BRPI0921447B1 - ESTRUTURA DE REFORQO HfBRIDO - Google Patents

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Henry E. Richardson
Xuping Qian
Gary Hulett
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Zephyros, Inc
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Abstract

ESTRUTURA DE REFORÇO HÍBRIDO Trata-se descrição de um reforço estrutural para inserção em uma cavidade de uma estrutura de veículo que inclui uma porção de reforço de base, um material expansível e um reforço localizado. O reforço localizado é posicionado no interior do reforço estrutural em um local de deformação aumentada antecipada durante o impacto do veículo em uma tentativa de reduzir a deformação e o controle a distribuição de carga após o impacto.

Description

REIVINDICAÇÃO DE PRIORIDADE
O presente pedido reivindica prioridade sobre a data de depósito do Pedido de Patente Provisório de número de série U.S. 61/112,331 (depositado em 7 de Novembro de 2008), cujo conteúdo de seu pedido está expressamente ora incorporado em sua integridade a título de referência.
CAMPO DA INVENÇÃO
A presente invenção refere-se, em geral, ao reforço de estruturas, e mais particularmente ao reforço de estruturas de veículo utilizando múltiplos materiais de reforço.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
Em anos recentes, uma considerável atenção tem sido direcionada a melhorar o desempenho de veículo, no evento de colisões ou outros impactos. Um aspectlo particular que tem sido discutido é a resistência de colisão do teto. Um objetivo de tais esforços é melhorar a carga que um teto de veículo é capaz de suportar (por exemplo, durante um acidente de capotamento) e dessa forma, ajudar a prevenir a intrusão do teto no compartimento do passageiro. Os esforços até agora, têm sido em grande parte na área de reforço de metal, ramo o uso crescente de estruturas de aço para reforço. Infelizmente para desempenhar um trabalho eficaz de estrutura de reforço, são necessárias estruturas relativamente pesadas. Isso tem um efeito indesejado de aumentar o peso do veículo, com uma concomitante diminuição da eficiência de combustível. Dessa forma, há a necessidade de reforços estruturais que fornecem suporte suficiente para cumprir a necessidade de resistência de colisão do teto e outras aplicações da estrutura de reforço, enquanto evitam-se os efeitos prejudiciais do aumento de peso do teto de veículo.
Em vários outros locais de veículo, percebeu-se recentemente o crescente uso de reforços estruturais nos quais as cavidades de veículo são comumente equipadas com reforços estruturais que auxiliam no controle de deformação a partir de um impacto. Tornou-se popular para algumas aplicações recentemente a disposição de uma estrutura carreadora em combinação com ummaterial expansível como parte do reforço. Ver, por exemplo, as Patentes U.S. Nos. 6.932.421; 6.921.130; 6.920.693; 6.890.021; e 6.467.834 todas aqui incorporadas a título de referência. Tipicamente, estas estruturas de apoio são feitas somente de materiais poliméricos moldados. Algumas são feitas somente de materiais metálicos. Como tem sido o caso para um amplo número de aplicações destas estruturas, o tamanho e a geometria da estrutura podem ser relacionados à extensão do suporte de carga que é necessário para a aplicação. Frequentemente, isso tem sido tratado simplesmente através do aumento de material utilizado para o carreador (e dessa forma o peso da parte) em resposta a crescente necessidade de resistência de impacto. A atenção ao controle de modos múltiplos de deformação dentro de um carreador único é muitas vezes apenas acidental, quando há.
O reforço e suporte de estruturas de teto de veículo fornecem um desafio adicional particular, especialmente tendo em vista os volumes de cavidade, em que o reforço do tipo acima é possível. Através do aumento da quantidade de material usada para o carreador, pode ser difícil dispor um reforço que seja grande o suficiente para fornecer o suporte indispensável, mas pequeno o suficiente para caber dentro das fronteiras de certas cavidades de veículo, incluindo pilares e soleiras da porta. Além disso, muitos projetos novos de veículo, particularmente aqueles relacionados a veículos compactos, necessitam de reforços mais fortes em cavidades ainda menores. As estruturas de reforços tradicionais podem não ser adequadas, tendo em vista que os requisitos de tamanho de cavidade, frequentemente limitam a habilidade de adicionar mais material aos reforços para o aumento da resistência.
Dessa forma, permanece uma necessidade de técnicas alternativas que permitem a habilidade de melhorar a capacidade de suporte de um carreador, enquanto evita a adição de peso substancial, além de evitar a despesa e o tempo associados com matérias-primas e tempo de processamento adicionais. Também permanece uma necessidade de estrutura de reforço que pode ser feito em um formato relativamente discreto, para que possa ser disposto com sucesso em cavidades menores.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
A presente invenção atende uma ou mais das necessidades acima, através dos métodos e dispositivos melhorados descritos aqui.
Em um aspecto, a presente invenção pertence a uma estrutura de reforço, que compreende uma porção de base, um material expansível e um reforço 5 localizado. A porção de base pode ser uma porção de reforço de base alongada, que tem um eixo longitudinal. O material expansível pode ser um material polimérico expansível, associado pelo menos, parcialmente com uma porção de reforço de base. O reforço localizado pode ser um reforço localizado alinhado, geralmente paralelo ao eixo longitudinal e localizado dentro de uma região de deformação de impacto 10 contemplada da estrutura de reforço. O reforço localizado pode, adicionalmente, ser feito de um material que é dissimilar do material de uma porção de reforço de base, além de ter uma resistência à tração mais alta do que o mesmo, de forma que mediante impacto na região de deformação de impacto, a gravidade da deformação seja substancialmente reduzida, quando comparada com uma parte sem o reforço 15 localizado.
Este aspecto pode ser adicionalmente caracterizado por uma ou qualquer combinação das características seguintes. A porção de reforço de base e o material polimérico expansível podem ser formados integralmente pelo mesmo material. O reforço localizado pode inclui meios de preensão que fixe o reforço 20 localizado a uma estrutura de veículo ou à porção de reforço de base. Os meios de preensão podem ser fixados a qualquer suporte de montagem, mecanismo de cinto de segurança ou retrator, suporte de manipulo de tração, bagageiro de teto, suporte de teto, suporte de teto solar, suporte de pára-choque, componente de articulação, suporte de montagem de chassi, suporte de motor, componente de suspensão ou 25 suporte de radiador. O reforço localizado pode ser feito de um material metálico selecionado a partir de aço, alumínio, titânio, níquel, magnésio, uma liga, um metal de transição ou qualquer combinação dos mesmos. O reforço localizado pode ser completa e substancialmente coberto por uma porção de reforço de base, pelo material expansível, ou por ambos. A porção de reforço de base pode incluir uma primeira 30 superfície curvada, que fica em contato com um reforço localizado curvado. O reforçolocalizado pode ser um material compósito. O reforço localizado pode ter uma superfície externa e, pelo menos, uma porção da superfície externa pode estar em contato com o material expansível após a expansão.
Em um aspecto adicional, a presente invenção contempla uma estrutura de reforço, que compreende uma porção de reforço de base, que tem uma ou mais extensões, um material polimérico expansível adjacente a uma ou mais extensões e um reforço localizado. A porção de reforço de base pode ser alongada e pode incluir uma primeira superfície curvada e um eixo longitudinal. O material expansível pode ser, pelo menos, parcialmente associado com uma porção de reforço de base e uma ou mais extensões podem fazer com que o material expansível se expanda primeiro verticalmente e horizontalmente somente após o material expansível se estender além da altura de uma ou mais extensões. O reforço localizado pode ser alinhado, geralmente paralelo com o eixo longitudinal de uma porção de base e pode estar localizado dentro de uma região de deformação de impacto contemplada da estrutura de reforço. O reforço localizado pode, adicionalmente, estar em contato com a primeira superfície curvada de uma porção de reforço de base e pode ser feito de um material que é dissimilar do material de uma porção de reforço de base.
Este aspecto pode ser adicionalmente caracterizado por uma ou qualquer combinação das características seguintes. O material expansível pode ter uma razão de ductilidade de cerca de 2,5. O reforço localizado pode ter em geral um perfil curvado ou em formato de U. A porção de reforço de base pode ser uma parte de metal, uma parte compósita, uma parte polimérica, ou qualquer combinação dos mesmos. A ductilidade do material de porção de reforço de base pode ser menor do que a ductilidade do material de reforço localizado. O reforço localizado pode ter uma ou mais superfícies expostas visíveis, após a expansão do material expansível. A estrutura de reforço pode incluir uma porção superior, uma porção média, e uma porção inferior, de modo que o reforço localizado esteja somente em contato com a porção média. A porção de reforço de base, o reforço localizado ou ambos, podem conter meios mecânicos de encaixe.
Em ainda outro aspecto, a presente invenção contempla um estrutura dereforço que compreende: uma porção de reforço de base, que inclui uma primeira superfície curvada e uma ou mais extensõès; um material polimérico expansível associado, pelo menos, parcialmente com uma porção de reforço de base, em que o material polimérico expansível fica localizado adjacente a uma ou mais extensões, de modo que uma ou mais extensões façam com que o material expansível expanda primeiro verticalmente e horizontalmente apenas após do material expansível se estender além da altura de uma ou mais extensões; um reforço localizado que tem um perfil geralmente curvado ou nem formato de U e localizado dentro de uma região de deformação de impacto contemplada da estrutura de reforço, em que: pelo menos, uma porção da superfície externa é exposta visivelmente e fica em contato com o material expansível após a expansão; o reforço localizado é feito de um material que é dissimilar do material da porção de reforço de base; o reforço localizado fica em contato com a primeira superfície curvada da porção de reforço de base; e a ductilidade do material de porção de reforço de base é menor do que a ductilidade do material de reforço localizado; os meios de preensão prendem o reforço localizado à estrutura de veículo ou à porção de reforço de base.
DESCRIÇÃO DOS DESENHOS
A Figura 1 é uma vista em perspectiva de um reforço ilustrativo de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 2 é uma vista inferior do reforço da Figura 1.
A Figura 3 é uma vista esboçada do reforço da Figura 1.
A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma porção de um reforço ilustrativo de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 5 é uma vista em perspectiva de um reforço ilustrativo de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 6 é uma vista em seção transversal do reforço da Figura 5.
A Figura 7 é uma vista de um suporte ilustrativo anexado a seção transversal mostrada na Figura 6, de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 8 é uma vista em perspectiva de um reforço ilustrativo de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 9 é uma vista em perspectiva de um reforço ilustrativo de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 10 é um diagrama que exibe a localização e o movimento do material expandido e extensões adjacentes de acordo com os presentes ensinamentos.
A Figura 11 é uma vista em perspectiva de um reforço ilustrativo de acordo com os presentes ensinamentos.
DESCRIÇÃO DETALHADA
A presente invenção contempla uma abordagem única para fornecer suporte e reforço suplementares às porções de uma estrutura de veículo que experimenta uma deformação aumentada durante o impacto do veículo. O suporte adicional é fornecido através da inclusão de uma estrutura de reforço localizado que em combinação com uma porção de reforço de base, como parte de um carreador único, é capaz de fornecer o suporte necessário para a estrutura de reforço do veículo, sem adicionar nenhum peso ou custo substancial ao veículo. A porção de reforço de base pode ser feita de um material polimérico e o reforço localizado pode ser feito de um material metálico. A estrutura resultante pode pesar menos do que uma estrutura de reforço feita inteiramente de material metálico. A estrutura resultante pode também pesar menos e/ou custar menos do que uma estrutura de reforço feita inteiramente de material polimérico (por exemplo, uma estrutura de reforço polimérica, que fornece suporte igual ao reforço da presente invenção). A estrutura de reforço da presente invenção é capaz de fornecer suporte adicional à estrutura de teto ou outras cavidades de um veículo, sem adicionar nenhum peso substancial não desejado.
Através da colocação dos reforços estruturais dentro das cavidades de veículo, a força de um impacto é absorvida e dissipada pela estrutura de reforço. No evento da força do impacto ser grande demais, o material da estrutura de reforço pode rachar, entortar ou quebrar. Através do fornecimento do reforço localizado apresentado aqui, dentro de uma estrutura de reforço, qualquer impacto que envolva mais força do que a porção de reforço de base é capaz de suportar, causará uma deformação de múltiplos estágios. A força de um impacto pode ficar entrar em contatoprimeiro com uma porção de reforço de b^ise. Uma vez que a força excede a capacidade de resistência de uma porção de reforço de base, a força será transferida ao reforço localizado, em vez de causar a quebra ou rachadura de uma porção de reforço de base. Esta sequência de deformação de múltiplos estágios pode incluir meios adicionais para o controle dos efeitos da força do impacto na estrutura de reforço. Por exemplo, a adição de um material expansível, como apresentado aqui, pode adicionar um nível de suporte adicional para prevenir qualquer rachadura ou quebra da porção de reforço de base.
Como tratado aqui, um reforço pode ser colocado em contato com uma porção de reforço de base. O reforço localizado pode estar disposto em um local na porção de reforço de base que experimenta uma deformação aumentada durante o impacto para reduzir os efeitos deletérios do impacto do veículo. O reforço localizado pode também atravessar o comprimento total de uma porção de reforço de base, no evento da porção de reforço de base inteira experimentar deformação aumentada durante o impacto. O reforço localizado pode der uma estrutura alongada que é feita de um material que é dissimilar ao da porção de reforço de base. A porção de reforço de base pode também ser uma estrutura alongada, que tem um eixo longitudinal e o reforço localizado pode estar alinhado, geralmente, paralelo ao eixo longitudinal de uma porção de reforço de base. O reforço localizado pode agir para cortar a porção de reforço de base, de modo que o reforço localizado fique alinhado de uma maneira paralela com uma ou mais estruturas de nervura que se movimentam transversalmente ao eixo longitudinal e/ou uma ou mais estruturas de nervura que se movimentam substancialmente paralelas ao eixo longitudinal em ambos os lados do reforço localizado. O reforço localizado pode ser anexado à porção de reforço de base através de um fecho e/ou de um adesivo. Este pode ser mantido em seu lugar através de anexação, forças de compressão, atrito, adesão ou qualquer combinação dos mesmos. O reforço localizado pode incluir múltiplas camadas do mesmo material, ou múltiplas camadas de materiais dissimilares. As camadas podem compreender adicionalmente materiais adesivos e/ou expansíveis dispostos entre as camadas. As camadas podem ser presas umas com as outras à porção de reforço de base, aqualquer material adesivo e/ou expansível ou qualquer combinação dos mesmos.
O reforço localizado pode ser pode ser moldado por inserção, de modo que o reforço localizado é inserido em um local e material fundido é aplicado sobre e em volta do reforço localizado. O reforço localizado pode ser coextrudado com um material de porção de reforço de base, com o material expansível ou com ambos. O reforço localizado pode também ser anexado à porção de reforço de base através de meios de preensão ou adesivos. Após a anexação, o reforço localizado pode estender- se através do comprimento total de uma porção de reforço de base ou alternativamente pode se estender através junto com até cerca de 25% do comprimento de uma porção de reforço de base, até cerca de 50% do comprimento de uma porção de reforço de base, ou até mesmo, até cerca de 75% do comprimento de uma porção de reforço de base. Este pode estender-se mais do que cerca de 25% ou mais do que cerca de 50% do comprimento de uma porção de reforço de base. O reforço localizado pode estender-se junto com a largura de uma porção de reforço de base. O reforço localizado pode estender-se junto com a largura total de uma porção de reforço de base ou alternativamente se estender com até cerca de 25% da largura de uma porção de reforço de base, até cerca de 50% da largura da porção de reforço de base, ou até mesmo, até cerca de 75% da largura de uma porção de reforço de base. Este pode estender-se mais do que cerca de 25% ou mais do que cerca de 50% da largura de uma porção de reforço de base.
Mediante a inserção do reforço localizado na porção de reforço de base, o reforço localizado pode ter uma ou mais superfícies expostas (por exemplo, superfícies que não são ocultadas por uma porção de reforço de base). O reforço localizado pode também ficar localizado dentro da porção de reforço de base, de modo que todo o reforço localizado seja substancialmente coberto por uma porção de reforço de base (por exemplo, o reforço localizado não tem superfícies expostas). Após a expansão do material expansível, o reforço localizado pode continuar a ter uma ou mais superfícies expostas (por exemplo, superfícies que não são cobertas pelo material expansível ou pela porção de reforço de base). Uma superfície periférica do reforço localizado pode ser geralmente coplanar ou contígua com uma porção dereforço de base. Uma superfície periférica do reforço localizado pode ser projetada além de e/ou ser rebaixada com relação à porção de reforço de base sobre, pelo menos, uma porção do seu comprimento.
O reforço localizado pode incluir uma ou mais paredes, e preferencialmente, pelo menos, duas paredes contíguas que são angularmente desviadas umas das outras. Uma ou mais paredes do reforço localizado podem ser substancialmente planas ou podem ser curvadas. O reforço localizado pode incluir ambas as paredes que são planas e as que são curvadas. As paredes do reforço localizado podem acompanhar e se encaixar nas paredes correspondentes de uma porção de reforço de base (por exemplo, as paredes do reforço localizado ficam em contato com uma ou mais paredes de uma porção de reforço de base, de modo que os ângulos e/ou curvaturas sejam complementares). A porção de reforço de base pode incluir uma primeira superfície, uma segunda superfície oposta e, pelo menos, uma parede lateral. A primeira superfície pode incluir uma ou mais nervuras. Uma segunda superfície pode incluir uma ou mais nervuras. Uma ou mais paredes laterais podem incluir uma ou mais nervuras. As nervuras podem estender-se em uma direção substancialmente transversal, em relação ao eixo longitudinal de uma porção dθ reforço de base. As nervuras podem estender-se em uma direção substancialmente paralela, em relação ao eixo longitudinal de uma porção de reforço de base. A porção de reforço de base pode incluir uma primeira porção e uma segunda porção, de modo que a primeira porção não fique em contato com o reforço localizado e a segunda porção fique em contato com o reforço localizado. A porção de reforço de base pode incluir múltiplas primeiras porções. A porção de reforço de base pode incluir, pelo menos, duas primeiras porções, cada uma contígua a uma extremidade terminal de uma segunda porção. Uma ou mais de, pelo menos, uma parede lateral pode incluir, pelo menos, uma porção do reforço localizado.
O reforço localizado pode ser um reforço de aço. O reforço localizado pode também ser composto de alumínio, alumínio extrudado, espuma de alumínio, magnésio, ligas de magnésio, ligas de magnésio moldadas, titânio, ligas de titânio, ligas de titânio moldadas, níquel, cobre, metais de transição, poliuretano, compósitosde poliuretano, ou qualquer combinação dos mesmos. O material do reforço localizado é selecionado de modo que a resistência à tração e o módulo do reforço localizado pode ser mais alto do que o de uma porção de reforço de base e/ou material expansível. A resistência à tração do material de reforço localizado pode ser, pelo menos, cerca de 1,2 vezes a resistência à tração do material de porção de reforço de base. A resistência à tração do material de reforço localizado pode ser, pelo menos, cerca de 2 vezes a do material de porção de reforço de base, ou até 5 vezes a do material de porção de reforço de base. O material do reforço localizado pode também ter uma condutividade térmica aumentada, quando comparada ao de uma porção de reforço de base. Este pode ter um módulo de flexão de, pelo menos 1,2.
O material utilizado para o reforço localizado pode ser tão fino quanto cerca de 0,5 mm. A espessura da parede do material de reforço localizado pode ser maior do que cerca de 0,5 mm. A espessura da parede do material de reforço localizado pode ser menor do que cerca de 3,5 mm. A espessura da parede do material de reforço localizado pode ser cerca de 1,5 mm. A espessura da parede pode variar em pontos diferentes através do reforço localizado, ou pode permanecer constante através perfil inteiro do reforço localizado. O reforço localizado pode ter, pelo menos, duas paredes não-planas. O reforço localizado pode ter três ou mais paredes e pode também ter um perfil substancialmente curvado ou em formato de U. O perfil do reforço localizado pode ser constante ou variável através do reforço localizado. As paredes do reforço localizado podem criar uma cavidade e essa cavidade pode conter estruturas de nervura e/ou material expansível.
A porção de reforço de base pode ser feita de uma poliamida adequada (por exemplo, Náilon) ou outro material polimérico. A porção de reforço de base pode ser moldada por injeção, extrudada, fundida sob pressão ou usinada compreendendo materiais, como polissulfonas, poliamidas (por exemplo, Náilon, PBI ou PEI), ou combinações dos mesmos. A porção de reforço de base pode também ser selecionada a partir de materiais que consistem de alumínio, alumínio extrudado, espuma de alumínio, magnésio, ligas de magnésio, ligas de magnésio moldadas, titânio, ligas de titânio, ligas de titânio moldadas, poliuretano, compósitos depoliuretano, enchimentos sólidos de baixa densidade, e SMC e BMC formados. A porção de reforço de base pode ser moldada por injeção ou extrudada. O material polimérico pode ser cheio, ou senão, reforçado. Por exemplo, pode incluir um material polimérico reforçado com vidro.
Como ilustrado nas Figuras 1-3, a presente invenção fornece um reforço localizado 12 em uma área de deformação aumentada em uma porção de reforço de base 13 de modo que o material de reforço localizado seja diferente do material de porção de reforço de base da estrutura de reforço. A área de uma porção de reforço de base ajustada com o reforço localizado pode experimentar uma deformação reduzida, quando comparada as porções de uma porção de reforço de base que não são ajustadas com nenhum reforço localizado. A estrutura de reforço pode incluir uma primeira superfície 22 e uma segunda superfície 23. O reforço localizado pode ser disposto, de modo que fique em contato comente com a primeira superfície (como mostrado, por exemplo, na Figura 2). A primeira superfície pode incluir uma área rebaixada 26 que tem uma ou mais paredes para conter o reforço localizado. As paredes da área rebaixada podem ser substancialmente planas, como mostrado, por exemplo, nas Figuras 2 e 3 ou podem ser curvadas.
Como mostrado, por exemplo, nas Figuras 4 e 5, o reforço da presente invenção pode incluir uma configuração de nervura moldada 10 como mostrado na patente U.S. Nos 7.374.219; 7.160.491; 7.105.112; 6.467.834; e no Pedido de Patente co-pendente e de propriedade comum de número de série U.S. 11/863.929, aqui incorporado a título de referência. A configuração de nervura moldada 10 pode incluir uma rede interconectada de nervuras e pode incluir um ou mais fechos 11 (por exemplo, fixadores de parafusos rosqueadores (push-pin)). As nervuras moldadas podem ser dispostas de modo que sejam transversais ao eixo longitudinal da estrutura de reforço. A disposição das nervuras transversais moldadas pode criar uma pluralidade de cavidades 27 dispostas através da estrutura de reforço. Cada cavidade pode conter uma pluralidade de paredes de modo que, pelo menos, uma parede seja formada pelo reforço localizado. Como mostrado, por exemplo, na Figura 11, o reforço pode incluir adiciona Imente um ou mais orifícios completos 16 através dos quais, osfluidos podem ser drenados (por exemplo, fluido para pintura por eletrodeposição (e- coat)), e um ou mais separadores ou pinos para fornecer espaço entre o carreador e a cavidade do veículo. A configuração de nervura moldada pode incluir adicionalmente um material expansível 15. Exemplos de reforços adequados podem ser encontrados, sem limitação, na Patente U.S. Nos. 6.953.219 e 6.467.834 aqui incorporada a título de referência.
Como ilustrado nas Figuras 4 a 9, o reforço localizado 12 pode também incluir uma ou mais estruturas 11 para prender o reforço localizado à porção de reforço de base ou para prender a qualquer parte de um veículo, que inclui, mas não se limita a qualquer suporte de veículo, suporte de montagem, mecanismo de cinto de segurança, retrator de cinto de segurança, suporte de manipulo de tração, bagageiro de teto, suporte de teto, suporte de teto solar, suporte de pára-choque, componente de articulação, suporte de montagem de chassi, suporte de motor, componente de suspensão ou suporte de radiador. A estrutura pode incluir um fecho, como um fixador do tipo árvore ou um fixador de parafuso rosqueado. Como exemplo, um fixador de pino de pressão pode ser usado como aquele apresentado no Pedido de patente de propriedade comum de número de série U.S. 12/405.481. O fixador pode ser capaz de fixar múltiplas camadas ou tipos de materiais a uma estrutura. Exemplos de fixadores adequados incluem fixadores mecânicos, presilhas, encaixes rápidos, parafusos, ganchos, combinações dos mesmos ou de similares. Para a anexação à estrutura de veículo, o reforço localizado pode incluir aberturas formadas cortadas para se ajustarem ao redor das abas localizadas na estrutura de veículo, de modo a segurar o reforço em seu lugar. Além disso, é contemplado que um ou mais fixadores podem ser formados de um único material com o reforço localizado ou podem ser formados de um material diferente e podem ser anexados ao reforço localizado.
Como mostrado na Figura 11, a porção de reforço de base 13 pode incluir uma porção superior 17, uma porção média 18 e uma porção inferior 19. A porção média pode estar em contato com o reforço localizado 12, enquanto que a porção superior e a porção inferior podem não estar em contato com o reforço localizado. A porção superior pode incluir um furo passante 20 para anexar a estruturade reforço a um componente de veículo. A porção inferior pode incluir também uma área recortada geralmente em forma de U 21 para facilitar o ajuste da estrutura de reforço dentro de uma cavidade. A porção de reforço de base pode incluir também uma primeira superfície 22 e uma segunda superfície 23, de modo que o reforço localizado fique disposto em contato com a primeira superfície. A primeira superfície 22 pode ser curvada em uma forma côncava, através da porção média 18 de uma porção de reforço de base. Ó reforço localizado pode também incluir uma porção curvada côncava 24 de modo que seja complementar em formato à porção média de uma porção de reforço de base. O reforço localizado pode cobrir somente parte da primeira superfície da porção média ou pode cobrir a primeira superfície da porção média inteira. A primeira superfície, a segunda superfície, ou ambas podem também incluir uma pluralidade de nervuras 10.
O material expansível pode ser um material que experimenta expansão mediante a exposição a temperaturas entre cerca de 148,89°C a cerca de 204,44°C (cerca de 300°F a cerca de 400°F) (isto é, temperaturas tipicamente experimentadas em pintura de automóvel ou operações de revestimento). O material expansível é tipicamente espumado a um volume de, pelo menos, 5% maior, pelo menos 50% maior, pelo menos 200% maior, pelo menos 1000% maior, pelo menos 2000% maior, pelo menos 5000% maior ou superior em relação ao volume não-expandido original. É também contemplado que o volume do material pode ser menor após a ativação devido à cura (por exemplo, reticulação) para versões de material expansível, espumadas ou não- espumadas.
A porção de reforço de base pode também estar em contato com um ou mais materiais expansíveis, como aqueles apresentados na Publicação de Patente de propriedade comum U.S. N°. 2008/0029200, incorporada aqui a título de referência. O material expansível pode ser um material à base de epóxi, como aqueles apresentados nas Patentes U.S. Nos. 5.884.960; 6.348.513; 6.368.438; 6.811.864; 7.125.461; 7.249.415; e na Publicação dePatente U.S. N°. 2004/0076831, aqui incorporadas a título de referência. A porção de reforço de base pode também incluir uma ou mais extensões 14 (como mostrado na Figura 10). Uma função de uma porção de reforço de base, em adição a fornecer uma estrutura de reforço a um veículo mediante disposição em uma cavidade de veículo, é fornecer um membro estrutural que carregue um material expansível ativável. Dessa forma, a porção de reforço de base pode incluir uma ou mais superfícies viradas para fora sobre as quais uma camada do material expansível é disposta. O material expansível 15 é aplicado à superfície de uma porção de reforço de base (anterior à expansão) em tais locais. Opcionalmente, a direção da expansão pode ser controlada por uma ou mais extensões, como aquelas apresentadas na Patente de número U.S. 6.941.719. A porção de reforço de base pode ser composta também de um material expansível, como aquele apresentado na Publicação de Patente de propriedade comum N°. 2007/0090560, aqui incorporado a título de referência. A porção de reforço de base e o material expansível podem também ser formados integralmente do mesmo material.
Os materiais expansíveis de acordo com a presente invenção, podem exibir módulos de relativamente alta resistência, enquanto também exibem um alto grau de ductilidade. O material expansível, particularmente para certas combinações e quantidades de ingredientes (por exemplo, combinação de certa quantidade de adutor, quantidade de modificador de impacto ou ambos) como apresentado aqui, pode exibir esta ductilidade aumentada. Estas propriedades são claramente dispostas, fazendo o uso de um método de teste de cisalhamento duplo. Tal método é descrito no método ASTM D3528-96, a configuração do tipo A faz o uso dos seguintes parâmetros de teste: os aderendos de teste têm uma espessura de 0,15cm (0.060 polegadas), o metal 2,54 cm X 10,16 cm (1 pol X 4 pol) EG-60 é pré-tratado com acetona; cada linha de ligação adesiva é de 3 mm; a dimensão de sobreposição de teste é is 2,54 cm X 0,13 cm (1 pol X 0.5 pol); a razão de teste é 1,27cm/min (0.5 pol/min). Tal método de teste pode ser usado para deduzir as propriedades desejadas, como as seguintes: a razão do alongamento até a ruptura dividida pela tensão de alongamento até o pico, que é referida aqui como a razão de ductilidade; a energia atéa ruptura, que é calculada como a área sob a curva de alongamento por tensão, com o uso do alongamento em ruptura como o valor terminal para a área de cálculo A.
Certos materiais expansíveis formados de acordo com a presente invenção exibiram uma razão de razão de ductilidade pós-ativação, que é maior do que cerca de 2,0; mais tipicamente maior do que cerca de 2,5 e até mesmo, possivelmente maior do que cerca de 2,8. Certos materiais expansíveis formados de acordo com a presente invenção exibiram um valor de energia até o rompimento pós- ativação maior que cerca de 550 Nmm, mais tipicamente maior do que cerca de 700 Nmm e possivelmente maior do que cerca de 750 Nmm quando determinados de acordo com o método de teste supracitado.
O material expansível pode ser geralmente conformado em uma configuração retangular ou em bloco, mas também pode ser configurado como necessário ou desejado, dependendo da configuração de uma porção de reforço de base e/ou reforço localizado. Claro que é contemplado que o material pode ser aplicado à porção de reforço de base e/ou reforço localizado como uma peça única (por exemplo, uma tira) ou peças múltiplas (por exemplo, tiras). Mediante expansão o material expansível pode expandir-se verticalmente, inicialmente, até entrar em contato com qualquer barreira em certo ponto em que o material expansível pode começar a se expandir em uma direção horizontal. O material expansível pode ser capaz de se expandir em qualquer vão com uma largura maior do que cerca de 1 mm. Adicionalmente, os materiais expansíveis da presente invenção são capazes de aumentar a ductilidade de uma porção de reforço de base. Os materiais expansíveis podem agir para distribuir a carga uniformemente sobre a superfície do material expansível e, por sua vez, transferir a carga uniformemente à porção de reforço de base e/ou reforço localizado subjacente, deste modo, explorando a força inerente de uma porção de reforço de base e/ou reforço localizado.
A menos que declarado de outro modo, as dimensões e geometrias das várias estruturas mostradas aqui não têm a intenção de ser restritivas à invenção e outras dimensões e geometrias são possíveis. Os componentes estruturais plurais podem ser fornecidos por uma estrutura integrada única. Alternativamente, umaestrutura integrada única pode ser dividida em componentes plurais separados. Além disso, enquanto uma característica da presente invenção pode ter sido descrita somente no contexto de uma das modalidades ilustradas, tal característica pode ser combinada uma ou mais outras características de outras modalidades, para qualquer dada aplicação. Será verificado a partir do descrito acima que a fabricação de estruturas únicas da presente invenção e a operação das mesmas também constituem métodos de acordo com a presente invenção.
A modalidade preferencial da presente invenção foi apresentada. Um indivíduo de conhecimento ordinário da técnica perceberá, entretanto, que certas modificações virão dentro dos ensinamentos desta invenção. Portanto, as reivindicações seguintes devem ser examinadas para determinar o escopo e conteúdo exatos da invenção.
As explicações e ilustrações presentes aqui são destinadas a familiarizar outros indivíduos versados na técnica com a invenção, seus princípios e suas aplicações práticas. Aqueles versados na técnica podem adaptar e aplicar a invenção em suas múltiplas formas, como pode ser mais adequado as necessidades de um uso, em particular. Consequentemente, as modalidades específicas da presente invenção como apresentadas, não têm a intenção de ser completas ou de limitarem a invenção. O escopo da invenção deve, portanto, ser determinado não com referência à descrição acima e sim com referência as reivindicações em anexo, junto com o escopo inteiro de equivalentes, aos quais tais reivindicações são designadas. As descrições de todos os artigos e referências, incluindo os pedidos e publicações de patentes são incorporadas a título de referência para todas as finalidades. Outras combinações também são possíveis, visto que serão colhidas a partir das reivindicações a seguir, que também são incorporadas aqui a título de referência nesta descrição escrita.

Claims (17)

1. Reforço estrutural para um veículo automotivo compreendendo: i) um reforço localizado metálico alongado (4) que tem um eixo geométrico longitudinal e é localizada em contato com uma porção de reforço de base, a porção de reforço de base é uma parte moldada por injeção que tem uma rede interconectada de nervuras; ii) um material expansível à base de epóxi (15) pelo menos cobrindo parcialmente a porção de reforço de base, o material expansível (15) sendo um material que experimenta expansão sob exposições a temperaturas entre 148,89°C a 204,44°C, para permitir que o material seja ativado pelo calor de uma pintura automotiva, ou operação de revestimento e espumar a um volume de pelo menos 50% mais alto em relação ao volume original não expandido, e a exibir uma razão de ductilidade pós-ativação maior que 2,0, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) é feito de um material que tem uma resistência à tração e uma ductilidade maiores que o material da porção de reforço de base (14); e em que o reforço localizado (12) tem um perfil geralmente sem forma na seção transversal relativa ao seu eixo geométrico longitudinal e uma espessura de parede de 0,5 mm a 3,5 mm, e em que o reforço localizado (12) é moldado por inserção de modo que o material da porção de reforço de base (14) é aplicado sobre e em volta do reforço localizado (12), enquanto ainda possui uma ou mais superfícies expostas que não são ocultadas pela porção de reforço de base (14).
2. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) é formado por um material selecionado a partir de aço, alumínio, titânio, níquel, magnésio, uma liga, um metal de transição ou qualquer combinação dos mesmos.
3. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de reforço da base (14) inclui uma primeira superfície curvada (22) que contacta a primeira superfície curvada (22) com o reforço localizado (12).
4. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) é um material compósito.
5. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o material expansível à base de epóxi (15) após expansão cobre a porção de reforço de base (14) de forma que pelo menos uma porção do material expansível à base de epóxi (15) está em contato direto com uma superfície externa do reforço localizado metálico.
6. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o material expansível (15) tem uma razão de ductilidade de 2,5.
7. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de reforço de base (13) inclui uma porção superior, uma porção média, e uma porção inferior e o reforço localizado (12) está somente em contato com a porção média.
8. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 2 ou 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) inclui múltiplas camadas do mesmo material.
9. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) inclui múltiplas camadas do mesmo material dissimilar.
10. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 8, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de reforço de base (13) é uma parte de metal, uma parte de compósito, uma parte polimérica, ou qualquer combinação dos mesmos.
11. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de reforço de base (13) é moldada por injeção, extrudada, fundida sob pressão ou usinada.
12. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de reforço de base (13) inclui uma primeira superfície (22) com uma área rebaixada que possui uma ou mais paredes para conter o reforço localizado.
13. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 12, CARACTERIZADO pelo fato de que as paredes da área rebaixada são substancialmente planas.
14. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) está em contato com uma porção de reforço de base (13) e o reforço localizado (12) é mantido em seu lugar através de anexação, forças de compressão, atrito, adesão ou qualquer combinação dos mesmos.
15. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 14, CARACTERIZADO pelo fato de que o reforço localizado (12) tem um módulo de flexão de pelo menos 1,2.
16. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a porção de reforço de base (13) inclui uma porção superior, uma porção média, e uma porção inferior e o reforço localizado está somente em contato com a porção média.
17. Reforço estrutural, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o material expansível à base de epóxi (15) após expansão cobre a porção de reforço de base (13) de forma que pelo menos uma porção do material expansível à base de epóxi (15) está em contato direto com uma superfície externa do reforço localizado metálico.
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