Estructura tubular para soportar cargas mecánicas y método para fabricar una estructura tubular para soportar cargas mecánicas.

Una estructura compuesta tubular, incluyendo:

a) una primera capa (1) y una segunda capa (2),

b) una capa de refuerzo (3) de un material base celular en forma de hoja, a saber un material plástico en espuma, dispuesto entre las capas primera y segunda (1, 2),

c) incluyendo la capa de refuerzo (3) pasos (6) que están distribuidos sobre el material base,

d) y una junta (8) que conecta las capas de cobertura una a otra en una conexión de material o una conexión de fuerza, y permea la capa de refuerzo (3) en la región de los pasos (6),

caracterizada porque

e) los pasos (6) subdividen el material base en una pluralidad de celdas de material (4), estando delineadas las celdas de material (4) una de otra por los pasos (6) e interconectadas por puentes (5) que permanecen entre pasos adyacentes (6),

f) y la junta (8) encierra al menos los lados de las celdas de material (4) de la capa de refuerzo (3).

Estructura tubular para soportar cargas mecánicas y método para fabricar una estructura tubular para soportar cargas mecánicas

La invención se refiere a una estructura tubular para soportar cargas de flexión, compresión u otras cargas mecánicas o para alimentar fluidos o partículas sólidas fluidas como polvo o gránulos y un método para fabricar dicha estructura tubular. La estructura tubular puede ser en concreto un mástil de una embarcación, por ejemplo, un barco de vela, o una viga, viga maestra, puntal, nervio, travesaño, pilar y análogos de un edificio o un vehículo incluyendo embarcaciones, barcos, aviones y vehículos terrestres, o constituir solamente una porción longitudinal de dicha estructura. La invención se refiere a la estructura como tal y también a su uso como parte de un mástil, viga, viga maestra, puntal, nervio, travesaño, pilar y estructuras análogas de soporte de carga, o un recipiente a presión o tubo de alimentación.

Se usan estructuras tubulares para soportar cargas mecánicas en varias construcciones, por ejemplo, como pilares, puntales, vigas maestras y análogos en carrocerías de automóvil, en cascos de aviones y barcos, y también en edificios. Otros ejemplos a los que se refiere la invención son mástiles de barcos de vela o mástiles finos en general. Las estructuras se hacen de ordinario de acero o aleaciones ligeras de metales de precio alto y peso considerable. La corrosión también es un problema de las construcciones metálicas.

US 3 830 899 A describe una estructura compuesta tubular y un proceso para la fabricación de la misma. En el proceso se forma una capa interior de material plástico sobre un mandril montado rotativamente, se deposita una capa intermedia continua de un material plástico expandido sobre la capa interior, se quita parte de la capa continua con el fin de formar al menos una ranura helicoidal continua de paso predeterminado en la capa intermedia, la ranura helicoidal se llena de un material plástico termoestable para formar un elemento helicoidal de conexión y soporte de carga, se forma una capa exterior de material plástico sobre la capa intermedia, y el material plástico termoestable se polimeriza para unir las capas interior y exterior al elemento de conexión y soporte de carga. Las capas se forman por pulverización, y la al menos única ranura helicoidal se forma por aserrado a través de la capa intermedia antes de depositar el material plástico termoestable y la capa exterior. En un proceso alternativo se enrolla una cinta continua de un material plástico expandido helicoidalmente alrededor de la primera capa para formar el elemento helicoidal de conexión y soporte de carga.

Un objeto de la invención es proporcionar una estructura tubular para soportar cargas mecánicas, por ejemplo cargas de flexión, de menos peso o mejores propiedades mecánicas como mayor resistencia a la flexión.

Según la invención la estructura tubular se compone de al menos tres capas laminadas conjuntamente por medio de una junta que conecta las capas en una estructura compuesta tubular con una línea longitudinal central. La estructura compuesta incluye una capa de cobertura interior o primera, una capa de cobertura exterior o segunda, y una capa de refuerzo que está dispuesta, con respecto a la línea longitudinal, radialmente entre las dos capas de cobertura. Dicha capa de refuerzo intermedia es un material base celular en forma de hoja curvado alrededor de la línea longitudinal central. Incluye pasos que están distribuidos sobre el material base celular y subdividen el material base en una pluralidad de celdas de material. Las celdas de material están delineadas una de otra por los pasos e interconectadas por puentes que permanecen entre pasos adyacentes. La junta permea la capa de refuerzo en la región de los pasos y conecta las capas de cobertura una a otra en una conexión de material o una conexión de fuerza, incluyendo también una combinación de ambos tipos de conexión. La junta puede por ejemplo ser un adhesivo o termoplástico sintético o resina termoestable. La junta llena el espacio vacío entre la primera y la segunda capa. La capa de refuerzo es de un peso específico más bajo que la junta debido a su material base celular. Distancia las capas de cobertura una de otra, y ocupa la mayor parte del espacio entre las capas de cobertura dando lugar a peso bajo y alta resistencia de la estructura compuesta tubular en particular contra la flexión.

La estructura compuesta puede constituir todo o solamente una porción longitudinal de un mástil, viga maestra, puntal, nervio, travesaño, pilar o viga de una embarcación, por ejemplo, de un barco de vela o buque, o una viga maestra, puntal, nervio, travesaño, pilar o viga de un automóvil o camión, un avión o de un edificio. La viga, nervio, travesaño, viga maestra o puntal puede ser en concreto un componente de una parte inferior, casco, plataforma, suelo o estructura inferior de un vehículo incluyendo vehículos terrestres como automóviles y camiones y también embarcaciones, por ejemplo, barcos de vela, o de un fuselaje o ala de aviones. Puede servir como una viga, nervio, travesaño, viga maestra o puntal de una estructura de un techo, en particular de un techo de vidrio o un techo de algún otro material transparente o translúcido. Las estructuras tubulares de la invención pueden soportar elementos transparentes o translúcidos del techo o enmarcar tales elementos. Los recipientes a presión y los tubos para transportar o alimentar medios gaseosos, líquidos o fluidos particulados en varias aplicaciones son otras aplicaciones convenientes de la invención.

La estructura compuesta puede ser recta o curvada en toda su longitud o solamente sobre una parte de su longitud medida a lo largo de la línea longitudinal central. Puede tener una sección transversal constante en toda su longitud o solamente sobre una parte de su longitud, es decir, su sección transversal puede variar en su longitud. La sección

transversal puede ser ventajosamente anular, por ejemplo, un aro circular, elíptico o por lo demás oval o un aro con una o varias partes planas. Las secciones transversales locales pueden ser redondas en toda la circunferencia respectiva, o poligonales Incluyendo formas en sección transversal compuestas de al menos una sección redonda y al menos una sección recta. El aro puede estar cerrado, es decir, abarcar completamente la línea longitudinal central, en toda la longitud de la estructura compuesta o solamente en una porción longitudinal o en varias porciones de la estructura compuesta, que están longitudinalmente espaciadas una de otra.

En concreto, la estructura compuesta tubular puede ser alargada teniendo una longitud, medida a lo largo de la línea longitudinal central, que es mayor que su diámetro medido transversal a la línea longitudinal central. En realizaciones en las que el diámetro varía en la dirección longitudinal o en la dirección circunferencial, la longitud es mayor que el diámetro mayor. La longitud de la estructura compuesta tubular es preferiblemente al menos el doble de la mayor anchura o diámetro de la estructura tubular. En realizaciones preferidas, la longitud es al menos cinco o diez veces mayor que su diámetro o diámetro o anchura mayor. En realizaciones típicas, la circunferencia exterior de la estructura compuesta tubular, tomada en cualquier posición a lo largo de la línea longitudinal central, encaja en un cuadrado que tiene una anchura de a lo sumo 50 cm, preferiblemente a lo sumo 30 cm.

La invención también se refiere a un método para fabricar una estructura compuesta tubular. En el método se facilita una primera capa, una segunda capa, y una capa de refuerzo en forma de hoja de un material base celular de tal manera que la capa de refuerzo esté dispuesta entre la primera capa y la segunda capa formando una estructura en capas. La capa de refuerzo Incluye pasos que están distribuidos sobre el material base y subdlvlden el material base en una pluralidad de celdas de material, estando delineadas las celdas de material una de otra por los pasos e interconectadas por puentes que permanecen entre pasos adyacentes. La primera capa se facilita como un cuerpo a modo de tubo preformado, en particular como un tubo, o enrollándola al menos parcialmente alrededor de un mandril. La capa de refuerzo en forma de hoja se enrolla al menos parcialmente alrededor de una superficie circunferencial exterior de la primera capa o, alternativamente, la primera capa y la capa de refuerzo se disponen de tal manera que la capa de refuerzo cubra al menos la mayor parte de una superficie exterior de la primera capa y ambas capas se enrollan conjuntamente al menos parcialmente alrededor del mandril. La segunda capa se enrolla al menos parcialmente alrededor de... [Seguir leyendo]

1. Una estructura compuesta tubular, incluyendo:

a) una primera capa (1) y una segunda capa (2),

b) una capa de refuerzo (3) de un material base celular en forma de hoja, a saber un material plástico en espuma, dispuesto entre las capas primera y segunda (1,2),

c) Incluyendo la capa de refuerzo (3) pasos (6) que están distribuidos sobre el material base,

d) y una junta (8) que conecta las capas de cobertura una a otra en una conexión de material o una conexión de fuerza, y permea la capa de refuerzo (3) en la región de los pasos (6),

caracterizada porque

e) los pasos (6) subdividen el material base en una pluralidad de celdas de material (4), estando delineadas las celdas de material (4) una de otra por los pasos (6) e interconectadas por puentes (5) que permanecen entre pasos adyacentes (6),

f) y la junta (8) encierra al menos los lados de las celdas de material (4) de la capa de refuerzo (3).

2. La estructura compuesta según la reivindicación precedente, donde la estructura compuesta es una estructura tubular de soporte de carga o porción axial de una estructura tubular de soporte de carga como un mástil, viga maestra, puntal, travesaño, nervio, pilar o viga de un barco, buque, avión, automóvil u otro vehículo o de un edificio, por ejemplo, de una estructura de un techo, o es un recipiente a presión o tubo de alimentación o una parte principal hueca de un recipiente a presión o un tubo de alimentación.

3. La estructura compuesta según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la longitud de la estructura compuesta tubular es al menos dos veces, preferiblemente al menos cinco veces, la anchura más grande de la estructura compuesta tubular.

4. La estructura compuesta según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la circunferencia exterior de la estructura compuesta tubular encaja en un cuadrado que tiene una anchura de a lo sumo 50 cm, preferiblemente de 30 cm a lo sumo.

5. La estructura compuesta según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la junta (8) está llena de partículas de refuerzo, preferiblemente de al menos una de fibras de vidrio, fibras de carbono, fibras de basalto, nanopartículas y micropartículas huecas.

6. Un método para fabricar una estructura compuesta tubular, incluyendo los pasos de

(a) proporcionar una primera capa (1) como un cuerpo a modo de tubo preformado o enrollándola al menos parcialmente alrededor de un mandril,

(b) enrollar una capa de refuerzo en forma de hoja (3) de un material base celular, a saber un material plástico de espuma, al menos parcialmente alrededor de una superficie exterior de la primera capa (1), o cubrir al menos la mayor parte de una superficie exterior de la primera capa (1) con la capa de refuerzo (3) y enrollar ambas capas (2, 3) en el paso (a) al menos parcialmente alrededor del mandril,

(c) enrollar una segunda capa (2) al menos parcialmente alrededor de la capa de refuerzo (3), o cubrir al menos la mayor parte de una superficie exterior de la capa de refuerzo (3) con la segunda capa (2) y enrollar la capa de refuerzo (3) junto con la segunda capa (2) en el paso (b) al menos parcialmente alrededor de la primera capa (1) o conjuntamente con la primera capa (1) y la segunda capa (2) en el paso (a) al menos parcialmente alrededor del mandril,

(d) incluyendo la capa de refuerzo (3) pasos (6) que están distribuidos sobre el material base y subdividen el material base en una pluralidad de celdas de material (4), estando delineadas las celdas de material (4) una de otra por los pasos (6) e interconectadas por puentes (5) que queden entre pasos adyacentes (6),

(e) proporcionar una junta (8) que llena el espacio entre la primera capa (1) y la segunda capa (2) incluyendo los pasos (6) a través de la capa de refuerzo (3),

(f) y endurecer la junta (8) mientras las capas (1, 2, 3) forman una estructura tubular en capas (1, 2, 3) para conectar la primera capa (1) a la segunda capa (2) mediante la capa de refuerzo (3) en una conexión de material o una conexión de fuerza.

7. El método según la reivindicación precedente, donde la capa de refuerzo (3) se enrolla en el paso (b) al menos parcialmente alrededor de la primera capa (1) y la segunda capa (2) se enrolla en el paso (c) al menos parcialmente alrededor de la capa de refuerzo (3).

8. El método según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde la primera capa (1) o la segunda capa (2) se facilita como un prepreg.

9. El método según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde los pasos (6) de la capa de refuerzo (3) se llenan con la junta (8) antes de enrollarla al menos parcialmente alrededor del mandril o la primera capa (1), preferiblemente antes de realizar el paso (b) o el paso (c).

10. El método según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde los pasos (6) se incorporan al material base celular en forma de hoja de la capa de refuerzo (3), distribuidos sobre una zona del material base, por medio de separación como perforación o corte o aserrado, preferiblemente por al menos uno de perforación y corte, y luego aserrado.

11. El método según la reivindicación precedente, donde una zona en sección transversal de los puentes (5) se reduce por medio de compresión, preferiblemente calentando y comprimiendo los puentes calentados (5).

12. El método según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde los puentes (5) son compactados de tal manera que no lleguen a un lado superior y lado inferior de las celdas de material respectivamente adyacentes (4).

13. El método según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde las celdas de material (4) son compactadas cerca de la superficie y así redondeadas en un lado superior o un lado inferior, a lo largo de al menos una parte de los bordes (7) formados incorporando los pasos (6), donde las celdas de material (4) son calentadas opcionalmente al menos en la región de los bordes (7) a redondear, y son compactadas cerca de la superficie a lo largo de los bordes opcionalmente calentados (7).

14. El método según alguna de las reivindicaciones precedentes, donde se incrustan estructuras de refuerzo en el

material base celular.