ES2199750T3 - Capo reforzado y ligero para automovil. - Google Patents
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Abstract
Capó para vehículo automóvil que comprende una capa externa (1; 1''; 1") y unos medios internos de refuerzo (2; 3, 3''; 8) solidarios de dicha tapa externa, presentando una resistencia a la torsión superior o igual a 5 N/mm y una resistencia a la flexión superior a 55 N/mm, caracterizado porque: - dicha capa (1; 1''; 1") es de chapa compuesta estratificada que comprende dos paramentos externos de chapa de acero y un ánima o núcleo interno de espesor uniforme de material polimérico, - el peso de los medios internos de refuerzo (2; 3, 3''; 8) es inferior al 40% del peso total de dicha capa externa y de dichos medios de refuerzo.
Description
Capó reforzado y ligero para automóvil
La invención se refiere a los capós que aseguran
la cobertura de un compartimiento delantero o posterior de un
vehículo automóvil; estos capós aseguran generalmente la cobertura
del compartimiento "motor". Un capó según el preámbulo de la
reivindicación 1 es ya conocido en el estado de la técnica.
Los capós para vehículo automóvil comprenden
generalmente una capa externa y unos medios internos de refuerzo de
esta capa (documento US-A-2 709
108).
Como medio de refuerzo, se utiliza
corrientemente:
- un refuerzo parcial, como se describe en la
patente GB 2 268 130 (FORD),
- un montaje de órganos estructurales, como se
describe en la patente US 5 605 371 (INLAND STEEL),
- un perfil hueco sobre el contorno del capó,
como se describe en la patente DE 44 19 218 (OPEL).
Además, los capós para vehículo automóvil
comprenden de manera básica accesorios tales como goznes, topes y
medios de cierre.
Una de las funciones principales de los medios de
refuerzo es la de dar rigidez al capó en particular en torsión y en
flexión; para un capó de forma general rectangular que presente
cuatro ángulos, los criterios seguidos pueden entonces ser
típicamente los siguientes:
- en torsión: manteniendo el capó horizontalmente
sobre tres ángulos, se ejerce una torsión "standard" aplicando
una fuerza vertical de un valor de 100 N sobre el ángulo no
mantenido; para respetar el criterio de torsión, conviene que el
desplazamiento del ángulo no mantenido resultante de esta torsión
"standard" sea inferior o igual a aproximadamente 20
milímetros. La rigidez se expresa como la relación del esfuerzo
ejercido respecto al desplazamiento resultante. La rigidez en
torsión debe pues ser superior o igual a 5 N/mm,
- en flexión: estando sujeto el capó
horizontalmente de manera estable sobre sus cuatro ángulos, se
ejerce una flexión "standard" aplicando una fuerza vertical de
un valor de 110 N entre dos ángulos cualesquiera del capó; para
respetar el criterio de flexión, conviene que la deformación
resultante de esta flexión "standard" no rebase 2 mm, lo cual
corresponde a una rigidez en flexión superior a 55 N/mm.
Por razones económicas y de resistencia mecánica,
las capas y refuerzos de capós se realizan generalmente en chapas de
acero.
Para lograr un mayor aligeramiento, se conocen
capós hechos con chapa estratificada que comprenden dos paramentos
de acero de pequeño espesor y un ánima gruesa a base de material
polimérico; la patente FR 2 726 802 (SOLLAC) describe así un capó de
estructura en forma de "sandwich": paramento superior liso,
paramento inferior nervado, cola epoxi entre los paramentos y en las
nervaduras; debido a las nervaduras del paramento, el espesor del
ánima no es homogénea; gracias a las nervaduras de la chapa, no es
necesario prever otros medios de refuerzo del capó.
Para obtener capós ligeros, es conocido utilizar
chapas de aluminio, lo cual es relativamente caro.
La invención tiene como fin suministrar un capó a
un tiempo ligero, resistente y económico.
A tal efecto, la invención tiene por objeto un
capó para vehículo automóvil que comprende una capa externa y unos
medios internos de refuerzo solidarios de dicha capa, presentando
una resistencia a la torsión superior o igual a 5 N/mm y una
resistencia a la flexión superior a 55 N/mm, caracterizado
porque:
- dicha capa es de chapa compuesta estratificada
que comprende dos paramentos externos de chapa de acero y un ánima
de espesor uniforme hecha con material polimérico,
- el peso de los medios internos de refuerzo es
inferior al 40%, de preferencia inferior a 20%, del peso total de
dicha capa y de dichos medios de refuerzo.
La invención puede igualmente presentar una o
varias de las características siguientes:
- el espesor del ánima es superior o igual a 0,8
mm,
- el espesor de los paramentos es inferior o
igual a 0,25 mm,
- dichos medios de refuerzo consisten
esencialmente en una armadura en forma de V que se extiende de un
borde al otro opuesto de la capa; de preferencia, el capó comprende
entonces unos goznes fijados en los extremos de la V y unos medios
de cierre fijados en la base de la V de la citada armadura,
- dichos medios de refuerzo consisten
esencialmente en dos refuerzos transversales independientes
aplicados a lo largo de los dos bordes opuestos de la capa
correspondientes a la dimensión mayor del capó,
- dichos refuerzos y dicha capa quedan
solidarizados por engaste y por encolado; de preferencia, los
extremos de los refuerzos transversales presentan unos bordes
descendentes solidarizados por unos remaches o roblones con los
bordes descendentes correspondientes de la capa,
- dichos medios de refuerzo consisten
esencialmente en un marco periférico aplicado a lo largo de los
cuatro bordes de la capa; de preferencia, el marco y la capa quedan
entonces solidarizados, por lo menos parcialmente, por engaste, pero
sin encolado sobre los bordes interiores del marco.
Se comprenderá mejor la invención por la lectura
de la descripción que sigue, dada a titulo de ejemplo no limitativo,
y con referencia a las figuras adjuntas, en las cuales:
- la figura 1 ilustra una primera forma de
realización de la invención con armadura en forma de V, vista en
perspectiva y despiece,
- la figura 2 representa una segunda forma de
realización de la invención con dos armaduras longitudinales
independientes, vista desde debajo,
- la figura 3 ilustra una tercera forma de
realización de la invención con una armadura clásica en forma de
marco, vista en perspectiva y despiece.
Describiremos ahora el capó según la invención, y
en particular su capa externa y su configuración, sus medios
internos de refuerzo, y el montaje de esta capa y de estos medios
de refuerzo.
Según la invención, se utiliza, para la capa, una
chapa compuesta estratificada que comprende dos paramentos externos
hechos con chapa de acero y un ánima de espesor uniforme hecha con
material polimérico.
Como material polimérico, se pueden utilizar por
ejemplo, unos materiales a base de polipropileno o a base de
poliéster como PET (polietileno tereftalato).
La combinación de paramentos de alta resistencia
en tracción (acero) y de un ánima suficientemente resistente a la
compresión confiere a la chapa compuesta estratificada la requerida
resistencia mecánica.
Para que el ánima sea suficientemente resistente
a la compresión, es importante que la porosidad del material
polimérico sea bastante baja, particularmente inferior a 25% en
volumen; inversamente, como aparece indicado en el documento FR 2
760 983 (SOLLAC), puede ser necesario un mínimo de porosidad para
facilitar las operaciones de puesta en forma (por ejemplo:
estampación, plegado, bordes descendentes) y de montaje (por
ejemplo, engaste) de la chapa compuesta estratificada que son
necesarias para fabricar un capó.
Los documentos siguientes describen chapas
compuestas estratificadas de este tipo: EP 019 835 (DOW), EP 115 103
(SUMITOMO), EP 478 039 (HOOGOVENS).
Esta chapa compuesta estratificada presenta una
muy buena relación (rigidez de flexión)/(peso), en particular cuando
el espesor del ánima es muy elevado y cuando el de los paramentos de
acero es bajo; el cuadro I ilustra esta ventaja.
| Espesor Acero | Espesor Ánima | Masa | Rigidez de flexión | Razón: |
| (kg/m^{2}) | MPa mm^{3} (1) | Rigidez/masa | ||
| 0,25 mm (2) | 0,2 mm | 4,1 | 5860 | 1440 |
| 0,25 mm (2) | 0,8 mm | 4,6 | 29500 | 6400 |
| 0,25 mm (2) | 1,5 mm | 5,2 | 81300 | 15500 |
| 0,7 mm (3) | 0 | 5,5 | 6003 | 1090 |
| (1) calculada para una flexión siguiendo una línea paralela a dos lados de una placa rectangular de material, | ||||
| por unidad de longitud de esta línea. | ||||
| (2) espesor de un solo paramento de acero | ||||
| (3) placa plana de acero. |
Según esta tabla I, puede comprobarse que
teniendo el estratificado un ánima gruesa (1,5 mm) pesa casi lo
mismo que la placa de acero (0,7 mm) pero resiste aproximadamente 12
veces más en flexión.
Los estratificados cuya ánima presente un espesor
superior o igual a 0,8 mm están pues particularmente indicados para
aplicar la invención.
Así pues, de preferencia,
- el espesor del ánima es superior o igual a 0,8
mm,
- el espesor de los paramentos es inferior o
igual a 0,25 mm.
Se configura la capa exterior del capó por medios
ordinarios, particularmente por estampación; los documentos
siguientes describen la configuración de materiales estratificados:
EP 479 369 (HOOGOVENS) y EP 598 428 (HOOGOVENS).
Puede ocurrir que el espesor del ánima de la
chapa compuesta estratificada varíe localmente en las zonas de
deformación resultante de las operaciones de puesta en forma o de
montaje, como se describe en el documento FR 2 760 983; a pesar de
estas variaciones locales de espesor, se considera que la capa
exterior del capó según la invención comprende un cuerpo de espesor
uniforme.
La capa exterior puede presentar bordes
descendentes que participen en la rigidez en flexión y en torsión
del capó, en particular cuando la altura de estos bordes
descendentes es superior a 15 mm; por razones de estilo y de
aspecto, de manera clásica, los bordes anterior y posterior de la
capa exterior están generalmente engastados.
La capa exterior puede igualmente engastarse
sobre todo el contorno.
Se preparan a continuación unos medios internos
de refuerzo del capó a partir de chapas de acero, utilizando medios
clásicos de la técnica anterior puesto que, según la invención, el
peso de estos medios internos es inferior al 40% del peso total de
la citada capa y de estos medios.
El espesor de la chapa de acero que se utiliza
para constituir estos medios de refuerzo está generalmente
comprendido entre 0,5 y 0,9 mm: en la práctica, 0,5 mm es un límite
inferior razonable, desde el punto de vista de los criterios de
estampación, de resistencia mecánica, de montaje por puntos de
soldadura con eventuales refuerzos de fijación, generalmente en
chapa más gruesa; el grado de acero utilizado para estos medios de
refuerzo es de estampación clásica, no presentando límite de
elasticidad particularmente elevado, ya que el capó no es una pieza
de estructura.
Estos medios de refuerzo se realizan generalmente
por estampación.
Utilizando este tipo de chapas y este tipo de
acero para los medios de refuerzo, conviene escoger una forma óptima
que respete el límite ponderal característico de la invención y que
permita sin embargo obtener un capó que presente las resistencias en
flexión y en torsión requeridas.
A tal efecto, se utilizan los medios de
modelización clásicos; los ejemplos 1 a 3 presentan formas muy
diferentes para estos medios de refuerzo; el ejemplo 3 ilustra una
forma muy clásica de tipo "marco" mientras que los ejemplos 1 y
2 ilustran formas nuevas.
Se ensamblan a continuación los medios de
refuerzo y la capa exterior por medios ordinarios, tales como
encolado y engaste, o también remachado.
Los ejemplos siguientes ilustran la
invención.
Este ejemplo tiene por objeto ilustrar una
primera forma de realización de la invención en el caso de un capó
cuyas dimensiones quedan inscritas dentro de un rectángulo de 1375
mm x 1360 mm (superficie 1,5 mm^{2}).
Con referencia a la figura 1, el capó comprende
una capa exterior 1 de chapa compuesta estratificada y una armadura
2 en forma de V como medio de refuerzo; este capó no comprende
ninguna otra armadura, ni siquiera a lo largo de los contornos de
la capa exterior.
La armadura 2 en forma de V se extiende de un
borde al otro opuesto de la capa exterior que se trata de reforzar,
correspondiendo la parte delantera de la capa a la base de la V y
correspondiendo cada extremo del borde posterior de la capa
exterior a un extremo de la V.
Esta forma en V de la armadura 2 resulta
particularmente ventajosa para la fijación de los goznes y de los
medios de cierre del capó: en efecto, se fija un gozne en cada
extremo de la V a lo largo del mismo borde de la capa exterior y se
fijan los medios de cierre a la base de la V al nivel del centro
del borde de la capa exterior opuesto.
La armadura 2 está realizada con chapa de acero
-espesor 0,8 mm- estampada de modo que su forma general vista en
corte es una "U" con una altura máxima de unos 25 mm y una
anchura media de 30 mm.
La chapa compuesta estratificada utilizada para
la capa exterior 1 comprende dos paramentos hechos con chapa de
acero, cada una de un espesor de 0,25 mm, y un interior o ánima de
espesor uniforme de 1,5 mm a base de polipropileno.
Los bordes de la capa exterior son descendentes o
están engastados; en el primer caso, la altura de los bordes es
superior a 15 mm, del orden de 23 mm.
Aparte de accesorios como los goznes y los medios
de cierre, la masa total de este capó es de 9,6 kg repartidos entre
7,9 kg para la capa exterior y solamente 1,8 kg para los medios de
refuerzo de la capa exterior; el peso de los medios de refuerzo
representa menos de 20% del peso del capó aparte de los accesorios;
con relación a un capó clásico de funciones mecánicas comparables
(capa hecha con chapa de acero - armadura en forma de refuerzo), la
ganancia de peso es superior al 35%; como los paramentos de la capa
exterior y la armadura son de acero, el capó resulta económica.
Las funciones mecánicas obtenidas son entonces
las siguientes:
- en torsión: quedando sujeta el capó
horizontalmente sobre tres ángulos, se ejerce una torsión
"standard" aplicando una fuerza vertical de un valor de 100 N
sobre el ángulo no empleado; se observa entonces un desplazamiento
de este ángulo de 20 mm aproximadamente; la rigidez en torsión es
pues el borde de 5 N/mm;
- en flexión: quedando sujeta el capó
horizontalmente de manera estable sobre sus cuatro ángulos, se
ejerce una flexión "standard" aplicando una fuerza vertical de
un valor de 110 N entre dos ángulos cualesquiera del capó;
cualquiera que sea la configuración de flexión, el desplazamiento
observado es inferior a 2 mm; la rigidez en flexión es pues superior
a 55 N/mm.
Este ejemplo tiene como fin ilustrar una segunda
forma de realización de la invención para un capó cuyas dimensiones
son 670 mm x 1520 mm.
Con referencia a la figura 2, el capó comprende
una capa exterior 1' hecha con chapa compuesta estratificada y dos
refuerzos transversales 3, 3' aplicados a lo largo de dos bordes
opuestos de la capa correspondiente a la mayor dimensión del capó;
este capó no presenta ninguna otra armadura.
Los refuerzos transversales 3, 3' están
realizados con chapa de acero -espesor 0,6 mm- estampada en una
profundidad de 20 mm como máximo.
La chapa compuesta estratificada utilizada para
la capa exterior 1 comprende dos paramentos de chapa de acero -cada
uno de un espesor de 0,25 mm- y un ánima o interior de espesor
uniforme de 1 mm a base de polipropileno.
Los bordes de la capa exterior quedan
descendentes o engastados; en caso de bordes descendentes, la altura
de los mismos es superior a 15 mm, del orden de 18 mm.
Las armaduras y la capa exterior se ensamblan
como sigue:
- engaste de los bordes exteriores 4, 4' de los
refuerzos 3, 3' sobre los bordes delantero y posterior de la capa
1', con incorporación de cola y de masilla de estanqueidad,
- los bordes interiores 5, 5' de los refuerzos
presentan un rebajo o entalladura, así como encolado de esta
entalladura para ensamblarla a la capa exterior 1';
- en cada extremo 6, 7; 6', 7' de los refuerzos
3, 3', aplicación de remachado o roblonado entre el borde
descendente de estos extremos y el de la capa exterior 1'.
La combinación de estos medios de ensambladura
mejora ventajosamente las propiedades mecánicas del capó.
Se fijan sobre el refuerzo transversal delantero
3 los medios de cierre del capó así como los eventuales topes.
Se fijan sobre el refuerzo transversal posterior
3' los refuerzos de goznes del capó.
Aparte de los accesorios del tipo refuerzos de
goznes, medios de cierre y topes, la masa total de este capó es de
7,96 kg repartidos entre 4,87 kg para la capa exterior y solamente
3,09 kg para los medios de refuerzo de la capa exterior; el peso de
los medios de refuerzo representa menos del 40% del peso del capó
aparte de los accesorios; con relación a un capó clásico de
funciones mecánicas comparables (capa exterior de chapa de acero -
armadura en forma de refuerzo), la ganancia de peso es de 30%; como
los paramentos de la capa exterior y la armadura son de acero, el
capó resulta económica.
Las funciones mecánicas obtenidas son entonces
las siguientes:
- en torsión: estando el capó sujeto
horizontalmente sobre tres ángulos, se ejerce una torsión
"standard" aplicando una fuerza vertical de un valor de 100 N
sobre el ángulo no utilizado; este ángulo se desplaza entonces en 14
milímetros; la rigidez en torsión es pues superior a 5 N/mm;
- en flexión: estando el capó sujeto
horizontalmente de modo estable sobre sus cuatro ángulos, se ejerce
una flexión "standard" aplicando una fuerza vertical de un
valor de 110 N entre dos ángulos cualesquiera del capó; cualquiera
que sea la configuración de la flexión, el desplazamiento observado
es inferior a 2 mm, y la rigidez en flexión es superior a 55
N/mm.
Este ejemplo tiene como fin ilustrar una tercera
forma de realización más clásica de la invención en el caso de un
capó cuyas dimensiones son de 670 mm x 1520 mm.
Con referencia a la figura 3, el capó comprende
una capa exterior 1'' de chapa compuesta estratificada y un refuerzo
en forma de marco 8 aplicado sobre el contorno de la capa; este capó
no comprende ninguna otra armadura.
Dicho marco está realizado con chapa de acero de
un espesor de 0,6 mm estampada sobre una profundidad de 25 mm como
máximo.
La chapa compuesta estratificada utilizada para
la capa exterior 1'' comprende dos paramentos de chapa de acero
-cada uno de un espesor de 0,25 mm- y un ánima o núcleo interior de
espesor uniforme de 1 mm a base de poliéster.
Los bordes de la capa están engastados salvo los
bordes laterales que son descendentes, siendo la altura de estos
bordes descendentes superior a 15 mm, del orden de 18 mm.
El marco de armadura y la capa externa quedan
ensamblados como sigue:
- engaste de los bordes exteriores 9, 9' del
refuerzo 8 sobre los bordes anterior y posterior de la capa 1'', con
incorporación de cola y de masilla de estanqueidad,
- los bordes interiores 10, 10' del refuerzo 8
presentan un rebajo o entalladura, por lo que no quedan pegados a la
capa exterior 1'', lo cual suprime ventajosamente los riesgos de
marcas sobre la capa exterior 1'' del capó; para evitar los ruidos
parásitos que resultarían de las vibraciones entre estos dos
componentes del capó, es entonces preferible intercalar una lámina
de material flexible entre el refuerzo y la capa exterior; esta
lámina de amortiguación de las vibraciones puede quedar pegada
sobre el refuerzo;
- en cada extremo del refuerzo 8, se hará
aplicación de remaches entre el borde descendente de estos extremos
y el de la capa exterior 1''.
La combinación de estos medios de ensamblado
mejora ventajosamente las propiedades mecánicas del capó.
Se fijan sobre el refuerzo 8 los medios de cierre
del capó así como los topes eventuales y los refuerzos de goznes del
capó.
Dejando aparte los accesorios, la masa total de
este capó es de 8,1 kg repartidos entre 4,87 kg para la capa
exterior y solamente 3,23 kg para los medios de refuerzo de la
misma; el peso de los medios de refuerzo representa menos del 40%
del peso del capó sin contar accesorios; con respecto a un capó
clásico de funciones mecánicas comparables (capa exterior de chapa
de acero - armadura a modo de refuerzo), la ganancia en peso es de
28%; como los paramentos de la capa exterior y la armadura son de
acero, el capó resulta económica.
Las funciones mecánicas obtenidas son entonces
las siguientes:
- en torsión: estando sujeta el capó
horizontalmente sobre tres ángulos, se ejerce una torsión
"standard" aplicando una fuerza vertical de un valor de 100 N
sobre el ángulo no utilizado; este ángulo se desplaza entonces en 8
milímetros; la rigidez en torsión es pues superior a 5 N/mm;
- en flexión: estando el capó sujeta
horizontalmente de manera estable sobre sus cuatro ángulos, se
ejerce una flexión "standard" aplicando una fuerza vertical de
un valor de 110 N entre dos ángulos cualesquiera del capó;
cualquiera que sea la configuración de flexión, el desplazamiento
observado es inferior a 2 mm, y la rigidez en flexión es superior a
55 N/mm.
Claims (11)
1. Capó para vehículo automóvil que comprende
una capa externa (1; 1'; 1'') y unos medios internos de refuerzo (2;
3, 3'; 8) solidarios de dicha tapa externa, presentando una
resistencia a la torsión superior o igual a 5 N/mm y una
resistencia a la flexión superior a 55 N/mm, caracterizado
porque:
- dicha capa (1; 1'; 1'') es de chapa compuesta
estratificada que comprende dos paramentos externos de chapa de
acero y un ánima o núcleo interno de espesor uniforme de material
polimérico,
- el peso de los medios internos de refuerzo (2;
3, 3'; 8) es inferior al 40% del peso total de dicha capa externa y
de dichos medios de refuerzo.
2. Capó según la reivindicación 1,
caracterizado porque dicho espesor del ánima es superior o
igual a 0,8 mm.
3. Capó según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque el espesor de
dichos paramentos es inferior o igual a 0,25 mm.
4. Capó según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el peso de los
medios internos de refuerzo (2; 3, 3'; 8) es inferior al 20% del
peso total de dicha capa exterior (1; 1'; 1'') y de los citados
medios de refuerzo.
5. Capó según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque los citados
medios de refuerzo consisten esencialmente en una armadura (2) en
forma de V que se extiende de un borde al otro borde opuesto de la
capa exterior (1).
6. Capó según la reivindicación 5,
caracterizado porque comprende unos goznes fijados a los
extremos de la V y unos medios de cierre fijados a la base de la V
de dicha armadura (2).
7. Capó según una cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos medios de
refuerzo consisten esencialmente en dos refuerzos transversales
independientes (3, 3') aplicados a lo largo de los dos bordes
opuestos de la capa exterior (1') correspondientes a la dimensión
mayor del capó.
8. Capó según la reivindicación 7,
caracterizado porque dichos refuerzos (3, 3') y dicha capa
exterior (1') quedan solidarizados por engaste y por encolado.
9. Capó según cualquiera de las reivindicaciones
7 a 8, caracterizado porque los extremos (6, 7, 6', 7') de
los refuerzos transversales (3, 3') presentan unos bordes
descendentes y porque estos bordes descendentes están solidarizados
por remaches con los bordes descendentes correspondientes de dicha
capa exterior (1').
10. Capó según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque dichos medios de
refuerzo consisten esencialmente en un marco periférico (8) aplicado
a lo largo de los cuatro bordes de dicha capa exterior (1''').
11. Capó según la reivindicación 10,
caracterizado porque el citado marco (8) y dicha capa
exterior (1''') están solidarizados por engaste, sin encolado sobre
los bordes interiores (10, 10') de dicho marco (8).
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