ES2388823A1 - Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos. - Google Patents

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ES2388823A1 ES201001244A ES201001244A ES2388823A1 ES 2388823 A1 ES2388823 A1 ES 2388823A1 ES 201001244 A ES201001244 A ES 201001244A ES 201001244 A ES201001244 A ES 201001244A ES 2388823 A1 ES2388823 A1 ES 2388823A1
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Abstract

Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos, formado por una estructura portante (5) sobre la cual se dispone una superficie (6) superior para formar sobre ella las piezas a fabricar, yendo en los bordes laterales de dicha superficie (6) superior una sucesión de aletas (8) que son susceptibles de bascular, las cuales disponen de unos mecanismos (10) actuadores de la basculación que se hallan formados por una parte fija y una parte móvil relacionadas mediante una unión deslizante con doble guiado, yendo unida la parte móvil a un cable o cinta flexible (15) que se enrolla en una polea (16) de recogida.

Description

MOLDE FLEXIBLE PARA FABRICACIÓN DE PIEZAS CON MATERIALES COMPUESTOS
Sector de la técnica
La presente invención está relacionada con la fabricación de estructuras con materiales compuestos, tales como alas de avión palas de aerogenerador, etc.,
proponiendo
un molde que permite fabricar las piezas
componentes
de dichas estructuras de una manera
ventajosa.
Estado de la técnica
Los materiales compuestos, que se forman con fibras de carbono, fibras de vidrio, etc., y resinas de compactación, aportan una ventaja esencial en el sentido de proporcionar una gran resistencia con un mínimo peso, por lo que dichos materiales son cada vez más utilizados en sectores industriales como el aeronáutico, el naval, energías renovables, construcción civil, etc.
Dichos materiales compuestos son habitualmente utilizados, por ejemplo, para formar los perfiles aerodinámicos de las alas y de los estabilizadores de aerodinos, así como para la formación de palas, bujes, ejes y torres de aerogeneradores, sin que estas aplicaciones sean limitativas.
En ese sentido, para la fabricación de las alas aeronáuticas y palas eólicas, se conoce una realización que consta de un armazón estructural, sobre el cual se fijan unas piezas exteriores que forman las superficies del intradós, del extradós y el borde de ataque del perfil aerodinámico correspondiente, determinándose el armazón estructural con unos largueros formados por perfiles de sección en "U" cuya configuración cambia de dimensiones y ángulos en los diferentes tramos
longitudinales
de dichos largueros, lo cual se traduce
en
importantes complejid ades del diseño y fabricación
de
esos largueros.
Para la fabricación de grandes estructuras complejas de ese tipo, con materiales compuestos, es necesario por lo tanto desarrollar conceptos estructurales, bienes de equipo, herramientas y procedimientos de fabricación, que permitan la repetitividad de los procesos productivos y su homogeneidad, con el fin de garantizar la obtención de productos de calidad a unos precios competitivos.
Objeto de la invención
De acuerdo con la presente invención se propone un molde flexible que permite la fabricación de piezas complejas componentes de las estructuras aerodinámicas de alas aeronáuticas, palas eólicas y otras semejantes, mediante procesos automatizados que pueden ser repetitivos, obteniéndose resultados de calidad.
Este molde objeto de la invención consta de una estructura portante formada por una conjunción de cuadernas transversales metálicas y cuadernas longitudinales de material compuesto, yendo sobre dicha estructura una superficie que en los bordes longitudinales posee una sucesión de aletas consecutivas, las cuales son susceptibles de bascular respecto de la parte longitudinal media de la superficie por medio de uniones de articulación
formadas de material elástico, disponiendo cada aleta de unos mecanismos de actuación que permiten accionar el basculamiento de la aleta entre una posición horizontal y una posición elevada.
De este modo se obtiene un molde que permite
formar
sobre él en extensión plana el desarrollo de
piezas
de configuración compleja, como perfiles de
sección
en "U", mediante aplicación de capas de
encintado
con tiras de material compuesto sobre la
superficie superior del molde, de forma que basculando después las aletas laterales de la superficie del molde, hasta la posición necesaria, se obtiene la configuración del perfil a formar y, tras el tiempo necesario para el curado del material constructivo, dicho perfil puede desmoldearse con facilidad retornando las aletas laterales del molde a la posición inicial.
Los mecanismos de actuación del basculamiento de las aletas del molde constan de una parte fija a la estructura portante y una parte móvil que va unida a la aleta correspondiente, estando asociadas dichas partes fija y móvil por un doble guiado entre unas ranuras arqueadas definidas en una de las partes y unos bulones de deslizamiento por dichas ranuras que van fijados en la otra parte, mientras que respecto de la parte móvil va unido un cable o cinta flexible que se recoge en una polea giratoria.
Se obtiene así una disposición que, mediante el accionamiento giratorio de las poleas de los mecanismos actuadores, permite accionar el basculamiento de las aletas del molde hasta la posición angular que corresponda para determinar la forma de las piezas a fabricar, pudiendo variar el ángulo de formación a lo largo de la pieza, mediante un posicionamiento variable de las distintas aletas del molde según las zonas en las que correspondan.
Cada aleta puede disponer de uno o más mecanismos de accionamiento, estando previsto que las poleas giratorias de todos los mecanismos de cada lado del molde vayan incorporadas en un eje común, para el
accionamiento
de todos los mecanismos a la vez mediante
un
único motor o de manera manual mediante una
manivela.
Con esta disposición, el ángulo de
basculación
de cada aleta de acuerdo con la
configuración
de las distintas partes de las piezas a
formar, se determina disponiendo poleas de diferentes diámetros en los mecanismos correspondientes, de manera que el accionamiento del giro común de los mecanismos provoque el basculamiento que corresponda de cada una de las aletas.
Las aletas del molde pueden incorporar a su vez en el borde exterior otras aletas complementarias unidas a ellas por articulaciones de material elástico, yendo dispuestos entre las primeras aletas y las aletas complementarias mecanismos actuadores de basculación de las aletas complementarias respecto de las primeras aletas, semejantes a los mecanismos actuadores de la basculación de las primeras aletas, estando previstos dichos mecanismos actuadores de las aletas complementarias con cilindros hidráulicos o neumáticos de accionamiento.

Con dicha disposición de doble correlación de aletas basculantes, unas respecto de la parte central de la superficie superior del molde y otras respecto de
esas primeras aletas, el molde permite realizar de la misma manera, piezas con alas laterales en un ángulo respecto de la parte central y piezas con alas laterales quebradas en dos ángulos respecto de la parte central.
Con todo ello se obtiene un molde que ofrece las ventajas siguientes:
-
Posibilidad de mover las aletas basculantes según una trayectoria controlada y coordinada, que se puede determinar por diseño, de acuerdo con la forma de las piezas que se deseen obtener.
-Posibilidad
de determinar geometrías complejas en
curvaturas
y torsiones, con uno o dos plegados
laterales,
para formar piezas de cualquier dimensión
con
formas complejas.
-
Facilidad de desmoldeo de las piezas formadas, mediante el retorno de las aletas basculantes a la posición inicial, sin necesidad de desmontar elementos para el desmoldeo.
-
Mínimo número de elementos motores para el accionamiento del conjunto funcional.
-
Utilización de elementos actuadores de bajo costo y que soportan sin problemas las temperaturas de curado de las piezas a fabricar de materiales compuestos.

-Conjunto estructural robusto y capaz de absorber elásticamente las dilataciones y contracciones que sufre debido al calentamiento que se produce por el curado de las piezas que se moldean, con una
instalación de bajo coste global.
Dicho molde objeto de la invención resulta por lo tanto de unas características muy ventajosas, adquiriendo vida propia y carácter preferente para la aplicación a la que está destinado.
Descripción de las figuras
La figura 1 muestra en perspectiva esquemática un ejemplo de realización de pala de aerogenerador.
La figura 2 es una perspectiva explosionada del conjunto de los elementos componentes esenciales de la pala de aerogenerador de la figura anterior.
La figura 3 muestra una sección transversal de una
pala
de aerogenerador formada con elementos
estructurados
según una realización en sándwich para
evitar el pandeo.
La figura 4 muestra en perspectiva un larguero del armazón estructural de la pala de aerogenerador de la figura anterior.
La figura 5 muestra en perspectiva un tramo del molde flexible objeto de la invención, según un ejemplo no limitativo de realización.
La figura 6 es una vista en sección transversal del molde flexible de la figura anterior.

La figura 7 muestra en perspectiva el tramo de molde flexible de la figura 5, en la posición de conformación de una pieza de material compuesto formada sobre el molde.
Las figuras 8A, 8B y 8C muestran una secuencia de sucesivas posiciones del movimiento de basculación de una aleta del molde flexible.
La figura 9 muestra una perspectiva del tramo de molde flexible de la figura 5, con el desarrollo plano de una pieza de material compuesto formada sobre la superficie superior del mismo.
La figura 10 es una vista de perfil de la figura anterior.
La figura 11 es una vista como la de la figura anterior, habiéndose colocado una lámina de estanqueidad sobre el desarrollo plano de la pieza a fabricar.
La figura 12 es una vista ampliada del detalle XII indicado en la figura anterior.
La figura 13 es una perspectiva del tramo de molde flexible con la pieza formada y cubierta con una lámina de estanquidad, en la posición de configuración y curado de la pieza a obtener.
La figura 14 es una vista de perfil respecto de la figura anterior.
La figura 15 es una vista como la anterior, con las alas basculantes del molde flexible retornadas a la posición horizontal para el desmoldeo de la pieza formada.
La
figura 16 es una vista como la de la figura
anterior,
con la pieza formada separada del molde
flexible.
La figura 17 es un detalle de una realización del molde flexible con aletas basculantes dobles, en la posición de formación del desarrollo plano de una pieza sobre una aleta basculante doble.
La figura 18 es un detalle como el de la figura anterior, en la posición del primer basculamiento de la aleta basculante doble.
La figura 19 es un detalle como el de la figura anterior, en la posición del segundo basculamiento de la aleta basculante doble.
La figura 20 es una vista de perfil del molde flexible con aletas basculantes dobles, en la posición de conformación y curado de una pieza de sección en "U" con las alas laterales quebradas en dos ángulos.
La figura 21 es un ejemplo en perspectiva de un molde flexible destinado para formar un larguero componente del armazón estructural de una pala de aerogenerador o una estructura semejante.
La figura 22 muestra un ejemplo de realización de la estructura portante del molde flexible según la invención.
La figura 23 es un detalle ampliado de un punto de unión de la superficie superior del molde flexible sobre la estructura portante.
La figura 24 muestra una vista lateral del molde flexible según un ejemplo de realización con un apoyo fijo central y apoyos deslizantes hacia los extremos para facilitar las dilataciones y contracciones.
Descripción detallada de la invención
El objeto de la invención se refiere a un molde flexible destinado para fabricar piezas formadas con
materiales
compuestos, tales como partes componentes de
palas
de aerogenerador como la que se describe y
aparece
representada en las Patentes ES200800641, ES
200802276
y ES 200900127 del mismo titular que la
presente
invención.
Según se observa en las figuras 1 y 2, este tipo de palas comprenden una estructura exterior formada por dos pieles (1) que forman las partes del extradós y del intradós del perfil aerodinámico de la pala, y una pieza (2) que forma el borde de ataque, disponiéndose ese conjunto exterior sobre un armazón estructural interior formado por unos largueros (3).
Según una particular realización, las pieles (1) de la estructura exterior y los largueros (3) del armazón estructural interior se determinan (figura 3) con una estructura de sándwich para evitar las torsiones, determinando dichas pieles (1) y dichos largueros (3) unas prolongaciones (4), entre las cuales forman (figuras 1 y 2) una raíz cilíndrica de la pala para la sujeción de montaje en el aerogenerador correspondiente.

Los largueros (3) del armazón estructural presentan una forma de perfil en "U", variando la
anchura del perfil y el ángulo de las alas laterales a lo largo de la longitud, como se observa en la figura 4, de manera que resultan estructuras complejas que para su fabricación con materiales compuestos requieren de unos moldes muy costosos.
De acuerdo con la presente invención se propone un molde que es adaptable de manera flexible para determinar configuraciones complejas, resultando apropiado y ventajoso para fabricar estructuras como los mencionados largueros (3) del armazón estructural de las palas de aerogenerador anteriormente indicadas, sin que esta aplicación sea limitativa.
Como se observa en la figura 5, el molde flexible preconizado consta de una estructura portante (5), sobre la cual se dispone superiormente una superficie
(6) destinada para formar sobre ella el desarrollo de las piezas (7) a fabricar, mediante aplicación de capas de encintado con tiras de fibras sobre dicha superficie
(6).
A lo largo de los bordes laterales la mencionada superficie (6) de la parte superior del molde incorpora una sucesión de aletas ( 8) , las cuales van unidas a la parte central de dicha superficie (6) mediante unas articulaciones ( 9) de material elástico, como se observa en la figura 6, de forma que dichas aletas (8) son susceptibles de bascular hacia arriba girando sobre las mencionadas articulaciones (9), como se observa en la figura 7, quedando entre las aletas ( 8) y la parte central de la superficie (6) un cierre estanco.
En relación con las aletas (8) van dispuestos unos mecanismos (10) actuadores de la basculación de dichas
aletas (8) , pudiendo ir en relación con cada aleta (8)
uno
o más mecanismos (10) de actuación, estando
previstos,
según una realización preferente pero no
limitativa,
dos mecanismos (10) actuadores en relación
con cada aleta (8), cerca de los extremos de la misma.
Cada uno de dichos mecanismos (10) actuadores consta de una parte fija (11) solidaria a la estructura portante (5), siendo una parte de dicha estructura portante (5) o una pieza accesoria fijada por cualquier medio de sujeción, y una parte móvil (12) que es susceptible de moverse en basculación respecto de la parte fija (11), yendo dicha parte móvil (12) fijada a la aleta (8) correspondiente a la que pertenece el mecanismo.
Una de las partes, por ejemplo la parte fija (11), posee definidas en ella dos ranuras (13) arqueadas, respecto de las cuales la otra parte, según el ejemplo indicado la parte móvil (12), va acoplada mediante unos bulones (14) que establecen unión entre las dos partes
(11 y 12), con movilidad de deslizamiento guiado de dichos bulones (14) en las mencionadas ranuras (13). De igual modo, sin que ello altere el concepto, la disposición puede ser a la inversa, es decir que las ranuras (13) estén definidas en la parte móvil (12) y los bulones (14) incorporados en la parte fija (11), ya que con ello resulta igual el funcionamiento.
Respecto de la parte móvil (12) va unido un cable
o cinta flexible (15) , el cual va a enrollarse en una polea (16) de recogida, siguiendo un recorrido adecuado para ejercer un tiro de tracción respecto de la mencionada parte móvil (12).
De este modo, las partes fija (11) y móvil (12) de cada mecanismo (10), quedan relacionadas por una unión que determina un doble guiado de deslizamiento, merced al cual, cuando el cable o cinta flexible (15) tira de la parte móvil (12) al ser enrollado en la polea (16) por accionamiento de giro de ésta, dicha parte móvil
(12) realiza un movimiento hacia arriba, haciendo bascular a la aleta (8) respectiva, como se observa en la secuencia de las figuras 8A a 8C.
En cada lado del molde, las poleas (16) de todos los mecanismos (10) actuadores de las distintas aletas
(8), van incorporadas sobre un eje (17) común, formado por tramos unidos mediante acoplamientos cardan, como se observa en las figuras 5 y 7, de forma que mediante el giro de ese eje (17) común se produce el basculamiento de toda la sucesión de aletas ( 8) del lateral correspondiente; pudiendo ser accionado ese giro del eje (17), manualmente mediante una manivela o mediante un motor.
Con esta disposición, colocando poleas (16) de diferentes diámetros en los mecanismos ( 1 O) actuadores de las diferentes aletas ( 8) , se obtienen movimientos de basculación distintos de dichas aletas (8), pudiendo determinarse de esa forma, mediante selección de las poleas (16) con los diámetros que sean necesarios, configuraciones complejas del molde para formar piezas
(7) de formas variables en su longitud, utilizando un solo accionamiento para todas las aletas (8) del molde.
Según un ejemplo de aplicación, para formar una pieza ( 7) de perfil en "U", tal como un larguero ( 3) del armazón estructural de una pala de aerogenerador, como el representado en la figura 4, sobre la
superficie (6) de la parte superior del molde, con las aletas (8) de los bordes abatidas en posición horizontal, se forma el desarrollo plano de la pieza
(7)
a realizar, mediante encintado de capas con tiras del material compuesto de construcción, como se observa en las figuras 9 y 10; disponiendo luego una lámina
(18)
de cubrimiento estanco sobre dicho desarrollo plano de la pieza ( 7) , fijando dicha lámina (18) sobre la superficie ( 6) del molde, como se observa en las figuras 11 y 12, para aplicar un vacío que determine la compactación del material constructivo de la pieza (7).
Una vez así, se accionan las poleas (16) de los mecanismos (10) de actuación de las aletas ( 8) , provocando la basculación de dichas aletas (8) hasta la posición que corresponda de acuerdo con la configuración de la pieza (7) a realizar, tal como muestran las figuras 13 y 14.
El molde se mantiene así, con la pieza ( 7) sobre él hasta el curado de la misma, basculando después las aletas (8) a la posición inicial, como muestra la figura 15, con lo cual la pieza ( 7) formada puede ser retirada sin ninguna dificultad, como se observa en la figura 16.
Según una realización (figuras 17 a 20), se prevé que las aletas (8) incorporen en el borde exterior otras aletas (19) complementarias, estando unidas a su vez estas aletas (19) complementarias, respecto de las primeras aletas (8) correspondientes, mediante articulaciones (20) de material elástico, con relación entre unas y otras aletas mediante respectivos mecanismos (21) actuadores que permiten accionar a su vez el basculamiento de las aletas (19)
complementarias, respecto de las primeras aletas (8) correspondientes.
Cada uno de los mecanismos (21) mencionados, comprende a su vez una parte fija (22) que va unida a la parte móvil (12) del mecanismo (10) respectivo de la primera aleta (8) correspondiente, y una parte móvil
(2 3) unida a la respectiva aleta (19) complementaria, con relación entre la mencionada parte fija (22) y la mencionada parte móvil (23), mediante una unión de doble deslizamiento guiado, de igual modo que las partes fija (11) y móvil (12) de los mecanismos (10) de las primeras aletas (8) , disponiendo dichos mecanismos
(21) ,
entre la respectiva parte fija (22) y la
respectiva parte móvil
(23), de unos cilindros (24) que
permiten
accionar el basculamiento de las aletas (19)
complementarias
respecto de las primeras aletas (8)
correspondientes.

Con esta realización, el desarrollo plano de las piezas (7) a fabricar se puede formar sobre la superficie ( 6) de la parte superior del molde, cubriendo las primeras aletas (8) y las aletas (19) complementarias, como muestra la figura 17, para luego, mediante el basculamiento de las primeras aletas (8) junto con las aletas (19) complementarias, determinar la configuración de la pieza (7) con un ala lateral en un cierto ángulo, como se observa en la figura 18, y luego, mediante el basculamiento de las aletas (19) complementarias, respecto de las primeras aletas (8) , determinar un quiebro del ala lateral en otro ángulo, como se observa en la figura 19. De este modo se pueden formar, con la misma sencillez que las piezas (7) de perfil en "U", piezas (7) de perfil en "U" con las alas laterales quebradas en dos ángulos, como se observa en
la figura 20.
La estructura portante (5) del molde se prevé formada, como muestra la figura 22, por una conjunción 5 de cuadernas transversales (2 5) metálicas y cuadernas longitudinales (26) de material compuesto, con lo cual se obtiene un conjunto estructural resistente, que es capaz de absorber las dilataciones y contracciones que sufre por el calor necesario para el curado de las
10 piezas (7) que se fabrican con el molde, estando prevista una realización con un apoyo fijo (27) central y unos apoyos deslizantes (28) hacia los extremos, como se observa en la figura 24, facilitando así las dilataciones y contracciones del molde.
En el montaje constructivo del molde, la superficie ( 6) de la parte superior del molde se dispone apoyada sobre las cuadernas transversales ( 2 5) de la estructura portante (5) , fijándose en los apoyos
20 por pegado mediante adhesivo ( 2 9) , como se observa en el detalle de la figura 23.

Claims (7)

  1. REIVINDICACIONES
    1.-Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos, comprendiendo una estructura portante (5), sobre la cual se dispone una superficie
    (6) superior para formar sobre ella las piezas (7) a fabricar mediante encintado de capas con tiras de fibra, caracterizado porque en correlación con los bordes laterales de la superficie (6) superior van dispuestas una sucesión de aletas (8), las cuales quedan unidas a la parte central de la superficie (6) mediante articulaciones (9) de material elástico, yendo dispuestos en relación con las mencionadas aletas (8) unos mecanismos (10) actuadores, cada uno de los cuales consta de una parta fija (11) y una parte móvil (12) relacionadas mediante una unión de deslizamiento con doble guiado, estando unido a la parte móvil (12) un cable o cinta flexible (15) de tracción que se enrolla en una polea (16) de recogida, de modo que el accionamiento giratorio de la polea (16) determina un basculamiento de la aleta (8) correspondiente sobre la articulación (9) de la misma.
  2. 2.-Molde flexible para fabricación de piezas con
    materiales
    compuestos, de acuerdo con la primera
    reivindicación,
    caracterizado porque el acoplamiento
    entre
    la pieza fija (11) y la pieza móvil (12) de cada
    mecanismo (10) actuador se establece mediante guiado respecto de dos ranuras (13) arqueadas que se hallan definidas en una de las partes, en las cuales encaj an de manera deslizante unos bulones (14) solidarios de la otra parte.
  3. 3. -Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos, de acuerdo con la primera
    reivindicación, caracterizado porque las poleas (16) de todos los mecanismos (10) actuadores de las aletas (8) de cada lado de la superficie (6), van incorporadas en eje común (17) que se puede actuar manualmente o con un motor, disponiéndose en los mecanismos (10) actuadores de las distintas aletas (8) poleas (16) de distintos diámetros para el movimiento de las diferentes aletas
    (8) con distintos ángulos de basculación.
  4. 4.-Molde flexible para fabricación de piezas con
    materiales
    compuestos, de acuerdo con la primera
    reivindicación,
    caracterizado porque en relación con
    cada
    aleta (8 ) se disponen dos mecanismos (10 )
    actuadores, situados cerca de los extremos de la misma.
  5. 5.-Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque las aletas (8) incorporan en el borde exterior unas aletas (19) complementarias, las cuales quedan unidas a las primeras aletas (8) mediante articulaciones (20) de material elástico, relacionándose dichas aletas (19) complementarias respecto de las primeras aletas (8 ) correspondientes mediante unos mecanismos (21) de basculación, estando compuesto cada uno de dichos mecanismos (21) por una parte fija (22) y una parte móvil (23), las cuales se relacionan entre sí mediante unión deslizante con doble guiado, poseyendo unos cilindros (24) de accionamiento.
  6. 6.-Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la estructura portante (5) se compone de una conj unción de cuadernas transversales (25) metálicas y cuadernas longitudinales (26) de material compuesto, disponiéndose el conjunto con un apoyo fijo (27) central y unos apoyos deslizantes (28) hacia los extremos para facilitar las dilataciones y contracciones.
  7. 7. -Molde flexible para fabricación de piezas con materiales compuestos, de acuerdo con la primera reivindicación, caracterizado porque la superficie (6) superior se dispone apoyada sobre las cuadernas
    10 transversales (25) de la estructura portante (5), con fijación mediante adhesivo (29) en los puntos de apoyo.
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