MX2008005264A - Metodo para elaborar estructuras anulares fibrosas tridimensionales - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método por el cual una primera tela fibrosa formada por elementos sustancialmente unidireccionales, es llevada (por el dispositivo 300) y elevada (por el telar 322) alternativamente en una dirección y en otra dirección entre las coronas coaxiales circulares externa (100) e interna (200), mientras se mantiene en las coronas mediante las puntillas (102, 202), y una segunda tela fibrosa formada por los elementos sustancialmente unidireccionales y depositada (por el dispositivo 400) en una dirección circunferencial entre las coronas externa e interna, las telas anulares transversales y circunferenciales se unen juntas mediante un dispositivo de unión (500) y son colocadas en rotación sobre el eje de las coronas externa e interna completando tres ciclos para obtener una estructura fibrosa anular gruesa que tiene capas formadas por la tela transversal que son alternas y se unen a las capas formadas por la tela circunferencial.

Description

MÉTODO PARA ELABORAR ESTRUCTURAS ANULARES FIBROSAS TRIDIMENSIONALES Antecedentes de la Invención La invención se refiere a la fabricación de estructuras fibrosas anulares tridimensionales. Un campo particular de la invención es la fabricación de preformas fibrosas anulares gruesas para constituir el refuerzo fibroso de las piezas anulares hechas de material compuesto, en particular discos de freno, tal como discos hechos de material de carbono/carbono (C/C, por sus siglas en inglés) para los frenos de un aeroplano. Un proceso común para hacer las preformas fibrosas anulares, consiste en sobreponer y unir juntas las capas de dos dimensiones para fabricar las placas a partir de las cuales se cortan los preformas. Tal proceso, según los descrito por ejemplo en las Patentes Norteamericanas Nos. 4,790,052 y 5,792,715, presenta la desventaja aparente de desperdiciar una gran cantidad de material, tal desventaja es particularmente perjudicial cuando las fibras son relativamente costosas, al igual que la caja para las fibras de carbono o fibras precursoras de carbono. Se han hecho varias propuestas para evitar tal desventaja y obtener una estructura fibrosa directamente en una forma que sea lo más parecida a la forma anular deseada. Así, se han hecho las propuestas en las Patentes Norteamericanas Nos. 6,009,604 y 5,662,855 para elaborar las preformas sobreponiendo y uniendo juntas las capas formadas por los cordones que se han enrollado de manera plana para formar una hélice. Las Patentes Norteamericanas Nos. No. 6,363,593 y 6,367,130 proponen usar un paño helicoidal enrollado en vueltas sobrepuestas que se unen juntas. Esas técnicas requieren una tela fibrosa (trenzada o paño helicoidal) que se fabricara, que sea un producto intermedio entre los hilados o estopas de fibra y la preforma anular que se fabricara. Para evitar la etapa intermedia, el documento de patente WO 98/49382 propone formar una masa desorganizada de fibras en un soporte anular, y unir las fibras juntas mediante la punción. Sin embargo, tal documento no describe los medios que necesitan utilizarse en la práctica para obtener una preforma anular que sea satisfactoria, por lo menos en términos de uniformidad, para el uso en ciertas aplicaciones donde son muy altos los requisitos relacionados a la uniformidad, al igual que los requisitos relacionados al control de calidad de la propiedades mecánicas, según lo aplicado particularmente cuando la preforma es para el uso como preforma de disco de freno para aeroplano. El documento de Patente Norteamericana No. 2005/0172465 propone la formación de una preforma anular por la deposición regular y controlada de fibras cortas en una tornamesa anular giratoria con punción progresiva. Así es posible obtener una preforma que sea uniforme, pero a un costo apropiado a través de una etapa intermedia para obtener las fibras cortas. Breve Descripción de la Invención En uno de sus aspectos, la invención intenta proporcionar un método que permita que una estructura fibrosa anular sea fabricada directamente a partir de hilados o estopas comercialmente disponibles, de tal modo se limitan las operaciones textiles para reducir el costo de fabricación tanto cuanto sea posible. Este objeto es logrado por un método que comprende las etapas que consisten de: proporcionar una primera hoja fibrosa compuesta de elementos sustancialmente unidireccionales; formar una primera hoja anular transversal colocando la primera hoja fibrosa de una manera modificada en una dirección y en la dirección opuesta entre los anillos circulares coaxiales externos e internos, con la hoja sostenida en tales anillos; proporcionar una segunda hoja fibrosa compuesta por elementos sustancialmente unidireccionales; formar una segunda hoja anular circunferencial depositando la segunda hoja fibrosa en una dirección circunferencial entre los anillos externos e internos; unir entre sí las hojas anulares transversales y circunferenciales; y • poner a girar las hojas anulares transversales y circunferenciales sobre el eje de los anillos externos e internos para ejecutar una pluralidad de revoluciones completas para obtener directamente a partir de los elementos sustancialmente unidireccionales una estructura fibrosa anular gruesa que tenga capas hechas por la hoja transversal que alternan con y se unen a las capas compuestas por la hoja circunferencial. La primera hoja fibrosa, y también la segunda hoja fibrosa, se pueden componer por hilados, o estopas, o de hecho fragmentos obtenidos separando una estopa, o una pluralidad de fragmentos agrupados. Así es posible obtener una estructura fibrosa anular directamente de hilados o estopas prácticamente sin desperdicio. De acuerdo a una característica de la invención, la primera hoja fibrosa se coloca mientras se reduce su anchura entre el anillo externo y el anillo interno, y la hoja circunferencial se forma con una densidad que disminuye entre el anillo externo y el anillo interno. De manera ventajosa, la hoja anular transversal se coloca de tal manera que proporciona una densidad que es sustancialmente constante a lo largo de cualquier circunferencia. Así es posible obtener una estructura fibrosa que sea sustancialmente homogénea, con un aumento de la densidad de la hoja transversal debido a que la primera hoja fibrosa se va angostando hacia el anillo interno, lo cual es compensado por una disminución de la densidad de la hoja circunferencial.

De acuerdo a otra característica del método, la primera hoja fibrosa se coloca de una manera que los elementos fibrosos de la hoja anular transversal formen un ángulo que se ubica en el intervalo de 45° a 75° con una tangente hacia la dirección circunferencial en la circunferencia media de la hoja anular transversal. Preferiblemente, este ángulo es de aproximadamente 60°, así se produce una estructura fibrosa, incluyendo la hoja circunferencial, en la cual los elementos fibrosos se entrecruzan en tres direcciones formando entre ellos ángulos de aproximadamente 60°. De manera ventajosa, la hoja transversal anular está sostenida en los anillos externos e internos por medio de ganchos contenidos por los anillos. También de manera ventajosa, las hojas anulares transversales y circunferenciales se ponen a girar a través de los anillos externos e internos. De acuerdo a otra característica del método, las hojas anulares transversales y circunferenciales se forman en un soporte anular horizontal que se ubica entre los anillos externos e internos y que desciende progresivamente mientras se elabora la estructura fibrosa anular. Después de que se haya formado la estructura, entonces se puede desunir mediante el desplazamiento vertical relativo entre el soporte anular y los anillos externos e internos. De manera ventajosa, la unión entre las hojas anulares transversales y circunferenciales se realiza progresivamente mientras se deposita, por ejemplo esta unión es realizada mediante la punción. De acuerdo a otra característica del método, la hoja anular circunferencial se deposita después de que se haya colocado la hoja anular transversal e inmediatamente antes de que las hojas se unan entre sí. En otro de sus aspectos, la invención también intenta proporcionar una instalación conveniente para implementar el método. Este objeto es logrado por una instalación que comprende: un dispositivo para contener una primera hoja fibrosa y colocarla en un soporte anular alternativamente en una dirección y en la dirección opuesta entre los anillos circulares coaxiales externos e internos ubicados en cualquier lado del soporte anular para formar una primera hoja anular transversal; miembros para sostener la hoja anular transversal en los anillos externos e internos; • un dispositivo para contener una segunda hoja anular sobre el soporte anular y depositarla en la dirección circunferencial entre los anillos externos e internos para formar una segunda hoja anular circunferencial; un dispositivo para unir las hojas anulares transversales y circunferenciales juntas; y un dispositivo para poner a girar las hojas anulares transversales y circunferenciales sobre el eje de los anillos externos e internos. De manera ventajosa, el dispositivo para contener y colar la primera hoja fibrosa comprende: un dispositivo para proporcionar la primera hoja fibrosa; un miembro de formación de lanzadera que es movible durante el desplazamiento de manera reciproca entre una posición ubicada más allá del anillo externo y una posición ubicada dentro del anillo interno, y que es capaz de actuar en la primera hoja fibrosa para llevarla hacia el anillo interno mientras se reduce la anchura de la hoja. Preferiblemente, el miembro de formación de lanzadera presenta una porción curvada que lleva de manera contraria la primera hoja fibrosa para transportarla al anillo interno mientras le proporciona una curvatura en el anillo interno que corresponde a la curvatura del anillo interno. También de manera ventajosa, los miembros para sostener la hoja transversal son ganchos contenidos por los anillos externos e internos. De acuerdo a otra característica de la instalación, además comprende miembros prensadores en la forma de barras curvadas movibles para ayudar a unir la primera hoja fibrosa en los ganchos presionando la primera hoja fibrosa. De manera ventajosa, el dispositivo impulsor giratorio comprende los anillos externos e internos.

También de manera ventajosa, el soporte anular se mueve de manera vertical. De acuerdo a otra característica de la instalación, el dispositivo de unión es un dispositivo de punción ubicado inmediatamente después del dispositivo para llevar la segunda hoja fibrosa al soporte. Breve Descripción de los Dibujos La invención se puede entender mejor leyendo la siguiente descripción proporcionada a modo de indicación no limitante y con referencia a los dibujos anexos, en los cuales: La figura 1 es una vista en perspectiva general altamente diagramátíca que muestra una modalidad de una instalación que permite que un método de acuerdo a la invención sea implementado; La figura 2 es una vista plana altamente diagramática de la instalación de la figura 1; La figura 3 es una vista fragmentaria en perspectiva y seccionada que muestra la instalación de la figura 1; • La figura 4 es una vista fragmentaria altamente diagramática de la instalación de la figura 1 que muestra más particularmente el dispositivo de alimentación y colocación para formar una hoja transversal; La figura 5 muestra de qué manera se alimentan los fragmentos que constituyen la hoja transversal; La figura 6 es una vista fragmentaria altamente diagramática desde arriba de la instalación de la figura 1, que muestra la hoja transversal que es formada; Las Figuras 7A a 7G muestran las etapas sucesivas del proceso de colocación, que permiten que la hoja transversal sea formada; La figura 8 es una vista fragmentaria de la hoja transversal resultante; Las figuras 9 y 9A son vistas fragmentarias altamente diagramáticas que muestran más particularmente el dispositivo de alimentación y deposición, que permite que una hoja circunferencial sea formada; y Las figuras 10A a 10C son vistas fragmentarias altamente diagramáticas que muestran una estructura fibrosa anular en dos etapas de su fabricación y después mientras se remueve después de que se haya fabricado. Descripción Detallada de la Invención La instalación mostrada en la figura 1 comprende dos anillos circulares horizontales que tienen un eje vertical común A, es decir un anillo externo 100 y un anillo interno 200 con una bandeja o soporte anular horizontal 150 que se extiende entre los dos anillos. El anillo externo 100 contiene una fila circular de ganchos 102, se ubican varias decenas de ganchos. Los ganchos 102 se extienden verticalmente hacia arriba de una superficie superior del anillo 100 en la cercanía inmediata de su borde interno.

Símilarmente, el anillo interno 200 contiene una fila circular de ganchos 202, se ubican varias decenas de ganchos 202. Los ganchos 202 se extienden verticalmente hacia arriba de la superficie superior del anillo 200 en la cercanía inmediata de su borde externo. Las superficies superiores de los anillos 100 y 200 se ubican sustancialmente en el mismo plano horizontal. Los anillos 100 y 200 giran de manera sincronizada sobre el eje A. El impulso giratorio se puede implementar por medio de las ruedas 106, 206 que actúan por fricción contra una superficie lateral externa del anillo 100 y una superficie lateral interna del anillo 200, respectivamente. Las ruedas 106, 206 son impulsadas por motores respectivos, o por el mismo motor a través de una transmisión, donde no se muestran tales medios de impulsión. En una variante, los anillos 100, 200 se pueden impulsar de manera giratoria por las ruedas dentadas que se acoplan con los engranajes del anillo formados a lo largo de los bordes laterales externos e internos de los anillos 100 y 200 respectivamente. Las ruedas (tal como 108 para el anillo 100) y las pistas de ejecución (no mostradas) dirigen y soportan los anillos 100 y 200 en relación a una estructura principal 110 de la instalación. La bandeja anular 150 no es giratoria, pero se mueve verticalmente, es soportada por las barras verticales 152 de los impulsores 154 (figura 3), por ejemplo de tres impulsores. Los impulsores se sincronizan para mantener la bandeja sustancialmente horizontal.

La instalación de la figura 1 además comprende: un dispositivo 300 para alimentar y colocar una primera hoja fibrosa para la formación de una hoja transversal que se extiende entre los anillos 100 y 200; un dispositivo 400 para alimentar y depositar una segunda hoja fibrosa para formar una hoja circunferencial que se extiende entre los anillos 100 y 200; y un dispositivo 500 para ¡nterconectar las hojas transversales y circunferenciales. El dispositivo de alimentación y deposición 400 se ubica abajo del dispositivo de alimentación y colocación 300 e inmediatamente abajo del dispositivo de unión 500, los términos "arriba" y "abajo" se utilizan en la presente en relación a la dirección de giro de los anillos 100 y 200 (flechas F). El dispositivo de alimentación y colocación 300 (figuras 4 a 6) recibe una pluralidad^ de fragmentos 302 (figuras 5, 6) formados mediante la separación de las estopas respectivas.

Cada fragmento pasa sobre una serie de rodillos tensores 303 y sobre un dispositivo extractor con una rueda impulsada por motor 304, los rodillos tensores y el dispositivo extractor están montados en una placa 305. Cada fragmento entonces pasa sobre un rodillo 306 que constituye un regulador de tensión, el rodillo 306 se mueve libremente en una ranura vertical 307 formada en la placa 305. Tal dispositivo de la alimentación es bien conocido por sí mismo. Dos filas de rodillos 314, 316 se montan en una trama 318 soportada por la estructura principal 110, y reciben los fragmentos 302 bajo tensión para unirlos para formar una hoja fibrosa 320 mediante la agrupación de los fragmentos (figura 6). Los rodillos de las filas sobrepuestas 314, 316 se ubican de una manera alterna o escalonada, y las filas 314, 316 se extienden a lo largo de un arco circular centrado en el eje A para facilitar la colocación de la hoja 320 sobre un sector anular. El dispositivo de alimentación y colocación 300 además comprende un miembro de colocación o lanzadera 322 que se mueve durante el desplazamiento en una dirección que sea preferiblemente de manera sustancial radial en ambas direcciones entre una posición posterior trasera ubicada fuera del anillo externo 100 y una posición frontal ubicada dentro del anillo interno 200. En su trayectoria entre sus posiciones traseras y delanteras, la lanzadera 322 pasa sobre los anillos 100 y 200. En su trayectoria desde la posición trasera hacia la posición delantera, la lanzadera 322 dirige la hoja 320 para llevarla al anillo interno 200 mientras se enangosta la hoja para impartir la forma de un sector anular al segmento de la hoja que se extiende entre los anillos 100 y 200. Para este propósito, la lanzadera 322 es formada por una barra que tiene una porción central 324 que se curvea con la curvatura que corresponde a la curvatura del extremo interno de un segmento de la hoja. En otras palabras, la porción central 324 está en la forma de un arco circular centrado en el eje A cuando la lanzadera 322 está en su posición delantera. La porción central 324 está conectada a los extremos 326 y 328 de la lanzadera mediante las porciones curvadas que conservan una forma generalmente convexa para el interior de la lanzadera, lo cual es conveniente para asegurar que la hoja 320 angoste. Los extremos 326, 328 de la lanzadera están conectados a los brazos respectivos 330 y 332 que se aseguran a bloques 334, 336 que se mueven durante el desplazamiento a lo largo de las guías de deslizamiento 338, 340, contenidas por la estructura principal 110. Los bloques 334, 336 se mueven de manera sincronizada a lo largo de las guías de deslizamiento 338, 340 por los medios de impulsión (no mostrados) tal como los impulsores, o cables, o correas impulsadas por los motores. El dispositivo de alimentación y colocación 300 además comprende dos miembros prensadores 342, 344, respectivamente un miembro externo y un miembro interno, cada uno en la forma de una barra curvada horizontal. Los miembros prensadores o las barras curvadas 342, 344 se diseñan para acoplar los extremos de cada segmento de la hoja fibrosa 106 ubicados entre los anillos 100 y 200 en los ganchos 102, 202. La barra 342 se extiende sobre un arco de un círculo centrado en el eje A y ubicado inmediatamente fuera de la fila de ganchos 102. La barra 342 es de una longitud que no es menor a y que es preferiblemente mayor que la longitud del extremo externo de un segmento de la hoja fibrosa colocada 106. La barra 344 se extiende sobre un arco de un círculo centrado en el eje A y ubicado inmediatamente dentro de la fila de ganchos 202. La barra 344 es de una longitud que no es menor de y que es preferiblemente mayor que la longitud del extremo interno de un segmento de la hoja fibrosa colocada 106. Las barras 344, 346 son sustancialmente semicirculares en la sección, cada una tiene su lado plano frente a los ganchos correspondientes 102, 202. En sus extremos ascendentes, las barras 342, 344 son contenidas por los soportes 346, 348. El soporte 346 tiene una porción horizontal que se extiende sobre el anillo 100 y se conecta al exterior del anillo a una porción vertical que se extiende hacia abajo por debajo del nivel de la bandeja 150. El sujetador 348 tiene una porción horizontal que se extiende sobre el anillo 200 y se conecta al interior del anillo con una porción vertical que se extiende hacia abajo por debajo del nivel de la bandeja 150. Las barras 342, 344 se mueven verticalmente y también giran sobre el eje A, según lo descrito minuciosamente abajo. Con este fin, los sujetadores 346, 348 se pueden impulsar por un impulsor giratorio-lineal. La colocación de la hoja fibrosa 320 por medio de la lanzadera 322 y de las barras 342, 344, se describe más abajo con referencia a las figuras 7A a 7G y 8. En la figura 7A, un segmento 360 de la hoja 320 se ha colocado y se ha acoplado a los ganchos 102 y 202 por medio de las barras 342, 344, la lanzadera 322 está en su posición trasera. La lanzadera 322 entonces se mueve hacia su posición delantera, tomando la hoja 320 hacia el anillo interno 200, que pasa sobre la barra 342 (figura 7B). La lanzadera 322 lleva de manera contraria a través de su lado interno la hoja 320 y hace que la hoja se vuelva progresivamente más estrecha, reduciendo su anchura mientras también le da la curvatura deseada en el extremo interior 362b del segmento recientemente suministrado de la hoja 362. Las barras 342, 344 se mueven sucesivamente de manera giratoria en la dirección ascendente para desunirse totalmente de debajo el segmento 362 para que la hoja 320 se ajuste de manera cercana contra los ganchos 102 bajo efecto de la tensión en la hoja, después de lo cual las barras se mueven hacia arriba y después hacia abajo (ésta es la situación mostrada en el figura 6) para estar sobre el segmento 362 (figura 7C) y finalmente las barras se mueven hacia abajo para acoplar el segmento 362 a los ganchos 102, 202, que están presionado contra los anillos internos y externos (Figura 7D). La lanzadera 322 entonces se mueve hacia su posición posterior. Bajo el efecto de la tensión ejercida sobre los fragmentos que componen la hoja 320, la hoja se enrolla alrededor de la barra 344 y un nuevo segmento 364 de la hoja se extiende entre los anillos internos y externos (figura 7E). Las barras 342, 344 se mueven nuevamente en rotación continua de manera ascendente para desunirse totalmente de debajo del segmento 364 para que la hoja 320 se ajuste de manera cercana alrededor de los ganchos 202 bajo el efecto de su tensión, y las barras entonces se mueven hacia arriba, y entonces hacia abajo para colocarse sobre el segmento 364 (figura 7F), y finalmente hacia abajo para acoplar el segmento 364 a los ganchos 102, 202 (figura 7G). Esto es nuevamente en la misma configuración que en la figura 7A, y el proceso puede continuar de la misma manera. La hoja 320 se coloca mientras también pone a girar a los anillos 100 y 200. El movimiento giratorio puede ser continuo. Entonces se tiene precaución en asegurar que las barras 342; 344 sean de una longitud que sea suficiente para permitirles que presionen contra la anchura entera de la hoja mientras se acoplan contra los ganchos 102, 202. También sería posible que los anillos 100 y 200 causen el giro discontinuo, por ejemplo deteniéndose mientras las barras 322, 344 son impulsadas contra la hoja 320. Por el efecto de los anillos 100, 200 que giran, los segmentos 360, 362, 364 de la hoja 320 que se colocan continuamente se atraviesan entre sí de la manera mostrada en la figura 8. El movimiento giratorio de los anillos 100, 200 y el movimiento durante el desplazamiento de la lanzadera 322 se seleccionan preferiblemente de manera que se agrupen una anchura dada de la hoja 320, los extremos externos sucesivos tal como 360a y 362a y los extremos internos sucesivos tal como 362b, 364b de los segmentos de la hoja. Esto produce una hoja transversal 366 que se extiende entre los anillos 100 y 200 y que presenta la densidad que es sustancialmente constante a lo largo de cualquier circunferencia dada, pero con la densidad que aumenta entre el anillo externo 100 y el anillo interno 200. También es preferible asegurar que la anchura de la hoja sea tal que los fragmentos 302 de los segmentos de la hoja colocada continuamente formen un ángulo a. ubicado en el intervalo de 45° de 75° en relación a una tangente de la dirección circunferencial en la circunferencia media. Más preferiblemente, este ángulo a es de aproximadamente 60°, según lo mostrado en la figura 8. La el dispositivo de alimentación y deposición 400 (figura 9) recibe una pluralidad de fragmentos 402, cada uno formado separando una estopa. Los fragmentos 402 pasan sobre el tensor y los dispositivos de preparación (no mostrados) análogos a los mostrados en la figura 5, y después sobre los rodillos deflectores 406, y son dirigidos para estar sobre y cerca de la superficie superior de la bandeja 150 mediante las guías 408, 410. Según lo mostrado en la sección y a una escala más grande en la figura 9A, las guías 408, 410 están en la forma de peines, cada una define una fila de pasajes alineados en una dirección que es sustancialmente radial entre los anillos 100 y 200. Las guías 408, 410 se ubican cerca entre sí con los pasajes de la guía 408 que están interpuestas (o escalonados) en relación a los pasajes de la guía 410. Los fragmentos que salen de las guías 408, 410 se agrupan para formar una hoja circunferencial 420 que se extiende entre los anillos 100 y 200. Los fragmentos 402 alcanzan las guías 408, 410 en una dirección que es vertical o que se inclina en relación a la bandeja 150. Las guías 408, 410 y los pasajes que incluyen, se proporcionan en una forma curvada a modo que los fragmentos 402 dejen las guías sustancialmente tangenciales en relación a una línea horizontal. Las guías 408, 410 tienen pasajes de una anchura que corresponde a las anchuras de los fragmentos 402. Sirven así para controlar la anchura y la ubicación de los fragmentos 402 que componen la hoja circunferencial 420. Puesto que el dispositivo 400 está ubicado hacia abajo del dispositivo 300, la hoja circunferencial 420 se deposita encima de la hoja transversal 360 en la bandeja 150 entre los anillos 100, 200. En la configuración mostrada en la figura 8, donde los elementos (fragmentos 302) de la hoja 360 forman un ángulo de aproximadamente 60° en relación a la tangente de la dirección circunferencial en la circunferencia media, agregando la hoja circunferencial se proporcionan los elementos (fragmentos 402) que, a ese nivel también forman un ángulo de 60° en relación a los elementos de la hoja 360, lo cual significa que después de que las hojas se han unido juntas, los elementos de refuerzo están en una configuración de 3 x 60° aproximadamente. Se da a la hoja 420 una densidad que disminuye entre el anillo externo 100 y el anillo interno 200 para compensar el aumento de la densidad de la hoja 360 y obtener una hoja total 360 más 420 de densidad que es sustancialmente uniforme a través de toda su anchura. Con este fin, la hoja 420 se puede formar con los fragmentos que tienen la misma anchura pero que provienen de los cables de pesos disminuidos entre los anillos externos e internos, o con los fragmentos que provienen de los cables que tienen el mismo peso pero de una anchura cada vez mayor (mayor extensión) según lo mostrado en la figura 9, o usando una combinación de las dos técnicas. El dispositivo de unión 500 es constituido ventajosamente por un dispositivo de punción. Comprende una cabeza de punción 502 que se impulsa con un movimiento vertical reciproco, por ejemplo mediante un mecanismo de tipo manivela (no mostrado). La cabeza 502 contiene una pluralidad de agujas afiladas 504 que sirven para unir juntas las hojas 360 y 420 sostenido las fibras y moviéndolas en una dirección vertical (dirección Z), de la manera bien conocida. La cabeza punción se extiende sobre un sector del anillo. La porción de la bandeja 150 se ubica bajo las perforaciones presentes de la cabeza de punción 156 registradas con las agujas 504 a modo que las agujas puedan pasar a través de las perforaciones sin dañar la bandeja, las agujas están distribuidas para obtener una densidad sustancialmente uniforme de punción entre los bordes externos e internos. La ubicación del dispositivo de unión 500 inmediatamente hacia abajo del dispositivo 400 permite que la hoja 420 sea asegurada inmediatamente después que se ha depositado y limita cualquier riesgo de que la hoja 420 se altere antes del aseguramiento a la hoja 360. Esta ubicación es por lo tanto preferida, pero no necesaria. Es posible considerar el depósito de la hoja circunferencial antes de formar la hoja transversal. Mientras los anillos 100, 200 giran, se elabora una estructura fibrosa, que es formada por las capas sobrepuestas constituidas alteradas por la hoja transversal 360 y por la hoja circunferencial 420 que se enrollan por sí mismas en las hélices sobrepuestas e intercaladas. La punción se realiza con las agujas que penetran a través de más de dos capas para que las porciones recientemente formadas de las hojas 360 y 420 no sólo sean unidas entre sí, sino también a la porción subyacente de la estructura fibrosa anular se está elaborando. Para obtener la unión sustancialmente uniforme a través del espesor de la estructura fibrosa, es deseable asegurar que la profundidad de la penetración de las agujas sea sustancialmente constante. Con este fin, mientras se elabora la estructura fibrosa, la bandeja de soporte 150 se mueve hacia abajo. Al principio de la formación de la estructura fibrosa, la bandeja de soporte 150 está a un nivel horizontal ubicado cerca de las partes superiores de los ganchos 102, 202 (figura 10A). Después, la bandeja de soporte 150 se mueve hacia abajo (figura 10B) con las hojas transversales y circunferenciales que continúan formándose en a sustancialmente el mismo nivel horizontal. La profundidad de la penetración de las agujas corresponde a más de dos capas, con las agujas pasando a través de las perforaciones 156 en la bandeja al principio del proceso, y posteriormente, una vez que la estructura fibrosa haya alcanzado cierto espesor, las agujas ya no alcanzan la capa inferior de la estructura. Se debe observar que la técnica de unir juntas las capas fibrosas por punción mientras su superposición se elabora en un soporte, con el soporte descendido progresivamente para conservar una profundidad de penetración sustancialmente constante para las agujas, es por sí misma bien conocida. Así, en las presentes circunstancias, es posible que la bandeja 150 descienda de acuerdo a una relación similar a la descrita en la Patente Norteamericana No. 5,792,715, y la profundidad de la penetración de las agujas se puede controlar de la manera descrita en la Patente Norteamericana No. 6,374,469. El movimiento descendente de la bandeja 150 puede ocurrir de manera continua o discontinua con una etapa descendente que es impuesta después de completar cada giro de los anillos 100 y 200. Mientras que la estructura fibrosa es elaborada se somete a la unión mediante punción, se sostiene en posición lateral mediante el giro sucesivo de la hoja transversal 360 que se acopla a los ganchos 102, 202, con las barras 342, 344, causando que la estructura fibrosa descienda progresivamente a lo largo de los ganchos cada vez que se presionen contra el segmento colocado recientemente de la hoja 320. Por lo tanto es necesario asegurar que los ganchos sean de una altura que no sea menor que, y que se preferiblemente una poco más alta que el grueso de la estructura fibrosa anular que se debe elaborar. Una vez que el espesor deseado para la estructura fibrosa anular se ha alcanzado, la cabeza de punción 502 y las guías 408, 410 se contraen, la lanzadera 322 se lleva su posición trasera, se cortan las hojas 360 y 420, y la estructura fibrosa es removida elevando la bandeja 150 para desunir los ganchos 102, 202 (figura 100). En una variante, la estructura fibrosa se podría desunir descendiendo los anillos internos y externos 100 y 200, por ejemplo con la bandeja 150 sostenida en la posición alcanzada al final de la elaboración de la estructura fibrosa. En la descripción anterior, cada hoja 320, 420 se describe como hecha por medio de una pluralidad de fragmentos agrupados obtenidos separando estopas. En una variante, una y/o otra de las hojas 320, 420 se podría formar separando una sola estopa, o por un montaje de hilados o estopas unidireccionales. En otras modalidades variables, las estopas se podrían separar, y las hojas se podrían colocar automáticamente, haciendo uso de los sistemas automáticos de la clase descrita en las Patentes Norteamericanas Nos. 6,684,564 y 6,690,987. La naturaleza de las fibras que constituyen las hojas fibrosas 320 y 420 depende de la aplicación prevista. Cuando las estructuras fibrosas anulares constituyen las preformas para los discos de freno compuestos de C/C, es posible utilizar las fibras de carbono o fibras precursoras de carbono, por ejemplo fibras de poliacri Ion itrilo pre-oxidado. Al usar las fibras precursoras de carbono, una transformación final al carbono se realiza por tratamiento térmico después de que se haya hecho la estructura fibrosa.

Ejemplos 1 a 4 Una estructura fibrosa para constituir un preforma anular para el disco de freno de material compuesto de C/C y que tiene un diámetro externo D0 de 445 milímetros (mm) y un diámetro interno D¡ de 226 mm, fue hecha sobreponiendo y punzando una hoja transversal y una hoja circunferencial obtenida como sigue.

Las estopas de carbono que fueron utilizadas hechas de 50,000 filamentos (50 K) o 24,000 filamentos (24 K) tienen pesos lineales respectivos de 3.7 kilotex (kTex) y 1.6 kTex. La cantidad de estopas que, después de separarse, constituyen la hoja transversal y la hoja longitudinal, y las anchuras W de los fragmentos obtenidos separando las estopas, fue seleccionada para obtener una preforma que tiene una densidad sustancialmente uniforme con las siguientes características: un ángulo a. entre los fragmentos que forman la hoja transversal y una tangente en la circunferencia media que se ubica en el intervalo de 45° a 75°, y preferiblemente es de aproximadamente 60°; y una relación R entre la fracción de peso representada por la hoja circunferencial y la fracción de peso representada por la hoja transversal de aproximadamente 1/3:2/3. La tabla 1 abajo proporciona varias combinaciones posibles para obtener las características deseadas. Tabla 1 Ejemplos 5 a 8 El procedimiento fue el mismo al de los ejemplos 1 a 4, pero con diferentes diámetros internos y externos, es decir D0 = 553 mm y D, = 289 mm.

La tabla 2 abajo proporciona varias configuraciones posibles para obtener las mismas características deseadas para el ángulo a_ y la relación R como en los ejemplos 1 a 4. Tabla 2

Claims (22)

REIVINDICACIONES

1. Un método para fabricar una estructura fibrosa anular, caracterizado porque comprende las etapas que consisten de: • proporcionar una primera hoja fibrosa hecha de elementos sustancialmente unidireccionales; • formar una primera hoja anular transversal colocando la primera hoja fibrosa alterada en una dirección alterada y en la dirección opuesta entre los anillos circulares coaxiales externos e internos, con la hoja sostenida en los anillos; • proporcionar una segunda hoja fibrosa hecha de elementos sustancialmente unidireccionales; • formar una segunda hoja anular circunferencial, depositando la segunda hoja fibrosa en una dirección circunferencial entre los anillos externos e internos; • unir las hojas anulares transversales y circunferenciales entre sí; y • poner a girar las hojas anulares transversales y circunferenciales sobre el eje de los anillos externos e internos para ejecutar una pluralidad de revoluciones completas para obtener directamente a partir de los elementos sustancialmente unidireccionales una estructura fibrosa anular gruesa que tiene capas hechas por la hoja transversal alternada con y unida a las capas hechas por la hoja circunferencial.

2. Un método de acuerdo a la reivindicación 1, caracterizado porque la primera hoja fibrosa se coloca mientras reduce su anchura entre el anillo externo y el anillo interno, y la hoja circunferencial se forma con la densidad que disminuye entre el anillo externo y el anillo interno.

3. Un método de acuerdo a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la hoja anular transversal se coloca de tal manera que proporciona una densidad que es sustancialmente constante a lo largo de cualquier circunferencia.

4. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la primera hoja fibrosa se coloca de tal manera que los elementos fibrosos de la hoja anular transversal forman un ángulo que se encuentra en el intervalo de 45° a 75° con una tangente de la dirección circunferencial en la circunferencia media de la hoja anular transversal.

5. Un método de acuerdo a la reivindicación 4, caracterizado porque el ángulo es de aproximadamente 60°.

6. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque la primera hoja fibrosa es formada por una estopa separada o una pluralidad de estopas separadas agrupadas.

7. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la segunda hoja fibrosa es formada por una estopa separada o una pluralidad de estopas separadas agrupadas.

8. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque la hoja transversal anular es soportada en los anillos externos e internos por medio de ganchos contenidos por los anillos.

9. Un método de acuerdo a la reivindicación 8, caracterizado porque las hojas transversales y circunferenciales son puestas a girar a través de los anillos externos e internos.

10. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque las hojas anulares transversales y circunferenciales se forman en un soporte anular horizontal que se ubica entre los anillos externos e internos y que desciende progresivamente mientras se elabora la estructura fibrosa anular.

11. Un método de acuerdo a la reivindicación 10, caracterizado porque después de que se haya formado la estructura fibrosa anular, se desune mediante el desplazamiento vertical relativo entre el soporte anular y los anillos externos e internos.

12. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la unión entre las hojas anulares transversales y circunferenciales se realiza progresivamente mientras se depositan.

13. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque la unión entre las hojas anulares transversales y circunferenciales es obtenida mediante la punción.

14. Un método de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque la hoja anular circunferencial se deposita después de que se haya colocada la hoja anular transversal e inmediatamente antes de que las hojas se unan juntas.

15. Una instalación para fabricar una estructura fibrosa anular gruesa que tiene capas hechas por una hoja transversal fibrosa que alterna con y se une a las capas hechas por una hoja fibrosa circunferencial, la instalación es caracterizada porque comprende: • un dispositivo para contener una primera hoja fibrosa y colocarla en un soporte anular alternativamente en una dirección y en la dirección opuesta entre los anillos circulares coaxiales externos e internos ubicados en cualquier lado del soporte anular para formar una primera hoja anular transversal; • miembros para sostener la hoja anular transversal en los anillos externos e internos; • un dispositivo para contener una segunda hoja anular sobre el soporte anular y depositarla en la dirección circunferencial entre los anillos externos e internos para formar una segunda hoja anular circunferencial; • un dispositivo para unir juntas las hojas anulares transversales y circunferenciales; y • un dispositivo para poner a girar las hojas anulares transversales y circunferenciales sobre el eje de los anillos externos e internos.

16. Una instalación de acuerdo a la reivindicación 15, caracterizada porque el dispositivo para contener y poner la primera hoja fibrosa comprende: • un dispositivo para alimentar la primera hoja fibrosa; y • un miembro de formación de lanzadera que se mueve durante el desplazamiento de manera reciproca entre una posición ubicada más allá del anillo externo y una posición ubicada dentro del anillo interno, y capaz de funcionar en la primera hoja fibrosa para llevarla hacia el anillo interno mientras se reduce la anchura de la hoja.

17. Una instalación de acuerdo a la reivindicación 16, caracterizada porque el miembro de formación de lanzadera presenta una porción curvada para transportar de manera contraria la primera hoja fibrosa a modo de llevarla al anillo interno mientras le proporciona la curvatura en el anillo interno que corresponde a la curvatura del anillo interno.

18. Una instalación de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 15 a 17, caracterizada porque los miembros para sostener la hoja transversal son ganchos contenidos por los anillos externos e internos.

19. Una instalación de acuerdo a la reivindicación 18, caracterizada porque adicionalmente comprende los miembros prensadores en la forma de barras curvadas movibles para ayudar al acoplamiento de la primera hoja fibrosa a los ganchos presionando sobre la primera hoja fibrosa.

20. Una instalación de acuerdo a cualquiera de la reivindicaciones 15 a 19, caracterizada porque el dispositivo impulsor giratorio comprende los anillos externos e internos.

21. Una instalación de acuerdo a cualquiera de la reivindicaciones 15 a 20, caracterizada porque el soporte anular se mueve verticalmente.

22. Una instalación de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones 15 a 21, caracterizada porque el dispositivo de unión es un dispositivo de punción ubicado inmediatamente hacia abajo del dispositivo para llevar la segunda hoja fibrosa al soporte.