ES2225345T3 - Dispositivo para la fabricacion continua de seccion cuadrada de material plastico reforzado con fibras. - Google Patents
Dispositivo para la fabricacion continua de seccion cuadrada de material plastico reforzado con fibras.Info
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Abstract
Dispositivo de fabricación continua (1) para la fabricación de un tubo de sección cuadrada de PRF que utiliza un elemento preimpregnado, es decir, un material semicurado y preimpregnado, preparado mediante la impregnación de fibra de carbono o de fibra de vidrio con una resina termocurable; comprendiendo dicho dispositivo de fabricación una pluralidad de dispositivos (20, 30, 40, 50) para el laminado secuencial de un número necesario de hojas preimpregnadas en la superficie de un núcleo en forma de columna cuadrada (10), recubierto de una película de desmoldeo, presentando dicho núcleo un diámetro exterior menor que el diámetro interior del tubo de sección cuadrada a fabricar; un dispositivo (61a, 62a, 71a, 72a) destinado a aplicar una película de desmoldeo a la capa más exterior de las hojas preimpregnadas aplicadas en láminas; un dispositivo (80) destinado a hacer expandir dichas hojas preimpregnadas en sentido radial de modo que el diámetro interior de dichas hojas corresponda al diámetro interior de dicho tubo de sección cuadrada a fabricar; un dispositivo de prensa caliente (100) destinado a aplicar calor y presión a dichas hojas preimpregnadas; un horno de calentamiento (110) destinado a calentar adicionalmente dichas hojas preimpregnadas prensadas en caliente; y un dispositivo (130) para tirar del tubo de sección cuadrada fabricado a partir de dichas hojas preimpregnadas, y fijarlo.
Description
Dispositivo para la fabricación continua de un
tubo de sección cuadrada de material plástico reforzado con
fibras.
La presente invención se refiere a un dispositivo
para la fabricación continua de un tubo de sección cuadrada de
material plástico reforzado con fibras (PRF) de peso ligero y de
alta resistencia que se utiliza en un avión, o de un tubo de sección
cuadrada realizado en PRF empleado como material arquitectónico.
Un procedimiento conocido convencionalmente para
la fabricación de un tubo de sección cuadrada de PRF se denomina
procedimiento de pultrusión, en el cual en primer lugar se impregna
la fibra con una resina antes de introducirla de forma guiada en un
molde calentado, curando así la resina. Sin embargo, dicho
procedimiento convencional limita la proporción del contenido de
fibra en el material, y se desordena con facilidad la orientación de
la fibra en el material, de modo que resulta difícil producir un
producto formado de alta calidad. Por otro lado, un producto que se
fabrica a partir de un material preimpregnado (se impregna la fibra
con resina y a continuación se somete a un curado parcial) puede
presentar una proporción más elevada del contenido de fibra y la
orientación de la fibra puede ser uniforme, por lo tanto se utiliza
un producto de este tipo para fabricar las piezas de alta
resistencia que se emplean en los aviones y similares.
Un procedimiento convencional para la fabricación
de un tubo de sección cuadrada de PRF que utiliza un material
preimpregnado (véase por ejemplo el documento
JP-A-1.208.123) consiste en
proporcionar un tratamiento de desmoldeo a una columna cuadrada
metálica destinada a ser utilizada como núcleo, aplicar en láminas
al núcleo un número predeterminado de capas de hojas preimpregnadas
y conferir la forma deseada mediante un autoclave. Sin embargo,
cuando se trata de un producto deseado de longitud considerable, el
autoclave y el dispositivo para la extracción de la columna cuadrada
metálica después del curado del material, deben también ser largos,
lo que precisa una instalación más grande.
Otro procedimiento para la fabricación de un tubo
de sección cuadrada de PRF consiste en utilizar un tubo de goma de
silicona y similar al núcleo, y después de aplicar en láminas el
material preimpregnado al tubo, el material laminado se dispone en
un molde externo, y se le proporciona una presión de aire interior
para conseguir la forma deseada. Según el segundo procedimiento
únicamente se requiere una fuerza reducida de tracción, pero resulta
necesario preparar un molde externo y además el procedimiento
adolece de otro problema relacionado con la durabilidad del tubo de
goma de silicona.
La presente invención proporciona un dispositivo
según la reivindicación 1, capaz de fabricar continuamente un tubo
de sección cuadrada de alta calidad al utilizar un material
preimpregnado, que se puede utilizar en los aviones y similares, y
que requiere un número menor de aparatos extrínsecos.
El dispositivo para la fabricación continua de un
tubo de sección cuadrada de PRF según la presente invención
comprende un dispositivo para el laminado secuencial de una película
de desmoldeo y una hoja de material preimpregnado, recortadas según
unas anchuras predeterminadas, sobre un tubo de sección cuadrada
realizado en aluminio cuyo diámetro exterior es menor que el
diámetro interior del tubo de sección cuadrada a fabricar, un
dispositivo de preexpansión dispuesto ante un molde para hacer
expandir el material preimpregnado y laminado en sentido radial, de
modo que su diámetro interior coincida con el del producto, y una
prensa caliente que se abre y se cierra en función del movimiento de
un dispositivo de tracción. Dicho dispositivo de tracción desplaza
el producto fabricado a una distancia predeterminada cuando se abre
la prensa caliente. Desde la prensa caliente se arrastra el tubo de
sección cuadrada de aluminio, que actúa como núcleo, hacia el
dispositivo de tracción, y se soporta mediante un dispositivo capaz
de extraer la pieza central incluso durante el proceso de
fabricación.
La Figura 1 representa una vista explicativa de
la estructura del dispositivo de fabricación continua de un tubo de
sección cuadrada de PRF según la presente invención;
la Figura 2 representa una vista en perspectiva
del dispositivo laminador de las hojas preimpregnadas;
la Figura 3 representa una vista explicativa del
núcleo del dispositivo laminador de las hojas preimpregnadas;
la Figura 4 representa una vista explicativa del
dispositivo de preexpansión;
la Figura 5 representa una vista explicativa de
la disposición del dispositivo de prensa caliente, el horno de
poscurado, el dispositivo de pinzas y el dispositivo de
tracción;
la Figura 6 representa una vista explicativa del
núcleo del dispositivo de tracción; y
la Figura 7 representa un esquema de la secuencia
de funcionamiento de los dispositivos.
La Figura 1 representa una vista explicativa de
la estructura de un dispositivo de fabricación continua de un tubo
de sección cuadrada de PRF según la presente invención.
El dispositivo de fabricación continua de un tubo
de sección cuadrada de PRF designado en su conjunto mediante la
referencia numérica 1, está dotado de un elemento nuclear largo 10
cuyo diámetro exterior es menor que el diámetro interior del tubo de
sección cuadrada a fabricar. Dicho núcleo 10 está destinado a
recibir por laminado, en el exterior del mismo, una cantidad
necesaria de hojas preimpregnadas, fijándose la longitud del núcleo
de modo que se le puedan aplicar las hojas preimpregnadas.
De hecho, la longitud del núcleo debe ser de
aproximadamente 10 m de largo, así que se realiza el núcleo en un
material ligero como el aluminio, y sus extremos son soportados
mediante unos pies.
Unos dispositivos laminadores 20, 30, 40 y 50
están dispuestos a intervalos de 90º alrededor del núcleo 10.
La Figura 2 representa una vista en perspectiva
de la estructura del dispositivo laminador de las hojas
preimpregnadas, y la Figura 3 representa una vista explicativa del
núcleo.
Los dispositivos laminadores de las hojas
preimpregnadas 20 y 30 están dispuestos, respectivamente, encima y
debajo del núcleo 10, que está situado de modo que sus dos esquinas
opuestas queden orientadas en sentido vertical. Los dispositivos
laminadores de las hojas preimpregnadas 40 y 50 están dispuestos en
sentido horizontal, estando el núcleo 10 dispuesto en el centro
entre los dos dispositivos.
El dispositivo laminador de las hojas
preimpregnadas 20, dispuesto encima del núcleo 10, comprende una
pluralidad de estaciones 21 y 22.
Cada una de las estaciones presenta la misma
estructura. La primera estación 21 está dotada de dos bobinas de
suministro 21a destinadas a suministrar las hojas preimpregnadas.
Cada una de las bobinas de suministro incluye un rodillo enrollador
de película, que enrolla la película retirada que está adherida a la
superficie pegajosa de la hoja preimpregnada. La anchura de la hoja
preimpregnada que se suministra corresponde a dos de los cuatro
lados del núcleo en forma de columna cuadrada.
La hoja preimpregnada que se suministra es guiada
mediante un primer rodillo cilíndrico 21c de modo que la parte
central de la hoja quede situada en una esquina del núcleo 10, y un
segundo rodillo 21d empuja dicha parte central sobre la esquina del
núcleo. Un tercer rodillo 21e aplica por laminado toda la hoja
preimpregnada sobre la superficie del núcleo 10.
Antes de aplicar por laminado la hoja
preimpregnada a la superficie del núcleo 10, una película denominada
película de desmoldeo se aplica a la superficie del núcleo 10, la
cual se utiliza para retirar el tubo de sección cuadrada de PRF del
núcleo 10. La película de desmoldeo extraída de las bobinas de
suministro 61 y 62 montadas en el pie 12 del núcleo 10, se aplica
por laminado a la superficie del núcleo 10 mediante unos rodillos de
guía 61a y 62a.
Según la forma de realización ilustrada en la
Figura 1, se disponen dos juegos de dispositivos laminadores de las
hojas preimpregnadas 21 y 22, encima del núcleo 10, y se disponen
dos dispositivos laminadores de las hojas preimpregnadas 31 y 32
debajo de dicho núcleo 10.
De modo similar, se disponen dos juegos de
dispositivos laminadores de las hojas preimpregnadas 41, 42 y 51, 52
a la izquierda y a la derecha del núcleo 10.
Según la explicación proporcionada, la estructura
transversal del tubo de sección cuadrada de PRF comprende ocho capas
de hojas preimpregnadas aplicadas por laminado en cada lado.
Mediante el dispositivo laminador de las hojas
preimpregnadas, se aplica una película de desmoldeo en el exterior
de dichas hojas preimpregnadas que son aplicadas por laminado para
adoptar la forma de tubo de sección cuadrada. La película de
desmoldeo que se extrae de las bobinas de suministro 71 y 72 se
sobrepone en la superficie de las hojas preimpregnadas mediante unos
rodillos de guía 71a y 72a.
Las hojas preimpregnadas aplicadas por laminado
en forma de tubo de sección cuadrada, son enviadas a un dispositivo
de prensa caliente 100. Antes del tratamiento en la prensa caliente,
las hojas laminadas se hacen pasar a través de un dispositivo de
preexpansión 80.
La Figura 4 representa una vista explicativa de
la estructura del dispositivo de preexpansión 80.
El dispositivo de preexpansión 80 acoplado a la
parte extrema del núcleo 10 comprende una bolsa de aire 82 y una
correa de acero inoxidable 84 formada en el exterior de la bolsa de
aire 82, que está acoplada a un núcleo 90 de prensa caliente. Dicho
núcleo 90 de prensa caliente presenta un diámetro ligeramente mayor
que el del núcleo 10 utilizado para aplicar por laminado las hojas
preimpregnadas, y el diámetro del núcleo 90 corresponde al tamaño de
diámetro interior del tubo de sección cuadrada a fabricar.
Las hojas preimpregnadas aplicadas por laminado
para adoptar la forma de tubo de sección cuadrada sobre el núcleo 10
de laminado de las hojas preimpregnadas, todavía no están
suficientemente comprimidas entre sí, y pueden existir unas burbujas
de aire entre dichas hojas.
El dispositivo de preexpansión 80 proporciona una
fuerza de expansión o tensión desde el interior del cuerpo laminado
de hojas preimpregnadas, y completa el laminado de las mismas.
La correa de acero 84 está montada en un estado
en el que se ensancha ligeramente hacia los extremos, siendo la
bolsa interior de aire 82 capaz de expandirse y contraerse.
La pieza de trabajo (tubo de sección cuadrada)
formada a partir de las hojas preimpregnadas es arrastrada hacia el
dispositivo de prensa caliente de modo escalonado mediante un
dispositivo de tracción que se detalla más adelante.
En correspondencia con el movimiento escalonado
de la pieza de trabajo, se suministra aire a la bolsa de aire 82 a
través de un conducto de aire 92.
La bolsa 82 que contiene el aire aprieta el tubo
de sección cuadrada hacia el exterior desde su interior mediante la
correa de acero 84.
Dicha fuerza de compresión hace expandir a
forzamiento el diámetro interior del tubo de sección cuadrada. Dicho
proceso de preexpansión confiere más resistencia al cuerpo laminado
de hojas preimpregnadas, el cual se envía a continuación al núcleo
90 de la prensa caliente.
La Figura 5 representa una vista explicativa de
la disposición de una prensa caliente 100, un horno de poscurado
110, que consiste en un horno adicional de calentamiento, un
dispositivo de pinza de trabajo 120, y un dispositivo de tracción
(tractor) 130 para tirar del producto.
El dispositivo de prensa caliente 100 calienta y
aplica presión al material en forma de hoja, preimpregnado, que se
aplica por laminado en forma de tubo de sección cuadrada, durante un
tiempo predeterminado desde el exterior mediante un molde calentado,
fomentando de este modo el curado de la resina termocurable con la
cual está impregnado el material en forma de hoja.
El núcleo 90 de la prensa caliente penetra el
molde del dispositivo de prensa caliente 100 y sobresale del extremo
exterior.
Se seleccionan de forma adecuada la temperatura y
la duración de calentamiento según las propiedades del material en
forma de hoja preimpregnado.
El producto de tubo de sección cuadrada prensado
en caliente y formado se envía a continuación al horno de poscurado
110. Dicho horno de poscurado 110 calienta el tubo de sección
cuadrada que pasa a través de él a una temperatura predeterminada y
con una duración concreta, completando así el curado de la resina
termocurable de la hoja preimpregnada.
El dispositivo de pinzas 130 dispuesto en el
extremo de salida del horno de poscurado 110 agarra y fija el cuerpo
del tubo de sección cuadrada que se desplaza continuamente. El
material en forma de hoja preimpregnado que se suministra al núcleo
laminador de las hojas preimpregnadas está tensado de modo que se
tira del material hacia la bobina de suministro. Por lo tanto, el
material en forma de hoja preimpregnado y aplicado en láminas es
tirado hacia atrás continuamente hacia la bobina de suministro. El
dispositivo de pinzas sujeta el producto de tubo de sección cuadrada
contra dicha fuerza de retorno.
El dispositivo de tracción 130 está dotado de
unos medios para agarrar el producto de tubo de sección cuadrada y
para poder desplazarse en un movimiento de vaivén en sentido de la
flecha. Se proporciona el movimiento de vaivén mediante una fuente
de energía hidráulica.
La Figura 6 representa la estructura de un núcleo
tractor incorporado en el dispositivo de tracción.
Dicho dispositivo de tracción 130 incluye un
elemento de agarre, no representado, que agarra el tubo de sección
cuadrada de PRF fabricado P_{1} desde el exterior. Para evitar que
el tubo de sección cuadrada PRF P_{1} se hunda debido a la fuerza
de agarre, se utiliza un núcleo tractor 150.
Dicho núcleo tractor 150 comprende un elemento
nuclear 152 que se expande o se contrae mediante el aire, siendo
capaz además dicho elemento nuclear 152 de desplazarse conjuntamente
con el producto mediante un rodillo 154.
El elemento nuclear 152 vuelve a su posición
original mediante un muelle 156.
Cuando el dispositivo de tracción 130 agarra el
tubo de sección cuadrada de PRF P_{1} mediante el elemento de
agarre y tira del tubo en sentido axial, el elemento nuclear 152 del
núcleo tractor 150 se desplaza conjuntamente con el dispositivo de
tracción 130.
Cuando se completa el proceso de tracción y se
devuelve el dispositivo de tracción 130, también se devuelve el
elemento nuclear 152 a su posición
original mediante el muelle 156.
original mediante el muelle 156.
La Figura 7 representa un esquema de la secuencia
de funcionamiento de la presente invención.
Mientras que permanece cerrado el molde de la
prensa caliente, y se proporciona calor y presión al material en
forma de hoja preimpregnado, el dispositivo de preexpansión 80 hace
expandir dicho material en forma de hoja preimpregnado hasta
alcanzar un diámetro predeterminado de tubo de sección cuadrada.
Durante el proceso de la prensa caliente, el
dispositivo de pinzas de trabajo 120 agarra la pieza de trabajo.
Durante este tiempo, se abre la pinza del dispositivo de
tracción.
Cuando se ha completado una etapa del proceso de
la prensa caliente, se abre el molde de la prensa caliente, se
suelta la pinza de trabajo y funciona el dispositivo de tracción
para sacar la pieza de trabajo de una longitud predeterminada. El
núcleo tractor sigue este movimiento.
Se repiten las etapas anteriormente mencionadas
para fabricar de forma continua el tubo de sección cuadrada de
PRF.
El tubo de sección cuadrada de PRF fabricado
continuamente se recorta en unas longitudes predeterminadas con un
troquelador, no representado, proporcionado así el producto
deseado.
La presente invención proporciona un dispositivo
para fabricar un tubo de sección cuadrada de PRF de forma continua,
que consiste en aplicar por laminado unas hojas preimpregnadas en
forma de tubo de sección cuadrada, y proporcionar al tubo unos
tratamientos tales como un prensado en caliente y un poscurado.
Según la invención, el laminado de las hojas
preimpregnadas es un proceso automatizado, y fabrica eficazmente un
tubo de sección cuadrada de PRF de alta calidad.
Claims (5)
1. Dispositivo de fabricación continua (1) para
la fabricación de un tubo de sección cuadrada de PRF que utiliza un
elemento preimpregnado, es decir, un material semicurado y
preimpregnado, preparado mediante la impregnación de fibra de
carbono o de fibra de vidrio con una resina termocurable;
comprendiendo dicho dispositivo de fabricación
una pluralidad de dispositivos (20, 30, 40, 50)
para el laminado secuencial de un número necesario de hojas
preimpregnadas en la superficie de un núcleo en forma de columna
cuadrada (10), recubierto de una película de desmoldeo, presentando
dicho núcleo un diámetro exterior menor que el diámetro interior del
tubo de sección cuadrada a fabricar;
un dispositivo (61a, 62a, 71a, 72a) destinado a
aplicar una película de desmoldeo a la capa más exterior de las
hojas preimpregnadas aplicadas en láminas;
un dispositivo (80) destinado a hacer expandir
dichas hojas preimpregnadas en sentido radial de modo que el
diámetro interior de dichas hojas corresponda al diámetro interior
de dicho tubo de sección cuadrada a fabricar;
un dispositivo de prensa caliente (100) destinado
a aplicar calor y presión a dichas hojas preimpregnadas;
un horno de calentamiento (110) destinado a
calentar adicionalmente dichas hojas preimpregnadas prensadas en
caliente; y
un dispositivo (130) para tirar del tubo de
sección cuadrada fabricado a partir de dichas hojas preimpregnadas,
y fijarlo.
2. Dispositivo de fabricación continua de un tubo
de sección cuadrada de PRF según la reivindicación 1, en el que cada
una de dichas hojas preimpregnadas que se aplica por laminado a
dicho núcleo en forma de columna cuadrada, presenta una anchura que
cubre dos superficies exteriores adyacentes de dicha columna
cuadrada.
3. Dispositivo de fabricación continua de un tubo
de sección cuadrada de PRF según la reivindicación 1, en el que
dichos dispositivos destinados a aplicar por laminado dichas hojas
preimpregnadas en la superficie de dicho núcleo en forma de columna
cuadrada, están dispuestos en el exterior de cada esquina de dicho
núcleo, y cada uno de los dispositivos está dotado de una bobina de
suministro destinada a suministrar dichas hojas preimpregnadas, y de
un rodillo para doblar y aplicar por laminado dichas hojas
preimpregnadas sobre la superficie de dicho núcleo.
4. Dispositivo de fabricación continua de un tubo
de sección cuadrada de PRF según la reivindicación 1, en el que
dicho dispositivo destinado a tirar de dicho tubo de sección
cuadrada, formado a partir de hojas preimpregnadas, y fijarlo, está
dotado de un tubo de goma en forma de columna cuadrada destinado a
disponerse en el interior del tubo fabricado para impedir que éste
se hunda, siendo capaz dicho tubo de expandirse y contraerse según
el tiempo durante el que se agarra dicho tubo fabricado.
5. Dispositivo de fabricación continua de un tubo
de sección cuadrada de PRF según la reivindicación 1, en el que
dicho dispositivo para hacer expandir en sentido radial el diámetro
interior de dicho tubo de sección cuadrada a fabricar, dicho
dispositivo de prensa caliente, dicho dispositivo de tirar y fijar,
y la expansión y la contracción de dicho tubo incluidas en dicho
dispositivo de tirar y fijar, son todos controlados de modo que
correspondan uno con el otro.
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