ES2276659T3 - Metodo para aumentar la rigidez de componentes de forma plana, asi como el elemento plano y su utilizacion. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para aumentar la rigidez de grandes superficies (12) de componentes (10) de tipo plano, en el cual se dotan los componentes (10) con estructuras de refuerzo, y donde se generan las estructuras de refuerzo mediante el ensamblado aditivo de por lo menos una estructura de revestimiento adicional (16) sobre por lo menos una de las grandes superficies (12) de los componentes (10), caracterizado porque las distintas estructuras de revestimiento (16) se asignan a determinadas zonas (20) del componente (10), provocando con ello parcialmente un aumento de la rigidez del componente (10), y porque las estructuras de revestimiento (16) se aplican sobre las grandes superficies (12), subdivididas en segmentos individuales a modo de nervios (24), y que en forma de segmentos (24) constituyen las estructuras de revestimiento (16).
Description
Método para aumentar la rigidez de componentes
de forma plana, así como el elemento plano y su utilización.
La invención se refiere a un procedimiento para
aumentar la rigidez de componentes de forma plana que presenten las
características citadas en el preámbulo de la reivindicación 1, un
componente de tipo plano que presenta las características citadas
en el preámbulo de la reivindicación 7 así como al empleo de esta
clase de componentes de tipo de plano.
Se conocen procedimientos para aumentar la
rigidez de componentes de tipo plano, en particular de chapas. Para
ello generalmente se dotan los componentes de unas estructuras de
refuerzo parciales en la zona de una gran superficie del
componente. Estas estructuras de refuerzo sirven para evitar la
deformación permanente de los componentes debido a las fuerzas de
flexión que surjan.
Es conocido el procedimiento de reforzar
especialmente chapas, de tal manera que en las zonas en Las que
atacan unas fuerzas de flexión grandes, se aplica mediante
ensamblado en gran superficie otra chapa, en particular una chapa
risa u ondulada. Además de estas chapas adicionales que a menudo
resulta técnicamente costoso, presenta el inconveniente de que da
lugar a un considerable incremento de peso.
También se conoce el procedimiento de aplicar
estructuras de refuerzo (acanaladuras) mediante laminado o
troquelado en zonas seleccionadas de componente de tipo plano. El
inconveniente de este procedimiento es por una parte que la
laminación y troquelados resultan técnicamente complejos, ya que es
preciso tener en cuenta el tamaño del componente y sus
características de diseño específicas tales como superestructuras,
arriostramientos o similares. Por otra parte, el efecto de refuerzo
conseguido de esta manera es relativamente escaso en comparación
con el efecto de refuerzo que se obtiene incrementando el grueso de
la plancha del componente.
La patente
US-A-4 731 280 se refiere a una
pieza con nervios y a un procedimiento para su fabricación. A
título de ejemplo se cita una pieza de gran superficie. Los nervios
de la pieza que se cruzan se han realizado aplicando por capas
cordones de soldadura sobre un cuerpo base, por un procedimiento de
soldadura por arco eléctrico. Los nervios propiamente dichos
presentan una zona de solape, y en esta zona de solape están unidos
entre sí, donde en cada capa de soldadura los cordones de soldadura
de un nervio recubren siempre los cordones de soldadura de otro
nervio que se cruza. Los nervios formados de esta manera refuerzan
la totalidad de la pieza y están prácticamente imbrincados entre
sí, con lo cual se consigue una buena resistencia de la pieza con
una falta de homogeneidad muy reducida en los nervios y en la
pieza. Está previsto aplicar la estructura de recubrimiento elegida
sobre todo el componente para evitar las citadas faltas de
homogeneidad en los nervios y en el componente. Los inconvenientes
del procedimiento elegido son la fabricación costosa y no falta de
problemas de la estructura de recubrimiento, y la posibilidad de
asegurar los parámetros de calidad en la zona de solape, así como
la aplicación del material y por lo tanto un incremento de peso
sobre la pieza de tipo plano en todas sus partes, también en las
zonas menos cargadas.
La invención tiene como objetivo incrementar
notablemente la rigidez de un componente de tipo plano, de forma
sencilla y con un reducido aumento de peso. Igualmente se trata de
facilitar un procedimiento que permita la producción de estructuras
de refuerzo también sobre componentes de dimensiones muy complejas,
y de esta manera conseguir que sea más flexible el ciclo de
fabricación hasta obtener la pieza deseada.
De acuerdo con la invención se resuelve este
objetivo por el procedimiento destinado a aumentar la rigidez de
componentes de tipo plano que presentan las características de la
reivindicación 1, así como un componente de tipo plano con las
características citadas en la reivindicación 7. Por el hecho de que
las estructuras de refuerzo se obtienen mediante el ensamble aditivo
de por lo menos una estructura de recubrimiento adicional sobre por
lo menos una de las grandes superficies de los componentes, se
puede incrementar notablemente la rigidez de esos componentes sin
que se produzca un incremento de peso importante. Igualmente existe
la posibilidad de lograr un ciclo de fabricación de la pieza
considerablemente más flexible, ya que con ayuda del procedimiento
objeto de la invención, las estructuras de refuerzo también se
pueden aplicar en un estado ya avanzado de la fabricación.
También ha resultado conveniente que las
estructuras de revestimiento aplicadas amortiguan la oscilación
propia del componente resultando adecuadas para la amortiguación
acústica. De este modo puede prescindirse de costosas capas de
amortiguación adicionales.
En una forma de realización preferida, las
estructuras de revestimiento adicionales aplicadas están dispuestas
de forma simétrica, en particular con simetría puntual. De este
modo se puede recurrir por una parte a valores de experiencia en
cuanto a contornos adecuados en la fabricación de acanaladuras, y
por otra parte se puede aumentar o reducir de forma sencilla las
dimensiones de un contorno simétrico dado, es decir adaptándolo a
una determinada zona del componente. El diseño de la estructura de
revestimiento adicional puede efectuarse naturalmente también por
medio de un procedimiento de cálculo, por ejemplo el procedimiento
FEM (método de los elementos finitos), especificando para
ello una rigidez deseada en una determinada zona del componente, y
calculando a partir de ahí la disposición resultante de la
estructura de revestimiento.
También es conveniente realizar el revestimiento
de la gran superficie con un material de revestimiento, empleando
procedimientos de ensamblado sencillos. Para ello son adecuados
procedimientos de pegamento en frío y caliente o también
procedimientos de rociado en los que se pulveriza un plástico como
material de revestimiento, de acuerdo con la disposición
predeterminada. mediante estos procedimientos se tiene ahora la
posibilidad de que las estructuras de refuerzo también resulten
ópticamente más atractivas.
Igualmente se pueden ensamblar materiales de
revestimiento metálicos, por ejemplo soldando nervios de alambre
con soldadura blanda, fundiendo polvos metálicos o soldando
cordones metálicos o similares. Para esto resulta especialmente
ventajoso emplear la soldadura por láser como procedimiento de
ensamblado térmico, con el fin de permitir la automatización de la
fabricación, empleando materiales de aportación. En conjunto se
puede obtener mediante la invención un aumento considerable de la
rigidez de los componentes, de modo que se pueden reducir o incluso
suprimir operaciones de fabricación que requieran mucha mano de
obra y costes, tales como enderezar o tensar.
Otras realizaciones preferidas de la invención
se deducen de las restantes características citadas en las
sub-reivindicaciones. La invención se describe a
continuación con mayor detalle sirviéndose de un ejemplo de
realización y mediante los dibujos adjuntos. Las Figuras
muestran:
Figura 1 una vista en planta y una vista en
sección a través de un componente con estructuras de
revestimiento,
Figura 2 una vista en planta de un componente
conforme a la Figura 1, con arriostramientos de apoyo adicionales,
y
Figuras 3 y 4 otras formas de realización de
estructuras de revestimiento.
La Figura 1 muestra en una vista en planta
esquemática y una vista en sección a lo largo de la línea
A-B un componente de tipo plano 10. En este ejemplo
concreto de realización, el componente 10 sirve como pared frontal o
lateral de una caja de vagón de un vehículo sobre raíl. Para ello,
el componente 10 presenta entre otras cosas unos huecos 18, que
generalmente sirven para alojar una ventana o similar. Además de la
aplicación del procedimiento en el campo de los componentes 10 de
grandes superficies para vehículos sobre raíl (elemento de
revestimiento), puede efectuarse naturalmente también el empleo del
procedimiento en otros campos de la técnica en las que se emplean
como unidades de construcción, componentes de gran superficie. Como
ejemplos de aplicaciones pueden citarse aquí superficies vistas
para edificios, contenedores, depósitos de almacenamiento,
contenedores de transporte, carrocerías de vehículos o estructuras
navales.
El componente 10 tiene en extensión longitudinal
dos superficies grandes 12 y dos superficies estrechas 14. Para
aumentar su rigidez, se aplica sobre las superficies grandes 12, y
en este caso sólo por una de las caras, una estructura de refuerzo
en forma de una estructura de revestimiento adicional 16. Como se
puede ver se asignan las distintas estructuras de revestimiento 16 a
determinada zonas 20 del componente 10. Esta correspondencia puede
efectuarse por ejemplo a causa de otras medidas de diseño, además
de la disposición de los huecos 18, tal como la aplicación de
arriostramientos de apoyo 22 (Figura 2). Si es preciso que en una
operación de fabricación subsiguiente el componente 10 será curvado
en la zona de las estructuras de revestimiento 16 con un radio de
curvatura grande, entonces es conveniente que durante el curvado se
aplique en la zona de las estructuras de revestimiento 16 una capa
de plástico elástica. De este modo se puede efectuar la curvatura
también en la zona de las estructuras de revestimiento 16, al menos
en el caso de elementos de refuerzo del orden de 1 a 2 mm y unos
contornos relativamente redondeados de las estructuras de
revestimiento 16.
Los arriostramientos de apoyo 22 dispuestos
adicionalmente y que se cruzan, se sueldan primeramente al
componente 10 y a continuación entre sí para formar una estructura
de apoyo. Dado que por una parte se aumenta notablemente la rigidez
del componente 10, se puede reducir o eventualmente suprimir los
trabajos adicionales de enderezado o tensado de las paredes
frontales o laterales. Por otra parte, las estructuras de
revestimiento 16 que se han aplicado amortiguan la oscilación
propia del componente 10, y por lo tanto se puede renunciar a
aplicar adicionalmente una capa de amortiguación del sonido. En
conjunto resulta con esto un proceso de fabricación de menor
duración.
La disposición y número de estructuras de
revestimiento 16, así como sus dimensiones y configuración,
dependen de la rigidez que se trata de conseguir en las zonas 20
del componente 10. Preferentemente se asigna una estructura de
revestimiento 16 a cada zona 20, y se adapta a las dimensiones de
esta zona 20.
La estructura de revestimiento 16 está
subdividida en segmentos individuales 24 a modo de nervios, que
están aplicados sobre la gran superficie 12. Una sección a lo largo
de la línea A -B a través del componente 10 muestra que se trata de
un material de revestimiento aplicado adicionalmente sobre la gran
superficie 12, que en forma de segmento 24 constituye la estructura
de revestimiento 16. Cada estructura de revestimiento 16 se produce
de acuerdo con un contorno y disposición predeterminado.
El emplazamiento y dimensionado de la estructura
de revestimiento 16 así como el diseño de contorno se pueden
predeterminar mediante programas de cálculo adecuados, por ejemplo
el MEF (método de elementos finitos). Para ello se especifica en
general la rigidez del componente 10 deseada en una zona determinada
20, y se calcula su realización teniendo en cuenta contornos
adecuados. Para ello es ventajoso tener en cuenta el conjunto de
experiencias relativo al diseño de los contornos que se haya
adquirido ya en el curso de la fabricación de acanaladuras.
La aplicación de la estructura de revestimiento
16 tiene lugar mediante ensamblado aditivo. Para ello son
especialmente adecuados procedimientos de ensamblado tales como
técnicas de pegado en caliente y en frío o también procedimientos
de rociado, en los cuales se pulveriza o aplica a presión un
material plástico sobre la gran superficie, de acuerdo con los
contornos y la disposición prefijados. Si se trata de componentes
metálicos 10, especialmente de chapa, entonces es conveniente
obtener la estructura de revestimiento 10 mediante la soldadura
blanda de nervios de alambre, fusión de polvos metálicos o
soldadura de cordones metálicos. En estos casos se prefiere
especialmente la soldadura láser como procedimiento de ensamblado
térmico, ya que se puede automatizar considerablemente. Además se
puede renunciar al empleo adicional de materiales auxiliares.
Las Figuras 3 y 4 muestran dos ejemplos de
contornos de la estructura de revestimiento 16, tal como se puede
obtener por cálculo o basándose en valores de experiencia. Los
contornos son principalmente simétricos, en particular con simetría
puntual dispuestos alrededor de un punto central 26. Debido a la
enorme diversidad posible de formas de los contornos que se pueden
emplear, se puede obtener con frecuencia una rigidez similar del
componente 10 mediante contornos diferentes, de manera que se puede
adaptar con gran exactitud una solución concreta a las necesidades
existentes. La rigidez del componente 10 se incrementa notablemente
por la estructura de revestimiento 10, principalmente debido a un
aumento parcial del espesor de la plancha del componente 10. Los
segmentos 24 de la estructura de revestimiento 16 tienen todos
igual altura, tal como se puede ver en las vistas en sección de las
Figuras 3 y 4. Pero también cabe imaginar que la altura de los
segmentos 24 aumente o disminuya progresivamente o de forma lineal
en dirección al punto central 26 de la estructura de revestimiento
16, o también que vaya alternando.
- 10
- Componentes
- 12
- Gran superficie
- 14
- Superficie estrecha
- 16
- Estructura de revestimiento
- 18
- Hueco
- 20
- Anchura del componente 10
- 22
- Arriostramiento de apoyo
- 24
- Segmento
- 26
- Punto central
Claims (15)
1. Procedimiento para aumentar la rigidez de
grandes superficies (12) de componentes (10) de tipo plano, en el
cual se dotan los componentes (10) con estructuras de refuerzo, y
donde se generan las estructuras de refuerzo mediante el ensamblado
aditivo de por lo menos una estructura de revestimiento adicional
(16) sobre por lo menos una de las grandes superficies (12) de los
componentes (10), caracterizado porque las distintas
estructuras de revestimiento (16) se asignan a determinadas zonas
(20) del componente (10), provocando con ello parcialmente un
aumento de la rigidez del componente (10), y porque las estructuras
de revestimiento (16) se aplican sobre las grandes superficies
(12), subdivididas en segmentos individuales a modo de nervios
(24), y que en forma de segmentos (24) constituyen las estructuras
de revestimiento
(16).
(16).
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
caracterizado porque el emplazamiento, las dimensiones y el
contorno de la estructura de revestimiento (16) se calculan
mediante la especificación de la rigidez para una determinada zona
(20) del componente (10).
3. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque la estructura de revestimiento
adicional (16) se aplica mediante pegado en caliente o en frío de
un material de revestimiento, por lo menos sobre una de las grandes
superficies (12).
4. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque la estructura de revestimiento (16)
se genera mediante la proyección de material plástico sobre por lo
menos una de las grandes superficies (12).
5. Procedimiento según las reivindicaciones 1 ó
2, caracterizado porque la estructura de revestimiento (16)
se obtiene mediante la soldadura blanda de nervios de alambre,
fusión de polvo metálico o soldadura de polvos metálicos,
utilizando un procedimiento de ensamblado térmico.
6. Procedimiento según la reivindicación 5,
caracterizado porque el ensamblado tiene lugar mediante
soldadura láser.
7. Componente de tipo plano con por lo menos una
estructura de refuerzo, estando formada la por lo menos una
estructura de refuerzo por una estructura de revestimiento (16)
ensamblada adicionalmente sobre por lo menos una de las grandes
superficies (12) del componente (10), caracterizado porque a
determinadas zonas (20) del componente (10) le corresponden
distintas estructuras de revestimiento (16), y porque las
estructuras de revestimiento (16) están subdivididas en segmentos
individuales (24) a modo de nervios, constituyendo las estructuras
de revestimiento (16) en forma de segmentos (24).
8. Componente de tipo plano según la
reivindicación 7, caracterizado porque las estructuras de
revestimiento (16) en forma de segmentos están dispuestas
simétricamente, en particular con simetría puntual alrededor de un
punto central (26).
9. Componente de tipo plano según las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque las estructuras
de revestimiento (16) son de materiales plásticos.
10. Componente de tipo plano según las
reivindicaciones 7 y 8, caracterizado porque las estructuras
de revestimiento (16) son de metal.
11. Componente de tipo plano según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque los segmentos
(24) de una estructura de revestimiento (16) presentan la misma
altura.
12. Componente de tipo plano según las
reivindicaciones 9 ó 10, caracterizado porque los segmentos
(24) de una estructura de revestimiento (16) van aumentando y/o
disminuyendo de altura de forma lineal o progresiva en la dirección
del punto central (26).
13. Utilización de un componente de tipo plano
según una de las reivindicaciones 7 a 12 como elemento de pared de
una caja de vagón para vehículos sobre raíles.
14. Utilización de un componente de tipo plano
según una de las reivindicaciones 7 a 12, como unidad de
construcción para buques, aviones, automóviles, contenedores de
transporte y de almacenamiento, contenedores, caras vistas de
edificios o similares.
15. Utilización de un componente de tipo plano
según una de las reivindicaciones 7 a 12, como elemento de
amortiguación acústica.
Applications Claiming Priority (2)
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