ES2212878A1 - Cabezal multiaplicador de tiras de fibra. - Google Patents

Cabezal multiaplicador de tiras de fibra.

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Abstract

Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, que comprende un portacarretes (1), en el cual se incorporan una pluralidad de carretes (2) suministradores de las tiras (3) de aplicación, las cuales se conducen separadas hasta la proximidad de la zona (4) de aplicación, en donde transcurren por un paso de alimentación, pasando por unos peines conductores (5 y 6) que las posicionan según una distribución colateral y por entre unos rodillos (7 y 8) que establecen un arrastre individual de cada una de las tiras (3) hacia la zona (4) de aplicación.

Description

Cabezal multiaplicador de tiras de fibra
El objeto de la presente invención se refiere a un cabezal destinado para la aplicación de tiras de fibra, como puede ser fibra de carbono, fibra de vidrio o cualquier otro material de los denominados "composites", con las cuales tiras mediante la superposición compacta de sucesivas capas se forman piezas laminadas que se utilizan como material constructivo en aplicaciones específicas de la industria aeronáutica, eólica, naval, etc.
A este tipo de cabezales hacen referencia, entre otras, la Patente USA 4.696.707 de The Ingersoll Milling Machine Company, así como la Patente Europea 0333010 de Cincinnati Milacron Inc y las Patentes Españolas 9302506 y 9402102 que pertenecen al mismo solicitante de la presente invención.
Dichos cabezales realizan la aplicación de una única tira o banda del material correspondiente, repitiendo la aplicación sucesivamente en progresión lateral hasta cubrir todo el ancho de la superficie a determinar.
Las tiras o bandas que así se aplican pueden ser de considerable anchura, para cubrir con un mínimo de pasadas toda la superficie de aplicación, lo cual tiene el inconveniente de que cuando la longitud de la superficie a cubrir es irregular, por ejemplo si los extremos son oblicuos, es necesario desperdiciar una cantidad importante de material en cada pasada de aplicación de una tira, llegando a ser excesivo el costo de material desperdiciado.
Se pueden utilizar tiras de poca anchura, con lo cual el material desperdiciable por cada tira es menor, reduciéndose así el costo de material que se desperdicia, pero el número de pasadas necesario es mayor, con lo que el tiempo de trabajo operativo aumenta, disminuyendo el rendimiento.
Existen soluciones de cabezales multiaplicadores, con los que en cada pasada se aplican una serie de tiras de poca anchura, determinándose el principio y final de cada una de ellas en la aplicación independientemente de las demás, con lo que se reduce mucho el desperdicio de material, mientras que el número de pasadas que hay que efectuar es como si se utilizara una tira de gran anchura.
Los cabezales de este tipo que actualmente existen, son sin embargo muy limitados en cuanto al número de tiras que permiten aplicar simultáneamente, y, además, su realización es estática, de forma que es la pieza de construcción la que se mueve mediante un soporte giratorio y desplazable, lo cual supone un montaje complicado y costoso, mientras que la aplicación solo resulta apta para piezas de revolución.
De acuerdo con la presente invención se propone un cabezal multiaplicador, con el cual se solucionan esas deficiencias de los cabezales conocidos, mediante una solución que aporta constructiva y funcionalmente características muy ventajosas, permitiendo la construcción de piezas de cualquier tipo.
Este cabezal objeto de la invención comprende un portacarretes en el que se incorporan una pluralidad de carretes suministradores de tiras de fibra de poca anchura, las cuales son conducidas separadamente hasta la zona de aplicación, en donde se proyectan distribuidas ocupando entre todas ellas una franja de aplicación, yendo en la zona previa a la salida de aplicación un paso de alimentación, en el que se produce un arrastre individual de las distintas tiras, manteniéndolas separadas hasta la aplicación en donde se juntan contactando lateralmente unas con otras.
El paso de alimentación comprende dos rodillos de arrastre paralelamente adyacentes, mediante los cuales se establece el arrastre de las tiras, yendo por delante y por detrás del paso por entre dichos rodillos unos peines conductores que determinan ranuras curvadas, por las que se determina el paso de las tiras con una separación entre sus bordes que se compensa al adoptar la forma plana en la aplicación.
Los rodillos de arrastre están formados por sendos paquetes de arandelas giratoriamente independientes, las cuales determinan bordes transversalmente arqueados de correspondencia recíproca en las arandelas enfrentadas de ambos rodillos, estableciéndose motrizmente accionada una de las arandelas de cada par correspondiente entre los dos rodillos y la otra giratoriamente libre; para lo cual según una realización preferente, la mitad de las arandelas se accionan motrizmente en uno de los rodillos y la otra mitad en el otro rodillo, mediante motores accionadores que van dispuestos en los extremos de dichos rodillos.
El portacarretes va dispuesto en acoplamiento desmontable respecto de un soporte, mediante una cinemática paralela, de forma que dicho portacarretes puede ser sustituido, permitiendo tener diversos portacarretes cargados con carretes de tiras diferentes, para la incorporación del que convenga en cada caso en función de la aplicación, lo cual simplifica el trabajo a desarrollar con el cabezal.
Cada portacarretes es susceptible de incorporar un número elevado de carretes suministradores de tiras, en correspondencia con respectivos pasos de las tiras en el paso de alimentación, lo cual da lugar a un alto rendimiento operativo del cabezal para el trabajo de aplicación de las tiras. Por ejemplo, sin que sea limitativo, en una realización práctica se prevé una distribución de 36 carretes de tiras en cada portacarretes, correspondientemente con 36 respectivos pasos de las tiras en el paso de alimentación.
La incorporación del portacarretes se prevé respecto de un soporte móvil desplazable longitudinalmente, con posibilidad de orientación para trabajar en cualquier dirección, sobre un plano que puede ser estático o giratorio, lo cual permite realizar piezas planas, curvas o de revolución, sin condicionamiento alguno.
Por otro lado, la utilización de múltiples tiras de aplicación simultánea, permite emplear tiras de poca anchura para cubrir una banda de aplicación igual o mayor que con los cabezales convencionales, siendo los carretes portadores de las tiras mucho menores, con unas posibilidades más ventajosas para el manejo, en tanto que la multiplicidad de los carretes aporta una cantidad de material para la aplicación que hace muy reducido el consumo de cada carrete, los cuales por lo tanto duran largo tiempo, reduciéndose las sustituciones necesarias de los mismos.
Dicho cabezal objeto de la invención resulta por lo tanto de unas características ciertamente ventajosas, que le confieren vida propia y carácter preferente respecto de los cabezales conocidos de la misma función.
La figura 1 muestra una perspectiva del cabezal preconizado, en disposición respecto de un soporte móvil en varios sentidos.
La figura 2 es una vista frontal del cabezal de la figura anterior.
La figura 3 es una vista como la anterior, con el portacarretes separado del soporte.
La figura 4 es una vista simplificada en sección del conjunto de los rodillos de arrastre de las tiras en el paso de alimentación del cabezal.
La figura 5 es una sección parcial ampliada de uno de dichos rodillos del paso de alimentación.
La figura 6 es una perspectiva del conjunto de los mencionados rodillos de arrastre de las tiras, respecto de los cuales solo se han representado dos motores accionadores de las arandelas, en posición de dichos motores enfrentada a su acoplamiento.
La figura 7 es una perspectiva como la anterior, con uno de los rodillos esquematizado a sólo dos arandelas, apreciándose el interior.
La figura 8 es un detalle ampliado de la parte del cabezal que corresponde a la zona de aplicación de las tiras.
La figura 8A es un detalle ampliado en perspectiva del dispositivo de corte de las tiras.
La figura 9 es una perspectiva de un ejemplo de aplicación del cabezal incorporado en un soporte-puente y en disposición de trabajo sobre una pieza estática.
La figura 10 es una perspectiva de un ejemplo de aplicación del cabezal incorporado en un soporte-puente y en disposición de trabajo sobre una pieza cilíndrica giratoriamente dispuesta.
La figura 11 es una perspectiva de otro ejemplo de aplicación del cabezal para trabajar sobre una pieza cilíndrica giratoria.
La figura 12 muestra en vista seccionada la realización práctica de un rodillo de arrastre de las tiras según otra posible forma de construcción.
La figura 13 es un detalle ampliado del rodillo de la figura anterior.
La invención se refiere a un cabezal destinado para formar piezas laminadas del material denominado "composite", mediante la aplicación de tiras constitutivas de dicho material, que pueden ser de fibra de carbono, de fibra de vidrio, o de cualquier otro tipo similar.
El cabezal comprende un portacarretes (1), en el cual se incorporan una pluralidad de carretes (2) portadores de las tiras (3) que se han de aplicar, las cuales son conducidas separadamente hasta una zona de aplicación (4), en donde se suministran colateralmente distribuidas en contacto de sus bordes correspondientes, para determinar una franja de aplicación equivalente a la suma de las anchuras de las tiras (3) que coinciden en la aplicación.
Previamente a la zona (4) de la aplicación queda definido un paso de alimentación, en el cual se recogen y conducen las tiras (3), disponiéndolas en una distribución adecuada para la aplicación, a la vez que se efectúa un arrastre individual de cada una de ellas para el suministro a la aplicación.
El paso de alimentación comprende dos peines conductores (5 y 6), entre los cuales van dispuestos dos rodillos paralelos (7 y 8) que forman un conjunto de arrastre para el suministro de las tiras (3) hacia la zona (4) de aplicación.
Los peines (5 y 6) determinan una serie de ranuras curvadas, a través de las cuales pasan las tiras (3) adoptando transversalmente una forma curvada según las mencionadas ranuras, de manera que en ese paso las tiras (3) se distribuyen colateralmente en una posición correlativa de sus anchuras, manteniéndose sin embargo los bordes separados debido a la forma curvada transversal.
En los mencionados peines (5 y 6), las correspondientes ranuras definen, en al menos por la parte de entrada, un abocamiento cónico, para facilitar la inserción de las tiras (3) en el enhebrado de paso de las mismas hacia la zona de aplicación (4).
Los rodillos de arrastre (7 y 8) se componen por su parte de respectivos paquetes de arandelas (7.1 y 8.1), en montaje sobre sendos correspondientes ejes (10 y 11), como representa la figura 4.
Entre las arandelas (7.1), así como entre las arandelas (8.1), se incluyen bolas (12) que se alojan en correspondientes acanalados anulares enfrentados de las arandelas adyacentes, como muestra la figura 5, con lo cual el conjunto de las arandelas (7.1) y el conjunto de las arandelas (8.1), forman en los respectivos paquetes un bloque de montaje en forma de rodamientos, sobre los correspondientes ejes (10 y 11), siendo cada arandela (7.1) y cada arandela (8.1) individualmente giratorias respecto de las demás.
En la disposición paralela de los rodillos (7 y 8) en el montaje, sus arandelas (7.1 y 8.1) quedan correspondientemente enfrentadas por el borde, en donde unas determinan una forma transversalmente cóncava y las otras una recíproca forma transversalmente convexa, según la misma forma curvada de las ranuras de los peines (5 y 6).
Según una realización preferente (figuras 4 a 7) se prevé que en cada rodillo (7 y 8) las respectivas arandelas (7.1 y 8.1) sean alternativamente de borde cóncavo y de borde convexo, siendo las de borde cóncavo de un material duro, tal como acero, mientras que las de borde convexo incorporan en la zona del borde un material (13) más blando, como plástico o similar.
En los conjuntos enfrentados de las arandelas (7.1 y 8.1), una es arrastrada y la otra motriz, en cada caso, siendo preferentemente la de borde cóncavo la motriz y la de borde convexo la arrastrada, sin que esto sea limitativo, ya que en el mismo concepto funcional también podría ser a la inversa.
Las arandelas (7.1 y 8.1) destinadas a ser motrices, determinan en la parte interior un borde dentado (14), a través del cual reciben el accionamiento desde un correspondiente motor (15) por medio de un eje (16) y un piñón (17).
A tal efecto, en cada extremo de los rodillos (7 y 8) se incorporan un número de motores (15) equivalente a la mitad de las arandelas motrices del respectivo paquete, de forma que entre los motores (15) incorporados en uno y otro extremo de cada uno de los rodillos (7 y 8), resultan accionables un gran número de pares de arandelas enfrentadas (7.1-8.1), para el arrastre de otras tantas tiras (3) que se conducen a través de los peines (5 y 6) hacia la zona (4) de aplicación.
Las tiras (3) se suministran desde respectivos carretes (2) independientes incorporados en el portacarretes (1), de forma que el número de carretes (2) debe ser el mismo que el número de tiras (3) susceptibles de pasar por lo peines (5 y 6) y por entre los rodillos (7 y 8); estando prevista una realización, no limitativa, para 32 tiras (3) de aplicación, es decir con 32 carretes (2), que se disponen distribuidos por uno y otro lado del portacarretes (1), incorporando cada uno de los rodillos (7 y 8) ocho motores (15) en cada extremo, para el accionamiento de 32 conjuntos de arrastre formados por respectivas parejas de arandelas enfrentadas (7.1 y 8.1).
En la zona (4) de aplicación de las tiras (3) va dispuesto un rodillo (18) prensor, mediante el cual se efectúa la aplicación de las tiras (3) comprimiéndolas sobre la superficie correspondiente de aplicación, de forma que al realizarse dicha presión de aplicación, las tiras (3) se adaptan a una forma transversal plana, con lo cual los bordes adyacentes de las mismas contactan entre sí, formando entre todas las tiras (3) una banda de aplicación.
El funcionamiento de los motores (15) se controla electrónicamente mediante programa informático, para lo cual cada motor (15) va incorporado con un encoder (9), de forma que el arrastre individual de cada tira (3) en el paso por entre los rodillos (7 y 8), permite hacer efectivo y parar el suministro de cada tira (3) en función de lo previsto, con posibilidad de cubrir superficies según la forma de los bordes de las mismas, con un mínimo desperdicio de material. Los acoplamientos de montaje de los carretes (2) van por su parte provistos con un freno electromagnético, para detener el giro cuando se para el suministro de las tiras (3) correspondientes.
Entre el paso de alimentación y la zona (4) de aplicación va dispuesto un dispositivo de corte (19), mediante el cual, de forma igualmente controlada por la programación establecida, se efectúa el corte de las tiras (3) cuando corresponde, al final de cada pasada de aplicación, o en tramos intermedios que hayan de quedar sin aplicación, permitiendo realizar piezas con huecos o ventanas en un proceso de trabajo continuo y con un mínimo desperdicio de material.
Las tiras (3) destinadas para la aplicación van provistas con una impregnación de adhesivo para que las capas de aplicación se fijen adecuadamente entre sí, incorporando por ello dichas tiras (3) una tira protectora de papel, la cual se debe retirar de las mencionadas tiras (3) para la aplicación de éstas, yendo para ello en el portacarretes (1) unos carretes accesorios (20), en los cuales se recogen las respectivas tiras de papel a medida que las tiras (3) salen de los correspondientes carretes suministradores (2).
El portacarretes (1) puede incorporarse respecto de cualquier tipo de soporte para la aplicación de las tiras (3), por ejemplo, tal como muestran las figuras 1 a 3, en montaje giratorio (21) respecto de un soporte (22), el cual va a su vez en acoplamiento giratorio (23) respecto de otro soporte (24) que se une en articulación giratoria (25) y con movimiento vertical (26) respecto de un medio portador desplazable. El cabezal resulta de este modo con movimientos en todos los sentidos, permitiendo la aplicación de las tiras (3) en cualquier dirección.
La disposición del portacarretes (1) puede establecerse no obstante también sobre medios portadores de cualquier otro tipo, por ejemplo, como muestran las figuras 9, 10 y 11, en acoplamiento respecto de un soporte-puente (27) de cualquier forma y desplazable sobre guías (28), permitiendo la aplicación de las tiras (3) respecto de una superficie estática, para la construcción de piezas (29) planas o curvadas, como en la figura 9, o sobre superficies dispuestas en montaje giratorio, para la construcción de piezas (30) de revolución, como en las figuras 10 y 11.
La disposición del portacarretes (1) se establece en cualquier caso mediante un acoplamiento desmontable, respecto del medio portante, pudiendo ser desacoplado, como muestra la figura 3, con posibilidad de una fácil sustitución, lo cual resulta de gran utilidad en la práctica, ya que se pueden tener varios portacarretes (1) cargados con carretes (2) de distintos tipos de tiras (3), para incorporar en la función de trabajo el que convenga en cada caso, sin tener que cambiar los carretes (2) sobre el portacarretes (1) instalado.
Dentro del mismo concepto de composición por un paquete de arandelas giratoriamente independientes, la formación de los rodillos (7 y 8) puede ser también con todas las arandelas (7.1 u 8.1) de material plástico, según una disposición como la de las figuras 12 y 13, para por ejemplo el rodillo (7), entre cuyas arandelas (7.1) de plástico se incluyen en este caso respectivas láminas de acero (31), para favorecer la fricción en el giro individual de las mencionadas arandelas (7.1), disponiéndose éstas sobre un eje segmentado (32) de soporte, de acero rectificado y pulido, sobre el cual se mantiene sin variación la posición radial de cada arandela (7.1), las cuales deslizan con su borde interior sobre la periferia de dicho eje segmentado (32), poseyendo éste en los segmentos que corresponden con las arandelas (7.1) motrices, una ventana para el paso del piñón de accionamiento (17) respectivo, hasta el borde interior dentado (14) de la correspondiente arandela (7.1).
En todos los demás aspectos, esta realización de los rodillos (7 y 8) se corresponde con las mismas particularidades de la realización de las figuras 4 a 7, incluso incorporando una periferia de material elastomérico (13) en las arandelas de borde transversalmente convexo.

Claims (9)

1. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, del tipo que comprende medios suministradores de tiras (3) que se conducen hasta una zona de aplicación (4), en donde dichas tiras (3) son presionadas mediante un rodillo (18) contra la superficie de aplicación correspondiente, caracterizado porque comprende un portacarretes (1), en el cual se incorporan una pluralidad de carretes (2) suministradores de tiras (3), las cuales se conducen separadamente hasta las proximidades de la zona de aplicación (4), en donde transcurren por un paso de alimentación provisto con medios conductores que distribuyen las cintas (3) para su aplicación en una franja formada por el conjunto de todas ellas, incluyendo dicho paso de alimentación también medios de arrastre de las cintas (3) hacia la zona (4) de aplicación.
2. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque los medios conductores de las tiras (3) en la distribución hacia la zona (4) de aplicación, se constituyen por unos peines (5 y 6), los cuales determinan unas ranuras curvadas en distribución colateral, por las cuales pasan las tiras (3) adoptando una correspondiente forma transversal curvada, con los bordes adyacentes entre unas y otras ligeramente separados entre sí, para la unión lateral de dichas tiras (3) en la adaptación a la forma transversal plana cuando son presionados sobre la superficie de aplicación.
3. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la primera y segunda reivindicaciones, caracterizado porque los medios de arrastre de las tiras (3) hacia la zona (4) de aplicación se constituyen por dos rodillos (7 y 8) paralelamente adyacentes, los cuales se hallan formados por respectivos paquetes de arandelas (7.1 y 8.1) que determinan bordes enfrentados en correspondencia con la curvatura de las ranuras de los peines conductores (5 y 6), definiendo dichos bordes enfrentados de las arandelas (7.1 y 8.1) respectivos pasos por los que transcurren las tiras (3).
4. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado porque el conjunto de las arandelas (7.1) y el conjunto de las arandelas (8.1) se establecen en respectivos bloques de montaje respecto de correspondientes ejes (10 y 11), yendo incluidas entre las arandelas adyacentes en ambos bloques unas bolas (12) que hacen independiente el giro de cada arandela (7.1) y de cada arandela (8.1) respecto de las demás en relación con el eje (10-11) correspondiente.
5. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la tercera reivindicación, caracterizado porque el conjunto de las arandelas (7.1) y el conjunto de las arandelas (8.1) se establecen en respectivos bloques de montaje, constituyéndose todas ellas de material plástico, con inclusión intermedia de respectivas láminas de acero (31) para favorecer la fricción, disponiéndose el conjunto de dichas arandelas (7.1) y (8.1) sobre un eje segmentado (32) de acero rectificado y pulido, sobre el cual deslizan giratoriamente esas arandelas (7.1 y 8.1) con su borde interior, manteniéndose sin variación la posición radial de las mismas.
6. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la tercera, cuarta y quinta reivindicaciones, caracterizado porque las arandelas (7.1 y 8.1) cuyos bordes quedan enfrentados, se establecen una de ellas motriz y la otra arrastrada, determinándose el accionamiento de las arandelas motrices mediante correspondientes motores (15) incorporados sobre los extremos de los respectivos rodillos (7 y 8), desde los cuales motores (15) se establece una transmisión por medio de un eje (16) y de un piñón (17) hasta un dentado (14) del borde interior de la correspondiente arandela motriz (7.1 u 8.1) en cada caso.
7. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la tercera a sexta reivindicaciones, caracterizado porque cada par de arandelas enfrentadas (7.1 y 8.1), determina entre sus bordes un paso de arrastre individual de una tira (3), de manera que el arrastre de las distintas tiras (3) se establece independientemente, con control individual del suministro de cada una de ellas hacia la zona de aplicación (4), mediante los correspondientes motores (15).
8. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la tercera a séptima reivindicaciones, caracterizado porque las arandelas enfrentadas (7.1 y 8.1) determinan recíprocamente una de ellas un borde transversalmente cóncavo y la otra un borde transversalmente convexo, estando previsto que la de borde transversalmente cóncavo sea la arandela motriz y que la de borde transversalmente convexo, en funciones de arandela arrastrada, incorpore en la periferia un material (13) más blando.
9. Cabezal multiaplicador de tiras de fibra, en todo de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque el portacarretes (1) se incorpora respecto de un soporte móvil portante en disposición de desmontaje, con posibilidad de sustituir dicho portacarretes (1) por otro cargado con carretes (2) de tiras (3) de distinto tipo.
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