ES2251825T3 - Conjunto de viga reforzada. - Google Patents
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Abstract
Un conjunto (10) de viga reforzada para vehículos, que comprende una viga (12) que tiene una superficie interna en forma de canal definida por paredes laterales (16) y una pared intermedia (18) de interconexión, un miembro de refuerzo (28) en dicha viga (12), encontrándose dicho miembro de refuerzo (28) dentro del canal de la citada viga (12), estando al menos parte de dicho miembro de refuerzo (28) separada de dicha superficie interna, teniendo dicha parte del mencionado miembro de refuerzo (28) una superficie interna dispuesta hacia dicha superficie interna de la citada viga (12), estando definida dicha superficie interna de dicha parte de dicho miembro de refuerzo (28) por una pluralidad de crestas y valles, un material de espuma (44) situado en el espacio comprendido entre dicha superficie interna de la citada viga (12) y dicha superficie interna del mencionado miembro de refuerzo (28), para unirse a dicha superficie interna de la citada viga (12) y a dicha superficie interna del mencionado miembro de refuerzo (28) al expandirse dicho material de espuma (44), caracterizado porque dicho miembro de refuerzo (28) tiene paredes externas (30, 32) separadas de la superficie interna definida por dichas paredes laterales (16) de la viga y dispuestas, generalmente, paralelas a ella.
Description
Conjunto de viga reforzada.
En diversas prácticas, particularmente en la
industria de la automoción, es deseable reforzar varias vigas. Por
ejemplo, una viga en forma de canal con paredes laterales unidas
mediante una pared intermedia podría ser utilizada en un entorno,
tal como un carril de anclaje de cinturón de seguridad, en el que la
pared intermedia de interconexión estaría sometida a compresión.
Sería deseable proporcionar alguna forma de soporte o de refuerzo en
el espacio de compresión o pared de la viga. Se han realizado
intentos para, por ejemplo, llenar por completo el canal con un
material de espuma. Otros intentos han incluido proporcionar un
miembro interior en el canal, también en forma de canal o de C y
con espuma entre ellos.
La patente norteamericana núm. 3.868.796 describe
una viga de material compuesto para proporcionar protección contra
impactos laterales a una puerta de un automóvil. El revestimiento
exterior de la puerta se integra como parte de la viga, que tiene un
panel interior ondulado soldado en bordes opuestos al revestimiento
exterior, rellenándose las ondulaciones con una capa de espuma.
Un objeto de este invento es proporcionar una
disposición de refuerzo interna para una viga en forma de canal.
Otro objeto de este invento es proporcionar una disposición de
refuerzo interna de esta clase, que incluya un miembro de refuerzo
interno situado dentro del canal pero separado de las paredes de
éste con espuma expandible entre ellos.
Todavía otro objeto de este invento es
proporcionar un método de reforzar una viga en forma de canal.
De acuerdo con el presente invento, se
proporciona un conjunto de viga reforzada que comprende una viga con
una superficie interior en forma de canal definida por paredes
laterales y una pared intermedia de interconexión, un miembro de
refuerzo en dicha viga, encontrándose dicho miembro de refuerzo
dentro del canal de dicha viga, estando al menos parte de dicho
miembro de refuerzo separada de dicha superficie interna, teniendo
dicha parte de dicho miembro de refuerzo una superficie interna
dispuesta hacia dicha superficie interna de la citada viga, estando
definida dicha superficie interna de dicha parte del citado miembro
de refuerzo por una pluralidad de crestas y valles, un material de
espuma situado en la separación entre dicha superficie interna de
dicha viga y dicha superficie interna del mencionado miembro de
refuerzo, para ser unido a dicha superficie interna de la citada
viga y a dicha superficie interna del mencionado miembro de
refuerzo, al expandirse dicho material de espuma, teniendo dicho
miembro de refuerzo paredes exteriores dispuestas, en general,
paralelas a la superficie interna definida por las paredes laterales
de la citada viga.
También, de acuerdo con el invento, se
proporciona un método para reforzar un conjunto de viga que
comprende proporcionar una viga en forma de canal que tiene una
superficie interna definida por paredes laterales y una pared
intermedia de interconexión, montar un miembro de refuerzo,
generalmente en forma de W, dentro del canal de la viga, teniendo
dicho miembro de refuerzo paredes exteriores dispuestas, en general,
paralelas a la superficie interna definida por las paredes laterales
de dicha viga, y un material de espuma expandible unido al miembro
de refuerzo en una superficie interna de éste dispuesta hacia la
superficie interna del canal de la viga, y expandir la espuma hasta
que entre en contacto íntimo con la superficie interna del canal y
la superficie interna del miembro de refuerzo, y se una a ellas.
De acuerdo con este invento, una viga en forma de
canal incluye una superficie interna definida por paredes laterales
y una pared intermedia de interconexión. Un miembro de refuerzo está
situado dentro del canal, teniendo al menos parte del miembro de
refuerzo su superficie interna separada de la superficie interna de
la viga. Esa parte del miembro de refuerzo tiene una forma que
incluye crestas y valles y, de preferencia, es en forma de W. Un
material de espuma expandible está situado en la separación
existente entre la superficie interna de la viga y la superficie
interna del miembro de refuerzo. El material de espuma se une a
ambas superficies internas al expandirse.
En una ejecución práctica preferida de este
invento, la forma de W del miembro de refuerzo interno está
constituida mediante cuatro ramas inclinadas, generalmente
verticales, estando unido cada par de ramas mediante una sección
horizontal. Sobre la viga y el miembro de refuerzo interno puede
preverse una tapa. En una ejecución práctica del invento, la viga es
parte de un carril de anclaje en el conjunto de un vehículo para la
unión de cinturones de seguridad. La tapa sería el piso y los
cinturones de seguridad estarían anclados a éste.
La Figura 1 es una vista en planta desde arriba
de parte de un vehículo que utiliza el conjunto de viga reforzada de
este invento;
la Figura 2 es una vista en sección transversal
tomada en la Figura 1 por la línea 2-2 pero que
muestra un cinturón de seguridad unido;
la Figura 3 es una vista esquemática en alzado,
que muestra un procedimiento de ensayo para determinar la
desviación debida a la carga;
la Figura 4 es una vista en sección transversal
en alzado, que muestra el uso del procedimiento de ensayo en un
conjunto de viga reforzada de acuerdo con este invento;
la Figura 5 es una vista similar a la Figura 4,
que muestra un procedimiento de ensayo comparativo sobre un conjunto
de viga que no incluye ningún refuerzo interno; y
la Figura 6 es una gráfica que muestra los
resultados del ensayo comparativo de desviación.
El presente invento se describirá con respecto a
un conjunto de viga reforzada diseñado, en particular, para ser
empleado como parte de un conjunto de carril de anclaje de cinturón
de seguridad en un vehículo, Sin embargo, ha de comprenderse que tal
descripción únicamente tiene fines ilustrativos. Así, los conceptos
del invento podrían aplicarse a otras partes de un vehículo o a
otros objetos tales como una aeronave, embarcaciones y similares,
siempre que se desee proporcionar un cierto refuerzo, en particular
un refuerzo de una viga en forma de canal.
Las Figuras 1-2 ilustran un
conjunto 10 de viga reforzada utilizado como parte de un conjunto de
carril de anclaje de cinturón de seguridad. Como se muestra en
ellas, una viga 12 en forma de canal, fabricada de cualquier
material adecuado tal como acero, se monta debajo del piso 14. La
viga 12 puede tener cualquier construcción adecuada y, de
preferencia, incluye un par de paredes laterales divergentes 16, 16,
interconectadas por una pared intermedia 18, generalmente
horizontal. Las paredes laterales 16 terminan en alas horizontales
20 que están en contacto con el piso 14 y conectadas a él de
cualquier forma adecuada, tal como soldadura mediante soldadura por
puntos 22. El piso 14 cumple, así, la función de tapa para la viga
en forma de canal.
Como se muestra en la Figura 2, un cinturón de
seguridad 24 está asegurado, mediante cualquier disposición 26 de
fijación adecuada, tal como un conjunto de tornillo y tuerca que se
extiende a través de un orificio 27. Como se muestra en la Figura 1,
se utilizan cuatro de tales orificios para cuatro disposiciones de
fijación, para anclar el cinturón de seguridad al carril o viga 12.
La viga 12 se extendería longitudinalmente bajo el piso 14 y sería
significativamente más larga que ancha. Las dimensiones específicas
no son críticas para conseguir comprender el invento.
De acuerdo con este invento, un miembro de
refuerzo interno 28 está montado dentro del canal de la viga 12. El
miembro de refuerzo 28 tiene una forma, de preferencia, que incluye
una pluralidad de crestas y valles. En la ejecución práctica
preferida del invento que se ilustra en la Figura 2, el miembro de
refuerzo 28 es, en general, en forma de W, con un par de paredes
generalmente verticales 30, 32, que divergen hacia fuera, con
paredes 34, 36 que convergen hacia dentro. Las paredes 30, 34 están
unidas por una pared 38 generalmente horizontal y, similarmente, las
paredes 36 y 32 están unidas por una pared 40 generalmente
horizontal. Las paredes o segmentos 38 y 40 están dispuestos hacia
la pared 18 de conexión intermedia de la viga 12. Las paredes 34 y
36 están unidas por una pared 42, generalmente horizontal, que está
dispuesta hacia una tapa o piso 14 y que puede estar en contacto con
ella. Si se desea, el miembro de refuerzo 28 puede incluir paredes
adicionales, generalmente verticales y generalmente horizontales. De
igual forma, si se desea, las diversas paredes inclinadas,
generalmente verticales, pueden conectarse directamente entre sí en
un punto en lugar de estar conectadas mediante secciones
horizontales intermedias. Sin embargo, la inclusión de las secciones
horizontales y la conformación del miembro de refuerzo en general en
forma de W, de la manera ilustrada en la Figura 2, representa la
ejecución práctica preferida del invento por cuanto las superficies
internas de las paredes 30, 38, 40 y 32 son, en general, paralelas a
las superficie interna de las paredes 16, 16 y 18 de la viga 12, a
fin de proporcionar una separación generalmente uniforme entre la
mayor parte del miembro de refuerzo y las paredes de la viga 12. La
inclusión de una sección horizontal 42 es, también, deseable porque
proporciona un potencial contacto superficial con el piso o tapa
14.
En la ejecución práctica preferida de este
invento, el miembro de refuerzo interno 28 tiene un grosor uniforme
y, preferiblemente, está hecho de metal aunque también pueden
utilizarse otros materiales tales como plástico. Dependiendo de los
resultados finales deseados, el miembro 28 puede estar hecho de
lámina de 0,051 a 0,13 mm (0,002 a 0,005 pulgadas) de grueso o puede
estar hecho de material en hoja de 0,15 a 0,51 mm (0,006 a 0,020
pulgadas) de grueso o puede estar hecho de chapa de 0,51 a 3,18 mm
(0,020 a 0,125 pulgadas) de grueso.
Cuando se utiliza como parte de un conjunto de
anclaje de cinturón de seguridad, cada pared o rama 30, 32, 34, 36
puede tener una altura, en perpendicular, de 23,8 mm. El ángulo
entre las paredes 30 y 38 y entre las paredes 32 y 40 puede ser de
97,6º, mientras que el ángulo entre las paredes 34 y 38 y entre las
paredes 36 y 40, puede ser de 93º. La distancia entre la línea
central del miembro 26 y el extremo exterior de la pared 30 o de la
pared 32, puede ser de 37,8 mm.
Como se muestra en la Figura 2, una capa de
polímero 44 está unida a partes del miembro de refuerzo interno 28.
Así, el miembro de refuerzo 28 funciona como portador para la capa
de polímero. La capa de polímero 44 es, de preferencia, una espuma
expandible que se expandirá al ser activada, para llenar por
completo el espacio comprendido entre la superficie interna de la
viga 12 y la superficie interna del miembro de refuerzo 28 y,
preferiblemente, se unirá a ambas superficies internas. Una espuma
polímera preferida es una espuma expandible por calor tal como la
descrita en la patente norteamericana núm. 5.575.526, todos los
detalles de la cual se incorporan a esta memoria como referencia. La
ventaja de una espuma expandible por calor en relación con una viga
para un vehículo es que la espuma se expandiría cuando la parte del
vehículo que incluya la viga 12 fuese sometida a la acción de calor,
por ejemplo, mediante los usuales procedimientos de recubrimiento
empleados en la fabricación del vehículo. Así, no se necesita una
operación de calentamiento separada para activar la espuma. Si bien
se prefiere una espuma expandible por calor, el invento puede ser
puesto en práctica con otros tipos de espumas similares que, sin
embargo, sea activan químicamente. Así, en la práctica de este
invento puede utilizarse cualquier espuma adecuada, tal como una
espuma a base de resina termocurable y/o expandible. La capa de
polímero 44 que se une al portador o miembro de refuerzo 28 y al
miembro principal o viga 12, tendría de 2,03 a 5,08 mm (de 0,08 a
0,200 pulgadas) de grueso cuando se utilizase como parte de un
conjunto de anclaje de cinturón de seguridad. Véase la Figura 4, que
muestra la espuma 44 llenando completamente el espacio entre las
superficies internas de la viga 12 y el miembro 28, aunque la Figura
4 ilustra el conjunto de viga en posición invertida con fines de
ensayo.
La Figura 3 ilustra esquemáticamente la prueba
realizada mediante un ensayo de flexión con tres puntos. Como se
muestra en ella, el producto T a ensayar es retenido en sus extremos
mediante puntos de soporte P, P. Se aplica una carga centralmente
entre los puntos de soporte P, P en una zona que correspondería a la
cara de compresión del miembro de ensayo T. Así, por ejemplo, la
superficie exterior de la pared intermedia 18 de interconexión sería
la cara de compresión de la viga 12. Se tomarían mediciones de la
magnitud de la desviación de acuerdo con la aplicación de cargas o
fuerzas. La Figura 4 ilustra esquemáticamente el procedimiento de
ensayo de la Figura 3 utilizado con el conjunto 10 de este invento.
La Figura 5 ilustra el mismo procedimiento de ensayo utilizado con
una viga 12 carente de refuerzo interno.
La Figura 6 es una gráfica que muestra las
desviaciones bajo cargas diferentes para diversos tipos de refuerzos
de viga. Como se muestra en ella, la línea de base se refiere al
tipo de viga ilustrado en la Figura 5, carente de refuerzo. La línea
continua se refiere a una viga llena por completo, por ejemplo con
una espuma. La sección C se refiere a una viga con un refuerzo
interior en forma de C o de canal. Otras comparaciones se realizan
con Teracore\registrado de 3 mm, Teracore\registrado de 4 mm y
acero 0,8 de 4 mm. Cada una de estas condiciones de la viga
representan prácticas que no incorporan el invento. Los últimos tres
ensayos, a saber W 0,8CRS, W 1,2DF140 y W 1,0DF140 representan vigas
reforzadas de acuerdo con el invento. Las dimensiones se dan en
pulgadas. CRS es una abreviatura de "cold rolled steel" (acero
laminado en frío). DF se refiere a di-forma. Como se
ilustra en la Figura 6, los tres ejemplos prácticos del invento
exigen una fuerza mucho mayor para conseguir la misma magnitud de
desviación que se obtiene en el caso de las muestras de
comparación.
El invento proporciona, por tanto, un soporte
ligero para la cara de compresión de una viga con los puentes
verticales completos. La configuración del miembro de refuerzo
interno ofrece más masa y unos medios más eficientes, desde el punto
de vista económico, para reforzar una viga a la flexión con respecto
a las prácticas usuales, tales como el llenado de una sección maciza
con espuma.
Claims (17)
1. Un conjunto (10) de viga reforzada para
vehículos, que comprende una viga (12) que tiene una superficie
interna en forma de canal definida por paredes laterales (16) y una
pared intermedia (18) de interconexión, un miembro de refuerzo (28)
en dicha viga (12), encontrándose dicho miembro de refuerzo (28)
dentro del canal de la citada viga (12), estando al menos parte de
dicho miembro de refuerzo (28) separada de dicha superficie interna,
teniendo dicha parte del mencionado miembro de refuerzo (28) una
superficie interna dispuesta hacia dicha superficie interna de la
citada viga (12), estando definida dicha superficie interna de dicha
parte de dicho miembro de refuerzo (28) por una pluralidad de
crestas y valles, un material de espuma (44) situado en el espacio
comprendido entre dicha superficie interna de la citada viga (12) y
dicha superficie interna del mencionado miembro de refuerzo (28),
para unirse a dicha superficie interna de la citada viga (12) y a
dicha superficie interna del mencionado miembro de refuerzo (28) al
expandirse dicho material de espuma (44), caracterizado
porque dicho miembro de refuerzo (28) tiene paredes externas (30,
32) separadas de la superficie interna definida por dichas paredes
laterales (16) de la viga y dispuestas, generalmente, paralelas a
ella.
2. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con la reivindicación 1, en el que el miembro de refuerzo (28)
tiene, generalmente, forma de W.
3. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con la reivindicación 2, en el que dicho miembro de refuerzo (28) en
forma de W incluye un par de ramas (30, 32) exteriores divergentes,
generalmente verticales, dispuestas hacia dichas paredes laterales
(16) de la citada viga (12), y paralelas a ellas.
4. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con la reivindicación 3, en el que dicho miembro de refuerzo (28) en
forma de W incluye dos ramas (34, 36) convergentes, inclinados,
generalmente verticales, entre dichas ramas exteriores divergentes
(30, 32) y en el que cada par de ramas adyacentes están conectadas
por un segmento horizontal (38, 40).
5. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho
material de espuma (44) es una espuma expandible que llena por
completo dicha separación entre dicha superficie interna de la
citada viga (12) y dicha superficie interna del mencionado miembro
de refuerzo (28) al expandirse el citado material de espuma
(44).
6. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicha
parte del citado miembro de refuerzo (12) comprende dicho miembro de
refuerzo entero (28).
7. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que dicho
material de espuma (44) es expandible por calor.
8. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, que incluye una
tapa (14) montada sobre dicho canal y que lo cierra por
completo.
9. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con la reivindicación 8, en el que dicha viga (12) es parte de un
vehículo.
10. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con la reivindicación 9, en el que dicha viga (12) y dicha tapa (14)
y el citado miembro de refuerzo (28) están, todos, hechos de
metal.
11. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con la reivindicación 9 o la reivindicación 10, en el que dicha viga
(12) comprende un carril de anclaje de cinturón de seguridad,
comprendiendo dicha tapa (14) el piso del mencionado vehículo y un
cinturón de seguridad (24) anclado a dicho piso.
12. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, en el que dicho
miembro de refuerzo (12) adopta la forma de una lámina de 0,051 a
0,13 mm (0,002-0,005 pulgadas) de grueso.
13. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en el que dicho
miembro de refuerzo (28) es una hoja con un grosor de 0,15 a 0,51 mm
(0,006- 0,020 pulgadas).
14. Un conjunto (10) de viga reforzada de acuerdo
con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, en el que dicho
miembro de refuerzo (28) es una chapa con un grosor de 0,51 a 3,18
mm (0,020-0,125 pulgadas).
15. Un método de reforzar un conjunto (10) de
viga para vehículos, que comprende proporcionar una viga (12) en
forma de canal que tiene una superficie interna definida por paredes
laterales (16) y una pared intermedia (18) de interconexión, montar
un miembro de refuerzo (28) de forma en general de W dentro del
canal de la viga, teniendo dicho miembro de refuerzo (28) paredes
externas (30, 32) dispuestas en general paralelas a la superficie
interna definida por dichas paredes laterales (16) de la viga, y un
material de espuma (44) expandible unido al miembro de refuerzo (28)
en una superficie interna del miembro de refuerzo (28) dispuesta
hacia la superficie interna del canal de la viga (12), y expandir la
espuma hasta que se encuentre en contacto íntimo con la superficie
interna del canal y la superficie interna del miembro de refuerzo
(28) y se una a ellas.
16. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
que incluye montar una tapa (14) sobre el canal de la viga (12) para
cerrar el canal y confinar en él el miembro de refuerzo (28).
17. Un método de acuerdo con la reivindicación
16, en el que la viga (12) es un carril de anclaje de cinturón de
seguridad de un vehículo y la tapa (14) es el piso del vehículo, y
un cinturón de seguridad (24) se monta en el piso.
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