ES2267813T3 - Viga de parachoques y conjunto de parachoques que incluye una viga de parachoques. - Google Patents

Viga de parachoques y conjunto de parachoques que incluye una viga de parachoques. Download PDF

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Abstract

Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador que comprende una viga termoplástica (24) y un absorbedor de energía (22) acoplado a la citada viga, comprendiendo la citada viga una brida (26, 28), comprendiendo el citado absor- bedor de energía (22) un bastidor (50) embridado para unirse a la citada viga y un cuerpo que se extiende desde el citado bastidor, comprendiendo el citado cuerpo una primera pared transversal (62), una segunda pared transversal (64) separada de la citada primera pared y una pluralidad de cajas de aplastamiento ajustables (66) que se extienden entre ellas, estando caracterizada la invención porque el citada bastidor embridado comprende, al menos, un dedo (56) configurado para ajustarse por salto elástico sobre la brida de la viga, teniendo el citado sistema de parachoques una eficiencia de más del cincuenta por ciento.

Description

Viga de parachoques y conjunto de parachoques que incluye una viga de parachoques.
Antecedentes de la invención
Esta invención se refiere, en general, a parachoques y, más en particular, a sistemas de parachoques de vehículos que absorben energía, como se describe en el preámbulo de las reivindicaciones 1 o 10. El documento US 6.286.879 ha descrito un parachoques de este tipo.
Típicamente, los parachoques se extienden a lo ancho por la parte delantera y trasera de un vehículo y se montan en carriles que se extienden en una dirección longitudinal. Los sistemas de parachoques que absorben energía intentan reducir daños al vehículo que se producen como resultado de una colisión al gestionar la energía de impacto y intrusión sin exceder un límite de carga en el carril del
vehículo.
Frecuentemente se utilizan vigas de acero como parachoques. Una viga de acero es muy rígida y proporciona rigidez y resistencia estructurales. Sin embargo, las vigas de acero son pesadas. Además, las vigas de acero pueden aplastarse o colapsarse y no mantienen un módulo de sección durante un suceso de impacto.
Algunos conjuntos de parachoques incluyen amortiguadores. Tales amortiguadores están situados, por ejemplo, entre una viga de acero de parachoques y los carriles del vehículo. Los amortiguadores tienen el propósito de absorber, al menos, algo de la energía que se produce por un impacto. La adición de amortiguadores a un conjunto de parachoques produce costes y complejidad adicionales en comparación con una viga de acero. Los amortiguadores añaden también peso al conjunto de parachoques, lo cual tampoco es deseable puesto que tal peso añadido puede reducir la eficiencia general de combustible del vehículo.
Otros sistemas conocidas de parachoques que absorben energía incluyen una viga y un absorbedor de energía. Típicamente, la viga es de acero. Un absorbedor de energía utilizado normalmente con vigas de acero es espuma. Los absorbedores de energía basados en espuma, típicamente, se cargan lentamente con el impacto, lo cual produce un desplazamiento alto. Además, las espumas son efectivas hasta una compresión del sesenta o setenta por ciento, y más allá de ese punto, las espuma se hace incompresibles, de manera que la energía del impacto no se absorbe completamente. La energía de impacto restante es absorbida por medio de la deformación de la viga y/o de la estructura del vehículo.
Se define la eficiencia de un sistema, o conjunto, de parachoques como la cantidad de energía absorbida con respecto a la distancia, o la cantidad de energía absorbida con respecto a la carga. Un sistema de parachoques de alta eficiencia absorbe más energía en una distancia más corta que uno de baja energía. Se consigue alta eficiencia al acumularse rápidamente la carga justo por debajo del límite de carga del carril y manteniendo constante esa carga hasta que se haya disipado la energía del impacto. Los sistemas conocidas de parachoques sin amortiguador que incluyen una viga de acero con un absorbedor de energía de espuma tienen generalmente una eficiencia menor del cincuenta por ciento (50%).
Breve sumario de la invención
En un aspecto, se proporciona un sistema de parachoques sin amortiguador, de acuerdo con la reivindicación 1.
En otro aspecto, se proporciona un conjunto de parachoques de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende una viga. El conjunto comprende adicionalmente una absorbedor de energía acoplado a la viga, y una placa unida al absorbedor de energía envuelve sustancialmente la viga y el absorbedor de energía.
Breve descripción de los dibujos
La figura 1 es una vista en sección transversal de un absorbedor de energía conocido, mostrado en una condición de pre-impacto;
la figura 2 es una vista en sección transversal de un absorbedor de energía conocido mostrado en una condición de post-impacto;
la figura 3 es una vista en despiece ordenado de una realización de un conjunto de parachoques, incluyendo una viga en I moldeada por compresión y un absorbedor de energía moldeado por inyección;
la figura 4 es una vista en sección transversal del conjunto de parachoques mostrado en la figura 3;
la figura 5 es una vista trasera en perspectiva de una porción del absorbedor de energía mostrado en las figuras 3 y 4;
la figura 6 es una vista frontal en perspectiva de una porción del absorbedor de energía mostrado en las figuras 3 y 4;
la figura 7 es una vista frontal en perspectiva de una porción del absorbedor de energía mostrad en las figuras 3 y 4:
la figura 8 es una vista en sección transversal del absorbedor de energía mostrado en las figuras 3 y 4 en una condición de post-impacto;
la figura 9 es una vista en perspectiva de un absorbedor de energía, con vistas en perspectiva parciales agrandadas ilustrativas de disposiciones alternativas de ventana; y
la figura 10 es una vista en perspectiva de una porción de un absorbedor de energía que ilustra características de ajuste por salto elástico y ajuste apretado.
Descripción detallada de la invención
A continuación se describe en detalle un sistema de parachoques que incluye una viga termoplástica de placa de vidrio moldeada por compresión (GMT). En una realización ejemplar, se une un absorbedor de energía del tipo sin espuma a la viga. La combinación de una viga termoplástica de alta rigidez con un absorbedor de energía del tipo sin espuma produce un sistema de parachoques que consigue una carga rápida y una absorción de energía eficiente con el impacto. Específicamente, se mantienen las fuerzas de impacto durante el impacto a baja velocidad justo por debajo de un nivel predeterminado al deformarse el absorbedor de energía y la viga hasta que la energía cinética del impacto haya sido absorbida. Cuando se ha terminado el impacto a baja velocidad, el absorbedor de energía vuelve sustancialmente a su forma original y retiene suficiente integridad para resistir impactos posteriores.
Se piensa también que al combinar las propiedades de alta rigidez de una viga GMT moldeada por compresión con las eficientes propiedades de absorción de energía de un absorbedor de energía termoplástico, se proporciona un rendimiento mejorado de absorción de impacto con respecto a vigas de metal con absorbedores de energía de espuma. Además, se cree que una combinación de un absorbedor de energía termoplástico y una viga GMT proporciona una absorción de impacto más eficiente que las vigas de acero provistas de absorbedores de energía termoplásticos ó que las vigas GMT que tienen absorbedores de energía de espuma.
Aunque a continuación se describe el sistema de parachoques con referencia a materiales específicos (por ejemplo, el material Azdel® (disponible comercialmente de Azdel, Inc., Shelby, North Carolina para la viga, como se describe en la patente norteamericana número 5.643.989) y el material Xenoy® (disponible comercialmente de General Electric Company, Pittsfield, Massachussets) para el absorbedor de energía), el sistema no está limitado a funcionar con tales materiales y otros materiales pueden ser utilizados. Además, no es necesario que la viga sea una viga GMT moldeada por compresión y otros materiales y técnicas de fabricación pueden ser utilizados. Generalmente, se selecciona el absorbedor de energía de materiales que producen una absorción de energía eficiente, y se seleccionan los materiales de la viga y la técnica de fabricación para producir una viga rígida.
A continuación, haciendo referencia específica a los dibujos, las figuras 1 y 2 son vistas en sección transversal de un absorbedor de energía conocido 10 como se utiliza asociado a una viga de refuerzo 12. El absorbedor de energía 10 incluye bridas superior e inferior 14 y 16, respectivamente, las cuales, al instalarse, solapan una porción de la viga 12. Como se muestra en la figura 2, el absorbedor 10 tiende a colapsarse en lugar de absorber y disipar la energía de impacto producida por una colisión.
La figura 3 es una vista en perspectiva en despiece ordenado de una realización de un sistema 20 de parachoques. El sistema 20 incluye un absorbedor de energía 22 y una viga 24. El absorbedor de energía 22, que está situado entre la viga 24 y una placa (no mostrada), cuando está montado, forma un parachoques de vehículo. Los expertos en la técnica deben entender que la viga 24 está unida a los carriles de bastidor que se extienden longitudinalmente (no mostrados).
Generalmente, se forma la placa de un material termoplástico que puede ser tratado para su acabado utilizando pintura y/o técnicas de cobertura convencionales para vehículos. Generalmente, la placa envolverá al absorbedor de energía 22 así como a la viga de refuerzo 24 de manera que ningún componente sea visible una vez que esté unido al vehículo.
La viga 24, en la realización ejemplar, es un material termoplástico de placa de vidrio moldeado por compresión (GMT) y está configurado como una viga en I. Se puede utilizar geometrías distintas a una geometría de viga en I. Por ejemplo, una forma en sección transversal en C o W puede ser utilizada para proporcionar un modo de sección deseado, dependiendo de la aplicación determinada en la que se va a utilizar la viga.
La viga 24 incluye una brida superior continua 26 y una brida inferior 28. La viga 24 incluye también secciones 30 de unión al carril que tienen aberturas 32, de manera que pernos (no mostrados) puedan atravesar las mismas para fijar el sistema 20 de parachoques a los carriles del bastidor. La viga 24 incluye adicionalmente nervios cruzados 34 para aumentar la rigidez. Los nervios 34 en una superficie superior 36 de la viga son visibles en la figura 3. Nervios idénticos (no mostrados) se encuentran también en una superficie inferior 38 de la viga 24. Recortes 40 para la localización en la brida superior 26 facilitan la localización del absorbedor de energía 22 en la viga 24 como se describe a continuación.
El absorbedor de energía 22 incluye un bastidor 50 que tiene bridas primera y segunda 52 y 54, respectivamente, que se extienden longitudinalmente y que solapan la viga 24. La brida 52 tiene forma de U y la brida 54 incluye un dedo 56 que forma un ajuste por salto elástico con la brida 28 de la viga 24, es decir, el dedo se encaja por salto elástico encima de un extremo de la brida 28.
El absorbedor 22 incluye adicionalmente un cuerpo 60 que se extiende hacia fuera desde el bastidor 50, y el cuerpo 60 incluye una primera pared transversal 62 y una segunda pared transversal 64 que tienen una pluralidad de cajas de aplastamiento ajustables 66 que se extienden entre ellas. Las paredes transversales 62, 64 están onduladas, incluyendo zonas elevadas 68 y zonas rebajadas 70 que se alternan entre sí, que proporcionan un grado mayor de rigidez a las paredes transversales para que resistan la deflexión cuando se produce el impacto. Se puede modificar las dimensiones de anchura y de profundidad de las ondulaciones para conseguir características diferentes de rigidez, como se desee. Las cajas de aplastamiento incluyen paredes laterales 72, una pared exterior 74, y zonas abiertas 76 que se extienden hasta el bastidor interior 50.
Haciendo referencia a la figura 5, las cajas de aplastamiento 66 pueden tener cualquier número de geometrías diferentes, dependiendo de los requisitos de energía de impacto del vehículo. Las cajas de aplastamiento ejemplares 66 tienen en general una forma tridimensional de I, incluyendo una porción superior 80 ó de ala adyacente a la primera pared transversal 62 y una porción inferior 82 de ala adyacente la segunda pared transversal 64 y paralela a la primera porción superior 80, habiendo una porción 84 de miembro transversal longitudinalmente adyacente a las porciones superior e inferior 80, 82. Las cajas de aplastamiento 66 del absorbedor de energía 22 estabilizan el absorbedor de energía 22 durante un suceso de impacto. En lo que a esto se refiere, las cajas de aplastamiento 66 proporcionan un modo axial de aplastamiento en los impactos de barrera así como los de péndulo de acuerdo con la Norma de Seguridad Federal de Vehículos de Motor (FMVSS) y la Norma de Seguridad Canadiense de Vehículos de Motor (CMVSS). Las cajas de aplastamiento proporcionan también capacidad de ajuste de la rigidez para poder cumplir con el criterio deseado de deflexión a las cargas de impacto. Es decir, se pueden hacer ciertas modificaciones en las cajas de aplastamiento 66 para cualquier aplicación determinada con la intención de cumplir con el criterio indicado. Por ejemplo, las cajas de aplastamiento 66 incluyen una pluralidad de ventanas 86 y 88 en las paredes laterales y exteriores 72 y 74. Como se describe a continuación, las ventanas 86, 88 pueden ser configuradas de manera que tengan una de entre muchas formas diferentes, dependiendo de la aplicación determinada.
La capacidad de ajuste de las cajas de aplastamiento 66 también puede ser ajustada para aplicaciones específicas al variar el grosor de las paredes laterales y posterior. Por ejemplo, el grosor nominal de pared de las paredes lateral 72 y exterior 74 puede variar ampliamente desde, aproximadamente, 1,75 mm a, aproximadamente, 3,0 mm. Más específicamente, para determinadas aplicaciones de bajo impacto, el grosor nominal de la pared pueden variar generalmente desde, aproximadamente, 1,75 mm a, aproximadamente, 2,0 mm y para otras aplicaciones, en particular las de un sistema FMVSS o CMVSS a 8,047 km/h (5 mph), el grosor nominal de la pared para las paredes lateral y trasera estarían más probablemente en el rango de, aproximadamente, 2,5 mm a 3,0 mm.
Otro aspecto para ajustar apropiadamente el absorbedor de energía 22 es la selección de la resina termoplástica que se va a utilizar. La resina empleada puede ser un material de módulo bajo, de módulo medio o de módulo alto, como sea necesario. Considerando cuidadosamente cada una de estas variables, se pueden fabricar absorbedores de energía que cumplan con los objetivos de impacto de energía deseados.
Como se ilustra en la figura 6, los miembros de conexión 90 moldeados integralmente se extienden verticalmente entre las paredes transversales primera y segunda 62 y 64, respectivamente. Los miembros de conexión 90 pueden tener forma de postes 92 que se extienden verticalmente o pueden tener una estructura en forma de cruz, incluyendo postes 92 que se extienden verticalmente así como postes 94 que se extienden horizontalmente. Con independencia de la configuración de los miembros de conexión 90, el miembro de conexión 90 puede tener una relación de anchura media mínima respecto a altura de 1 : 5 a lo largo de la pared interior 96 del poste 92 que se extiende verticalmente, midiéndose la altura como la distancia entre las paredes transversales primera y segunda 62, 64, respectivamente. Si el miembro de conexión 90 incluye ventanas 98, la proporción de anchura con respecto a altura es de 1 : 3. La pared interior 96 es adyacente a la cara exterior de la viga 24 cuando el absorbedor de energía 22 está unido a la misma.
Haciendo referencia a las figuras 7 y 8, se muestra el absorbedor de energía 22 en una condición teórica de impacto de poste. Como se ve, el absorbedor de energía 22 se colapsa, pero debe permanecer en contacto con la viga 24, particularmente a lo largo de las bridas longitudinales primera y segunda 52 y 54, respectivamente.
Haciendo referencia a la figura 9 y a la capacidad de ajuste de las cajas de aplastamiento 66, las ventanas 86, 88 pueden ser, sin ser limitadas a, cuadrados y rectángulos de diferentes dimensiones como se muestra en 100, 102, 104, 106 y en forma de lágrima como se muestra en 108, para poder conseguir la rigidez deseada de la caja de aplastamiento. Para formar las ventanas, un molde típico incluirá, aproximadamente un ángulo abierto de desmoldeo de 5º para obtener así condiciones favorables de fabricación.
La figura 10 es una vista en perspectiva de una porción del absorbedor de energía 22 que ilustra características de ajuste por salto elástico y de ajuste apretado. Como se muestra en la figura 10, la brida 52 del absorbedor de energía tiene forma de U. Las extensiones 150 de la brida 52 facilitan la formación de un ajuste apretado con la viga 24. Es decir, las extensiones 150 son flexibles y acomodan una tolerancia en el grosor de la brida 26 de la viga 24 (véase la figura 4) de manera que el absorbedor 22 forma un ajuste apretado con la viga 24. También, y como se ha descrito anteriormente, la brida 54 incluye un dedo 56 que forma un ajuste por salto elástico con la brida 28 de la viga 24, es decir, el dedo 56 se encaja por salto elástico sobre el extremo de la brida 28.
Las características del material utilizado para formar el absorbedor de energía 22 incluyen alta dureza/ductilidad, estabilidad térmica, alta capacidad de absorción de energía, una buena relación de módulo a elongación y posibilidad de ser reciclado. Aunque el absorbedor de energía puede ser moldeado por segmentos, el absorbedor también puede ser de construcción unitaria fabricado de un material de plástico robusto. Un material ejemplar para el absorbedor es Xenoy, indicado anteriormente. Por supuesto, se puede utilizar otras resinas termoplásticos de ingeniería. Resinas termoplásticas de ingeniería típicas incluyen, sin estar limitadas a, acrilonitril-butadieno-estireno (ABS), policarbonato, mezcla de policarbonato/ABS, un copolicarbonato-poliéster, estireno-acrilonitrilo acrílico (asa), acrilonitril-(etileno-polipropileno diamina modificada)-estireno (AES), resinas de fenileno éter, mezclas de polifenileno éter/poliamida (NORYL GTX® de General Electric Company), mezclas de policarbonato/PET/PBT, tereftalato de polibutileno y modificador de impacto (resina XENOY® de General Electric Company), poliamidas, resinas de fenileno sulfido, cloruro de polivinilo PVC, poliestireno de alto impacto (HIPS), polietileno de alta/baja densidad (l/hdpe), polipropileno (pp) y olefinas termoplásticas (tpo).
Como se ha explicado anteriormente, se cree que el acoplamiento de un absorbedor de energía de termoplástico moldeado por inyección con una viga rígida proporciona una eficiencia mejorada de absorción de energía. Se cree que combinar una viga en I Azdel con un absorbedor de energía Xenoy, como se ha descrito anteriormente, produce una eficiencia mayor del cincuenta por ciento (50%). El rendimiento mejorado de impacto se traduce en costes de reparación reducidos para golpes pequeños "de parachoques" a baja velocidad y menos daños al vehículo durante colisiones a alta velocidad, También, puesto que tanto el absorbedor de energía y como la viga pueden estar fabricados con resinas de ingeniería de termoplástico moldeadas integral y unitariamente, tanto el absorbedor de energía como la viga pueden ser recicladas fácil e independientemente. Adicionalmente, puesto que no se utiliza espuma, se cree que se puede conseguir un rendimiento de mayor de consistencia al impacto a distintas temperaturas.
La resistencia de la viga en I junto con las cajas de aplastamiento ajustables del absorbedor de energía proporcionan un suceso de impacto eficiente, de carga rápida y controlado. Se cree que esta alta eficiencia facilita la reducción de desplazamientos de parachoques del vehículo sin aumentar las cargas transferidas a la estructura del vehículo. Adicionalmente, la combinación de viga en I/absorbedor de energía produce un sistema ligero, eficiente al impacto y efectivo con respecto al costo, que cumple con los requisitos de FMVSS e IIHS.
Aunque se haya descrito la invención en términos de varias realizaciones específicas, los expertos en la técnica apreciarán que se puede practicar la invención con modificaciones dentro del alcance de las reivindicaciones.

Claims (16)

1. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador que comprende una viga termoplástica (24) y un absorbedor de energía (22) acoplado a la citada viga, comprendiendo la citada viga una brida (26, 28), comprendiendo el citado absorbedor de energía (22) un bastidor (50) embridado para unirse a la citada viga y un cuerpo que se extiende desde el citado bastidor, comprendiendo el citado cuerpo una primera pared transversal (62), una segunda pared transversal (64) separada de la citada primera pared y una pluralidad de cajas de aplastamiento ajustables (66) que se extienden entre ellas, estando caracterizada la invención porque el citada bastidor embridado comprende, al menos, un dedo (56) configurado para ajustarse por salto elástico sobre la brida de la viga, teniendo el citado sistema de parachoques una eficiencia de más del cincuenta por ciento.
2. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el citado absorbedor de energía (22) está moldeado por inyección.
3. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada viga es una viga en I y comprende una primera brida (26) que se extiende desde una primera superficie y una segunda brida (28) que se extiende desde una segunda superficie, y una pluralidad de nervios rigidizadores (68) en al menos una de las citada superficies primera y segunda.
4. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que la citada viga (24) comprende un termoplástico de placa de vidrio moldeado por compresión.
5. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las citadas paredes transversales primera y segunda (62, 64) son onduladas, y en el que las citadas cajas de aplastamiento (66) están separadas entre sí a lo largo del cuerpo y tienen áreas abiertas (76) dispuestas entre ellas.
6. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que las citadas cajas de aplastamiento (66) tienen una forma general de I tridimensional y comprenden paredes lateral (72) y trasera (74).
7. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 6, en el que las citadas paredes lateral y trasera (72, 74) comprenden ventanas (86, 88) de forma y tamaño predeterminados.
8. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el citado absorbedor de energía (22) forma un ajusta por salto elástico con la citada viga (24).
9. Un sistema (20) de parachoques sin amortiguador de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el citado absorbedor de energía (22) comprende extensiones que forman un ajuste apretado con la citada viga (24).
10. Un conjunto (20) de parachoques para un vehículo de automoción que comprende:
una viga termoplástica (24) configurada para mantener un módulo de sección durante un suceso de impacto, comprendiendo la citada viga al menos una brida (26, 28);
un absorbedor de energía termoplástico (22) del tipo sin espuma acoplado a la citada viga, comprendiendo el citado absorbedor de energía un bastidor (50) embridado para unirse a la citada viga, estando caracterizada la citada invención porque el bastidor embridado comprende, al menos, un dedo (56) configurado para ajustarse encima de la citada brida de viga; y
una placa (25) que se puede unir al citado absorbedor de energía (22) para envolver sustancialmente la citada viga y el citado absorbedor de energía.
11. Un conjunto (20) de parachoques de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la citada viga está moldeada por compresión y el citado absorbedor de energía está moldeado por inyección.
12. Un conjunto (20) de parachoques de acuerdo con la reivindicación 10 en el que la citada viga es una viga en I y comprende una primera brida (26) que se extiende desde una primera superficie y una segunda brida (28) que se extiende desde una segunda superficie, y una pluralidad de nervios rigidizadores (68) en al menos una de las citadas superficies primera y segunda.
13. Un conjunto (20) de parachoques de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la citada viga (24) comprende un termoplástico de placa de vidrio moldeado por compresión.
14. Un conjunto (20) de parachoques de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el citado absorbedor de energía (22) es un absorbedor de energía unitario elongado y comprende un cuerpo que se extiende desde el citado bastidor, comprendiendo el citado cuerpo una primera pared transversal (62), una segunda pared transversal (64) separada de la citada primera pared y una pluralidad de cajas de aplastamiento (66) ajustables que se extienden entre ellas.
15. Un conjunto (20) de parachoques de acuerdo con la reivindicación 14, en el que las citadas paredes transversales primera y segunda (62, 64) son onduladas (68), y en el que las citadas cajas de aplastamiento están separadas entre sí a lo largo del cuerpo y tienen áreas abiertas dispuestas entre ellas, teniendo las citadas cajas de aplastamiento una forma general de I tridimensional y están compuestas por paredes lateral y trasera (72, 74).
16. Un conjunto de parachoques de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el citado absorbedor de energía (22) forma un ajuste por salto elástico con la citada viga (24).
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