ES2272743T3 - Refuerzo estructural mejorado. - Google Patents
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Abstract
Elemento de refuerzo estructural para reforzar un elemento estructural hueco (4), que comprende un elemento de refuerzo (2) que tiene, en una parte de la superficie del mismo, un material adhesivo expandible (3), caracterizado por que la superficie del elemento de refuerzo (2) está dotada de dos o más pares de extensiones (1) que se aproximan a la superficie interna del elemento estructural hueco (4) cuando el elemento de refuerzo (2) está situado en el interior del elemento estructural hueco (4), en el que la superficie del elemento de refuerzo (2) entre al menos dos de dichos pares de extensiones no tiene material adhesivo expandible en la misma y el material adhesivo expandible (3) está situado en el interior de al menos dos de dichos pares de extensiones, de modo que las extensiones en el interior de las cuales está situado el material expandible (3) guían la expansión del material adhesivo expandible (3).
Description
Refuerzo estructural mejorado.
La presente invención se refiere a materiales de
refuerzo, y en particular a materiales de refuerzo que pueden ser
dispuestos en elementos con sección transversal hueca,
específicamente para obtener un refuerzo para mejorar la integridad
estructural de vehículos. La invención también da a conocer un
sistema con el cual puede llevarse a cabo el refuerzo, al mismo
tiempo que se asegura la obtención eficaz de un recubrimiento
anticorrosivo en la superficie interior del elemento con sección
transversal hueca mediante el procedimiento de
electrorecubrimiento. El procedimiento de electrorecubrimiento
utilizado en la fabricación de vehículos es un procedimiento en el
que la estructura o carrocería del vehículo se hace pasar a través
de un baño de fluido anticorrosivo, y dicha estructura del vehículo
se utiliza como un electrodo, con lo que un recubrimiento
anticorrosivo se deposita desde el fluido sobre la estructura del
vehículo por electrólisis. A continuación, el recubrimiento es
sometido a cocción por calentamiento.
Las tendencias en el diseño de vehículos
automóviles se dirigen hacia vehículos más ligeros para mejorar el
consumo de combustible. Al mismo tiempo, los estándares y
exigencias de seguridad son cada vez más rigurosos, tal como
indican los requerimientos de la Unión Europea y las pruebas de
impacto Euro-NCAP. La utilización de materiales más
ligeros, tales como aluminio, para producir los elementos con
sección transversal hueca que se utilizan como bastidor inferior
del vehículo ha llevado a la necesidad de refuerzos adicionales.
Existe la necesidad de reforzar varias partes de la estructura del
vehículo, incluyendo el bastidor inferior y la estructura superior,
pudiendo variar la forma del refuerzo necesario de una parte del
vehículo a otra y de un vehículo a otro. Por lo tanto, la presente
invención mejora la resistencia de estructuras de vehículos hechas
a partir de materiales existentes y permite que las estructuras del
vehículo basadas en materiales más ligeros contribuyan a las
exigencias de seguridad.
Existen cinco tipos principales de aplicación en
los que es necesario un refuerzo estructural en vehículos: la
protección contra impactos, en la que la prevención de la
deformación de la carrocería del vehículo es importante para
obtener la protección de los ocupantes; absorción de energía para
mejorar el comportamiento después de la deformación. La reducción
de esfuerzos mecánicos, tales como compresión, torsión por
cizalladura y flexión, o del desplazamiento de la carrocería en la
estructura del vehículo, especialmente para mejorar la duración y
reducir grietas por fatiga y los problemas de movilidad de puntos
que requieren la reducción de resonancia mediante disposición de
refuerzos. La necesidad de refuerzo existe independientemente de
los materiales que se utilicen para producir la estructura del
vehículo, y la necesidad varía de un material a otro material y
según la naturaleza del refuerzo que se utiliza. Las partes de
refuerzo también pueden reducir el ruido creado por el movimiento
del vehículo, permitiendo obtener un efecto de atenuación del
sonido como resultado del bloqueo de recorridos de aire en
cavidades.
Es conocido disponer piezas moldeadas de
plástico esponjable en el interior de secciones transversales
huecas de vehículos, que pueden eponjarse mediante la aplicación de
calor, como el que se aplica en la etapa de curado en el
procedimiento de electrorecubrimiento, para obtener un amortiguador
de espuma que llena la sección transversal para obtener la
absorción del sonido. Tales sistemas se describen en las
solicitudes de patente europea números EP-0383498 y
EP-0611778. El amortiguador de espuma permite
obtener una atenuación del sonido y resistencia a las vibraciones.
En estos sistemas, todo el elemento postizo o inserto es
esponjable, y se propone que el material esponjable se seleccione
de modo que forme el esponjamiento durante el procedimiento de
curado, que sigue al procedimiento de electrorecubrimiento
utilizado normalmente en la fabricación de vehículos para obtener
resistencia a la corrosión del metal. No obstante, los materiales
de estas patentes no son materiales de refuerzo, sino que se
utilizan para obtener amortiguadores y cierres estancos.
En el procedimiento de electrorecubrimiento, la
estructura de un vehículo se sumerge en un baño de fluido de
recubrimiento desde el cual un recubrimiento anticorrosivo se
deposita en el metal por electrólisis. A continuación, la
estructura de metal del vehículo se calienta para someter a cocción
al recubrimiento sobre el metal. El procedimiento de
electrorecubrimiento se aplica normalmente para completar
estructuras de vehículo en las que se han tapado secciones huecas.
De acuerdo con ello, las estructuras de refuerzo se disponen
preferentemente en el interior de las secciones huecas antes del
electrorecubrimiento. Por lo tanto, es importante que la estructura
de refuerzo tenga un impacto mínimo en el funcionamiento y eficacia
del procedimiento de electrorecubrimiento.
En los casos en los que se utilizan materiales
de refuerzo, éstos se han fijado a la estructura de metal antes de
someter la estructura del vehículo al procedimiento de
electrorecubrimiento, o se han dispuesto después del procedimiento
de electrorecubrimiento. La técnica anterior tiene el problema de
que no es posible llevar a cabo el electrorecubrimiento sobre toda
la superficie, lo que puede provocar zonas localizadas de
corrosión. Esta última técnica es dificultosa y requiere la
utilización de medios de fijación después del electrorecubrimiento,
lo cual puede dañar el electrorecubrimiento y provocar de nuevo
zonas localizadas de corrosión.
También es conocido disponer un refuerzo
estructural en el interior de los elementos estructurales de
bastidores de vehículo, mediante la utilización de elementos de
refuerzo metálicos o plásticos que están unidos a la superficie
interior del elemento estructural mediante una espuma estructural.
Por ejemplo, las publicaciones de PCT WO 99/61280 y WO 97/43501 dan
a conocer 2 elementos de refuerzo estructural según el preámbulo de
la reivindicación 1. La publicación de patente europea 1.122.152 y
la patente de Estados Unidos 6.092.864 dan a conocer elementos de
refuerzo metálicos unidos a la superficie interna de un elemento
estructural de automóvil mediante una espuma estructural, y
nuestras solicitudes en trámite del Reino Unido 0106911.1 y de los
Estados Unidos 09/676335 y 09/502686 dan a conocer piezas moldeadas
de plástico moldeado, especialmente de nylon reforzado con vidrio,
unidas a la superficie interna de una estructura de automóvil
mediante una espuma estructural.
En la producción de estos elementos
estructurales de refuerzo, el elemento moldeado o metálico se
recubre con un material adhesivo expandible. El material adhesivo
expandible es de tal naturaleza que se expandirá a temperaturas a
las que el automóvil está expuesto durante la fabricación, tales
como en la etapa de curado del procedimiento de
electrorecubrimiento o en el horno de pintura. Por lo tanto, el
elemento de refuerzo se sitúa en el interior de la cavidad del
vehículo con el recubrimiento del material adhesivo expandible en
estado no esponjado. Durante la fabricación del automóvil, el
material adhesivo expandible se llevará a su temperatura de
expansión, y se expandirá para llenar el espacio entre la
superficie interior del elemento estructural del vehículo y el
elemento de refuerzo, para unir el elemento de refuerzo a la
superficie interior del elemento estructural del vehículo. De esta
manera, se obtiene un refuerzo estructural ligero y resistente.
A pesar de estas técnicas, existe la necesidad
continua de obtener un mayor refuerzo y al mismo tiempo obtener
vehículos más ligeros, lo que, a su vez, requiere elementos de
refuerzo más ligeros. De acuerdo con ello, existe la necesidad de
reducir el peso y por lo tanto la cantidad de material utilizado en
los elementos de refuerzo. Además, existe la necesidad económica de
reducir la cantidad de material adhesivo expandible que se utiliza,
siendo consecuente con la obtención del grado de refuerzo
deseado.
La presente invención tiene como objetivo dar a
conocer sistemas de refuerzo estructural mejorados.
Por lo tanto, la presente invención da a conocer
un elemento de refuerzo estructural para reforzar un elemento
estructural hueco según la reivindicación 1.
La disposición de las extensiones en las piezas
moldeadas según la presente invención puede tener una doble
función. Algunas o todas las extensiones pueden disponer zonas
locales del elemento de refuerzo que, cuando están en su lugar,
están más cerca de la superficie interior del elemento estructural
hueco que el resto de la masa del elemento de refuerzo. De esta
manera, las extensiones están situadas y diseñadas para reducir la
deformación del elemento estructural hueco en un impacto. Al menos
uno, preferentemente como mínimo dos, de los pares de extensiones
también dirige la expansión del material adhesivo expandible para
asegurar que se produce una adhesión entre el elemento de refuerzo
y la superficie interna del elemento estructural cuando es
necesaria la adhesión. Esto, a su vez, permite la utilización
selectiva del material adhesivo expandible y permite prescindir de
la necesidad de recubrir la totalidad de las superficies del
elemento de refuerzo dirigidas hacia las superficies internas del
elemento estructural hueco con el material adhesivo expandible.
Las dimensiones del elemento de refuerzo rígido
y el grosor y naturaleza del material adhesivo expandible son
importantes para la obtención del refuerzo estructural deseado.
Preferentemente, la forma exterior del elemento de refuerzo se
adapta sustancialmente a la sección transversal del elemento
estructural hueco para el que ha sido diseñado como refuerzo. La
forma puede variar a lo largo de la longitud del elemento de
refuerzo a medida que cambian las dimensiones de la sección
transversal del elemento estructural hueco. El tamaño del elemento
de refuerzo que incluye el material adhesivo expandible podría ser
tal que existe un pequeño juego entre la extremidad del elemento de
refuerzo y las paredes interiores del elemento estructural hueco
para permitir el paso del fluido del electrorecubrimiento. También
resulta preferente que el elemento de refuerzo tenga una estructura
interna celular, en forma de nido de abejas o estriada, para
obtener un refuerzo a lo largo de varios ejes diferentes con un
peso mínimo.
Las extensiones dispuestas en la superficie
externa del elemento de refuerzo estructural pueden ser nervaduras,
embuticiones en relieve, o pueden formar parte de una zona
estampada.
Las extensiones pueden ser integrales con una
pieza moldeada si las piezas se producen por moldeo por inyección,
o pueden estar estampadas o conformadas de otro modo en elementos
de refuerzo de metal. Alternativamente, y de forma menos
preferente, las extensiones pueden ser fijadas a continuación de la
formación del elemento de refuerzo. La situación de las extensiones
en la superficie externa del elemento de refuerzo vendrá
determinada por la forma del elemento y la posición en la que se
ubicará en el interior del elemento estructural hueco, que estarán
determinadas por la naturaleza de la deformación de impacto que
debe resistir el elemento de refuerzo.
En una realización preferente, el elemento de
refuerzo estructural está dotado también de patas pequeñas, que
permiten mantenerlo separado de las paredes interiores del elemento
estructural hueco. De esta manera, no es necesaria la utilización
de dispositivos de fijación, y se minimiza el área de contacto
entre el elemento de refuerzo estructural y las paredes interiores
del elemento estructural hueco. En esta realización preferente, el
juego entre la extremidad del material adhesivo esponjable en el
elemento de refuerzo y las paredes interiores del elemento
estructural puede establecerse para que sea suficientemente amplio
para permitir que el líquido utilizado en el baño del
electrorecubrimiento fluya entre el elemento de refuerzo y las
paredes interiores del elemento estructural hueco en cantidad
suficiente para permitir una deposición de un recubrimiento
anticorrosivo eficaz. Por otro lado, el juego puede establecerse de
modo que no sea suficientemente amplio, ya que puede provocar una
falta de rigidez en la estructura cuando el adhesivo expandible se
ha expandido para llenar el juego y unir el elemento de refuerzo
estructural a las paredes interiores del elemento estructural. Se
prefiere que el juego no sea superior a 1 centímetro, y más
preferentemente, que sea de 2 a 10 milímetros, preferentemente de 3
a 7 milímetros. Un juego uniforme en toda la estructura permite
obtener una estructura de espuma más uniforme.
El elemento de refuerzo rígido puede estar hecho
a partir de cualquier material adecuado, por ejemplo, puede estar
hecho de metal o plástico, y el material se seleccionará según el
método de fabricación preferente. El plástico puede ser
termoplástico o termocurable. Esto, a su vez, viene dado por la
economía y complejidad de la sección transversal a reforzar. Los
elementos de refuerzo para secciones transversales sencillas pueden
prepararse por extrusión, mientras que para estructuras más
complejas puede ser necesario el moldeo por inyección. Los
elementos de metal pueden producirse por estampación y/o moldeado.
En los casos en los que se utiliza extrusión, los elementos pueden
ser de metal o de termoplásticos; en los casos en los que se
utiliza moldeo por inyección, son preferentes termoplásticos, en
los casos en los que se utiliza moldeo por compresión, puede
utilizarse material termoplástico o termocurable. Las poliamidas,
específicamente las poliamidas cargadas con vidrio o con fibra de
carbono, son materiales adecuados, especialmente para piezas
moldeadas por inyección, debido a su elevada relación
resistencia-peso. Alternativamente, puede utilizarse
moldeo por inyección o fundición a presión de aleaciones de metal.
Es preferente que la pieza moldeada esté dotada de medios que
permiten el drenaje de fluido. Por ejemplo, pueden utilizarse
orificios o canales en la pieza moldeada para permitir el drenaje
del agua, que puede condensarse en la estructura a lo largo del
tiempo.
La invención es especialmente útil para obtener
un refuerzo en vehículos, especialmente para obtener resistencia a
choques. La forma y la estructura preferentes del elemento de
refuerzo dependerán del lugar en el que se encuentra en la
estructura del vehículo y de la función que deberá realizar. Por
ejemplo, si debe estar situado en la sección longitudinal frontal
del vehículo, estará diseñado para tener resistencia a choques o
impactos. Por otro lado, el mismo podrá estar diseñado para reducir
la movilidad de punto como, por ejemplo, en la base de los pilares
lateral y posterior del vehículo. La reducción de la movilidad de
punto es especialmente importante en vehículos de gran tamaño, en
los que el refuerzo puede reducir o evitar el balanceo del
vehículo, reduciendo de este modo la fatiga del metal. Otras
aplicaciones incluyen la resistencia a la deformación de la sección
longitudinal posterior, específicamente, para evitar una
deformación hacia arriba por un impacto posterior, que puede evitar
que las puertas se abran. Otras partes del vehículo que pueden
reforzarse mediante las técnicas de la presente invención incluyen
estructuras de techo, pilares, elementos transversales de bastidor,
tales como la cuna del motor y los marcos de ventana, especialmente
los marcos de ventana posteriores.
El material adhesivo expandible cumple dos
funciones principales, el mismo se expandirá para llenar el espacio
entre el elemento de refuerzo y el interior del elemento hueco, y
también se unirá a la pared interior del elemento hueco. En
consecuencia, material adhesivo expandible significa que el
material puede activarse para expandirse (normalmente espuma) y
para actuar como un adhesivo, de manera general actúa como un
adhesivo en las condiciones, normalmente temperaturas, en las que
se expande. Por lo tanto, la activación permite que el material
expandible se expanda y llene un espacio entre el elemento de
refuerzo y el elemento estructural hueco para el que ha sido
diseñado como refuerzo, y para unirse a la superficie interna de la
estructura hueca. De acuerdo con ello, el adhesivo expandible debe
expandirse a la temperatura deseada y ser suficientemente adhesivo
para unir firmemente el elemento de refuerzo a la superficie
interior del elemento estructural hueco. El producto expandido
debería ser lo suficientemente resistente para no debilitar el
efecto de refuerzo general obtenido.
Aunque no es esencial, es preferente que, antes
de la activación, el material adhesivo expandible esté seco y no
sea pegajoso al tacto. Es preferente que el material expandible no
sea pegajoso al tacto, ya que esto facilita el transporte y
manipulación del elemento de refuerzo estructural y evita su
contaminación. Entre los ejemplos de materiales adhesivos
expandibles preferentes se incluyen resinas de base epoxi
esponjables, y los productos L5206, L5207, L5208 y L5209 son
ejemplos de dichos materiales, disponibles comercialmente en la
empresa L&L Products, de Romeo, Michigan, Estados Unidos de
América, y los productos Betacore BC 5204, 5206, 5207, 5208 y 5214,
disponibles en la empresa Core Products, de Estrasburgo, Francia.
El material adhesivo expandible debería seleccionarse según la
velocidad de expansión y las densidades de espuma requeridas.
También es preferente que el mismo se expanda a las temperaturas
del horno de electrorecubrimiento, normalmente de 130ºC a 200ºC.
Alternativamente, el material puede expandirse por calentamiento
por infrarrojos de alta frecuencia, microondas o inducción, que son
especialmente útiles en sistemas que no utilizan el procedimiento
de electrorecubrimiento.
El material adhesivo expandible se aplica en la
superficie del elemento de refuerzo en lugares en los que su
dirección de expansión es controlada mediante al menos dos pares de
extensiones conformadas en la superficie del elemento de refuerzo.
En una realización preferente, el elemento de refuerzo está dotado
de dos o más conjuntos de pares de nervaduras, y el material
adhesivo expandible está dispuesto entre las nervaduras en los
conjuntos. De esta manera, el elemento de refuerzo puede estar
situado en el interior del elemento estructural hueco, de modo que
las extremidades de las nervaduras están próximas a la superficie
interior del elemento estructural hueco, aumentando de esta manera
la resistencia a la deformación del elemento estructural hueco. Al
mismo tiempo, los pares de nervaduras dirigen la expansión del
material adhesivo expandible a través del canal formado entre las
nervaduras hacia la superficie interior del elemento estructural
hueco. De esta manera, puede obtenerse una unión eficaz entre el
elemento de refuerzo rígido y el elemento estructural hueco con una
cantidad reducida de material adhesivo expandible, ya que no es
necesario que el material expandible cubra toda la superficie del
elemento de refuerzo.
En una realización preferente, pueden disponerse
una serie de pares de nervaduras a lo largo de una o más
superficies del elemento de refuerzo, y el material adhesivo
expandible puede estar situado entre las nervaduras de uno o más
pares. De esta manera, con la expansión se forman uniones entre el
elemento de refuerzo y la superficie interior del elemento
estructural hueco en diferentes posiciones a lo largo de la
longitud y/o anchura del elemento de refuerzo. El número preferente
de puntos de unión y su situación dependerá del tamaño y forma del
elemento de refuerzo y de las fuerzas que debe resistir y según las
cuales ha sido diseñado.
En otra realización, puede disponerse una
extensión única, y el material expandible puede estar situado junto
a la extensión única, de modo que su expansión en una dirección es
controlada por la extensión. En esta realización, el tamaño y forma
de la cavidad entre el elemento estructural hueco y el elemento de
refuerzo pueden ser tales que la misma controle la expansión del
material adhesivo expandible en otra dirección.
El material adhesivo expandible podría ser
aplicado en al menos una parte de la superficie del elemento de
refuerzo rígido que será adyacente a una superficie interior de la
estructura hueca que se reforzará. Esta situación óptima del
adhesivo expandible dependerá de la forma de la estructura hueca a
reforzar, aunque estará situado preferentemente de modo que permita
obtener una adhesión de dos superficies no paralelas para aportar
rigidez en al menos dos dimensiones. Es preferente que el material
adhesivo expandible se aplique sobre al menos parte de cada una de
las partes superior e inferior y de los lados del elemento de
refuerzo. De esta manera, cuando el material se expande, el mismo
puede expandirse en el interior del espacio alrededor de toda la
superficie del elemento de refuerzo que es adyacente a las paredes
interiores de la estructura hueca. El material adhesivo expandible
puede ser aplicado en el elemento de refuerzo rígido uniendo una
tira del material al elemento, por ejemplo, por recubrimiento por
extrusión o por moldeo por inyección. En los casos en los que el
elemento de refuerzo está hecho por moldeo por inyección, el
material adhesivo expandible puede ser aplicado por sobremoldeo o
por moldeo de doble inyección. No obstante, el material debería
aplicarse en condiciones en las que no se produzca la expansión.
Es preferente que el elemento de refuerzo con el
material adhesivo expandible en el mismo esté situado en el
interior del elemento estructural hueco para el que ha sido
diseñado como refuerzo, de manera que permita obtener un juego
entre la superficie externa del elemento recubierto y la superficie
interna del elemento estructural hueco. Esto permite el paso del
fluido del electrorecubrimiento entre el elemento estructural hueco
y la superficie interna, y también permite una expansión uniforme
de la espuma alrededor del elemento para obtener un refuerzo más
uniforme.
De acuerdo con ello, en un procedimiento
preferente para obtener un refuerzo en el interior de un elemento
estructural hueco, tal como un bastidor de vehículo, se instalan
elementos de refuerzo moldeados durante el montaje del bastidor del
vehículo, dotados de pares de extensiones y con una capa de
material adhesivo expandible en los mismos situada entre las
extensiones que conforman los pares de extensiones. Unas patas de
posicionamiento están moldeadas preferentemente en el elemento de
refuerzo o en el material adhesivo expandible, de modo que el
elemento de refuerzo queda apoyado sobre el interior del elemento
estructural hueco dejando un espacio entre el elemento y las
paredes interiores del elemento estructural hueco a reforzar, de
esta manera, no hay necesidad de medios de fijación o de unión para
fijar el elemento a las paredes interiores del elemento estructural
hueco. A continuación, la estructura montada es sometida al
procedimiento de electrorecubrimiento, en el que la misma se hace
pasar a través de un baño de material de recubrimiento y en el que
un recubrimiento resistente a la corrosión queda depositado en la
estructura por electrólisis. A continuación, la estructura del
vehículo se seca en un horno para curar el recubrimiento;
preferentemente el adhesivo expandible se selecciona de modo que el
mismo se activa para expandirse y desarrollar propiedades adhesivas
por las condiciones utilizadas en el horno que se usa para curar el
recubrimiento. De este modo, el material adhesivo expandible se
expandirá bajo las condiciones de curado para obtener una espuma
que llena el espacio entre el elemento y las paredes interiores del
elemento estructural hueco y una unión resistente entre el elemento
de refuerzo y la pared interior del elemento estructural hueco.
Normalmente, la estructura recubierta se cura a aproximadamente
165ºC durante aproximadamente 20 minutos, y de acuerdo con ello, el
material adhesivo expandible debería activarse bajo estas
condiciones. No obstante, la industria del automóvil intenta
utilizar temperaturas de curado inferiores y tiempos de secado más
cortos, y esto podrá influir en la selección de los materiales
adhesivos expandibles.
Si otros componentes, por ejemplo, tornillos,
deben pasar a través de los elementos de refuerzo durante un
montaje posterior, puede ser necesario tener cuidado para asegurar
que los orificios realizados en el elemento de refuerzo para el
paso de los tornillos no queden bloqueados por la expansión del
material adhesivo expandible.
Las técnicas de la presente invención pueden ser
utilizadas para el refuerzo de cualquier construcción que se basa
en una estructura de bastidor hueca. No podrán ser utilizadas, por
ejemplo, en la industria de la construcción, en aplicaciones de
barcos, aviones, y de vías férreas. No obstante, las técnicas son
especialmente útiles para obtener un refuerzo en automóviles,
incluyendo coches, camiones, autobuses, caravanas y similares. Las
técnicas son especialmente útiles dentro de la tendencia actual a
utilizar materiales más ligeros, y en algunas ocasiones más
débiles, en la producción de bastidores inferiores de automóviles,
en la que existe una mayor necesidad de refuerzo para compensar la
reducción de la resistencia del material básico y contribuir a
cumplir las exigencias de seguridad. Esto sucede especialmente en
el caso de la utilización de aluminio para la producción de
bastidores inferiores huecos de automóviles.
La presente invención se representa haciendo
referencia a los dibujos que se adjuntan, en los que las figuras 1A
y 2A representan un refuerzo según el estado de la técnica, la
figura 1A muestra el sistema antes de la activación del material
adhesivo expandible y la figura 2A muestra el sistema después de la
activación.
Las figuras 3A y 4A representan un refuerzo
según la presente invención. La figura 3A muestra el sistema antes
de la activación del material adhesivo expandible y la figura 4A
muestra el sistema después de la activación.
Las figuras 1B y 2B representan otra forma de
refuerzo convencional, la figura 1B muestra el sistema antes de la
activación del material adhesivo expandible y la figura 2B muestra
el sistema después de la activación.
La figura 5A representa la deformación potencial
del sistema de refuerzo de la figura 2A, cuando está sujeto a una
fuerza en la dirección mostrada por la flecha ("A") y la figura
5B representa la deformación potencial del sistema de la figura 4A,
cuando está sujeto a la misma fuerza.
La figura 6A representa la deformación potencial
del sistema de refuerzo de la figura 2B, cuando está sujeto a una
fuerza en la dirección mostrada por la flecha ("A") y la figura
6B representa la deformación potencial del sistema de refuerzo de
la figura 4B, cuando está sujeto a la misma fuerza.
La figura 7 muestra un elemento de refuerzo
estructural moldeado dotado de una serie de pares de nervaduras
entre las cuales puede estar situado el material adhesivo
expandible.
La figura 1A muestra una sección transversal de
un elemento estructural de vehículo hueco (4) en el que un elemento
de refuerzo (2) está dispuesto con una sección transversal con
forma de "M" por ejemplo, en XX' en la figura 7B. Un material
adhesivo expandible (3) está dispuesto en la superficie de (2)
adyacente a la superficie interior del elemento estructural (4). La
figura 2A muestra la misma sección transversal que la figura 1A,
aunque después de la expansión del material expandible (3), tal
como se puede realizar con la etapa de curado en el procedimiento
de electrorecubrimiento. La figura 2A muestra la forma en la que el
adhesivo (3) se expande entre el elemento de recubrimiento (2) y el
elemento estructural (4) para obtener una espuma que une el
elemento de refuerzo y el elemento estructural entre sí.
La figura 3A muestra la misma sección
transversal del elemento estructural de vehículo hueco (4) que
contiene un elemento de refuerzo (2) con forma de "M". En este
ejemplo, el elemento de refuerzo está dotado de un par de
nervaduras (1) en las tres posiciones en las que está dispuesto el
adhesivo expandible. Estos pares de nervaduras forman ranuras que
contienen el adhesivo expandible (3). La figura 4A muestra la forma
en la que se controla la expansión del adhesivo expandible mediante
las nervaduras (1), para permitir una adhesión adecuada entre el
elemento estructural (2) y el elemento de refuerzo (4) con una
cantidad más pequeña de adhesivo expandible que la requerida en el
sistema de la figura 1A. La comparación de las figuras 5A y 5B
muestra la forma en la que la disposición de nervaduras (1) en el
elemento de refuerzo (2) (tal como en la figura 5B) reduce la
deformación de la estructura reforzada en comparación con la
deformación del sistema sin las nervaduras de esta invención, que
se muestra en la figura 5A.
Las figuras 1B y 2B muestran un elemento
estructural de automóvil (4) con una sección transversal similar a
la de las figuras anteriores. En este ejemplo, el elemento
estructural contiene un elemento de refuerzo con forma de "U"
(2). En la figura 1B, el elemento de refuerzo estructural (2) está
dotado de un adhesivo expandible (3) en las esquinas de la forma de
"U". La figura 2B muestra la forma en la que el adhesivo
expandible puede expandirse a través de la cavidad entre el
elemento estructural (4) y el elemento de refuerzo (2) a efectos de
unir ambos entre sí.
Las figuras 6A y 6B muestran la deformación del
elemento estructural (4) que se produce cuando los sistemas
ilustrados en la figura 2B y en la figura 4B, respectivamente,
están sujetos a la misma fuerza de compresión en la dirección de la
flecha (A).
La figura 7 muestra un elemento de refuerzo
moldeado a partir de nylon reforzado con vidrio, utilizando el
sistema representado en las figuras 1B y 2B. El elemento consiste
en un componente reforzado estructural (5) dotado de un laberinto
de nervaduras internas (6) de refuerzo. Una serie de pares de
nervaduras (7), (7); (8), (8); (9), (9); etc., están moldeados en
la superficie externa de la pieza moldeada. A continuación, el
material adhesivo expandible (no mostrado) podrá ser depositado en
las ranuras formadas entre los pares de nervaduras según la
presente invención, el material adhesivo expandible también podrá
situarse en los canales (10), de modo que su expansión en una
dirección transversal es controlada por las nervaduras, tal como se
muestra mediante la referencia (3) en la figura 4A. A continuación,
la pieza moldeada podrá utilizarse para disponer un refuerzo
estructural en el interior del bastidor inferior de un vehículo de
la manera que se ha descrito.
De acuerdo con ello, la invención da a conocer
piezas moldeadas con nervaduras que contienen un adhesivo
expandible no esponjado, y el elemento hueco reforzado que contiene
la pieza moldeada con nervaduras unida a la superficie interna del
elemento estructural hueco por el adhesivo expandido.
Tal como se ha mostrado, los sistemas de la
presente invención permiten obtener un refuerzo mejorado o
comparable a la vez que se utiliza una cantidad más pequeña de
material adhesivo expandible.
Claims (28)
1. Elemento de refuerzo estructural para
reforzar un elemento estructural hueco (4), que comprende un
elemento de refuerzo (2) que tiene, en una parte de la superficie
del mismo, un material adhesivo expandible (3), caracterizado
porque la superficie del elemento de refuerzo (2) está dotada de
dos o más pares de extensiones (1) que se aproximan a la superficie
interna del elemento estructural hueco (4) cuando el elemento de
refuerzo (2) está situado en el interior del elemento estructural
hueco (4), en el que la superficie del elemento de refuerzo (2)
entre al menos dos de dichos pares de extensiones no tiene material
adhesivo expandible en la misma y el material adhesivo expandible
(3) está situado en el interior de al menos dos de dichos pares de
extensiones, de modo que las extensiones en el interior de las
cuales está situado el material expandible (3) guían la expansión
del material adhesivo expandible (3).
2. Elemento de refuerzo estructural, según la
reivindicación 1, en el que la forma exterior del elemento de
refuerzo (2) se adapta sustancialmente a la sección transversal del
elemento estructural hueco (4).
3. Elemento de refuerzo estructural, según la
reivindicación 1 ó 2, en el que el tamaño del elemento de refuerzo
(2) que incluye el material adhesivo expandible (3) es tal que hay
un pequeño juego entre la extremidad del elemento de refuerzo (2) y
las paredes interiores del elemento estructural hueco (4).
4. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
elemento de refuerzo (2) tiene una estructura interna celular, en
forma de nido de abejas o estriada.
5. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las
extensiones (1) son nervaduras, embuticiones en relieve, o son
parte de una zona estampada.
6. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las
extensiones (1) forman parte integral del elemento de refuerzo.
7. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, dotado de pequeñas
patas que permiten mantener el elemento de refuerzo estructural
alejado de las paredes interiores del elemento estructural hueco
(4).
8. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones 3 a 7, en el que el juego no es
superior a 1 centímetro.
9. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, hecho de poliamida
cargada.
10. Elemento de refuerzo estructural, según la
reivindicación 9, en el que la carga es fibra de vidrio.
11. Elemento de refuerzo estructural, según la
reivindicación 9, en el que la carga es fibra de carbono.
12. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, hecho de una resina termo
curable.
13. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
material adhesivo expandible (3) puede ser activado para expandirse
y para actuar como un adhesivo
cuando se calienta.
cuando se calienta.
14. Elemento de refuerzo estructural, según la
reivindicación 13, en el que el material adhesivo expandible (3)
puede ser activado a la temperatura de la etapa de curado en el
procedimiento de electrorecubrimiento.
15. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que, antes de
la activación, el material adhesivo expandible (3) es seco al
tacto.
16. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
material adhesivo expandible (3) es una resina de base epoxi
esponjable.
17. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el
material adhesivo expandible (3) se aplica como mínimo a una parte
de las superficies del elemento de refuerzo rígido que serán
adyacentes a dos superficies no paralelas de la superficie interior
del elemento estructural hueco (4).
18. Elemento de refuerzo estructural, según la
reivindicación 17, en el que el material adhesivo expandible (3) se
aplica sobre parte de cada una de las partes superior e inferior y
de los lados del elemento de refuerzo (2).
19. Elemento de refuerzo estructural, según
cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que una serie
de pares de nervaduras (7, 8, 9) están dispuestas a lo largo de una
o más superficies del elemento de refuerzo (2).
20. Utilización de un elemento de refuerzo
estructural, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores,
para reforzar un vehículo.
21. Utilización, según la reivindicación 20,
para reducir la movilidad de punto.
22. Utilización, según la reivindicación 20,
para reforzar la sección longitudinal frontal de un vehículo.
23. Utilización, según la reivindicación 20,
para aportar resistencia de deformación a la sección longitudinal
posterior.
24. Utilización, según la reivindicación 20,
para reforzar pilares, elementos transversales de bastidor, y
marcos de ventana.
25. Procedimiento para reforzar el interior de
estructuras huecas, en el que un elemento de refuerzo estructural,
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, se instala durante
el montaje de un bastidor de vehículo, y el sistema se calienta,
con lo cual el material adhesivo expandible se expande para obtener
una espuma entre el elemento de refuerzo estructural y las paredes
interiores del elemento estructural hueco, y une el elemento de
refuerzo estructural a la pared interior del elemento hueco
estructural.
26. Procedimiento, según la reivindicación 25,
en el que el calentamiento tiene lugar en el procedimiento de
curado por electrorecubrimiento.
27. Procedimiento, según la reivindicación 26,
en el que el calentamiento es un calentamiento por infrarrojos,
alta frecuencia, microondas o inducción.
28. Procedimiento, según cualquiera de las
reivindicaciones 25 a 27, en el que el calentamiento está entre
130ºC y 200ºC.
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