Método para producir piezas de plásticos reforzados con fibra.

Método para fabricar piezas (16; 19), siendo dichas piezas llantas (16) o ruedas para vehículos,

larguerillos para aeronaves (19), o aislantes eléctricos, comprendiendo dichas piezas plástico reforzado con fibra, que comprende las etapas de

a) proporcionar un material (3), comprendiendo dicho material plástico reforzado con fibra;

b) proporcionar una primera herramienta que comprende al menos un conjunto que comprende al menos un segmento (1; 22);

c) proporcionar una segunda herramienta que comprende al menos un primer y al menos un segundo conjunto de al menos un segmento (2a; 2b; 20, 21) cada uno, formando dichos segmentos (2a; 2b; 20, 21), cuándo se disponen próximos entre sí en una forma predefinida, denominada posición cerrada, una segunda superficie de herramienta que describe la forma de una parte de una superficie de dicha pieza a fabricar;

d) mover el al menos un segmento (2a; 20) de dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta a dicha posición cerrada;

e) mover el al menos un segmento (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta hacia y a dicha posición cerrada;

f) comprimir entre al menos dichas primera y segunda herramientas al menos una parte de dicho material (3), en particular al menos básicamente la totalidad de dicho material (3), aplicando presión al menos a una de dichas primera y segunda herramientas; donde dichos segmentos (2a; 2b; 20, 21) de dicha segunda herramienta se mueven de modo que continuamente durante el movimiento del al menos un segmento (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta hacia dicha posición cerrada, una distancia de recorrido momentánea hasta dicha posición cerrada para el al menos un segmento (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta excede de una distancia de recorrido momentánea hasta dicha posición cerrada para el al menos un segmento (2a; 20) de dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta.

Método para producir piezas de plásticos reforzados con fibra.

Campo técnico

La invención se refiere a la fabricación de piezas hechas de plásticos reforzados confibra. Se refiere a métodos y aparatos de acuerdo con las cláusulas abiertas de las reivindicaciones. La invención se puede aplicar al campo de la fabricación de llantas o ruedas para vehículos, o al campo de la producción de aeronaves en la producción de larguerillos usados para el refuerzo del fuselaje. En la industria eléctrica, la invención se puede aplicar a la producción de aislantes reforzados con fibra de vidrio a partir de materiales preimpregnados con fibra de vidrio termoplásticos.

Antecedentes de la invención

La industria de la automoción produce una demanda continua de piezas muy ligeras y piezas que tienen un buen comportamiento de fractura combinado con una elevada rigidez y resistencia. Esto se aplica, por ejemplo, a ruedas y llantas. Se conocen en la técnica varias formas de fabricar llantas o partes de las mismas.

El documento de Patente DE 101 45 630 A1 desvela una rueda hecha de plástico reforzado con fibra donde la parte principal de las hebras de fibra está orientada en dirección circunferencial en la llanta y en dirección radial en los radios de la rueda. Esto se consigue, por ejemplo, mediante el enrollado de fibras sin fin unidireccionales. Esto hace difícil aplicar el método de producción al campo industrial, en particular en el caso de geometrías de pieza complejas.

En el documento de Patente DE 43 35 062 A1, se propone un método para la producción de perfiles termoplásticos reforzados con fibra curvados. Las fibras preimpregnadas termoplásticas (denominadas habitualmente "materiales preimpregnados" termoplásticos) se calientan mientras se exponen a presión en una herramienta de conformación. El perfil del material preimpregnado conformado de ese modo se enfría después del proceso de conformado. Posteriormente, el perfil de material preimpregnado se presiona de forma deslizante a través de una ranura entre dos piezas mecanizadas básicamente fijas. De este modo, se ejerce de nuevo una presión sobre el perfil de material preimpregnado, en concreto a la presión resultante de la interacción deslizante con las piezas mecanizadas. De ese modo, el perfil adopta básicamente la sección transversal de la ranura entre las piezas mecanizadas fijas y la curvatura de las piezas mecanizadas curvadas. La desventaja de este método es que el perfil termoplástico se trata mientras se mueve. Las capas de los materiales preimpregnados pueden resbalar o doblarse o desplazarse durante el tratamiento, comprometiendo de ese modo el producto final. Además, al aplicar este método, es difícil mantener las temperaturas y las presiones aproximadamente constantes. Además, no se pueden fabricar piezas de ciertas formas tales como piezassimilares a un anillo mediante este método.

En el documento de Patente EP 842 757 B1, se desvela un método para producir un componente preformado (preforma) de un material compuesto. Se usa un montaje previo fibroso, en concreto un tejido que tiene fibras con orientaciones definidas. La malla deformable del tejido se coloca sobre una matriz de preformación o soporte y a continuación se enrolla alrededor de este soporte hasta una profundidad de varias capas.

Este enrollado es fijo en el diámetro mayor del soporte, de modo que las fibras están orientadas de una forma prescrita. La preforma obtenida de ese modo puede tener una forma similar a un anillo. La preforma se coloca en un molde y, a continuación, se puede transferir una resina a la preforma al vacío y/o con transferencia de presión y, finalmente, la resina se puede reticular a una temperatura adecuada. Se espera que la inyección de una resina termoplástica sea imposible o al menos muy problemática debido a la alta viscosidad de los materiales termoplásticos.

El documento de Patente GB 2 010 155 A desvela un método de fabricación de llantas de ruedas metálicas continuas. La sección transversal deseada de la llanta se imprime sobre una pieza básica con forma de anillo de metal mediante dos montes circulares perfilados.Este método no es fácilmente aplicable a material compuesto de fibra dado que los mecanismos de conformado que se producen en metales no se producen en materiales que contienen fibras.

En el documento de Patente WO 2008 040405 A1, se describe un proceso para producir estructuras continuas con forma de anillo hechas de materiales compuestos termoplásticos. Este proceso bastante sencillo se basa en insertar una preforma anular hecha de varias capas de material preimpregnado compuesto termoplástico entre unmolde interno y externo con forma de anillo. Al menos uno de los dos moldes mencionados gira de modo que ejerce localmente una presión en una pieza de la preforma, donde la preforma se calienta hasta una temperatura de proceso al menos en la región donde se aplica la presión. Aparentemente, se producen problemas cuando se trata de automatizar este proceso dinámico. Además, es bastante difícil mantener una distribución de temperatura de proceso constante mientras se aplica una presión apropiada con el fin de evitar efectos de deslizamiento o superposición de las capas delmaterial preimpregnado de la preforma. Incluso con parámetros de proceso optimizados tales como temperatura y presión, es difícil o imposible asegurar la repetitividad y la calidad requeridas para aplicaciones a escala industrial, dado que la aplicación constante de estos parámetros a lo largo del proceso es aparentemente imposible de conseguir en la producción industrial.

En el documento de Patente US 2006/0113708, se describe un método para moldear unabanda de rodadura de caucho vulcanizado con un diámetro aproximado de 1, 3 m -3, 7 m para grandes vehículos de movimiento de tierras. Los segmentos del molde líder y seguidor se nivelan hada el exterior mediante un anillo de actuación para comprimir la banda de rodadura contra los segmentos externos que rota sobre sí misma hacia el interior por medio del anillo de actuación. A continuación, la banda de rodadura se cura en el molde. Esta disposición no parece ser adecuada para componentes a escala más pequeña, ni para procesar plásticos reforzados.

El documento de Patente DE 42 34 002 desvela un método y un dispositivo para producir perfiles en U abiertos reforzados con fibra ejerciendo presión sobre un soporte con forma de cuña entre un par de segmentos de modo que los fuerza hada arriba y hacia el exterior y comprime de ese modo una preforma contra un molde externo. La geometría del dispositivo de conformación es tal que parece solo adecuado para producir perfiles en U con una longitud perpendicular relativamente elevada con respecto al plano de la U.

Compendio de la invención

Un objetivo de la invención es crear un método para fabricar piezas que no muestren las desventajas o problemas mencionados anteriormente. Otro objetivo de invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas, en particular piezas ligeras con propiedades mecánicas superiores, en particular piezas que tengan un buen comportamiento de fractura y/o una elevada rigidez y/o una elevada resistencia.

Un objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas de plásticos reforzados.

Otro objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de proporcionar grandes ventanas de proceso cuando se producen piezas, en particular piezas de plásticos reforzados, más particularmente piezas de termoplásticos reforzados.

Otro objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas que muestran un comportamiento particularmente seguro en caso de ruptura brusca.

Otro objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas que muestran un comportamiento de fallo mejorado.

Otro objetivo de invención es proporcionar la posibilidad de proporcionar un ciclo detiempo mejorado para producir piezas.

Otro objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas que tienen formas o geometrías especiales, en particular formas similares a la anular o a un anillo o formas similares.

Otro objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas continuas, en particular piezas continuas con una forma similar a un anillo.

Otro objetivo de la invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas que tienen propiedades de aislamiento mejoradas, en particular aislamiento térmico y/o eléctrico, y/o piezas que muestran una inercia o resistencia química mejorada. Otro objetivo de invención es proporcionar la posibilidad de producir piezas con mayor facilidad, en particular piezas hechas básicamente... [Seguir leyendo]

1. Método para fabricar piezas (16; 19) , siendo dichas piezas llantas (16) o ruedas para vehículos, larguerillos para aeronaves (19) , o aislantes eléctricos, comprendiendo dichas piezas plástico reforzado con fibra, que comprende las etapas de a) proporcionar un material (3) , comprendiendo dicho material plástico reforzado con fibra;

b) proporcionar una primera herramienta que comprende al menos un conjunto que comprende al menos un segmento (1; 22) ;

c) proporcionar una segunda herramienta que comprende al menos un primer y al menos un segundo conjunto de al menos un segmento (2a; 2b; 20, 21) cada uno, formando dichos segmentos (2a; 2b; 20, 21) , cuándo se disponen próximos entre sí en una forma predefinida, denominada posición cerrada, una segunda superficie de herramienta que describe la forma de una parte de una superficie de dicha pieza a fabricar;

d) mover el al menos un segmento (2a; 20) de dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta a dicha posición cerrada;

e) mover el al menos un segmento (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segundaherramienta hacia y a dicha posición cerrada;

f) comprimir entre al menos dichas primera y segunda herramientas al menos una parte de dicho material (3) , en particular al menos básicamente la totalidad de dicho material (3) , aplicando presión al menos a una de dichas primera y segunda herramientas; donde dichos segmentos (2a; 2b; 20, 21) de dicha segunda herramienta se mueven de modo que continuamente durante el movimiento del al menos un segmento (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta hacia dicha posición cerrada, una distancia de recorrido momentánea hasta dicha posición cerrada para el al menos un segmento (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta excede de una distancia de recorrido momentánea hasta dicha posición cerrada para el al menos un segmento (2a; 20) de dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta.

2. El método de acuerdo con la reivindicación 1, donde dicha primera herramienta es unaherramienta externa y dicho segundo conjunto es una herramienta interna, o viceversa.

3. El método de acuerdo con la reivindicación 1 o la reivindicación 2, donde al menos uno de, en particular cada uno de dichos conjuntos de segmentos (1; 22; 2a; 20; 2b; 21) comprende al menos dos, en particular al menos tres, más particularmente al menos cuatro segmentos.

4. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde dicho material (3) se proporciona básicamente en forma de hojas delgadas o láminas o tiras.

5. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde dicho material (3) así como dicha pieza (16; 19) están hechos al menos básicamente de plásticos reforzados con fibra.

6. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde dicho material (3) es básicamente una preforma o un material preimpregnado.

7. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde dichas piezas comprenden una parte que tiene una estructura con forma básicamente de anillo o similar a un anillo, o donde dichas partes tienen básicamente una estructura con forma de anillo o similar a un anillo.

8. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde, durante dicha compresión de dicho material (3) , un área de dicho material (3) que está en contacto con dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta es mayor que, en particular es al menos dos veces, más particularmente al menos tres veces tan grande como el área de dicho material (3) que está en contacto con dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta.

9. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde dichas primera y segunda herramientas son herramientas cuya forma determina la forma de dichas piezas.

10. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde, para dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta y/o para dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta, los segmentos (2a; 2b; 20; 21) de los respectivos conjuntosse mueven de modo que la presión ejercida sobre dicho material (3) a comprimir por uno de los segmentos (2a; 2b; 20; 21) de dicho conjunto respectivo es al menos aproximadamente la misma para cada uno de dichos segmentos (2a; 2b; 20; 21) .

11. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde al menos uno de dichos segmentos (2b; 21) de dicho segundo conjunto de dicha segunda herramienta se conforma de modo que cuando se comprime dicho material, se ejercenfuerzas por dicho segmento (2b; 21) sobre al menos un segmento (2a; 20) de dicho primer conjunto de dicha segunda herramienta.

12. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, donde mediante dicha compresión, se ejerce sobre dicho material una presión de al menos 5 bar (500 kPa) y en particular de como máximo 50 bar (5000 kPa) .

13. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende la etapa de calentar dicho material (3) antes y/o durante y/o después de dicha compresión.

14. El método de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, que es un método para fabricar piezas continuas hechas básicamente de plásticos reforzados con fibra continua orientada, en particular donde dicho plástico es un termoplástico.