ES2290551T3 - Dispositivo de sujecion para un articulo y un procedimiento para endurecer y mantener compacto dicho articulo. - Google Patents

Abstract

Un dispositivo de sujeción para sujetar un artículo (3) en conexión con el endurecimiento del artículo bajo presión elevada dentro de un depósito de presión, en el que el dispositivo de sujeción incluye uno o más elementos de soporte que entera o parcialmente rodean las superficies laterales del artículo y están dispuestas para soportar el artículo (3) durante el endurecimiento, caracterizado porque al menos uno de los elementos de soporte (4a) está dispuesto en relación con el artículo de tal forma que el elemento de soporte (4a) presiona, en una primera región a lo largo de su extensión, contra el artículo con una presión que es elevada con relación a la presión del depósito de presión y, en una segunda región a lo largo de su extensión, presiona contra el artículo con una presión que es inferior con relación a la presión del depósito de presión.

Description

Dispositivo de sujeción para un artículo y un procedimiento para endurecer y mantener compacto dicho artículo.

Antecedentes de la invención y técnica anterior

La presente invención se refiere a un dispositivo de sujeción de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 1 para sujetar un artículo en conexión con el endurecimiento del artículo.

La invención abarca también un procedimiento para endurecer y mantener compacto un artículo de acuerdo con el preámbulo de la reivindicación 7.

Es conocida la fabricación de muchos artículos y elementos estructurales como por ejemplo de vehículos, embarcaciones y aeronaves, a partir de chapa metálica o materiales compuestos endurecibles que contienen fibras, como por ejemplo fibras de vidrio o fibras de carbono. Dichos materiales compuestos se caracterizan por ofrecer una elevada resistencia y un peso relativamente bajo. Estas propiedades características han determinado que sea cada vez más frecuente el empleo en la industria de la aviación de artículos que contienen materiales compuestos. Un tipo de artículo a menudo usado comprende un núcleo de células y un bastidor de largueros el cual rodea el núcleo de células y se compone de largueros de fibras de carbono unidas con adhesivo. El núcleo de células, que es relativamente dúctil, puede ser unido con adhesivo a una presión baja, típicamente de 180 kPa. Por otro lado, se prescribe una presión alta, típicamente de 300 a 600 kPa al unir con adhesivos los largueros al bastidor con el fin de producir una junta adhesiva satisfactoria.

El tipo de artículo anteriormente descrito requiere así que los largueros sean primero unidos entre sí con adhesivo a la presión alta, y que el núcleo de células sea a continuación unido con adhesivo a la presión baja. Una herramienta que puede utilizarse al endurecer artículos de este tipo se describe en el documento WO 01/47695.

Otros dispositivos de sujeción utilizados en el moldeo de compuestos se conocen a partir de los documentos US-A-5993184 y US-A-5597435.

Objeto de la invención

Un objeto de la invención es reducir los costes y la demora de los plazos de entrega asociados con el montaje de estos y otros artículos en la que las piezas implicadas requieren su endurecimiento a diferentes presiones.

Sumario de la invención

Este objeto ha sido obtenido de acuerdo con la invención por medio de un medio de sujeción para sujetar un artículo en conexión con el endurecimiento del mismo en un depósito de presión que tiene una presión elevada en relación con la presión atmosférica. El dispositivo de sujeción comprende uno o más elementos de soporte que parcial o completamente rodean las superficies laterales del artículo y están dispuestas para soportar el artículo durante su endurecimiento, y para ejercer una presión diferenciada sobre el artículo.

Al menos uno de los elementos de soporte está dispuesto en relación con el artículo de tal forma que el elemento de soporte ejerce, a lo largo de su extensión, diferentes niveles de presión sobre el artículo en el sentido de que, en una primera región a lo largo de su extensión, el elemento de soporte presiona contra el artículo con una presión que es elevada con respecto a la presión del depósito de presión y, en una segunda región a lo largo de su extensión, presiona sobre el artículo con una presión que es inferior respecto de la presión del depósito de presión. El elemento de soporte que ejerce, a lo largo de su extensión, diferentes niveles de presión sobre el artículo puede ser dispuesto de manera fija en el dispositivo de sujeción con un punto de articulación escogido de forma que el elemento de soporte ejerza la presión elevada en la primera región y la presión inferior en la segunda región. Los elementos de soporte que no ejercen niveles diferentes de presión sobre el artículo están en contacto con el artículo a lo largo de su entera extensión esencialmente sin ejercer presión contra el artículo.

En una forma de realización específica, el dispositivo de sujeción está dispuesto para sujetar un artículo que comprende un núcleo y un bastidor de largueros que rodea las superficies laterales de un núcleo e incluye al menos dos largueros para unir por adhesivo el núcleo al bastidor de largueros y unir con adhesivo los largueros entre sí. Los elementos de soporte son a continuación dispuestos para ejercer la presión diferenciada de forma que presionen los largueros uno hacia otro a la presión elevada con respecto a la presión del depósito de presión, y estén en contacto con el artículo esencialmente sin ejercer ninguna presión sobre aquél cuando el núcleo va a ser unido con el adhesivo al bastidor de largueros. La presión elevada que presiona los largueros uno hacia otro es, por ejemplo, aproximadamente, 2 a 4 veces más elevada que la presión dominante en el depósito de presión.

La invención se refiere también a un procedimiento para endurecer y mantener compacto un artículo que contiene al menos un núcleo y un bastidor de largueros que rodea un núcleo y que incluye al menos dos largueros por medio de lo cual el núcleo es unido con adhesivo al bastidor de largueros, y los largueros del bastidor de largueros resultan unidos con adhesivo entre sí. El procedimiento se caracteriza porque el artículo endurecido está dispuesto sobre un substrato, porque los elementos de soporte son aplicados alrededor del artículo para mantenerlo compacto, porque los elementos de soporte son forzados a ejercer una presión diferencial sobre el artículo, y porque el artículo no endurecido, sobre su substrato y con los elementos de soporte, es introducido en un depósito de presión para su endurecimiento. Los elementos de soporte son forzados a ejercer una presión que es elevada con respecto a la presión del depósito de presión sobre las superficies que presionan los largueros conjuntamente uno hacia otro y están en contacto con el artículo esencialmente sin ejercer presión sobre las superficies cuando los largueros son unidos con adhesivo al núcleo.

El dispositivo de sujeción y el procedimiento para endurecer un artículo manteniéndolo compacto de acuerdo con la invención hace sustancialmente más fácil unir con adhesivo conjuntamente un artículo que comprende un núcleo unido con adhesivo sobre un bastidor de largueros de unos largueros que son unidos con adhesivo entre sí. El núcleo es sensible a la presión, y puede tolerar una presión muy baja lateralmente, mientras que puede soportar una presión del orden de 180 kPa desde arriba. Una presión significativamente más alta, del orden de 300 a 600 kPa, es a continuación prescrita para unir entre sí con adhesivo los largueros, con el fin de obtener una junta adhesiva satisfactoria. A pesar de estas exigencias contradictorias, el dispositivo y el procedimiento de acuerdo con la invención, posibilitan la unión con adhesivo del artículo en una única etapa. La presión existente en el depósito de presión, que se sitúa así en torno a un máximo de 180 kPa, presiona desde arriba sobre el bastidor de largueros y sobre el núcleo. Los medios de soporte dispuestos alrededor del artículo ofrecen resistencia a la presión que en otro caso se ejercería sobre el artículo lateralmente, excepto sobre aquellas superficies en las que se prescriba que la presión sea elevada con respecto a la presión del depósito de presión. Los medios de soporte ejercen la presión descrita sobre estas superficies. En el dispositivo de sujeción y en el procedimiento de acuerdo con la invención, la presión del depósito de presión se utiliza así para crear una presión diferenciada sobre el artículo.

Breve descripción de las figuras

La Figura 1 muestra un dispositivo de sujeción para sujetar un artículo en conexión con el endurecimiento del mismo;

la Figura 2 muestra una forma de realización ejemplar del artículo de la Figura 1;

la Figura 3 proporciona un diagrama esquemático de un ejemplo del artículo de la Figura 2 montado en un dispositivo de sujeción que contiene elementos de soporte.

Formas de realización preferentes

En la Figura 1 un dispositivo de sujeción contiene un elemento de base 1 el cual, en el ejemplo mostrado, constituye un asiento con un soporte superior del asiento que tiene un tamaño de, por ejemplo, 10 m^{2}. El elemento de base 1 puede estar hecho de acero o de cualquier otro metal o aleación metálica, como por ejemplo aluminio, níquel, etc., y tiene un grosor entre 5 y 50 mm, por ejemplo entre 20 y 25 mm.

Un elemento intermedio 2 está dispuesto de manera que pueda desplazarse sobre la superficie del asiento del elemento de base 1, esto es, el elemento intermedio 2 descansa holgadamente sobre el elemento de base 1. Un artículo que va a ser fabricado es situado sobre la parte superior del elemento intermedio 2. El elemento intermedio 2 constituye un elemento de conformación del artículo 3, esto es, el elemento intermedio 2 constituye una superficie que tiene una forma que se corresponde con la superficie del elemento 3 que va a ser fabricado y que está encarado opuesto a la superficie del elemento intermedio. En el ejemplo mostrado, el elemento intermedio 2 es relativamente delgado en comparación con el elemento de base 1, y puede medir de 2 a 7 mm, por ejemplo entre 4 y 5 mm. El elemento intermedio 2 puede ventajosamente tener una superficie superior que sea esencialmente paralela con una superficie inferior del elemento intermedio 1. La superficie superior del asiento del elemento de base 1 tendrá entonces también ventajosamente una forma que se corresponda con la forma de la superficie del artículo 3 que va a ser fabricado. El elemento intermedio 2 alternativamente tiene una superficie superior sobre la cual descansa el artículo 3 que va a ser fabricado, y una superficie inferior, de forma que estas superficies no son paralelas. Por ejemplo, la superficie superior puede tener una configuración cóncava mientras que la superficie inferior es plana. En la forma de realización mostrada en la figura 1, las superficies inferior y superior del elemento intermedio son esencialmente planas, como lo es también la superficie superior del elemento de base 1.

El elemento intermedio 2 está hecho al menos parcialmente con un material compuesto que contiene, por ejemplo, fibras y un material plástico. Dichas fibras pueden consistir en, por ejemplo, fibras de carbono, fibras de vidrio y/u otras fibras minerales. El material plástico contiene un plástico endurecible, como por ejemplo plástico epoxi.

El dispositivo de sujeción incluye también unos elementos de soporte 4 que pueden fijarse sobre el elemento intermedio 2. Los elementos de soporte 4 constituyen conjuntamente un bastidor que soporta el artículo 3 que va a ser fabricado. La superficie interior del bastidor está así definida por el contorno de la superficie periférica del artículo. Los elementos de soporte 4 pueden fijarse sobre el elemento intermedio 2 por medio de unos elementos de conexión 6. Los elementos de soporte 4 son así fijados únicamente al elemento intermedio 2. Los elementos de conexión 6 consisten, por ejemplo, en una junta empernada con un perno y una tuerca que está enroscada sobre el perno. El perno se extiende a través del elemento intermedio 2 y de uno de los elementos de soporte 4, e incluye un cabezal del perno que es avellanado dentro del elemento intermedio 2. Son también posibles otros elementos de conexión dentro del ámbito de la invención, por ejemplo un único perno no roscado que se extienda a través de un agujero practicado en el elemento intermedio 2 y de uno de los elementos de soporte 4 con un encaje apropiado. También es posible fijar uno o varios elementos de soporte 4 al elemento intermedio 2 por medio de una junta más permanente, como por ejemplo, mediante unión por adhesivo. Cada elemento de soporte 4 tiene una superficie 10 que está girada hacia la superficie periférica del artículo 3 que va a ser fabricado. La superficie de soporte 10 tiene así un contorno que se corresponde con el contorno periférico del artículo 3 que va a ser fabricado. El montaje de los elementos de soporte 4 se describirá con mayor detalle en conexión con la Figura 3.

Los elementos de soporte 4 pueden estar hechos también con un material compuesto que contenga fibras y un material plástico. Las figuras pueden consistir en fibras de carbono, fibras de vidrio y/o varias fibras minerales, y el material plástico puede contener resina epoxi. Los elementos de soporte 4 ventajosamente contienen una proporción más elevada de material plástico que el elemento intermedio 2. Los elementos de soporte 4 son pertinentemente fabricados utilizando troqueles hechos de metal, como por ejemplo aluminio o acero.

El dispositivo de sujeción contiene así mismo unos medios para extraer gas de una región por encima del elemento 1. Estos medios comprenden unos conductos 19, que tienen una abertura 20 en la superficie superior del asiento del elemento de base 1, y que se extienden hasta una bomba 21. Hay también una tela 22 esencialmente a prueba de fugas situada por encima de la superficie superior del asiento del elemento de base 1. La tela 22 está sujeta a lo largo de la periferia del elemento de base 1 utilizando algunos medios de sujeción 23, como por ejemplo cinta adhesiva. La tela 22 cubre así las aberturas 20, el elemento intermedio 2, el elemento de soporte 4 y el artículo 3 que va a ser fabricado. Cuando la bomba 21 es puesta en marcha, el gas existente entre la tela 22 y el elemento de base 1 es extraído creándose un vacío, tras lo cual la tela 22 quedará herméticamente unida al artículo 3 que va a ser fabricado. Debe destacarse que pueden disponerse elementos adicionales entre el artículo 3 y la tela 22; por ejemplo, una película de plástico (no mostrada) puede situarse más cerca del artículo 3, y una llamada tela rasgable (no mostrada) puede ser situada entre el artículo 3 y la tela 22. En una forma de realización, el dispositivo de sujeción con su artículo asociado 3 puede ser introducido en un autoclave para su tratamiento térmico.

En la Figura 2 el artículo 3 consiste en un elemento estructural destinado a un aeroplano, un vehículo, una barca, una embarcación o algún otro dispositivo, como por ejemplo una máquina o un edificio. El artículo de la Figura 2 contiene un núcleo 5 y un bastidor 7 de los largueros que rodea el núcleo y está compuesto de unos largueros 8 de fibra de carbono que han sido unidos entre sí. Para conseguir una junta adhesiva fuerte entre los largueros, el adhesivo debe ser endurecido bajo una presión relativamente alta, esto es del orden de 300 a 600 kPa.

El núcleo 5 es unido con adhesivo al bastidor 7 de los largueros. El núcleo característicamente tiene una estructura celular, como por ejemplo una estructura alveolar, de forma que el peso del artículo 3 puede mantenerse en un nivel bajo. El núcleo es característicamente sensible a la presión. En un ejemplo con un núcleo de matriz de fenol/fibra de aramida, el núcleo puede tolerar lateralmente una presión extremadamente baja. El núcleo puede soportar una exposición a una presión del orden de 180 kPa desde arriba.

En la Figura 3 los elementos de soporte 4a, 4b rodean el artículo 3 enteramente. Los elementos de soporte 4b que descansan en contacto con una sección del bastidor 7 de los largueros que se sitúa adyacente al núcleo a lo largo de su entera opuesta superficie periférica están fijados en un elemento intermedio 2 por medio de dos elementos de conexión 6, anteriormente descritos, los cuales están dispuestos separados entre sí. Los elementos de soporte 4b están fijados con relación al artículo de forma que, antes del endurecimiento, se sitúan en firme contacto sobre el artículo 3 sin ejercer presión alguna sobre el artículo. Sin embargo, durante el proceso de endurecimiento efectivo puede suceder que se ejerza un grado de presión sobre el artículo por parte de los elementos de soporte 4b porque el adhesivo entre núcleo y el bastidor de los largueros se expande en cierta forma durante el proceso de endurecimiento. Los elementos de soporte 4b que están situados en contacto con una sección del bastidor 7 de los largueros, el cual comprende una junta entre dos largueros 8 están, de la misma forma, fijados en el substrato por medio de los elementos de conexión 6 que están dispuestos separados entre sí. Los elemento de soporte 4a que se sitúan en contacto con una sección de un larguero 8 el cual, a lo largo de su superficie periférica opuesta está situado adyacente tanto al núcleo como a un larguero opuesto 8, están dispuestos en el elemento intermedio 2 de una forma alternativa. Estos elementos de soporte 4a están montados en el substrato por medio simplemente de un único elemento de conexión 6. Este único elemento de conexión 6 actúa en este caso como un punto de pivote 9 alrededor del cual puede de alguna forma girar el elemento de soporte 4a. En la posición del punto de pivote 9 se escoge de acuerdo con cálculos del par de torsión de una persona experta en la materia, de forma que el elemento de soporte 4a presione, en una región a lo largo de su extensión cuando el larguero adyacente al elemento de soporte se apoya en el larguero opuesto, el larguero adyacente sobre el larguero opuesto y, a lo largo del resto de la extensión, se apoya sobre el larguero adyacente sin presionar sobre él. Para el ejemplo anteriormente descrito con un núcleo de matriz de fenol/fibra de aramida y una presión del depósito de presión de 180 kPa, el punto de pivote se escoge para que la presión sea ejercida en la región anteriormente mencionada con una presión de 2 a 5 veces más elevada que la presión del aire existente en el deposito de presión.

La fabricación del artículo 3 puede desarrollarse, por ejemplo, de la siguiente manera. El elemento intermedio 2 es situado sobre el elemento de base 1. El núcleo es a continuación situado sobre el elemento intermedio 2. Los largueros de fibra de carbono no endurecido son también situados alrededor de la periferia del núcleo. Los elementos de soporte 4 son a continuación aplicados alrededor del núcleo 5 y del bastidor 7 de los largueros de fibra de carbono 8 de la manera descrita en conexión con la Figura 3. La tela 22 a prueba de fugas es a continuación aplicada sobre la parte superior del artículo y sujeta utilizando los medios de sujeción 23 sobre la superficie superior del asiento a lo largo de la periferia del elemento de base. El dispositivo de sujeción es a continuación introducido en un autoclave. El espacio que se crea por debajo de la tela es ahora succionado al vacío por medio de la bomba 21 de forma que la tela constituye un sello firme sobre el artículo. La temperatura y la presión del autoclave son gradualmente incrementados. Los niveles finales para alcanzar el endurecimiento del artículo 3 pueden situarse en, por ejemplo, aproximadamente de 2 a 6 barias, por ejemplo 6 barias de presión absoluta y de 150 a 200ºC, por ejemplo, de manera aproximada, 180ºC. Después de un periodo de tiempo apropiado dentro del autoclave, por ejemplo de 2 a 3 horas, dependiendo del tamaño del artículo, la presión y la temperatura del autoclave son reducidos y el dispositivo de sujeción puede sacarse del autoclave. La tela 22 es entones retirada para dejar al descubierto el artículo 3. El artículo 3 es entonces retirado del dispositivo de sujeción y está listo para su montaje de postratamiento.

La invención no está limitada a las formas de realización mostradas, sino que puede variarse y modificarse dentro del ámbito de las reivindicaciones que siguen. Debe destacarse en particular que los artículos 3 que pueden ser fabricados utilizando el dispositivo de sujeción pueden, en principio, cualquier forma arbitraria, y no están de ningún modo limitados a la forma representada en la memoria descriptiva y en los dibujos.

Claims (8)

1. Un dispositivo de sujeción para sujetar un artículo (3) en conexión con el endurecimiento del artículo bajo presión elevada dentro de un depósito de presión, en el que el dispositivo de sujeción incluye uno o más elementos de soporte que entera o parcialmente rodean las superficies laterales del artículo y están dispuestas para soportar el artículo (3) durante el endurecimiento, caracterizado porque al menos uno de los elementos de soporte (4a) está dispuesto en relación con el artículo de tal forma que el elemento de soporte (4a) presiona, en una primera región a lo largo de su extensión, contra el artículo con una presión que es elevada con relación a la presión del depósito de presión y, en una segunda región a lo largo de su extensión, presiona contra el artículo con una presión que es inferior con relación a la presión del depósito de presión.

2. Un dispositivo de sujeción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los elementos de soporte (4a) en la segunda región está situado en contacto con el artículo esencialmente sin ejercer ningún presión sobre el artículo.

3. Un dispositivo de sujeción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque al menos uno de los elementos de soporte (4a) está dispuesto de forma fija en el dispositivo de sujeción en un punto de pivote (9).

4. Un dispositivo de sujeción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el al menos uno de los elementos de soporte (4a) que está dispuesto a lo largo de su extensión para ejercer diferentes niveles de presión contra el artículo está dispuesto en contacto con al menos una de las esquinas del artículo.

5. Un dispositivo de sujeción de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque está dispuesto para sujetar un artículo (3) que contiene un núcleo (5) y un bastidor (7) de los largueros que rodea un núcleo e incluye al menos dos largueros (8) para unir por adhesivo el núcleo (5) al bastidor (7) de los largueros y unir por adhesivo los largueros entre sí, tras lo cual los elementos de soporte están dispuestos para presionar los largueros unos hacia otros y están situados en contacto con el artículo esencialmente sin ejercer ninguna presión contra el artículo cuando el núcleo va a ser unido por adhesivo al bastidor de los largueros.

6. Un dispositivo de sujeción de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado porque el punto de pivote (9) está escogido para que la presión en la primera región sea aproximadamente de 2 a 4 veces más alta que la presión en el depósito de presión.

7. Un procedimiento para endurecer conjuntamente un artículo (3) que contiene al menos un núcleo (5) y un bastidor (7) de los largueros que rodea el núcleo y que incluye al menos dos largueros (8) por medio de lo cual el núcleo (5) está unido por adhesivo al bastidor (7) de largueros y los largueros (8) del bastidor (7) de largueros están unidos entre sí por adhesivo, caracterizado porque el artículo no endurecido (3) está dispuesto sobre un substrato (2), que soporta los elementos (4; 4a, 4b), son aplicados alrededor del artículo para sujetarlo conjuntamente, porque los elementos de soporte son forzados a ejercer una presión diferenciada sobre el artículo, y porque el artículo no endurecido está, sobre su substrato (2) y con los elementos de soporte (4; 4a, 4b) introducidos dentro de un depósito de presión para su endurecimiento.

8. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque los elementos de soporte (4; 4a, 4b) son forzados a ejercer una presión que es elevada con respecto a la presión del depósito de presión sobre las superficies que están presionando los largueros unos respecto de otros y se sitúan en contacto con el artículo esencialmente sin presión sobre las superficies cuando los largueros son unidos por adhesivo al núcleo.