WO2012113966A1 - Procedimiento para la fabricación de palas eólicas, palas para hélices, alas o estructuras similares y estructura en forma de pala obtenida mediante dicho procedimiento - Google Patents

Procedimiento para la fabricación de palas eólicas, palas para hélices, alas o estructuras similares y estructura en forma de pala obtenida mediante dicho procedimiento Download PDF

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    • Y10T29/49337—Composite blade

Definitions

  • the invention refers to a process for the manufacture of wind blades, propeller blades, wings or similar structures and a shovel-shaped structure or the like obtained by said method.
  • the object of the invention focuses, on the one hand, on a process that is especially designed for the manufacture of wind blades or similar structures in a single phase or stroke, what we would call “single biological process", consisting of that the upper face of the blade, known as “extrados”, the lower face of the blade, known as “intrados” and the structural element or internal stringer of the blade, are formed at the same time.
  • the proposed process contemplates the use, as a product for the realization of the blades, of a type of material called "PREPREG", consisting of a product formed by reinforcing fibers already impregnated in a matrix or resin, with what not to expect to impregnate fibrous reinforcements, as occurs in infusion or injection processes. Fibrous reinforcements are already impregnated by the manufacturer of "PREPREG" for the manufacture of the blades.
  • the recommended process contemplates the manufacture of the blade forming it from two pieces that correspond to the leading edge and the trailing edge of the blade, in contrast to the pieces in the form of extrados and intrados shell with which the blades made from conventional systems are formed, advantageously obtaining a structure that has remarkably improved mechanical characteristics and flability.
  • the field of application of the present invention falls within the technical sector, both of the industry dedicated to the manufacture of wind blades and of the industry dedicated to the manufacture of aeronautical structures or other industries, since the manufacturing process to which The invention is applicable to propellers, aircraft wings or parts with similar structural characteristics and uses similar to those of wind blades.
  • the wind blades are manufactured using two molds on which the upper skin and the lower skin are produced, depositing layers of dry reinforcement fibers on them, as well as foams, cores and stiffening elements that are subsequently impregnate with resins by infusion techniques or even manually.
  • the prepregs with their corresponding cores, foams or stiffeners, are deposited on the molds of the future skins, and as a variant, if the blades are not very large, the resins are injected onto the dry reinforcements, needing, logically, , of closing countermoulds, which makes the manufacturing system significantly more complicated and expensive.
  • skins and accessories are manufactured separately, either by normal contact, infusion or prepreg, and once polymerized they are joined by means of adhesives, each skin with its mold, seeking to build a unique piece.
  • the objective of the present invention is, therefore, to develop a new method of manufacturing the blades in which said inconveniences are avoided, it should be noted that, on the part of the applicant, the existence of any other procedure or invention of similar application is unknown. present technical, structural and constitutive characteristics similar to those of the procedure recommended herein.
  • the heating of the molds can be achieved through the installation of ducts through which circulate calothermic fluids, such as oils, which allow rapid regulation and thermal control.
  • calothermic fluids such as oils
  • the main difference of the procedure proposed in the present invention begins because the female molds are no longer properly the extrados mold and intrados mold, but leading edge mold and exit edge mold, therefore, the union between the pieces as until now between the union edges of the upper skin extradós with the lower skin intrados.
  • This fact supposes a difference of great importance that affects the reliability of the blade against the conventional union by edges of the same, contributing an aerodynamic point of leading edge and exit, total elimination of the adhesive, reduction of the weight, reduction of the cost and increase of the mechanical properties of the blade.
  • both molds of leading edge and leading edge they are deposited by means of numerical control machines, and following a sequence pre-established by calculation, the different layers of prepreg, one above the other, with a small automatic compaction, according to sequence, including if necessary and at some point of contact, of some stiffening element, such as foam, raft or core.
  • some stiffening element such as foam, raft or core.
  • the prepreg deposited, both in the attack and in the output mold, is in crude, sticky, what is known as State B.
  • State B To eliminate environmental pollution and, at the same time, to eliminate occluded air as much as possible and contribute step to compaction and immobilization, it is protected with a vacuum film that is not necessary to remove later, remaining as a protector of the laminate.
  • a structural reinforcement is manufactured, preferably in the form of C, also made in prepreg.
  • a male tool is previously manufactured, covered with a C-shaped shell in composite, which is polymerized either by temperature or by hybrid system (temperature-radiation). Once this C shell is polymerized, the tool will act as a lost male mold on which the raw prepeg is deposited with a numerical control machine and according to a pre-established sequence.
  • This structural stringer will act as stiffening or stiffening element and transmitter of the loads that act on both extrados and intrados skins, from the root to the end of the blade.
  • This procedure allows, in the case of a supporting surface, to gather the main axes - elastic, torsion, gravity - in a limited and relatively small area.
  • Figure number 1 Shows a sectional view of an example of a shovel with a single structural reinforcing beam, obtained by the process object of the invention, the parts and elements that comprise it being appreciated.
  • Figures numbers 2 -A and 2-B.- They show each sectional view of the leading edge and the structural beam that are part of the blade, before joining and joining, respectively.
  • Figures 3-A and 3-B. They show each sectional view of the trailing edge that is part of the blade, represented, respectively, before and after fitting on the crossbar coupled to the leading edge, to complete the blade .
  • Figures 4 to 20. They show, in respective sectional views, the different phases of the manufacturing process of the blade-shaped structure, according to the process object of the invention, each of the steps that are followed being appreciated in it to make a shovel like the one shown in the example of figure 1.
  • a shovel-shaped structure (1) which will be formed by a leading edge (2), an exit edge (3) and, at least one internal reinforcement beam (4) consisting of pieces made from sheets of prepreg material.
  • said method comprises the use of a female mold of the leading edge (5) and a female mold of the leading edge (6), as well as a third mold (7) with which a male tool (8) is obtained. which acts as a lost mold to manufacture the structural stringer (4), and which can have a C-shape or a closed drawer or even a double T, said male tool (8) being made of composite.
  • the inner faces of said female molds of the leading edge (5) and exit (6) will receive a surface treatment with a release agent, as in any composites process.
  • This agent will be applied automatically, with robot or numerical control machine.
  • a specific gelcoat or interior varnish is applied, which will be the outer protector of the future structure (1) against the environment and inclement conditions, also applied automatically by means of a robot.
  • the application of the prepreg material in superimposed layers begins, according to a previously calculated sequence, which is applied in the form of fabrics or tapes, which can be both glass, carbon, aramid, hybrid, kevlar, thermoplastic, nanotubes, impregnated with resin-vinyl ter, Epoxy, PP, PET, among others of variable composition, in grammages that can range from 500g / m2 to 2000g / m2 and can present a variable configuration, as appropriate, for example, one-dimensional UD , a veil, biaxial, triaxial etc.
  • crossbar (4) that is obtained from the mentioned male tool (8), it is done in the same way, only by applying the prepreg layers directly on the lost male tool (8), not even the release agent is necessary nor the "gelcoat".
  • the prepreg laminates are finally covered with a vacuum film proceeding to connect them to a pump, to which they will be connected a few minutes in order to ensure not only the extraction of the possible occluded air between the laminates, but also to improve the compaction between the prepreg layers. It should be noted that care should be taken to place strips of "peelable fabric" on the parts of the prepreg sheet that will be in direct contact with each other, as is the case with the reinforcing beam (4), on the edges of attack (2) and exit edges (3).
  • the female molds of the leading edges (5) and exit (6) are metallic, being preferably made of a steel sheet of suitable thickness, as a non-limiting suggestion 3 or 4 mm, which is curved according to the desired shape, constituting this a work of precision boilermaking.
  • a steel sheet of suitable thickness as a non-limiting suggestion 3 or 4 mm, which is curved according to the desired shape, constituting this a work of precision boilermaking.
  • reinforcing metal signs (5th and 6th) are welded, to give consolidation and dimensional rigidity to said molds, necessary for handling them.
  • the molds (5 and 6) have, on the outside, a heating system, which may be electric or other, in order to allow temperature adjustable at all times, to achieve the cure of prepreg sheets .
  • Said heating system should reach a temperature of up to 150 ° C, normally 120 ° C being the maximum working temperature to achieve polymerization in less than one hour.
  • the molds likewise, have, in certain areas, small holes that are connected to the outside of the mold with some hoses, which allow, in turn, to connect to a compressor. With this, once the polymerization is complete, pressurized air is applied through said holes to ensure the expulsion of the piece out of the mold.
  • the holes are protected with adhesive tape prior to the application of the gelcoat in the mold. It should be noted that inside the blade or structure (1), which is completely hollow, and prior to polymerization, a flow of hot air can also be applied, which will cause prepreg laminate heating to be achieved from within and from the outside simultaneously, determining a faster and more homogeneous polymerization, and avoiding thermal gradients.
  • the blade With the manufacturing process described, the blade will leave the mold almost finished, without the need to reheat, sand, polish or paint, which means cleaning and speed in the production process and final economy, as well as weight reduction. However, once the blade has been removed from the mold at the end of the manufacturing process, it may be subjected, if required, to the classic finishing processes.
  • the mold can be seen female of the leading edge (5), showing a stiffening plate (5a) of the mold plate and the incorporation in said mold of fins (10) that are rotatable and mobile, which allow the deposition of the prepreg sheets in the interior of the mold marking the projection (9) to subsequently receive the prepreg laminate forming the part of the trailing edge (3).
  • Figure 5 shows the said raised mobile fins (10), arranged to receive the prepeg layers that will form the leading edge piece (2), which is shown once deposited in this female attack mold (6) in the figure 6.
  • Figures 7 to 9 show the formation of the beam (4), by using the third mold (7), which will preferably be metallic, conforming on it the composite male tool (8) so that it constitutes a species of shell that acts as a support or lost mold, and on which the prepreg material that forms the said stringer (4) is incorporated.
  • the stringer (4) is formed, it is placed on the female mold of the leading edge (5) in which the prepreg that will form the leading edge piece (2) has been incorporated, both pieces being fitted, as shown in Figure 11 .
  • the female mold of the trailing edge (6) that also incorporates reinforcing tables (6a), is formed by two articulated parts by means of a hinge (11), which allows the folding movement of said pieces to form the mold.
  • the prepreg lamination process is carried out first with the same unfolding, and just in the hinge (11) several prepreg longitudinal ribbons or strips are deposited, to reinforce and consolidate said zone, since that zone constitutes the end of the part of the trailing edge (3) of the structure (1).
  • a piece of foam wedge, raft or bee core of the aforementioned can be added.
  • Figure 14 shows the female mold of the trailing edge (6) once folded and folded, containing inside the prepreg laminate, and the vacuum film installed in the previous phase, being able to incorporate, if necessary, a wedge (not represented).
  • Figures 15 and 16 again show the female mold of the leading edge (5) with the prepreg material that will form the leading edge part (2) and the crossbar (4), in the phase in which the fins (10 ) are retracted, to receive the female mold of the exit edge (6) with the prepreg that will form the part of the exit edge (3), as shown in Figure 17.
  • Figures 19 and 20 show the withdrawals successive of the female molds of the trailing and leading edge, in order to obtain the finished blade or structure (1) as shown in Figure 1.

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Abstract

Procedimiento para la fabricación de palas eólicas, palas para hélices, alas o estructuras similares, y estructura en forma de pala obtenida mediante dicho procedimiento, que comprende: - utilización de molde hembra del borde de ataque (5), molde hembra del borde de salida (6), y tercer molde (7) para útil macho (8) de composite como molde perdido para fabricar, al menos, un larguero (4) interno; agente desmoldante y barniz protector exterior aplicado en caras interiores con robot o máquina de control numérico; aplicación de prepreg en capas superpuestas; - cobertura de prepreg con un film de vacio, y conexión a bomba, para extracción de aire entre las capas de prepreg; - encaje de los moldes y posicionado de las piezas con los laminados de prepreg; - aplicación de presión y curva térmica para proceso de curado o polimerización del conjunto de las piezas en una única fase o golpe.

Description

PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACION DE PALAS EOLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES Y ESTRUCTURA EN FORMA DE PALA OBTENIDA MEDIANTE DICHO
PROCEDIMIENTO
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento para la fabricación de palas eólicas, palas para hélices, alas o estructuras similares y estructura en forma de pala o similar obtenida mediante dicho procedimiento.
Más en particular, el objeto de la invención se centra, por un lado, en un procedimiento que está especialmente concebido para la fabricación de palas eólicas o estructuras similares en una sola fase o golpe, lo que llamaríamos "proceso biológico único", consistiendo en que la cara superior de la pala, conocida como "extradós", la cara inferior de la pala, conocida como "intradós" y el elemento estructural o larguero interno de la pala, se forman a la vez.
Por otra parte, el proceso propuesto contempla la utilización, como producto para la realización de las palas, de un tipo de material que se denomina "PREPREG", consistente en un producto formado por fibras de refuerzo ya impregnadas en una matriz o resina, con lo que no hay que esperar para impregnar los refuerzos fibrosos, como ocurre en procesos de infusión o inyección. Los refuerzos fibrosos vienen ya impregnados por el fabricante del "PREPREG" para la fabricación de las palas. Además de ello y de forma totalmente innovadora, el proceso preconizado contempla la fabricación de la pala conformándola a partir de dos piezas que corresponden al borde de ataque y al borde de salida o de fuga de la pala, en contraste con las piezas en forma de concha extradós e intradós con que se conforman las palas realizadas a partir de los sistemas convencionales, obteniéndose ventajosamente, una estructura que presenta unas características mecánicas y una flabilidad notablemente mejoradas.
Todo ello supone, además, simplificar el proceso, contar una reducción de su peso así como con una reducción del coste económico de producción.
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector técnico, tanto de la industria dedicada a la fabricación de palas eólicas como de la industria dedicada a la fabricación de estructuras aeronáuticas u otras industrias, puesto que el procedimiento de fabricación a que se refiere la invención es aplicable a hélices, alas de aeronaves o piezas con similares características estructurales y con usos parecidos a los de las palas eólicas.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Hasta ahora, las palas eólicas se fabrican utilizando dos moldes sobre los que se producen la piel superior y la piel inferior, depositando sobre ellos capas de fibras de refuerzo en seco así como espumas, núcleos y elementos rigidizantes que posteriormente se impregnan con resinas mediante técnicas de infusión o incluso manualmente.
En otros casos, se depositan sobre los moldes de las futuras pieles los prepregs, con sus núcleos, espumas o rigidizadores correspondientes, y como variante, si las palas no son muy grandes, se inyectan las resinas sobre los refuerzos en seco, necesitando, lógicamente, de unos contramoldes de cierre, con lo que se complica y encarece notablemente el sistema de fabricación .
Sea cualquiera de los casos anteriores, se fabrican las pieles y complementos por separado, bien sea por contacto normal, infusión o prepreg, y una vez polimeri zados se unen por medio de adhesivos, cada piel con su molde, buscando construir una pieza única.
Estos movimientos suponen la realización de ajustes en los bordes de unión y consumo de cantidades elevadas de adhesivos para asegurar la unión de dichos bordes entre si, con la obligada operación posterior de repasado y pintado. Todo ello, además de suponer un coste extra, puede comprometer el comportamiento mecánico de la pala.
El objetivo de la presente invención es, pues, desarrollar un nuevo procedimiento de fabricación de las palas en el que se eviten dichos inconvenientes, debiendo señalarse que, por parte del solicitante, se desconoce la existencia de ningún otro procedimiento o invención de aplicación similar que presente unas características técnicas, estructurales y constitutivas semejantes a las del procedimiento aquí preconizado.
En dicho sentido, cabe mencionar la existencia de las siguientes patentes como documentos más relevantes relativos a la fabricación de palas eólicas : - ES2319152, relativa a un procedimiento para la fabricación de palas eólicas, consistente en la realización de un único núcleo de espuma, con máquinas de control numérico, aplicación, de capas de refuerzo previamente impregnadas en resina, curado de las capas en el mismo proceso de su aplicación, mediante combinación de curado instantáneo por UV (ultravioleta) y curado térmico, pulido de la superficie de la pala, también mediante la utilización de una máquina automática de control numérico, y pintado final.
ES2319154 Perfeccionamientos introducidos en el objeto de la patente n° P 200701994 relativa a un: "Procedimiento para la fabricación de palas eólicas", mediante los que las capas de refuerzo que constituyen el forro o recubrimiento del núcleo de espuma, son depositadas en seco, aplicándose directamente sobre la espuma perfilada, bien sea por medio de autómatas o manualmente, y posteriormente impregnadas con resina, estando el curado realizado mediante un procedimiento normal o térmico, bien sea por los procedimientos de infusión, sirviéndose de los materiales y procedimientos convencionales, o por inyección, utilizando para ello los necesarios moldes de cierre exteriores que se habrán fabricado previamente para tal fin.
El calentamiento de los moldes puede lograrse mediante la instalación de conductos por los que circulen fluidos calotérmicos , tales como aceites, que permiten una rápida regulación y control térmico. Sin embargo, no se observa que dichas invenciones, tomadas por separado o en combinación, describan un procedimiento con las características del aquí preconizado.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
Así, el procedimiento para la fabricación de palas eólicas, palas para hélices o palas para aplicaciones similares que la presente invención propone se configura como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de su implementación y de forma taxativa se alcanzan importantes ventajas respecto a los sistemas actualmente conocidos, estando los detalles caracterizadores que lo distinguen convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo.
De forma concreta, la principal diferencia del procedimiento propuesto en la presente invención comienza porque los moldes hembra ya no son propiamente el molde extradós y molde intradós, sino molde de borde de ataque y molde de borde de salida, por tanto, no se produce la unión entre las piezas como hasta ahora entre los bordes de unión de la piel superior extradós con la piel inferior intradós. Este hecho supone una diferencia de gran importancia que afecta a la fiabilidad de la pala frente a la unión convencional por bordes de la misma, aportando un punto aerodinámico de borde de ataque y salida, eliminación total del adhesivo, reducción del peso, reducción del costo y aumento de las propiedades mecánicas de la pala. Además, en el interior de ambos moldes de borde de ataque y borde de salida, se van depositando mediante máquinas de control numérico, y siguiendo una secuencia preestablecida por cálculo, las diferentes capas de prepreg, unas sobre otras, con una pequeña compactación automática, según secuencia, con inclusión si fuera necesario y en algún punto de contacto, de algún elemento rigidizante, tal como espuma, balsa o núcleo .
El prepreg depositado, tanto en el molde de ataque como en el de salida, está en crudo, pegajoso, lo que se conoce como Estado B. Para eliminar contaminación ambiental y, al mismo tiempo, para eliminar en lo posible aire ocluido y contribuir de paso a la compactación e inmovilización, se protege con un film de vacio que no es necesario eliminar posteriormente, quedando como protector del laminado.
Al mismo tiempo que se trabaja sobre los dos moldes de borde de ataque y salida, se fabrica un refuerzo estructural, preferentemente en forma de C, también realizado en prepreg.
Para ello se fabrica previamente un útil macho, recubierto de una concha en forma de C en composite, que se hace polimerizar bien por temperatura o bien por sistema híbrido (temperatura-radiación) . Una vez polimerizado esta concha en C, el útil actuará como molde macho perdido sobre el que se deposita el prepeg en crudo con máquina de control numérico y según secuencia preestablecida.
Este larguero estructural actuará como elemento rigidizante o rigidizador y transmisor de las cargas que actúen tanto sobre las pieles extradós como intradós, desde la raiz hasta el extremo de la pala. Tras la fabricación de dicho larguero de refuerzo se procede a calentar, en una sola operación, el conjunto de laminados borde de ataque, borde de salida y larguero en C rigidizador, obteniendo la pala en un solo golpe o "producción biológica".
Este procedimiento permite, en el caso de una superficie sustentadora, reunir los principales ejes - elástico, torsión, gravedad - en una zona acotada y relativamente pequeña.
Visto lo que antecede, se constata que el descrito procedimiento para la fabricación de palas eólicas, palas para hélices, alas o estructuras similares y la estructura en forma de pala o similar obtenida mediante dicho procedimiento representan una innovación de características estructurales y constitutivas desconocidas hasta ahora para tal fin, razones que unidas a su utilidad práctica, la dotan de fundamento suficiente para obtener el privilegio de exclusividad que se solicita.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Para complementar la descripción que se está realizando del procedimiento objeto de la invención y para ayudar a una mejor comprensión de las características que lo distinguen, se acompaña la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, de un juego de planos, en los que con carácter ilustrativo y no limitativo se ha representado lo siguiente:
La figura número 1.- Muestra una vista en sección de un ejemplo de pala con un único larguero estructural de refuerzo, obtenida mediante el procedimiento objeto de la invención, apreciándose las partes y elementos que la integran.
Las figuras números 2 -A y 2-B.- Muestran sendas vistas en sección del borde de ataque y del el larguero estructural que forman parte de la pala, antes de unirse y unidos, respectivamente.
Las figuras números 3-A y 3-B.- Muestran sendas vistas en sección del borde de salida que forma parte de la pala, representada, respectivamente, antes y después de encajar en el larguero acoplado al borde de ataque, para completar la pala. Las figuras números 4 a 20.- Muestran, en respectivas vistas en sección, las diferentes fases del proceso de fabricación de la estructura en forma de pala, según el procedimiento objeto de la invención, apreciándose en ellas cada uno de los pasos que se siguen en el mismo para fabricar una pala como la mostrada en el ejemplo de la figura 1.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de las mencionadas figuras, y de acuerdo con la numeración adoptada, se puede apreciar en ellas un ejemplo de realización preferida de la invención, la cual comprende las partes y elementos que se describen en detalle a continuación. Atendiendo a dichas figuras, se puede observar cómo el procedimiento preconizado está destinado a la fabricación de una estructura (1) en forma de pala, la cual estará formada por un borde de ataque (2), un borde de salida (3) y, al menos, un larguero (4) de refuerzo interno constituidos por piezas realizadas a partir de láminas de material prepreg . Para ello, dicho procedimiento comprende la utilización de un molde hembra del borde de ataque (5) y un molde hembra del borde de salida (6), asi como un tercer molde (7) con el que se obtiene un útil macho (8) que actúa como molde perdido para fabricar el larguero (4) estructural, y que puede tener forma de C o de cajón cerrado o incluso de doble T, estando dicho útil macho (8) realizado en composite.
Las caras interiores de los citados moldes hembra del borde de ataque (5) y de salida (6) recibirán un tratamiento superficial con un agente desmoldante, como en cualquier proceso de composites. Este agente se aplicará automáticamente, con robot o máquina de control numérico.
Una vez secado el agente de desmoldeo, se aplica un "gelcoat" o barniz interior especifico, que será el protector exterior de la futura estructura (1) frente al medio ambiente e inclemencias, aplicándose igualmente de forma automatizada mediante robot.
Seguidamente comienza la aplicación del material prepreg en capas superpuestas, según secuencia previamente calculada, el cual se aplica en forma de tejidos o cintas, que pueden ser tanto de vidrio, carbono, aramidas, híbridos, kevlar, termoplásticos , nanotubos, impregnados de resina-viniles ter , Epoxy, PP, PET, entre otras de composición variable, , en gramajes que pueden ir desde 500g/m2 hasta 2000g/m2 y pudiendo presentar una configuración variable, según convenga, por ejemplo, UD unidimensional, un velo, biaxial, triaxial etc.
En cuanto al larguero (4) que se obtiene a partir del citado útil macho (8), se realiza de la misma forma, solo que aplicando las capas de prepreg directamente sobre el útil macho (8) perdido, no siendo necesario ni el desmoldeante ni el "gelcoat".
Cabe mencionar, además, que en los moldes podrán situarse piezas de soporte (no representadas en los dibujos) a modo de cuñas adicionales, justo en el ángulo del borde de ataque o en el ángulo del borde de salida y antes del producirse el giro de dichos moldes para buscar la forma final o incluso en cualquier punto de la sección de la pala o estructura que se considere conveniente .
La misión de dichas piezas, que pueden ser de espuma sintética, balsa o núcleo de abeja, es múltiple. Por una parte, intercaladas entre las capas de prepreg, constituirán lo que se conoce como "técnica sándwich", contribuyendo a consolidar el laminado final, aumentando su rigidez y disminuyendo su peso. Por otra parte, pueden servir para marcar y fijar perfectamente la posición de las múltiples capas de prepreg superpuestas, aportando una mayor garantía de precisión .
Los laminados de prepreg, se cubren finalmente con un film de vacío procediéndose a conectarlos a una bomba, a la que se tendrán conectados unos minutos a fin de procurar, no sólo la extracción del posible aire ocluido entre los laminados, sino a mejorar la compactacion entre las capas de prepreg. Hay que señalar que deberá tenerse la precaución de poner unas tiras de "tejido pelable" sobre las partes de la lámina prepreg que vayan a estar en contacto directo entre si, como es el caso del larguero (4) de refuerzo, sobre los bordes de ataque (2) y bordes de salida (3) .
Estas tiras de tejido pelable se retirarán en el momento de acoplar entre si las tres piezas de la pala, es decir los bordes de ataque, de salida y el larguero. No será necesario retirar el resto del film de vacio que quedará incorporado al laminado de por vida .
Una vez encajados y firmemente posicionadas las tres partes que componen la sección de una pala o estructura (1), se actúa con una ligera presión sobre el conjunto para favorecer el intimo contacto de las tres partes y someterlo a la curva térmica del proceso de curado o polimerización del conjunto de piezas en una misma y única fase o golpe, siguiendo las pautas que indique el fabricante y suministrador de los prepregs .
En el caso de palas de grandes dimensiones o megapalas, puede ser conveniente situar un larguero (4) estructural adicional en paralelo con el larguero inicialmente descrito, procediéndose para su formación de la misma forma que se ha indicado. Por otra parte, para ayudar a posicionar correctamente los largueros (4) entre los interiores de los prepregs de los bordes de ataque (2) y los de salida (3) , la máquina de control numérico o robot, marcará en dichos prepreg la zona exacta, por ejemplo con un resalte (9) mediante el incremento de varias tiras de prepreg, lográndose asi un encaje mecánico de gran precisión.
Los moldes hembra de los bordes de ataque (5) y de salida (6) son metálicos, estando realizados preferentemente, por una lámina de acero de espesor adecuado, como sugerencia no limitativa 3 o 4 mm, que se curva según la forma deseada, constituyendo ésta una labor de calderería de precisión. Por el exterior de dicha chapa, que podrá ser de acero o aluminio, se sueldan cartelas (5a y 6a) metálicas de refuerzo, para otorgar consolidación y rigidez dimensional a dichos moldes, necesarias para el manejo de los mismos.
Además, los moldes (5 y 6) cuentan, por su parte exterior, con un sistema de calentamiento, que podrá ser eléctrico u otro distinto, al objeto de permitir aplicar temperatura regulable en todo momento, para conseguir el curado de las láminas de prepreg. Dicho sistema de calentamiento deberá alcanzar una temperatura de hasta 150°C, siendo normalmente 120°C la temperatura máxima de trabajo para lograr una polimerización en menos de una hora.
Los moldes, así mismo, presentan, en zonas determinadas, unos agujeros de pequeña dimensión que por la parte externa del molde están comunicados con unos latiguillos, que permiten, a su vez, conectar a un compresor . Con ello, una vez que la polimerización se ha completado, se aplica aire a presión a través de dichos orificios para procurar la expulsión de la pieza fuera del molde. Los orificios se protegen con cinta adhesiva previamente a la aplicación del gelcoat en el molde. Cabe señalar que en el interior de la pala o estructura (1), que es completamente hueco, y previamente a la polimerización, también se puede aplicar un flujo de aire caliente, lo cual hará que el calentamiento del laminado prepreg se consiga desde dentro y desde fuera simultáneamente, determinando una más rápida y homogénea polimerización, y evitando gradientes térmicos.
Al mismo tiempo, una vez terminada la polimerización, se podrá aplicar un flujo de aire frió, acelerando el desmoldeo de la pala.
Con el proceso de fabricación descrito, la pala saldrá del molde prácticamente terminada, sin necesidad de recantear, lijar, pulir ni pintar, lo que supone limpieza y rapidez en el proceso de producción y economía final, además de reducción de peso. No obstante y una vez extraída la pala del molde al finalizar el proceso de fabricación, podrá someterse si se requiriera, a los clásicos procesos de terminación.
Finalmente cabe señalar que el proceso preconizado se puede automatizar en un 90%, lográndose además una repetitividad y fiabilidad muy elevadas, inalcanzables con las técnicas actuales.
Atendiendo a las figuras 4 a 20, se observa en ellas claramente cada una las diferentes fases del proceso descrito.
Así, en la figura 4, se aprecia el molde hembra del borde de ataque (5) , apreciándose una cartela (5a) de rigidización de la chapa molde y la incorporación en dicho molde de unas aletas (10) que son giratorias y móviles, las cuales permiten el depositado de las láminas de prepreg en el interior del molde marcando el resalte (9) para recibir posteriormente el laminado de prepreg conformante de la pieza del borde de salida (3) . La figura 5 muestra las citadas aletas (10) móviles alzadas, dispuestas a recibir las capas de prepeg que conformarán la pieza del borde de ataque (2), que se muestra una vez depositado en este molde hembra de ataque (6) en la figura 6.
Por su parte, las figuras 7 a 9 muestran la formación del larguero (4), mediante la utilización del tercer molde (7), que preferentemente será metálico, conformándose sobre él el útil macho (8) de composite de forma que constituye una especie de concha que actúa de soporte o molde perdido, y sobre el que se incorpora el material prepreg que conforma el citado larguero (4) . Una vez conformado el larguero (4), se sitúa sobre el molde hembra del borde de ataque (5) en que se ha incorporado el prepreg que formará la pieza del borde de ataque (2), encajándose ambas piezas, como muestra la figura 11.
Atendiendo a las figuras 12 a 14, se observa cómo el molde hembra del borde de salida (6) que igualmente incorpora cartelas (6a) de refuerzo, está formado por dos partes articuladas mediante una charnela (11), que permite el movimiento de repliegue de dichas piezas para formar el molde. Así, en este molde el proceso de laminado de prepreg se realiza primeramente con el mismo desplegado, y justo en la charnela (11) se depositan varias cintas o tiras longitudinales de prepreg, para reforzar y consolidar dicha zona, ya que esa zona constituye el extremo de la pieza del borde de salida (3) de la estructura (1) . En dicho punto, además, aunque no se ha representado en las figuras, se puede añadir una pieza de cuña de espuma, balsa o núcleo de abeja de las anteriormente mencionadas.
En la figura 14 se aprecia el molde hembra del borde de salida (6) una vez doblado y replegado, conteniendo en su interior el laminado de prepreg, y el film de vacío instalado en la fase anterior, pudiendo incorporar si hiciera falta, una cuña (no representada) .
Las figuras número 15 y 16 vuelven a mostrar el molde hembra del borde de ataque (5) con el material prepreg que formará la pieza del borde de ataque (2) y el larguero (4), en la fase en que las aletas (10) se repliegan, para recibir el molde hembra del borde de salida (6) con el prepreg que conformará la pieza del borde de salida (3), tal como muestra la figura 17.
Una vez realizado el encaje entre ambos moldes, como muestra la figura 18, es el momento de comunicar el calor al conjunto y aplicar una ligera presión en la zona de unión, preferentemente por algún medio neumático, conformándose la pala o estructura (1) en una única fase de aplicación de calor a todas las piezas que la conforman, es decir, de un solo golpe y formando un cuerpo solidario sin partes adhesivadas.
Las figuras 19 y 20 muestran las retiradas sucesivas de los moldes hembra del borde de salida y ataque, a fin de obtener la pala o estructura (1) acabada tal como muestra la figura 1.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, asi como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a titulo de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

R E I V I N D I C A C I O N E S
1.- PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, del tipo de estructuras (1) cuya configuración presenta un borde de ataque y un borde de salida, caracterizado porque comprende:
- la utilización de un molde hembra del borde de ataque (5) para fabricar una pieza del borde de ataque (2), un molde hembra del borde de salida (6) para fabricar una pieza del borde de salida (3) , y un tercer molde (7) con el que se obtiene un útil macho (8) realizado en composite que actúa como molde perdido para fabricar, al menos, un larguero (4) estructural interno ; tratamiento superficial con un agente desmoldante, de las caras interiores de los citados moldes hembra del borde de ataque (5) y de salida (6) como en cualquier proceso de composites, aplicado automáticamente, con robot o máquina de control numérico y, una vez secado el agente de desmoldeo, aplicación igualmente de forma automatizada mediante robot de un barniz que será el protector exterior de la estructura ( 1 ) ;
- aplicación del material prepreg en capas superpuestas, según secuencia previamente calculada, unidimensional, un velo, biaxial, triaxial etc.;
- cobertura de los laminados de prepreg con un film de vacio, procediéndose a conectarlos a una bomba, para la extracción del posible aire ocluido entre los laminados y mejorar la compactación entre las capas de prepreg; - encaje de los moldes hembra del borde de ataque (5) y de salida (6) y posicionado de las piezas con los laminados de prepreg; - aplicación de una ligera presión sobre el conjunto para favorecer el contacto entre las partes de laminados de prepreg, y sometido a curva térmica para proceso de curado o polimerización del conjunto de dichas piezas en una misma y única fase o golpe;
2. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según la reivindicación 1, caracterizado porque el útil macho (8) que actúa como molde perdido para fabricar el larguero (4) estructural, tiene forma de C o de cajón cerrado o de doble T.
3. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque el material prepreg en capas superpuestas se aplica en forma de tejidos o cintas, que pueden ser de vidrio, carbono, aramidas, híbridos, kevlar, termoplásticos , nanotubos, impregnados de resina-vinilester , Epoxy, PP, PET, entre otras de composición variable, en gramajes que pueden ir desde 500g/m2 hasta 2000g/m2 y presentan una configuración variable, por ejemplo, UD unidimensional, un velo, biaxial, triaxial etc.
4. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según la reivindicación 1 a 3, caracterizado porque en los moldes se sitúan piezas de soporte a modo de cuñas adicionales, justo en el ángulo del borde de ataque o en el ángulo del borde de salida para buscar la forma final de la pala o estructura, o intercaladas entre las capas de prepreg, o para marcar y fijar la posición de las múltiples capas de prepreg superpuestas .
5. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según la reivindicación 4, caracterizado porque las piezas de soporte son de espuma sintética, balsa o núcleo de abeja.
6. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque sobre el film de vacio se incorporan unas tiras de "tejido pelable" sobre las partes de la lámina prepreg que vayan a estar en contacto directo entre si, las cuales se retiran en el momento de acoplar entre si las piezas de la estructura (1) .
7. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque, para ayudar a posicionar correctamente los largueros (4) entre los interiores de los prepregs de las piezas de los bordes de ataque (2) y de salida (3) , la máquina de control numérico o robot, marca en dichos prepreg la zona exacta, por ejemplo con un resalte (9) .
8. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque los moldes hembra de los bordes de ataque (5) y de salida (6) son metálicos, realizados con una chapa por cuyo exterior se sueldan cartelas (5a y 6a) metálicas de refuerzo.
9. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS
SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque los moldes hembra de los bordes de ataque (5) y de salida (6) cuentan, por su parte exterior, con un sistema de calentamiento, para conseguir el curado de las láminas de prepreg, el cual llega a alcanzar una temperatura de hasta 150°C.
10. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque los moldes hembra de los bordes de ataque (5) y de salida (6) presentan, en zonas determinadas, unos agujeros que por la parte externa del molde están comunicados con unos latiguillos, que permiten, a su vez, conectar a un compresor.
11. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque previamente a la polimerización de las láminas de prepreg, se aplica un flujo de aire caliente, desde dentro y desde fuera simultáneamente.
12. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS
SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 12, caracterizado porque, una vez terminada la polimerización, se aplica un flujo de aire frió, para acelerar el desmoldeo.
13. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según la reivindicación 7, caracterizado porque el molde hembra del borde de ataque (5) incorpora aletas (10) giratorias que permiten el depositado de las láminas de prepreg en el interior del molde marcando el resalte (9) .
14. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según las reivindicaciones 1 a 13, caracterizado porque el molde hembra del borde de salida (6) está formado por dos partes articuladas mediante una charnela (11), que permite el movimiento de repliegue de dichas piezas para formar el molde.
15. - PROCEDIMIENTO PARA LA FABRICACIÓN DE PALAS EÓLICAS, PALAS PARA HÉLICES, ALAS O ESTRUCTURAS SIMILARES, según la reivindicación 14, caracterizado porque en el hembra del borde de salida (6) el proceso de laminado de prepreg se realiza primeramente con el molde desplegado, y justo en la charnela (11) se depositan varias cintas o tiras longitudinales de prepreg, para reforzar y consolidar dicha zona.
16.- ESTRUCTURA EN FORMA DE PALA, obtenida mediante un procedimiento según el descrito en las reivindicaciones 1 a 15, caracterizado porque está formada por una pieza conformante de un borde de ataque (2), una pieza conformante de un borde de salida (3) y, al menos, una pieza conformante de un larguero (4) de refuerzo interno; en que dichas piezas están realizadas a partir de láminas de material prepreg unidas entre si mediante un único golpe térmico de curado y formando un cuerpo solidario sin partes adhesivadas.
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