DISPOSITIVO Y METODO DE FABRICACION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPUESTOS CURVOS.

Un dispositivo (302) para colocar una capa de material compuesto sobre una horma curva (200),

cuya horma (200) tiene una superficie (202) de banda y una superficie (204) de cubierta, comprendiendo el dispositivo:

un rodillo de compactación para compactar un material compuesto sobre la superficie (202) de banda y generar una capa (310) de banda;

caracterizado porque el dispositivo comprende además un conjunto de rodillos (308) de guiado para comprimirse contra la superficie (204) de cubierta, en donde el rodillo de compactación es dirigido a lo largo de la horma (200) por los rodillos de guiado (308)

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/US2006/027067.

Solicitante: THE BOEING COMPANY.

Nacionalidad solicitante: Estados Unidos de América.

Dirección: 100 NORTH RIVERSIDE PLAZA,CHICAGO, IL 60606-2016.

Inventor/es: MODIN, ANDREW, E., JONES,DARRELL,D, BROWN,TODD,A.

Fecha de Publicación: .

Fecha Concesión Europea: 27 de Enero de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • B29C70/38 TECNICAS INDUSTRIALES DIVERSAS; TRANSPORTES.B29 TRABAJO DE LAS MATERIAS PLASTICAS; TRABAJO DE SUSTANCIAS EN ESTADO PLASTICO EN GENERAL.B29C CONFORMACIÓN O UNIÓN DE MATERIAS PLÁSTICAS; CONFORMACIÓN DE MATERIALES EN ESTADO PLÁSTICO, NO PREVISTA EN OTRO LUGAR; POSTRATAMIENTO DE PRODUCTOS CONFORMADOS, p. ej. REPARACIÓN (fabricación de preformas B29B 11/00; fabricación de productos estratificados combinando capas previamente no unidas para convertirse en un producto cuyas capas permanecerán unidas B32B 37/00 - B32B 41/00). › B29C 70/00 Conformación de materiales compuestos, es decir, materiales plásticos con refuerzos, cargas o partes preformadas, p. ej. inserciones. › Apilado (lay-up) automático, es decir, utilizando robots, aplicando filamentos según modelos predeterminados.
  • B29D31/00B

Clasificación PCT:

  • B29C70/34 B29C 70/00 […] › conformación o impregnación por compresión.
  • B29L31/30 B29 […] › B29L SISTEMA DE INDEXACION ASOCIADO A LA SUBCLASE B29C, RELATIVO A OBJETOS PARTICULARES.B29L 31/00 Otros objetos particulares. › Vehículos, p. ej. barcos o aviones o partes constitutivas de los mismos.
DISPOSITIVO Y METODO DE FABRICACION DE ELEMENTOS ESTRUCTURALES COMPUESTOS CURVOS.

Fragmento de la descripción:

Dispositivo y método de fabricación de elementos estructurales compuestos curvos.

Campo del invento

El presente invento se refiere en general a estructuras compuestas. Más particularmente, el presente invento se refiere a un dispositivo y un método de fabricación de elementos estructurales contorneados a partir de materiales compuestos.

Antecedentes del invento

Los materiales compuestos se han venido utilizando crecientemente en una variedad de industrias, incluyendo las industrias del automóvil, la industria naval y la industria aeroespacial. Los materiales compuestos se han usado para producir estructuras no portantes de carga, tales como paneles para cascos de barco o para chasis de automóvil.. Estos materiales se han aplicado también en la fabricación de estructuras portantes de carga, tales como las vasijas de presión y los fuselajes de avión.

Los materiales compuestos tienen aplicación especialmente en el diseño de miembros estructurales portantes de carga. Los materiales compuestos utilizados en estos diseños incluyen materiales fibrosos de gran resistencia mecánica, tales como carbono, aramida, vidrio o cuarzo, unidos conjuntamente con un material de resina, tal como una resina epoxídica. Dichos materiales tienen la ventaja de una elevada relación entre resistencia a la tracción y peso, lo que permite el diseño de estructuras livianas que tengan una resistencia mecánica sustancial en tensión. Como la carga en estos materiales es soportada principalmente por las fibras, se han desarrollado una variedad de materiales compuestos con fibras unidireccionales, es decir, las fibras están alineadas sustancialmente en una dirección uniforme. Así, estos materiales se usan frecuentemente en diseños que sitúan las fibras a lo largo de la dirección de la carga de tracción en un miembro estructural.

Sin embargo, los diseños con materiales compuestos pueden tener el inconveniente de que las fibras unidireccionales no sigan el contorno del miembro estructural. Por ejemplo, en un elemento estructural que incluya una superficie que está curvada dentro de un plano, los materiales compuestos se pueden recortar a la forma del arco plano, pero las fibras no siguen la curva del arco. En este tipo de diseño, la orientación de las fibras unidireccionales no está situada en la dirección de cargar en el miembro estructural. Además, las fibras unidireccionales se cortan a lo largo del borde recortado de la curva.

De acuerdo con lo anteriormente expuesto, es conveniente proveer un método de fabricación de elementos estructurales curvos de materiales compuestos con fibras portantes de carga alineadas a lo largo de la curvatura del elemento estructural.

En el documento WO 2005/011961 se proporciona la técnica de los antecedentes. que describe un método y un aparato para conformar miembros estructurales alargados de materiales compuestos. El aparato incluye una base con un mandril sustancialmente alargado sobre la misma. Uno o más rodillos configurados para, al menos en parte, acoplarse complementariamente al mandril, están configurados para rodar sobre - y prensar - una o más capas de material compuesto sobre el mandril

Sumario del invento

Las necesidades anteriormente indicadas se satisfacen, en gran parte, mediante el presente invento, que es un dispositivo según se define en la Reivindicación 1 de las reivindicaciones que se adjuntan como apéndice, y un método como se define en la Reivindicación 11. En un aspecto, se provee un método que en algunas realizaciones permite la fabricación semi-automatizada de elementos estructurales curvos de materiales compuestos con fibras portantes de carga alineadas a lo largo de la curvatura del elemento estructural usando una combinación de procesos de colocación y de tendido manual o automático de las fibras.

Una realización del presente invento se refiere a un dispositivo para colocar una capa de materiales compuestos sobre una horma curva aproximadamente a 0º con respecto a un eje longitudinal de la horma. La horma incluye una superficie de banda y una superficie de cubierta. El dispositivo incluye un rodillo de compactación de banda y un conjunto de guías. El rodillo de compactación de banda compacta un material compuesto sobre la superficie de banda y genera una capa de banda. El conjunto de rodillos de guiado se aprieta contra la superficie de cubierta. El rodillo de compactación se dirige a lo largo de la horma mediante los rodillos de guiado.

Otra realización del presente invento pertenece a un aparato para fabricar una capa curva de material compuesto. El aparato incluye medios para guiar, medios para colocar, y medios para compactar. Los medios para guiar dirigen un dispositivo de colocación de estopa a lo largo de una superficie de cubierta de una horma. Los medios para colocar colocan una pluralidad de tiras contiguamente colindantes de un material compuesto en la forma de un arco plano para formar una capa de banda sobre una superficie de banda de la horma. El material compuesto incluye una pluralidad de fibras que comprende una orientación general de fibra, y la orientación de fibras de cada una de las tiras está alineada sustancialmente a lo largo de la totalidad de la longitud del arco plano. Los medios para compactar compactan la capa de banda.

Todavía otra realización del presente invento se refiere a un método de fabricación de una capa curva de material compuesto. En este método, un dispositivo de colocación de estopa se guía a lo largo de una horma con un conjunto de rodillos que aprietan contra una superficie de cubierta de la horma. Adicionalmente, una pluralidad de tiras contiguamente colindantes de un material compuesto se colocan en la forma de un arco plano para formar una capa de banda sobre una superficie de banda de la horma. El material compuesto incluye una pluralidad de fibras que comprenden una orientación general de fibras y la orientación de fibras está alineada sustancialmente a lo largo de toda la longitud del arco plano. Además, la capa de banda se compacta.

De este modo se han expuesto, más bien en un sentido amplio, ciertas realizaciones del invento con el fin de que la descripción detallada de las mismas se pueda comprender mejor, y para que se pueda apreciar mejor la contribución de la técnica. Por supuesto, existen realizaciones adicionales del invento que se describen más adelante y que constituirán el asunto de las reivindicaciones que se adjuntan como apéndice a la presente memoria descriptiva.

En este sentido, antes de explicar con detalle al menos una realización del invento, se entenderá que el invento no se limita en su aplicación a los detalles de construcción y a las disposiciones de los componentes expuestas en la descripción siguiente o ilustrada en los dibujos. El invento está capacitado para realizaciones adicionales a las descritas y para llevarse a la práctica y ejecutarse de diversas maneras. Asimismo, se entenderá se entenderá que la fraseología y la terminología empleadas en la presente memoria, así como en el resumen, son a título descriptivo y sin carácter limitativo.

Por tanto, los expertos en la técnica apreciarán que la concepción sobre la que está basada esta descripción se podría utilizar fácilmente como una base para el diseño de otras estructuras, métodos y sistemas para llevar a cabo los diversos fines del presente invento. Por tanto, es importante que las reivindicaciones se consideren como incluyentes de dichas construcciones equivalentes en tanto que no se aparten del alcance de las reivindicaciones.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1A es una vista en perspectiva que ilustra un elemento estructural curvo con una sección transversal en "C".

La Figura 1B es una vista en perspectiva de un elemento estructural curvo con una sección transversal en "L".

La Figura 2 es una vista en perspectiva que ilustra una herramienta de fabricación, o mandril, de acuerdo con una realización del invento.

La Figura 3 es una vista en perspectiva que ilustra un proceso de fabricación y tendido de una capa de banda a 0º de un material compuesto de acuerdo con una realización del invento.

La Figura 4 es una vista en perspectiva que ilustra el tendido de una capa de cubierta a 0º de un material compuesto de acuerdo con el invento.

La Figura 5 es una vista en perspectiva del tendido de una capa diagonal a 45º de un material compuesto sobre una herramienta de fabricación.

La Figura 6 es una vista en perspectiva que ilustra el tendido de una capa transversal a 90º...

 


Reivindicaciones:

1. Un dispositivo (302) para colocar una capa de material compuesto sobre una horma curva (200), cuya horma (200) tiene una superficie (202) de banda y una superficie (204) de cubierta, comprendiendo el dispositivo:

un rodillo de compactación para compactar un material compuesto sobre la superficie (202) de banda y generar una capa (310) de banda;

caracterizado porque el dispositivo comprende además un conjunto de rodillos (308) de guiado para comprimirse contra la superficie (204) de cubierta, en donde el rodillo de compactación es dirigido a lo largo de la horma (200) por los rodillos de guiado (308).

2. Un dispositivo según la Reivindicación 1, que comprende además:

un segundo conjunto de rodillos (308) para comprimirse contra una segunda superficie (206) de cubierta de la horma (200);

un carretel (312) configurado para dispensar el material compuesto; y

un dispositivo tensor para generar una tensión suficiente de arrastre sobre el material compuesto.

3. Un dispositivo según la Reivindicación 1, que comprende además:

una pieza de morro para guiar el material compuesto hacia el rodillo de compactación; y

un elemento de calentamiento instalado en la pieza de morro para impartir suficiente calor sobre el material compuesto para mejorar las características del material compuesto.

4. Un dispositivo según la Reivindicación 1, que comprende además:

un rodillo de compactación de cubierta para colocar una capa (402) de cubierta sobre la superficie (204) de cubierta.

5. Un dispositivo según la Reivindicación 4, que comprende además:

un rodillo de compactación a 45º para impartir fuerza de compactación en una interfaz de la capa (310) de banda y la capa (402) de cubierta; y

un dispositivo de colocación de estopa a 45º para colocar una capa de radios, en el que el rodillo de compactación a 45º está configurado para compactar la capa de radios.

6. Un dispositivo según la Reivindicación 4, que comprende además:

un segundo rodillo de compactación de cubierta para colocar una segunda capa (404) de cubierta sobre una segunda superficie (206) de cubierta de la horma (200).

7. Un dispositivo según la Reivindicación 4, en el que la capa (310) de banda se coloca aproximadamente a 45º con respecto a un eje longitudinal de la horma (200).

8. Un dispositivo según la Reivindicación 1, que comprende además:

medios para colocar una pluralidad de tiras contiguamente colindantes del material compuesto en la forma de un arco plano para formar la capa (310) de banda sobre la superficie (202) de banda de la horma (200), en el que el material compuesto incluye una pluralidad de fibras que comprenden una orientación general de fibras, y la orientación de las fibras de cada una de las tiras está sustancialmente alineada a lo largo de la totalidad de la longitud del arco plano.

9. Un dispositivo según la Reivindicación 8, que comprende además:

medios para dispensar la pluralidad de tiras, en los que cada tira incluye una rebanada cortada de una cinta unidireccional de material compuesto impregnada con una resina; y

medios para endurecer la capa de banda.

10. Un dispositivo según la Reivindicación 8, que comprende además:

medios para colocar una capa (402) de cubierta sobre una superficie (204) de cubierta, cuya capa (402) de cubierta incluye una cinta de material compuesto que comprende una pluralidad de fibras de cinta que incluyen una orientación general de las fibras de cinta, en donde la orientación de las fibras de la cinta está alineada sustancialmente con una línea central longitudinal de la superficie de cubierta, y se forma un empalme en la interfaz de la capa (402) de cubierta y la capa (310) de banda;

medios para compactar la capa (402) de cubierta;

medios para compactar la interfaz de la capa (402) de cubierta y la capa (310) de banda; y

medios para colocar una capa de radios, en donde los medios que compactan la interfaz están configurados para compactar la capa de radios.

11. Un método de fabricación de una capa curva de material compuesto, que comprende las etapas de:

guiar a un dispositivo (302) de colocación de estopa a lo largo de una horma curva (200), cuya horma (200) tiene una superficie (202) de banda y una superficie (204) de cubierta, comprendiendo el dispositivo un rodillo de compactación de banda;

colocar un material compuesto en la forma de un arco plano para formar una capa (310) de banda sobre la superficie (202) de banda, en donde el material compuesto incluye una pluralidad de fibras que comprenden una orientación general de fibras, y la orientación de las fibras está alineada sustancialmente a lo largo de la totalidad de la longitud del arco plano; y

compactar la capa (310) de banda;

caracterizado porque:

el dispositivo (302) de colocación de estopa comprende además un conjunto de rodillos de guiado (308), y la etapa de guiar comprende además que los rodillos de guiado (308) se aprietan contra la superficie (204) de cubierta y dirigen al rodillo de compactación a lo largo de la horma (200);

y en el que, en la etapa de colocar, el citado material compuesto se coloca como una pluralidad de tiras contiguamente colindantes en la forma de un arco plano para formar la capa (310) de banda.

12. Un método según la Reivindicación 11, que comprende además la etapa de dispensar la pluralidad de tiras, en donde cada tira incluye una rebanada cortada de una cinta unidireccional de material compuesto impregnada con una resina.:

13. Un método según la Reivindicación 11, que comprende además la etapa de:

endurecer la capa (310) de banda.

14. Un método según la Reivindicación 11, que comprende además la etapa de:

colocar una capa (402) de cubierta sobre la superficie (204) de cubierta, cuya capa (402) de cubierta incluye una cinta de material compuesto que comprende una pluralidad de fibras de cinta que incluyen una orientación general de fibras de cinta, en donde la orientación de las fibras de la cinta está alineada sustancialmente con una línea central longitudinal de la superficie de cierta, y se forma un empalme en la interfaz de la capa (402) de cubierta y la capa (310) de banda.

15. Un método según la Reivindicación 11, que comprende además las etapas de:

compactar la capa (402) de cubierta;

compactar la interfaz de la capa (402) de cubierta y la capa (310) de banda; y

colocar una capa de radios en la interfaz de la capa (402) de cubierta y la capa (310) de banda.


 

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