ES2281608T3 - Miembro estructural reforzado. - Google Patents

Abstract

Un miembro estructural reforzado (10), que incluye: una estructura hueca (12) que define una cavidad (14); una bolsa (16), dispuesta dentro de dicha cavidad, que define un espacio; y un material (26), dispuesto dentro de dicha bolsa, que define dicho espacio; caracterizado porque dicha estructura es un eje y en el que un componente de suspensión (38) se encuentra asegurado a dicho eje en la proximidad de dicho material, y porque dicha estructura incluye un orificio con un tapón (34) que tiene una función de ajuste de posición (35) dispuesto en dicho orificio, función de ajuste de posición que ubica dicho componente de suspensión.

Description

Miembro estructural reforzado.

Antecedentes de la invención

La invención se refiere a un miembro estructural reforzado y, más específicamente, al refuerzo de una estructura hueca usando un material del tipo de espuma estructural.

Los miembros estructurales huecos se emplean en diversas aplicaciones para vehículos. Por ejemplo, partes de la carrocería de un vehículo, tales como los pilares A y B, se forman con miembros huecos de paredes delgadas. Por otra parte, los conjuntos de suspensión incorporan paredes cada vez más delgadas en sus miembros tubulares, tales como ejes. El uso de miembros estructurales de paredes de escaso espesor tiene la ventaja de reducir el coste y el peso del conjunto que incorpora la estructura.

En el caso de los ejes, conviene proporcionar un espesor a la pared que maximice la rigidez frente a la flexión y la torsión, a la vez que minimice el peso. Sin embargo, cuanto menor es el espesor de la pared, más susceptible será la estructura de pandearse bajo carga. Por ejemplo, los accesorios auxiliares tales como los soportes de muelle típicamente se embridan a la estructura hueca del eje. La pared del eje puede pandearse bajo la carga resultante, o bien el muelle de ballesta puede desplazarse cuando el conjunto de suspensión está operativo. En este sentido, los conjuntos de eje de la técnica anterior añadían elementos de rigidez local soldando chapas de refuerzo adicional destinadas a incrementar la rigidez.

Para aplicaciones en vehículos, tales como las estructuras de carrocería huecas de los pilares A y B, se han inyectado espumas estructurales en las cavidades de la estructura para proporcionarle un refuerzo localizado. La espuma estructural se expande, rellena el espacio y se endurece, proporcionando rigidez al área. No obstante, es necesario formar tabiques dentro de la estructura hueca con objeto de contener la espuma dentro del área prevista, ya que la espuma estructural tiene un elevado precio. Esto se logra estampando o soldando tabiques de acero a la estructura para contener la espuma. Esto aumenta la complicación de formar el miembro estructural y puede suponer un considerable coste añadido, al tener que formular un diseño que dé cabida a los tabiques de contención de la espuma estructural.

Por consiguiente, lo que se requiere es un procedimiento y un aparato que proporcionen un refuerzo local a un miembro estructural hueco, a la vez que reduzcan el coste y las complejidades de diseño de las soluciones de la técnica anterior.

El documento US-A-6.321.793 se refiere a un sistema de cámara de aire para reforzar miembros estructurales, en el que un miembro flexible es inflado dentro de un miembro hueco con objeto de formar una barrera. El miembro flexible se puede inflar con material de espuma para fines de refuerzo.

Resumen y ventajas de la invención

La presente invención ofrece un miembro estructural de refuerzo según la reivindicación 1, además de un procedimiento para proporcionar dicho miembro según la reivindicación 6.

Según un procedimiento preferente, la bolsa se inserta en la cavidad usando un tubo. Preferentemente, un dispositivo inyecta una espuma estructural, como una epoxi de dos componentes, en la bolsa. Luego se cierra la bolsa, y su extremo se inserta en la cavidad. Preferentemente, se instala un tapón en el orificio de la cavidad. Al activarse, la espuma se expande y rellena la cavidad, aunque permanece dentro de la bolsa para proporcionar un refuerzo local al área prevista. El tapón puede incluir una función de ajuste de posición para ubicar un componente, tal como un muelle de ballesta.

Por consiguiente, la presente invención proporciona un procedimiento y un aparato que proporcionan un refuerzo local a un miembro estructural hueco, a la vez que reducen el coste y las complejidades de diseño de las soluciones de la técnica anterior.

Breve descripción de los dibujos

Otras ventajas de la presente invención se entenderán al hacer referencia a la siguiente memoria descriptiva detallada considerada junto con los dibujos adjuntos, en los que:

la figura 1A ilustra una bolsa que está siendo insertada en la cavidad de una estructura hueca;

la figura 1B ilustra una bolsa a la que se le está inyectando espuma estructural;

la figura 1C ilustra la bolsa llena de espuma estructural;

la figura 1D ilustra la bolsa, cerrada y con una abertura en su extremo, insertada en la cavidad;

la figura 1E ilustra el orificio de la estructura cerrado por un tapón;

la figura 1F ilustra la espuma estructural totalmente expandida dentro de la cavidad; y

la figura 2 ilustra un conjunto de suspensión con un eje hueco que tiene un refuerzo localizado en el área de fijación de la suspensión.

Descripción detallada de la realización preferente

Respecto a las figuras 1A-1F, un conjunto estructural reforzado según la invención se indica con 10. El conjunto 10 incluye una estructura hueca 12 que define una cavidad 14 que tiene un orificio 15 en la pared de la estructura 12 a través del cual se accede a la cavidad 14. Una bolsa 16 se inserta en la cavidad 14 a través del orificio 15, usando un tubo 17, según se aprecia en la figura 1A. La bolsa 16 incluye un extremo 18 con una abertura 20 que se extiende a través del orificio 15. Por ejemplo, la bolsa 16 puede ser enrollada, insertada en un tubo de cartón y luego presionada para introducirla en la cavidad 14. La bolsa se puede fabricar con cualquier material apropiado, aunque preferentemente se empleará un termoplástico de alta temperatura que soporte la reacción exotérmica de la espuma de expansión. Materiales apropiados incluyen mylar, caucho o polisulfona. Desde luego, se pueden emplear numerosos materiales apropiados. La bolsa 16 contiene la espuma durante la expansión, de manera que no se requieren ni tabiques ni deflectores dentro de la estructura hueca, elementos que son difíciles y caros de diseñar y fabricar.

Un dispositivo 22 que tiene una boquilla 24 inyecta una espuma 26 en la bolsa 16 a través de la abertura 20, según se aprecia en las figuras 1A y 1B. El dispositivo 22 se puede accionar de forma manual o automática. El material de relleno de espuma estructural puede ser cualquier material apropiado de módulo alto. La espuma 26 puede ser un material compuesto, tal como un adhesivo, un acetal epoxídico provisto de carga, un poliéster o cualquier otro material apropiado. Uno de estos materiales lo comercializa Henkel con la denominación Terocore 1015A y B. Terocore es una espuma estructural de doble componente que incluye un material epoxídico de dos componentes, susceptible de expansión y altamente resistente, con una relación de mezcla de 2:1, en volumen. La epoxi Terocore se expande aproximadamente 30%, y tiene un alto módulo. Terocore es un material exotérmico que fragua a temperatura ambiente al mezclar ambos componentes entre sí, y se fragua o endurece en un 90% dentro de los primeros 30 minutos, de adentro hacia afuera. El Terocore fragua totalmente en 24 horas, y es un material no isocianato que no requiere ventilación especial durante su uso. La parte de resina epoxídica del Terocore presenta una buena estabilidad y determina la velocidad de curado. Se pueden agregar rellenos al material para mejorar las propiedades mecánicas, la resistencia al pandeo y la dureza, y para establecer los módulos de compresión. La parte de agente de fraguado del Terocore determina la reactividad, la adherencia, el módulo de compresión y la caducidad en almacén del material. El agente de expansión del Terocore determina la estructura celular y reduce el peso total de la espuma estructural.

Respecto a la figura 1D, una vez inyectada la espuma estructural 26 en la bolsa 16, ésta se cierra. Por ejemplo, el extremo 18 se puede retorcer (véase 28), para luego insertarlo en la cavidad 14. El orificio 15 se puede cerrar por medio de un tapón 30, según se aprecia en la figura 1E. El tapón 30, además de contener a la espuma estructural 26 durante la expansión, ofrece un aspecto estéticamente atrayente. La espuma estructural se expande hasta entrar en contacto con las paredes internas de la cavidad 14, aunque permanece restringida por la bolsa 16 en las restantes direcciones, según muestra la figura 1F.

El conjunto estructural reforzado 10 de la presente invención se puede emplear en cualquier aplicación estructural hueca y de paredes delgadas que necesite un refuerzo localizado. Por ejemplo, la presente invención se puede emplear para reforzar localmente partes huecas de la carrocería de un vehículo, tal como los pilares A y B. El hecho de proporcionar rigidez a áreas específicas de la carrocería permite usar paredes de menor espesor en otros puntos.

La presente invención se puede aplicar igualmente a un conjunto de suspensión 32, según muestra la figura 2. El conjunto de suspensión 32 incluye un eje hueco 33 sobre el que descansan los componentes de la suspensión, tal como el muelle de ballesta 38. Una parte del eje 33 se puede reforzar localmente, según lo descrito anteriormente en relación con las figuras 1A-1F, con el fin de lograr una mayor rigidez estructural. El orificio se puede cerrar con un tapón 34, que tiene una función de ajuste de posición en la forma de un resalte del tapón. Un soporte 36, que proporciona apoyo al muelle de ballesta 38, puede presentar una característica complementaria a la función de ajuste de posición del tapón 38 destinada a ubicar al conjunto de suspensión 32 respecto al eje 33 durante el montaje. El soporte 36 se asegura al eje 33 por medio de un conjunto de brida en U 40 ampliamente conocido en la técnica. El experto comprenderá que se pueden instalar otros componentes -diferentes al muelle de ballesta 38 anteriormente citado- en el eje hueco 33 o en cualquier otro miembro hueco. Por ejemplo, en el área reforzada se puede instalar un muelle de aire u otro componente que típicamente ejerza una gran fuerza de carga sobre el eje 33. En el caso de un eje, el eje hueco 33 típicamente se verá sometido a pandeo por la carga o por los esfuerzos tendentes a desplazar el conjunto de suspensión respecto al eje. La estructura hueca con refuerzo local de la presente invención proporciona una mayor rigidez, evitando el pandeo o desplazamiento del conjunto de suspensión.

La invención ha sido descrita de manera ilustrativa y deberá entenderse que la terminología usada pretende situarse dentro del ámbito de los términos de descripción más que de limitación. Obviamente, hay muchas posibles modificaciones y variaciones de la presente invención en virtud de estas enseñanzas. Por lo tanto, deberá entenderse que, dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, la invención se puede poner en práctica de forma diferente a la específicamente descrita.

Claims (10)

1. Un miembro estructural reforzado (10), que incluye:

una estructura hueca (12) que define una cavidad (14);

una bolsa (16), dispuesta dentro de dicha cavidad, que define un espacio; y

un material (26), dispuesto dentro de dicha bolsa, que define dicho espacio;

caracterizado porque dicha estructura es un eje y en el que un componente de suspensión (38) se encuentra asegurado a dicho eje en la proximidad de dicho material, y porque dicha estructura incluye un orificio con un tapón (34) que tiene una función de ajuste de posición (35) dispuesto en dicho orificio, función de ajuste de posición que ubica dicho componente de suspensión.

2. Un miembro estructural reforzado según la reivindicación 1, en el que dicha bolsa (16) tiene un tamaño comprimido igual o menor que el tamaño de dicho orificio con el fin de facilitar la inserción de dicha bolsa en dicha cavidad (14).

3. Un miembro estructural reforzado según la reivindicación 2, en el que dicho tapón (34) está instalado en dicho orificio de dicha cavidad (14).

4. Un miembro estructural reforzado según cualquier reivindicación precedente, en el que dicha bolsa (16) incluye un extremo (18) con una abertura (20) que facilita la inserción de dicho material en dicha bolsa.

5. Un miembro estructural reforzado según la reivindicación 4, en el que dicho extremo está dispuesto dentro de dicha cavidad (14).

6. Un procedimiento para reforzar localmente una estructura hueca, que incluye las etapas de:

a)

insertar una bolsa (16) en una cavidad (14) de una estructura;

b)

llenar la bolsa con un material (26); y

c)

expandir el material;

caracterizado porque un componente de suspensión (38) se encuentra asegurado a dicho eje en la proximidad de dicho material, y porque dicha estructura incluye un orificio con un tapón (34) que tiene una función de ajuste de posición (35) en dicho orificio para ubicar dicho componente de suspensión.

7. Un miembro estructural reforzado según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, o el procedimiento según la reivindicación 6, en los que el material es una espuma estructural, preferentemente una epoxi de dos componentes.

8. El procedimiento según la reivindicación 6 ó 7, en el que la bolsa (16) se cierra antes de la etapa c).

9. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8, en el que el extremo de la bolsa (16) se cierra e inserta en la cavidad (14).

10. El procedimiento según una cualquiera de las reivindicaciones 6 a 9, en el que la etapa a) incluye insertar la bolsa (16) a través de un orificio de la estructura, y en el que dicho tapón (34) se instala en el orificio en una etapa subsiguiente a la etapa b).