ES2377369A1 - Útil para la fabricación de componentes de aerodinos y aerogeneradores y proceso de fabricación de estos componentes. - Google Patents
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Abstract
Útil para la fabricación de componentes de aerodinos y aerogeneradores y proceso de fabricación de estos componentes, comprendiendo el útil una bancada (10), sobre la cual va dispuesta en el borde superior de, al menos, uno de los laterales, al menos, una pieza rígida (7) a modo de aleta, la cual va unida a la bancada (10) a través de una bisagra elástica (8), pudiendo ser accionada en basculamiento entre una posición elevada de cierre y una posición bajada de apertura, para el moldeo y desmoldeo de los componentes a fabricar mediante la incorporación de capas de tiras de fibra sobre la superficie que determinan entre la bancada (10) y la aleta o aletas (7).
Description
Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores y proceso de fabricación de estos
componentes.
Los materiales compuestos, formados por dos o
más materiales y basados en la utilización de fibras de carbono, de
vidrio, etc., aportan una serie de ventajas, entre las que se
encuentra la de aportar una gran resistencia con un mínimo peso, por
lo que cada día son más utilizados en diferentes sectores
industriales, tales como el aeronáutico, el naval, el de las
energías renovables, el de la construcción civil, etc.
En el sector de la aeronáutica, se emplean tales
materias compuestos para conformar los perfiles aerodinámicos de las
alas y de los estabilizadores de los aerodinos; mientras que en el
sector de las energías renovables, tales materiales compuestos son
utilizados para la fabricación de las palas, bujes, ejes y torres de
los aerogeneradores, todo ello, como aplicaciones más comunes, pero
no limitativas.
El objeto de la presente invención está
especialmente concebido para su aplicación en la fabricación de
componentes de aerodinos y aerogeneradores, pero esto tampoco debe
de entenderse en sentido limitativo, ya que como se verá más
adelante, tanto el útil, como el proceso de fabricación objeto de la
presente invención, son válidos para la formación de grandes
estructuras de materiales compuestos utilizables en cualquier
sector.
En efecto, para poder fabricar grandes
estructuras en materias compuestos, formados a base de fibras y de
resinas, es necesario desarrollar nuevos conceptos estructurales,
nuevos bienes de equipo, herramientas, moldes y procesos de
fabricación de forma simultánea y con ingenierías concurrentes, como
única forma de garantizar la repetitividad en todo el proceso
productivo y la homogeneidad del mismo, garantizando así la
obtención de productos de una adecuada y uniforme calidad, a unos
precios competitivos.
Centrándonos en la fabricación de los perfiles
aerodinámicos de las alas y de los estabilizadores de los aerodinos
y en la fabricación de las palas de los aerogeneradores eólicos, se
conoce ya una realización de los mismos que parte, en esencia, de un
cajón de torsión, compuesto por uno o más largueros, unidos al
intradós, al extrados y al borde de ataque del perfil alar.
Los precitados largueros, parten básicamente de
una configuración en "U" que cambia de altura en los diferentes
tramos longitudinales de dichos largueros, a la vez que presentan
variaciones de los ángulos que forman el perfil; todo lo cual, unido
a los efectos de torsión que soportar estos largueros por su propia
conformación, se traduce en unas ciertas complejidades en el diseño
y en la fabricación de los mismos.
De acuerdo con la presente invención, se propone
un útil para la fabricación de este tipo de componentes, así como un
proceso de fabricación mediante la utilización de dicho útil, todo
lo cual permite simplificar la fabricación de estos componentes,
permitiendo la automatización y el desmoldeo de componentes
aerodinámicos de geometría compleja, según procesos de fabricación
repetitivos que permiten conseguir unas adecuadas y constantes
condiciones de calidad en el producto finalmente obtenido.
Para ello, la invención preconiza un útil que
presenta unas partes abatibles a través de medios de abisagrado
elásticos; partes estas que son regulables en su posicionamiento,
por medio de actuadores de posicionamiento, lo que le dota al útil
de un carácter flexible que permite la automatización del proceso de
fabricación y el desmoldeo de componentes aerodinámicos de geometría
compleja. Además estos medios de abisagrado elástico se determinan
por un material elastomérico que le confiere a esa zona de unas
adecuadas condiciones de estanqueidad, para que se pueda efectuar un
vacío durante el proceso de fabricación e inyectar la
correspondiente resina sin fugas, y todo ello con una continuidad
superficial que permite la correcta disposición sobre estos medios
de abisagrado de la parte que quede sobre ellos de las tiras de
fibra que han de conformar el componente a fabricar.
Asimismo y de acuerdo con la presente invención,
se propone un proceso de fabricación mediante el empleo de dicho
útil flexible, que permite la fabricación de estructuras complejas,
tanto a través de procesos automáticos, como manuales.
La figura 1 muestra en perspectiva y
esquemáticamente a una pala de un aerogenerador.
La figura 1A es una vista en perspectiva y
explosionada de los componentes esenciales de la pala de
aerogenerador representada en la figura 1.
La figura 2 muestra una sección transversal de
una pala de un aerogenerador, compuesta por dos largueros (4), dos
pieles (3) y el borde de ataque (1), todo ello según un ejemplo no
limitativo de realización práctica en el que los largueros (4) y las
pieles (3) presentan una realización en sándwich para evitar su
pandeo.
La figura 3 muestra una perspectiva de un
larguero (4).
Las figuras 4, 5 y 6 corresponden a las
secciones transversales del larguero (4) identificados
respectivamente como IV-IV, V-V y
VI-VI en la figura 3, para poder observar el grado
de torsión y la variación de los ángulos de las solapas (4.1) y
(4.2) del larguero (4).
La figura 7 es una perspectiva que muestra,
según un ejemplo de realización práctica no limitativa, la
realización del útil flexible objeto de la presente invención.
La figura 8 muestra una sección transversal de
la figura 7.
La figura 8A muestra ampliado el detalle
indicado en la figura 8, para poder apreciar como se determinan unas
bisagras elásticas (8) mediante un elastómero (8.1).
Las figuras 9 y 10 son unas vistas como las
precedentes figuras 7 y 8, con una primera capa de fibra (11) en
forma de tiras que pueden ser depositadas a mano o, preferentemente,
de forma automática.
Las figuras 11 y 12 son unas figuras como las
precedentes figuras 9 y 10, pero ahora con todas las capas (11.1) de
fibra depositadas sobre el útil.
Las figuras 13 y 14 son unas figuras como las
precedentes 11 y 12, pero que muestran la fase del proceso en la que
se cubren las capas de fibra (12) con una manta de plástico (13) que
permite efectuar un vacío para compactar el tejido y proceder
después a inyectar la resina sobre las fibras del tejido.
La figura 14A muestra ampliado el detalle
indicado en la figura 14, para poder apreciar la franja de
auto-adhesivo (12) que permite fijar de manera
estanca a la manta (13) sobre el útil.
Las figuras 15 y 16 son unas vistas como las
precedentes figuras 13 y 14, pero que muestran ahora a las aletas
(7) del útil flexible en posición de levantadas, configurando la
geometría adecuada para iniciar el curado o polimerización de la
resina.
Las figuras 17 y 18 son una vista en perspectiva
y en sección transversal del útil flexible, correspondientes a la
fase en la que las aletas (7) ocupan una posición de descendido o de
apertura, con el larguero (4) después de haber pasado ya la
polimerización y listo para iniciar el desmoldeo.
Las figuras 19 y 20 son unas vistas como las
precedentes figuras 17 y 18 pero que muestran la fase de desmoldeo
del larguero (4) que se ha representado retirándose del útil
flexible.
La presente invención hace referencia a un útil
diseñado para la fabricación de componentes, preferentemente, de
aerodinos y aerogeneradores y al propio proceso de fabricación de
tales componentes, que se desarrolla mediante el empleo de dicho
útil.
En la figura 1 se representa, según un posible
ejemplo no limitativo de realización práctica, la pala de un
aerogenerador, como un posible ejemplo no limitativo de componentes
de aerodinos y aerogeneradores.
En el caso de las alas y de los estabilizadores
de los aviones, en su raíz, el cajón de torsión es paralelepipédico
y permite la unión sobre el cajón central del fuselaje del avión. En
el caso de las palas de los aerogeneradores, tal y como se aprecia
en las figuras 1 y 1A, la raíz de las palas es cilíndrica,
permitiendo una unión sobre el rodamiento circular del "pitch"
del aerogenerador.
Existen diferentes métodos y formas de
fabricación de estas palas sobre lo cual el solicitante tiene
diversas Patentes. Según el ejemplo representado en las figuras 1 y
1A, la raíz cilíndrica que permite la unión sobre correspondiente
rodamiento, se determina en cuatro sectores de aproximadamente 90º
cada uno, de los cuales, dos de ellos están determinados por la raíz
de dos largueros (4) y los otro dos por dos piezas (3) denominadas
pieles.
En la figura 2 se aprecia, según un posible
ejemplo de realización práctica, la sección transversal de la pala
de una aerogenerador, en donde con la referencia (1) se indica el
borde de ataque, con la referencia (2) la zona identificada como
extrados y que se constituye en este caso por una de las dos pieles
(3). Con la referencia (5) se identifica el borde de salida; con la
referencia (6) la parte que se denomina intradós, que, en este caso,
está definida por la otra piel (3), y con la referencia (4) se
identifican los dos largueros (4). Tanto los largueros (4), como las
pieles (3) ofrecen una realización en sándwich para evitar el
pandeo.
En la figura 3 se representa una perspectiva
general de uno de los dos largueros (4); mientras que en las figuras
4,5 y 6 se muestran tres secciones transversales del mismo dadas en
diferentes puntos para poder apreciar que cada larguero se
constituye por una parte central o alma identificada con la
referencia (4.3) ya todo lo largo de los bordes de esta parte
central (4.3), sendas solapas (4.1) y (4.2).
En estas secciones de las figuras 4, 5 y 6, se
aprecia como el ángulo que forman las solapas (4.1) y (4.2) varía,
pudiendo llegar a ser ligeramente superior o inferior a 90º. Esta
variación de ángulos, junto a la propia torsión y curvatura que
presentan los largueros (4), dificulta enormemente el diseño de los
moldes en los que tales largueros (4) han de ser fabricados; de
manera que estas dificultades en el diseño de los moldes impide el
avanzar hacia procesos automáticos de fabricación y de desmoldeo de
los largueros (4) y en general de cualquier componente de un
aerodino, aerogenerador o similar, siempre que presente una
conformación definida por una estructura de grandes dimensiones y
complejas formas.
De acuerdo con la presente invención, se
preconiza un útil que ha sido representado, según un ejemplo no
limitativo de realización práctica, en las figuras 7 y (8). El útil
se compone de una bancada (10) sobre cuya parte superior se han
depositar, de forma manual o automática, las tiras de fibra que han
de conformar el componente a fabricar que en este caso sería un
larguero (4). A la bancada (10) se acoplan unos medios actuadores,
identificados con la referencia numérica (9) y constituidos, según
un posible ejemplo de realización práctica no limitativo, por unos
cilindros, cuyo cuerpo va unido articuladamente a la bancada (10);
mientras que el extremo de su émbolo o pistón queda unido, también
articuladamente, a la parte inferior de una pieza (7), de un
conjunto de piezas (7), dispuestas a modo de aletas móviles, una
junto a la otra, siguiendo una correlación a lo largo de los dos
costados de la bancada (10). Estas aletas (7) son de un material
rígido de naturaleza metálica, plástica, materiales compuestos tipo
composites o cualquier otro material análogo que ofrezca la adecuada
rigidez para poder determinar, junto a la parte superior de la
bancada (10), el espacio en el que se va a moldear el componente que
se desea fabricar.
Según una realización preferente existirá un
actuador (9) por cada aleta (7); de manera que se pueda así ajustar
independientemente la posición de cada aleta (7) respecto de las del
resto, pero no se alteraría en nada la esencia de la invención que
dos o más aletas (7) compartieran un actuador común (9).
También se ha representado a las diversas aletas
(7) con una configuración a modo de estrecha placa de planta
rectangular y todas ellas básicamente iguales en su configuración y
medidas, pero sin alterar en nada la esencia de la invención, las
aletas (7) pueden presentar formas diferentes a la de una placa de
planta rectangular y presentar entre ellas formas y/o medidas
diferentes. Se ha previsto que incluso cada aleta (7), en lugar de
ser una única pieza, que se determine por la asociación de varios
elementos, tal como un conjunto de rígidos nervios a modo de
costillar, movidos todos ellos por un actuador (9) común.
La unión entre las aletas (7) y la bancada (10),
se lleva a cabo mediante unos medios de abisagramiento elástico (8),
lo que permite que la correlación de aletas (7) siga el recorrido
mixtilíneo del borde superior de la bancada (10), así como el poder
mover estas aletas (7) durante el proceso de apertura para el
desmoldeo y el soportar los esfuerzos de torsión.
Según una posible realización práctica de tales
medios de abisagrado elástico (8), tal y como se aprecia en las
figuras 7, 8 y 8A, éstos se constituyen por un elastómero (8.1), tal
como una silicona, capaz de soportar las temperaturas que se
producen durante el curado de la resina. Este elastómero (8.1) puede
extenderse así de una forma continua a lo largo de los
correspondientes bordes de la bancada (10) y extenderse por entre
las distintas aletas (7) o incluso por debajo de ellas. Las aletas
(7) pueden estar, tanto adheridas al propio elastómero (8.1), como
embebidas en él. En este último caso puede ser que las aletas (7)
queden totalmente integradas dentro del elastómero (8.1) o incluso
la determinación del conjunto de aletas (7) y elastómero (8.1) por
una monopieza bimaterial.
Con esta disposición se consigue, en primer
lugar, que las aletas (7) puedan extenderse a lo largo de la bancada
(10) siguiendo trayectorias curvilíneas o mixtilíneas. Además se
consigue también que las aletas (7) puedan adoptar una posición de
apertura o abatimiento en la que se disponen las fibras sobre la
parte superior de la bancada (10), para pasar posteriormente dichas
aletas (7) a una posición de elevación, en la que se produce el
correspondiente proceso de curado y de nuevo terminar abatiéndolas
para proceder al correspondiente desmoldeo.
Por otro lado y tal y como se aprecia en las
figuras 7, 8 y 8A, esta determinación de las bisagras (8) por un
elastómero, permite definir una superficie sin solución de
continuidad respecto de la superficie superior de la bancada (10),
para poder depositar sobre las bisagras (8) a las tiras de fibra que
han de conformar el componente a fabricar sin deformación alguna de
estas últimas. Además, esta realización de las bisagras (8), por
medio de un elastómero (8.1), permite, por un lado, obtener en esa
parte una estanqueidad, para poder efectuar un vacío necesario, tal
y como se verá después, durante el proceso de fabricación y, por
otro lado, evitar fugas de la resina al inyectarla durante dicho
proceso.
Se ha previsto que, según una realización
preferente, los diferentes actuadores (9) de las aletas (7) estén
comandados a través de un software que de forma automática y al
introducir los datos del componente a fabricar determine el momento
y el grado de actuación de cada actuador (9).
Mediante el empleo del útil objeto de la
presente invención, se puede llevar a cabo un proceso de fabricación
de este tipo de componentes, proceso este cuyas etapas básicas
son:
En primer lugar y tal y como se aprecia en las
figuras 9 y 10, con las aletas (7) dispuestas en la posición de
bajadas o abiertas, se dispone una primera capa de fibra en forma de
tiras (11) sobre la parte superior de la bancada (10), pudiéndose
depositar estas tiras (11) de forma manual o, preferentemente, de
forma automática. Es de señalar que la determinación de las bisagras
elásticas (8) por el elastómero (8.1) permite conseguir una
superficie totalmente uniforme y continua, como para poder poner las
tiras (11) sin que se produzcan arrugas o deformaciones.
En las figuras 11 y 12, se aprecia como se ha
depositado ya, sobre la parte superior de la bancada (10), el
correspondiente apilamiento de tiras de fibra (11.1), orientando la
dirección de las fibras en diferentes ángulos y espesores según las
cargas que deba soportar el larguero (4) en cada uno de sus tramos.
Los tejidos pueden ser secos o pre-impregnados. Cada
banda o tejido se puede unir, entre las diferentes capas, de forma
químico-mecánica, mediante el uso, por ejemplo, de
spray adhesivo.
Una vez que se han depositado todas las capas
(11.1) sobre la parte superior de la bancada (10), se pasa a la fase
representada en las figuras 13 y 14, según la cual, se procede al
cubrimiento del tejido mediante una manta de plástico (13), que
permite efectuar un vacío para compactar el tejido y proceder
después a inyectar la consiguiente resina sobre las fibras de dicho
tejido. En el detalle de la figura 14A se aprecia como la manta de
plástico (13) se adhiere sobre las aletas (7) a través de una franja
de material auto-adhesivo (12). De esta forma se
consigue la necesaria estanqueidad para obtener el comentado grado
de vacío. Es de señalar que la determinación de las bisagras
elásticas (8) por el elastómero (8.1) permite obtener la
estanqueidad necesaria como para conseguir dicho vacío y evitar
además la fuga de la resina inyectada.
En una fase siguiente, representada las figuras
15 y 16, se procede al levantamiento o cierre de las aletas (7)
mediante el accionamiento de los medios actuadores (9), obteniéndose
así la necesaria configuración de la morfología del útil que queda
listo para iniciar el curado de la resina.
En las figuras 17 y 18, se aprecia como el
larguero (4) esta ya polimerizado, quedando sus solapas (4.1) y
(4.2) con la disposición e inclinación requerida y habiéndose
retirado ya las aletas (7) que retornan a la posición de bajadas o
abiertas, permitiendo un perfecto desmoldeo del larguero (4).
Por último, se procede, tal y como se ha
representado en las figuras 19 y 20, al desmoldeo del larguero
(4).
Claims (9)
1. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, del tipo de los que se componen por una
bancada sobre cuya superficie superior se disponen, de forma manual
o automática, las tiras de fibra que han de conformar el componente
a fabricar, caracterizado por qué, en relación con el borde
superior de, al menos, uno de los laterales de la bancada (10), se
sitúa una o unas piezas rígidas (7), a modo de aletas, que quedan
unidas a la bancada (10) a través de una bisagra elástica (8),
presentando la bisagra elástica (8) un carácter estanco, a la vez
que define una superficie sin solución de continuidad desde la parte
superior de la bancada (10) y la aleta o aletas (7); y porque la
aleta o aletas (7) pueden bascular mediante la bisagra elástica (8)
por el accionamiento de unos medios actuadores (9), para ocupar así
sendas posiciones estables, una de elevación o cierre, durante el
moldeo del componente y la otra de bajada o apertura durante su
desmoldeo.
2. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado por qué la bisagra elástica (8)
se constituye, preferentemente, por un elastómero (8.1), tal como
una silicona, sobre la que van solidarizadas o integradas las piezas
que conforman las aletas (7).
3. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo de acuerdo con la primera y
segunda reivindicaciones, caracterizado por que, según una
realización preferente, las aletas (7) van dispuestas según sendas
correlaciones que siguen los bordes superiores de los dos laterales
mayores de la bancada (10).
4. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado por qué las aletas (7) de cada
lateral de la bancada (10) son iguales entre sí.
5. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo de acuerdo con la primera
reivindicación, caracterizado por qué las aletas (7) de cada
lateral de la bancada (10) son, al menos, en una de ellas,
diferentes entre sí.
6. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo acuerdo con la primera y
segunda reivindicaciones caracterizado porque cada aleta (7)
se constituye por una monopieza rígida, solidarizada o integrada en
el elastómero (8.1) que conforma la bisagra elástica (8).
7. Útil para la fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo de acuerdo con la primera y
segunda reivindicaciones, caracterizado porque cada aleta (7)
se constituye por la asociación de un conjunto de piezas rígidas
solidarizadas o integradas en el elastómero (8.1) que conforma la
bisagra elástica (8).
8. Proceso de fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, del tipo de proceso según el cual,
sobre la parte superior de una bancada se dispone, de forma manual o
automática, un conjunto de tiras de fibra, con la orientación y el
espesor adecuados a los esfuerzos a soportar por el componente a
fabricar, para posteriormente inyectar resina y proceder al curado o
polimerización del componente que finalmente es desmoldeado;
caracterizado porque sobre una bancada (10), provista en, al
menos, uno de sus laterales, de una o unas aletas (7) con unas
bisagras elásticas (8), se disponen las tiras de fibra (11), con las
aletas (7) dispuestas en una posición estable de bajada o apertura,
para seguidamente proceder a realizar un vacío de compactación de
las tiras de fibra (11) y el inyectado de la corresponde resina;
porque en una fase posterior se levantan las aletas (7) hasta una
posición estable de cierre, para definir entre ellas y la bancada
(10) la configuración del componente a moldear y una vez realizado
el proceso de curado de este componente, se procede de nuevo al
desplazamiento de las aletas (7), mediante sus bisagras elásticas
(8), hasta la posición inicial de bajada o apertura, para proceder
al desmoldeo de dicho
componente.
componente.
9. Proceso de fabricación de componentes de
aerodinos y aerogeneradores, en todo de acuerdo con la octava
reivindicación, caracterizado por qué, una vez que se ha
dispuesto sobre la bancada (10) y sobre la zona de las aletas (7),
las correspondientes tiras de fibra (11), hasta alcanzar todas las
capas (11.1) precisas, se sitúa sobre estas capas (11.1) una manta
de plástico (13), provista en su contorno de un autoadhesivo (12),
mediante el cual se procede a fijar la manta de plástico (13) sobre
la bancada (10) y sobre la zona de las aletas (7), para
posteriormente generar un vacío de compactación de las tiras de
fibra (11) y el posterior inyectado de resina; este vacío y el
inyectado de la resina se pueden llevar a cabo en virtud de la
estanqueidad que aportan las bisagras elásticas (8) de las aletas
(7).
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