ES2258039T3 - Procedimiento y dispositivo para el conformado en continuo de elementos frp con perfil en forma de h. - Google Patents
Procedimiento y dispositivo para el conformado en continuo de elementos frp con perfil en forma de h.Info
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Abstract
Procedimiento para el conformado en continuo de láminas planas preimpregnadas semiendurecidas producidas impregnando resina termoendurecible en fibras de carbono o de vidrio, cuya superficie está protegida mediante una primera película separable en forma de un material FRP en forma de H, comprendiendo el procedimiento: arrastrar y mantener dichas láminas planas de resina progresivamente a lo largo de todo el proceso, presentando dichas láminas planas una lámina superior plana y una lámina inferior plana; eliminar dicha primera película de las láminas planas de resina termoendurecible; aplicar una segunda lámina separable en la superficie superior de la lámina plana superior y en la superficie inferior de la lámina plana inferior de dichas láminas planas de resina termoendurecible; perfilar dichas láminas planas de resina termoendurecible en forma de H predeterminada; aplicar una tercera lámina separable en la superficie lateral exterior derecha e izquierda del material de FRP en forma deH; aplicar calor y presión en la superficie exterior de dicho material FRP en forma de H; aplicar calor para el endurecido posterior de dicho material FRP en forma de H; y cortar el material de FRP en forma de H.
Description
Procedimiento y dispositivo para el conformado en
continuo de elementos FRP con perfil en forma de H.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y a un dispositivo para el conformado de elementos FRP
(plástico reforzado con fibras) con perfil en forma de H, a partir
de láminas planas de material preimpregnado elaborado impregnando
una resina termoendurecible a fibra de carbono o fibra de vidrio y
similares, según se da a conocer en las reivindicaciones 1 y 2.
Se conoce una técnica para utilizar un material
preimpregnado elaborado impregnando resina termoendurecible del
tipo epoxi o fenólica a fibras largas ya sea de carbono o de vidrio
para formar un producto que presenta el perfil deseado en sección
transversal mediante el conformado y el calentamiento del material.
Teniendo en cuenta que la fibra de carbono y la fibra de vidrio
ofrecen una alta resistencia, especialmente resistencia a la
tensión, por unidad de peso, un material compuesto elaborado a
partir del laminado de material de fibra con las fibras orientadas
en direcciones vertical, horizontal y diagonal, podrá emplearse para
la fabricación de artículos que presentan un peso ligero y
relativamente resistencia y elasticidad elevadas. Por esta razón,
el material se emplea profusamente para el conformado de artículos
destinados a la aeronáutica y a otras aplicaciones industriales.
El material empleado para el conformado de los
perfiles deseados puede elaborarse disponiendo las fibras de
carbono o de vidrio impregnadas con la resina termoendurecible
orientadas paralelamente para formar una capa, empleando un tejido
elaborado con estas fibras para formar asimismo una capa o bien por
laminado de una pluralidad de dichas capas, disponiendo además unos
hilos de estas fibras entre capas si fuese necesario para conseguir
el elemento conformado. El procedimiento y el dispositivo de
conformado para este material comprende la alimentación múltiple de
materiales preimpregnados en forma de tiras procedentes de bobinas,
el calentamiento y la presión del material mediante moldes
superiores e inferiores de un dispositivo de prensado en caliente
para configurar una forma en sección transversal predeterminada, y
el endurecimiento del producto conformado en un horno de
endurecimiento y acabado del producto. Durante las etapas de
conformado mencionadas anteriormente, el producto es continuamente
sometido a tracción (arrastrado) por un dispositivo de arrastre
montado en el lado corriente abajo en el dispositivo de conformado
de modo que el producto sea transportado al dispositivo de
conformado.
Sin embargo, el problema del procedimiento y
dispositivo convencional de conformado mencionado anteriormente, es
la considerable resistencia a la fricción que se genera al tirar del
producto conformado el dispositivo de arrastre, ocasionando tal
fuerza de abrasión que alcanza a cortar o a rizar las fibras. Por
otra parte, dado que la fuerza de estiramiento del dispositivo de
arrastre es fuerte, resulta difícil, dadas las condiciones del
procedimiento y las características del dispositivo convencional,
obtener un producto fino. Por esta razón, para solucionar dicho
problema, los actuales solicitantes han propuesto en la solicitud de
patente japonesa abierta al público nº 2-102.029,
un dispositivo para transmitir intermitentemente material
preimpregnado en forma de tiras mientras se curva el material
mediante un molde para conferirle un perfil de sección transversal
en forma de canal, y posteriormente comprimir en caliente el
material para obtener un producto con la forma deseada. Para evitar
que la resina se adhiera a la superficie de la matriz de prensado,
el material laminado preimpregnado se mantiene durante el
procedimiento de prensado en caliente entre una lámina inferior y
otra superior separables. El dispositivo permite conformar de forma
continua los elementos estructurales que presentan una trayectoria
lineal con sección transversal en forma de L o U. Un dispositivo de
conformado de este tipo también se ha dado a conocer en la memoria
de patente US nº 4.151.031.
La patente US nº 5.043.128 da a conocer un
procedimiento para el conformado de material compuesto de plástico
mediante el calentamiento y el conformado a presión de una lámina de
material plegado elaborado por impregnación de una resina
termoendurecible sobre láminas a partir de fibras de material
plástico dispuestas paralelamente o bien sobre láminas de tejido a
la plana o fibra de plástico. El material laminar se moldea dentro
del molde de un aparato de calentamiento y conformado a presión
durante un periodo de tiempo predeterminado tras el cual la presión
se liberará y el material laminar se alimentará escalonadamente a
una distancia determinada. Los productos así obtenidos pueden ser
cuadrangulares, circulares o presentar una sección transversal en
forma de H.
La patente US nº 2.779.388 da a conocer un
aparato y un procedimiento para conformar artículos alargados
elaborados a partir de fibras de vidrio impregnado con resina de
poliester.
La presente invención da a conocer un dispositivo
para conformar de forma eficaz unos elementos perfilados en forma
de H elaborados a partir de FRP de altas prestaciones, que pueden
emplearse como travesaños bajo el pavimento o como refuerzo de
alas principales o secundarias de una aeronave.
El dispositivo para el conformado en continuo de
un elemento elaborado con FRP con perfil en forma de H según la
presente invención, comprende un dispositivo que permite montar una
pluralidad de bobinas que contienen un material preimpregnado en
forma de tiras realizadas por impregnación de fibras de carbono,
fibras de vidrio o similares con una resina termoendurecible, que
se ha devanado en dichas bobinas, un dispositivo para proporcionar
la tensión necesaria al extraer el material preimpregnado desde la
bobina, un dispositivo para perfilar el elemento preimpregnado
confiriéndole la forma de H predeterminada, un dispositivo para
alimentar las láminas separables desde los cuatro lados (superior,
inferior, izquierdo y derecho), un dispositivo de compresión para
proporcionar presión y calor al elemento preimpregnado por sus
cuatro lados, un horno calefactor para el endurecido posterior del
elemento preimpregnado, un dispositivo para arrastrar y transportar
el elemento preimpregnado, y un dispositivo para el corte y
endurecido del producto en longitudes predeterminadas.
Por otra parte, el dispositivo para el perfilado
de los elementos preimpregnados en forma de tiras provenientes de
las bobinas para formar un predeterminado perfil en forma de H
comprende un dispositivo para practicar dos pliegues en las dos
láminas de material preimpregnado en dirección longitudinal, un
dispositivo para el curvado de la lámina por los pliegues para
configurar una sección transversal en forma trapezoidal abierta, y
un dispositivo para formar una sección transversal en forma de U que
posteriormente, superponiendo dos de estos elementos preimpregnados
en forma de U, proporcionarán el perfil en forma de H.
Por otra parte, el dispositivo de arrastre está
interconectado con los moldes superiores derecho e izquierdo en el
dispositivo de prensado de modo que el elemento preimpregnado es
calentado y comprimido durante un tiempo determinado antes de ser
arrastrado a una predeterminada distancia, estando el dispositivo de
prensa equipado con unos medios para controlar las secuencias de
apertura y cierre de los moldes superior izquierdo y derecho.
La Fig. 1 es una vista en perspectiva que muestra
el exterior de un elemento en forma de H;
la Fig. 2 es una vista en sección de un elemento
en forma de H;
la Fig. 3 es una vista en detalle que muestra el
perfil del dispositivo de conformado en continuo correspondiente al
elemento en forma de H;
la Fig. 4 es una vista en perspectiva que
muestra el dispositivo para la alimentación del material en el
dispositivo de conformado en continuo correspondiente al elemento en
forma de H;
la Fig. 5 es una vista en detalle que muestra la
fase de conformado del material correspondiente al perfil en forma
de H;
la Fig. 6 es una vista en detalle del dispositivo
para la realización de pliegues;
la Fig. 7 es una vista en detalle que muestra el
dispositivo de conformado para el perfil en forma trapezoidal
abierta;
la Fig. 8 es una vista en detalle que muestra el
dispositivo de conformado en forma de U:
la Fig. 9 es una vista en detalle que muestra la
estructura del molde del dispositivo para el prensado en
caliente;
la Fig. 10 es una vista en detalle que muestra el
dispositivo de arrastre y el dispositivo de corte correspondiente
al material laminar; y
la Fig. 11 es un diagrama que muestra la
secuencia de funcionamiento del dispositivo al que nos
referimos.
La Fig. 1 es una vista en perspectiva que muestra
el aspecto del elemento perfilado en forma de H conformado según la
presente invención, y la Fig. 2 es una vista en sección del
mismo.
El elemento en forma de H mostrado como un
conjunto con el número de referencia 1, se compone de dos paredes
laterales 10, 10 y una nervadura 20 que conecta la zona central de
dichas paredes, realizado a partir de material preimpregnado,
conformado térmicamente, esto es, elaborado por impregnación de un
FRP (Plástico reforzado con fibras: material plástico reforzado con
fibras de carbono, o de vidrio o similares), con una resina
termoendurecible.
El elemento 1 en forma de H se realiza laminando
una pluralidad de elementos preimpregnados P1, P2 y un elemento
superficial. El elemento P1 preimpregnado se realiza, por ejemplo,
por laminado alternativo de láminas preimpregnadas, estando la
orientación de las fibras de cada lámina dispuesta en un ángulo de
45 grados con respecto a la dirección longitudinal del elemento. El
elemento P2 preimpregnado se realiza por laminado de materiales
preimpregnados presentando fibras dispuestas en una sola dirección.
Al permitir seleccionar la orientación apropiada de la fibra, el
elemento en forma de H puede realizarse de tal modo que proporcione
la resistencia específica exigida para las distintas aplicaciones.
Durante el procedimiento de conformado, sobre la cara superior, la
inferior y en ambas caras laterales del elemento se aplica una
lámina separable 260.
La Fig. 3 muestra un perfil del dispositivo para
el conformado en continuo según la presente invención.
El dispositivo de conformado se muestra como un
conjunto con el número de referencia 100, provisto de un dispositivo
de conformado 200 para el suministro del material laminado, un
dispositivo de conformado 300 para doblar las láminas para
proporcionar un perfil en forma de H, un dispositivo para prensado
en caliente 400, y un dispositivo para endurecido posterior 500 que
comprende un horno calefactor, un dispositivo 600 grapador
(soporte) para sujeción de la lámina, y un dispositivo 700 para el
arrastre de la misma.
Una cuchilla apropiada no representada se dispone
corriente abajo del dispositivo para arrastre de la lámina 700 para
efectuar el corte del producto a la longitud deseada.
La Fig. 4 corresponde a una vista en perspectiva
que muestra en detalle el dispositivo 200 para el suministro del
material.
El dispositivo 200 para el suministro del
material está compuesto por un eje 220 montado sobre un soporte
210, y una bobina 230 giratoria montada en el mismo. Una lámina 250
previamente impregnada y provista de una lámina separable 240
laminada junto con la anterior se ha enrollado sobre dicha bobina
230. Dado que la lámina preimpregnada 250 es pegajosa, se bobina
junto con una lámina separable 240, para que la lámina separable
240 pueda ser retirada de la superficie de la lámina preimpregnada
250 en el momento en que la lámina haya sido conducida al
dispositivo de conformado.
La lámina separable 240 se retira y se bobina en
un dispositivo encarretador apropiado 245.
Según la presente invención, se muestran seis
bobinas 230, aunque el número de bobinas podría ser elegido según
las características del elemento con perfil en H a realizar. Por
otra parte conviene señalar que las láminas separables se aplican
tanto en las caras superiores como en las inferiores del material
laminar.
La Fig. 5 muestra los dispositivos para conformar
los elementos laminares 250 preimpregnados con un perfil en H, y
para transferir el elemento perfilado a los dispositivos de prensado
con calor y al de endurecido posterior.
El dispositivo 300 para el curvado de los
elementos laminares 250 para conferirles la forma de H está provisto
de un dispositivo 310 para efectuar los pliegues en los elementos
laminares 250, un calefactor por infrarrojos 320, un dispositivo
330 para el curvado de los segmentos laminares para conferirles el
perfil trapezoidal abierto, un dispositivo 340 para el curvado de
los elementos laminares 250 para conferir el perfil en forma de U,
y un dispositivo 360 para el laminado de las láminas separables 260
contra las paredes laterales de los materiales laminados 250
perfilados en forma de H.
El material laminar impregnado realizado es
caldeado y conformado a presión en un dispositivo de prensado en
caliente 400, antes de ser transportado a un dispositivo 500 para su
endurecido posterior.
La Fig. 6 muestra un dispositivo 310 para
efectuar los pliegues, para lo cual se disponen dos tornillos 312 y
314 dispuestos enfrentados en un bastidor 311 formando un grupo,
montándose dos unidades sobre el bastidor, disponiéndolas una
encima de la otra.
El primer rodillo 312 presenta unas zonas 313 en
resalte en forma de cuentas de ábaco, mientras que el segundo
rodillo 314 dispone de unas zonas 315 ranuradas para recibir las
zonas en resalte 313.
Cuando los elementos laminares 250 pasan entre
los rodillos 312 y 314, reciben los pliegues 250a.
Los elementos laminares 250 provistos de los
pliegues 250a son conducidos al dispositivo de conformado 330 para
recibir la forma trapezoidal abierta.
Desde esta posición, los elementos laminares 250
son conducidos a través de un calefactor con infrarrojos 320, que
proporciona la flexibilidad adecuada a estos elementos laminares. El
dispositivo calefactor por infrarrojos 320 está equipado con grupos
calefactores 322 dispuestos por encima y por debajo de los elementos
laminares 250.
El dispositivo de conformado 330 para
proporcionar la forma trapezoidal abierta, representado en la Fig.
7, se compone de un bastidor 331 que mantiene los rodillos 334,
para lo que dispone de unos ejes giratorios horizontales y los
rodillos 332 que presentan unos ejes giratorios inclinados, para
curvar los elementos laminares 250 al pasar a través de ellos, para
conformar el perfil en forma trapezoidal abierta con los pliegues
250a dispuestos en el interior.
Los dos materiales laminares 250 curvados para
configurar un perfil trapezoidal abierto son conducidos a
continuación a un dispositivo de conformado 340 para adquirir el
perfil en forma de U representado en la Fig. 8. El dispositivo de
conformado 340 del perfil en U está compuesto por unas cintas 343
giratorias que se soportan en unos ejes 342 montados
perpendicularmente sobre un bastidor 341, y unos rodillos 344
giratorios soportados sobre ejes horizontales.
Cuando los elementos laminares 250 conformados en
forma trapezoidal abierta son transportados al dispositivo 340 se
desplazan entre cintas y rodillos, en donde cada elemento es curvado
adquiriendo la forma en U, y las dos láminas 250 en forma de U son
fijadas en dirección opuesta entre sí formando un perfil en H.
A continuación se laminan las láminas separables
260 sobre ambas caras laterales de los elementos en forma de H en
la posición 360 antes de ser transportadas al dispositivo para
prensado en caliente 400.
La Fig. 9 es una vista en detalle que muestra la
estructura del molde correspondiente al dispositivo para prensado
en caliente 400.
El dispositivo 400 para prensado en caliente está
provisto de un molde inferior 410 y de un impulsor 422 para
accionar un molde superior 420 opuesto al molde inferior 410. Sobre
ambas áreas laterales de los moldes superior e inferior se disponen
los moldes laterales 430 que son accionados por unos impulsores
432.
El dispositivo 500 para el endurecido posterior
es un horno calefactor para el calentamiento de los elementos
laminares preimpregnados y sometidos a prensado en forma de H, a una
temperatura y durante un tiempo previamente predeterminados, a fin
de acelerar el termoendurecido de la resina.
La Fig. 10 es una vista en detalle que muestra la
grapa para material laminar montada cerca de la salida y después
del dispositivo de endurecido 500, un dispositivo de arrastre y un
dispositivo de corte.
El elemento 270 en forma de H, en otras palabras,
el producto que ha completado el procedimiento de endurecido tras
pasar por el dispositivo 500 para endurecido posterior, pasa a
través del dispositivo de agarre del producto 600 para la sujeción
del producto y por el dispositivo de arrastre 700.
El dispositivo 600 utilizado para afianzar el
producto, está provisto de unas grapas 610 para agarrar el producto
270 mediante un impulsor 620, y mientras no actúa el dispositivo de
arrastre 700, las grapas retienen permanentemente el producto 270.
En cuanto la zona próxima a la alimentación de la bobina es
alimentada con el material laminar preimpregnado 250 con una fuerza
de impulso que tira constantemente de la lámina 250 preimpregnada
hacia atrás en dirección a la bobina de modo que la tensión se
ejerza constantemente hacia el material laminado 250 durante el
proceso de conformado, las grapas evitan que el producto sea
estirado atrás hacia la bobina por efecto de la tensión.
El dispositivo de arrastre 700 está dotado de una
grapa 710 que agarra el producto 270 mediante la actuación del
impulsor 720, y el dispositivo 700 es soportado por una guía lineal
730, que permite su desplazamiento.
El cilindro 740 impulsa el émbolo 750 del
pistón, y el émbolo 750 del pistón impulsa al dispositivo de
alimentación en dirección a la flecha A, a través del grupo de
conexión 760. Al entrar en funcionamiento el dispositivo de
arrastre 700, el producto 270 es arrastrado y transportado
intermitentemente.
El dispositivo de corte 800 comprende una
cuchilla giratoria 840 que es accionada mediante un motor a través
de un dispositivo de transmisión 820, y del empujador 830; la
cuchilla giratoria 840 al descender, separa por corte el producto
270.
Cuando el producto 270 configurado en forma de
tiras alcanza una determinada longitud, el dispositivo de corte 800
se acciona y el producto 270 es cortado en el tamaño deseado.
Por ejemplo, al detectar la posición del extremo
anterior del producto 270 empleando un interruptor de aproximación
y lo mismo para accionar el dispositivo de corte, de modo que la
separación de los productos 270 pueda efectuarse
automáticamente.
La Fig. 11 corresponde a un dibujo que muestra la
secuencia de funcionamiento del dispositivo 400 de prensado en
caliente, el dispositivo de sujeción 600 y el dispositivo de
alimentación (arrastre) 700.
El molde superior de la prensa se cierra antes de
que los moldes laterales derecho e izquierdo de la prensa, y el
producto se mantiene en esta posición durante un tiempo
predeterminado, para que se complete así el proceso de prensado en
caliente.
Durante este tiempo, el dispositivo 610 para la
sujeción del producto se cierra, manteniendo asido el producto.
Después de mantener el producto cerrando el
dispositivo de arrastre el dispositivo de agarre 710, el cilindro
740 es impulsado para que accione el dispositivo de grapas 710 de
modo que el producto 270 sea transportado.
Por otra parte, el dispositivo de arrastre y el
dispositivo de agarre descritos en la forma de realización
preferida mencionada anteriormente, son simplemente un ejemplo del
dispositivo que puede ser empleado en la presente invención, de
modo que cualquier otro sistema apropiado para arrastrar y agarrar
el producto, del tipo que emplean rodillos o mecanismos oruga
pueden asimismo ser utilizados.
Según lo expuesto, la presente invención permite
fabricar elementos en forma de H elaborados a partir de FRP de una
forma continua y automática.
Claims (4)
1. Procedimiento para el conformado en
continuo de láminas planas preimpregnadas semiendurecidas producidas
impregnando resina termoendurecible en fibras de carbono o de
vidrio, cuya superficie está protegida mediante una primera
película separable en forma de un material FRP en forma de H,
comprendiendo el procedimiento:
arrastrar y mantener dichas láminas planas de
resina progresivamente a lo largo de todo el proceso, presentando
dichas láminas planas una lámina superior plana y una lámina
inferior plana;
eliminar dicha primera película de las láminas
planas de resina termoendurecible;
aplicar una segunda lámina separable en la
superficie superior de la lámina plana superior y en la superficie
inferior de la lámina plana inferior de dichas láminas planas de
resina termoendurecible;
perfilar dichas láminas planas de resina
termoendurecible en forma de H predeterminada;
aplicar una tercera lámina separable en la
superficie lateral exterior derecha e izquierda del material de FRP
en forma de H;
aplicar calor y presión en la superficie exterior
de dicho material FRP en forma de H;
aplicar calor para el endurecido posterior de
dicho material FRP en forma de H; y
cortar el material de FRP en forma de H.
2. Aparato para el conformado en continuo de
láminas preimpregnadas semi-endurecidas (250)
producidas impregnando una resina termoendurecible sobre fibras de
carbono o de vidrio cuya superficie está protegida mediante una
primera lámina separable (240), en un material FRP en forma de H,
comprendiendo dicho aparato:
un dispositivo (600, 700) para arrastrar y
mantener dichas láminas planas de resina termoendurecible
progresivamente a lo largo de todo el proceso, comprendiendo dichas
láminas planas una lámina plana superior y una lámina plana
inferior;
un dispositivo (245) para eliminar dicha primera
lámina separable de las láminas planas de resina
termoendurecible;
termoendurecible;
un dispositivo para aplicar una segunda lámina
separable (260) sobre la superficie superior de la lámina plana
superior y sobre la superficie inferior de la lámina plana inferior
de dichas láminas planas de resina termoendurecible;
un dispositivo (310, 330, 340) para el conformado
de dichas láminas planas de resina termoendurecible en forma de H
predeterminada;
un dispositivo (360) para aplicar una tercera
lámina separable (260) sobre la superficie lateral exterior derecha
e izquierda del material FRP en forma de H;
un dispositivo (400) para aplicar calor y presión
sobre la superficie exterior de dicho material FRP en forma de
H;
un dispositivo (500) para aplicar calor para el
endurecido posterior de dicho material FRP en forma de H; y
un dispositivo (800) para el corte del material
FRP en forma de H.
3. Aparato según la reivindicación 2, en el
que dicho dispositivo para el conformado de láminas planas de
resina termoendurecible en forma de H predeterminada comprende:
un dispositivo (310) para practicar unos pliegues
(250a) a dos láminas planas (250) de resina termoendurecible;
un dispositivo (330) para el curvado de dichas
láminas planas (250) de resina termoendurecible por el punto
correspondiente a dichos pliegues (250a) para conformar una sección
transversal en forma trapezoidal abierta;
un dispositivo (340) para fijar las secciones
transversales en forma de U de modo que formen entre sí una sección
transversal en forma de H.
4. Aparato según la reivindicación 2, en el
que dichos medios (700, 600) para el arrastre y mantenimiento están
programados para arrastrar y mantener dichas láminas planas de
resina termoendurecible en periodos intermitentes de tiempo
necesarios para permitir que dichos medios suministren el calor y la
presión para aplicar el calor y la presión necesarios para conformar
el material de FRP en forma de H.
Applications Claiming Priority (2)
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|---|---|---|---|
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Families Citing this family (30)
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