Procedimiento y máquina para la aplicación de una banda de fibras sobre superficies convexas y/o con aristas.

Procedimiento de aplicación de una banda (8) formada de varias fibras (7),

sobre

- una superficie de aplicación (90) que comprende una primera superficie (91) sensiblemente plana y una segunda superficie (92) sensiblemente plana unida por una arista o por una superficie redondeada (93),

- o sobre una superficie de aplicación convexa,

siendo realizada la aplicación de la banda por medio de una cabeza de aplicación (1) de fibras que comprende un sistema de compactación que comprende un rodillo de compactación (2, 102, 202), comprendiendo el dicho procedimiento la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la superficie de aplicación y el desplazamiento de la cabeza de compactación para aplicar una banda de fibras sobre la superficie de aplicación, estando el dicho procedimiento caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- poner en contacto, contra la banda de fibras aplicadas sobre la superficie de aplicación, un órgano de compactación (3, 103, 203) del sistema de compactación dispuesto hacia abajo del rodillo de compactación (2, 102, 202) con respecto a la dirección de avance (F1, F2) de la cabeza, estando el dicho órgano de compactación en contacto sensiblemente contra el conjunto de las fibras de la banda según al menos una línea de contacto,

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la arista, alrededor de la superficie redondeada (93) o alrededor de la superficie convexa, de manera que el dicho órgano de compactación quede en contacto con la banda para compactarla, según al menos una línea de contacto, sensiblemente sin deslizamiento entre el dicho órgano de compactación y la superficie de aplicación.

Procedimiento y máquina para la aplicación de una banda de fibras sobre superficies convexas y/o con aristas

La presente invención se relaciona con un procedimiento y una máquina de aplicación de fibras para la realización de piezas en materiales compuestos, más particularmente un procedimiento y una máquina para la aplicación de una banda de fibras en superficies convexas y/o con aristas.

Se conocen de máquinas de aplicación de fibras, llamadas corrientemente máquinas de colocación de fibras, para la aplicación sobre un molde macho o hembra de una banda larga formada de varias fibras planas, de tipo lisos, impregnadas de resinas, particularmente de fibras de carbono impregnadas de una resina termoendurecible o termoplástica. Estas máquinas, tales como las descritas en el documento de la Patente WO 26/92514 comprenden clásicamente una cabeza de aplicación de fibras, apta para aplicar en una superficie de aplicación de un molde una banda formada de varias fibras planas, y un sistema de desplazamiento de la dicha cabeza de aplicación de fibras.

La cabeza de aplicación de fibras, llamada igualmente cabeza de colocación de fibras, comprende clásicamente un rodillo de compactación destinado para estar en contacto contra el molde según una línea de contacto para aplicar la banda de fibras, y medios de guía de fibras bajo la forma de una banda sobre el dicho rodillo de compactación.

El sistema de desplazamiento asegura el desplazamiento de la cabeza de aplicación según al menos tres direcciones perpendiculares las unas a las otras. El sistema de desplazamiento puede estar formado por un brazo poliarticulado de tipo robot estándar de seis ejes, dispuesto solo o montado sobre un eje lineal, con un puño de extremo al cual se fija la cabeza de aplicación, o por un robot cartesiano de tipo pórtico equipado de un puño de extremo que porta la cabeza de aplicación.

Durante la aplicación o deposición de las fibras por el rodillo de compactación, este último mantiene una presión continua en la superficie de aplicación del molde para evacuar progresivamente el aire aprisionado entre las bandas de las fibras depositadas. Después de la aplicación de varias capas de bandas superpuestas, la pieza resultante se endurece bajo vacío por paso a través de un horno, generalmente autoclave.

Esta operación de compactación durante la deposición permite obtener una pieza antes de la operación de endurecimiento cuyas dimensiones corresponden sensiblemente a las de la pieza final obtenidas después del endurecimiento.

En el caso de la aplicación de banda formada de un número importante de fibras, por ejemplo de ocho fibras, estas máquinas de aplicación y el software de programación de colocación de las fibras propuestas hasta la fecha no permiten depositar una banda de fibras en las aristas o en las superficies convexas de bajo radio de curvatura, por ejemplo inferior a 1 mm, compactando todas las fibras de la banda, y en orientaciones de 45° o 135° aproximadamente con respecto a la arista o la generación de la superficie convexa.

En la ausencia de compactación, la evacuación de las burbujas de aire se realiza únicamente durante el endurecimiento bajo vacío, la pieza final presenta entonces pliegues de exceso de material a nivel de las dichas aristas o superficies convexas.

Hasta la fecha, estas diferentes piezas con aristas y/o superficies convexas se obtienen por realización de piezas planas por medio de una máquina de aplicación de tipo precitado, luego por una operación de pliegue y/o de combadura de piezas planas antes del endurecimiento. Además el hecho de necesitar una operación suplementaria compleja, esta operación de pliegue o combadura conduce igualmente a la formación de pliegues a nivel de las capas interiores, que afecta las propiedades de resistencia de la pieza final.

Por este hecho, las máquinas de aplicación propuestas hasta la fecha no son utilizadas para piezas esenciales, particularmente en el sector aeronáutico, tales como los largueros de grupo sustentador de avión, vigas de compuertas eólicas, perfiles aerodinámicos, herrajes o refuerzos llamados en L.

El documento JP25/329593 describe una máquina de aplicación en la cual la unidad de compactación comprende un rodillo de compactación que calienta y una placa de recompactadón que compacta de nuevo la banda inmediatamente después de la compactación por el rodillo de compresión. La unidad de compactación se utiliza de manera que a la vez el rodillo de compactación y la placa de descompactación se apoyan contra la superficie de aplicación.

Los documentos US57347, US499213, y DE 1279124 describen máquinas de aplicación que comprenden un patín de enfriamiento dispuesto hacia abajo del rodillo de compactación.

El documento US4992133 describe una máquina para unir en conjunto al menos dos fibras, comprendiendo la máquina una cabeza, una superficie soporte y medios de aproximación para conducir las dos fibras entre la cabeza

y la superficie soporte. La cabeza comprende medios de compresión y medios de calentamiento montados pivotantes con respecto a los medios de compresión, hacia abajo de los medios de compresión, estando montada una correa entre los medios de compresión y los medios de calentamiento. Los medios de calentamiento comprenden un elemento conductor de calor con una superficie interior no curvada que corresponde a la forma de la superficie soporte. Los medios de compresión comprenden una pluralidad de placas de compresión desfasadas las unas de las otras en la dirección de avance y móviles independientemente las unas de las otras.

El documento US 4351688 describe una máquina de aplicación que comprende un rodillo de compactación segmentado.

El objeto de la presente invención es proponer una solución que apunta a paliar los inconvenientes precitados, que permite la realización, por medio de una máquina de aplicación de fibras, piezas con aristas y/o superficies convexas que tienen buenas propiedades mecánicas.

Para este efecto, la presente invención propone un procedimiento como se define en la reivindicación 1, para la aplicación de una banda formada de varias fibras planas sensiblemente adherentes, en

- una superficie de aplicación que comprende una primera superficie sensiblemente plana y una segunda superficie sensiblemente plana unida por una arista o por una superficie redondeada, por ejemplo, un arco de círculo,

- o sobre una superficie de aplicación convexa, por ejemplo una superficie cilindrica o tronconica,

siendo realizada la aplicación de la banda por medio de una cabeza de aplicación de fibras que comprende un sistema de compactación que comprende un rodillo de compactación, comprendiendo el dicho procedimiento la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la superficie de aplicación y el desplazamiento de la cabeza de compactación para aplicar una banda de fibras sobre la superficie de aplicación, siendo caracterizado el dicho proceso porque comprende las etapas siguientes:

- poner en contacto, contra la banda de fibras aplicadas sobre la superficie de aplicación, un órgano de compactación del sistema de compactación, dispuesto hacia abajo el rodillo de compactación con respecto a la dirección de avance de la cabeza, estando en contacto el dicho órgano de compactación sensiblemente contra el conjunto de las fibras de la banda según al menos una línea de contacto,

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la arista, alrededor de la superficie redondeada o alrededor de la superficie convexa, de manera que el dicho órgano de compactación quede en contacto con la banda para compactarla, según al menos una línea de contacto, sensiblemente sin deslizamiento entre el dicho órgano de compactación y la superficie de aplicación, describiendo el rodillo de compactación una curva involuta. Formas preferenciales del procedimiento se definen en las reivindicaciones dependientes 2 a 9.

Según la invención, la cabeza comprende un órgano de compactación suplementario por el cual se pone en contacto contra la banda de aplicación contra la superficie de aplicación, según al menos una línea de contacto, luego la cabeza es pivotada de manera que mantenga el dicho órgano de compactación contra la banda según al menos una línea de contacto, conservando una velocidad relativa en traslación sensiblemente nula y entre el dicho órgano de compactación y la superficie de aplicación, es decir sensiblemente sin deslizamiento.

La puesta en contacto del órgano de compactación se realiza por basculamiento hacia atrás de la cabeza, a través del sistema de desplazamiento de la cabeza y/o por desplazamiento del órgano de compactación por un sistema... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento de aplicación de una banda (8) formada de varias fibras (7), sobre

- una superficie de aplicación (9) que comprende una primera superficie (91) sensiblemente plana y una segunda superficie (92) sensiblemente plana unida por una arista o por una superficie redondeada (93),

- o sobre una superficie de aplicación convexa,

siendo realizada la aplicación de la banda por medio de una cabeza de aplicación (1) de fibras que comprende un sistema de compactación que comprende un rodillo de compactación (2, 12, 22), comprendiendo el dicho procedimiento la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la superficie de aplicación y el desplazamiento de la cabeza de compactación para aplicar una banda de fibras sobre la superficie de aplicación, estando el dicho procedimiento caracterizado porque comprende las siguientes etapas:

- poner en contacto, contra la banda de fibras aplicadas sobre la superficie de aplicación, un órgano de compactación (3, 13, 23) del sistema de compactación dispuesto hacia abajo del rodillo de compactación (2, 12, 22) con respecto a la dirección de avance (F1, F2) de la cabeza, estando el dicho órgano de compactación en contacto sensiblemente contra el conjunto de las fibras de la banda según al menos una línea de contacto,

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la arista, alrededor de la superficie redondeada (93) o alrededor de la superficie convexa, de manera que el dicho órgano de compactación quede en contacto con la banda para compactarla, según al menos una línea de contacto, sensiblemente sin deslizamiento entre el dicho órgano de compactación y la superficie de aplicación.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, en el caso de una superficie de aplicación que comprende una superficie sensiblemente plana y una segunda superficie sensiblemente plana unida por una arista, las siguientes etapas:

- poner en contacto el rodillo de compactación (2, 12, 22) contra la primera superficie según al menos una línea de contacto, y desplazar la cabeza de aplicación para aplicar una banda (8) de fibras (7) sobre la dicha primera superficie, según una primera dirección (F1) formando un ángulo a1 con la arista,

- desplazar la cabeza según la dicha primera dirección tangencialmente a la primera superficie, para conducir el rodillo de compactación sensiblemente más allá de la dicha arista, y poner en contacto el órgano de compactación contra la banda de aplicación sobre la primera superficie,

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la arista, de manera que el dicho órgano de compactación esté en contacto con la banda según al menos una línea de contacto, siendo realizado el dicho pivotamiento hasta la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la segunda superficie según al menos una línea de contacto correspondiente sensiblemente con la anchura de la banda,

- apartar el dicho órgano de compactación de la superficie de aplicación para que no esté más en contacto con esta última, y desplazar la cabeza para aplicar la banda sobre la dicha segunda superficie, según una segunda dirección (F2) formando un ángulo a2, sensiblemente igual a 18o- a1 , con la arista.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, en el caso de una superficie de aplicación (9) que comprende una primera superficie (91) sensiblemente plana y una segunda superficie (92) sensiblemente plana unida por una superficie redondeada, las siguientes etapas:

- poner en contacto el rodillo de compactación (2, 12, 22) contra la primera superficie (91) según al menos una línea de contacto y desplazar la cabeza de aplicación para aplicar una banda (8) de fibras (7) sobre la dicha primera superficie, según una primera dirección (F1) formando un ángulo a1 con la primera línea de unión (93a) entre la primera superficie y la superficie redondeada,

- desplazar la cabeza según la dicha primera dirección, tangenclalmente a la primera superficie, para conducir el rodillo de compactación más allá de la dicha primera línea de unión, y poner en contacto el órgano de compactación contra la banda aplicada sobre la primera superficie,

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la superficie redondeada, de manera que el dicho órgano quede en contacto con la banda según al menos una línea de contacto, hasta la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la segunda superficie según al menos una línea de contacto, y

- apartar el dicho órgano de compactación de la superficie de aplicación para que no esté más en contacto con esta última, y desplazar la cabeza de aplicación en contacto con la segunda superficie por su rodillo de compactación según al menos una línea de contacto para aplicar la banda sobre la dicha segunda superficie, siguiendo una

dirección (F2) formando un ángulo a2, sensiblemente igual a 18-a1, con la segunda línea de unión entre la superficie redondeada y la segunda superficie.

4. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque comprende, en el caso de una superficie de aplicación convexa, las siguientes etapas:

- poner en contacto el rodillo de compactación (2, 12, 22) contra la superficie de aplicación convexa según al menos un punto de contacto,

- desplazar la cabeza tangencialmente a la superficie de aplicación convexa al dicho punto de contacto, en una dirección que hace un ángulo a1 con la generatriz de la superficie convexa pasando por el dicho punto de contacto, para dirigir el rodillo de compactación más allá de la generatriz, y

- hacer pivotar alrededor de la superficie de aplicación convexa la cabeza de aplicación en apoyo contra la superficie de aplicación convexa por su órgano de compactación, siendo realizado el dicho pivotamiento de manera que el dicho órgano quede en contacto con la banda según al menos una línea de contacto.

5. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque, después de la puesta en contacto del órgano de compactación contra la banda aplicada sobre la primera superficie, el procedimiento comprende las siguientes etapas:

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la superficie redondeada hasta la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la superficie de aplicación y,

- si el rodillo de compactación está en contacto según al menos un punto de contacto con la superficie redondeada al final de dicho pivotamiento, desplazar la cabeza tangencialmente a la superficie redondeada al dicho punto de contacto, en una dirección haciendo un ángulo a1 con la generatriz de la superficie redondeada pasando por el dicho punto de contacto, luego hacer pivotar la cabeza alrededor de la superficie redondeada, estas dos etapas de desplazamiento y de pivotamiento siendo reiteradas hasta la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la segunda superficie según al menos una línea de contacto.

6. Procedimiento según la reivindicación 3, caracterizado porque, después de la puesta en contacto del órgano de compactación contra la banda aplicada sobre la primera superficie, el procedimiento comprende las siguientes etapas:

- hacer pivotar la cabeza alrededor de la superficie redondeada, y

- antes de que el rodillo de compactación se ponga en contacto según al menos un punto de contacto con la superficie redondeada, desplazar la cabeza tangencialmente a la superficie redondeada al dicho punto de contacto, en una dirección haciendo un ángulo a1 con la generatriz de la superficie redondeada pasando por el dicho punto de contacto, luego hacer pivotar la cabeza alrededor de la superficie redondeada, siendo reiteradas estas dos etapas de desplazamiento y de pivotamiento hasta la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la segunda superficie según al menos una línea de contacto.

7. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizada porque, después del desplazamiento de la cabeza tangenclalmente a la superficie de aplicación convexa al dicho punto de contacto, el procedimiento comprende las siguientes etapas:

- hacer pivotar alrededor de la superficie de aplicación convexa la cabeza de aplicación en apoyo contra la superficie de aplicación convexa por su órgano de compactación, hasta la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la superficie de aplicación convexa, y

- reiterar las etapas de desplazamiento y de pivotamiento precedentes una o varias veces.

8. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque, después del desplazamiento de la cabeza tangenclalmente a la superficie de aplicación convexa al dicho punto de contacto, el procedimiento comprende las siguientes etapas:

- hacer pivotar alrededor de la superficie de aplicación convexa la cabeza de aplicación en apoyo contra la superficie de aplicación convexa por su órgano de compactación, y

- antes de la puesta en contacto del rodillo de compactación contra la superficie de aplicación convexa, reiterar las etapas de desplazamiento y de pivotamiento precedentes una o varias veces.

9. Procedimiento según una de las reivindicaciones 2 a 8, caracterizado porque el ángulo a1 está comprendido entre 1° y 8°.

1. Máquina de aplicación de fibras, para la realización de piezas en materiales compuestos, utilizable para la aplicación del procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9 que comprenden:

- una cabeza de aplicación (1) de fibras, apto para aplicar sobre una superficie de aplicación (9) una banda (8) formada de varias fibras (7) planas, y que comprende un sistema de compactación que comprende un rodillo de compactación (2, 12, 22) destinado para estar en contacto contra la superficie de aplicación para aplicar la banda, y los medios de guía de fibra sobre el dicho rodillo de compactación, y

- un sistema de desplazamiento (5) de la dicha cabeza de aplicación,

el dicho sistema de compactación que comprende además un órgano de compactación (3, 13, 23) dispuesto hacia abajo del dicho rodillo de compactación y presentando una superficie de contacto (32, 132, 232) sensiblemente plana, siendo apto el dicho órgano de compactación para ser conducido en apoyo por su superficie de contacto, contra una superficie de adaptación, sobre sensiblemente toda la anchura de una banda, según al menos una línea de contacto, caracterizado porque el dicho órgano de compactación comprende una banda sinfín(13, 23) montado sobre un rodillo de devolución hacia arriba (136, 22) y un rodillo de devolución hacia abajo (137, 237), la hebra inferior (138, 238) de la banda sinfín que constituye la dicha superficie de contacto (132, 232) del órgano de compactación.

11. Máquina de aplicación según la reivindicaciones 1, caracterizada porque la dicha banda sinfín (13) está montada sobre un rodillo de devolución hacia arriba (136) y un rodillo de devolución hacia abajo (137) estando los dos rodillos montados hacia abajo del rodillo de compactación, paralelamente con el eje del rodillo de compactación.

12. Máquina de aplicación según la reivindicación 1, caracterizada porque el dicho rodillo de devolución hacia arriba está constituido por el dicho rodillo de compactación (22), estando montada la dicha banda sinfín (23) sobre el rodillo de compactación (22) y un rodillo de devolución hacia abajo (237), el dicho rodillo de devolución hacia abajo estando montado hacia abajo y paralelamente al rodillo de compactación, la dicha banda sinfín que constituye la superficie de contacto del rodillo de compactación.

13. Máquina de aplicación según una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada porque la cabeza de aplicación de fibra comprende una estructura soporte (1) por la cual la dicha cabeza esta ensamblada al sistema de desplazamiento, el órgano de compactación y el rodillo de compactación están montados sobre la dicha estructura soporte de manera fija el uno con respecto al otro.