ES2300363T3 - Refuerzo contra impacto lateral. - Google Patents

Abstract

Un refuerzo expansivo para reforzar una cavidad de un armazón de un vehículo, comprendiendo dicho refuerzo: un soporte rígido (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) que comprende un primer y segundo miembros interconectados (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114), con dicho primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106,144a, 144b, 144c,144d) adaptado para una conexión pivotante con un segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de otro soporte rígido (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d); y un material de resina sintética (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) unido con dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d), con dicho material de resina (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) expansivo cuando se calienta a una temperatura de al menos aproximadamente 149ºC.

Description

Refuerzo contra impacto lateral.

Antecedentes de la invención Campo de la invención

La presenten invención está dirigida claramente hacia un refuerzo y método de usar el refuerzo para reforzar miembros estructurales huecos tales como los frecuentemente encontrados en vehículos. Más especialmente, el refuerzo comprende un soporte que tiene un material de refuerzo de resina sintética expansible unido al mismo, en el que el refuerzo es lo suficientemente flexible o capaz de ser doblado para permitir su introducción en cavidades de forma irregular o no lineal.

Descripción de la técnica anterior

Durante el diseño y desarrollo de automóviles, camiones, aviones, navíos, etc., gran parte de la estructura del armazón incluye cavidades huecas, barras, o secciones de marcos. Muchas veces, la integridad estructural del armazón se mejora incrementando la rigidez mecánica en áreas críticas localizadas. La rigidez mecánica aumentada en estas áreas generalmente tiene como resultado una propagación reducida de la vibración, del ruido y/o de la fatiga. La rigidez mecánica adicional en estas áreas también ha proporcionado el control de la energía durante situaciones de impacto o de choque.

Se han llevado un cabo muchos intentos para reforzar estas cavidades. Uno de tales métodos implica introducir productos de refuerzo auto-sostenibles dentro de la cavidad, con o sin un suporte o estructura portante. Sin embargo, estos métodos generalmente tienen como resultado la adición del exceso de peso al miembro estructural lo que no es deseable en la mayoría de los casos.

También se han llevado un cabo intentos para utilizar productos de refuerzo que sean más ligeros en peso o que no usen una estructura portante, pero estos intentos generalmente implican productos con falta de la resistencia necesaria para reforzar adecuadamente el miembro estructural. Muchas veces, las porciones susceptibles de espumar de estos productos no se expanden lo suficiente bajo el calor debido al hecho de que el centro del material no se calienta adecuadamente durante el proceso de activación. Es decir, el tamaño del producto que es susceptible de espumar es lo suficientemente grueso para que el centro del producto esté expuesto a un calor mínimo, evitando de ese modo que la parte del centro se expanda completamente. Esto puede tener como resultado un miembro estructural reforzado de forma inadecuada.

Además, muchos de los miembros estructurales que necesitan refuerzo tienen cavidades que son irregulares en forma o escasos en tamaño, haciendo de ese modo que para estos miembros resulte difícil, si no imposible, disponer de suficiente espacio para incluir aparatos de refuerzo disponibles en la actualidad en su interior. Por ejemplo, los pilares laterales y el parabrisas en un automóvil son normalmente curvos y bastante estrechos. Como resultado de ello, los productos de refuerzo disponibles en la actualidad generalmente no pueden pasar por el interior de un miembro estrecho y curvo en la manera necesaria para lograr que el refuerzo se distribuya uniformemente a lo largo de la longitud del miembro. Así, para reforzar adecuadamente estos pilares, los fabricantes deben proporcionar piezas especialmente fabricadas para un pilar en particular. Esto requiere un alto grado de tolerancia en la fabricación y no permite que una única pieza se use para una amplia variedad de miembros estructurales huecos.

A partir del documento de la técnica anterior más cercana de número EP 0 893 332 A1 se conoce un método para reforzar una porción seleccionada de una parte estructural, que usa un tubo flexible que tiene una lámina de resina expansiva térmicamente no expandida. El tubo flexible se puede insertar un través de pasajes curvos y conformarse a la geometría de la parte que va a ser reforzada. Después de que el tubo se coloca en la localización deseada, se expande la lámina de resina expansiva. Algunas veces es difícil insertar tales tubos flexibles debido a su estructura flexible.

Existe una necesidad adicional para un producto de refuerzo de alta resistencia y ligero en peso que sea lo suficientemente versátil para ser insertado fácilmente en una amplia variedad de canales de forma irregular o pequeños.

Resumen de la invención

La presente invención supera estos problemas proporcionando un refuerzo expansivo térmicamente para reforzar un miembro estructural hueco (tal como una barra de automóvil) que tenga una cavidad de forma irregular y/o pequeña.

En más detalle, el miembro de refuerzo incluye una pluralidad de secciones conectadas con pivotes (tales como conexiones de rótula esférica) con cada una de las secciones comprendiendo un soporte y un material expansivo térmicamente unido al mismo. El soporte esta conformado preferentemente de nylon o de metal y cada soporte se puede conformar como una estructura de tipo caja y tubular que se pueda usar en una amplia variedad de cavidades. De forma alternante, uno o más de los soportes pueden tener una forma especial (por ejemplo, piramidal) para permitir al refuerzo que entre fácilmente en áreas especialmente estrechas.

El material de refuerzo es preferentemente un material en base a una resina sintética que expande cuando se somete a las temperaturas alcanzadas en puntos específicos en un proceso de fabricación (por ejemplo, tales como las existentes durante las etapas de horneado de polvos o pinturas en los procesos de fabricación de automóviles). Esta expansión se logra bien por energía térmica creada internamente o por la aplicación externa de calor para activar al material. Tal como se usa en la presente invención, el término "expansivo térmicamente" significa ambos la energía térmica creada internamente y la aplicación externa de calor para expandir y hacer espumar al material de refuerzo. La temperatura de expansión del material debería ser al menos aproximadamente 149ºC.

Los refuerzos de la invención son especialmente útiles en que sus conexiones pivotantes permite a los mismos que sean fácilmente introducidos fácilmente de forma longitudinal en las aberturas de un miembro estructural. Además, al utilizar un refuerzo con un número de secciones interconectadas, el refuerzo del miembro estructural se distribuye uniformemente a lo largo de la longitud del miembro.

Breve descripción de los dibujos

La Figura 1 es una vista en perspectiva de un refuerzo según la invención;

La Figura 2 es una vista desde arriba de un refuerzo de la invención con los revestimientos de material expansivo alrededor de los soportes de tipo caja;

La Figura 3 es una vista de un corte parcial de uno de los soportes del refuerzo representando una conexión de rótula esférica;

La Figura 4 es una vista desde abajo y aumentada de un fragmento de un soporte del refuerzo mostrando la bola de un soporte en líneas ocultas conectado a la rótula de otro refuerzo;

La Figura 5 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de la invención en la que uno de los soportes del refuerzo es en forma piramidal;

La Figura 6 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de la invención representando el uso de tiras de material expansivo sobre los soportes del refuerzo;

La Figura 7 es una vista en perspectiva de una realización alternativa de la invención representando el uso de bloques de material expansivo sobre las esquinas de los soportes del refuerzo;

La Figura 8 es una vista de la sección transversal de un soporte similar al de la Figura 5, representando el uso de un material de relleno dentro del soporte;

La Figura 9 es una vista en perspectiva de un perfil alternativo para soportes del refuerzo;

La Figura 10 es una vista en perspectiva de un automóvil con miembros estructurales reforzados con los refuerzos de la invención antes de la expansión térmica;

La Figura 11 representa un miembro estructural reforzado según la invención después de que haya tenido lugar la expansión térmica;

La Figura 12 representa el uso de una lengüeta de flexión para asegurar un material expansivo a un soporte del refuerzo de la invención;

La Figura 13 es una vista de la sección transversal tomada a lo largo de la línea 13-13 de la Figura 12;

La Figura 14 representa el uso de una clavija de empuje para asegurar un material expansivo a un soporte del refuerzo de la invención; y

La Figura 15 es una vista de la sección transversal tomada a lo largo de la línea 15-15 de la Figura 14.

Descripción detallada de las realizaciones preferentes

Volviendo a las figuras, la Figura 1 ilustra un refuerzo 20 que comprende tres soportes del tipo cajas rígidos 22 a-c conectados en una disposición de tipo tren a través de conexiones pivotantes 24 a, b.

En referencia a la Figura 2, se muestra en más detalle un refuerzo 26. El refuerzo 26 comprende una cadena de secciones 28 a-c que incluye cada uno de los respectivos soportes 30 a-c. Cada uno de los soportes 30 a-c comprende una configuración de tipo caja tubular e incluye las respectivas superficies exteriores 32 a-c. Una cantidad de un material de resina sintética expansiva se une a cada superficie exterior 32 a-c para así rodear cada soporte 30 a-c y formar un revestimiento 34 a-c alrededor del mismo. Los revestimientos 34 a-c se mantienen sobre los soportes 30 a-c por medio de un ajuste por fricción.

Cada soporte es similar en construcción. Es decir, cada uno de los soportes 30 a-c comprende los respectivos primeros extremos 36 a-c, y segundos extremos 38 a-c alejados de los primeros extremos 36 a-c. Se une una bola 40 a-c, vía un eje 42 a-c, a cada soporte 30 a-c adyacente al primer extremo 36 a-c del mismo. Además, se une una rótula 44 a-c, vía un eje 46 a-c, a cada uno de los soportes 30 a-c adyacente al segundo extremo 38 a-c del mismo. Finalmente, cada una de las rótulas 44 a-c comprende una superficie exterior 48 a-c que tiene uno o más bloques 50 de material de resina sintética expansiva unido al mismo.

Se apreciará que el uso de la bola 40 a-c y de la rótula 44 a-c permite que se conforme una conexión de rótula esférica 52 a, b entre cada par de secciones 28 a-c. Esta conexión se ve mejor en las Figuras 3 y 4 en el que un soporte 54 que comprende una rótula 56 tiene una abertura 58 conformada en el mismo. Un soporte 60 comprende una bola 62 dispuesta en la abertura 58 para permitir movimiento libre entre los soportes 54 y 60 mientras mantiene una conexión entre estos soportes.

Aunque las Figuras 1-4 representan los refuerzos de la invención como soportes de tipo caja con revestimientos de un material de resina sintética expansiva unidos al mismo, se apreciará que se pueden usar un número de configuraciones, dependiendo del miembro estructural que va a ser reforzado. Por ejemplo, la Figura 5 representa un refuerzo 64 que comprende una primera sección 66 y una segunda y tercera secciones 68 a,b. La primera sección 66 comprende un soporte de forma piramidal 70 con cinco secciones de esquina 72 (solamente cuatro secciones 72 son visibles en la Figura 5), con un bloque 74 de material de resina sintética expansiva unido a cada sección de esquina 72. Por último, la primera sección 66 comprende una rótula 76 con un bloque 78 de material de resina sintética expansiva unido al mismo. Ventajosamente, el uso de un soporte de forma piramidal 70 permite fijar el refuerzo 64 en las esquinas de difícil acceso y pequeñas o en las hendeduras de un miembro estructural.

Las segundas y terceras secciones 68 a,b son similares a la otra en construcción e incluyen los respectivos soportes 80 a,b. Cada uno de los soportes 80 a,b comprende una configuración de tipo caja tubular e incluye las respectivas superficies exteriores 82 a,b con las áreas huecas 84 a-d conformadas en las mismas. Cada una de las áreas huecas 84 a-d tienen una banda 86 de material de resina sintética expansivo depositado en el interior de las mismas. La colocación de las bandas 86 dentro de las áreas huecas 84 a-d sirve para "anclar" las bandas 86 en su lugar, y de ese modo prevenir el movimiento de las mismas a lo largo de la longitud de los soportes 80 a,b.

Cada uno de los soportes 80 a,b comprende los respectivos primeros extremos 88 a,b, y segundos extremos 90 a,b alejados de los primeros extremos 88 a,b. Una bola (no mostrada) se une a cada soporte 80 a,b adyacente al primer extremo 88 a,b del mismo, mientras que se une una rótula 92 a,b a cada uno de soportes 80 a,b adyacentes al segundo extremo 90 a,b a la misma. Además, cada una de las rótulas 92 a,b comprende uno o más bloques 94 de material de resina sintética expansiva unido a los mismos. Por último, cada una de las secciones 66 y 68 a,b están conectadas en una disposición de tipo tren vía conexiones pivotantes de rótula esférica 9 6 a,b similares a las descritas con respecto a la Figura 2.

Las Figuras 6 y 7 muestran disposiciones alternativas del material de resina sintética expansiva sobre los soportes de los refuerzos de la invención. Los soportes ilustrados en las Figuras 6 y 7 son similares a los representados en la Figura 2, con una numeración semejante que representa partes semejantes. En la Figura 6, una pluralidad de tiras 98 conformadas del material de resina sintética expansiva está unida (por ejemplo, por medio de un adhesivo) a los primeros extremos adyacentes 36 a,b y a los segundos extremos 38 a,b, en los lados opuestos de los soportes
30 a,b.

Cada uno de los soportes 28 a,b de la Figura 7 incluye ocho secciones de equina 100 (solamente son visibles seis secciones de equina 100 de cada soporte 28 a,b en la Figura 7). Los bloques 102 de material de resina sintética expansiva se aseguran a las respectivas esquinas 100. Se apreciará que una amplia variedad de posibles configuraciones para unir los materiales de resina sintética expansiva a los soportes de los refuerzos de la invención permite al usuario adaptar el refuerzo a un gran número de miembros estructurales con canales o cavidades de diferentes formas y tamaños.

La Figura 8 es una vista de la sección transversal de una sección de un refuerzo según la invención similar a secciones segunda o tercera 68 a,b de la Figura 5, con una numeración semejante que representa partes semejantes. En esta realización, se proporciona un bloque adicional 104 de material de resina sintética expansiva. El bloque 104 se puede conformar de un material de refuerzo si se desea refuerzo estructural adicional, o el bloque 104 se puede conformar de material de relleno para ayudar a la disminución del ruido que normalmente para a través de los miembros estructurales huecos. Un material de relleno especialmente preferente se describe en el Documento de Solicitud de Patente de los EE.UU. de número 09/407.820.

La Figura 9 representa otra forma de soporte que es útil para ajustar en cavidades de formas irregulares y/o pequeñas. En esta realización, el soporte 106 es en forma de cuña y comprende un extremo superior 108 y un extremo inferior 110 además de los bordes 112 a-c. El soporte 106 incluye una bola 114 adyacente al extremo inferior 110. Así, el soporte 106 puede estar conectado de forma pivotante vía la bola 114 a una rótula de otro soporte tal como se discutió en realizaciones previas.

Cada de los soportes, bolas, rótulas, y ejes anteriormente mencionados debería estar conformado de un material con un punto de fusión mayor que la temperatura de expansión o de espumación del material expansivo. Además, el punto de fusión de estos artículos debería ser mayor que cualquier temperatura de proceso intermedio a la que estará sometido el miembro estructural deseado. Tales materiales preferentes incluyen metal y nylon.

El material de refuerzo de resina sintética expansiva usado en la presente invención es preferentemente un material no pegajoso inicialmente y seco que desarrolla la adherencia bajo la expansión para así adherirse a los miembros estructurales que rodea cuando se activa. La activación puede ser mediante calentamiento, tal como la que ocurre en las plantas de ensamblaje de automóviles. Cuando se lo somete a una temperatura de al menos aproximadamente 149ºC, el material que forma espuma expansivo térmicamente debería tener un porcentaje de expansión de al menos aproximadamente 40%, preferentemente al menos aproximadamente 125%, y más preferentemente de aproximadamente 150 - 300%, para proporcionar suficiente refuerzo estructural y resistencia a la compresión. Como se usa en la presente invención, el porcentaje de expansión se define como:

100 \times {[(la densidad relativa del material antes del calentamiento) - (la densidad relativa del material después calentamiento)] / (la densidad relativa del material después calentamiento)}.

Una composición preferente para su uso como material de refuerzo se comercializa bajo el nombre de SikaReinforcer (Sika Corporación, Madison Heights, Michigan). En más detalle, la composición más preferente comprende: de aproximadamente 20 - 30% en peso de un material co-polímero de bloques estireno-butadieno-estireno (SBS, del inglés Styrene-Butadiene-Styrene) (por ejemplo, Fina Clear 530®); de aproximadamente 5 - 20% en peso de un poliestireno (por ejemplo, Fina Crystal 500® y Fina Crystal 535®); de aproximadamente 30 - 45% en peso de una resina epoxídica líquida en base a bisfenol A (por ejemplo Araldite 6010® y Epon 71®); de aproximadamente 0,5 - 5% en peso de un pigmento tal como negro de humo; hasta aproximadamente 5% en peso de goma de acrilonitrilo butadieno (por ejemplo, Nipol 1411); de aproximadamente 1 - 10% en peso sílice amorfa hidratada (por ejemplo, HiSil 233); de aproximadamente 10 - 20% en peso de micro-esferas de vidrio (por ejemplo, Scotchlite S60); de aproximadamente 0,1 - 5% en peso de un agente espumante tal como azodicarbonamida (por ejemplo, Celogen AZ 765®, Celogen AZ 754A®, y Celogen AZ 130®); de aproximadamente 0,1 - 5% en peso de un catalizador tal como N,N, dimetil fenil urea (por ejemplo, U405); de aproximadamente 0,1 - 5% en peso de un agente de curado tal como diciandiamida (por ejemplo, DDA10); y hasta aproximadamente 5% en peso de un "iniciador" tal como óxido de zinc para reducir la temperatura de espumación, con todos los porcentajes en peso, basados en el peso total de la composición que se toma como 100% en peso.

Una composición especialmente preferente para su uso como material de refuerzo comprende aproximadamente 12,94% en peso de poliestireno, aproximadamente 23,22% en peso de material de co-polímero de bloques SBS, aproximadamente 0,57% en peso de negro de humo, aproximadamente 1,90% en peso de goma de acrilonitrilo butadieno, aproximadamente 4,28% en peso de sílice amorfa hidratada, aproximadamente 38,07% en peso de una resina epoxídica líquida en base a bisfenol A, aproximadamente 14,75% en peso micro-esferas de vidrio, aproximadamente 0,46% en peso de óxido de zinc, aproximadamente 2,85% en peso diciandiamida, aproximadamente 0,38% en peso N,N dimetil fenil urea, y aproximadamente 0,57% en peso de azodicarbonamida. En ciertas aplicaciones en las que se desea una resistencia a la compresión aumentada y una espumación y expansión reducidas, lo anterior se puede ajustar para que el poliestireno se reduzca a aproximadamente 12,63% en peso, el material copolímero de bloques SBS se reduzca a aproximadamente 22,59% en peso, y la goma de acrilonitrilo butadieno se incremente a aproximadamente 2,85% en peso.

La composición se forma preferentemente mezclando el material copolímero de bloques SBS con una pequeña porción (aproximadamente 1/40 parte de la cantidad total) de la resina epoxídica líquida en base a bisfenol A en un mezclador calentado hasta que la temperatura del mezclador alcance aproximadamente 115 - 127ºC (la temperatura de la mezcla dentro del mezclador es al menos aproximadamente 79ºC), y la mezcla sea substancialmente homogénea, momento en el que se añade el poliestireno al mezclador y se continua con el proceso de mezcla. Después de que el poliestireno se mezcla substancialmente con la mezcla material copolímero de bloques SBS/resina epoxídica, se añade lentamente el resto de la resina epoxídica en base a bisfenol-A al mezclador, parando y poniendo en marcha el mezclador según sea necesario, mezclando completamente los ingredientes para obtener una mezcla substancialmente homogénea. La cantidad deseada de esta mezcla se coloca en una mezclador calentado (fijo a una temperatura de aproximadamente 121ºC) y se comienza el proceso de mezcla. Mientras se mezcla, se añaden el negro de humo y la goma al mezclador y se detiene el proceso de mezcla una vez que se obtiene una mezcla homogénea dentro del mezclador. Se añaden bien sílice o micro-esferas de vidrio al mezclador, y se reinicia el proceso de mezcla y se continúa hasta que la mezcla sea homogénea. Esta etapa se repite, añadiendo el resto de la sílice o de las micro-esferas de vidrio.

A continuación la temperatura del mezclador se fija una temperatura por debajo de 72ºC, se añaden el(los) agente(s) espumante(s), catalizador(es), iniciador, y el(los) agente(s) de curado, y se reinicia el proceso de mezcla y se continúa sólo hasta que la mezcla sea homogénea. A continuación, la mezcla resultante se extrude preferentemente en hilos (a una temperatura de extrusor de 77 - 82ºC y a una velocidad de rotación del tornillo de extrusión de aproximadamente 400 rpm) y se corta en pelets. Los pelets resultantes se moldean por inyección a una temperatura de aproximadamente 82 - 93ºC usando un equipo de moldeo por inyección diseñado para conformar la forma deseada del material de refuerzo que va a unirse a los soportes.

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En la aplicación, el refuerzo se proporciona preferentemente a un fabricante pre-ensamblado (es decir, con el material de resina sintética no expandida unido a los soportes particulares) para su inserción longitudinalmente dentro de la cavidad del miembro estructural deseado, tales como los usados durante la construcción de un automóvil. Es decir, el número, forma, y tamaño de los soportes se eligen según el pilar en particular u otro miembro estructural en el que se usará el refuerzo. Sin embargo, a diferencia de los productos de refuerzo de la técnica anterior, el refuerzo de la invención es adaptable a muchos miembros estructurales diferentes de muchos vehículos diferentes debido a las interconexiones pivotantes entre soportes individuales.

Con referencia a la Figura 10, se representa un coche 116 con un pilar de parabrisas 118, una barra superior 120, un pilar B 122, y una barra inferior 124, cada uno de ellos está generalmente hueco y requiere refuerzo estructural, especialmente para la seguridad de los ocupantes del coche durante una colisión de impacto lateral. El pilar del parabrisas 118 comprende una cavidad 126 con un refuerzo 128 dispuesto en el mismo. Esto refuerzo en particular 128 comprende dos secciones unidas mediante un pivote 130 a,b con revestimientos de un material de resina sintética expansiva similar a la realización mostrada en la Figura 2. La barra superior 120 y el pilar B 122 comprenden las respectivas cavidades 132, 134 con los respectivos refuerzos 136, 138 dispuestos en las mismas. Cada uno de los refuerzos 136, 138 comprende bandas de material de resina sintética expansiva similar a la disposición descrita con respecto a la realización de la Figura 5.

Por último, la barra inferior 124 comprende una cavidad 140 con un refuerzo de cuatro secciones 142 dispuesto en la misma. Las secciones 144 a-d incluyen tiras opuestas de material de refuerzo de resina sintética expansiva unidas a las mismas de manera similar a la disposición mostrada en la Figura 6.

Se apreciará que cada una de las cavidades 126, 132, 134, 140 (y especialmente las cavidades 126, 132, 134) son estrechas y bastante difíciles de reforzar satisfactoriamente. Es decir, normalmente se requiere colocar barras de metal específicamente fabricadas para ese miembro estructural en particular de ese vehículo en particular. Esto requiere un alto grado de tolerancia de fabricación y añade peso adicional no deseable al vehículo. De un modo alternativo, si se utilizan los productos de refuerzo que espuman de la técnica anterior, es necesario añadir unidades individuales en múltiples localizaciones dentro del pillar. Esto requiere bastante tiempo y generalmente no proporciona un refuerzo uniforme y fiable del miembro estructural. Sin embargo, como se muestra en la Figura 10, el refuerzo de la invención se puede introducir longitudinalmente de manera sencilla dentro de una cavidad de forma irregular y estrecha y temporalmente asegurarlo en una única locación cerca de la abertura de la cavidad. Debido a las conexiones pivotantes entre las diferentes secciones del refuerzo de la invención, las secciones son capaces de torcer y girar tanto como sea necesario para introducirlas en la cavidad del miembro estructural.

Después de que el refuerzo se coloca en la cavidad del miembro estructural, se puede someter al vehículo a un número de procesos o etapas de fabricación que son las que normalmente se llevan cabo en el armazón del vehículo sin afectar a la aptitud del material de refuerzo de resina sintética para expandirse cuando se exponga a la temperatura de activación real. Cuando se alcance esta temperatura (por ejemplo, tales como las existentes durante la etapa de horneo de la pintura), el material de resina sintética empieza a expandir en todas las direcciones hacia las paredes que conforman la cavidad (ver la Figura 11) para así llenar substancialmente la cavidad. Además, el material sobre la superficie exterior de las rótulas también se expande alrededor de la conexión pivotante, inmovilizando esencialmente o substancialmente de ese modo las conexiones para conformar un refuerzo rígido y de elevada resistencia dentro del miembro estructural.

El material de resina sintética expandida preferentemente tiene una resistencia a la compresión (usando una muestra con un diámetro de 5,08 cm y una longitud de 10,16 cm y una velocidad de compresión de 0,76 m/h) de al menos aproximadamente 8.274 MPa, preferentemente al menos aproximadamente 9.653 MPa, y más preferentemente al menos aproximadamente 11.032 MPa. Antes de la expansión, el material tiene una densidad relativa (con referencia al agua) de al menos aproximadamente 0,90, mientras la densidad relativa (con referencia al agua) del material expandido es menos de aproximadamente 0,47, preferentemente menos de aproximadamente 0,37, y más preferentemente menos de aproximadamente 0,32. El material expandido tiene una relación de resistencia a la compresión:densidad relativa después del proceso de horneo de al menos aproximadamente 2500:1, preferentemente al menos aproximadamente 3000:1, y más preferentemente al menos aproximadamente 3600:1.

Aunque la presente invención se ha descrito con referencia a las realizaciones preferentes ilustradas en las figuras que se acompañan figuras, se hace notar que se pueden hacer substituciones y usos equivalentes sin apartarse del alcance de la invención. Por ejemplo, aunque la realización preferente se ilustra en relación a un miembro estructural de vehículo a motor, los miembros de refuerzo de la invención se pueden utilizar además en otros miembros estructurales (por ejemplo, en un barco, en un avión, etc.). Además, mientras que SikaReinforcer se cita como una composición preferente a partir de la que se puede conformar el material de resina sintética expansiva, es apto cualquier material que cumpla con las propiedades de resistencia y expansión arriba descritas.

También, mientras que las tiras adhesivas, los encajes por fricción, y las áreas huecas se usan para retener el material expansivo sobre los soportes en las realizaciones anteriormente mencionadas, además también se pueden usar otros elementos de fijación. Por ejemplo, las Figuras 12 y 13 representan una pared del soporte 146 con un bloque 148 de material de resina sintética expansiva soportado sobre el mismo. Específicamente, el bloque 148 tiene una abertura 150 a través de la cual se hace pasar una lengüeta de flexión 152 para así retener el bloque 148 en el lugar hasta la expansión térmica del mismo. Las Figuras 14 y 15 ilustran otro elemento de fijación en el que una pared del soporte 154 tiene un bloque 156 de un material de resina sintética expansiva unido al mismo. En esta realización, una clavija de empuje 158 se hace pasar a través de una abertura 160 en la pared 154 y a través del bloque 156 para así sujetarlo en el sitio.

Por último, mientras las realizaciones ilustradas representan el refuerzo de la invención como una pluralidad de soportes en una configuración de tipo tren (es decir, no ramificada), también es posible, si se desea, disponer los soportes en una manera ramificada.

Claims (13)

1. Un refuerzo expansivo para reforzar una cavidad de un armazón de un vehículo, comprendiendo dicho refuerzo:

un soporte rígido (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) que comprende un primer y segundo miembros interconectados (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114), con dicho primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106,144a, 144b, 144c,144d) adaptado para una conexión pivotante con un segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de otro soporte rígido (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d); y

un material de resina sintética (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) unido con dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d), con dicho material de resina (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) expansivo cuando se calienta a una temperatura de al menos aproximadamente 149ºC.

2. El refuerzo de la reivindicación 1, con dicho primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) que comprende una conexión hembra (44a, 44b, 44c, 56, 76, 92a, 92b) y con dicho segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) que comprende una conexión macho (40a, 40b, 40c, 62, 114).

3. El refuerzo de la reivindicación 1 ó 2, en el que dicho refuerzo (20, 26, 64,128, 136, 138, 142) comprende un par de dichos soporte rígidos (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d), con el primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de uno de dicho soportes (22a, 22b, 22c; 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) asegurado al segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) del otro de dichos soportes (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) para así conformar una conexión pivotante (24a, 24b, 52a, 52b, 96b).

4. El refuerzo de la reivindicación 3, que además comprende una cantidad de dicho material de resina (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) unido a la conexión pivotante (24a, 24b, 52a, 52b, 96b).

5. El refuerzo de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) comprende un cuerpo tubular (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68, 144a, 144b, 144c, 144d) que presenta una superficie exterior (32a, 32b, 32c, 48a, 48b, 48c, 82a, 82b) y dicho material de resina (34a, 34b, 34c, 50, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) está unido a dicha superficie exterior (32a, 32b, 32c, 48a, 48b, 48c, 82a, 82b).

6. Un miembro estructural de refuerzo que comprende:

un miembro estructural (118, 120, 122, 124) que define una cavidad (126, 132, 134, 140); y

un refuerzo (20, 26, 64, 128, 136, 138, 142) alojado en dicha cavidad (126, 132, 134, 140), comprendiendo dicho refuerzo (20, 26, 64, 128, 136, 138, 142):

un soporte rígido (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) que comprende unos primer y segundo miembros interconectados (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114); y

un material de resina sintética no expandida (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) unido con dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d), con dicho primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) adaptado para una conexión pivotante con un segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de otro soporte rígido (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) antes de la expansión de dicho material de resina (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156).

7. El miembro de la reivindicación 6, en el que dicho primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) y el segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) del otro soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) comprenden una conexión de rótula esférica (24a, 24b, 52a, 52b, 96b).

8. El miembro de cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, en el que dicho miembro estructural (118, 120; 122, 124) es una barra (120, 124) de un vehículo a motor (116).

9. El miembro de la reivindicación 8, en el que dicho miembro estructural (118, 120, 122, 124), es un marco (118, 122) de un vehículo a motor (116).

10. Un método de reforzar un miembro estructural que define una cavidad, comprendiendo dicho método la etapa de posicionar un refuerzo (20, 26, 64, 128, 136, 138, 142) en dicha cavidad, comprendiendo dicho refuerzo:

un par de soportes rígidos (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) cada uno de ellos comprendiendo los respectivos primer y segundo miembros interconectados (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114), con dicho primer miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) de uno de dicho soportes (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d) conectados mediante pivote con el segundo miembro interconectado (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) del otro de dichos soportes rígidos (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d); y

un material de resina sintética (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156) unido con dicho soporte (22a, 22b, 22c, 28a, 28b, 28c, 30a, 30b, 30c, 66, 68a, 68b, 70, 106, 144a, 144b, 144c, 144d), con dicho material de resina (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102; 104, 148, 156) expansivo cuando se calienta a una temperatura de al menos aproximadamente 149ºC (300ºF); y

calentar suficientemente dicho refuerzo (20, 26, 64, 128, 136, 138, 142) para expandir el material de resina sintética expansiva (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156).

11. El método de la reivindicación 10, en el que dicho miembro estructural (118, 120, 122, 124) es una barra (120, 124) de un vehículo a motor (116).

12. El método de la reivindicación 10, en el que dicho miembro estructural (118, 120, 122, 124) es un marco (118, 122) de un vehículo a motor (116).

13. El método de cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, que además incluye la etapa de calentar de dicho refuerzo (20, 26, 64, 128, 136, 138, 142) para así causar la expansión de dicho material de resina sintética (34a, 34b, 34c, 50, 74, 78, 86, 94, 98, 100, 102, 104, 148, 156), con la conexión entre dichos primeros y segundo miembros interconectados (40a, 40b, 40c, 44a, 44b, 44c, 56, 62, 76, 92a, 92b, 114) esencialmente inmovilizada después de dicha expansión.