PT2117818E - Máquina de aplicação de fibras com tubos flexíveis de encaminhamento de fibras - Google Patents

Description

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DESCRIÇÃO "MÁQUINA DE APLICAÇÃO DE FIBRAS COM TUBOS FLEXÍVEIS DE ENCAMINHAMENTO DE FIBRAS" A presente invenção refere-se a uma máquina de aplicação de fibras para a realização de peças em materiais compostos, e, mais particularmente meios de encaminhamento de fibras particulares de uma máquina da referida natureza para encaminhar as fibras entre meios de armazenamento de fibras e a cabeça de aplicação. São conhecidas máquinas de aplicação de fibras, habitualmente designadas por máquinas de colocação de fibras, para a aplicação sobre um molde de uma banda larga formada por várias fibras achatadas, do tipo fitas, impregnadas em resina, nomeadamente fibras de carbono impregnadas numa resina termoendurecivel ou termoplástica. As referidas máquinas compreendem um sistema de deslocamento de uma cabeça de aplicação de fibras, sendo que a referida cabeça comporta um cilindro de aplicação destinado a entrar em contacto contra o molde para aplicar a banda e meios de orientação das fibras sobre o referido cilindro de aplicação, meios de armazenamento de fibras e meios de encaminhamento das fibras dos referidos meios de armazenamento em direcção à cabeça de aplicação.

Os meios de encaminhamento geralmente são formados por uma pluralidade de polias embarcadas sobre os diferentes eixos de um sistema de deslocamento de tipo pórtico. Os meios de armazenamento, formados por uma cântara para bobinas de fibras, são igualmente embarcados sobre o sistema de deslocamento o mais perto possível da cabeça de colocação. 2

Os diferentes elementos embarcados referidos são volumosos e pesados e limitam a velocidade de aplicação das fibras. As referidas máquinas não permitem colocar fibras em peças de pequenas dimensões ou sobre determinados moldes fêmea devido ao volume e cursos limitados dos diferentes eixos.

No documento de patente FR-A-2 882 681, que descreve uma máquina de aplicação de fibras de acordo com a reivindicação 1, foi proposta a utilização dos meios de encaminhamento formados por tubos flexíveis que ligam os meios de armazenamento à cabeça de aplicação, sendo que cada tubo flexível está apto para receber uma fibra na respectiva passagem interna. Os tubos flexíveis são fixados nas respectivas extremidades à cabeça de aplicação e aos meios de armazenamento respectivamente por meios de fixação a montante e a jusante, e, apresentam um comprimento e uma flexibilidade suficientes para não limitar os movimentos do sistema de deslocamento da cabeça.

Os referidos tubos flexíveis formam meios de encaminhamento simples de concepção, de volume e de custos reduzidos, permitindo obter velocidades de desfilamento elevadas, desviar os meios de armazenamento do sistema de deslocamento, suprimir os sistemas motorizados de recuperação por compensação para as bobinas de fibras, isolar as fibras do exterior e simplificar o sistema de deslocamento da cabeça de aplicação, nomeadamente utilizar um sistema de deslocamento tal como um braço poliarticulado de tipo robô de seis eixos. Os referidos tubos flexíveis são vantajosamente associados a um sistema limitador de tensão, mais detalhadamente descrito no documento de patente acima referido, apto para exercer um esforço de tracção sobre as fibras provenientes dos meios de 3 armazenamento e para deste modo limitar a tensão de apelo das fibras ao nível do cilindro de aplicação.

Os referidos tubos flexíveis contudo não podem evitar que as fibras se virem aquando de determinados deslocamentos do robô, por causa de flexões demasiado significativas dos tubos flexíveis e/ou de fricções demasiado significativas das fibras nos tubos flexíveis. A presente invenção tem por objectivo propor uma máquina que previna as desvantagens acima referidas, que seja de simples concepção e pouco volumosa, garantindo um bom encaminhamento das fibras.

Para esse efeito, a presente invenção tem por objectivo uma máquina de aplicação de fibras de acordo com a reivindicação 1.

De acordo com a presente invenção, cada tubo flexível está equipado com uma lâmina flexível que limita ou impede a flexão transversal do tubo no plano da lâmina, o que permite suprimir, ou pelo menos limitar, os riscos de retorno da fibra disposta na passagem interna do tubo flexível paralelamente à lâmina. 0 tubo flexível pode efectuar movimentos de flexão numa direcção perpendicular ao plano da lâmina e movimentos de torção para permitir o deslocamento da cabeça de colocação de fibras em todas as direcções.

De acordo com uma forma de realização, a referida lâmina flexível é metálica e é solidária relativamente a um tubo flexível em material plástico, preferencialmente de polietileno alta densidade, ainda mais preferencialmente de 4 polietileno alta densidade antiestático. A lâmina flexível pode ser fixada sobre a superfície exterior do tubo flexível por meios de fixação, por exemplo, por meio de fita adesiva. Alternativamente, a lâmina flexível é mergulhada na parede do tubo, por exemplo, aquando da extrusão do tubo.

Vantajosamente, os tubos flexíveis apresentam uma secção rectangular, sendo que a lâmina flexível está disposta ao longo de um dos dois lados de grande dimensão do tubo flexível.

Vantajosamente, os meios de encaminhamento compreendem ainda meios de fluidificação aptos para fluidificar uma fibra aquando do respectivo transporte na passagem interna de um tubo flexível. De acordo com uma forma de realização, os meios de fluidificação compreendem meios de injecção de ar aptos para injectar ar, ou qualquer outro tipo de gás, na passagem interna de cada tubo flexível, ao nível da respectiva parte de extremidade a jusante, para criar um fluxo de ar na direcção de transporte das fibras. 0 fluxo de ar preferencialmente é climatizado, quer dizer, regulado em temperatura e/ou em higrometria e purificado para evitar qualquer poluição das fibras. Os meios de fluidificação podem igualmente compreender meios de vibração aptos para fazer vibrar os referidos tubos flexíveis. Vantajosamente, os referidos meios de fluidificação são montados sobre os meios de fixação a montante.

Os tubos flexíveis preferencialmente são fixados em pelo menos uma fileira pelas respectivas partes de extremidades na cabeça de aplicação e nos meios de armazenamento respectivamente por meios de fixação comuns a montante e a 5 jusante, para receber e libertar fibras sob a forma de camada.

Os referidos meios de fixação comuns a montante e a jusante compreendem, por exemplo, cada um duas placas fixadas uma à outra e entre as quais os tubos equipadas com a respectiva lâmina são cisalhados numa fileira sensivelmente bordo a bordo, sendo que as duas placas estão fixadas por uma ligação flexível de tipo bloco silencioso à máquina.

De acordo com uma forma de realização, a máquina compreende pelo menos um sistema limitador de tensão entre a cabeça de aplicação e os meios de armazenamento para exercer um esforço de tracção sobre as fibras, e assim limitar a tensão de apelo das fibras ao nível da cabeça de aplicação, sendo que os tubos flexíveis compreendem primeiros trechos fixados na extremidade aos meios de armazenamento e no sistema limitador, respectivamente por primeiros meios de fixação comuns a montante e a jusante, e, segundos trechos fixados na extremidade ao sistema limitador e à cabeça de aplicação de fibras respectivamente por segundos sistemas de fixação comuns a montante e a jusante. 0 sistema de deslocamento está apto para deslocar a cabeça de aplicação em pelo menos três direcções perpendiculares umas relativamente às outras. 0 referido sistema de deslocamento vantajosamente compreende um robô que compreende um punho ou braço poliarticulado na extremidade do qual é montada a referida cabeça de aplicação. 0 sistema de deslocamento pode ser formado por um braço poliarticulado de tipo robô padrão de seis eixos, disposto no solo ou montado sobre um eixo linear ou um pórtico. 6

Os meios de armazenamento de fibras podem compreender uma cântara no caso de fibras acondicionadas sob a forma de bobinas e/ou prateleiras no caso de fibras acondicionadas sob a forma de novelos ou em cartões. Os referidos meios de armazenamento podem ser dispostos no solo, por exemplo, no caso de um robô padrão fixo, ou ser montados sobre um elemento do sistema de deslocamento, por exemplo sobre um carro seguidor deslizante sobre o eixo linear do robô. A invenção será melhor compreendida, e outras finalidades, detalhes, caracteristicas e vantagens parecerão mais evidentes no decorrer da descrição explicativa detalhada que segue uma forma de realização particular preferida da presente invenção, com referência às figuras esquemáticas anexas, nas quais: a figura 1 apresenta uma vista esquemática lateral de uma máquina de colocação de acordo com a presente invenção; as figuras 2 e 3 apresentam respectivamente uma vista parcial em perspectiva e uma vista em corte transversal de um tubo flexível de encaminhamento de acordo com a presente invenção; a figura 4 apresenta uma vista esquemática em perspectiva de um sistema de fixação a montante de tubos flexíveis, e; a figura 5 apresenta uma vista em corte de acordo com o plano V-V do sistema de fixação a montante da figura 4.

Considerando a figura 1, a máquina de colocação compreende um sistema de deslocamento 1 formado por um braço poliarticulado 11, do tipo robô de seis eixos, conhecido em 7 si, montado de forma móvel sobre um eixo linear 12, uma cabeça de aplicação 2 montada no punho de extremidade 11a do braço poliarticulado, meios de armazenamento 3 de fibras, meios de encaminhamento 4A, 4B para encaminhar fibras a partir dos referidos meios de armazenamento em direcção à cabeça de aplicação e pelo menos um sistema limitador de tensão 9. 0 braço poliarticulado 11 é fixado pela respectiva base 112 sobre um carro 13 montado de forma deslizante sobre o eixo linear 12, sendo que o referido eixo linear é constituído por dois carris-guia 121 paralelos fixados no solo. 0 carro está equipado com meios de accionamento, por exemplo, de tipo roletes motorizados, sujeitos a uma unidade de comando para o deslocamento da cabeça de colocação ao longo dos referidos carris-guia. A cabeça de aplicação de fibras 2, igualmente designada por cabeça de colocação de fibras, compreende, de modo conhecido, um cilindro de aplicação 21 apto para entrar em contacto com um molde para aplicar uma banda formada por várias fibras pré-impregnadas em resina. A máquina está prevista para a aplicação de fibras, por exemplo do tipo fibras de carbono F, acondicionadas sob a forma de bobinas. Os meios de armazenamento são formados por uma cantara, esquematicamente representada sob a referência 3, para receber as bobinas de fibras. Cada bobina está montada sobre um mandril da cântara, vantajosamente equipada com um sistema de travagem automático sujeito a um circuito fechado em função da tensão da fibra, tal como descrito no documento de patente EP 697990. A cântara é igualmente montada sobre um carro seguidor 31, disposto sobre os carris-guia 121 e está mecanicamente ligado ao carro 13 que sustenta o robô.

Um ou vários sistemas limitadores de tensão, tais como descritos em detalhe no documento de patente W02006/092514 acima referido, compreendendo um conjunto de cilindros paralelos motorizados sobre os quais as fibras passam sem dar a volta, podem ser previstos entre a cântara e a cabeça de aplicação para reduzir a tensão das fibras ao nivel do cilindro. Na referida forma de realização, um sistema limitador de tensão 9 é montado sobre o braço poliarticulado do robô. A máquina compreende uma unidade de comando (não representada) para comandar os deslocamentos do robô de acordo com as sequências programadas, a cabeça de colocação de fibras, nomeadamente os macacos de sistemas de corte individual e de sistemas de reencaminhamento, assim como o sistema limitador de tensão. Os circuitos eléctricos, pneumáticos e/ou hidráulicos para o comando da cabeça de colocação são dispostos num tubo (não representado) que se estende da cabeça de colocação até à unidade de comando, ao longo do braço do robô.

Os meios de encaminhamento compreendem tubos flexíveis tais como descritos no documento de patente acima referido, mas cada tubo flexível, de acordo com a presente invenção, está equipado com uma lâmina flexível de rigidificação.

As fibras são encaminhadas individualmente em tubos flexíveis da cântara 3 na cabeça de colocação de fibras 2. As fibras passam em primeiros trechos de tubo flexível, designados por primeiros tubos, fixados em extremidades na 9 cântara 3 e no sistema limitador 9 respectivamente por primeiros sistemas de fixação comuns a montante 5a e a jusante 5b, depois em segundos trechos de tubo flexível, designados por segundos tubos, fixados na extremidade no sistema limitador e na cabeça de colocação de fibra respectivamente por segundos sistemas de fixação comuns a montante 5'a e a jusante 5'b. Os primeiros e os segundos tubos são reunidos respectivamente num primeiro e num segundo feixes representados esquematicamente sob as referências 4A e 4B na figura 1. Os primeiros e segundos tubos são reunidos em feixes por um ou vários anéis 7, sendo que os referidos anéis impedem os tubos de se afastarem uns dos outros mas permitem deslocamentos longitudinais dos tubos uns em relação aos outros.

Considerando as figuras 2 e 3, cada tubo flexível 41 apresenta uma parede 411 de secção transversal rectangular, com dois lados menores 411a e dois lados maiores 411b. Cada tubo flexível está exteriormente equipado com uma lâmina metálica 42 flexível, igualmente designada por pisca-pisca. A lâmina metálica está fixada contra a superfície exterior de um lado maior 411b, sobre sensivelmente todo o comprimento do tubo flexível, sendo que a lâmina apresenta uma largura inferior ou igual àquela de um lado maior, de preferência inferior. A referida fixação é realizada por meio de uma fita adesiva 43 enrolada de forma helicoidal em torno do tubo flexível e da lâmina para pressionar esta contra o tubo flexível. Um estojo de protecção 44, por exemplo em tecido, cobre o conjunto formado pelo tubo, pela lâmina e pela fita adesiva. 0 tubo flexível assim equipado com a respectiva lâmina e coberta por um estojo é designado pela referência 4. 10

Cada tubo está destinado a receber uma fibra plana F na respectiva passagem interna 412 de secção rectangular, sensivelmente paralelamente aos respectivos lados maiores e por conseguinte paralelamente à lâmina metálica. A lâmina metálica impede qualquer flexão transversal do tubo flexível no plano da lâmina, mas permite flexões longitudinais do tubo flexivel numa direcção perpendicular ao plano da lâmina assim como torções do tubo flexivel. Aquando dos deslocamentos do robô para as operações de colocação de fibras, os tubos flexíveis vão deformar-se por flexão perpendicularmente ao plano da lâmina e/ou torção, de modo que a fibra F permanece bem plana paralelamente à lâmina metálica. A titulo de exemplo, para encaminhar as fibras de 6,35 mm de largura, os tubos apresentam uma secção rectangular interior de 8 x 2 mm, com uma espessura de parede de 1 mm, ou seja, uma secção exterior de 10 x 4 mm. Os tubos flexíveis são fabricados num material polimérico flexível adaptado para o transporte das fibras, que não parte as fibras, não carrega as fibras com electricidade estática, gera pouco atrito, resiste ao desgaste e apresenta uma boa manutenção em fadiga e em flexões repetidas. As tubos flexíveis são fabricados, por exemplo, num polietileno alta densidade (PEAD) natural, compreendendo um adjuvante antiestático. Na ausência de lâmina metálica, os referidos tubos flexíveis podem flectir transversalmente. A lâmina metálica apresenta uma largura de aproximadamente 5 mm e 5 uma espessura na ordem dos 0,5 mm.

Em alternativa, a lâmina metálica é introduzida na espessura de um lado maior da parede do tubo. Numa outra forma de realização, a lâmina flexível de acordo com a 11 presente invenção constitui um dos lados maiores do tubo flexível, sendo que o referido tubo flexível é obtido, por exemplo, por co-extrusão de dois materiais diferentes, dos quais um forma a referida lâmina flexível.

As figuras 4 e 5 ilustram vistas em perspectiva e em corte do segundo sistema de fixação a montante 5'a para a fixação dos segundos tubos no sistema limitador. 0 referido sistema de fixação a montante 5'a compreende duas placas metálicas, designadas por placa superior 51 e placa inferior 52, fixadas uma à outra para bloquear entre si, sensivelmente bordo a bordo numa fileira, as partes de extremidade 40a dos tubos flexíveis 4 equipados com a respectiva lâmina. As placas definem entre si uma passagem 53 para a recepção das partes de extremidade 40a dos tubos flexíveis, sendo que a referida passagem se estende dos bordos dianteiros 51a, 52a até aos bordos traseiros 51b, 52b das placas. Cada placa compreende uma depressão transversal na qual é alojado um bloco 54 em material elastómero. Aquando da fixação das placas os blocos ficam frente a frente e ligeiramente em ressalto na passagem 53, de modo que os tubos flexíveis são bloqueados entre os dois blocos. Os bordos de extremidade 41a dos tubos flexíveis 41 são alinhados e nivelam os bordos traseiros 51b, 52b das placas, sendo que estão montados olhais 55 em teflon sobre estas últimas diante dos bordos de extremidade dos tubos para facilitar a entrada das fibras nos tubos.

Na forma de realização ilustrada, o sistema de fixação permite a fixação de uma fileira de 16 tubos flexíveis para receber as fibras de uma camada de 16 tubos flexíveis que saem do sistema limitador de tensão. O sistema de fixação está montado pela respectiva placa inferior sobre o sistema 12 limitador de tensão, de modo que os bordos de extremidade dos tubos estão dispostos diante das polias de saída 91 do sistema limitador.

Para melhorar o deslizamento das fibras nos tubos flexíveis, e, assim garantir um bom encaminhamento, o sistema de fixação 5'a está equipado com meios de fluidificação para fluidificar as fibras aquando do respectivo transporte nos tubos. A placa superior 51 compreende um conjunto de canais 511 que desembocam na passagem 53, a montante dos blocos 54. As partes de extremidades 40a dos tubos flexíveis são montadas entre as duas placas, como a respectiva lâmina 42 disposta contra a placa inferior, sendo que as referidas partes de extremidade estão desprovidas de lâmina e de estojo 44 a montante dos blocos. Cada tubo está munido de uma abertura 413 disposta diante de um canal 511, de modo que cada passagem interna 412 de um tubo desemboca sobre um canal, sendo que o tubo está desprovido de fita adesiva ao nível da referida abertura. Os referidos canais 511 são alimentados individualmente com ar comprimido climatizado por condutos 61, parcialmente apresentados nas figuras 4 e 5, ligados a uma fonte de ar comprimido (não apresentada) e os canais são orientados de modo a formarem um fluxo de ar de cima abaixo na passagem interna dos tubos. No caso do transporte de fibras pré-impregnadas cujo aspecto colante diminui com a temperatura, vantajosamente é injectado ar frio e seco nos tubos flexíveis.

Para completar o referido fluxo de ar, um sistema vibrador 62, conhecido em si, é montado sobre a placa inferior para fazer vibrar o conjunto dos segundos tubos aquando do transporte das fibras. O sistema de fixação é então ligado 13 ao sistema limitador por ligações flexíveis 56 de tipo bloco silencioso para evitar a transmissão de vibrações ao sistema limitador. 0 primeiro sistema de fixação a montante 5a ligado à cântara é idêntico ao segundo sistema a montante 5'a descrito com referência às figuras 4 e 5, e, por conseguinte, compreende igualmente um sistema vibrador e meios de injecção de ar. Os sistemas de fixação a jusante 5b e 5'b diferenciam-se dos sistemas de fixação a montante pelo facto de não compreenderem canais de injecção de ar nem sistema vibrador. Contudo estão ligados à cabeça de colocação de fibras e ao sistema limitador por ligações flexíveis.

No caso de uma cabeça de colocação e/ou de um sistema limitador de tensão previstos para receber duas camadas de fibras, os tubos flexíveis naturalmente estarão ligados na extremidade em duas fileiras, por exemplo, por meio de dois sistemas de fixação superpostos.

Em função do comprimento dos tubos de encaminhamento e do tipo de fibra, pode ser integrado um sistema limitador suplementar, por exemplo, na saída da cântara e/ou na entrada da cabeça de aplicação, sendo que os trechos de tubos flexíveis são então fixados aos referidos sistemas limitadores suplementares.

Embora a presente invenção tenha sido descrita em relação com diferentes formas de realização particulares, é evidente que não está, de modo nenhum, limitada e que compreende todos os equivalentes técnicos dos meios 14 descritos assim como as respectivas combinações desde que estas se enquadrem no âmbito da presente invenção.

Lisboa, 9 de Dezembro de 2010

Claims (10)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Uma máquina de aplicação de fibras compreendendo um sistema de deslocamento (1) de uma cabeça de aplicação de fibras (2), meios de armazenamento de fibras (3) e meios de encaminhamento (4A, 4B) das fibras dos referidos meios de armazenamento (3) em direcção à cabeça de aplicação (2), sendo que os referidos meios de encaminhamento (4A, 4B) compreendem tubos flexíveis (41) que ligam os meios de armazenamento (31) à cabeça de aplicação (2), sendo que cada tubo flexível (41) está apto para receber uma fibra na respectiva passagem interna, sendo que os tubos flexíveis (41) estão fixados na extremidade à cabeça de aplicação (2) e aos meios de armazenamento (3) respectivamente por meios de fixação a montante e a jusante, caracterizada por cada tubo flexível (41) apresentar pelo menos uma lâmina flexível (42) longitudinal de secção transversal rectangular, sendo que a referida lâmina flexível está disposta sensivelmente em paralelo ao plano de transporte da fibra (F) recebida na passagem interna (412) do tubo flexível.

2. Uma máquina de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a referida lâmina flexível (42) ser metálica e ser solidária relativamente a um tubo flexível (41) em material plástico.

3. Uma máquina de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada por a lâmina flexível (42) estar fixada sobre a superfície exterior do tubo flexível (41) por meios de fixação (43). 2

4. Uma máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada por os tubos flexíveis (41) apresentarem uma secção rectangular, sendo que a lâmina flexível está disposta ao longo de um dos dois lados (411b) de grande dimensão do tubo flexível.

5. Uma máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada por os meios de encaminhamento compreenderem ainda meios de fluidificação (61, 62) aptos para fluidificarem uma fibra aquando do respectivo transporte na passagem interna (412) de um tubo flexível (41).

6. Uma máquina de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por os meios de fluidificação compreenderem meios de injecção de ar (61) aptos para injectarem ar na passagem interna (412) de cada tubo flexível para criar um fluxo de ar na direcção de transporte das fibras.

7. Uma máquina de acordo com a reivindicação 5 ou 6, caracterizada por os meios de fluidificação compreenderem meios de vibração (62) aptos para fazerem vibrar os referidos tubos flexíveis.

8. Uma máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações de 5 a 7, caracterizada por os referidos meios de fluidificação (61, 62) serem montados sobre os meios de fixação a montante (5a, 5'a) . 3

9. Uma máquina de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 8, caracterizada por os tubos flexíveis (41) serem fixados em pelo menos uma fileira por meios de fixação comuns a montante (5a, 5'a) e a jusante (5b, 5'b).

10. Uma máquina de acordo com a reivindicação 9, caracterizada por compreender pelo menos um sistema limitador de tensão (9) entre a cabeça de aplicação (2) e os meios de armazenamento (3) para exercer um esforço de tracção sobre as fibras (F), sendo que os tubos flexíveis compreendem primeiros trechos (4A) fixados na extremidade aos meios de armazenamento e ao sistema limitador, respectivamente por primeiros meios de fixação comuns a montante (5a) e a jusante (5b) e segundos trechos fixados na extremidade ao sistema limitador e à cabeça de aplicação de fibras respectivamente por segundos sistemas de fixação comuns a montante (5'a) e a jusante (5'b). Lisboa, 9 de Dezembro de 2010