ES2341269T3

ES2341269T3 - Panel tridimensional tejido endurecido integralmente.

Info

Publication number: ES2341269T3
Application number: ES05819202T
Authority: ES
Inventors: Jonathan Goering
Original assignee: Albany Engineered Composites Inc
Current assignee: Albany Engineered Composites Inc
Priority date: 2004-12-08
Filing date: 2005-11-10
Publication date: 2010-06-17
Anticipated expiration: 2025-11-10
Also published as: NO20073509L; RU2386733C2; KR20070103378A; ATE460520T1; AU2005314504B2; EP1828455A1; US7713893B2; PT1828455E; AU2005314504A1; JP2008523264A; CA2589557A1; DE602005019915D1; MX2007006835A; RU2007121221A; TWI356858B; JP4944790B2; EP1828455B1; CA2589557C; CN101087909A; CN101087909B

Abstract

Preforma tridimensional tejida integralmente con endurecedores (56, 74) en dos direcciones, construidos a partir de una tela de base tejida (8), comprendiendo dicha tela de base: una primera tela tejida (10); una segunda tela tejida (12); una tercera tela tejida (14), caracterizada por hecho de que una serie de hilos están entretejidos entre dicha primera tela tejida y dicha segunda tela tejida, en donde dicha serie de hilos están entretejidos sobre una zona (16) entre dicha primera tela y dicha segunda tela, y dicha primera tela es plegable en relación con dicha segunda tela; y una serie de hilos están entretejidos entre dicha segunda tela tejida y dicha tercera tela tejida, en donde dicha serie de hilos están entretejidos sobre la zona (24) entre dicha segunda tela y dicha tercera tela, y dicha tercera tela es plegable en relación con dicha segunda tela.

Description

Panel tridimensional tejido endurecido integralmente.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presente invención se refiere a preformas tejidas integralmente para estructuras compuestas reforzadas que pueden ser tejidas planas, y plegadas a su forma final tridimensional, teniendo la forma final refuerzos en dos o más direcciones.

Antecedentes de la invención

Actualmente está generalizado el uso de materiales compuestos reforzados para producir componentes estructurales, en particular en aplicaciones en las que se busca sus características deseables por ser ligeros, fuertes, duros, resistentes térmicamente, autoportantes y por su adaptabilidad para ser moldeados y conformados. Dichos componentes son utilizados, por ejemplo, en las industrias aeronáutica, aeroespacial, de satélites y de pilas de combustible, así como para usos recreativos tal como en barcos y coches de carreras, así como en otras innumerables aplicaciones. Una tela tridimensional consiste en general en fibras que se extienden a lo largo de una dirección, en las direcciones X, Y y Z.

Típicamente, los componentes fabricados de tales telas consisten en materiales de refuerzo intercalados en materiales de matriz. El componente de refuerzo puede estar fabricado de materiales tales como vidrio, carbono, cerámica, aramida (por ejemplo, "Kevlar"), polietileno y/u otros materiales que presentan propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseadas, entre las que destaca su gran resistencia frente a la rotura por tensión. Mediante la utilización de dichos materiales de refuerzo, que últimamente se han convertido en un elemento constitutivo del componente acabado, se imparten al componente compuesto acabado las características deseadas de los materiales de refuerzo, como es una resistencia muy elevada. Los materiales de refuerzo constitutivos pueden típicamente estar tejidos, punteados u orientados de otro modo en las configuraciones y formas deseadas para las preformas de refuerzo. Usualmente, se pone una especial atención para asegurar la utilización óptima de las propiedades para las que han sido seleccionados estos materiales de refuerzo constitutivos. En general, dichas preformas de refuerzo son combinadas con material de matriz para formar componentes acabados deseados o para producir stock de trabajo para la fabricación final de los componentes acabados.

Después de que se ha construido una preforma de refuerzo deseada, el material de matriz puede ser introducido y combinado con la preforma, de manera que la preforma de refuerzo queda recubierta por el material de matriz de tal modo que el material de matriz rellena las áreas intersticiales entre los elementos constitutivos de la preforma de refuerzo. El material de matriz puede ser cualquiera de una amplia variedad de materiales tales como epoxi, poliéster, viniléster, cerámica, carbono y/u otros materiales que exhiben asimismo propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseadas. Los materiales elegidos para ser utilizados como matriz pueden o no, ser el mismo que el de la preforma de refuerzo y pueden o no, tener propiedades físicas, químicas, térmicas u otras, comparables. No obstante, típicamente no serán los mismos materiales, ni tendrán propiedades físicas, químicas, térmicas u otras comparables a los de la preforma de refuerzo, puesto que un objetivo usual buscado en la utilización de compuestos es, en primer lugar, conseguir una combinación de características en el producto acabado que no puede ser obtenida mediante la utilización de un material constitutivo en solitario. Cuando están combinados, la preforma de refuerzo y el material de matriz de pueden ser a continuación vulcanizados y estabilizados en la misma operación mediante termoendurecimiento u otros métodos conocidos, y después ser sometidos a otras operaciones dirigidas a la producción del componente deseado. Es significativo observar que después de ser vulcanizadas, las masas ya solidificadas del material de matriz están normalmente adheridas con mucha fuerza al material de refuerzo (por ejemplo, la preforma de refuerzo). Como resultado, la tensión en el componente acabado, en particular a través de su material de matriz actuando como un adhesivo entre las fibras, puede ser transferida eficazmente al material constituyente de la preforma de refuerzo y ser soportada por éste.

Frecuentemente, es deseable producir componentes en configuraciones diferentes a formas geométricas simples tales como placas, hojas, sólidos rectangulares o cuadrados, etcétera. Por ejemplo, los componentes tridimensionales complejos requieren preformas tridimensionales complejas. Una forma de conseguir un componente complejo es combinar formas geométricas básicas en las formas más complejas deseadas. Una de dichas combinaciones típicas se realiza mediante unir componentes fabricados como se ha descrito anteriormente, a cierto ángulo relativo mutuo (típicamente un ángulo recto) para formar endurecedores laterales y transversales. Propósitos usuales para dichas disposiciones angulares de componentes unidos, son crear perfiles deseados para formar estructuras reforzadas que incluyen una o más paredes extremas o intersecciones en "T", por ejemplo. Otro propósito para unir componentes es fortalecer la combinación resultante de preformas de refuerzo y la estructura compuesta que producen, contra la deformación o el fallo cuando son expuestos a fuerzas exteriores como son presión o tensión. Por lo tanto, es importante realizar cada unión entre los componentes constitutivos, es decir el endurecedor y la plataforma de base o parte de panel, tan fuerte como sea posible. Dado la muy elevada resistencia deseada de los constituyentes de la preforma de refuerzo por si mismos, la debilidad de la unión se convierte, efectivamente, en un "eslabón débil" en una "cadena" estructural.

En el pasado se han utilizado diversos métodos para unir componentes compuestos o preformas de refuerzo para producir una estructura compleja reforzada. Se ha propuesto formar y vulcanizar un elemento de panel y un elemento de endurecimiento en ángulo, separados entre sí, teniendo el último una única superficie de contacto con el panel o estando bifurcado en un extremo para formar dos superficies divergentes, coplanarias, de contacto con el panel. A continuación, se unen los componentes sólidos mediante adherir la superficie o superficies de contacto del elemento de endurecimiento con el panel, con una superficie de contacto del otro componente, por termoendurecimiento o mediante un material adhesivo. Sin embargo, cuando se aplica tensión al panel vulcanizado o a la superficie de la estructura compuesta, cargas a valores inaceptablemente bajos pueden tener como resultado fuerzas de "exfoliación" que separan el elemento de endurecimiento respecto del panel, en su interfaz. Esto ocurre debido a que la resistencia eficaz de la unión es la del material de matriz, y no la del adhesivo utilizado para unir los componentes.

El uso de pernos o remaches metálicos en el interfaz de dichos componentes ha sido utilizado también, pero no es aceptable debido a que dichas incorporaciones destruyen y debilitan, por lo menos en parte, la integridad de las propias estructuras compuestas, añaden peso, e introducen diferencias en el coeficiente de expansión térmica, tanto entre dichos elementos como con el material circundante. Además, los pernos y los remaches requieren etapas de fabricación adicionales e incrementan la cantidad de piezas.

Otros enfoques para resolver este problema se han basado en el concepto de introducir fibras de resistencia elevada a través del área de unión, mediante la utilización de métodos tales como coser uno de los componentes al otro y basarse en la hebra cosida para introducir dichas fibras de refuerzo hacia, y a través del punto de unión. Se muestra un enfoque semejante en la patente de EE.UU. número 4 331 495 y su homóloga divisional de método, la patente de EE.UU. número 4 256 790. Estas patentes dan a conocer uniones que han sido realizadas entre un primer y un segundo paneles compuestos, fabricados de capas de fibras unidas de forma adhesiva. El primer panel se bifurca en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel divergentes, coplanarias, a la manera de la técnica anterior, que han sido unidas al segundo panel mediante puntadas de hebra compuesta flexible no vulcanizada, a través de ambos paneles. A continuación, los paneles y los hebras son "covulcanizados": es decir, vulcanizados simultáneamente. Sin embargo, este proceso requiere que la preforma se construya en múltiples etapas, y requiere asimismo de la introducción de un tercer hilo o fibra en la preforma. El cosido puede también producir daños en la preforma que degradarán el rendimiento en el plano.

Un ejemplo de una configuración de intersección se presenta en la patente de EE.UU. número 6 103 337, cuya revelación se incorpora como referencia en el presente documento. Esta referencia da a conocer un medio para unir una preforma de refuerzo con un panel de preforma, para formar una preforma de refuerzo tridimensional. Las dos preformas individuales se unen entre sí en la unión, por medio de fibras de refuerzo en forma de hebras o hilos. Una vez que las dos preformas son unidas o cosidas entre sí, se introduce el material de matriz a las preformas. Si bien estos proceso y producto han mostrado ser satisfactorios, requieren que las preformas sean tejidas o construidas individualmente y posteriormente cosidas juntas en una etapa separada.

En la patente de EE.UU. número 5 429 853 se presenta otro método para mejorar la resistencia de la unión. Sin embargo, este método es similar a los métodos descritos previamente debido a que elementos diferentes construidos por separado, son unidos entre sí mediante el cosido de un tercer hilo o fibra entre los dos.

Aunque la técnica anterior ha buscado mejoras sobre la integridad estructural del compuesto reforzado y ha conseguido algún éxito, existe el deseo de mejoras sobre éstas así como de tratar el problema a través de un enfoque diferente a partir de la utilización de adhesivos o de acoplamiento mecánico, de los elementos de panel y el endurecedor separados. A este respecto, un enfoque puede ser mediante crear una estructura tridimensional tejida en máquinas especializadas. Sin embargo, el coste involucrado es considerable y raramente es deseable tener una máquina tejedora dirigida a crear una simple estructura.

Otro enfoque es tejer una estructura bidimensional y plegarla en una forma tal que el panel esté endurecido integralmente, es decir se entretejen hilos de forma continua entre la base plana o parte de panel y el endurecedor. Sin embargo, típicamente esto tiene como resultado una distorsión de la preforma cuando la preforma es plegada. La distorsión se produce debido a que las longitudes de la fibra tal como está cosida, son diferentes de las que debería tener cuando la preforma está plegada. Esto provoca rizos y ondulaciones en áreas donde las longitudes de la fibra tal como está cosida son demasiado cortas, y deformaciones en áreas donde las longitudes de la fibra son demasiado largas. Estas distorsiones provocan anomalías superficiales no deseables y reducen la resistencia y la dureza del componente. Si bien esto puede mitigarse cortando y pinzando, estos procedimientos no son deseables puesto que requieren gran cantidad de mano de obra o bien pueden comprometer la integridad de la preforma.

La patente de EE.UU. número 6 446 675, cuya revelación se incorpora como referencia al presente documento, soluciona el problema de la distorsión que se produce tras plegar una preforma bidimensional tejida, mediante ajustar las longitudes de las fibras durante la tejedura, de manera que algunas fibras son demasiado cortas en algunas áreas y otras son demasiado largas en otras áreas. Tras plegar la preforma, las longitudes de las fibras se igualan, proporcionando una transición suave en el pliegue.

Otro enfoque para construir paneles endurecidos se expone en la patente de EE.UU. número 6 019 138, que da a conocer un método para fabricar paneles endurecidos con endurecedores de refuerzo en las direcciones tanto de urdimbre como de relleno. Tal como se da a conocer, este método consigue el refuerzo en dos direcciones mediante sobretejer, o simplemente tejer puntos elevados en la parte de panel de la preforma. Utilizar este método limitará la altura de endurecedor que puede ser conseguida. Además, este método requiere que la preforma sea tejida utilizando tres hilos. El tercer hilo, que une el endurecedor a la parte de panel de la preforma, está solo tejido periódicamente entre los dos. Por lo tanto, el endurecedor no está tejido integralmente del todo con la parte de panel, lo que tiene como resultado una unión que es más débil que una unión tejida de modo totalmente integral.

De este modo, son deseables las preformas tridimensionales que pueden ser procesadas en componentes compuestos reforzados con fibras, debido a que proporcionan una resistencia incrementada respecto de los compuestos laminados bidimensionales. Estas preformas son particularmente útiles en aplicaciones que requieren que el compuesto lleve a cabo cargas fuera-de-plano.

Por consiguiente, existe la necesidad de una preforma tejida integralmente que proporcione refuerzo en dos o más direcciones, la cual pueda ser tejida en un proceso que utilice un telar convencional sin ninguna modificación especial.

Resumen de la invención

De acuerdo con la presente invención, se da a conocer una preforma tridimensional tejida integralmente con endurecedores dispuestos en dos direcciones, construida a partir de una tela de base tejida que comprende una primera tela tejida, una segunda tela tejida y una tercera tela tejida. La tela de base contiene una zona con una serie de hilos entretejidos entre las telas primera y segunda, de manera que la primera tela es plegable respecto de la segunda tela. La tela de base contiene asimismo una zona con una serie de hilos entretejidos entre las telas segunda y tercera, de manera que la tercera tela es plegable respecto de la segunda tela.

Otro aspecto de la presente invención es una preforma tridimensional tejida integralmente, que comprende tres o más telas con un endurecedor en una primera dirección construido a partir de la primera tela plegable con una serie de hilos entretejidos entre las telas primera y segunda. El segundo endurecedor, en relación angular con el primer endurecedor, está construido de una parte de una segunda tela plegable y una parte de una tercera plegable, donde una serie de hilos están entretejidos entre las telas segunda y tercera.

Otro aspecto de la presente invención es un método para fabricar una preforma tridimensional tejida integralmente. El método incluye proporcionar tres o más telas tejidas y entretejer una serie de hilos procedentes de la primera tela con una serie de hilos procedentes de la segunda tela, de manera que la primera tela es plegable en relación con la segunda tela. El método incluye asimismo entretejer una serie de hilos procedentes de la segunda tela con una serie de hilos procedentes de la tercera tela, de manera que la tercera tela es plegable en relación con la segunda tela. Una vez que se ha completado el entretejido, la primera tela se corta hasta la superficie superior de la segunda tela. A continuación, las dos primeras partes de la primera tela en ambos lados de las regiones entretejidas de las telas primera y segunda, son plegadas para formar un endurecedor en una primera dirección. Una segunda parte de la primera tela plegada, se pliega para formar elementos de refuerzo para un endurecedor en una segunda dirección. A continuación, primeras partes de las telas segunda y tercera son plegadas para formar un endurecedor en una segunda dirección. Para finalizar la preforma, se pliega una segunda parte de la tercera tela para completar la parte de panel de la preforma.

Las diversas características de novedad que caracterizan la invención son señaladas en particular en las reivindicaciones anexas a esta revelación y de la cual forman parte. Para una mejor comprensión de la invención, de sus ventajas operativas y de sus objetivos específicos alcanzados mediante sus usos, se hace referencia a la materia descriptiva anexa en la cual se ilustran realizaciones preferidas de la invención en los dibujos anexos, donde los componentes correspondientes se identifican mediante los mismos números de referencia.

Breve descripción de los dibujos

Para una comprensión más completa de la invención, se hace referencia a la siguiente descripción y a los dibujos anexos, en los cuales:

la figura 1A es una vista de la parte frontal de la tela de base que describe las regiones entretejidas, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 1B es una vista de la parte posterior de una tela de base que describe las regiones entretejidas, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 2A es una muestra de arquitectura que puede ser utilizada para tejer una tela de base;

la figura 2B es otra muestra de arquitectura que puede ser utilizada para tejer la tela de base;

la figura 3 es una vista de la parte frontal de una tela de base que describe la línea de corte para la primera tela tejida, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 4 es una vista de la parte posterior de una tela de base que describe la formación del endurecedor transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 5 es una vista de la parte frontal de una tela de base que describe la formación del endurecedor transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 6 es una vista de la parte posterior de una tela de base que describe la formación de los elementos de refuerzo del endurecedor longitudinal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 7 es una vista de la parte frontal de una tela de base que describe la formación de los elementos de refuerzo del endurecedor longitudinal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 8 es una vista de la parte posterior de una tela de base que describe la formación de un endurecedor longitudinal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 9 es una vista de la parte posterior de una tela de base que describe la formación de la parte de panel de la preforma tridimensional tejida integralmente, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 10 es una vista superior de una estructura acabada de un componente endurecido tridimensional, con un endurecedor longitudinal y un endurecedor transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 11 es una vista más o menos superior de una estructura acabada de un componente endurecido tridimensional tejido integralmente, con un endurecedor longitudinal y un endurecedor transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 12 es una vista de la parte frontal de una tela de base diseñada para producir una preforma tridimensional simétrica tejida integralmente, con endurecedores longitudinal y transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 13 es una vista de la parte posterior de una tela de base diseñada para producir una preforma tridimensional simétrica tejida integralmente, con endurecedores longitudinal y transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 14 es una vista de la parte posterior de una preforma tridimensional simétrica tejida integralmente, con endurecedores longitudinal y transversal, de acuerdo con una realización de la presente invención;

la figura 15 es una vista de la parte delantera de una tela de base diseñada para producir una preforma tridimensional tejida integralmente con un endurecedores longitudinal y una serie de endurecedores transversales, construidos de acuerdo con una realización de la presente invención; y

la figura 16 es una imagen de una estructura completa de un componente tridimensional tejido integralmente, con un endurecedor longitudinal y una serie de endurecedores transversales, construidos de acuerdo con una realización de la presente invención.

Descripción detallada de las realizaciones preferidas

La presente invención se refiere a una superficie o panel tridimensional endurecido, con endurecedores dispuestos en dos direcciones, que son una parte integral del panel o de la superficie. Las fibras están entretejidas entre la parte de panel o de superficie y los endurecedores, para enclavar conjuntamente los componentes. Ventajosamente, esto produce una unión de resistencia mucho mayor que los métodos anteriores, debido a que deja de existir una línea de unión débil entre los componentes. Adicionalmente, la preforma está construida de una pieza de material, de manera que se elimina todo el tiempo asociado con el corte de capas para la superficie laminada y los endurecedores. En primer lugar, se teje la preforma como una preforma plana en forma de una tela de base. A continuación, la tela de base se pliega formando una preforma tridimensional con una parte de panel o superficie que tiene endurecedores tanto transversales como longitudinales. La preforma resultante tejida integralmente puede ser procesada en un componente compuesto con la introducción de un material de matriz, utilizando técnicas convencionales tales como moldeo por transferencia de resina o infiltración química de vapor.

En la siguiente descripción, los mismos caracteres de referencia designan partes iguales o correspondientes a través de las figuras. Adicionalmente, en la siguiente descripción, se entiende que términos tales como "frontal", "trasero", "izquierdo", "transversal", "longitudinal" y similares son palabras utilizadas por comodidad y no deben considerarse como términos limitativos.

Para lo que atañe a la siguiente discusión, debe entenderse que un primer endurecedor o endurecedor longitudinal se extiende en una primera dirección que está alineada sustancialmente con la coordenada X, o dirección de urdimbre 18 representada en la figura 1A. Un segundo endurecedor o endurecedor transversal, que es en general perpendicular al primer endurecedor, se extiende en una segunda dirección que está alineada sustancialmente con la coordenada Y, o dirección 58 de trama o relleno que se representa en la figura 1A. Los endurecedores primero y segundo se extienden saliendo del plano X-Y de la parte de panel de la estructura, hacia la dirección de la coordenada Z. El sistema de coordenadas utilizado para definir la estructura se indica en la figura 1A. Además, en los ejemplos mostrados, las telas son tejidas con fibras o hilos de urdimbre y con fibras o hilos de relleno utilizando un telar Jacquard y lanzadera capturada, si bien para tejer las telas puede utilizarse cualquier técnica convencional como es un telar de arnés. Los hilos o fibras en el interior de cada tela pueden seguir cualquier patrón, como son entrelazado capa a capa, ortogonal o en ángulo. Los hilos o fibras utilizados para tejer las telas pueden ser materiales sintéticos o naturales, tales como carbono, nailon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida ("Kevlar") y polietileno. Dos arquitecturas de fibras similares representadas en la figura 2A y en la figura 2B, son representativas de arquitecturas que pueden ser utilizadas para tejer la tela de base. Las arquitecturas de fibra utilizadas para tejer la tela de base no se limitan a las descritas.

De acuerdo con un aspecto de la presente invención que se describe en la figura 1A y en la figura 1B, una tela de base 8 está construida con tres telas, una primera tela tejida 10, una segunda tela tejida 12 y una tercera tela tejida 14. La figura 1A es una vista de la parte frontal de la tela de base 8, y la figura 1B es una vista de la parte posterior de la tela de base 8. En la parte posterior 28 de la tela de base 8, fibras procedentes de la parte derecha 20 de la primera tela 10 se tejen en la parte izquierda 36 de la segunda tela 12, y fibras procedentes de la parte izquierda 22 de la primera tela 10 se tejen en la parte derecha 38 de la segunda tela 12. Como resultado, se tiene una zona entretejida 16 entre la primera tela 10 y la segunda tela 12. En la parte delantera 26 de la tela de base 8, fibras procedentes de la segunda tela 12 y la tercera tela 14 son entretejidas entre sí a lo largo de toda la dirección de urdimbre 18 para producir la zona entretejida 24. Debe observarse que las fibras entretejidas entre las telas pueden ser fibras de urdimbre o bien hilos o fibras de relleno Las fibras de urdimbre en el interior de cada tela 10, 12 14, pueden seguir cualquier patrón convencional, tal como entrelazado capa a capa, ortogonal o en ángulo. Esto hace posible fabricar una preforma que tiene un acabado superficial que imita los patrones textiles típicos tales como ligamento tafetán, sarga o satén. Todos los bordes paralelos en la dirección 18 de urdimbre serán cerrados si la tela de base 8 es tejida en un telar con lanzadera. Tal como se muestra en la figura 2A y la figura 2B, puede haber algunas fibras de borde 25 que tejan varias telas juntas, y tendrán que cortarse antes de que la preforma pueda ser plegada.

Una vez que ha sido tejida la tela de base 8 junto con sus zonas entretejidas 16 y 24, puede plegarse a continuación para formar una preforma tridimensional tejida integralmente con endurecedores longitudinal y transversal. En la figura 3, la parte frontal 40 de la primera tela 10 está cortada 42 hasta el punto donde la primera tela 10 y la segunda tela 12 se entretejen conjuntamente 44. La parte frontal 40 de la primera tela 10 está asimismo cortada 42 hasta la superficie superior 46 de la segunda tela 12. Después de ser cortada 42 la primera tela 10, las dos mitades o partes 48 y 50 pueden entonces ser plegadas tal como se indica mediante fechas 52 y 54 en la figura 4, para formar un endurecedor transversal 56 en la dirección Y, o dirección de relleno 58. Una parte del endurecedor transversal 56, que es además la primera tela 10, permanece conectada integralmente a la segunda tela 12 a causa de la zona entretejida 16 entre sí misma y la segunda tela 12. Las partes delanteras 60 del endurecedor transversal 56 no están conectadas a la segunda tela 12 debido a que las telas no fueron entretejidas en la zona 62. Por lo tanto, tal como se indica en la figura 5, las partes frontales 60 del endurecedor transversal 56 pueden ser desplegadas tal como se indica mediante fechas 64 y 66, para actuar como miembros de refuerzo 67 para un endurecedor que se formará en esta dirección, tal como se describe en las figuras 6 y 7. Finalmente, tal como se describe en la figura 8, que es una vista trasera de la preforma, la parte posterior 28 de la tercera tela 14 puede plegarse hacia atrás tal como se indica mediante la flecha 70, para completar la preforma endurecida. Cuando esto se ha realizado, las partes delanteras 72 de las telas combinadas segunda 12 y tercera 14 se pliegan en la dirección Z para formar el endurecedor longitudinal 74 en la dirección X o dirección de urdimbre. Tras seguir plegando la tercera tela 14 hacia arriba en la dirección Z, tal como se indica mediante la flecha 70, la tercera tela 14 completa la parte de panel 76 de la preforma tridimensional tejida integralmente 78, tal como se describe en la figura 9. Para algunas geometrías, la altura del endurecedor longitudinal 74 puede ser demasiado alta, y por lo tanto puede ser necesario reducirla a la misma altura que el endurecedor transversal 56, y viceversa. La figura 10 y la figura 11 son imágenes de una tela de base que ha sido plegada utilizando el método dado a conocer, para formar una preforma tridimensional tejida integralmente. La preforma ha sido moldeada en una estructura compuesta con la adición de un material de matriz. Ambas imágenes describen la parte de panel 76 de la estructura compuesta, la zona entretejida 16, el endurecedor transversal 56, miembros de refuerzo 67 del endurecedor longitudinal, y el endurecedor longitudinal 74.

Otro aspecto de la presente invención se utiliza para crear paneles endurecidos con una configuración simétrica que producirá endurecedores transversales a ambos lados del endurecedor longitudinal. La figura 12 describe una tela de base 8 construida con cuatro telas, una primera tela tejida 10, una segunda tela tejida 12, una tercera tela tejida 14 y una cuarta tela tejida 15. Además de entretejer una zona 16 entre la primera tela 10 y la segunda tela 12, es entretejida asimismo una zona 16 entre la tercera tela 14 y la cuarta tela 15, tal como se describe en la figura 13. Tal como se ha dado conocer previamente, la tela de base 8 tiene asimismo una zona entretejida 24 entre la segunda tela 12 y la tercera tela 14 en la parte de frontal 26 de la tela. Una vez que la tela de base 8 está tejida, la primera tela 10 y la cuarta tela 15 son ambas cortadas y plegadas tal como se ha dado conocer previamente, para producir endurecedores transversales 16 con miembros de refuerzo 67 y un endurecedor longitudinal 64, tal como se describe en la figura 14. Los endurecedores transversales 56 se forman cuando la primera tela 10 y la cuarta tela 15 son plegadas. La parte de panel 76 se forma a partir de la segunda tela 12 y de la parte plegada de la tercera tela 14. El endurecedor longitudinal 74 consta de las partes frontales 72 de la segunda tela 12 y la tercera tela 14, que se pliegan hacia arriba en la dirección Z. Como resultado, se forma una preforma tejida tridimensional 100 con simetría en torno al endurecedor longitudinal 74.

En otro aspecto de la presente invención, pueden crearse asimismo paneles endurecedores con una serie de endurecedores transversales 56, mediante entretejer una serie de zonas 16 entre las telas primera 10 y segunda 12, tal como se describe en la figura 15, utilizando el mismo método descrito previamente para entretejer la primera tela tejida 10 con la segunda tela tejida 12. Una vez que se han tejido todas las partes entretejidas 16 y 24, la tela puede cortarse para facilitar el pliegue en una preforma tridimensional. Las etapas son las mismas que las que se ha dado a conocer para una preforma tridimensional tejida integralmente con un endurecedor longitudinal, excepto por lo siguiente. La primera tela tejida 10 se corta 80 desde la parte posterior 28 hasta la parte frontal 26 de la tela de base 8, a través de la parte superior 13 de la segunda tela tejida 12. La posición de corte 80 es tal que la primera tela tejida 10 puede ser plegada en una serie de áreas para formar una serie de endurecedores transversales. A continuación, la parte frontal 40 de la primera tela 10 se recorta 42 en una serie de áreas, hasta las regiones 44 donde la primera tela 10 y la segunda tela 12 se entretejen conjuntamente. La parte frontal 40 de la primera tela 10 es asimismo recortada 42 hasta la parte superior 46 de la segunda tela 12. Una vez que el corte se ha completado, la tela de base 8 es plegada en una preforma tridimensional tejida integralmente, siguiendo las mismas etapas que se ha descrito previamente, excepto en que una serie de partes a ambos lados de la serie de zonas entretejidas entre las telas primera y segunda, se pliegan conjuntamente para formar una serie de endurecedores transversales. La figura 16 es una imagen de una tela de refuerzo tridimensional tejida integralmente, con una serie de endurecedores transversales que han sido moldeados en un componente compuesto con la introducción de un material de matriz. Tal como se describe, el panel endurecido comprende la parte de panel 76, un endurecedor longitudinal 74 y una serie de endurecedores transversales.

Después de que la tela de base ha sido plegada en una preforma tridimensional tejida integralmente con endurecedores longitudinales y transversales, a continuación puede formarse el panel o componente reforzado compuesto con la introducción de un material de matriz tal como epoxi, poliéster, viniléster, cerámica, carbono y/u otros materiales, que exhiben asimismo propiedades físicas, térmicas, químicas y/u otras deseadas, utilizando técnicas convencionales tales como moldeo por transferencia de resina o infiltración química de vapor.

Por consiguiente, se ha mostrado que una tela de base puede ser diseñada y configurada en una preforma tejida tridimensional con endurecedores integrales en dos direcciones.

Si bien en el presente documento se han descrito en detalle una realización preferida de la presente invención y modificaciones de la misma, debe entenderse que esta invención no se limita a esta realización específica ni a sus modificaciones, y que un experto en la materia puede llevar a cabo otras modificaciones y variaciones sin apartarse del alcance de la invención, tal como se define mediante las reivindicaciones anexas.

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Referencias citadas en la descripción

La lista de referencias citadas por el solicitante es solo para comodidad del lector. No forma parte del documento de Patente Europea. Aunque se ha tomado especial cuidado en recopilar las referencias, no puede descartarse errores u omisiones y la EPO rechaza toda responsabilidad a este respecto.

Documentos de patentes citados en la descripción

\bullet US 4 331 495 A [0008]

\bullet US 4 256 790 A [0008]

\bullet US 6 103 337 A [0009]

\bullet US 5 429 853 A [0010]

\bullet US 6 446 675 B [0013]

\bullet US 6 019 138 A [0014]

Claims

1. Preforma tridimensional tejida integralmente con endurecedores (56, 74) en dos direcciones, construidos a partir de una tela de base tejida (8), comprendiendo dicha tela de base: una primera tela tejida (10); una segunda tela tejida (12); una tercera tela tejida (14), caracterizada por hecho de que

una serie de hilos están entretejidos entre dicha primera tela tejida y dicha segunda tela tejida, en donde dicha serie de hilos están entretejidos sobre una zona (16) entre dicha primera tela y dicha segunda tela, y dicha primera tela es plegable en relación con dicha segunda tela; y una serie de hilos están entretejidos entre dicha segunda tela tejida y dicha tercera tela tejida, en donde dicha serie de hilos están entretejidos sobre la zona (24) entre dicha segunda tela y dicha tercera tela, y dicha tercera tela es plegable en relación con dicha segunda tela.

2. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, en donde dicha primera tela tejida (10) está cortada a partir de una superficie superior de dicha segunda tela tejida (12).

3. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 2, en la que una primera parte de un primer lado de una zona entretejida de dicha primera tela tejida (10) es plegable junto con una primera parte de un segundo lado de la zona entretejida de dicha primera tela tejida (12), para formar un endurecedor (56) en una primera dirección.

4. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 3, en la que una segunda parte de dicho endurecedor es plegable para formar un elemento de refuerzo para un endurecedor (74) formado en una segunda dirección.

5. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, en la que dicha tercera tela tejida (14) es plegable en relación con dichas telas tejidas primera y segunda.

6. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 5, en la que una primera parte de dicha segunda tela tejida plegable (12) y una primera parte de dicha tercera tela tejida (14) forman un endurecedor (74) en una segunda dirección.

7. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 6, en la que una segunda parte de dicha segunda tela tejida plegable (12) es coplanaria con una segunda parte de dicha tercera tela tejida (14), para formar una parte de panel de dicha preforma tridimensional.

8. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, en la que una serie de hilos están entretejidos entre dicha primera (10) y dicha segunda (12) telas tejidas, en una serie de regiones independientes.

9. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 8, en la que dicha primera tela tejida (10) es plegable en relación con dichas telas tejidas segunda (12) y tercera (14).

10. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 8, en donde dicha primera tela tejida (10) está cortada a partir de una superficie superior de dicha segunda tela tejida (12) en una serie de regiones.

11. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 10, en la que una serie de primeras partes en una serie de primeros lados de una serie de dichas regiones entretejidas de dichas telas tejidas primera (10) y segunda (12), son plegables conjuntamente con una serie de primeras partes en una serie de segundos lados de una serie de dichas regiones entretejidas de dichas telas tejidas primera y segunda, para formar una serie de endurecedores (56) en una primera dirección.

12. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 11, en la que segundas partes de dicha serie de endurecedores son plegables para formar una serie de elementos de refuerzo para un endurecedor (74) formado en una segunda dirección.

13. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 8, en la que dichas telas tejidas segunda (12) y tercera (14) son plegables en relación con dicha primera tela tejida (10).

14. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 13, en la que una primera parte de dicha segunda tela tejida plegable (12) y una primera parte de dicha tercera tela tejida plegable (14) proporcionan un endurecedor (74) en una segunda dirección.

15. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 13, en la que una segunda parte de dicha segunda tela tejida (12) es coplanaria con una segunda parte de dicha tercera tela tejida (14).

16. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, que comprende además: una cuarta tela tejida; y una serie de hilos entretejidos entre dicha tercera tela tejida (14) y dicha cuarta tela tejida (15), en la que dicha serie de hilos están entretejidos sobre una zona entre dicha tercera tela y dicha cuarta tela para permitir a dicha cuarta tela tejida ser plegable en relación con dicha tercera tela tejida.

17. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 16, en la que dicha primera tela tejida (10) es plegable en relación con dicha segunda (12), dicha tercera (14) y dicha cuarta (15) telas tejidas.

18. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 16, en la que dicha primera tela tejida (10) está cortada a partir de una superficie superior de dicha segunda tela tejida (12).

19. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 18, en la que una primera parte en un primer lado de una zona entretejida (16) de dichas telas tejidas primera y segunda es plegable junto con una primera parte en un segundo lado de la zona entretejida (24) de dichas telas tejidas primera y segunda, para formar un endurecedor (56) en una primera dirección.

20. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 19, en la que una parte de dicho endurecedor (56) es plegable para formar un elemento de refuerzo para un endurecedor (74) formado en una segunda dirección.

21. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 16, en la que dichas telas tejidas tercera (14) y cuarta (15) son plegables en relación con dicha primera y dicha segunda telas tejidas.

22. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 16, en la que dicha cuarta tela tejida (15) está cortada a partir de una superficie superior de dicha tercera tela tejida.

23. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 22, en la que una primera parte en un primer lado de una zona entretejida de dicha tercera (14) y dicha cuarta (15) telas tejidas es plegable junto con una primera parte en un segundo lado de la zona entretejida de dicha tercera y dicha cuarta telas tejidas, para formar un endurecedor en una primera dirección.

24. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 23, en la que una segunda parte de dicho endurecedor (56) es plegable para formar un elemento de refuerzo para un endurecedor (74) formado en una segunda dirección.

25. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 24, en la que una primera parte de dichas segunda y tercera telas tejidas plegables proporciona un endurecedor (74) formado en una segunda dirección.

26. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 25, en la que una segunda parte de dicha segunda tela tejida plegable (12) es coplanaria con una segunda parte de dicha tercera tela tejida (14).

27. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 26, en la que la preforma tridimensional plegada resultante tiene una configuración simétrica.

28. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, en la que dichas telas están tejidas con fibras e hilos de urdimbre y de trama.

29. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 28, en la que el patrón de la fibra de urdimbre es algún patrón seleccionado entre el grupo que comprende entrelazado capa a capa, ortogonal y en ángulo.

30. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 28, en la que los hilos entretejidos son hilos de urdimbre.

31. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 28, en la que los hilos entretejidos son hilos de trama.

32. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 28, en la que dichos hilos de urdimbre y de trama están seleccionados entre el grupo de materiales sintéticos o naturales que comprende carbono, nailon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida y polietileno.

33. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, en la que una estructura compuesta está formada a partir de un proceso seleccionado entre el grupo que consiste en moldeo por transferencia de resina y filtración química de vapor.

34. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que dicha estructura compuesta es un material de matriz seleccionado entre el grupo que comprende epoxi, poliéster, viniléster, cerámica y carbono.

35. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 1, que comprende tres o más telas tejidas (10, 12, 14, 15) en las que el primer endurecedor (56) está construido de una primera tela plegable con una serie de hilos entretejidos entre la primera tela (10) y la segunda tela (12), por lo menos una parte de dicho primer endurecedor siendo plegable para reforzar un endurecedor (76) en una segunda dirección, y en la que un segundo endurecedor en relación angular con dicho primer endurecedor está construido a partir de una parte de la segunda tela y de la tercera tela (14).

36. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que dichas telas están tejidas con fibras e hilos de urdimbre y de trama.

37. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que dicha preforma tiene una configuración simétrica.

38. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que dicha preforma tiene un endurecedor (74) en una primera dirección y una serie de endurecedores (56) en una segunda dirección, estando dicha serie de endurecedores en relación angular con dicho primer endurecedor.

39. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que el patrón de la fibra de urdimbre es algún patrón seleccionado entre el grupo que comprende entrelazado capa a capa, ortogonal y en ángulo.

40. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que los hilos entretejidos son hilos de urdimbre.

41. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que los hilos entretejidos son hilos de trama.

42. La plataforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que dichos hilos de urdimbre y de trama están seleccionados entre el grupo de materiales sintéticos o naturales que comprende carbono, nailon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida y polietileno.

43. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 33, en la que una estructura compuesta está formada a partir de un proceso seleccionado entre el grupo que consiste en moldeo por transferencia de resina y filtración química de vapor.

44. La preforma tridimensional tejida integralmente de la reivindicación 43, en la que dicha estructura compuesta es un material de matriz seleccionado entre el grupo que comprende epoxi, poliéster, viniléster, cerámica y carbono.

45. Método de fabricación de una preforma tridimensional tejida integralmente, que comprende las etapas de: proporcionar tres o más telas tejidas, caracterizado por el hecho de que el método comprende además las etapas de entretejer una serie de hilos procedentes de una primera tela tejida (10) con una serie de hilos procedentes de una segunda tela tejida (12), dicha primera tela tejida siendo plegable en relación con dicha segunda tela tejida; entretejer una serie de hilos procedentes de dicha segunda tela tejida con una serie de hilos procedentes de una tercera tela tejida; cortar dicha primera tela tejida a partir de una superficie superior de dicha segunda tela tejida; plegar conjuntamente una primera parte de dicha primera tela formada en un primer lado de una zona entretejida de dichas telas primera y segunda, con una primera parte de dicha primera tela formada en un segundo lado de la zona entretejida de dichas telas primera y segunda, para formar un endurecedor (56) en una primera dirección; plegar una segunda parte de dicha primera tela para formar un miembro de refuerzo para un endurecedor formado en una segunda dirección; plegar una primera parte de dicha segunda y dicha tercera telas tejidas para formar un endurecedor (74) en una segunda dirección; y plegar una segunda parte de dicha tercera tela plegable para completar una parte de panel de dicha preforma.

46. El método de la reivindicación 45, en el que dicha preforma es tejida utilizando un telar Jacquard o de arnés.

47. El método de la reivindicación 45, en el que las telas tejidas son tejidas con fibras o hilos de urdimbre y de trama.

48. El método de la reivindicación 45, que comprende además las etapas de: entretejer una serie de hilos en una serie de regiones independientes (16, 24) entre dichas telas primera y segunda; cortar dicha primera tela tejida (10) desde una superficie superior de dicha segunda tela tejida (12), en una serie de regiones; plegar conjuntamente una serie de primeras partes en una serie de primeros lados de una serie de dichas regiones entretejidas de dichas telas tejidas primera y segunda, con una serie de primeras partes en una serie de segundos lados de una serie de dichas regiones entretejidas de dichas telas tejidas primera y segunda, para formar una serie de endurecedores (56) en una primera dirección; plegar una serie de segundas partes de dicha serie de endurecedores para formar una serie de elementos de refuerzo para un endurecedor (74) formado en una segunda dirección; plegar partes de dicha segunda y dicha tercera telas tejidas respecto de dicha primera tela tejida, para proporcionar un endurecedor en una segunda dirección; y plegar una segunda parte de dicha tercera tela plegable (14) para completar una parte de panel de dicha preforma.

49. El método de la reivindicación 45 que comprende además las etapas de: proporcionar una cuarta tela tejida (15); entretejer una serie de hilos entre dicha tercera tela tejida y dicha cuarta tela tejida, en donde dicha serie de hilos son entretejidos sobre una zona entre dicha tercera tela (14) y dicha cuarta tela (15) para permitir que dicha cuarta tela tejida sea plegable en relación con dicha tercera tela tejida; cortar dicha cuarta tela tejida hasta una superficie superior de dicha tercera tela tejida; plegar conjuntamente una primera parte en un primer lado de dichas zonas entretejidas de dichas telas tejidas tercera y cuarta, con una primera parte en un segundo lado de la zona entretejida de dichas telas tejidas tercera y cuarta, para formar un endurecedor (54) en una primera dirección; plegar una segunda parte de dicho endurecedor para formar un elemento de refuerzo para un endurecedor formado en una segunda dirección; plegar una primera parte de dicha tercera tela tejida respecto de dicha segunda tela tejida para proporcionar un endurecedor (76) en una segunda dirección; y plegar una segunda parte de dicha tercera tela plegable para completar una parte de panel de dicha preforma.

50. El método de la reivindicación 47, en el que un patrón de fibra de urdimbre es cualquier patrón seleccionado entre el grupo que comprende entrelazado capa a capa, ortogonal y en ángulo.

51. El método de la reivindicación 45, en el que los hilos entretejidos son hilos de urdimbre o de trama.

52. El método de la reivindicación 51, en la que dichos hilos de urdimbre y de trama están seleccionados entre el grupo de materiales sintéticos o naturales que comprende carbono, nailon, rayón, poliéster, fibra de vidrio, algodón, vidrio, cerámica, aramida y polietileno.

53. El método de la reivindicación 45, además caracterizado porque una estructura compuesta está formada a partir de un proceso seleccionado entre el grupo que comprende moldeo por transferencia de resina y filtración química de vapor.

54. El método de la reivindicación 53, en el que un material de matriz se selecciona entre el grupo que comprende epoxi, poliéster, viniléster, cerámica y carbono.