ES2616063T3 - Método y dispositivo para fabricar perfiles compuestos que tienen una sección trasversal no circular - Google Patents

Método y dispositivo para fabricar perfiles compuestos que tienen una sección trasversal no circular Download PDF

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Abstract

Un método para producir un perfil compuesto que tiene una sección transversal no circular, que comprende las etapas de - accionar una serie de secciones (1) de mandril que tienen una sección transversal no circular para moverse axialmente en un movimiento (2) unidireccional a través de una o más estaciones (3) de enrollamiento orbital que están colocadas rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril en una o más pasadas, - enrollar helicoidalmente de forma continua en una o más estaciones ((3)) de enrollamiento de cinta unidireccional (cinta UD) termoplástica que comprende un manojo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente sobre las secciones (1) de mandril o una capa (4) previamente enrollada para formar capas (4) de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una sección transversal cerrada que incluye por lo menos una superficie plana, y - cortar el perfil de pared delgada en secciones de perfil que se lleva una o más secciones (1) de mandril, en el que la cinta unidireccional (cinta UD) termoplástica se caliente y prensa sobre las secciones (1) de mandril o una capa (4) previa cuando se coloca dicha cinta, de tal manera que una capa (4) se consolida con una capa (4) anterior antes de corte.

Description

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DESCRIPCION
Metodo y dispositivo para fabricar perfiles compuestos que tienen una seccion trasversal no circular
La invencion se refiere a un metodo y a un dispositivo para producir productos compuestos, en particular perfiles, que comprenden una porcion plana en un proceso continuo.
Debido a su alta relacion de resistencia a peso, han llegado a ser populares los productos compuestos que comprenden fibras de refuerzo incorporadas en un material de matriz. Por ejemplo a solicitud de patente estadounidense US 3,530,901A divulga un metodo y un dispositivo para formar un tubo plastico hueco que tiene una seccion trasversal circular, en el que se aplica material de fibra impregnado con una resina termoendurecible y el perfil se tensiona y cura despues que se han aplicado todas las capas de fibra. Para productos que comprenden una parte plana, se han utilizado en particular paneles compuestos planos, tradicionalmente una serie de capas superpuestas de material de fibra no tejida, tal como esteras de fibra de carbono o vidrio, incorporadas en la resina termoendurecible o material de matriz termoplastico. La solicitud de patente suiza CH 350433 A divulga un aparato con el cual se puede fabricar un perfil compuesto con una parte plana al enrollar fibras alrededor de un cuerpo de matriz giratorio. Sin embargo, la estructura entretejida de las fibras limita la compactacion y nivelacion de las porciones planas de dichos productos. Al respecto, se ha propuesto construir productos que comprendan una porcion plana de capa sobrepuestas que por sf mismas se construyan de tramos adyacentes, paralelos de cintas que incluyen un manojo de fibras unidireccionales incorporadas en un material de matriz termoplastica (cinta UD), las cintas en capas adyacentes se extienden en diferentes direcciones. Puesto que cada capa se construye de fibras que se extienden paralelas de forma unidireccional que no estan entretejidas, en comparacion con un producto construido de capas con fibras entretejidas, las capas se pueden apilar mas densamente, y la pila puede ser mas plana para ser mas compacta y plana. Adicionalmente, puede incrementarse la resistencia y/o rigidez de los productos. Ademas, se elimina el paso de entretejer la estructura de fibras, reduciendo de este modo los costes de produccion.
Estas cintas termoplasticas con fibras unidireccionales se pueden colocar y consolidar al aplicar calor y presion conforme se colocan en un molde con el proceso denominado colocacion avanzada de fibras, utilizando por ejemplo, un cabezal de colocacion de fibras montado en un brazo robotico. De manera alternativa, las cintas se pueden colocar y soldar por puntos para formar un producto no consolidado, natural, por ejemplo al aplicar un proceso de forja de fibras o utilizando una unidad de colocacion y recoleccion del tipo normal, cuyo producto se puede consolidar bajo presion y temperatura elevadas en un molde, por ejemplo en una prensa caliente, molde caliente, horno o autoclave. Una desventaja de estos procesos conocidos es que son bastante costosos. En particular, son relativamente bajas las velocidades de produccion debido al proceso de inicio y de tension al borde del producto, lo que es un proceso discontinuo. Adicionalmente, las cintas pueden provocar que se deshilachen los bordes del producto, lo que puede dar por resultado retazos de material.
La invencion tiene como finalidad aliviar estas desventajas. Al respecto, la invencion propone un metodo y un aparato para producir un perfil compuesto que tiene una seccion transversal no circular en un proceso continuo en el cual se acciona una serie de secciones de mandril que tienen una seccion transversal no circular para moverse axialmente en un movimiento unidireccional a traves de una o mas estaciones de enrollamiento orbital que estan colocadas rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril en una o mas pasadas, y la que una o mas estaciones de enrollado de cinta termoplastica unidireccional (cinta UD), comprende un manojo de fibras que se extienden longitudinalmente en paralelo en un material de matriz termoplastico se enrolla helicoidalmente sobre las secciones de mandril o una capa previamente envuelta en esta para formar capas de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una seccion transversal no circular, cerrada, y cortar el perfil de pared delgado en secciones de perfil que son llevadas sobre una o mas secciones de mandril, en el que la cinta unidireccional termoplastica ( cinta UD) se caliente y prensa sobre las secciones de mandril o una capa previa cuando dicha cinta se coloca, de tal manera que se consolida una capa con una capa anterior antes de cortar
De esta forma, se pueden colocar cintas continuamente, y se puede ahorrar tiempo para iniciar y detener la estratificacion de cinta. Tambien, puesto que el perfil se enrolla como un perfil continuo, se pueden reducir las perdidas de los bordes.
Cuando termina la pasada, se puede cortar el perfil trasversalmente y/o longitudinalmente para formar un producto compuesto la seccion transversal no circular delos los mandriles permite que las secciones longitudinales del perfil cortado se combinen en formas relacionadas no circulares. La seccion transversal de las secciones de mandril se cierra preferiblemente para soportar las capas. La seccion transversal del mandril puede ser por ejemplo ovalada, triangular, cuadrada, rectangular o poligonal. La seccion transversal de las secciones de mandril incluye preferiblemente una porcion recta, de modo que la seccion de perfil formada en la seccion de mandril incluye una porcion plana, despues de lo cual el corte longitudinal de la seccion de perfil puede formar una pieza plana sin terminar. Por ejemplo se puede utilizar una serie de secciones de mandril que tienen una seccion transversal cuadrada para producir una viga reforzada con fibras de pared delgada que tiene un espesor de pared de por ejemplo 0.5 cm, y una seccion transversal de 30 x 30 cm, que se puede cortar en productos planos de 0.5 x 30 x 200 cm. Un perfil que tiene un cuadrado de seccion transversal rectangular se puede cortar de manera alternativa en un producto que tiene una seccion transversal en
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forma de L o C. Los productos se pueden forjar conjuntamente para formar por ejemplo una placa ngida o una viga en I, o se pueden utilizar como piezas adaptadas sin terminar. Se senala que, en el proceso de formar un producto, se pueden utilizar perfiles no cortados, por ejemplo, perfiles cerrados, como una alternativa para utilizar perfiles que se han cortado a lo largo de una direccion longitudinal.
A menos que se especifique de otro modo, una seccion transversal como se utiliza en esta solicitud significa que es una seccion transversal perpendicular al eje longitudinal, y significa que es de forma y tamano constante a lo largo del eje longitudinal.
Las cintas se pueden calentar y prensar sobre las secciones de mandril o la capa previa conforme se colocan. Un aparato adecuado de enrollamiento se describe por ejemplo en el documento WO2006/107196.
A fin de resistir el calor y presion que se aplica para consolidar las capas de cinta, las secciones de mandril se hacen preferiblemente de acero o un material similar resistente a calor y presion. La seccion se puede separar de la seccion de perfil enrollada despues de su pasada final, por ejemplo despues de que se ha cortado a lo largo.
La serie de secciones de mandril puede comprender una serie de secciones de mandril, axialmente alineadas, de union a tope. Las capas enrolladas en una pasada se cortan, en la ubicacion de una ruptura entre las secciones de union a tope, utilizando una cuchilla, y las secciones de mandril se pueden enrollar de nuevo para que se pasen a traves nuevamente de las estaciones de enrollamiento. La serie de secciones de mandril se empuja preferiblemente a traves de las estaciones de enrollamiento. Las secciones de mandril en la serie se pueden entrelazar, y pueden estar provistas en la ubicacion de una ruptura con una depresion para acomodar una cuchilla. La cuchilla se puede arreglar corriente abajo de las estaciones de enrollamiento. Preferiblemente, La cuchilla se dispone para que viaje con la seccion movil mientras que corta.
Las cintas se pueden consolidar de esta manera a la capa previa antes de que se seccione el perfil. Se puede lograr la consolidacion al aplicar calor y presion, utilizando por ejemplo rodillos calientes. De esta manera, las cintas y las capas previas se fijan conjuntamente, de modo que se forma una seccion solida. Al consolidar la capa antes del seccionamiento, los perfiles seccionados se pueden manejar sin perdida de integridad. Adicionalmente, se puede evitar un paso secundario de curacion o consolidacion. Ademas, se puede reducir el riesgo de atrapamiento de aire (hueco).
Por ejemplo, el perfil con la capa recien colocada se puede cortar en una seccion y manejar sin perder la tension de la capa recien adicionada. Ademas, la seccion se puede manejar cuando se colocan solo unas pocas capas, sin el riesgo de deslizar las cintas o de pandear las fibras debido a las cargas de compresion. Esto facilita la separacion de las secciones de perfil del perfil continuo despues de que han pasado a traves de la lmea de estaciones de enrollamiento. Se pueden transportar facilmente al comienzo de la lmea, las estaciones de enrollamiento donde la seccion de mandril se puede conectar a una serie de secciones de mandril y alimentar el producto medio terminado para la siguiente pasada en la lmea de produccion.
Preferiblemente, las estaciones subsiguientes de enrollamiento proporcionan capas helicoidalmente enrolladas de orientacion positiva y negativa.
La consolidacion en tanto que se estratifica la cinta tambien permite que se coloquen cintas adicionales y se fijen solo localmente, y no sobre la circunferencia entera del perfil. Por ejemplo, las cintas se pueden aplicar en la direccion longitudinal en solo una parte de la circunferencia, ademas de las capas continuamente enrolladas. O si la estacion de enrollamiento esta equipada con un sistema automatizado de corte y reinicio, las capas helicoidales adicionales se pueden colocar solo en una parte de la longitud longitudinal. Se pueden proporcionar estaciones adicionales en las cuales se proporcionan capas de cinta que se extienden paralelas o perpendiculares al eje del perfil.
El numero de capas en la pared del perfil y/o la orientacion de las fibras se puede elegir para variar a lo largo de la longitud del perfil, por ejemplo, para proporcionar refuerzos locales.
Las secciones de mandril pueden tener una seccion transversal variable, y pueden ser por ejemplo ahusadas.
La invencion se explicara adicionalmente utilizando un ejemplo no limitante que se muestra en el dibujo esquematico de la Figura 1.
La figura 1 muestra un metodo para producir un perfil compuesto que comprende una porcion plana. Una serie de secciones 1 de mandril de acero que tienen una seccion transversal rectangular cerrada con cuatro bordes rectos se empuja axialmente en la flecha 2 para moverse en un movimiento unidireccional a traves de varias estaciones 3 de enrollamiento en una o mas pasadas. Las estaciones 3 de enrollamiento son estaciones de enrollamiento orbital, es decir estaciones de enrollamiento que se colocan rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril. Las estaciones de enrollamiento se disponen para enrollar helicoidalmente y continuamente la cinta que comprende un manojo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en un material de matriz termoplastica sobre la
circunferencia de la seccion de mandril o una capa previamente enrollada para formar capas 4 de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una seccion transversal rectangular que presenta superficies planas. El enrollamiento helicoidal es continuo ya que no necesita ser inverso, y de esta manera no necesita detenerse para invertirse. Las capas 4 se consolidan mientras se colocan en la estacion, por ejemplo al utilizar rodillos de presion calientes. Las capas 4 5 enrolladas se seccionan en la ubicacion de la union a tope de las secciones de mandril utilizando una cuchilla 5 de traslacion que viaja con la serie de secciones de mandril. De esta manera, se forman secciones de perfil que se transportan en las secciones de mandril. Las secciones de mandril con las capas enrolladas se retroalimentan para que se hagan pasar a traves de las estaciones hasta que el perfil haya alcanzado el espesor deseado de pared. Entonces, las secciones 1 de mandril se remueven de las secciones de perfil, y los perfiles se cortan longitudinalmente en 4 piezas 10 planas, longitudinales sin terminar (no mostradas). La seccion de mandril se puede alimentar nuevamente para pasar a traves de las estaciones de enrollamiento de nuevo.
La invencion no se limita a la modalidad de ejemplo descrita aquf Por ejemplo, las cintas DO termoplasticas se pueden llamar preformas secas que incluyen un material de union termoplastica. Ademas de las capas helicoidalmente enrolladas, se pueden proporcionar localmente capas adicionales de cinta. Por ejemplo, se pueden proporcionar capas 15 locales que se extienden longitudinalmente al eje del perfil, por ejemplo una capa adicional en la superficie superior e inferior de un perfil que tiene una seccion transversal cuadrada. Dichas capas se pueden extender o no de forma continua. Adicionalmente, las capas circunferenciales adicionales se pueden enrollar sin separacion, y se pueden proporcionar enrollamientos helicoidales adicionales que se extienden a lo largo de parte de la longitud del perfil unicamente. Tambien, el perfil en secciones puede incluir una o mas secciones de mandril, y la ubicacion del corte 20 transversal puede necesariamente no requerir la union a tope de las secciones de mandril. Adicionalmente, las secciones de mandril subsiguientes no necesitan ser identicas, y pueden tener por ejemplo diferentes secciones transversales, si se desea. Muchas variaciones y alternativas seran claras para los expertos y se van a considerar dentro del alcance de la invencion, como se define en las reivindicaciones adjuntas.

Claims (4)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un metodo para producir un perfil compuesto que tiene una seccion transversal no circular, que comprende las etapas de
    - accionar una serie de secciones (1) de mandril que tienen una seccion transversal no circular para moverse axialmente 5 en un movimiento (2) unidireccional a traves de una o mas estaciones (3) de enrollamiento orbital que estan colocadas
    rotacionalmente alrededor del eje longitudinal del mandril en una o mas pasadas,
    - enrollar helicoidalmente de forma continua en una o mas estaciones ((3)) de enrollamiento de cinta unidireccional (cinta UD) termoplastica que comprende un manojo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente sobre las secciones (1) de mandril o una capa (4) previamente enrollada para formarcapas (4) de una pared de un perfil de pared
    10 delgada que tiene una seccion transversal cerrada que incluye por lo menos una superficie plana, y
    - cortar el perfil de pared delgada en secciones de perfil que se lleva una o mas secciones (1) de mandril,
    en el que la cinta unidireccional (cinta UD) termoplastica se caliente y prensa sobre las secciones (1) de mandril o una capa (4) previa cuando se coloca dicha cinta, de tal manera que una capa (4) se consolida con una capa (4) anterior antes de corte.
    15 2. El metodo de la reivindicacion (1), en el que la seccion de perfil se corta longitudinalmente.
  2. 3. El metodo de la reivindicacion (1) o (2), en el que la seccion transversal de las secciones (1) de mandril incluye una porcion recta, de tal manera que las secciones de perfil incluyen una superficie plana.
  3. 4. Un dispositivo para fabricar un perfil compuesto que tiene una seccion transversal no circular, que comprende:
    - una serie de secciones (1) de mandril que tienen una seccion transversal no circular que se dispone para moverse 20 axialmente en un movimiento (2) de una via a traves de una o mas estaciones (3) de enrollado orbital que giran
    rotacionalmente dispuestas alrededor del eje longitudinal de la serie de secciones (1) de mandril en una o mas pasadas, una o mas estaciones (3) de enrollado orbital se disponen para enrollar helicoidalmente continuamente cinta unidireccional (cinta UD) termoplastica que comprende un manojo de fibras paralelas que se extienden longitudinalmente en un material de matriz termoplastico sobre las secciones (1) de mandril o una capa (4) de enrollado 25 previo para formar capas (4) de una pared de un perfil de pared delgada que tiene una seccion transversal, no circular, cerrada, y para calentar la cinta unidireccional (cinta UD) termoplastica y prensarla en las secciones (1) de mandril o una capa (4) anterior cuando esta se coloca, de tal manera que se dispone una o mas estaciones (3) de enrollado orbitales para consolidar una capa (4) sobre una capa (4) de enrollado anterior, y
    - una cuchilla (5) despues de las estaciones (3) de enrollado, para cortar el perfil en secciones de perfil que se llevan en 30 una o mas secciones (1) de mandril.
  4. 5. El dispositivo de la reivindicacion (4), en el que la seccion transversal no circular de las secciones (1) de mandril incluye una porcion recta de tal manera que la seccion de perfil incluye por lo menos una superficie plana.
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