ES2302896T3 - Metodo y dispositivo para la fijacion y el refuerzo de un elemento estructural. - Google Patents

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Abstract

Dispositivo estructural reforzado (50) que comprende: * un elemento estructural que incluye una primera pieza y una segunda pieza (62, 64) que definen una cavidad entre ellas; * un elemento de fijación (80, 82) solidario del elemento estructural (62, 64), proporcionando el elemento de fijación una fuerza que obliga a la primera pieza hacia la segunda pieza a través de la cavidad (56) y; * un material de refuerzo (58) está dispuesto en la cavidad, cuyo material de refuerzo puede ser activado para expandirse y adherirse a las superficies colindantes de las primera y segunda piezas (62, 64); y * caracterizado porque uno o varios separadores (86) están integrados en el refuerzo (58) para ayudar a que la primera pieza y la segunda pieza (62, 64) soporten la fuerza proporcionada por el elemento de fijación.

Description

Método y dispositivo para la fijación y el refuerzo de un elemento estructural.
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Campo de la invención
La presente invención se refiere en general a un método y a un dispositivo para la fijación y el refuerzo de un elemento estructural en un vehículo automóvil. Más particularmente, la presente invención se refiere a un método y a un dispositivo para fijar dos piezas de un elemento estructural entre sí, y para reforzar el elemento estructural para incrementar la resistencia, la rigidez y/o la integridad estructural del elemento estructural.
Antecedentes de la invención
Durante muchos años la industria del transporte y otras industrias han estado interesadas en el diseño de elementos estructurales de refuerzo que no incrementen de manera significativa el peso de un vehículo o de otro artículo. Por ejemplo, las patentes de los Estados Unidos Nºs. 5.755.486; 4.901.500; y 4.751.249 dan a conocer dispositivos de refuerzo de la técnica anterior. Aunque estos dispositivos de la técnica anterior pueden ser ventajosos en algunas circunstancias, pueden surgir dificultades cuando los materiales de refuerzo o los elementos son utilizados conjuntamente con elementos de fijación, dispositivos de fijación u otros dispositivos similares. Por ejemplo, y sin que sirva de limitación, algunos materiales de refuerzo cambian de estado físico (por ejemplo, se ablandan) durante la fabricación de artículos (por ejemplo, vehículos automóviles) haciendo de este modo que los materiales de refuerzo se expansionen, se contraigan, fluyan o algo similar. A su vez, estos cambios pueden tener efectos perjudiciales en dispositivos tales como los elementos de fijación que se utilizan para montar o fijar elementos entre sí, o para funcionar de otra forma en el interior de los artículos. Por lo tanto, existe la necesidad de un método y de un dispositivo para reforzar elementos estructurales en el que las funciones de otros dispositivos tales como los elementos de fijación que acompañan a los elementos estructurales, permanezcan substancialmente sin ser afectados, o queden mejorados.
El documento EP 0891918 A1 da a conocer un tabique laminado, conformado, de dos piezas que se mantienen separadas mediante pestañas en una de las piezas y que está dotado de un manguito para alojar un perno que puede contener un material esponjoso.
En la industria del automóvil, en particular, existe la necesidad de un método de un coste relativamente reducido, y de un dispositivo para el refuerzo de las estructuras de las columnas de un automóvil en un vehículo en el que el método y el dispositivo alojen o incluyan uno o varios elementos de fijación, o dispositivos de fijación, que están montados en las estructuras de los pilares.
Características de la invención
La presente invención está dirigida a un método y a un dispositivo para la fijación y el refuerzo de un elemento estructural. El dispositivo incluye de manera preferente uno o varios elementos o piezas que están combinados, preferentemente con un elemento de fijación (por ejemplo, un elemento de fijación o un dispositivo de un elemento de fijación) para formar el elemento estructural. El dispositivo incluye asimismo un material de refuerzo dispuesto en la cavidad que puede ser activado para expandirse y adherirse a las superficies de unión, y un separador que puede formar pieza de los elementos, piezas, elementos de fijación o una combinación de los mismos o independientes de los mismos. El material de refuerzo puede estar sujeto al separador y el material de refuerzo y el separador están aplicados al elemento estructural, tanto juntos como un compuesto, como por separado. Durante el funcionamiento, el separador mantiene preferentemente las paredes del elemento estructural separadas una de otra, colaborando de este modo con el elemento de fijación para su sujeción de manera segura al elemento estructural cuando el material de refuerzo cambia de estado (por ejemplo, se ablanda, se activa o se expansiona).
De este modo, el material de refuerzo puede ser activado y expansionado sin disminuir la capacidad del elemento de fijación para permanecer sujeto al elemento estructural. En una realización preferente, el elemento estructural, el elemento de fijación, el material de refuerzo y el separador son tales que permiten que se mantenga un par de sujeción constante durante la activación y la expansión del material de refuerzo.
Breve descripción de los dibujos
Las características y los aspectos inventivos de la presente invención serán más evidentes después de la lectura de la siguiente descripción detallada, de las reivindicaciones y de los dibujos, de los cuales se hace a continuación una descripción breve:
la figura 1 muestra una vista, en sección, de una realización a modo de ejemplo de un dispositivo reforzado estructuralmente;
la figura 2 muestra una vista, en sección, de otra realización a modo de ejemplo de un dispositivo reforzado estructuralmente, según un aspecto de la presente invención;
las figuras 2(a) y 2(b) muestran vistas, en perspectiva, de realizaciones a modo de ejemplo de compuestos adecuados para ser utilizados con el dispositivo reforzado estructuralmente de la figura 2;
la figura 2(c) muestra una vista superior de otra realización a modo de ejemplo de un compuesto adecuado para ser utilizado con el dispositivo reforzado estructuralmente de la figura 2;
la figura 3 muestra una vista, en sección, de otra realización a modo de ejemplo de un dispositivo reforzado estructuralmente según un aspecto de la presente invención;
la figura 3(a) muestra una vista, en sección, de una realización a modo de ejemplo de un compuesto adecuado para ser utilizado con el dispositivo reforzado estructuralmente de la figura 3;
la figura 4(a) muestra una vista, en perspectiva, de un compuesto a modo de ejemplo, útil como refuerzo de un dispositivo reforzado estructuralmente;
la figura 4(b) muestra una vista inferior de un elemento, a modo de ejemplo, adecuado para alojar el compuesto de la figura 4(a);
la figura 4(c) muestra una vista, en sección, del compuesto de la figura 4(a) tal como está aplicada al elemento de la figura 4(b);
la figura 4(d) muestra una vista, en sección, de una realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo reforzado estructuralmente formado con el compuesto de la figura 4(a);
la figura 5(a) muestra una vista, en perspectiva, de una composición útil como refuerzo de un dispositivo reforzado estructuralmente;
la figura 5(b) muestra una vista, en sección, de una realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo reforzado estructuralmente formado con el compuesto de la figura 5(a);
la figura 6 muestra una vista, en sección, de una realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo reforzado estructuralmente según otro aspecto de la presente invención;
las figuras 7(a) y 7(b) muestran una vista, en sección, de otra realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo reforzado estructuralmente según otro aspecto de la presente invención;
la figura 8(a) muestra una vista, en perspectiva, de un compuesto, a modo de ejemplo, formado según otro aspecto de la presente invención;
la figura 8(b) muestra una vista, en perspectiva, del compuesto, a modo de ejemplo, de la figura 8(a) aplicado a un elemento a modo de ejemplo;
la figura 8(c) muestra una vista, en sección, del compuesto, a modo de ejemplo, y del elemento a modo de ejemplo de la figura 8(b) tomada a lo largo de la línea 8C-8C;
la figura 8(d) muestra una vista, en sección, de otro dispositivo reforzado estructuralmente, a modo de ejemplo, según un aspecto de la presente invención.
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Descripción detallada de la realización preferente
La presente invención da a conocer en general un dispositivo y un método para la fijación, refuerzo o ambas cosas, de un elemento estructural. Preferentemente, el dispositivo y el método proporcionan un único aspecto, o una combinación, de lo siguiente:
(1)
un elemento estructural que tiene una cavidad, incluyendo el elemento estructural de manera preferente una primera pieza y una segunda pieza que definen la cavidad entre ambas;
(2)
un elemento de fijación sujeto al elemento estructural, proporcionando el elemento de fijación de manera preferente una fuerza que obliga a la primera pieza hacia la segunda pieza a través de la cavidad;
(3)
un material de refuerzo que puede ser activado para cambiar de estado (por ejemplo, fluir, ablandarse, endurecerse) estando el material de refuerzo dispuesto preferentemente en la cavidad; y
(4)
uno o varios separadores para ayudar a que la primera pieza y la segunda pieza resistan la fuerza proporcionada por el elemento de fijación, proporcionando el separador o separadores dicho soporte cuando el material de refuerzo cambia de estado.
Haciendo referencia a la figura 1, en ella se muestra, a modo de ejemplo, un dispositivo (10) reforzado estructuralmente. El dispositivo (10) incluye un elemento estructural (12) que define una cavidad (14) y un elemento de fijación (16) sujeto al elemento estructural (12). Tal como se muestra, en el interior de la cavidad (14) están dispuestos un separador (18) y un material de refuerzo (20).
El elemento estructural (12) puede encontrar utilidad en una diversidad de artículos de fabricación. Por ejemplo, y sin que sirva de limitación, el elemento estructural (12) puede estar integrado en muebles, aparatos electrodomésticos, vehículos de transporte, edificios u otros artículos, que preferentemente presentan una integridad estructural frente a una o varias fuerzas, durante su utilización. En una realización preferente, el elemento estructural (12) es una pieza de un vehículo automóvil (no mostrado). A modo de ejemplo, los elementos estructurales de vehículos automóviles pueden incluir largueros de puertas, conjuntos de largueros de puertas, bisagras de puertas, columnas, bastidores, guías, dispositivos de impacto de las puertas, bisagras, paneles oscilantes, puertas de carga, puertas posteriores, puertas de maletero y otras piezas de los vehículos automóviles. Tal como se reconocerá, incluidas en la estructura del techo y de las columnas pueden existir asimismo ventanas, techos solares u otras piezas superiores desmontables, puertas de vehículos y componentes de las puertas, revestimientos superiores (con o sin accesorios superiores) o similares. El elemento estructural (12) puede ser considerado la estructura de una columna (por ejemplo, una columna A, B ó C) una bisagra de puerta, un dispositivo de impacto de las puertas, combinaciones de los mismos o similares, de un vehículo automóvil. En la figura 1, el elemento estructural (12) incluye una primera pieza (30) y una segunda pieza (32) con la cavidad (14) dispuesta entre ambas. La primera pieza (30) y la segunda pieza (32) pueden ser componentes independientes (por ejemplo, elementos) que se montan juntos para formar el elemento estructural o, como alternativa, la primera pieza (30) y la segunda pieza (32) pueden ser un único componente integrado.
El elemento de fijación (16) del dispositivo (10) puede estar dispuesto en una diversidad de formas y configuraciones. El elemento de fijación (16) puede ser uno cualquiera de una serie de elementos de fijación conocidos o dispositivos de fijación tales como un dispositivo de tuerca y perno, una grapa, un remache, una abrazadera, una lengüeta, un tornillo, un pasador o similar. De manera alternativa, el elemento de fijación (16) puede ser un nuevo elemento de fijación o un dispositivo de fijación, o un elemento de fijación o un dispositivo de fijación que ha sido configurado o diseñado para una aplicación determinada. El elemento de fijación incluye, por lo menos, un elemento (36) que está roscado y que puede ser fijado mediante roscado a un segundo elemento roscado. En la figura 1, el segundo elemento roscado (38) está mostrado como un segundo componente del elemento de fijación (16), sin embargo, se comprenderá que el segundo elemento roscado puede ser asimismo una pieza roscada de las primeras y de las segundas piezas (30), (32), una pieza o la totalidad del separador (18), una pieza o la totalidad del material de refuerzo (20), o similar. Tal como se muestra en la figura 1, el elemento de fijación (16) proporciona preferentemente una o varias fuerzas (-F-) que obligan a las piezas (30), (32) del elemento estructural (12) a juntarse en la cavidad (14).
El separador (18), tal como se ha definido en esta descripción, puede estar configurado en cualquiera de una diversidad de formas, tamaños o similares, que contribuyen preferentemente, por lo menos, a proporcionar soporte para el elemento estructural (12) (es decir, las primeras y las segundas piezas) contra las fuerzas (-F-) aportadas por el elemento de fijación (16). Preferentemente, el separador (18) tiene unas superficies (40) separadas, que están configuradas para entrar en contacto con una o varias paredes (42) que definen la cavidad (14), de tal modo que el separador (18) puede mantener substancialmente las primeras y segundas piezas (30), (32) separadas a una distancia predeterminada. Tal como se muestra en la figura 1, el separador (18) es un componente independiente, no obstante, en realizaciones alternativas, el separador (18) puede estar integrado en el elemento estructural (12), el elemento de fijación (16) (por ejemplo, como pieza de un conjunto de un elemento de fijación), el material de refuerzo (20) o una combinación de los mismos.
Las piezas (30), (32), el separador (18) y el elemento de fijación (16) pueden estar formados de una diversidad de materiales tales como un material polimérico, plásticos, metales o similares. Según una realización preferente, cada uno de los componentes está, por lo menos parcialmente, o substancialmente en su totalidad fabricado de aluminio, magnesio, acero, otros metales, combinaciones de los mismos, o similares.
Preferentemente, el material de refuerzo (20) es un material de refuerzo de elevada resistencia a la compresión, activado por el calor, que tiene características de capacidad de formación de espuma. El material puede ser generalmente seco al tacto o pegajoso, y puede estar colocado entre los elementos (62), (64) en cualquier forma de disposición, colocación o espesor deseados, pero preferentemente es de un espesor substancialmente uniforme. Un material (34) que puede expansionarse es, a modo de ejemplo, la espuma estructural L-5204 disponible en L&L Products, Inc. de Romeo, Michigan.
Aunque para el material de refuerzo (20) son posibles otros materiales activados por el calor, un material preferente activado por el calor es un plástico expansionable, y preferentemente uno que puede formar espuma. Un material particularmente preferente es una espuma estructural basada en epoxy. Por ejemplo, y sin que sirva de limitación, la espuma estructural puede ser un material basado en epoxy, incluyendo un copolímero o un terpolímero de etileno que puede poseer una alfa-olefina. Como copolímero o terpolímero, el polímero está compuesto por dos o tres monómeros diferentes, es decir, moléculas pequeñas con una reactividad química elevada, que son capaces de conectarse con moléculas similares.
En la técnica se conocen un cierto número de espumas estructurales basadas en epoxy, y pueden ser utilizadas asimismo para producir la espuma estructural. Una espuma estructural típica incluye un material base polimérico, tal como una resina epoxy o un polímero basado en etileno, los cuales una vez mezclados con los ingredientes apropiados (habitualmente un producto para el hinchado y el fraguado), se expansionan y fraguan de una manera fiable y predecible mediante la aplicación de calor o la concurrencia de unas condiciones ambientales particulares. Desde un punto de vista químico, en el caso de un material activado térmicamente, la espuma estructural habitualmente se fabrica inicialmente como un material termoplástico que puede fluir antes del fraguado. Al fraguar quedará reticulado, lo cual hace que el material no pueda seguir fluyendo.
Un ejemplo de una fórmula preferente de una espuma estructural, es un material basado en epoxy que está disponible comercialmente en L&L Products de Romeo, Michigan, bajo las denominaciones L5206, L5207, L5208, L5209, XP321 y XP 721. Una ventaja de los materiales estructurales preferentes de espuma sobre los materiales de la técnica anterior, es que los materiales preferentes pueden ser procesados de diversas formas. Los materiales preferentes pueden ser procesados mediante moldeo por inyección, moldeo por extrusión y compresión o con un mini-aplicador. Esto permite la formación y la creación de diseños de piezas que sobrepasan las posibilidades de la mayor pieza de los materiales de la técnica anterior. En una realización preferente, la espuma estructural (en su estado antes de fraguar) generalmente es seca o relativamente libre de adherencia al tacto, y puede ser sujetada fácilmente a los elementos (62), (64) mediante medios de fijación que son bien conocidos en la técnica.
Aunque que se han dado a conocer los materiales preferentes para la fabricación del material de refuerzo (20), el material de refuerzo (20) puede estar formado por otros materiales, siempre que el material escogido pueda ser activado por el calor o de otra forma por medio de unas condiciones ambientales (por ejemplo, humedad, presión, tiempo o similar) y fragüe de una manera predecible y fiable en condiciones adecuadas para la aplicación seleccionada. Uno de tales materiales es la resina de base epoxy dada a conocer en la patente USA Nº 6.131.897 registrada en la Oficina de Patentes y Marcas de los Estados Unidos, el 8 de Marzo de 1999 por la concesionaria de esta solicitud, cuyas explicaciones se adjuntan a la presente como referencia. Algunos otros materiales posibles incluyen, pero no están limitados a materiales de poliolefinas, copolímeros y terpolímeros, por lo menos, con un monómero del tipo de una alfa-olefina, materiales de fenol/formaldehído, materiales fenoxy y materiales de poliuretano con temperaturas elevadas de transición a estado vítreo. Consultar asimismo las patentes USA Nºs 5.766.719; 5.755.486; 5.575.526; y 5.932.680 (incorporadas como referencia). En general, las características deseadas de la espuma estructural incluyen una rigidez relativamente elevada, una elevada resistencia a la tracción, une elevada temperatura de transición a estado vítreo (habitualmente superior a 70 grados centígrados), y buenas propiedades de resistencia a la corrosión. De esta manera, generalmente el material no interfiere con los sistemas de materiales utilizados por los fabricantes de automóviles.
En aplicaciones en las que el material (20) de refuerzo es un material activado por el calor que se expansiona térmicamente, una consideración importante relacionada con la selección y la composición del material que forma la espuma estructural es la temperatura a la cual se produce la reacción del material o la expansión, y posiblemente el fraguado. Por ejemplo, en la mayor pieza de aplicaciones, no es deseable que el material pueda reaccionar a la temperatura de la planta, o en todo caso a la temperatura ambiente, en un entorno de una línea de fabricación. Más habitualmente, la espuma estructural se convierte en reactiva a temperaturas de proceso más elevadas, tales como las que se encuentran en una planta de dispositivo de automóviles cuando la espuma es procesada junto con los componentes del automóvil a temperaturas elevadas o con niveles elevados de aplicación de energía, por ejemplo durante las etapas de preparación para el pintado. Mientras que las temperaturas que se encuentran en una planta de dispositivo de automóviles pueden estar comprendidas dentro de una gama de unos 148,89ºC a 204,44ºC (unos 300ºF a 400ºF), las aplicaciones de la carrocería y del taller de pintura son normalmente a unos 93,33ºC (unos 200ºF) o ligeramente más elevadas. Si es preciso, pueden incorporarse en la composición productos activadores del hinchado para producir la expansión a temperaturas diferentes, fuera de las gamas anteriores de temperatura.
En general, las espumas expansionables adecuadas tienen una gama de expansión que varía aproximadamente desde 0 hasta más de 1.000 por ciento. El nivel de expansión de la espuma estructural (34) puede incrementarse hasta llegar a 1.500 por ciento o más. Habitualmente, la resistencia más elevada se obtiene con productos que poseen una baja expansión.
Algunos otros materiales posibles incluyen, pero no están limitados a los mismos, materiales de poliolefinas, copolímeros y terpolímeros, por lo menos con un monómero del tipo alfa-olefina, materiales de fenol/formaldehído, materiales fenoxi y poliuretano. Consultar asimismo las patentes USA Nºs 5.266.133; 5.766.719; 5.755.486; 5.575.526; 5.932.680 y WO 00/27920 (PCT/US 99/24795). En general, las características deseables del material resultante incluyen un punto de transición a estado vítreo relativamente bajo y buenas propiedades de resistencia a la corrosión. De esta forma, generalmente el material no interfiere con los sistemas de materiales empleados por los fabricantes de automóviles. Además, soportará las condiciones del proceso que se encuentran habitualmente en la fabricación de un vehículo, tales como la imprimación por recubrimiento electrolítico, la limpieza y el desengrase y otros procesos de recubrimiento, así como las operaciones de pintura que se encuentran en el dispositivo final del vehículo.
En otra realización, el material de refuerzo (20) está dispuesto en una forma encapsulada o parcialmente encapsulada que puede comprender una masa moldeada ("pellet") que incluye un material expansionable que puede generar espuma, encapsulado o parcialmente encapsulado en una envolvente o "cáscara" adhesiva. En la patente USA, copendiente, de propiedad común, Nº de serie de la solicitud 09/524.298 ("Taco expansionable preformado"), se da a conocer un ejemplo de un sistema de este tipo.
Además, tal como se ha comentado anteriormente, pueden emplearse asimismo configuraciones preformadas tales como las fabricadas mediante la extrusión de una lámina (que tiene una superficie plana o contorneada), cortándola a continuación con una matriz según una configuración predeterminada de acuerdo con la estructura de la columna o del larguero de puerta escogido, y aplicándolo al mismo.
Un técnico experto comprenderá que el sistema puede ser utilizado en combinación con, o como un componente de un tabique convencional de bloqueo del sonido, o como un sistema de refuerzo estructural del vehículo, tal como se da a conocer en las solicitudes de patentes de los Estados Unidos copendientes, de propiedad común, Nºs 09/524.961 ó 09/502.686.
Haciendo referencia de nuevo a la figura 1, el dispositivo (10) puede estar formado de acuerdo con una diversidad de métodos o protocolos. Según uno de los métodos, el material de refuerzo (20) y el separador (18), tanto individualmente como en combinación, son aplicados (por ejemplo, en capas) a una de las piezas (30), (32) del elemento estructural (12), seguido de la aplicación (por ejemplo, en capas) a otra de las piezas (30), (32) al material de refuerzo (20). A continuación, se utiliza el elemento de fijación (16) para sujetar y, de manera preferente, fijar entre sí mediante roscado, las piezas (30), (32) del elemento estructural. En una realización alternativa, el separador (18), el material de refuerzo (20) o ambos, pueden ser introducidos en la cavidad (14), antes o después que el elemento de fijación (16) haya sido sujetado al elemento estructural (12).
Durante o después de la formación del dispositivo (10), el material de refuerzo puede ser activado para cambiar de estado (por ejemplo, para ablandarse), tal como ha sido descrito anteriormente. Dicho cambio de estado puede someter normalmente al elemento de fijación (16) a fuerzas o a una falta de soporte que, a su vez, pueden reducir la capacidad del elemento de fijación (16) para permanecer sujeto a las piezas (30), (32) o para fijar entre sí las piezas (30), (32) del elemento estructural (12). No obstante, de una manera ventajosa, el separador (18) puede ayudar, por lo menos, a soportar las piezas (30), (32) del elemento estructural (12) durante el cambio de estado del material de refuerzo (20), permitiendo de este modo que el elemento de fijación (16) mantenga su capacidad de fijarse a las piezas (30), (32) o de fijar las piezas (30), (32) entre sí. Esta ventaja se realiza en profundidad en el caso de los elementos de fijación roscados en los que un ablandamiento del material de refuerzo (20) permite que una pieza (30), (32) del elemento estructural (12) se curve hacia la otra, produciendo una pérdida del par de apriete de los elementos de fijación roscados.
Haciendo referencia a las figuras 2 a 6, en ellas se muestran realizaciones preferentes, a modo de ejemplo, del dispositivo de la presente invención. Tal como se muestra, las realizaciones se muestran aplicadas a estructuras de columnas de automóviles, en particular a columnas de tipo B. No obstante, debe comprenderse que la invención puede ser aplicada a diversas piezas de un vehículo automóvil o a otros artículos fabricados. De este modo, se pretende que la invención no esté limitada por su entorno, excepto que se especifique así en las reivindicaciones, y no existe intención de renunciar a cualquier equivalencia a la que la invención tenga derecho.
En la figura 2, se muestra un dispositivo estructural reforzado (50) que tiene un elemento estructural (52) (por ejemplo, una columna de un automóvil) con uno o varios dispositivos de elementos de fijación (54) sujetos al mismo (de los cuales solamente se muestra uno). El elemento estructural (52) incluye un primer elemento (62) sujeto a un segundo elemento (64), los cuales están, por lo menos parcialmente, sujetos o unidos entre sí con el dispositivo (54) del elemento de fijación. Preferentemente, el elemento estructural (52) define una cavidad (56), y el material de refuerzo (58) está dispuesto en la cavidad (56).
En la realización mostrada, cada uno de los primeros y segundos elementos (62), (64) del elemento estructural (52), incluyen una pared central (70), un par de elementos de pestaña (72) y un par de paredes laterales (74), en que el par de paredes laterales (74) se extiende, respectivamente, desde el par de elementos de pestaña (72) hasta los lados opuestos de la pared central (70). El dispositivo de fijación (54) incluye un primer elemento roscado (80) (por ejemplo, un perno), un segundo elemento roscado (82) (por ejemplo, una tuerca), un elemento de bisagra (84), un separador (86) y una arandela (88). Se considera, por supuesto, que los elementos (52), (62), (64), el material de refuerzo (58) y el dispositivo de fijación (54), pueden estar dispuestos en una diversidad de formas alternativas, de configuraciones y de tamaños, y que pueden estar compuestos de componentes alternativos que pueden corresponderse entre sí, o que pueden no corresponderse.
Según una técnica de dispositivo, a modo de ejemplo, de la realización particular de la figura 2, el material de refuerzo (58) y el separador (86) están aplicados de tal forma al primer elemento (62) (por ejemplo, dispuestos en capas), que una o varias aberturas (por ejemplo, orificios pasantes) del material de refuerzo (58), el separador (86) y la pared central (70) del primer elemento (62) respectivamente, están alineados entre sí. De manera preferente, el material de refuerzo (58) está configurado para corresponderse substancialmente y/o ajustarse para enrasar con el primer elemento (62). A continuación, se aplican el segundo elemento (64) y el elemento de bisagra (84) (por ejemplo, dispuestos en capas) al primer elemento (62) y al material de refuerzo (58), de tal modo que una o varias aberturas (por ejemplo, orificios pasantes) del segundo elemento (64) y del elemento de bisagra (84) están alineados con la abertura o aberturas alineadas previamente del material de refuerzo (58), el separador (86) y la pared central (70) del primer elemento (62). Con la aplicación del segundo elemento (64) al primer elemento (62), los elementos de pestaña (72) de los elementos respectivos (62), (64), entran en contacto preferentemente entre sí. Habitualmente, el material de refuerzo (58) y el separador (86) están colocados, por lo menos parcialmente, entre los elementos (62), (64). Para ayudar a fijar el dispositivo (50) unido, el primer elemento roscado (80) se extiende a través de las aberturas alineadas del segundo elemento (64), el elemento de bisagra (84), el material de refuerzo (58), el separador (86) y la pared central (70) del primer elemento (62), seguidos por la sujeción mediante roscado del segundo elemento roscado (82) al primer elemento roscado (80).
Durante el funcionamiento, el material de refuerzo (58) puede sufrir diversos cambios de estado y, en particular, puede sufrir un ablandamiento debido a fusión, fluencia o similar, que pueden ser seguidos por un endurecimiento, fraguado o similar. De manera ventajosa, durante dichos cambios de estado, el separador (86) ayuda a soportar el primer y el segundo elementos (62), (64) y en particular a mantener las paredes centrales (70) de los elementos (62), (64) frente a cualquier curvado substancial de uno hacia el otro, que podría producirse en caso de ausencia del separador (86). A su vez, los elementos roscados (80), (82), mantienen substancialmente la misma magnitud del par de sujeción durante los cambios de estado del material de refuerzo (58), de tal manera que se disminuye cualquier posibilidad de aflojado de los elementos (80), (82).
Haciendo referencia a las figuras 2(a) y 2(b), el separador o separadores (86) están integrados en el material de refuerzo (58) para formar compuestos de refuerzo (96) apropiados para su aplicación a los primeros y segundos elementos (62), (64) como unidades integradas. Dichos compuestos (96) pueden estar formados utilizando una diversidad de métodos y protocolos. Por ejemplo, y sin que sirva de limitación, pueden utilizarse técnicas de extrusión, moldeo o fusión para formar e integrar los compuestos (96). En una realización, el material de refuerzo (58) está extrusionado y los separadores (86) están integrados en el material de refuerzo (58) (por ejemplo, introducidos en su interior de manera manual o mecánicamente). De manera preferente, los separadores (86) están integrados en el material de refuerzo (58) mientras que el material de refuerzo (58) puede humedecer una superficie periférica exterior de los separadores (86) (por ejemplo, cuando se eleva la temperatura del material de refuerzo). Dicho humedecimiento puede permitir posteriormente (por ejemplo, cuando disminuye la temperatura del material de refuerzo) que el material de refuerzo (58) se adhiera, por lo menos parcialmente, a los separadores (86).
En otra realización alternativa, y haciendo referencia a la figura 2(c), se ha integrado una placa (110) en el material de refuerzo (58). Tal como se muestra, la placa (110) soporta un par de separadores (112). No obstante, se considera que pueden soportarse o fijarse diversas piezas de elementos de fijación o de dispositivos de elementos de fijación a la placa (110), tales como elementos roscados, elementos de bisagra, arandelas o similares.
Como ejemplo de una modificación que puede realizarse a la presente invención, se considera que pueden utilizarse diversos dispositivos de fijación y que las diversas funciones de los dispositivos de fijación pueden llevarse a cabo de diversas formas y con diversos componentes. Por ejemplo, y sin que sirva de limitación, el separador, el primero y el segundo elementos roscados, el elemento de bisagra o cualquier combinación de los mismos, pueden estar integrados entre sí como una unidad única. Como alternativa, pueden utilizarse otros componentes en su lugar y pueden estar integrados entre sí como una unidad única o pueden ser componentes independientes que pueden ser
sujetados.
En las figuras 3 y 3(a), se muestra un dispositivo estructural reforzado alternativo (120) en el que el dispositivo (120) es substancialmente idéntico al dispositivo estructural (120) de la figura 1 con la excepción de que el separador (86) y el segundo elemento roscado (82) han sido sustituidos por un elemento roscado (122) que incluye un separador (124) formado de manera integrada con el elemento roscado (122). Tal como se muestra, por lo menos una pieza del separador (124) del elemento roscado (122) está situada entre el primero y el segundo elementos (62), (64), y una pieza (126) del elemento roscado (122) se extiende hacia una abertura en la pared central (70) del primer elemento (62). De manera preferente, el elemento roscado (122) incluye uno o varios salientes (128) sujetos al mismo o formados de manera integrada con el mismo. De manera opcional, el elemento roscado (122) puede estar sujeto al material de refuerzo (58) para formar un compuesto (130) tal como se muestra en la figura 3(a).
Durante el dispositivo, se introduce la pieza (126) del elemento roscado (122) en la abertura de la pared central (70) del primer elemento (62) y los salientes (128) del elemento (122) se curvan hacia el elemento (122) hasta que la pieza (126) se extienda a través de la pared central (70) y permita que los salientes (128) se extiendan apartándose del elemento roscado (122) y sujeten el elemento roscado (122) (por ejemplo, mediante ajuste de interferencia) o el compuesto (130) completo, al primer elemento (62). A continuación, puede fijarse el segundo elemento (64) al primer elemento (62), de tal modo que el primer elemento roscado (80) quede sujeto mediante roscado al elemento roscado (122) mostrado.
En las figuras 4(a), 4(d) se muestra la formación de otra realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo estructural reforzado (140) de la presente invención. En la figura 4(a), se muestra un compuesto (142) en el que el compuesto (142) incluye un material de refuerzo (144) sujeto a un elemento roscado (146) que está formado de manera integrada con un separador (148). El elemento roscado (146) incluye asimismo una pieza central (150) que conecta el separador (148) con una pieza alargada (152). En la figura 4(b), se muestra el primer elemento (62) con una ranura (154) en su pared central (70). El compuesto (142) se monta al primer elemento (62) mediante la extensión de una pieza alargada (152) en la ranura (154) y a través de la pared central (70) del primer elemento (62), seguido de la rotación del elemento roscado (146), el compuesto (142) o ambos, para fijar el elemento roscado (146) (por ejemplo, mediante ajuste de interferencia) o la totalidad del compuesto (142) al primer elemento (62). En una realización altamente preferente, el elemento roscado (146) incluye un bloqueo (158) mediante leva para bloquear el elemento roscado (146) en posición una vez que ha girado en el interior del primer elemento (62). En la figura 4(c), se muestra el compuesto (142) montado en el primer elemento (62). Después del dispositivo del compuesto (142) en el primer elemento (62), puede formarse el dispositivo estructural reforzado (140) mediante la sujeción del segundo elemento (64) al primer elemento (62) de manera tal como mediante la sujeción por roscado del primer elemento roscado (80) al elemento roscado (146) mostrado.
En las figuras 5(a) y 5(b) se muestra la formación de otra realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo estructural reforzado (170) de la presente invención. En la figura 5(a), se muestra un compuesto (172) en el que el compuesto (172) incluye un material de refuerzo (174) sujeto a un elemento roscado (176) que está formado de manera integrada con un separador (178). El elemento roscado (176) incluye asimismo una pieza cilíndrica (180). En la figura 5 (b) el compuesto (172) está aplicado (por ejemplo, en capas) sobre el primer elemento (62), de tal manera que la pieza cilíndrica (180) se extiende a través de la abertura en la pared central (70) del primer elemento (62). A continuación, se forma un saliente anular (184) (por ejemplo, plegado) en la pieza cilíndrica (180) para fijar (por ejemplo, mediante ajuste de interferencia) el elemento roscado (176) o la totalidad del compuesto (172) al primer elemento (62). Después de montar el compuesto (172) en el primer elemento (62), puede formarse el dispositivo estructural reforzado (170) mediante la sujeción del segundo elemento (64) al primer elemento (62). El primero y el segundo elementos (62), (64) pueden ser sujetados mediante la sujeción roscada del primer elemento roscado (80) al elemento roscado (176) mostrado.
En la figura 6, se muestra otra realización a modo de ejemplo de un dispositivo estructural reforzado (200) según la presente invención. En la figura 6, el dispositivo estructural (200) es substancialmente idéntico al dispositivo estructural (50) de la figura 2, con la excepción de que el primer elemento o elemento interior (62) y el separador (86) de la figura 2, han sido sustituidos en la figura 6 por un primer elemento o elemento interior (202) que tiene un separador integrado (204). El separador (204) está formado de manera integrada con el primer elemento (202), y se extiende hacia el exterior apartándose de la pared central (70) del primer elemento (202) para entrar en contacto con la pared central (72) del segundo elemento (64). A su vez, el separador (204) mantiene la pared central (70) del primer elemento (202) separada de la pared central (70) del segundo elemento (64), de tal manera que el material de refuerzo (210) puede ser colocado entre ellas.
En las figuras 7(a) y 7(b) se muestra la formación de otra realización, a modo de ejemplo, de un dispositivo estructural reforzado (230) de la presente invención. En la figura 7(a), se ha aplicado material de refuerzo (232) a la pared central (70) del primer elemento (62) (por ejemplo, en capas), de tal modo que los orificios pasantes de la pared (70) y el material de refuerzo (232), están alineados. A través de los orificios pasantes de la pared (70) y del material de refuerzo (232), se ha extendido una pieza anular (236) de un elemento roscado (238). Para formar el dispositivo estructural reforzado (230) de la figura 7(b) puede utilizarse una herramienta para doblar la pieza anular (236) del elemento roscado (238) en sentido radial hacia el exterior para formar un separador (246) seguido por la sujeción del segundo elemento (64) al primer elemento (62) con el material de refuerzo (232) entre ellos. Al doblar la pieza anular (236) para formar el separador (246) se realiza preferentemente un ajuste de interferencia del material de refuerzo (232) y el primer elemento (62) entre el separador (246) y una pieza más grande (250) en el sentido radial del elemento roscado (238). Para completar la formación del dispositivo estructural reforzado (230), los primeros y segundos elementos (62), (64), están sujetos por medio de una sujeción roscada del primer elemento roscado (80) al elemento roscado (238) mostrado.
En las figuras 8(a), 8(d) se muestra la formación de otro dispositivo estructural reforzado (300). En la figura 8(a) se muestra un material compuesto (302) que tiene un par de elementos roscados (306) integrados en el material de refuerzo (310). Cada uno de los elementos roscados (306) incluye una pieza rectangular central (314) con una pieza cilíndrica (316) en un extremo y un separador (318) en el otro extremo, en la que el separador (318) está integrado en el material de refuerzo (310). En la figura 8(b) se muestra el primer elemento (62) con un par de orificios pasantes (334) en su pared central (70), teniendo cada uno de los orificios pasantes (334) una pieza circular (336) y una pieza abierta extendida (338). El compuesto (302) se monta en el primer elemento (62) mediante la extensión de la pieza cilíndrica (316) de los elementos (306) a través de las piezas circulares (336) de los orificios pasantes (334), seguido del alojamiento de la pieza rectangular (314) de los elementos (306) en la pieza abierta extendida (338), realizando de este modo un ajuste de interferencia de los elementos (306) y del compuesto (302) con el elemento (62) y sujetando los elementos (306) contra el giro. Después del dispositivo del compuesto (302) en el primer elemento (62), el dispositivo estructural reforzado (300) puede estar formado mediante la sujeción del segundo elemento (64) con el primer elemento (62), de una manera tal como mediante una sujeción roscada del primer elemento roscado (80) al elemento roscado (146) mostrado.
Según la presente invención se consiguen una serie de ventajas que incluyen, sin limitación, la capacidad de fabricar una estructura integrada de una columna dispuesta para ser suministrada y montada en una planta de dispositivo de vehículos sin necesidad de la aplicación de productos que deben ser bombeados, de productos químicos húmedos y de una serie de juegos de herramientas, tal como sucede en la técnica anterior.
Se ha dado a conocer la realización preferente de la presente invención. Un técnico en la materia comprenderá sin embargo que ciertas modificaciones pueden entrar dentro de las explicaciones de esta invención. Por consiguiente, deben analizarse las siguientes reivindicaciones para determinar el verdadero ámbito y el contenido de la invención.

Claims (15)

1. Dispositivo estructural reforzado (50) que comprende:
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet
un elemento estructural que incluye una primera pieza y una segunda pieza (62, 64) que definen una cavidad entre ellas;
\bullet
un elemento de fijación (80, 82) solidario del elemento estructural (62, 64), proporcionando el elemento de fijación una fuerza que obliga a la primera pieza hacia la segunda pieza a través de la cavidad (56) y;
\bullet
un material de refuerzo (58) está dispuesto en la cavidad, cuyo material de refuerzo puede ser activado para expandirse y adherirse a las superficies colindantes de las primera y segunda piezas (62, 64); y
\bullet
caracterizado porque uno o varios separadores (86) están integrados en el refuerzo (58) para ayudar a que la primera pieza y la segunda pieza (62, 64) soporten la fuerza proporcionada por el elemento de fijación.
2. Dispositivo estructural reforzado, según la reivindicación 1, en el que el material de refuerzo está adherido al separador (86).
3. Dispositivo estructural reforzado, según las reivindicaciones 1 ó 2, en el que el separador está formado de manera integrada con el elemento de fijación.
4. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento de fijación incluye una pieza central que se extiende a través de una ranura en la primera pieza, y el elemento de fijación incluye una pieza alargada sujeta a la pieza central para realizar un ajuste de interferencia del elemento de fijación con la pieza central.
5. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el elemento de fijación incluye una pieza cilíndrica alargada que se extiende a través de una abertura en la primera pieza del elemento estructural, y en el que la pieza cilíndrica alargada está doblada para realizar un ajuste de interferencia del elemento de fijación con la primera pieza del elemento estructural.
6. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el separador está formado de manera integrada con la primera pieza del elemento estructural, y en el que el separador se extiende hacia el exterior desde una pared central de la primera pieza hasta entrar en contacto con una pared central de la segunda pieza.
7. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que la primera pieza del elemento estructural incluye una abertura con una pieza circular y una pieza abierta extendida, y el elemento de fijación incluye una pieza rectangular central sujeta a una pieza cilíndrica, extendiéndose la pieza rectangular a través de la abertura de la primera pieza y realizando la pieza cilíndrica un ajuste de interferencia del elemento de fijación con la primera pieza.
8. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que uno o varios separadores incluyen un primero y un segundo separadores integrados con el material de refuerzo.
9. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que:
\vskip1.000000\baselineskip
\bullet
el elemento de fijación incluye un primer elemento roscado (80) y un segundo elemento roscado (82).
\bullet
el separador para ayudar a soportar la primera y la segunda piezas contra la fuerza proporcionada por el elemento de fijación, permite de este modo que el material de refuerzo se active y se expansione mientras que el primero y el segundo elemento roscado (80, 82) mantienen un par de sujeción substancialmente constante.
10. Dispositivo estructural reforzado, según la reivindicación 9, en el que el segundo elemento roscado está formado de manera integral con el separador, e incluye además salientes para realizar un ajuste de interferencia del segundo elemento roscado con el primer elemento del elemento estructural.
11. Dispositivo estructural reforzado, según la reivindicación 10, en el que el segundo elemento roscado (82) incluye una pieza central que se extiende a través de una ranura en el primer elemento, y el elemento de fijación incluye una pieza alargada sujeta a la pieza central para realizar un ajuste de interferencia del elemento de fijación con el primer elemento.
\vskip1.000000\baselineskip
12. Dispositivo estructural reforzado, según la reivindicación 10, en el que el segundo elemento roscado incluye una pieza cilíndrica alargada que se extiende a través de una abertura en el primer elemento del elemento estructural, y en el que la pieza cilíndrica alargada está doblada para realizar un ajuste de interferencia del elemento de fijación con el primer elemento del elemento estructural.
13. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el separador está formado de manera integral con el primer elemento del elemento estructural, y en el que el separador se extiende hacia el exterior desde una pared central del primer elemento hasta entrar en contacto con una pared central del segundo elemento.
14. Dispositivo estructural reforzado, según la reivindicación 10, en el que el primer elemento del elemento estructural incluye una abertura con una pieza circular y una pieza abierta extendida, y el elemento de fijación incluye una pieza rectangular central sujeta a una pieza cilíndrica, extendiéndose la pieza rectangular a través de la abertura en el primer elemento y realizando la pieza cilíndrica un ajuste de interferencia del elemento de fijación con el primer elemento.
15. Dispositivo estructural reforzado, según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el elemento estructural es una estructura de una columna de un vehículo automóvil.
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