ES2280687T3 - Union por consolidacion de conductos termoplasticos laminados. - Google Patents

Union por consolidacion de conductos termoplasticos laminados. Download PDF

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ES2280687T3 ES03077458T ES03077458T ES2280687T3 ES 2280687 T3 ES2280687 T3 ES 2280687T3 ES 03077458 T ES03077458 T ES 03077458T ES 03077458 T ES03077458 T ES 03077458T ES 2280687 T3 ES2280687 T3 ES 2280687T3
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Matthew K. Lum
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Abstract

Un método de formar un conducto laminado termoplástico (70), incluyendo el método: - configurar una preforma termoplástica laminada (90) generalmente a una forma deseada del conducto que se extiende longitudinalmente y definir un paso (76), de tal manera que un primer borde longitudinal (92) de la preforma solape al menos parcialmente un segundo borde longitudinal (94) de la preforma para definir una interface (96) entre superficies primera y segunda de la preforma; y - empujar conjuntamente las superficies primera y segunda de la interface; caracterizado por - calentar la interface por encima de una temperatura de transición vítrea y simultáneamente con dicho paso de empuje de tal manera que la interface se consolide para formar una junta (78).

Description

Unión por consolidación de conductos termoplásticos laminados.
Antecedentes de la invención 1) Campo de la invención
La presente invención se refiere a aparatos y métodos para formar conductos y, más específicamente, conductos termoplásticos formados por unión por consolidación.
2) Descripción de la técnica relacionada
Los conductos proporcionan pasos de transporte para una amplia variedad de aplicaciones. Por ejemplo, los conductos tubulares son ampliamente utilizados para flujo de aire en sistemas de control ambiental en aviones. Igualmente, los conductos proporcionan pasos para transportar gases para calefacción y ventilación en otros vehículos y en edificios. Los sistemas de distribución de agua, los sistemas hidráulicos, y otras redes de fluidos también usan a menudo conductos para el transporte de fluidos. Además, los materiales sólidos, por ejemplo, en forma particulada pueden ser distribuidos a través de conductos. Los conductos para las aplicaciones anteriores y otras se pueden formar de metales, plástico, cerámica, compuestos, y otros materiales.
Un sistema convencional de control ambiental en aviones utiliza una red de conductos para proporcionar aire para calefacción, refrigeración, ventilación, filtración, control de humedad, y/o control de presión de la cabina. En este sistema convencional, los conductos están formados de un material compuesto que incluye una matriz termoestable que impregna, y es reforzada por un material de refuerzo tal como Kevlar®, marca comercial registrada de E. I. Du Pont de Nemours and Company. La matriz termoestable está formada típicamente por una resina epoxi o de poliéster, que endurece cuando se somete a calor y presión. Los conductos formados de este material compuesto son generalmente fuertes y ligeros, según sea preciso en muchas aplicaciones en aviones. Sin embargo, el proceso de fabricación puede ser complicado, prolongado y caro, especialmente para conductos de forma especial tal como conductos curvados y conductos que incluyen una espiga o adaptador unido, un cordón, una campana o porción abocinada, una sección cónica, u otro contorno. Por ejemplo, los conductos curvados se forman convencionalmente alrededor de un mandril de yeso desechable. El mandril de yeso se forma en una herramienta rotativa de forma especial que actúa como un molde para formar el mandril de yeso según la forma deseada del conducto. En primer lugar, se llena parcialmente una cavidad de la herramienta con yeso no curado, y la herramienta se gira de modo que el yeso recubra una superficie interior de la cavidad de la herramienta. Cuando el yeso está parcialmente curado para formar el mandril, la herramienta se para y abre de manera que el mandril de yeso pueda ser sacado y colocado en un horno para curado posterior. El mandril se trata entonces con un sellante, se cura de nuevo, y trata con un agente de liberación. Capas de tejido, tal como Kevlar®, preimpregnadas con el material termoestable se cortan y drapean sobre el mandril, a menudo a mano, y se usa una pistola de calor para moldear las capas a la forma de mandril. El mandril se coloca en una bolsa de vacío, que está provista de una o más válvulas, y se evacua aire de la bolsa a través de las válvulas de modo que la bolsa empuje las capas contra el mandril y consolide las capas mientras se aplica calor para curar las capas y formar el conducto. Cuando las capas están curadas, se quita la bolsa de vacío, y el mandril de yeso se rompe y saca del conducto. El conducto se limpia y corta a las características dimensionales deseadas. A menudo se usa una o más plantillas que corresponden a la forma deseada del conducto para recortar el conducto y para colocar exactamente las características adicionales en el conducto tal como agujeros, espigas, ménsulas, y análogos. A veces se precisa procesado adicional para añadir un cordón o campana de modo que uno o ambos extremos del conducto se puedan fijar y sellar a otro conducto. Típicamente, se forma un cordón añadiendo material adicional, aumentando así el peso del conducto. También se puede añadir aislamiento al interior y/o el exterior del conducto.
El proceso de fabricación de tales conductos termoestables reforzados es complicado, lento y caro. La herramienta rotativa utilizada para moldear el mandril de yeso está especialmente dimensionada y conformada para crear un conducto de dimensiones específicas, de modo que hay que producir y mantener numerosas herramientas para fabricar diferentes conductos. El mandril de yeso se forma y destruye durante la fabricación de un conducto, requiriendo tiempo para curar y dando lugar a que el yeso deba ser quitado o destruido típicamente como desperdicio. Además, las capas preimpregnadas cambian de forma mientras se curan y consolidan y por lo tanto se deben cortar típicamente después de curar para lograr las dimensiones deseadas. Las plantillas requeridas para cortar y para colocar las posiciones apropiadas de características como agujeros y espigas también se usan típicamente solamente para un conducto de dimensiones particulares, de modo que se precisan numerosas plantillas si se han de formar conductos diferentes. De forma análoga a las herramientas rotativas utilizadas para formar los mandriles, las plantillas requieren tiempo y gasto para fabricación, almacenamiento y mantenimiento.
Además, los conductos formados a partir de epoxies termoestables comunes no funcionan bien en algunas pruebas de inflamabilidad, humo y toxicidad, y el uso de tal materiales puede ser inaceptable si los requisitos de rendimiento son estrictos. Por ejemplo, los cambios de las leyes medioambientales o los cambios propuestos de los requisitos de rendimiento impuestos por la Administración de Aviación Federal evitarían el uso de conductos formados de algunos compuestos termoestables en algunas aplicaciones de sistemas de control ambiental en aviones.
Una alternativa propuesta a los materiales compuestos termoestables son los compuestos termoplásticos. Los compuestos termoplásticos son plásticamente deformables cuando se calientan por encima de una temperatura de transición vítrea. En lugar de colocar capas de material compuesto no curado en un mandril, una hoja de material compuesto termoplástico puede ser fabricada y posteriormente calentada y formada en una forma deseada. Así, se puede formar una pieza de un compuesto termoplástico sin usar un mandril de yeso desechable y una herramienta especial para formar el mandril.
La formación de algunas formas de partes, tales como conductos, de materiales compuestos termoplásticos requiere la formación de juntas. Los métodos para unir elementos formados de compuestos termoplásticos son conocidos en la técnica, pero ninguno de los métodos conocidos es ideal. En general, cada método de unir elementos compuestos termoplásticos incluye calentar los elementos a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea y sujetar los elementos conjuntamente. Un método de proporcionar calor a los elementos es generar rozamiento entre los elementos, por ejemplo, por alternación, vibración ultrasónica, o agitando por rozamiento los elementos. Indeseablemente, los compuestos que contienen refuerzos de fibra, fibras especialmente largas o continuas, pueden ser dañados por estos métodos de calentamiento por rozamiento. A menudo hay que localizar herramientas y elementos de refuerzo para soportar los elementos, y los elementos grandes pueden ser difíciles de alternar. Además, los métodos ultrasónicos requieren típicamente preparaciones superficiales, y la agitación por rozamiento es típicamente lenta.
Alternativamente, se puede aplicar calor por conducción o convección, por ejemplo, por unión de chapa caliente, unión por gas caliente, unión por extrusión, o unión por resistencia. En la unión de chapa caliente, se calienta una chapa e introduce en una interface de los elementos. La chapa se saca posteriormente y los elementos se empujan uniéndolos. La unión de chapa caliente requiere generalmente un utillaje simple, pero es lenta y no es práctica para uso con formas complejas. Además, la chapa caliente puede introducir contaminación en la interface de los elementos u oxidar los materiales compuestos, debilitando por ello la junta. La unión por gas caliente es similar a soldadura convencional de metales. Un operador inserta una varilla de relleno, formada típicamente del material compuesto, en la interface y dirige una corriente de gas caliente para calentar los elementos y la varilla. El gas plastifica los elementos y la varilla, que proporciona material adicional a la interface. Igualmente, la unión por extrusión se realiza calentando la varilla de relleno en un extrusor y extrusionando el material de varilla calentado a la interface usando al mismo tiempo el gas caliente para calentar los elementos. Las uniones por gas caliente y extrusión son típicamente lentas, y la calidad de la junta resultante puede variar de forma significativa dependiendo del conocimiento del operador. En la unión por resistencia, se introduce un elemento conductor calentador eléctrico en la interface. Los elementos son empujados conjuntamente, y el elemento de calentamiento es energizado eléctricamente, produciendo calentamiento resistivo en él, que calienta los elementos. El elemento de calentamiento, que permanece en la junta, incrementa el costo del método de unión y afecta a las características de la junta, por ejemplo, haciendo la junta más rígida que las otras porciones de los elementos. Típicamente, el elemento de calentamiento tiene un coeficiente de expansión térmica diferente que el material termoplástico, dando lugar a esfuerzos en la junta cuando se calienta o enfría.
Finalmente, se puede suministrar calor a la interface por electromagnetismo, por ejemplo, por unión electromagnética, unión por microondas, unión por láser, y unión infrarroja. La unión electromagnética se realiza dispersando un polvo metálico en un material de unión en la interface de los elementos a unir. Un imán es movido cerca de la interface, generando por ello calor en el polvo. El polvo aumenta el costo de la junta, y el método se limita generalmente a unir elementos de grosor limitado. Donde un primer elemento tiene baja absorción y un segundo elemento tiene una absorción alta, se puede usar unión por láser dirigiendo un haz láser a través del primer elemento de modo que es absorbido en la interface por el segundo elemento. La unión por láser no es generalmente aplicable donde los elementos no tienen absorciones disimilares. En unión por microondas, se coloca en la interface un material susceptible a la microondas, y se irradia la interface con microondas. El método se usa típicamente solamente si los elementos no son significativos absorbedores de microondas. La unión infrarroja, es decir, usando una lámpara de infrarrojos para calentar la interface y después presionar los elementos conjuntamente, requiere un montaje complicado y puede ser lento, dependiendo de las características de absorción de los elementos.
US-A-3 952 676 describe recipientes plegables de pasta de dientes y otros recipientes dispensadores análogos que tienen paredes flexibles y externamente cuellos de descarga roscados, que se forman envolviendo una hoja de material flexible alrededor del mandril y sujetando conjuntamente los bordes laterales de solapamiento para proporcionar una envuelta tubular del cuerpo.
US-A-4 005 234 describe un artículo tubular de forma tortuosa deseada, fuerte y rígido, sin porosidad. El artículo se forma en un molde con un mandril inflable que lleva su componente de soporte de resina de tejido circundante y con una lamina o revestimiento exterior que se aplica en un molde para posterior integración en el artículo por curado por matriz.
Así, se necesita un aparato y método mejorados de formar conductos que sea efectivo y de costo razonable. Preferiblemente, el método no deberá requerir que se coloquen capas individuales en un mandril de yeso. El método deberá ser compatible con materiales plásticos y compuestos que proporcionan altas relaciones de resistencia a peso y cumplir estrictos estándares de inflamabilidad, humo y toxicidad. Además, el método deberá proporcionar un método de formar juntas fuertes y deberá ser adaptable a operación automatizada para lograr resultados consistentes.
Resumen de la invención
La presente invención proporciona un aparato y método para formar conductos termoplásticos con juntas de consolidación. Los conductos se pueden formar de preformas, que pueden ser hojas termoplásticas laminadas preformadas a una configuración curvada. El material termoplástico es ligero, fuerte, y funciona bien en pruebas de inflamabilidad, humo y toxicidad. Además, los mandriles de yeso desechables para soportar capas no son necesarios como tampoco herramientas rotativas específicas para conductos al objeto de formar tales mandriles. Además, las juntas de consolidación logradas por el aparato y método pueden ser fuertes, y el método es adaptable para operación automática.
En una realización, la presente invención proporciona un aparato para unir por consolidación una preforma termoplástica para formar un conducto que tiene una junta de consolidación longitudinal y que define un paso. El aparato incluye primeras y segundas estructuras de soporte que se extienden longitudinalmente. La primera estructura de soporte define al menos parcialmente una cavidad capaz de soportar la preforma en una configuración preformada que corresponde a una configuración deseada del conducto. La segunda estructura de soporte se extiende en la cavidad definida por la primera estructura de soporte de modo que la preforma pueda ser soportada entre las estructuras de soporte primera y segunda. Al menos una de las estructuras de soporte se puede ajustar radialmente con el fin de empujar la preforma contra la otra estructura de soporte. El aparato también incluye un conjunto calentador que está configurado para calentar una interface de la preforma por encima de una temperatura de transición vítrea. Al menos una de las estructuras de soporte o el conjunto calentador puede ser elastomérico con el fin de conformarse a la interface de la preforma y proporcionar presión uniforme a lo largo de la costura.
Según un aspecto de la invención, la segunda estructura de soporte incluye un elemento rígido alargado con una superficie exterior que corresponde a la configuración deseada del conducto. La primera estructura de soporte está adaptada para ajustar hacia la segunda estructura de soporte desde una primera posición a una segunda posición y por ello configurar la preforma a la configuración deseada del conducto. La primera estructura de soporte puede incluir una pluralidad de vástagos que se extienden longitudinalmente y son ajustables radialmente con relación a la segunda estructura de soporte de modo que los vástagos puedan ser ajustados radialmente hacia dentro hacia el elemento alargado con el fin de configurar la preforma a la configuración deseada. Se puede incluir accionadores para ajustar los vástagos.
Según otro aspecto, la segunda estructura de soporte incluye una vejiga inflable conectada al elemento rígido. La vejiga está configurada para recibir un fluido para inflar y expandirse radialmente hacia fuera hacia la primera estructura de soporte para empujar la preforma contra la primera estructura de soporte. Se puede colocar un yunque correspondiente a la forma deseada del conducto enfrente de la vejiga de modo que la vejiga pueda empujar la preforma contra el yunque. El conjunto calentador puede incluir un calentador colocado fuera de la cavidad y en comunicación térmica con una superficie exterior de la preforma, y/o un calentador flexible dispuesto en la vejiga de modo que el calentador flexible pueda ser empujado contra una interface de la preforma. Se puede colocar al menos un colector de refrigeración que se extiende longitudinalmente cerca de la preforma para recibir un fluido de refrigeración para enfriar la preforma.
Según otro aspecto de la presente invención, la segunda estructura de soporte incluye el dispositivo elastomérico, que está configurado para recibir un fluido para inflado. El dispositivo elastomérico se puede inflar para llenar la cavidad y ejercer presión radialmente hacia fuera, por ejemplo, de al menos aproximadamente 130 kPa (20 psi) en la preforma. La primera estructura de soporte puede incluir un tubo hueco que se extiende desde un primer extremo a un segundo extremo y define una cavidad cilíndrica en él. El tubo puede definir una hendidura que se extiende longitudinalmente entre los extremos de modo que el tubo se puede ajustar entre una posición cerrada y una posición abierta, y el diámetro del tubo se reduce cerrando el tubo.
La presente invención también proporciona un método de formar un conducto laminado termoplástico. La preforma termoplástica laminada se puede formar inicialmente impregnando un material de refuerzo tal como una aramida, carbono, o vidrio con un termoplástico tal como polieterimida o sulfuro de polifenol. El método incluye entonces configurar una preforma termoplástica laminada generalmente a una forma deseada del conducto que se extiende longitudinalmente y define un paso. La preforma puede ser configurada accionando una estructura de soporte, tal como una pluralidad de vástagos que se extienden longitudinalmente, radialmente hacia dentro para curvar la preforma alrededor de un eje longitudinal, por ejemplo, alrededor de un elemento longitudinal. Un primer borde longitudinal de la preforma solapa al menos parcialmente un segundo borde longitudinal de la preforma para definir una interface entre las superficies primera y segunda de la preforma. Las superficies primera y segunda de la interface son empujadas conjuntamente, por ejemplo, llenando una vejiga con fluido. La vejiga puede llenar una cavidad de una estructura de soporte exterior y empujar la preforma radialmente contra la estructura de soporte exterior. Alternativamente, la vejiga se puede colocar entre una viga que se extiende longitudinalmente a través del paso de la preforma y la preforma de modo que la vejiga empuje la preforma radialmente hacia fuera y contra una estructura de soporte exterior. La interface se calienta mientras es empujada juntamente de modo que la interface se consolide para formar una junta. Por ejemplo, al menos un calentador resistivo puede ser energizado eléctricamente para generar energía térmica, que se conduce como calor a la preforma. Se puede colocar calentadores en el paso de la preforma y/o fuera de la preforma. Preferiblemente, la interface se calienta por encima de una temperatura de transición vítrea de la preforma. Después del calentamiento, la junta puede ser enfriada a una temperatura por debajo de la temperatura de transición vítrea de la preforma mientras sigue empujando las superficies primera y segunda de la interface conjuntamente. Por ejemplo, se puede hacer circular fluido a través de un colector en comunicación térmica con la interface de la preforma.
Breve descripción de los dibujos
Habiendo descrito así la invención en términos generales, ahora se hará referencia a los dibujos acompañantes, que no se representan necesariamente a escala, y donde:
La figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato de unión por consolidación parcialmente montado según una realización de la presente invención.
La figura 2 es una vista en perspectiva de una vejiga para uso con el aparato de unión por consolidación de la figura 1.
La figura 3 es una vista en perspectiva de un conducto formado con un aparato de unión por consolidación según una realización de la presente inven-
ción.
La figura 4 es una vista en perspectiva de una preforma termoplástica para formar el conducto de la figura 3.
La figura 5 es una vista en perspectiva de una preforma curvada, o preformada, formada a partir de la preforma de la figura 4.
La figura 6 es una vista en perspectiva del aparato de unión por consolidación de la figura 1 con la preforma y vejiga insertadas.
La figura 7 es una vista en perspectiva del aparato de unión por consolidación de la figura 6 con las chapas de extremo instaladas y la fuente de presión y el suministro de potencia conectados.
La figura 8 es una vista en perspectiva del aparato de unión por consolidación de la figura 7 con el aislamiento instalado.
La figura 9 es una vista en alzado de un aparato de unión por consolidación según otra realización de la presente invención.
La figura 10 es una vista en alzado del aparato de unión por consolidación de la figura 9 con la preforma instalada.
Y la figura 11 es una vista en sección del aparato de unión por consolidación de la figura 10 según se ve a lo largo de la línea 11-11 de la figura 10.
Descripción detallada de la invención
La presente invención se describirá ahora más completamente a continuación con referencia a los dibujos acompañantes, en los que se representan realizaciones preferidas de la invención. Sin embargo, esta invención se puede realizar de muchas formas diferentes y no deberá ser interpretada limitada a las realizaciones aquí expuestas; más bien, estas realizaciones se ofrecen de modo que esta descripción sea exhaustiva y completa, y exponga completamente el alcance de la invención a los expertos en la técnica. Números análogos se refieren a elementos análogos.
Con referencia ahora a la figura 1, se representa un aparato de unión por consolidación 10 para formar juntas de consolidación en elementos termoplásticos según una realización de la presente invención. El aparato de unión por consolidación 10 incluye una estructura de soporte exterior compuesta de un tubo o cilindro alargado 12 que se extiende longitudinalmente desde un primer extremo 14 a un segundo extremo 16 y define una cavidad continua 11 a su través. En esta realización, el cilindro alargado 12 define una cavidad cilíndrica 11 que es uniforme a lo largo de la longitud del cilindro 12, pero en otras realizaciones, la cavidad 11 también puede definir otras formas en sección transversal, y el tamaño o forma en sección transversal puede ser no uniforme a lo largo de la longitud del cilindro 12. Por ejemplo, el aparato de unión por consolidación 10 puede definir una cavidad elíptica o rectangular, que se puede ahusar en la dirección longitudinal. Una hendidura 18 se extiende longitudinalmente entre los extremos 14, 16 del cilindro 12. Pestañas 20 paralelas a la hendidura 18 están montadas con pernos 22 u otros sujetadores de modo que la hendidura 18 se pueda abrir o cerrar y el diámetro del cilindro 12 puede ser ajustado consiguientemente. Preferiblemente, el cilindro 12 es empujado a una configuración abierta de modo que la hendidura 18 se abra a no ser que los pernos 22 se aprieten para cerrar la hendidura 18. Chapas de extremo 28 corresponden a los extremos 14, 16 del cilindro 12, y agujeros de perno 24 en los extremos 14, 16 del cilindro corresponden a agujeros de perno 32 de las chapas de extremo 28 de modo que las chapas de extremo 28 puedan ser colocadas cerrando los extremos 14, 16 y los pernos (no representados) se puede insertar y apretar para fijar las chapas de extremo 28 encima. El aparato de unión por consolidación 12 es soportado por soportes de base 26, aunque también se puede prever otras estructuras de soporte convencionales. El cilindro 12 y las chapas de extremo 28 se pueden formar de varios materiales incluyendo, aunque sin limitación, acero, aluminio, titanio, compuestos, y sus aleaciones. Además, en las superficies de trabajo del cilindro 12 y las chapas de extremo 28 se puede disponer una capa de bajo rozamiento o capa de desprendimiento, por ejemplo, Teflon®, marca comercial registrada de E. I. Du Pont de Nemours and Company. La capa de liberación puede ser una capa de material duradero o un agente de liberación que se lave o rocíe sobre las superficies de trabajo antes de capa proceso de unión por soldadura.
El aparato de unión por consolidación 10 también proporciona una vejiga inflable 40, como se representa en la figura 2, que puede ser insertada en la cavidad 11 del cilindro 12 antes de instalar las chapas de extremo 28. La vejiga 40 proporciona al menos una válvula 44, que se puede montar en un vástago 42. Según la realización representada en la figura 2, la vejiga 40 incluye dos vástagos 42 que se extienden longitudinalmente de ella y una válvula 44 en el extremo de cada vástago 42. Las válvulas 44 están configuradas para recibir fluido, es decir, un gas o líquido, para inflar la vejiga 40. Preferiblemente, la vejiga 40 se forma de un material elastomérico tal como silicona, caucho, o neopreno, que permite que la vejiga 40 se expanda durante el inflado. También se puede disponer un material o película de bajo rozamiento, tal como Teflon, en la vejiga 40.
El aparato de unión por consolidación 10 puede ser utilizado para formar una costura o junta en un material termoplástico. Por ejemplo, el aparato de unión por consolidación 10 puede formar un conducto termoplástico cilíndrico 70 como se representa en la figura 3. El conducto 70 se extiende longitudinalmente desde un primer extremo 72 a un segundo extremo 74 y define un paso 76. Una costura o junta 78 se extiende longitudinalmente entre los extremos 72, 74 del conducto 70. El conducto 70 puede incluir varios elementos de conexión tal como un ojo de yunque 80 y agujeros de pieza 82. El ojo de yunque 80 puede estar situado en el conducto 70 de manera que coincida con una posición deseada para una espiga (no representada), o adaptador, que se puede usar para conectar por fluido el paso 76 del conducto 70 a otro conducto o dispositivo. El agujero de piezas 82 puede estar configurado para recibir pernos, tornillos, remaches, clips, u otros sujetadores para conectar un dispositivo de detalle tal como una ménsula (no representado) al conducto 70.
Preferiblemente, el conducto 70 se forma de un compuesto laminado que incluye una matriz termoplástica y un material de refuerzo. Los materiales termoplásticos se caracterizan por una transición a un estado plástico cuando se calientan por encima de una temperatura de transición vítrea. Por ejemplo, el conducto 70 se puede formar de polieterimida (PEI) o sulfuro de polifenol (PPS), que pueden ser termoplásticos. El PEI termoplástico está disponible bajo la denominación comercial Ultem®, una marca comercial registrada de General Electric Company. Según una realización de la presente invención, cada conducto 70 se forma de un material compuesto que incluye una matriz de PEI termoplástico que se refuerza con un material de refuerzo tal como carbono, vidrio, o un tejido de aramida tal como Kevlar®, o fibras de dicho material. Alternativamente, el conducto 70 se puede formar de otros materiales termoplásticos, que se pueden reforzar con otros materiales de refuerzo, o pueden no incluir materiales de refuerzo.
El conducto 70 puede ser utilizado en numerosas aplicaciones incluyendo, aunque sin limitación, sistemas de control ambiental de vehículos aeroespaciales, en los que se distribuye aire a través del paso 76 del conducto 70 para proporcionar calefacción, refrigeración, ventilación, y/o presurización de una cabina de avión. Los extremos 72, 74 del conducto 70 pueden estar conectados a otros conductos u otros dispositivos tal como ventiladores, compresores, filtros, y análogos. Múltiples conductos 70 pueden estar conectados de modo que un eje longitudinal de cada conducto 70 esté configurado en un ángulo con relación al eje longitudinal del (de los) conducto(s) contiguo(s) 70. Así, los conductos 70 pueden estar conectados para formar un sistema de conductos complejo (no representado) que incluye numerosos conductos inclinados o curvados para acomodar los dispositivos conectados por el sistema de conducto y para cumplir las condiciones de disposición según sea preciso, por ejemplo, en una avión donde el espacio es limitado.
En la figura 4 se ilustra una preforma 90 para formar el conducto 70. La preforma 90 incluye una hoja plana de laminado termoplástico y define los extremos primero y segundo 72, 74, bordes longitudinales primero y segundo 92, 94, y las características de conexión 80, 82. Preferiblemente, la preforma 90 define una configuración geométrica que corresponde a una forma deseada o configuración del conducto 70. La configuración geométrica de la preforma 90 se determina sobresaliendo la forma deseada del conducto 70 sobre la hoja laminada plana representada en la figura 4.
Preferiblemente, la preforma 90 también está curvada o "preformada" para que corresponda al menos generalmente a la configuración espacial deseada del conducto 70. Por ejemplo, en la figura 5 se representa una preforma preformada 90 que está curvada o laminada de modo que los bordes longitudinales primero y segundo 92, 94 se aproximen y la preforma 90 defina el paso 76 y generalmente forme la forma cilíndrica del conducto 70 de la figura 3. La preforma 90 ilustrada en la figura 5 está configurada en la forma preformada ilustrada de modo que la preforma 90 tienda a retener esa forma, es decir, la preforma 90 se puede configurar a partir de la forma curvada o preformada a la forma deseada exacta del conducto 70 sin inducir esfuerzos significativos en la preforma 90. La preforma 90 puede estar curvada en una sección transversal circular, como se ilustra, o en otra forma tal como un cuadrado, rectángulo, triángulo, elipse, y análogos. Uno de los bordes longitudinales primero y segundo 92, 94 recubre una porción del otro borde 92, 94 para formar una interface 96 entremedio.
La preforma 90 se puede insertar en el cilindro alargado 12 del aparato de unión por consolidación 10 antes de instalar las chapas de extremo 28, como se representa en la figura 6. Preferiblemente, la preforma 90 define una sección transversal que es mayor que la del conducto 70, es decir, la preforma se debe curvar más a partir de la forma preformada con el fin de configurarla a la forma deseada del conducto 70. En una realización, el cilindro 12 está configurado para expandirse a un tamaño mayor que la preforma 90 ajustando los pernos 22 para abrir la hendidura 18. La hendidura 18 proporciona preferiblemente suficiente ajuste al cilindro 12 de manera que el cierre de la hendidura 18 curve la preforma 90 a un tamaño en sección transversal que es menor que el tamaño no restringido de la preforma 90. En una realización, en la que la preforma 90 es menos de aproximadamente 0,500 mm (0,020 pulgadas) más que el tamaño deseado en sección transversal del conducto 70, la hendidura 18 puede ser regulada para proporcionar al menos un cambio de 0,500 mm (0,020 pulgada) del diámetro de la cavidad 11 del cilindro 12. Así, cuando el cilindro 12 está cerrado, la preforma 90 está ligeramente curvada y la fuerza elástica de la preforma 90 tiende a mantener la preforma 90 en su posición en el cilindro 12. Alternativamente, si el cilindro 12 no se abre más que la preforma 90, o si no hendidura 18 está dispuesto en el cilindro 12, la preforma 90 se curva más a un tamaño menor que el cilindro 12 por un método manual o automatizado e inserta en el cilindro 12.
Después de insertar la preforma 90 en la cavidad 11 del cilindro 12 y de apretar los pernos 22 para cerrar la hendidura 18, se puede montar el aparato de unión por consolidación 10. El cilindro 12 está configurado para recibir la vejiga 40 de modo que la vejiga 40 se coloque dentro de la preforma 90 como se representa en la figura 6. Preferiblemente, la vejiga 40 es aproximadamente tan larga como el cilindro 12 de modo que el cilindro 12 pueda ser llenado por la vejiga 40. La vejiga 40 se puede desinflar liberando fluido de al menos una de las válvulas 44 para facilitar la introducción de la vejiga 40 en el cilindro 12, y la vejiga 40 se puede insertar entonces longitudinalmente en el cilindro 12 desde ambos extremos 14, 16 de modo que los vástagos 42 se extiendan desde el cilindro 12. Como se representa en la figura 7, las chapas de extremo 28 están colocadas en los extremos 14, 16 del cilindro 12 y fijadas con pernos que se extienden a través de agujeros 24 en el cilindro 12 y a agujeros correspondientes 32 en las chapas de extremo 28. Los vástagos 42 se extienden a través de los agujeros de vástago 30 definidos por las chapas de extremo 28, y las válvulas 44 están configuradas para ser conectadas por fluido a una fuente de presión 50 mediante mangueras de presión 52. Aunque se representan dos válvulas 44 en la figura 7, de las que ambas están conectadas a la fuente de presión 50, el aparato de unión por consolidación 10 puede incluir cualquier número de válvulas 44, de las que algunas o todas pueden estar conectadas a la fuente de presión 50 para inflado. La fuente de presión 50 puede incluir un compresor, bomba, recipiente de fluido presurizado, u otros dispositivos para suministrar fluido presurizado a la vejiga 40. En una realización ventajosa, la fuente de presión 50 proporciona aire a la vejiga 40, pero la fuente de presión 50 también puede proporcionar otros gases, tal como nitrógeno, o líquidos tal como agua o aceite.
El aparato de unión por consolidación 10 también incluye al menos un calentador 56, que puede estar sujetado permanentemente al cilindro 12 o ser extraíble del cilindro 12 y/o ajustable en el cilindro 12, por ejemplo, por enroscando o atornillando el calentador 56 al cilindro 12. El calentador 56 es un calentador de barra o tira, pero se puede usar otros tipos de calentadores tal como mantas calentadoras y otros calentadores de resistencia eléctrica, calentadores de gas, y otros calentadores conocidos en la técnica. El calentador 56 está configurado ventajosamente cerca de la interface 96 de la preforma 90 de modo que el calentador 56 pueda ser utilizado para calentar al menos la interface 96 de la preforma 90 con el fin de unir los bordes 92, 94 de la preforma 90 y formar la costura longitudinal 78 a lo largo. El calentador 56 está conectado a un suministro de potencia 58, que proporciona energía eléctrica al calentador 56 para calentamiento. En las figuras 6-8, la preforma 90 está configurada en el cilindro 12 de modo que los bordes longitudinales 92, 94, y por lo tanto la interface 96, se coloquen encima del cilindro 12, pero la preforma 90 puede estar configurada alternativamente de modo que la interface 96 se coloque en cualquier otra posición angular. Preferiblemente, el calentador 56 está configurado fuera del cilindro 12 directamente enfrente de la posición de la interface 96, por ejemplo, encima del cilindro 12 en la figura 7. También se puede disponer aislamiento 60 alrededor de parte de todo el cilindro 12 y el calentador 56 para aumentar la energía térmica retenida por el aparato de unión por consolidación 10 durante el procesado. El aislamiento 60 puede incluir uno o más paneles o mantas, que puede estar enroscado o empernado en posición como se representa en la figura 8.
En las figuras 1-8, el aparato de unión por consolidación 10 incluye una estructura de soporte exterior incluyendo el cilindro alargado 12, que tiene un diámetro fijo definido por la posición cerrada y se usa típicamente para unir por consolidación preformas 90 de un tamaño particular que corresponde a la cavidad 11 del cilindro 12. Sin embargo, en otras realizaciones, la presente invención proporciona una estructura exterior ajustable que puede ser utilizada para soportar preformas 90 de diferentes diámetros. Por ejemplo, en las figuras 9-11 se representa un aparato de unión por consolidación 110 que incluye una estructura de soporte exterior incluyendo soportes de aro 112, cada uno dispuesto alrededor de un eje longitudinal común. Los soportes de aro 112 soportan accionadores 114, que están configurados para soportar una pluralidad de vástagos paralelos 116, seis en la realización ilustrada, y ajustar los vástagos 116 radialmente hacia dentro y hacia fuera. Como se representa en la figura 11, los vástagos 116 pueden estar ajustados radialmente para definir una cavidad ajustable 111 y así soportar preformas 90 de diferentes diámetros y/o formas.
La estructura de soporte exterior del aparato de unión por consolidación 110 también incluye un yunque 130, que es soportado por una estructura de soporte de yunque 132. Preferiblemente, el yunque 130 está conformado según la forma deseada del conducto 70. Por ejemplo, el yunque 130 puede tener una forma arqueada de un radio predefinido. El yunque 130 puede ser extraíble de la estructura de soporte 132 de modo que yunques 130 de diferentes tamaños y formas puedan ser instalados según el conducto 70 que se procese. Además, la estructura de soporte de yunque 132 puede ser ajustable para acomodar yunques diferentes 130. Por ejemplo, la estructura de soporte de yunque 132 puede incluir espaciadores de montaje 134 que pueden ser sustituidos por espaciadores de montaje 134 de diferentes tamaños según la anchura del yunque 130 que es soportado por la estructura de soporte 132. La estructura de soporte 132 también soporta un calentador 136, que puede ser un calentador de barra como se ilustra en la figura 11, u otros varios tipos de calentadores conocidos en la técnica. Preferiblemente, el calentador 136 está situado cerca del yunque 130 de modo que el calor del calentador 136 pueda ser conducido por el yunque 130 a la preforma 90 durante el procesado. Un colector de fluido 138 también es soportado por la estructura de soporte 132 y está situado cerca del yunque 130. El colector de fluido 138 está configurado para recibir un fluido, por ejemplo, de una fuente de fluido para enfriar la preforma 90. Al menos un tope de borde 140 está configurado de manera que se extienda desde la estructura de soporte 132 hacia la preforma 90. Por ejemplo, como se ilustra en la figura 11, cada tope de borde 140 es empujado por un muelle 142 de manera que se extienda a través del yunque 130. Los topes de borde 140 pueden estar situados en varias posiciones a lo largo de la longitud de la estructura de soporte 132 y pueden ser integrales con el yunque 130.
Una viga interior 150, que se extiende desde un primer extremo 170 a un segundo extremo 172, se coloca en la cavidad 111 definida por los vástagos 116 de modo que la preforma 90 pueda estar colocada alrededor de la viga interior 150. Aunque los extremos 170, 172 de la viga interior 150 están conectados a la estructura de soporte de yunque 132, al menos uno de los extremos 170, 172 de la viga interior 150 se puede desconectar de la estructura de soporte de yunque 132 para facilitar la introducción de la preforma 90 en la cavidad 111 del aparato de unión por consolidación 110. Por ejemplo, se puede ajustar un retén 166 entre una posición abierta y una posición cerrada. Con el retén 166 en la posición abierta, representada en la figura 9, la preforma 90 puede ser insertada longitudinalmente en el aparato de unión por consolidación 110 de modo que la preforma 90 se disponga alrededor de la viga interior 150 con la interface 96 colocada entre la viga interior 150 y el yunque 130. Los topes de borde 140 pueden ser utilizados para colocar la interface 96 entre la viga interior 150 y el yunque 130. Por ejemplo, la preforma 90 puede ser insertada en la cavidad para encerrar la viga interior 150 y después girar hasta que uno de los bordes longitudinales 92, 94 de la preforma 90 contacta los topes de borde 140, evitando la rotación adicional. Si la preforma 90 se coloca de modo que el primer borde 92 se coloque fuera de la preforma 90 como se representa en la figura 11, la preforma se gira en una dirección hacia la derecha hasta que el primer borde 92 se gira sobre el yunque 130 y contacta los topes de borde 140. Cuando la preforma 90 está colocada adecuadamente en la cavidad 111, el retén 166 puede ser movido a la posición cerrada, representada en la figura 10, fijando la viga interior 150 en posición con relación al yunque 130.
Como se representa en la figura 11, la viga interior 150 incluye un elemento rígido 151 y una junta estanca inflable 152, o vejiga, que se conecta al elemento rígido por un retén de junta estanca 156 y/o tornillos (no representados) y situados enfrente del yunque 130. Preferiblemente, la junta estanca inflable 152 se forma de un material elastomérico y define un paso de fluido 154 de modo que la junta estanca inflable 152 pueda recibir un fluido en el paso de fluido 154 e inflarse para empujar la preforma 90 contra el yunque 130. Por ejemplo, la junta estanca inflable 152 se puede formar de silicona, caucho, neopreno, u otros materiales flexibles. Un calentador de silicio flexible 162 está dispuesto en la junta estanca inflable 152 de manera que el calentador 162 sea empujado hacia la preforma 90 cuando la junta estanca inflable 152 se infle. Así, el calentador 162 puede ser utilizado para irradiar calor radialmente hacia fuera para calentar la interface 96 de la preforma 90 durante la unión por consolidación. Una película de bajo rozamiento 164 dispuesta en la junta estanca inflable 152 reduce la tendencia de la preforma 90 a adherirse a la junta estanca inflable 152 y/o el calentador 162. Por ejemplo, la película de bajo rozamiento 164 se puede formar de Teflon®. Cada uno del calentador de silicio flexible 162 y el calentador de barra 136 puede incluir otros tipos de calentadores conocidos en la técnica. Adicionalmente, en otras realizaciones, el calentador de consolidación 110 puede incluir solamente uno de los calentadores 136, 162.
Durante la operación, los aparatos de unión por consolidación 10, 110 se usan para unir por consolidación los bordes 92, 94 de la preforma 90 con el fin de formar la junta 78 en el conducto 70 suministrando presión y calor a la interface 96 de la preforma 90. Se suministra presión a la interface 96 soportando la preforma 90 en la cavidad 11, 111 definida por una de las estructuras de soporte exteriores, por ejemplo, el cilindro 12 de la figura 1 o los vástagos 116 y el yunque 130 de la figura 11, y llenando una de la vejiga 40 o junta estanca 152 para empujar la preforma 90 radialmente hacia fuera, por ejemplo, con una presión de aproximadamente 130 kPa (20 psi). Se suministra calor por uno o más calentadores 56, 136, 162, que están configurados preferiblemente para calentar la interface de la preforma 90 por encima de una temperatura de transición vítrea en la que el material termoplástico de la preforma 90 se puede formar plásticamente, por ejemplo, aproximadamente 214°C (417°F) para un compuesto formado de polieterimida. En otras realizaciones la presión y temperatura de consolidación pueden ser más altas, por ejemplo, 414 kPa (60 psi) y 343°C (650°F) o más.
Más en particular, el aparato de unión por consolidación 10 de la figura 1 puede ser utilizado para unir por consolidación la preforma 90, como se representa en las figuras 4 o 5, para formar el conducto 70 de la figura 3. El cilindro 12 del aparato de unión por consolidación 10 se abre aflojando los pernos 22 y separando las pestañas 20 para abrir la hendidura 18. La preforma 90 se coloca en la cavidad 11 del cilindro 12, como se representa en la figura 6, y se puede colocar termopares 62 en o cerca de la interface 96 de la preforma 90 para supervisar exactamente la temperatura de la interface 96 durante el procesado usando un monitor 64 que está conectado eléctricamente al (a los) termopar(es) 62. La temperatura de la interface 96 también puede ser estimada sin medir directamente la preforma 90. Por ejemplo, si el cilindro 12 es más largo que la preforma 90 que está siendo procesada, una o más piezas de material de desechos (no representado) hecho de sustancialmente el mismo material que la preforma 90 y sustancialmente del mismo grosor que la preforma 90 se pueden poner en el cilindro 12 en un espacio no ocupado por la preforma 90, y los termopares 62 se puede colocar en, sobre, o debajo del material de desecho. Dos o más piezas de material de desecho pueden estar solapadas en el cilindro 12 de modo que la variación térmica entre los materiales de desecho replique exactamente la variación térmica en la interface 96. La vejiga 40 se desinfla e inserta longitudinalmente en el cilindro 12 dentro de la preforma 90, de modo que los vástagos 42 se extiendan desde el cilindro 12. Los pernos 22 se aprietan para cerrar la hendidura 18 y, por lo tanto, el cilindro 12. Las placas terminales 28 están colocadas en los extremos 14, 16 del cilindro 12 de modo que los vástagos se extiendan a su través, y los pernos se instalan para fijar las chapas de extremo 28 al cilindro 12, como se representa en la figura 7. La fuente de presión 50 está conectada a una o ambas válvulas 44. El calentador 56 está conectado al cilindro 12, por ejemplo, por pernos o roscas, y el calentador está conectado al suministro de potencia 58. Preferiblemente, el calentador 56 está instalado enfrente de la interface 96 de la preforma 90 de modo que el calor puede ser conducido desde el calentador 56, a través del cilindro 12, y a la interface 96. El aislamiento 60 está configurado alrededor del cilindro 12, y se usan sujetadores tales como pernos, clips, cinta, o análogos para fijar el aislamiento 60 en posición.
Con el aparato de unión por consolidación 10 montado como se representa en la figura 8, la vejiga 40 se infla, por ejemplo a una presión de aproximadamente 138 kPa (20 psi) o más, de modo que la vejiga 40 ejerza una fuerza radialmente hacia fuera en la preforma 90, empujando la preforma de manera que se conforme a la forma del cilindro 12 y empujando los bordes 92, 94 de la preforma juntamente en la interface 96. El suministro de potencia 58 es energizado para proporcionar energía eléctrica al calentador 56, que genera calor. El calor es conducido desde el calentador 56 a la preforma 90 y calienta la interface 96, preferiblemente por encima de la temperatura de transición vítrea de la preforma 90. En una realización, en la que la preforma 90 incluye PEI, el calentador 56 calienta la interface 96 a una temperatura de entre aproximadamente 214°C (417°F) y 249°C (480°F). Por ejemplo, la interface puede ser calentada a aproximadamente 230°C (460°F). El monitor 64 se usa para supervisar la temperatura de la preforma 90 (o desecho) de manera que se pueda lograr la temperatura deseada en la interface 96, y la temperatura deseada se mantiene durante un intervalo de consolidación predeterminado, por ejemplo, aproximadamente 15 minutos. La fuerza ejercida por la vejiga 40 empuja los bordes longitudinales 92, 94 conjuntamente y consolida la interface 96 para formar el conducto 70 con la junta 78, que es preferiblemente sustancialmente lisa en el interior y exterior del conducto 70. Después de transcurrir el intervalo de consolidación, el calentador 56 se apaga y el conducto 70 comienza a enfriarse. Preferiblemente, el conducto 70 se enfría a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea antes de desinflar la vejiga 40, se desmonta el aparato de unión por consolidación 10, y se saca de él el conducto 70.
Según otra realización, el aparato de unión por consolidación 110 de la figura 9 también se puede usar para formar el conducto 70 de la figura 3 de una de las preformas 90, como se representa en las figuras 4 o 5. Se retiran los accionadores axiales 114 para retirar los vástagos 116 radialmente hacia fuera, se abre el retén 166, y se desinfla la junta estanca inflable 152. La preforma 90 es instalada longitudinalmente en el aparato de unión por consolidación 110 alrededor de la viga interior 150 de modo que la interface 96 se coloque entre la junta estanca inflable 152 y el yunque 130. Como se ha descrito anteriormente, se puede colocar termopares (no representados) en o cerca de la interface 96 de la preforma 90 para supervisar la temperatura de la interface 96 durante el procesado usando un monitor (no representado), o los termopares se pueden usar para medir una pieza de desecho (no representada). El retén 166 se cierra para fijar el primer extremo 170 de la viga interior 150 al yunque 130. La fuente de presión 160 está conectada a la junta estanca inflable, el suministro de potencia está conectado eléctricamente a los calentadores 136, 162, y la fuente de fluido 139 está conectada al colector de fluido 138.
Con el aparato de unión por consolidación 110 montado como se representa en la figura 10, los accionadores 114 son accionados para extender los vástagos 116 radialmente hacia dentro de modo que los vástagos 116 contacten la preforma 90 y soporten la preforma 90 como se representa en la figura 11. La junta estanca inflable 152 es inflada con fluido de la fuente de presión 160 de manera que la junta estanca 152 ejerza una fuerza radialmente hacia fuera en la preforma, empujando los bordes longitudinales 92, 94 de la preforma 90 conjuntamente en la interface 96. El suministro de potencia 137 es energizado para suministrar energía eléctrica a los calentadores 136, 162, que generan calor que es conducido desde los calentadores 136, 162 a la preforma 90 en la interface 96. Preferiblemente, los calentadores 136, 162 calientan la interface 96 por encima de la temperatura de transición vítrea de la preforma 90, como se ha descrito anteriormente. La fuerza ejercida por la junta estanca inflable 152 empuja los bordes longitudinales 92, 94 de la preforma 90 conjuntamente y consolida la interface 96 para formar el conducto 70 con la junta 78. Después de haber transcurrido el intervalo de consolidación, se apagan los calentadores 136, 162 y se enfría el conducto 70. Preferiblemente, el conducto 70 se enfría a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea antes de que la junta estanca inflable 152 se desinfle, el retén 166 se abre, y el conducto 70 se saca del aparato de unión por consolidación 110.
Los aparatos de unión por consolidación 10, 110 incluyen un dispositivo elastomérico tal como la vejiga 40 y la junta estanca inflable 152, que son ajustables radialmente hacia fuera para empujar la interface 96 de la preforma contra la estructura de soporte exterior del cilindro 12 o yunque 130, respectivamente. En cada ejemplo, el elemento elastomérico 40, 152 empuja la preforma 90 contra la estructura de soporte opuesta mientras que la interface 96 es calentada para formar una junta de consolidación 78 en ella.
Después de formar el conducto 70, el conducto 70 puede ser post-formado para proporcionar contornos o características adicionales, tales como campanas, cordones, y análogos. Se aprecia que, según la invención, se puede unir por consolidación menos que toda la interface 96 de la preforma 90, de modo que al menos una porción de la interface 96 permanezca no unida. La unión de una porción particular de la interface 96 se puede evitar no suministrando calor o presión a dicha porción o proporcionando un material de separación, tal como cinta resistente al calor, entre los bordes 92, 94 durante el proceso de unión por consolidación. La porción no unida resultante puede ser unida por consolidación, por ejemplo, como una parte de un proceso de posformación. También se aprecia que se puede disponer marcas en la preforma 90, por ejemplo, para identificar exactamente la posición de tales características posformadas o para facilitar la fabricación o el montaje de los conductos.
Muchas modificaciones y otras realizaciones de la invención les vendrán a la mente a los expertos en la técnica a la que se refiere esta invención, quienes tienen el beneficio de las ideas presentadas en las descripciones anteriores y los dibujos asociados. Como se ha señalado anteriormente, por ejemplo, el aparato de unión por consolidación puede ser configurado para formar conductos que tienen formas no cilíndricas, tales como rectangulares, elípticas, u otras formas. Por lo tanto, se ha de entender que la invención no se ha de limitar a las realizaciones específicas descritas y que se prevé incluir modificaciones y otras realizaciones dentro del alcance de las reivindicaciones anexas. Aunque se han empleado aquí términos específicos, se usan en un sentido genérico y descriptivo solamente y no a efectos de limitación.

Claims (26)

1. Un método de formar un conducto laminado termoplástico (70), incluyendo el método:
- configurar una preforma termoplástica laminada (90) generalmente a una forma deseada del conducto que se extiende longitudinalmente y definir un paso (76), de tal manera que un primer borde longitudinal (92) de la preforma solape al menos parcialmente un segundo borde longitudinal (94) de la preforma para definir una interface (96) entre superficies primera y segunda de la preforma; y
- empujar conjuntamente las superficies primera y segunda de la interface; caracterizado por
- calentar la interface por encima de una temperatura de transición vítrea y simultáneamente con dicho paso de empuje de tal manera que la interface se consolide para formar una junta (78).
2. Un método según la reivindicación 1, incluyendo además formar la preforma termoplástica laminada (90) impregnando un material de refuerzo con un termoplástico.
3. Un método según la reivindicación 2, donde dicho paso de formación incluye impregnar el material de refuerzo incluyendo al menos uno del grupo que consta de una aramida, carbono, y vidrio con el termoplástico incluyendo al menos uno del grupo que consta de polieterimida y sulfuro de polifenol.
4. Un método según la reivindicación 1, 2 o 3, donde dicho paso de configuración incluye accionar una estructura de soporte radialmente hacia dentro para curvar la preforma (90) alrededor de un eje longitudinal.
5. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, donde dicho paso de configuración incluye ajustar una pluralidad de vástagos que se extienden longitudinalmente (116) radialmente hacia dentro para curvar la preforma (90) alrededor de un elemento longitudinal.
6. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, donde dicho paso de empuje incluye llenar una vejiga (40) con fluido de modo que la vejiga llene una cavidad (11, 111) de una estructura de soporte exterior (12, 112) y empuje la preforma (90) radialmente contra la estructura de soporte exterior.
7. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, donde dicho paso de empuje incluye inflar una vejiga (40) con fluido, la vejiga colocada entre una viga que se extiende longitudinalmente a través del paso de la preforma (90) y la preforma, de modo que la vejiga empuje la preforma radialmente hacia fuera y contra una estructura de soporte exterior.
8. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, donde dicho paso de calentamiento incluye energizar eléctricamente al menos un calentador resistivo (56) para generar calor y conducir calor desde el al menos único calentador a la preforma (90).
9. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-8, donde dicho paso de calentamiento incluye energizar un primer calentador (162) colocado en el paso de la preforma (90) y un segundo calentador (136) colocado fuera de la preforma.
10. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, incluyendo además, después de dicho paso de calentamiento, enfriar la junta a una temperatura inferior a la temperatura de transición vítrea de la preforma (90) empujando al mismo tiempo las superficies primera y segunda de la interface (96)
conjuntamente.
11. Un método según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, donde dicho paso de enfriamiento incluye hacer circular fluido a través de un colector (138) en comunicación térmica con la interface de la preforma.
12. Un aparato (10) para unir por consolidación una preforma termoplástica para formar un conducto que tiene una junta de consolidación longitudinal y definir un paso, incluyendo el aparato:
- una primera estructura de soporte que se extiende longitudinalmente y define al menos parcialmente una cavidad (11) capaz de soportar la preforma en una configuración preformada que corresponde a una configuración deseada del conducto;
- una segunda estructura de soporte que se extiende longitudinalmente en la cavidad definida por dicha primera estructura de soporte de modo que la preforma pueda ser soportada entre dicha primera y segunda estructura de soporte; y
- un conjunto calentador (56, 136, 162) configurado para calentar una interface de la preforma por encima de una temperatura de transición vítrea,
donde al menos uno de dicha primera estructura de soporte, dicha segunda estructura de soporte, y el conjunto calentador es elastomérico con el fin de conformarse a la interface de la preforma, y donde al menos una de dicha primera y segunda estructuras de soporte está configurada para ajustar radialmente y empujar la preforma contra la contraria de dicha primera y segunda estructuras de soporte mientras que la preforma es soportada en la configuración preformada correspondiente a la configuración deseada del conducto, donde los calentadores calientan la interface por encima de una temperatura de transición vítrea simultáneamente, empujando al menos una de dicha primera y segunda estructuras de soporte la preforma contra la contraria de dichas estructuras de soporte de manera que la interface se consolide para formar una junta.
13. Un aparato según la reivindicación 12, donde dicha segunda estructura de soporte incluye un elemento rígido alargado que tiene una superficie exterior correspondiente a la configuración deseada del conducto y dicha primera estructura de soporte está adaptada para ajustar desde una primera posición hacia dicha segunda estructura de soporte a una segunda posición y configurar por ello la preforma a la configuración deseada del conducto.
14. Un aparato para unir por consolidación una preforma termoplástica según la reivindicación 12 o 13, donde dicha primera estructura de soporte incluye una pluralidad de vástagos (116) que se extienden longitudinalmente y ajustables radialmente con relación a dicha segunda estructura de soporte, de modo que dichos vástagos puedan ser ajustados radialmente hacia dentro hacia dicho elemento alargado para configurar la preforma a la configuración deseada.
15. Un aparato según la reivindicación 12, 13 o 14, donde dicho conjunto calentador incluye un soporte elastomérico y un calentador soportado por dicho soporte elastomérico de manera que dicho conjunto calentador pueda ser empujado contra la interface de la preforma para calentar la interface a una temperatura superior a la temperatura de transición vítrea de la preforma.
16. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-15, donde dicha segunda estructura de soporte incluye una vejiga inflable conectada a dicho elemento rígido, estando configurada dicha vejiga (40) para recibir un fluido para inflar dicha vejiga y expandir dicha vejiga radialmente hacia fuera hacia dicha primera estructura de soporte para empujar la preforma contra dicha primera estructura de soporte.
17. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-16, incluyendo además un yunque (130) correspondiente a la forma deseada de una porción de dicho conducto y colocado en relación opuesta a dicha vejiga de modo que dicha vejiga sea capaz de empujar la preforma contra dicho yunque.
18. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-17, donde dicha segunda estructura de soporte incluye dicho dispositivo elastomérico que está configurado para recibir un fluido para inflar dicho dispositivo elastomérico para llenar dicha cavidad y ejercer una presión radialmente hacia fuera en la preforma.
19. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 14-18, incluyendo además al menos un accionador (114) configurado para ajustar dichos vástagos entre las posiciones primera y segunda.
20. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-19, donde dicho conjunto calentador incluye un calentador flexible (162) dispuesto en dicha vejiga inflable, siendo capaz dicho calentador de ser empujado contra la interface de la preforma para calentar la interface a una temperatura más alta que la temperatura de transición vítrea de la preforma.
21. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-20, donde dicho conjunto calentador incluye un calentador (136) colocado fuera de dicha cavidad y en comunicación térmica con dicho yunque.
22. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-21, incluyendo además al menos un colector de enfriamiento (138) que se extiende longitudinalmente y colocado cerca de dicha preforma, estando configurado dicho colector de enfriamiento para recibir un fluido de refrigeración para enfriar la preforma.
23. Un aparato según cualquiera de las reivindicaciones 12-22, donde la primera estructura de soporte incluye un tubo (12) que se extiende longitudinalmente desde un primer extremo a un segundo extremo y que define dicha cavidad.
24. Un aparato para unir por consolidación una preforma termoplástica según cualquiera de las reivindicaciones 12-23, donde dicha vejiga inflable es capaz de ser inflada a una presión de al menos aproximadamente 130 kPa (20 psi).
25. Un aparato para unir por consolidación una preforma termoplástica según la reivindicación 24, donde dicha cavidad de dicho tubo es cilíndrica.
26. Un aparato para unir por consolidación una preforma termoplástica según la reivindicación 24 o 25, donde dicho tubo define una hendidura (18) que se extiende longitudinalmente desde dicho primer extremo a dicho segundo extremo de modo que dicho tubo pueda ser ajustado entre una posición cerrada en la que dicha hendidura está cerrada y una posición abierta en la que dicha hendidura está abierta, siendo un diámetro de dicho tubo más grande cuando dicho tubo está en la posición abierta que cuando dicho tubo está en la posición cerrada.
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