MX2011004343A - Preforma pi con gancho de seguridad de ancho variable y metodo relacionado de formacion. - Google Patents

Abstract

Una preforma tejida (200) para un material compuesto reforzado, que puede ser tejido plano y plegado en forma. La preforma (200) tiene una arquitectura de tejido tridimensional con tejido de fibras de relleno para proporcionar bloqueo capa a capa de capas de fibra de urdimbre (216) así como bloqueo de fibras dentro de cada capa. Al menos dos patas (225, 235) extendidas desde una base (220), la base y las patas que tienen cada una al menos dos capas de fibras de urdimbre. Las patas pueden ser para lelas o anguladas una de la otra, o pueden tener un gancho de seguridad de ancho variable (250) en medio. Los extremos exteriores de la base y/o las patas preferiblemente tienen formas cónicas formadas de la terminación de capas de fibras de urdimbre en un patrón escalonado.

Description

PREFORMA PI CON GANCHO DE SEGURIDAD DE ANCHO VARIABLE Y MÉTODO RELACIONADO DE FORMACIÓN Campo de la Invención Esta invención generalmente se refiere a preformas tejidas y particularmente se refiere a una preforma tejida usada en un material compuesto reforzado, que se pueden tejer completamente y plegarse en su forma final sin producir curvas indeseables en la preforma.

Incorporación como Referencia Todas las patentes, solicitudes de patentes, documentos, referencias, instrucciones del fabricante, descripciones, especificaciones de producto, y hojas de producto para cualquiera de los productos mencionados en la presente se incorporan en la presente como referencia, y se pueden emplear en la práctica de la invención.

Descripción del Arte Previo El uso de materiales compuestos reforzados para producir componentes estructurales se ha extendido, particularmente en aplicaciones donde sus características deseables se buscan para ser ligeras en peso, fuertes, duras, resistentes térmicamente, auto soportables y adaptables para dar forma y formarse.- Tales componentes se usan, por ejemplo, en aplicaciones de aeronáutica, aeroespaciales , aplicaciones de satélites, recreacionales (como en carreras de barcos y autos), y otras aplicaciones.

Típicamente tales componentes consisten de materiales de refuerzo incrustados en materiales de matriz. El componente de refuerzo se puede hacer de materiales tales como vidrio, carbono, cerámica, aramida, polietileno, y/u otros materiales que exhiben propiedades deseadas físicas, térmicas, químicas y/u otras propiedades, entre los que ocupa una gran fuerza contra la falta de tensión. Mediante el uso de tales materiales de refuerzo, que finalmente se convierten en un elemento constituyente del componente terminado, las características deseadas de los materiales de refuerzo, tales como muy alta resistencia, se imparten al componente compuesto terminado. Los materiales de refuerzo constituyentes típicamente, se pueden tejer, tejer de punto o de otra manera orientar en configuraciones deseadas y formas para preformas de refuerzo. Usualmente la atención particular se paga para asegurar la utilización óptima de las propiedades para las cuales los materiales de refuerzo constituyentes se han seleccionado. Usualmente tales preformas de refuerzo se combinan con material de matriz para formar componentes acabados deseados o para producir acciones de trabajo para la producción final de componentes acabados.

Después de que la preforma de refuerzo deseada se ha construido, el material de matriz se puede introducir a y en la preforma, de modo que típicamente la preforma de refuerzo se vuelve revestida en el material de matriz y el material de matriz llena las áreas intersticiales entre los elementos constituyentes de la preforma de refuerzo. El material de matriz puede ser cualquiera de una amplia variedad de materiales, tal como epoxi, poliéster, vinil-éster, cerámica, carbono y/u otros materiales, que también exhiben propiedades físicas, térmicas, químicas, y/u otras deseables. Los materiales elegidos para usar como la matriz pueden o no pueden ser los mismos como ese de la preforma de refuerzo y pueden o no pueden tener propiedades físicas, químicas, térmicas u otras comparables. Típicamente, sin embargo,' no serán de los mismos materiales o tienen propiedades físicas, químicas, térmicas u otras comparables, ya que un objetivo habitual buscado en usar compuestos en el primer lugar es para alcanzar una combinación de características en el producto acabado que no es alcanzable mediante el uso de un solo material constituyente. Así combinada, la preforma de refuerzo y el material de matriz se pueden luego curar y estabilizar en la misma operación por termo fijación u otros métodos conocidos, y luego someterse a otras operaciones hacia la producción del componente deseado. Es importante señalar en este punto que después de estar tan curadas, las masas luego se solidifican del material de matriz normalmente se adhieren muy fuertemente al material de refuerzo (por ejemplo, la preforma de refuerzo) . Como un resultado, la tensión en el componente acabado, particularmente por medio de su material de matriz que actúa como un adhesivo entre fibras, se puede transferir efectivamente a y llevar por el material constituyente de la preforma de refuerzo.

Frecuentemente, es deseable producir componentes en las configuraciones que sean diferentes a tales formas geométricas simples como (por si mismo) placas, hojas, sólidos rectangulares o cuadrados, etc. Una forma de hacerlo es combinar tales formas geométricas básicas en las formas deseadas más complejas. Una combinación típica se hace al unirse preformas de refuerzo hechas como se describe arriba en un ángulo (típicamente un ángulo recto) con respecto a uno del otro. Los propósitos usuales para tales configuraciones angulares de preformas de refuerzo unidas son para crear una forma deseada para formar una preforma de refuerzo que incluye una o más paredes finales o intersecciones en "T" por ejemplo, o para consolidar la combinación resultante de preformas de refuerzo y la estructura de compuesto que esto produce contra la deflexión o fallas sobre está que se exponen a fuerzas exteriores, tal como presión o tensión. En cualquier caso, una consideración relacionada es hacer que cada unión entre los componentes constituyentes sea tan fuerte como sea posible. Dada la muy alta resistencia deseada de los constituyentes de preforma de refuerzo por si mismos, la debilidad de la unión se vuelve, efectivamente, una "liga débil" en una "cadena" estructural.

Un ejemplo de una configuración de intersección se establece en la Patente de E.U.A. No. 6,103,337, la descripción de la cual se incorpora en la presente como referencia. Esta referencia establece un medio efectivo de unión junto con dos placas de refuerzo en una forma T.

Diversas otras propuestas se han hecho en el pasado para la fabricación de tales uniones. Se ha propuesto formar y curar un elemento del panel y un elemento de estiramiento angulado separados unos de otros, con el último que tiene una superficie de contacto de panel sencillo o que se bifurca en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel co-planares, divergentes. Los dos componentes se unen luego al enlazar adhesivamente las superficies de contacto del panel del elemento de estiramiento a una superficie de contacto del otro componente usando material adhesivo termo fijo u otro material adhesivo. Sin embargo, cuando la tensión se aplica al panel curado o la piel de la estructura de compuesto, las cargas en valores inaceptablemente bajos resultan en fuerzas de "desprendimiento" que separan el elemento de estiramiento del panel en su interfaz ya que la resistencia efectiva de la unión es ese del material de matriz y no del adhesivo.

El uso de tornillos o remaches de metal en la interfaz de tales componentes es inaceptable ya que tales adiciones al menos parcialmente destruyen y debilitan la integridad de las estructuras compuestas por si mismas, agregan peso, e introducen diferencias en el coeficiente de expansión térmica como entre tales elementos y el material circundante.

Otros enfoques para resolver este problema se han basado en el concepto de introducir fibras de alta resistencia a través del área de unión mediante el uso de tales métodos como coser uno de los componentes al otro y confiando sobre el hilo cosido para introducir tales fibras de fortalecimiento en y a través del sitio de unión. Un tal enfoque se muestra en la Patente de E.U.A. No. 4,331,495 y su contraparte divisional, la Patente de E.U.A. No. 4,256,790. Estas patentes revelan uniones que se han hecho entre un primero y un segundo panel compuesto hecho de capas de fibra adhesivamente enlazadas. El primer panel se bifurca en un extremo para formar dos superficies de contacto de panel co-planar, divergentes en la manera del arte previo, que se ha unido al segundo panel por cosido de hilo compuesto flexible no curado a través de ambos paneles. Los paneles e hilo luego se han "co-curado": esto es, simultáneamente curado. Otro método para mejorar sobre la resistencia de cruce se establece en la Patente de E.Ü.A. No. 5,429,853.

Aunque el arte previo ha buscado mejorar la integridad estructural del compuesto reforzado y ha alcanzado éxito, particularmente en el caso de la Patente de E.U.A No. 6,103,337, existe un deseo por mejorar al respecto o dirigir el problema a través de un enfoque diferente del uso de adhesivos o acoplamiento mecánico. En este sentido, un enfoque podría ser al - crear una estructura de tejido tridimensional ("3D") por máquinas especializadas. Sin embargo, el costo implicado es considerable y rara vez es deseable tener una máquina de tejer dirigida a crear una estructura simple. A pesar de este hecho, las preformas de 3D que se pueden procesar en componentes compuestos reforzados de fibra son deseables ya que proporcionan resistencia incrementada en relación con compuestos convencionales laminados bi-dimensionales . Estas preformas son particularmente útiles en aplicaciones que requieren el compuesto para llevar cargas fuera de plano. Sin embargo, las preformas del arte previo discutidas arriba se han limitado en su capacidad para soportar altas cargas fuera de plano, para tejerse en un proceso de telar automático, y para proporcionar diversos espesores de porciones de la preforma. La construcción de tejido y automatización de tejer la preforma fue en sus primeros años y proporciona únicamente una pequeña ventaja sobre compuestos laminados, de fibra de cuerda, o trenzados convencionales, que limitan la versatilidad de las preformas.

Otro enfoque seria tejer una estructura bi-dimensional ("2D") y plegar en forma de 3D. Sin embargo, esto típicamente resulta en partes que distorsionan cuando la preforma se dobla. La distorsión ocurre ya que las longitudes de fibra •tejida son diferentes de lo que debe ser cuando la preforma ' se dobla. Esto causa hoyuelos y ondas en áreas donde las longitudes de fibra como- tejido son demasiado cortas, y tensores en las áreas donde las longitudes de fibra son demasiado largas. Un ejemplo de una arquitectura de tejido de preforma en 3D, que puede llevar a ondas o curvas en áreas donde la preforma se dobla, se describe en la Patente de E.U.A. 6,874,543, el contenido completo del cual se incorpora en la presente como referencia. Las preformas de fibra con formas estructurales específicas, tal como por ejemplo secciones transversales '?", T, '?' o ' Pi 1 , se pueden tejer en un telar de desplazamiento convencional, y diversas patentes existentes describen el método de tejer tales estructuras (Patente de E.U.A. No. 6,446,675 y Patente de E.U.A. No. 6,712,099, por ejemplo). En todo el arte previo, sin embargo, las preformas se han construido de modo que la sección transversal es uniforme en la dirección de la fibra de urdimbre.

Estas preformas se procesan frecuentemente en componentes compuestos usando una técnica de refuerzo tal como, por ejemplo, moldeo de transferencia de resina, y usado como estiramiento y/o miembros de unión en estructuras de aeronaves. En el caso de una preforma ' Pi 1 , una tela se inserta típicamente en el espacio entre las patas rectas esto es, el gancho de seguridad.

Un gancho de seguridad de ancho uniforme es apropiado para muchas aplicaciones. Sin embargo, hay otros casos donde es perjudicial. Por ejemplo, un gancho de seguridad de ancho uniforme requiere la tela para ser de un espesor uniforme, y este espesor se clasifica por el área más altamente cargada de la estructura. Esto significa que el potencial ahorro de peso, que se podría alcanzar por disminución de la tela en más áreas ligeramente cargadas, no se puede realizar.

Compendio de la Invención La invención es un método para tejer una preforma de fibra con patas múltiples de tal manera que estas patas no sean necesariamente paralelas entre sí. Un ejemplo, de acuerdo con una modalidad de la invención, es una preforma 1 Pi 1 con un gancho de seguridad de ancho variable esto es, el ancho entre las patas rectas varía a lo largo de la longitud de la preforma.

El gancho de seguridad de ancho variable se alcanza al dejar caer selectivamente algunas fibras de urdimbre fuera de las partes de la preforma que forman las patas rectas, mientras que simultáneamente agregar fibras de urdimbre en otras áreas. Para ampliar el gancho de seguridad, las fibras de urdimbre se caen fuera de la base de la pata recta y agregan en la punta. Lo opuesto se hace para hacer el gancho de seguridad más estrecho.

El método actual también se puede usar para la fabricación de otras formas en sección transversal tal como una forma "I" o refuerzo "I" que tiene la cuchilla de la 'T' que corre en un ángulo en relación con la parte superior de la "I" u otras formas tal como en forma de H o en forma de I.

El método actual se puede usar para tejer preformas con espesores variables o patas de altura variable que pueden ser paralelas o anguladas una de la otra. La preforma se puede tejer usando cualquier patrón conveniente para la fibra de urdimbre, esto es, capa a capa, a través de bloqueo de ángulo de espesores, ortogonal, etc. Mientras que la fibra de carbono se prefiere, la invención es aplicable a prácticamente cualquier otro tipo de fibra.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar una preforma en 3D que es de un diseño que es una alternativa a y/o una mejora en preformas existentes y/o estructuras compuestas reforzadas hasta ahora disponibles.

Es otro objeto de la invención proporcionar un método, novedoso para producir una preforma en 3D con calidad mejorada, que elimina la formación de curva, y reduce tiempo de tejido al reemplazar cinco movimientos de desplazamiento con tres, de tal modo proporcionando una mejor preforma en menor cantidad de tiempo.

Es un objeto adicional de la invención proporcionar tal preforma en 3D que se puede plegar en forma sin distorsión de las fibras que comprende la preforma.

Aún otro objeto de la invención es proporcionar una preforma en 3D que es particularmente útil en la formación de compuestos reforzados de la forma Pi.

Estos y otros objetos y ventajas se alcanzan al proporcionar una preforma de tejido en 3D que puede ser tejido plano y luego se pliega en su forma final antes de la impregnación de resina sin producir una distorsión no deseada en las fibras. Esto se realiza al ajustar la longitud de las fibras durante el tejido de tal manera que las longitudes de fibras se igualan cuando la preforma se dobla en forma que proporciona una transición suave en el pliegue. Esta técnica, mientras que se adapta particularmente para formar preformas tejidas en forma Pi, se pueden utilizar con diversas formas. Por otra parte, mientras que se hace referencia a las preformas tejidas, su aplicabilidad a los no tejidos, tal como enlazado por trenzado o cosido, por ejemplo, será evidente para un experto en la técnica.

En consecuencia, una modalidad de la invención es una preforma para uniones mecánicas o estructurales que tiene una arquitectura de tejido tridimensional con tejido de fibras de relleno para proporcionar entrelazado capa a capa de capas de fibra de urdimbre asi como entrelazado de fibras dentro de cada capa. La preforma de tejido transfiere carga fuera de plano a través de fibras dirigidas para minimizar la tensión interlaminar. La preforma tiene una base y al menos dos patas que se extienden desde la base, la base y las patas que tienen cada una al menos dos capas de fibras de urdimbre.

Las fibras de relleno siguen una secuencia de tejido que les lleva a través de una porción de la base, luego en las patas, y finalmente a través de la porción opuesta de la base. Las patas se pueden conectar en una intersección de columna distribuida, simétrica, con un número impar de columnas de fibras de urdimbre que se ubican entre las patas. La preforma puede, sin embargo, tienen una estructura no simétrica, con longitudes de pata iguales o desiguales. La preforma puede también tener un número par de columnas de fibras de urdimbre entre las patas, y las patas pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base. Las patas pueden ser paralelas o anguladas una de la otra, o pueden tener un gancho de seguridad de ancho variable en el medio. Los extremos exteriores de la base y/o las patas preferiblemente tienen formas cónicas formadas de la terminación de capas de las fibras de urdimbre en un patrón escalonado .

Otra modalidad de la presente invención es un método para formar una preforma para usar en materiales compuestos reforzados. La preforma se forma para tener una arquitectura de tejido tridimensional con tejido de fibras de relleno para proporcionar entrelazado capa a capa de capas de fibra de urdimbre asi como entrelazado de fibras dentro de cada capa. La preforma de tejido transfiere carga fuera de plano a través de fibras dirigidas para minimizar tensión interlaminar. La preforma tiene una base y al menos dos patas que se extienden desde la base, la base y las patas tienen cada una al menos dos capas de fibras de urdimbre. Las fibras de relleno siguen una secuencia de tejido que les lleva a través de una porción de la base, luego en las patas, y finalmente a través de la porción opuesta de la base. Las patas se pueden conectar en una intersección de columna distribuida, simétrica o no simétrica, con un número par o impar de columnas de fibras de urdimbre que se ubican entre las patas. Las patas pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base. Las patas pueden ser paralelas o anguladas una de la otra, o pueden tener un gancho de seguridad de ancho variable en el medio. Los extremos exteriores de la base y/o las patas preferiblemente tienen formas cónicas formadas de la terminación de capas de fibras de urdimbre en un patrón escalonado.

Para una mejor comprensión de la invención, sus ventajas de funcionamiento y objetos específicos alcanzados por sus usos, se hace referencia a la materia descriptiva de acompañamiento en la que se prefiere, pero sin limitar, las modalidades de la invención se ilustran.

Los términos "que comprende" y "comprende" en esta descripción pueden significar "que incluye" e "incluye" o pueden tener el significado comúnmente dado al término "que comprende" o "comprende" en la Ley de Patentes de E.U.A. Los términos "que consiste esencialmente de" o "consiste esencialmente de" si se usa en las reivindicaciones tiene el significado atribuido a ellos en la Ley de Patentes de E.U.A. Otros aspectos de la invención se describen en o son obvios de (y dentro del ámbito de la invención) la siguiente descripción .

Breve Descripción de los Dibujos Los dibujos de acompañamiento, que se incluyen para proporcionar una comprensión adicional de la invención, se incorporan en y constituyen una parte de esta especificación. Los dibujos presentados en la presente ilustran diferentes modalidades de la invención y junto con la descripción sirven para explicar los principios de la invención. En los dibujos: La FIG. 1 es una vista final esquemática de una preforma en forma Pi que representa la formación de selecciones completas y arquitectura de fibra en ella, de acuerdo con una modalidad de la invención; Las FIGS. 2(a) y 2(b) muestran una preforma de acuerdo con la invención y una preforma como se describe en un arte previo, respectivamente; La FIG. 3 es una vista final esquemática de una preforma en forma Pi que representa la arquitectura de fibra en ella, de acuerdo con una modalidad de la invención; La FIG. 4 es una vista en sección transversal esquemática de una preforma en forma Pi con patas en una posición recta, de acuerdo con una modalidad de la invención; Las FIGS. 5(a) - 5(f) son vistas finales esquemáticas de patrones de tejido o arquitectura de fibras de preformas en forma Pi con un gancho de seguridad de ancho variable, de acuerdo con una modalidad de la invención; Las FIGS. 6(a) y 6(b) muestran una preforma en forma Pi de ancho variable antes de (a) y después de (b) de recorte de hilo flotante, de acuerdo con una modalidad de la invención; La FIG. 7 es una vista superior de la zona de transición en una preforma en forma Pi con un gancho de seguridad de ancho variable, de acuerdo con una modalidad de la invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas Las FIGS. 1, 2a, 3 y 4 ilustran una modalidad preferida de una preforma tridimensional 100. La preforma 100 se forma al tejer una o más fibras de relleno 114 en un patrón a través de una pluralidad de fibras de urdimbre 116 que se extienden perpendicularmente al plano del patrón. En las FIGS. 1 y 3, el patrón completo usado para formar la preforma en forma Pi 100 se ilustra, donde las fibras de relleno 114 se muestran en el plano de visión, mientras que las fibras de urdimbre 116 se muestran como perpendiculares al plano de visión. Las fibras 114, 116 se muestran como espaciado aparte en las vistas esquemáticas de la arquitectura, aunque las fibras 114, 116 se compactan juntas cuando realmente se tejen en una preforma completada 100.

Pasando ahora a la FIG. 1, todas las fibras de urdimbre 116 en la preforma 100 generalmente son paralelas una de la otra, con ligeras ondulaciones a lo largo de la longitud longitudinal de cada fibra 116, y se configuran en columnas generalmente verticales. La preforma 100 se teje preferiblemente de materiales usados para estructuras compuestas típicas, por ejemplo, fibra de vidrio y fibras de carbono, y se teje para tener una base 120 y al menos dos patas 125, 135 que se extienden desde la base 120, formando un perfil en forma Pi. Las patas 125, 135 pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base 120. La base 120 y las patas 125, 135 cada una comprenden al menos dos capas de fibras de urdimbre 116 y se muestran como que tienen bordes afilados opcionales. Para facilitar el tejido, la preforma 100 se teje con patas 125, 135 puestas en contra de la base 120, aunque las patas 125, 135 se pretende que se usen en una posición vertical, formando un gancho de seguridad 150, tal como, por ejemplo mostrado en la FIG.4. La base 120 se muestra que tiene ocho capas de fibras de urdimbre 116, y las patas. 125, 135 se muestran que tienen cuatro capas de fibras de urdimbre 116.

Opcionalmente, como se muestra, las fibras de urdimbre 116 en base 120 tienen un área de sección transversal más pequeña que las fibras de urdimbre 116 en las patas 125, 135. Al usar fibras de urdimbre más pequeñas 116 únicamente en la base 120 y no en las patas 125, 135, el incremento en tiempo requerido para tejer la arquitectura en un telar tejido se minimiza mientras que aún proporciona una base más fuerte 120 en la preforma 100 a través de una cantidad más grande de entrelazar de fibras de urdimbre 116.

Refiriéndose nuevamente a la FIG. 1, la preforma 100 se ilustra con el patrón de tejido que comienza en un extremo 105 de la base 120, que se muestra en la izquierda de la base 120. En una porción típica de la secuencia de tejido, la fibra de relleno 114 alterna sobre y debajo de fibras de urdimbre 116 de una capa durante cada paso hacia la derecha, las fibras de bloqueo 116 de esa capa. También, en una porción típica de la secuencia de tejido, la fibra de relleno 114 alterna sobre y debajo de fibras de urdimbre 116 de dos capas adyacentes durante cada paso hacia la derecha, entrelazando las capas una de la otra. Como se muestra en las figuras y se describe abajo, las porciones de la secuencia de tejido, que incluyen aquellas dentro de las patas 125, 135, en los bordes, y en las superficies exteriores de la preforma 100, puede diferir de esta secuencia de tejido.

Como se muestra en la FIG. 1, la secuencia de tejido general comienza con fibra de relleno 114 en la posición A y que se extiende hacia el centro de la base 120 y luego en un lado exterior 112 de una de las patas 135 en la posición Bl. La fibra de relleno 114 luego se extiende a la posición C a la derecha del extremo derecho de la pata 135. De la posición C, la fibra de relleno 114 se teje nuevamente a lo largo de la misma línea, hacia el centro de la base, de la cual la fibra de relleno de punto 114 se extiende hacia abajo en la base 120 y nuevamente en el lado exterior 112 de la otra pata 125 a la posición D en el extremo izquierdo más lejano de la pata 125. La fibra de relleno 114 luego se teje nuevamente a lo largo de la misma línea, hacia el centro de la base 120 y se extiende nuevamente en la base 120 en la posición B2, pasa a través de columnas centrales de fibras de urdimbre 116 ubicadas entre las patas 125, 135, luego nuevamente en la base 120 en la posición E y alcanza a la posición F en el otro extremo 115 de la base 120. Esto forma una secuencia tejida completa de fibra de relleno 114, que básicamente combina cuatro semi-selecciones junto con tres selecciones completas, como se representa en la FIG. 1. La terminación de capas de fibras de urdimbre 116 en un patrón escalonado forma bordes escalonados en la base 120 y las patas 125, 135, tal como formación cónica 124 en el borde lateral izquierdo de la base 120 y forma cónica 126 en la pata 135.

Para completar una celda unitaria, o sección vertical, los pasos de fibra de relleno 114 a través de la preforma 100 se repiten para las capas adyacentes de las fibras de urdimbre 116 hasta que todas las capas se bloquean. El patrón de relleno se repite para formar secciones verticales adyacentes, creando tramos continuos de la preforma. El bloqueo de las capas no es, sin embargo, necesario, y la base 120 y/o las patas 125, 135 de la preforma 100 se pueden bifurcar en las capas separadas.

La FIG. 3 particularmente muestra el patrón de tejido usado para formar las patas 125, 135 y la base 120 en una preforma en forma Pi 100. La base 120 se muestra con ocho capas de fibras de urdimbre 116, y las patas 125, 135 se muestran con cuatro capas de fibras de urdimbre 116, aunque el patrón se puede modificar para trabajar con más o menos capas de fibras de urdimbre en la base 120 y las patas 125, 135. En otras palabras, la base 120 puede tener más capas que cada una de las patas 125, 135 o viceversa. El patrón de tejido proporciona para entrelazar fibras de urdimbre 116 dentro de una capa, y entrelazar entre capas de fibras de urdimbre. Las capas adyacentes se entrelazan al ejecutar una porción de fibras de relleno 114 sobre una fibra de urdimbre 116 en una primera capa en una primera columna y debajo de una fibra de urdimbre en una segunda capa, adyacente en una segunda columna, adyacente, la segunda capa que está debajo de la primera capa. Las patas 125, 135 se tejen en una posición horizontal, puesta sobre, como se muestra, mientras el patrón se teje. Durante la instalación, cada pata 125, 135 se mueve a una posición de pie, vertical, el ancho de cada pata 125, 135 cuando se coloca vertical comprende cuatro capas .

La preforma 100 se mejora de preformas tejidas previas en proporcionar una intersección distribuida, altamente simétrica de patas 125, 135 con la base 120. La base 120 tiene tres columnas centrales de fibras de urdimbre, y dos columnas del separador de fibras de urdimbre, que son las columnas adyacentes a cualquier lado lateral de columnas centrales. El uso de un número impar de columnas centrales permite el tejido para formar una imagen al espejo aproximadamente a cualquier lado lateral de un plano central de simetría que hace dos secciones de la columna central, mejorando la simetría de distribución de carga dentro de la base 120. Mientras que se muestra como que tiene tres columnas centrales, la modalidad preferida de la preforma 100 puede tener cualquier número de columnas centrales, el número de columnas centrales que determina el ancho nominal del gancho de seguridad 150 formado cuando las patas 125, 135 están en una posición recta. Las patas 125, 135 pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base 120.

Para introducir simétricamente cargas desde las patas 125, 135 en la base 120, tal como cargas de un miembro (no mostrado) enlazado entre patas rectas 125, 135, las porciones de fibras de relleno 114 que conectan las patas 125, 135 se dividen en grupos de números iguales o sustancialmente iguales de porciones de fibra. Cada grupo hace intersección con la base 120 entre una de las columnas de separador y las columnas centrales o entre una de las columnas de separador y las columnas laterales derecha o izquierda restantes adyacentes a esa columna de separador. Por ejemplo, como se muestra en la FIG. 3, el grupo ,29 se extiende entre las capas 2 y 4 de la pata 125 y la base 120, que hace intersección con la base 120 entre las columnas c y d. De forma similar, el grupo 31 hace intersección con la base 120 entre las columnas d y e, el grupo 33 hace intersección con la base 120 entre las columnas g y h, y el grupo 37 hace intersección con la base 120 entre las columnas h y i. Es de notarse aquí que aunque las figuras muestran geometrías simétricas, el método de la invención actual se puede usar en producir configuraciones asimétricas también.

Aunque se muestra en la ubicación preferida en aproximadamente el centro de la preforma 100, las columnas centrales 27 pueden comprender columnas de fibras de urdimbre 116 ubicadas lateralmente del centro de la preforma 100. Por ejemplo, columnas b, c, y d puede comprender las columnas centrales, y las columnas a y e pueden actuar como las columnas de separador. Esto compensa las patas 125, 135 hacia un borde exterior de la base 120, aunque todavía proporciona simetría en el tejido de la base 120 alrededor de las columnas b, c, y d y proporciona la distribución simétrica de la carga de patas 125, 135 en la base 120. Las formas cónicas, tal como formas cónicas 124 y forma cónica 126 se forman en un borde exterior de una preforma por la terminación de capas sucesivas de fibras de urdimbre en tramos que son más cortos que capas anteriores. Por ejemplo, la FIG. 3 muestra la capa 5 que termina en la columna s, mientras que la capa 6 termina en la columna t, la capa 5 que es una fibra de urdimbre 116 más corta que la capa 6. De forma similar, la capa 6 es más corta que la capa 7, y este patrón se repite para cada capa inferior adyacente. Una preforma que tiene bordes afilados en ya sea la base o las patas rectas tiene una mejor resistencia a cargas de desprendimiento que una preforma en la que las capas de fibra de urdimbre todas terminan en la misma longitud. Además, el uso de un tamaño de fibra más pequeño para la fibra de forma cónica de urdimbre proporciona una transición más gradual, más suave de la preforma a un componente al cual se une. El patrón de tejido en la FIG. 3 es para las ocho capas de fibras de urdimbre 116 de la base 120.

Una preforma en forma Pi 100 terminada, tejida, se muestra en la FIG. 4 con patas 125, 135 en la posición vertical, que forma un gancho de seguridad 150 entre las patas 125, 135. Sin embargo, las patas 125, 135 pueden ser perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base 120. La preforma 100 se teje al repetir la secuencia tejida completa para formar secciones verticales adyacentes a lo largo de la longitud longitudinal de la preforma 100. El proceso de tejido produce tramos continuos de la preforma 100, que entonces se cortan a las longitudes deseadas para la instalación. Un ejemplo de una preforma formada de acuerdo con la invención en comparación con una preforma de diseño del arte previo 10 con curvas 30 entre las patas rectas se muestra en las FIGS. 2(a) y 2(b), respectivamente.

La invención de acuerdo con una modalidad es un método para tejer una preforma 200 con múltiples patas 225, 235 tal que estas patas no sean necesariamente paralelas la una con la otra. Como se muestra en las FIGS 5 (a) -5(f), la preforma en forma Pi 200 se forma con un gancho de seguridad de ancho variable 250 esto es, el ancho entre las patas rectas varia a lo largo de la longitud de la preforma. El gancho de seguridad de ancho variable 250 se alcanza al caer selectivamente algunas fibras de urdimbre 216 fuera de las partes de la preforma que forma las patas rectas 225, 235, mientras que simultáneamente agregar fibras de urdimbre 216 en otras áreas. Para ampliar el gancho de seguridad 250, las fibras de urdimbre 216 se caen fuera de la base de las patas rectas 225, 235 y agregan en la punta. Lo opuesto se hace para hacer el gancho de seguridad 250 más estrecho.

Las FIGS. 5 (a) -5(f) muestran tal movimiento del gancho de seguridad 250 en una serie de etapas. En este caso particular, el ancho del gancho de seguridad 250 varia de 0.762 cm (0.30 pulgadas) hasta 1.397 cm (0.55 pulgadas), por ejemplo. Las FIGS. 5 (a) -5(f) muestran una sección transversal de la arquitectura de fibra de la preforma 200 que es perpendicular a las fibras de urdimbre 216. Las fibras de urdimbre individuales 216 se muestran como circuios, y la trayectoria de la fibra de trama continua 214 se muestra como una linea sólida. Se debe notar aqui que la mayoría de la fibra que forma las patas rectas 225, 235 es continua a lo largo de la longitud completa de la preforma 200. Únicamente las fibras 240 en los bordes son discontinuas. Estas fibras 240 flotan por arriba o por debajo de la porción tejida de la preforma 200, y se recortan completamente después de que la preforma se ha removido del telar. Diferentes vistas de una preforma en forma Pi de ancho variable que usa una arquitectura capa a capa y se forma de acuerdo con esta modalidad se muestran antes y después del recorte de fibras flotantes 240 en las FIGS. 6(a) y 6(b), respectivamente. Las fibras de hilo de referencia de vidrio 245 en estas figuras identifican las fronteras entre las zonas de sección transversal constante y variable.

Las patas rectas 225, 235, de acuerdo con esta modalidad, se, pueden mover a prácticamente cualquier ubicación del reborde de apoyo o base 220, y se fijan en el reborde o base 220 por las fibras de trama 214. Sin embargo, la posición debe cambiar en una forma gradual, donde el ancho mínimo de una etapa es el ancho de una columna de urdimbre. En este ejemplo, un carrizo de 20 dientes de peine con 20 fibras de urdimbre por pulgada se usó, por lo que la etapa mínima fue con 1.27 mm (0.05 pulgadas o 1/20 de pulgada).

La preforma 200 se puede tejer usando cualquier patrón conveniente para la fibra de urdimbre esto es, capa a capa, a través de bloqueo de ángulo de espesores, ortogonal etc. En la preforma 200 mostrada en la FIG. 7, el gancho de seguridad 250 comienza fuera en una configuración estrecha 230 y una sección transversal constante se teje por alrededor de 30.48 cm (12"), por ejemplo. El gancho de seguridad 250 gradualmente incrementa el ancho a una configuración amplia 255, mantiene la configuración amplia 255 por alrededor de 20.32 cm (8"), por ejemplo, y luego gradualmente se reduce hacia abajo a la configuración estrecha 230. La sección transversal de ancho estrecho se teje luego por alrededor de 30.48 cm (12"), por ejemplo. Una vista cercana de la transición del estrecho 230 a la configuración amplia 255 se muestra en la FIG. 7. Aunque una transición gradual en el ancho del gancho de seguridad 250 se describe en la presente, la invención no se limita a tales configuraciones. Un cambio de etapa en el ancho del gancho de seguridad 250 o un cambio en el ancho en un modo en zig-zag o combinaciones de los mismos están dentro del alcance de la presente invención. Por ejemplo, la transición en el ancho del gancho de seguridad 250 puede ser una combinación de cambio gradual y en etapa, o en etapa y en zig-zag, o gradual y sinusoidal, y asi sucesivamente y siempre.

El método actual también se puede usar para la fabricación de otras formas en sección transversal tales como preformas que tienen tres o más patas interceptando con la base. El método actual también se puede usar para tejer preformas con espesores variables o patas de altura variables que pueden ser paralelas o anguladas una de la otra en uno o más planos.

Típicamente, las preformas se tejen usando un tipo de fibra, por ejemplo, fibras de carbono (grafito) , para ambos la urdimbre y las fibras de relleno. Sin embargo, las preformas también pueden ser patrones de tejido híbrido que usa fibras hechas de múltiples materiales, tales como carbono y fibras de vidrio. Estos patrones pueden resultar en preformas que tienen mayor dureza, costo reducido, y características de expansión térmica optimizada. Los patrones de tejido comprenden todas las fibras de urdimbre para un tipo y todas las fibras de relleno de otro tipo, o el tejido puede tener fibras de urdimbre y/o de relleno de tipos de alternancia y configurados, por ejemplo, en un patrón "de casillas" en todas las capas.

Las ventajas de la presente invención incluyen la capacidad para tejer una preforma de alta resistencia y fácil de usar para montar componentes en las estructuras. El tejido mejorado entrelaza las fibras de urdimbre de cada capa y entrelaza las capas una de la otra, mientras que distribuye las cargas a través de la preforma en una manera altamente simétrica. Al tener un número impar de columnas de fibras de urdimbre en la base entre las patas de la preforma, un patrón de tejido se puede reflejar alrededor de un plano central de simetría. Sin embargo, esto no es necesario para la práctica de la invención. La preforma puede también tener una estructura asimétrica, con longitudes de pata iguales o desiguales, o un número par de columnas de fibras de urdimbre en la base entre las patas de la preforma. Las patas pueden ser. paralelas o anguladas una de la otra, o pueden tener un gancho de seguridad de ancho variable en el medio. Los extremos exteriores de la base y/o las patas preferiblemente tienen formas cónicas formadas de la terminación de capas de las fibras de urdimbre en un patrón escalonado.

En consecuencia, la invención proporciona para un enfoque alternativo y/o un método mejorado para crear preformas de 3D y/o estructuras compuestas reforzadas con múltiples patas tal que las patas no son necesariamente paralelas una con la otra, por ejemplo, la preforma en forma Pi descrita anteriormente con un gancho de seguridad de ancho variable esto es, un ancho variable entre las patas rectas a lo largo de la longitud de la preforma.

Así por la presente invención sus objetos y ventajas se realizan y aunque las modalidades preferidas se han descrito y describen en detalle en la presente, su alcance no se debe limitar por lo tanto más bien su alcance se debe determinar por el de las reivindicaciones adjuntas.

Claims (18)

REIVINDICACIONES

1. Un método para formar un gancho de seguridad de ancho variable en una preforma tejida, el método que comprende las etapas de: (a) proporcionar una pluralidad de capas adyacentes, cada capa que tiene una pluralidad de fibras de urdimbre, las fibras de urdimbre que están paralelas una de la otra y que forman columnas verticales; (b) tejer una pluralidad de fibras de relleno con las capas de fibras de urdimbre para formar una base y dos o más patas que se extienden desde la base, en donde las fibras de relleno bloquean las capas de la base, las capas de cada pata, y las fibras de urdimbre dentro de cada capa; y (c) dejar caer selectivamente una o más fibras de urdimbre fuera de una primera porción de. la preforma que forma una primera pata, de tal modo ampliando el ancho de un gancho de seguridad formado entre las dos o más patas, o selectivamente agregar una o más fibras de urdimbre en la primera porción de la preforma, de tal modo estrechando el ancho del gancho de seguridad formado entre las dos o más patas o haciendo ambas cosas.

2. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde además comprende la etapa de agregar o remover simultáneamente fibras de urdimbre en una segunda porción de la preforma.

3. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas centrales de las fibras de urdimbre ubicadas entre las fibras de relleno que conectan una de las patas a la base y las fibras de relleno que conectan la otra de las patas a la base, las columnas centrales que comprenden un número impar de columnas y que permiten un patrón de tejido de imagen al espejo sustancialmente alrededor de un plano central de simetría de la preforma.

4. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas centrales de fibras de urdimbre ubicadas entre las fibras de relleno que conectan una de las patas a la base y las fibras de relleno que conectan la otra de las patas a la base, las columnas centrales que comprenden un número par de columnas y que permiten un patrón de tejido sustancialmente asimétrico alrededor de un plano central de la preforma.

5. El método de conformidad con la reivindicación 3, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas del separador de fibras de urdimbre adyacentes a los lados laterales opuestos de las columnas centrales, cada columna de separador que divide porciones de las fibras de relleno en dos grupos, un grupo que se extiende entre la base y la pata de entre el conjunto central de columnas y la columna de separador adyacente, el otro grupo que se extiende desde entre la columna de separador y las columnas lateralmente hacia el exterior de la columna de separador.

6. El método de conformidad con la reivindicación 4, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas del separador de fibras de urdimbre adyacentes a los lados laterales opuestos de las columnas centrales, cada columna de separador que divide las porciones de las fibras de relleno en dos grupos, un grupo que se extiende entre la base y la pata de entre el conjunto central de columnas y la columna de separador adyacente, el otro grupo que se extiende desde entre la columna de separador y las columnas lateralmente hacia el exterior de la columna de separador.

7. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde la base tiene más capas que cada una de las patas o viceversa .

8. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde los bordes de la base y/o las patas se forman cónicos.

9. El método de conformidad con la reivindicación 1, en donde las patas son perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.

10. Una preforma tejida con un gancho de seguridad de ancho variable, la preforma que comprende: una pluralidad de capas adyacentes, cada capa tiene una pluralidad de fibras de urdimbre, la fibras de urdimbre que están paralelas una de la otra y que forman columnas verticales ; una pluralidad de tejido de fibras de relleno entre las capas de fibras de urdimbre para formar una base y dos o más patas que se extienden desde la base, la base y cada pata que se forma de al menos dos capas de fibras de urdimbre, las fibras de relleno que entrelazan las capas de la base, las capas de cada pata, y las fibras de urdimbre dentro de cada capa; y un gancho de seguridad formado entre las dos o más patas, en donde el gancho de seguridad tiene un ancho variable a lo largo de la longitud de la preforma.

11. La preforma de conformidad con la reivindicación 10, en donde el gancho de seguridad de ancho variable se forma al dejar caer selectivamente una o más fibras de urdimbre desde una primera porción de la preforma que forma una primera pata con objeto de ampliar el ancho de un gancho de seguridad entre las dos o más patas, o selectivamente agregar una o más fibras de urdimbre en la primera porción de la preforma para reducir el ancho del gancho de seguridad formado entre las dos o más patas o haciendo ambas cosas.

12. La preforma de conformidad con la reivindicación 10, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas centrales de fibras de urdimbre ubicadas entre las fibras de relleno que conectan una de las patas a la base y las fibras de relleno que conectan la otra de las patas a la base, las columnas centrales comprenden un número impar de columnas y que permiten un patrón de tejido de imagen al espejo sustancialmente alrededor de un plano central de simetría de la preforma.

13. La preforma de conformidad con la reivindicación 10, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas centrales de fibras de urdimbre ubicadas entre las fibras de relleno que conectan una de las patas a la base y las fibras de relleno que conectan la otra de las patas a la base, las columnas centrales comprenden un número par de columnas y que permiten un patrón de tejido sustancialmente asimétrico alrededor de un plano central de la preforma.

14. La preforma de conformidad con la reivindicación 12, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas del separador de fibras de urdimbre adyacentes a los lados laterales opuestos de las columnas centrales, cada columna de separador que divide porciones de las fibras de relleno en dos grupos, un grupo que se extiende entre la base y la pata de entre el conjunto central de columnas y la columna de separador adyacente, el otro grupo que se extiende desde entre la columna de separador y las columnas lateralmente hacia el exterior de la columna de separador.

15. La preforma de conformidad con la reivindicación 13, en donde las columnas de fibras de urdimbre incluyen columnas del separador de fibras de urdimbre adyacentes a los lados laterales opuestos de las columnas centrales, cada columna de separador divide las porciones de las fibras de relleno en dos grupos, un grupo que se extiende entre la base y la pata de entre el conjunto central de columnas y la columna de separador adyacente, el otro grupo que se extiende desde entre la columna de separador y las columnas lateralmente hacia el exterior de la columna de separador.

16. La preforma de conformidad con la reivindicación 10, en donde la base tiene más capas que cada una de las patas o viceversa .

17. La preforma de conformidad con la reivindicación 10, en donde los bordes de la base y/o las patas son cónicas.

18. La preforma de conformidad con la reivindicación 10, en donde las patas son perpendiculares o no perpendiculares o anguladas a la base.