ES2693143T3

ES2693143T3 - Métodos de fabricación de paneles de material compuesto reforzados con largueros de sección cerrada

Info

Publication number: ES2693143T3
Application number: ES16177404.7T
Authority: ES
Inventors: Giuseppe Totaro; Gianni Iagulli; Luigi Avagliano
Original assignee: Leonardo SpA
Current assignee: Leonardo SpA
Priority date: 2015-07-03
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2018-12-07
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: EP3112116B1; EP3112116A1; ITUB20151973A1

Abstract

Un método de fabricación de paneles reforzados (10) de material compuesto, que comprenden un panel de revestimiento (11) y una pluralidad de largueros (13) longitudinalmente alargados, aplicados de manera rígida e integral a una cara (12) del panel de revestimiento (11), comprendiendo el método las siguientes etapas: a1) proporcionar una pluralidad de largueros (13) de material compuesto polimerizable reforzado con fibras termoestable, teniendo cada larguero una sección transversal con una porción cóncava (15) y dos pestañas laterales (16, 17) opuestas; a2) proporcionar un panel de revestimiento (11) de material compuesto termoestable reforzado con fibras, polimerizable o polimerizado; a3) proporcionar una pluralidad de insertos (40) longitudinalmente alargados que tienen una sección transversal maciza o no hueca con una superficie (41) convexa sustancialmente acorde con la porción cóncava (15) del larguero (13) y una superficie (42) sustancialmente plana, en donde el material de los insertos tiene coeficientes de expansión y de contracción térmica más altos que los coeficientes de expansión y de contracción térmica del material compuesto termoestable; b) montar el panel (10) colocando las pestañas (16, 17) de cada larguero (13) contra una cara (12) del panel de revestimiento (11), con un inserto (40) respectivo intercalado entre la porción cóncava (15) y la cara (12) del panel de revestimiento (11), de tal manera que el larguero (13) y la cara (12) del panel de revestimiento definen en conjunto una pluralidad respectiva de cavidades alargadas (14) que tienen una sección transversal en bucle cerrado que reciben los insertos y que son acordes con los mismos; c) cubrir el panel (10) con una bolsa (22) de vacío de curado y aplicar vacío a la bolsa; d) aplicar calor y presión al panel (10) en una autoclave con el fin de curar el material compuesto polimerizable, de tal modo que cada inserto (40) se somete a expansión térmica controlada y ejerce una presión contra las paredes internas de la cavidad (14) en la que ha sido recibido, cuya presión reacciona a una acción de compresión resultante de la presión externa de la autoclave y al vacío aplicado a la bolsa (18), dando como resultado la compactación de los largueros (13); e) permitir que los insertos (40) se enfríen, con lo que los insertos se someten a una contracción térmica de magnitud mayor que la contracción térmica a la que se someten por parte del panel (10) curado; f) retirar los insertos hacia fuera de las cavidades (14); caracterizado porque: los insertos (40) longitudinalmente alargados están fabricados con material de caucho que tiene coeficientes de expansión y de contracción térmica más elevados que los coeficientes de expansión y de contracción térmica del material compuesto termoestable, y porque, en la etapa f), los insertos (4'0) longitudinalmente alargados se retiran extrayendo los insertos longitudinalmente hacia fuera de las cavidades (14).

Description

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DESCRIPCION

Metodos de fabricacion de paneles de material compuesto reforzados con largueros de seccion cerrada.

Campo tecnico

La presente invencion pertenece al campo de las construcciones aeronauticas y se refiere, en particular, a un metodo para la fabricacion de paneles de material compuesto reforzados con largueros de seccion cerrada. Estos tipos de paneles rigidizados pueden ser usados para construir alas, estabilizadores de cola o el fuselaje de una aeronave.

Tecnica anterior

Un primer proceso conocido para fabricar paneles reforzados con largueros huecos proporciona la co-curacion de los largueros en el panel sobre lo que se conoce como un util de “IML” (linea de molde interna), el cual reproduce el contorno de la superficie interna del panel y de los largueros. El proceso hace uso de bolsas tubulares presurizables y expansibles de pelicula de nailon o de elementos de caucho huecos (vejigas) situados en la cavidades del larguero. Un ejemplo de esta tecnologia lo proporciona el documento US 2008/0029644 A1.

Los puntos debiles del metodo mencionado anteriormente son los siguientes:

• El costo del util de IML es mucho mas alto debido a que debe presentar todos los asientos para los largueros mecanizados con precision. El molde de curado debe estar construido con INVAR o con material compuesto dado que estos son los unicas materiales que tienen un coeficiente de expansion termica muy bajo, cercano al del componente que va a ser construido con material compuesto. Esto evita las deslaminaciones y/o las distorsiones geometricas que en otro caso podrian producirse sobre la pieza. Ademas, para fabricar un tubo de fuselaje de una sola pieza, el costo se incrementa mas debido a la necesidad de tener una serie de sectores radialmente retractables con el fin de permitir la extraccion de la pieza desde el molde (util).

• El util de IML permanece encajado durante periodos de tiempo muy largos, en particular para hace mediciones de “montaje" de los largueros en sus asientos, y para la carga de los largueros individuales. Esto da como resultado problemas del flujo de produccion que, para satisfacer altas velocidades, se requieren mas unidades de utiles con el resultado de altos costos no recurrentes.

• Existen problemas en cuanto a la calidad de las piezas acabadas debido al hecho que el util de IML tiene asientos adecuados para albergar el larguero. Un acoplamiento imperfecto del nuevo larguero (respecto a tolerancias de fabricacion) con el asiento del util provoca defectos, en particular arrugas, en el componente final. Esto necesita repetidas inspecciones, largos controles de NDI, gestion de MRR con alto riesgo de residuos.

• Existen los altos costos de las bolsas tubulares o de los elementos de caucho expansibles huecos (“vejigas") situados en las cavidades de los largueros.

Un segundo proceso conocido para fabricar paneles rigidizados con largueros huecos proporciona la co-union de los largueros pre-curados (los cuales han sido ya polimerizados por anticipado) con el nuevo panel en un util de OML (“linea de molde externa") que reproduce el contorno aerodinamico de la superficie exterior del panel. Se usan bolsas tubulares expansibles en las cavidades de los largueros. Las bolsas tubulares, ademas de su alto costo, no son muy fiables debido a que algunas de ellas se desgarran en el proceso de presurizacion, comprometiendo la calidad de la pieza. Los puntos debiles de este metodo son:

• Existen altos costos de fabricacion recurrentes. La fabricacion de los largueros pre-curados requiere, adicionalmente en comparacion con el proceso de co-curado, la produccion de muchas bolsas de curacion, ciclos especificos de curado para los largueros, la fase de desmontaje de los largueros, un posible recorte en caso de que los largueros no hayan sido fabricados con el ajuste exacto, NDI para los largueros con anterioridad a unirlos al panel con un adhesivo estructural.

• Esto requiere muchos utiles para la polimerizacion de los largueros con un incremento resultante de costos no recurrentes.

• Coste y flujo de produccion incrementados para hacer que las bolsas tubulares expansibles sean “desechables” en cada cavidad de los largueros, con la complicacion resultante de la bolsa de vacio de curado final que se une y se sella en los extremos de las bolsas tubulares expansibles.

Dados los dos metodos que se exponen en lo que antecede, se desprende que el metodo de co-curado ofrece una ventaja significativa en cuanto a costes en comparacion con el metodo de co-union, especialmente con respecto a

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los costos de fabricacion recurrentes y no recurrentes. Por otra parte, el uso de un util de OML tiene una ventaja cualitativa mayor en comparacion con la IML debido a un menor numero de defectos tipicos presentes en el componente y por lo tanto con respecto a ahorro de costes asociados a iniciativas de caracterizacion estructural.

Se ha valorado la posibilidad de fabricar un panel co-curado rigidizado con largueros huecos, con bolsas tubulares expansible, en el util de OML, usando un contra-molde que se posicione sobre los largueros, o una chapa de prensado muy rigida. Podria ser necesario que el contra-molde asegure, tras la etapa de polimerizacion, la forma geometrica precisa del propio larguero. Un contra-molde rigido de ese tipo tiene un numero de desventajas y riesgos para la viabilidad real. De hecho, adicionalmente a la complejidad de la operacion y a la manipulacion de los muchos contra-moldes dedicados a los largueros, existen problemas cualitativos asociados a las huellas que se dejan sobre el nuevo panel o problemas vinculados en general al acoplamiento impreciso con los largueros, que se traducen en la generacion de defectos inaceptables en la pieza: porosidad, excesos de resina y desviaciones de las fibras.

El documento WO 2015/063657 A1 divulga un metodo de fabricacion de paneles reforzados segun se define en el preambulo de la reivindicacion 1.

Sumario de la invencion

El presente metodo tiene como objetivo combinar las ventajas resultantes de los dos procesos mencionados con anterioridad, reduciendo los costos de produccion recurrentes y no recurrentes, y mejorando la calidad global del producto, en particular con referencia a los resultados obtenibles con los procesos de co-curado actuales en un util de IML.

Los objetivos y ventajas anteriores y otros objetivos y ventajas, que podran ser mejor aclarados en lo que sigue, se han conseguido por medio de un metodo segun se define en las reivindicaciones anexas.

En resumen, se propone un proceso de fabricacion mas eficiente mediante el uso de insertos de caucho macizos para la co-curacion de paneles reforzados con largueros huecos de material compuesto. Las bolsas tubulares convencionales, o vejigas, se sustituyen por insertos de caucho macizos que, durante el proceso de co-curado, aseguran una compactacion y una consolidacion efectivas del larguero y el revestimiento, dando a la cavidad la geometria deseada. Durante el proceso de polimerizacion, el inserto se somete a una expansion termica controlada que reacciona a la accion de compresion resultante de la presion externa aplicada por la autoclave y por el vacio aplicado a la bolsa de curacion. En estas condiciones, el laminado solido (que constituye la fibra) intercalado entre el inserto de caucho y el material de la bolsa, recibe el nivel de compactacion deseado requerido para la polimerizacion apropiada de la pieza. Despues de la etapa de polimerizacion, el inserto se somete a una contraccion termica que hace que su extraccion desde la cavidad del larguero sea muy simple, incluso en presencia de curvatura y de rampa o de variaciones en el espesor del panel.

Este metodo de fabricacion permite que las ventajas de costo resultantes del proceso de co-curado sean aprovechadas y consiguen, con la curacion en el util de OML, beneficios cualitativos sobre el componente final.

Breve descripcion de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un panel rigidizado que puede ser fabricado conforme al presente metodo;

Las Figuras 2 a 6 son vistas esquematicas, en seccion transversal que ilustran una secuencia de las fases de montaje del panel en condicion de no curado;

Las Figuras 7 1 10 ilustran esquematicamente, en seccion transversal, una serie de posibles configuraciones que pueden ser conferidas a las cavidades definidas por los largueros integrados en el panel;

La Figura 11 es una vista en perspectiva que ilustra una fase final del metodo;

La Figura 12 es una vista en seccion transversal de parte de un panel reforzado;

La Figura 13 es una vista en seccion transversal de parte de un panel reforzado conforme a una realizacion alternativa del metodo;

Las Figuras 14 a 19 son vistas en perspectiva de componentes de un aparato que puede ser usado para la implementacion del metodo.

Descripcion detallada

El presente metodo ha sido desarrollado en base a la observacion de que, en general, los paneles rigidizados con largueros huecos de seccion cerrada (por ejemplo, con secciones transversales semicirculares, en omega, etc.) representan una solucion optima para construcciones aeronauticas en terminos de peso en comparacion con otras configuraciones de paneles rigidizados con largueros de seccion abierta, por ejemplo, con forma de T, de doble T (o

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en forma de H), con forma de J, con forma de C, etc.

En la Figura 1, un ejemplo de panel reforzado de material compuesto que puede ser fabricado con este metodo ha sido indicado con 10 en su conjunto. El panel reforzado 10 comprende un panel de revestimiento 11 que tiene una cara 12 sobre la se han aplicado rigida e integralmente, una pluralidad de largueros 13, alargados en una direccion definida en la presente memoria como “longitudinal”.

En el ejemplo ilustrado en la presente memoria, los largueros 13 son sustancialmente rectos y paralelos entre si, y se extienden en un mismo plano. Este metodo es igualmente aplicable a largueros no rectos, no paralelos, que no se extiendan a un solo plano geometrico.

Los largueros 13 determinan, junto con la cara 12 del panel de revestimiento 11, una serie de cavidades 14 respectivas de seccion cerrada longitudinalmente alargadas. En este contexto, los terminos y expresiones que indican direccion y orientacion, tal como “longitudinal” y “transversal” [o “a traves”] deben ser entendidos como referidos a una direccion longitudinal en la que se extienden los largueros 13.

Los largueros 13 son de materiales compuestos con resina termoestable polimerizable reforzada con fibras. En el ejemplo de la Figura 1, las cavidades 14 tienen una seccion transversal definida en la presente memoria como en forma de Q, o con la forma de un segmento circular con una base. Los largueros 13 tienen, cada uno de ellos, una porcion concava 15 con dos pestanas laterales 16, 17 opuestas.

En el ejemplo mostrado en las Figuras 1-7 y 10-12, la porcion concava 15 es arqueada. En otras realizaciones, la porcion concava 15 puede tener una seccion transversal con una forma de linea rota, de modo que defina con la cara 12 una cavidad con una seccion transversal de forma sustancialmente trapezoidal (Figura 8).

Alternativamente, las cavidades 14 pueden tener una seccion transversal sustancialmente rectangular (Figura 9). En esta realizacion, el larguero (no representado) puede tener una forma en si conocida en el sector mediante la expresion “sombrero hueco", donde la porcion concava 15 tiene sustancialmente forma de C, con un lado plano que une dos lados opuestos paralelos desde los que se extienden, en direcciones opuestas, dos pestanas laterales 16, 17. La forma geometrica particular de la porcion concava y, de forma mas general, de los largueros, no debe ser considerada como limitativa.

Cada cavidad 14 tiene una pared concava 18 y una pared plana 19, presentadas respectivamente desde el lado del larguero 13 y desde la cara 12 del panel de revestimiento 11.

Los largueros individuales 13 sin curar (no polimerizados) pueden ser preparados por separado, de acuerdo con medios en si conocidas, por ejemplo en utiles macho (no representados), y a continuacion pueden ser aplicados en un util hembra 30 de manipulacion (Figura 2).

El util 30 tiene una superficie 31, en este ejemplo sustancialmente plana, en la que se ha realizado al menos una ranura concava 32, que tiene la forma que se desea conferir al larguero, en particular a su superficie que, en condiciones de uso, formara parte de la superficie interna (IML) del panel reforzado. La ranura 32 puede ser recta o no, en base a la forma del larguero que se vaya a fabricar.

De acuerdo con una realizacion posible del metodo, los largueros 13 polimerizables pueden ser laminados, es decir, formados, en la ranura 32 del util hembra 30.

De acuerdo con otras realizaciones, alternativas a la representada, el util hembra 30 de manipulacion puede presentar una pluralidad de ranuras concavas 32, formadas en la superficie 31. En el caso de que se hayan formado tres o mas ranuras 32 en un mismo util hembra 30, las ranuras pueden estar equiespaciadas transversalmente.

El util hembra 30 esta preferiblemente forrado, al menos en la(s) ranura(s) 32 y en las partes de la superficie plana 32 adyacentes a las ranuras 32, con materiales de contacto indicados esquematicamente con 33, con preferencia en forma de cintas de FEP o de pelicula o de adhesivos de Teflon.

Un inserto 40 de material elastomero es alargado segun una direccion longitudinal, y tiene una seccion transversal maciza, es decir, no hueca ni tubular. El inserto 40 tiene un contorno externo con una superficie 41 convexa y una superficie 42 sustancialmente plana. La expresion “sustancialmente plana”, que en la presente descripcion se refiere a la superficie 42, se usa para indicar que dicha superficie puede ser plana, ligeramente convexa o ligeramente concava. El inserto 40 alargado sirve para determinar de manera precisa la forma de la cavidad 14 alargada para uno de los largueros en el panel reforzado acabado. Por lo tanto, el inserto 40 alargado y la cavidad 14 tienen formas congruentes.

La superficie 41 convexa del inserto alargado tiene un contorno que se corresponde con el contorno de la ranura concava 32. En este ejemplo, la superficie 41 convexa esta curvada, del mismo modo que la ranura 32. En otras realizaciones, no representadas, el inserto 40 alargado puede tener una seccion transversal por ejemplo trapezoidal, o rectangular, o en cada caso correspondiente a la seccion transversal de la ranura 32.

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El inserto 40 alargado esta con preferencia extrudido y tiene una seccion transversal constante, para facilitar su extraccion en la direccion longitudinal desde la cavidad a continuacion de una fase de polimerizacion o de co-curado del panel reforzado. De acuerdo con esta realizacion, las cavidades 14 tienen tambien consiguientemente secciones transversales constantes a lo largo de su longitud.

Alternativamente, los largueros pueden ser construidos con cavidades de seccion variable, pero sin rebajes con el fin de que su extraccion no resulte dificil. De acuerdo con esta realizacion, los insertos extraibles pueden ser fabricados mediante fundicion en un molde cerrado, con costes mayores que con la extrusion.

Las pruebas experimentales llevadas a cabo por la solicitante han mostrado que los resultados optimos son obtenibles mediante la realizacion de insertos 40 alargados de caucho de silicona. Se obtuvieron resultados particularmente ventajosos mediante la seleccion de una dureza del caucho de aproximadamente 70 shore.

El material de caucho de los insertos tiene coeficientes de expansion y de contraccion termica transversal mayores que los coeficientes de expansion y contraccion termica del material compuesto termoestable que constituye el panel de revestimiento 11 y de los largueros 13.

El inserto 40, tras la fase de extrusion, puede someterse a un tratamiento de curado a aproximadamente 180 °C (durante alrededor de 24 horas) que estabilice sus propiedades fisicoquimicas y que impida la posibilidad de liberar sustancias contaminantes para el material compuesto.

De acuerdo con una realizacion, el inserto puede ser recubierto ventajosamente, con anterioridad a su uso, con una cinta adhesiva 44 preferentemente a base de Teflon, por ejemplo una cinta comercialmente disponible tal como Permacel P-422, la cual reduce su coeficiente de friccion durante la extraccion del componente polimerizado y facilita su desprendimiento corriente abajo a partir de su curacion en la autoclave.

Una capa sin curar o panel de revestimiento 11 de material termoestable polimerizable reforzado con fibras (“material compuesto” o “prepreg") se posiciona sobre una placa de fondo 20 (Figura 6) de un molde rigido o util adecuado para conformar la pieza.

En este ejemplo, la placa 20 del molde de conformacion es plana. La opcion de hacer un util plano, asi como la adopcion de una forma con una seccion transversal en omega, constituyen opciones que pueden ser preferentes en determinadas condiciones de aplicacion pero que ciertamente no son imperativas a los efectos de la implementacion de la invencion. En particular, esta puede ser implementada con un util de conformacion cilindrica o arqueada, para fabricar un elemento estructural arqueado o circular, por ejemplo un panel de fuselaje o un tubo de fuselaje.

De acuerdo con una realizacion (Figura 3), se puede preparar un larguero 13 en el util hembra 30, mediante laminacion de material termoestable polimerizable reforzado con fibras (“material compuesto” o “prepreg") que se dispone en la ranura 32, copiando su forma, y sobre el area de la superficie plana 31 adyacente a la ranura 32. En el caso de un util con multiples ranuras 32, se lamina una pluralidad de largueros 13 transversalmente separados entre si. El util hembra 30 sirve ventajosamente tambien para el montaje del panel reforzado que va a ser co-curado.

Posteriormente (Figura 4), un inserto 40 respectivo se dispone en la porcion concava 15 de cada larguero 13. La superficie 41 convexa del inserto esta vuelta hacia la ranura 32, mientras que la superficie 42 sustancialmente plana del inserto esta aproximadamente a ras con las pestanas 16, 17 del larguero.

A continuacion (Figura 5), el util hembra 30 con el (los) inserto(s) 40 y el (los) larguero(s) 13, pueden ser dados la vuelta y colocados sobre el panel de revestimiento 11, provocando que las pestanas 16, 17 sean soportadas directamente contra la superficie superior 12 del panel de revestimiento.

Con preferencia, los largueros 13 son compactados con una bolsa 21 de vacio de compactacion, la cual puede ser aplicada sobre el util hembra 30 y sobre el panel de revestimiento 11.

El util hembra 30 puede ser retirado a continuacion (Figura 6). De esta manera, se monta un panel 10 de material compuesto con revestimiento y con largueros, para ser co-curado,

A continuacion se aplica una bolsa 22 de vacio de curado sobre el panel 10 montado, y se lleva a cabo una fase de polimerizacion o co-curacion del material compuesto que constituye los paneles de revestimiento y los largueros, en una autoclave.

La etapa de polimerizacion tiene lugar en una autoclave usando un ciclo programado de temperatura y aplicacion de presion indicada por el proveedor del material compuesto particular utilizado. Por ejemplo, para un material compuesto tipico se aplicara una presion de 6 bares en una autoclave, haciendo que la temperatura se eleve a 180 °C con una relacion de aproximadamente 1 -- 3 °C/min; se mantendra a 180 °C durante alrededor de 2-3 horas y se enfriara a 60 °C con anterioridad a la liberacion de la presion.

Durante el proceso de polimerizacion, la bolsa de curado 22, bajo la accion del vacio aplicado a la misma y de la presion de la autoclave, compacta los largueros y el panel de revestimiento. El inserto 40 se somete a una

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expansion termica controlada y ejerce una presion contra las paredes internas de la cavidad 14 en la que esta alojado, la cual reacciona a la accion de compresion resultante de la presion externa aplicada por la autoclave y por el vacio aplicado a la bolsa de curado 22. Los largueros y la parte del panel de revestimiento en contacto con el inserto, reciben de ese modo el nivel de compactacion deseado necesario para la polimerizacion apropiada de la pieza. La forma y las dimensiones deseadas son conferidas de manera precisa a la cavidad 14.

Con la fase de polimerizacion completada, cada inserto 40 se enfria y se somete a contraccion termica transversal de una magnitud mayor que la contraccion termica aplicada por los materiales curados. Por lo tanto, cada inserto 40 puede ser facilmente retirado del panel, extrayendolo longitudinalmente desde la cavidad 14 respectiva (Figura 11). El efecto de la contraccion termica tras la fase de polimerizacion favorece la extraccion del inserto incluso en presencia de pequenos rebajes, curvaturas, rampas o variaciones de espesor del panel. El inserto puede ser reutilizado muchas veces.

Este metodo es utilizable en todas las aplicaciones en las que se proporciona el uso de paneles reforzados co- curados de material compuesto con largueros de seccion cerrada para, por ejemplo, paneles de ala rigidizados, paneles rigidizados de deriva o estabilizadores, paneles de fuselaje rigidizados, etc.

En comparacion con un metodo convencional de co-union con largueros pre-curados, este metodo reduce el flujo de produccion, el numero de ciclos de autoclave, los materiales auxiliares usados (para forrar las vejigas que componen las bolsas tubulares) con un reducido impacto medioambiental, y es mucho mas conveniente en terminos de costo.

La prueba experimental llevada a cabo por la solicitante ha demostrado que los insertos de caucho macizos no se vieron sometidos a ninguna variacion de las dimensiones ni de la rigidez despues de 16 ciclos de curado. Su durabilidad es mayor que la de las vejigas huecas presurizables convencionales. El costo por metro de los insertos extraibles es alrededor de 10 veces mas bajo si se compara con el costo de las vejigas convencionales. Otro ahorro esta asociado al costo los materiales de recubrimiento: las vejigas requieren un doble recubrimiento (tuberia de ventilacion y separador), mientras que los insertos 40 requieren a lo sumo un unico recubrimiento, por ejemplo, el mencionado anteriormente Permacel P422. Tambien se ha eliminado el chequeo convencional de la hermeticidad al vacio de las vejigas: con el fin de usar vejigas, la integridad de la hermeticidad al vacio debe ser comprobada despues de cada ciclo de curado para impedir fugas en la bolsa de curado final. Esta operacion no se requiere para los insertos de caucho macizos, con un ahorro de costes resultante y un flujo de produccion. Por ultimo, a diferencia con las vejigas, los insertos 40 no necesitan ser presurizados.

En comparacion con paneles rigidizados similares que van a ser fabricados con el metodo de co-union con largueros pre-curados, el ahorro de costes alcanzable por medio de este metodo esta relacionado con el hecho de que las etapas que siguen no son necesarias:

• preparacion de bolsas de curado para los largueros;

• costo de materiales auxiliares para la bolsa de curacion;

• ciclo de curacion para los largueros (energia y horas de mano de obra);

• desmontaje de la bolsa de vacio (horas de mano de obra);

• ajuste potencial (horas de mano de obra, energia, consumo de herramientas, uso de maquinas);

• NDI con anterioridad a la union

Segun puede apreciarse, el inserto 40 asegura la formacion de una cavidad interna que tiene la forma y las dimensiones deseadas. Otra ventaja considerable de este metodo es la posibilidad de producir largueros huecos sin los rellenos de seccion triangular que se han dispuesto tradicionalmente en los bordes de la vejiga o de la bolsa tubular. De hecho, es posible integrar las protuberancias 43 de los insertos extraibles con un angulo agudo en la zona de borde en la que se instalan normalmente los rellenos. En estructuras convencionales, estas se realizan de material compuesto y adhesivo, y se convierten en una parte integral de la estructura. De acuerdo con este metodo, el larguero de seccion cerrada puede ser realizado, por lo tanto, eliminando los rellenos convencionales separados.

Los insertos 40 se fabrican con material elastico. Con preferencia, los insertos 20 se fabrican con un caucho de silicona pre-curado.

Un ejemplo de materiales que pueden ser elegidos como adecuados para los insertos extraibles son los polisiloxanos (siloxanos polimerizados), con preferencia de la categoria denominada HTC (Vulcanization a Alta Temperatura), los cuales se vulcanizan a temperaturas elevadas no alcanzables durante los procesos de curacion de los materiales compuestos (carbo resina). Las pruebas experimentales realizadas por la solicitante han demostrado que se pueden obtener excelentes resultados con el uso de insertos fabricados con un caucho de silicona del tipo del polivinil-metil-siloxano (VMQ) perteneciente al grupo Q de siloxanos conforme a ISO 1629 (derivada de ASTM 1418-79). Mas especificamente, el elastomero usado puede tener las propiedades fisicoquimicas y mecanicas siguientes, consideradas como optimas: peso especifico 1,200 + 0,020 g/cm3, dureza 70 + 5 Shore A, carga de rotura 8 MPa como minimo, elongacion a la rotura 250% como minimo, resistencia al desgarro 15 kN/m como minimo, conjunto de compresion sch. 25% a 175 °C 40% como maximo, coeficiente de expansion termica de 5-6%. Estos valores no deben ser considerados, en ningun caso, como vinculantes o limitativos.

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Las pruebas experimentales llevadas a cabo por la solicitante con los compuestos mencionados en lo que antecede han mostrado la ausencia de contaminacion por el caucho de silicona que constituye los insertos extraibles con relacion tanto al compuesto fresco como tambien al polimerizado, incluso bajo condiciones mas severas que las de uso.

De acuerdo con una realizacion alternativa a la que se ha descrito y mostrado con anterioridad, el panel puede ser montado como sigue:

• el panel de revestimiento 11 sin curar se dispone en la placa de fondo 15;

• sobre la cara 12 del panel de revestimiento 11 que se enfrenta hacia arriba, se extiende a continuacion una serie de insertos 40, convenientemente dispuestos en forma paralela, separados entre si segun sea necesario; las superficies 42 planas de los insertos se disponen contra la cara 12 del panel de revestimiento; las superficies 41 convexas de los insertos se enfrentan hacia arriba;

• sobre cada inserto 40, se coloca un larguero 13 respectivo, aplicando la porcion concava 15 del larguero sobre la superficie 41 convexa correspondiente del inserto; las pestanas 16, 17 del inserto se aplican contra la cara 12 del panel de revestimiento.

Otra realizacion alternativa de este metodo se diferencia de la que se ha descrito con anterioridad debido a la posibilidad de usar un panel de revestimiento 11 pre-curado (en vez de un panel polimerizable). De acuerdo con esta otra realizacion (Figura 13), se colocan tiras de un adhesivo estructural 13a para altas temperaturas entre el panel 11 pre-curado y los largueros 13, en particular entre las pestanas 16, 17 y la cara 12 del panel de revestimiento 11. Aplicando temperatura y presion en la autoclave, se provoca por tanto la polimerizacion del material compuesto que constituye los largueros, la polimerizacion simultanea del adhesivo estructural y despues la co-union del panel reforzado que comprende el panel de revestimiento 11 y una pluralidad de largueros 13, y se aplica de manera rigida e integral a la cara 12 del panel de revestimiento.

De acuerdo con otra realizacion del metodo, se pueden proporcionar medios de retencion magnetica, asociados a los insertos 40 y que cooperan con el util hembra 30 con el fin de evitar el desprendimiento del conjunto de larguero/inserto desde el util hembra 30 durante la operacion de vuelco del util 30. Se desea evitar que los largueros y los insertos caigan durante el movimiento de vuelco que se lleva a cabo para colocar los largueros sobre el panel de revestimiento.

Uno o mas elementos ferromagneticos 45 (Figura 14) pueden ser incorporados en cada inserto 40, por ejemplo en forma de lamas longitudinalmente alargadas o de cuerpos discretos (por ejemplo, placas o discos) distribuidos longitudinalmente a lo largo del inserto, adaptados para que cooperen con una pluralidad de imanes 46 (Figura 15) distribuidos a lo largo del util hembra en las proximidades de las ranuras 32.

Los imanes 46, por ejemplo imanes de neodimio, pueden estar montados en soportes 47 que tengan una o mas superficies 48 concavas con un contorno acorde con el contorno transversal de una de las ranuras 32.

Los soportes 47 son fijables al util hembra 30 distanciados longitudinalmente (Figura 16).

Los elementos ferromagneticos 45 pueden estar ventajosamente situados en las proximidades de una porcion central de la superficie 41 convexa.

Con preferencia, los imanes 46 son extraibles mecanicamente de los soportes 47 por medio de elementos de sujecion liberables, por ejemplo por medio de un tornillo, controlable en este ejemplo por medio de un boton 49. Alternativamente, los imanes 46 pueden ser activados y desactivados electricamente. De hecho, tras la etapa de vuelco del util hembra 30, en la que los largueros 13 con los insertos 40 se aplican sobre el panel de revestimiento 11, es preferible que los imanes sean desactivados o retirados con el fin de liberar el conjunto de larguero/inserto.

En las Figuras 17 y 18, se ha mostrado un ejemplo de realizacion en el que una panel de revestimiento 11 curvo se fija sobre una superficie 20 curva de un molde de conformacion. En este ejemplo, el panel de revestimiento 11 y la superficie 20 del molde son concavos. El util hembra 30 materializa una matriz de elementos de conformacion 34 alargados, definiendo cada uno de ellos una ranura 32 y estando soportados por una estructura 35 de manipulacion giratoria para retener los largueros 13 y los insertos 40 y colocarlos sobre el panel de revestimiento 11.

La Figura 19 ilustra una estructura 35 de manipulacion giratoria capacitada para sujetar los utiles hembra 30, y por lo tanto los largueros 13 y los insertos 40 relacionados, de acuerdo con una superficie curva convexa, con el fin de soportar los largueros y los insertos sobre un revestimiento de panel (no representado) de forma convexa correspondiente.

Para simplificar, la bolsa de vacio de compactacion, en el caso de paneles con muchos largueros o con una curvatura pronunciada, es necesario proporcionar el desmontaje y la retirada de los elementos 35 de manipulacion giratorios a los que estan unidos los diversos utiles hembra 30.

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10

15

20

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30

35

Aunque se han descrito algunas realizaciones del metodo, se pueden realizar diversas modificaciones sin apartarse del alcance de la invencion, segun se define en las reivindicaciones anexas. Por ejemplo, el panel de revestimiento puede ser plano o bien curvo. Tambien se comprendera que el numero de largueros aplicados a la misma porcion de revestimiento, su separacion y sus dimensiones, pueden variar segun se necesite. Los largueros pueden ser tambien paralelos o estar en linea recta.

Claims

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10

15

20

25

30

35

40

45

REIVINDICACIONES

1. - Un metodo de fabricacion de paneles reforzados (10) de material compuesto, que comprenden un panel de revestimiento (11) y una pluralidad de largueros (13) longitudinalmente alargados, aplicados de manera ngida e integral a una cara (12) del panel de revestimiento (11), comprendiendo el metodo las siguientes etapas:

a1) proporcionar una pluralidad de largueros (13) de material compuesto polimerizable reforzado con fibras termoestable, teniendo cada larguero una seccion transversal con una porcion concava (15) y dos pestanas laterales (16, 17) opuestas;

a2) proporcionar un panel de revestimiento (11) de material compuesto termoestable reforzado con fibras, polimerizable o polimerizado;

a3) proporcionar una pluralidad de insertos (40) longitudinalmente alargados que tienen una seccion transversal maciza o no hueca con una superficie (41) convexa sustancialmente acorde con la porcion concava (15) del larguero (13) y una superficie (42) sustancialmente plana, en donde el material de los insertos tiene coeficientes de expansion y de contraccion termica mas altos que los coeficientes de expansion y de contraccion termica del material compuesto termoestable;

b) montar el panel (10) colocando las pestanas (16, 17) de cada larguero (13) contra una cara (12) del panel de revestimiento (11), con un inserto (40) respectivo intercalado entre la porcion concava (15) y la cara (12) del panel de revestimiento (11), de tal manera que el larguero (13) y la cara (12) del panel de revestimiento definen en conjunto una pluralidad respectiva de cavidades alargadas (14) que tienen una seccion transversal en bucle cerrado que reciben los insertos y que son acordes con los mismos;

c) cubrir el panel (10) con una bolsa (22) de vacfo de curado y aplicar vacfo a la bolsa;

d) aplicar calor y presion al panel (10) en una autoclave con el fin de curar el material compuesto polimerizable, de tal modo que cada inserto (40) se somete a expansion termica controlada y ejerce una presion contra las paredes internas de la cavidad (14) en la que ha sido recibido, cuya presion reacciona a una accion de compresion resultante de la presion externa de la autoclave y al vacfo aplicado a la bolsa (18), dando como resultado la compactacion de los largueros (13);

e) permitir que los insertos (40) se enfrfen, con lo que los insertos se someten a una contraccion termica de magnitud mayor que la contraccion termica a la que se someten por parte del panel (10) curado;

f) retirar los insertos hacia fuera de las cavidades (14); caracterizado porque:

los insertos (40) longitudinalmente alargados estan fabricados con material de caucho que tiene coeficientes de expansion y de contraccion termica mas elevados que los coeficientes de expansion y de contraccion termica del material compuesto termoestable, y porque,

en la etapa f), los insertos (4’0) longitudinalmente alargados se retiran extrayendo los insertos longitudinalmente hacia fuera de las cavidades (14).
2. - Un metodo segun la reivindicacion 1, en donde:

en la etapa a2), el panel de revestimiento (11) es de material polimerizable reforzado con fibras compuesto termoestable, y en la etapa d), la aplicacion de temperatura y presion en la autoclave provoca que el panel de revestimiento (11) y los largueros (13) se co-curen y se unan integralmente entre sf.
3. - Un metodo segun la reivindicacion 1, en donde,

en la etapa a2), el panel de revestimiento (11) es un panel pre-curado de material compuesto polimerizado reforzado con fibras termoestable;

la etapa a3) va seguida por la etapa de interposicion de un adhesivo estructural (13a) entre el panel (11) pre-curado y los largueros (13), y

en la etapa d), la aplicacion de temperatura y presion en la autoclave provoca que los largueros (13) se curen y la polimerizacion del adhesivo estructural (13a), con el fin de unir integralmente los largueros (13) al panel de revestimiento (11).
4. - Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde:

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10

15

20

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30

35

40

45

la etapa a1) comprende la preparacion de la pluralidad de largueros (13) de material compuesto polimerizable reforzado con fibras termoestable en un util hembra (30) que tiene una pluralidad de ranuras (32) alargadas, donde las porciones concavas (15) de los largueros (13) se extienden en las ranuras (32) alargadas, y las pestanas laterales (16, 17) de los largueros se extienden sobre superficies (31) del util hembra (30) adyacentes a dos lados opuestos de cada ranura (32) alargada;

la etapa b) de montaje va precedida por la etapa de extender, en la porcion concava (15) de cada larguero (13), un inserto (40) respectivo, en donde una superficie (41) convexa de cada inserto esta vuelta hacia la ranura (32), mientras que una superficie (42) sustancialmente plana de cada inserto esta aproximadamente a ras con las pestanas laterales (16, 17) del larguero;

la etapa b) de montaje incluye la etapa de volcar el util hembra (30) con los largueros (13) y los insertos (40) alojados en los largueros, y a continuacion colocar los largueros (13) por encima del panel de revestimiento (11), extendiendose las pestanas (6, 17) directamente contra la cara (12) del panel de revestimiento.
5. - Un metodo segun la reivindicacion 4, en donde el util hembra (30) y los insertos (40) estan dotados de medios (45, 46) de retencion liberable, que cooperan de una manera extraible para retener cada inserto (40) alojado en el larguero (13) respectivo durante dicha etapa de vuelco.
6. - Un metodo segun la reivindicacion 5, en donde los medios (45, 46) de retencion liberable comprenden uno o mas elementos ferromagneticos (45) distribuidos longitudinalmente a lo largo de cada inserto (40), y una pluralidad de imanes (46) distribuidos a lo largo de cada util hembra (30) en las proximidades de las ranuras (32).
7. - Un metodo segun la reivindicacion 6, en donde los imanes (46) son extraibles mecanicamente desde el util hembra (30) respectivo, o estan controlados electricamente de modo que son activados y desactivados magneticamente.
8. - Un metodo segun la reivindicacion 4, en donde la etapa a1) comprende la etapa de conformar el larguero (13) en el util hembra (30) laminando el material termoestable polimerizable reforzado con fibras, el cual se posiciona en las ranuras (32), con el fin de copiar la forma de las ranuras, y sobre las superficies (31) adyacentes a los dos lados opuestos de cada ranura (32).
9. - Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inserto alargado (40) tiene una seccion transversal constante a lo largo de su longitud.
10. - Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inserto (40) alargado se obtiene mediante extrusion o mediante fundicion en un molde.
11. - Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inserto (40) alargado esta hecho de caucho de silicona que tiene una dureza de caucho de alrededor de 70 shore.
12. - Un metodo segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el inserto (40) alargado esta fabricado con caucho de silicona del tipo del polivinil-metil-siloxano (VMQ) perteneciente al grupo Q de siloxanos, y tiene una o mas de las siguientes caracteristicas:

- peso especifico de 1,200 + 0,200 g/cm3;

- dureza de 70 + 5 Shore A;

- carga de rotura de 8 MPa (minimo);

- elongacion en la rotura del 250% (minimo);

- resistencia al desgarro 15 kN/m (minimo);

- compresion establecida sch 25% a 175 °C, 40% (maximo);

- coeficiente de expansion termica 5-6%.