrecruzan en una línea generatriz (7) del cuerpo hueco (1), la que se encuentra enfrentada a la varilla de presión (2),

\bullet

los nudos (3) están destinados a la absorción de fuerzas de apoyo.

2. Componente neumático según la reivindicación 1 caracterizado porque el cuerpo hueco (1) se compone de un tejido resistente a la tracción con recubrimiento hermético al aire y presenta al menos una válvula (6) para la entrada y salida de aire.

3. Componente neumático según la reivindicación 1 caracterizado porque

\bullet

el cuerpo hueco (1) se compone de un tejido resistente a la tracción que conforma un envoltorio externo (10),

\bullet

existe un tubo hermético al aire (11) compuesto de un elastómero que está colocado en el envoltorio externo y presenta al menos una válvula (6) para la entrada y salida de aire.

4. Componente neumático según la reivindicación 2 ó 3 caracterizado porque

\bullet

presenta exactamente una varilla de presión (2) que se compone de al menos una pieza, que se extiende a lo largo de una línea generatriz del cuerpo hueco (1),

\bullet

los nudos (3) en sus extremos están destinados a absorber fuerzas de apoyo transversales que se extienden transversalmente a través del eje longitudinal del cuerpo hueco (1).

5. Componente neumático según la reivindicación 4 caracterizado porque existe exactamente un par de elementos de tracción (4) que están unidos en el nudo (3) en forma continua con la varilla de presión (2), donde los elementos de tracción (4) realizan en sentido inverso cada uno un número entero de pasos alrededor del cuerpo hueco (1).

6. Componente neumático según la reivindicación 5 caracterizado porque los elementos de tracción (4) realizan cada uno un paso alrededor del cuerpo hueco (1).

7. Componente neumático según la reivindicación 4 caracterizado porque existen exactamente dos pares de elementos de tracción (4) que están unidos en el nudo (3) en forma continua con la varilla de presión (2), donde cada par de elementos de tracción (4) realiza un número entero de pasos alrededor del cuerpo hueco (1).

8. Componente neumático según la reivindicación 7 caracterizado porque un par de los elementos de tracción (4) realiza exactamente un paso, el otro par de elementos de tracción (4) exactamente dos pasos alrededor del cuerpo hueco (1).

9. Componente neumático según la reivindicación 4 caracterizado porque existen más de dos pares de elementos de tracción que están unidos en el nudo (3) en forma continua con la varilla de presión (2), donde cada par de elementos de tracción (4) realiza un número entero de pasos alrededor del cuerpo hueco (1).

10. Componente neumático según la reivindicación 2 ó 3 caracterizado porque

\bullet

existen exactamente dos varillas de presión (2), las que a lo largo de dos líneas generatrices enfrentadas entre sí del cuerpo hueco (1) están fijadas a éste previniendo que se doble hacia fuera,

\bullet

los nudos (3) están dispuestos de modo tal que unen de modo continuo cada varilla de presión (2) con el par de elementos de tracción (4) asignados a ésta y están destinados para la absorción de fuerzas de apoyo transversales, donde esas fuerzas de apoyo son transversales a un plano (E), en el que se encuentran las varillas de presión (2) y el eje longitudinal del cuerpo hueco (1).

11. Componente neumático según la reivindicación 10, caracterizado porque el cuerpo hueco (1) esencialmente presenta una forma cilíndrica.

12. Componente neumático según la reivindicación 10, caracterizado porque el cuerpo hueco (1) esencialmente presenta una forma toroidal.

13. Componente neumático según la reivindicación 10, caracterizado porque el cuerpo hueco (1) como mínimo presenta de un lado una forma
cónica.

14. Componente neumático según la reivindicación 11 ó 12 ó 13, caracterizado porque para cada varilla de presión (2) existe exactamente un par de elementos de tracción (4) que están unidos en el nudo (3) en forma continua con la correspondiente varilla de presión (2), donde los elementos de tracción (4) realizan cada uno un número entero de pasos alrededor del cuerpo hueco (1).

15. Componente neumático según la reivindicación 11 ó 12 ó 13, caracterizado porque para cada varilla de presión (2) existe más de un par de elementos de tracción (4) que están unidos en el nudo (3) en forma continua con la correspondiente varilla de presión (2), donde cada par de elementos de tracción (4) realizan cada uno un número entero de pasos alrededor del cuerpo hueco (1).

16. Componente neumático según la reivindicación 2 ó 3, caracterizado porque

\bullet

existen exactamente cuatro varillas de presión (2) que a lo largo de las líneas generatrices del cuerpo hueco (1) separadas en 90º, están fijadas a éste previniendo que se doble hacia fuera,

\bullet

por varilla de presión (2) existen al menos un par de elementos de tracción (4) que están unidos en el nudo (3) de esta varilla de presión (2) en forma continua,

\bullet

cada par de elementos de tracción (4) presenta un número entero de pasos alrededor del cuerpo hueco (1),

\bullet

los nudos (3) además están dispuestos para la absorción de fuerzas que se extienden axialmente al cuerpo hueco (1).