ES2659841A1 - TRANSFORMABLE RETICULAR STRUCTURE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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ESTRUCTURA RETICULAR TRANSFORMABLE OBJETO DE LA INVENCIÓNTRANSFORMABLE RETICULAR STRUCTURE OBJECT OF THE INVENTION
Las estructuras espaciales de conexiones de barras a través de nudos articulados son utilizadas en distintos campos de la tecnología para obtener diferentes disposiciones con el objetivo principal de cubrir grandes luces con elementos ligeros. Estas formas constructivas de uniones de barras permiten una adecuada distribución de las solicitaciones provocadas por las cargas exteriores y las correspondientes reacciones en los apoyos permitiendo una gran variedad constructiva en lo que a disposición de los elementos se refiere.The spatial structures of bar connections through articulated knots are used in different fields of technology to obtain different arrangements with the main objective of covering large lights with light elements. These constructive forms of bar joints allow an adequate distribution of the solicitations caused by the external loads and the corresponding reactions in the supports allowing a great constructive variety as far as the elements are concerned.
El objeto de la invención es una estructura reticular móvil capaz de adaptarse a gran cantidad de configuraciones de movimiento y forma, desde soluciones sencillas para el montaje de una estructura plana a estructuras más complejas mediante las conexiones de las barras en una o en varias capas a través de la modulación de las partes obteniendo la rigidez del sistema en su forma definitiva.The object of the invention is a mobile reticular structure capable of adapting to a large number of movement and shape configurations, from simple solutions for mounting a flat structure to more complex structures by connecting the bars in one or several layers to through the modulation of the parts obtaining the rigidity of the system in its definitive form.
La modulación se consigue haciendo uso de un único tipo de pieza de conexión y un único tipo de barra, reduciendo el coste a través de la estandarización del sistema respecto a las soluciones actuales. Se pretende con ello, establecer un reducido número de tipo de elementos a utilizar ampliando el rango de uso de cada unos de ellos.Modulation is achieved by using a single type of connecting piece and a single type of bar, reducing the cost through the standardization of the system with respect to current solutions. It is intended with this, to establish a reduced number of type of elements to be used by extending the range of use of each of them.
Esta estandarización mantiene la rigidez de la estructura en lo que se refiere a la estabilidad geométrica que hace a la estructura capaz de resistir su propio peso y las cargas aplicadas sin superar el límite elástico de los materiales. De este modo, las estructuras espaciales finales tienen una función resistente y por tanto serán rígidas isostáticas en su conjunto y con forma geométrica definida pero pueden, del mismo modo, modificarse manualmente o mediante mecanismos internos transformando la forma y tamaño de todo el conjunto para volver a trabajar como estructura rígida.This standardization maintains the rigidity of the structure in terms of the geometric stability that makes the structure capable of resisting its own weight and the loads applied without exceeding the elastic limit of the materials. In this way, the final spatial structures have a resistant function and therefore will be rigid isostatic as a whole and with a defined geometric shape but can, likewise, be modified manually or by internal mechanisms transforming the shape and size of the whole set to return to work as a rigid structure.
La invención se encuadra entonces en el sector de las estructuras reticulares articuladas, concretamente en aquellas compuestas por mallas reticulares móviles como es el caso por ejemplo de las empleadas en construcción de cubiertas o similares, fundamentalmente utilizadas en el campo de la arquitectura, diferenciándose en este caso por el uso de mecanismos en los que las barras son móviles radialmente respecto a los nudos de conexión, es decir, que pueden realizar cualquier giro relativo al nudo, generando una articulación entre barras además de la capacidad de éstas de poder adaptarse a distintas longitudes gracias a su propiedad de ser extensible.The invention is then framed in the sector of articulated reticular structures, specifically those composed of mobile reticular meshes, as is the case, for example, those used in construction of roofs or the like, fundamentally used in the field of architecture, differing in this case for the use of mechanisms in which the bars are radially movable with respect to the connection nodes, that is, they can make any rotation relative to the knot, generating a joint between bars in addition to their ability to adapt to different lengths Thanks to its property being extensible.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Las estructuras transformables se han aplicado históricamente en numerosos campos como en la mecánica o la industria aeroespacial, sin embargo, el uso de estos elementos geométricos en la arquitectura se ha realizado a partir de la segunda mitad del siglo XX centrándose básicamente la plegabilidad estructural en soluciones temporales para arcos y bóvedas utilizando el mecanismo de tijera o pantógrafo.Transformable structures have historically been applied in numerous fields such as mechanics or aerospace industry, however, the use of these geometric elements in architecture has been made from the second half of the 20th century, basically focusing on structural folding in solutions temporary for arches and vaults using the scissor or pantograph mechanism.
Las estructuras reticulares se caracterizan por comprender articulaciones en los extremos de las barras que admiten que giren unas respecto de las otras permitiendo a la estructura variar su forma y posición previa a su uso pero, una vez que la estructura se encuentra en posición de funcionamiento, las barras forman una unión rígida isostática transmitiendo únicamenteThe reticular structures are characterized by comprising joints at the ends of the bars that allow them to rotate with respect to each other allowing the structure to vary its shape and position prior to its use but, once the structure is in the operating position, the bars form a rigid isostatic joint transmitting only
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esfuerzos axiales entre ellas a través de los nudos.axial efforts between them through the knots.
La complejidad de estas estructuras ha ido avanzando con el uso al que se le han ido aplicando. Desde las más simples en las que las barras forman uniones triangulares equiláteras con secciones regulares formando, en caso de tratarse de estructuras de varias capas, tetraedros perfectos, las compuestas, formadas por formas simples conectadas a través de las uniones, o las más complejas en las que las barras forman estructuras hiperestáticas mostrando figuras más intrincadas que los tetraedros.The complexity of these structures has been advancing with the use to which they have been applied. From the simplest in which the bars form equilateral triangular joints with regular sections forming, in the case of multi-layer structures, perfect tetrahedra, the composite ones, formed by simple shapes connected through the joints, or the most complex in which bars form hyperstatic structures showing more intricate figures than tetrahedra.
En la actualidad existen diversos tipos de estructuras reticulares con diversas soluciones técnicas en las que barras pueden desplazarse o girar en torno a los nudos con el objetivo de plegarse o desplegarse, que si bien no es el objetivo de esta invención, si se basan en el mismo principio de permitir el giro solidario entre barras previo al uso como estructura.At present there are various types of reticular structures with various technical solutions in which bars can move or rotate around the nodes with the aim of folding or unfolding, which although it is not the objective of this invention, if they are based on the same principle of allowing the solidarity rotation between bars prior to use as a structure.
Algunas patentes como la ES266801, describe una estructura reticular plegable formando un paquete compacto y fácilmente manejable, en el que las barras tienen una articulación intermedia que, al igual que las extremas, limitan el número de barras por nudo y la posición de éstas en el espacio respecto a los nudos y a otras barras generando una estructura final concreta sin permitir variaciones en su forma y tamaño.Some patents, such as ES266801, describe a foldable reticular structure forming a compact and easily manageable package, in which the bars have an intermediate joint that, like the extremes, limits the number of bars per knot and their position in the space with respect to the nodes and other bars generating a concrete final structure without allowing variations in its shape and size.
La patente US3325958, relata una estructura de conexión de barras que al desplegarse forman una bóveda capaz de soportar esfuerzos como si de una estructura rígida se tratase, sin la posibilidad de adoptar otras formas y tamaños diferentes a los específicamente diseñados además de necesitar de elementos extras para su acople final donde las uniones tan solo permiten el giro de las barras sobre un plano y no en tres dimensiones.US3325958, relates a bar connection structure that when deployed form a vault capable of supporting efforts as if it were a rigid structure, without the possibility of adopting other shapes and sizes different from those specifically designed in addition to needing extra elements for its final coupling where the joints only allow the rotation of the bars on a plane and not in three dimensions.
La patente US4026313 define una estructura efímera que puede adoptar diferentes posiciones y formas como bóvedas o arcos, en los que se muestran diferentes conexiones intermedias entre los tubos que permiten que se giren sobre el mismo plano otorgando la capacidad de plegarse a toda la estructura, con conexiones entre barras en los nudos en los que se permiten el giro solo sobre un plano y no de forma esférica en tres dimensiones, además de mostrar una geometría concreta cuando la estructura se encuentra desplegada.The US4026313 patent defines an ephemeral structure that can take different positions and shapes such as vaults or arches, in which different intermediate connections are shown between the tubes that allow them to rotate on the same plane giving the ability to fold over the entire structure, with connections between bars in the nodes in which the rotation is allowed only on a plane and not spherical in three dimensions, in addition to showing a concrete geometry when the structure is deployed.
Las invenciones US3710806, US4689932, US4658560, US5444946, ES532117, se asemejan a las anteriores ya que proponen diversas estructuras desplegables portables en el que el fin último de su uso como carpa o estructura temporal en las que habitualmente no se soportan grandes esfuerzos.The inventions US3710806, US4689932, US4658560, US5444946, ES532117, resemble the previous ones as they propose various portable deployable structures in which the ultimate purpose of their use as a tent or temporary structure in which large efforts are usually not supported.
La amplia mayoría de estos sistemas necesitan elementos externos como barras o cables para dotar de rigidez a la configuración final, por lo que los armazones desplegables, y por tanto deformables, hasta ahora no han sido útiles como estructura final con capacidad de soportar grandes cargas porque no se había encontrado su forma estable.The vast majority of these systems require external elements such as bars or cables to provide rigidity to the final configuration, so that the folding frames, and therefore deformable, have so far not been useful as a final structure with the ability to withstand large loads because His stable form had not been found.
La presente invención aporta una solución a este problema al obtener rigidez en la estructura en sus diferentes posiciones gracias a su propia configuración geométrica de nudos y barras sin requerir elementos externos para asegurarla.The present invention provides a solution to this problem by obtaining rigidity in the structure in its different positions thanks to its own geometric configuration of knots and bars without requiring external elements to secure it.
Es evidente que la novedad de la presente invención con respecto a las mencionadas radica en que las barras pueden adoptar varias longitudes y pueden acoplarse a los nudos en diferentes orientaciones generando cualquier forma deseada, de modo que las operaciones de cálculo y montaje se realizan una manera más cómoda y rápida reduciendo los costes otorgando a la estructura la rigidez deseada. No se trata de una estructura temporal ya que está preparada para soportar grandes esfuerzos, asemejándose más a una estructura de cerchas habitualesIt is evident that the novelty of the present invention with respect to the aforementioned is that the bars can take several lengths and can be attached to the nodes in different orientations generating any desired shape, so that the calculation and assembly operations are carried out in a manner more comfortable and faster reducing costs giving the structure the desired stiffness. It is not a temporary structure since it is prepared to withstand great efforts, more like a structure of usual trusses
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con la capacidad de movilidad que éstas no tienen.with the mobility capacity that they do not have.
No se han utilizado hasta el momento de una forma práctica estructuras de cerchas que permitan formas cambiantes o plegables y desplegables como las mencionadas en esta invención. En el actual estado de la técnica no se conoce ninguna estructura reticular, con las características técnicas que se relatan en la presente invención.Truss structures that allow changing or folding and deployable shapes such as those mentioned in this invention have not been used in a practical way. In the current state of the art, no reticular structure is known, with the technical characteristics described in the present invention.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓNDESCRIPTION OF THE INVENTION
Las estructuras reticulares móviles que constituyen el objeto de esta invención proponen una solución de gran flexibilidad, en cuanto al movimiento y estabilización de la estructura, en base al uso de elementos modulares de reducido peso, que se acoplan entre sí como barras autodimensionables que utilizan sistemas de unión móviles con la particularidad de que la estructura obtenida presenta tan buenas características mecánicas en todas sus posiciones como una estructura fija.The mobile reticular structures that constitute the object of this invention propose a solution of great flexibility, in terms of movement and stabilization of the structure, based on the use of modular elements of reduced weight, which are coupled together as self-dimensioning bars using systems mobile connection with the particularity that the structure obtained has as good mechanical characteristics in all its positions as a fixed structure.
En concreto, la estructura de la invención comprende unos nudos y unas barras giratorias respecto a dicho nudo, que pueden variar de longitud, con el objeto de obtener estructuras móviles para arquitectura, capaces de adaptarse a diferentes configuraciones, tanto bidimensionales como tridimensionales.In particular, the structure of the invention comprises knots and rotating bars with respect to said node, which can vary in length, in order to obtain mobile structures for architecture, capable of adapting to different configurations, both two-dimensional and three-dimensional.
Todo ello se consigue con una conexión que permite adaptarse a todas las uniones espaciales requeridas sin limitaciones, permitiendo el giro de las barras unidas a él en forma de articulación esférica, sin concentración de esfuerzos cortantes o flectores evitando toda excentricidad, a la vez que se permite su movimiento dentro de la configuración escogida. Además, se complementan por unas barras capaces de modificar su dimensión longitudinal funcionando únicamente bajo un axil puro. Es decir, los nudos y las barras de la invención presentan muy buenas propiedades de movimiento que hacen al conjunto válido para estructuras reticulares móviles de todo tipo.All this is achieved with a connection that allows to adapt to all the required spatial joints without limitations, allowing the rotation of the bars attached to it in the form of a spherical joint, without concentration of shear or bending forces avoiding all eccentricity, at the same time as It allows its movement within the chosen configuration. In addition, they are complemented by bars capable of modifying their longitudinal dimension operating only under a pure axil. That is, the nodes and bars of the invention have very good movement properties that make the assembly valid for mobile reticular structures of all kinds.
La estructura reticular transformable, considerada en su conjunto, comprende la capacidad de modificar su tamaño y forma en función de las conexiones y longitudes escogidas en las barras ya sea mediante su manipulación manual o mediante otros medios de accionamiento, es por esa característica que se considera móvil a la estructura.The transformable lattice structure, considered as a whole, comprises the ability to modify its size and shape depending on the connections and lengths chosen on the bars either by manual manipulation or by other means of actuation, it is for that characteristic that is considered mobile to the structure.
Preferentemente, los módulos de las uniones y de las barras que permiten las características mencionadas son idénticos en toda la estructura, pero en caso de ser necesario, pueden presentar diferentes tamaños en el mismo armazón.Preferably, the modules of the joints and the bars that allow the mentioned characteristics are identical throughout the structure, but if necessary, they can have different sizes in the same frame.
Las secciones de las barras de una misma estructura son del mismo tipo y tamaño, ya que al hacer el cálculo de esfuerzos, se busca un reparto equitativo entre ellas y se selecciona el perfil en función de aquella que soporta mayor tensión. Esta aplicación facilita el ensamblaje de la instalación sin tener que seguir un procedimiento específico para el montaje.The sections of the bars of the same structure are of the same type and size, since when calculating stresses, an equitable distribution is sought between them and the profile is selected based on the one that supports the greatest tension. This application facilitates the assembly of the installation without having to follow a specific procedure for assembly.
La topología, distribución geométrica de barras en el espacio, se consigue como consecuencia de la repetición y yuxtaposición de poliedros sencillos correspondiéndose las barras con las aristas y los nudos con los vértices.The topology, geometric distribution of bars in space, is achieved as a result of the repetition and juxtaposition of simple polyhedra corresponding to the bars with the edges and the nodes with the vertices.
Según una realización preferente, los módulos de las barras y nudos están dispuestos de forma triangular, que permiten su posterior unión con otros triángulos formando un entramado tetraédrico estable cuando está en funcionamiento ya que el triángulo es la única forma poligonal que no varía su posición cuando actúa sobre él una fuerza. Cuando se somete a un esfuerzo sobre cualquiera de las barras el esfuerzo se comparte a través de las conexionesAccording to a preferred embodiment, the modules of the bars and knots are arranged in a triangular shape, which allow their subsequent union with other triangles forming a stable tetrahedral grid when it is in operation since the triangle is the only polygonal shape that does not change its position when a force acts on him. When undergoing an effort on any of the bars the effort is shared through the connections
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con las otras que forman parte de la estructura, quedando todas sometidas a tensiones.with the others that are part of the structure, all of which are subject to stress.
Cuando se pretende dar movilidad a la estructura, se modifican las longitudes de la totalidad o parte de las barras, ampliándose o reduciéndose en función de la necesidad constructiva manteniendo la rigidez del armazón sin generar ninguna inestabilidad obteniendo cambios en la orientación y posición del conjunto en el espacio gracias a la articulación libre de los nudos, sin tener que eliminar ni introducir en la estructura ninguna barra o elemento extra para este cambio.When it is intended to give mobility to the structure, the lengths of all or part of the bars are modified, expanding or reducing depending on the construction need maintaining the rigidity of the frame without generating any instability obtaining changes in the orientation and position of the assembly in the space thanks to the free articulation of the knots, without having to eliminate or introduce in the structure any extra bar or element for this change.
Cuando la estructura se encuentra tanto en posición estática como móvil, al ser los nudos uniones articuladas sin conexiones rígidas, el único esfuerzo que sufren las barras es axial, manteniendo siempre la concentricidad entre las barras y los nudos, sin que existan momentos torsores o flectores ni tensiones cortantes que afectarían a la estructura dañándola aplicando las cargas directamente sobre los nudos.When the structure is in both static and mobile position, since the knots are articulated joints without rigid connections, the only effort suffered by the bars is axial, always maintaining the concentricity between the bars and the knots, without torso or bending moments. nor shear stresses that would affect the structure by damaging it by applying the loads directly on the knots.
Por las características explicadas, se puede resumir que la estructura de la invención destaca por la rapidez de fabricación y montaje que proporciona gracias en parte a la liviandad propia de estos tipos de elementos y a la independencia en el orden de ensamblaje de las partes, su capacidad de soportar grandes luces, de generar espacios diferentes con los mismos elementos pudiendo adaptarse a cualquier distribución geométrica solicitada, su fiabilidad estructural con un óptimo aprovechamiento de los materiales con un reducido coste de instalación y mantenimiento.Due to the characteristics explained, it can be summarized that the structure of the invention stands out for the speed of manufacture and assembly that it provides thanks in part to the lightness of these types of elements and to the independence in the order of assembly of the parts, their capacity to withstand large lights, to generate different spaces with the same elements being able to adapt to any geometric distribution requested, its structural reliability with optimal use of materials with a reduced cost of installation and maintenance.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características de la invención, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being made and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, a set of drawings is attached as an integral part of said description, where, for illustrative and non-limiting purposes, it has been represented the next:
Figura 1.- Se muestra una perspectiva en vista isométrica del esquema geométrico en de una estructura reticular transformable cuando se halla en su configuración plana.Figure 1.- An isometric perspective view of the geometric scheme is shown in a transformable lattice structure when it is in its flat configuration.
Figura 2.- Muestra una perspectiva en vista isométrica del esquema geométrico de la estructura mostrada en la figura 1, después de haber aplicado giros a las barras respecto a los nudos y haberlas alargado o encogido según correspondiera, dando como resultado la estructura modificada.Figure 2.- Shows an perspective in isometric view of the geometric scheme of the structure shown in Figure 1, after having applied turns to the bars with respect to the nodes and having lengthened or shrunk them as appropriate, resulting in the modified structure.
Figura 3.- Se muestra una perspectiva en vista isométrica del esquema geométrico de una estructura reticular tetraédrica transformable cuando se halla en su configuración plana.Figure 3.- An isometric perspective view of the geometric scheme of a transformable tetrahedral reticular structure is shown when it is in its flat configuration.
Figura 4.- Muestra una perspectiva en vista isométrica del esquema geométrico de una estructura reticular tetraédrica similar a la de la figura 3 pero después de haber sufrido modificaciones en las longitudes de las barras, generando los cambios de ángulos visibles en cada nudo dejando de ser una estructura plana.Figure 4.- Shows an isometric view of the geometric scheme of a tetrahedral reticular structure similar to that of Figure 3 but after having undergone modifications in the lengths of the bars, generating the changes of visible angles in each node, ceasing to be A flat structure.
Figura 5.- Muestra una perspectiva en vista isométrica del esquema geométrico de la misma estructura geométrica de la figura 4, desde una perspectiva más lateral, mostrando la curvatura generada.Figure 5.- Shows an isometric view of the geometric scheme of the same geometric structure of Figure 4, from a more lateral perspective, showing the generated curvature.
DESCRIPCIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓNPREFERRED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Las estructuras reticulares en general pueden estar formadas por diversos tipos de materialesReticular structures in general can be formed by various types of materials
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ya que las características básicas a cumplir por los elementos que las componen son una amplia resistencia a la deformación siendo preferiblemente ligeros para facilitar su transporte y proceso de instalación. Habitualmente se utilizan materiales o compuestos metálicos tanto para las barras (2) como para los nudos (1).since the basic characteristics to be fulfilled by the elements that compose them are a broad resistance to deformation being preferably light to facilitate its transport and installation process. Usually materials or metal compounds are used both for the bars (2) and for the knots (1).
La estructura en cuestión se monta "in situ”, siendo ejecutada directamente sobre medios externos, como cimbras, o montada de forma plana y adaptarse a la forma deseada mediante mecanismos internos que accionen la longitud deseada de cada barra (2). Estos mecanismos pueden ser accionados de forma manual o automática por medio de motores, gatos hidráulicos o manivelas, etc.The structure in question is mounted "in situ", being executed directly on external means, such as formwork, or mounted flat and adapted to the desired shape by internal mechanisms that actuate the desired length of each bar (2). These mechanisms can be operated manually or automatically by means of motors, hydraulic jacks or cranks, etc.
Una vez la estructura se sitúa en su posición final, se fija al suelo o a las estructuras correspondientes con las que se mantienen en contacto. Dependiendo de las dimensiones de la estructura, del terreno y las diferentes cargas tanto verticales como horizontales de viento, se dimensionan el resto de los elementos necesarios como el tipo de anclaje o la cimentación necesaria.Once the structure is placed in its final position, it is fixed to the ground or to the corresponding structures with which they remain in contact. Depending on the dimensions of the structure, the terrain and the different vertical and horizontal wind loads, the rest of the necessary elements such as the type of anchor or the necessary foundation are sized.
A medida que se sitúa el primer nudo de conexión (1), se añaden a él tantas barras (2) sean necesarias en función de la estructura buscada. Una vez que se dispone de ese primer nudo (1) con una serie de barras (2) que salen de él, se pueden ir añadiendo nuevos nudos (1) a partir de los extremos de las barras incorporadas y así nuevas barras que generen polígonos o poliedros regulares estáticos. Al permitir los nudos (1) el movimiento esférico de las barras respecto a él, se genera la posibilidad de adquirir cualquier posición en el espacio y al tener las barras (2) la capacidad de modificar su longitud se obtiene la estructura móvil de la invención.As the first connection node (1) is placed, as many bars (2) as necessary are added to it, depending on the structure sought. Once that first node (1) is available with a series of bars (2) coming out of it, new knots (1) can be added from the ends of the incorporated bars and thus new bars that generate polygons or static regular polyhedra. By allowing the knots (1) the spherical movement of the bars with respect to it, the possibility of acquiring any position in the space is generated and by having the bars (2) the ability to modify its length the mobile structure of the invention is obtained .
Claims (5)
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| ES201830034A ES2659841A1 (en) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | TRANSFORMABLE RETICULAR STRUCTURE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
Applications Claiming Priority (1)
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| ES201830034A ES2659841A1 (en) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | TRANSFORMABLE RETICULAR STRUCTURE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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|---|---|---|---|
| ES201830034A Pending ES2659841A1 (en) | 2018-01-11 | 2018-01-11 | TRANSFORMABLE RETICULAR STRUCTURE (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) |
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