DE LA ESTRUCTURA ESPACIAL LAMINAR

DESCRIPCIÓN

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a una estructura espacial laminar, que se obtiene mediante la unión de una estructura tipo que se obtiene de la unión de dos piezas curvadas por dos uniones y también a un novedoso proceso de fabricación de una estructura espacial laminar que ofrece una versatilidad que ningún otro proceso de los conocidos en el estado de la técnica ofrece.

Problema técnico a resolver y antecedentes de la invención

La fabricación de estructuras metálicas tal y como se realiza en el estado de la técnica, se realiza, por ejemplo para la construcción de un pilar, mediante la ejecución de dos piezas en U y la unión de elementos que aumentan su momento de inercia. Por ejemplo para la ejecución de un cajón formado por dos perfiles UPN (que se laminan mediante la realización de dos pliegues cada UPN) y dos platabandas es necesario ejecutar cuatro uniones (soldadas, atornilladas, o con cualquier otro método conocido). De esta manera se obtiene una estructura con el interior hueco, pero dicha estructura requiere de cuatro uniones y cuatro pliegues (dos por cada perfil UPN).

Con esto dos perfiles UPN unidos se ejecutan estructuras sencillas, habitualmente pilares que se sitúan en posición vertical sobre los que se sitúan otros perfiles configurando estructuras metálicas complejas, pero siempre requiriendo de una cantidad elevada de uniones y de pliegues.

Con la estructura tipo objeto de la invención se reducen el número tanto de pliegues como de uniones para formar la estructura completa a partir de una lámina plana, y la estructura completa comprende todas las partes con el misma tipo de estructura tipo formada por dos piezas curvadas que se unen mediante dos uniones, configurando así la sección hueca de la estructura tipo.

La geometría de la estructura tipo objeto de la invención únicamente comprende dos pliegues y dos uniones, por lo que se ha eliminado del proceso de fabricación dos pliegues y dos uniones. Esta reducción de pliegues y uniones en la fabricación de una estructura tipo implica una reducción de los costes energéticos empleados en la fabricación de esa estructura tipo respecto los procesos conocidos en el estado de la técnica. Y para la fabricación de estructuras complejas basada en la unión de diferentes estructuras tipo, ese ahorro aumenta.

Como el número de uniones y pliegues que se realiza en la estructura tipo objeto de la invención es menor que el número de uniones que se realizan en las estructuras conocidas en el estado de la técnica, el control de calidad también tiene un menor coste al reducir el número de elementos sobre los que hay que realizar dicho control de calidad.

Igualmente es objeto de la invención un proceso de fabricación estructuras que a partir de una lámina plana y empleando la estructura tipo, en una o más ocasiones permite fabricar estructuras complejas a partir de dicha lámina plana, con un proceso más económico que los conocidos en el estado de la técnica.

Con el proceso de fabricación de estructuras objeto de la invención también se reducen los movimientos de la estructura fuera de su plano de trabajo ya que se mueve en una cama de rodillos, por lo que también se reducen los costes energéticos asociados a la fabricación de estructuras.

Al ser un proceso totalmente estructurado en fases el material laminar de partida se puede transformar de forma más compleja, por lo que el material de partida tiene un aprovechamiento mayor que mediante los procesos de fabricación de estructuras conocidos en el estado de la técnica, dicho aprovechamiento hace que el proceso de fabricación de estructuras objeto de la invención cumpla la Norma ISO 14001 de gestión ambiental. Al producirse menos movimientos de la pieza que se está fabricando se incrementa el rendimiento en la fabricación de estructuras respecto otros procesos conocidos en el estado de la técnica, y los sobrantes de material se pueden valorizar mediante reciclado.

Igualmente el proceso objeto de la invención mejora como lo marca la Norma ISO 50.001 al reducir la cantidad de energía necesaria para la fabricación de las distintas estructuras diseñadas a partir de la lámina plana, al disminuir el número de pliegues y de uniones a realizar. El proceso objeto de la invención es más económico ya que el precio de las láminas a partir de las que se desarrolla el proceso objeto de la invención es más bajo que el precio de la perfilería y los compuestos empleados actualmente, valorados en euros por tonelada.

Con el proceso objeto de la invención se pueden fabricar una infinidad de estructuras complejas, tales como postes de publicidad, naves industriales, elementos estructurales para la sustentación de cables de trasporte por catenaria, pórticos, banderolas y mariposas para la señalización de carreteras, postes de catenaria para ferrocarril, tubería de conducción de fluidos, fustes para aerogeneradores, apoyos para electrificación de líneas eléctricas, torres de telecomunicaciones, monopostes, pórticos, banderolas y mariposas publicitarias, pasarelas peatonales y puentes, ...

Descripción de la invención

La invención divulga una estructura espacial laminar que comprende al menos una estructura tipo tal que dicha estructura tipo comprende dos piezas curvadas, que comprenden una superficie curva y dos superficies planas, y dos uniones entre las piezas curvadas.

Las piezas curvadas de la estructura tipo de la estructura espacial laminar proceden de al menos una lámina plana y con la uniones se genera una sección interior hueca.

En la estructura espacial laminar objeto de la invención cada pieza curvada comprende al menos un aligeramiento configurado como un espacio hueco en la pieza curvada.

En la estructura espacial laminar objeto de la invención cada pieza curvada comprende al menos un refuerzo configurado como una pestaña doblada en el aligeramiento de la pieza curvada.

La estructura espacial laminar objeto de la invención comprende al menos una pieza de unión entre las estructuras tipo donde la pieza de unión procede de las láminas planas de donde proceden las piezas curvadas.

En la estructura espacial laminar objeto de la invención cada estructura tipo comprende dos superficies curvas contiguas y dos superficies planas contiguas. En la estructura espacial laminar objeto de la invención cada estructura tipo comprende dos superficies curvas opuestas y dos superficies planas opuestas.

Además de la estructura espacial laminar es objeto de la invención un proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana que comprende las siguientes fases:

diseñar al menos dos piezas independientes en al menos una lámina plana;

cortar las piezas independientes diseñadas en la fase anterior, obteniendo dos piezas independientes planas

conformar las piezas independientes planas obtenidas en la fase anterior, obteniendo dos piezas independientes conformadas;

unir las piezas independientes conformadas de la fase anterior para formar la estructura espacial laminar.

El proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana comprende una fase intermedia de preparar la unión entre piezas independientes conformadas, previo a la fase de unir las piezas independientes conformadas.

El proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana comprende una fase intermedia de laminar al menos una lámina plana a partir de un material bruto previa a la fase de cortar las piezas independientes.

El proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana comprende una fase final de aplicar un tratamiento de acabado superficial a la estructura espacial laminar obtenida en la fase anterior.

En el proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana la fase de diseñar las piezas en la al menos una lámina plana comprende el diseño de al menos una pieza de unión adicional a las piezas independientes planas.

En el proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana la fase de cortar las piezas independientes planas se ejecuta con un proceso a elegir entre corte térmico, corte por erosión, corte mecánico y combinación de los anteriores.

En el proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana la fase de conformar las piezas independientes se ejecuta con un proceso a elegir entre plegado, mediante calor, prensado y una combinación de los anteriores.

El el proceso de fabricación de una estructura espacial laminar a partir de al menos una lámina plana la fase de unir las piezas independientes se ejecuta con un proceso a elegir entre soldadura por arco eléctrico, soladura por láser, unión térmica, fusión rápida, fusión lenta, unión atornillada, unión roblonada, unión remachada, unión mediante composites y combinación de los anteriores.

Descripción de las figuras

Para completar la descripción y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, se acompaña a esta memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un conjunto de dibujos en dónde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:

La figura 1 muestra una vista en planta de la lámina plana a partir de la que parte el proceso objeto de la invención.

La figura 2 muestra una vista en planta de dos piezas independientes obtenidas a partir de la lámina plana, esto es ya habiendo realizado las fases de diseño, laminado y corte del proceso objeto de la invención.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de las dos piezas independientes que ya han pasado por la fase de conformado del proceso objeto de la invención.

La figura 4 muestra una vista en perspectiva de las dos piezas independientes conformadas y posicionadas para la fase del proceso objeto de la invención de unir las dos piezas para formar la estructura final.

La figura 5 muestra una vista en perspectiva de la estructura final formada por dos piezas independientes obtenidas a partir de una lámina plana. La figura 6 muestra una sección por el plano A-B de estructura de la figura 5 junto con dos detalles de dicha sección.

La figura 7 muestra una vista en perspectiva de una estructura final en forma de pirámide doble truncada realizada con el proceso objeto de la invención, formada por cuatro piezas que se han doblado y unido entre sí.

La figura 8 muestra un diagrama de bloques con el proceso de fabricación de estructuras objeto de la invención.

La figura 9 muestra una vista de un poste de catenaria actual

La figura 10 muestra una sección del poste de catenaria actual de la figura 9 y un detalle de dicha sección.

La figura 11 muestra un poste de catenaria fabricado con la estructura espacial laminar objeto de la invención.

La figura 12 muestra una sección del poste de catenaria fabricado con la estructura espacial laminar objeto de la invención de la figura 11 y un detalle de dicha sección.

La figura 13 muestra una vista lateral de un fuste de un aerogenerador fabricado con la estructura espacial laminar objeto de la invención,

La figura 14 muestra una sección del fuste de la figura 13 con un detalle donde se observa que la sección corresponde con la sección de la estructura tipo.

La figura 15 muestra una vista lateral de una estructura de una nave industrial fabricada con la estructura espacial laminar objeto de la invención

La figura 16 muestra una sección de la nave industrial con un detalle donde se observa que la sección corresponde con la sección de la estructura tipo.

La figura 17 muestra una vista lateral de una torre de luz fabricada con la estructura espacial laminar objeto de la invención. La figura 18 muestra una vista lateral de una marquesina de un aparcamiento fabricado con la estructura espacial laminar objeto de la invención

La figura 19 muestra una sección de la marquesina con un detalle donde se observa que la sección corresponde con la sección de la estructura tipo.

La figura 20 muestra una vista en perspectiva de un pórtico de señalización de los conocidos en el estado de la técnica con la pieza empleada para sostener la señal en explosión respecto el pórtico.

La figura 21 muestra una vista en perspectiva del pórtico de señalización de la figura 20 con la pieza empleada para sostener la señal situada sobre el pórtico.

La figura 22 muestra una vista en planta del diseño de la mitad de un pilar fabricado con la estructura objeto de la invención y con las fases de diseño, laminado y corte del proceso de fabricación objeto de la invención ya realizadas.

La figura 23 muestra una vista en perspectiva de un pilar de un pórtico de señalización fabricado con la estructura objeto de la invención y con el proceso de fabricación objeto de la invención mediante dos piezas como las de la figura 22.

La figura 24 muestra una vista en perspectiva de un pórtico de señalización que comprende dos pilares y una pieza central, estando las tres piezas fabricadas con la estructura objeto de la invención y con el proceso de fabricación objeto de la invención mediante dos piezas como las de la figura 22.

La figura 25 muestra el pórtico de la figura 25 con una explosión de un pilar y de la pieza central, mostrando las piezas independientes que forman cada elemento del pórtico de señalización construido con el proceso objeto de la invención.

La figura 26 muestra una vista en planta de una sección longitudinal de la pieza central del pórtico de las figuras 24 y 25.

La figura 27 muestra una vista lateral de una sección transversal de la pieza central del pórtico de las figuras 24 y 25.

La figura 28 muestra una vista frontal de la pieza central del pórtico de las figuras 24 y 25, mostrando los aligeramientos de la pieza central, dicha figura incluye una sección de una parte de la pieza central donde se muestran las pestañas.

Las distintas referencias numéricas que se encuentran reflejadas en las figuras corresponden a los siguientes elementos:

1.- lámina plana,

2.- pieza independiente plana,

3.- pieza independiente conformada,

4 aligeramiento,

5.- pestaña,

6.- línea de corte,

7.- eje de doblado,

8.- estructura espacial laminar,

9.- pieza curvada

10. -estructura tipo,

11. -unión,

12. -diseñar las piezas en la lámina plana,

13. -laminar la lámina plana,

14. -cortar las piezas independientes planas,

15. -conformar las piezas independientes planas,

16. -preparar la unión entre piezas independientes conformadas,

17. -unir las piezas independientes conformadas obteniendo una estructura final,

18. -aplicar un tratamiento de acabado superficial a la estructura final,

19. -pórtico conocido,

20. -superficie plana,

21. -superficie curva, y

22. -pieza de unión.

Realización preferente de la invención

Como ya se ha indicado, y tal y como puede apreciarse en las figuras el objeto de la invención es doble, por un lado se tiene una estructura espacial laminar (8) formada por al menos una estructura tipo (10), dicha estructura tipo (10) está formada por dos piezas curvadas (9) unidas mediante dos uniones (11), y por otro lado se tiene un proceso de fabricación de una estructura espacial laminar (8) a partir de una lámina plana (1). Dicho proceso de fabricación ofrece una versatilidad que otros métodos de fabricación de estructuras no ofrecen.

La estructura tipo (10) que sirve de base para desarrollar una estructura espacial laminar

(8) comprende dos piezas curvadas (9) y dos uniones (11) entre las dos piezas curvadas

(9), con la particularidad de que las dos piezas curvadas (9) se obtienen a partir de al menos una lámina plana (1).

La realización preferente de la estructura espacial laminar (8) objeto de la invención es un pilar simple, que se ha ejecutado a partir de una única lámina plana (1), pero esta realización no es limitativa, ya que con la estructura tipo (10) formada por las dos piezas curvadas (9) y las dos uniones (11) entre piezas las curvadas (9), pueden ejecutarse infinidad de estructuras espaciales laminares (8), ya que basta con que a una de las piezas curvadas (9) se le fije una pieza de unión (22) para fijar a esa pieza de unión (22) otra estructura tipo (10) y así sucesivamente se pueden ejecutar infinidad de estructuras espaciales laminares (8).

En la estructura espacial laminar (8) se reducen las uniones (11) a realizar en la estructura espacial laminar (8) de cuatro, que son las uniones necesarias para las estructuras conocidas en el estado de la técnica, a dos. Esta reducción en el número de uniones (11) implica una reducción en los costes energéticos y por tanto en los costes económicos de construcción de la estructura espacial laminar (8), es decir para obtener una estructura espacial laminar (8) de las conocidas en el estado de la técnica era necesario realizar cuatros pliegues y cuatro uniones (11), mientras que la estructura espacial laminar (8) obtenida con el proceso objeto de la invención únicamente se realizan dos pliegues y dos uniones (11).

Las piezas curvadas (9) que forman parte de la estructura espacial laminar (8) comprenden una superficie curva (21) que une dos superficies planas (20).

Como la estructura tipo (10) se genera por la unión de dos piezas independientes conformadas (3), la citada estructura tipo (10) comprende cuatro superficies planas (20) y dos superficies curvas (21) junto con dos uniones (11). En el proceso de fabricación objeto de la invención, en primer lugar se realiza un diseño de las piezas independientes planas (2) que se van a requerir para formar la estructura espacial laminar (8) final, incluyendo, en caso de ser necesario, las piezas de unión (22) entre estructuras tipo (10) en la citada lámina plana (1).

A continuación se cortan desde la lámina plana (1) una serie de piezas independientes planas (2) que posteriormente, se someten a un procedimiento de conformado en el que a las piezas independientes planas (2) se les proporciona la forma necesaria, obteniendo dos piezas independientes conformadas (3).

Finalmente las piezas independientes conformadas (3) se unen y se forma la estructura espacial laminar (8).

La realización preferente de la invención se ha desarrollado para una estructura de un pilar aligerado que se construye a partir de dos piezas que han sido cortadas, obteniendo dos piezas independientes planas (2), posteriormente conformadas, obteniendo dos piezas independientes conformadas (3), y finalmente unidas, partiendo de una lámina plana (1).

Para llegar a formar la estructura espacial laminar (8) de un pilar de la realización preferente de la invención se parte de una lámina plana (1) sobre la que, en la fase de diseñar las piezas (12) en la citada lámina plana (1), se diseñan un aligeramiento (4), unas pestañas (5) y una línea de corte (6) a lo largo de dicha lámina plana (1).

A continuación se realiza la fase de cortar en la lámina plana (1) las piezas independientes planas (14), incluyendo el aligeramiento (4), para cortar se realiza un corte por la línea de corte (6), y se obtienen las dos piezas independientes planas (2) diseñadas en la fase anterior, donde cada una de las dos piezas independientes planas (2) comprende una parte del aligeramiento (4).

A continuación se realiza la fase de conformar las piezas independientes planas (15) obtenidas en la fase anterior, en la realización preferente de la invención, dicha fase de conformar las piezas independientes planas (15), comprende:

un doblado a 90 grados por un eje de doblado (7) generando una superficie curva (21) y dos superficies planas (20) en cada pieza independiente conformada (3), y un plegado de unas pestañas (5) alrededor del aligeramiento (4) a cada pieza independiente conformada (3).

El ángulo de 90° del doblado por un eje de doblado (7) mostrado en la realización preferente, no es limitativo, ya que dependerá de la estructura espacial laminar (8) a obtener.

Finalmente una vez que se han obtenido las dos piezas independientes conformadas (3) y se realiza la fase de unir las dos piezas independientes (17) conformadas para obtener una estructura espacial laminar (8), en la realización preferente del proceso objeto de la invención se obtiene un pilar como el mostrado en las figuras 5 y 6, y sólo se realizan dos uniones (11) en lugar de las cuatro uniones (11) que se realizan en la actualidad. Adicionalmente las uniones (11) se realizan en zonas de la estructura espacial laminar (8) donde la tensiones por flexión sean mínimas, para lo que en la fase de diseñar las piezas en la lámina plana se estudia al detalle la manera de unir posteriormente las piezas independientes conformadas (3) para hacer que dichas tensiones por flexión en las uniones (11) sean mínimas, o en su defecto soportables por la unión (11) diseñada, en el resto de tensiones producidas por cortante, axil y torsión se operaría igual.

Los aligeramientos (4) son zonas de reducción de peso de la estructura espacial laminar (8) mientras que las pestañas (5) se realizan para proporcionar un incremento en la rigidez estructural de la estructura espacial laminar (8). Adicionalmente como los aligeramientos (4) se realizan por doblado en frío se produce un aumento en la resistencia del material sometido a dicho doblado en frío.

Finalmente a la estructura espacial laminar (8) obtenida con al menos una estructura tipo (10) que se obtiene mediante la unión de las dos piezas independientes conformadas (3), se le aplica un tratamiento de acabado superficial (18) que proporciona a la citada estructura espacial laminar (8) el aspecto final y mediante dicho tratamiento se proporcionan características especiales a la estructura, bien sea para protección frente a corrosión o por necesidades estructurales. La fase de aplicar un tratamiento de acabado superficial (18) es la última fase del proceso objeto de la invención.

La fase de cortar las piezas (14) independientes planas (2) se ejecuta mediante un proceso conocido de corte de material metálico. Entre los diferentes procesos de corte se pueden distinguir tres grupos: corte térmico (oxicorte, corte con plasma, corte con láser), corte por erosión (electroerosión, corte con agua y corte con agua más abrasivo) y corte mecánico (punzonado, cizallado, aserrado y corte con cuchilla).

Para obtener las piezas independientes conformadas (3) conformando las piezas independientes plana (2) se puede emplear cualquier dispositivo conocido en el estado de la técnica que realiza dicho conformado.

La fase de unir las piezas independientes (17) para obtener la estructura espacial laminar (8) se puede realizar mediante cualquier dispositivo conocido en el estado de la técnica, de modo que la versatilidad del proceso de fabricación de estructuras es enorme ya que puede realizarse con multitud de elementos conocidos y que están al alcance de cualquier empresa que se dedica a la industria de fabricación metálica. Diferentes métodos empleados para unir las piezas son: soldadura por arco eléctrico, soladura por láser, unión térmica, fusión rápida y lenta, uniones atornilladas, remachadas, roblonadas, por composites,...

En la primera fase del proceso objeto de la invención, la fase de diseñar (12) las piezas en la lámina plana (1) incluye diseñar en la citada lámina plana (1), además de las piezas independientes planas (2) cuya unión, después de someterse a un conformado, da como resultado la estructura espacial laminar (8), las piezas de unión (22) necesarias para unir entre sí las piezas independientes conformadas (3).

En las figuras 20 y 21 se puede ver un pórtico de los conocidos en el estado de la técnica (19), los cuales tienen componentes en los que no se optimiza el material empleado en la construcción y que tienen componentes de sección cuadrada en los que son necesarias las cuatros uniones para su construcción.

En resumen el proceso de fabricación de estructuras a partir de láminas planas objeto de la invención comprende las siguientes fases:

diseñar las piezas independientes planas (2) en la lámina plana (12);

laminar una lámina plana a partir del material bruto (13);

cortar las piezas independientes (14);

conformar las piezas independientes (15);

preparar la unión entre piezas independientes (16); unir las piezas independientes (17);

aplicar un tratamiento de acabado superficial (18) a la estructura espacial laminar (8) obtenida en la fase anterior. La invención no debe verse limitada a las formas de realización descritas en este documento. Expertos en la materia pueden desarrollar otras realizaciones a la vista de la descripción aquí realizada. En consecuencia, el alcance de la invención se define por las siguientes reivindicaciones.