ES2259111T3 - Parachoques de vehiculo absorbentes de energia. - Google Patents

Abstract

Un parachoques (1) de vehículo absorbente de energía que comprende un material termoplástico, comprendiendo el parachoques al menos una zona superior (2) y una zona inferior (3), en el que la zona superior comprende un material interior (4) de espuma de densidad relativamente alta para proteger una parte estructural del vehículo absorbiendo energía durante un impacto en una dirección generalmente longitudinal del vehículo, y un material exterior (5) de espuma de densidad relativamente baja, para proporcionar protección contra el impacto para el cuerpo de un ser humano o un animal absorbiendo energía durante el impacto, y en el que la zona inferior (3) comprende un material de espuma que tiene una densidad intermedia a la de los materiales de espuma en las dichas áreas interior (4) y exterior (5) de la zona superior (2).

Description

Parachoques de vehículo absorbentes de energía.

Esta invención se refiere a un artículo hecho de una espuma termoplástica, una unidad de absorción de energía adecuada para el uso en la absorción de la energía transferida durante un impacto entre dos cuerpos, esto es, un parachoques de vehículo absorbente de energía.

Una unidad absorbente de energía (UAE) típicamente forma parte de o está unida a un artículo para proporcionar un medio de reducir el daño en el artículo durante un impacto con un cuerpo, y también, a menudo, para reducir el daño en el cuerpo. Cuando se emplea como un parachoques de vehículo, una UAE actúa adecuadamente para reducir el daño tanto en el vehículo como también en el cuerpo con el que se produce el impacto.

En los últimos años, se han empleado UAEs de plástico en los automóviles, junto con parachoques metálicos de automóvil convencionales, para absorber los impactos de baja energía (a velocidades más bajas). Las unidades de absorción de energía empleadas como parachoques de vehículo tienen típicamente una banda plana de parachoques moldeada en una cara, compuesta usualmente de un material de espuma plástica en el núcleo y un material superficial de una resina sintética que encierra el núcleo de espuma, y se montan usualmente delante de una viga rígida transversal. El material de espuma del núcleo es una parte componente importante que afecta al rendimiento de una UAE para automóviles, y se requiere, de manera general, que tenga unas propiedades de absorción de energía excelentes, y puede requerir la recuperación dimensional. Además, para disminuir el peso de un automóvil, el material del núcleo de la UAE debe ser de baja densidad.

Los materiales plásticos que se han propuesto para el material de espuma del núcleo incluyen poliuretano, espuma de bolas de polietileno, de poliestireno y de polipropileno. Un núcleo de una UAE de automóvil convencional de polímero olefínico espumado se prepara típicamente alimentando bolas expansibles de una resina de tipo polipropileno en un molde capaz de encerrar las partículas pero que permite el escape de gases de él, y calentar las bolas expansibles a una temperatura a la cual las bolas se expandan y ablanden y se adhieran en estado fundido unas con otras formando una masa, por lo cual se forma un artículo moldeado espumado, expandido hasta la misma forma y tamaño que la cavidad del molde. Un núcleo de una UAE de automóvil preparado a partir de bolas de una espuma de resina de tipo polipropileno tiene adecuadamente una densidad de espuma de 16 kg/m^{3} a 160 kg/m^{3} para conseguir una tensión compresiva media de aproximadamente 50 kPa a 1000 kPa, a una compresión de 25%.

Se conocen desde hace muchos años parachoques de vehículo que tienen varias secciones de características de absorción diferentes. Por ejemplo, la patente alemana DE 3224979A, publicada en 1983, describe un parachoques que tiene tres secciones de elasticidad diferente. La solicitud de patente europea EP 947727A describe una espuma absorbente de energía que tiene dos capas paralelas con características de absorción de energía diferentes. El sistema se puede usar en parachoques, y se hace referencia a las espumas de polipropileno, poliestireno y poliuretano.

La solicitud de patente internacional WO 00/
58144 describe un parachoques de vehículo que comprende un material termoplástico con una zona superior que comprende una espuma de baja densidad y una zona inferior que comprende una espuma de densidad más alta.

Sin embargo, los sistemas actuales de parachoques de vehículo no están diseñados específicamente para tener en cuenta el impacto con peatones en asociación con los otros tipos de impacto en los que el vehículo puede estar implicado. Por ejemplo, se pueden producir parachoques de vehículo a partir de espuma de polipropileno expandida moldeada en estufa de vapor en forma de bolas, que rinden adecuadamente en ciertos tipos de impacto pero que pueden ser demasiado rígidos o demasiado blandos en relación con otros tipos de impacto, y por ello no proporcionan un rendimiento óptimo a través de todo el intervalo de tipos diferentes de impacto.

Hay una continua necesidad de mejoras en la seguridad de los peatones y otros usuarios de la calzada, que reduzcan la incidencia de muerte y la gravedad de las lesiones debidas a colisiones con automóviles. Aunque se pretende mejorar la seguridad de los peatones, también es deseable proporcionar una protección mejorada para el vehículo contra los impactos a baja velocidad, y también reducir y minimizar deseablemente el daño a la estructura del vehículo por medio de la protección del chasis del vehículo u otras partes estructurales, la llamada protección contra el impacto del seguro.

Los autores de la invención han encontrado que se puede proporcionar un parachoques de vehículo absorbente de energía que tiene una combinación de características de absorción de energía que proporcionan una excelente protección para los peatones contra los impactos, especialmente los impactos en la rodilla y la parte inferior de la pierna, en combinación con una protección contra el impacto a baja velocidad y una protección contra el impacto del "seguro", mediante una unidad formada a partir de un material termoplástico de espuma que tiene una pluralidad de zonas con diferentes características de absorción de energía, dispuestas de una manera particular.

Por consiguiente, la invención proporciona, en un primer aspecto, un parachoques de vehículo absorbente de energía que comprende un material termoplástico, comprendiendo el parachoques de vehículo al menos una zona superior y una zona inferior, en el que la zona superior comprende un material interior de espuma de densidad relativamente alta para proteger una parte estructural del vehículo, por ejemplo un chasis, absorbiendo energía durante un impacto en una dirección generalmente longitudinal del vehículo, y un material exterior de espuma de densidad relativamente baja para proporcionar protección contra el impacto para el cuerpo de un ser humano o animal, absorbiendo energía durante el impacto, y en el que la zona inferior comprende un material de espuma que tiene una densidad intermedia respecto a la de los materiales de espuma de las dichas áreas interior y exterior de la zona superior.

La zona inferior está hecha de un material de espuma que también proporciona protección a la rodilla y la parte inferior de la pierna de un peatón u otro usuario de la calzada. Su densidad intermedia es capaz de empujar la parte inferior de la pierna hacia delante, trabajando conjuntamente con la parte de menor densidad de la zona superior para minimizar la cantidad de flexión experimentada por la articulación de la rodilla, proporcionando así a los peatones una protección mejorada durante el impacto.

Por consiguiente, el parachoques tiene una combinación de características de absorción proporcionadas por materiales de diferente densidad dispuestos en zonas especificadas, que proporcionan una combinación óptima de rendimiento de protección contra el impacto para diferentes tipos de impacto.

Las características del parachoques acorde con la presente invención permiten que se produzcan vehículos que proporcionen a los peatones una excelente protección contra el impacto con vehículos, y protección para el vehículo bajo un impacto a baja velocidad, y proporcionan adicionalmente protección contra el impacto del "seguro". Un aspecto adicional de la invención proporciona un vehículo que comprende una unidad de absorción de energía acorde con la presente invención.

En una realización preferida, al menos uno de los materiales de espuma empleados en el área interior o el área exterior de la zona superior o en la zona inferior comprende una espuma termoplástica anisótropa. Más preferiblemente, todos los materiales de espuma empleados en el área interior y exterior y en la zona inferior comprenden una espuma termoplástica anisótropa que está alineada en una dirección generalmente longitudinal del vehículo. El parachoques de vehículo se construye de manera adecuada para que la espuma anisótropa esté preferiblemente alineada de manera paralela o sustancialmente paralela a la dirección esperada del impacto, típicamente el eje longitudinal del vehículo, proporcionando de este modo una protección ventajosa contra los impactos.

La orientación para producir el termoplástico anisótropo se puede producir por cualquier técnica conocida, por ejemplo, extruyendo el termoplástico espumable. Los materiales a partir de los cuales se forman deseablemente el área interior y exterior de la zona superior y la zona inferior, y los parámetros de proceso para conformarlos, por ejemplo las temperaturas y la velocidad de extrusión, se seleccionan para que la espuma termoplástica tenga una densidad menor que 320 kg/m^{3}, preferiblemente de 16 kg/m^{3} a 192 kg/m^{3}, más preferiblemente de 16 kg/m^{3} a 160 kg/m^{3}, y lo más preferiblemente de 16 kg/m^{3} a 128 kg/m^{3}. Los productos extruidos resultantes exhiben unas propiedades compresivas anisótropas, siendo observadas las tensiones más altas, de manera general, en la dirección de extrusión, de al menos aproximadamente 170 kPa a una compresión de aproximadamente 25%, medida de acuerdo con ASTM D3575-93 (Sufijo D).

La densidad de los materiales a partir de los cuales se forman el área interior y exterior de la zona superior y la zona inferior dependerá del diseño del parachoques, el cual por su parte dependerá del tipo de vehículo en el que el parachoques se va a emplear, a condición de que la densidad de la espuma termoplástica de la zona inferior sea más alta que la de la espuma termoplástica del área exterior y más baja que la del área interior de la zona superior. En una realización preferida, el área exterior de la zona superior comprende adecuadamente una espuma termoplástica que tiene una densidad de 16 a 40 kg/m^{3}, el área interior de la zona superior comprende adecuadamente una espuma termoplástica que tiene una densidad de 40 a 128 kg/m^{3} y la zona inferior comprende adecuadamente una espuma termoplástica que tiene una densidad de 16 a 128 kg/m^{3}, y a condición de que la densidad de la espuma termoplástica de la zona inferior sea más alta que la del área exterior de la zona superior y sea más baja que la del área interior de la zona superior.

Un material especialmente preferido para el uso en la construcción del parachoques acorde con la invención es una espuma termoplástica anisótropa como la descrita en la solicitud de patente internacional WO 99/00236, la descripción de la cual se incorpora en la presente memoria por referencia.

Los termoplásticos espumables adecuados para el uso en la presente invención incluyen polietileno, incluyendo polietileno de baja densidad y polietileno de alta densidad (HDPE), polipropileno, y co-polímeros de etileno o propileno y un monómero etilénicamente insaturado copolimerizable con ellos. El termoplástico para la zona inferior, el área interior de la zona superior y el área exterior de la zona superior puede ser la misma clase de material o diferente, y, adecuadamente, se seleccionan independientemente. Los ejemplos incluyen copolímeros de etileno y ácido acrílico o ácido metilacrílico y ésteres de alquilo C_{1-4} o derivados ionoméricos suyos; copolímeros de etileno y acetato de vinilo; copolímeros de etileno/monóxido de carbono; copolímeros olefínicos de un dieno que contienen un anhídrido; copolímeros de etileno y una alfa-olefina que tienen un peso molecular ultrabajo (es decir, densidades menores que 0,92 g/cm^{3}); y mezclas de estos materiales. En una realización preferida de la invención, la espuma anisótropa empleada en al menos una entre el área interior, el área exterior o la zona inferior comprende polipropileno. Más preferiblemente, la espuma empleada en el área interior, el área exterior y la zona inferior comprende polipropileno.

Si se desea, el material anisótropo empleado en una cualquiera o más áreas se puede combinar con un material isótropo, por ejemplo espuma de bolas de polipropileno expandido y espuma de poliuretano.

El termoplástico anisótropo proporciona unas características de absorción de energía excelentes, especialmente cuando está alineado con o cercano a la dirección de la fuerza de impacto prevista. Adecuadamente, el material termoplástico, preferiblemente un material termoplástico anisótropo, absorbe la energía del impacto aplastándose, combándose y/o cizallándose. En particular, la estructura de la espuma anisótropa y su alineación en el parachoques proporciona altos niveles de absorción de energía, comparado con las UAEs conocidas, a densidades similares, debido a la combinación de termoplásticos de densidad más baja, intermedia y más alta, y a sus posiciones relativas dentro del parachoques.

Los materiales termoplásticos anisótropos extruidos adecuados para el uso en esta invención se pueden cortar o termoformar, o tratarse con máquinas de otra manera, a la forma deseada del parachoques en el que se usan. Alternativamente, el artículo absorbente de energía puede estar comprendido de una pluralidad de componentes que están unidos, tales como por soldadura por aire caliente, soldadura por vapor, soldadura por radiofrecuencia, adhesivos, cierres mecánicos, o similares, para formar una artículo compuesto absorbente de energía. También, se pueden preparar artículos compuestos que contienen materiales distintos a la espuma termoplástica.

En un método preferido de hacer el parachoques de la presente invención, las espumas termoplásticas que constituyen las áreas interior y exterior de la zona superior y de la zona inferior son adecuadamente termoformadas o cortadas a la forma deseada. Se prefiere especialmente que el parachoques se forme por termoformación conjunta de materiales de densidades diferentes en la disposición deseada para crear un parachoques acorde con la invención.

Preferiblemente, el método para hacer el parachoques comprende formar preformas termoplásticas de densidad relativamente baja, de densidad relativamente alta y de densidad intermedia de las preformas de baja y alta densidad, cortar o conformar las preformas a una forma predeterminada, calentar las preformas, ensamblar las preformas en una herramienta termoformadora en una configuración correspondiente a la forma requerida de la unidad absorbente de energía y comprimir las preformas, por lo cual se unen entre sí para formar la unidad absorbente de energía. Las espumas termoplásticas empleadas en la presente invención se preparan deseablemente por un método como el descrito en la solicitud de patente internacional WO 99/00236.

En una realización especialmente preferida, se producen tablones de la espuma anisótropa extruida que tienen la densidad deseada. Los tablones se cortan entonces, adecuadamente, hasta el tamaño y forma deseados según el diseño del parachoques, y correspondientes a una sección transversal horizontal del parachoques a producir. Preferiblemente, los tablones cortados del termoplástico son entonces apilados y termoformados para unir entre sí los tablones conformados, para formar un artículo para el uso como parachoques de vehículo.

Las condiciones específicas para el procedimiento de termoformación se seleccionan, por ejemplo, usando las enseñanzas de la solicitud de patente internacional WO 99/00236, teniendo en consideración factores particulares, que incluyen el diseño y grosor de la preforma o tablón conformado y el tipo de termoplástico que se usa. A modo de ilustración, se puede calentar una preforma o tablón conformado que comprende polipropileno, por ejemplo en un horno radiante, a una temperatura de 130 a 160ºC hasta que se reblandezca, y después se coloca en una herramienta termoformadora a aproximadamente la temperatura ambiente y se comprime a baja presión, por ejemplo de 1 a 4 bar (100 a 400 kPa) para producir el parachoques.

La invención se describe por referencia al dibujo, en el cual la Figura 1 ilustra una sección transversal de un parachoques acorde con la invención.

Una UAE según la invención (1) comprende una zona superior (2) y una zona inferior (3). La zona superior (2) comprende dos partes, un área interior (4) y un área exterior (5). El área interior (4) está compuesta de una espuma termoplástica que tiene una densidad relativamente alta para proporcionar protección a la parte estructural, por ejemplo el chasis (6), del vehículo. El área exterior (5) está compuesta de una espuma termoplástica de densidad relativamente baja para proporcionar protección contra el impacto a baja velocidad. La zona inferior (3) está compuesta también, de manera adecuada, de una espuma termoplástica de densidad intermedia respecto a la del área interior (4) y la del área exterior (5).

La zona superior (2) y la zona inferior (3) están unidas, adecuadamente, a una viga para el parachoques (7) y a un raíl inferior (8) respectivamente, de un vehículo (9) por medios convencionales.

Preferiblemente, la zona superior (2) y la zona inferior (3) se producen extruyendo un termoplástico, deseablemente polipropileno, con el fin de proporcionar propiedades anisótropas, y la lámina extruida se corta entonces en formas que representan una sección transversal horizontal del parachoques (1) de tal modo que la dirección de extrusión sea paralela al eje longitudinal del vehículo (9) cuando el parachoques (1) esté montado en él.

En una realización preferida adicional de la invención, la espuma termoplástica del área exterior (5) tiene una sección transversal vertical generalmente en forma de "C", y la espuma termoplástica que define el área interior (4) tiene una sección transversal generalmente cuadrada o rectangular. La espuma termoplástica que define la zona inferior (3) del parachoques (1) se moldea de tal modo que la cara suya colinda con la parte delantera y, preferiblemente, también con la cara inferior o la superior del raíl inferior (8). La zona inferior (3) y la zona superior (2) se conforman para que tengan superficies complementarias, y preferiblemente se unen a lo largo de un plano generalmente horizontal.

Claims (10)

1. Un parachoques (1) de vehículo absorbente de energía que comprende un material termoplástico, comprendiendo el parachoques al menos una zona superior (2) y una zona inferior (3), en el que la zona superior comprende un material interior (4) de espuma de densidad relativamente alta para proteger una parte estructural del vehículo absorbiendo energía durante un impacto en una dirección generalmente longitudinal del vehículo, y un material exterior (5) de espuma de densidad relativamente baja, para proporcionar protección contra el impacto para el cuerpo de un ser humano o un animal absorbiendo energía durante el impacto, y en el que la zona inferior (3) comprende un material de espuma que tiene una densidad intermedia a la de los materiales de espuma en las dichas áreas interior (4) y exterior (5) de la zona superior (2).

2. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según la reivindicación 1, en el que al menos uno de los materiales de espuma empleados en el área interior o el área exterior de la zona superior o en la zona inferior comprende una espuma termoplástica anisótropa.

3. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que todos los materiales de espuma empleados en el área interior y exterior de la zona superior y en la zona inferior comprenden una espuma termoplástica anisótropa que está alineada en una dirección generalmente longitudinal del vehículo (9).

4. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que la espuma termoplástica en el área interior y exterior de la zona superior y en la zona inferior tiene una densidad menor que 320 kg/m^{3}.

5. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según la reivindicación 4, en el que la espuma termoplástica tiene una densidad de 16 kg/m^{3} a 192 kg/m^{3}.

6. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de espuma de densidad relativamente alta en el área interior de la zona superior tiene una tensión compresiva de al menos 170 kPa a una compresión de 25%, medida de acuerdo con ASTM D3575-93 (Sufijo D).

7. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el material de espuma termoplástica se selecciona independientemente para la zona inferior, el área interior de la zona superior y el área exterior de la zona superior, entre polietileno de baja densidad, polietileno de alta densidad, polipropileno y copolímeros de etileno o propileno y un monómero etilénicamente insaturado copolimerizable con ellos.

8. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según la reivindicación 7, en el que el material de espuma termoplástica empleado en al menos una entre el área interior, el área exterior o la zona inferior comprende polipropileno.

9. Un parachoques de vehículo absorbente de energía según la reivindicación 8, en el que la espuma termoplástica empleada en el área interior, el área exterior y la zona inferior comprende polipropileno.

10. Un vehículo (9) que comprende un parachoques de vehículo absorbente de energía como el definido por una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.