Formación automatizada de estructura anular compuesta.

Un método para formar una estructura compuesta anular (500, 501, 702), el método comprende:

hacer rotar una herramienta anular

(600);

aplicar capas continuas de bandas (300) por lo menos una banda cada vez en una superficie conformadora de la herramienta anular (600) que tiene una geometría seleccionada en sección transversal; y

conformar la capa de bandas (300) sobre la herramienta anular de circunferencia completa (600), en donde la conformación se hace con un cabezal conformador (604) montado sobre una base (602), el cabezal conformador (604) comprende unos miembros curvos (632a, 632b, 632c y 632b) de bastidor, la forma del cabezal conformador (604) tiene una configuración generalmente con forma de C que coincide con un contorno de la herramienta anular, el cabezal conformador (604) incluye además unas placas de conexión (630a, 630b, 630c, 630d, 630e y 630f) acopladas a los miembros curvos (632a, 632b, 632c y 632b) de bastidor, unas escuadras (628) montadas selectivamente en las placas de conexión (630a, 630b, 630c, 630d, 630e y 630f) para colocar una pluralidad de cuerpos (624) de cilindro de aire en relación con la herramienta, los cuerpos (624) de cilindro de aire ejercen una fuerza seleccionada sobre las capas de bandas (300) con una pluralidad de rodillos (620 y 622), y

la base (602) comprende una placa (654) de base y un soporte de base (601) acoplado de manera deslizante a la placa (654) de base para permitir un movimiento del soporte (601) de base con respecto a la placa (654) de base para permitir un movimiento del cabezal conformador (604) acercándose y alejándose de la herramienta anular (600).

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E10186688.

Solicitante: ALLIANT TECHSYSTEMS INC..

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 7480 Flying Cloud Drive, MN05-1W Minneapolis, MN 55344-3720 ESTADOS UNIDOS DE AMERICA.

Inventor/es: MADSEN,CHRISTOPHER J, MCNABB,ERIC, SCHOWENGERDT,JOHN, HEALEY,JOHN B, ROSEVEAR,TODD, FEHLMANN,KEVIN.

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/32 (sobre un molde, una plantilla o un núcleo rotativos)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/34 (conformación o impregnación por compresión)
  • SECCION B — TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES > TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS... > CONFORMACION O UNION DE LAS MATERIAS PLASTICAS; CONFORMACION... > Conformación de materiales compuestos, es decir,... > B29C70/38 (Apilado (lay-up) automático, es decir, utilizando robots, aplicando filamentos según modelos predeterminados)

PDF original: ES-2469843_T3.pdf

 

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Fragmento de la descripción:

Formaciïn automatizada de estructura anular compuesta Antecedentes En la industria, incluidas las aplicaciones aeroespaciales, existe la necesidad de estructuras de gran fortaleza y peso ligero. Para cumplir estos requisitos, a menudo se utilizan materiales compuestos reforzados con fibra. Sin embargo, las estructuras compuestas hechas a partir de materiales compuestos reforzados con fibra que tienen ciertas formas son difïciles de fabricar con las caracterïsticas deseadas de fortaleza. Por ejemplo, las estructuras compuestas con forma anular se hacen tïpicamente estratificando capas a mano utilizando procesos intermedios de desgruesado (debulking) . Esto es un proceso costoso que emplea una cantidad significativa de tiempo para completarse a menudo con menos de los resultados deseados.

El documento US 7175795 (B2) describe que un material semiacabado textil de fibra se alimenta directamente y se reforma sobre un portador y una herramienta de reforma, en la que se fija con un pegamento. El portador tiene un contorno que coincide con la forma negativa o positiva de la geometrïa requerida final de una preforma que se va a fabricar. El artïculo semiacabado reformado fijado con el pegamento se retira del portador para proporcionar la preforma. Varias preformas con diferentes formas en secciïn transversal se unen juntas, se compactan para formar un componente denso que tiene casi el contorno terminado necesario, se impregnan con un sistema de matriz que incluye una resina adhesiva curable, y luego se curan a temperatura y/o a presiïn elevadas.

El documento US 7513769 (B2) describe un mïtodo y un aparato para formar unos miembros estructurales compuestos alargados con una geometrïa deseada en secciïn transversal tomada transversa a la longitud del miembro. Un aparato puede incluir una base con un mandril substancialmente alargado montado sobre el mismo. Uno o mïs rodillos configurados por lo menos parcialmente para acoplarse complementariamente al mandril se configuran para rodar sobre una o mïs bandas de material compuesto sobre el mandril y apretarlas.

Por las razones indicadas antes y por otras indicadas mïs adelante que se harïn evidentes para los expertos en la tïcnica tras leer y entender la presente memoria descriptiva, en la tïcnica existe la necesidad de un mïtodo y un sistema eficientes y efectivos para formar estructuras compuestas con forma anular con las caracterïsticas deseadas.

Compendio de la invenciïn Los problemas mencionados anteriormente de los sistemas actuales son abordados por unas realizaciones de la presente invenciïn y serïn comprendidos leyendo y estudiando la siguiente memoria descriptiva. El siguiente compendio se hace a modo de ejemplo y no como una limitaciïn. Solamente se proporciona para ayudar el lector a entender algunos de los aspectos de la invenciïn.

En una realizaciïn, se proporciona un aparato para formar estructuras compuestas anulares. El aparato incluye una herramienta con forma anular y un cabezal conformador. La herramienta con forma anular incluye una superficie conformadora con una geometrïa de secciïn transversal seleccionada. El cabezal conformador se configura para formar capas continuas de bandas, una banda cada vez, circunferencialmente alrededor de la superficie conformadora de la herramienta.

Breve descripciïn de los dibujos La presente invenciïn puede entenderse mïs fïcilmente, y unas ventajas y usos adicionales de la misma serïn evidentes mïs fïcilmente, cuando se consideren a la vista de la descripciïn detallada y de las figuras siguientes, en las que:

La Figura 1A es una vista isomïtrica de una herramienta con forma anular de una realizaciïn de la presente invenciïn;

La Figura 1B es una vista lateral de la herramienta de la Figura 1A;

La Figura 1C es una vista superior de la herramienta de la Figura 1C;

La Figura 1D es una vista lateral en secciïn transversal a lo largo de la lïnea AA de la Figura 1C;

Las Figuras 1E a 1I son unas vistas laterales en secciïn transversal de unas estructuras compuestas anulares formadas que ilustran unas posibles geometrïas en secciïn transversal;

Las Figuras 1J a 1L son unas vistas laterales en secciïn transversal de mïs de una estructura compuesta anular formada acopladas juntas;

La Figura 2A es una vista superior de un puente acoplado a la herramienta de una realizaciïn que no forma parte de la presente invenciïn;

La Figura 2B es una vista lateral del puente y la herramienta de la Figura 2A;

La Figura 2C es otra vista superior de un puente y una herramienta;

La Figura 3A es una ilustraciïn de un rodillo que compacta una capa de bandas en una primera direcciïn de una realizaciïn que no forma parte de la presente invenciïn;

La Figura 3B es una ilustraciïn del rodillo que compacta la capa de bandas en una segunda direcciïn La Figura 4 es un diagrama de flujo de conformaciïn de una realizaciïn que no forma parte de la presente invenciïn;

Las Figuras 5A y 5B son unas ilustraciones de unas estructuras compuestas formadas de unas realizaciones de la presente invenciïn;

La Figura 6A es una vista lateral en perspectiva de una cabezal conformador y una base de cabezal conformador de otra realizaciïn de una herramienta y una estructura conformadora de la presente invenciïn;

La Figura 6B es una ilustraciïn del cabezal conformador, un conjunto de manejo de herramienta, y un conjunto de suministro de material de una realizaciïn de la presente invenciïn;

La Figura 6C es una vista lateral en perspectiva de otra herramienta de una realizaciïn de la presente invenciïn;

La Figura 6D es una vista lateral en perspectiva de la herramienta de la Figura 6D montada en el conjunto de manejo de herramienta de la Figura 6B;

La Figura 6E es un diagrama de bloques de un sistema de control de una realizaciïn de la presente invenciïn; y

La Figura 7 es una ilustraciïn de la conformaciïn de una realizaciïn de la presente invenciïn.

Segïn una prïctica comïn, las diversas caracterïsticas descritas no se dibujan a escala sino que se dibujan para enfatizar unas caracterïsticas especïficas pertinentes a la presente invenciïn. Los caracteres de referencia denotan elementos semejantes por todas las Figuras y el texto.

Descripciïn detallada En la siguiente descripciïn detallada, se hace referencia a los dibujos acompaïantes, que forman parte de la misma, y en los que se muestran a modo de ilustraciïn unas realizaciones especïficas en las que pueden ponerse en prïctica la invenciïn. Estas realizaciones se describen con detalle suficiente como para permitir a los expertos en la tïcnica la puesta en prïctica de la invenciïn, y hay que entender que pueden utilizarse otras realizaciones y que pueden hacerse cambios lïgicos, elïctricos o mecïnicos sin salir del espïritu y el alcance de la presente invenciïn. La siguiente descripciïn detallada, por lo tanto, no debe tomarse en un sentido limitativo, y el alcance de la presente invenciïn solo estï definido por las reivindicaciones y los equivalentes de las mismas.

Unas realizaciones de la presente invenciïn proporcionan un mïtodo y un sistema para fabricar estructuras anulares cerradas hechas rïgidas a partir de compuestos reforzados de fibra. El proceso a mïquina permite la conformaciïn automatizada de material continuo o discontinuo en estructuras anulares hechas rïgidas en una secciïn transversal constante, incluidas unas bandas parciales en ubicaciones locales. Unas realizaciones permiten ademïs un proceso continuo de envoltura del material para estratificar una banda circunferencial completa con compactaciïn de rodillo y formaciïn de banda a banda. Esto permite la fabricaciïn automatizada y produce una pieza con... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un mïtodo para formar una estructura compuesta anular (500, 501, 702) , el mïtodo comprende:

hacer rotar una herramienta anular (600) ;

aplicar capas continuas de bandas (300) por lo menos una banda cada vez en una superficie conformadora de la herramienta anular (600) que tiene una geometrïa seleccionada en secciïn transversal; y

conformar la capa de bandas (300) sobre la herramienta anular de circunferencia completa (600) ,

en donde la conformaciïn se hace con un cabezal conformador (604) montado sobre una base (602) ,

el cabezal conformador (604) comprende unos miembros curvos (632a, 632b, 632c y 632b) de bastidor,

la forma del cabezal conformador (604) tiene una configuraciïn generalmente con forma de C que coincide con un contorno de la herramienta anular, el cabezal conformador (604) incluye ademïs unas placas de conexiïn (630a, 630b, 630c, 630d, 630e y 630f) acopladas a los miembros curvos (632a, 632b, 632c y 632b) de bastidor, unas escuadras (628) montadas selectivamente en las placas de conexiïn (630a, 630b, 630c, 630d, 630e y 630f) para colocar una pluralidad de cuerpos (624) de cilindro de aire en relaciïn con la herramienta, los cuerpos (624) de cilindro de aire ejercen una fuerza seleccionada sobre las capas de bandas (300) con una pluralidad de rodillos (620 y 622) , y

la base (602) comprende una placa (654) de base y un soporte de base (601) acoplado de manera deslizante a la placa (654) de base para permitir un movimiento del soporte (601) de base con respecto a la placa (654) de base para permitir un movimiento del cabezal conformador (604) acercïndose y alejïndose de la herramienta anular (600) .

2. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs: compactar la capa de bandas (300) sobre la herramienta (600) .

3. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde el cabezal conformador (604) incluye por lo menos un rodillo adaptado a una superficie de la herramienta (600) .

4. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde el cabezal conformador (604) incluye por lo menos un enjugador

(758) para suavizar por lo menos una capa de bandas.

5. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs: producir un rollo de banda que tiene una orientaciïn seleccionada.

6. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs uno entre aplicar las capas de bandas (300) a mano a la superficie conformadora de la herramienta (600) y aplicar automïticamente las capas de bandas (300) a la superficie conformadora de la herramienta (600) con el cabezal conformador (604) .

7. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs:

preparar la herramienta (600) con un revestimiento de liberaciïn para permitir la extracciïn de la estructura compuesta.

8. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs: mover el cabezal conformador (604) con respeto a la herramienta (600) al conformar las capas de bandas (300) .

9. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs: mover la herramienta (600) con respeto al cabezal conformador (604) al conformar las capas de bandas (300) .

10. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs: superponer circunferencialmente los extremos de las capas de bandas (300) .

11. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs:

enrollar continuamente mïs de una capa de bandas sobre la superficie conformadora de una herramienta anular de circunferencia completa (600) .

12. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs:

aplicar un proceso de ensacar; aplicar calor y presiïn con un autoclave para curar las capas de bandas (300) ; extraer de la herramienta (600) la estructura compuesta formada (500, 501, 702) ; y sacar del saco y recortar la estructura compuesta (500, 501, 702) despuïs del curado.

13. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, en donde las capas de bandas (300) se forman de uno entre material de fibra pre-impregnada y material de fibra seca.

14. El mïtodo de la reivindicaciïn 13, en donde el material es por lo menos uno de cinta, tela tejida, tela no tejida y tela no ondulada.

15. El mïtodo de la reivindicaciïn 1, que comprende ademïs:

ensamblar juntas por lo menos dos estructuras compuestas formadas (500, 501, 702) para formar una geometrïa de secciïn transversal deseada.

16. Un aparato para formar estructuras compuestas anulares (500, 501, 702) , el aparato comprende:

una herramienta anular (600) que tiene una superficie conformadora con una geometrïa de secciïn transversal seleccionada y

un cabezal conformador (604) montado en una base (602) configurada para formar capas continuas de bandas (300) una banda cada vez circunferencialmente alrededor de la superficie conformadora de la herramienta (600) , el cabezal conformador (604) incluye unos miembros curvados de bastidor (632a, 632b, 632c y 632b) que forman el cabezal conformador con una configuraciïn con forma generalmente de C que coincide con un contorno de la herramienta con forma anular (600) , caracterizado porque el cabezal conformador (604) incluye ademïs unas placas de conexiïn (630a, 630b, 630c, 630d, 630e y 630f) acopladas a los miembros curvos (632a, 632b, 632c y 632b) de bastidor, unas escuadras (628) montadas selectivamente en las placas de conexiïn (630a, 630b, 630c, 630d, 630e y 630f) para colocar una pluralidad de cuerpos (624) de cilindro de aire en relaciïn con la herramienta, los cuerpos (624) de cilindro de aire ejercen una fuerza seleccionada sobre las capas de bandas (300) con una pluralidad de rodillos (620 y 622) , y

la base (602) comprende ademïs una placa (654) de base y un soporte (601) de base acoplado de manera deslizante a la placa (654) de base para permitir un movimiento del soporte (601) de base con respecto a la placa (654) de base para permitir un movimiento del cabezal conformador (604) acercïndose y alejïndose de la herramienta anular (600) .

17. El aparato de la reivindicaciïn 16, en donde la herramienta (600) se configura para rotar con respecto a la herramienta conformadora (604) .

18. El aparato de la reivindicaciïn 16, en donde el cabezal conformador (604) se configura para rotar con respecto a la herramienta (600) .

19. El aparato de la reivindicaciïn 16, que comprende ademïs: un conjunto (660) de sujeciïn de herramienta configurado para sostener rotacionalmente la herramienta (600) ; y un motor (684) configurado para hacer rotar la herramienta (600) alrededor del conjunto (660) de sujeciïn de

herramienta.

20. El aparato de la reivindicaciïn 16, que comprende ademïs:

un conjunto (608) de suministro de material configurado para sostener un rollo de banda que se va a colocar sobre la herramienta (600) .

21. El aparato de la reivindicaciïn 16, que comprende ademïs:

un controlador (682) para controlar la rotaciïn de la herramienta (600) sobre el conjunto (660) de sujeciïn de herramienta.

22. El aparato de la reivindicaciïn 16, que comprende ademïs:

una base de cabezal conformador configurada para sostener y colocar el cabezal conformador (604) con respecto a la superficie conformadora de la herramienta (600) .

23. El aparato de la reivindicaciïn 16, que comprende ademïs; 9

un conjunto (660) de sujeciïn de herramienta configurado para sostener rotacionalmente la herramienta (600) con una orientaciïn vertical;

un motor (684) configurado para hacer rotar la herramienta (600) alrededor del conjunto (660) de sujeciïn de herramienta;

una base de cabezal conformador configurada para sostener y colocar el cabezal conformador (604) con respecto al conjunto (660) de sujeciïn de herramienta; y

un conjunto (608) de suministro de material configurado para sostener un rollo de banda que se va a colocar sobre la herramienta (600) .