ES2836525T3 - Procedimiento y dispositivo para fabricar un componente de un material compuesto de fibras - Google Patents

Abstract

Procedimiento para fabricar un componente (1) a partir de un material compuesto de fibras, que comprende los pasos de: insertar un larguerillo (22), una cuaderna y/o un engrosamiento (23) en un hueco (21) de un molde interior cilíndrico (7), colocar una fibra (1) impregnada con una matriz en el molde interior (7) de un espacio de moldeo formado entre el molde interior (7) y un molde exterior de tipo cilíndrico (8), introducir una membrana de separación (14a) en la fibra impregnada con la matriz (1) de tal manera que se forma una cavidad (15) que se extiende a lo largo de la superficie exterior (14) del molde exterior (8) entre el molde exterior (8) y la membrana de separación (14a), y aplicar a la cavidad (15) un aceite térmico (17) con una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y con 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 fabricar un componente de un material compuesto de fibras

El campo técnico

La invención se refiere a un procedimiento para fabricar un componente hecho de un material compuesto de fibras con el paso de incorporar una fibra impregnada con una matriz en un molde interior cilíndrico de un espacio de molde formado entre el molde interior y un molde exterior cilíndrico según la reivindicación 1. La invención también se refiere a un dispositivo para fabricar el componente hecho del material compuesto de fibras con el molde interior cilíndrico, al que se incorpora la fibra impregnada con la matriz según la reivindicación 8.

Antecedentes de la invención

Las chapas orgánicas pertenecientes a los compuestos de fibras son conocidas por el estado de la técnica y se usan 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. Esas chapas orgánicas suelen tener un tejido de fibra o una tela de fibra, que están incrustados en una matriz de resina 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 procedimientos conocidos de procesamiento de metales, los tiempos de procesamiento son más cortos en comparación con los de los compuestos de fibras 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, tales como partes inferiores y superiores de casco, y luego se ensamblan para formar un fuselaje de aeronave terminado en un posterior procedimiento de ensamblaje final. Las secciones del fuselaje suelen formarse con un molde interior y un molde exterior en una prensa de marco C.

El documento US 2016/297 153 A1 describe un procedimiento para impregnar una preforma de fibra con una composición impregnante, que consiste en aplicar un líquido a una estructura, comprendiendo dicha estructura una cámara en la que para la impregnación está presente una preforma de fibra

El documento BE 886795 A describe un procedimiento y un dispositivo particularmente adecuado para llevar a cabo el procedimiento, para la producción de objetos de plástico-resina reforzados por presión.

Sin embargo, todavía no ha sido posible fabricar mitades completas de fuselaje en una prensa de este tipo, ya que ello requeriría una fuerza de prensa 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 su tamaño, supondría una inversión estimada de 100 millones de euros. Además, en la fabricación de una mitad del fuselaje completo usando una prensa del estado actual de la técnica, no sería posible garantizar que se ejerciera una presión de consolidación constante en todos los lados de la mitad del fuselaje. Además, no puede garantizarse que la presión de consolidación, por ejemplo en los bordes longitudinales de las mitades del fuselaje semicircular de los aviones, tenga un componente normal suficientemente grande o incluso existente en el componente.

Descripción de la invención

Sobre esta base, el objetivo de la presente invención es presentar un procedimiento y un dispositivo mediante los cuales se pueda fabricar de una manera particularmente sencilla un componente hecho de un material compuesto de fibras, en particular la mitad del fuselaje de una aeronave,.

El objetivo de la invención se consigue por las características de las reivindicaciones independientes. En las subreclamaciones se indican las características ventajosas.

Por consiguiente, la invención se refiere a un procedimiento para fabricar un componente a partir de un material compuesto de fibras, con los pasos de introducir una fibra impregnada con una matriz en un molde interior de tipo cilíndrico de un espacio de molde formado en particular a presión entre el molde interior y un molde exterior de tipo cilíndrico, introduciendo una membrana separadora en la fibra impregnada con la matriz, de tal manera que se forma una cavidad que se extiende a lo largo de la superficie circunferencial del molde exterior entre el molde exterior y la membrana de separación, sometiendo la cavidad a un aceite térmico cuya temperatura es superior al punto de fusión de la matriz y cuya presión es superior a la presión ambiente, de manera que el aceite térmico actúa con la presión sobre la membrana de separación, en particular para mantener el componente. Según un perfeccionamiento adicional preferente, el procedimiento comprende el paso siguiente 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 bares, > 30 bares o > 40 bares en el diafragma 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 formación que usa 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 moverse exclusivamente en dirección vertical para generar una presión de prensado con un componente exclusivamente vertical, el procedimiento propuesto se caracteriza porque la presión de prensado debido al aceite térmico que actúa sobre el diafragma de separación y, por lo tanto, sobre la fibra impregnada con, en particular, una matriz de plástico termoplástico, se aplica en cada punto del diafragma de separación en la dirección de la normal del diafragma de separación y, por lo tanto, también en la dirección de la normal del componente se ha de obtener o de la fibra impregnada con la matriz de plástico termoplástico. Con referencia a la mencionada prensa de marco C, esto significa que la fibra impregnada con la matriz no sólo se somete a una presión de prensado con un componente exclusivamente vertical, sino también, por ejemplo en los bordes longitudinales laterales de un espacio de molde configurado como un semicírculo, a una presión de prensado con un componente parcial o incluso exclusivamente horizontal. Sin embargo, a diferencia de una prensa conocida, la presión de prensado o de consolidación necesaria para la formación no es ejercida, o sólo parcialmente, por la prensa, sino total o principalmente por el aceite térmico.

El procedimiento propuesto permite así convertir bajo presión y temperatura, de una manera particularmente sencilla, la fibra impregnada en la matriz en un componente tubular o en forma de barril, por ejemplo para obtener la mitad del fuselaje de un avión como componente. Basándose en la idea básica de usar 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 enfriar y mantener el componente.

El molde interior y el molde exterior pueden en principio tener cualquier forma deseada, en particular una forma negativa del componente que se desea obtener, tal como un cilindro y/o en sección transversal como un semicírculo o semicircular, suponiéndose a menudo a partir de ahora que el molde interior y el molde exterior están configuradas para fabricar un componente de una aeronave, en particular el fuselaje de una aeronave, la mitad del fuselaje de una aeronave o la sección del fuselaje en forma de barril de una aeronave. Preferentemente, el molde interior está configurado convexo como un molde interior inferior y el molde exterior está configurado cóncavo como un molde exterior superior. En el caso de una prensa, el molde interior puede representar la herramienta inferior y el molde exterior la superior. Aún más preferentemente, los moldes interiores y exteriores, que se apoyan unos sobre otros, se cierran entre sí en sus bordes de forma estanca y/o sellada y/o se apoyan unos sobre otros en contacto en sus bordes. Para ello, el procedimiento comprende preferentemente el paso posterior de colocar el molde exterior sobre el molde interior de tal manera que el molde exterior y el interior descansen el uno sobre el otro en sus bordes de forma estanca para formar el espacio del molde y/o fijar y/o arriostrar el molde exterior y el molde interior que descansan el uno sobre el otro, en particular mediante la prensa.

Aunque el procedimiento puede realizarse básicamente con cualquier fibra impregnada con la matriz, las fibras son preferentemente fibras de vidrio, fibras de aramida y/o fibras de carbono o fibras de carbón. Se prefiere especialmente la fibra impregnada con la matriz de resina termoplástica como producto semielaborado de matriz de fibra, como material compuesto de fibra y/o como chapa orgánica, siendo estos términos usados en parte como sinónimos en el contexto de la invención. La fibra impregnada con la matriz se configura preferentemente como una fibra impregnada con una matriz de plástico termoplástico 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 plástico reforzado con fibra de vidrio.

La fibra puede estar compuesta por el llamado material de preimpresión y/o estar configurada como una cinta. Preferiblemente la fibra se proporciona como un material continuo. La matriz puede ser de resina epoxídica o termoplástica, así como 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 respectivamente. La temperatura preferida es por lo menos 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 usarse como termoestables. La presión es preferentemente al menos 10, 20, 30 o 40 bares más alta que la presión ambiental. También es preferible impregnar y/o empapar la fibra con la matriz antes de colocarla o depositarla en el molde interior. En el contexto de la invención, por ejemplo en la descripción de la figura, los términos fibra impregnada con la matriz de resina termoplástica y fibra impregnada con la matriz se usan como sinónimos.

Otra configuración preferente de la fibra impregnada en la matriz puede ser un entelado de fibras o un tejido en donde las fibras de refuerzo están incrustadas en una matriz de plástico. Del mismo modo, un entelado de hilos puede proporcionarse como fibra, en particular como entelado de hilos monoaxial o unidireccional, que puede obtenerse fijando un grupo de hilos paralelos, como tentelado de hilos biaxial, en el que se fijan dos grupos de hilos paralelos en la dirección de dos ejes, o como entelado de hilos multiaxial, en el que se fijan varios grupos de hilos paralelos en la dirección de diferentes ejes. En comparación con las telas tejidas, los entelados se caracterizan por una mayor resistencia debido a la ausencia de la inevitable ondulación en las telas tejidas. Además, las telas tejidas pueden incluir varios tipos de tejido tales como el tejido liso o el tejido de sarga.

Preferentemente, la cavidad se carga con aceite térmico a la temperatura > 300 °C, > 350 °C, > 400 °C o > 500 °C. El aceite térmico actúa preferentemente sobre el diafragma de separación con una presión de > 30 bares, > 40 bares o > 50 bares. El período de tiempo predefinido puede ser de 1 minuto, 10 minutos, 1 hora o 5 horas. Al enfriar el aceite térmico para curar el componente, el aceite térmico tiene una temperatura preferente de < 150 °C o < 100 °C. Se prefiere particularmente usar el mismo aceite térmico para calentar o fundir la chapa orgánica, es decir, cuando el aceite térmico se aplica a la cavidad en una temperatura más alta que el punto de fusión de la matriz, y para el enfriamiento posterior de la chapa orgánica. En otras palabras, el aceite térmico de la cavidad se enfría preferentemente durante un procedimiento de bombeo y luego se devuelve a la cavidad, mientras que el aceite térmico sigue actuando sobre la membrana de separación a una presión de > 20 bares.

Según un perfeccionamiento adicional preferente, 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 canales de calentamiento y/o enfriamiento en el molde exterior y/o en el interior para templar el molde respectivo antes y/o durante el curado. Los canales de calentamiento y/o de enfriamiento se desplazan preferentemente en dirección axial a intervalos regulares y/o distribuidos por toda la superficie del molde respectivo. Para suministrar a la cavidad el aceite térmico, que se extiende en dirección radial a través del molde exterior, se proporcionan preferentemente conductos de alimentación para el aceite térmico.

Según un perfeccionamiento más preferente, el procedimiento incluye el paso de aplicar un vacío a la superficie exterior del molde interior. Preferentemente, el molde interior está provisto, a intervalos regulares a lo largo de la superficie circunferencial, de una pluralidad de canales de vacío que pueden extenderse en dirección radial a través del molde inferior y/o están conectados a una bomba de vacío por la que se puede generar el vacío. De igual manera, se puede proporcionar un dispositivo de calefacción y/o de enfriamiento para precalentar o enfriar el molde exterior y/o el molde interior hasta la temperatura básica por medio de los canales de calefacción y/o de enfriamiento.

El procedimiento comprende el paso de colocar un larguerillo, una cuaderna y/o un engrosamiento en un hueco del molde interior, en particular antes de que se coloque la fibra impregnada con la matriz. Los larguerillos, las cuadernas y/o los engrosamientos pueden constituir refuerzos locales, por ejemplo para las aberturas de ventanas, puertas y/o aletas de una aeronave, y/o refuerzos estructurales que pueden ser introducidos por el paso propuesto en la fabricación 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 larguerillos, las cuadernas y/o los engrosamientos se funden y se unen así a la chapa orgánica. El hueco se configura preferentemente, por ejemplo mediante un procedimiento de fresado, de manera que cuando se inserta el larguerillo, la cuaderna o el engrosamiento en el hueco, está a ras de la superficie exterior del molde interior. El larguerillo, la cuaderna o el engrosamiento se insertan preferentemente en el hueco como un componente prefabricado y consolidado.

Según un perfeccionamiento adicional preferente, el procedimiento comprende el paso de enfriar el molde interior hasta una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C o, después del paso anterior, enfriar el molde interior hasta una temperatura < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C en la zona del larguerillo, de la cuaderna y/o del engrosamiento. Para este propósito, una pluralidad de canales de alimentación que se extienden axialmente a través del molde interior se proporcionan preferentemente en el área del larguerillo, de la cuaderna y/o del engrosamiento, que se disponen alrededor del hueco. De esta manera se puede asegurar que el larguerillo, la cuaderna y/o el engrosamiento provistos en el hueco se funden en la respectiva superficie de contacto de la conexión debido al aceite térmico calentado, pero que la parte restante del larguerillo, la cuaderna y/o el engrosamiento permanecen por debajo de una temperatura de ablandamiento.

Básicamente, existen diferentes posibilidades para configurar la membrana de separación. Según un perfeccionamiento adicional particularmente preferido, se pretende que el diafragma de separación sea de metal y/o esté adherido a el molde exterior. El diafragma separador se usa para separar el aceite térmico de la chapa orgánica por un lado y para formar la cavidad para recibir el aceite térmico por el otro. Una membrana de separación metálica se caracteriza por una conducción del calor y una transmisión de la presión particularmente buenas.

Según un perfeccionamiento adicional preferente, el procedimiento comprende el paso de insertar una lámina separadora entre la fibra impregnada con la matriz y la membrana separadora. Preferentemente, la película 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 película de separación actúa como una capa antiadherente y, después de enfriar la fibra impregnada en la matriz, permite una fácil separación de la membrana de separación de la fibra impregnada en la matriz.

Para poder liberar la fibra curada impregnada de matriz del molde interior con la misma facilidad después de enfriarse, el procedimiento comprende, según una realización preferida, el paso de aplicar, en particular pulverizar, un agente desmoldante al molde interior y/o exterior antes de la introducción de la fibra impregnada de matriz.

Según un perfeccionamiento adicional preferente, se proporciona una prensa que tiene el molde interior y el molde exterior, en particular una prensa de marco en C, y/o el procedimiento comprende la etapa, tras la inserción de la membrana de separación, de arriostrar el molde interior y el molde exterior uno contra otro hasta que se forma el espacio del molde. El molde exterior y el molde interior están preferentemente configurados para que el espacio del molde sea hermético a la presión después de la sujeción. La prensa tiene preferentemente un marco de prensa, en particular un marco en C, que tiene una pata en C superior horizontal, una pata en C inferior horizontal y una base en C vertical que conecta la pata en C superior y la pata en C inferior.

El molde interior se apoya preferentemente en una posición fija en la pata C horizontal inferior como herramienta inferior y el molde exterior se apoya mediante un cilindro de prensa en la pata C superior como herramienta superior de tal manera que el molde interior y el molde exterior puedan sujetarse uno contra otro accionando el cilindro de prensa hasta que se forme el espacio del molde. El marco en C es preferentemente de construcción en forma de bastidor, por lo que varios marcos de prensa de diseño en forma de C y conectados entre sí pueden proporcionarse uno detrás del otro en la dirección longitudinal. Los marcos de prensa individuales están preferentemente conectados entre sí con elementos de sujeción. Además de la prensa de pistón superior descrita anteriormente, en la que el cilindro de la prensa se apoya en la pata C superior, la prensa también puede diseñarse en un diseño de pistón inferior de modo que el molde interior pueda ser sujetado por los cilindros de la prensa contra el molde exterior proporcionado en la pata C superior.

El objetivo de la invención se consigue además mediante un dispositivo para fabricar un componente de un material compuesto de fibras, que tiene un molde interior de forma cilíndrica sobre el que se aplica una fibra impregnada con una matriz, una membrana separadora aplicada sobre la fibra impregnada con la matriz, un molde exterior de tipo cilíndrico, que descansa de forma estanca sobre el molde interior con la fibra impregnada con la matriz aplicada sobre él y la membrana separadora, de tal manera que se forma una cavidad, en particular una cavidad estanca a la presión, a lo largo de la superficie exterior del molde exterior, y un dispositivo de presión y de regulación de la temperatura de aceite térmico que está configurado para aplicar a la cavidad un aceite térmico que tiene una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y una presión superior a la presión ambiente, de tal manera que el aceite térmico actúa ejerciendo una presión sobre la membrana de separación. El dispositivo de presión y de regulación de la temperatura del aceite térmico está configurado preferentemente para aplicar el aceite térmico con la temperatura > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C a la cavidad de tal manera que el aceite térmico con la presión > 20 bares, > 30 bares o > 40 bares actúe sobre el diafragma 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.

Mediante el dispositivo propuesto es posible fabricar medios cascosde un fuselaje de avión en un diseño llamado "baguette" produciendo un casco superior y uno inferior de dicho fuselaje de avión una tras otra en el dispositivo. La fibra, que está impregnada en particular con una matriz termoplástica, está incrustada entre el molde interior y el molde exterior y es calentada por el aceite térmico por un lado y presurizada por otro, de modo que después del enfriamiento posterior se obtiene, por ejemplo, la parte del fuselaje del avión como componente. El dispositivo puede diseñarse como una prensa para lograr un movimiento preciso, es decir, la apertura y el cierre, de los moldes interiores y exteriores. El molde interior y el molde exterior están configurados preferentemente de manera que, al cerrar la prensa, los moldes se apoyan uno sobre otro en contacto en sus bordes y así sellan el espacio del molde formado por los moldes. De la misma manera, los moldes interiores y exteriores pueden ser envueltos o fijados de otra manera con cuerdas de tensión para formar el espacio del molde.

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

Dado que la presión es superior a la presión ambiente, > 20 bares, > 30 bares o > 40 bares, cuando el aceite térmico es batido a una temperatura superior al punto de fusión, > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C, y cuando el aceite térmico es posteriormente enfriado a < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C, preferentemente no hay ninguna fase sin presión durante la formación. La fibra, que está impregnada con la matriz termoplástica en particular, tiene preferentemente 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 procedimiento de fusión para la formación de la fibra, que está impregnada con la matriz termoplástica en particular. El dispositivo de presión y de regulación de la temperatura del aceite térmico comprende preferentemente un dispositivo de calentamiento, un dispositivo de enfriamiento y/o una bomba para calentar o enfriar el aceite térmico hasta las temperaturas mencionadas, para bombear el aceite térmico calentado que se introduce en la cavidad, para enfriarlo y volver a introducirlo en la cavidad enfriada, y/o para acumular la presión mencionada.

Según un perfeccionamiento preferente del procedimiento o del dispositivo descritos anteriormente, la fibra impregnada con la matriz comprende un casco de producto semiacabado preconsolidado y/o capas individuales preconsolidadas. La fibra impregnada en particular con la matriz de resina termoplástica puede también comprender un tejido de fibras y/o un entelado de fibras que están incrustados en la matriz de resina termoplástica. En el caso de los tejidos y de los entelados de fibras, las fibras pueden discurrir en ángulo recto entre sí para definir mejor las propiedades mecánicas como la rigidez, la resistencia y/o la expansión térmica en comparación con los materiales conocidos del estado de la técnica tales como las chapas de metal.

Existen básicamente diferentes posibilidades para el diseño del molde interior y/o del molde exterior. Según un perfeccionamiento adicional particularmente preferente del procedimiento descrito, así como del dispositivo, el molde interior y/o el molde exterior se configuran a partir de Invar, el molde interior y/o el molde exterior tienen una altura de cilindro o una extensión longitudinal de > 10 m y < 50 m, en particular > 10 m y < 15 m, y/o un diámetro de cilindro o una extensión transversal de > 3 m y < 10 m, en particular de 6 m. El Invar es una aleación de hierro y níquel con un coeficiente de expansión térmica muy bajo, por lo que un molde interior y/o exterior configurados de esta manera se caracterizan 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, el procedimiento o el dispositivo propuestos puede usarse para formar 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, tienen 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 preferente, que el molde interior y/o el molde exterior estén configuradas para formar un fuselaje de avión, un ala de avión o una hélice de avión. Para ello, el molde interior y/o el molde exterior se configuran preferentemente como moldes negativos, con lo que se puede formar un fuselaje completo de avión como carcasa superior e inferior o en secciones de fuselaje que deben unirse en un paso de fabricación posterior.

Breve descripción de los dibujos

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

Se muestra en los dibujos

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

Fig. 2 una sección del dispositivo que se muestra en la Fig. 1 con el molde interior y el molde exterior en una vista esquemática en sección

Descripción detallada de los ejemplos de realización

La Fig. 1 muestra un aparato en forma de prensa de bastidor en C para llevar a cabo un procedimiento de fabricación de un componente de avión a partir de una chapa orgánica como material compuesto de fibras. La prensa de bastidor en C tiene un marco de prensa configurado como un marco en C 2 con una pata en C superior horizontal 3, una pata en C inferior horizontal 4 y una base en C vertical 5 que conecta la pata en C superior 3 y la pata en C inferior 4 entre sí. La prensa es de construcción en forma de bastidor y comprende una pluralidad de bastidores de prensa 6 dispuestos uno detrás de otro en la dirección longitudinal de la prensa y cada uno configurado en forma de C y conectados entre sí.

Se proporciona un molde interior cilíndrico 7, apoyada en la parte inferior de la pata C 4. El molde interior 7 es convexo y tiene una sección transversal 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 interno 7 hay un molde exterior 8 que es congruente con el molde interior 7, es decir, también cilíndrico y cóncavo de manera correspondiente. Varios cilindros de presión, indicados por las flechas 9, se apoyan en los brazos C superiores 3 y actúan sobre el molde exterior 8. De esta manera, el molde exterior 8 puede ser movido en sentido vertical por los cilindros de la prensa en el sentido de un tirante, indicado por las flechas 9, para retirar el componente 1 del dispositivo configurado de esta manera, indicado por la flecha 10.

Con referencia a la sección del molde interior 7 y el molde exterior 8 dispuestos uno sobre otro, tal como se muestra en la Fig. 2 como una vista esquemática en sección, un agente desmoldante 10, indicado en la Fig. 2, es rociado primero en el molde interior 7 en la situación mostrada en la Fig. 1, en la que el molde exterior 8 está a una distancia del molde interior 7. A continuación se aplica una fibra impregnada con una matriz termoplástica, en particular una fibra de vidrio, una fibra de aramida y/o una fibra de carbono, sobre molde interior 7 configurado como un casco de producto semiacabado preconsolidado o en capas individuales preconsolidadas como una denominada chapa orgánica, de modo que la chapa orgánica 7 cubre toda la superficie exterior 12 del molde interior cilíndrico 7 hasta los bordes del molde interior 7.

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

El molde exterior 8 está entonces dispuesto sobre el molde interior 7 como se muestra en la Fig. 2, de tal manera que se forma una cavidad 15 entre la superficie exterior 14 del molde exterior 8. La cavidad se extiende así por toda la superficie exterior 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 de 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, formando la cavidad 15, el molde interior 7 y el molde exterior 8 se cierran herméticamente en los bordes de sus respectivas superficies laterales 12, 14 o descansan en contacto entre sí.

El dispositivo tiene un dispositivo de presión y de regulación de la tempertura del 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 ejerza una presión de unos 40 bares en el diafragma 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 circunferencial 14 del molde exterior 8, la presión de 40 bares actúa en cada punto del diafragma de separación 14a en la dirección de la normal a la superficie circunferencial 12 del molde interior 7 o en la dirección de la extensión de la fibra impregnada con la matriz 1 de resina termoplástica.

El aceite térmico 17 sirve, por lo tanto, como medio de presión y de calentamiento para ejercer una presión de consolidación constante en todos los lados, a través del diafragma separador 14a, sobre la fibra impregnada con la matriz termoplástica y para calentar de manera controlada y uniforme la fibra impregnada con la matriz 1 termoplástica. Después de un período de tiempo predeterminado, el aceite térmico 17 es enfriado por el dispositivo de presión y de regulación de la temperatura del aceite térmico 16 a una temperatura < 200 °C a presión constante para obtener el componente 1.

Para la introducción del aceite térmico 17 en la cavidad 15, se proporcionan 8 canales de alimentación diferentes 18 en el molde exterior, que se extienden radialmente a través del molde exterior 8. Para calentar o enfriar, se dispone de canales de calentamiento y/o de enfriamiento de extensión axial 19 en el molde interior 7 así como en el molde exterior 8, permitiendo el precalentamiento, el enfriamiento y/o el control de la temperatura del molde correspondiente. Un canal de vacío 20 provisto en el molde interior 7 y que se extiende radialmente a través del molde interior 7 permite que la superficie exterior 12 del molde interior 7 sea sometida a una presión negativa.

En el molde interior 7, hay previstos huecos 21, en los que, como puede verse en la Fig. 2, se insertan un larguerillo 22, a la izquierda, y un engrosamiento 23, a la derecha. Adyacentes a los respectivos huecos 21, se disponen varios canales de refrigeración 19 que bordean el respectivo hueco 19. Mientras que las superficies de contacto de la cubierta 23 o del larguerillo 22 pueden fundirse con el aceite térmico 17 y unirse con la fibra impregnada con la matriz 1 de resina termoplástica, los canales de refrigeración 19 dispuestos alrededor de la hendidura 21 sirven para enfriar el larguerillo 22 o el engrosamiento 23 de modo que permanezcan por debajo de una temperatura de ablandamiento.

Después del endurecimiento de la pieza moldeada 1, el molde exterior 8 puede ser levantado como se muestra en la Fig. 1 y la pieza moldeada 1 puede ser retirada del espacio del molde formado por el molde interior 7 y el molde exterior 8. El molde interior 7 y el molde exterior 8 pueden configurarse para formar la mitad del fuselaje de una aeronave, tal como se muestra en la Fig. 1, pero también es posible formar cualquier otra pieza, por ejemplo un ala o una hélice de aeronave, de una manera particularmente sencilla usando el procedimiento y el dispositivo propuestos.

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 particular puede usarse 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 usarse también de manera correspondiente en un ejemplo de realización de otra categoría.

Lista de símbolos de referencia

Componente, fibra impregnada con una matriz 1

Marco C 2

Pata C superior 3

Pate C inferior 4

Base C 5

Bastidor de prensa 6

Molde interior 7

Molde exterior 8

Flechas 9

Flecha 10

Agente desmoldeante 11 Superficie exterior (del molde interior) 12 Película separadora 13 Superficie exterior (del molde exterior) 14 Membrana de separación 14a Cavidad 15 Dispositivo de presión y regulación de la temperatura del aceite térmico 16 Aceite térmico 17 Canal de alimentación 18 canal de calefacción y/o de refrigeración 19 Canal de vacío 20 Hueco 21 Larguerillo 22 Engrasamiento 23

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para fabricar un componente (1) a partir de un material compuesto de fibras, que comprende los pasos de:

insertar un larguerillo (22), una cuaderna y/o un engrasamiento (23) en un hueco (21) de un molde interior cilíndrico (7),

colocar una fibra (1) impregnada con una matriz en el molde interior (7) de un espacio de moldeo formado entre el molde interior (7) y un molde exterior de tipo cilíndrico (8),

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

aplicar a la cavidad (15) un aceite térmico (17) con una temperatura superior al punto de fusión de la matriz y con 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 de:

aplicar a la cavidad (15) el aceite térmico (17) a la temperatura de > 250 °C, > 300 °C o > 400 °C, para que el aceite térmico (17) actúe sobre la membrana de separación (14a) a la presión de > 20 bares, > 30 bares o > 40 bares, y/o

después de un período de tiempo prefijado, enfriar el aceite térmico (17) a una temperatura de < 150 °C, < 200 °C o < 250 °C.

3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende el paso de:

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

aplicar una presión negativa a la superficie exterior (12) del molde interior (7).

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

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

6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, que comprende el paso de:

introducir una película separadora (13) entre la fibra impregnada con la matriz (1) y la membrana separadora (14a), y/o

aplicar, en particular pulverizar, un agente desmoldante (11) sobre el molde interior (7) y/o el molde exterior (8) antes de la introducción de la fibra impregnada con la matriz (1)

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

8. Dispositivo para fabricar un componente (1) a partir de un material compuesto de fibras, con

un molde interior cilíndrico (7) con un hueco (21), un larguerillo (22), una cuaderna y/o un engrosamiento (23), y con una fibra (1) impregnada con una matriz, en donde el larguerillo (22), la cuaderna y/o el engrosamiento (23) se aplican en el hueco (21) del molde interior cilíndrico (7) y la fibra impregnada con la matriz (1), una membrana de separación (14a) aplicada a la fibra impregnada con la matriz (1),

un molde exterior de forma cilíndrica (8) que descansa de manera estanca sobre el molde interior (7) con la fibra impregnada en 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 exterior (14) del molde exterior (8), y

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

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

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

11. 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 a lo largo de la superficie exterior (14) un espesor de > 1 mm y < 10 mm, en particular de > 2 mm y < 5 mm, y/o la cavidad (15) tiene el mismo espesor en cada punto de la membrana de separación (14a).

12. Procedimiento o dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la fibra impregnada con la matriz (1) comprende un casco de producto semielaborado preconsolidado y/o capas individuales preconsolidadas.

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

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