ES2897555T3 - Cabezal de aplicación de fibras con rodillo flexible provisto de una funda antiadherente - Google Patents

Abstract

Cabezal de aplicación de fibras para la realización de piezas de material compuesto, que comprende - un sistema de compactación que comprende un rodillo (2, 102, 202, 302, 402, 502) de compactación para la aplicación de una o varias fibras sobre una superficie (S) de aplicación, dicho rodillo de compactación que comprende un tubo (4) central rígido y al menos una pieza (3, 103, 203, 403, 503) cilíndrica realizada de un material flexible deformable elásticamente, montado sobre dicho tubo central, y una funda (6, 106, 206, 406, 506) antiadherente que recubre la pieza cilíndrica, y - un sistema (9) de calentamiento adecuado para emitir una radiación térmica en dirección de la o las fibras, caracterizado por que dicha funda antiadherente presenta partes (61, 161, 261, 461, 561) laterales que se extienden más allá de la superficie (33) cilíndrica de la pieza cilíndrica en dirección del eje (A) de rotación del rodillo, el montaje de dicha funda antiadherente en dicha pieza cilíndrica que se realiza por dichas partes laterales.

Description

DESCRIPCIÓN

Cabezal de aplicación de fibras con rodillo flexible provisto de una funda antiadherente.

La presente invención se refiere a un cabezal de aplicación de fibras para una máquina de aplicación de fibras para la realización de piezas de material compuesto y de forma más particular un cabezal denominado de colocación de fibra se equipado de un rodillo de aplicación particular. La presente invención se refiere del mismo modo a un procedimiento de fabricación de piezas de material compuesto por medio de un cabezal de aplicación correspondiente.

Se conocen máquinas de aplicación de fibras, denominadas normalmente máquinas de colocación de fibras, para la aplicación por contacto sobre una herramienta de drapeado, tal como un molde macho o hembra, de una banda ancha formada por varias fibras planas continuas, de tipo cintas, secas o impregnadas de resina termoendurecible o termoplástica, en especial fibras de carbono constituidas de una multitud de hilos o filamentos de carbono.

Estas máquinas se utilizan para realizar preformas formadas de varias capas superpuestas, cada capa que está formada por drapeado sobre el molde de una o varias bandas unas al lado de otras. En el caso de un drapeado de fibras preimpregnadas de resina termoplástica o termoendurecible, normalmente en una cantidad de al menos un 40% en peso, la preforma preimpregnada obtenida después del drapeado se endurece o se polimeriza por el paso en un horno para obtener una pieza de material compuesto. En el caso de fibras denominadas secas, no preimpregnadas de resinas, las fibras comprenden una cantidad reducida de resina denominada de conexión, denominada del mismo modo ligante, generalmente una resina termoplástica, en una cantidad inferior o igual a un 5% en peso, para conferir un carácter pegajoso a las fibras durante el drapeado. Después del drapeado, la preforma denominada seca se somete a una operación de inyección o de infusión de resina antes de la etapa de endurecimiento.

Estas máquinas, tales como se describen en el documento de patente WO2006/092514, comprenden normalmente un cabezal de aplicación de fibras, un sistema de desplazamiento de dicho cabezal, medios de almacenamiento de fibras y medios de conducción de las fibras para conducir las fibras de dichos medios de almacenamiento hacia el cabezal. El cabezal comprende normalmente un rodillo de aplicación, del mismo modo denominado rodillo de compactación, destinado a entrar en contacto contra el molde para aplicar la banda y medios de guiado de las fibras sobre dicho rodillo de aplicación.

El cabezal comprende además, generalmente, un sistema de calentamiento para calentar las fibras. El rodillo de compactación presión a la banda de fibras contra la superficie de aplicación del molde, o contra la o las bandas de fibras depositadas anteriormente, con el fin de facilitar la adhesión de las bandas depositadas entre sí, así como para evacuar de forma progresiva el aire aprisionado entre las bandas depositadas. El sistema de calentamiento asegura un calentamiento de la banda de fibras a aplicar y/o del molde o de las bandas ya aplicadas aguas arriba al rodillo de compactación, justo antes de la compactación de la banda, con el fin de al menos ablandar la resina de preimpregnación o la resina de conexión y por tanto favorecer la adhesión de las bandas entre sí.

En el caso de resinas termoendurecibles, las fibras preimpregnadas se calientan simplemente para ablandarlas, normalmente a temperaturas del orden de 40°C. El sistema de calentamiento comprende normalmente un sistema de calentamiento infrarrojo que comprende una o varias lámparas infrarrojas.

En el caso de resinas termoplásticas, las fibras preimpregnadas p provistas de un ligante deben calentarse a temperaturas más elevadas, al menos hasta la temperatura de fusión de la resina, bien del orden de 200°C para resinas de tipo nailon y hasta aproximadamente 400°C para resinas de tipo PEEK.

Para alcanzar estas temperaturas más elevadas, se han propuesto sistemas de soplete de aire caliente y de forma más reciente sistemas de calentamiento de tipo láser para obtener un calentamiento preciso y concentrado. Debido a las temperaturas de calentamiento elevadas, los cabezales de colocación de fibras están normalmente equipados de rodillos de compactación metálicos, resistentes al calor, que pueden además ser enfriados por el interior a través de un circuito de agua. Para poder adaptarse al perfil de la superficie de aplicación, se han propuesto rodillos de compactación metálicos segmentados, que comprenden varios segmentos de rodillos independientes montados unos al lado de otros sobre un mismo eje, cada elemento que es desplazable rápidamente y de manera independiente y que es empujado elásticamente contra la superficie de aplicación. Estos rodillos metálicos segmentados resultan ser sin embargo de estructura y de implementación complejos.

Se utilizan del mismo modo rodillos flexibles formados a partir de un elastómero denominado de alta temperatura, que incluyen un estabilizante térmico. Estos rodillos comprenden en general una funda antiadherente termorretráctil y pegada sobre el cilindro de material elastómero, tal como se describe en los documentos de patente FR 2948058 y FR 3009512. Para enfriarlos, se ha propuesto equipar a los cabezales de colocación de un sistema de enfriamiento adecuado para entregar un flujo de aire para enfriar el rodillo por el exterior o por el interior, como se describe en el documento de patente FR 2948058. A pesar de estos sistemas de enfriamiento, los rodillos flexibles pueden tener tendencia a deteriorarse en el caso de la utilización de resinas termoplásticas. Según las temperaturas de calentamiento utilizadas, la funda antiadherente puede tener tendencia a degradarse rápidamente. El calentamiento láser puede tener tendencia a deteriorar el pegamento utilizado para el pegado de la funda y conducir a un desprendimiento de la funda y del cilindro de material flexible. Por otro lado, la capa de pegamento deteriorada absorbe la radiación láser y puede subir hasta temperaturas que pueden deteriorar la funda.

Durante el drapeado, puede aparecer una combustión de la resina de preimpregnación de fibras. Los humos de combustión tienen la tendencia a formar depósitos en la funda. Además de los problemas de obstrucción en la funda, estos depósitos absorben la radiación láser y pueden conducir a la destrucción de la funda.

En el documento FR 3009510, se ha propuesto prever boquillas de soplado para difundir un gas inerte calentado con anterioridad, tal como el nitrógeno para formar localmente una atmósfera protectora y evitar una oxidación de las resinas. Esta difusión de nitrógeno representa un coste no despreciable. Por otro lado, esta difusión de nitrógeno no permite la presencia de un operario en la celda de drapeado en el transcurso del drapeado y necesita una renovación de aire de la celda antes de permitir el acceso.

El objetivo de la presente invención es proponer una solución que tenga por objetivo paliar al menos uno de los inconvenientes citados anteriormente, que permita en especial la utilización de una gran variedad de resinas, tanto termoendurecibles como termoplásticas, con una compactación sensiblemente uniforme de la banda aplicada y que sea simple de concepción y de realización.

Con tal fin, la presente invención propone un cabezal de aplicación de fibras para la realización de piezas de material compuesto, que comprende

- un sistema de compactación que comprende un rodillo de compactación, denominado del mismo modo rodillo de aplicación, para la aplicación de una o varias fibras, en particular de una banda formada de una o varias fibras planas, sobre una superficie de aplicación, dicho rodillo de compactación que comprende un tubo central rígido en el cual se monta dicho rodillo rotativo sobre una estructura de soporte del cabezal y al menos una pieza cilíndrica realizada de un material flexible, deformable elásticamente, montada de forma coaxial, directamente o indirectamente, sobre dicho tubo central y una funda antiadherente que recubre la pieza cilíndrica y

- un sistema de calentamiento adecuado para emitir una radiación térmica en dirección de la o de las fibras en dirección de la banda, con preferencia justo antes de la aplicación por el rodillo de aplicación,

dicha funda antiadherente que presenta partes laterales que se extienden más allá de la superficie cilíndrica de la pieza cilíndrica en dirección del eje de rotación del rodillo, el montaje de dicha funda antiadherente a dicha pieza cilíndrica que se realiza por dichas partes laterales, dichas partes laterales que efectúan un bloqueo en traslación y en rotación de la funda con respecto a dicha pieza cilíndrica.

Según la invención, la funda de protección se monta por partes laterales, fuera de la zona de calentamiento. Este montaje permite evitar un pegado de la funda a nivel de la zona de calentamiento y por tanto evitar cualquier riesgo de deterioro de la funda relacionado con un deterioro del pegado debido a las radiaciones.

La utilización de un rodillo provisto de dicha funda según la invención permite obtener un rodillo de compactación flexible térmicamente estable que se puede utilizar para la aplicación de fibras a temperaturas elevadas, en especial superiores a 400°C, en particular para la aplicación de fibras impregnadas de resinas termoplásticas. El cabezal según la invención que comprende un rodillo de compactación simple de concepción, ofrece la posibilidad de utilizar una gran variedad de resinas termoendurecibles o termoplásticas combinadas con una gran variedad de fibras, sintéticas o naturales, híbridas o no, en especial fibras empleadas normalmente en el campo de los materiales compuestos, tales como las fibras de vidrio, las fibras de carbono, de cuarzo y de aramida.

Según un modo de realización, dicho rodillo de compactación comprende una pieza cilíndrica de un material elastómero, con preferencia no expandido, por ejemplo una silicona o un poliuretano, con preferencia silicona, que presenta con preferencia una dureza comprendida entre 25 shore A y 80 shore A, con preferencia al menos 40 shore A, con el fin de garantizar una buena resistencia de la funda a lo largo del tiempo.

Según un modo de realización, el rodillo de compactación comprende una pieza cilíndrica de espuma, por ejemplo un elastómero expandido tal como una espuma de poliuretano, que presenta con preferencia una densidad comprendida entre 200kg/m3 y 500kg/m3.

Dicha funda antiadherente está formada de forma ventajosa de un fluoropolímero, con preferencia un fluoropolímero elegido del grupo constituido por un politetrafluoroetileno (PTFE), un perfluoroalcoxi (PFA), un etileno propileno fluorado (FEP), un etileno tetrafluoroetileno (ETFE), con preferencia PFA o FEP, y un fluoroelastómero, por ejemplo FPM, FFPM o FEPM o una poliimida.

Según un modo de realización, dicha funda antiadherente es termoconformada sobre una pieza cilíndrica, con preferencia termorretraída, las partes laterales termoconformadas aseguran al menos en parte el bloqueo en rotación y en traslación de la funda. La utilización de una funda termorretráctil permite un montaje simple y rápido de la funda partiendo de una funda en forma de tubo que a continuación es termorretraída en la pieza cilíndrica.

Según un modo de realización, dicho tubo central está provisto de huecos radiales, dicha pieza cilíndrica de material flexible que tiene medios de comunicación fluida adecuados para poner en comunicación fluida dichos agujeros radiales con la superficie cilíndrica externa de la pieza cilíndrica, dicho cabezal que comprende medios de regulación térmica adecuados para inyectar un flujo gaseoso de regulación térmica, de forma ventajosa un gas a temperatura ambiente o enfriado, en particular aire, en el pasaje interno del tubo central, dicho rodillo comprende una capa intermedia drenante intercalada entre la funda antiadherente y la pieza cilindrica, dicha capa intermedia que asegura la evacuación del fluido de regulación térmica por las caras laterales del rodillo. La utilización de dicha capa drenante combinada con un sistema de enfriamiento por el interior permite mantener de forma eficaz la funda y la pieza cilíndrica a temperaturas razonables, inferiores a las temperaturas de deterioro de los materiales utilizados.

La capa intermedia está formada con preferencia a partir de fibras de vidrio, de fibras de carbono, de fibras o hilos metálicos, por ejemplo de cobre o de acero inoxidable o de fibras polímeras, con preferencia fibras termoplásticas, por ejemplo fibras de PAN o PEEK, dicha capa puede presentarse en forma de un fieltro de fibras no tejido y/o en forma de un tejido. El grosor y el gramaje de la capa intermedia se definen de manera que aseguran un paso de flujo gaseoso suficiente para evacuar las calorías. En el caso de fibras de vidrio, la capa intermedia forma una pantalla gigante, que limita el ascenso de temperatura por conducción de la pieza cilíndrica de material flexible. En el caso de fibras metálicas, la capa intermedia forma una pantalla a la radiación emitida por el sistema de calentamiento.

Con preferencia, dichos medios de comunicación fluida comprenden canales radiales, cada canal radial que desemboca sobre un agujero radial del tubo central y en la superficie cilíndrica externa de la pieza cilíndrica. Los agujeros radiales se reparten en la pared cilíndrica del tubo central. El tubo central presenta por ejemplo varios conjuntos de agujeros desplazados longitudinalmente a lo largo del eje del rodillo de compactación, cada conjunto que comprende una pluralidad de agujeros dispuestos con espacio angular regular.

Según un modo de realización, el cabezal comprende además medios de regulación térmica adecuados para entregar un flujo de fluido de regulación térmica, en particular de aire, en dirección del rodillo de compactación con el fin de enfriar dicho rodillo de compactación por el exterior.

Según un modo de realización, dicha capa intermedia comprende fibras de vidrio con preferencia en forma de un tejido, por ejemplo en forma de una manga o trenza.

Según un modo de realización, la capa intermedia presenta partes extremas que se extienden más allá de la superficie cilíndrica de la pieza cilíndrica, de manera que garantizan la evacuación de gas inyectado.

Según un modo de realización, cada parte lateral de la funda se monta por su porción extrema angular a medios mecánicos de montaje.

Según un modo de realización, cada parte lateral de la capa intermedia se monta por su porción extrema angular a medios mecánicos de montaje. Los medios mecánicos pueden utilizarse solos o en combinación con el termoconformado de la funda, para montar la funda y/o la capa intermedia drenante. Según un modo de realización, la funda se termoconforma y sólo la capa intermedia se monta a través de medios mecánicos. Se pueden utilizar medios mecánicos distintos para la funda y para la capa intermedia.

Según otro modo de realización, la capa intermedia se pega en la pieza cilíndrica, a nivel de la superficie cilíndrica y/o de las superficies laterales.

Según un modo de realización, los medios mecánicos comprenden dos arandelas, montadas una en la otra por medios de montaje, tales como por tornillos y entre las cuales se inserta la porción extrema de la funda y de la capa intermedia.

Según un modo de realización, el rodillo presenta en cada extremo una parte que define una superficie curvada o inclinada dispuesta en la prolongación de la superficie cilíndrica con el fin de obtener un plegado progresivo de la funda, esta parte que está formada por una pieza añadida a la pieza cilíndrica o que forma una sola pieza con la parte cilíndrica de la pieza cilíndrica.

Según un modo de realización, el cabezal constituye un cabezal de colocación de fibras que comprende medios de corte y medios de redireccionamiento y posiblemente medios de bloqueo de las fibras. Según un modo de realización, el cabezal se utiliza para efectuar una aplicación de tipo enrollamiento de filamentos.

Según un modo de realización, dicho cabezal comprende además un sistema de soplado que comprende una boquilla de soplado de aire conectada a un sistema de alimentación de aire, dicha boquilla que se dispone aguas arriba del rodillo con respecto a la dirección de desplazamiento y es adecuada para formar una lama de aire, con preferencia paralela al eje del rodillo, en dirección de la zona de pinzamiento entre el rodillo de compactación y la superficie de drapeado.

El cabezal comprende una boquilla de soplado que entrega una lama de aire en dirección de la zona de pinzamiento, denominada del mismo modo zona de contacto, de manera que limita o incluso suprime cualquier depósito de humos de combustión en la superficie exterior del rodillo. La lama de aire permite apagar por soplado las llamas de combustión, incluso soplar cualquier indicio de llama de combustión. Es posible soplar la llamas con una lama de aire a la vez que se garantiza, a pesar del caudal de aire importante, una calidad de drapeado de fibras satisfactorio y un calentamiento eficaz de la o las fibras drapeadas, en especial con un sistema de calentamiento de tipo láser, sin necesitar calentar con anterioridad el aire para formar la lama de aire. Este montaje de la funda combinado con la boquilla de soplado garantiza una buena estabilidad de la funda.

Según un modo de realización, la boquilla de soplado comprende una ranura longitudinal de descarga dispuesta paralelamente al eje del rodillo, o una pluralidad de orificios dispuestos según una línea paralela al eje del rodillo. Esta disposición paralela permite asegurar una lama de aire de caudal importante, suficiente para soplar las llamas, sin alterar la calidad de drapeado de las fibras, en especial sin desplazar las fibras al final de la trayectoria.

Según modos de realización,

- el sistema de soplado es adecuado para formar una lama de aire que presenta una longitud al menos igual a la mitad de la longitud del rodillo, con preferencia próxima a la longitud de la fibra o de la banda de fibras drapeadas por el cabezal, la lama de aire que está con preferencia centrada con respecto al rodillo;

- el sistema de soplado es adecuado para entregar una lama de aire de un caudal de al menos 300Nl/min, con preferencia de al menos 500Nl/min, mejor incluso de al menos 600Nl/min, por ejemplo de aproximadamente 700Nl/min;

- el sistema de soplado es adecuado para entregar una lama de aire de un caudal de al menos 50Nl/min por centímetro de lama de aire en longitud, con preferencia de al menos 100Nl/min, mejor incluso de al menos 120Nl/min; y/o

- la boquilla de soplado de aire está conectada a una fuente de alimentación formada de una fuente de aire comprimido o de una turbina, con preferencia incluida en dicho cabezal, que entrega el aire pulsado.

Según un modo de realización, el cabezal comprende un sistema de calentamiento de tipo láser, en especial de diodos láser, un láser YAG o un láser de fibra, adecuado para emitir un haz de láser en dirección de la zona de contacto entre el rodillo y una superficie de drapeado. Como alternativa, el sistema de calentamiento puede comprender una o varias lámparas infrarrojas.

La presente invención tiene del mismo modo por objetivo un procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto que comprende la aplicación de fibras continuas sobre una superficie de aplicación, caracterizado por que la aplicación de fibra se realiza por medio de un cabezal de aplicación de fibras tal y como se describió anteriormente, por desplazamiento relativo del cabezal de aplicación con respecto a la superficie de drapeado según trayectorias de deposición, siendo las fibras compactadas durante su aplicación por medio de dicho rodillo de aplicación.

Las fibras normalmente utilizadas son fibras planas continuas, denominadas del mismo modo mechas, generalmente unidireccionales y que comprenden una multitud de filamentos. Las fibras depositadas pueden ser fibras se casó fibras preimpregnadas de resina termoendurecible o termoplástica. Las fibras presentan normalmente anchuras de 0,317, 0,635 o 1,27cm (1/8, 1/4 o 1/2 pulgadas). En la presente, el término “fibras” designa del mismo modo fibras de una anchura mayor, superior a 1,27cm (1/2 pulgadas), normalmente denominada banda en la tecnología de la colocación.

El procedimiento según la invención es particularmente ventajoso en el caso de la realización de preformas secas realizadas a partir de fibras secas provistas de un ligante y/o preformas termoplásticas realizadas a partir de fibras preimpregnadas de resina termoplástica que necesitan temperaturas de calentamiento importantes durante el drapeado para al menos alcanzar el punto de fusión del ligante y/o de las resinas termoplásticas.

En el caso de una preforma seca, el procedimiento comprende además una etapa de impregnación de resina en la preforma seca, por adición de una o de varias resinas de impregnación por infusión o inyección a la preforma seca y una etapa de endurecimiento para obtener una pieza de material compuesto. En el caso de una preforma termoplástica, la preforma puede posiblemente estar sometida a una etapa de consolidación suplementaria para obtener una pieza final de material compuesto. Una consolidación in situ se puede obtener del mismo modo durante la aplicación de las fibras.

La aplicación de fibras puede efectuarse en la superficie de aplicación de una herramienta para formar una preforma, tal y como se describió anteriormente, por colocación de fibra, colocación de banda y/o bobinado. Según otro modo de realización, la aplicación de fibras se realiza directamente en la superficie de aplicación de una pieza prefabricada, para reforzar esta pieza con refuerzos de fibras unidireccionales, la pieza prefabricada que es por ejemplo una pieza obtenida por inyección, moldeo o fabricación aditiva, a partir de una o de varias resinas termoplásticas y/o termoendurecibles.

La invención se comprenderá mejor y otros objetivos, detalles, características y ventajas se desprenderán de forma más clara en el transcurso de la descripción explicativa detallada siguiente de modos de realización particulares preferidos actualmente de la invención, con referencia los dibujos esquemáticos adjuntos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista esquemática lateral de un cabezal de aplicación de fibras según la invención, que ilustra el rodillo de compactación, el sistema de calentamiento y el sistema de soplado;

- la figura 2 es una vista parcial aumentada de la figura 1;

- la figura 3 es una vista esquemática en perspectiva, con una sección retirada parcial, del rodillo de compactación de la figura 1;

- la figura 4 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación con una sección retirada parcial, según un segundo modo de realización;

- la figura 5 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación según un tercer modo de realización;

- la figura 6 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación, con una sección retirada parcial, según un cuarto modo de realización;

- la figura 7 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación, con una sección retirada parcial, según un quinto modo de realización; y

- la figura 8 es una vista en perspectiva de un rodillo de compactación, con una sección retirada parcial, según un sexto modo de realización.

Con referencia las figuras 1 y 2, el cabezal 1 de aplicación comprende un rodillo 2 de compactación que se monta rotativo alrededor de un eje A en una estructura de soporte del cabezal. El cabezal está previsto para la aplicación de una banda formada de varias fibras dispuestas unas al lado de otras. El cabezal se monta por dicha estructura de soporte sobre el extremo de un sistema de desplazamiento, por ejemplo una muñeca de robot. El cabezal comprende además un sistema 9 de calentamiento montado del mismo modo en la estructura de soporte, aguas arriba del rodillo con respecto a la dirección D de avance del cabezal de aplicación durante la aplicación de la banda F de fibras sobre una superficie S de aplicación. El dispositivo de calentamiento es por ejemplo un sistema de calentamiento de tipo láser, cuya radiación se dirige en dirección de la banda, justo antes de su compactación, así como hacia la o las bandas ya depositadas.

Tal y como se ilustra en la figura 1, la radiación 91 es por tanto dirigida de forma oblicua hacia la zona de pinzamiento o zona de contacto entre el rodillo de aplicación y la superficie de aplicación, para calentar una sección de banda dispuesta sobre el rodillo, antes de su compactación por este último, así como la superficie de aplicación y/o una o varias bandas aplicadas con anterioridad.

En el caso de una máquina de colocación de fibras, el cabezal comprende medios 11 de guiado que guían las fibras que entran en el cabezal hacia el rodillo 2 de compactación en forma de una banda de fibras, las fibras de la banda que se disponen unas al lado de otras de manera sensiblemente adyacente. Por desplazamiento del cabezal por el robot, el rodillo de compactación se pone en contacto con la superficie S de aplicación de un módulo para aplicar la banda.

Las fibras son con preferencia fibras continuas planas, de tipo mechas, preimpregnadas de una resina termoendurecible o de una resina termoplástica o fibras secas provistas de un ligante. El ligante es en forma de polvo y/o de uno o varios velos, con preferencia de tipo termoplástico.

Según la invención, el cabezal comprende además un sistema 8 de soplado que comprende una boquilla 81 montada del mismo modo en la estructura de soporte, aguas arriba del rodillo con respecto a la dirección D de avance, adecuada para emitir una lama de aire comprimido en dirección de la zona de contacto. La boquilla forma una lama de aire, paralela al eje del rodillo centrado, según una dirección ilustrada de manera esquemática bajo la referencia 82. La boquilla esta por ejemplo conectada a un circuito de alimentación de aire comprimido.

Con referencia la figura 3, el rodillo 2 de compactación comprende una pieza 3 o cuerpo cilíndrico de un material flexible, elásticamente deformable por compresión. La pieza cilíndrica presenta un pasaje central cilíndrico para su montaje sobre un núcleo de soporte formado de un tubo 4 central rígido cilíndrico, por ejemplo metálico, tal como de aluminio. La pieza 3 cilíndrica y el tubo 4 central son coaxiales y se unen en rotación entre sí. La pieza cilíndrica comprende en este caso una sola parte cilíndrica con una superficie 33 cilíndrica y dos caras 34 laterales.

La pieza 3 cilíndrica de material flexible confiere al rodillo de compactación una capacidad de aplastamiento que permite al rodillo de compactación adaptarse a variaciones de curvatura de la superficie de aplicación y por tanto aplicar una presión sensiblemente uniforme sobre el conjunto de la banda depositada. El tubo rígido permite el montaje rotativo del rodillo en la estructura de soporte.

La pieza cilíndrica está por ejemplo constituida de un elastómero no expandido, tal como silicona o polioxilano, o un poliuretano, con preferencia una silicona, por ejemplo una silicona bicomponente polimerizable a temperatura ambiente. La pieza cilíndrica presenta una dureza comprendida entre 30 shore A y 70 shore A, por ejemplo de 40, 50 o 60 shore A, que se elegirá en función de las tasas de aplastamiento deseadas del rodillo para un esfuerzo de compactación dado, estas tasas de aplastamiento que se definen en especial en función de la complejidad de la superficie de aplicación.

El tubo central está provisto de agujeros 41 radiales, por ejemplo cilíndricos, que atraviesan la pared cilíndrica del tubo central de lado a lado. Los agujeros radiales desembocan por tanto en el pasaje 42 interno del tubo central y en la pieza cilíndrica. Esta última está provista de canales 32 radiales, alineados con dichos agujeros 41 radiales y que presentan diámetros sensiblemente idénticos a los de dichos agujeros radiales. Cada canal 32 radial desemboca en la superficie 33 cilíndrica externa de la pieza 3 cilíndrica. A título de ejemplo, el tubo central comprende seis conjuntos de agujeros 41 radiales desplazados longitudinalmente a lo largo del eje A del rodillo, cada conjunto comprende varios agujeros radiales dispuestos con espacio angular regular, por ejemplo ocho agujeros radiales a 45° entre sí. La pieza cilíndrica comprende por tanto seis conjuntos de canales 32 radiales que comprenden cada uno ocho canales radiales a 45° entre sí.

La pieza cilíndrica está revestida de una capa 5 intermedia drenante formada en este caso de un tejido de fibras de vidrio, por ejemplo en forma de una manga o trenza. La capa intermedia presenta una cierta elasticidad para seguir las deformaciones de la pieza cilíndrica durante el apoyo del rodillo contra la superficie de aplicación.

La capa intermedia está revestida exteriormente de una funda 6 antiadherente exterior, formada de una película de PFA termorretraída sobre la superficie cilíndrica, con la capa intermedia drenante intercalada entre la pieza cilíndrica y la funda. La funda antiadherente mediante la cual el rodillo está en contacto con la banda, limita la adherencia del rodillo a las fibras, así como la obstrucción del rodillo.

Según la invención, la funda antiadherente presenta partes 61 laterales que se extienden más allá de la superficie cilíndrica a lo largo de las caras 34 laterales de la pieza cilíndrica.

La funda antiadherente está formada a partir de una película tubular de longitud superior a la de la pieza cilíndrica, que es enfundada en la pieza cilíndrica y después termoconformada, de manera que las partes laterales descansan al menos parcialmente sobre la longitud de las caras laterales. Las partes laterales por tanto termorretraídas aseguran el bloqueo en traslación y rotación de la funda antiadherente y de la capa intermedia sobre la pieza cilíndrica.

La capa 5 intermedia presenta del mismo modo partes 51 laterales que se extienden más allá de la superficie cilíndrica y que se intercalan entre las caras 34 laterales y las partes 61 laterales termorretraídas de la funda.

El montaje del rodillo en el cabezal se realiza por medio de un vástago 21 axial montado en el pasaje interno del tubo 4 central por medio de dos rodillos 24 de bolas, el tubo central que presenta de forma ventajosa en cada extremo un laminado para el montaje de un rodamiento. El rodillo se monta a continuación por los extremos del vástago axial entre dos flancos 12 de la estructura de soporte del cabezal.

La máquina comprende medios de regulación térmica (no representados) que permiten inyectar un gas a temperatura ambiente, comprendida entre 15 y 30°C, o un gas enfriado a una temperatura inferior a 15°C, en particular aire, por un extremo del vástago axial. El vástago 21 axial presenta un pasaje 22 axial que desemboca en uno de los extremos 25 del vástago y un taladrado 23 radial que permite poner en comunicación fluida dicho pasaje 22 axial y el pasaje 42 interno del tubo central, entre los dos rodamientos, los dos rodamientos que son rodamientos estancos.

Durante el funcionamiento, el aire inyectado por al menos el extremo abierto del vástago axial, llega al pasaje 42 interno entre los dos rodamientos estancos, pasa dentro de los agujeros 41 radiales y después los canales 32 radiales de la pieza cilíndrica y después pasa a través de la capa 5 intermedia drenante y se escapa lateralmente por las partes 51 laterales. Este aire inyectado permite enfriar de forma uniforme la pieza cilíndrica de material flexible así como la funda.

El sistema de calentamiento de tipo láser puede comprender diodos láser, dispuestos en una o varias filas, que emiten una radiación de longitud(es) de onda comprendida(s) entre 880 a 1030nm por ejemplo, un láser de fibra óptica o un láser YAG que emite a una longitud de onda del orden de 1060nm.

La lama de aire que proviene del sistema 8 de soplado permite soplar las llamas de combustión de resina, de forma más precisa apagar por soplado las llamas que puedan aparecer durante el calentamiento por láser, incluso suprimir por soplado cualquier inicio de llama. La lama de aire permite por tanto limitar incluso suprimir cualquier contaminación de la funda relacionada con la combustión.

A título de ejemplo, el cabezal está equipado de un rodillo de compactación que presenta una longitud de aproximadamente 6cm, previsto para drapear una banda de 8 fibras de 6,35mm (1/4 de pulgada). El cabezal comprende una fila de orificios de carga que forman en la salida de la boquilla una lama de aproximadamente 5 cm. La boquilla es alimentada de aire comprimido a 5 bar, correspondiente a una lama de aire de un caudal de aproximadamente 700Nl/min.

La figura 4 ilustra un segundo modo de realización de la invención en el cual el rodillo 102 de compactación comprende como anteriormente un tubo 104 central rígido provisto de agujeros radiales, una pieza 103 cilíndrica de material flexible elásticamente deformable provista de canales radiales, una capa 105 intermedia con partes 151 laterales y una funda 106 antiadherente termoconformada con partes 161 laterales.

En este modo de realización, la pieza cilíndrica comprende una parte central cilíndrica que se prolonga lateralmente por dos lengüetas 134 anulares cuyas superficies exteriores forman con la superficie 133 cilíndrica una superficie continua. La parte cilíndrica y las lengüetas laterales son moldeadas en una sola pieza, las lengüetas que presentan una superficie exterior cilíndrica. Las partes 151, 161 laterales de la capa intermedia y de la funda se disponen sobre dichas lengüetas 134. Durante el termoconformado de la funda, las lengüetas se repliegan progresivamente hacia el interior en dirección de las caras laterales de la pieza cilíndrica, tal y como se ilustra en la figura 4. Las lengüetas permiten un plegado de la funda y de la capa intermedia en un ángulo no agudo en el extremo de la pieza cilindrica y por tanto evitar un deterioro de la funda en el tiempo a nivel del plegado.

La figura 5 ilustra un tercer modo de realización de la invención en el cual el rodillo 202 de compactación comprende como anteriormente un tubo 204 central rígido provisto de agujeros radiales, una pieza 103 cilíndrica de material flexible elásticamente deformable provisto de canales radiales, una capa 205 intermedia con partes 251 laterales y una funda 206 antiadherente termoconformada compartes 261 laterales.

En este modo de realización, reemplazando las lengüetas citadas anteriormente, el rodillo comprende una pieza o una junta 235 tórica dispuesta contra cada cara 234 lateral de la pieza cilíndrica y la funda 206 antiadherente es termorretraída por encima de dichas juntas. Las juntas presentan un diámetro exterior igual al diámetro exterior de la pieza cilíndrica y permiten un plegado de la funda y de la capa intermedia en un ángulo no agudo en el extremo de la pieza cilíndrica. Con preferencia, la pieza cilíndrica presenta en el extremo una pequeña lengüeta anular para garantizar una perfecta continuidad superficial entre la superficie cilíndrica de la pieza cilíndrica y las juntas.

Por otro lado, el montaje por termorretracción se completa en este caso por un montaje mecánico por medio de dos arandelas 271,272 montadas juntas por medio de tornillos 273 que sujetan entre las mismas las porciones extremas anulares de las partes 251,261 laterales de la funda y de la capa intermedia.

Las arandelas se apoyan una contra otra por zonas de contacto separadas angularmente entre sí, para permitir la evacuación del flujo de aire por las partes laterales de la capa intermedia entre dos zonas de contacto. Para hacer esto, al menos una de las arandelas o las dos arandelas son anilladas, o una de las arandelas o las dos arandelas presentan sobre sus caras enfrentadas salientes o tacos repartidos con espacio angular regular, por ejemplo a nivel de las perforaciones de la arandela exterior y/o los taladros de la arandela interior que sirven para el atornillado de tornillos, estando las arandelas apoyadas entre sí por dichos salientes durante la sujeción de los tornillos.

La figura 6 ilustra un cuarto modo de realización de un rodillo 302 de compactación que se diferencia del rodillo 202 de compactación anterior por el hecho de que las dos arandelas 371 anulares presentan patillas 371a dispuestas con espacio angular regular y que se extienden radialmente hacia el exterior, las dos arandelas se montan entre sí por medio de tornillos 373 atornillados a nivel de dichas patillas, sujetando entre sí las partes extremas de la funda antiadherente y de la capa intermedia. Por tanto en este modo de realización, el aire inyectado por el interior del tubo se escapa por cada zona de las partes laterales de la capa intermedia dispuesta entre dos patillas adyacentes.

La figura 7 ilustra un quinto modo de realización de un rodillo 402 de compactación que se diferencia del rodillo 102 de compactación ilustrado en la figura 4 por el hecho de que, en cada lado del rodillo, la lengüeta 435 anular, la parte 451 lateral de la capa 405 intermedia así como la parte 461 lateral de la funda 406 se montan juntas por medios mecánicos. Estos medios mecánicos comprenden una arandela o corona 471 exterior provista de un espacio angular regular de patillas 471a inclinadas y una arandela o anillo 472 interior provisto de una superficie 472a anular inclinada, la corona y el anillo que se montan entre sí por tornillos 473, de manera que la lengüeta y las dos partes 451, 461 laterales estén sujetas entre las patillas inclinadas y la superficie inclinada del anillo.

La figura 8 ilustra un sexto modo de realización que se diferencia del modo de realización de la figura 3 por el hecho de que, en cada lado del rodillo 502, el tubo 504 central presenta una porción 543 extrema que se extiende más allá de la cara 533 lateral de la pieza 503 cilíndrica, la parte 551 lateral de la capa 505 intermedia se extiende más allá de la parte 461 lateral de la funda 506 antiadherente termoconformada, sobre el conjunto de la cara lateral de la pieza 533 cilíndrica y se bloquea por la porción 543 extrema del tubo por medio de un anillo 571. A título de ejemplo, el anillo es engarzado o atornillado en el tubo o está formado de dos semianillos montados por atornillado. En este modo de realización, la funda se mantiene en su lugar únicamente por termoconformado, sólo la capa intermedia se monta por medios mecánicos.

Aunque la invención ha sido descrita en conexión con diferentes modos de realización particulares, es bastante evidente que la misma no está en ningún caso limitada y que comprende todos los equivalentes técnicos de los medios descritos así como sus combinaciones si estas últimas entran en el ámbito de la invención, tal y como se define en las reivindicaciones 1 a 11.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Cabezal de aplicación de fibras para la realización de piezas de material compuesto, que comprende

- un sistema de compactación que comprende un rodillo (2, 102, 202, 302, 402, 502) de compactación para la aplicación de una o varias fibras sobre una superficie (S) de aplicación, dicho rodillo de compactación que comprende un tubo (4) central rígido y al menos una pieza (3, 103, 203, 403, 503) cilíndrica realizada de un material flexible deformable elásticamente, montado sobre dicho tubo central, y una funda (6, 106, 206, 406, 506) antiadherente que recubre la pieza cilíndrica, y

- un sistema (9) de calentamiento adecuado para emitir una radiación térmica en dirección de la o las fibras, caracterizado por que dicha funda antiadherente presenta partes (61, 161,261,461,561) laterales que se extienden más allá de la superficie (33) cilíndrica de la pieza cilíndrica en dirección del eje (A) de rotación del rodillo, el montaje de dicha funda antiadherente en dicha pieza cilíndrica que se realiza por dichas partes laterales.

2. Cabezal según la reivindicación 1, caracterizado por que dicha funda (6, 106, 206, 406, 506) antiadherente es termoconformada sobre la pieza cilíndrica, dichas partes laterales termoconformadas que aseguran al menos en parte el bloqueo en rotación y en traslación de la funda.

3. Cabezal según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que

- dicho tubo (4) central está provisto de agujeros (41) radiales, dicha pieza cilíndrica de material flexible que tiene medios (32) de comunicación fluida adecuados para poner en comunicación fluida dichos agujeros radiales con la superficie (33) cilíndrica externa de la pieza cilíndrica, dicho cabezal que comprende medios de regulación térmica adecuados para inyectar un flujo gaseoso de regulación térmica, en el pasaje interno del tubo central,

- dicho rodillo que comprende una capa (5, 105, 205, 405, 505) intermedia drenante intercalada entre la funda antiadherente y la pieza cilíndrica, dicha capa intermedia que asegura la evacuación del fluido de regulación térmica por las caras laterales del rodillo.

4. Cabezal según la reivindicación 3, caracterizado por que dicha capa (5, 105, 205, 405, 505) intermedia comprende fibras de vidrio.

5. Cabezal según la reivindicación 3 o 4, caracterizado por que la capa (5, 105, 205, 405, 505) intermedia presenta partes (51,151,251,451,551) extremas que se extienden más allá de la superficie (33) cilíndrica de la pieza cilíndrica.

6. Cabezal según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que cada parte (61, 161,261,461,561) lateral de la funda se monta por su porción extrema anular a medios (271,272; 371; 471,472) mecánicos de montaje.

7. Cabezal según la reivindicación 5, caracterizado por que cada parte (51, 151, 251, 451, 551) lateral de la capa intermedia se monta por su porción extrema anular a medios (271,272; 371; 471,472; 571) mecánicos de montaje.

8. Cabezal según una de las reivindicaciones 6 o 7, caracterizado por que los medios mecánicos comprenden dos arandelas (271, 272; 371; 471,472) montadas entre sí por medios (273, 373, 473) de montaje y entre las cuales se sujeta la porción extrema de la funda y/o de la capa intermedia.

9. Cabezal según una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que el rodillo presenta en cada extremo una parte (135, 235) que define una superficie curvada o inclinada dispuesta en la prolongación de la superficie (33) cilíndrica.

10. Cabezal según una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que comprende un sistema de calentamiento de tipo láser adecuado para emitir un haz láser en dirección de la zona de contacto entre el rodillo y una superficie de drapeado.

11. Procedimiento de fabricación de una pieza de material compuesto que comprende la aplicación de fibras continuas sobre una superficie de aplicación, caracterizado por que la aplicación de fibras se realiza por medio de un cabezal de aplicación de fibras según una de las reivindicaciones 1 a 10, por desplazamiento relativo del cabezal de aplicación con respecto a la superficie de drapeado según trayectorias de deposición.