PT658232E - Trelica com elementos ocos processo para o seu fabrico e sua utilizacao - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO

"TRELIÇA COM ELEMENTOS OCOS, PROCESSO PARA O SEU FABRICO E SUA UTILIZAÇÃO" A invenção refere-se a um processo para o fabrico de uma treliça com nós e barras, uma treliça e a sua utilização.

As treliças são conhecidas para as mais variadas áreas de aplicação - assim como para obras de construção, especialmente pontes ou também casas - como elementos de suporte e carga, ou também para a construção de meios de transporte aéreos, terrestres e aquáticos, sistemas de prateleiras e semelhantes.

Estas têm, entre outras, a vantagem de permitir um modo de construção leve mas, no tanto, resistente a danos.

No caso de veículos a motor, em especial no caso do antigo "Mercedes-SL de portas em borboleta" foram já empregues estruturas de tubos treliçados, para permitir uma construção particularmente leve, resistente e rígida à torção. Também no caso dos aviões, em que a redução do peso constitui um aspecto essencial, foi empregue com frequência uma construção em treliça. A partir da US-A-4051704, passou a ser conhecido um processo para o fabrico de estruturas para bicicletas por meio de um processo de deformação por pressão interna elevada, em que se formam saliências nos elementos da estrutura por intermédio da aplicação interna de pressão - assim, ocorre na área das saliências um estreitamento do material, ficando enfraquecidas as áreas dos nós. A partir da FR-B 154610, passou a ser conhecido um processo para a deformação de elementos metálicos ocos, cm que o material sofre um estreitamento na área das saliências. A partir da US-A2995781, passou igualmente a ser conhecido um processo para a deformação de elementos ocos, em que o material também sc toma maís estreito na área das saliências. A partir da US-A 4705286, passou também a ser conhecida uma estrutura de bicicleta apresentando uma treliça constituída por elementos ocos, em que se formam saliências abertas nos tubos por aplicação de pressão ou por recortamento com punção, nas quais encaixam depois outros elementos ocos. Também aqui ocorre um enfraquecimento do material na área dos nós.

As trelíças conhecidas eram ainda passíveis de aperfeiçoamento pelo facto de poderem surgir locais fracos nos nós da treliça ao juntar os componentes da treliça. Usualmente, os elementos individuais da treliça eram aí fixos, por exemplo soldados, uns aos outros em sobreposição ou topo a topo. Nas costuras da solda, nos locais da colagem ou semelhantes, e também nas extremidades dos elementos ocos a ligar, apareciam facilmente pontos de corrosão - uma protecção anti-corrosiva só poderia ser aplicada com extrema dificuldade e frequentemente de forma não satisfatória.

Estes locais de soldadura ou de fixação de elementos transversais no elemento longitudinal eram sempre pontos de enfraquecimento e levavam, para além disso, à necessidade de um processo de trabalho moroso em termos de fabrico.

Para além disso, era desvantajoso que, devido à necessidade de fixação de outros elementos ocos transversais no elemento oco longitudinal, fosse imprescindível utilizar reforçadores das paredes relativamente elevados para os elementos ocos, para a produção de uma ligação satisfatória, o que levava aos indesejáveis grandes pesos deste elemento.

Perante isto, o objcctivo da invenção consiste em propor um processo para o fabrico de treliças e em fabricar treliças que, em contraste com os diferentes componentes conhecidos, sejam mais fáceis de processar e sejam mais resistentes à corrosão. O objectivo é atingido, de acordo com a invenção, através de um processo com as características da reivindicação 1. Para além disso, a invenção também se refere a uma treliça com as características da reivindicação 2 e à utilização da mesma.

Constitui aqui uma vantagem, que a orientação das fibras do material no nó seja essencialmente paralela aos contornos exteriores do elemento oco.

Pode ser favorável que, pelo menos os elementos de treliça que têm os nós, apresentem várias camadas sobrepostas orientadas em paralelo umas às outra do mesmo material ou de materiais diversos, cuja orientação das fibras seja em paralelo. Numa forma de concretização preferencial, pelo menos os nós/elementos de barra são de aço com uma espessura das paredes compreendida entre 0,1 e 1,5 cm, de preferência entre 0,2 e 0,5 cm.

Especialmente para uma redução do peso, a treliça pode consistir essencialmente num metal leve. O metal leve pode, por exemplo, ser alumínio ou uma liga do mesmo, a que pode também estar ligada uma favorável resistência à corrosão. É possível e, em muitos casos de aplicação, desejável que a treliça apresente materiais reforçados com fibras, que demonstrem com o seu leve peso uma elevada capacidade de carga mecânica. A treliça com nós e barras apresenta diferentes cortes longitudinais e também diferentes cortes transversais. 4

Pude ser uma vantagem que os diferentes componentes da treliça seja feitos de materiais diferentes. É possível que seja favorável que pelo menos um elemento oco apresente reentrâncias e/ou aberturas moldadas.

Um processo vantajoso para o fabrico de treliças de acordo com uma das reivindicações anteriores, consiste no facto de os nós da treliça serem fabricados a partir de um material oco deformável, através de um processo de deformação, sendo de preferência o processo de deformação um processo de deformação por pressão interna elevada.

Uma forma de concretização preferencial do processo de fabrico para um elemento de nós de treliça apresenta as seguintes etapas: apresentação de um perfil oco, eventualmente com diferentes diâmetros; concepção de uma secção de perfil oco com uma forma com uma ampliação na área de deformação; criação de uma pressão interna elevada no tubo, pelo que a parede do tubo é ampliada na área da ampliação da forma; remoção do elemento oco deformado com área de nó com ampliações e, eventualmente, fixação de secções de barra de treliça nas ampliações.

Entende-se aqui como um processo por pressão interna elevada ou também processo PIE, o processo descrito, por exemplo, no indicador industrial n.° 20 de 9.3.1984 ou também na técnica de deformação do metal, edição ID/91, página 15 e seguintes: A. Ebbinghaus: "Prãzisionswerkstiicke in Leichtbauweise, hergestellt durch 5

Innenhochdruckumformen" ou também "Werkstoff und Betrieb" 123 (1990), 3, páginas 241 a 243; A. Ebbinghaus: "Wirtschaftliches Konstruieren mit innenhochdruckumgeformten Prâzisionswerkstiicken" ou também "Werksoff und Betrieb" 122, (1991), 11, (1989), páginas 933 a 938. Seguidamente, é feita referência total à respectiva publicação para evitar repetições. Este processo foi utilizado até à data para O fabrico de garrafas ou para o fabrico dc eixos de excêntricos construídos para fixar os excêntrico num tubo com vista ao fabrico de eixos de excêntricos ocos.

De forma surpreendente, é possível agora, através deste processo por pressão interna elevada, construir um totalmente novo elemento de treliça, no qual o nó ou o "cruzamento" já está moldado como peça única, e a orientação das fibras, na área do cruzamento e das paredes, é essencialmente paralela aos contornos externos, sem que existam flexões ou outros enfraquecimentos. A treliça de acordo com a invenção pode, por conseguinte, ser construída mais leve do que acontecia até à data, devido à elevada resistência das paredes proporcionada pela favorável orientação das fibras, e permite, desse modo, uma considerável redução em termos de peso. Também é possível empregar materiais laminados, desde que estes possam ser deformados em conjunto. Através de uma selecção apropriada dos materiais, os materiais laminados podem ser mais leves do que os materiais completos e têm ainda a vantagem de servirem para amortecer as vibrações, pelo que um elemento destes possui ainda, para esse fim, características favoráveis de amortecimento de oscilações - os locais de ligação são portanto menos afectados pelas oscilações.

Também é possível escolher um tubo metálico com várias camadas como elemento de partida, consoante as exigências em termos de material. Neste caso, os equipamentos com várias camadas têm como vantagem a diferente sujeição a esforços das superfícies do elemento oco, e também a vantagem de uma menor transmissão das oscilações de todo o tipo, o que melhora de forma decisiva o comportamento vibratório do elemento oco quando está a ser utilizado. 6

Constituem utilizações vantajosas da treliça de acordo com a invenção, os meios de transporte terrestres, aéreos e aquáticos, estruturas de bicicletas, motas e carros, construção imobiliária e obras públicas e construções subterrâneas, andaimes, sistemas de prateleiras e móveis.

Pelo facto de os elementos ocos o mais amplamente fechados possível, de acordo com a invenção, serem utilizados para o fabrico da treliça, toma-se possível, nas áreas dos nós da treliça, uma ligação o mais simples possível de outros elementos de treliça. Na área da sobreposição de uma saliência de um elemento oco com a secção da extremidade de outro elemento oco da treliça, a ligação pode ser realizada por soldagem, colagem, rebitagem, aparafúsamento, e por outros meios de fixação apropriados utilizados habitualmente pelo especialista, sendo também possível produzir ligações desprendíveis, como é desejável, por exemplo, para os andaimes, através de parafusos de ligação ou outros meios semelhantes.

Pelo facto de se utilizar um processo de deformação por pressão interna elevada, é possível produzir, já numa operação de moldagem, saliências e reentrâncias, aberturas, e outros do género, no elemento oco. Assim, é possível reduzir as etapas de pós-tratamento.

Como elementos ocos, é possível empregar diferentes perfis ocos, nomeadamente perfis rectangulares, perfis angulares, tubos, etc.

Deste modo, obtém-se um elemento com um peso reduzido, face aos elementos existentes até à data, com a mesma capacidade de carga, ou também com uma maior capacidade de carga quando o peso é o mesmo; que também pode, para esse fim, ser fabricado com uma maior precisão em termos de produção com uma reduzida quota de rejeição. O elemento oco, de acordo com a invenção, pode ser preferencialmente fabricado de acordo com o processo por pressão interna elevada. 1 7 ί \

De forma surpreendente, este processo por pressão interna elevada permite agora a obtenção de um elemento de treliça completamente novo, no qual o nó da treliça já tem a forma de peça única e a orientação das fibras na área de cruzamento e das paredes é essencialmente paralela ao contorno externo, sem que existam flexões ou outras oscilações. A treliça de acordo com a invenção pode, por conseguinte, devido à grande resistência das paredes proporcionada pela favorável orientação das fibras, ser construída mais facilmente do que acontecia até à data e permite, desse modo, uma redução considerável em termos de peso. Também é possível empregar materiais laminados, desde que este se deixem deformar em conjunto. Os materiais laminados têm ainda a vantagem de servir como amortecedores de vibração, pelo que um elemento deste tipo ainda possui características favoráveis de amortecimento de oscilações. O fabrico do elemento oco de acordo com a invenção ocorre como se segue: fabrica-se um elemento tubular com diferentes diâmetros (através, por exemplo, de moldes circulares), indo a área de nó ser, subsequentemente e por pressão interna, pressionada contra uma forma externa, de modo a obter-se um elemento cruzado com duas extremidades fechadas.

Pretende-se conduzir o material, durante a deformação, na direcção do elemento de cruzamento, na direcção do eixo longitudinal do tubo, de modo a evitar a ocorrência do estreitamento do material na área do cruzamento.

Seguidamente, a invenção será explicada mais em detalhe com base nos desenhos em anexo, em que

Figura 1: secção de uma treliça numa representação em perspectiva esquemática;

Fig. 2 a treliça oca feita de material completo com várias áreas de nó em corte longitudinal; 8

Fig. 3 um elemento da treliça oca feita de material laminado com uma área de nó em corte longitudinal;

Figura 4: um nó moldado por pressão interna elevada feito de material completo em vista detalhada;

Fig. 5: um corte transversal de uma área de nó de um elemento oco de perfil rectangular;

Fig. 6: um corte transversal da área de nó de um tubo redondo como elemento oco; e

Fig. 7: um corte transversal da área de nó de um tubo de arestas múltiplas.

Como se pode ver através da Fig. 1, a qual mostra uma secção de uma treliça de acordo com a invenção, a treliça é constituída por nós/elementos de barra 12 e outros nós/elementos de barra 12 ou elementos de barra 18. Nos nós-elementos de barra 12 encontram-se formadas saliências 30 na área dos nós 14, sobre as quais podem ser encaixados, por exemplo, elementos de barra 18, mas também nós/elementos de barra 12, os quais podem, assim, ser ligados à saliência 30 de forma desprendível ou não desprendi vel.

Como mostra a Fig. 2, os nós podem estender-se em termos espaciais consoante as necessidades, pelo que é possível obter uma estrutura treliçada tridimensional com uma elevada conservação. É de ter em atenção que, nos elementos de treliça fabricados pelo processo de deformação, é possível formar pontos de deformação sob pressão teóricos, através de ranhuras moldadas de forma objectiva - com vista a receber, por exemplo, em relação aos veículos, a energia através de deformação objectiva em caso de acidente - ou 9 também é possível incorporar perfis de reforço - através, por exemplo, da formação de nervuras longitudinais (cabina do passageiro).

Com isto, os perfis ocos da treliça podem possuir diferentes diâmetros na sua extensão longitudinal, bem como diferentes cortes transversais.

Na Fig. 3 encontra-se uma vista detalhada em corte longitudinal da formação de um nó. Aqui foi escolhida uma forma de concretização em que um nó/elemento de barra 12 constituído por várias camadas, foi combinado com um elemento de barra feito só de um material - este elemento pode, por exemplo, ser um elemento do tipo escada vertical com travessas longitudinais de material laminar, assim como degraus de outro material.

Na Fig. 4 é apresentada em corte um forma de concretização da ligação entre o nó/elemento de barra 12 e o elemento de barra 18, consistindo ambos os elementos num material de uma única camada.

Em ambos os casos, a fixação dos elementos de barra 18 ou também de outros nós/elementos de barra 12 no nó/elemento de barra 12, é apenas representada esquematicamente e pode, na prática, ser realizada por colagem, soldagem ou também aparafusamento, rebitagem ou outro meio semelhante.

Como perfis ocos, é possível utilizar diversas formas, como se pode observar nas Figs. 5-7.

Consoante o fim de aplicação, poderá ser conveniente construir um perfil rectangular 22 com uma saliência 30.

Do mesmo modo, é possível construir um perfil redondo ou oval 24 com uma saliência 30, para a ligação com um elemento de barra, como se pode observar na Fig. 6. Como mostra a Fig. 7, é possível que também estejam concebidas saliências desse tipo nos perfis ocos rectangulares 26 para simplificar a fixação de barras no nó. 10 10

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Com isto, os perfis ocos podem igualmente consistir num único material como, por exemplo, aço ou unia liga dc metais leves, sendo, no entanto, também possível, consoante o processo de utilização, deformar tubos de material laminar, mesmo tubos cobertos por uma camada de plástico ou revestidos dependendo do fim de aplicação.

Através da provisão das camadas correspondentes, é possível obter a re3Í3tência à corrosão ou também a coloração, sem que sejam necessárias outras etapas de processamento.

Como se sabe, é possível, através do processo por pressão interna elevada, "pressionar para fora" a área de nó, por assim dizer, da parte corrediça de avanço do elemento oco, pelo que resultam várias saliências 30 no elemento oco, como ilustrado nas figuras. É possível, pela condução de material ao longo dos eixos longitudinais do tubo durante a deformação, conseguir através, por exemplo, de elementos de moldagem móveis, um reforço das paredes fundamentalmente permanente para que as oscilações dos reforços das paredes possam ser, através da formação das saliências deste tipo, pelo menos em parte compensadas, de modo a que a formação da área de cruzamento se efectue sem que ocorra um enfraquecimento. Devido à favorável orientação das fibras, este elemento é leve e não apresenta locais de solda ou semelhantes na área de cruzamento.

Deste modo, consegue-se, através da construção de acordo com a invenção, especialmente da área de nó de uma treliça, uma treliça mais resistente e mais leve do que o que era possível até à data.

Outros equipamentos e outros aperfeiçoamentos são evidentes para o especialista no âmbito das reivindicações. As formas de concretização aqui apresentadas a título de exemplo são meramente explicativas.

Lisboa,_ h JAN 20Q1

-'tAA-Scj/j Aqer,: R, Ca:

Claims (5)

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REIVINDICAÇÕES 1. Processo para o fabrico de uma treliça constituída por nós e barras, em que os nós são formados por, pelo menos, uma saliência numa parte da treliça oca e noutro elemento oco aí encaixado e fixo, em que os elementos ocos são fabricados por meio de um processo de deformação por pressão interna elevada, com as etapas: apresentação de um perfil oco, concepção de uma secção do perfil oco com uma forma com uma ampliação na área de deformação; Aplicação de uma pressão interna elevada no tubo, pelo que a parede do tubo é ampliada na área de ampliação da forma, mediante a condução simultânea do material do perfil oco na direcção do eixo longitudinal do tubo e o fabrico de uma saliência fechada; Remoção do elemento oco deformado com a área de nó com saliências fechadas, e Encaixe e fixação das secções de treliça nas saliências fechadas.

2. Treliça, fabricada de acordo com o processo da reivindicação 1, com nós e barras, em que os nós (14) são constituídos por, pelo menos, uma saliência fechada (30) num elemento de treliça oco e por, pelo menos, um outro elemento oco aí encaixado e fixado, consistindo os respectivos componentes individuais em materiais iguais ou distintos.

3. Treliça com nós e barras de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo facto de a orientação das fibras do material no nó (14) ser essencialmente paralela aos contornos exteriores do nó/elemento de barra (12).

4. Treliça com nós e barras de acordo com a reivindicação 2 ou 3, caracterizada pelo facto de pelo menos os elementos (12) que apresentam os nós (14) terem várias camadas sobrepostas paralelas umas às outras de materiais iguais ou diversos, cujas orientações das fibras são paralelas umas às outras.

5. 2 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Lisboa,

Treliça com nós e barras de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de os materiais apresentarem uma ou mais camadas de material moldável a frio, como um metal. Treliça com nós e barras de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de ser feita de aço e de a espessura da parede estar compreendida entre 0,1 e 1,5 cm, de preferência entre 0,2 e 0,5 cm. Treliça de acordo com uma das reivindicações 2 a 5, caracterizada pelo facto de consistir essencialmente num metal leve, alumínio ou uma liga do mesmo, ou magnésio ou uma liga do mesmo. Treliça com nós e barras de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de apresentar materiais reforçados com fibras. Treliça com nós e barras de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de apresentar diferentes cortes longitudinais e/ou diferentes cortes transversais. Treliça com nós e barras de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de pelo menos um elemento oco apresentar reentrâncias. Treliça com nós e barras de acordo com uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo facto de pelo menos um elemento oco apresentar aberturas moldadas. Utilização de uma treliça de acordo com uma das reivindicações 2 a 11 para meios de transporte terrestres, aéreos e aquáticos, estruturas para bicicletas, motas ou carros, construção imobiliária e obras públicas e construções subterrâneas, andaimes, sistemas de prateleiras e móveis. - h JAN. 2001 <L_ JLXAJUj aj> A. C: