ES2204103T3 - Elemento compuesto y procedimiento para su fabricacion. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un elemento compuesto (1) que comprende un componente sándwich (10) que comprende una capa de revestimiento metálica superior (11) e inferior (12) y un núcleo metálico (13) con estructura en panal de abeja, y al menos una sección metálica (20) para introducir energía en el mencionado componente sándwich (10), estando equipada la mencionada sección metálica con una superficie de unión (21). La(s) sección(s) se/son montada(s) en plano sobre el componente sándwich (10). La invención también se refiere a un procedimiento para fabricar el elemento compuesto de la invención.

Description

Elemento compuesto y procedimiento para su fabricación.

La presente invención se refiere a un elemento compuesto que comprende un componente sándwich con una capa de cubrición metálica superior e inferior, un núcleo realizado en forma de panal de abejas y por lo menos un perfil metálico provisto de una superficie de unión para la aplicación de fuerzas en el componente sándwich, así como a un procedimiento para la fabricación de este elemento compuesto.

Las construcciones de tipo sándwich se caracterizan por su elevada rigidez a la flexión combinada con un peso reducido. Por este motivo se considera cada vez con mayor frecuencia la aplicación de este tipo de construcción en el área de transportes, especialmente en la tecnología de ferrocarriles. Para construcciones sometidas a cargas elevadas es razonable fabricar estos compuestos sándwich de materiales metálicos.

Para poder acoplar otros componentes a los componentes sándwich, o para unir diversos componentes sándwich entre sí con ángulos arbitrarios, se integran perfiles a fin de transmitir fuerzas y montar puntos de acoplamiento. Componentes sándwich de mayor tamaño se realizan de tal forma que, según las exigencias, se unen varios componentes sándwich de tamaño inferior, llamados a continuación componentes base, formando un componente sándwich de grandes dimensiones.

Del documento EP 0 544 498 se conocen elemento compuestos, realizados con componentes sándwich y perfiles para la aplicación de fuerzas, en los cuales los perfiles están soldados, con un nervio perpendicular a la capa de cubrición del componente sándwich, entre dos componentes base unidos a tope. En este proceso se utiliza un refuerzo para fijar los perfiles formado de tal manera que, normalmente, tanto los componentes sándwich como los componentes base estén terminados y reforzados en su zona terminal mediante perfiles en forma de U, colocados en vez del núcleo, y con el lado abierto dirigido hacia fuera. En este tipo de montaje, la soldadura se realiza a lo largo de los puntos de contacto entre la superficie de cubrición y el perfil.

En un elemento compuesto según el documento EP 0 644 096, los perfiles están soldadas con una superficie de unión en el borde de la zona de unión de dos componentes base, reforzada mediante perfiles en U, o remachados en la capa de cubrición por debajo de la que están colocados perfiles de refuerzo huecos.

En todos los elementos de construcción compuestos conocidos se suelda o remacha el perfil en el componente sándwich, por lo que se logra una transmisión de fuerza puntiforme o lineal entre el perfil y el componente sándwich. No obstante, para proceder así es requisito que el componente sándwich esté reforzado en la zona por chapas plaqueadas. El refuerzo se logra mediante perfiles de refuerzo huecos, introducidos adicionalmente en lugar del núcleo metálico, o mediante perfiles de refuerzo en U en la zona de contacto a tope entre dos componentes base.

Elementos de construcción compuestos de este tipo tienen desventajas para realizar componentes estructurales de gran tamaño con varios perfiles para la aplicación de fuerzas. Elementos estructurales de grandes dimensiones, como por ejemplo paredes laterales de vagones, deben combinarse de numerosos componentes compuestos pequeños para poder situar los perfiles de aplicación de fuerza en los puntos de tope, o los componentes sándwich deben proveerse de antemano en los puntos correspondientes con perfiles de refuerzo en vez del núcleo. En cualquier caso no es posible colocar posteriormente perfiles para la aplicación de fuerzas si en el punto correspondiente no existe un perfil de refuerzo. Asimismo, la construcción de componentes de mayor tamaño basada en numerosos componentes compuestos pequeños es costosa y requiere mucho tiempo. En las costuras por chapas plaqueadas, o en las uniones remachadas, surgen además problemas de corrosión en fisuras, o de corrosión por contacto, que pueden afectar considerablemente a la duración de vida de los componentes.

El objetivo de la presente invención consiste en especificar un elemento compuesto, basado en un componente sándwich y uno o varios perfiles para la aplicación de fuerzas, con el cual es posible realizar componentes de mayor tamaño, que requieren varios puntos de aplicación de fuerzas, partiendo de pocos componentes compuestos grandes. También debe ser posible colocar posteriormente en los componentes compuestos perfiles en cualquier lugar sin afectar a la transmisión de fuerzas.

Para alcanzar este objetivo, un elemento compuesto del tipo inicialmente descrito está caracterizado de acuerdo con la invención porque el perfil o los perfiles se unen de forma plana con el componente sándwich.

Mediante el elemento compuesto de acuerdo con la invención es posible fabricar fácilmente componentes de mayor tamaño, provistos de varios perfiles para la aplicación de fuerzas, adaptando de forma óptima las dimensiones del elemento compuesto junto con los perfiles al elemento a realizar, sin que sea preciso cortar y unir de nuevo el componente sándwich en los puntos de aplicación de fuerzas, lo que simplifica considerablemente el proceso de construcción de los componentes y conlleva un ahorro de gastos. Los perfiles para la aplicación de fuerzas se unen al componente sándwich después de haber adaptado de forma óptima las dimensiones del mismo al elemento de construcción a realizar. Debido a que los puntos de unión de los perfiles para la aplicación de fuerzas son independientes de puntos de unión a tope o puntos de refuerzo, respectivamente, de los componentes sándwich, es posible añadir también posteriormente perfiles adicionales en el elemento compuesto existente, por lo que aumenta la variabilidad de los elementos de construcción compuestos. Asimismo, la calidad de la unión entre el perfil y el componente sándwich aumenta gracias a la unión plana de los perfiles y se estabiliza el conjunto de componentes compuestos. De esta manera se evitan, para aumentar la duración de vida útil, la corrosión en fisuras y la corrosión por contacto en los puntos de unión.

Para la unión plana de los perfiles en los componentes sándwich, estos tienen por lo menos una superficie de unión a continuación de la capa de cubrición. La forma geométrica global de los perfiles utilizados se adapta al uso previsto. En función de si otros componentes se sueldan, atornillan o remachan, los perfiles disponen de otras superficies, elementos en T o cuerpos huecos ranurados para alojar la cabeza de un tornillo o remache. Este diseño se logra ventajosamente utilizando perfiles extruidos como elementos para la aplicación de fuerzas.

La unión plana de los perfiles con componentes sándwich, que tiene ventajas frente a la soldadura de perfiles en componentes sándwich reforzados, se logra de tal manera que el perfil se pega en el componente sándwich pero, preferentemente, el perfil metálico está soldado en la capa de cubrición metálica. De esta manera se consigue una mayor adherencia, especialmente bajo el efecto de fuertes vibraciones.

La siguiente parte de la descripción se refiere a un procedimiento de fabricación del elemento compuesto de acuerdo con la invención.

Mediante un procedimiento según el documento EP 0 405 889 se fabrican los componentes compuestos de tal manera que, en una primera fase de trabajo, los componentes sándwich se proveen de refuerzos en las posiciones previstas para los perfiles, o mediante unión a tope de componentes base reforzados en las zonas de sus bordes, y en una segunda fase de trabajo se sueldan los perfiles con por lo menos una costura en las zonas reforzadas.

La primera fase de trabajo comprende, además de la fabricación de los componentes sándwich mismos, otras secuencias operativas, ya que es preciso colocar los refuerzos en las posiciones previstas para los perfiles, lo que interrumpe la colocación del núcleo metálico y hace muy complicada la fabricación de componentes sándwich reforzados de esta manera. Asimismo, los perfiles de refuerzo no pueden colocarse bajo cualquier ángulo con respecto a la estructura del núcleo en forma de panal de abejas, por lo que se limitan las posibilidades de aplicación. La fabricación de componentes sándwich utilizando varios componentes base unidos a tope aumenta el volumen de trabajo en la primera fase. Si se realizan varias costuras por chapas plaqueadas para fijar el perfil en el componente sándwich reforzado, aumenta también el número de secuencias operativas en la segunda fase de trabajo.

El objetivo de la presente invención consiste también en especificar un procedimiento para la fabricación de un elemento compuesto de acuerdo con la invención, realizado de un componente sándwich y de un perfil para la aplicación de fuerzas, en el cual están minimizados el número de fases de trabajo y el número de procesos comprendidos en estas fases.

El objetivo se logra de acuerdo con la invención mediante el hecho de que el perfil o los perfiles se unen con el componente sándwich durante el proceso de fabricación del mismo.

Una ventaja del procedimiento de acuerdo con la invención consiste en que la fabricación de los componentes sándwich y la unión de los perfiles se desarrollan simultáneamente, por lo que es posible ahorrarse completamente la segunda fase de trabajo. Debido a que los perfiles pueden aplicarse también en zonas sin perfiles de refuerzo, y sin observar una dirección concreta en relación con la estructura del núcleo en forma de panales de abejas, es posible fabricar mediante el procedimiento de acuerdo con la invención incluso componentes compuestos con perfiles arbitrariamente orientados.

Durante la fabricación del componente sándwich se aprovechan los parámetros de este proceso para unir el perfil con el componente sándwich. Debido a que las capas de cubrición y el núcleo en forma de panal de abejas son componentes metálicos, es ventajoso unir las capas de cubrición con el núcleo mediante soldadura. Resulta especialmente ventajoso si para la soldadura de las capas de cubrición con el núcleo se utilizan capas de cubrición soldadas por chapas plaqueadas. Si el lado soldado por chapas plaqueadas entra en contacto con el núcleo metálico, el proceso por chapas plaqueadas se desarrolla cuando los componentes se calientan con exclusión del aire, en especial al vacío, a una temperatura por encima del punto de fusión de la soldadura. La soldadura se funde y se acumula en los puntos de contacto de la capa de cubrición con los nervios de la estructura del núcleo en forma de panal de abejas, de modo que, después del enfriamiento, se obtiene un componente

\hbox{sándwich}

soldado.

Los parámetros del proceso de fabricación del componente sándwich, como la temperatura aplicada, pueden utilizarse para unir simultáneamente el perfil con el componente sándwich. Preferentemente, el perfil se suelda en el componente sándwich. En el procedimiento de acuerdo con la invención se utilizan ventajosamente capas de cubrición soldadas por chapas plaqueadas en el lado dirigido hacia el perfil, de modo que la soldadura se funde también en este lado de la capa de cubrición, debido a la temperatura durante el proceso de fabricación, y se acumula con exclusión del aire en el punto de contacto entre el perfil y la capa de cubrición. El perfil se une así de forma plana con el componente sándwich durante el enfriamiento del elemento compuesto.

A continuación se explica la invención más detalladamente con referencia a un ejemplo de realización, representado en el dibujo, del cual se desprenden más detalles, características y ventajas.

En la figura se muestra un elemento compuesto, constituido por un componente sándwich y un perfil para la aplicación de fuerzas, unido con aquel de forma plana.

El ejemplo de realización representado es un elemento compuesto 1 que comprende un componente sándwich 10 y un perfil 20 fijado para la aplicación de fuerzas. El componente sándwich se compone de una capa de cubrición superior 11, una capa de cubrición inferior 12 y un núcleo metálico 13. Este último está situado entre las capas de cubrición 11, 12 y está formado por numerosos alveolos 13a situados unos al lado de otros. Gracias a esta estructura, el componente sándwich tiene una elevada resistencia a la flexión y, al mismo tiempo, un peso reducido.

Debido a la utilización de las capas de cubrición 11, 12 superior e inferior con lados 11a, 12a soldados por chapas plaqueadas, dirigidos hacia el núcleo metálico, se simplifica la fabricación de los componentes sándwich, o de los componentes compuestos, respectivamente, ya que el conjunto preparado se calienta al vacío por encima de la temperatura de fusión de la soldadura, por lo que la soldadura se concentra en los puntos de contacto de los alveolos 13a con la capa de cubrición superior 11 o la capa de cubrición inferior 12, el proceso por chapas plaqueadas finaliza durante el enfriamiento.

Mediante este proceso se suelda, simultáneamente con el proceso de fabricación del componente sándwich, también el perfil 20 con la superficie de unión 21 en el lado exterior 11b de la capa de cubrición superior 11. Asimismo, el lado exterior 11b de la capa de cubrición superior 11 está soldado por chapas plaqueadas, y el perfil 20 está colocado en su posición correspondiente. El proceso de unión del perfil 20 con la superficie de unión 21 en la capa de cubrición superior 11 se desarrolla simultáneamente con el proceso de fabricación del componente sándwich 10. Durante el calentamiento por encima de la temperatura de fusión de la soldadura, en el lado 11b soldado por chapas plaqueadas se acumula la misma en la superficie de unión 21 y une durante el enfriamiento el perfil 20 con el componente sándwich 10. Pero también es posible soldar por chapas plaqueadas sólo las zonas del lado exterior 11b de la capa superior de cubrición superior 11 que posteriormente entran en contacto con un perfil.

En el ejemplo de realización seleccionado, el perfil 20 dispone, además de la superficie de unión 21, de dos alas 22, 23 que delimitan una zona en forma de T, que sujeta un elemento plano perpendicular al componente sándwich, o en la zona en forma de T pueden alojarse las cabezas de varios tornillos para fijar soportes o elementos similares. Naturalmente, para los tipos más diversos de aplicación de fuerzas pueden unirse con el elemento compuesto de acuerdo con la invención también perfiles que, además de la superficie de unión 21, tienen otras formas geométricas.

Claims (9)

1. Elemento compuesto (1) que comprende un componente sándwich (10) con una capa de cubrición metálica superior (11) e inferior (12) y un núcleo (13) realizado en forma de panal de abejas, y con por lo menos un perfil metálico (20), provisto de una superficie de unión (21) para la aplicación de fuerzas en el componente sándwich (10), caracterizado porque el (los) perfil(es) está(n) unido(s) de forma plana en el componente sándwich.

2. Elemento compuesto de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque el perfil (20) está realizado como perfil extruido.

3. Elemento compuesto de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el perfil (20) está pegado en el componente sándwich (10).

4. Elemento compuesto de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el perfil (20) está soldado en el componente sándwich (10).

5. Procedimiento para la fabricación de un elemento compuesto (1) de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el (los) perfil(es) se une(n) con el componente sándwich (10) durante el proceso de fabricación del componente sándwich.

6. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el componente sándwich (10) se fabrica mediante soldadura de las capas de cubrición (11, 12) metálicas con el núcleo (13) metálico.

7. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las capas de cubrición (11, 12) se colocan con un lado soldado por chapas plaqueadas (11a, 12a) sobre el núcleo (13) y el proceso por chapas plaqueadas se lleva a cabo con exclusión del aire a una temperatura por encima del punto de fusión de la soldadura.

8. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el perfil (20) se suelda en el componente sándwich (10).

9. Procedimiento de acuerdo con una o varias de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque se colocan capas de cubrición (11, 12) con un lado (11b) soldado por chapas plaqueadas dirigido hacia el perfil (20).