ES2265063T3 - Procedimiento para formar un reflector electromagnetico. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para formar un reflector (10) electromagnético con una superficie curvada, que comprende: proporcionar un molde (20) que presenta una superficie curvada con una curvatura opuesta a la de la superficie curvada requerida; proporcionar una fuente de vacío que se comunica con la superficie curvada del molde (20); aplicar una pieza (14) flexible, generalmente plana para formar la superficie curvada requerida para la superficie curvada de manera opuesta del molde (20); hacer funcionar la fuente de vacío para evacuar el espacio entre la pieza (14) plana y el molde (20) de modo que la pieza (14) plana se ajuste de manera estrecha a la superficie curvada del molde (20); y mientras que la fuente de vacío continúa funcionando, adherir una superficie frontal de una pieza (12) de base estructuralmente rígida a la superficie expuesta de la pieza (14) plana opuesta a la superficie en contacto con el molde (20); caracterizado porque la superficie curvada del molde (20) es continua excepto almenos un orificio (22) de vacío y, opcionalmente una o más ranuras para la evacuación de aire.
Description
Procedimiento para formar un reflector
electromagnético.
La presente invención se refiere a reflectores
electromagnéticos tales como elementos de espejo cóncavos para su
uso en telescopios astronómicos, concentradores de energía solar,
etc., y a procedimientos para formar tales reflectores. Además de a
los reflectores ópticos, la invención también puede aplicarse a
reflectores curvados de radiación electromagnética para una
diversidad de propósitos, tales como reflectores de microondas para
su uso en las telecomunicaciones.
Normalmente los elementos de espejo curvados
convencionales para telescopios astronómicos se forman mecanizando
aluminio o vidrio sólido. Esto es costoso y los elementos de espejo
resultantes son relativamente pesados. Los espejos convencionales
para telescopios de grandes dimensiones (por ejemplo del orden de 7
m de diámetro, tal como los que se requieren para la astronomía de
rayos gamma) deben montarse como una serie de segmentos, porque no
sería práctico formar tales espejos grandes en una pieza única
usando las técnicas convencionales. Es deseable que los espejos de
este tipo sean ligeros, baratos y resistentes. En todos estos
aspectos los espejos convencionales son insatisfactorios.
Ha habido propuestas previas para la fabricación
de espejos/reflectores que usan materiales compuestos y similares,
tal como se indica a modo de ejemplo en el documento
US-A-5564066, aunque ninguno de
éstos ha sido satisfactorio en la práctica, por una serie de
razones.
El documento US 4.574.457 da a conocer la
fabricación de un reflector para una antena de microondas; el
reflector tiene un diámetro superior a los 3 m y su configuración
se forma usando una serie de soportes que pueden ajustarse
individualmente.
Según la invención se prevé un procedimiento
para formar un reflector electromagnético con una superficie
curvada, que comprende:
- proporcionar un molde que presenta una superficie curvada con una curvatura opuesta a la de la superficie curvada requerida;
- proporcionar una fuente de vacío que se comunica con la superficie curvada del molde;
- aplicar una pieza flexible, generalmente plana para formar la superficie curvada requerida para la superficie curvada de manera opuesta del molde;
- hacer funcionar la fuente de vacío para evacuar el espacio entre la pieza plana y el molde de modo que la pieza plana se ajuste de manera estrecha a la superficie curvada del molde; y
- mientras que la fuente de vacío continúa funcionando, adherir una superficie frontal de una pieza de base estructuralmente rígida a la superficie expuesta de la pieza plana opuesta a la superficie en contacto con el molde;
caracterizado porque la superficie curvada del
molde es continua excepto al menos un orificio de vacío y,
opcionalmente una o más ranuras para la evacuación de aire.
La fuente de vacío puede desactivarse una vez
que se ha endurecido un agente adhesivo cualquiera usado para
adherir la pieza de base a la pieza plana.
Además el procedimiento incluye preferiblemente
la adhesión de al menos una pieza de envoltura periférica a una
superficie periférica de la pieza de base y al menos una pieza de
envoltura generalmente plana a una superficie posterior de la pieza
de base. Preferiblemente, esto se realiza mientras que la pieza de
base se encuentra en posición sobre el molde, y lo más
preferiblemente mientras que la fuente de vacío está en
funcionamiento.
El reflector electromagnético formado con el
procedimiento es normalmente circular en planta, pero puede tener
otras configuraciones tales como segmentos parcialmente circulares,
o configuraciones geométricas (poligonales), por ejemplo
hexagonales, octagonales, etc., o segmentos triangulares de
configuraciones poligonales, etc.
Normalmente la superficie curvada es al menos
parcialmente cóncava, o puede ser al menos parcialmente convexa.
Esto incluye superficies que tengan configuraciones mixtas o
irregulares que pueden incluir tanto lados cóncavos como
convexos.
La pieza de base se forma preferiblemente a
partir de un material rígido, de baja densidad, preferiblemente un
material con estructura de panal y lo más preferiblemente, un
material con estructura de panal de aluminio o una aleación de
aluminio.
La pieza plana flexible es preferiblemente una
pieza reflectante, que preferiblemente comprende una lámina
metálica delgada, más preferiblemente una lámina de aluminio o una
aleación de aluminio delgada, y lo más preferiblemente una lámina
de aluminio anodizada y revestida.
Las piezas de envoltura también se forman
preferiblemente a partir de aluminio o una aleación de
aluminio.
A continuación se describirán las realizaciones
de la invención, únicamente a modo de ejemplo, con referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
la figura 1 es una vista lateral esquemática en
sección transversal que ilustra la manera en la que se forma un
reflector según la invención; y
la figura 2 es una vista en planta de un molde
tal como muestra la figura 1.
A continuación con referencia a los dibujos, un
reflector 10 curvado comprende una pieza 12 de base, una pieza 14
reflectante, una pieza 16 de envoltura periférica (anular, con
forma de anillo) y una pieza 18 de envoltura plana. La pieza 12 de
base presenta una superficie posterior generalmente plana, una
superficie frontal (adyacente a la pieza 14 reflectante), y una
superficie periférica anular. La superficie frontal de la pieza de
base puede estar configurada para ajustarse aproximadamente a la
curvatura requerida de la superficie reflectante (particularmente
cuando la curvatura es relativamente grande) o puede ser
sustancialmente plana (particularmente cuando la curvatura es
relativamente pequeña).
La pieza 14 reflectante comprende una lámina
delgada, flexible de material reflectante adherida a la superficie
frontal de la pieza 12 de base. La curvatura requerida de la pieza
14 reflectante se obtiene en vacío formando la pieza 14 reflectante
en un molde 20, antes de adherir la superficie frontal de la pieza
12 de base a la misma, tal como se describirá con más detalle a
continuación.
Las piezas 16, 18 de envoltura se adhieren a las
demás superficies externas de la pieza 12 de base (y a la periferia
de la pieza 14 reflectante en el caso de la pieza 16 de envoltura
anular).
Para que el reflector muestre una buena
estabilidad térmica, es preferible que todos sus componentes estén
formados a partir de los mismos materiales o de materiales
similares, o de materiales que tengan propiedades térmicas
similares. También es deseable minimizar el peso del reflector. Por
este motivo, como material para la pieza 12 de base, la pieza 14
reflectante y las piezas 16 y 18 de envoltura se prefieren aluminio
o una aleación de aluminio, y los componentes se adhieren entre sí
usando un material epoxi que tenga unas propiedades térmicas
similares al aluminio, como bien se conoce, por ejemplo, en la
industria aeroespacial.
La pieza 12 de base comprende preferiblemente un
material con estructura de panal de aluminio rígido, tal como se
usa para piezas estructurales de aviones. El tamaño de las celdas
con estructura de panal debe ser lo suficientemente pequeño para
evitar la formación de partes planas significativas en la
superficie reflectante cuando la pieza reflectante se adhiere a la
misma. La pieza 14 reflectante comprende preferiblemente una lámina
delgada de aluminio anodizado, lo más preferiblemente aluminio
anodizado y revestido (por ejemplo revestido con TiO_{2} o cuarzo
tras la anodización). El espesor de la pieza reflectante se
determina por la necesidad de deformarla mediante vacío para
ajustarse a la superficie del molde 20 y la necesidad de evitar la
formación de partes planas, que depende del tamaño de las celdas
con estructura de panal de la pieza de base. La precisión requerida
de la superficie reflectante a su vez depende de la aplicación
pretendida de la misma. Es decir, el espesor de la lámina
reflectante y el tamaño de las celdas con estructura de panal son
dependientes entre sí, y a su vez dependen de la precisión
requerida de la superficie reflectante. Para una superficie de alta
precisión para su uso en espejos de telescopios astronómicos, la
pieza reflectante puede tener un espesor del orden de 0,8 mm cuando
se usa con una pieza de base que tiene un tamaño de celda con
estructura de panal del orden de 0,25 pulgadas (6,35 mm).
Generalmente, el espesor de la pieza reflectante se encontrará
probablemente en el intervalo de 0,5 a 2 mm. Un ejemplo de un
material adecuado con estructura de panal de aluminio es el
aluminio 3003, con un tamaño de celda de 0,25 pulgadas (6,35 mm),
un calibre de la hoja delgada de metal de 0,0015 pulgadas (0,038
mm), una densidad nominal de 3,4 lb/ft^{3} (libras por pie
cúbico) (54,5 kg/m^{3}) con un espesor de 25 mm (que depende del
tamaño del reflector).
La combinación de la pieza 14 reflectante y la
pieza 12 de base muestra una buena rigidez. Las piezas 16 y 18 de
envoltura se proporcionan principalmente para reforzar la
integridad estructural y proteger la estructura de panal de la
pieza de base contra la entrada de humedad, etc., para facilitar el
acoplamiento de otros accesorios mecánicos a la misma y para
proteger a los usuarios frente a un contacto con los bordes
afilados del material con estructura de panal. El anillo 16 de
envoltura puede ser de manera adecuada del orden de 2 mm de
espesor, con una profundidad correspondiente al espesor de la base
adherida. La placa 18 de envoltura posterior puede ser de manera
adecuada del orden de 2 mm de espesor.
El reflector se monta tal como sigue.
Se forma un molde 20 mediante cualquiera de una
diversidad de técnicas conocidas, que presenta una superficie
curvada de precisión complementaria a la superficie reflectante
requerida. Al menos un orificio 22 de vacío se extiende a través
del molde 20 para comunicarse con la superficie curvada, y se
conecta a una fuente de vacío (no mostrada). La pieza 14
reflectante se encuentra sobre la parte superior del molde 20 y se
obtura con respecto al mismo mediante una pieza 24 de obturación,
tal como una junta tórica. En la figura 1 se exagera la curvatura
del molde 20. La pieza 14 reflectante es lo suficientemente
flexible como para entrar en contacto con la pieza 24 de obturación
alrededor de la periferia del molde 20 cuando la pieza 14 se
encuentra simplemente sobre la parte superior del molde (en caso
necesario, puede aplicarse presión alrededor de la periferia de la
pieza 14 reflectante para establecer una obturación entre la pieza
14, la pieza 24 de obturación y el molde 20).
La fuente de vacío entra en funcionamiento para
evacuar el espacio entre el molde 20 y la pieza 14 reflectante,
dando lugar a la deformación de la pieza 14 reflectante y a su
ajuste estrecho a la superficie curvada del molde.
La superficie del molde 20 puede estar provista
de una o más ranuras (no mostradas) para asistir a la evacuación
rápida y uniforme del aire desde entre el molde 20 y la pieza 14
reflectante. Las dimensiones de tales ranuras se seleccionan para
que sean lo suficientemente pequeñas para evitar cualquier
deformación no deseada de la pieza 14 reflectante. Se entenderá que
la deformación deseada de la pieza 14 reflectante que ha de
ajustarse a la superficie del molde 20 puede comprender una
deformación plástica y/o elástica, dependiendo del material de la
pieza 14 reflectante y/o el grado de curvatura.
Mientras que se mantiene el vacío, la superficie
frontal de la pieza 12 de base se adhiere a la superficie dorsal de
la pieza 14 reflectante. Una vez que se ha endurecido el agente
adhesivo, puede retirarse el vacío. En caso necesario, la
superficie frontal de la pieza 12 de base con estructura de panal
puede estar preformada (por ejemplo por aplastamiento) para
ajustarse aproximadamente a la configuración requerida de la
superficie reflectante. Si la curvatura requerida es pequeña, la
superficie frontal de la pieza 12 de base puede ser sustancialmente
plana, y el espesor del agente adhesivo puede variar para ajustarse
a la curvatura de la pieza 14 reflectante.
La pieza 14 reflectante cuando se aplica
inicialmente al molde tiene un tamaño ligeramente superior con
respecto a la pieza 12 de base y puede recortarse
posteriormente.
Las piezas 16 y 18 de envoltura se adhieren
preferiblemente a la pieza 12 de base y a la pieza 14 reflectante
mientras se encuentran en posición en el molde y mientras la fuente
de vacío está en funcionamiento. Preferiblemente, se aplica presión
al menos a la superficie posterior del montaje mientras el agente
adhesivo se está endureciendo para garantizar un buen contacto
entre la pieza de base, el agente adhesivo y la pieza
reflectante.
El material preferido para todos los componentes
es el aluminio o una aleación de aluminio, aunque también podrían
usarse otros materiales, tales como fibra de carbono, dependiendo
de la aplicación pretendida del reflector.
La superficie del molde 20 puede formarse para
que tenga una precisión suficiente de modo que no sea necesario un
tratamiento posterior de la superficie del reflector. En caso
necesario, pueden realizarse un pulido y/o revestimiento de la
superficie del reflector.
Pueden incluirse mejoras y modificaciones sin
apartarse del alcance de la invención.
Claims (16)
1. Procedimiento para formar un reflector (10)
electromagnético con una superficie curvada, que comprende:
- proporcionar un molde (20) que presenta una superficie curvada con una curvatura opuesta a la de la superficie curvada requerida;
- proporcionar una fuente de vacío que se comunica con la superficie curvada del molde (20);
- aplicar una pieza (14) flexible, generalmente plana para formar la superficie curvada requerida para la superficie curvada de manera opuesta del molde (20);
- hacer funcionar la fuente de vacío para evacuar el espacio entre la pieza (14) plana y el molde (20) de modo que la pieza (14) plana se ajuste de manera estrecha a la superficie curvada del molde (20); y mientras que la fuente de vacío continúa funcionando, adherir una superficie frontal de una pieza (12) de base estructuralmente rígida a la superficie expuesta de la pieza (14) plana opuesta a la superficie en contacto con el molde (20);
caracterizado porque la
superficie curvada del molde (20) es continua excepto al menos un
orificio (22) de vacío y, opcionalmente una o más ranuras para la
evacuación de
aire.
2. Procedimiento según la reivindicación 1 que
además incluye la desactivación de la fuente de vacío una vez que se
ha endurecido un agente adhesivo usado para adherir la pieza (12) de
base a la pieza (14) plana.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 o la
reivindicación 2, que además incluye la adhesión de al menos una
pieza (16) de envoltura periférica a una superficie periférica de
la pieza (12) de base y/o al menos una pieza (18) de envoltura
generalmente plana a una superficie posterior de la pieza (12) de
base.
4. Procedimiento según la reivindicación 3, en
el que al menos dicha pieza (16) de envoltura periférica se adhiere
a la superficie periférica de la pieza (12) de base y/o al menos
dicha pieza (18) de envoltura generalmente plana se adhiere a la
superficie posterior de la pieza (12) de base mientras que la pieza
(12) de base se encuentra en posición sobre el molde (20).
5. Procedimiento según la reivindicación 4, en
el que al menos dicha pieza (16) de envoltura periférica se adhiere
a la superficie periférica de la pieza (12) de base y/o al menos
dicha pieza (18) de envoltura generalmente plana se adhiere a la
superficie posterior de la pieza (12) de base mientras que la pieza
(12) de base se encuentra en posición sobre el molde (20) y
mientras que la fuente de vacío está en funcionamiento.
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la configuración en planta
del reflector (10) electromagnético formado con el procedimiento es
circular, o un segmento parcialmente circular, o poligonal, o un
segmento triangular de una configuración poligonal.
7. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la superficie curvada es al
menos parcialmente cóncava.
8. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 7, en el que la superficie curvada es al menos
parcialmente convexa.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la pieza (12) de base se
forma a partir de un material rígido, de baja densidad.
10. Procedimiento según la reivindicación 9, en
el que el material de baja densidad es un material con estructura
de panal.
11. Procedimiento según la reivindicación 10, en
el que el material con estructura de panal es un material con
estructura de panal de aluminio o de una aleación de aluminio.
12. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores 1, en el que la pieza (14) plana
flexible es una pieza reflectante.
13. Procedimiento según la reivindicación 12, en
el que la pieza (14) reflectante comprende una lámina metálica
delgada.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en
el que la lámina metálica comprende una lámina de aluminio o de una
aleación de aluminio.
15. Procedimiento según la reivindicación 14, en
el que la lámina de aluminio o de una aleación de aluminio
comprende una lámina de aluminio anodizada o una aleación de
aluminio anodizada o una lámina de aluminio anodizada o una
aleación de aluminio revestida y anodizada.
16. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que las piezas (16, 18) de
envoltura adheridas a las piezas (12) de base se forman a partir de
aluminio o una aleación de
aluminio.
aluminio.
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