ES2370466T3 - Dispositivo de impregnación circunferencial controlado. - Google Patents
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Abstract
Dispositivo de moldeo por impregnación de al menos una capa de refuerzo que constituye una pieza que va a moldearse o al menos una capa de refuerzo que cubre una pieza, con una resina (10) en forma líquida, comprendiendo dicho dispositivo un molde que se extiende alrededor de la capa de refuerzo definiendo un espacio (5) de circulación de resina (10), una pieza (11) de extremo para suministrar resina (10) al interior del espacio (5) de circulación, una pieza (12) de extremo para evacuar resina (10) excedente así como medios para generar un flujo de resina en el espacio (5) de circulación, caracterizado porque el molde comprende un conducto (8a) flexible y medios para deformar mecánicamente dicho conducto flexible, para formar el espacio (5) de circulación según los parámetros de impregnación.
Description
Dispositivo de impregnación circunferencial
controlado.
La presente invención se refiere al campo
técnico general de realizar estructuras de materiales compuestos
reforzados, particularmente materiales a base de fibras impregnadas
de resina y/o materiales textiles impregnados de resina. Estas
estructuras se constituyen a menudo a partir de un ensamblaje de
capas de refuerzo laminares entre las que se encuentran, por
ejemplo, "estratifil" (también conocido como mecha).
Las partes reforzadas se usan, por ejemplo, en
aeronáutica en general y particularmente en la fabricación de
elementos o partes de aeronaves, del rotor, propulsor o tipo de
árbol de transmisión u otras partes huecas que presentan grandes
dimensiones.
Las resinas de impregnación se conocen como
tales y por tanto no se describirán en detalle.
Se entiende que fibra de refuerzo se refiere a
todos los materiales que presentan fibras de carbono, fibras de
vidrio, fibras de aramida o fibras de aramida, fibras híbridas de
material termoplástico/carbono, vidrio, aramida u otras fibras.
Se entiende que tejido o material textil se
refiere a todos los materiales que presentan materiales tejidos,
materiales no tejidos, materiales no tejidos multiaxiales, artículos
trenzados de los materiales mencionados anteriormente, tejidos
tricotados, fibras orientadas aleatoriamente o hechas en forma de
malla.
Se conocen diferentes métodos de moldeo mediante
impregnación de resina líquida. En estos métodos, generalmente se
impregna una preforma del tipo de material textil/producto
semlacabado, y cubre un núcleo de molde. También se conoce usar
materiales preimpregnados, conocidos como materiales "prepreg",
pero esto último presenta la desventaja de costes de fabricación,
manipulación y almacenamiento que a menudo son altos.
El término "matriz" que es muy conocido, se
usa de manera general a continuación, pero el término "resina"
que es más específico también puede usarse sin apartarse de la
invención. Según la invención, la matriz es un material duroplástico
líquido o un material termoplástico líquido.
También se conoce la fabricación de capas
laminares manualmente. El operarlo gira las partes, por ejemplo
partes cilíndricas huecas de tamaño grande, y manualmente aplica la
resina sobre las fibras. En muchos casos estas operaciones son
difíciles de automatizar y por consiguiente no son reproducibles o
bien en cuanto a la precisión dimensional o bien en cuanto a las
propiedades físicas. Además, a menudo es necesario realizar
manualmente operaciones de unión entre diferentes partes de las
partes.
En métodos de impregnación convencionales, a
menudo se encuentra el fenómeno conocido como "pista de
carreras", en el que se produce una circulación preferencial de
resina, por ejemplo a lo largo de una unión de capas laminares o en
una capa que presenta una densidad de fibra inferior. Entonces el
flujo de resina no es homogéneo. Este fenómeno conlleva generalmente
una mala impregnación de algunas partes, por ejemplo, las capas
internas y/o capas más densas. Cuando se produce este fenómeno, el
resultado es una pieza defectuosa que está destinada a
destruirse.
De estos métodos de impregnación conocidos,
puede citarse, por ejemplo, el método de impregnación de RTM (moldeo
por transferencia de resina), en el que se usan partes de moldeo muy
rígidas y pesadas para resistir las altas presiones necesarias para
cerrar dicho molde y evitar la aparición de deformaciones. Cuando se
usa una preforma, la resina debe atravesar la totalidad de dicha
preforma antes de impregnar las últimas fibras de dicha preforma. El
fenómeno de "pista de carreras" puede producirse,
particularmente cuando la preforma es una construcción laminar que
presenta diferentes permeabilidades. Con el uso de una presión alta,
puede suceder, además, que las fibras se desplacen bajo el efecto de
dicha presión.
También puede suceder que el uso de un molde no
paralelo conlleve localmente una compactación no deseada del
material que constituye la pieza para moldear.
Además, en los métodos de impregnación de RTM, a
menudo se encuentra una evacuación insuficiente de aire contenido en
el molde.
Los métodos de tejido y enrollado de fibra
convencionales generalmente no están adaptados para fabricar piezas
que deban absorber altas fuerzas de impacto.
En métodos de impregnación conocidos, se usa a
menudo un medio o medios de impregnación que rodean la pieza que
debe impregnarse para obtener una impregnación progresiva. Este
medio, así como la resina que contiene, generalmente no es
reutilizable y conlleva, en primer lugar, pérdidas de resina
significativas y, en segundo lugar, problemas medioambientales
relacionados con el reprocesamiento de dicho medio.
El documento US 5.672.227 da a conocer un
dispositivo de moldeo por impregnación de al menos una capa de
refuerzo que constituye una pieza que va a moldearse o al menos una
capa de refuerzo que cubre una pieza, con una resina en forma
líquida, comprendiendo dicho dispositivo un molde que se extiende
alrededor de la capa de refuerzo definiendo un espacio de
circulación de resina, una pieza de extremo para suministrar resina
al interior del espacio de circulación, una pieza de extremo para
evacuar resina excedente así como medios para generar un flujo de
resina en el espacio de circulación, en el que el molde comprende un
conducto flexible para formar el espacio de circulación según los
parámetros de impregnación, pero a diferencia de la presente
invención se usa manguito termorretráctil para promover la
impregnación.
En el documento US 2003/0227107 se usan medios
mecánicos para deformar la parte circundante flexible de un elemento
no circular.
Más particularmente, la presente invención se
refiere a un dispositivo de impregnación usado en la fabricación de
estructuras o piezas de materiales compuestos, reforzadas por fibras
o materiales textiles y, particularmente, piezas huecas tales como
árboles de accionamiento huecos.
Por tanto, el objeto de la presente invención es
proponer un dispositivo que permita liberarse de las limitaciones
mencionadas anteriormente.
El objeto de la presente invención es proponer
un dispositivo de impregnación que permita la automatización de
operaciones de impregnación mediante la reducción del número de
piezas defectuosas.
Otro objeto de la presente invención es proponer
un dispositivo de impregnación que permita simplificar operaciones
de impregnación y reducir el coste.
Los objetos asignados a la invención se alcanzan
mediante el uso de un dispositivo para moldeo por impregnación de al
menos una capa de refuerzo que constituye una pieza que va a
moldearse o al menos una capa de refuerzo que cubre una pieza, con
una resina en forma líquida, comprendiendo dicho dispositivo un
molde que se extiende alrededor de la capa de refuerzo definiendo un
espacio de circulación de resina, una pieza de extremo para
suministrar resina al interior del espacio de circulación, una pieza
de extremo de evacuación de resina excedente así como medios para
generar un flujo de resina en el espacio de circulación,
caracterizado porque el molde comprende un conducto flexible y
medios para deformar mecánicamente dicho conducto flexible para
formar el espacio de circulación según los parámetros de
impregnación.
El dispositivo de moldeo según la invención
promueve por tanto la impregnación de la capa de refuerzo.
Según un ejemplo de realización según la
invención, los medios de deformación están al menos en parte
integrados o incrustados en el material que constituye el conducto
flexible.
Según un ejemplo de realización del dispositivo
según la invención, el conducto flexible es un elastómero.
Según un ejemplo de realización según la
invención, el conducto flexible define un espacio libre interno,
sustancialmente cilíndrico antes de la deformación, para el
acoplamiento de una pieza del tipo de núcleo de molde cubierta por
una capa de refuerzo.
Según un ejemplo de realización según la
invención, los medios de deformación comprenden al menos una varilla
rígida desplazable, integrada en el material que constituye el
conducto flexible, articulándose cada extremo de dicha varilla
rígida en un brazo móvil cuya posición determina la posición de la
varilla rígida y por consiguiente la conformación del conducto
flexible.
Según un ejemplo de realización según la
invención, el desplazamiento de dicho brazo móvil se acciona
mediante medios electrónicos, neumáticos o hidráulicos y/o medios
informáticos, que permiten almacenar la posición de moldeo estable
de cada brazo móvil, haciendo que la conformación del conducto
flexible y la operación de impregnación sean reproducibles para
piezas idénticas.
Según un ejemplo de realización según la
invención, la varilla o varillas rígidas se extiende o se extienden
en paralelo al eje longitudinal del conducto flexible.
Según un ejemplo de realización según la
invención, el conducto flexible comprende al menos 4 varillas
rígidas y preferiblemente entre 8 y 12 varillas rígidas. Se
proporciona el número de varillas requeridas mediante la
optimización del proceso de impregnación con respecto a la geometría
de la parte que va moldearse.
Según un ejemplo de realización según la
invención, las varillas rígidas se distribuyen y se mueven de una
manera paralela y equidistante en una estructura cilíndrica con una
sección anular del conducto flexible. Sin embargo, las varillas se
controlan para lograr una impregnación óptima, que también podría
significar, que en algunas otras realizaciones en conformidad con la
invención, preferiblemente no se muevan de una manera paralela.
Según un ejemplo de realización del dispositivo
según la invención, los medios para generar el flujo de resina en el
espacio de circulación están asociados con una unidad de
presurización de resina que se comunica con la pieza de extremo de
suministro para insertar la resina al interior del dispositivo de
moldeo.
Según un ejemplo de realización según la
invención, los medios para generar el flujo de resina en el espacio
de circulación comprenden una fuente de vacío que se comunica con la
pieza de extremo de evacuación.
El dispositivo según la invención permite por
tanto que la circulación de resina se module localmente y se adapte
para limitaciones particulares optimizando la forma y dimensiones de
la ranura de circulación de resina. También puede influirse sobre el
frente de circulación de la resina, dentro del dispositivo de
moldeo.
El dispositivo de impregnación según la
invención presenta la enorme ventaja de facilitar realizar la
impregnación en una única operación rápida y sencilla. De hecho, no
tiene sentido recurrir a etapas de preimpregnación.
El dispositivo según la invención permite
obtener una calidad de fabricación reproducible, que se adapta
perfectamente a la fabricación de piezas en series.
Además, las piezas obtenidas con el dispositivo
según la invención sólo necesitan muy poco trabajo de acabado. La
calidad de la superficie depende de la cantidad de varillas. La
superficie puede mejorar si se usan más varillas.
El dispositivo según la invención también
permite adaptar la cantidad de resina, que se usa para moldear la
pieza, y por tanto reducir el consumo de dicha resina. Sólo se
inserta la cantidad necesaria de resina al interior del dispositivo
de moldeo.
Asimismo, con el dispositivo según la invención,
puede evitarse el uso de medios de impregnación, que generalmente no
son reutilizables. Por tanto, el dispositivo según la invención
presenta cualidades ecológicas.
El dispositivo según la invención permite
realizar materiales de alto rendimiento de fibra reforzada y, en
particular, piezas huecas de alto rendimiento que presentan una
constitución de baja porosidad.
Debido al hecho de que la impregnación según la
invención no se realiza empujando la resina con alta presión
directamente en la preforma, no se generan burbujas de aire. Como
resultado, no es necesario un lavado de resina a través del conducto
flexible para eliminar estas burbujas de aire. Adicionalmente, se
evita por tanto el lavado de fibra.
Debido a la inserción radial de la resina al
interior de la preforma, no es necesaria ninguna operación de unión
entre las capas de refuerzo con el método según la invención. En
algunos ejemplos, se evita un desplazamiento de una capa con
respecto a otra capa. No ocurre ningún lavado de fibra.
Además, el dispositivo según la invención está
particularmente adaptado para la fabricación de piezas laminares con
estructuras isotrópicas u ortotrópicas, es decir, piezas que no
presentan una isotropía al nivel de sus propiedades físicas, de la
resistencia, densidad, elasticidad u otro tipo. Por ejemplo, puede
controlarse localmente el espesor de la capa de resina.
El hecho de usar un molde flexible también
facilita la inserción del subensamblaje de
núcleo-preforma en el interior de dicho molde.
El dispositivo según la invención también
permite usar una preforma que se fabrica de manera separada y ya
presenta las dimensiones de la pieza, por ejemplo la longitud de un
árbol.
El núcleo se entrega ventajosamente con la
preforma, que protege dicho núcleo de posibles impactos. El núcleo
también es reutilizable.
También debe indicarse que el dispositivo según
la invención permite implementar un método de impregnación que no
expone a los operarios a manipular la resina que a menudo es
corrosiva.
La invención y sus ventajas aparecerán con más
detalles en el contexto de la siguiente descripción, con un ejemplo
de realización proporcionado para fines ilustrativos con referencia
a las figuras adjuntas que representan:
- la figura 1, una ilustración de un ejemplo de
implementación de un método de impregnación mediante el uso de
resina, según la técnica anterior,
- la figura 2, una vista parcial en sección de
un ejemplo de un dispositivo de impregnación según la invención,
- y la figura 3, una vista en sección a lo largo
de la dirección A-A del dispositivo de impregnación
a partir de la figura 2.
A los elementos estructural y funcionalmente
idénticos, presentes en varias figuras distintas, se les asigna una
única referencia para todas las figuras.
Según la figura 1, que ilustra un método de
impregnación conocido, se usa el elemento 1, de la pieza de tipo
cubierta o núcleo, cubierta por una preforma 2. Esta preforma 2 es,
por ejemplo, un producto semiacabado, cuya estructura, por ejemplo
laminar, se basa en materiales textiles o capas de fibra.
La preforma 2 se envuelve en un tejido 3 de
separación que es permeable para la resina de impregnación. Una
lámina 4 de vacío permite constituir un espacio 5 de circulación en
el que se aplica una presión negativa (vacío) con el tejido 3 de
separación.
El flujo de resina presenta un frente 7 de
circulación ilustrado en la figura 1. La dirección de introducción
de resina y la dirección de impregnación se marcan respectivamente
mediante las flechas R y I en la figura 1. Una flecha de evacuación
S representa la expulsión de la resina excedente.
Un ejemplo de realización de un dispositivo de
impregnación según la invención se ilustra en las figuras 2 y
3.
El dispositivo 8 de moldeo o impregnación
comprende un molde que se extiende alrededor de la capa de refuerzo
o alrededor de la preforma 2, definiendo un espacio 5 de circulación
de resina 10, una pieza 11 de extremo para suministrar resina 10 al
interior del espacio 5 de circulación y una pieza 12 de extremo para
evacuar una resina 10 excedente. La pieza 11 de extremo de
suministro y la pieza 12 de extremo de evacuación comprenden
respectivamente aberturas 5a, 5b que se comunican con el espacio 5
de circulación. El suministro y la evacuación de resina 10 se
muestran mediante las flechas E y S respectivamente.
El dispositivo 8 de moldeo comprende un conducto
8a flexible y medios para deformar mecánicamente dicho conducto
flexible para formar el espacio 5 de circulación según los
parámetros de impregnación. Por tanto se vuelve posible dimensionar
y formar el espacio 5 de circulación.
Según un ejemplo de realización según la
invención, los medios de deformación están al menos en parte
integrados en el material que constituye el conducto flexible.
El conducto flexible es por ejemplo un
elastómero.
Según un ejemplo de realización según la
invención, el conducto flexible defines un espacio libre interno,
sustancialmente cilíndrico antes de la deformación de dicho conducto
flexible, para el acoplamiento del elemento 1, de tipo pieza o
núcleo, cubierto por una capa de refuerzo o mediante la preforma
2.
Los medios de deformación comprenden al menos
una varilla 13 rígida desplazable, integrada o incrustada en el
material que constituye el conducto flexible. Cada extremo de dicha
varilla 13 rígida está articulado, gracias a una articulación 14, a
un brazo 15, 16 móvil en el que la posición determina la posición de
la varilla 13 rígida y por consiguiente la conformación del conducto
flexible. En la figura 2 se representan parcialmente brazos 17, 18
móviles complementarios que activan otra varilla 13 rígida.
El desplazamiento de dicho brazo móvil,
representado por las flechas P1, P2, P3 y P4, se acciona por ejemplo
por medios electrónicos y/o informáticos, que permiten almacenar la
posición de moldeo estable de cada brazo 15, 16, 17, 18 móvil,
haciendo que la conformación del conducto flexible y la operación de
impregnación sean reproducibles para piezas idénticas.
Según un ejemplo de realización según la
invención, la varilla o varillas 13 rígidas se extiende o se
extienden en paralelo al eje longitudinal L del conducto flexible.
Cada una de las varillas 13 rígidas puede activarse preferiblemente
de manera individual.
Según un ejemplo de realización según la
invención, el conducto flexible comprende al menos 4 varillas 13
rígidas y preferiblemente entre 8 y 12 varillas 13 rígidas.
Según un ejemplo de realización según la
invención, ilustrado por la figura 3, las varillas 13 rígidas están
distribuidas de una manera paralela y equidistante en una estructura
cilíndrica con una sección anular del conducto flexible.
Según un ejemplo de realización según la
invención, el dispositivo 8 de moldeo puede comprender varias partes
longitudinales que comprenden varillas 13 rígidas, que se extienden
por ejemplo sobre la longitud entera del conducto flexible.
La preforma 2 puede estar ventajosamente
constituida por un ensamblaje 2a laminar de capas de fibra o
material textil.
Los movimientos de las varillas 13 también son
ventajosos para facilitar la extracción de un elemento 1 reforzado a
partir del conducto 8a después de la operación de moldeo.
El dispositivo de impregnación también comprende
medios (no representados) para generar un flujo de resina 10 en el
espacio 5 de circulación hasta que el conducto 8a contenga la
cantidad de resina requerida. La impregnación se produce debido a la
presión en el interior del conducto 8a y/o debido a movimientos
radiales de las varillas 13.
Según un ejemplo de realización según la
invención, los medios para generar el flujo de resina en el espacio
5 de circulación comprenden una unidad de presurización de resina,
que se comunica con la pieza 11 de extremo de suministro.
Según otro ejemplo de realización según la
invención, los medios para generar el flujo de resina 10 en el
espacio 5 de circulación comprenden una fuente de vacío que se
comunica con la pieza 12 de extremo de evacuación.
Naturalmente, la presente invención está sujeta
a numerosas variaciones con respecto a su realización o
implementación. Por supuesto, aunque se han descrito varias
realizaciones o implementaciones, se entiende claramente que no es
concebible identificar exhaustivamente todos los modos posibles.
Claims (11)
1. Dispositivo de moldeo por impregnación de al
menos una capa de refuerzo que constituye una pieza que va a
moldearse o al menos una capa de refuerzo que cubre una pieza, con
una resina (10) en forma líquida, comprendiendo dicho dispositivo un
molde que se extiende alrededor de la capa de refuerzo definiendo un
espacio (5) de circulación de resina (10), una pieza (11) de extremo
para suministrar resina (10) al interior del espacio (5) de
circulación, una pieza (12) de extremo para evacuar resina (10)
excedente así como medios para generar un flujo de resina en el
espacio (5) de circulación,
caracterizado porque el molde comprende
un conducto (8a) flexible y medios para deformar mecánicamente dicho
conducto flexible, para formar el espacio (5) de circulación según
los parámetros de impregnación.
2. Dispositivo según la reivindicación 1,
caracterizado porque los medios de
deformación están al menos en parte integrados o incrustados en el
material que constituye el conducto (8a) flexible.
3. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el conducto
(8a) flexible es un elastómero.
4. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque el conducto (8a)
flexible define un espacio interno libre, sustancialmente cilíndrico
antes de la deformación de dicho conducto (8a) flexible, para el
acoplamiento de un elemento (1) o una pieza del tipo de núcleo de
molde cubierta por una capa de refuerzo.
5. Dispositivo según la reivindicación 2,
caracterizado porque los medios de
deformación comprenden al menos una varilla (13) rígida desplazable,
integrada en el material que constituye el conducto flexible,
articulándose cada extremo de dicha varilla (13) rígida en un brazo
(15, 16, 17, 18) móvil cuya posición determina la posición de la
varilla (13) rígida y por consiguiente la conformación del conducto
(8a) flexible.
6. Dispositivo según la reivindicación
anterior,
caracterizado porque el desplazamiento de
dicho brazo (15, 16, 17, 18) móvil se acciona mediante medios
informáticos y/o electrónicos, que permiten almacenar la posición de
moldeo estable de cada brazo (15, 16, 17, 18) móvil, haciendo que la
conformación del conducto (8a) flexible y la operación de
impregnación sean reproducibles para piezas idénticas.
7. Dispositivo según la reivindicación 5 ó
6,
caracterizado porque la varilla (13) o
varillas rígidas se extiende o se extienden en paralelo al eje
longitudinal del conducto (8a) flexible.
8. Dispositivo según la reivindicación 7,
caracterizado porque el conducto flexible
comprende al menos 4 varillas (13) rígidas y preferiblemente entre 8
y 12 varillas (13) rígidas.
9. Dispositivo según la reivindicación 8,
caracterizado porque las varillas (13)
rígidas están distribuidas de una manera paralela y equidistante en
una estructura cilíndrica con una sección anular del conducto (8a)
flexible.
10. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque los medios para
generar el flujo de resina (10) en el espacio (5) de circulación
comprenden una unidad de presurización de resina (10) que se
comunica con la pieza (11) de extremo de suministro para insertar la
cantidad requerida de resina al interior del conducto (8a)
flexible.
11. Dispositivo según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque los medios para
generar el flujo de resina (10) en el espacio (5) de circulación
comprenden una fuente de vacío que se comunica con la pieza (12) de
extremo de evacuación para insertar la cantidad requerida de resina
al interior del conducto (8a) flexible.
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| EP09400049A EP2305442B1 (en) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Controlled circumferential impregnation device |
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|---|---|
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| ES09400049T Active ES2370466T3 (es) | 2009-09-30 | 2009-09-30 | Dispositivo de impregnación circunferencial controlado. |
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| EP (1) | EP2305442B1 (es) |
| AT (1) | ATE518637T1 (es) |
| ES (1) | ES2370466T3 (es) |
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