ES2586612T3 - Troquel elástico para tendido de fibras, dispositivo de tendido con dicho troquel y utilización de dicho dispositivo - Google Patents

Abstract

Dispositivo (28) de tendido para tender piezas (40, 40', 40'') de fibras provistas de material (38) aglutinante para fijar en un molde (30) previo, presentando dicho dispositivo (28) de tendido un cabezal (52) de tendido para recibir y tender los piezas (40, 40', 40'') de fibras, el cual comprende una superficie (164) flexible para ejercer presión superficialmente sobre los piezas (40, 40', 40'') de fibras en una superficie (30) de molde curvada, disponiendo el dispositivo (28) de tendido de un mecanismo (176) de tendido para mover y colocar con precisión la superficie (164) flexible entre por lo menos dos posiciones (46, 146) prefijadas, siendo el mecanismo (176) de emplazamiento capaz de girar o pivotar la superficie (164) flexible alrededor de un eje de rotación que cruza la superficie flexible o un plano paralelo a la misma, controlándose automáticamente el cabezal (52) de tendido de modo que los piezas (40, 40', 40'') de fibras puedan tenderse a lo largo de pistas (148) curvadas prefijadas sobre la superficie (30) del molde.

Description

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Troquel elastico para tendido de fibras, dispositivo de tendido con dicho troquel y utilizacion de dicho dispositivo

La invencion se refiere a un dispositivo de tendido para tender piezas de fibras. El dispositivo de tendido segun la invencion es apropiado, en especial, para emplear en un metodo de fabricacion de una preforma para una estructura de un compuesto de fibras adaptada a un flujo de fuerzas. La invencion se refiere ademas a una utilizacion del dispositivo de tendido en un metodo de ese tipo, y a un dispositivo de fabricacion de una preforma con un dispositivo de tendido semejante.

En la fabricacion de vehfculos automoviles de todo tipo, en especial, en la construccion de aparatos aereos y aeroespaciales, pero tambien en otras ramas de la industria, como en la construccion de maquinas, existe cada vez mas la necesidad de disponer de materiales resistentes y. no obstante, ligeros de peso y lo mas economicos posible. En especial, los materiales de compuestos de fibras ofrecen un potencial de construccion ligera sobresaliente. El principio consiste en que fibras especialmente altamente resistentes y ngidas puedan ser embebidas en una matriz adaptadas a los esfuerzos, con lo cual se producen componentes con propiedades mecanicas sobresalientes, que con las tecnicas actuales son tipicamente un 25 % mas ligeros que el aluminio y 50 % mas ligeros que las estructuras de acero de rendimiento comparable. Un inconveniente estriba en los elevados costes del material y, en especial, en la fabricacion costosa y, en la mayona de los casos, manual.

Existe por ello el deseo de crear una fabricacion automatizada, que posibilite una disposicion mecanica de las fibras en el espacio.

Para fabricar estructuras de compuestos de fibras con fibras dispuestas segun el flujo de las fuerzas, se han fabricado para aplicaciones seleccionadas las llamadas preformas como semiproductos textiles. Se trata, en este caso, de productos bi o tridimensionales con direccion de las fibras concebidas de forma adaptada a los esfuerzos.

Hasta ahora, se tend^an para ello fibras continuas en la direccion de las cargas con medios de la tecnologfa textil y se prefijaban con medios de la tecnica textil, por lo general mediante cosido, tecnicas de tricotar o similares. Ejemplos de dispositivos y metodos para fabricar tales preformas se encuentran en el documento DE 30 03 666 A1, en el DE 196 24 912, el DE 197 26 831 A1 as^ como en el DE 100 05 202 A1.

Sin embargo, los metodos conocidos para fabricar preformas son complicados de aplicacion y de tecnica de procesos. En especial, en los componentes, donde se hayan de esperar Imeas flujos de fuerzas curvas con densidad variable, no es posible fabricar un componente concebido adaptandose al flujo de fuerzas con los metodos conocidos hasta ahora. En especial, las fibras no pueden orientarse a lo largos de pistas definidamente curvadas de, y no se puede variar localmente el contenido de fibras.

El documento EP 0 392 974 A2 describe un mecanismo de avance para transportar un cuerpo estratificado con una pinza de vado para sujetar el cuerpo estratificado con un mecanismo de descarga para retirar una hoja protectora aplicada en una capa de pegamento sobre el cuerpo estratificado.

En el documento EP 0 512 126 Al, se revela un dispositivo para manipular piezas de trabajo de material compuesto, que presenta un cabezal de transporte pivotante.

Es mision de la invencion crear un dispositivo aplicable en una fabricacion de semiproductos textiles para estructuras de compuestos de fibras concebidas adaptandose al flujo de fuerzas, con el cual las fibras puedan adaptarse mejor a trazados de flujos de fuerzas complicados.

Se resuelve este problema con un dispositivo de tendido segun la reivindicacion 1 adjunta.

Una utilizacion ventajoso en un metodo de fabricacion de estructuras de compuestos de fibras asf como de un dispositivo de fabricacion de preformas con un dispositivo tendido semejante son objeto de las reivindicaciones secundarias.

Configuraciones ventajosas de la invencion son objeto de las reivindicaciones subordinadas.

Segun la invencion, se preve un dispositivo de tendido para tender piezas de fibra con una superficie elasticamente deformable para ejercer presion superficialmente sobre las piezas de fibras en una superficie de molde tridimensional.

Un mecanismo semejante posibilita, por ejemplo, el tendido de piezas de fibras a lo largo de geometnas superficiales discrecionales, por ejemplo, tambien a lo largo configuraciones superficiales tridimensionalmente curvadas.

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En un metodo de fabricacion de semiproductos textiles, para Ios que el mecanismo de tendido es aplicable por conveniencia, se puede elaborar una preforma de modo que se extienda primero aplanadamente un haz de filamentos de fibras, preferiblemente un roving. De este haz de filamentos de fibras extendido, se recorta luego una pieza de cinta de fibras, tambien llamada patch en la descripcion siguiente, preferiblemente de longitud prefijada. Seguidamente, se recoge la pieza de cinta de fibras mediante un dispositivo tendido y se emplaza en una posicion predefinida. Se fija alti la pieza de cinta de fibras mediante un material aglutinante. Se repite el recorte, el tendido y la fijacion de piezas de cinta de fibras, emplazandose y fijandose las piezas de cinta de fibras en diferentes posiciones predefinidas. Se realiza esto preferiblemente de tal modo que, a partir de Ios diversos patches fijados uno al lado de otro y/o en otros componentes eventuales de la preforma, se conforme la deseada preforma con la orientacion de fibras adecuadamente adaptadas al flujo de fuerzas. Con ello, tambien se puede, por ejemplo, reforzar selectivamente una zona de una preforma fabricada convencionalmente, por ejemplo, siempre que se tiendan patches adaptados a Ios flujos de fuerzas en lugares especialmente recargados.

Visto en general, un metodo semejante, que puede llamarse tambien tecnologfa de preformado de patches de fibras, posibilita mediante un proceso de tendido especial la aplicacion exactamente en posicion de pequenas piezas de fibras (patches). Con la orientacion y el numero de piezas de fibras, pueden satisfacerse las propiedades de la preforma requeridas.

Una orientacion de las piezas de fibras a Io largo de superficies complicadas curvadas tridimensionalmente se posibilita con el dispositivo de tendido segun la invencion. En configuracion preferida, el dispositivo de tendido es apropiado para tender exactamente en posicion, segun un plan de tendido piezas de fibras (patches) aglutinadas y recortadas segun geometnas definidas, en el marco de una tecnolog^a (FPP) de preformado de patches de fibras. Un troquel de tendido propuesto para ello forma parte del dispositivo de tendido y puede montarse en diversas variaciones geometricas, por ejemplo, en forma paralelepipedica o en un formato de rodillo, etc.

Preferiblemente, se dispone la superficie elasticamente deformable en un cuerpo elastomero, en especial, la superficie flexible se conforma, en este, con mayor preferencia de silicona, un elastomero que resiste muchas variaciones de carga y que tiene, al mismo tiempo, funciones desprendedoras, Io que resulta ventajoso para transportar fibras aglutinadas y, en especial, para tenderlas. La silicona se reticula con un ablandador y el elastomero contiene una adicion de porciones metalicas. El elastomero contiene por Io menos en la zona de la superficie flexible de 10 a 25 % en peso de un polvo metalico, en particular, de un polvo de metal ligero.

La adecuacion de la superficie mediante un cuerpo elastomero se asemeja a la tecnica de impresion por tampon. En cualquier caso, no se conoce, en cualquier caso, ninguna aplicacion similar de un dispositivo de tendido.

En una aplicacion ventajosa del dispositivo de tendido en el marco de una fabricacion de preformas, pueden fabricarse, en especial, preformas optimizadas segun el flujo de las fuerzas por tendido de piezas de fibras extendidas, recortadas muy cortamente. Por ejemplo, un aparato de corte de fibras recorta cintas de fibras provistas de aglutinante, especialmente prefabricadas en trozos cortos y las envfa a una cinta de produccion continua bajo vado. Alti se individualizan las piezas de cinta de fibras y se transportan al dispositivo de tendido. El traspaso de las piezas de cinta de fibras a un cabezal de tendido del dispositivo de tendido tiene lugar preferiblemente en voladizo sobre una combinacion de modulos de succion y modulos de purga.

En configuracion preferida, el dispositivo de tendido esta provisto de un mecanismo activador para el material aglutinante, por ejemplo, un dispositivo calefactor en el cabezal de tendido, que calienta la pieza de cinta de fibras durante el transporte al lugar de emplazamiento y con ello activa un aglutinante. El mecanismo calefactor se ha realizado como mecanismo calefactor electrico, habiendose previsto por Io menos un cable de corriente flexible para conectar electricamente el mecanismo calefactor. El por Io menos un cable de corriente presenta al menos un hilo de carbono conducido a traves de un elemento de soporte. El elemento de soporte elastico presenta un bloque de un elastomero. El cabezal de tendido ejerce presion sobre la pieza de cinta de fibras en el lugar predefinido y se suelta luego preferiblemente con un impulso de purga. El cabezal de tendido vuelve luego a la posicion de partida.

Para poder configurar tambien figuras tridimensionales complicadas, se preve, por ejemplo, que la pieza de cinta de fibras sea comprimida al emplazarla sobre una zona parcial de una superficie del molde para la preforma.

Un cabezal de tendido del dispositivo de tendido, que presenta la superficie flexible o superficie de presion, se controla preferiblemente automaticamente de tal modo que el cabezal de tendido pueda moverse de un lado a otro entre por Io menos una o varias posiciones de recepcion, donde las piezas de fibra se reciban, por ejemplo, individualizadas de las piezas de cinta de fibras antes mencionadas, y las posiciones respectivamente predeterminadas.

Para posicionar exactamente en su lugar las piezas de cinta de fibras, se prefiere ademas que se sujeten solidamente en la superficie flexible, por eso se ha previsto un dispositivo de sujecion. Lo cual se puede llevar a cabo preferiblemente mediante fuerzas neumaticas, en especial, mediante succion y purgado. El dispositivo de sujecion presenta preferiblemente un mecanismo neumatico, mediante el cual la pieza de fibras se puede succionar hacia la superficie elastica o alejarla de elle por purgado.

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Preferiblemente, un espacio hueco de un canal y/o de un sistema de distribucion esta provisto de una estructura de apoyo permeable al gas, empleando una tela no tejida de succion. La sujecion mediante succion neumatica tiene la ventaja, junto con la recepcion simplificada mencionada arriba de las piezas de cinta de fibras, de que las piezas de cinta de fibras pueden descansar de forma plana sin deformaciones. En especial, en el caso de una estructura de una pieza de cinta de fibras extendida de forma plana, es posible sin problemas la sujecion mediante succion.

Cuando un mecanismo de emplazamiento, mediante el cual se mueve la superficie flexible para tenderla, presenta tambien un mecanismo para girar o pivotar la superficie, se pueden tender con sencillez las piezas de fibras con orientaciones de las fibras mutuamente diferentes. Por ello, se puede conseguir un tendido con orientaciones de fibras, que pueden seguir incluso pistas mas curvadas prefijadas.

En configuracion preferida, el dispositivo de tendido esta en condiciones, segun ello, de recibir piezas de fibras como, por ejemplo, recortes de fibras, rapida y economicamente y de transportarlas a un determinado lugar de tendido. Durante el transporte, un mecanismo activador activa un material aglutinante para fijar las fibras. Por ejemplo, una calefaccion integrada en la superficie de contacto calienta el material y activa con ello un medio aglutinante sobre el recorte de fibras.

En el lugar de emplazamiento, se ejerce presion sobre la pieza de fibras en una superficie, por ejemplo, una preforma, donde se adapta la superficie flexible de la geometna superficial.

En el lugar de emplazamiento se suelta ademas ventajosamente el grupo de fibras asf comprimido con un impulso de purgado. Por ello, esta provista la superficie flexible de canales de succion y de purga para succionar y purgar una pieza de fibras. Esto puede contribuir al mismo tiempo para la refrigeracion del material aglutinante.

El material aglutinante se enfna en el lugar de emplazamiento y se endurece, con lo cual se fijan las fibras. El material de fibras permanece en el lugar de emplazamiento y el cabezal de tendido puede volver de nuevo a la posicion de recepcion para recoger la proxima pieza de fibras.

Ejemplos de realizacion de la invencion se explican a continuacion mas detalladamente a base de los dibujos representados. En ellos se muestra:

Figura 1, una representacion de conjunto esquematica de un dispositivo para la fabricacion de una preforma con el fin de fabricar estructuras de compuestos de fibras adaptadas a los flujos de fuerzas;

Figura la, una representacion esquematica de una configuracion alternativa del dispositivo de la figura 1 en un piano de separacion indicado por una lmea de puntos y trazos;

Figura 2, una representacion esquematica de un dispositivo desenrollador utilizable en el dispositivo segun la figura 1 para desenrollar un haz de filamentos de fibras tratable en el dispositivo segun la figura 1;

Figura 3, una representacion esquematica en perspectiva de un sensor de posicion utilizable en el dispositivo de desenrollamiento de la figura 2 asf como un diagrama de su curva caractenstica;

Figura 4, una vista en perspectiva de un dispositivo de un dispositivo de extension conocido en sf mismo para explicar el principio de actuacion de una extension de un haz de filamentos de fibras empleado en el dispositivo segun la figura 1;

Figura 5, una representacion esquematica en perspectiva de un dispositivo de extension utilizable con el dispositivo de la figura 1;

Figura 6a, una vista lateral esquematica de un dispositivo de esponjamiento utilizable con el dispositivo de la figura 1;

Figura 6b, una representacion esquematica del principio de actuacion del mecanismo de esponjamiento de la figura 6a;

Figura 7, un alzado lateral esquematico de un mecanismo de aglutinacion utilizable con el dispositivo de la figura 1;

Figura 8, un alzado lateral esquematico de una combinacion de dispositivo corte y dispositivo de tendido empleada con una forma de realizacion de un dispositivo para fabricar una preforma;

Figuras 9 y 10, representaciones esquematicas del principio de actuacion del mecanismo de corte de la figura

8;

Figura 11, una representacion esquematica de pistas prefijadas para el tendido de fibras mediante uno de los dispositivos segun la figura 1 o la figura 8;

Figura 12, una lmea piezas de cinta de fibras tendidas mediante el dispositivo segun la figura 1;

Figura 13, una representacion esquematica de una preforma fabricable con uno de los dispositivos segun la figura 1 o la figura 8;

Figura 14, una vista esquematica de la seccion transversal a traves de un cabezal de tendido utilizable con el dispositivo de tendido de la figura 8 o la figura 1;

Figura 15, una vista por debajo sobre el cabezal de tendido de la figura 14; y

Figura 16, una representacion en perspectiva esquematica y detallada del dispositivo de tendido de la figura 8.

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En la figura 1 se representa un dispositivo de fabricacion de preformas designado en conjunto con la referenda 10. Con dicho dispositivo 10 de fabricacion de preformas, se puede fabricar con sencillez un semiproducto textil complicado con filamentos de fibras, que discurren adaptadas al flujo de las fuerzas, para la fabricacion de estructuras de compuestos de fibras incluso con diseno complicado del semiproducto. Tales semiproductos textiles se llaman preformas. La fabricacion de dichas preformas se lleva a cabo en el dispositivo segun la figura 1 a partir de piezas de fibras cortas individuales fijadas mediante material aglutinante, piezas que se han recortado antes a partir de una madeja de filamentos de fibras especialmente preparada o una cinta de fibras. El dispositivo 10 de fabricacion de preformas puede fraccionarse, por tanto, en un grupo 12 preparador para preparar las cintas 14 de fibras y en un grupo 16 de corte y tendido para cortar piezas de cinta de fibras y tenderlas. Se ha indicado con una lmea de puntos y trazos la posible separacion 15 entre dichos grupos 12 y 16.

La figura 1 muestra un primer ejemplo de realizacion de un grupo 16 de corte y tendido semejante; un segundo ejemplo de realizacion de un grupo 16 de corte y tendido semejante se representa en la figura 8.

En primer lugar, se explica a base de la figura 1 la estructura conjunta asf como el principio de actuacion del dispositivo 10 de fabricacion de preformas, despues de lo cual se explican entonces sus diferentes grupos estructurales individuales a base de las otras figuras.

Tal como puede observarse en la figura 1, el dispositivo 10 de fabricacion de preformas presenta un dispositivo 18 de desenrollado, un dispositivo 20 de extension, un dispositivo 22 aglutinador, un dispositivo 24 de corte, un dispositivo 26 de transporte, un dispositivo 28 de tendido asf como un molde 30 previo. Dichos dispositivos 18, 20, 22, 24, 26, 28 y 30 individuales son respectivamente capaces de transitar por sf mismos y tambien pueden utilizarse para cumplir sus objetivos de utilizacion sin los otros dispositivos respectivos.

Por ello, la presente revelacion comprende tambien los respectivos dispositivos 12, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28, 30 individualmente y solos respectivamente.

El dispositivo 18 de desenrollado sirve para suministrar una madeja de filamentos de fibras, por ejemplo, un roving. El dispositivo 18 de desenrollado esta configurado, como aun se vera explicado mas detalladamente a continuacion, de tal modo que se facilite un desenrollado sin torsion del roving 32. Para fabricar componentes (CFK) reforzados por fibras de carbono, se utiliza en el ejemplo de realizacion representado un roving 32 de carbono.

El dispositivo 20 de extension sirve para extender del modo mas ancho posible los distintos filamentos del roving 32, para disponer asf de una cinta 14 de fibras lo mas plana posible con el menor numero capas de filamentos individuales adyacentes posible. Para ello, el dispositivo 2o de extension tal como se explicara aun mas detalladamente a continuacion, presenta un mecanismo 34 dispersor y un mecanismo 36 de esponjamiento.

El dispositivo 22 aglutinador sirve para proveer de un material 38 aglutinante a los filamentos de la cinta 14 de fibras y/o a las diversos piezas de cinta de fibras, que sirva para fijar los piezas de cinta de fibras en el preforma. En la forma de realizacion representada en la figura 1, el dispositivo 22 aglutinador forma parte del grupo 12 de preparacion y se utiliza para proveer de material 38 aglutinante a la cinta 14 de fibras extendida. En formas de realizacion no representadas del dispositivo 10 de fabricacion de preformas, se puede subordinar adicional o alternativamente un dispositivo 22 aglutinador al grupo 16 de corte y de tendido para proveer entonces de material 38 aglutinante a los piezas de fibras ya recortadas.

El dispositivo 24 de corte se ha conformado para cortar piezas de determinada longitud de la cinta 14 de fibras (piezas de fibras). Las distintas piezas de cinta de fibras se designaran a continuacion como patches 40, 40', 40''.

El dispositivo 26 de transporte sirve para individualizar los patches 40 y para transportarlos al dispositivo 28 de tendido.

El dispositivo 28 de tendido se ha realizado de tal modo que pueda recoger patches 40 individuales y los pueda emplazar en posiciones predeterminadas, en este caso en el molde 30 previo. El molde 30 previo sirve para dar a la preforma 42 una configuracion superficial tridimensional prefijada.

El dispositivo 10 de fabricacion de preformas presenta ademas un dispositivo 44 de control, que presenta en este caso varios controles 44a, 44b, que controla los distintos dispositivos 12, 18, 20, 22, 26, 30 de tal modo que se forme la preforma 42 a modo de cubierta de producto de patches a partir de o con los distintos patches 40.

Con el dispositivo 10 de fabricacion de preformas, se puede llevar a cabo, por consiguiente, automaticamente el siguiente metodo de fabricacion para fabricar una preforma 42 para una estructura de un compuesto de fibras adaptada a los flujos de fuerzas:

Primero se extiende un haz de filamentos de fibras presentes en forma de roving 32 y se provee del material 38 aglutinante termicamente activable en el presente ejemplo de realizacion. La cinta 14 de fibras aglutinada dispuesta se recorta, a continuacion, en las piezas de longitud definida - patches 40 -. Los patches 40 se

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individualizan y se transportan al dispositivo 28 de tendido. El dispositivo 28 de tendido emplaza cada patch 40 en una posicion 46 respectivamente prefijada del molde 30 previo y ejerce presion sobre el patch 40 en el molde 30 previo.

Con el dispositivo 10 de fabricacion de preformas puede llevarse a cabo, por consiguiente, una tecnologfa de preformacion de patches de fibras, que posibilita mediante un proceso de tendido especial la aplicacion precisa en posicion de piezas de fibra cortas.

Por la orientacion y el numero de las piezas de fibras, pueden satisfacerse las propiedades requeridas de la preforma 42. Con ello, pueden orientarse fibras a lo largo de pistas curvas definidas; y el contenido de fibras puede variarse localmente.

Por el emplazamiento piezas de cintas de fibras - patches 40 - cortas extendidas y recortadas, se pueden fabricar preformas 42 optimizadas segun los flujos de fuerzas. Un mecanismo 48 de corte de fibras recorta las cintas 14 de fibras aglutinadas, especialmente prefabricadas en piezas cortas, y los traspasa a una cadena 50 de fabricacion en vado del mecanismo 26 de transporte.

El traspaso de los patches 40 desde la cadena 50 de fabricacion de vado a un cabezal 52 de tendido del dispositivo 28 de tendido tiene lugar pasando por encima de una combinacion de modulos de succion y purga. El cabezal 52 de tendido calienta el patch 40 durante el transporte al lugar de tendido y activa con ello el material 38 aglutinante. El cabezal 52 de tendido ejerce presion sobre el patch 40 en el lugar prefijado y luego se suelta con un impulso de purga. El cabezal 52 de tendido retorna luego a la posicion de partida.

Esta tecnologfa permite la produccion completamente automatica de preformas de fibras complejas. Parametros como contenido de fibras, orientacion de las fibras y radios de las curvas pueden variarse ampliamente.

En las formas de realizacion representadas aqm, se utilizan fibras de carbono extendidas en vez de semiproductos textiles para fabricar las preformas 42. La longitud de las fibras es muy corta (pocos centfmetros) en comparacion con productos preconfeccionados, que utilizan fibras largas. Por un posicionamiento especial de las fibras cortas - en los patches 40 - pueden conseguirse valores caractensticos similarmente altos como con los compuestos de fibras largas.

Las fibras cortas pueden tenderse con relativa precision a lo largo de de las trayectorias del flujo de fuerzas complejo. En recortes textiles empleados antes para fabricar tales preformas, solo podfan ajustarse orientaciones preferentes.

Por ello pueden representarse aqm con la tecnologfa representada formas geometricas extremas. El metodo de fabricacion se automatiza completamente y pueden incluirse variaciones de espesor dentro de una preforma y/o modificarse los contenidos volumetricos de las fibras.

En el el dispositivo 10 de fabricacion de preformas representado en la figura 1, se utiliza un laser 54 en el grupo 16 de corte y tendido como aparato 48 de corte de fibras, cuyo laser puede moverse controlado en el proceso exactamente respecto de la cinta 14 de fibras. Ademas, se indicado en la figura 1 un brazo robotico como mecanismo 184 de tendido para mover el cabezal 52 de tendido. El molde 30 previo puede moverse y girar exacta y definidamente respecto para ello para poder generar con sencillez estructuras en 3D de diversa complejidad de preformas 42.

Resumiendo, una idea basica de la forma de realizacion de la tecnologfa de preformacion de patches de fibras representada aqm es extender rovings 32 de fibras de carbono con la mayor anchura posible, recubrirlas de polvo aglutinante y recortar los llamados patches 40 con una nueva tecnica de corte en piezas de longitud definida. Dichos patches 40 son recibidos despues por el dispositivo 28 de tendido especial, emplazados en una posicion prefijada y fijados mediante el material 38 aglutinante. Por consiguiente, pueden fabricarse las mas diversas geometnas de los componentes y arquitecturas de las fibras.

Con el proceso de fabricacion representado aqm, se emplean fibras extendidas. Una extension de las fibras constituye una base para evitar agrupaciones locales de extremos de fibras en el interior del material compuesto ulterior, ya que esa concentracion de tensiones provoca y en el peor de los casos pueden dar lugar a fallos de los componentes. Mediante un extendido se reduce el espesor de los rovings 32. Con ello, pueden llegar mas fibras continuas a la zona de influencia de un extremo de fibra y compensar las puntas de tension. Por lo demas, con un tendido solapante se reduce el escalon en el extremo del corte de un roving 32.

Un escalon semejante podna ser con un roving sin extendido de hasta 250 pm de altura y dana lugar a un desvfo de las fibras de carbono situadas encima afuera de la orientacion del flujo de fuerzas. Adicionalmente, podna formarse allf una zona rica en resina, que actuana negativamente sobre la resistencia del material.

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Para poder llevar a cabo un extendido Io mas efectivo posible, debenan evitarse torsiones del roving 32, ya que filamentos dispuestos transversalmente podnan volver a estrechar un roving ya extendido. La tension dentro de un roving 32 en estado extendido debena ser constante, pues por las diferencias de tension podnan verse afectadas la anchura del extendido y la calidad del mismo.

El dispositivo 18 de desenrollado, que a continuacion se explicara con mayor detalle a base de la figura 2, sirve para poder suministrar un roving 32 sin torsion desde un bobina 56 de alimentacion y para compensar el movimiento pendular del roving 32 con la traccion de la bobina 56 de alimentacion. El dispositivo 18 de desenrollado presenta para ello un apoyo 58 movil de la bobina 56 de alimentacion de tal modo que la bobina 56 de alimentacion se mueva segun la posicion de la zona Justamente a desenrollar del roving 32 de forma que la posicion de desenrollado permanezca Io mas constante posible.

Para ello, el apoyo 58 dispone de un carro 62 apoyado a Io largo de una gma 60 lineal. El carro 62 puede moverse mediante motores de paso y, en el ejemplo representado aqm, mediante un husillo 64 de accionamiento en la direccion del eje de giro de la bobina 56 de alimentacion. El movimiento del carro 62 es accionado por un motor 66 con control incorporado. Un sensor 68 detecta la posicion 70 actual del roving 32 y controla con ello el movimiento de rotacion del motor 66.

Como sensor 68 sirve, en este caso, un fotodiodo 72 de resolucion local, que se ha representado en la figura 3 Junto con su lmea caractenstica. Una lmea de diodos del fotodiodo 72 registra la sombra del roving 32 y da la posicion a traves de un circuito amplificador (no representado expkcitamente) como senal analogica. El centro de una silueta corresponde en funcion del lugar a un determinado valor de la tension.

La senal analogica se traspasa como senal de tension bipolar al control del motor 66, donde 0 voltios corresponde al centro del sensor. Adicionalmente se ilumina el sensor 68 con un foco IR-LED (diodo emisor de Iuz iridiscente) de una determinada frecuencia, por ejemplo, 10 kHz, para evitar una influencia en la senal de medicion por la Iuz ambiental. Dicho sensor 68 se optimiza a Ios requerimientos especiales de un desenrollamiento compensador de la posicion del roving 32 en la bobina 56 de alimentacion y permite aun mas ajustes como, por ejemplo, el desplazamiento del centro y la adaptacion de la flexion. La combinacion del fotodiodo 72 de resolucion local y del servomotor 66 controlado tiene la ventaja de que el movimiento antagonico se dispara en funcion de la velocidad del movimiento actual del roving 32. Con velocidades de traccion lentas, se disparan movimientos de compensacion relativamente lentos, mientras que altas velocidades de traccion disparan movimientos antagonicos rapidos correspondientes. Con ello se desenrolla el roving 32 sensiblemente libre de oscilaciones como cinta 74 plana. Al final del dispositivo 18 de desenrollado, el roving 32 rodea con un movimiento en forma S dos pequenos rodillos 75, en este caso dos pequenos rodillos de acero fino entallados, que adicionalmente estabilizan las ultimas oscilaciones. El dispositivo 18 de desenrollado puede representarse de forma diferente a la figura 1 operandose tambien de modo completamente autonomo respecto de Ios restantes grupos constructivos y necesitando basicamente solo un suministro de energfa, por ejemplo, una conexion de corriente.

El roving 32 recorre en conexion en el dispositivo 18 de desenrollado un tramo de extendido en el dispositivo 20 de extendido.

El dispositivo 20 de extendido presenta, como ya se menciono mas arriba, primero el mecanismo 34 extensor, que se ha representado mas exactamente en la figura 5 y su principio de actuacion se explicara primero a base de la figura 4.

La figura 4 muestra un esquema de principios ya conocido a partir del documento DE 715801 A del antiguo principio de extendido mecanico. En este caso, una madeja 14 de fibras recorre consecutivamente una barra 76 doblada y luego una barra 78 recta.

La combinacion de una barra recta con otra curva cuida en el extendido de radio basicamente conocido, representado en la figura 4, de que la fuerza de traccion, que actua sobre las fibras, sea desviada. Actua, pues, tambien una fuerza, que hace presion sobre las fibras por encima de la barra curvada. En el lugar mas elevado de la desviacion, actua sobre Ios filamentos la mayor fuerza. A distancia creciente de dicho lugar, la fuerza sera menor. Es decir, Ios filamentos pueden aliviarse de la carga cuando se mueven hacia el exterior de la barra curvada. Aunque, al mismo tiempo, el aspecto resultante del extendido depende de la fuerza de traccion sobre las fibras, del rozamiento entre las fibras y la barra, de la posicion de las barras entre sf y de la flexion de las barras. En el caso de una flexion extrema, la diferencia de las fuerzas operantes entre el lugar mas elevado y una posicion exterior es tan grande que el rozamiento superficial de la barra carece ya de importancia. Los filamentos se moveran bruscamente hacia fuera, es decir, el roving 32 resbalana o se dividina. Si la flexion es demasiado reducida, entonces la relacion de extendido resulta demasiado baja.

Debido a ello, el extensor de radio representado en la figura 4 pata no es apropiado para el tratamiento industrial de rovings 32 en la preparacion de la fabricacion de preformas a escala industrial. En especial, dana lugar a defectos en el roving 32 como, por ejemplo, torsiones, hendeduras o arrugas para resbalar o para henderse en el material extendido.

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El mecanismo 34 de extendido representado en la figura 5 resuelve problemas con la calldad del material de Ios rovings u otros haces de filamentos de fibras a extender, siempre que el roving 32 o bien el haz de filamentos de fibras sea sometido siempre de nuevo a por Io menos una arista 80 de extendido doblada convexamente. Para ello, el mecanismo 34 de extendido presenta por Io menos una arista 80 de extendido doblada convexamente, que se mueve respecto del roving con por Io menos una componente de la direccion perpendicularmente al extendido longitudinal del roving 32 o del otro haz de filamentos de fibras de tal manera que el roving sea sometido a tension en la arista 80 de extendido doblada convexamente y seguidamente se mueva de nuevo con por Io menos una componente de direccion perpendicularmente al roving 32 o al haz de filamentos de fibras alejandose de modo que se libere de la arista 80 de extendido.

La por Io menos una arista 80 de extendido se conforma en la realizacion practica en un resalto 82 radial en un arbol 84 de rotacion.

En un configuracion preferida segun el ejemplo de realizacion representado en la figura 5, se han conformado por Io menos dos aristas, de las que al menos una se ha configurado como arista 80 de extendido doblada convexamente, movil desde direcciones opuestas hacia el roving 32 o bien hacia el haz de filamentos de fibras. En el ejemplo de realizacion se han previsto para ello dos arboles 84, 86 de rotacion con resaltos 82 radiales, girando Ios arboles 84, 86 de rotacion de modo mutuamente opuesto.

Junto a primeros resaltos 82 radiales, en Ios que se han configurado aristas 80 de extendido dobladas convexamente, se han previsto por anadidura, en configuracion preferida, segundos resaltos 88 radiales, que marchan por inercia con aristas 90 rectas. Con ello, se ha creado un dispositivo de extendido, en el que pueden moverse por Io menos una arista 80 de extendido doblada convexamente y por Io menos una arista 9o recta en direcciones opuestas sobre el roving 32 o el haz de filamentos de fibras, hasta que el roving 32 o bien el haz de filamentos de fibras se extienda entre las aristas 80, 90 de modo similar a la figura 4. Las aristas 80, 90 pueden retornar tambien para descarga del roving 32 o bien del haz de filamentos de fibras nuevamente en direccion opuesta.

Esto es especialmente sencillo en la configuracion segun la figura 5, realizandose de modo que, en Ios arboles 84, 86 de rotacion accionados opuestamente en este caso por medio de un engranaje 92 de rueda dentada, se conformen varias aletas 94 que configuran Ios resaltos 84, 86 radiales, las cuales se extienden basicamente en direccion axial y en cuyas zonas radialmente mas exteriores se configura las aristas 80 o 90. Ademas a una aleta 94 con la arista 90 recta sigue en direccion periferica una aleta con la arista 80 de extendido doblada convexamente radialmente hacia fuera y seguidamente de nuevo una aleta 94 con arista 90 recta y asf sucesivamente.

En una otra realizacion, las aristas de todas las aletas 94 se configuran como aristas 80 de tendido dobladas convexamente radialmente hacia fuera. Por el ordenamiento de organos moviles que se mueven opuestamente, en el ejemplo de realizacion Ios dos arboles 84, 86 de rotacion, se extienden las fibras respectivamente entre dos aristas 8o de extendido dobladas opuestamente.

De ese modo el mecanismo 34 de extendido se ha configurado, por asf decirlo, como extensor de aletas, que cuida siempre nuevamente del tendido renovado del roving 32 en las aristas 80 de extendido. Adicionalmente se abre una hendedura en el roving 32 o en el haz de filamentos de fibras por la flexion mutua, y Ios filamentos 100 pueden moverse independientemente unos de otros.

En el dispositivo 20 de extendido sigue el mecanismo 34 de extendido, configurado como extensor de aletas, y a continuacion el mecanismo 36 de esponjamiento en la direccion de avance del roving 32, el cual se ha configurado en la realizacion presentada aqm como camara 96 de succion segun el llamado Principio de Fukui. La camara 96 de succion puede ser del tipo que se describe en el documento US-A-6 032 342. El roving esponjado y previamente extendido es atrafdo ademas por una fuerte corriente 98 de aire laminar a la camara 96 de succion. Los distintos filamentos 100 son rodeados por la corriente de aire y pueden resbalar con relativa facilidad unos sobre otros. Por Io demas, la camara 96 de succion puede compensar ligeras oscilaciones de la tension del roving 32.

En la fabricacion de fibras de carbono, se llevan Ios haces de filamentos frecuentemente con libertad y a traves de ojetes. Ademas, parte de Ios filamentos 100 pueden girar alrededor del resto del haz y dar lugar a estrechamientos hacia adentro del roving ya en la fabricacion. Tras el enrollado en una bobina de roving, al principio apenas son visibles tales defectos, ya que el haz de filamentos de fibras es estirado de forma plana. Tras el esponjado del haz de filamentos de fibras en el mecanismo 34 de extendido se puede ver, no obstante, claramente partes de Ios rovings, que discurren transversalmente. Este efecto puede dar lugar a huecos y desplazamientos en el roving 32, que influyen negativamente en la calidad del extendido.

Para conseguir una imagen de extendido Io mas homogenea posible, se preve un extendido en varios escalones en una forma de realizacion de la invencion no representada expUcitamente, en la cual la relacion de extendido se incrementa escalonadamente. Para ello, se preve primero un primer mecanismo 34 de extendido y un primer mecanismo 36 de esponjado para extender el roving 32 hasta primera medida de anchura, por ejemplo, a un valor

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entre 8 y 16 mm. Luego sigue otro escalon mas con un mecanismo 34 de extendido adicional y otro mecanismo 36 de esponjamiento mas con mayores dimensiones que el primer mecanismo de extendido y el primer mecanismo de esponjamiento para llevar a cabo as^ un extendido hasta una anchura mayor, por ejemplo, entre 20 y 35. mm

Despues el roving 32 se presenta como cinta ancha y delgada, la cinta 14 de fibras.

En la trayectoria subsiguiente, se aun se dota a dicha cinta 14 de fibras de una pequena cantidad de material 38 aglutinante.

Teoricamente, en un roving de 12k perfectamente extendido de 30 mm de anchura no quedan mas que tres filamentos superpuestos. Ademas, se tomo un diametro de los filamentos 100 de 7 pm y una maxima densidad de paquete. No obstante, un roving 32 siempre presenta en la realidad fallos de extendido, que pueden dar lugar a zonas mas gruesas y, con ello, a un numero mayor de extremos de filamentos.

La provision del roving 32 asf extendido con material 38 aglutinante se realiza en el dispositivo 22 de aglutinacion representado en la figura 7 en su principio. El dispositivo 22 de aglutinacion se configura a partir de su principio basico segun la forma de un pulverizador tal como se describe, por ejemplo, en el documento US-A-3 518 810, el US-A-2 489 846, el US-A-2 394 657, el US-A-2 057 538 o el US-A-2 613 633. Tiene segun ello una tolva 102, en cuya salida discurre un cilindro 106 dotado de elevaciones 104 radiales.

El cilindro 106 es en el ejemplo de realizacion representado un cilindro de acero moleteado, que con su superficie rugosa lleva a cabo el transporte de polvo. Dicho cilindro 106 es tratado a su vez por un cilindro 108 cepillador, que retira el material 38 aglutinante pulveriforme del cilindro 106 y lo esparce sobre la cinta 14 de fibras que corre por debajo.

Entre la cinta 14 de fibras y el mecanismo de recubrimiento puede aplicarse una tension U de modo que el polvo, como en un revestimiento de laca en polvo, pueda depositarse electrostaticamente en la cinta 14 de fibras.

El cilindro 106 de transporte as^ como el cilindro 108 de cepillado son accionados por dos electromotores 110 y 112 separados para poder ajustar lo mas libremente posible los parametros de extendido. El control tiene lugar por medio de un mecanismo 114 de control, que puede formar parte del dispositivo 44 de control.

Para evitar que el polvo pueda bloquear en lugares estrechos y agarrotar las piezas mecanicas, la tolva 102 no esta solidamente fija en el resto del dispositivo 22 de aglutinado, sino sujeta en un soporte 116 que permita movimientos de compensacion. Una ventaja del soporte 116 es ademas que la tolva 102 puede oscilar en una operacion ininterrumpida y el polvo es removido automaticamente hacia abajo. El polvo se esparce en cantidades exactamente dosificables sobre la superficie del roving 32, que pasa por debajo a una velocidad definida, por ejemplo, de 3 a 6 m/seg. PoIvo en exceso cae pasando el roving 32 a un recipiente (no representado) de recogida y puede volver a ser introducido mas tarde en el proceso.

Las mediciones han mostrado que la cantidad esparcida de material aglutinante depende casi linealmente de la velocidad de rotacion del cilindro 106.

El dispositivo 22 de aglutinamiento presenta ademas un mecanismo 118 calefactor para fijar las partfculas de polvo del material 38 aglutinante a fundir a temperaturas de calentamiento en la superficie de Ios filamentos 100.

En la forma de realizacion representada, el mecanismo 118 calefactor presenta un tramo de calentamiento de unos 100 a 500 mm de largo. La configuracion preferida del mecanismo 118 calefactor esta dotada de rayos calentadores, en este caso, de rayos 120 calentadores infrarrojos. El rendimiento calonfico del mecanismo 118 calefactor puede ajustarse con precision por medio del mecanismo 114 de control.

Las partfculas aglutinantes son facilmente derretidas y se aglutinan en la superficie de las fibras.

Despues puede enrollarse - como se indica en la figura 1 - la cinta 14 de fibras terminada en una bobina 121 de pelfcula especial y se almacena transitoriamente para una utilizacion ulterior.

En el ejemplo de realizacion representado en la figura 1, la cinta 14 de fibras asf prefabricada especialmente se env^a al mecanismo 24 de corte, donde de divide en patches 40, 40', 40” y seguidamente se tiende mediante un dispositivo 28 de tendido.

La figura la muestra una realizacion con grupos 12, 16 separados, utilizando las bobinas 121 de pelfcula como ejemplo para un almacenamiento transitorio. Los grupos 12, 16 tambien podnan estar as^ en emplazamientos de produccion separados.

En la figura 8 se ha representado mas explfcitamente una segunda forma de realizacion del grupo 16 de corte y tendido. En esta configuracion de la figura 8, el dispositivo 24 de corte presenta un aparato 122 de corte de fibras

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con un mecanismo 124 de cuchilla y un cilindro 126 antagonico as^ como por Io menos uno o, como se ha representado aqm, varios cilindros 128 de transporte.

El mecanismo 124 de cuchilla se puede accionar en funcion de la velocidad de rotacion de Ios cilindros 126 antagonicos y/o de Ios cilindros 128 de transporte para cortar patches 40 de longitud definida-

En especial, el mecanismo 124 de cuchilla presenta un mecanismo de acoplamiento (no representado mas detalladamente), que acopla un accionamiento del mecanismo 124 de cuchilla con un accionamiento de Ios cilindros 126, 128.

El mecanismo 124 de cuchilla esta provisto de un cilindro 130 de cuchillas en el ejemplo representado, que presenta como resalto radial una arista, en este caso varias aristas 132 de cuchilla. El cilindro 130 de cuchillas, en el ejemplo de realizacion representado, puede acoplarse por medio del mecanismo de acoplamiento no representado de tal modo con el accionamiento de Ios cilindros 126 antagonicos que las aristas 132 de las cuchillas se muevan con la misma velocidad periferica que la superficie de Ios cilindros 126 antagonicos.

El dispositivo de corte representado en la figura 8 y con mayores detalles en la figura 9 presenta, segun ello, un aparato 134 de corte de acoplamiento, en el que dos parejas de cilindros 128 transportadores y un cilindro 126 antagonico engomado es accionado mediante un motor no representado con mayor detalle a traves de un engranaje central en union positiva deforma, por ejemplo, mediante una correa dentada (no representada). Los cilindros l28 transportadores tiran de una cinta de fibras sin fin - aqm en especial la cinta 14 de fibras extendida y la conducen sobre un cilindro 126 antagonico giratorio a la misma velocidad.

Sobre el cilindro 126 antagonico hay un montante 136 de cuchillas en posicion de espera. Si se ha de realizar un corte, un acoplamiento electromagnetico acopla el montante 136 de cuchillas al movimiento del aparato de corte. En el punto de contacto, el montante 136 de cuchillas y el cilindro 126 antagonico tienen la misma velocidad de giro. El material a cortar es roto por un filo 138 de cuchilla.

Despues, se desacopla el montante 136 de cuchillas y es parado mediante, por ejemplo, un freno electromagnetico (no representado). El segundo par de cilindros 128 transportadores evacua Ios recortes.

El aparato 134 de corte por acoplamiento posibilita el recorte sin retroceso de las cintas de fibras extendidas. El ritmo de corte o bien la longitud de corte puede modificarse ademas de modo controlado por ordenador con la operacion en marcha.

El mecanismo de frenado (no representado explfcitamente) cuida de que el cilindro 130 de cuchillas este siempre parado cuando el acoplamiento no este conectado. El acoplamiento y el proceso de frenado marcha por un rele de cambio comun (no representado), por ello se excluyen las perturbaciones por fallos del programa. Un mecanismo de sensores no representado adicionalmente, por ejemplo, un circuito de aproximacion inductivo registra la posicion de la cuchilla y cuida de un frenado de la cuchilla en posicion horizontal. Si se disparase una orden de corte por parte del control conectado, por ejemplo, el dispositivo 44 de control, se acopla el cilindro 130 de cuchillas, acelera y realiza un corte. Cuando, como se ha previsto en el ejemplo de realizacion, el cilindro 130 de cuchillas tiene en ese momento la misma velocidad periferica que el cilindro 126 antagonico, no se esconde el filo 138 de la cuchilla y resulta un tiempo de espera de cuchilla sensiblemente mas largo, comparable con una sencilla cuchilla de impulsion. Tras el proceso de corte, se desacopla el cilindro 130 de cuchillas y se frena y se detiene en la misma posicion que al comienzo. La longitud de corte se programa en un software de control.

La figura 10 muestra el curso esquematico del circuito del aparato de corte. Como puede observarse en la figura 10, se prefija el ritmo de corte dependiente de la velocidad de avance del aparato de corte. La longitud de corte minima resulta a base de las dimensiones del cilindro 130 de cuchillas y el cilindro 126 antagonico y queda, por ejemplo, en el orden de magnitud de la anchura de la cinta 14 de fibras extendida. La maxima longitud de corte es teoricamente ilimitada.

En las dos formas de realizacion presentadas aqm del grupo 16 de corte y tendido, se mandan Ios patches 40, 40', 40'' tras el dispositivo 24 de corte al mecanismo 26 de transporte, que retira Ios patches 40, 40', 40'' del dispositivo 24 de corte con una mayor velocidad de transporte que la velocidad de avance de la cinta 14 de fibras hacia el dispositivo 24 de corte o en el mismo. Gracias a ello se individualizan Ios patches 40, 40', 40'' y se proveen de suficiente gran separacion mutua. El mecanismo 26 transportador esta provisto de un mecanismo de sujecion, que sujeta Ios patches 40, 40', 40'' en el mecanismo transportador, y de un mecanismo de traspaso, que traspasa Ios patches 40, 40', 40'' al cabezal 52 de tendido del mecanismo 28 de tendido.

El mecanismo de sujecion y el mecanismo de traspaso se han realizado aqm en forma de cadena 50 de produccion en vado. Una camara 140 de succion voluminosa distribuye el rendimiento de succion de una fuente de depresion no representada en mayor detalle, por ejemplo, una soplante aspiradora, por todo el conjunto del mecanismo 26 transportador. Una cinta con provista de muchos tubos pasantes, por ejemplo, una cinta de polipropileno, es conducida sobre una chapa agujereada que cubre la camara 140 de succion.

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El mecanismo 26 transportador es accionado por acoplamiento a una unidad de transporte del dispositivo 24 de corte. En el ejemplo aqm representado, la cadena 50 de produccion en vado esta acoplada al engranaje de union positiva de forma, que acciona los cilindros 128 transportadores y el cilindro 126 antagonico. Al mismo tiempo, una relacion de traspaso, por ejemplo, una relacion de paso de 1 a 2, cuida de una separacion suficientemente grande entre los patches 40, 40', 4o''. Al final del tramo de transporte, queda una camara 144 de succion y purga, que es accionada con un modulo de vado neumatico. En tanto la pieza - patch 40 - de fibras es conducida sobre la camara 144 de succion y purga, se encuentra la misma en operacion de succion. Cuando el cabezal 52 de tendido este en una posicion 146 de traspaso prefijada, se dispara en el momento justo un impulso de purga, que manda el patch 40 sobre el cabezal 52 de tendido.

El cabezal 52 de tendido succiona el patch 40, lo calienta y lo transporta con orientacion prefijada a su posicion prefijada.

Al mismo tiempo, tal como se ha representado en la figura 11, Ios patches 40, 40', 40'' deben tenderse a lo largo de pistas 148 curvadas prefijadas en el molde 30 previo. Con 150 se han indicado, a lo largo de dichas pistas 148 curvadas, patches 40 tendidos con la correspondiente orientacion y su solape. En las zonas de solape, Ios patches 40 se fijan mutuamente por el material 38 aglutinante calentado por el cabezal 52 de tendido.

No obstante, con el dispositivo 24 de corte representado en la figura 1 utilizando el laser 54 (u otro metodo de corte por rayos) se pueden producir tambien formas de aristas cortantes complicadas. En la figura 12, se ha representado una forma de aristas cortantes especialmente ventajosa con aristas 152, 154 cortantes curvadas convexa o bien concavamente mutuamente complementarias. Las aristas 152, 154 cortantes dirigidas antagonicamente en cada patch 40 estan curvadas en forma de arco circular. Gracias a ello, las aristas 152, 154 de corte de patches 40, 40', 40'' consecutivos pueden quedar muy ajustadamente unas con otras incluso con acodado de Ios patches 40, 40', 40'', sin que se produzcan intersticios o engrosamientos. De ese modo pueden tenderse tambien radios de curvatura menores en las pistas 148 con las orientaciones de fibras adecuadas con una disposicion de densidad constante de las piezas de fibras. La fijacion de Ios patches 40, 40', 40'' puede realizarse por solape con patches vecinos o superpuestos o tendidos por debajo (no representados).

De ese modo, se pueden representar tambien preformas 42 muy complicadas, como se han senalado, por ejemplo, en la figura 13. En este caso, se ha configurado una preforma 192 a modo de un remiendo con las piezas de fibras cortas para una estructura de compuesto de fibras adaptada al flujo de fuerzas destinada a una bocina de ventana, por ejemplo, para un cuerpo de un aparato aereo o aeroespacial. Los patches 40, 40', 40'' esta orientados segun las Imeas de flujo de fuerzas.

La forma anular representada se puede conseguir en tecnica de procesos, por ejemplo, con un molde 30 previo determinado rotativo, como se ha representado por la flecha 156 en la figura 1.

A base de las figuras 14 a 16, se explica ahora aun mas detalladamente el dispositivo 28 de tendido y su cabezal 52 de tendido de la forma de realizacion representada mas detalladamente en la figura 8 correspondiente al grupo 16 de corte y tendido.

El cabezal 52 de tendido debe satisfacer la funcion de recibir una pieza de fibras o patch 40, 40', 40'' y transportarla a la respectiva proxima posicion 46 prefijada en el molde 30 previo, donde se ha de tender un patch 40, 40', 40''. A este objeto, el cabezal 52 de tendido tiene un dispositivo de sujecion fijo. Aunque tambien pueden imaginarse otros dispositivos de sujecion fija, en este caso se ha conformado el dispositivo de sujecion como mecanismo 158 de succion en el ejemplo representado aqm con objeto de facilitar una recepcion mas sencilla del patch desde el mecanismo 26 de transporte.

Resulta ventajoso ademas que el material 38 aglutinante del que esta provisto el patch 40 recibido, sea activado con el cabezal 52 de tendido durante el transporte. Para ello, el cabezal 52 de tendido presenta un dispositivo de activacion para activar el material 38 aglutinante. El dispositivo de activacion esta configurado segun el material aglutinante utilizado. Si, por ejemplo, se utiliza un material aglutinante activable mediante un aditivo, entonces el cabezal 51 de tendido presenta un mecanismo para el suministro de dicho aditivo. En otra configuracion no representada aqm con mas detalle, se suministra tanto material aglutinante activo como, por ejemplo, un pegamento, solo durante el transporte del patch en el cabezal 52 de tendido. En una configuracion semejante, el cabezal 52 de tendido presenta un mecanismo de alimentacion de material aglutinante. Para utilizacion en el dispositivo 10 de fabricacion de preformas explicado anteriormente, que emplea material 38 aglutinante termicamente activable, el mecanismo de activacion se configura en la forma de realizacion representada como mecanismo 160 calefactor.

Ademas, resulta ventajoso que el cabezal 52 de tendido pueda emplazar el patch 40, 40', 40'' con seguridad tambien en configuraciones superficiales tridimensionales complicadas del molde 30 previo. Para ello, el cabezal 52 de tendido esta provisto de un mecanismo 162 presion, que sea apropiado para ejercer presion sobre el patch transportado en diferentes configuraciones superficiales. El dispositivo 162 de presion presenta, en una

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configuracion preferida, una superficie 164 flexible, en la que el patch pueda ser solidamente sujeto mediante el dlsposltlvo de sujecion. La superficie 164 flexible se conforma con mayor preferencia aun realizada en un elemento 166 de soporte elastico.

La figura 14 muestra una seccion transversal a traves de un troquel 168 de tendido del cabezal 52 de tendido, que reune el mecanismo de sujecion, el mecanismo de activacion y el mecanismo de presion. El troquel 168 representado en la figura 14 presenta, por consiguiente, el mecanismo 158 de succion, el mecanismo 160 calefactor as^ como el mecanismo 162 de presion con la superficie 164 flexible en el elemento 166 de soporte elastico.

La figura 15 muestra una vista por debajo de la superficie 164 flexible.

Con el troquel 168 de tendido, pueden tenderse exactamente en posicion, con la tecnolog^a (FPP) de preformacion de patches de fibras, piezas de fibras (patches) aglutinada y recortadas de geometnas definidas segun planes de tendido (por ejemplo, el plan de tendido reproducido en la figura 11). El troquel 168 de tendido es un componente central de la tecnica de tendido y tambien puede utilizarse en otras variaciones geometricas. Se puede pensar en troqueles de tendido, por ejemplo, paralelepipedicos o en forma de rodillo.

En el ejemplo de realizacion concreto segun la figura 14, se ha configurado el troquel 168 de tendido como troquel de silicona. La adaptacion superficial del troquel de silicona se asemeja a la tecnica de impresion por tampon, aunque aqm se lleva a cabo la correspondiente aplicacion en un campo completamente diferente tecnologicamente.

El troquel 168 de tendido esta en disposicion recibir rapidamente y con la debida precaucion recortes de fibras por medio de una succion integrada - mecanismo 158 de succion - y de transportarlos a un lugar de tendido definido. Durante el transporte, una calefaccion calienta el material - mecanismo 160 calefactor - integrada en la superficie de contacto - superficie 164 flexible - y activa con ello el agente aglutinador - agente 38 aglutinante - sobre el recorte de fibras. El recorte de fibras es prensado sobre la superficie, adaptandose el material blando del troquel a la geometna superficial. Cuando el troquel 168 de tendido se retira de la superficie, se dispara un impulso de purga, el material 38 aglutinante se enfna y el material de fibras permanece en el lugar de tendido.

El troquel 168 de tendido posibilita la fabricacion de preformas 42 de patches de fibras.

En la figura 14 se ha representado el elemento 166 de soporte elastico - cuerpo de presion elastico - con una distribucion 170 de aire, que forma parte del mecanismo 158 de succion. La parte no representada del mecanismo 158 de succion esta provista de fuentes neumaticas habituales y controles neumaticos (no representados). Ademas, la superficie 164 flexible se representa como superficie 172 calefactora elastica con canales 174 de succion y de purga.

El elemento 166 de soporte elastico descansa en una placa 175 de acoplamiento, que esta provista de elementos de fijacion liberables (no representados) para fijar el troquel 168 de tendido en un mecanismo 176 de posicionamiento (vease la figura 16).

Ademas se ha previsto un termoelemento 178 como parte de control del mecanismo 160 calefactor. Una lmea 180 de corriente muy flexible conecta el termoelemento 178 con la superficie 172 calefactora elastica.

En la figura 15, se ha representado la superficie de succion - superficie 164 flexible - con los canales 174 de succion y de purga.

A continuacion se explica mas detalladamente la utilizacion del troquel 168 de tendido asf como detalles adicionales del dispositivo 28 de tendido a base de su utilizacion en el dispositivo 10 de fabricacion de preformas.

En la tecnologfa de preformacion de patches de fibras presentada aqm, se disponen patches 40 de fibras individuales formando una preforma 42, 192 tridimensional. Para ello, una tecnica de tendido adecuada convierte el proyecto constructivo en realidad. El dispositivo 28 de tendido recibe los patches 40 de fibras aglutinados y recortados de la cadena 50 de produccion en vado, que esta asociada al dispositivo 24 de corte, y emplaza los patches 40 de fibras a ritmo lo mas rapido posible sobre la superficie. En el ejemplo de realizacion representado, se tienden los patches 40, 40', 40'' de fibras sobre la superficie del molde 30 previo.

Al mismo tiempo, los patches 40, 40', 40'' deben ser comprimidos sobre la superficie conformadora para configurar una preforma 42 estable. El troquel 168 de tendido debe ser ademas lo mas blando posible para poder adaptarse con fuerza uniforme a una superficie tridimensional. Resulta ventajoso ademas para la configuracion representada que, poco antes del tendido, se pueda disponer de una determinada cantidad de calor para activar el material 38 aglutinante. Para ello, la superficie 164 flexible esta dotada del mecanismo 160 calefactor, que afecta lo menos posible a las propiedades mecanicas del material del troquel. Analogamente a la cadena 50 de produccion en vado, resulta tambien ventajoso en el troquel 168 de tendido una fijacion superficial del patch 40 de fibras de filigrana. Para ello, la superficie 164 flexible tiene tambien una funcion succionadora.

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La fabricacion del troquel 168 de tendido se asemeja a la fabricacion del troquel de presion por tampon de la tecnica de impresion. Para la fabricacion de troqueles de presion por tampon existen una serie siliconas especiales, que pueden resistir largo tiempo las cargas mecanicas alternativas permanentes.

De esas siliconas, se selecciona la silicona, que corresponda lo mejor posible a los requerimientos adicionales, debidos al mecanismo 160 calefactor as^ como al contacto con el material 38 aglutinante. Por ejemplo, es adecuada la silicona M 4615, que puede obtenerse en el mercado en la firma Wacker, ya que posee una resistencia al rasgado muy elevada y puede mezclarse con elevadas proporciones de ablandador. Puesto que en el troquel 168 de tendido se integra una calefaccion, se hicieron ensayos de estabilidad termica del material del troquel. Resulta ademas ventajoso que el troquel 168 de tendido pueda soportar temperaturas constantes de hasta 200oC. Los ablandadores convencionales con base de grasa de silicona tienden ademas a una difusion elevada y pueden derramarse del troquel de silicona. Ese problema puede resolverse mediante ablandadores, que por lo menos se reticulen parcialmente en la silicona. Semejante ablandador es, por ejemplo, el de la firma Wacker ofrecido en el mercado como Ablandador MH20.

Para poder calentar la superficie de tendido del troquel 168 de tendido, se pueden emplear diversos dispositivos 160 calefactores. Se consideran, por ejemplo, calefacciones electricas, circuitos de Kquidos o aire caliente. En cuanto a tecnica de acabado, lo mas sencilla es la variante de renovar una calefaccion 160 electrica. Eso ofrece al mismo tiempo la posibilidad de muy elevados rendimientos termicos con un ajuste de temperatura exacto.

Para no afectar la flexibilidad del elemento 166 de soporte, las Imeas 180 electricas se hacen por conveniencia mediante un hilo de fibras de carbono. La elevada flexibilidad de un hilo semejante no da lugar a una rigidizacion de la superficie 164 flexible. Ademas una fibra semejante soporta tambien varios cientos de miles de ciclos de carga.

La conductibilidad termica del elemento 166 de soporte elastico se puede incrementar agregando porciones metalicas en la silicona. Para ello resulta apropiado, por ejemplo, polvo de aluminio o un polvo de un metal ligero diferente.

Con una proporcion de polvo de aproximadamente un 10 a un 25 % en peso, en especial, de aproximadamente 20% en peso, la superficie l64 flexible posee una conductibilidad termica suficiente de modo que un elemento calefactor del mecanismo 160 calefactor y la superficie 164 flexible pueden mantenerse aproximadamente a la misma temperatura.

Con cantidad de polvo creciente, puede limitarse, no obstante, la flexibilidad del troquel 168 de tendido. Si se continua aumentando la cantidad de polvo, se podna dar lugar a descargas electricas disruptivas. Por eso, el porcentaje en peso antes mencionado es el mas preferido.

En la superficie 164 flexible del troquel 168 de tendido se integraron los canales 174 de succion y de purga, que conducen conjuntamente en el interior del troquel 168 de tendido por encima de una camara 182. En la camara 182 se ha tendido un material no tejido de succion (no representado), que evita un colapso al ejercer presion en el troquel 168 de tendido.

Para evitar las sobrecargas electrostaticas resulta ventajoso que la superficie 164 flexible este hecha de material flexible de propiedades antiestaticas. Por ejemplo, la superficie 164 flexible esta hecha mediante silicona antiestatica. El elemento 166 de transporte elastico se configura, por ello, con la silicona previamente mencionada con buenas propiedades elasticas, mientras que la superficie 164 flexible esta hecha de una silicona antiestatica. Un ejemplo para una silicona antiestatica semejante es la silicona adquirible en el mercado bajo la denominacion de Elastosil RT402.

A continuacion, se explica aun mas detalladamente el mecanismo de tendido del dispositivo 28 de tendido a base de la figura 16.

El mecanismo 184 de tendido reproducido en la figura 16 sirve para mover el troquel 18 de tendido, para transportar patches 40 de fibras desde el dispositivo 24 de corte a la posicion 46 prefijada. El mecanismo 184 de tendido permite un ritmo de tendido rapido y un angulo de tendido ajustable.

Tal como se explico anteriormente, el patch 40 es traspasado sin contactos desde la cadena 50 de produccion en vado al troquel 168 de tendido. Para ello, el dispositivo 44 de control dispara un impulso de purga de la camara 144 de succion/purga de la cadena 50 de produccion en vado tras un tiempo de retardo, ajustado en funcion de una orden de corte. El patch 40 es traspasado en un recorrido aereo de unos pocos mikmetros (unos 0,5 a 140 mm) sobre el troquel 168 de tendido succionante. Despues de ello comienza el desarrollo del movimiento del mecanismo 184 de tendido.

El mecanismo 184 de tendido presenta un primer accionamiento de translacion para transportar el troquel 168 de tendido desde la posicion de recepcion a una posicion por encima de la posicion prefijada. Dicho primer accionamiento se ha realizado como cilindro 186 neumatico horizontal en el ejemplo de realizacion del mecanismo

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

184 de tendido representado. Este cilindro 186 neumatico horizontal puede desplazar el troquel 168 de tendido desde su posicion receptora sobre el lugar de tendido. Un segundo accionamiento, en este caso en forma de un cilindro 188 neumatico vertical, ejerce presion sobre el troquel 168 de tendido, preferiblemente presion regulable sobre la superficie.

Durante el proceso de desplazamiento se mantiene la superficie del troquel permanentemente a una temperatura regulable para que el aglutinante pueda activar su adherencia. Tan pronto como el patch 40 toca la superficie, se enfna el material 38 aglutinante y se endurece. Se dispara luego un impulso de purga, en el mecanismo 158 de succion del troquel 168 de tendido, controlado por un dispositivo 44 de control; el troquel de tendido se libera por ello y retorna seguidamente de nuevo a su posicion de partida. Al mismo tiempo, las propiedades separadoras de la silicona resultan ventajosas, porque no permanece material 38 aglutinante alguno en el troquel.

Por un tercer accionamiento, que esta configurado en el ejemplo de realizacion en forma de un motor 190 de paso con un sistema de arboles 191 de eje estriado, se puede girar el troquel 168 de tendido. Con ello, pueden generarse tambien sendas de patches 40 oblicuas sin que todo el cabezal de tendido (por ejemplo, troquel 168 de tendido con mecanismo 184 de tendido) tenga que ser girado.

Para conseguir un proceso de tendido economico, se planifico una proporcion de ritmo muy elevada de mas de dos procesos de tendido por segundo. Por ejemplo, se llevan a cabo cinco procesos de tendido o mas por segundo. Con una longitud de patch de 60 mm y utilizando un roving de 12k se llega as^ a un caudal de fibras teorico de 14,4 g/min. Si se desease tender, por ejemplo, un metro cuadrado con patches 40 de fibras en el espesor de un tendido biaxial (unos 500 g/m2), entonces se necesitana para ello el dispositivo 10 de fabricacion de preformas durante 35 minutos. Tiempos mas cortos puede conseguirse utilizando varios dispositivos 28 de tendido, por ejemplo, utilizando varios automatas que trabajen conjuntamente en la superficie.

Debido a que por el momento las velocidades conseguibles son relativamente bajas, la tecnica de FPP en la forma presentada actualmente es apropiada, en especial, para el refuerzo de otros tipos de preformas asf como para componentes de paredes delgadas y complejos. Se puede pensar as^ en, por ejemplo, el refuerzo de bordes de orificios en tendidos multiaxiales o tejidos. Una bocina de ventana, cuya preforma 192 se ha representado en la figura 13, se podna fabricar asimismo de paredes muy delgadas y con un tendido de fibras definido.

Para determinados tipos de preformas se requieren menos grados de libertad en una instalacion de FPP - dispositivo 10 de fabricacion de preformas -. Si solo se hubiesen de fabricar, por ejemplo, perfiles de refuerzo, entonces podnan simplificarse y reunirse en una lmea de produccion conjunta los distintos grupos constructivos.

Con ello pueden rebajarse tanto los costes de las instalaciones, como tambien aumentarse la productividad.

Lista de signos de referenda

10

Dispositivo de fabricacion de preformas

12

Grupo de preparacion

14

Cinta de fibras

15

Separacion

16

Grupo de corte y tendido

18

Dispositivo de desenrollado

20

Dispositivo de extendido

22

Dispositivo de aglutinacion

24

Dispositivo de corte

26

Dispositivo de transporte

28

Dispositivo de tendido

30

Molde previo

32

Roving

34

Mecanismo de extendido

36

Mecanismo de esponjamiento

38

Material aglutinante

40, 40', 40''

Patch (recortes de una cinta de fibras; piezas de cinta de fibras)

42

Preforma

44

Dispositivo de control

44a

Control

44b

Control

46

Posicion prefijada

48

Aparato de corte de fibras

50

Cadena de produccion en vado

52

Cabezal de tendido

54

Laser

56

Bobina de alimentacion

58

Apoyo

60

62

64

66

68

70

72

74

75

76

78

80

82

84

86

88

90

92

94

96

98

100

102

104

106

108

110

112

114

116

118

120

121

122

124

126

128

130

132

134

136

138

140

142

144

146

148

150

152

154

156

158

160

162

164

166

168

170

172

174

175

176

178

180

Gma lineal Carro

Husillo de accionamiento

Motor

Sensor

Posicion

Fotodiodo

Cintilla plana

Rodillito

Barra curvada

Barra recta

Arista de extendido

Primer resalto radial

Arbol de rotacion

Arbol de rotacion

Segundo resalto radial

Arista recta

Engranaje de rueda dentada Aleta

Camara de succion Corriente de aire laminar Filamentos Tolva/bocina Elevaciones radiales Cilindro

Cilindro de cepillado

Electromotor

Electromotor

Mecanismo de control

Soporte

Calefaccion

Radiador calefactor de infrarrojos Bobina de peKcula

Aparato de corte de fibras

Mecanismo de cuchillas

Cilindro antagonico

Cilindro transportador

Cilindro de cuchillas

Aristas de cuchilla

Aparato de corte de acoplamiento

Montante de cuchillas

Filo de cuchilla

Camara de succion

Chapa de orificios

Camara de aspiracion/purga

Posicion de traspaso

Pistas curvadas

Patches solapantes

Arista de corte

Arista de corte

Movilidad del molde previo - multidimensional -

Mecanismo de succion

Mecanismo calefactor

Mecanismo de presion

Superficie flexible

Elemento de soporte elastico

Troquel de tendido

Distribucion de aire

Superficie de calentamiento elastica

Canales de succion y purga

Placa de acoplamiento

Mecanismo de emplazamiento

Termoelemento

Lmea electrica

182 184 186 5 188

190

191

192

Camara

Mecanismo de tendido

Cilindro neumatico horizontal (primer accionamiento) Cilindro neumatico vertical (segundo accionamiento) Motor de pasos (tercer accionamiento)

Sistema de arboles estriados Preforma de una bocina de ventana

Claims (14)

1. 5

   10

   15

   20

   25

   30

   35

   40

   45

   50

   55

   60

   65

   reivindicaciones

   1. Dispositivo (28) de tendido para tender piezas (40, 40', 40'') de fibras provistas de material (38) aglutinante para fijar en un molde (30) previo,

   presentando dicho dispositivo (28) de tendido un cabezal (52) de tendido para recibir y tender los piezas (40, 40', 40'') de fibras, el cual comprende una superficie (164) flexible para ejercer presion superficialmente sobre los piezas (40, 40', 40'') de fibras en una superficie (30) de molde curvada,

   disponiendo el dispositivo (28) de tendido de un mecanismo (176) de tendido para mover y colocar con precision la superficie (164) flexible entre por lo menos dos posiciones (46, 146) prefijadas,

   siendo el mecanismo (176) de emplazamiento capaz de girar o pivotar la superficie (164) flexible alrededor de un eje de rotacion que cruza la superficie flexible o un piano paralelo a la misma,

   controlandose automaticamente el cabezal (52) de tendido de modo que los piezas (40, 40', 40'') de fibras puedan tenderse a lo largo de pistas (148) curvadas prefijadas sobre la superficie (30) del molde.
2. 2. Dispositivo de tendido segun la reivindicacion 1, caracterizado por que la superficie elastica esta montada en un cabezal (52) de tendido, que puede moverse entre por lo menos una posicion (i46) de recepcion para recoger por lo menos un pieza (40, 40', 4o'') de fibras, y por lo menos una posicion (46) prefijada para tender la pieza (40, 40', 40'') de fibras recogida.
3. 3. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un dispositivo de retencion separable para sujetar la pieza de fibras en la superficie (164) flexible.
4. 4. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un mecanismo de activacion para activar el material (38) aglutinante con el fin de fijar las piezas (40, 40', 40'') de fibras en un lugar de tendido.
5. 5. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por un mecanismo (160) de calefaccion para calentar una pieza (40, 40', 40'') de fibras que descansa en la superficie (164) flexible.
6. 6. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie (164) flexible esta montada en un elemento (166) de soporte elastico.
7. 7. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie (164) elastica esta hecha de un elastomero, estando formado el elastomero a partir de silicona o conteniendo silicona.
8. 8. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la superficie (164) flexible esta hecha a partir de un elastomero antiestatico o conteniendo un elastomero antiestatico, en especial, una silicona antiestatica.
9. 9. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones 6 a 8, caracterizado por que al menos un elemento de calefaccion electrico esta embebido en el elastomero en la proximidad de la superficie (164) elastica.
10. 10. Dispositivo de tendido segun la reivindicacion 6 o segun una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el elemento (166) de soporte esta provisto de por lo menos un canal (170) para conducir un agente de presion de un dispositivo (158) neumatico para la superficie (164) flexible y/o un sistema distribuidor para distribuir el agente de presion sobre la superficie (164) flexible.
11. 11. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que un troquel (168) de tendido, que soporta la superficie (164) flexible a modo de una superficie de troquel elastica, que se puede fijar en el mecanismo (176) de emplazamiento y/o por que el troquel (i68) de tendido presenta un mecanismo (4) de acoplamiento para acoplar de modo separable en el mecanismo (176) de emplazamiento.
12. 12. Dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el mecanismo (176) de emplazamiento presenta un mecanismo (184) de tendido con un primer accionamiento (186) para accionar el troquel (i58) de tendido en una primera direccion y un segundo accionamiento (188) para accionar el troquel (158) de tendido en una segunda direccion diferente a la primera direccion, preferiblemente perpendicular a la mismo, y/o un brazo de robot.
13. 13. Aplicacion del dispositivo de tendido segun una de las reivindicaciones 1 a 12 a un metodo de fabricacion de estructuras de compuestos de fibras adaptadas al flujo de las fuerzas, para tender piezas (40, 40', 40'') de fibras en posiciones prefijadas.
14. 14. Dispositivo (10) de fabricacion de preformas, que presenta varios dispositivos (18, 20, 22, 26, 28, 30), de los que uno es el dispositivo (28) de tendido segun una de las reivindicaciones 1 a 12, y que presenta ademas un dispositivo (44) de control, que controla los dispositivos (18, 20, 22, 26, 28, 30) individuales, donde el dispositivo (44) de control controla los dispositivos (18, 20, 22, 26, 28, 30) individuales de modo que para conformar una preforma (42) se

    tienden en el molde (30) previo las plezas (40, 40', 40'') de flbras Individuals a modo de tapa de zurcldo a Io largo de pistas (148) curvadas prefijadas.