ES2216951T3 - Un metodo de producir una union. - Google Patents
Un metodo de producir una union.Info
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Abstract
Un método para producir una unión entre dos componentes estructurales (10, 12), método que comprende posicionar los dos componentes (10, 12) uno junto al otro en una plantilla de construcción para, así, definir un espacio (14) entre ellos, puentear los bordes (16) del espacio (14) con un miembro sellante (18, 20) que no invada dicho espacio, llenar el espacio (14) por succión con un material capaz de fluir (30), tal como un adhesivo, y que se caracteriza por la operación de poner un tejido (50) en el espacio (14) antes de llenar el espacio con dicho material capaz de fluir (30).
Description
Un método de producir una unión.
La invención se refiere a un método para producir
una unión por medio de la introducción de un material capaz de
fluir, tal como un adhesivo de resina entre componentes, y en
particular, pero no exclusivamente, se refiere a un método de
producir una unión usando un adhesivo, un sellador, o un material de
relleno entre componentes aeroespaciales.
La unión con adhesivos que utilizan aplicaciones
estructurales típicamente son adhesivos en película o en pasta.
Los adhesivos en película generalmente se
prefieren para aplicaciones de elevadas prestaciones, y son más
fáciles de aplicar ya que son poco pegajosos a temperatura ambiente.
Sin embargo, su tratamiento es más difícil ya que se requiere
calentarlos bajo presión para conseguir una unión. Cuando se usan
adhesivos en película, el grosor óptimo de la línea de pegamento es
de, aproximadamente, 0.2 mm.
Los adhesivos en pasta se encuentran en una
variedad de viscosidades para diferentes aplicaciones. Un proceso
conocido que usa un adhesivo en pasta consiste en aplicar el
adhesivo a las superficies de los componentes a unir y, después,
usando una plantilla, juntarlos para formar un "sándwich", con
el adhesivo entre ellos. Los componentes deben ser juntados con
cuidado para evitar que quede aire atrapado en el adhesivo, entre
los componentes. Además, una vez juntos, es difícil ajustar un
componente con relación al otro, debido a la naturaleza pegajosa
tixotrópica del adhesivo empleado, y los componentes se deben
juntar con precisión. El proceso es lento y sucio, y poco económico
ya que el adhesivo se sale de entre los componentes del
"sándwich" cuando se les junta. Debido a la naturaleza del
proceso, también requiere demasiado trabajo.
El documento
DE-A-26 35 641 describe un método
para producir una unión, método que comprende posicionar dos
componentes uno junto al otro para así definir un espacio entre
ellos, puentear los bordes del espacio con un miembro sellante y
llenar el espacio, por succión, con un material capaz de fluir tal
como un adhesivo.
Un objeto de la presente invención es
proporcionar un método mejorado para unir componentes.
De acuerdo con un aspecto de la invención, se
proporciona un método para producir una unión entre dos componentes
estructurales, método que se describe en la reivindicación 1.
El método de la invención es particularmente
directo y los conjuntos obtenidos se pueden fabricar ligeramente
por debajo de la tolerancia del diseño, ya que la diferencia se
compensa dentro del espacio llenado. Además, el método de la
invención permite el uso de solamente una preparación, un
ensamblaje, y un ciclo de curado.
El uso del miembro sellante no solo ayuda a
mantener el material en su sitio, a los bordes del espacio, sino
que también puede controlar el perfil del material en los
bordes.
El miembro sellante puede comprender una banda, y
se retiene en su posición de puenteo preferiblemente usando un
medio de fijación tal como un recubrimiento adhesivo en el lado de
la banda selladora. También se puede mantener la banda en su sitio
tendiéndola contra los componentes y pintando sobre ella con un
sellador, por ejemplo PR 1875^{TM}, un adhesivo o un barniz. En
el presente ejemplo, la banda sellante se construye a partir de
cinta textil, pero también se puede construir de otro material
adecuado. La cinta textil se puede construir a partir de fibras de
vidrio o de carbono.
Los componentes se pueden posicionar uno junto al
otro usando una plantilla de construcción.
Es deseable tener entradas a bajo nivel y salidas
en un nivel alto para evitar huecos y porosidad de la
resina/adhesivo.
Los adhesivos en pasta se usan a menudo cuando
las tolerancias de las partes a unir son bajas, pero, aún así,
líneas de pegamento (es decir, el grosor del pegamento o de la capa
de adhesivo entre los componentes) mayores de 0.5 mm no se han
recomendado previamente usando este método.
Con el fin de enfocar los problemas que pueden
surgir con componentes de baja tolerancia, un tejido del grosor
conveniente se sitúa en el espacio entre los componentes antes de
llenar el espacio con material capaz de fluir. Esta disposición
ayuda considerablemente a proporcionar una línea de unión fuerte
cuando la línea de pegamento es de grosor sustancial y evitará la
necesidad de usar un elemento conocido como "calzo" entre los
dos componentes. El material capaz de fluir que se introduce
impregna el tejido. Con el uso del tejido, el componente final será
análogo a un material compuesto continuo, pero curado en tiempos
diferentes.
La fracción en volumen de fibras para la unión
puede ser sustancialmente del 2-70%, aunque, a
preferencia, será sustancialmente del 30-60%. El
tejido puede comprender una acumulación de capas de fibras tal que
las fibras de una capa sean transversales a las fibras de otra
capa. Preferiblemente, el tejido tendrá una acumulación de capas de
+/- 45 grados. Está orientación es mullida y la estructura del
tejido permite una infusión fácil de la resina a través de
ella.
Si es necesario separar los componentes de la
unión después de su formación, puede aplicarse una sustancia de
liberación a una superficie de uno de los componentes que definen
el espacio. La sustancia puede comprender cualquier tipo conveniente
de material sellador o capa de liberación. Esta técnica permite que
áreas muy grandes sean "calzadas" efectivamente al mismo
tiempo que se produce la unión, sin restricciones respecto al
grosor máximo.
Se prefieren resinas con poco encogimiento, con
un coeficiente de dilatación térmica (CET) bajo y tensiones altas,
para minimizar los esfuerzos. Si se usa un tejido preferiblemente
tendrá un CET similar al CET de los componentes y ayudará a
controlar el CTE total, minimizando así las tensiones. Para plástico
reforzado con fibra de carbono el tejido normalmente sería el mismo
tipo de carbono, mientras que para híbridos o para construcción
metálica puede que se prefiera el vidrio, especialmente para evitar
problemas de corrosión galvánica.
En una realización adicional, por lo menos uno de
los componentes tiene salientes en él, y el método comprende
posicionar los componentes uno junto al otro para, así, definir un
espacio entre ellos, extendiéndose los salientes en el espacio,
rodeando el material capaz de fluir rodee los salientes al ser
introducido en el espacio.
Según un aspecto adicional de la invención, se
proporciona un método para producir una unión, método que comprende
proporcionar un primero y u segundo componentes, al menos uno de
los cuales tiene salientes en él, posicionar los componentes uno
junto al otro para, así, definir un espacio entre ellos, espacio en
el cual se extienden los salientes, e introducir un material capaz
de fluir como adhesivo de resina en el espacio para rodear los
salientes.
Uno de los componentes puede tener salientes en
él, aunque ambos componentes pueden tener salientes. Cuando los dos
componentes tienen salientes, es preferible que los de un
componente se intercalen con los del otro componente.
A continuación se describirá en detalle un método
según los anteriores aspectos de la invención, a modo de ejemplo, y
con referencia a los dibujos adjuntos, en los cuales:
la Figura 1 es una sección diagramática de dos
componentes aeroespaciales a ser unidos por un método según la
invención,
la Figura 2 muestra los componentes de la Figura
1 durante el llenado del espacio por succión con adhesivo de
resina,
la Figura 3 muestra los componentes de la Figura
1 tras el llenado del espacio por succión con adhesivo de
resina,
la Figura 4 es una sección diagramática de dos
componentes aeroespaciales alternativos a ser unidos por un método
según la invención,
la Figura 5 muestra los componentes de la Figura
1 a ser unidos por un método según la invención, con un tejido en
el espacio entre ellos,
la Figura 6 muestra los componentes de la Figura
4 a ser unidos por un método según la invención, con un tejido en
el espacio entre ellos,
La Figura 7 es una sección diagramática de dos
componentes, a ser unidos por un método según la invención, con
salientes en ellos,
la Figura 8 es una sección diagramática de dos
componentes, a ser unidos por un método según la invención, con
salientes alternativos en ellos, y,
la Figura 9 muestra los componentes de la Figura
7, a ser unidos por un método según la invención, con un tejido en
el espacio entre ellos.
Con referencia a la Figura 1, el primero y el
segundo componentes aeroespaciales (10,12), respectivamente, se
posicionan uno junto al otro para así definir un espacio (14) entre
ellos. Preferiblemente, los dos componentes se mantienen en su sitio
usando una plantilla de construcción (no mostrada). Los bordes (16)
del espacio (14) se puentean por medio de bandas sellantes (18,20).
Las bandas sellantes son preferiblemente autoadhesivas por un lado
para adherirse a los bordes del primero y del segundo componente
(10,12). La banda (18) tiene una salida (22) formada en ella, a
través de la cual se puede aplicar succión al espacio (14), mientras
que la banda (20) tiene una entrada (24) formada en ella, a través
de la cual puede fluir un adhesivo.
Observando la Figura 2, una boquilla (26)
conectada a una fuente de adhesivo de resina (no mostrada) se
posiciona en relación de obstrucción en la entrada (24). Una
boquilla (28) a la que se le puede aplicar succión se posiciona
relación de obstrucción a la salida (22). La succión aplicada a la
boquilla (28), aspira la resina (30) a través de la boquilla (26) y
al interior del espacio (14), hasta que el espacio (14) se ha
llenado con resina, como se muestra en la Figura 3.
Después de llegar a la etapa de la Figura 3, se
deja que la resina (30) cure, o se la cura convenientemente. Las
bandas (18,20) son construidas de cinta textil hecha, por ejemplo,
de fibras de vidrio o de carbono.
Nótese que la introducción del adhesivo de resina
por succión y el uso de las bandas (20,22) permite que se forme una
unión de manera simple y efectiva, sin pérdida de la resina (30) en
los bordes.
Durante el proceso es preferible que la entrada
(24) esté a un nivel más bajo que la salida (22). Esta disposición
ayudará a asegurar que la resina (30) entra en el espacio (14) a un
régimen constante, y minimiza la probabilidad de que se formen
huecos o porosidad dentro de la unión. Además, las bandas (18,20)
controlan el perfil de la resina (30) en los bordes. En cualquier
caso se consigue una unión efectiva y segura.
Observando a continuación la Figura 4, las partes
correspondientes a las partes mostradas en las Figuras 1 a 3 llevan
los mismos números de referencia. El componente (12) se extiende
más allá de los bordes del componente (10), y el espacio (14) entre
los componentes (10,12) se puentea uniendo bandas (40,42) a una
superficie superior (44) y a los bordes (45) del componente (10) y
a una superficie superior (46) del componente (12), como se ve en
la Figura 4. Las bandas (40,42) se construyen de la misma forma que
las bandas (18,20) anteriormente descritas.
Una vez que los componentes (10,12) y las bandas
(40,42) se han posicionado como se muestra en la Figura 4, se sitúa
una boquilla (26) en la entrada (24), se sitúa una boquilla (28)
en la salida (28) y la resina (30) es arrastrada al espacio (14)
como se muestra en las Figuras 2 y 3. Se observará que las bandas
(40,42) controlan el perfil de la resina (30) en los bordes. Una
vez más, como en las Figuras 1 a 3, los componentes (10,12) se
pueden mantener en posición uno con relación al otro por medio de
una plantilla de construcción. En este ejemplo una capa (47) de una
sustancia de liberación se ha aplicado a la superficie superior
(46) del componente (12). Esto permite la separación de los
componentes (10,12) después de que se haya formado la unión. La capa
de liberación (47) puede comprender un material sellador. Si se
desea, los componentes (10,12) también se pueden atornillar o unir
mecánicamente por otros medios.
Con referencia ahora a la Figura 5, las partes
correspondientes mostradas en la Figuras 1 a 4 llevan los mismos
números de referencia. El primeros y el segundo componentes
aeroespaciales (10,12) respectivamente se posicionan uno junto al
otro para, así, definir un espacio (14) entre ellos. El tejido (50)
se sitúa entonces en el espacio (14) y los bordes (16) del espacio
(14) se puentean por medio de bandas sellantes (18,20). Una vez
más, las bandas sellantes (18,20) son autoadhesivas por un lado. La
resina es arrastrada al espacio (14) para impregnar el tejido (50),
de la manera descrita anteriormente. Una vez más, como en las
Figuras 1 a 3, los componentes (10,12) se pueden mantener en
posición uno respecto al otro por medio de una plantilla de
construcción.
En el presente ejemplo, el tejido (50) comprende
una acumulación de capas de fibras tal que las fibras de una capa
son transversales a las fibras de otra capa. Por ejemplo, el tejido
puede comprender una acumulación de capas de +/- 45 grados.
El uso del tejido (50) en el espacio (14) tiene
como consecuencia varios beneficios. En primer lugar, la línea de
pegamento ahora puede estar, fácilmente, en el rango de
0.2-3.0 mm, lo cual permite que se llenen espacios
mucho más grandes que usando métodos actuales conocidos. Esto
también permite que los componentes se construyen con tolerancias
más bajas, lo cual a su vez resulta en ahorros de costo. En segundo
lugar, los tejidos pueden proporcionar una separación de las partes
de la superficie de componentes grandes que, de otra forma,
estarían en contacto, así reduciendo la probabilidad de que esas
partes de superficie no se vean mojadas por la resina (30). En
tercer lugar, el tejido (50) ayuda a controlar el coeficiente de
dilatación térmica (CET) a lo largo de la unión. Al hacer que el
CET del conjunto de la resina (30) y del tejido (50) sea similar al
CET de los componentes (10,12), se reduce la tensión térmica que
experimenta la unión en su conjunto. Finalmente, el tejido (50)
dentro de la unión aumenta la resistencia a la cizalladura y al
desprendimiento. Para líneas de pegamento de más de a 1 mm de
grosor, es posible una resistencia a la cizalladura de,
aproximadamente, 25 Mpa.
Observando ahora la Figura 6, la disposición es
similar a aquella mostrada en la Figura 4, excepto que en este
caso, el tejido (50) se sitúa en el espacio (14), y una capa (51)
de tejido (50) se repliega a través de cada borde del tejido (50).
Si se desea, se pueden biselar los bordes del componente (10), como
se muestra en línea discontinua en (10a). En ese caso, las capas
(51) se pueden extender a los biseles (10a).
Al igual que en la Figura 4, la banda (42) tiene
una salida (22) formada en ella y la banda (40) tiene una entrada
(24) formada en ella y la resina (30) es arrastrada al espacio (14)
como se describe con respecto a la Figura 4. Cuando se forman los
biseles (10a), el adhesivo fluye al espacio (14), y dentro del
espacio definido por los biseles. Una vez más, como en la Figura 4,
los componentes (10,12) se pueden mantener en posición uno respecto
al otro por medio de una plantilla de construcción. El plegado de la
capa (51) proporciona un borde liso al espacio (14) lleno de
adhesivo.
Si se desea, se puede usar una capa de liberación
(47) en las realizaciones de las Figuras 5 y 6.
Observando a continuación la Figura 7, partes
correspondientes a las partes mostradas en las Figuras 1 a 3 llevan
los mismos números de referencia.
El primeros y el segundos componentes (10,12)
respectivamente en la Figura 7 tienen salientes (60) en ellos. Los
componentes (10,12) se posicionan uno junto al otro para así
definir un espacio (14) entre ellos, espacio en el cual se extienden
los salientes (60), de forma que los salientes del primer
componente (10) se intercalan con los del segundo componente (12).
A continuación los dos componentes (10,12) se unen usando el método
descrito en las Figuras 1 a 3, durante cuya ejecución la resina (30)
rodea los salientes (60). Aunque no se muestran en la Figura 7, se
proporciona las bandas sellantes (18,20).
En el ejemplo actual, los salientes (60) son
sustancialmente rectos, aunque los salientes (62) pueden ser
inclinados, como muestra en la Figura 8.
Los salientes se usan preferiblemente cuando la
línea de pegamento excede de 0.5 mm y, típicamente, tienen una
longitud de 1-3mm. Los salientes proporcionan un
aumento de la resistencia a la cizalladura de la unión.
Observando finalmente la Figura 9, el primero y
el segundo componentes (10,12) con salientes (60) en ellos se
posicionan uno junto al otro para, así, definir un espacio (14)
entre ellos, espacio (14) en el cual se extienden los salientes (60)
de tal forma que los salientes de intercalan. Se sitúa un tejido
(50) en el espacio (14) y los dos componentes se unen según el
método descrito en las Figuras 1 a 3.
La unión formada en la Figura 9 tiene una
resistencia aumentada, al beneficiarse tanto de los salientes (60)
como del tejido (50).
Las uniones formadas por el método de la presente
invención pueden ser uniones de
costilla-revestimiento, uniones de larguerillos,
uniones revestimiento-larguero, uniones híbridas, y
uniones que impliquen reglajes.
A pesar de que se ha hecho referencia explícita
al uso de un adhesivo de resina (30), se puede usar un sellador o
elemento de relleno cuando simplemente se necesite sellar o llenar
el espacio (14). Cuando se use un sellador o elemento de relleno,
puede ser deseable fijar los componentes de forma mecánica, por
ejemplo por medio de tornillos, remaches u otros sujetadores.
El adhesivo o sellador usado se basará
preferiblemente en una resina con una viscosidad de < 200 cPs
durante varias horas a temperaturas de tratamiento que van de la
temperatura ambiente a los 100ºC.
Se prefieren sistemas de resina que adopten forma
de gel a temperaturas "bajas", típicamente 80ºC, para
minimizar los requerimientos de la fabricación con plantillas. Se
puede emplear, posiblemente una etapa posterior al curado,
autoportante.
Claims (21)
1. Un método para producir una unión entre dos
componentes estructurales (10, 12), método que comprende posicionar
los dos componentes (10, 12) uno junto al otro en una plantilla de
construcción para, así, definir un espacio (14) entre ellos,
puentear los bordes (16) del espacio (14) con un miembro sellante
(18, 20) que no invada dicho espacio, llenar el espacio (14) por
succión con un material capaz de fluir (30), tal como un adhesivo,
y que se caracteriza por la operación de poner un tejido
(50) en el espacio (14) antes de llenar el espacio con dicho
material capaz de fluir (30).
2. Un método según la reivindicación 1, en el
cual el tejido (50) ocupa sustancialmente del 2 - 70% del espacio
(14).
3. Un método según la reivindicación 2, en el
cual el tejido (50) ocupa sustancialmente del 30 - 60% del espacio
(14).
4. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, en el cual el tejido (50) comprende una
acumulación de capas de fibras tal que las fibras de una capa sean
transversales a las fibras de otra capa.
5. Un método según la reivindicación 4, en el
cual el tejido (50) tiene una acumulación de capas de +/- 45
grados.
6. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual el miembro sellante
(18,20) tiene la forma de una banda.
7. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual la banda está formada de
un material flexible.
8. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual la banda es autoadhesiva
por un lado para fijarla en posición.
9. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual la banda sellante está
formada de cinta de tejido.
10. Un método según la reivindicación 9, en el
cual la cinta de tejido está construida a partir de fibras de
vidrio.
11. Un método según la reivindicación 9, en el
cual la cinta de tejido está construida a partir de fibras de
carbono.
12. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que incluye tender el miembro
sellante (18, 20) contra los componentes (10, 12) y pintar sobre él
con un sellador, adhesivo o barniz para mantener el miembro
sellante (18, 20) en posición.
13. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que incluye puentear los bordes (16)
del espacio (14) uniendo la banda a porciones (44) de la superficie
de los componentes (10,12).
14. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que incluye aplicar una capa de
liberación (47) a un componente (10,12) de la unión para facilitar
la separación de los componentes (10,12) de la unión.
15. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual al menos una de los
componentes (10,12) tiene salientes (60) en él y el método
comprende posicionar los componentes (10,12) uno junto al otro para,
así, definir un espacio (14) entre ellos, espacio en el cual se
extienden los salientes (60), rodeando el material capaz de fluir
(30) los salientes (60) al ser introducido en el espacio (14).
16. Un método según la reivindicación 15, en el
cual se proporcionan salientes (60) en ambos componentes
(10,12).
17. Un método según la reivindicación 15 ó 16, en
el cual los salientes (60) de un componente (10,12) se intercalan
con los salientes (60) del otro componente (10,12).
18. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 15 a 17, en el cual los salientes (60) son
elementos individuales llevados por los componentes (10,12).
19. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el cual el material capaz de fluir
(30) es un adhesivo pastoso, una resina, un sellador o un elemento
de relleno.
20. Una unión que comprende componentes
aeroespaciales u otros componentes (10,12), que se produce por un
método según una cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
21. Una unión según la reivindicación 20, cuando
se incorpora en un avión.
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