Dispositivo y procedimiento para elaborar mallas de fibras.

Procedimiento para construir una preforma tridimensional destinada a un elemento constructivo de un materialcombinado de fibras con las siguientes etapas:

a) preparar (S1) un soporte (40) de la pieza atrabajar según la forma tridimensional de la preforma (31);

b) tender (S3) un haz (30) de fibras tendiendo al mismo tiempo una multiplicidad de fibras (33) secassobre el soporte de la pieza atrabajar, fijándose (S3a) entremedias las fibras opcionalmente porsecciones;

c) fijar (S4) las fibras (33) en el borde del soporte (40) de la pieza atrabajar;

d) repetir las etapas b) y c) según un modelo de tendido del haz de fibras predefinido para configurar lapreforma (31) tridimensional, recortándose (S4a) las fibras del haz de fibras por detrás de la fijaciónmarginal y siguiendo a continuación la siguiente realización de la etapa b); y

e) al acabar la configuración de la preforma según el modelo de tendido del haz de fibras predefinido en laetapa d), se transfiere (S14) la preforma (31) tridimensional desde el soporte (40) de la pieza a trabajara la siguiente etapa de elaboración.

Dispositivo y procedimiento para elaborar mallas de fibras.

La presente invención se refiere a un dispositivo y un procedimiento para elaborar mallas de fibras y preformas de elementos constructivos de fibras así como componentes de los mismos.

Materiales combinados de fibras se emplean frecuentemente en construcciones ligeras debido a sus propiedades materiales. Para la elaboración de elementos constructivos de materiales combinados de fibras existen una multiplicidad de diferentes procedimientos de elaboración, que se diferencian, sobre todo, en los productos semiacabados manufacturados (modelos de materias primas prefabricados) . En el campo de los materiales combinados de fibras, se diferencia, en general, entre productos semiacabados previamente impregnados de resina, también llamados “prepreg”, derivado de “preimpregnado”, y productos semiacabados secos. El material de partida para ambos tipos de productos semiacabados para materiales combinados de fibras se llaman también “rovings”. Un “roving” es un hilo, que se compone de una multiplicidad de filamentos del material de la fibra, que se podría denominar como las propias fibras. Para materiales combinados de fibras, se utilizan preferiblemente fibras de carbono, también llamadas fibras de carbón, fibras de vidrio, fibras de aramida, etc. Dicho “roving” puede estar compuesto de algunos filamentos, por ejemplo, de 8 o 10, hasta de, por ejemplo, 50.000 filamentos o más. En esta solicitud, el concepto de fibra designa un “roving”, excepto cuando se hace expresamente referencia a filamentos individuales.

Los llamados “prepregs” pueden elaborarse de diferentes tipos y maneras. Por ejemplo, pueden impregnarse productos semiacabados de fibras secos con una resina durómera, que a temperatura ambiente presentan una consistencia pegajosa, muy viscosa. También existen productos semiacabados de fibras, que están impregnados de una matriz de resina de un plástico termoplástico. Ambas formas se designan en esta solicitud como “prepregs”.

Estos productos semiacabados pueden presentarse como fibras unidireccionales, la mayoría paralelas, también llamadas “ prepregs UD”, o también llamados “prepreg tejido”.

También hay diversas formas de los productos semiacabados secos en el estado actual de la técnica. Un tipo importante de productos semiacabados secos es, junto a los tejidos, el de las mallas, que constan, por lo general, como mallas multiaxiales (MAG) de varias capas superpuestas de fibras con diferentes orientaciones, que se mantienen unidas, por ejemplo, por cosido o mediante un adhesivo llamado aglutinante. Se pueden fabricar mallas multiaxiales unidireccionales (UD) , biaxiales, por ejemplo, de dos capas, triaxiales, por ejemplo, de tres capas, con cuatro ejes, por ejemplo, de cuatro capas y así sucesivamente, es decir, con el correspondiente número de diversas capas orientadas de forma diferente. Otros productos semiacabados secos son géneros de punto, trenzados, géneros de trama, textiles de banda estrecha y “rovings”. Los “rovings” representan el material de partida para todos los productos semiacabados. El material combinado de fibras para un elemento constructivo compuesto de fibras presenta siempre los dos componentes fibra reforzante y matriz (resina) . Los dos componentes fibra reforzante y matriz (resina) deben reunirse conjuntamente en los procesos de fabricación.

En el caso de los “prepregs”, es decir, de los productos semiacabados con revestimientos durómeros y termoplásticos, impregnaciones, etc., las fibras reforzantes y la matriz quedan en forma ya mezclada. En el caso de los “prepregs”, la matriz se endurece, tras las etapas de elaboración conformantes que dan lugar a la deseada geometría del elemento constructivo, en un autoclave bajo temperatura y/o presión.

En el caso de las llamadas preformas (“preforming”) , se elabora una preforma (“preform”) utilizando productos semiacabados secos con la geometría deseada del elemento constructivo. La impregnación con, por ejemplo, la resina durómera se lleva a cabo después, mediante un proceso de inyección o un procedimiento de infusión. Al mismo tiempo, se comprime la resina bajo sobrepresión en el producto semiacabado seco con la geometría del elemento constructivo o se infiltra utilizando depresión en el producto semiacabado, que se encuentra en la geometría del elemento constructivo.

Se pueden diferenciar, pues, en el estado actual de la técnica, tres procedimientos de elaboración habituales para elementos constructivos tridimensionales de materiales combinados de fibras. En primer lugar, el preformado (“preforming”) , en el cual se construye una preforma del elemento constructivo (“preform”) por capas a base de recortes tejido y/o de mallas multiaxiales y, seguidamente, se impregna de resina en un molde y se endurece. En segundo lugar, la elaboración del elemento constructivo a base de recortes de “prepreg”, que se disponen por capas en un molde, y posteriormente se endurecen. En tercer lugar, el procedimiento de tendido de fibras, en el que se tienden una o varias fibras, por ejemplo, de forma automática sobre un molde. Además, se pueden utilizar fibras “prepreg”, tal como se muestra en el documento US 5.645.677 (corresponde al EP 626 252 A) . En el procedimiento de tendido de fibras, también se conoce utilizar “rovings” secos. Una fijación continua de las fibras sobre el molde tiene lugar además bien sea con ayuda de aglutinantes o bien se impregnan las fibras directamente de resina antes del tendido en el cabezal de tendido, tal como se ha revelado en el documento US 2009/0229760 A1.

A partir del documento WO 2009/124724 A1, se conoce un procedimiento para elaborar un elemento constructivo FVW/FVK de “rovings” con un útil de moldeo y un útil de moldeo para llevar a cabo el procedimiento, en el que se implanta un “roving” en la superficie del molde de un útil de moldeo tendiendo el “roving” mediante un dispositivo de aplicación bajo tracción entre dispositivos de reenvío con orientaciones prefijadas. A partir del documento DE 30 03 666 A1, se conocen una malla para elaborar un refuerzo en elementos constructivos, consistentes básicamente en superficies, y un dispositivo para elaborarla, en el que se deposita un “roving” en una superficie, configurada básicamente en forma de placa, y se reenvía mediante un elemento de reenvío de hilos configurado como espiga, perno o similar. A partir del documento EP 1 584 462 A2, se conoce un procedimiento de elaboración de una preforma para una pieza estructural de un avión hecha de material combinado, en el que se tiende un “roving” en un plano bidimensional y se fija entre el punto de partida y el punto final mediante cosido, y se obtiene la forma tridimensional de un elemento constructivo por medio de una etapa de conformación intercalada posteriormente. A partir del documento DE 10 2008 019 147 A1, se conoce un dispositivo según el preámbulo de la reivindicación 8 y un procedimiento para elaborar preformas de fibras para elementos constructivos de material combinado, en el que se tienden “rovings” de fibras secos sobre un contorno geométrico, donde los “rovings” de fibras se proveen de un aglutinante como un aglutinante termoplástico, en una etapa del procedimiento anterior al tendido, y se combinan con la superficie del contorno o bien con “rovings” de fibras ya tendidos, activando el aglutinante. Seguidamente, se separan los “rovings” de fibras mediante una unidad separadora. El documento DE 100 05 202 A1 revela la elaboración de productos semiacabados estructurales de refuerzo para materiales combinados de fibras, en los que se troquelan o se cortan las preformas.

Todos estos procedimientos no son satisfactorios desde el punto de vista de la elaboración de elementos constructivos de materiales combinados de fibras. Hay diferentes inconvenientes como, por ejemplo, gran proporción de recortes de productos semiacabados originales y/o elevada proporción de trabajo manual y/o bajas velocidades de producción al automatizar y/o problemas con la impregnación de la matriz.

El documento EP 2 159 310 A1 revela en la figura 5 el tendido de un único “roving” sobre un soporte en un modelo, en el que el “roving” es reenviado alrededor de espigas, que se han dispuesto en el borde del soporte.

El documento DE 41 15 831 A1 revela la elaboración continua de un producto plano de fibras reforzantes en una manguera de láminas.

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1. Procedimiento para construir una preforma tridimensional destinada a un elemento constructivo de un material combinado de fibras con las siguientes etapas:

a) preparar (S1) un soporte (40) de la pieza atrabajar según la forma tridimensional de la preforma (31) ;

b) tender (S3) un haz (30) de fibras tendiendo al mismo tiempo una multiplicidad de fibras (33) secas sobre el soporte de la pieza atrabajar, fijándose (S3a) entremedias las fibras opcionalmente por secciones;

c) fijar (S4) las fibras (33) en el borde del soporte (40) de la pieza atrabajar;

d) repetir las etapas b) y c) según un modelo de tendido del haz de fibras predefinido para configurar la preforma (31) tridimensional, recortándose (S4a) las fibras del haz de fibras por detrás de la fijación marginal y siguiendo a continuación la siguiente realización de la etapa b) ; y

e) al acabar la configuración de la preforma según el modelo de tendido del haz de fibras predefinido en la etapa d) , se transfiere (S14) la preforma (31) tridimensional desde el soporte (40) de la pieza a trabajar a la siguiente etapa de elaboración.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que durante la formación de la preforma correspondiente al modelo de tendido del haz predefinido durante la etapa d) , tiene lugar una aplicación de una o varias intercalaciones locales en la preforma o entre las capas de la preforma con objeto de formar un refuerzo local.

3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, en el que durante la etapa e) se separan (S8) las secciones fijadas en la fijación marginal antes de la transferencia (S14) de la preforma (31) .

4. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la fijación intermedio opcional por secciones durante la etapa b) se lleva a cabo mediante la aplicación por secciones de resina o adhesivo (KS) sobre el soporte (40) de la pieza atrabajar y/o sobre las fibras (33) y/o por congelación y/o por sujeción mecánica y/o por aspiración y/o por atracción magnética y/o por atracción electrostática de las fibras en el soporte de la pieza a trabajar.

5. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la fijación marginal durante la etapa c) se lleva a cabo por adherencia y/o apriete y/o congelación y/o sujeción mecánica y/o aspiración y/o atracción magnética y/o atracción electrostática de las fibras en el soporte de la pieza a trabajar.

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la etapa de elaboración siguiente a la etapa e) es la colocación de la preforma en un molde de tratamiento para la inyección de resina y/o para endurecimiento o para un almacenamiento intermedio o para una transferencia a otra etapa de tratamiento.

7. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la preforma tridimensional se envuelve y/o se fija en forma para la transferencia y eventual almacenamiento entre capas (70, 71) de fijación.

8. Dispositivo para la construcción de una preforma (31) tridimensional para un elemento constructivo de un material compuesto de fibras con:

un soporte (40) de la pieza a trabajar con un molde que se adapta a la forma tridimensional de la preforma (31) ,

un cabezal (20) de tendido para tender simultáneamente un haz (30) de fibras con una pluralidad de fibras (33) secas sobre el soporte (40) de la pieza a trabajar, caracterizado por un dispositivo opcional de fijación intermedia para la fijación intermedia opcional por secciones las fibras sobre el soporte (40) de la pieza a trabajar,

un dispositivo de fijación marginal para fijar las fibras (33) al borde (42) del soporte (40) de la pieza a trabajar,

un dispositivo (21) de recorte de fibras para recortar las fibras, y

un dispositivo de transferencia para transferir la preforma (31) tridimensional desde el soporte (40) de la pieza a trabajar a una etapa de elaboración siguiente.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, en el que el soporte (40) de la pieza a trabajar, que presenta una zona (41) de molde de la pieza atrabajar con un molde correspondiente a la configuración tridimensional de la preforma (31) y una zona (42) de fijación marginal para fijar las fibras (33) de un haz (30) de fibras tendido mediante adherencia y/o apriete y/o congelación y/o sujeción mecánica y/o aspiración y/o atracción magnética y/o atracción electrostática de las fibras a la zona (42) de fijación marginal.

10. Dispositivo según la reivindicación 9, que presenta una o varias zonas (43) de fijación intermedia para fijar las fibras (33) de un haz (30) de fibras tendido.

11. Dispositivo según la reivindicación 9 o 10, que presenta una zona (45; 46, 47) de drapeado para conformar una preforma (31) terminada de tender,

12. Dispositivo para construir una preforma (31) tridimensional destinada a un elemento constructivo de un material compuesto de fibras según la reivindicación 8, en el que el soporte (40) de la pieza a trabajar es un soporte de pieza a trabajar según una de las reivindicaciones 9 a 11, y el cabezal (20) de tendido está conectado con la salida de un dispositivo (52) conductor de fibras para conducir la pluralidad de fibras (33) del haz (30) de fibras a transportar por un dispositivo transportador de fibras a una salida del dispositivo conductor de fibras, a partir del cual se extraen las fibras (33) a transportar en una dirección (V) de avance del transporte hacia el dispositivo transportador de fibras, con una entrada, en la cual se introducen las fibras (33) a transportar en la dirección (V) de avance de las fibras, y

una cadena (52) conductora de fibras móvil, que conecta la entrada de forma móvil con la salida y en la que las fibras (33) a transportar son conducidas en la dirección (V) de avance de las fibras por medio de árboles (52w) apoyados rotativamente o por medio de cilindros (52r) apoyados rotativamente de modo mutuamente independiente de tal manera que la distancia entre árboles (52w) /cilindros (52r) adyacentes permanezca constante en caso de flexión de la cadena conductora de fibras, y el haz (30) de fibras sea suministrado por medio de dicho dispositivo conductor de fibras.

13. Dispositivo según la reivindicación 12, en el que la cadena (52) conductora de fibras presenta una multiplicidad de segmentos (52s) de cadena, que están mutuamente unidos en la cadena conductora de fibras de tal modo que segmentos adyacentes puedan girar uno respecto del otro alrededor de un eje (A) , y los árboles (52w) apoyados rotativamente o los cilindros (52r) apoyados rotativamente se han dispuesto respectivamente en la dirección axial de los ejes (A) alrededor y rotativamente alrededor de los mismos.

14. Dispositivo según la reivindicación 12 o 13, en el que el cabezal de tendido presenta un dispositivo de recorte de fibras con un contrasoporte (220) , un empujador (210) y una cuchilla (230) con un gran ángulo de hoja de corte, que puede moverse alternativamente en una dirección de corte, en el que el contrasoporte y el empujador se han dispuesto y pueden moverse de tal modo que, en una posición de paso, forman un conducto de fibras entre ellos, que discurre perpendicularmente a la dirección de corte, y, en una posición de apriete, inmovilizan una fibra en el conducto de fibras por ambos lados de la trayectoria de desplazamiento de la cuchilla.