MX2015001369A - Aparato para dispensacion de cinta compuesta. - Google Patents

Abstract

Un aparato (10) para aplicar una cinta impregnada con resina a la superficie (64) de una herramienta de moldeo (60), el aparato que incluye: un armazón superior (12) montado de forma giratoria a un armazón base (14), el armazón superior que tiene montado en el mismo y girable con éste un montaje de soporte de carrete (16) para soportar un carrete (80) de cinta impregnada con resina y un carrete (224) de material de cañamazo enrollado en el mismo, un montaje de compactación de cinta (18) que incluye un rodillo de compactación (48) configurado para conformarse a la superficie de la herramienta de moldeo para compactar la cinta impregnada con resina sobre la superficie de la herramienta de moldeo, y un sistema de tensión de cinta (38) para ejercer tensión en la cinta impregnada con resina. El armazón base incluye un sistema de seguimiento (20) para seguir la superficie de la herramienta de moldeo, el armazón base que se puede mover en vaivén con respecto a la superficie de la herramienta de moldeo.

Description

APARATO PARA DISPENSACIÓN DE CINTA COMPUESTA Campo de la Invención La presente invención se refiere a un aparato para dispensar cinta compuesta, y de manera más particular, a un aparato para colocar cintas preimpregnadas con precisión. El aparato puede colocar cintas preimpregnadas sobre una estructura de moldeo que tiene una superficie contorneada o una superficie plana a lo largo de una ruta lineal o no lineal.

Antecedentes de la Invención En la teenología de los productos compuestos, se puede usar una cinta o trama preimpregnada de resina para construir el componente particular, deseado. Los materiales preimpregnados consisten de fibras alineadas de refuerzo (típicamente fibras de carbono, de vidrio o aramida) que están pre-impregnadas con un polímero y se usan como un producto intermedio en el moldeo de estructuras compuestas. Muy frecuentemente, estas fibras se alinean en una configuración unidireccional formando productos tipo cinta que son típicamente de 12 a 60 pulgadas (de 30.5 a 152.4 cm) de ancho.

La estructura compuesta se construye de capas sucesivas de la cinta aplicada a una superficie de trabajo tal como, por ejemplo, una herramienta de moldeo, mandril, o cualquier superficie usada para formar partes compuestas. Cuando se construye una álabe eólica compuesta, larguero de REF.:254063 alabe eólica, o estructuras de ala, por ejemplo, a partir de cintas preimpregnadas, se colocan largos tramos (es decir, de más de 40 metros) de cinta preimpregnada en una herramienta de moldeo con gran precisión. Se requiere la alineación precisa de los filamentos para lograr las propiedades deseadas del producto compuesto. Además, se requiere compactación uniforme de la cinta preimpregnada durante la construcción del producto laminado para reducir al mínimo el aire atrapado, que puede provocar huecos en el producto laminado, compuesto, curado. Una muy ligera mala alineación de la orientación de las fibras puede provocar pérdida significativa de las propiedades críticas de ingeniería. Por ejemplo, de 5 a 10 grados fuera de la orientación pueden provocar una pérdida de 10 a 20% en el módulo de elasticidad del producto compuesto. Los huecos en el producto compuesto también pueden dar por resultado propiedades inferiores del producto compuesto. Más de 2% de huecos pueden provocar pérdida significativa de la resistencia inter-laminar al corte y pueden actuar como sitios para crecimiento daño en el producto compuesto durante la vida de servicio.

Los largueros de álabes eólicas compuestas frecuentemente son productos laminados de lados rectos de espesor variable, por ejemplo, de aproximadamente 0.1 pulgadas (0.25 cm) a más de 1.5 pulgadas (3.81 cm) de grueso. Típicamente, son superficies de molde, colocadas, que pueden variar desde planas a grados variables de curvatura cóncava o convexa. Por ejemplo, el larguero de alabes eólicas puede ser plano en la punta y curveado en la raíz. Esta configuración se adiciona además a la complejidad de colocar cintas preimpregnadas con precisión extrema. La colocación manual de estos largueros con cintas preimpregnadas es extremadamente difícil y requiere bastante tiempo, y es aún más difícil asegurar la precisión. El extremo alterno a la colocación manual comprende el uso de máquinas automatizadas de colocación de cinta. Estos tipos de máquinas se han desarrollado durante más de dos décadas, principalmente para estructuras aeroespaciales. En tanto que estas máquinas se diseñan para colocar cintas preimpregnadas con precisión extrema, estas máquinas son muy precisas y excesivamente complejas para los largueros de álabes eólicas.

Breve Descripción de la Invención La presente invención se refiere a un aparato que es capaz de colocar un producto preimpregnado, ancho, para una estructura que tiene curvatura en el plano, en tanto que reduce de manera significativa los efectos de arrugamiento en el radio interno.

En un aspecto de la invención, se proporciona un aparato para aplicar una cinta impregnada con resina a la superficie de una herramienta de moldeo, el aparato que incluye: un armazón superior montado de manera giratoria a un armazón base, el armazón base que tiene montado en el mismo y que puede girar con el mismo un montaje de soporte de carrete para soportar un carrete de cinta impregnada con resina enrollada en el mismo, un montaje de compactación cinta que incluye un rodillo de compactación configurado para conformarse a la superficie de la herramienta de moldeo para compactar la cinta impregnada con resina sobre la superficie de la herramienta de moldeo, y un sistema de tensión de cinta para ejercer tensión en la cinta impregnada con resina. El armazón base incluye un sistema de seguimiento para seguir la superficie de la herramienta de moldeo, el armazón base que se puede mover en vaivén con respecto a la superficie de la herramienta de moldeo.

En una modalidad, el montaje de soporte de carrete incluye un sistema de alineación para alinear de manera lateral el carrete de cinta preimpregnada con relación a la superficie de la herramienta de moldeo.

En una modalidad, el rodillo de compactación incluye una pluralidad de discos contiguos soportados en un eje, los discos que tienen un diámetro de agujero central que es mayor que el diámetro exterior del eje.

En una modalidad, el armazón superior gira al menos 180° en el armazón base para permitir el cambio de dirección de aplicación de la cinta impregnada con resina en la superficie de la herramienta de moldeo. El aparato puede incluir además una placa giratoria acoplada al armazón superior y el armazón base para permitir la rotación del armazón superior en el armazón base.

En una modalidad, el sistema de tensión de cinta incluye un freno de disco accionado. El freno de disco se puede accionar de manera manual o automática.

En una modalidad, la herramienta de moldeo incluye al menos un riel y el sistema de seguimiento incluye al menos dos rodillos guía que acoplan el por lo menos un riel.

La superficie de la herramienta de moldeo puede incluir al menos uno de un contorno convexo y un contorno cóncavo.

El ancho de la cinta impregnada con resina aplicada a la herramienta de moldeo, en una modalidad, está dentro del intervalo de aproximadamente 11.5 pulgadas (292 mm) a aproximadamente 60 pulgadas (152.4 cm).

En un aspecto adicional de la invención, el aparato incluye además un recortador para recortar la cinta impregnada con resina a lo largo en una pluralidad de tiras, el recortador está montado en y puede girar con el armazón superior. El recortador puede incluir una pluralidad de cuchillas giratorias o estacionarias.

En una modalidad, la pluralidad de tiras de cinta impregnada con resina es uniforme. En otra modalidad, no es uniforme el ancho de la pluralidad de tiras de cinta impregnada con resina.

En una modalidad, el aparato incluye además una pluralidad de rodillos acumuladores colocados corriente abajo del recortador, cada rodillo acumulador que se puede activar de manera independiente para acumular y quitar una porción de una tira respectiva de cinta impregnada con resina, los rodillos acumuladores están montados y pueden girar con el armazón superior .

En una modalidad, el aparato que comprende además un controlador configurado para controlar al menos uno de: la colocación de la cinta impregnada con resina en la superficie de la herramienta de moldeo; la tensión ejercida por el sistema de tensión en la cinta; la dirección en la cual se aplica la cinta a la superficie de la herramienta de moldeo; y la velocidad a la cual se aplica la cinta a la superficie de la herramienta de moldeo.

En un aspecto de la invención, se proporciona un carro para aplicar una trama impregnada con resina a la superficie contorneada de la herramienta de moldeo, el carro que incluye: un armazón superior montado a un armazón base, el armazón superior que tiene montado en el mismo: un primer montaje de soporte de carrete para soportar un carrete de trama impregnada con resina enrollada en el mismo, un segundo montaje de soporte de carrete para soportar un carrete de material de cañamazo montado en el mismo; un montaje de compactación de trama que incluye un rodillo de compactación configurado para conformarse a las porciones cóncavas y convexas de la superficie de la herramienta de moldeo para compactar la trama impregnada con resina sobre la superficie de la herramienta de moldeo, y un sistema de tensión de trama para ejercer tensión en la trama impregnada con resina. El armazón base incluye: una pluralidad de ruedas montadas en el armazón base y que soporta el carro, las ruedas que acoplan la superficie de la herramienta de moldeo para impulsar el carro a lo largo de la superficie contorneada de la herramienta de moldeo de tapa de larguero de álabe eólica; y un sistema de seguimiento para seguir la superficie de la herramienta de moldeo, el carro que se puede mover de manera recíproca con respecto a los contornos de la superficie de la herramienta de moldeo.

En una modalidad, el carro incluye además un estrechamiento para unir una capa de material cañamazo a la trama impregnada con resina antes de compactar la trama impregnada con resina sobre la superficie de la herramienta de moldeo.

Breve Descripción de las Figuras En las figuras anexas, referencias similares indican partes similares o características similares: La figura 1 es una vista en perspectiva de un aparato para colocar cinta preimpregnada de acuerdo a una modalidad de la invención.

La figura 2 es una vista superior del aparato de la figura 1.

La figura 3 es una vista frontal del aparato de la figura 1 con un carrete de material preimpregnado montado en el mismo.

La figura 4 es una vista lateral del aparato de la figura 1 con un carrete de material preimpregnado montado en el mismo.

La figura 5 es una vista en perspectiva de una modalidad del aparato para colocar cinta preinpregnada de acuerdo a la invención como se coloca en una herramienta de moldeo.

La figura 6 es una vista frontal del aparato de la figura 5.

La figura 7 es una vista en perspectiva del aparato de la figura 5, que ilustra el movimiento rotacional del armazón superior .

La figura 8 es una vista en perspectiva de un aparato para el colocar cinta preimpregnada que incluye montajes de dispensación y recorte de cinta de acuerdo con una modalidad de la presente invención.

La figura 9 es una vista lateral del aparato de la figura 8.

La figura 10 es una vista superior del aparato de la figura 8.

La figura 11 es una vista superior agrandada del sistema de tensión del aparato de la figura 8.

La figura 12 es una vista lateral de una sección del aparato de la figura 8 con un carrete de material preimpregnado montado en el mismo.

La figura 13 es una vista en perspectiva del montaje de alineación de cinta del aparato de la figura 8.

La figura 14 es una vista de fondo de montaje de colocación de cinta del aparato de la figura 8.

La figura 15A es un dibujo esquemático que ilustra una cinta preimpregnada dispensada usando el aparato convencional en una dirección lineal.

La figura 15B es un dibujo esquemático que ilustra una cinta preimpregnada, dispensada usando el aparato convencional en una dirección no lineal.

La figura 16 es una fotografía que muestra una cinta preimpregnada, dispensada usando el aparato convencional sobre una superficie curveada.

La figura 17 es una vista en perspectiva de una modalidad del aparato que incluye un montaje de dispensación de cañamazo de acuerdo a la invención.

Descripción Detallada de la Invención El aparato de la presente invención es útil para formar estructuras laminadas compuestas al aplicar cintas de fibras continuas que se han preimpregnado con un aglutinante de resina sobre una superficie de un molde, mandril o herramienta. Las fibras pueden consistir de carbono, vidrio, cerámica, metal, y/o polímeros. El aglutinante de resina puede ser una resina termoplástica o termoendurecible.

En un aspecto de la invención, se proporciona un aparato para colocar una cinta preimpregnada, unidireccional, ancha, para una estructura, y en particular, para una alabe eólica . El aparato incluye un soporte de carrete para soportar de manera desmontable un carrete de una trama continua de material preimpregnado que tiene un ancho amplio. El aparato incluye un mecanismo para colocar de manera apropiada la cinta preimpregnada en la superficie de la herramienta de moldeo. Además, el aparato incluye un montaje de colocación de cinta preimpregnada, montado de forma giratoria, para la compactación y colocación de cinta bi-direccional.

El ancho del producto de cinta preimpregnada está típicamente en el intervalo de aproximadamente 11.5 pulgadas (292 m ) a aproximadamente 60 pulgadas (152.4 cm). En una modalidad, el ancho de la cinta preimpregnada es de aproximadamente 12 pulgadas (30.5 cm) a aproximadamente 60 pulgadas (152.4 cm), o aproximadamente 11.5 pulgadas (292 mm) a aproximadamente 15.75 pulgadas (400 mm). En general, es ventajoso usar cinta preimpregnada más amplia para incrementar la velocidad de colocación de la cinta preimpregnada, y de esta manera incrementar la eficiencia de producción. Con el aparato de la presente invención, es posible incrementar adicionalmente las velocidades de producción, al proporcionar compactación y colocación bi-direccional de cinta. La aplicación del material preimpregnado en la herramienta de moldeo se puede llevar a cabo en la dirección hacia delante y en la dirección invertida.

Con referencia a las figuras 1-3, en una modalidad de la invención, el aparato de cinta preimpregnada es un carro 10 que incluye un armazón superior 12 montado de forma giratoria a un armazón base 14. Montados en el armazón superior 12 están un montaje de soporte 16 de carrete de cinta preimpregnada y un montaje de compactación 18. El armazón base 14 incluye un sistema de seguimiento 20 para colocar de manera precisa el material preimpregnado en la superficie de la herramienta de moldeo .

El montaje de soporte de carrete 16 incluye un husillo 22 y soportes de carrete 24 montados en el husillo 22. Los soportes de carrete 24 incluyen espigas de ajuste rápido 26 que hacen contacto con el interior del núcleo de carrete de material preimpregnado para centrar el carrete 80 en el husillo 22. El montaje de soporte de carrete 16 permite el cambio y colocación rápida del carrete de material preimpregnado. El husillo 22 está soportado en cada extremo por vigas 28 en el armazón superior 12.

Con referencia a la figura 3, el carro 10 incluye un sistema de colocación de carrete 30 que incluye el disco 32 y el soporte de ajuste lateral 34. El sistema de colocación de carrete 30 controla la colocación lateral del carrete del material preimpregnado en el carro a todo lo largo de la operación de dispensación de material preimpregnado. El disco 32 se fija al husillo 22. El disco 32 se coloca entre los brazos de un soporte en forma de U 34. Una almohadilla 36 acoplada a cada brazo de los soportes 36 hace contacto con el disco 32.

Usando de mango de colocación 31, se pueden hacer ajustes laterales pequeños (es decir, perpendiculares a la dirección de aplicación de cinta) en la alineación de la cinta preimpregnada, al mover lateralmente el soporte 34 durante la dispensación de cinta como sea necesario.

El carro 10 incluye un sistema de tensión 38 para mantener un nivel adecuado de tensión en el material preimpregnado durante la operación de dispensación. Un regulador de fricción 40 aplica presión al disco 32 y almohadillas 36 dentro del soporte 34 para establecer una resistencia de línea base a la rotación del rodillo de material preimpregnado durante la operación de dispensación. Este ajustador 40 se puede operar ya sea de manera manual u operar de manera automática en base a la retroalimentación de los sensores de monitoreo de tensión (no mostrados).

El sistema de tensión 38 incluye un brazo accionado con muelle 42 que proporciona una medición de la tensión en la cinta preimpregnada. La fuerza del muelle 44 en el brazo accionado con muelle 42 también compensa fluctuaciones menores en la fuerza que resultan de la propulsión del carro de dispensación de material preimpregnado 10 y del cambio diamétrico del material preimpregnado, conforme se dispensa desde el carrete. En una modalidad (no mostrada), el sistema de tensión puede incluir además sensores para ajuste y monitoreo de la tensión. El rodillo de tensión 47 unido a la barra lateral 46 coloca la cinta preimpregnada cerca de la superficie de la herramienta de moldeo en la preparación para el paso de compactación.

El montaje de compactación 18 actúa para presionar el material preimpregnado conforme se dispensa sobre la superficie de la herramienta de moldeo. El montaje de compactación aplica presión de compactación, a pesar del torcimiento y curvatura de la superficie de la herramienta de moldeo. Un rodillo de compactación 48 está constituido de una pluralidad de delgados discos contiguos, pesados 50 en un eje lateral 52 con las caras planas de los discos prensadas conjuntamente. Los discos 50 tienen un diámetro de agujero central que es mayor que el diámetro del eje 52. Los discos 50 tienen caras y/o medios de reducción de fricción en las caras de los discos para permitir el movimiento independiente de cada disco. Los discos pesados 50 son capaces de moverse más verticalmente, de modo que el borde de cada disco hace contacto con el material preimpregnado para proporcionar compactación. Adyacentes al último disco en cada extremo están miembros de retención 54 en el eje 52 para mantener la posición lateral de los discos 50 y para limitar su movimiento a la rotación alrededor del eje y traslado perpendicular al eje 52. El brazo oscilante 56 del montaje de compactación 18 se monta sobre pivote en el armazón superior 12 en el punto de pivote 58. El movimiento rotacional del montaje de compactación 18 permite al operador levantar el montaje de compactación fuera de la cinta preimpregnada cuando el montaje de compactación no está en uso. El montaje de compactación 18 puede incluir opcionalmente otras características, incluyendo rodillos flexible de uretano o de forma neumática, y "dedos"/brazos accionados con muelle o neumáticos (no mostrados).

Con referencia a la figura 4, conforme el material preimpregnado 82 se desenrolla del carrete 80, pasa sobre el rodillo de reorientación 43 y entonces se coloca cerca de la superficie de la herramienta de moldeo por el rodillo de tensión 47. El carro 10 viaja a través de la superficie de la herramienta de moldeo en la dirección indicada por la flecha. El montaje de compactación 18 se hace bajar de modo que el rodillo de compactación 48 hace contacto con la cinta preimpregnada 82 y aplica presión de compactación para comprimir la cinta preimpregnada 82 a la superficie de la herramienta de moldeo 60.

Con referencia a las figuras 5 y 6, el carro 10 se puede mover sobre la superficie 64 de una herramienta de moldeo 60 por las ruedas 70 colocadas en cada una de las cuatro esquinas de armazón base 14. El carro 10 puede ser auto propulsado usando, por ejemplo, un motor eléctrico (no mostrado). En una modalidad, el carro 10 se guía por un riel 62 colocado a lo largo de la superficie de la herramienta de moldeo 60.

En la modalidad ilustrada, los componentes del sistema de seguimiento 20 del carro 10 se integran en el carro 10 y se coordinan con la configuración de la herramienta de moldeo 60 para asegurar la colocación apropiada de la cinta preimpregnada. Típicamente, la coordinación se enfoca en una característica específica de la estructura compuesta final. Como un ejemplo, el punto donde la línea central de una tapa de larguero de álabe eólica hace contacto con la superficie de la herramienta de moldeo 60 se puede usar como una "característica clave". El sistema de seguimiento 20 mantiene la colocación precisa del carro de dispensación de material preimpregnado con relación a la característica clave. Los componentes del sistema de seguimiento 20 se pueden incrustar en la superficie 64 de la herramienta de moldeo o en un riel guía separado 62 colocado en los bordes de las porciones planas 68 de la herramienta de moldeo en cualquier lado de una porción cóncava central 66 de la herramienta de moldeo 60 como se muestra en las figuras 5-7.

El sistema de seguimiento 20 incluye al menos un par de rodillos guía 72 montados al extremo de al menos una de las patas 74 del armazón base 14 del carro y próximo a la rueda 70. El par de rodillos guía 72 están separados de modo que acoplan ambos lados del riel 62 y atraviesan a lo largo del eje 62. Se puede montar un segundo par de rodillos guía 72 en una segunda pata 74 en el mismo lado del armazón base próxima a la segunda rueda 70. Los rodillos guía 72 se coordinan con la herramienta de moldeo para proporcionar la colocación definitiva del carro 10; para proporcionar el torcimiento apropiado del carro 10 para reflejar aquel de la herramienta de moldeo 60; y para mantener el contacto del carro 10 a la herramienta de moldeo 60 a lo largo de la longitud de la herramienta de moldeo. Los rodillos guía de seguimiento 72 también ayudan a eliminar la expulsión del carro que resulta de las fuerzas necesarias para impulsar el carro a lo largo de la herramienta de moldeo.

En una modalidad alternativa, el uno o más rieles se colocan bajo la herramienta de moldeo, en lugar de sobre la superficie de la herramienta de moldeo. En otra modalidad alternativa, no se usa un riel separado para guiar el carro. En cambio, la superficie misma de la herramienta de moldeo incorpora características claves que se siguen por el carro para asegurar la colocación apropiada del material preimpregnado.

El rodillo de compactación 48 ejerce una fuerza compresiva a la cinta preimpregnada al hacer contacto con la superficie superior del producto compuesto estructural que se lamina conforme la cinta se deposita en la herramienta de moldeo. El rodillo de compactación 48, constituido de una pluralidad de delgados discos contiguos, pesados 50, es capaz de conformarse a los contornos de la superficie de la herramienta de moldeo 64, y en particular, es conformable a la porción cóncava 66 de la herramienta de moldeo para reducir la tendencia de la cinta a arrugarse cuando se aplica a las porciones cóncavas (o convexas) de la superficie de la herramienta de moldeo. Con el rodillo de compactación 48, la cinta preimpregnada se puede aplicar a superficies de la herramienta de moldeo que tiene áreas de grados variables de curvatura cóncava, áreas que tienen grados variables de curvatura convexa y áreas que son planas. La cinta preimpregnada también se puede aplicar a lo largo de una ruta no lineal en la superficie de la herramienta de moldeo.

Con referencia a la figura 7, el armazón superior 12 se asegura de manera giratoria al armazón base 14 por la placa giratoria 76, que permite el giro del material preimpregnado por 180 grados sin remover el carro dispensador 10 de la herramienta de moldeo 60. La placa giratoria 76 permite que el material preimpregnado pase a través del centro del aparato 10 durante la operación de dispensación. El miembro de sujeción 78, cuando se acopla, impide el movimiento rotacional del armazón superior 12 con relación al armazón base 14, y establece la colocación apropiada del carrete de material preimpregnado para cada dirección de dispensación en la herramienta de moldeo 60.

El aparato de la presente invención puede incluir además un medio para guiar la colocación del material preimpregnado para asegurar la alineación controlada de las fibras. La operación del montaje de carro 10 se puede controlar por un controlador (no mostrado). Por ejemplo, el carro se puede conectar a un controlador que se configura para controlar la colocación de la cinta preimpregnada, la tensión en la cinta, la dirección en la cual se aplica la cinta preimpregnada a la superficie de la herramienta de moldeo y la velocidad a la cual se coloca la cinta preimpregnada.

El montaje de carro 10 puede aplicar la cinta de material preimpregnado partiendo de cualquier extremo de la herramienta de moldeo 60 y puede iniciarse y detenerse de acuerdo a ubicaciones predeterminadas de capa. Se puede usar un cortador para cortar automáticamente la capa. En una modalidad, el montaje de carro 10 puede incluir una guía láser (no mostrada) para determinar las ubicaciones de capa.

En una modalidad, el montaje del carro se puede acoplar de manera removible a una estación de carga de carrete .

En otro aspecto de la invención, se proporciona un aparato que incluye un recortador y acumulador, el aparato que capaz de colocar tiras de material preimpregnado formadas de un producto de cinta preimpregnada ancha para una estructura que tiene curvatura en el plano, en tanto que reduce de manera significativa los efectos de arrugamiento en el radio interior. El ancho inicial del producto de cinta preimpregnada puede estar en el intervalo de aproximadamente 12 pulgadas (30.5 cm) a aproximadamente 60 pulgadas (152.4 cm).

Cuando se construye una estructura compuesta a partir de cintas preimpregnadas, las cintas usualmente se colocan en direcciones de líneas rectas. Debido a que la cinta se está desenrollando de un carrete individual, las fibras no se pueden estirar en el proceso de colocación y no pueden deslizarse una con respecto a la otra. Como resultado, estas cintas preimpregnadas no se pueden colocar en una geometría de curvatura en el plano sin crear arrugamiento o fruncimiento en el radio interior.

Con referencia a la figura 15A, una cinta preimpregnada 200 dispensada usando un aparato convencional en una dirección lineal tiene una pluralidad de fibras alineadas de refuerzo 202 que están pre impregnadas con un polímero. Cuando la cinta 200 se aplica a una superficie lineal, plana, la cinta se tiende suavemente sin arrugamiento ni frucimiento. La figura 15B ilustra una cinta preimpregnada 200 dispensada en un dirección no curveada, no lineal usando un aparato convencional. La cinta 200 se tiende suavemente a lo largo del borde exterior 204 de la superficie curveada. Sin embargo, a lo largo del borde interior 206, se forman arrugas 208.

La figura 16 es una fotografía de un tira de 7 pulgadas (17.8 cm) de ancho de material preimpregnado colocado a un radio de curvatura en el plano de 130 pies (39.6 m) usando un aparato convencional. El arrugamiento y fruncimiento 208 en el radio interior 206 se puede ver claramente. Este arrugamiento crea una pérdida de orientación de la dirección de la fibra y da por resultado pérdida de las propiedades mecánicas del producto compuesto en esta región. Los productos compuestos de fibra de carbono son particularmente sensibles a la pérdida de resistencia a la compresión debido a esta pérdida de orientación de las fibras.

Con referencia a las figuras 8-10, se ilustra otra modalidad de ejemplo del aparato de dispensación de cinta preimpregnada de la presente invención. El aparato comprende un carro móvil 10 que incluye un montaje de soporte de carrete 16 para soportar de manera desmontable un carrete 80 de una trama continua de material de cinta preimpregnada 82 que tiene un ancho amplio. Como se describe previamente, esta modalidad del carro 10 incluye un armazón superior 12 montado de forma giratoria a un armazón base 14. Montados en el armazón superior 12 están un montaje de soporte de carrete de material preimpregnado 16 y un montaje de compactación 18. El armazón base 14 incluye un sistema de seguimiento 20 para colocar de manera precisa el material preimpregnado en la superficie de la herramienta de moldeo. El montaje de carro 10 incluye la placa giratoria 76 que permite el armazón superior 12 gire con relación al armazón base 14, tal que la aplicación del material de cinta preimpregnada en la herramienta de moldeo 60 se puede llevar a cabo en la dirección hacia delante y en la dirección invertida.

Conforme la cinta de material preimpregnado 82 se desenrolla del carrete 80, se hace avanzar a un recortador 90 donde se recorta en una pluralidad de tiras 84 de material preimpregnado. El recortador 90 puede incluir, por ejemplo, una pluralidad de cuchillas estacionarias 92 o cuchillas giratorias. El número de tiras y el ancho de las tiras individuales 84 dependen del grado de no linealidad de la superficie de la herramienta de moldeo 60 a la cual se aplican las tiras 84. Por ejemplo, las tiras 84 pueden ser de un ancho uniforme o pueden tener diferentes anchos para acomodarse a la ruta no lineal de la herramienta de moldeo 60. En tanto que la descripción del aparato de la presente se refiere a una herramienta de moldeo, se va a entender que el material preimpregnado se puede aplicar a la superficie de un molde, mandril, o cualquier otra superficie usada para formar la estructura compuesta en la operación de dispensación de material preimpregnado .

En otra modalidad, las tiras 84 se recortan durante la fabricación de la trama preimpregnada ancha antes de que se enrollen en un carrete individual. El carrete 80 de tiras pre-recortadas entonces se monta en el montaje de soporte de carrete 16.

El carro 10 incluye un mecanismo para tomar la diferencia en la longitud de las tiras individuales 84 que resultan de la ruta no lineal de la herramienta de moldeo 60. En una modalidad, se usa un acumulador 94. El acumulador 94 incluye una pluralidad de rodillos 96, cada tira de material preimpregnado 84 que tiene un rodillo asociado que es independientemente extensible y retráctil como se necesita para manejar la longitud en exceso de la tira individual que resultado de la ruta no lineal en la herramienta de moldeo 60. Los rodillos acumuladores 96 mantienen la tensión en las tiras individuales 84 de modo que las tiras individuales 84 se aplican de forma suave a la herramienta de moldeo 60. La extensión y retracción de los rodillos 96 del acumulador 94 se pueden efectuar por una pluralidad de accionadores 98 acoplados a los rodillos 96. En una modalidad, los accionadores 98 incluyen cilindros de aire.

Con referencia a la figura 11, el carro 10 incluye un sistema de tensión 38 que incluye un disco de freno 32 fijados al husillo 22, y almohadillas de freno 100 neumáticamente accionadas que aplican fricción al disco 32 bajo control programado.

Con referencia a las figuras 12 y 13, conforme el material preimpregnado 82 se desenrolla del carrete 80, se hace avanzar a un recortador 90 donde se recorta en una pluralidad de tiras 84 de material preimpregnado. Las tiras preimpregnadas 84 viajan sobre los rodillos 96 del acumulador 94, la ruta de cada tira independientemente controlada para manejar cualquier longitud en exceso de la individual que resulta de la ruta lineal en la herramienta de moldeo 60 a la cual se aplica la tira. De los rodillos acumuladores 96, las tiras prosiguen a los rodillos guías 102 que colocan las tiras cerca de la superficie de la herramienta de moldeo. El rodillo de compactación 48 hace contacto con las tiras preimpregnadas 84 y aplica presión de compactación para comprimir las tiras preimpregnadas 84 a la superficie de la herramienta de moldeo 60. La superficie de herramienta de moldeo 60 puede incluir áreas cóncavas y/o convexas que tienen grados variables de curvatura, y/o áreas planas. Aunque la ruta de las tiras preimpregnadas individuales 84 en la superficie de la herramienta de moldeo puede ser no lineal o curveada, el aparato 10 es capaz de colocar las tiras con poco o ningún arrugamiento de las capas de material preimpregnado y/o separaciones entre las tiras en el molde.

Las figuras 12-14 ilustran los pasos comprendidos en la colocación de la cinta en la herramienta de moldeo. Antes de que se corte en tiras 84, la cinta 82 se guía por la guía de rosca 104 a lo largo de la ruta de cinta como se muestra en la figura 12, con el recortador 90 inactivado. La cinta 82 se sujeta o sostiene a la superficie de la herramienta de moldeo 60. El recortador 90 entonces se activa y el carro 10 empieza a moverse hacia delante (en la dirección indicada por la flecha), jalando la cinta 82 hasta que la porción recortada de la cinta (es decir, las tiras 84) se han extendido más allá del rodillo de compactación 48. La cinta 84 entonces se corta lateralmente y el carro 10 avanza fuera de la vía de modo que la cinta recién colocada se puede jalar hacia arriba y descartar. El carro 10 entonces se mueve a la posición de inicio programada para la siguiente capa que se va a aplicar, y el rodillo de compactación 48 se baja para empezar a adherir las tiras preimpregnadas 84 a la superficie 84 de la herramienta de moldeo 64. De este punto, las tiras preimpregnadas 84 se alinean por los rodillos acumuladores coronados 96 y el rodillo guía coronado 102. Conforme el carro 10 transita desde las porciones rectas de la superficie de moldeo 64 a las porciones barridas, o desde un radio de barrido a otro, el carro 106 cruzado se cambia lateralmente por el motor de impulsión 104 de carro cruzado para mantener el centro de la cinta alineada con el centro de la superficie de moldeo. En esta modalidad, la cantidad de cambio se introduce previamente como puntos de datos de descentrado en una mesa en el controlador 112. Este mismo carro cruzado 106 se usa para mover el carro una distancia adicional o menor conforme se necesite para seguir la cinta 82 que sale del carrete 80, como se detecta por el sensor de borde de trama 110. Esto se hace para proporcionar un grado de compensación para la cinta no enrollada uniformemente en el carrete 80, o la cinta 82 que ha cambiado en el carrete 80 durante el transporte.

La operación del montaje de carro se puede controlar por un controlador 112. Por ejemplo, el carro 10 se puede conectar a un controlador 112 que se configura para controlar la colocación de la cinta preimpregnada 82 o tiras 84, la tensión en la cinta o tiras, la dirección en la cual se aplican las cintas preimpregnadas o tiras a la superficie de la herramienta de moldeo 60 y la velocidad a la cual se coloca la cinta preimpregnada o tiras.

El montaje de carro 10 puede aplicar la cinta de material preimpregnado 82 o tiras 84 partiendo de cualquier extremo de la herramienta de moldeo 60 y puede iniciarse y detenerse de acuerdo a ubicaciones predeterminadas de la cinta o tira. Un cortador, tal como una cuchilla ultrasónica (no mostrada) se puede usar para cortar automáticamente la cinta o tiras. En una modalidad, el montaje de carro puede incluir una guía láser para determinar las ubicaciones de la capa de cinta o tira.

El material de cinta preimpregnada 82 en el carrete 80 puede tener una capa de respaldo o forro adherida a la cinta preimpregnada 82. En una modalidad, la capa de respaldo o forro del material preimpregnado se remueve de la parte inferior de la trama del material pre impregnado antes de la colocación de la cinta 82 o tiras individuales 84 de material preimpregnado, y se toma del rodillo de recogida de forro. En una modalidad (no mostrada) , la trama de material preimpregnado 82 incluye un forro en la superficie superior de la trama que se remueve antes de la colocación de la trama. El montaje de carro puede incluir además un medio detectar la remoción incompleta del forro o respaldo de la trama de material preimpregnado.

En una modalidad, el montaje de carro 10 se puede acoplar de manera removible a una estación de carga de carrete.

Con referencia a la figura 17, se ilustra otra modalidad de ejemplo del aparato de dispensación de cinta preimpregnada de la presente invención. El aparato incluye un montaje de dispensación de cañamazo 210 que incluye un husillo 212 soportado en cada extremo por soportes de montaje 214 en el armazón superior 12. Los soportes de carrete 226 montados en el husillo 212 hacen contacto el interior del carrete de material de cañamazo 224.

Una capa de material de cañamazo 216 se puede desenrollar del carrete 224 y unir al material preimpregnado 82 conforme se está desenrollando del carrete de material pre impregnado 80 al hacer pasar la capa de material de cañamazo 216 y el material preimpregnado 82 a través de rodillos de estrechamiento 218, 220 justo antes de la colocación del material preimpregnado. El material preimpregnado 82 con el material de cañamazo aplicado al mismo forma un material pre impregnado reforzado con cañamazo 222 que entonces se coloca cerca de la superficie de la herramienta de moldeo 60 por el rodillo de tensión 47. Conforme el carro 10 viaja a través de la herramienta de moldeo 60, el rodillo de compactación 48 hace contacto con el material preimpregnado reforzado con cañamazo 222 y aplica presión para comprimir la cinta preimpregnada a la superficie de la herramienta de moldeo 60.

La aplicación de la capa de cañamazo al material preimpregnado justo antes de la colocación del material pre impregnado proporciona una ruta para la evacuación de aire entre una primera capa de material preimpregnado y una segunda capa de material preimpregnado subsiguientemente a la colocación sobre la primera capa de material preimpregnado. El montaje del carrete de material de cañamazo directamente en el carro proporciona mayor flexibilidad, puesto que no siempre es necesario y/o deseable usar un material pre impregnado que tenga una capa de cañamazo. En algunos casos, es deseable colocar una capa de material pre impregnado sin cañamazo y en otros casos, es deseable una capa de material preimpregnado reforzado con cañamazo .

El material de cañamazo incluye hilos arreglados en una rejilla o una malla abierta y se puede fabricar de cualquier material adecuado. Los ejemplos de materiales de los hilos incluyen hilos termoplást icos, hilos de vidrio, hilos a base de celulosa e hilos de aramida. Los materiales adecuados para el cañamazo incluyen poliéster tal como polietilen tereftalato y polibutilen tereftalato y copolímeros de los mismos, poliamida tal como nylon 6, nylon 66, nylon 10, nylon 11 y nylon 12, polietersulfona, polipropileno, hilos costos de viscosa, meta- y para-aramida, fibra de vidrio, yute, lino, algodón y combinaciones de dos o más de estos. Los materiales de cañamazo de poliéster están comercialmente disponibles, por ejemplo, de Dextex Inc. de Georgia (EUA), una subsidiaria de James Dewhurst.

Las hebras del cañamazo pueden estar en el intervalo de aproximadamente 40 a aproximadamente 300 denier, o aproximadamente 50 a aproximadamente 150 denier, o aproximadamente 50 a aproximadamente 100 denier. El espaciado de los hilos de trama y urdimbre puede estar en el intervalo de aproximadamente 1 por pulgada a 10 por pulgada (1 a 10 por 2.54 cm), o aproximadamente 2 por pulgada a aproximadamente 4 por pulgada (2 a 4 por 2.54 cm). En una modalidad, el espaciado de los hilos de urdimbre es de 2 por pulgada (2 por 2.54 por cm) y el espaciado de los hilos de trama es 1 por pulgada (1 por 2.54 cm).

El material de cañamazo, en una modalidad, se construye de hilos de poliéster que tienen hilos rectos de urdimbre e hilos de trama que son "ondulados" o sinusoidales.

En otra modalidad, el material de cañamazo se construye de fibras de poliéster que tienen una sección transversal redonda arreglada en una rejilla de fibras a 0o aproximadamente 3/8 de pulgada (9.53 mm) de separación y fibras a +/- 45° espaciadas 15/16 pulgadas (23.82 mm) de separación. Este material de cañamazo está comercialmente disponible de Bellingroth GmbH & Co. (Alemania) bajo el nombre comercial Bafatex.

Ejemplo Se construyó un carro de cuatro ruedas para retener un carrete de material preimpregnado que tiene un diámetro exterior de hasta 32 pulgadas (81 cm) y un diámetro interior de 12 pulgadas (30.5 cm), y que tiene una longitud de aproximadamente 1800 pies (549 m). Una trama de 600 milímetro de ancho de material de preimpregnado se recortó en doce tiras de 2 pulgadas (50.8 mm) de ancho con cuchillas estacionarias montadas en el carro.

Se usaron aproximadamente tres carretes de material preimpregnado para construir una tapa de larguero de turbina eólica. Los carretes se cargaron en el carro por una grúa elevada u horquilla.

El problema del arrugamiento se redujo al colocar tiras más estrechas de material preimpregnado desde un radio dado de curvatura. Un análisis de esto se hizo para el radio de curvatura de 130 pies (40 metros) y se muestra en la tabla 1 posterior. Como se puede ver para este análisis particular, cuando las tiras son de aproximadamente 2.0 pulgadas (5.0 cm) de ancho, se reduce el área de arrugamiento a aproximadamente 8% de la línea base para la tira de material preimpregnado de 24 pulgadas (61 cm) de ancho.

Tabla 1 Area de arrugamiento para una amplia de 600 mm de ancho en un radio de 40 metros En tanto que esta colocación de ejemplos se puede lograr al usar un producto preimpregnado que consistió de tiras de 2 pulgadas (5.1 era) de ancho, la producción y envasado de tiras preimpregnadas individuales adicionará costo significativo con respecto al inicio con un producto preimpregnado de 24 pulgadas (61.0 cm) de ancho en un carrete individual .

El aparato y proceso de la presente invención es particularmente útil para la construcción de componentes de turbinas eólicas. Sin embargo, el aparato y proceso también se pueden usar por ejemplo, para la construcción de componentes estructurales y aerodinámicos de aeroplanos, helicópteros, carrocerías automotrices, vagones, naves y similares.

Aunque la invención se ha mostrado y descrito con respecto a ciertas modalidades, es obvio que se presentarán alteraciones y modificaciones equivalentes para los expertos en la téenica en la lectura y entendimiento de la especificación y las figuras anexas. En particular, con respecto a las varias funciones realizadas por los elementos descritos anteriormente (componentes, montajes, dispositivos, composiciones, etcétera), los términos (que incluyen una referencia a un "medio") usados para describir estos elementos se propone que correspondan, al menos que se indique de otro, a cualquier elemento que desempeñe la función específica del elemento descrito (es decir, que sea funcionalmente equivalente), aunque no estructuralmente equivalente a la estructura descrita que realiza la función en la modalidad o modalidades de ejemplo ilustradas en la presente, de la invención. Además, en tanto que se pudo haber descrito anteriormente una característica particular de la invención con respecto a solo una o más de varias modalidades ilustradas, esta característica se puede combinar con una o más características diferentes de las otras modalidades, o puede desearse o ser ventajoso para cualquier aplicación particular o determinada.

Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la presente invención, es el que resulta claro a partir de la presente descripción de la invención.

Claims (5)

REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede, se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Un carro para aplicar una trama impregnada con resina a la superficie contorneada de la herramienta de moldeo, caracterizado porque comprende: un armazón superior montado a un armazón base, el armazón superior que tiene montado en el mismo: un primer montaje de soporte de carrete para soportar un carrete de trama impregnada con resina enrollada en el mismo, un segundo montaje de soporte de carrete para soportar un carrete de material de cañamazo montado en el mismo; un montaje de compactación de trama que comprende un rodillo de compactación configurado para conformarse a las porciones cóncavas y convexas de la superficie de la herramienta de moldeo para compactar la trama impregnada con resina sobre la superficie de la herramienta de moldeo, y un sistema de tensión de trama para ejercer tensión en la trama impregnada con resina; el armazón base que comprende: una pluralidad de ruedas montadas en el armazón base y que soportan el carro, las ruedas que acoplan la superficie de la herramienta de moldeo para impulsar el carro a lo largo de la superficie contorneada de la herramienta de moldeo de tapa de larguero de álabe eólica; y un sistema de seguimiento para seguir la superficie de la herramienta de moldeo, el carro que se puede mover en vaivén con respecto a los contornos de la superficie de la herramienta de moldeo.

2. El carro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el armazón superior se monta de forma giratoria en el armazón base.

3. El carro de conformidad con la reivindicación 2, caracterizado porque en armazón superior gira al menos 180° en el armazón base para permitir el cambio de la dirección de aplicación de la trama impregnada con resina en la superficie de la herramienta de moldeo.

4. El carro de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque además comprende una placa giratoria acoplada al armazón superior y el armazón base para permitir la rotación del armázón superior en el armazón base.

5. El carro de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque además comprende un estrechamiento para unir una capa de material de cañamazo del carrete de material de cañamazo a la trama impregnada con resina antes de compactar la trama impregnada con resina sobre la superficie de la herramienta de moldeo.