BRPI0619458A2 - fabricação de estruturas fibrosas tridimensionais anulares - Google Patents

Abstract

FABRICAçãO DE ESTRUTURAS FIBROSAS TRIDIMENSIONAIS ANULARES. Uma primeira folha fibrosa formada de elementos substancialmente unidirecionais, é trazida (pelo dispositivo 300) e depositada (pela lançadeira 322) em alternância numa direção e na direção oposta entre os anéis circulares coaxiais externo (100) e interno (200) com as folhas sendo mantidas por pregos (102, 202) nos ditos anéis; e uma segunda folha fibrosa formada por elementos substancialmente unidirecionais é depositada (pelo dispositivo 400) numa direção circunferencial entre os ditos anéis externo e interno, as folhas anulares transversal e circunferencial são unidas por um dispositivo de junção (500) e são acionada em rotação em torno do eixo dos anéis externo e interno de modo a realizar uma pluralidade de revoluções completas de modo a obter uma estrutura fibrosa anular espessa que apresenta camadas formadas pela folha transversal em alternância com e ligada as camadas formadas pela folha circunferencial.

Description

"FABRICAÇÃO DE ESTRUTURAS FIBROSAS TRIDIMENSIONAIS ANULARES"

Fundamentos da Invenção

A invenção se refere à fabricação de estruturas fibrosas tridimensionais anulares.

Um campo particular da invenção é a fabricação de pré- moldados espessos fibrosos anulares para constituição de reforço de fibra das peças anulares feitas de material compósito, particularmente discos de freio, tais como discos feitos de material carbono/carbono (C/C) para freios de aviões.

Um processo comum para a produção de pré-moldados consiste em sobrepor e unir folhas para construir placas a partir das quais os pré- moldados são cortados. Tal processo, como descrito, por exemplo, nas patentes US Nos 4790052 e 5792715, apresentam o manifesto problema de desperdício de uma grande quantidade de material, problema que é particularmente penalizante quando as fibras são relativamente caras, como é o caso das fibras de carbono ou fibras precursoras de carbono.

Várias propostas tem sido feitas para evitar o problema e obter uma estrutura fibrosa diretamente num formato que é tão próximo quanto possível do formato anular desejado. Assim, propostas são feitas nas patentes US Nos. 6009604 e 5662855 para produzir os pré-moldados pela sobreposição e união das camadas formadas pelos trançados que foram enrolados planos para formar uma hélice. As patentes US Nos. 6363593 e 6367130 propõe o uso de um tecido helicoidal enrolado com voltas sobrepostas que são unidas.

Aquelas técnicas requerem um tecido fibroso (trançado ou tecido helicoidal) para ser produzido que seja um produto intermediário entre os fios ou cabos e o pré-moldado anular que é para ser produzido.

De modo a evitar aquela etapa intermediária, o documento de patente WO 98/49382 propõe a formação de uma massa desordenada de fibras num suporte anular e junção das fibras por costura. Contudo, aquele documento é silencioso quanto aos dispositivos que precisam ser usados na prática de modo a obter um pré-moldado anular que é satisfatoriamente, pelo menos em termos de uniformidade, para uso em algumas aplicações onde os requerimentos se referem ao controle de qualidade das propriedades mecânicas, conforme se aplica particularmente quando o pré-moldado é para uso como um pré-moldado de disco de freio de avião.

O documento de patente US 2005/0172465 propõe a formação de um pré-moldado anular pela deposição controlada e regular de fibras curtas sobre uma plataforma anular rotatória com costura progressiva. Assim, é possível obter um pré-moldado que é uniforme, mas ao custo da passagem via uma etapa intermediária de obtenção de fibras curtas.

Objetivo e Resumo da Invenção

Num de seus aspectos, a invenção busca fornecer um método que possibilite uma estrutura fibrosa anular ser fabricada diretamente a partir de fios ou cabos comercialmente disponíveis, limitando deste modo as operações têxteis de forma a reduzir o custo de fabricação tanto quanto possível.

Este objetivo é alcançado por um método que compreende as etapas que consistem em:

- fornecer uma primeira folha de fibra feita de elementos substancialmente unidirecionais;

- formar uma primeira folha anular transversa pela deposição da primeira folha de fibra alternadamente em uma direção e na direção oposta entre os anéis circulares coaxiais externos e internos, com a folha sendo mantida nos ditos anéis;

- fornecer uma segunda folha de fibra feita de elementos substancialmente unidirecionais;

- formar uma segunda folha anular transversa pela deposição da segunda folha de fibra numa direção circunferencial entre os ditos anéis externos e internos;

- união das folhas anulares circunferenciais e transversais uma com as outras; e

- direcionar as folhas anulares circunferenciais e transversais em rotação a cerca do eixo dos anéis externo e interno de modo a executar uma

pluralidade de revoluções completas de forma a obter diretamente a partir dos ditos elementos substancialmente unidirecionais uma estrutura anular espessa fibrosa tendo camadas feitas pela alternância das folhas transversais com e ligando-as as camadas formadas pelas folhas circunferenciais.

A primeira folha de fibra, e também a segunda folha de fibra, pode ser constituída por fios, ou cabos, ou mesmo fatias obtidas pelo espalhamento de um cabo, ou uma pluralidade de tais fatias que são justapostas. Assim, é possível obter uma estrutura fibrosa anular diretamente a partir dos fios ou cabos com praticamente nenhum desperdício.

De acordo com uma característica da invenção, a primeira folha de fibra é disposta enquanto se reduz sua largura entre o anel externo e o anel interno, e a folha circunferencial é formada com densidade que diminui entre o anel externo e o anel interno. Vantajosamente, a folha anular transversal é disposta de maneira a dar a esta densidade que é substancialmente constante ao longo de qualquer circunferência. Assim, é possível obter uma estrutura fibrosa que é substancialmente homogênea, com o aumento da densidade da folha transversal devida a primeira folha de fibra estreitar na direção do anel interno sendo compensado por um aumento na densidade da folha circunferencial.

De acordo com uma outra característica do método, a primeira folha de fibra é disposta enquanto de modo que os elementos fibrosos da folha anular transversal formar um ângulo dentro da faixa de 45° a 75° com uma tangente a direção circunferencial na circunferência do meio da folha anular transversal. Preferencialmente, este ângulo é cerca de 60°C, produzindo assim uma estrutura fibrosa, que inclui a folha circunferencial, em que a inserção dos elementos fibrosos em três direções formam entre si ângulos de cerca de 60°.

Vantajosamente, a folha anular transversal é mantida nos anéis externo e interno por meio de pregos trazidos pelos ditos anéis.

Também vantajosamente, as folhas anulares transversal e circunferencial são dirigidas em rotação através dos anéis externo e interno.

De acordo com uma outra característica do método, as folhas de transversal e circunferencial anulares são formadas sobre um suporte anular horizontal que é disposto entre os anéis externo e interno e que é abaixada progressivamente conforme a estrutura fibrosa anular é construída. Após a estrutura ter sido formada, esta pode então ser desencaixada por deslocamento vertical relativo entre o suporte anular a os anéis externo e interno.

Vantajosamente, a ligação entre as folhas anulares transversal e circunferencial são pré-moldadas progressivamente enquanto estas são depositadas, com esta união sendo preformada por costura, por exemplo.

De acordo com uma outra característica do método, as folhas de transversal e circunferencial anulares são depositadas após a folha transversal anular ter sido disposta imediatamente antes das folhas serem unidas.

Num outro de seus aspectos, a invenção também busca fornecer uma instalação adequada para implementar o método.

Este objetivo é alcançado por uma instalação que compreende:

- um dispositivo para trazer uma primeira folha fibrosa e dispô-la sobre um suporte anular alternadamente em uma direção e na direção oposta entre os anéis circulares coaxiais externo e interno situados em ambos os lados do suporte anular de modo a formar uma primeira folha anular transversal;

- membros para manter a folha anular transversal nos anéis externo e interno; - um dispositivo para trazer uma segunda folha anular sobre o suporte anular e deposita-lo na direção circunferencial entre os anéis externo e interno de modo a formar uma segunda folha anular circunferencial;

- um dispositivo para unir as folhas transversal e circunferencial; e

- um dispositivo para direcionar as folhas anulares circunferencial e transversal em rotação a cerca do eixo dos anéis externo e interno.

Vantajosamente, o dispositivo para trazer e dispor a primeira folha fibrosa compreende:

- um dispositivo para alimentar a primeira folha fibrosa;

- um membro na forma de uma lançadeira que é móvel em translação entre uma posição situada ale do anel externo e uma posição situada dentro do anel interno e capaz de agir sobre a primeira folha fibrosa para trazê-la em direção ao anel interno enquanto reduz a largura da folha. Preferencialmente, o membro de forma de lançadeira apresenta uma porção curva para sustentar-se contra a primeira folha fibrosa para trazê-lo para o anel interno enquanto dá uma curvatura no anel interno que corresponde a curvatura do anel interno.

Também vantajosamente, os membros para manter a folha transversal são pregos trazidos pelos anéis externo e interno.

De acordo com uma outra característica da instalação, esta ainda compreende membros prensadores na forma de barras móveis curvas para contribuir com o encaixe da primeira folha fibrosa sobre os pregos por pressão sobre a primeira folha fibrosa.

Vantajosamente, o dispositivo direcionador rotatório compreende anéis externo e interno.

Também vantajosamente, os membros para manter a folha transversal são pregos trazidos pelos anéis externo e interno.

De acordo com uma outra característica da instalação, ainda compreende membros prensadores na forma de barras móveis curvos para contribuir com o encaixe da primeira folha fibrosa sobre os pregos pela pressão sobre a primeira folha fibrosa.

Vantajosamente, o dispositivo direcionador rotatório compreende anéis externo e interno.

Também vantajosamente, o suporte anular é verticalmente móvel.

De acordo com uma outra característica da instalação, o dispositivo de junção é um dispositivo de costura disposto imediatamente a jusante do dispositivo para trazer a segunda folha fibrosa sobre o suporte.

Breve Descrição dos Desenhos

A invenção pode ser mais bem compreendida com a leitura da descrição que se segue dada como modo de indicação não Iimitativa e com referência aos desenhos anexos, em que:

- a figura 1 é uma vista em perspectiva altamente geral diagramática mostrando uma realização de uma instalação que possibilita um método de acordo com a invenção a ser implementada;

- a figura 2 é uma vista plana altamente diagramática da instalação da figura 1;

- a figura 3 é uma vista fragmentada em perspectiva e em seção mostrando a instalação da figura 1;

- a figura 4 é uma vista fragmentada altamente diagramática da instalação da figura 1 que mostra mais particularmente o dispositivo de disposição e alimentação para formar a folha transversal;

- a figura 5 mostra como as malhas que constituem a folha transversal são alimentadas;

- a figura 6 é uma vista fragmentada altamente diagramática a partir da instalação da figura 1 mostrando a folha transversal sendo formada;

- a figura 7 A a 7G mostra etapas sucessivas no processo de deposição permitindo a folha transversal a ser formada;

- a figura 8 é uma vista fragmentada da folha transversal resultante;

- a figura 9 e 9A são vistas fragmentadas altamente diagramáticas que mostram mais particularmente o dispositivo de deposição e alimentação que permite uma folha circunferencial a ser formada; e

- a figura 10A a 10C são vistas fragmentadas altamente diagramática que mostram uma estrutura fibrosa anular em duas etapas de sua fabricação e então enquanto está sendo removida após ter sido fabricada.

Descrição Detalhada das Realizações da Invenção

A instalação mostrada na figura 1 compreende dois anéis circulares horizontais que tem um eixo vertical comum A, a saber um anel externo 100 e um anel interno 200 com uma bandeja ou suporte anular horizontal 150 que se estende entre os dois anéis.

O anel externo 100 traz uma fileira circular de pregos 102, havendo várias dezenas de pregos. Os pregos 102 se estendem verticalmente para cima a partir de uma superfície superior do anel 100 nas proximidades imediatas de suas bordas internas. Similarmente, o anel interno 200 traz uma fileira circular de pregos 202, havendo várias dezenas de pregos 202. Os pregos 202 se estendem verticalmente para cima a partir da superfície superior do anel 200 na proximidade imediata de sua borda externa. As superfícies superiores dos anéis 100 e 200 ficam substancialmente no mesmo plano horizontal.

Os anéis 100 e 200 são sincronizadamente girados em torno do eixo A. O mecanismo de transmissão rotatório pode ser implementado por meio de rodas 106, 206 que atuam por fricção contra uma superfície lateral externa do anel 100 e uma superfície lateral interna do anel 200, respectivamente. As rodas 106, 206 são acionadas por motores respectivos, ou pelo mesmo motor através de uma transmissão, onde tais dispositivos de transmissão não são mostrados. Numa variação, os anéis 100, 200 podem ser acionados em rotação por uma malha de rodas de transmissão com anéis de engrenagem formados junto com as bordas laterais externa e interna dos anéis 100 e 200 respectivamente. Rodas (tais como 108 para o anel 100) e trilhas de circulação (não mostrado) guiam e sustentam os anéis 100 e 200 em relação a uma estrutura principal 110 da instalação.

O trilho anular 150 é não rotatório, mas é verticalmente móvel, sendo suportado por hastes verticais 152 de atuadores 154 (figura 3), por exemplo, de três atuadores. Os atuadores são sincronizados de modo a manter o trilho substancialmente horizontal.

A instalação da figura 1 ainda compreende: um dispositivo 300 para alimentar e depositar uma primeira folha fibrosa para formar uma folha transversal que se estende entre os anéis 100 e 200; um dispositivo 400 para alimentar e depositar uma segunda folha fibrosa para formar uma folha circunferencial que se estende entre os anéis 100 e 200; e um dispositivo 500 para interconectar as folhas transversal e circunferencial. Os dispositivos de deposição e alimentação 400 são dispostos a jusante a partir do dispositivo de deposição e alimentação 300 e imediatamente a montante a partir do dispositivo de junção 500, os termos "a montante" e "a jusante" sendo usados aqui em relação à direção de rotação dos anéis 100 e 200 (setas F).

O dispositivo de alimentação e deposição 300 (figuras 4 a 6) recebe uma pluralidade de malhas 302 (figura 5, 6) formadas pelo espalhamento dos cabos respectivos. Cada malha passa sobre uma série de rolamentos de tensão 303 e sobre um dispositivo extrator com uma roda de acionamento por motor 304, os rolamentos de tensão e o dispositivo extrator sendo montado sobre uma placa 305. Cada malha então passa sobre um rolo 306 que constitui uma tensão reguladora, o rolo 306 sendo livremente móvel numa fenda vertical 307 formada na placa 305. Tal disposição de alimentação é bem conhecida.

Duas fileiras de rolamentos 314, 316 são montados numa estrutura 318 suportada por uma estrutura principal 110 e que recebe as malhas 302 sob tensão de modo a uni-las de modo a formar uma folha fibrosa 320 por justaposição as malhas (figura 6). Os rolamentos das fileiras sobrepostas 314, 316 são dispostos de maneira alternada ou ziguezague, e as fileiras 314, 316 se estendem juntamente com um arco circular centralizado sobre o eixo A de modo a facilitar a deposição da folha 320 sobre um setor anular.

O dispositivo de alimentação e deposição 300 ainda compreende um membro de deposição ou lançadeira 322 que é móvel em translação numa direção que é preferencialmente radial em ambas as direções entre uma posição posterior situada fora do anel externo 100 e uma posição frontal situada dentro do anel interno 200. Neste caminho entre suas posições frontais e posteriores, a lançadeira 322 passa sobre os anéis 100 e 200.

Neste caminho a partir da posição posterior em direção a posição frontal, a lançadeira 322 guia a folha 320 de modo a trazê-la para o anel interno 200 enquanto estreita a folha de modo a conferir a forma de um setor anular ao segmento de folha que se estende entre os anéis 100 e 200. Com este propósito, a lançadeira 322 é formada por uma barra tendo uma porção central 324 que é curvada com curvatura que corresponde para a curvatura da extremidade interna de um segmento da folha. Em outras palavras, a porção central 324 está na forma de um arco circular centralizado sobre o eixo A quando a lançadeira 322 está na sua posição frontal. A porção central 324 é conectada as extremidades 326 e 328 da lançadeira pelas porções curvas que retém uma forma geralmente convexa para o interior da lançadeira que é adequada para assegurar que a folha 320 seja estreitada.

As extremidades 326, 328 da lançadeira são conectadas aos braços respectivos 330 e 332 que são mantidos sobre blocos 334, 336 que são móveis em translação junto com as guias 338, 340 por meios acionadores (não mostrados) tal como atuadores, ou cabos, ou correias acionadas por motores.

O dispositivo de alimentação e deposição 300 ainda compreende dois membros prensadores 342, 344, respectivamente um membro externo e um membro interno, cada um na forma de uma barra curva horizontal. Os membros prensadores ou barras curvas 342, 344 são projetados para se encaixar nas extremidades de cada segmento de folha fibrosa 106 disposta entre os anéis 100 e 200 nos pregos 102, 202. A barra 342 se estende sobre um arco de um círculo centralizado sobre o eixo A e situada imediatamente fora da fileira de pregos 102. A barra 342 é de um comprimento que não é menor e que é preferencialmente maior do que o comprimento da extremidade externa de um segmento da folha fibrosa depositada 106. A barra 344 se estende sobre um arco de um círculo centralizado sobre o eixo A e situado imediatamente dentro da fileira de pregos 202. A barra 344 tem um comprimento que não é menor do que e que é preferencialmente maior do que o comprimento da extremidade interna de um segmento da folha fibrosa disposta 106. As barras 344, 346 são substancialmente semicirculares em seção, cada um tendo sua lateral plana fazendo face aos pregos correspondentes 102, 202.

Nas suas extremidades a montante, as barras 342, 344 são realizadas por guias 346, 348. A guia 346 tem uma porção horizontal que se estende sobre o anel 100 e conectada sobre a parte externa do anel a uma porção vertical que se estende para baixo até abaixo do nível da bandeja 150. A guia 348 tem uma porção horizontal que se estende sobre o anel 200 e é conectado sobre a parte interna do anel até uma porção vertical que se estende para baixo até abaixo do nível da bandeja 150. As barras 342, 344 são verticalmente móveis e também em rotação em torno do eixo A, como descrito em maiores detalhes abaixo. Com este propósito, as guias 346, 348 podem ser acionadas por um atuador rotatório linear.

A deposição da folha fibrosa 320 por meio da lançadeira 322 e as barras 342, 344 é descrita abaixo com referência a figuras 7A a 7G e 8. Na figura 7 A, um segmento 360 da folha 320 foi depositada e encaixada sobre os pregos 102 e 202 por meio das barras 342, 344, a lançadeira 322 estando na sua posição posterior.

A lançadeira 322 é então movida para sua posição frontal, levando a folha 320 em direção ao anel interno 200, passando sobre a barra 342 (figura 7B). A lançadeira 322 sustenta através de sua lateral interna contra a folha 320 e leva a folha a se tornar mais estreita progressivamente, reduzindo sua largura enquanto também dá a curvatura desejada na extremidade interna 362b do segmento novamente liberado da folha 362.

As barras 342, 344 são movidas sucessivamente em rotação na direção a montante de modo a tornar completamente desencaixado por baixo do segmento 362 de modo que a folha 320 seja unida contra os pregos 102 sob o efeito da tensão na folha, após o que as barras são movidas para cima e então para baixo (isto é a situação mostrada na figura 6) de modo a estar acima do segmento 362 (figura 7C) e finalmente as barras são movidas para baixo para encaixar o segmento 362 nos pregos 102, 202, sendo pressionados contra os anéis interno e externo (figura 7D).

A lançadeira 322 é então movida em direção a sua posição de suporte. Sob o efeito da tensão exercida sobre as malhas que formam a folha 320, a folha se enrola em torno da barra 344 e um novo segmento 364 da folha se estende entre os anéis interno e externo (figura 7E).

As barras 342, 344 são novamente movidas em sucessão em rotação a montante de modo a ser completamente desencaixada debaixo do segmento 364 tal que a folha 320 é presa em torno dos pregos 202 sob o efeito de sua tensão, e as barras são então movidas para cima, e então a jusante de modo a ser colocado acima do segmento 364 (figura 7F), e finalmente para baixo de modo a encaixar o segmento 364 nos pregos 102, 202 (figura 7G). Isto volta na mesma configuração como na figura 7A, e o processo pode ser continuado do mesmo modo.

A folha 320 é depositada enquanto também aciona os anéis 100 e 200 em rotação. O elemento rotatório pode ser contínuo. Cuidado é então tomado para assegurar que as barras 342, 344 são de um comprimento que é suficiente para permiti-las pressionar contra toda a largura da folha enquanto se encaixa contra os pregos 102, 202. Também seria possível para os anéis 100 e 200 serem levados a girar descontinuamente, por exemplo, parando enquanto as barras 322, 344 estão atuando contra a folha 320.

Pelo efeito dos anéis 100, 200 girando, os segmentos 360, 362, 364 da folha 320 que são dispostas em sucessão através uma da outra do modo mostrado na figura 8. O movimento rotatório dos anéis 100, 200 e o movimento em translação da lançadeira 322 são preferencialmente selecionados de tal maneira que para uma dada largura de folha 320, as sucessivas extremidades externas tais como 360a e 362a e as sucessivas extremidades internas tais como 362b, 364b dos segmentos de folha são justapostos. Isto produz uma folha transversal 366 que se estende entre os anéis 100 e 200 e que apresentam densidade que é substancialmente constante ao longo de qualquer dada circunferência, mas com densidade que aumenta entre o anel externo 100 e o anel interno 200. Também e preferível assegurar que a largura da folha é tal que as malhas 302 dos segmentos de folha sucessivamente depositadas formam um ângulo a ficando na faixa de 45° a 75° em relação a uma tangente a direção circunferencial na circunferência do meio. Mais preferivelmente, este ângulo a é de cerca de 60°, como mostrado na figura 8.

O dispositivo de alimentação e deposição 400 (figura 9) recebe uma pluralidade de malhas 402 cada uma formada pelo espalhamento de um cabo. As malhas 402 passam por dispositivos tensionadores e de preparação (não mostrado) análogo aqueles mostrados na figura 5, e então sobre rolamentos defletores 406, e estes são guiados para estar acima e próximo da superfície superior da bandeja 150 por guias 408, 410. Como mostrado em seção e sobre uma escala maior na figura 9A, as guias 408, 410 estão na forma de escovas, cada uma definindo uma fileira de passagens alinhadas numa direção que é substancialmente radial entre os anéis 100 e 200. As guias 408, 410 são dispostas próximas uma das outras com passagens da guia 408 sendo interpostas (ou em ziguezague) em relação as passagens da guia 410. As malhas vindo das guias 408, 410 são justapostas de modo a formar uma folha circunferencial 420 que se estende entre os anéis 100 e 200. As malhas 402 alcançam as guias 408, 410 numa direção que é vertical ou que se inclina em relação a bandeja 150. As guias 408, 410 e as passagens que estas incluem são dadas numa forma curva de modo que as malhas 402 deixam as guias substancialmente tangenciais em relação a horizontal. As guias 408, 410 tem passagens de largura correspondente as larguras das malhas 402. Estas assim servem para controlar a largura e o posicionamento das malhas 402 que fazem a folha circunferencial 420.

Desde que o dispositivo 400 está localizado a jusante a partir do dispositivo 300, a folha circunferencial 420 é depositada sobre a parte superior da folha transversal 360 na bandeja 150 entre os anéis 100, 200. Na configuração mostrada na figura 8 onde os elementos (malhas 302) da folha 360 formam um ângulo de cerca de 60° em relação a tangente da direção circunferencial na circunferência do meio, em adição a folha circunferencial fornece elementos (malhas 402) que, naquele nível também forma um ângulo de 60° em relação aos elementos da folha 360, que significa que após as folhas terem sido unidas junto com os elementos de reforço estão numa configuração de aproximadamente 3 χ 60°.

A folha 420 é vantajosamente dada uma densidade que diminui entre o anel externo 100 e o anel interno 200 de modo a compensar pelo aumento da densidade da folha 360 e obter uma folha 360 mais 420 de densidade que é substancialmente uniforme através de toda sua largura. Com este propósito, a folha 420 pode ser formada com malhas tendo a mesma largura mas vindo a partir de cabos ou com malhas que vem dos cabos que tem o mesmo peso mas com diminuída largura (maior espalhamento) como mostrado na figura 9, ou pelo uso de uma combinação daquelas duas técnicas.

O dispositivo de união 500 é vantajosamente constituído por um dispositivo de costura. Este compreende uma cabeça de costura 502 que é acionada com movimento vertical, por exemplo, por um mecanismo tipo manivela (não mostrado). A cabeça 502 carrega uma pluralidade de agulhas farpadas 504 que servem para unir as folhas 360 e 420 agarrando fibras e movendo-as numa direção vertical (direção Z), de uma maneira bem conhecida.

A cabeça da costura se estendem por um setor de anel. A porção da bandeja 150 situada sob a cabeça de costura apresenta perfurações 156 de acordo com as agulhas 504 de modo que as agulhas podem passar através das perfurações sem danificar a bandeja, as agulhas sendo distribuídas de modo a se obter uma densidade uniforme de costura entre as bordas externa e interna.

A disposição do dispositivo de união 500 imediatamente a jusante a partir do dispositivo 400 possibilita a folha 420 ser mantida imediatamente após ter sido depositada e limita qualquer risco da folha 420 se tornando desorganizado antes de ser preso a folha 360. Esta disposição é deste modo preferida, mas não necessária. É possível considerar o depósito da folha circunferencial antes de formar a folha transversal.

Como os anéis 100, 200 giram, uma estrutura fibrosa é construída, sendo formada pela superposição de camadas constituídas em alternação pela folha transversal 360 e pela folha circunferencial 420 que são unidas não apenas umas com as outras, mas também a porção de baixo da estrutura fibrosa anular que está sendo construída.

De modo a se obter junção união através da espessura da estrutura fibrosa, é desejável para assegurar que a profundidade da penetração das agulhas é substancialmente constante. Com este propósito, conforme a estrutura fibrosa é construída, a bandeja de suporte 150 é movida para baixo. No início da formação da estrutura fibrosa, a bandeja de suporte 150 está num nível horizontal situado próximo da parte superior dos pregos 102, 202 (figura 10A). Após isto, a bandeja de suporte 150 é movida para baixo (figura 10B) com as folhas transversal e circunferencial que continua a ser formada no mesmo nível horizontal. A profundidade de penetração das agulhas corresponde a mais do que duas camadas, com as agulhas que passam através das perfurações 156 na bandeja no início do processo, e subseqüentemente, uma vez que a estrutura fibrosa tem alcançado uma certa espessura, as agulhas não mais alcançam a camada debaixo da estrutura.

Deve-se observar que a técnica de união das camadas de fibra pela costura conforme sua sobreposição está sendo construída sobre um suporte, com o suporte sendo abaixado progressivamente de modo a conservar uma profundidade de penetração substancialmente constante para as agulhas, é bem conhecida. Assim, na presente circunstância, é possível para a bandeja 150 ser abaixada em de acordo com a relação similar aquela descrita na acima mencionada patente US No. 5792715, e a profundidade de penetração das agulhas podem ser controladas da maneira descrita na patente US No. 6374469. O movimento para baixo da bandeja 150 pode ocorrer continuamente, ou descontinuamente com uma etapa para baixo sendo imposta após cada completa rotação dos anéis 100 e 200.

Enquanto a estrutura fibrosa que está sendo construída está sendo submetida a junção por costura, esta é mantida lateralmente em posição pelas voltas sucessivas da folha transversal 360 que é encaixada sobre os pregos 102, 202, com as barras 342, 344 levando a estrutura fibrosa a se mover para baixo progressivamente ao longo dos pregos cada vez que estes são pressionados contra o segmento mais recentemente depositado da folha 320. Isto é deste modo necessário assegurar que os pregos são de uma altura que não é menor do que, e que é preferivelmente um pouco mais alto do que, a espessura da estrutura fibrosa anular que é para ser feita.

Uma vez a espessura desejada para a estrutura fibrosa anular 30 ter sido alcançada, a cabeça de costura 502 e as guias 408, 410 são retraídos, a lançadeira 322 é tomada na sua posição posterior, as folhas 360 e 420 são cortadas, e a estrutura fibrosa é removida pela elevação da bandeja 150 de modo a desencaixar os pregos 102, 202 (figura 10C). Numa variação, a estrutura fibrosa poderia ser desencaixada pelo abaixamento dos anéis interno e externo 100 e 200, com a bandeja 150 sendo mantida na posição esta alcança na extremidade da construção da estrutura fibrosa, por exemplo.

Na descrição acima, cada folha 320, 420 é descrita como sendo feita por meio de uma pluralidade de malhas justapostas obtidas pelo espalhamento de cabos. Numa variação, uma e/ou outra das folhas 320, 420 poderia ser formada pelo espalhamento de um único cabo, ou pela união de fios ou cabos unidirecionais.

Em outras realizações variantes, os cabos poderiam ser espalhadas, e as folhas poderiam ser posicionadas automaticamente, fazendo uso de sistemas automáticos do tipo descrito nas patentes US Nos. 6684564 e 6690987.

A natureza das fibras que constituem as folhas fibrosas 320 e 420 depende da aplicação pretendida. Quando as estruturas fibrosas anulares constituem pré-moldados para discos de freio de compósito C/C, é possível usar fibras de carbono ou fibras precursoras de carbono, por exemplo fibras de poliacrilonitrila pré-oxidadas. Quando se utiliza fibras precursoras de carbono, uma transformação final em carbono é pré-moldado por tratamento a quente após a estrutura fibrosa ter sido feita.

Exemplos 1 a 4

Uma estrutura fibrosa para constituir um pré-moldado anular para um disco de freio em material compósito C/C e que apresenta um diâmetro externo D0 de 226 mm foi feito pela sobreposição e costura de uma folha transversal e uma folha circunferencial obtida como se segue.

Cabos de carbono foram usados constituídos de 50000 filamentos (50 K) ou 24000 filamentos (2-(4-isobutilfenil) propionato de potássio Κ) tendo pesos lineares respectivos de 3,7 quilotex (kTex) e 1,6 kTex. O número de cabos que, após ter sido espalhado, constitui a folha transversal e a folha longitudinal, e as larguras W das malhas obtidas pelo espalhamento dos cabos foram selecionados de modo a se obter um pré- moldado que tem substancialmente densidade uniforme com as seguintes características:

- um ângulo a entre as malhas que formam a folha transversal e uma tangente a circunferência do meio que fica na faixa de 45° a 75°, e preferivelmente ficando em cerca de 60°; e

- uma razão R entre a fração de peso representada pela folha circunferencial e a fração de peso representada pela folha transversal de cerca de 1/3:2/3.

A tabela 1 abaixo dá várias combinações possíveis para se obter as características desejadas.

Tabela 1

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Exemplos 5 a 8

O procedimento foi o mesmo como nos exemplos 1 a 4, mas com diferentes diâmetros interno e externo, a saber D0 = 553mm e D1 = 289mm.

A tabela 1 abaixo dá várias configurações possíveis para se obter as mesmas características desejadas para o ângulo a e a razão R como nos exemplos 1 a 4.

Tabela 2

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Claims (22)

1. Método de fabricação de uma estrutura fibrosa anular sendo o método, CARACTERIZADO por compreender as etapas que consistem de: - fornecer uma primeira folha de fibra (320) feita de elementos substancialmente unidirecionais (302); - formar uma primeira folha anular transversal pela deposição da primeira folha de fibra (320) alternadamente em uma direção e na direção oposta entre os anéis circulares coaxiais externo (100) e interno (200), com a folha sendo mantida nos ditos anéis; - fornecer uma segunda folha de fibra feita de elementos substancialmente unidirecionais (402); - formar uma segunda folha anular circunferencial (420) pela deposição da segunda folha de fibra numa direção circunferencial entre os ditos anéis externo e interno; - união das folhas anulares circunferenciais e transversais uma com as outras; e - direcionar as folhas anulares circunferenciais e transversais em rotação em torno do eixo dos anéis externo e interno de modo a executar uma pluralidade de revoluções completas de forma a obter diretamente a partir dos ditos elementos substancialmente unidirecionais uma estrutura anular espessa fibrosa tendo camadas formadas pela alternância das folhas transversais com e ligadas as camadas formadas pelas folhas circunferenciais.

2. Método de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pela primeira folha fibrosa (320) ser depositada enquanto reduz sua largura entre o anel externo (100) e o anel interno (200), e a folha circunferencial (420) é formada com densidade que diminui entre o anel externo e o anel interno.

3. Método de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pela folha anular transversal (320) ser depositada de forma a dar uma densidade que seja substancialmente constante ao longo de qualquer circunferência.

4. Método de acordo com as reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pela primeira folha fibrosa (320) ser depositada enquanto de forma que os elementos fibrosos da folha anular transversal forma um ângulo que fica na faixa de 45° a 75° com uma tangente a direção.

5. Método de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo dito ângulo ser cerca de 60°C.

6. Método de acordo com as reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pela primeira folha fibrosa (320) ser formada por um cabo espalhado ou uma pluralidade de cabos espalhados justapostos (302).

7. Método de acordo com as reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pela segunda folha fibrosa (420) ser formada por um cabo espalhado ou uma pluralidade de cabos espalhados justapostos (402).

8. Método de acordo com as reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pela folha transversal anular ser mantida nos anéis externo (100) e interno (200) por meio de pregos (102, 202) trazidos pelos ditos anéis.

9. Método de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelas folhas transversal e circunferencial serem acionadas em rotação através dos anéis externo (100) e interno (200).

10. Método de acordo com as reivindicações 1 a 9, CARACTERIZADO pelas folhas anulares transversal e circunferencial serem formadas num suporte anular horizontal (150) que é disposto entre os anéis externo (100) e interno (200) e que é baixado progressivamente conforme a estrutura fibrosa anular é construída.

11. Método de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO por após a estrutura fibrosa anular ser formada, esta é desencaixada pelo deslocamento vertical relativo entre o suporte anular horizontal (150) e os anéis externo (100) e interno (200).

12. Método de acordo com as reivindicações 1 a 11, CARACTERIZADO pela união entre as folhas anulares transversal e circunferencial serem pré-moldadas progressivamente enquanto estas estão sendo depositadas.

13. Método de acordo com as reivindicações 1 a 12, CARACTERIZADO pela união entre as folhas anulares transversal e circunferencial serem obtidas por costura.

14. Método de acordo com as reivindicações 1 a 13, CARACTERIZADO pela folha anular circunferencial ser depositada após a folha anular transversal ter sido depositada e imediatamente antes das folhas serem unidas.

15. Instalação para fabricação de uma estrutua fibrosa anular espessa que apresenta camadas formadas por uma folha transversal fibrosa alternada com e ligada a camadas formadas por uma folha fibrosa circunferencial, a instalação sendo, CARACTERIZADA por compreender: - um dispositivo (300, 322) para trazer uma primeira folha fibrosa (320) e dispô-la sobre um suporte anular (150) alternadamente em uma direção e na direção oposta entre os anéis circulares coaxiais externo (100) e interno (200) situados em ambos os lados do suporte anular de modo a formar uma primeira folha anular transversal; - membros (102, 202) para manter a folha anular transversal nos anéis externo e interno; - um dispositivo (400) para trazer uma segunda folha anular (420) sobre o suporte anular (150) e depositá-lo na direção circunferencial entre os anéis externo e interno de modo a formar uma segunda folha anular circunferencial; - um dispositivo (500) para unir as folhas anulares transversal e circunferencial; e - um dispositivo (106, 206) para direcionar as folhas anulares circunferencial e transversal em rotação em torno do eixo dos anéis externo e interno.

16. Instalação de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADA pelo dispositivo para trazer e depositar a primeira folha fibrosa compreender: - um dispositivo (300) para alimentar a primeira folha fibrosa; e - um membro na forma de uma lançadeira (322) que é móvel em translação entre uma posição situada além do anel externo (100) e uma posição situada dentro do anel interno (200) e capaz de agir sobre a primeira folha fibrosa para trazê-la em direção ao anel interno enquanto reduz a largura da folha.

17. Instalação de acordo com a reivindicação 16, CARACTERIZADA pelo membro na forma de uma lançadeira (322) apresentar uma porção curva para sustentar-se contra a primeira folha fibrosa (320) para trazê-la para o anel interno (200) enquanto dá uma curvatura no anel interno que corresponde a curvatura do anel interno.

18. Instalação de acordo com as reivindicações 15 a 17, CARACTERIZADA pelos membros para manter a folha transversal são pregos (102, 202) trazidos pelos anéis externo (100) e interno (200).

19. Instalação de acordo com a reivindicação 18, CARACTERIZADA por ainda compreender membros prensadores na forma de barras móveis curvas (342, 344) para contrubuir com o encaixe da primeira folha fibrosa (320) sobre os pregos (102, 202) pela pressão sobre a primeira folha fibrosa.

20. Instalação de acordo com as reivindicações 15 a 19, CARACTERIZADA pelo dispositivo acionador rotatório compreender os anéis externo (100) e interno (200).

21. Instalação de acordo com as reivindicações 15 a 20, CARACTERIZADA pelo suporte anular (150) ser verticalmente móvel.

22. Instalação de acordo com as reivindicações 15 a 21, CARACTERIZADA pelo dispositivo de junção (500) ser um dispositivo de costura disposto imediatamente a jusante do dispositivo (400) para trazer a segunda folha fibrosa (420) sobre o suporte (150).