ES2331267T3 - Procedimiento para la fabricacion de una estructura calentadora y estructura calentadora. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la fabricación de una estructura calentadora, comprendiendo el procedimiento: proporcionar un material de refuerzo poroso; aplicar un metal en el material de refuerzo poroso de tal manera que por lo menos una parte del metal aplicado sea absorbido en el material de refuerzo poroso y a continuación; aplicar resina en el material de refuerzo poroso con metal ya aplicado en el mismo.
Description
Procedimiento para la fabricación de una
estructura calentadora y estructura calentadora.
La presente invención se refiere a un
procedimiento para la fabricación de una estructura calentadora y a
una correspondiente estructura calentadora. Las estructuras
calentadoras pueden utilizarse en muchas aplicaciones. Por ejemplo,
pueden utilizarse en componentes y estructuras para aviones, en
particular en superficies exteriores de aviones tales como alas,
tomas de aire y palas de rotor. Podrían utilizarse en cualesquiera
partes en las que se requiera un calentador, tales como
retrovisores de coche, calentadores de asiento, trenes de
ferrocarril, calentadores de coche y calentadores
para vías y puntos de ferrocarril. Los calentadores pueden utilizarse para proporcionar una función anticongelante.
para vías y puntos de ferrocarril. Los calentadores pueden utilizarse para proporcionar una función anticongelante.
El procedimiento existente para fabricar
estructuras calentadoras consiste en proporcionar en primer lugar
una capa estructural. Dicha capa estructural comprende generalmente
un material de refuerzo tal como una tela de fibra de vidrio que se
endurece con resina para hacerla rígida. La tela de fibra de vidrio
endurecida con resina rígida se chorrea a continuación con
partículas de arena para eliminar un poco de la resina en la
superficie exterior para exponer una parte de tela de fibra de
vidrio de debajo. A continuación, se aplica una pulverización de
metal tal como una aleación de cobre en la superficie de tela de
fibra de vidrio expuesta para formar una capa metálica que se
adhiere a la tela de fibra de vidrio expuesta. La tela de fibra de
vidrio endurecida con resina puede cubrirse de manera que la capa
metálica forme una estructura adecuada para ser utilizada como un
elemento calentador. El elemento calentador se conecta a
continuación a una alimentación eléctrica adecuada para formar un
circuito eléctrico de manera que en su utilización, la capa
metálica, actuando como un elemento calentador genera calor en
virtud de su resistencia eléctrica. La estructura calentadora
resultante puede utilizarse en cualquier aplicación deseable, por
ejemplo, tal como una superficie exterior de un avión para
proporcionar una función anticongelante.
Sin embargo, existen varios aspectos de este
procedimiento convencional que sería ventajoso mejorar.
Por ejemplo, sería conveniente no tener que
chorrear con partículas de arena la superficie de la tela de fibra
de vidrio endurecida con resina, puesto que esta acción puede
debilitar y deteriorar la estructura, con el fin de mejorar la
durabilidad del calentador y aumentar su vida útil. Además, sería
conveniente mejorar la cohesión entre la capa metálica pulverizada
y la tela de fibra de vidrio endurecida con resina chorreada con
partículas de arena.
También sería conveniente poder utilizar
diversos tipos de metal y procedimientos para aplicar el metal.
Distintos tipos de metal o aleaciones permitirán una amplia
variedad de resistencias y la capacidad de utilizar algunas
propiedades especiales del metal. En el procedimiento convencional
para la aplicación de la capa metálica, utilizando por ejemplo una
pistola rociadora, la temperatura de la pulverización de metal debe
mantenerse adecuadamente baja para no fundir la resina en la tela
de fibra de vidrio endurecida con resina. Esta reducción de la
temperatura limita la aplicación de metal a procedimientos a
temperatura relativamente baja que a su vez limitan la variedad de
metales que pueden utilizarse.
Además, en el procedimiento convencional la
forma de la tela de fibra de vidrio endurecida con resina debe
conformarse antes de que se aplique el metal. Esta forma comprende
con frecuencia diversas curvas y dobleces para ajustarse a la
superficie exterior del avión tal como un ala o pala de rotor. Es
una tarea que exige mucho tiempo para asegurar que la capa metálica
aplicada posteriormente sea de un espesor sustancialmente constante
en las curvas y dobleces con el fin de asegurar una aplicación
sustancialmente constante del calor suministrado sobre la
superficie.
Están previstas unas barras conductoras en las
estructuras de varias capas convencionales entre las diversas capas
para permitir la conexión eléctrica interna. Las barras conductoras
comprenden convencionalmente bandas metálicas, característicamente
de berilio y cobre, y se moldean previamente en las capas de base de
la estructura de manera que su posición se establece antes de la
aplicación de la pulverización de metal. Sin embargo, la disposición
de dichas barras es relativamente cara, difícil y requiere mucho
trabajo.
Según un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona un procedimiento para la fabricación de
una estructura calentadora, comprendiendo dicho procedimiento:
proporcionar un material de refuerzo poroso;
aplicar un metal o aleación al material de
refuerzo poroso de manera que por lo menos una parte del metal
aplicado sea absorbido en el material de refuerzo poroso y a
continuación;
aplicar resina al material de refuerzo poroso
con metal ya aplicado al mismo.
Aplicando el metal en el material de refuerzo
poroso tal como tela de fibra de vidrio antes de aplicar la resina
para hacer que la estructura sea rígida, el procedimiento no
requiere ningún chorreado de partículas de arena y de este modo se
mejorará probablemente la longevidad a la fatiga de la
estructura.
Además, cuando se aplica metal en el material de
refuerzo poroso tal como tela de fibra de vidrio antes de que se
aplique la resina, el metal probablemente será absorbido en los
poros de los materiales de refuerzo más rápidamente que en el
procedimiento convencional en el que el metal forma generalmente una
capa sobre la superficie chorreada con partículas de arena de la
tela de fibra de vidrio endurecida con resina. El metal puede
pulverizarse sobre el material de refuerzo poroso. Dicho metal puede
ser absorbido por lo menos 25 \mum o por lo menos 50 \mum en el
material de refuerzo poroso. Esta acción hace que el procedimiento
de aplicación de metal, utilizando, por ejemplo, una pulverización,
sea mucho más fácil de controlar por lo que se refiere a la
uniformidad y las resistencias en conjunto. Esta se presta además a
una automatización más fácil del procedimiento de aplicación de
metal y permite utilizar procedimientos de aplicación de metal a
temperatura más alta, puesto que no existe ninguna resina que
fundir. Además, las estructuras calentadoras realizadas mediante
este procedimiento deben tener probablemente mejor resistencia a la
cizalla que las estructuras fabricadas mediante el procedimiento
convencional, puesto que el metal será absorbido probablemente más
fácilmente en los poros de tela de fibra de vidrio que formando
simplemente una capa en la parte superior de la tela de fibra de
vidrio endurecida con resina, chorreada con partículas de arena,
como en el procedimiento convencional.
Asimismo, es posible manipular el material de
refuerzo con metal aplicado al mismo en conformaciones adecuadas
con curvas, pliegues y curvas tridimensionales antes de que la
aplicación de resina haga la estructura rígida. La estructura puede
presentar, por ejemplo, metal aplicado, mientras que el material de
refuerzo es plano para asegurar un espesor de metal sustancialmente
constante y manipularse a continuación en la conformación deseada
antes de la aplicación de resina para hacerla rígida.
Alternativamente, también puede disponerse el material de refuerzo
en una conformación adecuada, tal como cualquier forma conveniente
tridimensional o doble curvada, y aplicar a continuación el metal
en el material de refuerzo en la conformación preformada y a
continuación aplicar la resina. Esto permite que se conformen
estructuras calentadores de forma compleja. El material de refuerzo
puede manipularse en la conformación deseada utilizando un
molde.
Pueden proporcionarse barras conductoras entre
las estructuras calentadoras para formar una malla calentadora de
varias capas. Las barras conductoras pueden comprender bandas de
material de refuerzo poroso tales como bandas de tela de fibra de
vidrio con metal aplicado a la misma. La utilización de dichas
barras conductoras permite que se realice una mejor estructura o
malla calentadora en la que se aplique resina en dichas estructura
y barras conductoras conjuntamente, realizando un procedimiento más
sencillo y menos caro que el procedimiento convencional.
A continuación, se describen unas formas de
realización de la presente invención a título de ejemplo, haciendo
referencia al dibujo adjunto en el que:
La figura 1 es un diagrama del proceso de
fabricación que ilustra una forma de realización del procedimiento
de la presente invención;
la figura 2 es una vista en planta de una
estructura calentadora característica; y
la figura 3 es una ejemplo de una estructura
calentadora realizada mediante el procedimiento ilustrado en la
figura 1.
Tal como se muestra en la figura 1 y como se ha
descrito anteriormente, un procedimiento para la fabricación de una
estructura calentadora comprende: 1. Proporcionar un material de
refuerzo poroso; 2. Aplicar un metal al material de refuerzo
poroso y, a continuación, 3. Aplicar resina al material de refuerzo
poroso con metal ya aplicado al mismo.
El material de refuerzo poroso puede adoptar
cualquier conformación adecuada tal como una tela de fibra de vidrio
tejida o un tejido cerámico, por ejemplo.
Puede aplicarse metal al material de refuerzo
poroso mediante cualquier procedimiento adecuado, como es bien
conocido en la técnica, tal como mediante pulverización. La
pulverización de metal puede conseguirse de diversas maneras tales
como fundiendo progresivamente un alambre de aleación de cobre en
una llama de propano/oxígeno de manera que el material fundido
resultante se rompa y se proyecte sobre el material de refuerzo
poroso mediante un vapor de aire comprimido. Otros procedimientos
tales como la pulverización por arco que hace que pueda utilizarse
el metal pulverizable para fundir y pulverizar cualquier metal sobre
un material de refuerzo poroso. El factor limitante será
probablemente la temperatura máxima que soportará el material de
refuerzo, que puede ser relativamente alta cuando se utiliza un
tejido cerámico.
Puesto que pueden utilizarse procedimientos a
alta temperatura tales como pulverización por arco, pueden aplicarse
muchos tipos distintos de metal en el material de refuerzo poroso.
Pueden seleccionarse metales con características adecuadas, tales
como titanio, para que proporcionen un mayor coeficiente de
resistencia térmica y de este modo más calentamiento, a
temperaturas ambiente más bajas y una resistencia térmica inferior y
de este modo un menor calentamiento a mayores temperaturas
ambiente. Estas posibilidades contrastan con el procedimiento
convencional en el que deben utilizarse procedimientos a temperatura
relativamente baja para la aplicación del metal en la tela de fibra
de vidrio revestida con resina de manera que la resina no se fundirá
limitando así la variedad de metales que pueden utilizarse.
El metal pulverizado es absorbido
característicamente por lo menos 25 \mum (1 mil que es 1 milésima
de una pulgada) y generalmente entre 25 \mum y 100 \mum (1 mil
y 4 mil) o más característicamente entre 50 \mum y 75 \mum (2
ml y 3 mil) en el material de refuerzo poroso. La capa metálica
presenta de este modo una resistencia a la cizalla mucho mejor que
las capas de metal convencionales que se apilan esencialmente en la
superficie expuesta chorreada con partículas de arena, de una tela
de tejido de fibra de vidrio revestida con resina.
Puesto que el material de refuerzo y el metal
aplicado pueden resistir temperaturas relativamente altas, pueden
utilizarse más polvos calentadores hasta un límite determinado por
la temperatura que puede resistir el sistema de resina sin
fundirse. Además, el procedimiento de aplicación de metal en el
material de refuerzo poroso puede ser el mismo para cualquier
sistema de aplicación que se utilice. Esto es a diferencia de los
procedimientos convencionales que requieren con frecuencia
distintos procedimientos de aplicación de metal según el sistema de
resina utilizado.
Durante la aplicación del metal, el material de
refuerzo poroso puede cubrirse mediante unos medios sencillos, tal
como es bien conocido en la técnica, de manera que se deja expuesta
una estructura de elemento calentador. La pulverización de metal
puede aplicarse a la estructura de material de refuerzo expuesta de
tal manera que da como resultado un revestimiento uniforme de
metal. Con suficiente metal aplicado puede producirse una banda
eléctricamente uniforme de material conductor. La figura 2 muestra
una vista en planta de un característico calentador pulverizado con
un metal 10, conformado utilizando una máscara. En este ejemplo, el
calentador pulverizado con un metal 10 comprende diversos
conductores de una resistencia relativamente mayor 11, conectados
entre sí en sus extremos mediante conductores de resistencia
relativamente inferior 12. El circuito eléctrico resultante puede
alimentarse mediante un suministro eléctrico adecuado con el fin de
generar calor en virtud de la resistencia del circuito.
Un material de refuerzo tal como tela de fibra
de vidrio pulverizada con metal presenta una robustez suficiente
para permitir una manipulación de su forma. Esta propiedad permite
que el tejido se pulverice en un estado de forma tal como cuando
está plano y variarse a continuación a otra forma que se incorporará
a una estructura útil. Un trozo de tela de fibra de vidrio
pulverizada como una lámina plana puede manipularse mediante unos
medios sencillos de manera que puede incorporarse a cualquier forma
curvada única tal como un ala o un borde frontal de pala de rotor.
Dado que la superficie pulverizada con metal está en la superficie
interior de la curva o radio estará eficazmente en compresión y
esto permite que se manipule el sistema en diversos radios pequeños
tales como de menos de 3 mm (0,125 pulgadas).
Una ventaja de fabricación particular de esta
propiedad consiste en que la estructura calentadora puede fabricarse
en un estado plano y aplicarse a continuación a una estructura
conformada. Por lo tanto, la pulverización de metal ha tenido que
aplicarse a una conformación previamente endurecida. La posibilidad
de pulverizar un material plano y, a continuación, aplicarlo a una
estructura conformada y aplicar posteriormente resina para hacerla
rígida permite una mecanización más sencilla del procedimiento de
pulverización de metal. Una propiedad de este tipo también permite
la introducción del sistema calentador en un procedimiento de moldeo
hembra o macho. Los procedimientos de pulverización de metal
existentes son difíciles de aplicar en el interior de un moldeo
hembra (particularmente con bordes frontales estrechos) debido al
tamaño y naturaleza del equipo de pulverización de metal y la
dificultad de poderse pulverizar según las tolerancias requeridas
dentro del moldeo hembra.
Alternativamente, el material de refuerzo puede
disponerse de manera adecuada antes de la aplicación de metal y
resina. El material de refuerzo flexible, tal como tela de fibra de
vidrio exterior puede conformarse previamente en una forma adecuada
tal como cualquier forma tridimensional o doble curvada utilizando
un molde. El metal y la resina pueden aplicarse a continuación para
formar la estructura calentadora. El material de refuerzo
conformado previamente permite que se conformen unas formas de
estructura calentadora más complejas sin ningún riesgo de deterioro
del elemento calentador de metal que podría resultar de una excesiva
manipulación de un material de refuerzo pulverizado con metal.
En una capa de refuerzo pulverizada con metal de
este tipo se puede aplicar una resina mediante cualquier
procedimiento adecuado conocido por los expertos en la materia.
Dichos procedimientos pueden comprender una instilación de resina
por medio de la incorporación en una estructura compuesta
"preimpregnada", mediante una instilación de resina por medio
de inyección de resina líquida, por ejemplo, mediante el proceso de
moldeo con transferencia de resina (RTM) o mediante instilación de
resina por medio del proceso de moldeo con inyección de resina
(RIM).
Los compuestos de resina son generalmente una
mezcla controlada de prepolímeros líquidos endurecibles y varias
capas de material de refuerzo. Para las estructuras calentadoras
eléctricas las capas de refuerzo se disponen en su utilización para
quedarse en la proximidad de los calentadores pulverizados con
metal, puesto que requieren presentar propiedades de aislamiento
eléctrico. Las otras capas pueden ser de cualquier material que se
desee que se adapte a la aplicación.
El material de refuerzo pulverizado con metal
requiere ser instilado con el sistema de resina líquida. Para un
sistema rentable y práctico la capa de refuerzo pulverizada con
metal puede instilarse al mismo tiempo que las otras partes de la
estructura compuesta.
Los "sistemas de preimpregnado
(pre-peg)" disponibles comercialmente, se
presentan de manera que contienen el refuerzo compuesto requerido y
el sistema de resina requerido en forma semisólida. Dichos
materiales pueden disponerse a ambos lados del material de refuerzo
pulverizado con metal de manera constante con procedimientos
normales dentro de la industria. El procedimiento para crear una
estructura compuesta homogénea requiere generalmente que el apilado
se disponga en un molde adecuado y se mantenga bajo vacío con una
membrana adecuada, que se aplique presión de aire exterior, y se
eleve la temperatura para licuar y endurecer el sistema de resina.
Dicho procedimiento es conocido en toda la industria como un
endurecido en autoclave. Durante un endurecido de este tipo la
resina líquida se instilará en el material de refuerzo seco y el
sistema de pulverización de metal por medio de la acción
capilar.
La instilación de resina preimpregnada también
puede conseguirse mediante la aplicación de un único procedimiento
de calor y vacío en el caso que lo permita las propiedades del
polímero.
La pulverización de metal es inherentemente
porosa y ello permite que el sistema de resina penetre y rodee las
partículas aplicadas. El resultado final de un procedimiento de
instilación de este tipo es una estructura compuesta totalmente
humedecida en resina que incorpora un elemento calentador.
Alternativamente, puede proporcionarse una capa
de refuerzo pulverizada con metal en una pila de materiales de
refuerzo secos de la manera tal como se conoce actualmente en la
industria como un proceso RTM (moldeo con transferencia de resina).
En este proceso, la pila de materiales de refuerzo se dispone en un
molde cerrado y el sistema de resina líquida se introduce bajo
presión o mediante vacío. Durante este procedimiento, el material
de refuerzo y la pulverización de metal se instilan totalmente
produciendo una estructura totalmente homogénea.
Alternativamente, puede proporcionarse una capa
de refuerzo pulverizada de metal en una pila de materiales de
refuerzo secos de la manera tal como es conocida actualmente en la
industria como un proceso RIM (moldeo con inyección de resina). En
este proceso la pila de materiales de refuerzo se disponen en una
bolsa de vacío y el sistema de resina líquida se introduce mediante
vacío. Durante este procedimiento el material de refuerzo y la
pulverización de metal se instilan totalmente produciendo una
estructura totalmente homogénea.
La figura 3 muestra un ejemplo de una estructura
calentadora fabricada mediante el procedimiento descrito
anteriormente. En este ejemplo, el material de refuerzo poroso 20 es
tela de fibra de vidrio al que se le ha aplicado una capa metálica
30 que ha sido absorbida aproximadamente 50 \mum a 75 \mum (2 a
3 mil) en el material de refuerzo poroso 20. Dicho material de
refuerzo poroso 20 con metal aplicado al mismo puede manipularse
entonces en cualquier conformación deseada para su utilización
posterior (no representada). Alternativamente, el material de
refuerzo poroso se puede haber manipulado a cualquier conformación
deseada antes de la aplicación de la capa metálica 30. La resina 40
se aplica a continuación al material de refuerzo poroso 20 con metal
aplicado al mismo para hacerlo rígido. La resina 40 encapsula el
material de refuerzo poroso 20 con metal aplicado en el mismo. En
su utilización la capa metálica en forma de un elemento calentador
se conecta a una alimentación de energía eléctrica (no representada
para permitir que se caliente la estructura.
Pueden realizarse diversas variaciones con
respecto a los ejemplos anteriormente descritos siempre que estén
comprendidos dentro del alcance de la invención. Por ejemplo, puede
utilizarse cualquier material de refuerzo poroso y el metal y la
resina pueden aplicarse mediante cualquier procedimiento adecuado.
La estructura calentadora puede utilizarse en cualquier aplicación
deseada. Por ejemplo, puede utilizarse en un avión, en una
superficie exterior tal como un ala, toma de aire o pala de rotor.
Podría utilizarse en un vehículo en un espejo retrovisor de
vehículo, un calentador de asiento, en un tren de ferrocarril, un
calentador de coche, unas vías o puntos de ferrocarril por
ejemplo.
Claims (19)
-
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1. Procedimiento para la fabricación de una estructura calentadora, comprendiendo el procedimiento:proporcionar un material de refuerzo poroso;aplicar un metal en el material de refuerzo poroso de tal manera que por lo menos una parte del metal aplicado sea absorbido en el material de refuerzo poroso y a continuación;aplicar resina en el material de refuerzo poroso con metal ya aplicado en el mismo. - 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el metal o aleación de metales se pulveriza sobre el material de refuerzo poroso.
- 3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó 2, en el que el metal está aplicado de manera que es absorbido en el material de refuerzo poroso.
- 4. Procedimiento según la reivindicación 3, en el que el metal es absorbido por lo menos 25 \mum en el material de refuerzo poroso.
- 5. Procedimiento según la reivindicación 4, en el que el metal es absorbido por lo menos 50 \mum en el material de refuerzo poroso.
- 6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de refuerzo poroso es sustancialmente plano cuando se aplica el metal en el mismo.
- 7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el material de refuerzo poroso con metal ya aplicado en el mismo es maleable antes de la aplicación de la resina.
- 8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que el material de refuerzo poroso maleable con metal ya aplicado en el mismo se conforma en una curva con el metal en el interior de la curva y posteriormente presenta la resina aplicada.
- 9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que el material de refuerzo poroso se conforma previamente en una forma deseada antes de la aplicación del metal y la resina.
- 10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el metal se aplica en el material de refuerzo poroso a una temperatura que es más alta que la temperatura de fusión de la resina que se aplica posteriormente.
- 11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el metal se aplica en el material de refuerzo poroso utilizando una máscara de manera que la estructura de metal resultante actúa como un elemento calentador.
- 12. Estructura calentadora que comprende:un material de refuerzo poroso;un metal absorbido en el material de refuerzo poroso yuna resina que encapsula el material de refuerzo poroso y el metal.
- 13. Estructura calentadora según la reivindicación 12, en la que el metal es absorbido en el material de refuerzo poroso una distancia de por lo menos 25 \mum desde la superficie del material de refuerzo poroso.
- 14. Estructura calentadora según la reivindicación 13, en la que el metal es absorbido en el material de refuerzo poroso una distancia de por lo menos 50 \mum desde la superficie del material de refuerzo poroso.
- 15. Superficie exterior de un avión que incluye una estructura calentadora según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14.
- 16. Superficie frontal de un ala que incluye una estructura calentadora según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15.
- 17. Ala de avión que incluye una estructura calentadora según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15.
- 18. Toma de aire de avión que incluye una estructura calentadora según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15.
- 19. Pala de rotor de avión que incluye una estructura calentadora según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 15.
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