ES2217573T3 - Fabricacion de articulos pegados. - Google Patents

Fabricacion de articulos pegados.

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ES2217573T3
ES2217573T3 ES98940354T ES98940354T ES2217573T3 ES 2217573 T3 ES2217573 T3 ES 2217573T3 ES 98940354 T ES98940354 T ES 98940354T ES 98940354 T ES98940354 T ES 98940354T ES 2217573 T3 ES2217573 T3 ES 2217573T3
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Robert William Braund
Angus William James Tennant
William Craig Morrison
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GB Tools and Components Exports Ltd
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Abstract

Un método de fabricación de un elemento de fricción pegado que comprende: (I) producir un elemento de forro de fricción (16) de plástico que incluye refuerzos de fibras y materiales que modifican la fricción en una matriz de un adhesivo de resina termoendurecible sin curar dispuesto entre, e incluyendo, superficies principales opuestas (17, 18) que definen su grosor, (II) preparar la superficie de una plataforma (12) de un soporte (11) para recibir un sistema de adherencia (20) termoendurecible, (III) disponer el elemento de forro con una de las dos superficies principales (17) contigua a la plataforma (12) del soporte con un sistema de adherencia (20) de resina termoendurecible entre, y en contacto con, el elemento y la plataforma, (IV) emparedar el elemento de forro y el sistema de adherencia entre la plataforma y una cama (51) de una prensa de estabilización (50), teniendo dicha cama una forma que se ajusta sustancialmente a la de la plataforma, aplicando al elemento y al sistema de adherencia emparedados por medio de la plataforma y de la cama una presión de consolidación que permite el flujo plástico del sistema de adherencia y del elemento para adquirir la forma de la plataforma pero sin extrusión significativa antes del comienzo de la reticulación de las resinas termoendurecibles.

Description

Fabricación de artículos pegados.
Esta invención se refiere a la fabricación de artículos pegados y en particular a la fabricación de elementos de fricción en los que una superficie principal de un forro de fricción se pega a una plataforma de un soporte mediante un sistema de adherencia de resinas termoendurecibles curadas.
Los elementos de fricción en los que el forro de fricción se pega mediante adhesivos a una plataforma de un cuerpo de una zapata se emplean, entre otros casos, como zapatas de freno para frenos dinámicos (de servicio) y para frenos estáticos (de estacionamiento) de vehículos ligeros, tales como automóviles y furgonetas, y como frenos estáticos para vehículos comerciales más pesados, y se distinguen de los elementos de fricción en los que el forro se fija a la plataforma principalmente mediante un posicionamiento de forma mecánica con piezas de enclavamiento, tales como remaches, clips, pasadores, o similares.
La invención es sobre todo aplicable a elementos de fricción que comprenden zapatas de freno del tipo tambor curvado cilíndricamente en los que el soporte comprende un cuerpo de zapata que tiene una estructura que comprende una plataforma curvada cilíndricamente, sobre la que se dispone un forro de fricción curvado correspondientemente, y un nervio de soporte transversal.
Sin embargo, es también aplicable a elementos de fricción que comprenden zapatas de freno del tipo de disco plano común y a elementos de fricción de tipos similares utilizados dentro de un embrague. Por consiguiente, aunque en esta memoria descriptiva el término cuerpo de zapata se utiliza principalmente para describir una estructura de soporte que posee una plataforma curvada cilíndricamente, en su sentido más amplio debería incluir también una estructura que tiene una plataforma o placa posterior sustancialmente plana sobre la que se dispone un correspondiente forro de fricción plano para el acoplamiento de una superficie plana de un disco o similar. Las principales diferencias entre los elementos de fricción planos y curvados en términos de fabricación son que los primeros se producen más fácilmente mediante un proceso de moldeo en el que el material de fricción (que consiste básicamente en refuerzos de fibras y/o de filamentos y materiales que modifican la fricción en una matriz de un copolímero de resina termoendurecible como adhesivo) está seco, es decir, el copolímero termoendurecible sin curar se encuentra en forma de polvo o partículas, lo que permite que se coloque fácilmente y se compacte uniformemente en una cavidad de moldeo a la que se aplica unidireccionalmente una fuerza de cierre del molde. Se comprenderá que es menos fácil el compactar un polvo en un elemento de forro con forma curvada debido al ángulo variable con que se aplica una fuerza unidireccional.
Por consiguiente, ha sido más habitual en la industria el proporcionar material para forro de fricción con una forma líquida de resina termoendurecible como adhesivo para conseguir una consistencia plástica que pueda ser compactada previamente en una medida aceptable mediante laminación. Aunque una consistencia plástica laminada de este tipo es adecuada para producir preformas o elementos de forro que estén curvados antes del curado y de la fijación del adhesivo termoendurecible, no existe ninguna razón técnica para que dicha forma plástica del elemento de forro de fricción no tome una forma plana y se pegue a una plataforma plana del soporte.
Esta memoria descriptiva tiene que ver con elementos de fricción pegados en los que el forro comprende un elemento de forro plástico con refuerzos de fibras y materiales que modifican la fricción preformado en una matriz de un adhesivo de resina termoendurecible sin curar en estado líquido, es decir, un elemento de forro crudo en el que el adhesivo de resina termoendurecible se cura para formar el forro al mismo tiempo que se cura el sistema de adherencia termoendurecible para efectuar el pegado a la plataforma del soporte.
Dicho proceso de curado y pegado combinado como tal se describe en la memoria descriptiva de la patente GB 2.278.800 de una forma que puede aprovecharse de los equipos de pegado y de las facilidades de curado existentes y de los procedimientos típicamente a disposición de un fabricante de zapatas de freno. Sin embargo, cuando un fabricante no tiene a su disposición dichos equipos existentes y/o cuando desea mejorar la velocidad de producción de artículos de aparatos individuales, es decir, la duración del ciclo de funcionamiento y/o la fabricación simultánea de piezas, el método combinado de curado y pegado descrito por esta patente puede no ser óptimo.
Aunque la memoria descriptiva mencionada anteriormente se refiere a dicho forro de fricción en el que el pegado del adhesivo es el único medio de oponerse al movimiento entre el forro y la plataforma del soporte, se conoce el combinar el pegado con adhesivos con cierto grado de inmovilización mecánica conseguida mediante salientes y rebajes que se corresponden del forro y del soporte como resistencia adicional a las fuerzas de corte.
De este modo, preservando la generalidad de lo anterior en lo que se refiere a la forma del soporte, es un objeto de la presente invención el proporcionar un método para fabricar más rápidamente y con menos herramientas que hasta ahora un elemento de fricción que incluye un soporte que tiene un forro de fricción termoendurecido pegado al soporte mediante un adhesivo termoendurecible que se pega al mismo tiempo que se produce la fijación del mismo. Es también un objeto de la presente invención el proporcionar una disposición para fabricar un elemento de fricción pegado más rápida y fácilmente que hasta ahora.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente invención, la reivindicación1 se refiere a un método para fabricar un elemento de fricción pegado.
De acuerdo con un segundo aspecto de la presente invención, la reivindicación 13 se refiere a una disposición para producir un elemento de fricción pegado.
A continuación se describirán realizaciones de la invención, a título de ejemplo, con referencia a los dibujos que se acompañan, en los que:
- la figura 1 es una vista en perspectiva de los componentes empleados en relación con un elemento de fricción pegado de acuerdo con la invención, en la forma de una zapata de freno que muestra las dimensiones relativas y las yuxtaposiciones de un soporte que comprende un cuerpo de la zapata que tiene una plataforma curvada cilíndricamente y un elemento de forro crudo;
- la figura 2 es un diagrama de flujo que muestra esquemáticamente los pasos operativos para fabricar una zapata de freno arqueada de acuerdo con la presente invención, e indicando los aparatos para realizar operaciones específicas, incluyendo los medios de precalentamiento de la zapata, una prensa de estabilización para producir un producto intermedio pegado, parcialmente curado, y medios de recocido para recocer el producto intermedio pegado para completar su curado de forma libre;
- la figura 3(a) es un corte vertical a través de la prensa de estabilización indicada en la figura 2, que muestra una cama rebajada y calentada dimensionada y con el perfil adecuado para recibir un elemento de forro arqueado y crudo y un miembro de cierre que comprende una plataforma del cuerpo de la zapata precalentada, medios de empuje para aplicar presión de emparedado al elemento por medio del cuerpo de la zapata, y medios de control para vigilar y controlar el nivel y duración de la presión para proporcionar un producto intermedio pegado dimensionalmente estable y parcialmente curado;
- la figura 3(b) es un corte vertical a través de la prensa de estabilización realizado en un plano perpendicular al de la figura 3(a), que muestra en forma rayada y con puntos la presencia en la misma de un elemento de forro crudo y del cuerpo de la zapata con anterioridad al emparedado por la plataforma de la zapata;
- la figura 3(c) es un corte vertical similar al de la figura 3(b), pero mostrando las posiciones relativas de la plataforma de la zapata y de la cama de la prensa después de la aplicación de la presión de emparedado y mostrando, algo exageradamente, la naturaleza no estanca del confinamiento del elemento por la prensa de estabilización;
- la figura 4 es un corte vertical esquemático de los medios de recocido continuo para recocer el producto intermedio pegado a un mayor grado de curado de una forma libre y de una manera continua;
- la figura 5 es una vista en perspectiva parcialmente en corte que muestra una zapata de freno pegada de acuerdo con la invención; y
- la figura 6 es un corte vertical, similar al de la figura 3(b), de una disposición alternativa de la prensa de estabilización en la que el elemento de forro se introduce lateralmente con respecto a la plataforma de la zapata.
Con referencia a la figura 1, se muestra en ella las piezas componentes de un elemento de fricción en la forma de una zapata de freno pegada del tipo utilizada en un freno de tambor. Un soporte o cuerpo de la zapata 11 está fabricado en acero suave y comprende una plataforma 12 curvada nominalmente de forma cilíndrica, que constituye una sección de un cilindro circular recto imaginario que tiene un arco de longitud L en la dirección de la curvatura y que es sustancialmente plano de anchura W en una dirección transversal paralela al eje longitudinal del cilindro imaginario que define la curvatura, y un nervio de refuerzo 13 sustancialmente plano, y por medio del cuál se aplican fuerzas de activación del freno para presionar la plataforma, que se extiende perpendicularmente a la plataforma como una espina dorsal central, soldándose la plataforma al borde de dicho nervio a intervalos a lo largo de su longitud para definir la curvatura. Con el fin de preservar una superficie de la plataforma de salientes elevados en dichos puntos de soldadura, u otros accidentes, la superficie de la plataforma está salpicada de muescas o rebajes 14 que contienen dichos puntos o accidentes.
El cuerpo de la zapata tiene una estructura convencional y puede adaptarse a variantes convencionales, tales como que la plataforma esté dividida a lo largo de su longitud y se monte a partir de dos "medias plataformas" soldadas al nervio. Con independencia de la estructura precisa, es típico que la superficie eficaz de la plataforma plana sea inferior que el área nominal L x W, de forma que cuando se emplee en una zapata pegada convencional, no se realice una unión en donde existen dichos rebajes a menos de que una capa gruesa de adhesivo de pegado llene, pero no rebose, dichos rebajes.
Además del cuerpo de la zapata, los componentes incluyen un elemento de forro de fricción 16. El elemento de forro es convencional en cuanto que incluye materiales que modifican la fricción y fibras y/o filamentos de refuerzo en una matriz compleja de copolímeros de una resina termoendurecible y caucho nitrílico como ligante.
El elemento de forro se produce de una manera convencional mezclando los ingredientes, con el caucho en forma de polvo fino en el que las cadenas moleculares se han reducido mecánicamente de forma que es capaz de combinarse químicamente con el adhesivo de resina utilizado en forma líquida, para proporcionar al adhesivo una consistencia plástica manejable y adecuada para ser laminado para definir una densidad D' predeterminada y disponer los materiales de fibras alineados con las superficies principales 17, 18, limitados por las superficies menores 19 que definen su grosor laminado T'. La laminación incluye también un curvado, o laminación curvada, paso en el que el elemento de forro se pasa entre dos cilindros que giran a velocidades diferentes y adquiere una curvatura generalmente cilíndrica que se corresponde aproximadamente con la curvatura de la plataforma.
Dependiendo de la naturaleza del adhesivo de resina termoendurecible, es decir de si el curado produce o no gases dentro del material, la densidad D' del elemento de forro es, típicamente, del 80% al 95% de la densidad D requerida para el forro cuando la resina está curada y el forro pegado a la plataforma de la zapata, es decir D' = (D – dD). Como es común para los expertos, la densidad requerida del forro final es menor que la densidad máxima teórica, típicamente del orden del 95%, de forma que el material laminado puede tener una densidad del orden del 75% al 90% de la máxima densidad posible.
Igualmente, el grosor del laminado T' para esta densidad menor es correspondientemente mayor que el grosor final deseado T para permitir el cambio en volumen por medio de solamente cambios menores en la longitud y la anchura, y para producir dicho cambio dD en la densidad principalmente por medio de una reducción en el grosor, es decir T' = (T + dT).
El elemento de forro puede laminarse al grosor y curvatura deseados como un forro individual o puede fabricarse como una lámina grande de la que se corta cada elemento con las dimensiones de longitud y anchura apropiadas, y para este fin, y de acuerdo con la práctica tradicional, las fibras de refuerzo se alinean, generalmente, en una dirección que sigue el flujo del material en la laminación, es decir, a lo largo de cada elemento.
Sin embargo, mientras que tradicionalmente el elemento de forro se calentaría con presión aplicada a las caras principales para curar completamente el adhesivo de resina hasta obtener un forro básicamente rígido (o más usualmente una lámina curvada de la que se cortan después los forros individuales al tamaño final de longitud L y anchura W para que se adapten a la plataforma) y las superficies principales mecanizadas a las dimensiones apropiadas y la superficie terminada con anterioridad al pegado a la plataforma de la zapata, de acuerdo con la presente invención se utiliza el elemento de forro 16 en su estado plástico, denominado estado crudo, y con anterioridad a cualquier reticulación significativa de los componentes de la resina termoendurecible.
El componente final de la figura 1 es un sistema de adherencia de unión, indicado de forma general con la referencia numérica 20, en forma de una o más capas de un material fenólico o basado en otra resina termoendurecible, utilizado convencionalmente en la fabricación de zapatas de freno pegadas, interpuesto entre una superficie principal 17 del elemento de forro y la plataforma 12 de la zapata.
A continuación se describirá, con referencia a las figuras 2 a 5, la fabricación de una zapata de freno pegada a partir de los componentes anteriormente descritos de acuerdo con la presente invención. La figura 2 es un diagrama de flujo que indica tanto los procesos como los pasos operativos que comprende la fabricación concreta de una zapata de freno que tiene las dimensiones típicas de las zapatas para el frenado dinámico (o de servicio) de un automóvil de pasajeros o camioneta de tamaño medio (de menos de 1 tonelada), antes que para un vehículo comercial o camión. Sin embargo, en tanto que se conoce el emplear zapatas de freno de dichas dimensiones en combinación con otros componentes para satisfacer las exigencias de frenado puramente estático, o de estacionamiento, de dichos vehículos comerciales más pesados (a menudo comprendiendo estructuras del tipo "drum-in-hat"), es apropiado referirse de ahora en adelante a dicha zapata de freno por sus dimensiones aproximadas en lugar de hacerlo por su apariencia exacta de uso, es decir como "para automóviles", debido a su posible incorporación en sistemas de frenado mucho más pesados.
Con referencia a la figura 2, se representa esquemáticamente una disposición 25 para la fabricación de una zapata de freno pegada mediante un diagrama de flujo que indica tanto los procesos como los pasos operativos que forman parte de la fabricación. Un material de fricción, como el descrito anteriormente, se produce en los medios de formulación (30) mezclando (31) los ingredientes anteriormente descritos, con el caucho en forma de polvo fino en el que se han reducido mecánicamente las cadenas moleculares de forma que sea capaz de combinarse químicamente con la resina utilizada en forma líquida, para proporcionar al material ligante una consistencia plástica manejable y para que sea adecuado para ser laminado (32) sustancialmente a temperatura ambiente para definir, con los ingredientes de refuerzo y los que modifican la fricción, una plancha o lámina plástica, en estado crudo, de material de forro de fricción que tiene tanto una orientación óptima de los componentes de fibras como unas propiedades predeterminadas de grosor T' y de densidad D'. La plancha, tras ser cortada en elementos individuales dimensionados para cada zapata y tras, o simultáneamente con, el paso a través de un tren laminador para curvar (33), tiene la superficie principal cóncava 17 de la misma recubierta (34) con un componente principal del sistema de adherencia 20 a base de resina termoendurecible, preferiblemente un compuesto de resina fenólica, tal como el adhesivo tipo PL605-35 suministrado por Sovereign Engineered Adhesives LLC, Akron, Ohio, USA.
La plataforma 12 de la zapata 11 está preparada convenientemente en la fabricación de la zapata mediante limpieza (35) mecánica y/o química e imprimación (36) con otro componente del sistema de adherencia 20, en la forma de una capa de imprimación relativamente delgada de un compuesto de resina fenólica compatible con el componente adhesivo principal, tal como el tipo IR 1947 suministrado por Hepworth Minerals and Chemicals West Bromwich, Inglaterra, como material de imprimación o de recubrimiento de la zapata. La capa de imprimación se aplica típicamente a la temperatura ambiente o superior y se seca al tacto sin que se produzca reticulación dentro de la resina.
Para la fabricación de una zapata de freno pegada, la temperatura del cuerpo de la zapata, incluyendo la plataforma 12 recubierta de la imprimación, se eleva por encima de la necesaria para iniciar la reticulación en el elemento y en el sistema de adherencia, estando sometido a una operación de precalentamiento en medios de precalentamiento que comprenden un horno (37) durante un tiempo que, a pesar de que se inicie la reticulación del componente de imprimación del sistema de adherencia, sea insuficiente para efectuar la reticulación completa pero suficiente para elevar la temperatura de la mayor parte del cuerpo de la zapata. El componente de imprimación del sistema de adherencia mencionado anteriormente inicia la reticulación, típicamente, a una temperatura de alrededor de 180ºC; y se ha encontrado adecuado para este tamaño del cuerpo de la zapata que el horno funcione a una temperatura comprendida entre 200ºC y 210ºC y que el cuerpo de la zapata (inicialmente a la temperatura ambiente) se introduzca en el mismo durante un periodo de 2 a 14 minutos, y típicamente de 7 a 9 minutos.
El cuerpo de la zapata precalentado se transfiere con un retardo mínimo, es decir antes de que se produzca la reticulación completa de la imprimación o de que el cuerpo de la zapata se enfríe significativamente, a una prensa de estabilización (50) donde forma un miembro de cierre que (bajo la influencia de medios de empuje controlados, descritos posteriormente) empareda el elemento de forro 16 recubierto de adhesivo entre la plataforma de la zapata y una cama calentada de la prensa.
El elemento de forro se dispone en la prensa calentada inmediatamente antes que el cuerpo de la zapata, de forma que la capa de adhesivo es comprimida por la plataforma recubierta de imprimación y, como se describirá después con más detalle, se establece un régimen de tiempo de presión de emparedado lo que conduce a que, en un corto intervalo de tiempo típicamente menor de un minuto, las resinas termoendurecibles del elemento de forro y del sistema de adherencia adquieran el suficiente grado de reticulación individualmente y una con otra como para producir un producto intermedio pegado estabilizado dimensionalmente y parcialmente curado que puede retirarse de la prensa de estabilización y someterse libremente a una temperatura elevada continua mediante un recocido libre en unos medios de recocido (100). Los medios de recocido se mantienen a una temperatura en el margen de 240 a 300ºC y cada producto intermedio se dispone en su interior durante unos 40 minutos para conseguir un grado de curado del material de fricción, generalmente exigido para un forro de fricción de un freno para darle las propiedades de dureza y de resistencia mecánica requeridas.
Se comprenderá que las técnicas y aparatos empleados en los pasos (31) a (34) con respecto al elemento de forro (35) y (36) y con respecto a la zapata son, con excepción de la elección de los componentes del sistema de adherencia (y del instante de aplicación), sustancialmente convencionales por sí mismos y no requieren que se describan o se ilustren en mayor detalle.
Con referencia a las figuras 3(a) y 3(b), la prensa de estabilización 50 asociada con dicho paso del proceso se dimensiona y se le da la forma necesaria para producir un freno que tiene la plataforma arqueada 12 de la figura 1. La prensa comprende una cama 51 con forma adecuada para adaptarse sustancialmente a la plataforma del soporte, es decir parcialmente cilíndrica, que contiene un rebaje 52 dimensionado para recibir en el mismo un elemento de forro 16 curvado de plástico crudo con su superficie principal convexa 18 mirando hacia el fondo 53 del rebaje. La profundidad del rebaje no es mayor que el grosor requerido del forro curado, y preferiblemente menor, de forma que la otra superficie principal 17 del elemento de forro recubierta del adhesivo quede fuera del rebaje como se muestra con rayas y puntos en la figura 3(a).
La cama de la prensa de estabilización tiene también asociados con ella medios de guiado indicados de forma general con la referencia numérica 55 que se extienden hacia fuera de la cama y capaces de soportar un miembro no estanco, definido por el soporte 11 precalentado como se muestra en la figura 3(b), que cubre dicho rebaje, y efectuando el guiado entre el miembro de cierre y el rebaje en una dirección hacia y desde dicho rebaje.
Estructuralmente, la prensa de estabilización 50 comprende un par de placas metálicas de guiado 56, 57 separadas una distancia igual a la anchura de la plataforma 12 de la zapata, de forma que la plataforma puede deslizarse entre las superficies enfrentadas 56' y 57' respectivamente de las mismas que definen los medios de guiado 55. La placa 56 tiene un reborde 58 que se extiende desde dicha superficie enfrentada 56' hacia la placa 57, y del mismo modo la placa 57 tiene un correspondiente reborde 59. Los rebordes definen la cama 51 de la prensa que rodea al rebaje 52, y están separados por un bloque metálico de separación 60 que define, y proporciona, el fondo 53 del rebaje 52.
Los rebordes 58 y 59 están arqueados y se corresponden con la curvatura parcialmente cilíndrica de la plataforma de la zapata que está especificada para la cama de la prensa, como lo hace la superficie del bloque metálico de separación 60. El bloque comprende además una partes elevadas 62, 63 separadas en una dirección paralela a los planos de las placas de guiado y que definen los extremos del rebaje 52 sustancialmente coplanares con los rebordes 58 y 59.
Los medios de calentamiento, indicados de forma general con la referencia numérica 65, comprenden una o más aberturas 66 que se extienden hacia dentro del bloque 60 y/o de las placas de guiado, y en cada una de dichas aberturas se inserta un elemento de calentamiento 67 para suministrar calor al fondo 53 del rebaje y para mantenerlo a una temperatura superior a la de inicio de la reticulación del adhesivo del elemento. Típicamente, se busca una temperatura comprendida en el margen de 210 a 250ºC, dependiendo de las propiedades de termoendurecimiento concretas de los materiales.
Los bordes de las placas de guiado alejadas de los rebordes que definen la cama de la prensa están también convenientemente arqueadas para facilitar el disponer un cuerpo de la zapata entre las placas con su plataforma dirigida hacia la cama.
El rebaje 52 de la cama está dimensionado en términos de longitud y de anchura (pero no en grosor como se ha descrito anteriormente) para que se corresponda con las dimensiones requeridas de longitud y de anchura del forro curado, y el elemento crudo se produce teniendo una dimensiones de longitud y de anchura algo menores para permitir una fácil colocación en el rebaje.
La prensa 50 incluye también medios de empuje, indicados de forma general con la referencia numérica 70, que tienen partes que se pueden desplazar relativamente las unas con respecto a las otras, y fijas y móviles respectivamente con respecto a la cama 51. Los medios de empuje son capaces de mover el elemento de cierre, es decir la plataforma 12 del cuerpo de la zapata 11 hacia la cama de la prensa y posiblemente hacia fuera de la misma. Convenientemente, los medios de empuje comprenden una sencilla disposición 71 de cilindro y pistón neumático con movimiento alternativo y una fuente 72 de gas presurizado para el cilindro para desplazar el pistón con respecto al cilindro, que es capaz de ejercer una presión limitada solamente sobre la plataforma de la zapata, siendo dicha presión baja para una fabricación en esta técnica y en el margen de 35 a 150 kN/m^{2} (5 a 21,75 psi) y típicamente menor de 100 kN/m^{2} (14,5 psi).
La parte móvil de los medios de empuje indicada por un vástago 73 del pistón incluye preferiblemente medios de barrera térmica 74 que sirven para limitar la conducción de calor desde la zapata precalentada, lo que no sólo permite que la zapata permanezca a una temperatura más elevada sino que también impide cualquier efecto indeseable de calentamiento del gas en el cilindro neumático con la consiguiente variación de la presión. Los medios de barrera térmica, como se muestran, están proporcionados por una capa de aire entre secciones del vástago del pistón unidas por una pluralidad de barras de unión 74' poco conductoras y de pequeña sección.
Los medios de empuje comprenden además una interfaz de empuje 75 que comprende una pluralidad de miembros de contacto articulados definidos por un miembro en forma de estrella 77 que posee una pluralidad de brazos 76_{1}, 76_{2} ... relativamente fijos y mutuamente divergentes unidos de forma giratoria a la pieza móvil de los medios de empuje en 78. Cada brazo termina en un rodillo 79_{1}, 79_{2} ... capaz de apoyarse sobre la superficie cóncava opuesta 12' de la plataforma 12 de forma que los medios de empuje con movimiento alternativo ejercen una fuerza directamente sobre la plataforma, sustancialmente uniforme en la pluralidad de posiciones separadas en las que hacen contacto los rodillos, mientras que el nervio 13 de la zapata vuelta hacia arriba que comprende el miembro de cierre se acomoda en la ranura 77'.
Medios de inmovilización, indicados esquemáticamente con la referencia numérica 80, son capaces de retener el miembro de cierre (plataforma) en posición con respecto a la cama cuando sea necesario y con independencia del nivel de cualquier presión de reacción o en sentido opuesto ejercida sobre los medios de empuje por el elemento de cierre. Convenientemente, los medios de inmovilización pueden operar conjuntamente con los medios de barrera térmica, con cualquier accidente de la superficie del vástago del pistón o simplemente abrazar al vástago.
La prensa de estabilización incluye medios de control 90 que controlan y coordinan muchos de los elementos de la prensa descritos anteriormente, de forma que opere de acuerdo con un régimen predeterminado para producir el producto intermedio pegado estabilizado dimensionalmente y curado parcialmente, anteriormente mencionado.
Los medios de control 90 están acoplados para proporcionar señales de instrucciones a, y para recibir señales de vigilancia de, los medios de empuje y los medios de inmovilización, en particular para vigilar la presión de reacción ejercida sobre los medios de inmovilización por la presión existente dentro del elemento de forro. Los medios de control pueden también, por conveniencia, controlar los medios de calentamiento y, posiblemente, los medios de precalentamiento 37 de la plataforma de la zapata y el horno de recocido 100.
Considerando el funcionamiento de la prensa de estabilización en la producción de un producto intermedio pegado, y haciendo referencia también a la figura 3(c), la cama de la prensa se calienta por medio de los medios de calentamiento 65 para mantener la cama a una temperatura controlada por los medios de control. Un cuerpo de la zapata 11 se precalienta 37 en un horno, como se describió anteriormente, y, justo antes de que el cuerpo de la zapata se retire del horno de precalentamiento, el rebaje 52 de la cama 51 de la prensa se trata con un producto químico para facilitar la extracción del molde (si no posee un recubrimiento permanente antiadhesivo) y el elemento de forro 16 recubierto de adhesivo y con forma arqueada mencionado anteriormente se dispone manualmente, o mediante una máquina, en el rebaje con la superficie principal cóncava recubierta de adhesivo mirando hacia los medios de empuje y quedando, debido al grosor del elemento, por encima del nivel de la cama y dentro de los medios de guiado.
El cuerpo de la zapata precalentado se dispone entre las placas de guiado 56, 57 con la plataforma enfrente del elemento de forro y se permite que descanse sobre el mismo, sustancialmente como se muestra en la figura 3(b). En este momento, el elemento de forro recibe, a través de sus superficies principales 17 y 18 y en alguna medida por las superficies menores 19, el calor transferido por la cama de la prensa y por la plataforma en al menos las regiones de la superficie y se convierte, en dichas regiones, en relativamente fluido o móvil.
Los medios de empuje se actúan por los medios de control de forma que la interfaz de empuje se apoya contra el cuerpo de la zapata y ejerce sobre él una fuerza dirigida verticalmente que se manifiesta como una presión de emparedado sobre el elemento de forro que se incrementa desde la presión inicial, básicamente nula, durante un intervalo de consolidación predeterminado hasta alcanzar un nivel predeterminado, pero aún relativamente bajo. El nivel de presión instantáneo lleva a cabo el flujo plástico del sistema de adherencia y del elemento para que adquiera la forma de la plataforma 12 y del rebaje 52, y consolida su forma pero, teniendo en cuenta el que el elemento no está completamente cerrado, evita cualquier extrusión significativa del material del forro desde el rebaje o en la parte sin el rebaje antes del comienzo de la reticulación. Dicha consolidación del material más fluido bajo presión tiene el efecto de reducir algo su grosor, por ejemplo por la eliminación de bolsas de aire o de otros gases atrapados que se producen en la mezcla y laminación de los ingredientes que forman el elemento y por la evaporación de disolventes volátiles.
Tras un periodo inicial de absorción de calor en el que las resinas obtienen esta fluidez y cualquier componente fácilmente volátil puede convertirse en vapor, comienza a producirse la reticulación que da como resultado la aparición de gases y vapores adicionales dentro de la matriz del forro, todos los cuales son capaces de abandonar el elemento a través de las superficies menores no cerradas completamente y entre el soporte y las placas de guiado, y ayudados desde el elemento por la presión de emparedado creciente.
Para esta zapata de freno "para un automóvil" se ha encontrado que está indicado el aumentar la presión durante un intervalo de consolidación de aproximadamente 4 a 6 segundos a un nivel comprendido entre 35 y 120 kN/m^{2} (5 a 17,4 psi).
Además, tras los pocos segundos que representa el intervalo de consolidación, la reticulación del adhesivo de resina termoendurecible en las regiones de la superficie del elemento que reciben el calor procedente de la cama y de la plataforma está suficientemente avanzada como para que la mayor parte de los gases y vapores inicialmente presentes y los que se han producido después hayan sido empujados hacia fuera ya que comienza la fijación, es decir la pérdida de plasticidad del adhesivo, y las dimensiones del elemento son las aplicables al forro totalmente curado, como también lo es sustancialmente la densidad, y a pesar de que la mayor parte del material del forro no ha logrado dicho nivel de reticulación y tiene aún que sufrir dicho proceso con la posibilidad de la aparición de gases y vapores relacionados.
Al final del intervalo de consolidación predeterminado anteriormente mencionado, los medios de control actúan los medios de inmovilización 80 que mantienen la separación lograda entre la plataforma y la cama de la prensa durante un intervalo de fijación adicional para permitir que la reticulación y la fijación se extiendan progresivamente más a la mayor parte del material. A pesar de que se generan presiones internas dentro del material del forro por los gases que se producen durante dicha reticulación, reaccionando dichas presiones internas contra los medios de inmovilización, estos gases pueden escapar por los extremos sin cerrar mientras que los medios de inmovilización evitan que las regiones de las superficies principales solidificadas y relativamente frágiles sean destruidas por estas fuerzas internas adicionales pero de duración relativamente corta, y a pesar de que impongan una presión de reacción realmente creciente sobre los medios de empuje.
Un intervalo de fijación adecuado para un elemento de forro de fricción de las dimensiones anteriormente mencionadas se encuentra, normalmente, en el intervalo de 40 a 60 segundos y al final de este periodo de fijación el nivel de reacción disminuye significativamente de forma que a pesar del nivel incompleto de reticulación en el interior del adhesivo de resina, el elemento de forro puede retirarse de las ligaduras y permanece dimensionalmente estable. Este intervalo de consolidación y de fijación es también suficiente para que los componentes del sistema de adherencia se reticulen unos con otros y con el adhesivo de resina de la cara del elemento de forro contigua a la plataforma precalentada hasta el punto de que se forme una unión estable entre la plataforma y el elemento de forro.
Los medios de control vigilan la presión ejercida por el elemento de forro sobre los medios de empuje y los medios de inmovilización a lo largo de los intervalos de consolidación y de fijación; durante el intervalo de consolidación la presión ejercida por los medios de empuje es una medida de esto, y durante el intervalo de fijación la fuerza ejercida por la presión del elemento sobre los medios de inmovilización se mide por medio de elementos piezoeléctricos 92, o similares. Dichos elementos piezoeléctricos pueden estar incorporados en los medios de barrera térmica de los medios de empuje y/o en los medios de inmovilización.
Se comprenderá que el efectuar una fijación rápida y un curado parcial que da como resultado un componente intermedio pegado dimensionalmente estable está sujeto a una serie de variables, tales como composición del material del forro, dimensiones, temperaturas de la cama y de la plataforma, presión de consolidación aplicada y velocidad de aplicación.
Se ha encontrado más practicable el acometer, para una composición del material del forro de fricción y para un tamaño final del forro concretos, operaciones de experimentación con diversos valores de temperatura, velocidad de aumento de la presión e intervalo de consolidación, e intervalo de fijación que conducen a un producto intermedio pegado que tiene las dimensiones y la densidad correctas, es decir, que se sabe que conducen a un forro de fricción que tiene las propiedades físicas deseadas. Después, la temperatura, la presión de emparedado y los intervalos de tiempo se almacenan en los medios de control, o en medios acoplados a ellos, las presiones de reacción del elemento de forro se vigilan como una función del tiempo a lo largo de los intervalos de consolidación y de fijación, reproduciendo la fabricación, y se comparan los parámetros vigilados y almacenados, siendo posible el determinar con un cierto grado de certeza si el producto intermedio pegado es satisfactorio o no, es decir si debe ser aceptado por los medios de recocido o declarado como rechazable.
En la práctica, los parámetros de temperatura y de presiones se vigilan mediante muestreo a intervalos y, si es necesario, cualquier valor del parámetro en instantes intermedios se interpola de éstos. Los valores obtenidos en, o interpolados de, los instantes de muestreo se comparan con los valores aceptables almacenados para puntos correspondientes del proceso con un umbral de diferencias predeterminado y relativamente pequeño, con lo que si solamente unas pocas muestras se apartan de los parámetros almacenados sin mostrar una tendencia, es decir, existe una conformidad global, el producto intermedio no se rechaza. Alternativa o adicionalmente, cada valor de temperatura y/o de presión observado en un instante de muestreo puede compararse con los valores almacenados aceptables para un punto correspondiente del proceso y cualquier diferencia por encima de un umbral predeterminado y relativamente grande se traduce en un rechazo instantáneo; claramente estas formas diferentes de comparación pueden aplicarse conjuntamente. Además, dichas comparaciones pueden seguir criterios diferentes y los parámetros pueden vigilarse de una forma continua en lugar de por muestreo.
Al final del intervalo de fijación, los medios de control liberan los medios de inmovilización y los medios de empuje se retiran del cuerpo de la zapata y el producto intermedio ya pegado, sin calentar generalmente en la referencia numérica 200', se retira de la cama de la prensa por medio de las placas de guiado y dependiendo del resultado de la vigilancia y de las comparaciones realizadas por los medios de control, se da al menos una indicación de si el producto es adecuado para pasar a la operación de recocido libre adicional, o debe rechazarse.
La cama de la prensa calentada se trata con un producto químico adecuado para facilitar la extracción del molde, si es necesario, y se repite el proceso de disponer en el rebaje un elemento de forro crudo recubierto de adhesivo y de colocar una plataforma de la zapata precalentada allí antes de aplicar presión de emparedado.
Aunque la zapata está en un contacto térmico pobre con la cama de la prensa calentada y tiende a perder calor, en parte al elemento de forro, durante los intervalos de consolidación y de fijación, el producto intermedio sale de la prensa a una temperatura significativamente elevada, típicamente superior a 100ºC, inadecuada para cualquier operación que requiera manejarlo manualmente sin enfriarlo. Sin embargo, puesto que el elemento de forro y la unión no requieren ligaduras adicionales, el producto intermedio aún caliente se coloca en los medios de recocido 100 mantenidos a una temperatura que es convencional para el curado final de materiales de forro de fricción basados en adhesivos de resinas termoendurecibles, en el intervalo de 240 a 300ºC. La comparativamente baja masa térmica del producto intermedio pegado, ausente cualquier vínculo adicional, y su inicialmente elevada temperatura le permite absorber calor rápidamente y continuar el curado de las resinas termoendurecibles del elemento de forro y de la unión adhesiva. En consecuencia, cada producto intermedio se mantiene en el interior del horno de recocido durante un intervalo de tiempo relativamente corto de 20 a 40 minutos con el fin de lograr el grado adicional de curado de la resina para el grado deseado de dureza y de resistencia mecánica exigidas tanto al elemento de forro como al sistema de adherencia para su uso como zapata de freno en una rueda de un vehículo. Claramente el grado de curado final por el que pueden lograrse las propiedades físicas deseadas está abierto a variaciones mediante el cambio de la duración y/o de la temperatura precisas del recocido libre en los medios de recocido. Los medios de recocido se muestran esquemáticamente en la figura 4, siendo un horno continuo que tiene una zona de entrada 101 con cortinas, para recibir cada producto intermedio pegado 200' cuando se retira de la prensa de estabilización, y medios de transporte 102, en la forma de una cinta transportadora continua sobre la que se apoyan los productos, capaces de transportar cada producto a través del horno en un intervalo de tiempo predeterminado y descargarlo del mismo en una zona de salida 103 con cortinas. Un medio de transporte alternativo (no mostrado) es un carril aéreo, o algo similar, del que se cuelga cada producto.
Un elemento de fricción terminado, en forma de una zapata de freno, se muestra en la figura 4 como 200 en la zona de salida de los medios de recocido y en la figura 5 con el forro 16' parcialmente cortado para mostrar cómo la unión está en conformidad con la plataforma de la zapata. Debido a la reproductibilidad de la operación de pegado con presión vigilada, el elemento de fricción obtenido de los medios de recocido tiene básicamente las dimensiones finales, pero como la prensa de estabilización no realiza una operación de moldeo de precisión y puede ser deseable el alisar el elemento de fricción de la zapata 200 mediante rectificado o mediante mecanizado limitado de sus superficies expuestas para asegurar que al menos la superficie principal 18 tiene un aspecto concreto y/o se adapta sustancialmente a un arco circular capaz de asentar en un tambor de freno y que tiene un centro de curvatura definido por puntos de montaje de la zapata para este fin, siendo esta técnica de alisamiento la misma que la practicada para las zapatas de freno fabricadas tradicionalmente pegando un forro curado previamente a una plataforma de la zapata.
Se comprenderá que para obtener una producción comercialmente útil de los medios de recocido 100, si éstos últimos no deben tener un tamaño desmesurado y los productos intermedios han de introducirse cómo y cuándo abandonan la prensa de estabilización, es necesario que en cualquier instante estén contenidos dentro del horno un número significativo de productos intermedios. Con algunas formas de sistema de transporte, tales como un carril transportador aéreo del que cuelguen los productos, el carril puede seguir un camino serpenteante a través del horno con los productos entrando y saliendo en serie. En este caso, cada producto intermedio que abandona la prensa puede ser colgado directamente en este sistema de transporte, de forma que la capacidad de tratamiento del horno iguale a la de producción de la prensa de estabilización, sujeta, desde luego, a cualquier elemento rechazado.
Con otras formas de sistema de transporte, tal como una cinta transportadora, en las que es menos fácil de idear una ruta que no sea directa a través del horno, puede ser más apropiado el tener una o más prensas de estabilización 50 que proporcionen productos intermedios a una velocidad mayor que la velocidad de ciclo de una prensa individual como la descrita anteriormente. Por ejemplo, pueden disponerse y hacerse funcionar en paralelo una pluralidad de prensas de estabilización; esto es económicamente factible mediante el uso de medios de empuje neumáticos relativamente baratos y la pequeña presión de emparedado aplicada con ellos en el intervalo de consolidación y la sencilla configuración de la cama de la prensa y de los medios de guiado.
Alternativamente, una pluralidad de camas de prensa pueden disponerse de forma movible con respecto a unos medios de empuje únicos, difiriendo de la anteriormente descrita en que los medios de inmovilización se disponen para que inmovilicen el miembro de cierre (plataforma) directamente con respecto a los medios de guiado, posiblemente de forma manual, de forma que el elemento de empuje pueda retirarse tras el corto intervalo de consolidación y la cama moverse durante la duración del intervalo de fijación mientras que el elemento de empuje se emplea en aplicar la presión de emparedado a otra cama nueva.
En cualquiera de las variantes descritas anteriormente, los medios de calentamiento de la cama de la prensa pueden también variar y estar situados en cualquier punto del cuerpo de la prensa de estabilización, por ejemplo dentro de una superficie fija sobre la que se coloca la cama de la prensa, o cada cama de la misma, para recibir calor por conducción, o en la forma de un horno de precalentamiento, o similar, en la que se calienta la cama de la prensa, o cada cama de la misma, siendo considerados sin embargo dichos medios de calentamiento como una parte de la prensa de estabilización.
Se comprenderá también que el precalentamiento del cuerpo de la zapata, y si es apropiado de la cama de la prensa, puede lograrse de formas diferentes a la de penetración uniforme del calor en un horno, por ejemplo pasando a través de una bobina de inducción de alta frecuencia. Cuando dicho precalentamiento se realiza mediante penetración uniforme de calor en un horno, puede hacerse que el cuerpo se mueva a través del horno (como con los medios de recocido 100) sobre una cinta transportadora de forma que los cuerpos de la zapata se suministren de forma continua, habiendo pasado cada uno de ellos el tiempo apropiado en el horno de precalentamiento.
Claramente, existen también un cierto número de opciones disponibles para realizar la operación de emparedado a lo largo de los intervalos de consolidación y de fijación. Dentro del intervalo de consolidación, los medios de control descritos pueden admitir gas en los medios de empuje neumáticos de forma que la carga que los medios de empuje aplican al cuerpo de la zapata aumente durante el intervalo de consolidación de cualquier manera especificada. Puede hacerse que la carga aumente sustancialmente de forma lineal a lo largo de todo el intervalo o seguir alguna otra ley de incremento continuo; y puede responderse también a la presión de reacción desde dentro del elemento de forro modificando la relación de la carga en función del tiempo.
Se comprenderá que la duración del intervalo de fijación puede elegirse en respuesta a las ligaduras de tiempo impuestas por otros procesos, de tal forma que la reticulación no haya continuado, inevitablemente, hasta un grado en el que la presión de reacción sobre los medios de inmovilización haya disminuido a un nivel y con una duración que sea seguro el liberar los medios de inmovilización del elemento de forro aún caliente y de la unión adhesiva sin que dicha caída súbita en la presión sea significativa con respecto a la creación de bolsas de gases y/o de vapores en los materiales termoendurecibles. En tales circunstancias, los medios de control pueden estar dispuestos para hacer que los medios de empuje apliquen una presión de emparedado igual a la registrada por los medios de inmovilización y, tras la liberación de los medios de inmovilización, disminuir la presión de los medios de empuje en función del tiempo.
Alternativamente, en lugar de determinar un intervalo de fijación sustancialmente fijo tras el que ha caído el nivel de la reacción, los medios de control pueden, como resultado de vigilar el nivel de la presión de reacción, determinar para cada operación de moldeo cuándo ha caído el nivel a un valor permanentemente bajo para terminar el intervalo de fijación en base a ello.
De las descripciones anteriores se comprenderá que dentro de ciertos límites, normalmente márgenes de temperaturas asociados con el comportamiento de reticulación de los materiales de resinas termoendurecibles utilizados en la fabricación de materiales de forros de fricción y sistemas de adherencia para pegarlos a plataformas metálicas, existe margen para la variación de los intervalos de tiempo y de algunos pasos del proceso de acuerdo con los materiales específicos empleados y los parámetros físicos deseados del elemento de fricción terminado. Sin embargo, a pesar de dichas variaciones menores, se comprenderá que para un elemento de fricción que tenga las dimensiones típicas de una zapata de freno para un automóvil, la fase inicial de reticulación/estabilización llevada a cabo en la prensa de estabilización utilizando una plataforma de zapata precalentada tiene una duración de alrededor de 1 minuto, incluyendo la carga y descarga, y el recocido libre del producto estabilizado dimensionalmente puede llevar menos de 40 minutos, posiblemente significativamente menos.
Ha de esperarse que los elementos de fricción que tengan mayores tamaños de forro, y considerablemente mayores zapatas metálicas con mayores masas térmicas, requieran cambios en las duraciones y en las presiones, y posiblemente en las temperaturas, para controlar las reacciones de reticulación, de forma que puedan expulsarse adecuadamente por las superficies de ventilación los gases retenidos y conseguir una densidad uniforme del forro, y que el calor para la reticulación pueda penetrar en todas las partes de la lámina de forro, pero que sea, en principio, como se ha descrito anteriormente.
El proceso de fabricación arriba descrito está pensado para utilizar, y utiliza, formulaciones y formas conocidas por los expertos para la fabricación de material de forro de fricción, y el comportamiento de los elementos constituyentes en respuesta a la temperatura y a la presión es, en general, bien conocido. Por consiguiente, está dentro de las posibilidades de una persona práctica en este campo el determinar los niveles adecuados de temperatura, presión e intervalos de tiempo de cualquier formulación, dimensiones y propiedades concretas exigidas al forro que resulte del curado del elemento. En concreto, describe el uso de materiales que ellos mismos, como resultado de la mezcla y del laminado en forma plástica, tienen gases y/o materiales volátiles retenidos y/o toman parte en reacciones químicas (típicamente, pero no necesariamente, reacciones de condensación) durante el curado que dan lugar a dichos gases, y para lo que es esencial la capacidad para evacuar dichos gases. Sin embargo, se comprenderá que el material adhesivo a base de resinas puede tener una composición que cure sin un desarrollo significativo de gases, pero el método y aparato descritos anteriormente pueden seguir empleándose.
Los diversos parámetros y márgenes típicos de los valores a los que nos hemos referido anteriormente pueden ponerse en contexto por referencia al siguiente ejemplo.
Ejemplo
Una zapata de freno para un freno de tambor de 20,32 cm (8 pulgadas) para un automóvil de pasajeros con un motor de 2 litros y 1 tonelada de peso, comprende un cuerpo de la zapata de acero dulce que tiene una plataforma de 200 mm x 38 mm x 2 mm, y un grosor del nervio de aproximadamente 3,5 mm, curvado cilíndricamente con un radio de curvatura nominal de 10,16 cm (4 pulgadas). Un cuerpo de la zapata, de 275 gramos de peso, tenía su plataforma limpia y recubierta con una fina capa de la imprimación IR 1947 mencionada anteriormente y vendida comercialmente para este propósito, estando la capa de imprimación secada al aire a temperatura ambiente.
Se preparó un material de fricción crudo mezclando los ingredientes referidos anteriormente y laminándolo en una lámina de plástico de un grosor de 4,5 mm. Se cortó la lámina para obtener un elemento de forro individual que tenía superficies principales que medían 135 mm x 35 mm. El elemento de forro se curvó pasándole entre rodillos para que tuviera un radio de curvatura nominal de 10,16 cm (4 pulgadas) (la misma que la de la plataforma de la zapata) y se recubrió por su superficie principal cóncava con un peso con agua de 0,9 gramos del mencionado producto PL605-35, que representaba el componente principal del sistema de adherencia, y se dejó que secara al aire.
Habiendo preparado la zapata con su componente menor del sistema de adherencia y el elemento de forro crudo con su componente principal del sistema de adherencia, un horno de precalentamiento, suficientemente grande como para alojar la zapata, se calentó a una temperatura de 275ºC y la prensa de estabilización se calentó hasta que la cama adquirió una temperatura de 230ºC.
La zapata con imprimación se introdujo en el horno de precalentamiento para aumentar su energía térmica, produciéndose en el proceso el comienzo de la reticulación de la imprimación, obteniendo una temperatura de superficie de unos 209ºC después de 8 minutos, siendo la combinación tiempo/temperatura tal que la imprimación no fue totalmente reticulada antes de retirar la zapata del horno de precalentamiento.
Inmediatamente antes de que la zapata fuera retirada del horno de precalentamiento, la cama de la prensa de estabilización fue rociada con un producto químico para facilitar la extracción del molde, tal como MARBOCOTE W414 ó MARBOCOTE 75CEE fabricados por Marbo Italia SpA, y el elemento de forro dispuesto sobre la cama de la prensa calentada con la superficie cóncava recubierta de adhesivo al descubierto. Se extrajo la zapata del horno de precalentamiento al final del periodo de precalentamiento de 8 minutos e inmediatamente (dentro de un periodo de 15 segundos de manipulación) se dispuso entre las placas de guiado de la prensa con su superficie convexa con imprimación contra la superficie recubierta de adhesivo del elemento de forro.
Se activaron los medios de control para suministrar aire a los medios neumáticos de empuje, inicialmente para mover la interfaz de empuje hasta entrar en contacto con la superficie cóncava de la plataforma, seguido por los intervalos consecutivos cronometrados de consolidación y de fijación. Los medios de control se ajustaron para que incrementaran el suministro de presión a los medios de empuje de forma lineal con el tiempo durante 5 segundos, representando este tiempo el intervalo de consolidación, siendo la presión tal que se ejerciera una fuerza sobre la zapata incrementándose de 0 a 445 Newtons (100 libras fuerza), que es equivalente a una presión sobre el elemento de 93,8 kN/m^{2}(13,6 psi) de superficie del forro. Al final de dicho intervalo de consolidación de 5 segundos, los medios de empuje fueron fijados mecánicamente e inmovilizados en su posición durante un intervalo de fijación adicional de 45 segundos, al final del cual la interfaz y los medios de empuje fueron alejados de la zapata del producto intermedio ya pegado.
El producto intermedio pegado se retiró de la prensa y exhibió una temperatura elevada de alrededor de 150ºC. Se colocó en un horno de recocido mantenido a una temperatura comprendida en el intervalo de 240 a 300ºC donde se recoció sin ligaduras adicionales durante 20-40 minutos para obtener el grado deseado de dureza del forro de fricción.
La zapata con su forro pegado se retiró del horno y se dejó que se enfriara. Se encontró que el forro había reducido su grosor a unos 4 mm, una reducción de alrededor del 8%, y había aumentado su densidad también alrededor del 8%, quedando sustancialmente sin cambios las dimensiones de las superficies principales debido a las pequeñas presiones de extrusión durante el intervalo de consolidación. La zapata de freno pegada se probó hasta destrucción con respecto a la resistencia al corte del pegado de acuerdo con la norma BS AU 180: Parte 3: 1982, y se encontró que tenía un modelo de rotura de 6 ó 7, es decir, el material de fricción se rompió internamente antes que por el pegado con la plataforma de la zapata.
Además de las variaciones en el proceso, se comprenderá que pueden hacerse también variaciones en el sistema de adherencia, tanto en el tipo o tipos de materiales como posiblemente en el número de componentes. Por ejemplo, la superficie de la plataforma puede estar desprovista de cualquier componente adhesivo que actué como imprimación y limpiarse inmediatamente antes del precalentamiento, de forma que el único componente del sistema de adherencia sea el aplicado al elemento de forro. Alternativamente, el sistema de adherencia puede comprender uno o más componentes aplicados a la plataforma de la zapata antes y/o después de la operación de precalentamiento y ninguno aplicado al elemento de forro crudo antes de introducirle en la prensa de estabilización.
En circunstancias adecuadas, los componentes de resinas adhesivas independientes pueden omitirse en su totalidad ya que el adhesivo de resina del elemento de forro presente en la superficie del elemento actúa como tal adhesivo y acaba pegado a la superficie de la plataforma cuando cura dentro de la prensa de estabilización.
En la figura 5 se ve que la modesta presión ejercida sobre el elemento de forro al final del intervalo de consolidación y cualquier aumento en el intervalo de fijación resultante del comportamiento de los materiales a la elevada temperatura de la prensa hace que la superficie principal 17 del forro y del adhesivo adquieran la forma de la plataforma 12, incluyendo el seguimiento de cualquier variación de la superficie, tales como las depresiones 14 que resultan de la construcción de la zapata. Debe entenderse que si se deseara, dicha plataforma podría tener una pluralidad de accidentes en la superficie, con entrantes o salientes en forma de rebajes o resaltes discretos, o en la forma de canales o nervios amplios dispuestos transversalmente, cuya forma adquirirían la superficie del elemento y del adhesivo para ofrecer un enclavamiento mecánico subsidiario para mejorar la resistencia de corte a lo largo de la zapata durante su funcionamiento.
Se comprenderá que la extremadamente baja presión de consolidación aplicada a la prensa de estabilización es probablemente insuficiente para lograr una redistribución significativa del material del elemento de fricción. Por ejemplo, si la cama de la prensa y el miembro de cierre tuvieran unos radios de curvatura que dieran como resultado el que el fondo del rebaje y la plataforma de la zapata no fueran paralelos, y el elemento de forro crudo tuviera un grosor uniforme, entonces la presión es improbable que permita más que una pequeña desviación en la curvatura de las superficies principales del elemento por parte de la prensa. Sin embargo, los medios de empuje pueden aplicar la propia presión de consolidación, o una presión de preconsolidación o de conformado, para permitir que la plataforma de la zapata curve un elemento de fricción de plástico crudo sustancialmente plano, soportado en puntos individuales por la cama arqueada, para que adquiera la forma de la cama y de la plataforma con anterioridad a la aplicación de la presión de consolidación.
Se comprenderá también que pueda variarse la estructura de la prensa de estabilización de la descrita hasta ahora mientras realice la misma función. Por ejemplo, la cama de la prensa puede tener la forma para soportar el cuerpo de la zapata con la plataforma mirando hacia los medios de empuje y con un miembro de cierre con la misma forma y rebajado para apoyarse contra un elemento de forro emparedado entre él y la plataforma de la zapata. La cama de la prensa de estabilización puede estar formada de forma diferente a la combinación de reborde y placas de guiado y un bloque espaciador intermedio. Por ejemplo, el fondo rebajado de la cama de la prensa puede formar parte integral con ambas placas de guiado formando una estructura unitaria, o formar parte integral con una o ambas placas de guiado independientes. Además, las placas de guiado y/o el bloque espaciador independiente pueden ser separables unos de otros para facilitar la retirada de un producto intermedio pegado por una parte distinta de la superior.
Alternativamente, y como se muestra en la figura 6, los medios de guiado 55' pueden incluir al menos una abertura 300 para permitir que el elemento de forro 16 y, posiblemente, el cuerpo de la zapata 11 se carguen lateralmente con respecto a la dirección del movimiento alternativo de los medios de empuje, lo que facilitaría el movimiento alternativo de los medios de empuje en un plano horizontal y/o el que el producto intermedio pegado fuera retirado por un camino diferente al de suministro de sus partes constituyentes.
En todas las realizaciones anteriormente descritas, el cierre no estanco de la prensa de estabilización se logra en virtud de una relación no estanca entre el cuerpo 11 de la zapata, que actúa como un miembro de cierre no estanco, y las placas de guiado, permitiendo dicha disposición el que las superficies principales del elemento de forro estén apoyadas total y uniformemente mientras que los componentes gaseosos escapan a través de las superficies menores. Se comprenderá que si se deseara, la prensa puede adquirir una forma en la que el miembro de cierre (plataforma de la zapata) y/o la cama de la prensa estén dotados con un conjunto de agujeros pasantes muy pequeños que permitan que dichos gases escapen a través de las superficies principales, pero con las superficies bien apoyadas alrededor de cada uno de dichos agujeros y la interrupción en cada agujero insuficiente para afectar perjudicialmente a la uniformidad del forro curado, al pegado a la plataforma de la zapata o a su retirada de la prensa.
Se comprenderá que aunque sea conveniente el cargar y descargar la prensa de estabilización de forma manual, estas operaciones relativamente simples pueden ser realizadas por medios de manipulación mecánicos, coordinados con, o bajo el control de, los medios de control 90. En concreto dicha manipulación podría asociarse con la retirada automática del proceso de los productos intermedios rechazados, evitando que alcancen los medios de recocido 100.
Son posibles otras variaciones. Por ejemplo, los medios de empuje pueden comprender una disposición de husillo mecánico o una disposición de cilindro y pistón hidráulico; en este último caso los medios de inmovilización pueden funcionar proporcionando una inmovilización hidráulica y la presión de reacción puede medirse mediante la vigilancia de las presiones o de las diferencias de presión dentro del inmovilizador hidráulico. De forma similar, los medios de barrera térmica pueden comprender todas o algunas de las varillas 73 del pistón o de la interfaz de empuje 75 fabricadas en material que tenga poca conductividad térmica. La interfaz de empuje también puede diferir actuando sobre el nervio 13 del cuerpo de la zapata en lugar de, o además de, actuar directamente sobre la plataforma.
Como se indicó antes, y se reitera aquí para completar, los procesos y variantes anteriormente descritos son aplicables a zapatas de diferentes tamaños de frenos y aunque las dimensiones indicadas con algún detalle se refieren específicamente a frenos para automóviles como se ha definido aquí, los procesos y aparatos son adecuados para frenos que tengan dichas medidas aproximadas que encuentren uso en otros vehículos y máquinas, tales como los frenos estáticos, o de estacionamiento, de vehículos comerciales ya mencionados que requieren frenos dinámicos, o de servicio, con dimensiones mucho mayores.
Mientras que las descripciones anteriores se han concentrado en la producción de un elemento de fricción que es una zapata de freno arqueada de la que el forro de fricción se intenta que se apoye contra un tambor de freno cilíndrico, también puede utilizarse, modificando solamente la forma de la cama, para fabricar un elemento sustancialmente plano, tal como una pastilla de frenos de disco.
Se comprenderá que aunque el miembro de cierre de la prensa de estabilización es una parte del producto intermedio pegado producido por la prensa, esto no debe ser necesariamente así y puede emplearse un miembro de cierre separable, posiblemente rebajado también como la cama; teniendo una disposición de este tipo un uso específico en el pegado de elementos de forro en ambas caras del soporte dispuesto entre ellos en la prensa, por ejemplo en un disco de embrague.

Claims (22)

1. Un método de fabricación de un elemento de fricción pegado que comprende:
(I) producir un elemento de forro de fricción (16) de plástico que incluye refuerzos de fibras y materiales que modifican la fricción en una matriz de un adhesivo de resina termoendurecible sin curar dispuesto entre, e incluyendo, superficies principales opuestas (17, 18) que definen su grosor,
(II) preparar la superficie de una plataforma (12) de un soporte (11) para recibir un sistema de adherencia (20) termoendurecible,
(III) disponer el elemento de forro con una de las dos superficies principales (17) contigua a la plataforma (12) del soporte con un sistema de adherencia (20) de resina termoendurecible entre, y en contacto con, el elemento y la plataforma,
(IV) emparedar el elemento de forro y el sistema de adherencia entre la plataforma y una cama (51) de una prensa de estabilización (50), teniendo dicha cama una forma que se ajusta sustancialmente a la de la plataforma, aplicando al elemento y al sistema de adherencia emparedados por medio de la plataforma y de la cama una presión de consolidación que permite el flujo plástico del sistema de adherencia y del elemento para adquirir la forma de la plataforma pero sin extrusión significativa antes del comienzo de la reticulación de las resinas termoendurecibles, y
(V) curar las resinas tanto del sistema de adherencia como del elemento de forro mediante reticulación a temperatura elevada hasta un grado de curación en el que el elemento forma un forro pegado a la plataforma, incluyendo el recocido del elemento de forro hasta un nivel predeterminado de dureza y resistencia, estando el método caracterizado por:
(VI) dotar a la cama conformada de la prensa de estabilización con un rebaje para recibir en el mismo el elemento de forro con la superficie opuesta (18) mirando hacia el fondo de la misma y estando dicha una superficie (17) fuera del rebaje,
(VII) precalentar el soporte para que la temperatura de la plataforma exceda la requerida para iniciar la reticulación de dicho sistema de adherencia, y precalentar la cama de la prensa de estabilización a una temperatura que exceda la requerida para la reticulación del adhesivo del elemento de forro y del sistema de adherencia,
(VIII) emparedar el elemento de forro de fricción (16) de plástico y el sistema de adherencia sin curar entre la plataforma precalentada y la cama (51) precalentada de la prensa de estabilización,
(IX) aplicar al elemento y al sistema de adherencia emparedados por medio de la plataforma y de la cama precalentadas una presión de consolidación incrementándola durante un intervalo de consolidación predeterminado desde prácticamente cero hasta un nivel de presión predeterminado, permitiendo durante dicho incremento el flujo plástico del sistema de adherencia y del elemento para adquirir la forma de la plataforma y del rebaje pero sin extrusión significativa antes del comienzo de la reticulación de las resinas termoendurecibles, y después mantener la magnitud de la separación entre la plataforma y la cama obtenida al final del intervalo de consolidación durante un intervalo de fijación para permitir que la reticulación adyacente a las superficies calentadas defina un producto intermedio pegado de forma estable incluyendo un elemento de forro dimensionalmente estabilizado y curado parcialmente que tiene sustancialmente las dimensiones y la densidad del forro finales,
(X) retirar el producto intermedio pegado (200') de la prensa de estabilización, y
(XI) efectuar un recocido libre del producto intermedio a una temperatura de recocido predeterminada y durante un intervalo de recocido para efectuar un curado adicional de la resina termoendurecible del elemento de forro definido dimensionalmente para obtener dicho nivel predeterminado de dureza y de resistencia.
2. Un método como el reivindicado en la reivindicación 1, caracterizado por depositar dicho sistema de adherencia (20) como un primer componente sobre dicha una superficie principal (17) del elemento de forro y un segundo componente sobre dicha plataforma (12) del soporte y precalentar la plataforma del soporte con dicho componente adhesivo sobre ella a una temperatura superior a la de inicio de la reticulación del segundo componente adhesivo pero durante un tiempo que es insuficiente para completar la reticulación del componente adhesivo termoendurecible.
3. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 2, caracterizado por depositar sobre la plataforma (12) del soporte un dicho componente imprimante del sistema de adherencia termoendurecible que tiene una temperatura de reticulación superior a 180ºC y precalentar dicha plataforma con imprimación durante entre 2 y 14 minutos hasta una temperatura comprendida en el intervalo 200ºC - 210ºC inmediatamente antes de emparedar el sistema de adherencia (20) y el elemento de forro (16) entre la plataforma (12) del soporte y la cama de la prensa de estabilización.
4. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por depositar como componentes sobre dicho elemento de forro y sobre dicha plataforma como una imprimación, un adhesivo de resina fenólica termoendurecible.
5. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por mantener la cama (51) de la prensa de estabilización a una temperatura comprendida en el intervalo de 210ºC a 250ºC.
6. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por incrementar dicha presión de consolidación a dicho nivel predeterminado situado en el margen de 35 a 150 kN/m^{2} (5 - 21,75 psi) durante un intervalo de consolidación comprendido en el margen de 4 a 6 segundos.
7. Un método como el reivindicado en la reivindicación 6, caracterizado por mantener la separación entre la plataforma y la cama obtenida al final del intervalo de consolidación durante un intervalo de fijación comprendido entre 40 y 60 segundos.
8. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por controlar la presión dentro del elemento de forro (16) en la prensa emparedado entre la plataforma y la cama de la prensa a lo largo de los intervalos de consolidación y de fijación, y determinar cuándo la presión controlada del elemento de forro ha alcanzado un valor bajo estable y predeterminado para indicar un final del intervalo de fijación.
9. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por (a) almacenar parámetros relativos a los valores de presión adecuados dentro del elemento de forro en función del tiempo a lo largo de los intervalos de consolidación y de fijación que se sabe que dan como resultado un forro de fricción que posee las propiedades físicas deseadas, (b) vigilar la presión ejercida sobre el elemento de forro durante el intervalo de consolidación y la presión de reacción ejercida por el elemento de forro durante el intervalo de fijación, (c) comparar los valores vigilados y almacenados, y (d) proporcionar, como respuesta a un grado predeterminado de desviación entre los valores, una indicación de que el producto intermedio pegado es insatisfactorio y hay que desecharlo.
10. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por recocer el producto intermedio pegado a una temperatura comprendida en el margen de 240ºC a 300ºC durante un intervalo de recocido comprendido en el margen de 20 a 40 minutos.
11. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, caracterizado por producir dicho elemento de forro de fricción de plástico teniendo una densidad en el margen del 80% al 95% de la densidad requerida del forro, y un volumen del forro correspondientemente mayor que el requerido.
12. Un método como el reivindicado en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, caracterizado por producir dicho elemento de forro de fricción de plástico mediante laminación para obtener dichas superficies principales (17, 18) por contacto con superficies de laminación, y aplicar dicho componente del sistema de adherencia a la dicha superficie principal del elemento de forro al mover dicha superficie del elemento de forro con relación a un rodillo y disponer dicho componente entre la superficie y el rodillo.
13. Una disposición (25) para producir un elemento de fricción pegado (200) del tipo de los que tienen una superficie principal (17) de un forro de fricción termoendurecible (16') unido a una plataforma (12) de un soporte (11) por medio de un sistema de adherencia termoendurecible (20), comprendiendo la disposición:
a) medios de formulación (30), capaces de producir un elemento de forro de fricción (16) de plástico crudo, que comprende refuerzos de fibras y materiales que modifican la fricción en una matriz de un adhesivo de resina termoendurecible sin curar dispuesto entre dicha una superficie principal del elemento y una superficie principal opuesta (18), definiendo las superficies principales entre ellas su grosor, de menor densidad que la requerida para el forro final (16'),
b) una prensa (50) que incluye
1)
un miembro de cierre no estanco definido de forma operativa por dicho soporte (11),
2)
una cama (51) conformada para ajustarse sustancialmente a la plataforma (12) del soporte,
3)
medios de empuje (70), capaces de mover el elemento de cierre (11) y la cama (51) el uno hacia el otro para emparedar el elemento de forro y el sistema de adherencia entre la plataforma y la cama, y aplicar una presión de emparedado suficiente para forzar a los materiales del sistema de adherencia y del elemento de forro reticulados incompletamente a la forma de la plataforma del soporte y de la cama sin extrusión significativa de materiales libres, y
c) medios de recocido capaces de recibir dichos soporte, sistema de adherencia y elemento de forro a una temperatura de recocido predeterminada durante un intervalo de recocido predeterminado para llevar a cabo la reticulación de los componentes termoendurecibles de los mismos para curar la unión adhesiva y el forro de fricción a una condición predefinida de dureza y de resistencia física, y caracterizada por
d) medios de precalentamiento (37) de la plataforma del soporte capaces de calentar un dicho soporte (11) desprovisto del elemento de forro a una temperatura superior a la requerida para iniciar la reticulación del adhesivo de resina del elemento (16) y del sistema de adherencia (20), con anterioridad a actuar como miembro de cierre,
e) incluyendo dicha prensa de estabilización (50)
1)
un rebaje (52) en dicha cama (51) dimensionado para recibir en el mismo dicho elemento de forro de plástico crudo con dicha superficie principal opuesta (18) del mismo mirando hacia el fondo (53) del rebaje y dicha una superficie principal (17) del mismo hacia fuera del rebaje,
2)
medios de calentamiento (65) capaces de precalentar la cama para proporcionar una temperatura al fondo del rebaje superior a la temperatura de reticulación del adhesivo del elemento de forro,
3)
medios de guiado (55, 55') que se extienden hacia fuera de la cama (51) y capaces de soportar dicho soporte con la plataforma cubriendo el rebaje y de efectuar el guiado entre la plataforma del soporte y el rebaje en una dirección hacia y desde el rebaje,
4)
en dichos medios de empuje (70) piezas que se pueden desplazar relativamente (71, 73) fijas y movibles respectivamente con respecto a la cama y con una separación relativa entre ellas controlable,
5)
medios de inmovilización (80) capaces de retener el soporte de la plataforma fijo en posición con respecto a la cama, y
6)
medios de control (90) capaces de
(i)
hacer que los medios de empuje (70) muevan el soporte de la plataforma para emparedar el elemento de forro de fricción de plástico crudo y el sistema de adherencia entre la plataforma del soporte precalentada y el fondo del rebaje precalentado y, antes de una reticulación significativa de las resinas termoendurecibles de los mismos debido al calor aplicado a sus zonas superficiales, aplicar una fuerza de emparedado, suficiente instantáneamente para forzar a que los materiales del sistema de adherencia y del elemento de forro adquieran la forma de la plataforma calentada y del rebaje de la cama sin dicha extrusión significativa de los materiales libres, que aumenta en magnitud entre niveles predeterminados en función del tiempo durante un intervalo de consolidación predeterminado,
(ii)
iniciar al final de dicho intervalo de consolidación el funcionamiento de los medios de inmovilización (80) para bloquear el soporte, en la posición obtenida al final de dicho intervalo de consolidación, durante un intervalo de fijación de duración suficiente para que dichas zonas superficiales adquieran, mediante reticulación continuada, una resistencia estructural superior a las fuerzas generadas internamente resultantes de la reticulación y del calentamiento y formar un producto intermedio pegado (200') de la plataforma y del elemento de forro de fricción parcialmente curado, y
(iii)
iniciar la liberación de los medios de inmovilización al final de dicho intervalo de fijación para permitir que el producto intermedio pegado se retire de la prensa, y
f) estando dichos medios de recocido (100) dispuestos para recibir y recocer dicho producto intermedio pegado liberado.
14. Una disposición como la reivindicada en la reivindicación 13, caracterizada porque la prensa de estabilización (50) comprende un par de placas metálicas de guiado (56, 57), separadas la anchura de la plataforma (12) del soporte, de forma que la plataforma puede deslizar entre superficies enfrentadas (56', 57') de las mismas definiendo dichos medios de guiado (55), y teniendo cada una un reborde (58, 59) que se extiende desde una de dichas superficies enfrentadas hacia la placa de enfrente, definiendo la cama (51) de la prensa que rodea al rebaje (52) y, entre dichos rebordes, un fondo metálico (53) del rebaje.
15. Una disposición como la reivindicada en la reivindicación 14, caracterizada por un bloque metálico de separación (60) dispuesto entre dichas placas de guiado (56, 57) proporcionando dicho bloque de separación el fondo del rebaje.
16. Una disposición como la reivindicada en la reivindicación 15 para producir una zapata de freno (200) que tiene un soporte (11) y que incluye una plataforma (12) sustancialmente parcialmente cilíndrica y un elemento de forro de fricción (16'), caracterizado porque dichas placas (57, 58) de los medios de guiado tienen rebordes (58, 59) arqueados con una curvatura que se corresponde con la plataforma y el fondo del rebaje (53) tiene una correspondiente superficie arqueada.
17. Una disposición como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones 15 a 16, caracterizada porque dicho fondo del rebaje (53) comprende unas partes elevadas separadas (62, 63) en una dirección paralela a los planos de las placas y que definen los extremos del rebaje (52) sustancialmente coplanares con dichos rebordes (58, 59).
18. Una disposición como la reivindicada en la reivindicación 17, caracterizada porque los medios de empuje (70) comprenden una disposición (71) de pistón y cilindro y una fuente de fluido presurizado (72) para el cilindro que responden a los medios de control (90) para desplazar el pistón con respecto al cilindro y preparadas para ejercer una presión sobre el miembro de cierre (11) menor de 150 kN/m^{2} (21,75 psi).
19. Una disposición como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 18, caracterizada porque los medios de control (90) son
(a) capaces de almacenar parámetros relativos a los valores de presión adecuados dentro del elemento de forro (16) en función del tiempo a lo largo de los intervalos de consolidación y de fijación que se sabe que dan como resultado un forro de fricción (16') que tiene las propiedades físicas deseadas,
(b) capaces de vigilar la presión ejercida sobre el elemento de forro durante el intervalo de consolidación y la presión de reacción ejercida por el elemento de forro durante el intervalo de fijación,
(c) capaces de comparar los valores vigilados y almacenados, y
(d) capaces de proporcionar, en respuesta a un grado predeterminado de desviación entre los valores, una indicación de que el producto intermedio pegado (200') es insatisfactorio y hay que desecharlo.
20. Una disposición como la reivindicada en la reivindicación 19, caracterizada porque los medios de control (90) incluyen elementos piezoeléctricos (92) capaces de proporcionar señales representativas de la carga instantánea ejercida sobre los medios de inmovilización actuados por la presión de reacción procedente del elemento de forro.
21. Una disposición como la reivindicada en las reivindicaciones 19 ó 20, caracterizada porque los medios de control (90) responden a una dicha indicación para efectuar la eliminación de un producto intermedio rechazado en la fabricación con anterioridad a la recepción por dichos medios de recocido (100).
22. Una disposición como la reivindicada en una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 21, caracterizada porque al menos uno de los medios de precalentamiento (37) de la plataforma y de los medios de recocido (100) comprende un horno continuo que tiene una zona de entrada (101), capaz de recibir dicha plataforma o producto intermedio pegado (200') respectivamente, y medios de transporte (102) capaces de transportarlo a través del horno en un intervalo de tiempo predeterminado y de descargarlo de allí por medio de una zona de salida (103).
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