ES2652120T3 - Componente de material compuesto y su uso - Google Patents
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Abstract
Componente de material compuesto (10; 10a; 10b), con un primer componente (1; 1a), que presenta una estructura superficial (20; 20a) producida mediante una radiación electromagnética, en particular un haz láser, sobre una primera superficie de contacto (11) al menos por segmentos, un segundo componente (2; 2a) con una segunda superficie de contacto (12) que coopera con la primera superficie de contacto (11), en donde el segundo componente está compuesto de material plástico y está configurado mediante rociado sobre el primer componente (1; 1a), y con una unión positiva de forma entre los dos componentes (1; 1a; 2; 2a), en donde la unión positiva de forma presenta un contorno entre los dos componentes (1; 1a, 2; 2a) que, en el caso de un incremento de temperatura o de una disminución de temperatura a causa de los diferentes coeficientes de dilatación térmica de los materiales de los dos componentes (1; 1a, 2; 2a), conduce a una mayor presión superficial entre los dos componentes (1; 1a, 2; 2a), en donde la estructura superficial (20; 20a) presenta una micro-estructura (21) con elementos superficiales (22) de un tamaño entre 1 μm y 999 μm, en donde la estructura superficial (20; 20a) presenta adicionalmente una nano-estructura (24) con elementos superficiales (23) de un tamaño entre 1 nm y 999 nm, caracterizado porque el contorno está configurado como un rebaje (13; 13a; 13b; 15), porque el componente (2; 2a) que presenta el mayor coeficiente de dilatación térmica llena el rebaje (13; 13a; 13b; 15) al menos por segmentos, y porque el componente (2; 2a) que presenta el mayor coeficiente de dilatación térmica hace contacto con los segmentos de pared (25; 26a) opuestos del rebaje (13; 13a; 13b; 15), y porque la estructura superficial (20; 20a) está configurada en una zona, dispuesta separada de la zona de la unión positiva de forma, del primer componente (1; 1a).
Description
DESCRIPCION
Componente de material compuesto y su uso Estado de la tecnica
La presente invencion hace referencia a un componente de material compuesto segun el preambulo de la 5 reivindicacion 1. Ademas de esto la invencion hace referencia a la utilizacion de un componente de material compuesto conforme a la invencion.
Se conoce un componente de material compuesto segun el preambulo de la reivindicacion 1 del documento DE 10 2008 040 782 A1 del solicitante. El componente de material compuesto conocido presenta un primer componente con una estructura superficial configurada mediante una radiacion electromagnetica sobre una primera superficie de 10 contacto, que comprende una micro-estructuracion recubierta por una nano-estructuracion. El primer componente esta dispuesto en la zona de la primera superficie en union efectiva con una segunda superficie de contacto de un segundo componente, que esta compuesto de material plastico y esta conformado mediante el rociado del segundo componente sobre el primer componente. Ademas de esto, del documento citado se conoce la configuracion entre los dos componentes, una union positiva de forma, en donde la union positiva de forma se realiza mediante la 15 extrusion de un reborde perimetrico, que esta configurado sobre el primer componente. El primer componente esta compuesto habitualmente de metal o material ceramico, de tal manera que su material presenta un menor coeficiente de dilatacion termica que el segundo componente (material plastico). Esto tiene como consecuencia que, en el caso de un incremento de temperatura, como la que se produce por ejemplo durante el funcionamiento de un componente de material compuesto cuando este componente es un conjunto o algo similar, puede llegarse a un 20 debilitamiento de la union positiva de forma y con ello a una merma de la estanqueidad entre los dos componentes. Por el contrario es deseable una union positiva de forma, cuya resistencia sea relativamente alta dentro de un margen de temperatura muy grande.
El documento US 2008/0070001 A1 describe un procedimiento para producir un componente hlbrido de plastico- metal.
25 Del documento JP 2008 087409 se conoce una carcasa de aluminio y un procedimiento para su produccion.
El documento WO 2012/071259 A1 describe un procedimiento para unir un plastico a un metal.
Description de la invencion
Partiendo del estado de la tecnica representado, el objeto de la invencion consiste en perfeccionar un componente de material compuesto segun el preambulo de la reivindicacion 1, de tal manera que la union positiva de forma 30 configurada entre los dos componentes presente una elevada resistencia de union dentro de un margen de temperatura relativamente grande. La elevada resistencia tiene como consecuencia que pueda alcanzarse tambien una estanqueidad particularmente buena entre los dos componentes. Este objeto es resuelto conforme a la invencion, en el caso de un componente de material compuesto con las caracterlsticas de la reivindicacion 1, por medio de que la union positiva de forma entre los dos componentes presente un contorno entre los dos 35 componentes que, en el caso de un incremento de temperatura o de una disminucion de temperatura a causa de diferentes coeficientes de dilatacion termica de los materiales de los dos componentes, conduce a una mayor presion superficial entre los dos componentes. Dicho en otras palabras, esto significa que mediante una conformation constructiva correspondiente de la union positiva de forma entre los dos componentes, en el estado de produccion, se consigue una primera presion superficial a una determinada temperatura de produccion, y que la 40 presion superficial entre los dos componentes aumente en el caso de un incremento de temperatura o de una disminucion de temperatura con relation a la temperatura de produccion. De este modo se hace posible el uso del componente de material compuesto dentro de un margen de temperatura relativamente grande, sin que sean necesarias medidas adicionales, que une entre si los dos componentes en particular a unas temperaturas relativamente altas o bajas.
45 En las reivindicaciones dependientes se mencionan unos perfeccionamientos ventajosos del componente de material compuesto conforme a la invencion.
En la conformacion constructiva conforme a la invencion de la union positiva de forma se propone que el contorno de la union positiva de forma este configurado como rebaje, que el componente que presenta el mayor coeficiente de dilatacion termica llene el rebaje al menos por segmentos, y que el componente que presenta el mayor coeficiente 50 de dilatacion termica haga contacto con los segmentos de pared opuestos del rebaje. En particular mediante la caracterlstica citada en ultimo lugar, de que el componente que presenta el mayor coeficiente de dilatacion termica hace contacto con los segmentos de pared opuestos del rebaje, se consigue el efecto de que, en el caso de un incremento de temperatura, el componente situado dentro del rebaje se dilata mas que el componente que configura
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el rebaje. De este modo el componente dispuesto dentro del rebaje presiona contra los segmentos de pared opuestos con sus superficies de componente correspondientes contra el rebaje y consigue, en el caso de un incremento de temperatura, una mayor presion superficial y con ello una union mas resistente.
En una configuracion del rebaje particularmente preferida, ya que esta conformada de una forma relativamente sencilla en cuanto a tecnica de fabricacion, esta previsto que el rebaje este configurado en forma de una depresion. Una depresion de este tipo puede producirse de manera relativamente sencilla por ejemplo en forma de un orificio (cillndrico), una escotadura, una ranura, etc. mediante herramientas convencionales.
Para conseguir en diferentes direcciones el efecto de una presion superficial en incremento entre los dos componentes, esta previsto de forma preferida que la depresion presente una zona periferica que configure los segmentos de pared.
Un incremento adicional de la resistencia entre los dos componentes se consigue si el contorno, que forma parte de la union positiva de forma, presenta al menos un ahuecamiento.
Ademas de esto esta previsto conforme a la invencion que la estructura superficial este configurada en una zona dispuesta separada de la zona de la union positiva de forma del primer componente. De este modo tiene lugar respectivamente en si misma una separacion conceptual entre las dos funciones de “estanqueidad” y “union” o resistencia, que hace posible que la zona que se usa para la estanqueidad pueda optimizarse en los dos componentes, que comprende en particular la zona de la estructura superficial en el primer componente, y la zona de la union positiva de forma respectivamente.
La separacion local de ambas funciones del tipo mencionado, tiene como consecuencia que la zona de la estructura superficial sobre el primer componente pueda optimizarse en cuanto a su efecto obturador, de tal manera que de forma puramente funcional la zona del primer componente, que presenta la estructura superficial, no tenga que asumir ninguna funcion util para la union. En particular esta previsto conforme a la invencion que la estructura superficial presente una micro-estructura con elementos superficiales de un tamano entre 1 pm y 999 pm, en donde la estructura superficial presente adicionalmente a la micro-estructura una nano-estructura con elementos superficiales de un tamano entre 1 nm y 999 nm.
Un empleo preferido de un componente de material compuesto conforme a la invencion consiste en aplicaciones de vehlculos de motor, en particular en carcasas, valvulas o elementos de conexion electricos como conexiones acoplables. Estos componentes de material compuesto utilizados en vehlculos de motor estan expuestos con frecuencia a la influencia de unos medios en parte agresivos y, ademas de esto, deben trabajar de forma fiable dentro de un gran margen de temperatura. Ambos son criterios que requieren entre los dos componentes una elevada estanqueidad, que pueden cumplirse ventajosamente mediante el componente de material compuesto conforme a la invencion.
Se deducen ventajas, caracterlsticas y detalles adicionales de la invencion de la siguiente descripcion de unos ejemplos de realizacion preferidos, as! como en base al dibujo.
El mismo muestra en:
las figs. 1 a 3, respectivamente, unos cortes longitudinales a traves de diferentes componentes de material compuesto conforme a la invencion, y
la fig. 4, en una vista en planta, una estructura superficial, como la que esta configurada sobre una primera superficie de contacto del primer componente, en una representacion aumentada.
Los elementos iguales o con la misma funcion poseen en las figuras los mismos numeros de referencia.
En la fig. 1 se ha representado un primer componente de material compuesto 10 conforme a la invencion, que comprende dos componentes 1, 2 unidos entre si. El primer componente 1 esta configurado en el ejemplo de realizacion representado como componente 1 con simetrla rotacional y un eje longitudinal 5, pero puede presentar basicamente cualquier forma. El primer componente 1 esta compuesto de forma preferida, aunque no de forma excluyente, de un metal como acero o aluminio. El segundo componente 2 esta compuesto de forma preferida de material plastico (termoplastico o duroplastico) y esta unido al primer componente 1 mediante extrusion.
El primer componente 1 presenta una primera superficie de contacto 11, que esta unida de forma efectiva a una segunda superficie de contacto 12 configurada sobre el segundo componente 2. El primer componente 1 presenta en el lado frontal vuelto hacia el segundo componente 2 un primer rebaje 13, configurado en el eje longitudinal 5, en forma de una depresion cillndrica 14. Ademas de esto sobre el primer componente 1 esta configurado, en un radio respecto al eje longitudinal 5, un segundo rebaje 15 radialmente perimetrico. El segundo rebaje 15 presenta a modo
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de ejemplo un eje de simetrla 16, que esta dispuesto oblicuamente respecto al eje longitudinal 5 del primer componente 1.
La primera superficie de contacto 11 presenta en la zona de la base 17 de la depresion cillndrica 14 una estructura superficial 20. La estructura superficial 20 esta configurada de forma preferida en la superficie completa de la zona de la base 17. Como puede deducirse de la fig. 4, la estructura superficial 20 presenta una micro-estructura 21 con unos elementos de micro-estructura 22 embutidos o deprimidos. Los elementos de micro-estructura 22 presentan un tamano de entre 1 pm y 999 pm. Los elementos de micro-estructura 22 poseen unos elementos de nano-estructura 23 y una nano-estructura 24, que se encuentra tambien en la zona por fuera de los elementos de micro-estructura 22. El tamano de los elementos de nano-estructura 23 es de entre 1 nm y 999 nm. Mediante la superficie de componente nano/micro-estructurada sobre la primera superficie de contacto 11 actuan unas fuerzas incrementadas entre el primer componente 1 y el segundo componente 2 del componente de material compuesto que, ademas de esto, producen tambien una obturacion entre los dos componentes 1, 2 en la zona de la primera superficie de contacto 11.
Para producir la estructura superficial 20 se irradia la primera superficie de contacto en principio no estructurada mediante un haz laser pulsado. A este respecto el haz laser se desvla mediante un sistema de escaneado, de tal manera que reticula la zona a estructurar del primer componente 1. Para producir la primera estructura superficial 20 puede emplearse a este respecto un laser de femto, pico o nanosegundos, de forma preferida con una elevada frecuencia de repeticion de pulsos.
Dentro del ambito de la invencion se incluye tambien que el componente de material compuesto 10 o la estructura superficial 20 presente solamente una micro-estructura 21 con elementos de micro-estructura 22, si ello es suficiente en cuanto a la resistencia y en particular con relacion a la estanqueidad para el componente de material compuesto 10.
El primer rebaje 13 y el segundo rebaje 15 forman parte respectivamente de una union positiva de forma entre los dos componentes 1, 2. A este respecto el primer rebaje 13 produce que el segundo componente 2 se sujete en un plano perpendicular al eje longitudinal 5 del primer componente 1 mediante la union positiva de forma entre el primer rebaje 13 y el material del segundo componente 2, situado en el primer rebaje 13. El segundo rebaje 15 (anular) produce, mediante el eje de simetrla 16 dispuesto oblicuamente respecto al eje longitudinal 5, adicionalmente una union positiva de forma en una direccion del eje longitudinal 5. Es fundamental para la invencion que el segundo componente 2, que esta compuesto de material plastico, presente un mayor coeficiente de dilatacion termica que el primer componente 1. De este modo se produce que, en el caso de un incremento de temperatura, el material del segundo componente 2 se dilate mas que el material del primer componente 1. De este modo tiene lugar un incremento de resistencia de la union positiva de forma, ya que en el caso de un incremento de temperatura el material del segundo componente 2 hace contacto, con una mayor presion superficial, con la pared 25 que rodea radialmente la depresion cillndrica 14. Esta mayor presion superficial produce que el material del segundo componente 2, que esta dispuesto en la zona de la primera depresion 14, no tienda a elevarse desde la primera superficie de contacto 11. Ademas de esto es fundamental que la estructura superficial 20 se adapte en cuanto a su funcion a los requisitos de estanqueidad exigidos, mientras que el moldeado o la conformacion de los dos rebajes 13, 15 se realiza con vistas a una optimizacion de la union positiva de forma.
En la fig. 2 se ha representado un componente de material compuesto 10 a modificado con respecto a la fig. 1, en el que el primer componente 1a solo presenta un primer rebaje 13, que puede estar configurado por ejemplo en forma de una ranura que transcurre perpendicularmente al plano del dibujo. El primer rebaje 13a configura tambien una union positiva de forma, ya que el segundo componente 2a se sujeta lateralmente en el primer rebaje 13a. Tambien el primer rebaje 13a presenta solo sobre la base 17a del primer rebaje 13a la estructura superficial 20a. En el caso de un incremento de temperatura el segundo componente 2a se dilata mas que la seccion transversal del primer rebaje 13a, de tal manera que el material del segundo componente 2a situado en la zona del segmento de pared 26a hace contacto, con una mayor presion superficial (con relacion a una temperatura mas baja), con el segmento de pared 26a. Ademas de esto se cita que tambien es posible prever una estructura superficial 20a en el segmento de pared 26a (no representado).
Por ultimo se ha representado en la fig. 3 un componente de material compuesto 10b, que se diferencia del componente de material compuesto 10a en que en la zona de la base 17b del primer rebaje 13b a lo largo de los dos lados longitudinales esta configurado respectivamente un ahuecamiento 27, que establece una union positiva de forma perpendicularmente a la base 17b.
Los componentes de material compuesto 10, 10a y 10b descritos hasta ahora puede transformarse o modificarse de multiples formas, como se describe a continuacion. En particular los primeros rebajes 13a, 13b pueden estar configurados con simetrla rotacional en el caso de los componentes de material compuesto 10a, 10b, en analogla al componente de material compuesto 10. De este modo se explica de forma suplementaria que los componentes de material compuesto 10, 10a y 10b representados estan configurados de tal manera que, en el caso de un incremento de temperatura, se consigue un incremento de la resistencia entre ambos componentes 1, 1a, 2, 2a. Para el caso en
el que, si disminuye la temperatura, se quiera conseguir una mayor resistencia, puede estar previsto que el componente 1, 1a compuesto por metal, presente un travesano, resalte, etc., que este extrusionado por el material plastico del segundo componente 2, 2a. Tambien puede estar prevista una combinacion de las dos uniones, de tal manera que existan unas primeras zonas que, en el caso de una disminucion de temperatura, aumenten la 5 resistencia de union del componente de material compuesto 10, 10a, 10b, y unas segundas zonas que, en el caso de un incremento de temperatura, aumenten la resistencia de union del componente de material compuesto 10, 10a y 10b. En todos los componentes de material compuesto 10, 10a y 10b es fundamental que las funciones obturacion y sujecion (a traves de las uniones positivas de forma) de ambos componentes 1, 1a, 2, 2a esten separadas localmente.
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Claims (6)
- 51015202530REIVINDICACIONES1. Componente de material compuesto (10; 10a; 10b), con un primer componente (1; 1a), que presenta una estructura superficial (20; 20a) producida mediante una radiacion electromagnetica, en particular un haz laser, sobre una primera superficie de contacto (11) al menos por segmentos, un segundo componente (2; 2a) con una segunda superficie de contacto (12) que coopera con la primera superficie de contacto (11), en donde el segundo componente esta compuesto de material plastico y esta configurado mediante rociado sobre el primer componente (1; 1a), y con una union positiva de forma entre los dos componentes (1; 1a; 2; 2a),en donde la union positiva de forma presenta un contorno entre los dos componentes (1; 1a, 2; 2a) que, en el caso de un incremento de temperatura o de una disminucion de temperatura a causa de los diferentes coeficientes de dilatacion termica de los materiales de los dos componentes (1; 1a, 2; 2a), conduce a una mayor presion superficial entre los dos componentes (1; 1a, 2; 2a),en donde la estructura superficial (20; 20a) presenta una micro-estructura (21) con elementos superficiales (22) de un tamano entre 1 pm y 999 pm,en donde la estructura superficial (20; 20a) presenta adicionalmente una nano-estructura (24) con elementos superficiales (23) de un tamano entre 1 nm y 999 nm,caracterizado porqueel contorno esta configurado como un rebaje (13; 13a; 13b; 15), porque el componente (2; 2a) que presenta el mayor coeficiente de dilatacion termica llena el rebaje (13; 13a; 13b; 15) al menos por segmentos, y porque el componente (2; 2a) que presenta el mayor coeficiente de dilatacion termica hace contacto con los segmentos de pared (25; 26a) opuestos del rebaje (13; 13a; 13b; 15), yporque la estructura superficial (20; 20a) esta configurada en una zona, dispuesta separada de la zona de la union positiva de forma, del primer componente (1; 1a).
- 2. Componente de material compuesto segun la reivindicacion 1, caracterizado porque el rebaje (13; 13a; 13b) esta configurado en forma de una depresion (14).
- 3. Componente de material compuesto segun la reivindicacion 2, caracterizado porque la depresion (14) presenta una zona radialmente periferica que configura los segmentos de pared (25; 26a).
- 4. Componente de material compuesto segun una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el contorno presenta al menos un ahuecamiento (27).
- 5. Componente de material compuesto segun una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el primer componente (1; 1) esta compuesto de metal.
- 6. Utilization de un componente de material compuesto (10; 10a; 10b) segun una de las reivindicaciones 1 a 5 en aplicaciones de vehlculos de motor, en particular en carcasas, valvulas o elementos de conexion electricos como conexiones acoplables.
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