ES2837723T3 - Preforma y método para reforzar nodos con fibra tejida - Google Patents

Abstract

Una preforma (30a, 50, 90) reforzada que comprende: cuatro elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos, en la que un nodo (39a, 59) reforzado común consiste en los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51 -58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos estando unidos por los bordes y dispuestos radialmente alrededor y extendiéndose desde el nodo (39a, 59) común, en la que al menos una fibra de refuerzo de cada uno de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela se teje a través del nodo (39a, 59) común y en al menos otro de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51- 58) de refuerzo de pata de tela, y caracterizada porque dos de los elementos de refuerzo de pata de tela normalmente tejida son sustancialmente colineales y descansan sustancialmente sobre una misma superficie curvada y tienen una curvatura fuera del plano a lo largo de la longitud de la preforma reforzada.

Description

DESCRIPCIÓN

Preforma y método para reforzar nodos con fibra tejida

Campo de la invención

La presente invención se relaciona con estructuras reforzadas con fibras. Más específicamente, la presente invención se relaciona con preformas reforzadas con fibras con componentes planos que se cruzan a lo largo de un borde de al menos uno de los componentes. Más específicamente aún, la presente invención se relaciona con un método para fabricar preformas tejidas que tienen nodos o juntas reforzados con fibras y estructuras fabricadas a partir de dicho método. El método se puede utilizar en la fabricación de preformas para la producción de estructuras en forma de rejilla.

Antecedentes de la invención

Las estructuras de material compuesto reforzadas con fibra a menudo requieren que dos o más elementos se unan a lo largo de un borde de al menos uno de los elementos para formar una junta o nodo. Por ejemplo, una estructura puede tener elementos planos tejidos reforzados con fibras dispuestos en ángulos de intersección de modo que los elementos se intersequen a lo largo de un borde de al menos uno de los elementos. Una estructura puede incluir elementos planos no tejidos, por ejemplo, láminas o placas de metal, o paneles cerámicos o paneles de otra composición, que se cruzan a lo largo de al menos un borde.

La unión de elementos que se cruzan puede ser útil en la producción de estructuras en forma de rejilla o paneles de material compuesto o revestimientos con nervaduras de refuerzo. En tales casos, puede ser deseable o necesario proporcionar una unión entre los elementos a lo largo de la línea de intersección. Un método para lograr tal unión es formar el segundo elemento que se unirá a un primer elemento más largo de lo necesario. El material sobrante del segundo elemento se pliega en paralelo a y se ubica adyacente al primer elemento de manera que una porción del segundo elemento se superpone a una porción del primer elemento para formar una sola junta de solapa con las porciones superpuestas. Las porciones superpuestas pueden fijarse entre sí por medios mecánicos, tales como sujetadores roscados o remaches, o medios químicos, tales como adhesivos o resinas como se conoce en la técnica. Muchas aplicaciones típicas se basan en adhesivos o resinas para unir los elementos.

En algunos casos, el segundo elemento adopta una forma de L general con una pata de la L (ya sea la pata vertical u horizontal) paralela y adyacente al primer elemento. Al formar una estructura en forma de rejilla, se pueden formar una serie de elementos primero y segundo que se intersectan como se describió anteriormente para formar la estructura deseada en forma de rejilla. En algunas estructuras en forma de rejilla, los primeros elementos pueden disponerse en filas paralelas con los segundos elementos que se intersectan dispuestos según sea necesario. Entre los primeros elementos adyacentes, los segundos elementos pueden adoptar una forma de C general con segmentos superior e inferior aproximadamente lineales y paralelos, y un segmento medio entre los segmentos superior e inferior y mutuamente perpendiculares a los mismos. Se puede obtener un resultado similar con un segundo elemento en forma de Z general con segmentos superior e inferior aproximadamente lineales paralelos entre sí y perpendiculares a un segmento medio generalmente lineal. En algunos casos, el segmento medio puede no ser perpendicular a los segmentos superior e inferior. En cualquier forma, los segmentos superior e inferior del segundo elemento pueden fijarse a primeros elementos adyacentes formando una estructura en forma de rejilla.

De acuerdo con métodos conocidos, el nudo o junta entre los elementos primero y segundo está formado por una junta de cizallamiento de solapa individual paralela a los primeros elementos. La junta de cizallamiento de solapa individual proporciona la integridad estructural del nodo con la resistencia del nodo dependiendo de los medios utilizados para unir los elementos primero y segundo. Las cargas transferidas de un elemento a otro a través del nodo pasan necesariamente por la unión entre los elementos.

Un inconveniente asociado con los nodos formados por juntas de cizallamiento de solapa individuales es que la resistencia de la junta está determinada por la resistencia de la junta de solapa entre las porciones superpuestas. Debido a que los elementos permanecen estructuralmente separados, las tensiones aplicadas a, o transferidas a, las intersecciones son típicamente llevadas por el adhesivo únicamente. Por lo tanto, la resistencia de la junta depende de la resistencia del adhesivo, que en la mayoría de los casos es menor que la resistencia de los elementos reforzados con fibra. La diferencia en resistencia puede ser significativa. Las juntas que se basan únicamente en el adhesivo suelen ser el punto débil de la estructura.

Además de la poca resistencia en los nodos, los métodos actuales para fabricar una estructura en forma de rejilla requieren un trabajo manual significativo para ubicar piezas individuales de tela tejida en un molde y envolver porciones del molde con la tela para formar la porción de celda abierta de la rejilla.

El documento US 2002/0192450 A1 divulga una arquitectura de tejido tridimensional. El documento US 5,026,595 divulga un relleno de brechas tejido para su uso en el tendido de unidades estructurales de plástico compuesto.

La presente invención aborda las deficiencias de la técnica anterior proporcionando una preforma que comprende un nodo reforzado y un método de fabricación de una estructura de material compuesto con una junta o nodo reforzado entre elementos utilizando la preforma reivindicada. La invención también proporciona un método para fabricar estructuras en forma de rejilla con nodos reforzados que requiere menos mano de obra y es menos costoso que los métodos anteriores.

La cita o identificación de cualquier documento en esta solicitud no es una admisión de que tal documento esté disponible como técnica anterior a la presente invención.

Resumen de la invención

La presente invención proporciona una preforma reforzada, estructuras de material compuesto y un método para formar una preforma reforzada como se define en las reivindicaciones 1 a 9.

De acuerdo con aspectos de esta invención, se presenta una preforma tejida que comprende múltiples patas entrelazadas a través de una línea de intersección común, formando la línea de intersección un nudo o junta reforzada. (Para los propósitos de esta descripción, "nodo" y "junta" se usan indistintamente a menos que el contexto indique lo contrario). Las patas están normalmente tejidas y dispuestas sustancialmente de manera radial alrededor del nudo y dirigidas hacia afuera desde el mismo. La preforma puede incluir una preforma de fibra seca que se une con otras preformas secas y se convierte en una estructura de material compuesto usando técnicas conocidas, tales como moldeo por transferencia de resina. La preforma también puede incluir tela preimpregnada que se puede unir con otra tela o telas y curar para formar una estructura de material compuesto. La preforma también puede incluir un elemento de material compuesto curado que se puede unir a otros elementos de material compuesto para formar una estructura de material compuesto.

De acuerdo con realizaciones de esta invención, se forma un nodo reforzado que incluye una o más fibras entretejidas entre dos o más patas y tejidas a través del nodo o junta. Las preformas pueden ser útiles para fabricar, entre otras cosas, estructuras en forma de rejilla que podrían, por ejemplo, usarse como paletas de inversión de empuje o cascadas, como se puede encontrar en las turbinas de gas usadas en la industria aeroespacial. Las preformas también pueden ser útiles en la fabricación de revestimientos o paneles de material compuesto reforzados. Otras aplicaciones resultarían obvias para un experto en la técnica.

De acuerdo con una realización a manera de ejemplo de la invención, se proporciona una preforma tejida que comprende una pluralidad de patas entretejidas a través de una línea común de intersección que forma una junta o nudo reforzado. Las preformas tejidas de acuerdo con este ejemplo no limitativo se pueden unir con otras preformas similares para formar una estructura en forma de rejilla con juntas o nodos reforzados. Al ubicar una porción de una o más patas de una primera preforma paralela y adyacente a, y en contacto colindante con, una porción de una o más patas de una segunda preforma similar, y repitiendo el patrón, se puede formar una estructura en forma de rejilla con fibras de refuerzo que atraviesan el nodo y patas de preformas adyacentes unidas entre si.

De acuerdo con algunas realizaciones, al menos una de las patas puede tener un grosor uniforme a lo largo de su longitud tomada desde el nodo común hasta el extremo libre de cada pata. En otras realizaciones, al menos un lado de al menos una pata puede ahusarse a lo largo de su longitud desde el nodo común hasta el extremo libre o la punta de la pata. En otras realizaciones más, ambos lados de al menos una pata pueden ahusarse a lo largo de la longitud de la pata desde el nodo común hasta el extremo libre o la punta de la pata.

En un ejemplo no limitativo, se puede usar un telar convencional para producir una primera preforma alargada que tiene cuatro elementos o patas comúnmente tejidos dispuestos en forma cruciforme cuando se ven perpendiculares a la longitud (es decir, a lo largo del eje longitudinal). Una segunda preforma de tamaño y forma similar puede producirse por separado o cortarse de la primera preforma. Las dos preformas pueden disponerse con los ejes longitudinales generalmente paralelos y orientados de manera que una pata o elemento de la primera preforma sea paralelo a una pata o elemento de la segunda preforma y los elementos paralelos se superpongan al menos parcialmente y colinden. En tal disposición, las dos preformas cruciformes están configuradas de manera que cuatro elementos son paralelos y generalmente coplanares. Estos pueden representarse, por ejemplo, como los elementos horizontales de las dos preformas cruciformes.

Los otros dos elementos de cada preforma son perpendiculares a los elementos coplanares, paralelos entre sí y separados. En este ejemplo, estos estarían representados por cuatro elementos verticales.

Juntas, las dos preformas cruciformes comprenden un primer subensamblaje de estructura de material compuesto.

Un segundo subensamblaje, de tamaño, forma y configuración similares, se puede ubicar de modo que dos de los elementos verticales del segundo subensamblaje se superpongan al menos parcialmente y colinden con dos elementos verticales del primer subensamblaje. Así ubicadas juntas, cuatro preformas cruciformes forman una celda completa (central) de una rejilla de 3 x 3. En este ejemplo, la rejilla puede parecerse a una rejilla de tic-tac-toe. Las celdas de la rejilla perimetral no están completamente cerradas, con las celdas de las esquinas teniendo dos lados en su lugar y las cuatro celdas internas teniendo tres lados en su lugar. A partir de esta configuración básica, se pueden añadir preformas cruciformes adicionales para encerrar al menos algunas de las celdas parcialmente formadas para aumentar el tamaño de la rejilla según se desee.

La rejilla de preforma se puede procesar posteriormente en una estructura de material compuesto a través de métodos conocidos dependiendo de la composición de la preforma. Por ejemplo, si la preforma está compuesta de fibras secas, se puede utilizar un proceso tal como el moldeo por transferencia de resina para introducir una resina en la preforma y curar para formar una estructura de material compuesto. Una preforma compuesta de componentes preimpregnados puede curarse conjuntamente bajo condiciones apropiadas para unir las preformas para formar una estructura de material compuesto. Se puede formar una rejilla ensamblada a partir de componentes de material compuesto completamente curados en una estructura de material compuesto proporcionando un material de unión apropiado a las porciones superpuestas de los elementos y curando el material de unión. Se pueden usar otros métodos conocidos de construcción de estructuras de material compuesto dependiendo de la composición de la preforma, los requisitos de la estructura de material compuesto u otras preocupaciones.

De acuerdo con otros ejemplos no limitantes, puede formarse una primera preforma alargada que tenga menos de cuatro elementos, por ejemplo, tres elementos, o más de cuatro elementos, por ejemplo, cinco elementos. En algunos casos, se puede usar un telar convencional para producir la tela tejida para las preformas. En algunas realizaciones, las preformas, cuando se ven en una sección transversal perpendicular a la longitud, tendrían un nodo común situado en el centro desde el cual cada uno de los elementos se extiende radialmente.

Las preformas pueden ser lineales en la dimensión de la longitud o pueden ser curvilíneas. Las preformas lineales producirían un nodo lineal, mientras que una preforma curvilínea produciría un nodo con una curvatura en una o más direcciones cuando se ve a lo largo de la intersección. Cualquiera de las preformas se puede ensamblar para formar una estructura similar a una rejilla utilizando procesos similares.

Otro ejemplo de realización de la presente invención se refiere a una preforma reforzada que comprende patas entrelazadas dispuestas en pares de patas adyacentes que tienen una línea de intersección común y un refuerzo comúnmente tejido, formando un nodo reforzado. Los pares de patas múltiples pueden tejerse de modo que se entrelacen fibras de refuerzo entre las patas individuales en un par, así como entre una o más patas o pares de patas adicionales. El nodo se forma entre los pares de patas entrelazadas en la línea común de intersección e incluye fibras de refuerzo entrelazadas entre las patas.

Los pares de patas pueden ser sustancialmente planos y paralelos, separados entre sí formando un vacío y configurados para aceptar un elemento plano en el vacío formado entre las patas. Para los propósitos de esta divulgación, un "elemento" puede ser una tela tejida o una estructura de tela tejida que se combina con otros componentes, elementos o preformas de tela tejida, a través de procesos conocidos, para formar una estructura de material compuesto, o estructuras no tejidas tales como láminas o placas metálicas, o paneles, tales como paneles de cerámica o paneles de otros materiales. Si están tejidos, los "elementos" pueden ser telas o preformas de fibras secas, telas o preformas preimpregnadas, elementos de material compuesto curados o de otras composiciones conocidas, dependiendo del uso particular y la etapa en el proceso de fabricación.

Por ejemplo, una preforma que tiene seis patas dispuestas en tres pares de patas adyacentes puede aceptar tres elementos planos, uno entre cada par de patas. En este ejemplo no limitativo, la preforma proporciona los tres elementos planos que se cruzan en una junta o nodo, con refuerzo de fibra a través del nodo. Del mismo modo, ocho patas dispuestas en cuatro pares de patas podrían aceptar cuatro elementos. Los pares de patas pueden estar espaciados equidistantes alrededor del nodo o pueden estar espaciados de manera desigual según sea necesario.

De manera similar, los pares de patas pueden ser sustancialmente no planas con superficies enfrentadas paralelas localmente, separadas entre sí formando un vacío, y configuradas para aceptar un elemento no plano de forma similar en el vacío formado entre las patas. Al menos las superficies orientadas hacia el interior de las dos patas en un par tienen contornos generalmente coincidentes, pero opuestos. Es decir, si la superficie de cara hacia el interior de una primera pata es cóncava en un punto particular, una ubicación correspondiente sobre la superficie de cara hacia el interior de la segunda pata tendría una curvatura similar en grado, pero opuesta en sentido, es decir, convexa en ese punto. Por lo tanto, el paralelismo, o casi el paralelismo, entre las superficies orientadas hacia el interior de las patas en un par se mantiene sustancialmente en todos los puntos.

Como ejemplo no limitativo, en un elemento de tela tejida que tiene dos superficies principales paralelas (a diferencia de las superficies de los bordes), las superficies principales pueden tener una curvatura simple, variable o compleja, donde la curvatura de un lado de la tela es la inversa del otro lado, manteniendo el paralelismo localizado de las caras del elemento. Es decir, si una superficie tiene una curvatura cóncava en una ubicación particular, la ubicación correspondiente sobre el lado opuesto de la tela tiene necesariamente una curvatura convexa. El elemento puede tener curvaturas que cambian constantemente sobre la superficie de la tela.

Un par de patas configurado para recibir una porción de un elemento no plano tendría un contorno y una configuración sustancialmente iguales a la porción del elemento que se va a recibir. Cuando se ensamblan tales preformas curvilíneas, las patas en la estructura de la preforma tendrían líneas curvas de intersección, con curvatura en una o más direcciones.

Independientemente de la planicidad de los elementos y pares de patas, una estructura de preforma que comprende uno o más pares de patas de preforma y uno o más elementos puede procesarse en una estructura compuesta usando métodos similares a los discutidos anteriormente. Los pares de patas y los elementos asociados pueden curarse, curarse conjuntamente o unirse para producir una estructura de material compuesto. La interfaz entre la preforma y el elemento puede comprender una junta de cizallamiento de solapa simple o doble.

De acuerdo con las realizaciones del método inventivo, se divulga un proceso en el que se pueden fabricar estructuras en forma de rejilla con nodos reforzados en un proceso más económico que el conocido anteriormente. El método es adecuado para su uso con preformas conformadas como se discutió anteriormente, es decir, las preformas pueden tener una forma cruciforme cuando se ven a lo largo de su longitud, y la longitud: es curvilínea. El proceso puede incluir un molde o forma (típicamente denominada "herramienta" o "herramental") conformada y configurada para corresponder con la forma deseada del producto terminado.

Las preformas de acuerdo con la invención se pueden fabricar a partir de fibras que tienen un recubrimiento capaz de curarse. Alternativamente, se puede añadir un recubrimiento adecuado a la preforma antes de la fabricación de la estructura en forma de rejilla. Los ejemplos no limitantes de preformas que pueden curarse incluyen preformas tejidas a partir de fibras recubiertas con encolado o adhesivos antes del tejido, adhesivos aplicados a la preforma después del tejido y preformas preimpregnadas con un material de resina.

Las preformas se pueden usar como insertos en un molde de tamaño y forma apropiados. Los insertos que se utilizarán se pueden cortar hasta casi una forma de red antes de insertarlos en el molde, o se pueden recortar mientras están en el molde. En el molde, los insertos pueden ubicarse en cavidades de forma apropiada provistas dentro de la herramienta o molde con porciones de preformas adyacentes superpuestas y colindantes entre sí.

También se pueden ubicar materiales adicionales dentro del molde según se requiera. El molde, las preformas y cualquier material adicional insertado pueden precalentarse en el molde. Puede inyectarse una resina o material de matriz bajo condiciones apropiadas, incluyendo presión y temperatura, para solidificar la estructura en forma de rejilla. Después del procesamiento adecuado, la estructura en forma de rejilla se puede quitar del molde y recortar al tamaño final según sea necesario.

De acuerdo con las realizaciones de esta invención, se proporciona una preforma reforzada que comprende una pluralidad de elementos de tela comúnmente tejidos unidos por los bordes y que se extienden radialmente desde un nodo común en el que al menos una fibra de refuerzo de cada una de la pluralidad de elementos se teje a través del nodo y en al menos otro de la pluralidad de elementos. En algunas realizaciones, al menos uno de los elementos de tejido comprende superficies principales generalmente paralelas. En otras realizaciones, al menos una de las superficies principales se estrecha desde el nodo hasta el extremo del elemento. En algunas realizaciones, los elementos de tela están dispuestos en pares de elementos adyacentes de tal manera que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas de los elementos están separadas una distancia y forman un vacío entre ellas.

En algunas realizaciones de la invención, se proporciona una estructura de material compuesto, o generalmente una estructura, que comprende una pluralidad de preformas, cada una de las cuales comprende una pluralidad de elementos de tela comúnmente tejidos unidos por los bordes y que se extienden radialmente desde un nodo común con al menos una fibra de refuerzo de cada uno de la pluralidad de elementos tejidos a través del nodo y en al menos otro de la pluralidad de elementos. Cada una de la pluralidad de preformas incluye un eje longitudinal, y las preformas están dispuestas de manera que los ejes estén alineados generalmente en paralelo en un patrón similar a una rejilla. Un primer extremo de un elemento de tela tejida se superpone y colinda en al menos un primer elemento de tela tejida.

En realizaciones de la estructura, se proporcionan elementos que comprenden superficies principales en las que al menos una primera de la pluralidad de preformas comprende elementos adyacentes dispuestos en pares de modo que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas estén separadas una distancia y formen un vacío entre ellas. Se proporciona un elemento que se recibe al menos parcialmente dentro del vacío, superponiéndose a y colindando con al menos una porción de una de las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas del mismo. En algunas realizaciones, una segunda preforma de la pluralidad de preformas comprende elementos adyacentes dispuestos en pares de modo que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas estén separadas una distancia y formen un vacío entre ellas. Un segundo extremo del elemento está alojado al menos parcialmente dentro del vacío formado en la segunda preforma, superponiéndose a y colindando con al menos una de las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas.

Las realizaciones de un método para formar una estructura de material compuesto reforzada incluyen fabricar una primera preforma reforzada que comprende una pluralidad de elementos de tela comúnmente tejidos unidos por los bordes y que se extienden radialmente desde un nodo común en la que al menos una fibra de refuerzo de cada una de la pluralidad de elementos es tejida a través del nodo y en al menos otro de la pluralidad de elementos; fabricar una segunda preforma reforzada como la primera que comprende al menos un elemento; ubicar al menos una porción del elemento adyacente en al menos una porción de la primera preforma tejida para formar un ensamblaje de preforma; procesar el ensamblaje de preforma para formar una estructura de material compuesto.

En algunas realizaciones del método inventivo, los elementos de tela de la primera preforma tejida comprenden superficies principales. En otras realizaciones, la segunda preforma reforzada comprende además una pluralidad de elementos de tela comúnmente tejidos, que comprenden superficies principales, unidas por los bordes y que se extienden radialmente desde un nodo común en el que al menos una fibra de refuerzo de cada uno de la pluralidad de elementos se teje a través del nodo y en al menos otro de la pluralidad de elementos. En realizaciones, las preformas reforzadas primera y segunda tienen ejes longitudinales y están dispuestos con sus ejes longitudinales generalmente paralelos. Las preformas primera y segunda se ensamblan de modo que una porción de al menos una de las superficies principales de la primera preforma tejida se solape al menos parcialmente y colinde con una porción de al menos una de las superficies principales de la segunda preforma tejida.

Algunas realizaciones del método incluyen disponer al menos algunos de los elementos de tela de una primera preforma en pares de elementos adyacentes de manera que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas estén separadas una distancia y formen un vacío entre ellas; y ubicar al menos una porción del primer extremo del elemento de una segunda preforma dentro de uno de los vacíos formados en la primera preforma reforzada, superponiéndose a y colindando al menos con una porción de una de las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas.

Otras realizaciones incluyen disponer al menos algunos de los elementos de tela en pares de elementos adyacentes de manera que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas estén separadas una distancia y formen un vacío entre ellas; posicionar un primer extremo de un elemento tejido de manera que se reciba al menos parcialmente dentro del vacío formado en la primera preforma reforzada; y posicionar un segundo extremo del elemento de modo que sea alojado al menos parcialmente en uno de los vacíos en la segunda preforma reforzada, superponiéndose a y colindando con al menos una porción de una de las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas.

Se observa que en esta divulgación y particularmente en las reivindicaciones, términos tales como "comprende", "comprendido", "que comprende" y similares pueden tener el significado que se le atribuye en la ley de Patentes de Estados Unidos; por ejemplo, pueden significar "incluye", "incluido", "que incluye" y similares.

Estas y otras realizaciones se divulgan o son evidentes y están incluidas en la siguiente descripción detallada.

Breve descripción de los dibujos

La siguiente descripción detallada, dada a modo de ejemplo y sin la intención de limitar la invención a los detalles divulgados, se realiza junto con los dibujos adjuntos, en los que referencias similares indican elementos y partes parecidas o similares, y en los que:

La Fig. 1 es una vista en perspectiva de una estructura en forma de rejilla;

La Fig. 2 es una vista en perspectiva de un panel o revestimiento reforzado;

Las Figs. 3a - 3c son vistas axiales de elementos que se pueden utilizar en la estructura en forma de rejilla de la Fig. 1 o el panel reforzado de la Fig. 2;

La Fig. 4 es una vista axial de una preforma reforzada tejida de acuerdo con una realización de la divulgación; La Fig. 5 es una vista axial de una preforma reforzada tejida de acuerdo con una realización de la divulgación; La Fig. 6 es una vista axial de una preforma reforzada tejida de acuerdo con una realización de la divulgación; La Fig. 7 es una vista axial de una preforma reforzada tejida de acuerdo con una realización de la invención; La Fig.8 es una vista en perspectiva de una preforma reforzada tejida de acuerdo con una realización de la invención; La Fig. 9 es una vista en planta de una estructura de preforma tejida reforzada de acuerdo con una realización de la divulgación;

La Fig. 10 es una vista en planta de una estructura de preforma tejida reforzada de acuerdo con una realización de la invención;

La Fig. 11 es una vista en planta de una estructura de preforma reforzada de acuerdo con una realización de la invención;

La Fig. 12 es una vista en perspectiva de una estructura en forma de rejilla hecha de acuerdo con una realización de la invención;

La Fig. 13 es una vista en perspectiva de elementos de molde que retienen y dan forma a una preforma tejida reforzada antes de la formación de una estructura de material compuesto;

La Fig. 14 es una vista en perspectiva de una estructura de material compuesto producida por los elementos de molde y la preforma de la Fig. 13;

La Fig. 15 es una estructura reforzada de acuerdo con una realización de la invención;

La Fig. 16 es una vista axial de una preforma tejida reforzada de acuerdo con una realización de la invención; and

Fig. 17 es una vista en planta de una estructura de preforma tejida reforzada que comprende la preforma reforzada tejida de la Fig. 16.

Descripción detallada

A continuación se describen realizaciones de la invención con referencia a los dibujos adjuntos que representan realizaciones de preformas de refuerzo tejidas y estructuras de material compuesto producidas a partir de las mismas. Sin embargo, debe entenderse que la aplicación de la invención abarca otras preformas de refuerzo y no se limita a las ilustradas. Además, la invención no se limita a las realizaciones representadas y los detalles de las mismas, que se proporcionan con fines ilustrativos y no limitativos.

Las estructuras de material compuesto a menudo incluyen detalles que requieren que los elementos se unan a lo largo de sus bordes. La Fig. 1 ilustra una estructura 1 de material compuesto en forma de rejilla abierta que incluye primeros elementos 10 tejidos que se cruzan con los segundos elementos 12 tejidos y se unen a ellos. En la línea 14 de intersección, uno de los elementos, 12 por ejemplo, está interrumpido a lo largo de su longitud a medida que cruza un elemento, 10 en este ejemplo. La línea 14 de intersección a menudo se denomina nodo o junta. Entre pares adyacentes de primeros elementos 10 y segundos elementos 12 adyacentes, se forma una celda 11. Como se ilustra, la celda 11 es sustancialmente rectangular, pero puede tener una forma diferente dependiendo del uso pretendido u otros requisitos.

La Fig. 2 ilustra una estructura 2 de material compuesto que comprende un revestimiento o panel 16 reforzado o endurecido por elementos 10, 12 ubicados adyacentes a al menos una superficie del panel 16 y dispuestos para intersectarse en el nodo o junta 14.

Las estructuras de material compuesto como las ilustradas en las Figs. 1 y 2 se fabrican típicamente a partir de varios primeros elementos 10 tejidos, por ejemplo, de longitud suficiente para abarcar una dimensión de la estructura deseada, W en este ejemplo. Varios segundos elementos 12 tejidos se fabrican en formas geométricas para encajar entre los primeros elementos 10 adyacentes. Los segundos elementos 12 se pueden fabricar en formas de L, C o Z con segmentos 18a y 18b horizontales y verticales generalmente lineales, respectivamente, como se ilustra en las Figs. 3a - 3c. Los segmentos 18a generalmente horizontales se fijan típicamente a una porción del primer elemento, o elementos, 10. Los nodos o juntas 14 se forman en la línea de intersección de los elementos 10, 12. Los elementos 10, 12 se procesan en ensamblajes de material compuesto utilizando procesos conocidos.

Debido a que los elementos 10, 12 son elementos estructuralmente separados, ninguna fibra común a ambos elementos atraviesa el nodo 14. Estructuralmente, el nodo 14 a menudo se convierte en el punto débil de la estructura. Las cargas aplicadas a la estructura 1,2 de material compuesto o a un elemento 10, 12 se pueden transferir a lo largo de un elemento a un nodo 14. La capacidad de carga del nodo depende típicamente del método de unión empleado, y normalmente está limitada por el sistema adhesivo utilizado en el método de unión. Las cargas que exceden la capacidad de carga del nodo pueden provocar fallas en la estructura 1, 2, en el nodo, lo que a menudo resulta en fallas catastróficas.

A menudo es deseable proporcionar un nodo entre los elementos 10, 12 de intersección que sea capaz de transferir cargas mayores que las técnicas conocidas de construcción de nodos. La presente invención proporciona un nodo que incluye al menos una fibra que lo atraviesa. La fibra o fibras que atraviesan el nodo aumentan la capacidad de carga del nodo al complementar la resistencia de carga de la unión entre los elementos.

De acuerdo con realizaciones de la divulgación, una preforma 20 reforzada tejida comprende una pluralidad de patas 22-26 de tela tejidas entre sí como láminas unidas comúnmente por los bordes y que se cruzan en el nodo 29 reforzado como se ilustra en la Fig. 4. Como se ilustra, las patas 22-26 se tejen entre sí en una línea de intersección que forma el nodo 29 como parte de una tela y se pueden tejer usando técnicas conocidas. Utilizando técnicas de tejido conocidas, la preforma 20 puede tejerse sustancialmente en cualquier longitud, siendo la longitud perpendicular a la vista de la Fig. 4.

Al tejer la preforma 20 reforzada tejida, se teje al menos una fibra de refuerzo entre cada una de las patas de manera que cada pata comparte una fibra de refuerzo tejida con al menos otra pata. Por ejemplo, la pata 22 puede tener al menos una fibra común tejida con la pata 24. La pata 24 puede tener al menos una fibra común con la pata 26, y la pata 26 puede tener al menos una fibra común con la pata 22.

Como se ilustra, las patas 22-26 comprenden superficies 22a, 22b, 24a, 24b, 26a, 26b principales que no son paralelas y se estrechan sustancialmente de manera uniforme a lo largo de la longitud, ahusándose desde el nodo 24 hacia afuera. En realizaciones alternativas, las superficies de las patas pueden ser sustancialmente paralelas, formando patas de espesor uniforme a lo largo de su longitud, o pueden estar ahusadas en un solo lado. Las patas 22-26 se ilustran espaciadas uniformemente alrededor del nodo 29 sólo para facilitar la ilustración. Las patas se pueden colocar en cualquier posición angular alrededor del nodo 29 según sea deseable.

Las realizaciones alternativas pueden tener más de 3 patas espaciadas radialmente alrededor del nodo. En la Fig. 5 se ilustra una realización a manera de ejemplo no limitativa de una preforma alternativa en la que una preforma 30 tejida reforzada comprende 4 patas 32-38, unidas por los bordes y espaciadas radialmente alrededor del nodo 39. Las patas 32-38 pueden comprender superficies 532a, 532b, 534a, 534b, 536a, 536b, 538a y 538b principales. Las patas pueden ser ahusadas en uno o ambos lados como se ilustra en la Fig. 5, o pueden tener un espesor uniforme a lo largo de su longitud como se describe anteriormente.

Las realizaciones de la presente preforma tejida reforzada pueden comprender patas similares a las descritas anteriormente, dispuestas en pares ubicadas radialmente alrededor del nodo. Las patas individuales de un par pueden diferir entre sí, por ejemplo, pueden tener diferentes dimensiones, tal como el espesor T, la longitud en la dirección del nodo o el ancho W radialmente desde el nodo 49, como se muestra en la Fig.6.

Como ejemplo no limitativo de una preforma con pares de patas, la Fig. 6 ilustra una preforma 40 que comprende 6 patas 42, 43, 44, 45, 46, 47 dispuestas como 3 pares de patas unidas por los bordes y dispuestas radialmente alrededor del nodo. 49. Cada par de patas comprende 2 patas adyacentes dispuestas sustancialmente paralelas entre sí y separadas una distancia d que forma un vacío. Cuando se teje entre pares de patas (42, 43), (44, 45), (46, 47), la fibra de refuerzo puede tejerse entre las patas adyacentes, es decir, una fibra puede tejerse desde la pata 43 hasta la pata 44, por ejemplo. Alternativamente, una fibra de refuerzo puede tejerse desde una pata, evitar una o más patas y tejerse en una siguiente pata. Las fibras de refuerzo se pueden tejer desde una pata en un par hasta otra pata en otro par. Por ejemplo, una fibra de refuerzo puede tejerse entre una pata en un par, por ejemplo, la pata 42 (o 43), puede tejerse con la pata 45 (o 46), saltando así la pata 44 adyacente. Cuando se teje entre las patas, la fibra de refuerzo pasa a través del nodo 49.

En la Fig. 7 se ilustra una realización similar en la que una preforma 50 reforzada comprende 8 patas unidas por los bordes, que comprenden 4 pares de patas separadas por una distancia d que forma un vacío entre las patas, los pares de patas dispuestos radialmente alrededor del nodo 59. Como se indicó anteriormente, una fibra puede tejerse desde una pata en un par y tejerse en una pata en otro par, pasando la fibra de refuerzo a través del nodo 59.

Los pares (42, 43), (44, 45), (46, 47) de patas se ilustran en las Figs. 6 y 7 separados por una distancia d, que forman un vacío o espacio entre las superficies de patas principales adyacentes enfrentadas opuestamente. Solo para facilitar la ilustración, el espacio ilustrado comprende un fondo plano unido a las caras de las patas en ángulo recto. Se prevé que la parte inferior del espacio formado entre las patas de un par no será plana, ni la parte inferior y los lados se unirán en un ángulo agudo. De acuerdo con la práctica típica de material compuesto, se prevé que la mayoría de las esquinas interiores y exteriores no serán agudas o cuadradas, sino redondeadas. Las esquinas de las ilustraciones se dibujan agudas solo para facilitar la ilustración.

Las superficies 42a, 42b (Fig. 6) y 51a, 51b (Fig. 7) principales de patas a manera de ejemplo se ilustran como planas y sustancialmente paralelas sólo para facilitar la ilustración. En las realizaciones mostradas, las patas 42-47 (Fig. 6) y 51-58 (Fig. 7) tienen un espesor sustancialmente uniforme. Como en otras realizaciones de la invención, las patas de las realizaciones ilustradas en las Figs. 6 y 7 pueden comprender superficies no paralelas y, por lo tanto, patas que se ahúsan a lo largo de su longitud.

Las preformas pueden tener un nodo lineal a lo largo de la preforma. Es decir, el nodo puede formar una línea recta, o sustancialmente recta, a lo largo de la preforma. Por ejemplo, las preformas 20, 30, 40 y 50, mostradas en la vista de extremo en las Figs. 4-7, puede extenderse perpendicular al plano de la página a lo largo de la preforma, produciendo una preforma lineal.

Alternativamente, las preformas de acuerdo con esta divulgación pueden tener una porción, o porciones, con una configuración curvilínea, o pueden ser completamente curvilíneas en su longitud. Es decir, la preforma se puede formar en, o puede asumir, una configuración curvilínea deseada, como se ilustra por la preforma 30a en la Fig. 8. En sección transversal, la preforma 30a es similar a la preforma 30 mostrada en la Fig. 5, con 4 elementos 32a-38a unidos por los bordes y espaciados radialmente alrededor del nodo 39a. Una diferencia es que los elementos 32a-38a de la Fig. 8 pueden tejerse para adaptarse a un grado de curvatura en el plano o fuera del plano. Como se ilustra, los elementos 34a y 38a son sustancialmente coplanarios y están curvados dentro de ese plano. Los elementos 32a y 36a son sustancialmente colineales y descansan sustancialmente sobre la misma superficie curva, mostrando los elementos una curvatura fuera del plano a lo largo de la longitud de la preforma.

Las preformas reforzadas de acuerdo con las realizaciones de esta invención se pueden ensamblar de diversas formas para formar estructuras en forma de rejilla que comprenden nodos reforzados. En algunas realizaciones, las preformas reforzadas pueden ensamblarse para proporcionar nodos reforzados en estructuras de material compuesto, por ejemplo, en la intersección de elementos. La Fig. 9 ilustra un ejemplo no limitativo de una estructura 60 de preforma tejida reforzada de acuerdo con una realización de la divulgación en la que una serie de preformas 70-75, cada una de las cuales comprende 3 patas de tela tejida, se ensamblan en una combinación a manera de ejemplo para formar una estructura de material compuesto en forma de rejilla. Las diferentes formas de combinar preformas similares para formar una estructura similar resultarán obvias para un experto en la técnica.

La Fig. 9 es una vista en planta de una estructura 60 de preforma tejida de acuerdo con la divulgación, con las preformas 70-75 extendiéndose perpendicularmente al plano del papel.

De acuerdo con el ejemplo no limitativo de la Fig. 9, una estructura 60 de preforma tejida de acuerdo con la divulgación puede ensamblarse a partir de preformas 70-75 reforzadas, componiendo cada una tres patas, o elementos, como sigue. Una primera preforma 70 está dispuesta de manera que una pata 70a está orientada verticalmente y dirigida hacia arriba, una segunda pata 70c está orientada hacia abajo, por ejemplo, a la derecha de la pata vertical, y la tercera pata del triplete 70b está orientada hacia abajo, hacia la izquierda como se ilustra. Una segunda preforma 71 está dispuesta de manera que una pata 71b colinda con y se superpone sustancialmente a la pata 70c sobre el lado de 70c entre 70a y 70c (el "exterior" de la estructura 60 de preforma tejida). La pata 71a se extiende hacia arriba y hacia la derecha desde el nodo y la pata 71c está orientada hacia abajo desde el nodo, verticalmente y generalmente paralela a la pata 70. La preforma 72 está dispuesta con una pata 72b orientada sustancialmente verticalmente, colindando con y superponiéndose a sustancialmente la pata 71c al lado de 71c entre la pata 71b y 71c (el "interior" de la estructura 60).

La preforma 73 está dispuesta con la pata 73a orientada verticalmente hacia abajo, sustancialmente coplanar con la pata 70a. La pata 73c está orientada hacia arriba a la derecha, colindando con y superponiéndose sustancialmente a la pata 72c, hacia el lado de 72c que forma el interior de la estructura. La pierna 73b está orientada hacia arriba a la izquierda. La preforma 74 está dispuesta de forma similar a la preforma 72, desplazada a la izquierda de 72. La pata 74a está orientada verticalmente hacia arriba, la pata 74c está orientada hacia abajo a la derecha, colindando con y superponiéndose a sustancialmente la pata 73b al interior de la estructura. La pata 74b está orientada hacia abajo a la izquierda. La preforma 75 está dispuesta de una manera similar a la de la preforma 71, desplazada a la izquierda de la preforma 71. La pata 75b está orientada verticalmente hacia abajo colindando con y superponiéndose a sustancialmente la pata 74a al exterior de la estructura. La pata 75c está orientada hacia arriba, hacia la pata 70b derecha colindante y sustancialmente superpuesta. La pata 75a está orientada hacia arriba a la izquierda.

Así dispuestas, las preformas 70-75 forman una estructura 60 de preforma tejida que comprende una celda 13 sustancialmente hexagonal. Sería obvio para un experto en la técnica que la celda 13 única ilustrada en la Fig. 9 podría expandirse en una estructura en forma de rejilla combinando preformas adicionales, similar a 70-75, con la estructura de preforma ilustrada superponiéndose a y colindando con las patas de la preforma de manera similar, formando celdas hexagonales adicionales. Como se discutió anteriormente, la estructura se puede procesar adicionalmente para formar una estructura de material compuesto usando cualquiera de los métodos conocidos.

Las patas 70a-75c de tela tejida en la Fig. 9 se muestran como segmentos de línea para facilitar la ilustración solamente. En tal estructura, las patas de cada preforma tejida necesariamente tendrían un grosor. Se prevé que las patas 70a-75c de tela tejida pueden tener un grosor variable a lo largo de al menos algunas de las patas. Por ejemplo, las patas 70a-75c de la preforma tejida de la Fig. 9 pueden tener un grosor de pata uniformemente variable similar al ilustrado en la Fig. 4. Alternativamente, las patas de las preformas que comprenden la estructura 60 de la Fig. 9 también pueden ser de espesor uniforme.

Las patas superpuestas, por ejemplo, las patas 70c y 71b, pueden formar una sola junta de cizallamiento de solapa cuando la estructura 60 se cura en una estructura compuesta. Las patas que tienen un grosor variable, cuando se superponen, pueden formar una pata que tiene un grosor uniforme, o sustancialmente uniforme, a lo largo de su longitud. Como se ilustra en la Fig. 9, de acuerdo con una realización de la invención, las patas 70a-75c de las preformas 70-75 tejidas son sustancialmente de la misma longitud, de modo que las patas superpuestas pueden ser sustancialmente coextensivas. En algunas realizaciones, las patas superpuestas pueden no tener la misma longitud. Además, las patas 70a-75c pueden diferir en profundidad, tomadas perpendicularmente a la vista de la Fig.9.

En la Fig. 10, las preformas 80, 81, 82 y 83 reforzadas pueden ensamblarse para formar una estructura 62 de preforma tejida de acuerdo con otra realización de la invención. Las preformas 80-83 comprenden patas 80a-83d de tela tejida. Al igual que con la realización de la Fig. 9, las patas 80a-83d de la estructura 62 de preforma de la Fig. 10 se ilustran usando segmentos de línea solo para facilitar la ilustración. En tal estructura, las patas de cada preforma tejida necesariamente tendrían un grosor. Se prevé que las patas 80a-83d de tela tejida pueden tener un grosor variable a lo largo de al menos algunas de las patas. Por ejemplo, las patas 80a-83d de la preforma tejida de la Fig. 10 pueden tener un grosor de pata uniformemente variable similar al ilustrado en la Fig. 5.

De acuerdo con el ejemplo no limitativo de la Fig. 10, una estructura 62 de preforma tejida de acuerdo con la invención puede ensamblarse a partir de preformas 80-83 reforzadas, componiendo cada una cuatro patas, como sigue. Una primera preforma 80 está dispuesta con un par de patas 80a y 80c dispuestas verticalmente y coplanares, con patas 80b y 80d coplanares entre sí y perpendiculares a 80a, 80c. Es decir, 80b y 80d están orientadas horizontalmente, con 80b a la derecha de 80a, 80c. La preforma 81 puede disponerse de modo que las patas 81a y 81c sean coplanares y estén orientadas verticalmente de modo que 81a, 81c sean paralelas y desplazadas a la derecha de 80a, 80b. Las patas 81b y 81d coplanares están orientadas horizontalmente con la pata 81d colindando con y superponiéndose a sustancialmente la pata 80b al lado opuesto a la pata 80a (el "interior" de la estructura 62 de preforma tejida). Las preformas 83 y 82 están dispuestas de manera similar a las preformas 80 y 81, respectivamente, con 83 y 82 ubicadas debajo de 80, 81. Las patas 82a y 82c verticales son coplanares y están orientadas con la pata 82a colindando con y sustancialmente superpuesta a la pata 81c hacia el interior de la estructura. Las patas 83a y 83c verticales son coplanares y están orientadas con la pata 83a colindando con y sustancialmente superpuesta a la pata 80c hacia el exterior de la estructura. Las patas 82b y 82d horizontales son coplanares y paralelas a las patas 80b, 80d, 81b, 81d. Las patas 83b y 83d horizontales son coplanares y paralelas a las patas 80b, 80d, 81b, 81d, con la pata 83b colindando con y sustancialmente superpuesta a la pata 82d hacia el interior de la estructura.

Las patas superpuestas, por ejemplo, las patas 80b y 81d, pueden formar una sola junta de cizallamiento de solapa cuando la estructura 62 se forma en una estructura de material compuesto. Las patas que tienen un grosor variable, cuando se superponen, pueden formar una pata que tiene un grosor uniforme, o sustancialmente uniforme, a lo largo de su longitud. Como se ilustra en la Fig. 10, de acuerdo con una realización de la invención, las patas 80a-83d de las preformas 80-83 tejidas son sustancialmente de la misma longitud, de manera que las patas superpuestas pueden ser sustancialmente coextensivas. En algunas realizaciones, las patas superpuestas pueden no tener la misma longitud. Además, las patas 80a-83d pueden diferir en profundidad, tomadas perpendicularmente a la vista de la Fig.9.

Así dispuestas como en la Fig. 10, las preformas 80-83 forman una estructura 62 de preforma tejida que comprende una celda 11 sustancialmente rectangular. Sería obvio para un experto en la técnica que la celda 11 única ilustrada en la Fig. 10 podría expandirse en una estructura similar a una rejilla combinando preformas adicionales, similar a 80­ 83, con la estructura de preforma ilustrada superponiéndose a y colindando con las patas de la preforma de una manera similar. Como se discutió anteriormente, la estructura 62 de preforma puede procesarse adicionalmente para formar una estructura de material compuesto usando cualquiera de los métodos conocidos.

Las preformas curvilíneas se pueden ensamblar de manera similar para formar estructuras similares como se ilustra en la Fig. 10. Las preformas curvilíneas se pueden ensamblar, por ejemplo, como se ilustra en la Fig. 11, en la que dos preformas 30b y 30c, similares a la preforma 30a de la Fig. 8, se ensamblan en una configuración a manera de ejemplo antes de formar una estructura de material compuesto. Las preformas 30b y 30c tienen la misma curvatura, o sustancialmente la misma, de manera que los elementos o patas 34b y 38c se superponen y permanecen sustancialmente paralelos y colindantes sobre sus longitudes, que pueden ser coextensivas o no. Las preformas 30b y 30c pueden tejerse de modo que las longitudes de preforma se puedan ubicar en la orientación curvada deseada y permanecer configuradas sin necesidad de medios de posicionamiento antes de formar una estructura de material compuesto.

Sería obvio para un experto en la técnica combinar preformas adicionales, similares a 30b y 30c para formar una estructura similar a una rejilla más grande. Un ejemplo no limitante de dicha estructura 100 se ilustra en la Fig. 13. Un uso a manera de ejemplo de la estructura 100 puede incluir el uso como inversor de empuje o cascada, comúnmente utilizado para dirigir el flujo de aire alrededor de un motor de turbina de avión. Otras estructuras fabricadas de una manera similar y/u otros usos para la estructura 100 a manera de ejemplo serían obvias para un experto en la técnica.

En otras realizaciones, las preformas pueden tejerse en una forma de fácil fabricación, por ejemplo, como preformas lineales, y ubicarse en un molde de forma adecuada para retener la preforma en la forma final deseada. En la Fig. 13 se ilustra un ejemplo no limitativo de un molde configurado para retener una preforma en la forma deseada. Como se muestra, una preforma 32d de forma cruciforme se ubica en una cavidad formada entre 4 elementos 102-108 de molde. Los elementos de molde se configuran en la forma de red deseada, o casi en forma de red, de la estructura de material compuesto final utilizando medios de formación convencionales. Bajo condiciones de procesamiento adecuadas en un aparato de moldeo, la preforma 32d puede procesarse en una estructura de material compuesto que tenga la forma deseada.

La Figura 14 ilustra un ejemplo de una estructura 101 de material compuesto formada producida por la configuración del molde ilustrada en la Fig. 13 sometida a condiciones de procesamiento adecuadas.

Se podrían formar estructuras más grandes ubicando múltiples preformas y múltiples conjuntos de elementos 102-108 de molde adyacentes a las preformas y elementos de molde de la Fig. 13 de manera que al menos una pata de cada preforma se solape y se mantenga en una relación colindante con al menos una pata de una preforma adyacente y procesada para formar una estructura de material compuesto.

Alternativamente, se podrían formar y ensamblar múltiples estructuras 101 con elementos superpuestos utilizando técnicas conocidas para formar una estructura más grande.

Las estructuras de preforma tejidas reforzadas de acuerdo con la invención pueden ser útiles para fabricar nodos reforzados entre elementos que se cruzan. En una realización adicional de acuerdo con la invención, la preforma 90 tejida reforzada, similar a la ilustrada en la Fig. 7, puede ensamblarse con elementos 92, 94, 96 y 98 secundarios para formar una estructura 64 de preforma como se muestra en la Fig. 15. Como se ilustra, los primeros extremos de los elementos 92-98 secundarios pueden insertarse al menos parcialmente en el espacio entre pares (51, 52), (53, 54), (55, 56), (57, 58) de patas sustancialmente paralelos, en cuyas superficies de patas enfrentadas opuestas en un par (por ejemplo, 51b y 52b en la Fig. 7) están separadas una distancia, d. El espacio, d, puede configurarse para acoplarse estrechamente al elemento insertado allí. En algunas realizaciones, el espacio, d, puede proporcionar cierta holgura entre el elemento y las superficies de las patas enfrentadas opuestas para aceptar, por ejemplo, un adhesivo.

La preforma 90 tejida se puede usar para formar un nodo reforzado en la intersección de elementos en un panel o revestimiento reforzado. Como se ilustra en la Fig. 2, los elementos 10 y 12 de intersección forman un nodo 14 en la línea de intersección. La preforma 90 tejida puede ubicarse en el nodo 14 con pares (51, 52) y (55, 56) de patas aceptando porciones de extremo del elemento 12 interrumpido y pares (53, 54) y (57, 58) de patas aceptando porciones de extremo del elemento 10 interrumpido.

La estructura 64 de preforma tejida se puede convertir en una estructura de material compuesto reforzada usando los métodos descritos anteriormente.

La estructura 64 de preforma tejida se ilustra en la Fig. 15 como un solo nodo que une 4 elementos sólo para facilitar la ilustración. Los elementos 92-98 se identifican como elementos secundarios para distinguirlos de otros elementos de la preforma. Sería obvio para un experto en la técnica que la estructura 64 de preforma puede repetirse utilizando preformas 90 tejidas adicionales en los segundos extremos de los elementos 92-98 secundarios, junto con elementos adicionales (no mostrados) para formar una estructura similar a una rejilla que comprende celdas 11 sustancialmente rectangulares, similar a la ilustrada en la Fig. 10.

Un experto en la técnica reconocería que las estructuras en forma de rejilla que comprenden celdas de otras formas pueden lograrse a partir de preformas tejidas configuradas de manera diferente. Por ejemplo, una preforma 40 tejida en la Fig. 6 empleada de una manera similar a la descrita anteriormente para unir elementos, podría producir una estructura de preforma tejida que comprende celdas sustancialmente hexagonales similares a la celda 13 en la Fig. 9.

Alternativamente, las preformas tejidas "híbridas" pueden formarse con al menos algunos elementos dispuestos en pares y otros dispuestos de forma singular. Como ejemplo no limitativo, una realización de acuerdo con la invención se ilustra en la Fig. 16. La preforma 110 tejida tiene cuatro elementos consecutivos dispuestos como dos pares de elementos (111,112), (113,114) y dos elementos (115 y 116) dispuestos particularmente. Para facilitar la ilustración, el nodo 119 se muestra como un círculo oscurecido y los 6 elementos 111-116 se muestran como líneas, que representan las configuraciones de elementos como se discutió anteriormente, es decir, elementos que tienen superficies principales paralelas o no paralelas.

La Figura 17 representa un ejemplo no limitativo de una estructura de material compuesto, compuesta por las preformas 110 híbridas de la Fig. 16. Como se ilustra, una estructura 120 de material compuesto está compuesta por 4 preformas híbridas, ensambladas de manera que cada elemento 115 y 116 singular es aceptado dentro del vacío formado entre pares de elementos (111,112) y (113,114). Este patrón se puede continuar para formar estructuras más grandes que la rejilla de 3 x 3 ilustrada. Se anticipan preformas híbridas que tienen otras disposiciones de elementos singulares y pares de elementos, al igual que las preformas híbridas con elementos dispuestos en grupos de más de 2. Por ejemplo, algunas preformas híbridas pueden comprender agrupaciones de elementos en dos, tres o más, con o sin elementos singulares. Además de la configuración generalmente cruciforme mostrada en la Fig. 16, las preformas híbridas pueden fabricarse en otras configuraciones tales como la configuración en tríada de las Figs. 4 y 6, con o sin elementos singulares.

En realizaciones a manera de ejemplo no limitantes del método inventivo, las estructuras en forma de rejilla y los paneles o revestimientos reforzados con nodos reforzados se pueden fabricar en un proceso más económico que el conocido anteriormente. El método es adecuado para su uso con preformas rectas y conformadas, es decir, con preformas como se discutió en las realizaciones anteriores en las que la longitud en la dirección longitudinal puede ser lineal o curvilínea. El proceso puede incluir un molde o una forma, generalmente con forma de herramental y configurada para corresponder con la forma deseada del producto terminado.

Las preformas de acuerdo con los métodos a manera de ejemplo no limitantes de producir una estructura en forma de rejilla o un panel reforzado se fabrican, en general, como sigue. El método presentado es para una preforma de forma cruciforme, reconociendo que otras formas que tienen menos o más elementos pueden usarse en un método similar. Una estructura cruciforme en forma de rejilla puede representarse mediante la estructura 62 de preforma tejida reforzada a manera de ejemplo de la Fig. 10. Una estructura de preforma fabricada con preformas que tienen tres elementos puede representarse mediante la estructura 60 de preforma tejida reforzada a manera de ejemplo de la Fig. 9.

Como primer paso a manera de ejemplo, se teje una preforma (30 u 80) cruciforme a partir de fibras que tienen un recubrimiento o comprenden un componente capaz de termoendurecerse. Alternativamente, la preforma puede recubrirse o procesarse en un paso posterior al tejido con un recubrimiento adecuado. Los ejemplos no limitantes de recubrimientos apropiados adecuados para termofijado incluyen encolados o adhesivos. Como alternativa, las preformas se pueden preimpregnar con una matriz o material de resina después del tejido.

Se fabrica un herramental que comprende una cavidad de molde o cavidades con formas, contornos y dimensiones correspondientes a la forma final deseada. El molde comprenderá típicamente un patrón repetido de formas correspondientes al tamaño y forma deseados de la estructura en forma de rejilla. Las preformas se pueden recibir dentro del molde de tal manera que al menos algunas patas de preformas adyacentes colinden entre sí y se solapen al menos en cierta medida. La Fig. 10 ilustra preformas cruciformes dispuestas de manera que las patas de las preformas adyacentes se solapen esencialmente por completo. Otras realizaciones pueden proporcionar diferentes grados de superposición dependiendo de los requisitos. El molde es capaz de abrirse para permitir la inserción de las preformas apropiadas y cerrarse para sellar las preformas dentro de las cavidades como se conoce en la técnica.

Las preformas pueden precortarse a la longitud correcta y ubicarse en el molde, o pueden ubicarse preformas de gran tamaño en el molde y recortarse a la medida en el molde. Después de que cada cavidad del molde haya recibido un inserto de preforma y cualquier otro material que se incluya en la estructura compuesta en forma de rejilla, el molde se cierra, sellando las cavidades en las que se encuentran las preformas para su procesamiento en una estructura de material compuesto.

Los elementos del molde, las preformas insertadas y cualquier material adicional ubicado en el molde se pueden precalentar en el molde antes de su procesamiento adicional. Bajo condiciones apropiadas, se inyecta una resina o material de matriz bajo presión y temperatura adecuadas para llenar el molde y formar la estructura en forma de rejilla. Después del procesamiento adecuado, la estructura en forma de rejilla puede retirarse del molde para el procesamiento posterior al molde según sea necesario o deseado.

Habiendo descrito así en detalle diversas realizaciones de la presente invención, debe entenderse que la invención definida por los párrafos anteriores no se limita a los detalles particulares establecidos en la descripción anterior, ya que muchas variaciones aparentes de la misma son posibles sin apartándose del alcance de la presente invención.

Claims (9)

REIVINDICACIONES

1. Una preforma (30a, 50, 90) reforzada que comprende:

cuatro elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos, en la que un nodo (39a, 59) reforzado común consiste en los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51 -58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos estando unidos por los bordes y dispuestos radialmente alrededor y extendiéndose desde el nodo (39a, 59) común,

en la que al menos una fibra de refuerzo de cada uno de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela se teje a través del nodo (39a, 59) común y en al menos otro de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51­ 58) de refuerzo de pata de tela, y

caracterizada porque

dos de los elementos de refuerzo de pata de tela normalmente tejida son sustancialmente colineales y descansan sustancialmente sobre una misma superficie curvada y tienen una curvatura fuera del plano a lo largo de la longitud de la preforma reforzada.

2. La preforma reforzada de la reivindicación 1, en la que al menos uno de los elementos de refuerzo de pata de tela comprende superficies principales generalmente paralelas.

3. La preforma reforzada de la reivindicación 1, en la que los elementos (51-58) de refuerzo de pata de tela comprenden además superficies (51a, 51 b) principales; y

en la que al menos algunos de los elementos de refuerzo de pata de tela están dispuestos en pares de elementos (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58) de refuerzo de pata adyacentes de modo que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas estén separadas una distancia (d) y formen un vacío entre ellos.

4. La preforma reforzada de la reivindicación 1, en la que al menos uno de los elementos de refuerzo de la pata de tela comprende al menos una superficie principal que se estrecha desde el nodo (39a, 59) común hasta el extremo del elemento (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de la pata de tela.

5. Una estructura (62) de material compuesto que comprende:

una pluralidad de preformas (80-83; 30b, 30c) de la reivindicación 1,

en la que cada una de la pluralidad de preformas incluye un eje longitudinal, estando los ejes de la pluralidad de preformas alineados generalmente paralelos en un patrón (100) en forma de rejilla; y

un primer extremo de un primer elemento (80b; 34b) de refuerzo de pata de tela tejida de una primera de la pluralidad de preformas (80-83; 30b, 30c) se superpone y colinda con al menos un segundo elemento (81d; 38c) de refuerzo de pata de tela tejida de un segundo de la pluralidad de preformas.

6. Una estructura (64; 120) de material compuesto que comprende:

una pluralidad de preformas (50; 90; 110) de la reivindicación 1, comprendiendo los elementos (51-58; 111-116) de refuerzo de pata de tela las superficies (51a, 51b) principales;

en la que una primera de la pluralidad de preformas (50; 90; 110) comprende elementos (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58; 111, 112; 113, 114) de refuerzo de pata de tela tejida adyacentes dispuestos en pares de tal manera que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas estén separadas una distancia (d) y formen un primer vacío entre ellas; y

comprendiendo la estructura además un elemento (92, 94, 96, 98) secundario, un primer extremo del cual se recibe al menos parcialmente dentro del primer vacío.

7. La estructura de material compuesto de la reivindicación 6, que comprende, además:

una segunda preforma (90) de la pluralidad de preformas que comprende elementos (51, 52; 53, 54; 55, 56; 57, 58; 111, 112; 113, 114) de refuerzo de patas de tela adyacentes dispuestos en pares de modo que las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas están separadas una distancia (d) y forman un vacío entre ellas; y un segundo extremo del elemento (92, 94, 96, 98) secundario está alojado al menos parcialmente dentro del segundo vacío formado en la segunda preforma (90), superponiéndose a al menos parcialmente y colindando con al menos una de las superficies principales adyacentes enfrentadas opuestas del mismo.

8. La estructura de material compuesto de la reivindicación 7, en la que el elemento (92, 94, 96, 98) secundario comprende una tela tejida.

9. Un método para formar una preforma (30a, 50, 90) reforzada que comprende el paso de:

tejer cuatro elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos que se extienden desde un nodo (39a, 59) común con al menos una fibra de refuerzo de cada uno de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela tejido a través del nodo (39a, 59) y en al menos otro de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela, estando los cuatro elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos unidos por los bordes y dispuestos radialmente alrededor del nodo (39a, 59) común;

caracterizado porque

dos de los elementos (32a, 34a, 36a, 38a, 51-58) de refuerzo de pata de tela comúnmente tejidos son sustancialmente colineales y se encuentran sustancialmente en una misma superficie curvada y tienen una curvatura fuera del plano a lo largo de la longitud de la preforma reforzada.