ES2832805T3 - Procedimiento y dispositivo para producir un componente a partir de un material compuesto de fibra - Google Patents

Abstract

Procedimiento para producir un componente (1) a partir de un material compuesto de fibra, con los pasos: introducción de una fibra (1) impregnada con una matriz en un molde interior (7) de tipo cilindro de un espacio de molde formado entre el molde interior (7) y un molde exterior (8) de tipo cilindro, en donde el molde interior (7) y/o el molde exterior (8) están configurados con invar, introducción de una membrana de separación (14a) en la fibra (1) impregnada con la matriz, de tal manera que se forma una cavidad (15) que se extiende a lo largo de la superficie de envuelta (14) del molde exterior (8), entre el molde exterior (8) y la membrana de separación (14a), y aplicación a la cavidad (15) de un aceite térmico (17) a una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y a una presión superior a la presión ambiente, de tal manera que el aceite térmico (17) actúa con la presión sobre la membrana de separación (14a).

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento y dispositivo para producir un componente a partir de un material compuesto de fibra

Campo técnico

La invención se refiere refiere a un procedimiento para producir un componente a partir de un material compuesto de fibra, con el paso de introducir una fibra impregnada con una matriz en un molde interior de tipoo cilindro de un espacio de molde formado entre el molde interior y un molde exterior de tipo cilindro. La invención también se refiere a un dispositivo para producir el componente a partir del material compuesto de fibra con el molde interior de tipo cilindro, al que está aplicada la fibra impregnada con la matriz.

Antecedentes de la invención

Las chapas orgánicas pertenecientes a los materiales compuestos de fibra son conocidas por el estado de la técnica y se utilizan principalmente en la construcción de aviones y automóviles, para obtener componentes considerablemente más ligeros con una rigidez comparable o incluso mejor que la de los materiales convencionales. Estas chapas orgánicas suelen tener un tejido de fibra o una tela de fibra, que está incrustada en una matriz de material sintético termoplástica, y suelen presentarse en forma de productos semiacabados de matriz de fibra hechos de vidrio, aramida o carbono como material de fibra. Dado que las chapas orgánicas se pueden conformar fácilmente en caliente mediante métodos conocidos de mecanización de metales, los tiempos de procesamiento son más cortos en comparación con los de los materiales compuestos de fibra termoestables convencionales.

En el campo de la construcción de aeronaves, recientemente se han prefabricado individualmente secciones de fuselaje semicirculares hechas de material compuesto de fibra, como envoltura inferior y superior, y luego se han ensamblado para formar un fuselaje de aeronave terminado en un proceso de montaje final posterior. Las secciones del fuselaje suelen formarse con un molde interior y un molde exterior en una prensa de marco en C.

El documento US 2016/297 153 A1 describe un procedimiento para impregnar un premolde de fibra con una composición de impregnación, que consiste en aplicar un líquido a una estructura, en donde la estructura comprende una cámara en la que existe un premolde de fibra para la impregnación.

El documento BE 886 795 A describe un procedimiento y un dispositivo particularmente adecuado para llevar a cabo el procedimiento, para la producción de objetos de plástico-resina reforzados mediante prensado.

Sin embargo, todavía no ha sido posible producir mitades completas de fuselaje en una prensa de este tipo, ya que ello requeriría una fuerza de prensado total de unas 15.000 a 20.000 toneladas y, por consiguiente, una prensa con un peso total de unas 10.000 toneladas, lo que, habida cuenta de ese tamaño, supondría una inversión estimada de 100 millones de euros. Además de esto, si una mitad del fuselaje completo se fabricara utilizando una prensa de ese tipo conocida del estado de la técnica, no sería posible garantizar que se ejerciera una presión de consolidación constante en todos los lados sobre la mitad del fuselaje de la aeronave. Además de esto, no puede garantizarse que la presión de consolidación, por ejemplo en los bordes longitudinales de las mitades del fuselaje semicirculares de los aviones, tenga una componente normal suficientemente grande o incluso existente respecto al componente.

Descripción de la invención

Sobre esta base, una tarea de la presente invención consiste en especificar un procedimiento y un dispositivo, mediante los cuales un componente hecho de un material compuesto de fibra, en particular la mitad del fuselaje de una aeronave, pueda producirse de manera particularmente sencilla.

La tarea de la invención se resuelve mediante las características de las reivindicaciones independientes. En las reivindicaciones dependientes se indican unas conformaciones ventajosas.

Por consiguiente, la invención se refiere a un procedimiento para producir un componente a partir de un material compuesto de fibra, con los pasos de introducir una fibra impregnada con una matriz en un molde interior de tipo cilindro de un espacio de molde formado en particular estanco a la presión, entre el molde interior y un molde exterior de tipo cilindro, introducir una membrana de separación en la fibra impregnada con la matriz, de tal manera que se forma una cavidad que se extiende a lo largo de la superficie de envuelta del molde exterior entre el molde exterior y la membrana de separación, aplicar a la cavidad un aceite térmico cuya temperatura es superior al punto de fusión de la matriz y cuya presión es superior a la presión ambiente, de tal manera que el aceite térmico actúa con la presión sobre la membrana de separación, en particular para mantener el componente. Según un perfeccionamiento preferido, el procedimiento comprende el paso adicional de aplicar el aceite térmico a la cavidad a la temperatura > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C, de manera que el aceite térmico actúe con la presión > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar sobre la membrana de separación, y/o, tras un período de tiempo predeterminado, enfriar el aceite térmico a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C.

En comparación con un procedimiento de conformación que utiliza una prensa conocida por el estado de la técnica, por ejemplo una prensa de marco en C con un molde interior fijo y un molde exterior que puede trasladarse exclusivamente en dirección vertical, para generar una presión de prensado con una componente exclusivamente vertical, el procedimiento propuesto se caracteriza porque la presión de prensado que actúa sobre la membrana de separación y, por lo tanto, sobre la fibra impregnada con, en particular, una matriz de material sintético termoplástica, debido al aceite térmico se aplica en cada punto de la membrana de separación en la dirección de la normal de la membrana de separación y, por lo tanto, también en la dirección de la normal del componente que se ha de obtener, respectivamente de la fibra impregnada con la matriz de material sintético termoplástico. Con referencia a la antes mencionada prensa de marco en C, esto significa que a la fibra impregnada con la matriz no sólo se aplica una presión de prensado exclusivamente con una componente vertical, sino también, por ejemplo en los bordes longitudinales laterales de un espacio de molde configurado como un semicírculo, una presión de prensado con una componente parcial o incluso exclusivamente horizontal. Sin embargo, a diferencia de una prensa conocida, la presión de prensado o de consolidación necesaria para la conformación no es ejercida, o sólo parcialmente, por la prensa, sino total o principalmente por el aceite térmico.

El procedimiento propuesto permite así conformar la fibra impregnada con la matriz en un componente tubular o en forma de barril bajo presión y temperatura, de una manera particularmente sencilla, por ejemplo para obtener la mitad del fuselaje de un avión como componente. Basándose en la idea básica de utilizar el aceite térmico como medio de presión y calentamiento en la cavidad entre el molde exterior y la membrana de separación, es posible lograr una presión de consolidación igualmente elevada en todos los lados de la membrana de separación, un calentamiento específico y uniforme de la fibra impregnada con la matriz y un rápido intercambio de aceite térmico para refrigerar y mantener el componente.

La forma interior y la forma exterior pueden en principio tener cualquier forma deseada, en particular una forma negativa del componente que se desea obtener, como un cilindro y/o en sección transversal como un semicírculo o de forma semicircular, en donde a menudo se supone a partir de hora que el molde interior y el molde exterior están configurados para producir un componente de una aeronave, en particular el fuselaje de una aeronave, la mitad del fuselaje de una aeronave o una sección del fuselaje en forma de barril de una aeronave. Preferiblemente, el molde interior está configurado convexamente como un molde interior inferior y el molde exterior cóncavamente como un molde exterior superior. En el caso de una prensa, el molde interior puede representar la herramienta inferior y el molde exterior la herramienta superior. Aún más preferiblemente, el molde interno y el molde exterior, que están situados unos sobre el otro, se cierran entre sí en sus bordes de forma estanca a la presión y/o obturada y/o están situados uno sobre el otro haciendo contacto por sus bordes. En relación a esto, el procedimiento comprende preferible el paso ulterior de colocar el molde exterior sobre el molde interior de tal manera, que el molde exterior y el molde interior estén situados uno sobre el otro por sus bordes de forma estanca para configurar el espacio de molde y/o fijar y/o arriostrar el molde exterior y el molde interior, que están situados uno sobre el otro, en particular mediante la prensa.

Aunque el procedimiento puede realizarse básicamente con cualquier fibra impregnada con la matriz, las fibra son preferentemente fibra de vidrio, fibra de aramida y/o fibra de carbono o fibra de carbón. Se prefiere muy especialmente la fibra impregnada con la matriz de material sintético termoplástica como producto semielaborado de matriz de fibra, como material compuesto de fibra y/o como chapa orgánica, siendo estos términos utilizados en parte como sinónimos en el contexto de la invención. La fibra impregnada con la matriz está ejecutada preferiblemente como una fibra impregnada con una matriz de material sintético termoplástica y/o como aluminio reforzado con fibra de vidrio, también GLARE, como material híbrido. El aluminio reforzado con fibra de vidrio suele tener muchas capas, cada una de ellas de sólo unas pocas décimas de milímetro de espesor, que están hechas alternativamente de aluminio y de un laminado de fibra de vidrio, por ejemplo, de material sintético reforzado con fibra de vidrio.

La fibra puede comprender un llamado material preimpregnado y/o estar configurada como una cinta. Preferiblemente, la fibra se proporciona como un material sin fin. En el caso de la matriz puede tratarse de una matriz de resina epoxídica o termoplástica, así como de mezclas de éstas. Por ejemplo, la matriz puede incluir sulfuro de polifenileno o cetona de poliéter éter como termoplásticos, de modo que en este caso el punto de fusión sería de 285 °C o 335 °C. La temperatura es de forma preferida al menos de 10 °C, 20 °C, 50 °C, 100 °C o 200 °C más alta que el punto de fusión. La poliamida o la poliéterimida, así como los epóxidos, los poliuretanos o los poliésteres también pueden utilizarse como duroplásticos. La presión es preferible al menos de 10, 20, 30 ó 40 bares más alta que la presión ambiente. También es preferible impregnar y/o empapar la fibra con la matriz, antes de introducirla o depositarla en el molde interior. En el contexto de la invención, por ejemplo en la descripción de las figuras, los términos fibra impregnada con la matriz de material sintético termoplástica y fibra impregnada con la matriz se utilizan como sinónimos.

También de forma preferida, la fibra impregnada con la matriz puede estar configurada una tela fibrosa o un tejido, en el que las fibra de refuerzo están incrustadas en una matriz de material sintético. Del mismo modo, puede estar prevista una tela de hilo como fibra, en particular como tela de hilo monoaxial o unidireccional, que puede obtenerse fijando un grupo de hilos paralelos, como tela de hilo biaxial, en la que están fijados dos grupos de hilos paralelos en la dirección de dos ejes, o como tela de hilo multiaxial, en la que se fijan varios grupos de hilos paralelos en la dirección de diferentes ejes. En comparación con los tejidos, las telas se caracterizan por una mayor resistencia, debido a la ausencia de la inevitable ondulación en los tejidos. Además de esto, los tejidos pueden contener una pluralidad de tipos de ligazón, como la ligazón de cuerda o ligazón de cuerpo.

Preferiblemente, a la cavidad se aplica el aceite térmico a la temperatura > 300 °C, > 350 °C, > 400 °C o > 500 °C. El aceite térmico actúa preferiblemente sobre la membrana de separación con una presión de > 30 bar, > 40 bar o > 50 bar. El período de tiempo predefinido puede ser de 1 minuto, 10 minutos, 1 hora o 5 horas. Al refrigerar el aceite térmico para endurecer el componente, el aceite térmico tiene de forma preferida una temperatura de < 150 °C o < 100 °C. Se prefiere muy particularmente utilizar el mismo aceite térmico para calentar o fundir la chapa orgánica, es decir, cuando el aceite térmico se aplica a la cavidad a una temperatura más alta que el punto de fusión de la matriz, y para la refrigeración posterior de la chapa orgánica. En otras palabras, el aceite térmico situado en la cavidad se refrigera preferiblemente durante un proceso de bombeo y de nuevo se alimenta a la cavidad, mientras que el aceite térmico sigue actuando sobre la membrana de separación a una presión de > 20 bares.

Según un perfeccionamiento preferido, el procedimiento comprende el paso de precalentar el molde exterior y/o el molde interior a una temperatura básica, en particular antes de que se introduzca la fibra impregnada con la matriz. Para ello, se pueden prever unos canales de calentamiento y/o refrigeración en el molde exterior y/o en el molde interior para temperar el molde respectivo antes y/o durante el endurecimiento. Los canales de calentamiento y/o los canales de refrigeración discurren preferiblemente en dirección axial, a intervalos regulares y/o distribuidos por toda la superficie de envuelta del molde respectivo. Está previstos unos canales de alimentación para el aceite térmico preferiblemente, para aplicar a la cavidad el aceite térmico, que se extienden en dirección radial a través del molde exterior.

Según otra configuración también preferida, el procedimiento incluye el paso de aplicar una presión negativa a la superficie de envuelta del molde interior. Preferiblemente, el molde interior está provisto a intervalos regulares a lo largo de la superficie de envuelta con una pluralidad de canales de presión negativa, que pueden extenderse en dirección radial a través del molde inferior y/o están conectados a una bomba de vacío, mediante la cual se puede generar la presión negativa. De forma análoga, pueden estar previstos un dispositivo de calentamiento y/o de refrigeración, para precalentar o refrigerar el molde exterior y/o el molde interior a la temperatura básica por medio de los canales de calentamiento y/o refrigeración.

Según otra configuración también preferida, el proceso comprende el paso de introducir un trancanil, una cuaderna y/o un engrosamiento en un hueco del molde interior, en particular antes de que la introducción de la fibra impregnada con la matriz. Los trancaniles, las cuadernas y/o los engrosamientos pueden representar refuerzos locales, por ejemplo para las aberturas de ventanas, puertas y/o clapetas de un avión, y/o refuerzos estructurales que pueden ser introducidos también mediante el paso de procesamiento propuesto durante la producción de la pieza moldeada. Cuando la chapa orgánica se funde aplicando el aceite térmico a la cavidad, a una temperatura superior al punto de fusión de la matriz, las superficies de contacto de unión de los trancaniles, las cuadernas o de los engrosamientos se funden y se unen de esta manera a la chapa orgánica. El hueco está configurado preferiblemente, por ejemplo mediante un proceso de fresado, de manera que cuando se inserta un trancanil de rodadura, una cuaderna o un engrosamiento en el hueco,este se cierra a ras de la superficie de envuelta del molde interior. El trancanil, la cuaderna o el engrosamiento se inserta preferiblemente en el hueco como un componente prefabricado y consolidado.

Según un perfeccionamiento preferido, el procedimiento comprende el paso de refrigerar el molde interior a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C o bien, después del paso anterior, refrigerar el molde interior a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C en la zona del trancanil, de la cuaderna y/o del engrosamiento. Para este propósito, está prevista una pluralidad de canales de alimentación, que se extienden axialmente a través del molde interior, preferiblemente en la zona del trancanil, de la cuaderna y/o del engrosamiento, que se disponen alrededor del hueco. De esta manera se puede asegurar que el trancanil, la cuaderna y/o el engrosamiento previstos en el hueco se funden en la respectiva superficie de contacto de unión, debido al aceite térmico calentado, pero que la parte restante del trancanil, de la cuaderna y/o del engrosamiento permanece por debajo de una temperatura de ablandamiento.

Básicamente, existen diferentes posibilidades para configurar la membrana de separación. Según un perfeccionamiento particularmente preferido, está previsto que la membrana de separación esté fabricada con metal y/o esté fijada al molde exterior. La membrana de separación se utiliza para separar el aceite térmico de la chapa orgánica, por un lado, y para configurar la cavidad para alojar el aceite térmico, por otro lado. Una membrana de separación metálica se caracteriza por una conductividad de calor y una transmisión de la presión, por otro lado, particularmente buenas.

Según un perfeccionamiento preferido, el procedimiento comprende el paso de insertar una lámina de separación entre la fibra impregnada con la matriz y la membrana de separación. Preferiblemente, la lámina de separación se inserta antes de la inserción de la membrana de separación y después de la inserción de la fibra impregnada con la matriz. La lámina de separación actúa como una capa antiadherente y, después de refrigerar la fibra impregnada con la matriz, permite una fácil separación de la membrana de separación de la fibra impregnada con la matriz.

Para poder liberar la fibra endurecida impregnada con la matriz del molde interior con la misma facilidad después de la refrigeración, el procedimiento comprende, según otra configuración preferida, el paso de aplicar, en particular pulverizar, un desmoldeador sobre el molde interior y/o el molde exterior, antes de la introducción de la fibra impregnada con la matriz.

Según un perfeccionamiento preferido, está prevista una prensa que presenta el molde interior y el molde exterior, en particular una prensa de marco en C, y/o el procedimiento presenta el paso, tras la inserción de la membrana de separación, del arriostramiento del molde interior y del molde exterior uno respecto al otro, hasta que después está configurado el espacio de molde. El molde exterior y el molde interior están ejecutados preferiblemente de manera que el espacio de molde sea estanco a la presión después del arriostramiento. La prensa tiene preferiblemente un cuerpo de prensa, en particular un cuerpo en C, que tiene una viga en C superior horizontal, una viga en C inferior horizontal y una base en C vertical que conecta entre sí la viga en C superior y la viga en C inferior.

0025] El molde interior se apoya preferiblemente en una posición fija en la viga C horizontal inferior como herramienta inferior y el molde exterior se apoya, a través de un cilindro de prensa, en la viga C superior como herramienta superior, de tal manera que el molde interior y el molde exterior puedan arriostrarse uno respecto al otro accionando el cilindro de prensa, hasta que esté configurado el espacio de molde. El marco en C está ejecutado preferiblemente en modo constructivo de marco, en donde pueden estar previstos varios marcos de prensa configurados en forma de C y unidos entre sí uno detrás del otro en dirección longitudinal. Los marcos de prensa individuales están preferible unidos entre sí con elementos de sujeción. Además de una prensa de plato superior móvil descrita anteriormente, en la que el cilindro de la prensa se apoya en la viga C superior, la prensa también puede estar ejecutada en un modo constructivo de plato inferior móvil, de modo que el molde interior pueda arriostrarse mediante los cilindros de la prensa contra el molde exterior previsto en la viga C superior.

La tarea de la invención se resuelve asimismo mediante un dispositivo para producir un componente de un material compuesto de fibra, que tiene un molde interior de tipo cilindro sobre el que se aplica una fibra impregnada con la matriz, una membrana de separación aplicada sobre la fibra impregnada con la matriz, un molde exterior de tipo cilindro que está dispuesto de manera estanca sobre el molde interior con la fibra impregnada con la matriz aplicada sobre el mismo y la membrana de separación, de tal forma que se configura una cavidad en particular estanca a la presión a lo largo de la superficie de envuelta del molde exterior, y un dispositivo de temperado y presión de aceite térmico, que está configurado para aplicar a la cavidad un aceite térmico con a una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y a una presión superior a la presión ambiente, de tal manera que el aceite térmico actúa con la presión sobre la membrana de separación. El dispositivo de temperado y presión del aceite térmico está configurado preferiblemente para aplicar el aceite térmico a la temperatura > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C a la cavidad, de tal manera que el aceite térmico a la presión > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar actúe sobre la membrana de separación y/o, después de un período de tiempo predeterminado, para enfriar el aceite térmico a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C.

El dispositivo propuesto hace posible producir medias envolturas de un fuselaje de avión en un modo constructivo llamado de "baguette", en el que por un lado una envoltura superior y una envoltura inferior, por otro lado, de un fuselaje de avión de este tipo se producen una tras otra en el dispositivo. La fibra, que está impregnada en particular con una matriz de material sintético termoplástica, está incrustada entre el molde interior y el molde exterior, se calienta mediante el aceite térmico, por un lado, y se presuriza por otro lado, de modo que después del enfriamiento a continuación se obtiene, por ejemplo, la parte del fuselaje del avión como componente. El dispositivo puede estar configurado como una prensa para lograr un movimiento preciso, es decir, la apertura y el cierre, del molde interior y del molde exterior. El molde interior y el molde exterior están configurados preferiblemente de manera que, con la prensa cerrada, los moldes se apoyan uno sobre otro en contacto en sus bordes y así cierran de forma estanca el espacio de molde formado por los moldes. De la misma manera, el molde interior y el molde exterior pueden ser arrollados o fijados de otra manera con cables tensores para formar el espacio de molde.

Según un perfeccionamiento preferido del procedimiento descrito o del dispositivo, la cavidad se presuriza con el aceite térmico de tal manera que el aceite térmico actúa sobre toda la membrana de separación con una presión superior a la presión ambiente, > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar, y/o durante la refrigeración del aceite térmico, la presión sobre la membrana de separación sigue siendo superior a la presión ambiente, > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar. En este contexto, se prefiere además que la cavidad entre el molde exterior y la membrana de separación tenga un espesor de > 1 mm y < 10 mm a lo largo de la superficie de envuelta, especialmente > 2 mm y < 5 mm, y/o que la cavidad tenga el mismo espesor en cada punto de la membrana de separación. Se puede lograr de tal manera, que se ejerza una presión igual o aproximadamente igual en cada punto sobre la fibra impregnada con la matriz, que actúe esencialmente en la dirección de la respectiva normal de la membrana de separación, de la fibra impregnada con la matriz y/o de la superficie de envuelta del molde interior.

Dado que la presión es superior a la presión ambiente, > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar, tanto cuando el aceite térmico se aplica a una temperatura superior al punto de fusión, > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C, y cuando el aceite térmico es posteriormente refrigerado a < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C, preferiblemente no existe ninguna fase sin presión durante la conformación. La fibra, que está impregnada con la matriz de material sintético termoplástica en particular, tiene preferiblemente un grosor comparable al de la cavidad, de modo que el aceite térmico, debido a su capacidad térmica considerablemente mayor, es suficiente para provocar el proceso de fusión para la conformación de la fibra, que está impregnada con la matriz termoplástica en particular. El dispositivo de temperado y presión del aceite térmico presenta preferiblemente un dispositivo de calentamiento, un dispositivo de refrigeración y/o una bomba, para calentar o refrigerar el aceite térmico a las temperaturas antes mencionadas, para bombear el aceite térmico calentado e implantado en la cavidad, para enfriarlo y volver a implantarlo refrigerado en la cavidad, y/o para producir la presión antes mencionada.

Según un perfeccionamiento preferido del procedimiento antes descrito del dispositivo, la fibra impregnada con la matriz comprende una envoltura de producto semiacabado preconsolidada y/o unas capas individuales preconsolidadas. La fibra impregnada en particular con la matriz de material sintético termoplástica puede también comprender un tejido fibroso y/o una tela fibrosa, que están incrustados en la matriz de material sintético termoplástica. En el caso de los tejidos y de las telas, las fibra pueden discurrir en ángulo recto entre sí, para definir mejor las propiedades mecánicas como la rigidez, la resistencia y/o la dilatación térmica en comparación con los materiales conocidos del estado de la técnica, como las chapas de metal.

0031] Existen básicamente diferentes posibilidades para configurar el molde interior y/o el molde exterior. El molde interior y/o el molde exterior están hechas de invar. Según un perfeccionamiento particularmente preferido del procedimiento antes descrito y del dispositivo, el molde interior y/o el molde exterior tienen una altura de cilindro o una extensión longitudinal de > 10 m y < 50 m, especialmente > l0 m y < 15 m, y/o un diámetro de cilindro o una extensión transversal de > 3 m y < 10 m, especialmente 6 m. El invar es una aleación de hierro y níquel con un coeficiente de dilatación térmica muy bajo, por lo que un molde interior y/o exterior configurado de esta manera se caracteriza por una dilatación extremadamente baja debido al cambio de temperatura causado por el aceite térmico. Con el mencionado dimensionamiento del molde interior y/o del molde exterior, mediante el procedimiento propuesto o el dispositivo propuesto pueden configurarse las mitades del fuselaje de una aeronave y/o las secciones del fuselaje en forma de barril de una aeronave que, con un espesor de material de 2 mm, presenten un diámetro de, por ejemplo, 6 m y una longitud, como altura del cilindro, de 15 m.

En este contexto, es preferible, según un perfeccionamiento preferido, que el molde interior y/o el molde exterior estén configurados para conformar un fuselaje de avión, un ala de avión o una hélice de avión. Para ello, el molde interior y/o el molde exterior están configurados preferiblemente como moldes negativos, en donde se puede configurar un fuselaje completo de avión como envoltura superior e inferior, o en secciones de fuselaje que deben ensamblarse en un paso de fabricación subsiguiente.

Breve descripción de los dibujos

A continuación se explica la invención con más detalle, haciendo referencia a los dibujos adjuntos en base a un ejemplo de realización preferido.

En los dibujos muestran

la Fig. 1 un dispositivo para llevar a cabo el procedimiento para producir un componente a partir de un material compuesto de fibra de acuerdo con un ejemplo de realización preferido de la invención, en una vista en perspectiva esquemática, y

la Fig. 2 una vista fragmentaria del dispositivo mostrado en la Fig. 1, con molde interior y molde exterior, en una vista en corte esquemática

Descripción detallada de los ejemplos de realización

La Fig. 1 muestra un dispositivo en forma de una prensa de marco en C para llevar a cabo un procedimiento para producir un componente de un avión a partir de una chapa orgánica como material compuesto de fibra. La prensa de marco en C tiene un cuerpo de prensa configurado como un marco en C 2 con una viga en C superior horizontal 3, una viga en C inferior horizontal 4 y una base en C vertical 5, que conecta la viga en C superior 3 y la viga en C inferior 4 entre sí. La prensa está ejecutada en modo constructivo de marco y presenta una pluralidad de marcos de prensa 6, dispuestos uno detrás de otro en la dirección longitudinal de la prensa, configurados respectivamente en forma de C y unidos entre sí.

Está previsto un molde interior de tipo cilindro 7, apoyada en la viga C inferior 4. El molde interior 7 está ejecutado convexamente y está configurado en sección transversal de modo semicircular con un diámetro de cilindro de 6 m. En la dirección longitudinal, el molde interior 7 se extiende entre sus extremos con una altura de cilindro de 15 m. Por encima del molde interior 7 está previsto un molde exterior 8 congruente con el molde interior 7, es decir, también de tipo cilindro y ejecutado de forma correspondientemente cóncava. Varios cilindros de prensado, indicados mediante las flechas 9, se apoyan en las vigas C superiores 3 y actúan sobre el molde exterior 8. De esta manera, el molde exterior 8 puede ser movido en dirección vertical mediante los cilindros de la prensa en el sentido de un larguero de rodadura, indicado mediante las flechas 9, para extraer el componente 1 del dispositivo configurado de esta manera, indicado mediante la flecha 10.

Con referencia a la vista fragmentaria del molde interior 7 y el molde exterior 8 situados uno sobre el otro como se muestra en la Fig. 2, como una vista en corte esquemática, un agente desmoldeador 10, indicado en la Fig. 2, es rociado primero sobre el molde interior 7, en la situación mostrada en la Fig. 1, en la que el molde exterior 8 está distanciado del molde interior 7. A continuación se aplica una fibra impregnada con una matriz de material sintético termoplástica, en particular una fibra de vidrio, una fibra de aramida y/o una fibra de carbón,al molde interior 7 como una envoltura de producto semiacabado preconsolidada o en unas capas individuales preconsolidadas como una llamada chapa orgánica, de modo que la chapa orgánica 7 cubre toda la superficie de envuelta 12 del molde interior de tipo cilindro 7 hasta los bordes del molde interior 7.

En un paso opcional, se aplica una lámina de separación 13 como capa antiadherente a la fibra 1 impregnada con la matriz termoplástica. La lámina de separación 13 está a su vez cubierta por una membrana de separación 14 de metal, que también cubre toda la superficie exterior 12 del molde interior 7.

Seguidamente el molde exterior 8 se dispone sobre el molde interior 7 como se muestra en la Fig. 2, de tal manera que se configura una cavidad 15 entre la superficie de envuelta 14 del molde exterior 8. La cavidad se extiende de esta manera por toda la superficie de envuelta 14 del molde exterior 8 y tiene un espesor aproximadamente constante de entre 2 y 5 mm. El molde interior 7 y el molde exterior 8 están hechos con una aleación invar de hierro-níquel y están configurados de tal manera que, cuando el molde exterior 8 descansa sobre el molde interior 7 como se muestra en la Fig. 2, configurando la cavidad 15, el molde interior 7 y el molde exterior 8 están cerrados herméticamente en los bordes de sus respectivas superficies de envuelta 12, 14 o están situados uno sobre el otro en contacto mutuo.

El dispositivo tiene un dispositivo de temperado y presión de aceite térmico 16, que está configurado, por un lado, para aplicar un aceite térmico 17 con una temperatura > 400 °C a la cavidad 15, de modo que se ejerce una presión de unos 40 bares sobre la membrana de separación debido al aceite térmico 17. Dado que el aceite térmico 17 puede distribuirse libremente dentro de la cavidad 15 a lo largo de toda la superficie de envuelta 14 del molde exterior 8, la presión de 40 bar actúa en cada punto de la membrana de separación 14a en la dirección de la normal de la superficie circunferencial 12 del molde interior 7 o en la dirección de la extensión de la fibra 1, impregnada con la matriz de material sintético termoplástica.

El aceite térmico 17 se usa, por lo tanto, como medio de presión y calentamiento, para ejercer una presión de consolidación constante en todos los lados de la fibra impregnada con la matriz de material sintético termoplástica, a través de la membrana de separación 14a, y para calentar la fibra 1 impregnada con la matriz de material sintético termoplástica de forma específica y uniforme. Mediante el aceite térmico con su capacidad térmica, considerablemente superior con relación a la fibra 1 impregnada con la matriz de material sintético termoplástica, se lleva a cabo de esta manera el proceso de fusión de la fibra impregnada con la matriz de material sintético termoplástica Después de un período de tiempo predeterminado, el aceite térmico 17 es enfriado mediante el dispositivo de temperado y presión 16 del aceite térmico a una temperatura < 200 °C a una presión constante, para obtener el componente 1.

Para la introducción del aceite térmico 17 en la cavidad 15, están previstos diferentes canales de alimentación 18 en el molde exterior 8, que se extienden radialmente a través del molde exterior 8. Para calentar o refrigerar están previstos unos canales de calentamiento y/o refrigeración 19 que se extienden axialmente en el molde interior 7 así como en el molde exterior 8, permitiendo un precalentamiento, una refrigeración y/o un control de temperatura del molde correspondiente. Un canal de vacío 20 previsto en el molde interior 7, que se extiende radialmente a través del molde interior 7, permite que la superficie de envuelta 12 del molde interior 7 sea sometida a una presión negativa.

En el molde 7 están previstos unos huecos 21, en los que, como puede verse en la Fig. 2, se insertan un trancanil 22, a la izquierda, y una cubierta 23, a la derecha. Adyacentes a los respectivos huecos 21 están dispuestos varios canales de refrigeración 19, que bordean el respectivo hueco 19. Mientras que las superficies de contacto de unión del trancanil 22 o de la cubierta 23 pueden fundirse mediante el aceite térmico 17 y unirse a la fibra 1 impregnada con la matriz de material sintético termoplástica, los canales de refrigeración 19 dispuestos alrededor del hueco 21 se usan para refrigerar el trancanil 22 o la cubierta 23, de modo que los mismos permanezcan por debajo de una temperatura de ablandamiento.

Después del endurecimiento de la pieza de moldeo 1, el molde exterior 8 puede ser levantado, como se muestra en la Fig. 1 y la pieza de moldeo 1 puede extraerse del espacio de molde formado por el molde interior 7 y el molde exterior 8. El molde interior 7 y el exterior 8 pueden estar configurados para formar una mitad del fuselaje de una aeronave, como se muestra en la Fig. 1, en donde sin embargo también es posible conformar cualquier otra pieza, por ejemplo un ala o una hélice de aeronave, de una manera particularmente sencilla utilizando el procedimiento propuesto así como el dispositivo.

Los ejemplos de realización descritos son sólo ejemplos, que pueden ser modificados y/o complementados de muchas maneras dentro del ámbito de las reivindicaciones. Cada característica descrita para un ejemplo de realización determinado puede utilizarse independientemente o en combinación con otras características en cualquier otro ejemplo de realización. Cada característica descrita para un ejemplo de realización de una determinada categoría, puede utilizarse también en un ejemplo de realización de otra categoría de manera correspondiente.

Lista de símbolos de referencia

Claims (15)

REIVINDICACIONES

1. - Procedimiento para producir un componente (1) a partir de un material compuesto de fibra, con los pasos:

introducción de una fibra (1) impregnada con una matriz en un molde interior (7) de tipo cilindro de un espacio de molde formado entre el molde interior (7) y un molde exterior (8) de tipo cilindro, en donde el molde interior (7) y/o el molde exterior (8) están configurados con invar,

introducción de una membrana de separación (14a) en la fibra (1) impregnada con la matriz, de tal manera que se forma una cavidad (15) que se extiende a lo largo de la superficie de envuelta (14) del molde exterior (8), entre el molde exterior (8) y la membrana de separación (14a), y

aplicación a la cavidad (15) de un aceite térmico (17) a una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y a una presión superior a la presión ambiente, de tal manera que el aceite térmico (17) actúa con la presión sobre la membrana de separación (14a).

2. - Procedimiento según la reivindicación anterior, con el paso:

aplicación a la cavidad (15) el aceite térmico (17) a la temperatura > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C, de tal manera que el aceite térmico (17) actúa sobre la membrana de separación (14a) a la presión > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar, y/o

después de un período de tiempo predeterminado, refrigeración del aceite térmico (17) a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C.

3. - Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, con el paso

precalentamiento del molde exterior (8) y/o del molde interior (7) a una temperatura básica, en particular antes de la introducción de la fibra (1) impregnada con la matriz, y/o

aplicación de una presión negativa a la superficie de envuelta (12) del molde interior (7).

4. - Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, con el paso introducción de un trancanil (22), una cuaderna y/o un engrosamiento (23) en un hueco del molde interior (7), en particular antes de la introducción de la fibra (1) impregnada con la matriz

5. - Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores con el paso refrigeración del molde interior (7) a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C o, según un procedimiento según la reivindicación anterior, con el paso enfriamiento del molde interior (7) a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C en la zona del trancanil (22), de la cuaderna y/o del engrosamiento (23).

6. - Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la membrana de separación (14a) está hecha de metal y/o fijada al molde exterior (8).

7. - Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, con el paso

introducción de una lámina de separación (13) entre la fibra (1) impregnada con la matriz y la membrana de separación (14a), y/o

aplicación, en particular la pulverización, de un desmoldeador (11) al molde interior (7) y/o al molde exterior, (8) antes de la introducción de la fibra (1) impregnada con la matriz

8. - Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, con una prensa que presenta el molde interior (7) y el molde exterior (8), en particular una prensa de marco C (6), y/o el paso, después de la inserción de la membrana de separación (14a), arriostrar el molde interior (7) y el molde exterior (8) uno contra otro hasta que se configura la cavidad (15).

9. - Dispositivo para producir un componente (1) a partir de un material compuesto de fibra, con

un molde interior (7) de tipo cilindro, al que se aplica una fibra (1) impregnada con una matriz,

una membrana de separación (14a), que está aplicada a la fibra (1) impregnada con la matriz,

un molde exterior (8) de tipo cilindro (8) que descansa de manera estanca sobre el molde interior (7) con la fibra impregnada con la matriz (1) aplicada al mismo y la membrana de separación (14a), de tal manera que se forma una cavidad (15) a lo largo de la superficie de envuelta (14) del molde exterior (8), y

un dispositivo de temperado y presión de aceite térmico (16), que está configurado para aplicar a la cavidad (15) un aceite térmico (17) a una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y a una presión superior a la presión ambiente, de tal manera que el aceite térmico (17) actúa con la presión sobre la membrana de separación (14a), en donde

el molde interior (7) y/o el molde exterior (8) está hecho de invar.

10. - Dispositivo según la reivindicación anterior, en donde el dispositivo de temperado y presión del aceite térmico (16) está configurado para aplicar el aceite térmico (17) a la temperatura > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C a la cavidad (15), de tal manera que el aceite térmico (17) con la presión > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar actúa sobre la membrana de separación (14a), y/o, después de un período de tiempo predeterminado, para refrigerar el aceite térmico (17) a una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C.

11. - Procedimiento o dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde a la cavidad (15) se aplica el aceite térmico (17) de tal manera, que el aceite térmico (17) (17) actúa sobre toda la membrana de separación (14a) a la presión > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar, y/o en donde durante la refrigeración del aceite térmico (17) la presión sobre la membrana de separación (14a) sigue siendo la presión ambiente, > 20 bar, > 30 bar o > 40 bar.

12. - Procedimiento o dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la cavidad (15) entre el molde exterior (8) y la membrana de separación (14a) tiene un espesor de > 1 mm y < 10 mm a lo largo de la superficie de envuelta (14), en particular > 2 mm y < 5 mm, y/o la cavidad (15) tiene un espesor igual en cada punto de la membrana de separación (14a).

13. - Procedimiento o dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde la fibra (1) impregnada con la matriz comprende una envoltura de producto semielaborado preconsolidada y/o unas capas individuales preconsolidadas.

14.- Procedimiento o dispositivo según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el molde interior (7) y/o el molde exterior (8) tiene una altura de cilindro de > 10 m y < 50 m, en particular > 10 m y < 15 m, y/o un diámetro de cilindro de > 3 m y < 10 m, en particular 6 m.

15.- Procedimiento o aparato según una de las reivindicaciones anteriores, en donde el molde interior (7) y/o el molde exterior (8) están configurados para conformar un fuselaje de avión, un ala de avión o una hélice de avión.