ES2970165T3 - Procedimiento y dispositivo para producir un elemento en forma de varilla - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un método para producir un elemento en forma de varilla. El objetivo de la invención es proporcionar un método mediante el cual se pueda producir un elemento en forma de varilla que supere al menos una de las desventajas de los elementos en forma de varilla conocidos por el estado de la técnica. Este objetivo se consigue, según la invención, porque el método comprende las etapas de proporcionar un tubo hecho de metal, en el que el tubo tiene una dirección longitudinal; proporcionar al menos un hilo que tiene una pluralidad de hilos, en donde al menos uno de los hilos tiene fibras de carbono; introducir al menos un cordón en el tubo de manera que al menos un cordón se extienda en la dirección longitudinal en el tubo; y formar en frío el tubo, junto con al menos un cordón, por medio de una herramienta de formación, de manera que el diámetro exterior del tubo antes del conformado en frío sea mayor que el diámetro exterior del tubo después del conformado en frío. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
d e s c r ip c ió n
Procedimiento y dispositivo para producir un elemento en forma de varilla
Campo técnico
La presente divulgación se refiere a un procedimiento y un dispositivo para producir un elemento en forma de varilla y un elemento en forma de varilla de este tipo.
Antecedentes tecnológicos
Son conocidos a partir del estado de la técnica procedimientos y dispositivos para producir elementos macizos de metal en forma de varilla, por ejemplo barras de metal o varillas de metal. Para ello, a partir de un tocho cilíndrico macizo previamente fabricado se conforma, es decir, en particular se lamina o se estira, un elemento macizo de metal en forma de varilla. El documento JP 2003-290814 A da a conocer un tubo conformado en frío que contiene varios hilos, estando producidos de metal (acero fino) los hilos.
Elementos en forma de varilla producidos de este modo se utilizan, por ejemplo, para construir, reforzar y armar trabajos de construcción. Para hacer posible que admitan cargas de tracción elevadas, se adapta el diámetro del respectivo elemento en forma de varilla a la carga de tracción a admitir. Sin embargo, un aumento del diámetro va acompañado de un incremento del peso propio del elemento en forma de varilla. Por lo tanto, se han puesto límites al uso de tales elementos en forma de varilla, particularmente para reforzar y armar trabajos de construcción.
Compendio
Así pues, existe la necesidad de un elemento en forma de varilla y de un procedimiento y un dispositivo para producir el mismo que superen al menos uno de los inconvenientes antes mencionados. Además, existe la necesidad de un elemento en forma de varilla dotado de una elevada resistencia a la tracción y al mismo tiempo un peso propio reducido. La invención está definida por las reivindicaciones independientes 1, 11 y 12; en las reivindicaciones dependientes se exponen otros aspectos de la invención.
Según un primer aspecto de la presente divulgación, se propone por lo tanto un procedimiento para producir un elemento en forma de varilla, donde el procedimiento tiene los pasos de:
proveer un tubo hecho de un metal, donde el tubo tiene un diámetro externo y una dirección longitudinal,
proveer al menos un cordón con una pluralidad de hilos, donde al menos uno de los hilos tiene fibras de carbono,
incorporar al menos un cordón en el tubo, de modo que al menos un cordón se extienda en la dirección longitudinal en el tubo, y
conformar en frío con una herramienta de conformado el tubo con al menos un cordón incorporado en el mismo, de modo que el diámetro externo del tubo antes del conformado en frío sea mayor que el diámetro externo del tubo después del conformado en frío.
La idea en que se basa este procedimiento consiste en proveer una estructura, es decir, un elemento en forma de varilla, con elevada resistencia a la tracción mediante la incorporación del al menos un cordón en un tubo hecho de un metal. Dicho de otro modo, al menos un cordón forma el núcleo del elemento en forma de varilla, extendiéndose el tubo como un revestimiento alrededor del núcleo.
Gracias a la escasa densidad de material de las fibras de carbono en comparación con los metales, para una resistencia a la tracción comparable se reduce el peso propio del elemento en forma de varilla en comparación con un elemento en forma de varilla macizo, hecho de metal, con el mismo diámetro externo.
El tubo que forma el revestimiento de la disposición ofrece además la ventaja de que protege al núcleo situado en el interior, es decir, al menos un cordón, de influencias ambientales, por ejemplo de una abrasión causada por el hormigón que rodee al elemento en forma de varilla en el estado instalado. De lo contrario, estas influencias medioambientales podrían provocar la destrucción o el deterioro del cordón.
En una forma de realización, el alargamiento del tubo es mayor que el alargamiento del al menos un cordón, mientras que al mismo tiempo la resistencia a la tracción del al menos un cordón es mayor que la resistencia a la tracción del tubo.
La fabricación de tubos metálicos es en principio conocida. Básicamente, según los procedimientos conocidos se fabrican tubos sin soldadura, es decir, tubos sin costura de soldadura en dirección longitudinal, así como tubos soldados en la dirección longitudinal, denominados tubos soldados longitudinalmente.
En caso de utilizar un tubo sin costura, se introduce axialmente al menos un cordón en la abertura del tubo ya preparado. Para tubos soldados en la dirección longitudinal, se describirá en detalle en otro lugar más adelante el paso de incorporar el cordón.
Además de la reducción de peso, la incorporación del al menos un cordón conlleva también la ventaja de que, en una forma de realización, gracias a las fibras de carbono incorporadas se puede conseguir una mayor resistencia a la tracción en comparación con un elemento macizo de metal en forma de varilla o un tubo de metal con el mismo diámetro externo. Por lo tanto, mediante la incorporación del al menos un cordón se puede conseguir también una ventaja en comparación con un tubo comparable de metal sin núcleo.
En una forma de realización, el conformado en frío del tubo con al menos un cordón dispuesto en el mismo también influye positivamente en la resistencia total a la tracción del elemento en forma de varilla. Se utilizan procedimientos de conformado en frío, por ejemplo, para conformar un cuerpo de base metálico hueco, dando un tubo acabado. Mediante el conformado en frío se pueden modificar y dimensionar con mucha precisión el diámetro interno y el externo de un tubo. Además, el conformado en frío es adecuado para mejorar las propiedades superficiales del tubo.
Además, el conformado en frío va acompañado de un endurecimiento en frío, lo que permite modificar específicamente las propiedades de los tubos así producidos. Mediante el endurecimiento en frío es posible incrementar la resistencia del material y, con ello, también la resistencia a la tracción del tubo conformado.
Se entiende por conformado en frío, en el sentido de la presente divulgación, un conformado a una temperatura que es inferior a la temperatura de recristalización del metal.
Con el conformado en frío y el endurecimiento en frío que lo acompaña, no solamente se pueden modificar las propiedades del tubo, sino que debido al "encogimiento" del tubo sobre al menos un cordón y la unión por ajuste de forma y/o por ajuste de fuerza así resultante entre al menos un cordón y el tubo se pueden mejorar las propiedades del elemento en forma de varilla en su conjunto.
En una forma de realización, mediante el conformado en frío del tubo con el cordón que se extiende en el mismo se produce en dirección radial un estrecho ajuste de forma entre el tubo y al menos un cordón que se extiende en el mismo, de modo que al menos un cordón no puede moverse en dirección radial con respecto al tubo.
En una forma de realización, mediante el conformado en frío se produce un ajuste de fuerza entre el tubo y al menos un cordón que se extiende en el mismo, de modo que la fuerza de fricción entre el tubo y al menos un cordón impide un movimiento relativo en dirección axial entre el tubo y al menos un cordón. Gracias a la unión con ajuste de fuerza se produce así un elemento en forma de varilla cuya resistencia a la tracción, en una forma de realización, es mayor que la resistencia a la tracción de un elemento macizo de metal en forma de varilla, o de un tubo de metal con el mismo diámetro externo.
Por lo tanto, en una forma de realización de la presente divulgación, la herramienta de conformado para el conformado en frío y el tubo están configurados y dispuestos de manera que después del conformado en frío, el tubo y al menos un cordón quedan unidos entre sí con ajuste de fuerza.
En una forma realización de la presente divulgación, después del conformado en frío el tubo y al menos un cordón quedan unidos entre sí con ajuste de fuerza en toda la extensión del cordón en la dirección longitudinal del tubo.
Se entiende que el tubo se puede deformar con la herramienta de conformado, dependiendo de cómo esté ajustada, de manera que el tubo quede presionado sobre al menos un cordón. Como resultado de la compresión se crea la unión por ajuste de fuerza. Mediante la unión por ajuste de fuerza del al menos un cordón con el tubo se garantiza que después del conformado en frío al menos un cordón ya no pueda desplazarse en dirección axial con respecto al tubo. Existe entonces un ajuste de forma isotrópico en dirección radial del al menos un cordón.
La fricción mutua de una pluralidad de hilos con fibras de carbono o de una pluralidad de fibras de carbono, puede llevar a que se debiliten o se destruyan al menos fibras de carbono individuales. Esto cambia permanentemente las propiedades del cordón formado por los hilos, por ejemplo su resistencia a la tracción disminuye. Por lo tanto, en una forma de realización en la cual el conformado en frío provoca un ajuste de fuerza entre el tubo y al menos un cordón, se reduce la fricción o la influencia mutua entre los hilos individuales y/o entre las fibras de carbono individuales. En una forma de realización, mediante el conformado en frío se puede conseguir que los hilos y/o, en una forma de realización con varios cordones, los cordones individuales, ya no se desplacen uno con respecto a otro o bien lo hagan solamente en pequeña medida. Así, los hilos o los cordones dentro del tubo quedan protegidos por el conformado en frío.
En una forma de realización, en una instalación de laminado en frío "a paso de peregrino" se lleva a cabo el paso de conformado en frío mediante laminado en frío o laminado en frío "a paso de peregrino" del tubo con al menos un cordón que se extiende en el mismo en la dirección longitudinal. Naturalmente, en esta forma de realización la herramienta de conformado está constituida por rodillos o cilindros.
El laminado en frío "a paso de peregrino" es un procedimiento de conformado, ampliamente difundido, que se utiliza para ajustar los diámetros interno y externo de un tubo. El tubo es atrapado por dos cilindros o rodillos calibrados, que definen el diámetro externo del tubo, y laminado de manera que los cilindros o rodillos reducen el diámetro externo del tubo que entra, hasta el diámetro externo del elemento en forma de varilla.
En otra forma de realización, el conformado en frío se lleva a cabo por estirado en frío del tubo junto con al menos un cordón que se extiende en el mismo en la dirección longitudinal, a través de una matriz de estirado. En esta forma de realización, la herramienta de conformado está constituida por la matriz de estirado.
En el estirado en frío de tubos se distingue básicamente entre procedimientos sin herramienta interna, el denominado estirado en hueco, y procedimientos con herramienta interna, es decir, en particular el estirado con núcleo y el estirado con barra. Si en una forma de realización del procedimiento de acuerdo con la presente divulgación el conformado en frío se realiza mediante estirado en frío, este se efectúa básicamente sin ninguna herramienta interna dentro del tubo. No obstante, en una forma de realización el proceso de estirar conjuntamente el tubo con al menos un cordón que se extiende en el mismo, a través de la matriz de estirado puede entenderse como estirar el tubo sobre al menos un cordón. Al menos un cordón se entiende en este caso como herramienta interna. En una forma de realización, si se dimensionan adecuadamente el tubo, al menos un cordón y la matriz de estirado, se logra un contacto estrecho entre el tubo y al menos un cordón, pero sin perjudicar o incluso dañar el cordón por la acción de fuerza en dirección radial.
En una forma de realización de la divulgación, el conformado en frío se lleva a cabo por estirado en frío del tubo junto con al menos un cordón en la dirección longitudinal, a través de una matriz de estirado. En esta forma de realización la matriz de estirado constituye la herramienta de conformado en el sentido de la presente solicitud. En una forma de realización, se seleccionan un diámetro interno de la matriz de estirado y un diámetro externo del tubo antes del estirado en frío de modo que, después del estirado en frío, el tubo y al menos un cordón queden unidos con ajuste de fuerza.
En una forma de realización de la presente divulgación, después del estirado en frío el tubo y al menos un cordón quedan unidos con ajuste de fuerza en toda la extensión del cordón en la dirección longitudinal del tubo.
A las fibras de carbono en el sentido de la presente divulgación también se las denomina fibras de carbón. Se fabrican industrialmente y se convierten en carbono con disposición de tipo grafito mediante reacciones químicas adaptadas a la materia prima. Las fibras de carbono tienen alta resistencia y rigidez combinadas con un bajo alargamiento de rotura en la dirección axial.
Se combinan varias fibras de carbono para ser procesadas ulteriormente, dando un hilo. A estos hilos con fibras de carbono se les denomina también hilos multifilamento o mechas (en inglés, "rovings"). De acuerdo con la presente divulgación, se entiende por hilo una estructura larga y delgada. En una forma de realización, un hilo en el sentido de la presente divulgación también puede tener, además de las fibras de carbono, fibras hechas de uno o varios materiales diferentes. El hilo sirve como producto intermedio para producir un cordón en el sentido de la presente divulgación.
En una forma de realización de la presente divulgación, al menos un cordón se selecciona entre una cuerda, un tejido, una trenza, un tejido de punto, un haz y una malla multiaxial, o cualquier combinación de ello.
En una forma de realización, al menos un cordón, que tiene una pluralidad de hilos, contiene también uno o varios hilos hechos de, o con, uno o varios materiales distintos de fibras de carbono.
Por ejemplo, en una forma de realización el cordón tiene adicionalmente un hilo con fibras de un material con al menos una propiedad distinta de las propiedades de las fibras de carbono. Una propiedad adicional de este tipo puede tener un efecto positivo sobre las características del elemento en forma de varilla. Por ejemplo, en una forma de realización se puede incorporar un cordón híbrido con al menos un hilo adicional con fibras de aramida y/o fibras de vidrio para, por ejemplo, aumentar el límite elástico lineal del elemento en forma de varilla así producido.
En una forma de realización de la presente divulgación, al menos un cordón tiene una proporción de al menos 50 % de fibras de carbono.
En una forma de realización de la presente divulgación, al menos un cordón tiene una proporción de al menos 90 % de fibras de carbono.
En una forma de realización de la presente divulgación, al menos un cordón se compone enteramente de fibras de carbono.
En una forma de realización de la presente divulgación, después del paso de conformado en frío se corta a una longitud deseada el elemento en forma de varilla.
En una forma de realización de la presente divulgación, proveer el tubo incluye los pasos de:
proveer una tira hecha de una chapa metálica, donde la tira tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal,
curvar la tira en la dirección transversal, de modo que se crea un cuerpo hueco tubular con un área de sección transversal cilíndrica,
cerrar por soldadura el cuerpo hueco tubular con una costura longitudinal, donde la costura longitudinal se extiende en la dirección longitudinal, de modo que se crea un tubo soldado longitudinalmente,
donde la incorporación del al menos un cordón en el tubo se realiza aplicando el cordón sobre la tira antes del cierre por soldadura.
En esta forma de realización se utiliza un tubo soldado longitudinalmente como revestimiento para al menos un cordón. Al menos un cordón se incorpora en el tubo, o se aplica sobre la tira de chapa metálica que formará el tubo, antes de que se suelde el tubo, es decir, antes de que el tubo esté propiamente terminado. Por lo tanto, con esta forma de realización se hace posible una incorporación fácil del al menos un cordón en el tubo. A diferencia de lo que ocurre en un tubo sin costura, no es necesario introducir axialmente al menos un cordón en el tubo.
En principio, resulta irrelevante el momento en el cual se aplique el cordón sobre la tira de chapa, es decir, el momento en el cual entre en contacto con la chapa, siempre que la aplicación se realice antes del cierre por soldadura.
No obstante, en una forma de realización de la presente divulgación, el curvado de la tira en dirección transversal comprende los pasos de:
curvar previamente la tira en la dirección transversal, de modo que se cree un cuerpo hueco acanalado con una abertura que se extiende en la dirección longitudinal, y
curvar finalmente la tira en la dirección transversal, de modo que se cree un cuerpo hueco tubular con un área de sección transversal cilíndrica,
donde la incorporación del al menos un cordón en el tubo se realiza antes del curvado final de la tira y a través de la abertura en el cuerpo hueco acanalado.
Debido a que previamente se ha curvado en dirección transversal la tira y creado un cuerpo hueco acanalado, cuando se incorpora al menos un cordón, dicho al menos un cordón es guiado en el canal creado mediante el curvado previo. Así, cuando se incorpora al menos un cordón se garantiza que dicho al menos un cordón no pueda deslizarse de su posición incorporada sobre la tira.
En una forma de realización de la presente divulgación, la incorporación del al menos un cordón en el tubo y el conformado en frío del tubo con al menos un cordón se realizan en una línea de producción.
La expresión "en una línea de producción", tal como se utiliza en la presente divulgación, significa que la incorporación del al menos un cordón en el tubo y el conformado en frío se realizan en la misma instalación de producción. En una forma de realización, se incorpora el cordón en el tubo en un tramo del tubo, mientras que otro tramo del mismo tubo ya ha sido conformado en frío. Además, en una forma de realización, también se realiza el cierre por soldadura del tubo entre el lugar en el cual se incorpora al menos un cordón y el lugar en el cual se conforma en frío el tubo.
En una forma de realización de la presente divulgación, el cierre por soldadura y el conformado en frío se realizan a una distancia en un intervalo de 2 m a 4 m.
Sorprendentemente, se ha puesto de manifiesto que una separación espacial de 2 m a 4 m entre el lugar en donde se lleva a cabo el paso de cierre por soldadura y el lugar en donde se lleva a cabo el paso de conformado en frío ejerce un efecto positivo sobre las propiedades del elemento en forma de varilla producido. Si la soldadura y el conformado en frío se realizan a una distancia entre sí menor o mayor, esto puede conducir a problemas con el conformado en frío del tubo con al menos un cordón extendiéndose en el mismo.
En una forma de realización de la presente divulgación, el tubo es de un acero fino. El acero fino goza de la ventaja de una resistencia a la tracción comparativamente elevada frente a otros metales y una gran resistencia, por ejemplo frente a las influencias ambientales.
En una forma de realización del procedimiento de acuerdo con la presente divulgación, el diámetro externo del tubo es mayor antes del conformado en frío, por ejemplo antes del estirado en frío, que después del conformado en frío.
En una forma de realización de la presente divulgación, se seleccionan la herramienta de conformado y un diámetro externo del tubo antes del conformado en frío de modo que un grosor de pared del tubo antes del conformado en frío sea menor que después del conformado en frío. En una forma de realización de la presente divulgación, se seleccionan un diámetro interno de la matriz de estirado y un diámetro externo del tubo antes del estirado en frío de modo que un grosor de pared del tubo antes del estirado en frío sea menor que después del estirado en frío.
En el conformado en frío, en particular el estirado en frío, la herramienta de conformado, por ejemplo la matriz de estirado, desplazan material del tubo. La matriz de estirado y el tubo se seleccionan convenientemente de manera que el material del tubo sea desplazado concéntricamente hacia dentro y, de este modo, el grosor de pared del tubo después del estirado en frío sea mayor que antes del estirado en frío.
Según un segundo aspecto de la presente divulgación, se propone un elemento en forma de varilla que se puede obtener mediante cualquiera de las formas de realización del procedimiento de acuerdo con la presente divulgación.
Mediante cada una de las formas de realización del procedimiento descritas en lo que antecede, o cada combinación de las formas de realización descritas en lo que antecede, se produce un elemento en forma de varilla que tiene una elevada resistencia a la tracción y un peso propio reducido en comparación con un elemento en forma de varilla macizo, hecho de metal, con la misma resistencia a la tracción. Mediante el conformado en frío, el endurecimiento en frío del tubo, que lo acompaña, y el estrecho ajuste de forma entre el tubo y al menos un cordón, asociado con el mismo, se modifican las propiedades del tubo y, de este modo, se incrementa su resistencia a la tracción.
Un elemento en forma de varilla así producido tiene en su interior al menos un cordón compuesto por una pluralidad de hilos, donde al menos uno de los hilos tiene fibras de carbono, y un tubo de metal que rodea el cordón, que rodea al menos un cordón.
En una forma de realización de la presente divulgación, el elemento en forma de varilla se obtiene con una forma de realización del procedimiento en la cual el conformado en frío conduce a una unión con ajuste de fuerza entre al menos un cordón y el tubo. Se entiende que en esta forma de realización la unión con ajuste de fuerza entre el tubo y al menos un cordón se produce durante el conformado en frío, debido a la compresión del tubo sobre al menos un cordón. Mediante la combinación de la compresión y el endurecimiento en frío se crea así un elemento en forma de varilla cuya resistencia a la tracción supera tanto a la resistencia a la tracción de un elemento en forma de varilla macizo, hecho de metal y con el mismo diámetro externo, como la resistencia a la tracción de un tubo conformado en frío con el mismo diámetro externo.
Según otro aspecto de la presente divulgación se propone un elemento en forma de varilla que tiene un tubo hecho de un metal, donde el tubo tiene una dirección longitudinal, y al menos un cordón que se extiende en dirección longitudinal en el tubo, donde al menos un cordón tiene una pluralidad de hilos con fibras de carbono y donde el tubo y al menos un cordón están unidos con ajuste de fuerza.
En una forma de realización de la presente divulgación, el tubo y al menos un cordón están unidos entre sí con ajuste de fuerza en toda la extensión del cordón en la dirección longitudinal del tubo.
Según otro aspecto, la presente divulgación se refiere también a un dispositivo para producir un elemento en forma de varilla, donde el dispositivo tiene:
un sistema de alimentación para un tubo de metal,
un sistema de alimentación para al menos un cordón con una pluralidad de hilos,
un sistema de conformado, donde el sistema de conformado tiene una herramienta de conformado,
donde el sistema de alimentación para el tubo y el sistema de alimentación para al menos un cordón están configurados y dispuestos de manera que durante el funcionamiento del dispositivo, se extienda el cordón en el tubo en la dirección del flujo de material antes de la herramienta de conformado, y que el tubo de metal con al menos un cordón que se extiende en el mismo pueda ser conformado con la herramienta de conformado.
Cuando en lo que sigue se describan aspectos de la divulgación relacionados con un dispositivo para producir un elemento en forma de varilla, estos también se aplican al procedimiento correspondiente descrito más arriba para producir un elemento en forma de varilla, y a la inversa. Cuando el procedimiento se lleve a cabo con un dispositivo de acuerdo con esta descripción, el dispositivo tiene los sistemas y aparatos correspondientes para ello. En particular, las formas de realización del dispositivo son adecuadas para llevar a cabo las formas de realización del procedimiento descritas más arriba.
En una forma de realización de la presente divulgación los sistemas de alimentación, por un lado, y el sistema de conformado, por otro, están implementados en instalaciones de producción individuales y separadas espacialmente. En otra forma de realización, los sistemas de alimentación para el tubo y al menos un cordón, y asimismo el sistema de conformado, están implementados en una única instalación de producción, siendo esta instalación de producción el dispositivo reivindicado.
En una forma de realización de la presente divulgación, el sistema de conformado es un sistema para conformar en frío un tubo de metal.
En una forma de realización de la invención, la herramienta de conformado es una herramienta para realizar un conformado del tubo de acuerdo con la norma DIN 8580.
En una forma realización de la presente divulgación, el sistema de conformado es un banco de estirado, donde el banco de estirado tiene como herramienta de conformado una matriz de estirado y donde durante el funcionamiento del dispositivo se extiende el cordón en el tubo en la dirección del flujo de material antes de la matriz de estirado, de modo que el tubo de metal y al menos un cordón pueden ser estirados juntos a través de la matriz de estirado.
En una forma de realización de la presente divulgación, el banco de estirado es un banco de estirado continuo.
En una forma de realización de la presente divulgación, el sistema de alimentación para el tubo tiene:
un sistema de alimentación para una tira hecha de una chapa metálica, donde la tira tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal,
un sistema de curvado para curvar la tira en la dirección transversal, de modo que se forma un cuerpo hueco tubular con un área de sección transversal cilíndrica, y
un sistema de soldadura para cerrar por soldadura el cuerpo hueco tubular con una costura longitudinal, donde la costura longitudinal se extiende en la dirección longitudinal, de modo que se crea un tubo soldado longitudinalmente, y
donde el sistema de alimentación para el tubo y el sistema de alimentación para al menos un cordón están configurados y dispuestos de manera que se pueda aplicar el cordón sobre la tira de chapa en la dirección de flujo de material antes del sistema de soldadura.
En una forma de realización de la presente divulgación, el sistema de curvado para curvar la tira hecha de chapa metálica en la dirección transversal tiene un sistema de curvado previo y un sistema de curvado final, donde el sistema de curvado previo está configurado y dispuesto de manera que el sistema de curvado previo curva previamente la tira en la dirección transversal dando un cuerpo hueco acanalado con una abertura que se extiende en la dirección longitudinal, y donde el sistema de curvado final está configurado y dispuesto de modo que el sistema de curvado final termina de curvar la tira en la dirección transversal dando un cuerpo hueco tubular con un área de sección transversal cilíndrica y donde el sistema de alimentación para al menos un cordón está configurado y dispuesto de modo que el dispositivo de alimentación aplica al menos un cordón en la dirección de flujo de material entre el sistema de curvado previo y el sistema de curvado final sobre el cuerpo hueco acanalado hecho de chapa metálica.
En una forma de realización de la presente divulgación, el dispositivo tiene un sistema de control, donde el sistema de control está conectado eficazmente con el sistema de alimentación para la tira, con el sistema de alimentación para al menos un cordón y con el sistema de soldadura, de manera que el sistema de control controla durante un funcionamiento del dispositivo una velocidad de alimentación del sistema de alimentación para la tira, una velocidad de alimentación del sistema de alimentación para al menos un cordón y una velocidad de soldadura del sistema de soldadura.
En una forma de realización, con el sistema de control se regulan las velocidades de alimentación y la velocidad de soldadura de modo que se influye en la unión por ajuste de fuerza entre el tubo y al menos un cordón. Dependiendo del control de las velocidades correspondientes, en una forma de realización se establece el ajuste de fuerza entre el tubo y al menos un cordón de modo que, por ejemplo, el tubo y al menos un cordón quedan unidos entre sí uniformemente con ajuste de fuerza en toda la extensión del cordón en la dirección longitudinal del tubo.
En una forma de realización, el dispositivo de control controla además la velocidad de procesamiento del sistema de conformado.
En una forma de realización, el control de la velocidad de procesamiento también puede influir en la unión por ajuste de fuerza entre el tubo y al menos un cordón.
Se entiende que, en una forma de realización, el dispositivo de control comprende un ordenador o un procesador, así como un programa informático que se ejecuta en ellos.
En una forma de realización de la presente divulgación, el dispositivo está configurado de modo que entre el sistema de soldadura y la herramienta de conformado del sistema de conformado, por ejemplo la matriz de estirado del banco de estirado, exista una distancia de 2 m a 4 m. En una forma de realización de este tipo, el sistema de soldadura y la herramienta de conformado son componentes de una única instalación de producción.
Breve descripción de las figuras
Otras ventajas, características y posibilidades de aplicación de la presente divulgación quedarán claras a partir de la siguiente descripción de una forma de realización y de las figuras asociadas a la misma. La precedente descripción general y la siguiente descripción detallada de una implementación de la presente divulgación se entienden mejor cuando se consideran en conexión con los dibujos adjuntos. Las implementaciones mostradas no se limitan a las configuraciones descritas en detalle. En las figuras, a elementos similares se les designa con números de referencia idénticos.
La figura 1 es un diagrama de flujo de una implementación del procedimiento de acuerdo con la presente divulgación para producir un elemento en forma de varilla según una forma de realización de la presente divulgación.
La figura 2 es un diagrama de flujo de otra implementación del procedimiento de acuerdo con la presente divulgación para producir un elemento en forma de varilla según otra implementación de la presente divulgación.
La figura 3 es una vista superior esquemática de una implementación del dispositivo para producir un elemento en forma de varilla para la puesta en práctica del procedimiento de la figura 2.
La figura 4 es una vista esquemática en corte transversal de una implementación del elemento en forma de varilla que ha sido obtenido con el procedimiento de la figura 2 o el dispositivo de la figura 3.
Descripción detallada
La figura 1 es un diagrama de flujo de una implementación del procedimiento para producir un elemento en forma de varilla de acuerdo con la presente divulgación. En un primer paso 100 se provee un tubo de acero fino, donde el tubo de acero fino tiene una dirección longitudinal. En un paso adicional 101, simultáneamente con el primer paso 100 se provee una trenza que está formada por un gran número de hilos hechos de fibras de carbono. En la implementación mostrada, el cordón así formado se compone al 100 % de fibras de carbono.
En la implementación mostrada, el tubo de acero fino es un tubo sin costura, es decir, sin costura de soldadura en la dirección longitudinal, y en un paso adicional 102 se inserta axialmente el cordón en el tubo de acero fino de modo que el cordón se extiende en dirección longitudinal en el tubo. Después de la incorporación 102 del cordón en el tubo de acero fino, en el paso 103 se conforma en frío el tubo, utilizando una herramienta de conformado, con el cordón extendiéndose en el tubo en dirección longitudinal. En la implementación mostrada, el conformado en frío se lleva a cabo mediante laminado en frío en una instalación de laminado en frío "a paso de peregrino". Después del laminado 103 en frío "a paso de peregrino", se unen uno con otro el tubo de acero fino y el cordón, por ajuste de fuerza, en toda la extensión del cordón en la dirección longitudinal del tubo.
La figura 2 muestra un diagrama de flujo de otra implementación del procedimiento para producir un elemento en forma de varilla. Los pasos individuales del procedimiento de acuerdo con esta implementación se desarrollan en una instalación de producción, siendo alimentados a la instalación de producción como materiales de partida una banda de chapa de acero fino y el cordón.
En el procedimiento descrito con referencia a la figura 2, el paso 100 de proveer el tubo de acero fino también incluye, por lo tanto, la fabricación propiamente dicha del tubo de acero fino. Para ello, la provisión 100 del tubo incluye inicialmente, en el paso 104, proveer una tira hecha de una chapa de acero fino. La tira tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal. En el paso 105 se curva en dirección transversal la tira para dar el tubo.
Para curvar el tubo, primero se curva previamente la tira en el paso 107, de modo que se crea un cuerpo hueco acanalado con una abertura que se extiende en la dirección longitudinal. Al mismo tiempo, en el paso 101 se provee un cordón dotado de una pluralidad de hilos con fibras de carbono. En la implementación mostrada, el cordón consiste en una trenza con una proporción de 60 % de fibras de carbono. Después del curvado previo 107 de la chapa de acero fino, en el paso 102 se incorpora en dirección longitudinal el cordón en el cuerpo hueco acanalado. La forma de canal guía el cordón sobre la chapa de acero fino de modo que el cordón no pueda deslizarse saliendo fuera de la chapa de acero fino. Después de haber incorporado el cordón en el canal, en el paso 108 se curva finalmente en dirección transversal la chapa de acero fino, de modo que se crea un cuerpo hueco tubular con un área de sección transversal cilíndrica, que envuelve el cordón. En el paso 106 se cierra por soldadura con una costura longitudinal el cuerpo hueco tubular, que se compone de la chapa de acero fino, para formar un tubo de acero fino soldado longitudinalmente. Con ello finaliza el paso 100 de proveer el tubo.
Después del cierre 106 por soldadura, en el paso 103 se conforma en frío el tubo. En la implementación del procedimiento de acuerdo con la figura 2, el conformado en frío se efectúa mediante estirado en frío. Para ello se estira en dirección longitudinal el tubo, junto con el cordón, a través de una matriz de estirado como herramienta de conformado. Después del estirado 103 en frío, el tubo de acero fino y el cordón quedan unidos entre sí con ajuste de fuerza en toda la extensión del cordón en la dirección longitudinal del tubo.
La figura 3 muestra una vista superior esquemática de un dispositivo 1 para producir un elemento 20 en forma de varilla en una implementación de la presente divulgación. El dispositivo 1 para producir el elemento 20 en forma de varilla lleva a cabo el procedimiento para producir el elemento 20 en forma de varilla, tal como se ha descrito más arriba con referencia a la figura 2.
La figura 4 muestra, de manera complementaria a esto, una vista en corte transversal según un plano de corte perpendicular a la dirección longitudinal del elemento 20 en forma de varilla que ha sido producido con el dispositivo 1 de la figura 3.
El dispositivo 1 tiene un sistema 2 de alimentación para el tubo 3 de acero fino, estando compuesto el sistema 2 de alimentación por una pluralidad de sistemas.
El sistema 2 de alimentación para el tubo 3 de acero fino comprende en primer lugar un sistema 8 de alimentación para la tira 9 hecha de chapa de acero fino. La tira 9 tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal, siendo la extensión en dirección longitudinal significativamente mayor que en dirección transversal.
Además, el sistema 2 de alimentación para el tubo 3 de acero fino tiene un sistema 10 de curvado para curvar la tira 9. El sistema 10 de curvado se compone de un sistema 11 de curvado previo y un sistema 12 de curvado final. En primer lugar, con el dispositivo 11 de curvado previo se curva previamente la tira 9, de modo que se crea el cuerpo hueco acanalado 16. En este cuerpo hueco acanalado 16 se incorpora mediante un sistema 4 de alimentación el cordón 5 en el cuerpo hueco acanalado. El cordón 5 es colocado y guiado centralmente en la tira 9 por el canal del cuerpo hueco acanalado 16, de modo que el cordón 5 no pueda deslizarse fuera de la tira 9.
Después de aplicar el cordón 5 sobre la tira 16 de chapa, con el sistema 12 de curvado final se curva el cuerpo hueco acanalado 16 para formar un cuerpo hueco tubular 13 con sección transversal circular, extendiéndose el cordón 5 dentro del cuerpo hueco tubular 13, en dirección longitudinal. Con un sistema 14 de soldadura, que igualmente forma parte del sistema 2 de alimentación para el tubo 3, se suelda a continuación el cuerpo hueco tubular 13 con una costura longitudinal 19, de modo que la costura longitudinal 19 se extienda en dirección longitudinal y se cree un tubo 3 de acero fino soldado longitudinalmente.
Detrás del sistema 14 de soldadura, a una distancia d de 3 m, está prevista la matriz 7 de estirado de un banco 6 de estirado. Para realizar el proceso de estirado, el banco 6 de estirado tiene, además de la matriz 7 de estirado, un carro 17 de estirado accionado por motor, con un cilindro 18 de tensión montado en el mismo para sujetar el tubo 3 detrás de la matriz 7 de estirado.
Al estirar conjuntamente a través de la matriz 7 de estirado el tubo 3 con el cordón 5 dispuesto en el mismo, se crea el elemento 20 en forma de varilla. El diámetro interno de la matriz 7 de estirado y el diámetro externo del tubo 3 de acero fino antes del estirado se seleccionan de manera que, después del estirado en frío, el tubo de acero fino tenga un grosor w de pared como se representa en la figura 4. Aunque el diámetro externo del tubo queda reducido después del estirado en frío, el grosor w de pared es mayor después del estirado en frío que antes del estirado en frío. Mediante el estirado en frío, detrás de la matriz 7 de estirado el tubo 3 y el cordón 5 quedan unidos entre sí por ajuste de fuerza en el tubo 3 en toda la extensión del cordón 5 en la dirección longitudinal. El cordón 5 no puede deslizarse dentro del tubo 3 en dirección axial. Se ha creado un elemento 20 en forma de varilla con una resistencia a la tracción que supera la resistencia a la tracción del tubo estirado en frío.
Un sistema 15 central de control está conectado eléctricamente al sistema 8 de alimentación para la banda 9 de chapa, al sistema 4 de alimentación para el cordón 5, al sistema 14 de soldadura y al banco 6 de estirado. Durante el funcionamiento de la instalación 1, el sistema 15 de control controla las velocidades de alimentación de la tira 9 y del cordón 5, así como la velocidad de soldadura del sistema 14 de soldadura y la velocidad de estirado del banco 6 de estirado. Al controlar las velocidades antes mencionadas, el tubo 3 y el cordón 5 quedan unidos entre sí uniformemente en el tubo 3 con ajuste de fuerza, detrás de la matriz 7 de estirado, en toda la extensión del cordón 5 en la dirección longitudinal.
A los efectos de la divulgación original, se señalará que todas las características evidentes para un experto en la técnica a partir de la presente descripción y de los dibujos, así como de las reivindicaciones, incluso aunque hayan sido descritas específicamente solo en conexión con otras características determinadas, tanto de manera individual como en cualquier agrupamiento, se pueden combinar con otras de las características o grupos de características aquí divulgadas, salvo que esto haya sido expresamente excluido o las condiciones técnicas hagan que dichas combinaciones sean imposibles o carezcan de sentido. La presentación completa y explícita de todas las combinaciones imaginables de características se omite aquí sólo por motivos de brevedad y legibilidad de la descripción.
Aunque se ha ilustrado y descrito la divulgación en detalle en los dibujos y la descripción precedente, estas presentación y descripción se realizan únicamente a modo de ejemplo, y no están pensadas como limitaciones del alcance de protección, definido por las reivindicaciones. La divulgación no está limitada a las formas de realización divulgadas.
Serán evidentes para los expertos en la técnica, a partir de los dibujos, la descripción y las reivindicaciones adjuntas, variaciones de las formas de realización divulgadas. En las reivindicaciones, el término "tener" no excluye otros elementos o pasos, y el artículo indefinido "un", "uno" o "una" no excluye una pluralidad. El mero hecho de que determinadas características se reivindiquen en reivindicaciones diferentes no excluye su combinación. Los números de referencia en las reivindicaciones no están pensados como limitación del alcance de protección.
Lista de símbolos de referencia
1 dispositivo para producir un elemento en forma de varilla
2 sistema de alimentación para un tubo de acero fino
3 tubo de acero fino
4 sistema de alimentación para un cordón
5 cordón
6 banco de estirado
7 matriz de estirado
8 sistema de alimentación para una tira
9 tira
10 sistema de curvado
11 sistema de curvado previo
12 sistema de curvado final
13 cuerpo hueco tubular
14 sistema de soldadura
15 sistema de control
16 cuerpo hueco acanalado
17 carro de estirado
18 cilindro de tensión
19 costura longitudinal
20 elemento en forma de varilla
d distancia
w grosor de pared
100 proveer un tubo
101 proveer un cordón
102 incorporar un cordón
103 conformar en frío
104 proveer una tira
105 curvar una tira
106 cerrar por soldadura
107 curvar previamente una tira
108 curvar finalmente una tira
Claims (13)
1. Procedimiento para producir un elemento (20) en forma de varilla, donde el procedimiento tiene los pasos de proveer (100) un tubo (3) hecho de un metal, donde el tubo (3) tiene un diámetro externo y una dirección longitudinal,
proveer (101) al menos un cordón (5) con una pluralidad de hilos, donde al menos uno de los hilos tiene fibras de carbono,
incorporar (102) al menos un cordón (5) en el tubo (3), de modo que al menos un cordón (5) se extiende en la dirección longitudinal en el tubo (3), y conformar (103) en frío con una herramienta de conformado el tubo (3) con al menos un cordón (5) incorporado en el mismo, de modo que el diámetro externo del tubo (3) antes del conformado (103) en frío es mayor que el diámetro externo del tubo (3) después del conformado en frío.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado por que
la provisión (100) del tubo (3) comprende los pasos de
proveer (104) una tira (9) hecha de una chapa metálica, donde la tira (9) tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal,
curvar (105) la tira (9) en la dirección transversal, de modo que se crea un cuerpo hueco tubular (13) con un área de sección transversal cilíndrica,
cerrar (106) por soldadura el cuerpo hueco tubular (13) con una costura longitudinal (19), donde la costura longitudinal (19) se extiende en la dirección longitudinal, de modo que se crea un tubo (3) soldado longitudinalmente,
donde la incorporación (102) del menos un cordón (5) en el tubo (3) se realiza aplicando el cordón (5) sobre la tira (9) antes del cierre (106) por soldadura.
3. Procedimiento según la reivindicación 2, caracterizado por que el curvado (105) de la tira (9) en dirección transversal comprende los pasos de
curvar previamente (107) la tira (9) en la dirección transversal, de modo que se obtiene un cuerpo hueco acanalado (16) con una abertura que se extiende en la dirección longitudinal, y
curvar finalmente (108) la tira (9) en la dirección transversal, de modo que se crea un cuerpo hueco tubular (13) con un área de sección transversal cilíndrica,
donde la incorporación (102) del al menos un cordón (5) en el tubo (3) se realiza antes del curvado final (108) de la tira (9) y a través de la abertura en el cuerpo hueco acanalado (16).
4. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la incorporación (102) del al menos un cordón (5) en el tubo (3) y el conformado (103) en frío del tubo (3) con al menos un cordón (5) se realizan en una línea de producción.
5. Procedimiento según la reivindicación 2 o 3, caracterizado por que el cierre (106) por soldadura y el conformado (103) en frío se realizan a una distancia (d) en un intervalo de 2 m a 4 m.
6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el tubo (3) es de un acero fino.
7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos un cordón (5) se selecciona entre una cuerda, un tejido, una trenza, un tejido de punto y una malla multiaxial, o cualquier combinación de ello.
8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que al menos un cordón (5) tiene una proporción de al menos 50 % de fibras de carbono.
9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el conformado (103) en frío se realiza por estirado en frío del tubo (3) junto con al menos un cordón (5) en la dirección longitudinal a través de una matriz (7) de estirado, donde se seleccionan un diámetro interno de la matriz (7) de estirado y un diámetro externo del tubo (3) antes del estirado en frío de modo que después del estirado en frío el tubo (3) y al menos un cordón (5) quedan unidos con ajuste de fuerza.
10. Procedimiento según la reivindicación precedente, caracterizado por que se seleccionan un diámetro interno de la matriz (7) de estirado y un diámetro externo del tubo (3) antes del estirado en frío de modo que un grosor (w) de pared del tubo (3) antes del estirado en frío es menor que después del estirado en frío.
11. Elemento (20) en forma de varilla que tiene un tubo (3) hecho de un metal, donde el tubo (3) tiene una dirección longitudinal, al menos un cordón (5) que se extiende en el tubo (3) en la dirección longitudinal, donde al menos un cordón (5) tiene una pluralidad de hilos con fibras de carbono y donde el tubo (3) y al menos un cordón (5) están unidos por ajuste de fuerza mediante un proceso de conformado en frío.
12. Dispositivo (1) para producir un elemento (20) en forma de varilla, donde el dispositivo (1) tiene
un sistema (2) de alimentación para un tubo (3) de metal,
un sistema (4) de alimentación para al menos un cordón (5) con una pluralidad de hilos,
un sistema de conformado, donde el sistema de conformado tiene una herramienta de conformado, donde el sistema de conformado es un sistema de conformado en frío;
donde el sistema (2) de alimentación para el tubo (3) y el sistema (4) de alimentación para al menos un cordón (5) están configurados y dispuestos de manera que durante el funcionamiento del dispositivo (1) se extiende el cordón (5) en el tubo (3) en la dirección del flujo de material antes de la herramienta de conformado, y que el tubo (3) de metal con al menos un cordón (5) que se extiende en el mismo puede ser conformado con la herramienta de conformado y
que el sistema (2) de alimentación para el tubo (3) tiene
un sistema (8) de alimentación para una tira (9) hecha de una chapa metálica, donde la tira (9) tiene una dirección longitudinal y una dirección transversal,
un sistema (10) de curvado para curvar la tira (9) en la dirección transversal, de modo que se crea un cuerpo hueco tubular (13) con un área de sección transversal cilíndrica, y un sistema (14) de soldadura para cerrar por soldadura el cuerpo hueco tubular (13) con una costura longitudinal (19), donde la costura longitudinal (19) se extiende en la dirección longitudinal, de modo que se crea un tubo (3) soldado longitudinalmente, y
que el sistema (2) de alimentación para el tubo (3) y el sistema (4) de alimentación para al menos un cordón (5) están configurados y dispuestos de manera que se puede aplicar el cordón (5) sobre la tira (9) hecha de la chapa metálica antes del sistema (14) de soldadura.
13. Dispositivo (1) según la reivindicación precedente, caracterizado por que el dispositivo (1) tiene un sistema (15) de control, donde el sistema (15) de control está conectado eficazmente con el sistema (8) de alimentación para la tira (9), con el sistema (4) de alimentación para al menos un cordón (5) y con el aparato (14) de soldadura, de manera que el sistema (15) de control controla durante un funcionamiento del dispositivo (1) una velocidad de alimentación del sistema (8) de alimentación para la tira (9), una velocidad de alimentación del sistema (4) de alimentación para al menos un cordón (5) y una velocidad de soldadura del sistema (14) de soldadura.
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