ITVR20100090A1 - Elemento strutturale - Google Patents

Description

Descrizione di Breveto di Invenzione Industriale avente per titolo:

“ELEMENTO STRUTTURALE”

CAMPO TECNICO DELL’INVENZIONE

La presente invenzione riguarda un elemento struturale, in particolare una trave, da usare ove serva un elemento strutturale rigido.

STATO DELLA TECNICA ANTERIORE

Atualmente sul mercato vengono commercializzati profili otenuti per mezzo di presso-piegatura a freddo di laminato metallico, acciaio inox o ferro comune, oltre che da qualsiasi altro tipo di lega (alluminio, bronzo, otone....).

Tali profili vengono impiegati nei più svariati setori, dai serramenti, alle costruzioni in genere, alla realizzazione di scale, ballatoi o passerelle di accesso sospese, dato che permetono grande flessibilità realizzativa, bassi costi produtivi e buone qualità in termini di "resa strutturale".

Questi profili, di cui fig. 1 mostra un esempio, sono formati da lamiere di sotile spessore (l,5-3mm) che vengono irrigidite per mezzo di piattabande pressopiegate a freddo.

Per produrre i profili si spiana del laminato svolto da una bobina, lo si taglia su misura, lo si lavora superficialmente qualora la finitura da acciaieria non fosse soddisfacente, e infine lo si piega a freddo. In questo modo si otengono profili pressopiegati dalle più svariate sezioni di cui, a titolo illustrativo, si riportano alcuni esempi anche in fig. 2.

I profili pressopiegati si suddividono in due categorie: i profili a sezione aperta e i profili a sezione chiusa, di cui fig. 3 mostra un esempio.

I primi hanno un grosso limite dato principalmente dalla loro forma: il profilo portante pressopiegato aperto soto carico risponde correttamente alle sollecitazioni a pato che non vengano superati i carichi nominali di progeto. In caso contrario avviene un irreversibile e repentino cedimento strutturale.

I profili pressopiegati a sezione chiusa, invece, sono caraterizzati da una sezione portante completamente chiusa formata da due elementi. Questi profili presentano convenienze, come i bassi costi di realizzazione, portate maggiori, deformazioni controllate e rispondenti alle norme (elastiche inizialmente, plastiche in seguito ma senza alcun cedimento strutturale repentino).

In particolare, i profili sono formati da due elementi che vengono fissati l'uno all'altro per mezzo di viti e bulloni, o per punti di saldatura. In entrambi i casi si pagano i limiti strutturali e gli svantaggi del fissaggio puntuale. Con il fissaggio a vite si rende necessaria una operazione iniziale molto costosa e delicata di foratura di tutti i profili, un conseguente inserimento di inserti filettati ed un accoppiamento totalmente manuale per serrare tutta la viteria. I costi realizzativi sono molto alti, e la sezione è continua in prossimità di una vite ma discontinua altrove. Dove la sezione è discontinua essa risulta indebolita e le deformazioni per effetto dei carichi diventano ivi molto evidenti. Del resto, i punti di saldatura sono realizzati manualmente, come le operazioni di decapaggio o spazzolatura, e presentano le stesse debolezze strutturali.

I componenti dei profilati a sezione chiusa possono essere accoppiati anche tramite saldatura continua, per raggiungere una rigidità strutturale molto elevata. Però le altissime temperature raggiunte negli archi di saldatura causano deformazioni permanenti e spesso imprevedibili del profilo, a discapito della facilità di lavorazione e della gradevolezza estetica.

SCOPI DELL’INVENZIONE

Scopo principale dell’ invenzione è perfezionare questo stato dell’arte con un metodo di produzione di migliorati elementi strutturali e con un elemento strutturale ottenuto.

Altro scopo è realizzare un elemento strutturale modulare e facilmente adattabile in dimensioni, forma, resistenza e aspetto, a diverse esigenze progettuali ed estetiche.

Altro scopo è realizzare un elemento strutturale facilmente producibile, e di caratteristiche meccaniche ripetibili.

Altro scopo è realizzare un elemento strutturale composito a sezione chiusa che risulti indeformato alla fine del processo di accoppiamento dei suoi componenti.

Tali scopi sono ottenuti con un elemento strutturale formato da un primo foglio metallico piegato per formare un primo profilato a sezione aperta, e un secondo foglio metallico piegato per formare un secondo profilato da applicare sul primo per completarne la sezione e renderla chiusa. I profilati hanno due bordi liberi opposti piegati per formare porzioni di collegamento reciproco ad accoppiamento di forma, in modo che, inserendo ogni porzione di un profilato in quella corrispondente dell’altro, i profilati restino rigidamente connessi e il secondo profilato si opponga ad una variazione della sezione del primo.

L’accoppiamento di forma (incastri, innesti, parti complementari, parti maschio inserite in parti femmina, coppie prismatiche, superfici coniugate, ganci, ecc.) elimina le problematiche relative alla saldatura e ai fissaggi puntuali. E’ sufficiente una modellazione delle porzioni di collegamento, in fase di produzione, per assicurare Γ accoppiamento reciproco dei due componenti piegati, e null’altro. E’ evidente il risparmio di mezzi e tempo di assemblaggio. Inoltre porzioni di collegamento si accoppiano per semplice inserimento o giustapposizione, quindi senza modifiche strutturali o alterazioni strutturali. Si ottengono così i vantaggi della saldatura continua, Γ ottima solidità e continuità strutturale, ma non gli svantaggi, ovvero le deformazioni causate dalle temperature di saldatura. Si ottengono inoltre i vantaggi della saldatura o fissaggio puntuale, cioè la semplicità di fissaggio e lavorazioni abbastanza veloci, ma non gli svantaggi, ovvero la limitata resistenza strutturale.

II metodo dell’ invenzione per produrre un elemento strutturale rigido come il suddetto, comprende le fasi di

- piegare un primo foglio metallico per formare un primo profilato a sezione aperta, - piegare un secondo foglio metallico per formare un secondo profilato da applicare sul primo per completarne la sezione e renderla chiusa,

- piegare due bordi liberi opposti su ogni profilato per formare porzioni di collegamento ad accoppiamento di forma, in modo che, inserendo ogni porzione di un profilato in quella corrispondente dell’altro, i due profilati restino rigidamente connessi e il secondo profilato si opponga ad una variazione della sezione del primo.

Applicando il metodo industrialmente, si evitano tutte le complicate e dispendiose fasi produttive di saldatura o fissaggio puntuale. Inoltre ogni foglio prima della piegatura può venire facilmente lavorato superficialmente per dare all’elemento finale particolari caratteristiche strutturali e/o superficiali.

Si vede che Γ invenzione, che consiste nell'ottenere un profilo portante pressopiegato a freddo composto da due sotto-profili innestati l'uno sull'altro per mezzo di uno speciale sistema di collegamento, ha parecchi altri vantaggi, tra cui:

- il sistema di collegamento garantisce totale continuità strutturale della sezione portante;

- si ottiene un risultato estetico ineccepibile nel caso in cui ad es. si utilizzi l'acciaio inossidabile;

- aumenta la solidità in portata del profilo in quanto non si ottengono profili deformati dal processo di produzione a causa delle saldature in continuo;

- si può rifinire superficialmente solo uno dei due lati del laminato qualora la finitura della materia prima da acciaieria non sia soddisfacente, dando quindi la possibilità (ad es. l'acciaio inossidabile) di satinare, spazzolare, lucidare, pallinare, fiorettare, ecc, il lato a vista;

- si possono ottenere sezioni portanti di qualsiasi forma e dimensione, in funzione delle esigenze progettuali;

- si evita il ristagno di acqua e sporcizia superficiale (foglie, polvere,....) tipico dei profili a sezione aperta;

-si può ottenere un profilo portante che ha elevato grado di resistenza meccanica, alto livello di finitura e peso (quindi costo) molto basso.

Preferite varianti dell’ invenzione sono inoltre definite nelle rivendicazioni dipendenti.

L’invenzione e i suoi vantaggi saranno maggiormente chiari dalla descrizione che segue di alcune preferite forme di realizzazione, illustrate nell’allegato disegno in cui:

Fig. 1 mostra una vista tridimensionale di un noto elemento strutturale a sezione aperta;

Fig. 2 mostra una vista frontale di noti elementi strutturali a sezione aperta;

Fig. 3 mostra una vista tridimensionale di un noto elemento strutturale a sezione chiusa;

Fig. 4 mostra un foglio di laminato;

Fig. 5 mostra una vista laterale di un primo componente di un elemento strutturale secondo Γ invenzione secondo la freccia V;

Fig. 6 mostra una vista laterale di un secondo componente secondo la freccia VI; Fig. 7 mostra una vista frontale del componente di Fig. 5;

Fig. 8 mostra una vista frontale del componente di Fig. 6;

Fig. 9 mostra una vista tridimensionale dell’elemento strutturale assemblato;

Fig. 10 mostra una vista frontale dell’elemento strutturale di fig. 9;

Fig. 11 mostra ingrandito un dettaglio nel cerchio C di Fig. 10 contenente delle porzioni di collegamento per il primo e secondo componente;

Fig. 12 mostra un’altra vista tridimensionale dell’elemento strutturale assemblato; Fig. 13 mostra una passerella realizzata con l’elemento strutturale assemblato; Fig. 14 mostra delle varianti strutturali di accoppiamento per i componenti dell’elemento strutturale.

FORME DI REALIZZAZIONE

Secondo Γ invenzione si prevede di costruire un elemento strutturale 80, ad es. una trave, partendo da un laminato prodotto a freddo o a caldo dalle acciaierie e che normalmente viene fornito in rotoli (“coils”) o in lamiere piane.

Da un foglio di lamiera, che è stato preventivamente srotolato e spianato, si ricava per tranciatura una porzione 20 di laminato, che viene a sua volta tagliata (v. porzioni tratteggiate 22a, 22b in fig. 4) per ottenere due fogli rettangolari metallici con lato lungo parallelo ad un asse longitudinale Xa, Xb rispettivamente.

I fogli 22a, 22b hanno lati lunghi di uguale lunghezza, mentre uno dei due ha altezza maggiore perché dovrà costituire da piegato il profilo di circa 3⁄4 dell’elemento strutturale.

Durante la fase di taglio, ad es. via laser, water-jet o altro, è possibile prevedere tutte le forature necessarie per inserire l'elemento strutturale in un’opera più grande e/o per accoppiare pezzi di complemento. Se ad es. l’elemento strutturale dell’ invenzione dovesse servire per comporre una passerella (Fig. 13), tali forature potrebbero ospitare i montanti del parapetto, a tutto guadagno dei costi di lavorazione e della solidità del manufatto.

I due fogli di laminato 22a, 22b, una volta tagliati, possono essere lavorati superficialmente, ad es. con satinatura, lucidatura, fiorettatura, zincatura, o verniciatura.

I fogli di laminato 22a, 22b sono poi piegati a freddo.

II foglio 22a, il più piccolo, rimane piano tranne i bordi sui lati lunghi, che vengono curvati verso Finterno di 180° per formare una specie di bordo a uncino o gancio 24 a forma di U. Il risultato è il componente 50 di Fig. 6 e 8.

II foglio 22b viene piegato a 90° parecchie volte parallelamente all’asse Xb per formare un profilato a sezione aperta, preferibilmente con sezione rettangolare o mediamente rettangolare a cui manchi un lato o parte di esso. Il lato mancante viene completato dal foglio 22a piegato.

I due bordi liberi del foglio 22b sui lati lunghi sono piegati più volte a 90° o 180° per formare una specie di naso longitudinale 26 che si prolunga con un risvolto (o labbro) 28 piegato a 180° su se stesso. I due risvolti 28, visti in sezione, formano due uncini o ganci a forma di U che giacciono su uno stesso piano e rientrano leggermente verso Finterno del profilato lasciando in prominenza verso l’esterno i nasi 26. Il risultato è il componente 70 di Fig. 5 e 7.

I risvolti 28 hanno il bordo libero rivolto verso l’esterno della sezione e parallelo e adiacente ad una parete 30 di un naso 26. Il recesso vuoto che si trova tra le due ali o metà 32a, 32b del risvolto 28 forma una sede portante delimitata quindi al suo ingresso dalla parete 30.

Un elemento strutturale 80 si ottiene dall’ assemblaggio dei componenti 50, 70. La distanza in piano tra i labbri 28 è uguale a quella tra i ganci 24, per cui è possibile avvicinare i componenti 50, 70, inserire i loro bordi uno nell’altro (le estremità piegate dei ganci 24 nella sede tra le ali 32a, 32b) e - facendoli scorrere relativamente lungo uno degli assi Xa, Xb (fig. 12, direzione SS) - completare la sezione del componente 70.

Fig. 9 mostra l’elemento strutturale risultante nella configurazione assemblata. L’accoppiamento reciproco dei componenti 50, 70 tramite la sagomatura dei ganci 24 e i labbri 28 è molto solida. Un allargamento della sezione aperta del componente 50 è impedito dalla reazione vincolare del componente 50, che con i ganci 24 la trattiene. D’altra parte un collasso è altrettanto ostacolato dalla battuta della parete 30 sui ganci 24. Il gioco tra la parete 30 e i ganci 24 può essere progettato per massimizzare la facilità di inserimento e scorrimento per i componenti 50, 70, e minimizzare la flessione/cedevolezza dell’elemento 80 sotto carico.

La sezione sagomata di un o ciascun componente 50, 70 può servire per aumentare la funzionalità dell’elemento strutturale. Ad es. in Fig. 10 si vede nel componente 70 un gradino 38 formato da una piegatura a Z con angoli di 90°. Il gradino 38 (fig. 13) è assai utile ad es. per sostenere un pavimento 36 di una passerella formata da due elementi strutturali 80 paralleli e distanziati. Uno o più gradini simili possono essere realizzati anche o solo sull’altro componente 50.

Le varianti offerte dal metodo e realizzabili in un elemento strutturale secondo l’invenzione sono praticamente infinite. Fig. 14 mostra alcune varianti di porzioni di collegamento per i componenti 50, 70. I bordi dei componenti possono venir sagomati con sezione a C, L, G o U, in modo che uno possa scorrere longitudinalmente nell’altro ma non uscire da esso per semplice traslazione ortogonale al filo dei bordi. Varie combinazioni possono anche realizzare un labirinto. Si noti che le parti complementari nei bordi hanno delle pareti che, per opposizione o interferenza, comunque ostacolano l’allontanamento dei componenti, tranne nel verso della lunghezza dell’elemento strutturale (lungo gli assi Xa, Xb).

Altre realizzazioni possono essere serramenti, costruzioni in genere, scale, ballatoi o passerelle sospese.

In generale si possono usare angoli di piegatura anche non multipli di 90°, e/o movimenti di inserimento per i componenti diversi dallo scorrimento in antiparallelo. Ad es. Fig. 14 d) mostra due bordi 69a, 69b accoppiati ad incastro a scatto. Uno di tali bordi forma una cresta 99a, l’altro una concavità corrispondente 99b. I due componenti si possono unire spingendone a forza uno dentro l’altro avvicinandoli lungo la freccia G; l’elasticità dei bordi permette la dilatazione iniziale per raggiungere l’accoppiamento reciproco.

Claims (11)

1. RIVENDICAZIONI 1. Elemento strutturale allungato (80) caratterizzato dal fatto di comprendere - un primo foglio metallico (22b) piegato per formare un primo profilato (70) a sezione aperta, - un secondo foglio metallico (22a) piegato per formare un secondo profilato (50) da applicare sul primo per completarne la sezione e renderla chiusa, i profilati avendo due bordi liberi opposti piegati per formare porzioni di collegamento reciproco ad accoppiamento di forma (24, 28, 32a, 32b), in modo che, inserendo ogni porzione di un profilato in quella corrispondente dell’altro, i profilati restino rigidamente connessi e il secondo profilato si opponga ad una variazione della sezione del primo.
2. 2. Elemento strutturale secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto di essere allungato lungo un asse (Xa, Xb) e dal fatto che detti bordi e le linee di piegatura tramite le quali si formano le porzioni di collegamento sono paralleli a detto asse.
3. 3. Elemento strutturale secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui le porzioni di collegamento comprendono parti piegate (24, 26, 32a, 32b) con cambi di direzione sostanzialmente a 90° o 180°.
4. 4. Elemento strutturale secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui le porzioni di collegamento di un profilato (32a, 32b) definiscono una sede in cui si può inserire una estremità sagomata complementariamente (24) dell’altro profilato.
5. 5. Elemento strutturale secondo la rivendicazione 4, in cui detta sede è definita da una parte di profilato con sezione a U o C o G, e detta estremità complementare è definita da una parte di profilato con sezione a U, o C o L o G.
6. 6. Elemento strutturale secondo la rivendicazione 4 o 5 e 2, in cui detta sede comprende o si prolunga con una parete (30) che funge da battuta per detta estremità sagomata complementariamente (24), in modo da impedire l’uscita di quest’ultima dalla sede.
7. 7. Elemento strutturale secondo una delle rivendicazioni precedenti da 2 a 6, in cui le porzioni di collegamento sono configurate in modo da accoppiarsi solo tramite uno scorrimento relativo parallelo a detto asse (Xa, Xb).
8. 8. Elemento strutturale secondo una delle rivendicazioni precedenti da 2 a 6, in cui le porzioni di collegamento (69a, 69b) sono configurate in modo da accoppiarsi tramite uno avvicinamento ortogonale a detto asse (Xa, Xb).
9. 9. Elemento strutturale secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il secondo foglio comprende una prevalente porzione piana e dei bordi curvati a U.
10. 10. Elemento strutturale secondo una delle rivendicazioni precedenti, in cui il primo e/o secondo foglio sono piegati in sezione per conformare una sporgenza o scalino (38) rivolta verso l<'>esterno deH’elemento strutturale atta a supportare un piano di supporto.
11. 11. Metodo per produrre un elemento strutturale rigido, comprendente le fasi di - piegare un primo foglio metallico (22b) per formare un primo profilato a sezione aperta (70), - piegare un secondo foglio metallico (22a) per formare un secondo profilato (50) da applicare sul primo per completarne la sezione e renderla chiusa, - piegare due bordi liberi opposti su ogni profilato per formare porzioni di collegamento ad accoppiamento di forma (24, 28, 32a, 32b), in modo che, inserendo ogni porzione di un profilato in quella corrispondente dell’altro, i due profilati restino rigidamente connessi e il secondo profilato si opponga ad una variazione della sezione del primo.