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ES2928364T3 - Sello de plástico de espuma que se puede someter a presión negativa - Google Patents

Sello de plástico de espuma que se puede someter a presión negativa Download PDF

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ES2928364T3 ES19160811T ES19160811T ES2928364T3 ES 2928364 T3 ES2928364 T3 ES 2928364T3 ES 19160811 T ES19160811 T ES 19160811T ES 19160811 T ES19160811 T ES 19160811T ES 2928364 T3 ES2928364 T3 ES 2928364T3
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Premium Aerotec GmbH
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Abstract

La invención se refiere a un método para crear una estructura de vacío para procesar un producto semiacabado compuesto de fibra (10) en un componente compuesto de fibra endurecido, que comprende los pasos: colocar el producto semiacabado compuesto de fibra (10) en una superficie de molde de una herramienta (16) de modo que una superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibras (10) mirando hacia afuera de la superficie del molde, cubriendo la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibras (10) aplicando un película hermética (18) y sellado de la película (18) con respecto a la superficie del molde de la herramienta (16). De acuerdo con la invención, la lámina (18) se aplica por medio de un sello (20) hecho de un material flexible y que tiene una superficie de estampado (22) sobre la cual se sujeta la lámina (18). Esto permite ventajosamente aplicar la película (18) con menos pliegues y con una mejor reproducibilidad. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Sello de plástico de espuma que se puede someter a presión negativa
La presente invención se refiere al campo de la tecnología de materiales compuestos de fibra y aquí en particular a la creación de una estructura de vacío.
Un procedimiento para la creación de una estructura de vacío, así como una estructura de vacío creada con ella son conocidos, por ejemplo, por el documento DE 101 56 123 B4. La conocida estructura de vacío se utiliza para la elaboración de un producto semiacabado compuesto de fibra formado por varios componentes en un elemento compuesto de fibra endurecido. Una vez que el producto semiacabado compuesto de fibra se ha posicionado sobre el área de moldeo de una herramienta, la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra opuesta al área de moldeo de la herramienta se cubre mediante una disposición de varias membranas y una lámina hermética. T ras cierre hermético de la lámina contra el área de moldeo de la herramienta, se puede ventilar (evacuar) un espacio cubierto por la lámina y que contiene el producto compuesto de fibra semiacabado para llevar a cabo el endurecimiento por inclusión del producto compuesto de fibra semiacabado, en el que los componentes individuales del producto semiacabado compuesto de fibra se endurecen y al mismo tiempo se unen firmemente entre sí (el llamado ''cocurado'').
Tales estructuras de vacío se conocen en el campo de la tecnología de compuestos de fibra en muchos otros diseños.
Muy generalmente, por ejemplo se puede realizar, o bien simplificar una infiltración del producto semiacabado compuesto de fibra o componentes individuales del mismo con un material de matriz líquido o viscoso (por ejemplo, un sistema de resina epoxi) si el producto semiacabado compuesto de fibra, o bien los componentes individuales de una composición de producto semiacabado compuesto de fibra -La composición del producto terminado se emplean "secos" (es decir, aún no se ha infiltrado con material de matriz).
Independientemente de esto, la estructura de vacío representa una forma sencilla de poner el producto semiacabado compuesto de fibra bajo presión antes y/o durante el endurecimiento (principalmente ocasionado térmicamente), por ejemplo, para "compactar" el producto semiacabado compuesto de fibra, o bien en el caso de un producto semiacabado compuesto de fibra de varias partes, también para prensar firmemente sus componentes individuales (y para realizar la denominada "co-adherencia"). Para aumentar aún más el efecto del vacío (presión negativa) para generar presión, el lado exterior de la película hermética o toda la estructura de vacío a menudo se somete a una sobrepresión externa, por ejemplo colocando la estructura de vacío (por ejemplo, antes del inicio del endurecimiento) en una cámara de presión (autoclave). La presión interna de una cámara de presión de este tipo se puede configurar durante el endurecimiento, por ejemplo a valores en el intervalo de aproximadamente 5 a 10 bar.
En los procedimiento conocidos para crear una estructura de vacío, la lámina se coloca manualmente, lo que representa una cierta cantidad de esfuerzo, especialmente si la estructura de vacío se usa para la producción de un elemento compuesto de fibra particularmente grande.
Dado que la película tiene que colocarse directa o indirectamente (por ejemplo a través de una disposición de membranas, etc.) sobre una superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra, también existe la desventaja de una baja reproducibilidad de este paso del procedimiento, que puede representar un problema en particular en la fabricación en serie de elementos compuestos de fibra.
La lámina a menudo tampoco se aplica sin arrugas, lo que conduce a una aplicación de presión desigual en el proceso de endurecimiento posterior. Esta última problemática es particularmente grave cuando la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra tiene una forma que no se puede desenrollar. En este caso, las arrugas en la lámina colocada según procedimientos conocidos son inevitables.
Es una tarea de la presente invención mejorar la creación de una estructura de vacío del tipo mencionado al principio con respecto a la reproducibilidad de la aplicación de la lámina y posibilitar una aplicación lo más exenta de arrugas posible, en particular incluso con una configuración no desenrollable de la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra.
En el caso de la invención, esta tarea se soluciona pudiéndose realizar la aplicación de la lámina por medio de un sello hecho de un material flexible con un área de sello sobre la que se sujeta la lámina.
El término "sello" pretende designar un medio auxiliar que sujeta la lámina (sobre un "área de sello"), que se lleva a la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra para la aplicación de la lámina y seguidamente (sin la lámina) se retira de esta superficie de nuevo.
La transferencia de la lámina del sello a la estructura de vacío se puede efectuar, por ejemplo, automáticamente sujetándose y moviéndose el sello por un robot o similar a este respecto.
El sello está hecho de un material plástico diseñado como plástico celular como material flexible, por ejemplo de PU. Según otro aspecto divulgado en este documento, el sello podría estar hecho, por ejemplo, de un material compuesto de fibra flexible (por ejemplo estera de fibra relativamente delgada en una capa significativamente más gruesa frente a esta, de un material de matriz permanentemente elástico). Tanto el sello como tal, o alternativamente al menos una sección que representa su área de sello, puede estar constituido por un material mecánicamente flexible de este tipo. Aparte del tratamiento suave de la lámina resultante de ello, así como del producto semiacabado compuesto de fibra (y/o cualquier disposición de membrana situada por encima), la flexibilidad del sello tiene otra gran ventaja en el caso de una superficie cóncava o convexa, curvada uniaxial o biaxialmente no plana del producto semiacabado compuesto de fibra. En este caso, la flexibilidad del sello permite que el área de sello se pueda aproximar ortogonalmente a esta superficie y alejar de nuevo de esta superficie localmente en cualquier punto de la superficie cóncava o convexa del producto semiacabado compuesto de fibra. Para ello, dependiendo de la geometría de la superficie, puede ser necesario una aproximación no simultánea (y correspondientemente un retroceso) de las zonas individuales del área de sello respecto al producto semiacabado compuesto de fibra (o bien lejos del producto semiacabado compuesto de fibra). Para decirlo en términos algo simplificados, la flexibilidad del material del sello permite ventajosamente que el sello o al menos partes del mismo "se desenrollen" sobre la superficie en cuestión.
Una forma de aplicación de la invención correspondientemente interesante prevé que se elabore un producto semiacabado de material compuesto de fibra cuya superficie no plana esté curvada en su totalidad, pero en particular presente depresiones y/o elevaciones locales. En este caso en particular, la flexibilidad del sello demuestra ser una gran ventaja en la práctica.
En una configuración preferida, el sello se puede someter a un cambio significativo en el diámetro sin sufrir daños irreversibles. Por ejemplo, una "forma rugosa" del área de sello en el estado relajado del sello puede tener una curvatura "cilíndrica" uniaxial, pudiendo cambiar esta curvatura significativamente (cuando se usa el sello según la invención) sin que el sello se dañe irreversiblemente. En particular, se debe dar un cambio apreciable en la curvatura, por ejemplo, si un cierto diámetro (en el estado de sello relajado) se puede cambiar al menos en un factor de 1,1, o incluso al menos en un factor de 2 (es decir, se puede al menos duplicar y/o al menos reducir a la mitad durante el uso).
En particular, la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra puede tener una forma que no se puede desenrollar. En este caso en particular, el sello se puede diseñar de tal manera que, debido al uso del material de sello flexible, también se puede doblar biaxialmente hasta tal punto que la "forma rugosa" del área de sello sea deformable en el uso del sello, de modo que se posibilita una aplicación y un desmoldeo del sello sin problemas en la forma no desenrollable del producto semiacabado compuesto de fibra. Por lo tanto, la invención también es adecuada en el caso de superficies del producto semiacabado compuesto de fibra de forma tridimensional complicada. Esta superficie, por ejemplo, puede estar sustancialmente curvada en forma esférica, para lo cual se ofrece una "forma rugosa" correspondientemente curvada en forma esférica del área de sello.
El producto semiacabado compuesto de fibra puede ser de una sola pieza o de varias piezas, es decir, estar compuesto por varios componentes. La invención es de particular interés para la aplicación con productos semiacabados compuestos de fibra de varias piezas porque esta multiplicidad de piezas conduce a menudo a una forma más complicada de la superficie a cubrir por la lámina, lo que hace que estas superficies sean extremadamente problemáticas para la conocida colocación manual de la lámina mencionada.
En el caso de un producto semiacabado compuesto de fibra de varias piezas, la estructura de vacío creada según la invención se usa preferiblemente para crear una conexión íntima y firme de los componentes individuales durante un subsiguiente endurecimiento (por ejemplo endurecimiento térmico). En principio, cada componente del producto semiacabado compuesto de fibra se puede utilizar seco o ya intercalado con material de matriz (como el llamado "producto preimpregnado") en la creación de la estructura de vacío. Si están presentes uno o más componentes secos, entonces antes del inicio del proceso de endurecimiento puede tener lugar una infiltración con material de matriz de acuerdo con métodos en sí conocidos. Tales métodos son suficientemente conocidos por el estado de la técnica y, por lo tanto, no requieren aquí ninguna explicación adicional. Únicamente de manera ejemplar remítase al ya mencionado documento DE 101 56 123 B4, en el que se describe una infiltración de este tipo de un componente del producto semiacabado compuesto de fibra encerrado en la estructura de vacío.
El documento DE 2629160 A1 se refiere a una placa de succión constituida por un bloque hermético con propiedades elásticas, que presenta una o varias cavidades abiertas a la superficie de apoyo, mientras que en su lado posterior se ha colocado una chapa de acero u otro elemento plano con efecto fijador, que también puede presentar una curvatura. La placa de succión presenta un gran número de ventosas en una disposición regular o irregular, que están conectadas entre sí y a una conexión central de vacío y aire comprimido por medio de un sistema de canales.
Según una forma de realización de la invención se elabora un producto semiacabado compuesto de fibra, que se compone de al menos un componente en forma de carcasa y al menos un componente de perfil de refuerzo.
El componente en forma de carcasa puede estar previsto, en particular, para la formación de una carcasa de fuselaje de un vehículo, en particular de un avión, y puede presentar, por ejemplo, una curvatura uniaxial o biaxial. En particular para este caso de aplicación, los componentes del perfil de refuerzo pueden estar previstos para la formación de perfiles de refuerzo longitudinales ("largueros") o perfiles de refuerzo transversales (abrazaderas). La invención es particularmente adecuada para la producción de componentes estructurales de CFRP en la construcción de aviones.
En una forma de realización de la invención particularmente preferida, el área de sello del sello utilizado para la transferencia de la lámina se configura en ajuste a la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra.
El término "en ajuste a la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra" debe incluir, por supuesto, en particular el caso en el que el área de sello representa un "negativo" más o menos exacto de la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra. Muy generalmente, sin embargo, el ajuste del área de sello ya debería darse cuando el área de sello, desviándose de una forma completamente plana, posee una forma sensiblemente similar a la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra. Además, dicho ajuste también debe darse si el área de sello en su conjunto (es decir, en términos de su "forma rugosa") es cóncava o convexa y, por lo tanto, sigue en suma una "forma rugosa" convexa, o bien cóncava de la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra (independientemente de que, observada localmente, el área de sello siga o no depresiones y/o elevaciones de la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra presentes eventualmente).
El término "superficie del producto semiacabado compuesto de fibra" se refiere en un sentido más amplio a aquella superficie sobre la que la lámina entra en contacto en la creación de la estructura de vacío. A este respecto, debe tenerse en cuenta que, dependiendo de la estructura concreta, la lámina se aplica directa o indirectamente (por ejemplo, a través de la disposición ya mencionada de membranas, capas de vellón de infiltración, etc.) sobre el producto semiacabado compuesto de fibra.
En una forma de realización particularmente preferida del ajuste del área de sello a la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra, el área de sello sigue esencialmente la "forma rugosa" (por ejemplo, concavidad o convexidad) de la superficie en cuestión, así como esencialmente las depresiones y elevaciones locales de esta superficie presentes eventualmente a diferencia de la concavidad, o bien convexidad "ideal".
No hace falta decir que la calidad y la reproducibilidad de la aplicación de la lámina se pueden mejorar aún más con un área de sello ajustada de esta manera. Para conseguir esta ventaja es significativo sobre todo el ajuste del área de sello a "escala local". Las depresiones y/o elevaciones locales (generalmente: una corrugación) de la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra se pueden manejar fácilmente en la aplicación de la lámina mediante la aproximación del área de sello a esta superficie (y, por ejemplo, se puede reducir un drapeado de la lámina). Por el contrario, el ajuste del área de sello con respecto a la forma rugosa de esta superficie, es decir, por ejemplo una configuración curvada en suma suele ser menos decisivo, ya que, debido a la flexibilidad del material del sello, este sello puede adoptar esta forma rugosa en cierta medida durante la aproximación al producto semiacabado compuesto de fibra, por ejemplo no aproximándose el sello a todos los puntos al mismo tiempo, sino aproximándose las diversas zonas del área de sello sucesivamente al producto semiacabado compuesto de fibra. Por ejemplo, para ello es muy ventajosa la configuración del sello mencionada anteriormente, en la que el área de sello posee una cierta curvatura en el estado relajado del sello, que, sin embargo, es variable significativamente debido a la flexibilidad del sello. Cuando se utiliza un sello de este tipo, se puede prever en particular que el diámetro del sello se pueda reducir (en el caso de una superficie cóncava del producto semiacabado compuesto de fibra en cuestión), o bien aumentar (en el caso de una superficie convexa del producto semiacabado compuesto de fibra) antes y después de la transferencia de la lámina, en particular también con una superficie corrugada del producto semiacabado compuesto de fibra para simplificar la aproximación y también el subsiguiente desmoldeo del sello, o bien para posibilitar la misma a través de este cambio de curvatura (prevención de colisiones entre el sello y el producto semiacabado compuesto de fibra, lo que podría provocar daños en el sello y/o el producto semiacabado compuesto de fibra).
Por ejemplo, en una forma de realización está previsto que, para la aplicación de la lámina por medio del sello, este se aproxime primero con una zona central del área de sello, y seguidamente las zonas exteriores del área de sello se aproximen sucesivamente mediante un "desenrollado" de estas zonas a la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra. Tras la colocación de la lámina efectuada de esta manera, el sello puede retirarse de nuevo en inversión cinemática de tal manera que primero se retiren de la superficie una o más zonas exteriores de sello y solo entonces sucesivamente otras zonas de sello centrales.
En un perfeccionamiento de este "procedimiento de desenrollado" se prevé que el sello utilizado aquí posea al menos una sección de área de sello (o, por ejemplo, también un área de sello como tal) en su estado relajado, cuya curvatura se sitúa "entre las curvaturas extremas que se presentan en el uso del sello". Un ejemplo a tal efecto: si el producto semiacabado compuesto de fibra en cuestión, por ejemplo, tiene una superficie cóncava con un diámetro de curvatura de 3,0 m, el diámetro de curvatura del sello relajado podría ascender, por ejemplo, a 2,9 m, produciéndose la aproximación del sello en un "estado enrollado" con un diámetro de curvatura de 2,8 m. El "diámetro relajado" de 2,9 m se sitúa entonces entre los diámetros extremos de 2,8 my 3,0 m que se presentan en el uso.
Un ajuste del área de sello a la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra ya es ventajoso si se aplica una lámina plana al área de sello adaptada a su forma y, por lo tanto, no plana, y se fija, o bien se sujeta a esta. En la invención se prevé muy ventajosamente que el sello esté provisto de medios para la deformación de la lámina sujeta a este en ajuste a la configuración del área de sello. En un perfeccionamiento muy ventajoso, esta deformación se realiza antes o durante el recubrimiento de la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra. La ventaja particular a este respecto consiste en que la lámina puede cambiarse de su forma plana original (o en todo caso curvada uniaxialmente en el área de sello) a una forma complicada, en particular a una forma que no se puede desenrollar, por ejemplo, en el mayor ajuste posible a la configuraicón del área de sello.
La deformación de la lámina se puede realizar, por ejemplo, mediante un estirado del material de la lámina, en el que el material de la lámina se somete en todo caso a su límite de extensión, de modo que el material de la lámina no se deforme significativamente de manera irreversible.
En una forma de realización alternativa, sin embargo, la deformación de la lámina se produce mediante un estiramiento que deforma plásticamente el material de la lámina. A este respecto, por ejemplo, un estiramiento irreversible de la lámina al menos en algunas zonas (por ejemplo en la zona de depresiones y / o elevaciones locales de la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra) asciende a al menos 10 %, en especial al menos 50 %. Dependiendo del caso de aplicación concreto, este estiramiento irreversible máximo también puede seleccionarse para que sea significativamente mayor, por ejemplo mayor que 100 %. Cabe señalar aquí que una gran cantidad de láminas de plástico adecuadas (por ejemplo de nailon o similares) están disponibles comercialmente para la creación de la estructura de vacío que se analiza aquí, que puede soportar un estiramiento de hasta aproximadamente el 400 % sin rasgarse.
Según un aspecto dado a conocer en el presente documento, una posibilidad para realizar el estiramiento de deformación plástica mencionado consiste, por ejemplo, en deformar la lámina, colocada inicialmente en el área de sello en estado no deformado (por ejemplo, fijada circunferencialmente al borde del área de sello), correspondientemente a una corrugación del área de sello en una "escala local" presionándose el sello junto con la lámina sujeta a este contra un contrasello o "yunque" de configuración adecuada hecho de un material sólido. Una aplicación de presión, también concebible en principio, sobre el producto semiacabado compuesto de fibra a elaborar, es problemática en lo que respecta a la deformación del producto semiacabado compuesto de fibra, provocada posiblemente de este modo.
Una variante de realización según la invención de los medios para la deformación de la lámina prevé que estos medios comprendan al menos un paso de vacío que desemboca en el área de sello y que la deformación de la lámina se efectúe aplicando una presión negativa en el (los) paso(s) de vacío. Este método no solo es simple y económico, sino que también permite que la forma de la lámina se adapte casi perfectamente a la forma del área de sello. Debido a la aplicación de presión negativa (vacío), la lámina se adhiere al área de sello.
Preferiblemente, la deformación de la lámina se lleva a cabo en el área de sello, incluso antes de que el sello se aproxime al producto semiacabado compuesto de fibra.
En el caso de medios de deformación realizados por medio de paso(s) de vacío, se recomienda la aplicación de una presión negativa en el(los) paso(s) de vacío antes de la colocación del sello en el producto semiacabado compuesto de fibra y mantener esta durante la aplicación de presión sobre el sello. Esto evita que el estiramiento de la película que se produce durante la aplicación de la presión negativa se reduzca de nuevo debido a las proporciones de estiramiento elásticas (reversibles) antes de que la lámina se coloque sobre el producto semiacabado compuesto de fibra. En este contexto, por ejemplo, una o más tubos de vacío flexibles conectados a una bomba de vacío se pueden unir al paso, o bien a los pasos de vacío del sello para unir el sello con la lámina, que se mantiene en el estado deformado mediante la aplicación de presión negativa, bajo mantenimiento de la aplicación de presión negativa sobre el producto semiacabado compuesto de fibra de la estructura de vacío. Como ya se mencionó, esto se puede hacer de forma manual o al menos parcialmente automatizada, por ejemplo por medio de un robot o similar.
En un perfeccionamiento de esta idea de aproximación del sello cargado con presión negativa al producto semiacabado compuesto de fibra, se prevé que la disposición del (de los) paso(s) de vacío del sello esté provista de una válvula bloqueable, que permite un cierre del (de los) paso(s) de vacío previamente sometidos a vacío, de modo que, tras el cierre de la válvula, el tubo de vacío en cuestión se pueda desacoplar del sello. En este caso, tras la colocación del sello en el producto semiacabado compuesto de fibra posicionado en la herramienta, esta válvula se puede abrir de nuevo para ventilar el (los) paso(s) de vacío. Sin embargo, esto solo es preferente después de que se haya activado la aplicación de presión negativa a la estructura de vacío (que tira de la lámina sobre el producto semiacabado compuesto de fibra).
En el caso de área de sello corrugada, es decir, que presenta depresiones, o bien elevaciones locales, pueden estar previstas aberturas para la disposición de pasos de vacío, particularmente en la parte inferior de las depresiones, o bien a una distancia de las elevaciones, para tirar de la película principalmente en las zonas rebajadas del área de sello. La disposición de los pasos de vacío puede, por ejemplo, discurrir a través del interior del sello hacia los puntos laterales o traseros (opuestos al área de sello) del sello, a los que se pueden conectar el tubo o los tubos de vacío mencionadas.
Según otro aspecto de la invención, el sello está configurado para la realización de un procedimiento del tipo explicado anteriormente. Un sello de este tipo está formado por un material flexible y puede tener, en particular, un área de sello no plana prevista para la sujeción de la lámina y medios para la deformación de la película sujeta a esta en ajuste al área de sello no plana. Como ya se explicó, los medios de deformación comprenden una disposición de uno o más pasos de vacío, que desembocan por un lado en uno o más puntos del área de sello y por otro lado en el borde lateral y/o se puden conectar en el lado posterior del sello a una o más líneas de vacío (por ejemplo, tubos herméticos flexibles).
Tal sello puede se puede producir, por ejemplo, insertándose en una herramienta de moldeo una disposición de paso de vacío formada por una disposición de tubos y sobreinyectándose, o bien espumándose con material plástico (por ejemplo plástico celular).
Con tal sello se crea un dispositivo ventajoso para la transferencia de la lámina hermética a la estructura de vacío, o bien, por ejemplo, un dispositivo de endurecimiento. La aproximación y y el retroceso de este dispositivo después de la transferencia de la lámina se pueden realizar de manera especialmente ventajosa utilizando las propiedades elásticas de flexión del dispositivo. En el caso de fabricación a partir de plástico, el dispositivo es ligero y, por lo tanto, fácil de manejar. A pesar de la estructura simple, resulta un alto nivel de eficiencia.
El procedimiento dado a conocer en el presente documento para la creación de una estructura de vacío, o bien el sello previsto según la invención, se pueden usar ventajosamente para la producción de elementos compuestos de fibra de todo tipo.
Un uso preferido es la producción de carcasas de fuselaje para vehículos, en particular aviones, reforzados mediante perfiles de refuerzo. En una forma de realización más específica, se trata esencialmente de carcasas de fuselaje para aviones, en lo esencial curvadas uniaxialmente y provistas de un gran número de perfiles de refuerzo longitudinales ("largueros").
En particular, con tales carcasas de fuselaje reforzadas, los perfiles de refuerzo pueden estar previstos discurriendo por el lado interior de la carcasa de fuselaje. En una forma de realización especial, los componentes del producto semiacabado compuesto de fibra previstos para la formación de estos perfiles de refuerzo ya están completamente endurecidos antes de que se utilicen en la creación de la estructura de vacío, mientras que se utiliza un producto preimpregnado no endurecido para formar la carcasa de fuselaje. En este caso especial, durante el subsiguiente endurecimiento aún se endurece únicamente la carcasa de fuselaje, efectuándose simultáneamente una unión íntima de los perfiles de refuerzo en la carcasa de fuselaje (la denominada "co-adherencia").
Muy generalmente cabe señalar que el uso concreto de la estructura de vacío varía según el caso de aplicación. Por ejemplo, en contraste con el ejemplo especial explicado anteriormente, también es concebible que la estructura de vacío se use únicamente en el ámbito de un proceso de infiltración, o únicamente en el ámbito de un proceso de compactación, o únicamente en el ámbito de un proceso de endurecimiento. La presente invención se refiere principalmente a la forma en que se crea una estructura de vacío adecuada para todos estos casos de aplicación.
Las ventajas que se pueden lograr con la invención son particularmente útiles en la producción de un elemento compuesto de fibra de área relativamente grande, por ejemplo con una extensión máxima de más de 5 m, en particular más de 10 m y/o un área (en el caso de un elemento plano, como por ejemplo una carcasa de fuselaje en un lado plano) de más de 10 m2, especialmente más de 20 m2, y/o para la producción de un elemento de material compuesto de fibra en el que la superficie no plana del producto semiacabado de material compuesto de fibra utilizado, o bien la superficie correspondiente del elemento de material compuesto de fibra terminado está "fuertemente curvada" en general, o bien tiene una forma cóncava o convexa claramente pronunciada. Esto último significará que, al desviarse de una forma plana en la que hay una sola dirección normal de la superficie, las direcciones normales (locales) de la superficie no plana se distribuyen en un intervalo angular mayor (por ejemplo en al menos 30 °, en particular al menos 60°). Dos ejemplos a tal efecto: en el caso de una carcasa de fuselaje semicilíndrica uniaxialmente curvada de manera uniforme, este intervalo angular es de 180°. En el caso de una carcasa de fuselaje que proporciona sólo un cuarto de la circunferencia de un fuselaje esencialmente cilíndrico a formar con él, este intervalo angular es de 90°.
En particular, con intervalos angulares de la distribución normal tan grandes, los problemas relacionados con la aplicación (y por lo tanto la retirada) del área de sello en el producto semiacabado compuesto de fibra pueden evitarse debido a la flexibilidad del material de sello.
La invención se describe más detalladamente a continuación por medio de un ejemplo de realización con referencia a los dibujos adjuntos. Cada uno de ellos representa en una vista de sección transversal esquemática:
Fig. 1 una aproximación de un sello provisto de una lámina deformada a la superficie de un producto semiacabado compuesto de fibra posicionado en una herramienta, en una primera etapa, en la que únicamente una zona central del sello ya está en contacto con el producto semiacabado compuesto de fibra,
Fig. 2 una representación correspondiente a la Fig. 1 en una etapa posterior, en la que el sello está en contacto en toda su superficie con el producto semiacabado compuesto de fibra y la lámina se transfiere a la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra,
Fig. 3 una representación correspondiente en una etapa subsiguiente, en la que únicamente se retiraron zonas laterales del sello del producto semiacabado compuesto de fibra, y
Fig. 4 una representación correspondiente después de la retirada completa del sello del producto semiacabado compuesto de fibra,
Fig. 5 la aplicación de la lámina (todavía sin deformar) sobre el área de sello del sello precedente a los pasos del procedimiento según las Fig. 1 a 4, y
Fig. 6 la deformación de la lámina a efectuar después de la aplicación de la lámina sobre el área de sello según la Fig. 5 en ajuste al área de sello.
Las Fig. 1 a 4 ilustran un procedimiento para la creación de una estructura de vacío para la elaboración de un producto semiacabado compuesto de fibra 10 en un elemento compuesto de fibra endurecido.
En el ejemplo de realización representado, el producto semiacabado compuesto de fibra 10 está formado por varias piezas, a saber, por un componente 12 en forma de carcasa, por ejemplo curvado uniaxialmente, y un gran número de componentes 14 de perfil de refuerzo que discurren longitudinalmente.
Para este propósito, el componente 12 en forma de carcasa, que tiene una forma aproximadamente semicilíndrica, se colocó primero en una área de moldeo de una herramienta 16 y seguidamente se completó con los componentes de perfil de refuerzo 14.
En el ejemplo de realización representado, el componente 12 en forma de carcasa está previsto como un denominado material preimpregnado, es decir, un material de fibra preimpregnado con material de matriz, mientras que los componentes de perfil de refuerzo 14 se utilizan como materiales de fibra "secos" en la creación de la estructura de vacío. Para mejorar la adherencia de los componentes 14 al lado interior del componente 12 y/o para mejorar la calidad de la unión posterior de los componentes 12, 14, por ejemplo se puede introducir una denominada capa aglutinante o una capa de material matriz, en cierta medida como "adhesivo" entre un componente 14 respectivamente y el componente 12 (no representado).
Los materiales de fibra para la formación de los componentes 12, 14 pueden estar formados, por ejemplo, como una malla o tela de una o varias capas hecha de fibras o haces de fibras ("roving").
Después de que el producto semiacabado compuesto de fibras 10 se haya posicionado sobre el área de moldeo de la herramienta 16 en un primer paso del procedimiento, en el ejemplo de realización representado resulta una superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibras 10 opuesta al área de moldeo. Por un lado, esto se debe a que ya el componente 12 en forma de carcasa no es plano y, por otro lado, a que el lado interior del componente 12 en forma de carcasa, de lo contrario liso, está corrugado debido a la disposición del gran número de componentes de perfil de refuerzo 14. El lado superior del producto semiacabado compuesto de fibra 10 en las figuras representa una superficie con numerosas depresiones y elevaciones locales.
El siguiente paso del procedimiento para la creación de la estructura de vacío consiste en que esta superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra 10 se cubre mediante aplicación de una lámina 18 hermética.
Este segundo paso del procedimiento en particular se representa en las Fig. 1 a 4, mostrando cada una de estas figuras diferentes etapas de esta aplicación de lámina.
La lámina 18 se aplica por medio de un sello 20 formado por un material flexible (aquí: plástico celular de PU) que posee una superficie de sello 22, en la que se colocó previamente la lámina 18. La lámina 18 puede estar sujeta al área de sello 22, por ejemplo, mediante una fijación periférica, realizada como unión adhesiva separable. Una forma especial, prevista en el ejemplo de realización representado, de sujeción de la lámina 18 en el sello 20 se abordará más adelante.
La Fig. 1 muestra una primera etapa, en la que el área de sello 22 del sello 20 provisto de la lámina 18 ya se ha puesto en contacto con el producto semiacabado compuesto de fibra 10 en una zona central, mientras que las dos zonas de área de sello laterales exteriores se ponen en contacto sucesivamente (véanse flechas en la Fig. 1). En otras palabras, las zonas de sello laterales todavía están un poco "plegadas", o bien "enrolladas" al principio, lo que es fácilmente posible debido a la flexibilidad del material del sello.
La Fig. 2 muestra una segunda etapa en la que, después de que ambas zonas de sello laterales exteriores se hayan "desenrollado", también estas entran en contacto con el producto semiacabado compuesto de fibras 10. En el ejemplo representado, la configuración del sello flexible 20 que se muestra en la Fig. 2 corresponde a su estado original (mientras que el estado representado en la Fig. 1 corresponde a una deformación elástica del sello 20).
Según la Fig. 2, la lámina 18 se apoya ahora superficialmente en la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra 10 y, junto con un cierre hermético circunferencial 24, el producto semiacabado compuesto de fibra 10 y la herramienta 16 , forma la estructura de vacío ya acabada en sí.
Por medio de una aplicación de presión negativa (no representada en las figuras) en el espacio encerrado por la lámina 18 y el área de moldeo de la herramienta 16, el producto semiacabado compuesto de fibra 10 encerrado en él puede compactarse durante su elaboración posterior y los componentes individuales 12 , 14 se pueden presionar íntimamente. La aplicación de presión negativa se puede realizar, por ejemplo, a través de un tubo de vacío que conduce, a través de una abertura de la lámina 18 sellada frente al tubo, al espacio encerrado por ella. Como alternativa o adicionalmente, los pasos de vacío correspondientes podrían discurrir a través de la herramienta 16 y desembocar en este espacio cerrado.
Sin embargo, a continuación, el émbolo 20 se retira de la manera descrita a continuación con referencia a las Fig. 3 y 4. La permanencia de la lámina 18 en la estructura de vacío, o bien el producto semiacabado compuesto de fibra 10 (y no en el sello 20) se puede asegurar de manera sencilla activando ya la aplicación de vacío de la estructura de vacío en la situación según la Fig. 2, de modo que la lámina 18 se sujeta mediante la presión negativa en el producto semiacabado compuesto de fibra, o bien se presiona mediante la presión atmosférica mayor dominante en el lado exterior de la lámina 18.
La Fig. 3 muestra una tercera etapa, en la que ambas zonas exteriores lateralmente del sello 20 se han retirado de la estructura de vacío creada en la herramienta 16 mediante un "desplazamiento de enrollado" correspondiente (véanse las flechas en la Fig. 2), y seguidamente un desplazamiento vertical del sello 20 hacia arriba (véase flecha en la Fig. 3) para quitar también la zona central del sello de la estructura de vacío.
Finalmente, la Fig.4 muestra una cuarta etapa, en la que el sello 20 se retira completamente de la herramienta 16 con la estructura de vacío creada en esta.
Todos los desplazamientos del sello 20, o bien los movimientos de curvatura de las zonas individuales del sello descritos con referencia a las Fig. 1 a 4 pueden realizarse de forma manual o al menos parcialmente automatizada. Para una aplicación automatizada de la lámina 18 por medio del sello 20, el sello 20 puede estar unido, por ejemplo con su lado trasero (en las Fig. 1 a 4), a órganos de manipulación adecuados de un robot.
El uso del sello 20 de la manera descrita permite ventajosamente una aplicación prácticamente sin arrugas de la lámina 18 y una medida elevada de reproducibilidad en el caso de la producción en serie de elementos compuestos de fibra.
Otra ventaja de la invención, o bien del sello 20, consiste en que la configuración flexible del sello también significa en general que el sello es relativamente ligero (por ejemplo en el caso de un sello que está hecho al menos parcialmente de espuma de plástico). En una forma de realización preferida, el sello posee, por ejemplo, un peso por superficie de menos de 100 kg / m2, especialmente menos de 60 kg/m2.
En el ejemplo de realización representado, el sellado de la lámina 18 frente al área de moldeo de la herramienta 16 se efectúa mediante el cierre hermético 24 (por ejemplo perfil de goma o cinta adhesiva de doble cara) previamente colocado en la lámina 18. En su lugar, un sellado de este tipo también podría disponerse en el área de moldeo de la herramienta 16 al comienzo de la transferencia de lámina ilustrada en las Fig. 1 a 4. Sin embargo, en determinadas circunstancias también se puede prescindir de dicho sellado si, por ejemplo, el borde periférico de la lámina 18 ya proporciona un efecto de sellado suficiente debido a la aplicación de presión negativa.
Tras la creación de la estructura de vacío y la retirada o el "desmoldeo" del sello 20 (figura 4), en el ejemplo de realización descrito sigue un endurecimiento térmico del producto semiacabado compuesto de fibra 10, ya sea con la estructura de vacío creada en la atmósfera ambiente o tras transferencia de vacío a un autoclave. A este respecto, en el ejemplo mostrado, el producto preimpregnado 12 en forma de carcasa se endurece y entra en una unión íntima con los componentes de perfil de refuerzo 14 (ya endurecidos). El contacto intenso de la lámina 18 sobre el producto semiacabado compuesto de fibra 10 provoca una aplicación de presión muy uniforme y reproducible, que a su vez conduce a una alta calidad constante del elemento compuesto de fibra formado con este.
En el ejemplo que se muestra, la elaboración conduce a la creación de un elemento de fuselaje de avión con largueros integrados.
Se sobreentiende que la estructura concreta del producto semiacabado compuesto de fibra utilizado juega un papel subordinado en el ámbito de la invención. Las ventajas conseguidas con la invención también resultan para productos semiacabados compuestos de fibra con una estructura, o bien composición diferente.
A continuación se explican algunas particularidades ventajosas que están previstas en el ejemplo de realización descrito.
Una característica especial consiste, por ejemplo, en que el área de sello 22 está conformada en ajuste a la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra 10. Como resultado, cuando se presiona el sello 20, la lámina 18 se presiona de manera particularmente uniforme en la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra.
Otra característica especial consiste en que la película 18 sujeta sobre el área de sello 22 ya está deformada en ajuste a la forma del área de sello 22 (y en consecuencia en ajuste a la forma de la superficie no plana del producto semiacabado compuesto de fibra 10) incluso antes de que el sello 20 entre en contacto con la superficie del producto semiacabado compuesto de fibra 10. En el ejemplo de realización representado, esta deformación de la lámina 18 se produjo mediante un estiramiento que deforma plásticamente el material de la lámina, durante el cual un estiramiento irreversible de la película en las zonas rebajadas del área de sello 22 asciende de aproximadamente a 100 %.
Sin embargo, a diferencia de esto, el estiramiento de la lámina también podría efectuarse únicamente hasta un límite de extensión elástico en el que queda un estiramiento irreversible nulo, o en todo caso insignificante, en el material de la lámina.
Aunque, según con otro aspecto, la deformación de la lámina 18 puede llevarse a cabo de diferentes maneras antes de su aplicación en el producto semiacabado compuesto de fibra 10, otra característica especial del ejemplo de realización representado consiste en que la lámina se deforma con la ayuda del sello 20, lo que se explica con más detalle a continuación por medio de la Fig. 5 y 6.
La Fig. 5 muestra un soporte 30 sobre el que se colocan sucesivamente el sello 20 y la lámina 18 como se representa. El área de contacto del soporte 30 posee una forma convexa a este respecto, de tal manera que el sello 20 colocado sobre él con su lado posterior adopta un aspecto (no deformado), en el que el sello 20 entra en contacto posteriormente con el producto semiacabado compuesto de fibra 10 (véase Fig. 4).
Dentro del sello 20 se encuentra una disposición 32 de pasos de vacío que pueden someterse a presión negativa. Como se representa, esta disposición de canales 32 tiene aberturas en las zonas de las depresiones del área de sello 22. Para cargar la lámina 18 colocada en el área de sello 22 hacia el área de sello 22 y así deformarla plásticamente en ajuste a este área de sello 22, los pasos de vacío se conectan a una bomba de vacío a través de un tubo de vacío flexible 34 y se evacuan de este modo.
La aplicación de presión negativa a través del tubo de vacío 34 provoca la deformación de la lámina 18 mencionada anteriormente. Este estado, en el que la lámina 18 se adhiere estrechamente al área de sello 22, se representa en la Fig. 6. Para evitar de forma fiable un deslizamiento de la lámina 18, o bien en particular de sus zonas marginales, se recomienda una fijación de la lámina 18 al menos en su borde. En el ejemplo representado, esto se realiza mediante una unión adhesiva 36 separable. En la Fig. 6 se puede ver además la colocación del cierre hermético 24.
Partiendo del estado según la Fig. 6, el sello 20 junto con la lámina 18 sujeta y deformada (irreversible o reversiblemente) se utiliza para los pasos del procedimiento según las Fig. 1 a 4 ya explicados anteriormente. Convenientemente, la aplicación de presión negativa del sello 20 se mantiene a este respecto hasta que el sello 20 está en contacto con el producto semiacabado compuesto de fibra 10 en toda su superficie y se activa la aplicación de presión negativa de la estructura de vacío para mantener la lámina sobre el producto semiacabado compuesto de fibra 10.

Claims (3)

REIVINDICACIONES
1. Disposición, con:
un sello (20) de plástico celular, con un área de sello (22) formada con depresiones y elevaciones locales, y con una disposición de canales (32) de pasos de vacío que se pueden someter a presión negativa en el interior del sello (20), que presentan aberturas en las zonas de las depresiones locales del área de sello (22); y una lámina hermética (18) colocada sobre el área de sello (22) del sello (20), que se sujeta al área de sello (22) mediante una unión adhesiva separable (36) en el borde del área de sello (22);
siendo deformable la lámina (18) sujeta sobre el área de sello (22) en ajuste a la configuración del área de sello (22) mediante aplicación de presión negativa de los pasos de vacío.
2. Disposición según la reivindicación 1, que presenta además:
un tubo de vacío (34) que está conectado a los pasos de vacío que se pueden someter a presión negativa de la disposición de canales (32); y
una bomba de vacío que está conectada al tubo de vacío (34) y que está diseñada para deformar la lámina (18) sujeta en el área de sello (22) en ajuste a las depresiones y elevaciones locales del área de sello (22) mediante aplicación de presión negativa de los pasos de vacío.
3. Disposición según la reivindicación 1 o 2, presentando el área de sello (22) un primer radio de curvatura en un estado original del sello (20) y un segundo radio de curvatura, que es menor que el primer radio de curvatura, en un estado de deformación alcanzable por medio de deformación elástica del sello (20).
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