Dispositivo separador para separar haces de filamentos de fibras, así como dispositivo de elaboración de preformas dotado del mismo.

Dispositivo (20) de separación para separar un haz (32) de filamentos de fibras en forma de una banda (14)de fibras,

con al menos un borde (80) de separación curvado convexamente, que puede moverse con por lo menosuna componente direccional perpendicularmente a la extensión longitudinal de un haz (32) de filamentos de fibra aseparar con respecto a este de modo que el haz (32) de filamentos de fibra pueda ser sometido a tensión sobre elborde (80) de separación curvado convexamente, y seguidamente vuelva a moverse alejándose con por lo menosuna componente direccional perpendicularmente al haz (32) de filamentos de fibra, para liberarlo del borde (80) deseparación, donde el por lo menos un borde (80) de separación se ha configurado en un resalto (82) radial rotativode un árbol (84) rotativo; donde por lo menos dos árboles (84, 86) rotativos se han provisto de resaltos (82) radiales;donde los árboles (84, 86) rotativos giran de manera mutuamente antagónica; donde se han previsto varias zonas deborde, de las cuales por lo menos una se ha realizado como borde (80) de separación curvado convexamente y lascuales pueden moverse en direcciones opuestas al haz (32) de filamentos de fibra; donde en los árboles (84, 86)rotativos impulsados antagónicamente se ha realizado varias aletas (94), que forman los resaltos (82, 88) radiales,las cuales se extienden sensiblemente en dirección radial y en cuyas zonas más exteriores radialmente se hanconfigurado las zonas (80, 90) de borde; caracterizado por que los árboles (84, 86) rotativos se han dispuestogirando de tal modo que, en cada caso, una aleta (94) de un árbol (84) rotativo encaje entre dos aletas del otro árbol(86) rotativo de manera que las zonas de borde configuradas en las aletas (94) puedan moverse de tal modo que elhaz de filamentos de fibra introducido bajo tensión a tracción en el dispositivo de separación pueda separarse entrelas zonas de borde con fuerza tensora variable.

Dispositivo separador para separar haces de filamentos de fibras, así como dispositivo de elaboración de preformas dotado del mismo La invención se refiere a un dispositivo separador para separar haces de filamentos de fibras para formar una banda 5 de fibras según el preámbulo de la reivindicación 1 adjunta, tal como se conoce a partir del documento FR 21 48 729

A. El dispositivo separador según la invención es apropiado, en especial, para emplear en un procedimiento y un dispositivo de elaboración de una preforma para una estructura compuesta de fibras adecuada para el flujo de fuerza. La invención se refiere, además, a un dispositivo de elaboración de un preforma dotado de semejante dispositivo separador.

En la construcción de vehículos de todo tipo, en especial, en la construcción de aparatos aeronáuticos y espaciales, pero también en otras ramas de la industria como la construcción mecánica existe cada vez más la necesidad de materiales resistentes y, sin embargo, ligeros y lo más económicos posible. En especial, los materiales compuestos de fibras ofrecen un potencial constructivo ligero sobresaliente. El principio consiste en que, en especial, las fibras de alta resistencia y rígidas pueden embutirse en una matriz adecuadamente para los esfuerzos, con lo cual se forman componentes constructivos de propiedades mecánicas sobresalientes, que con las técnicas actuales son típicamente un 25% más ligeras que el aluminio y 50% más ligeras que las estructuras de acero de eficacia productiva comparable. Un inconveniente consiste en los elevados costes de material y, en especial, en el acabado costoso la mayor parte manual.

Existe, por ello, el deseo de crear una elaboración automatizada, que posibilite la disposición mecánica de las fibras en el espacio. Hoy en día, los plásticos reforzados con fibras, en especial, con el empleo de fibras largas orientadas, por ejemplo, fibras de carbono, se caracterizan por una resistencia y una rigidez muy elevadas con un peso reducido. Disponen además de una capacidad de absorción energética elevada por peso específico y buenas propiedades contra la fatiga.

Hasta ahora se consigue esto de modo que fibras sin fin adecuadas para esfuerzos se inserten en una matriz (por

ejemplo, una resina epoxi) . Según la dirección del refuerzo pueden producirse materiales anisótropos, que poseen propiedades mecánicas direccionales. Así, por ejemplo, un material puede presentar unas propiedades diferentes en su longitud que en su anchura. En los modernos vehículos aeronáuticos o espaciales, ya existe hoy en día un elevado potencial del peso estructural en plásticos reforzados con fibras.

El principal procedimiento de acabado más importante se pasa actualmente en la llamada tecnología Prepreg

(productos preimpregnados) . En este caso, las fibras reforzantes se disponen paralelamente (unidireccionalmente) y se embuten en una matriz. Después de una etapa de curado, se forman semiproductos, que se enrollan como capa delgada en un rollo. En el mecanizado, se recortan dichas capas de acuerdo con el contorno del componente constructivo y se laminan, preferentemente a mano, capa a capa en una herramienta. Seguidamente tiene lugar el curado bajo presión y temperatura en una autoclave. Los componentes constructivos producidos presentan un elevado potencial de construcción ligera, aunque el acabado sea muy laborioso y caro. Por ello, ocupa desde hace varios decenios a los investigadores de materiales la cuestión de cómo se pueden disponer tridimensionalmente, en un proceso automatizado, las fibras adecuadas para los esfuerzos y lo más cerca posible del contorno definitivo del componente constructivo desde su contorno.

Para elaborar estructuras compuestas de fibras con fibras dispuestas según el flujo de la fuerza, se han fabricado hasta ahora, junto a Prepegs para utilizaciones escogidas, las llamadas preformas como semiproductos textiles. En este caso, se trata de productos mayormente bi o tridimensionales con orientación de las fibras reforzadas de modo a textil a los esfuerzos. Hasta ahora, se han colocado, para ello, fibras sin fin en la dirección de los esfuerzos con medios de la tecnología textil y se han prefijado con medios de la tecnología textil, por lo general, por cosido, técnicas de tricotar o similares. Ejemplos de dispositivos y procedimientos para elaborar tales preformas se 45 encuentran en los documentos DE 30 03 666 A1, DE 196 24 912 A1, DE 197 26 831 A1 así como DE 100 05 202 A1.

No obstante, los procedimientos para fabricar preformas son complicados en el empleo y en la técnica de procesos. En especial, en aquellos componentes constructivos, en los que se esperan líneas de flujo de fuerzas curvadas con espesores variables, no es posible la elaboración de un componente constructivo concebido según flujos de fuerzas 50 adecuados con los métodos conocidos hasta ahora. En especial, las fibras no se puede orientar discrecionalmente a lo largo de pistas manifiestamente curvas y el contenido de fibras no se puede variar localmente.

Para elaborar los semiproductos textiles, se tejen previamente, con los procedimientos de elaboración de preformas hasta ahora conocidos explicados más arriba, los llamados rovings para el molde de la preforma textil. Por ejemplo, se emplean rovings-12k con 12.000 filamentos individuales. Una inserción homogénea de dichos rovings en el material de la matriz es muy difícil de realizar. Además, en el sitio del roving existen también elevadas concentraciones de fibras y entremedias solo una proporción de fibras reducida, de tal modo que es difícil variar la proporción de fibras localmente de acuerdo con los requerimientos individuales en el componente constructivo.

En la tecnología textil, ya se conocen desde hace mucho, para otros campos de aplicación completamente diferentes, distintas técnicas de separación para separar haces de filamentos de fibras. Así, pues, la figura 4 muestra un croquis del fundamento de un antiguo principio de separación mecánica ya conocido a partir del documento DE 715801 A. En este caso, una mecha 14 de fibras recorre sucesivamente una barra 76 arqueada y luego una barra 78 recta. La combinación de una barra recta y una arqueada se encarga de que la fuerza de tracción, que actúa sobre las fibras, se desvíe en el separador radial básicamente conocido, representado en la figura 4. Actúa entonces también una fuerza, que ejerce presión sobre las fibras contra la barra arqueada. En el punto más alto de la desviación, actúa sobre los filamentos la mayor fuerza. Con el alejamiento creciente de este punto, la fuerza va siendo menor. Es decir, los filamento pueden evitar la carga, cuando se mueven hacia fuera sobre la barra arqueada. Al mismo tiempo, el aspecto del resultado de la separación depende, no obstante, de la fuerza de tracción sobre las fibras, del rozamiento entre fibras y barras, de la posición de las barras entre sí y de la curvatura de la barra. Con una curvatura extrema, la diferencia de las fuerzas incidentes entre el punto más alto y una posición exterior es tan grande que el rozamiento superficial de la barra ya no tiene importancia alguna. Los filamentos se mueven bruscamente hacia fuera, es decir, la mecha 14 de fibras resbalaría o se separaría. Si la curvatura es demasiado pequeña, resulta entonces la relación de separación demasiado baja. Por consiguiente, la relación de separación es muy irregular, se obtiene una distribución de fibras irregular. El resultado de la separación depende,

en especial, en gran medida de la calidad del material.

A partir del documento DE 42 21 163 A1, se revela un dispositivo de separación para separar fibras individuales a partir de haces de filamentos de fibras, donde los haces de filamentos de fibras se tienden entre parejas de cilindros y entre cuerpos moldeados insertados entre las respectivas parejas de cilindros. Los cuerpos moldeados poseen zonas de borde curvadas convexamente para llevar a cabo la separación. Los haces de filamentos de fibras marchan continuamente sobre los cuerpos moldeados. Se revela adicionalmente una forma de realización, en la que el haz de filamentos de fibras a separar marchan sucesivamente sobre varios cuerpos moldeados con zonas de borde arqueadas.

A partir del documento FR 2 148 729 A mencionado al principio, se conoce un dispositivo de separación, que se puede aplicar para elaborar paños de hilos de plástico. El conocido dispositivo de separación presenta dos árboles 30 rotativos con resaltos radiales. Los resaltos radiales tienen zonas de borde curvadas convexamente. Un primer árbol rotativo ataca desde un primer lado un haz de hilos a separar. Un segundo árbol rotativo ataca por el segundo lado opuesto el haz de hilos. Los árboles... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (20) de separación para separar un haz (32) de filamentos de fibras en forma de una banda (14) de fibras, con al menos un borde (80) de separación curvado convexamente, que puede moverse con por lo menos una componente direccional perpendicularmente a la extensión longitudinal de un haz (32) de filamentos de fibra a separar con respecto a este de modo que el haz (32) de filamentos de fibra pueda ser sometido a tensión sobre el borde (80) de separación curvado convexamente, y seguidamente vuelva a moverse alejándose con por lo menos una componente direccional perpendicularmente al haz (32) de filamentos de fibra, para liberarlo del borde (80) de separación, donde el por lo menos un borde (80) de separación se ha configurado en un resalto (82) radial rotativo de un árbol (84) rotativo; donde por lo menos dos árboles (84, 86) rotativos se han provisto de resaltos (82) radiales; donde los árboles (84, 86) rotativos giran de manera mutuamente antagónica; donde se han previsto varias zonas de borde, de las cuales por lo menos una se ha realizado como borde (80) de separación curvado convexamente y las cuales pueden moverse en direcciones opuestas al haz (32) de filamentos de fibra; donde en los árboles (84, 86) rotativos impulsados antagónicamente se ha realizado varias aletas (94) , que forman los resaltos (82, 88) radiales, las cuales se extienden sensiblemente en dirección radial y en cuyas zonas más exteriores radialmente se han configurado las zonas (80, 90) de borde; caracterizado por que los árboles (84, 86) rotativos se han dispuesto girando de tal modo que, en cada caso, una aleta (94) de un árbol (84) rotativo encaje entre dos aletas del otro árbol

(86) rotativo de manera que las zonas de borde configuradas en las aletas (94) puedan moverse de tal modo que el haz de filamentos de fibra introducido bajo tensión a tracción en el dispositivo de separación pueda separarse entre las zonas de borde con fuerza tensora variable.

2. Dispositivo de separación según la reivindicación 1, caracterizado por que los árboles (84, 86) rotativos se accionan antagónicamente por medio de un engranaje de ruedas dentadas.

3. Dispositivo de separación según una de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado por que varias zonas de borde, que sirven para separar, se han configurado como bordes (80) de separación curvados convexamente radialmente hacia fuera, donde zonas de borde a asentarse consecutivamente en el haz (32) de filamentos de fibras se han dispuesto en los árboles (84, 86) rotativos, que giran antagónicamente, de tal manera que las fibras puedan separarse respectivamente entre dos bordes (80) de separación curvados en sentidos opuestos.

4. Dispositivo de separación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se ha previsto, en la dirección de transporte del haz (32) de filamentos de fibra por detrás de un aparato (34) de separación, que presenta el por lo menos un borde (80) de separación, un aparato (36) de cardado para cardar el haz (32) de filamentos de fibra separado.

5. Dispositivo de separación según la reivindicación 4, caracterizado por que el aparato (36) de cardado presenta una cámara (96) de aspiración.

6. Dispositivo de separación según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por varios aparatos

(34) de separación pospuestos para aumentar escalonadamente la relación de separación.

7. Dispositivo (10) de elaboración de preformas para elaborar una preforma con un dispositivo (20) de separación según una de las reivindicaciones precedentes.

8. Utilización de un dispositivo de separación, según una de las reivindicaciones 1 a 6, en un procedimiento para elaborar estructuras compuestas de fibras según el flujo de fuerzas para suministrar un tramo de fibras aplanado separado con objeto de elaborar una preforma.