Tensionado de fibra simplificado para máquinas de colocación de fibra automáticas.

Un dispositivo de tensionado de fibra (20) para su uso con una bobina de fibra de la que se extraen fibras,

que comprende:

un soporte que incluye un árbol (32);

un cubo (22) montado giratoriamente sobre el soporte, estando el cubo (22) adaptado para tener la bobina de fibras montada sobre el mismo para la rotación sobre el mismo sobre el soporte; y

medios sobre el cubo (22) para aplicar fuerza de arrastre sobre las fibras que se extraen de la bobina, en el que los medios para aplicar fuerza de arrastre incluyen:

medios de pretensado para pretensar el cubo en una dirección que produce la fuerza de arrastre que se aplica a las fibras extraídas de la bobina, en el que los medios de pretensado incluyen un muelle (24) montado entre el cubo (22) y el árbol (32); y

medios para limitar la fuerza de arrastre aplicada al cubo por los medios de pretensado, en el que los medios para limitar la fuerza incluyen un embrague que incluye un disco de embrague (26a) y una zapata de freno (26b) que engrana por fricción el disco de embrague (26a), en el que el disco de embrague (26a) está conectado al muelle (24) y la zapata de freno (26b) está montada sobre el cubo (22); y

en el que el dispositivo de tensionado de fibra comprende además medios (28) sobre el cubo (22) para desengranar el embrague.

Tensionado de fibra simplificado para máquinas de colocación de fibra automáticas DESCRIPCIÓN

CAMPO TÉCNICO

La presente divulgación se refiere generalmente a máquinas de colocación de fibra automáticas, especialmente a aquellas usadas para apilar estructuras de material compuesto, y trata más particularmente un sistema de tensionado de fibra simplificado.

ANTECEDENTES

Las estructuras de material compuesto tales como aquellas usadas en las industrias automotoras, marinas y aeroespaciales pueden fabricarse usando máquinas de aplicación de material compuesto automáticas, comúnmente denominadas máquinas de colocación de fibra automáticas (AFP) . Las máquinas de AFP pueden usarse en la industria aeronáutica, por ejemplo, para fabricar formas estructurales y montajes de revestimiento envolviendo tiras relativamente estrechas de material compuesto, cinta de fibra cortada o "estopas" alrededor de una herramienta de fabricación. La máquina de AFP alinea y coloca una pluralidad de las tiras de cinta, normalmente seis o más, en contacto continuo borde a borde formando un único ancho de banda conforme que se coloca sobre y se compacta contra la herramienta.

En el pasado, las máquinas de AFP han sido relativamente grandes y complejas con el fin de proporcionar características y funciones que les permitieran fabricar una amplia gama de estructuras a gran escala. Durante la colocación de la cinta, la cinta de fibra se extrae de bobinas de cinta montadas sobre la máquina. Es necesario mantener una cantidad apropiada de tensión sobre la cinta de fibra a medida que se extrae de las bobinas, y para compensar la distensión en la cinta que puede producirse durante la operación normal de la máquina de AFP. El tensionado de la cinta de fibra está controlado por un sistema de retroalimentación relativamente complicado que emplea una red en bucle de mandos servomotores y matrices de sensores. Otros sistemas de tensionado han empleado un freno de arrastre giratorio y mecanismo de liberación combinado con rodillos pretensados de muelles de torsión externos para compensar las variaciones en la distensión de cinta.

Más recientemente, se han propuesto máquinas de AFP simplificadas más pequeñas que pueden colocar estopas de fibra más estrechas y, por tanto, pueden ser más aptas para fabricar estructuras y componentes más pequeños. Aunque los mecanismos usados en los cabezales de colocación de fibra de estas máquinas de AFP simplificadas son más pequeños y tienen complejidad reducida, las máquinas utilizan sin embargo bobinas de tamaño estándar de cinta de fibra de material compuesto del tipo tratado anteriormente. El uso de sistemas de tensionado de fibra relativamente complicados conocidos puede no ser compatible con estas máquinas de AFP más pequeñas.

Por consiguiente, existe la necesidad de un dispositivo de tensionado de fibra simplificado que pueda usarse con máquinas de AFP simplificadas usando bobinas de tamaño estándar de cinta.

El documento US 5.000.397 desvela un casete para el almacenamiento y dispensación de hilo o banda a una tensión prefijada. El hilo está enrollado sobre un carrete que está montado sobre un huso. El casete comprende un disco de freno y un muelle unido al mismo que gira con un carrete. Puede apretarse una zapata de freno contra el disco y soltarse para ajustar la tensión aplicada al hilo extraído del casete.

El documento US 5.725.175 desvela un ensamblaje de bobina para soportar las bobinas de alambre para una pistola de pulverización térmica. El documento US 6.315.235 desvela un tensor del rodillo que comprende un mecanismo de control de la torsión.

RESUMEN

Según las realizaciones desveladas, se proporciona un dispositivo simplificado para mantener la tensión de la fibra y para compensar la distensión de fibra en las máquinas de colocación de fibra. El dispositivo permite el compacto empaquetamiento de múltiples bobinas de tamaño estándar de fibras de material compuesto sobre un cabezal de AFP que proporciona tensionado de la fibra y compensación de la distensión dentro de cada cubo independiente sobre el que se monta una bobina.

Por consiguiente, la invención proporciona un dispositivo de tensionado de fibra para su uso con una bobina de fibra de la que se extraen fibras, que comprende: un soporte que incluye un árbol; un cubo montado giratoriamente sobre el soporte, estando el cubo adaptado para tener la bobina de fibras montada sobre el mismo para la rotación sobre el mismo sobre el soporte; y medios sobre el cubo para aplicar fuerza de arrastre sobre fibras que se extraen de la bobina, en el que los medios para aplicar fuerza de arrastre incluyen:

medios de pretensado para pretensar el cubo en una dirección que produce la fuerza de arrastre que se aplica a las fibras extraídas de la bobina, en el que los medios de pretensado incluye un muelle montado entre el cubo y el árbol; y medios para limitar la fuerza de arrastre aplicada al cubo por los medios de pretensado, en el que los medios para limitar la fuerza incluye un embrague que incluye un disco de embrague y una zapata de freno que engrana por fricción el disco de embrague, en el que el disco de embrague está conectado al muelle y la zapata de freno está montada sobre el cubo; y en el que el dispositivo de tensionado de fibra comprende además medios sobre el cubo para desengranar el embrague.

También se proporciona un método de mantenimiento de la tensión sobre fibras que se extraen de una bobina de suministro de fibra sobre una máquina de posicionamiento de fibras automática, que comprende: colocar la bobina sobre un cubo, en el que dicho cubo está montado giratoriamente sobre un árbol; usar un muelle dentro del cubo para aplicar una fuerza rotacional al cubo que mantiene la tensión sobre las fibras que se extraen de la bobina, en el que dicho muelle está montado entre el cubo y el árbol; limitar la fuerza giratoria aplicada al cubo por el muelle usando un embrague dentro del cubo, incluyendo el embrague un disco de embrague y una zapata de freno que engrana por fricción el disco de embrague, en el que el disco de embrague está conectado al muelle y la zapata de freno está montada sobre el cubo; y desengranar selectivamente el embrague para reducir la tensión sobre las fibras que se extraen de la bobina, en el que desengranar selectivamente el embrague se realiza desplazando un dispositivo de desengranaje del embrague sobre el cubo.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS ILUSTRACIONES

La FIG. 1 es una ilustración de un diagrama de bloques funcional de un dispositivo de tensionado de fibra simplificado según las realizaciones desveladas. La FIG. 2 es una ilustración de un diagrama de flujo que muestra las etapas globales de un método para mantener la tensión sobre las fibras que se extraen de una bobina de suministro. La FIG. 3 es una ilustración de una vista lateral de un cabezal de colocación de fibra de complejidad reducida que emplea bobinas de tamaño estándar de fibras y un dispositivo de tensionado de fibra simplificado. La FIG. 4 es una ilustración de una vista en perspectiva en diagrama de una de las bobinas mostradas en la FIG. 3, montada sobre un cubo. La FIG. 5 es una ilustración de una vista en sección longitudinal del cubo mostrado en la FIG. 4. La FIG. 6 es una ilustración de una vista desde un extremo del cubo mostrado en la FIG. 5. La FIG. 7 es una ilustración de una vista en perspectiva en despiece ordenado del cubo mostrado en las FIG. 5 y 6. La FIG. 8 es una ilustración de una vista en sección del dispositivo de desengranaje del embrague, que muestra el embrague en su posición engranada. La FIG. 9 es una ilustración de una vista en sección similar a la FIG. 8, pero que muestra el dispositivo de desengranaje que ha desengranado el embrague. La FIG. 10 es una ilustración de un diagrama de flujo de la producción de aviones y metodología del servicio. La FIG. 11 es una ilustración de un diagrama de bloques de un avión.

Refiriéndose primero a la FIG. 1, las realizaciones desveladas se refieren generalmente a un dispositivo 20 usado para aplicar tensión en fibras y compensar la distensión de fibra en un cabezal de colocación de fibra automático (AFP) 46. El dispositivo 20 incluye un cubo 22 que contiene medios de pretensado en forma de un muelle de torsión 24 que está conectado al cubo 22 mediante un embrague 26 que limita la cantidad de fuerza aplicada al cubo 22 por el muelle 24. El dispositivo 20 incluye un dispositivo de desengranaje del embrague 28 que desengrana selectivamente el embrague 26 con el fin de suspender la tensión aplicada al cubo 22 por el muelle de torsión 20. Una bobina de suministro 30 de fibras está montada sobre el cubo 22 y la combinación del cubo 22 y la... [Seguir leyendo]

1. Un dispositivo de tensionado de fibra (20) para su uso con una bobina de fibra de la que se extraen fibras, que comprende:

un soporte que incluye un árbol (32) ; un cubo (22) montado giratoriamente sobre el soporte, estando el cubo (22) adaptado para tener la bobina de fibras montada sobre el mismo para la rotación sobre el mismo sobre el soporte; y medios sobre el cubo (22) para aplicar fuerza de arrastre sobre las fibras que se extraen de la bobina, en el que los medios para aplicar fuerza de arrastre incluyen: medios de pretensado para pretensar el cubo en una dirección que produce la fuerza de arrastre que se aplica a las fibras extraídas de la bobina, en el que los medios de pretensado incluyen un muelle (24) montado entre el cubo (22) y el árbol (32) ; y medios para limitar la fuerza de arrastre aplicada al cubo por los medios de pretensado, en el que los medios para limitar la fuerza incluyen un embrague que incluye un disco de embrague (26a) y una zapata de freno (26b) que engrana por fricción el disco de embrague (26a) , en el que el disco de embrague (26a) está conectado al muelle (24) y la zapata de freno (26b) está montada sobre el cubo (22) ; y en el que el dispositivo de tensionado de fibra comprende además medios (28) sobre el cubo (22) para desengranar el embrague.

2. El dispositivo de la reivindicación 1, en el que el muelle (24) está forrado sobre el árbol (32) .

3. Un método de mantenimiento de la tensión sobre fibras que se extraen de una bobina de suministro de fibra sobre una máquina de posicionamiento de fibras automática, que comprende:

colocar la bobina sobre un cubo (22) , en el que dicho cubo está montado giratoriamente sobre un árbol (32) ; usar un muelle (24) dentro del cubo (22) para aplicar una fuerza rotacional al cubo (22) que mantiene la tensión sobre las fibras que se extraen de la bobina, en el que dicho muelle (24) está montado entre el cubo (22) y el árbol (32) ;

limitar la fuerza giratoria aplicada al cubo (22) por el muelle (24) usando un embrague dentro del cubo (22) , incluyendo el embrague un disco de embrague (26a) y una zapata de freno (26b) que engrana por fricción el disco de embrague (26a) , en el que el disco de embrague (26a) está conectado al muelle (24) y la zapata de freno (26b) está montada sobre el cubo (22) ; y desengranar selectivamente el embrague para reducir la tensión sobre las fibras que se extraen de la bobina, en el que desengranar selectivamente el embrague se realiza desplazando un dispositivo de desengranaje del embrague (28) sobre el cubo (22) .