ES2295661T3 - Miembro en forma de manguera que tiene una circunferencia que esta compuesta de un numero de cables o tubos de metal. - Google Patents
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Abstract
Un miembro en forma de manguera (1), que tiene una circunferencia o contorno que está compuesto por un cierto número de tubos metálicos (2), los cuales son sustancialmente paralelos entre sí y están enrollados de una manera helicoidal en torno al eje longitudinal del miembro en forma de manguera, caracterizado porque los tubos (2) tienen un diámetro interno entre 1 mm y 6 mm, y un espesor de pared entre 0,1 mm y 0,5 mm.
Description
Miembro en forma de manguera que tiene una
circunferencia que está compuesta de un número de cables o tubos de
metal.
La invención se refiere a un miembro en forma de
manguera que tiene una pared externa compuesta de un cierto número
de tubos de metal, de tal modo que los tubos tienen un diámetro
interno de entre 1 mm y 6 mm y un espesor de pared de entre 0,1 mm
y 0,5 mm.
El documento
GB-A-83070 describe un miembro en
forma de manguera que tiene una circunferencia o contorno que está
compuesto de un cierto número de tubos de metal que son
sustancialmente paralelos entre sí y están arrollados de una manera
helicoidal en torno a un eje longitudinal del miembro en forma de
manguera.
Semejante miembro en forma de manguera ha de
cumplir un cierto número de requisitos técnicos que no permiten
libertad de diseño. Las dimensiones han de hacerse coincidir unas
con otras al objeto de optimizar el diseño en relación con todos
los requisitos. Especialmente en el caso de que se pretenda que el
miembro en forma de manguera constituya una dispositivo de conexión
flexible de fluido para sistemas de alta presión, los requisitos
básicos son la flexibilidad, la caída o pérdida de presión y la
resistencia al estallido.
Es, por lo tanto, un propósito de la invención
proporcionar un miembro en forma de manguera en el que las
dimensiones se hayan seleccionado de tal modo que se obtenga el
diseño óptimo con respecto a las características básicas.
Este propósito se consigue por cuanto que un
miembro en forma de manguera tiene una circunferencia o contorno
que está compuesto de un cierto número de tubos de metal que son
sustancialmente paralelos entre sí y están enrollados de una forma
helicoidal en torno al eje longitudinal del miembro en forma de
manguera.
De este modo se obtiene un método muy efectivo y
barato de producir miembros flexibles con forma de manguera y con
buenas características.
Preferiblemente, el metal es aluminio o una
aleación de aluminio.
Mediante el uso de este tipo de metal, que es de
peso ligero y fácil de doblar, es incluso posible lograr un modo
conveniente de producir el miembro en forma de manguera.
Por otra parte, y especialmente cuando se
utilizan tubos, el miembro en forma de manguera puede ser utilizado
como conexión flexible en un sistema de transporte de fluido.
Hasta el presente, ha venido siendo común
utilizar mangueras de caucho para estas aplicaciones, y éstas,
provistas de filamentos de acero inoxidable, eran incluso capaces
de contener altas presiones, por ejemplo, para uso en sistemas
hidráulicos. La propiedad que hace que las mangueras de caucho sean
muy adecuadas para este propósito es su alto grado de flexibilidad,
por lo cual las mangueras pueden conectar partes fijas con partes
móviles. Las mangueras son también duraderas, incluso cuando se
someten a vibraciones. Como tales, han venido siendo utilizas
frecuentemente en sistemas de automoción en los que se necesita
conectar por medio de una línea o conducción de fluido dos
componentes, cada uno de los cuales tiene su propio sistema
vibratorio, y en los que se requiere un cierto grado de
flexibilidad. Ejemplos de tales aplicaciones son los sistemas de
aire acondicionado, los sistemas de suministro de combustible, las
líneas o conducciones de freno, etc.
Como material, sin embargo, el caucho adolece de
la desventaja de que puede difundirse a través del material al
menos algo de fluido, en forma gaseosa. En los sistemas de freno de
vehículos, el agua entra en el seno del fluido de freno por
difusión a través de las conexiones de manguera flexibles de caucho.
En los sistemas de aire acondicionado, especialmente los basados en
dióxido de carbono, el dióxido de carbono escapa lentamente a
través de las mangueras de caucho, lo que tiene como resultado un
deficiente rendimiento de los sistemas y hace necesario un
rellenado que lleva tiempo y es costoso. Una desventaja adicional
del caucho es el envejecimiento, que normalmente se produce en
condiciones al aire libre. Como resultado de éste, el caucho se
deshace o desmenuza y precisa ser reemplazado a intervalos de
tiempo que dependen de su aplicación. Por otra parte, la resistencia
a la tracción del caucho es relativamente baja, lo que no lo hace
muy deseable para aplicaciones de alta presión.
Es, por tanto, un propósito de la invención
proporcionar un miembro en forma de manguera que tenga un contorno
o circunferencia formada por un cierto número de tubos de metal, de
tal modo que todos los tubos sean sustancialmente paralelos entre
sí y estén enrollados de una manera helicoidal en torno al eje
longitudinal del miembro en forma de manguera.
Otras características y ventajas de la invención
se harán evidentes de las descripciones que siguen, las cuales se
refieren a los dibujos que se acompañan:
La Figura 1 muestra una vista lateral de un
miembro en forma de manguera que corresponde a la invención.
La Figura 2 muestra una vista lateral de un
miembro en forma de manguera en una aplicación de transporte de
fluido.
Las Figuras 3-5 muestran una
vista lateral de otros ejemplos de un miembro en forma de manguera
en una aplicación de transporte de fluido.
Las Figuras 6-7 ilustran un
corte transversal de un ejemplo de un miembro en forma de manguera,
correspondiente al corte A-A de la Figura 4.
La Figura 8 muestra un corte transversal de un
ejemplo de un miembro en forma de manguera, que corresponde al
corte B-B de la Figura 5.
Las Figuras 9-11 ilustran cortes
transversales de un ejemplo de un miembro en forma de manguera,
correspondientes al corte A-A de la Figura 4.
La Figura 12 muestra una vista lateral de un
ejemplo de un miembro en forma de manguera.
La Figura 13 muestra el corte
C-C de la Figura 3.
La Figura 14 es un gráfico que representa
esquemáticamente el cambio en la ductilidad o adaptabilidad y en la
resistencia en relación con el diámetro de los tubos o cables
utilizados para confeccionar el miembro en forma de manguera, de
acuerdo con la invención.
La Figura 15 es un gráfico que muestra
esquemáticamente la variación en la adaptabilidad, así como la
relación entre la caída de presión o pérdida de carga y el espesor
de pared de un tubo o cable con un diámetro fijo destinado a formar
el miembro en forma de manguera de acuerdo con la invención.
La Figura 16 es un gráfico que ilustra la
variación en flexibilidad frente al ángulo de retorcimiento para un
miembro en forma de manguera de acuerdo con la invención.
La Figura 17 es una vista en perspectiva de un
ejemplo modificado del dispositivo conectador de extremo (colector)
que se ha de utilizar en asociación con el miembro en forma de
manguera de acuerdo con la invención.
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La Figura 1 muestra un miembro en forma de
manguera (1) que comprende un cierto número de cables o tubos (2)
enrollados helicoidalmente o retorcidos. El miembro en forma de
manguera puede ser fabricado enrollando helicoidalmente un cierto
número de cables o tubos en torno a un miembro de núcleo de la forma
en sección transversal requerida, por ejemplo, redonda, oval o de
cualquier configuración útil, a continuación de lo cual el miembro
de núcleo es retirado o extraído del miembro en forma de manguera
resultante. Es posible, por tanto, bien tener los cables o tubos
vecinos tan cerca unos junto a otros que se obtenga un miembro en
forma de manguera con una superficie cerrada, o bien tener una
cierta distancia entre cables o tubos adyacentes y obtener una
superficie semi-cerrada que ofrezca mayor
flexibilidad. La parte central del miembro en forma de manguera (1)
puede ser bien hueca o bien estar llena de un material de núcleo
(10) (véase la Figura 6), dependiendo de la aplicación para la que
se haya de utilizar el miembro en forma de manguera. Dicho miembro
en forma de manguera (1) conforma un miembro flexible que puede ser
deformado elásticamente en una dirección perpendicular a su eje
longitudinal, es decir, puede ser doblado y absorber las
vibraciones en esa dirección. Por otra parte, es también posible
una deformación flexible en la dirección longitudinal.
Los cables o tubos que constituyen los miembros
en forma de manguera están hechos, preferiblemente, de aluminio o
aleaciones de aluminio que ofrecen una buena deformabilidad o
capacidad de deformación, flexibilidad y durabilidad
-características de utilidad para la producción y la aplicación del
miembro en forma de manguera.
En los casos en que la parte central sea hueca,
el miembro en forma de manguera puede ser utilizado como guía
protectora para elementos longitudinales delicados, tales como
cables eléctricos, mangueras flexibles, etc. Es ésta una aplicación
preferida en vehículos automóviles, si bien puede también ser
utilizada en otras situaciones. En tales aplicaciones, cada porción
de extremo del miembro en forma de manguera (1) puede ser cubierta
con el fin de proteger los extremos de los cables o tubos (no
mostrados). Cuando se requiere esta protección, puede preferirse
una superficie cerrada, si bien, en un cierto número de
aplicaciones, es tan sólo la función de guía lo que tiene
importancia, de manera que puede utilizarse una superficie
semiabierta.
En tales aplicaciones, los elementos que
constituyen el miembro en forma de manguera pueden ser cables o
tubos, y, cuando sea necesario, el miembro en forma de manguera
puede ser preformado longitudinalmente de tal modo que proporcione
el guiado requerido de los elementos longitudinales.
En otras aplicaciones, el miembro en forma de
manguera está destinado a ser utilizado como conexión flexible para
fluido entre dos conducciones o accesorios de fluido rígidos. En
este tipo de aplicación, los miembros en forma de manguera han de
estar confeccionados de tubos enrollados o retorcidos.
Las Figuras 2-5 muestran unos
miembros en forma de manguera (1) que comprenden tubos enrollados o
retorcidos (2) y piezas de extremo o colectores (4). Las piezas de
extremo (4) pueden ser utilizadas para ensamblar los recorridos o
caminos de flujo de los tubos en un solo camino de flujo común, o
bien, a la inversa, para distribuir un único camino de flujo al
interior de los tubos (2). En las Figuras 3 y 4 se muestra el ángulo
de avance o de paso V. El ángulo de paso es el ángulo con el que
los tubos se han enrollado o retorcido. Los tubos (2) pueden estar
enrollados o retorcidos formando cualquier forma, por ejemplo,
helicoidal, espiral, en bobina, y también puede proporcionárseles
un ángulo de paso o diámetro variable, o bien combinaciones de
cualesquiera de tales formas.
En la Figura 2, se han colocado inicialmente
unos tubos (2) rectos y paralelos, sin enrollar ni retorcer, de
manera que cada uno de sus extremos esté dentro de dos piezas de
extremo (4) (de las cuales se muestra tan sólo una), con un miembro
de núcleo (no visible) (10) colocado centralmente con respecto a los
tubos (2). Las piezas de extremo (4) se han retorcido o entrelazado
entonces unas con respecto a otras y, con ello, también los tubos
(2), hasta que los tubos (2) han obtenido un retorcimiento
permanente y mantienen la forma ilustrada. Es éste un modo
preferido de fabricar el sistema (1). El tubo (2) estará normalmente
pegado, soldado con material interpuesto o sencillamente soldado a
las piezas de extremo (4) para formar una unión apretada. A
continuación de estos procedimientos, el sistema (1) puede dotarse
de un miembro protector polimérico adicional (12) (Figura 10),
colado en torno a él, por lo que queda al menos parcialmente
embebido. Alternativamente, el elemento portante de núcleo puede
ser retirado antes de que se añada el elemento portante protector
(12) (Figura 11).
Las Figuras 6 y 7 presentan visualmente un
miembro en forma de manguera (1) en el que se han colocado múltiples
tubos (2) de tal manera que rodean un elemento portante cilíndrico,
el cual está constituido, en estos casos, por miembros de núcleo
(10). El miembro de núcleo está hecho de un material polimérico,
preferiblemente un elastómero tal como poliuretano. En la Figura 6,
los tubos están colocados en una sola capa (6), en tanto que en la
Figura 7, los tubos están colocados en dos capas (6) y (8). Con más
capas es posible obtener un área de flujo mayor, por lo que se
reduce la resistencia al flujo a través del sistema de tubos sin
aumentar el diámetro exterior del sistema (1).
La Figura 8 presenta visualmente un miembro en
forma de manguera (1) en el que se ha colocado un cierto número de
tubos enrollados o retorcidos (2), a una cierta distancia del eje
longitudinal de un miembro de núcleo (10) que comprende una cavidad
central 11, y paralelos a éste.
La Figura 9 representa un sistema de tuberías
(1) en el que se han colocado seis tubos (2) de manera que rodean
un miembro de núcleo (10).
La Figura 10 representa un miembro en forma de
manguera (1) en el que se han colocado seis tubos (2) de modo que
rodean un miembro de núcleo (10). Los tubos (2) están embebidos
adicionalmente en un elemento portante de protección (12).
La Figura 11 muestra un miembro en forma de
manguera (1) que comprende múltiples tubos (2) colocados en dos
capas (6) y (8). Los tubos (2) están embebidos en un elemento
portante de protección (12) que comprende una cavidad central
(11).
La Figura 12 muestra un miembro en forma de
manguera (1) que comprende unos colectores (4) y una sección o
tramo espiral (14), así como un tramo recto (16). Este diseño
resulta muy adecuado para aplicaciones que requieren una
flexibilidad muy elevada. Por supuesto, el miembro en forma de
manguera puede comprender tramos adicionales espirales y/o
rectos.
La Figura 13 presenta visualmente un colector
(4) que comprende unos orificios de montaje (18) distribuidos en
una configuración adecuada para recibir las tuberías (2). Los
orificios (18) están conectados o unidos a una abertura central
(20).
El miembro en forma de manguera (1) puede ser
utilizado en sistemas de alta presión que transportan gas, aire,
agua, vapor, productos petroquímicos o cualquier otra sustancia, con
el fin de permitir el movimiento individual del equipo y de las
líneas o conducciones de conexión. El miembro (1) puede también ser
utilizado en sistemas de freno de vehículos y de otros medios de
transporte. En estos tipos de aplicaciones, puede ser utilizado con
o sin un elemento portante de núcleo.
El grado de flexibilidad de un sistema de tubos
viene definido, de acuerdo con la invención, por un cierto número
de características de los tubos que se van a utilizar.
Para un tubo de un material dado, la
adaptabilidad perpendicular a la dirección longitudinal depende del
diámetro del tubo y del espesor de la pared. La Figura 14 ilustra
la variación de la adaptabilidad (C) de un tubo que tiene un
espesor de pared fijo, en relación con el diámetro. Queda claro que
la adaptabilidad crecerá a medida que se incrementa el diámetro.
Por otra parte, y como se muestra en la Figura 15, la adaptabilidad
de un tubo con un diámetro constante crece a medida que se
incrementa el espesor de pared.
Por su parte, la presión de estallido (BP
-"burst pressure") de un tubo de un material definido depende
del diámetro. En la Figura 14 se muestra la variación de la presión
de estallido en función del diámetro, y queda claro que ésta crece
a medida que se incrementa el diámetro. En la Figura 15 se muestra
la variación de la caída de presión en función del espesor de la
pared, y se sigue que la caída de presión aumenta a medida que se
incrementa el espesor de la pared, siendo el diámetro constante.
Con el fin de confeccionar un sistema flexible
que tenga la suficiente adaptabilidad, la suficiente resistencia
mecánica, especialmente resistencia a la presión interna, y la más
baja caída de presión posible, es importante utilizar tubos que
tengan un diámetro y espesor de pared que proporcione un compromiso
entre estos requisitos.
Los ensayos han demostrado que la mayor parte de
los tubos adecuados tendrán un diámetro interno de entre 1 mm y 6
mm, y un espesor de pared de entre 0,1 mm y 0,5 mm.
Preferiblemente, el diámetro interno se
encuentra entre 2 mm y 4 mm, en tanto que el espesor de pared es
cercano a entre 0,2 mm y 0,4 mm.
Por su parte, se ha encontrado que el grado de
flexibilidad o adaptabilidad depende del ángulo de avance o de paso
V, es decir, el ángulo formado entre el tubo arrollado
helicoidalmente y el eje longitudinal del sistema de tuberías
(véase la Figura 16). También aquí existe un compromiso entre el
ángulo de paso V y la resistencia mecánica del sistema, ya que
especialmente su resistencia axial ha de ser suficiente como para
mantener el sistema de tuberías en la posición correcta. Es, por
tanto, preferible tener un ángulo de paso V de entre 50º y 85º.
Idealmente, el ángulo de paso habrá de encontrarse entre 60º y
80º.
La Figura 17 muestra un colector o pieza de
conexión (25) que puede ser utilizada para conectar o unir un
miembro en forma de manguera, compuesto por un cierto número de
tubos capilares, con un único tubo.
La construcción de esta pieza de conexión es
casi idéntica a la que se describe en el documento
EP-B-0895051.
Claims (10)
1. Un miembro en forma de manguera (1), que
tiene una circunferencia o contorno que está compuesto por un
cierto número de tubos metálicos (2), los cuales son sustancialmente
paralelos entre sí y están enrollados de una manera helicoidal en
torno al eje longitudinal del miembro en forma de manguera,
caracterizado porque los tubos (2) tienen
un diámetro interno entre 1 mm y 6 mm, y un espesor de pared entre
0,1 mm y 0,5 mm.
2. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque los
tubos (2) tienen un diámetro interno comprendido entre 2 mm y 4
mm.
3. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-2, caracterizado porque los tubos (2)
tienen un espesor de pared de entre 0,2 mm y 0,4 mm.
4. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-3, caracterizado porque el ángulo de
avance o de paso de los tubos (2) se encuentra entre 50º y 85º, si
bien, preferiblemente, está entre 60º y 80º.
5. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-4, caracterizado porque la circunferencia
está hecha, al menos parcialmente, de más de una capa de tubos
(2).
6. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-5, caracterizado porque los tubos (2)
están embebidos, al menos parcialmente, en un elemento portante de
protección (12).
7. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-6, caracterizado porque cada tubo (2) está
revestido con un revestimiento protector.
8. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-7, caracterizado porque los tubos (2)
forman una superficie sustancialmente cerrada.
9. El miembro en forma de manguera (1) de
acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones
1-8, caracterizado porque el metal es
aluminio o una aleación de aluminio.
10. El uso del miembro en forma de manguera (1)
de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones, en un
vehículo automóvil, para el transporte de un fluido presurizado.
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