ES2566979T3 - Estructura de arrollamiento de barras en tipo de construcción compuesta - Google Patents

Estructura de arrollamiento de barras en tipo de construcción compuesta Download PDF

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ES2566979T3 ES11746512.0T ES11746512T ES2566979T3 ES 2566979 T3 ES2566979 T3 ES 2566979T3 ES 11746512 T ES11746512 T ES 11746512T ES 2566979 T3 ES2566979 T3 ES 2566979T3
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Abstract

Estructura arrollada de barras en tipo de construcción compuesta, que se forma a partir de coladas de fibras impregnadas (3) de forma alterna y paso a paso diagonal, horizontal y verticalmente hasta el espesor deseado de la colada en un proceso continuo de arrollamiento y de colocación, con un bastidor de cuadernas, que contiene puntos nodales, caracterizada por que las cuadernas son cuadernas de estructura de rejilla (5) prefabricadas a partir de coladas de fibras (3), cuyos puntos nodales son orificios (4) opuestos en cada caso entre sí, dirigidos hacia los bordes exteriores de las cuadernas, que están distribuidos de manera uniforme sobre toda la cuaderna y presentan un diámetro, que se ajusta a la sección transversal de las coladas de fibras (3) a colocar, en la que la anchura de la abertura hacia el canto exterior de las cuadernas es aquí menor que la sección transversal definitiva previsible de las coladas de fibras (3) a insertar.

Description

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DESCRIPCION
Estructura de arrollamiento de barras en tipo de construccion compuesta
La invencion se refiere a estructuras de arrollamiento de barras en tipo de construccion compuesta, que se pueden emplear, por ejemplo, para hojas de soporte o palas de rotor, pero tambien en otros campos, en los que se desea una estructura ligera como, por ejemplo, para cascos de barcos, carrocenas de vehnculos, estructuras de apoyo para paneles de espejos solares, etc.
Para la fabricacion de alas de soporte y rotores, por ejemplo, en la construccion de aviones o para instalaciones de energfa eolica, pero tambien en la construccion de barcos se utilizan normalmente tipos de construccion de cascaras. En este caso, se extiende alrededor de un larguero colocado la mayona de las veces en el centro la superficie exterior como cubierta. La cubierta puede absorber un porcion considerable de las fuerzas.
Este tipo de construccion tiene el inconveniente de que solo se puede emplear con un gasto manual considerable. Asf, por ejemplo, todos los componentes individuales deben recortarse, posicionarse y conectarse finalmente. De esta manera, se complica la capacidad de reproduccion y los costes de fabricacion son altos.
Ademas, solo es posible una optimizacion de los espesores de las cascaras en una medida limitada, puesto que el gasto tecnologico aumenta en otro caso en una medida excesiva. Por lo tanto, el peso de masa no es optimo.
Las uniones y conexiones en particular con elementos de construccion metalicos o en caso de divisiones tambien entre sf solamente son posibles en una medida limitada y costosa. Tambien la conexion de componentes adicionales es complicada.
Una funcionalidad caractenstica selectiva como, por ejemplo torsion en funcion de la carga de los componentes solo es posible con muchas limitaciones.
Una alternativa promete la solucion del documento WO 2008/115265 A1. Una serie de piezas perfiladas distancias unas de las otras, que constituyen la forma perfilada, se mantienen unidas a traves de una pluralidad de largueros y traviesas de perfiles extruidos de material de fibras de vidrio.
Por otra parte, el gasto tecnologico es tambien aqrn considerable, puesto que las piezas individuales debenan recortarse, posicionarse y conectarse manualmente y no corresponden esencialmente a una fabricacion industrial.
Una alterativa ofrece la fabricacion por medio de estructuras de arrollamiento de barras de acuerdo con la patente DE 102006038130 B3. Aqrn se publican un procedimiento para la fabricacion de estructuras de soporte y la estructura de soporte fabricada con el. Coladas de fibras de carbono impregnadas son arrolladas horizontal, vertical y diagonalmente de un unico procedimiento continuo de arrollamiento y colocacion alrededor de piezas de fijacion, que estan dispuestas en un retfculo. Si no se utilizan piezas de fijacion, las coladas de fibras de carbono impregnadas se colocan ya por arriba y por debajo de coladas de fibras de carbono ya arrolladas o bien colocadas. Resulta una red de rejilla, que es muy estable y capaz de carga.
En este caso no esta prevista la aplicacion para alas de soporte y rotores, cascos de barcos, carrocenas de vehnculos y estructuras de apoyo para paneles de espejos solares.
El documento DE 3229064 A1 publica un procedimiento de acuerdo con el preambulo de la reivindicacion 1 para la fabricacion de armaduras de rejilla de soporte. Aqrn se disponen una pluralidad de cuadernas transversales intermedias a lo largo de un eje longitudinal. Las cuadernas transversales presentan una serie de piezas dispuestas alrededor de la periferia, que reciben una fibra reticulada de resina u forman un armazon de rejilla por medio de un proceso de arrollamiento.
Representacion de la invencion
El cometido de la invencion es desarrollar partiendo del estado de la tecnica las estructuras de arrollamiento de barras de tal manera que estas son adecuadas tambien para la fabricacion de alas de soporte o palas de rotor.
De acuerdo con la invencion, se coloca una rejilla tridimensional compleja formada a partir de coladas de fibras pre- impregnadas sobre puntos nodales y forma en este caso el cuerpo de base del componente a fabricar.
La estructura de arrollamiento de barras en el tipo de construccion compuesta con un bastidor de cuadernas, que se forman a partir de coladas de fibras impregnadas en un proceso continuo de arrollamiento y de colocacion, se caracteriza por que las cuadernas son cuadernas macizas o cuadernas de estructuras de rejilla prefabricadas a partir de coladas de fibras, que contienen puntos nodales, sobre los que se depositan las coladas de fibras impregnadas alternando y paso a paso diagonal, horizontal y verticalmente hasta el espesor deseado de la colada y por que la estructura de arrollamiento de barras es divisible en caso necesario. Las cuadernas macizas estan constituidas de materiales compuestos de fibras o de aluminio o de otros materiales ligeros. Los puntos nodales son
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orificios opuestos entre sf, dirigidos hacia los bordes exteriores de las cuadernas, que estan distribuidos de una manera uniforme sobre toda la cuaderna y presentan un diametro que se ajusta al espesor definitivo de las coladas de fibras a insertar, de manera que la anchura del orificio de los puntos nodales hacia fuera es menor que la seccion transversal definitivas previsible de las fibras.
La forma de las cuadernas se orienta en el perfil exterior a la estructura de arrollamiento de barreas y la estructura de arrollamiento de barras se divide a traves de las cuadernas en secciones, siendo la distancia de las cuadernas dependiente de la estructura general y de su requerimiento de resistencia.
Otra forma de realizacion prefiere como puntos nodales unas piezas de fijacion dispuestas en las cuadernas. Las piezas de fijacion son piezas cilmdricas concavas con un borde moleteado o espesado de otra manera. Estan provistas con un taladro central o estan realizadas como piezas huecas cilmdricas. Por ejemplo, pueden ser de aluminio. Las piezas de fijacion se pueden retirar despues de la fabricacion fuera del componente o pueden permanecer como estructura de soporte adicional en el componente.
En otra forma de realizacion, las cuadernas estan configuradas como pestana perfilada, de manera que sobre su lado exterior, respectivamente, entre dos orificios o piezas de fijacion se extiende una ranura, en la que estan insertadas las coladas de fibras. De esta manera, se pueden conectar dos cuadernas entre sf, con lo que se forma una estructura general, que es divisible en caso necesario. La union se realiza a traves de una union atornillada de las pestanas perfiladas entre sf
En la zona de la base de la estructura de arrollamiento de barras esta dispuesta una pestana metalica con pasadores roscados distribuidos sobre la periferia transversalmente a las coladas de fibras a arrollar.
La estructura general esta arrollada, entablada, rodeada con fundicion o rellena con espuma.
La estructura arrollada de barras de acuerdo con la invencion se puede emplear como pala de rotor para instalaciones de energfa eolica o como ala de soporte para aviones o barcos.
El proceso de fabricacion propiamente dicho se puede automatizar y puede ser realizado por robots de manipulacion. Al termino del proceso de fabricacion se endurece el material y forma el armazon de resistencia. A traves del enrollamiento de casquillos y/o pasadores con preferencia de metal se puede fabricar una conexion excelente con otros componentes / piezas de montaje.
La estructura de armazon resultante puede ser entallada en una etapa de trabajo siguiente o puede ser rellena con espuma en un molde. En este caso, se forma la geometna deseada y la calidad superficial deseada. Para la elevacion de la resistencia a la friccion o para fines decorativos se puede realizar todavfa un recubrimiento con una lamina o un laqueado.
Forma de realizacion de la invencion
A continuacion se explica en detalle la invencion con la ayuda de dibujos. A este respecto:
La figura 1 muestra una representacion esquematica de un ejemplo de realizacion de la invencion como pala de rotor en la estructura de arrollamiento de barras en el tipo de construccion compuesta.
La figura 2 muestra cuadernas macizas con arrollamiento de coladas de fibras.
La figura 3 muestra una cuaderna maciza con ranuras y orificios.
La figura 4 muestra la conexion de cuadernas entre sf por medio de una union atornilladas del tipo de pestana perfilada.
La figura 5 muestra una conexion con una pestana metalica en la zona de la base de la pala del rotor (representacion esquematica).
La figura 6 muestra una conexion con una pestana metalica en la zona de la base de una pala de rotor con cuadernas macizas.
La figura 7 muestra una conexion con una pestana metalica en la zona de la base de una pala de rotor con cuadernas de estructura de rejilla arrolladas prefabricadas de coladas de fibras.
La figura 8 muestra una pala de rotor (fragmento) con relleno de espuma en forma de cubierta para el contorno exterior y el sellado.
La figura 9 muestra un casco de barco en la estructura de armazon.
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La figura 10 muestra una casa de cubierta en la estructura de armazon.
La estructura 11 muestra una estructura de apoyo para un panel de espejos solares.
La solucion de acuerdo con la invencion se puede aplicar en todos los lugares donde se necesitan piezas de estructuras de construccion ligera. La invencion se explica en una pala de rotor para instalaciones de energfa eolica como un ejemplo de realizacion. Pero tambien es concebible que se fabriquen, por ejemplo, alas de soporte para aviones de acuerdo con el mismo principio.
De acuerdo con la invencion se coloca una rejilla tridimensional compleja de coladas de fibras pre-impregnadas, por ejemplo de fibras de carbono o de fibras de vidrio, sobre puntos nodales y se forma en este caso el cuerpo de base del componente a fabricar. Como puntos nodales se designan los puntos sobre las cuadernas, en los que confluyen varios haces de fibras. Los puntos nodales se pueden formar, por ejemplo, por orificios abiertos hacia fuera directamente en las cuadernas.
Otros puntos nodales se pueden formar a partir de piezas de fijacion, que estan realizadas como piezas cilmdricas convexas con un borde moleteado o espesado de otra manera. Las piezas cilmdricas pueden estar provistas con un taladro central o pueden estar realizadas como piezas huecas cilmdricas. Como material se prefiere aluminio, pero tambien es concebible otro material ligero y en este caso con capacidad de carga.
La forma de la hoja del rotor 1 en la figura 1 se configura a partir de un bastidor de cuadernas macizas 2 (figura 2) o de cuadernas de estructura de rejilla arrollada prefabricada de la misma manera a partir de coladas de fibras impregnadas (ver la figura 7). El material de las cuadernas macizas 2 es variable. Son concebibles tanto materiales compuestos de fibras como tambien aluminio u otros materiales ligeros. La forma de las cuadernas se orienta en el perfil exterior de la pala del rotor 1. Las cuadernas dividen la pala del rotor 1 en secciones.
Las cuadernas presentan orificios 4 (puntos nodales) opuestos en cada caso entre sf, dirigidos hacia los bordes exteriores, que estan distribuidos aqu de manera uniforme sobre toda la cuaderna. Las distancias entre los puntos nodales tambien pueden variar. El orificio 4 tiene un diametro pre-calculado, que se extiende de acuerdo con el espesor definitivo de las coladas de de fibras 3 a insertar. La anchura del orificio de los puntos nodales 4 es hacia fuera menor que la seccion transversal definitiva previsible de la colada de fibras.
De manera alternativa, como puntos nodales sobre las cuadernas estan dispuestas piezas de fijacion, que son retiradas despues de la fabricacion fuera del componente o tambien pueden permanecer como estructura de soporte adicional en el componente.
Entre las cuadernas, que estan dispuestas a una distancia definida entre sf, que se calcula a partir de la longitud total de la pala de rotor y de la resistencia requerida (por ejemplo entre 10 cm y 500 cm), se depositan coladas de fibras 3 impregnadas en un proceso continuo de arrollamiento y de colocacion en los orificios o sobre las piezas de fijacion de manera alterna o paso a paso diagonal, horizontal o verticalmente. En este caso, la deposicion se realiza distribuida sobre los puntos nodales individuales hasta que se alcanza el espesor deseado de la colada. La secuencia temporal de la deposicion de las coladas de fibras 3 se calcula en este caso de tal forma que se lleva a cabo un proceso en gran medida continuo sobre todos los puntos nodales. La distancia entre las cuadernas individuales puede ser diferente condicionada por la construccion.
Cuando la pala del rotor 1 debe dividirse, para evitar, por ejemplo, problemas de transporte, se puede emplear de manera selectiva en los extremos a unir, respectivamente, una pestana perfilada 8 como cuaderna. Esta se muestra en la figura 3. Sobre el lado exterior de la pestana perfilada 8 se extiende una ranura 6, respectivamente, entre dos orificios 4 o bien piezas de fijacion. A traves de la ranura 6, las coladas de fibras 3 no estan dispuestas sobre la superficie, sino que se distancian con la superficie de la pestana perfilada 6, de manera que se puede realizar una union de dos cuadernas sin espacio intermedio.
Las union de las secciones individuales de la pala del rotor entre sf se realiza a traves de una union atornillada 9 de las pestanas perfiladas 8 (figura 4). Las coladas longitudinales de fibras individuales 3 se conducen en este caso de retorno alrededor de la pestana perfilada 8 y la rodean. Sobre la superficie de contacto con la contra pestana las coladas de fibras 3 estan avellanadas en la pestana y de esta manera posibilitan la colocacion plana de las dos mitades de la pestana. A traves de esta forma de realizacion es concebible tambien configurar la construccion de tal forma que las cuadernas son sustituibles.
En la figura 5 se muestra de forma esquematica una union con una pestana metalica 10 en la zona de la base de la pala del rotor 1. La pestana metalica 10 representa una forma especial de una cuaderna. La forma de la pestana metalica 10 esta configurada de acuerdo con la aplicacion. En una pala de rotor 1 para instalaciones de energfa eolica, la forma es generalmente circular. Pero de la misma manera se pueden fabricar otras secciones transversales. La pestana metalica 10 posee unos pasadores roscados 11 distribuidos sobre la periferia transversalmente a las coladas de fibras 3 a arrollar. Alrededor de estos pasadores roscados 11 se colocan las
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coladas de fibras 3. De esta manera se consigue una union muy uniforme y con alta capacidad de carga.
La figura 6 muestra la union con una pestana metalica 10 en la zona de la base de una pala de rotor 1 con cuadernas macizas 2 como una forma de realizacion y la figura 7 muestra la union con una pestana metalica 10 en la zona de la base de la pala del rotor 1 con cuadernas de estructura de rejilla 5 arrolladas prefabricadas a partir de coladas de fibras de carbono como una segunda forma de realizacion.
Finalmente, como se muestra en la figura 8, toda la estructura de rejilla o partes de la estructura estan rellenas con una espuma o plastico, fundidas o son espumosas. Tambien es posible combinar varias tecnicas. La espumacion 12 puede rellenar en este caso totalmente la construccion o puede estar realizada en forma de cubierta para el contorno exterior. Sobre la superficie exterior se puede realizar un sellado 13 por medio de una lamina resistente a la humedad y a la erosion. Pero de manera alternativa, tambien se puede utilizar un laminado compuesto o metalizado superficial.
Si debe utilizarse la construccion, por ejemplo, como ala de soporte para aviones o tambien barcos (por ejemplo, aerodeslizador, barcos de alas de soporte), solamente se modifica la forma de las cuadernas y sus distancias entre sf De acuerdo con ello, la construccion de base es similar y, por lo tanto, no necesita ninguna explicacion adicional.
En las figuras 9 a 11 se muestran otros ejemplos para aplicaciones posibles. Con la invencion es posible fabricar tambien estructuras de sustentacion tan complejas como para un casco de barco (figura 9) o tambien una carrocena de automovil, vagones y vagones motopropulsores, fuselajes de aviones. Para un casco de barco segun la figura 9 se depositan las coladas de fibras 3 en orificios no mostrados en detalle, pero explicados a continuacion como en la figura 2, sobre cuadernas, que estan distribuidos sobre la longitud del casco. El revestimiento exterior se recubre como laminado con la estructura de rejilla. Las cuadernas propiamente dichas pueden permanecer en la estructuro o pueden estar realizadas como vehnculo reutilizable.
La figura 10 muestras una casa de cubierta, que se puede fabricar de manera identica. Con preferencia, aqrn los elementos individuales de la pared en el lado longitudinal / lado transversal, cubierta debenan fabricarse por separado y las cuadernas 14 debenan permanecer en el componente. Las cuadernas 14 se pueden realizar tambien como estructura arrollada.
La cara de cubierta de la figura 10 como tambien la estructura de apoyo para un panel de espejo solar (figura 11) son otros ejemplos de la aplicacion posible. Para el panel de espejo solar (figura 11), la estructura esta constituida por componentes de rejilla individuales previamente arrollados (cuaderna 15). Estos son acoplados y encolados sobre perfiles (aqrn tubos) en el centro y en el exterior. Como perfiles se emplean tubos metalicos o tubos de plastico moldeados por pultrusion.
Esta enumeracion no debe ser exhaustiva, siendo posibles otras aplicaciones en todos los campos de la tecnica.
Lista de
signos de referencia
1
Pala de rotor
2
Cuadernas macizas
3
Caladas de fibras
4
Orificios
5
Cuadernas de la estructura de rejilla arrollada
6
Ranura
8
Pestana perfilada
9
Union atornillada
10
Pestana metalica
11
Pasadores roscados
12
Relleno de espuma
13
Sellado
14
Cuadernas de la casa de cubierta
15
Cuadernas del panel de espejos solares

Claims (16)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Estructura arrollada de barras en tipo de construccion compuesta, que se forma a partir de coladas de fibras impregnadas (3) de forma alterna y paso a paso diagonal, horizontal y verticalmente hasta el espesor deseado de la colada en un proceso continuo de arrollamiento y de colocacion, con un bastidor de cuadernas, que contiene puntos nodales, caracterizada por que las cuadernas son cuadernas de estructura de rejilla (5) prefabricadas a partir de coladas de fibras (3), cuyos puntos nodales son orificios (4) opuestos en cada caso entre sf, dirigidos hacia los bordes exteriores de las cuadernas, que estan distribuidos de manera uniforme sobre toda la cuaderna y presentan un diametro, que se ajusta a la seccion transversal de las coladas de fibras (3) a colocar, en la que la anchura de la abertura hacia el canto exterior de las cuadernas es aqu menor que la seccion transversal definitiva previsible de las coladas de fibras (3) a insertar.
  2. 2. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la forma de las cuadernas se orienta en el perfil exterior de la estructura arrollada de barras y la estructura arrollada de barras se divide a traves de las cuadernas en secciones, de manera que la distancia de las cuadernas depende de la estructura general y de su requerimiento de resistencia.
  3. 3. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 1 o 2, caracterizada por que las cuadernas macizas estan constituidas de materiales compuestos de fibras o de aluminio o de otros materiales ligeros.
  4. 4. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que como puntos nodales estan dispuestas piezas de fijacion en las cuadernas.
  5. 5. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizada por que las piezas de fijacion son piezas cilmdricas concavas con un borde moleteado o espesado de otra manera.
  6. 6. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 4 o 5, caracterizada por que las piezas de fijacion estan provistas con un taladro central o estan realizadas como piezas huecas cilmdricas.
  7. 7. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con una de las reivindicaciones 4 a 6, caracterizada por que las piezas de fijacion son retiradas despues de la fabricacion fuera del componente o permanecen como estructura de soporte adicional en el componente.
  8. 8. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que las cuadernas estan configuradas como pestana perfilada (8), de manera que sobre su lado exterior, respectivamente, entre dos orificios (4) o piezas de fijacion (7) se extiende una ranura (6), en la que se insertan las coladas de fibras (3).
  9. 9. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 8, caracterizada por que dos cuadernas estan unidas entre sf, con lo que se forma una estructura general, que es divisible en caso necesario.
  10. 10. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 9, caracterizada por que las dos cuadernas estan conectadas entre sf por medio de una union atornillada (9) de las pestanas perfiladas (8).
  11. 11. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que en la zona de base de la estructura arrollada de barras esta dispuesta una pestana metalica (10) con pasadores roscados (11) distribuidos sobre la periferia transversalmente a las coladas de fibras (3) a arrollar.
  12. 12. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con la reivindicacion 11, caracterizada por que la forma de la pestana metalica (10) es de forma circular.
  13. 13. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizada por que la estructura general esta arrollada, entablada, rodeada con fundicion o rellena con espuma.
  14. 14. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que como se utiliza como pala de rotor para aviones o barcos.
  15. 15. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que esta se aplica como casco de barco, casa de cubierta, carrocena de vehmulo, vagon motopropulsor o fuselaje de avion.
  16. 16. - Estructura arrollada de barras de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizada por que esta se utiliza como estructura de apoyo para un panel de espejo solar.
ES11746512.0T 2010-07-30 2011-07-29 Estructura de arrollamiento de barras en tipo de construcción compuesta Active ES2566979T3 (es)

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