ES2659757T3

ES2659757T3 - Componente de un material compuesto de fibras y procedimiento para su fabricación

Info

Publication number: ES2659757T3
Application number: ES14726570.6T
Authority: ES
Inventors: Thomas Heitz; Sebastian Regner; Arne Schacht
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2014-05-22
Publication date: 2018-03-19
Anticipated expiration: 2034-05-22
Also published as: CN105324234B; US20160159014A1; DE102013014032A1; CN105392686A; US9676149B2; EP3010701A1; US9802367B2; AT514088A4; US20160137218A1; PL3010779T3; WO2014202247A1; AT514088B1; EP3010779B1; EP3010701B1; EP3010779A1; WO2014202325A1; PL3010701T3; CN105324234A; CN105392686B

Abstract

Procedimiento para la fabricación de un componente de un material compuesto de fibras con los siguientes pasos: a) el arrollamiento de fibras a lo largo de bandas predefinidas alrededor de al menos una bobina de arrollamiento (12) de un núcleo de arrollamiento (11); b) la incorporación de una resina endurecible en las fibras o en un molde (18); c) el endurecimiento de la resina y la formación del componente compuesto de fibras; d) la extracción de la al menos una bobina de arrollamiento (12) hacia el interior del núcleo de arrollamiento (11); e) la extracción del núcleo de arrollamiento (11) y la liberación del componente compuesto de fibras; caracterizado porque 0) antes del arrollamiento, uno o varios elementos funcionales (13) se posicionan en puntos predefinidos en el núcleo de arrollamiento (11), para unirse a las fibras mediante los pasos de procedimiento siguientes para formar un componente en una sola pieza con el componente compuesto de fibras.

Description

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DESCRIPCION

Componente de un material compuesto de fibras y procedimiento para su fabricación

La presente invención se refiere a un componente de un material compuesto de fibras según la reivindicación 4 así como a un procedimiento para la fabricación de este tipo de componentes según las reivindicaciones 1 o 2. Los componentes en modo de construcción compuesta de fibras tienen en muchas disposiciones funciones estructurales para las que es importante la resistencia a la tracción de las fibras y, en particular, que las fibras se extiendan de la forma más exacta posible en la dirección de carga. Un conflicto de objetivos en la concepción técnica de componentes, especialmente para componentes de automóviles que apoyan grandes fuerzas, como por ejemplo la columna de dirección, es el requerimiento en cuanto al espacio de construcción, la rigidez y el peso y los costes. En la actualidad, los componentes genéricos se fabrican preferentemente a partir de acero, chapa, fundición de aluminio de magnesio. Ya existen componentes, especialmente también en automóviles, que están fabricados a partir de materias sintéticas y/o en tecnologías de fibras / tecnologías de compuestos de fibras. Pero estos o son muy caros o las tecnologías no se pueden emplear para el caso de aplicación en concreto, porque no se cumplen los requisitos en cuanto a la transmisión de fuerzas.

Los materiales compuestos de fibras se componen de fibras reforzadas embebidas en una matriz. Generalmente, es válido que la rigidez específica de un material compuesto de fibras o de un material híbrido de metal y de un material compuesto de fibras es mayor que la de metal solo. Las características de valores superiores se consiguen sólo mediante la acción conjunta de los dos componentes. Existen una multitud de procedimientos de fabricación en los que se procesan las fibras preimpregnadas con un material de matriz. Uno de los procedimientos de fabricación establecidos es el procedimiento de arrollamiento de fibras. En el procedimiento de arrollamiento de fibras, los cordones de fibras sinfín (rovings) se arrollan en un proceso continuo en un núcleo de arrollamiento. Para ello, las fibras frecuentemente se empapan de una resina de matriz en un solo paso de trabajo y se impregnan en mojado, o bien, se procesan fibras no empapadas que después del proceso de arrollamiento se embeben con un procedimiento de inyección de resina. El procedimiento de arrollamiento de fibras se caracteriza por una alta calidad de laminado y una alta precisión en el contenido de resina de fibras y en la orientación de fibras a la vez de un alto grado de automatización y una alta rentabilidad.

En el documento EP1268164B1 se describen un componente en forma de entramado de materia sintética reforzada con fibras y un procedimiento para la fabricación de este. La fabricación del componente en forma de entramado se realiza en función de la carga a esperar o definida por el procedimiento de arrollamiento de fibras. Para ello, está previsto un número de bobinas de arrollamiento sobre una placa de arrollamiento, alrededor de las que se arrolla la fibra preimpregnada. Los espacios huecos entre las piezas de correa exterior originadas de esta manera y la estructura intermedia están rellenos al menos por zonas con un material de relleno. El material de relleno apoya las secciones solicitadas a presión de la estructura intermedia en forma de entramado y evita un doblado descontrolado al sobrepasar la solicitación para la que están concebidas. Las estructuras en forma de entramado se caracterizan por su alto grado de estabilidad. Está previsto emplear estos elementos como soportes, por ejemplo en un chasis de vehículo, favoreciendo el material de relleno entre otras cosas la absorción de energía en caso de impacto. Por la estructura predefinida en forma de entramado, no es posible una configuración individual de la forma y de la extensión del refuerzo del componente de soporte. Aunque el refuerzo de la solicitación puede adaptarse mediante un número distinto de fibras, pero no es posible una realización específica a lo largo de líneas de fuerza de un componente.

El documento EP2361753A1 describe un procedimiento para la fabricación de un componente de perfil hueco de un material compuesto de fibras con las características del preámbulo de las reivindicaciones 1 o 2. Sin embargo, el procedimiento conocido no permite realizar puntos de intersección o superficie funcionales en un componente compuesto de fibras, que no se puedan arrollar o que no se puedan arrollar de manera eficiente.

Por lo tanto, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar componentes conformados de forma individual, especialmente también componentes de automóviles, en tecnología de compuestos de fibras a partir de un material compuesto de fibras, que presenten elevadas características de resistencia y elevadas características de rigidez y un bajo peso. Además, se pretende proporcionar un procedimiento de fabricación para este tipo de componentes que permita una concepción de los componentes. Se pretende hacer posible realizar puntos de intersección o superficies funcionales en un compuesto de fibras, que no se puedan arrollar o que no se puedan arrollar de manera eficiente.

Este objetivo se consigue con un procedimiento con las características de la reivindicación 1 o 2 y con un componente con las características de la reivindicación 5. En las reivindicaciones subordinadas están representadas variantes ventajosas de la invención.

Por tanto, está previsto un procedimiento para la fabricación de un componente de un material compuesto de fibras, especialmente de un componente para automóviles, que presenta los siguientes pasos:

a) el arrollamiento de fibras a lo largo de bandas predefinidas alrededor de al menos una bobina de arrollamiento

de un núcleo de arrollamiento;

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b) la incorporación de una resina endurecible en las fibras;

c) el endurecimiento de la resina y la formación del componente compuesto de fibras;

d) la extracción de la al menos una bobina de arrollamiento hacia el interior del núcleo de arrollamiento;

e) la extracción del núcleo de arrollamiento y la liberación del componente compuesto de fibras; en el que

0) antes del arrollamiento, uno o varios elementos funcionales (13) se posicionan en puntos predefinidos en el núcleo de arrollamiento (11), para unirse a las fibras mediante los pasos de procedimiento siguientes para formar un componente en una sola pieza con el componente compuesto de fibras.

Los elementos funcionales previstos del componente están seleccionados preferentemente de entre el grupo que comprende elementos funcionales, guías, limitaciones de movimiento, cojinetes y soportes para arneses de cables.

En otra forma de realización, los elementos funcionales son lengüetas de chapa con aberturas, taladros o cavidades. También se pueden integrar piezas compuestas sinterizadas o piezas de fundición como elementos funcionales de los componentes. Además, como elementos funcionales también se pueden emplear otras piezas de moldeo de diferentes metales o materia sintética. El procedimiento según la invención es especialmente flexible aquí.

En otro paso, incorporando el componente de material compuesto de fibras, lo que se denomina también como componente compuesto de fibras, se puede realizar el montaje de un módulo correspondiente para un automóvil. Un ejemplo de un módulo de este tipo es una disposición de columna de dirección de un automóvil.

En una forma de realización alternativa, después del paso a), el núcleo de arrollamiento envuelto por arrollamiento se introduce en un molde y después del paso c) el componente compuesto de fibras, incluido el núcleo de arrollamiento, se extrae del molde. En el paso b) se introduce entonces resina en el molde.

En una forma de realización alternativa, las fibras están impregnadas o recubiertas de una resina endurecible, de manera que también se puede suprimir la introducción posterior de la resina endurecible. Por consiguiente, resulta una secuencia ligeramente modificada, pero que conduce al mismo resultado. En esta forma de realización alternativa, el procedimiento comprende los siguientes pasos:

a) el arrollamiento de fibras a lo largo de bandas predefinidas alrededor de al menos una bobina de arrollamiento de un núcleo de arrollamiento, estando impregnadas las fibras de una resina endurecible;

b) el endurecimiento de la resina y la formación del componente compuesto de fibras;

c) la extracción de la al menos una bobina de arrollamiento hacia el interior del núcleo de arrollamiento;

d) la extracción del núcleo de arrollamiento y la liberación del componente compuesto de fibras; en el que

Los elementos funcionales previstos del componente preferentemente están seleccionados de entre el grupo que comprende elementos funcionales, guías, limitaciones de movimiento, cojinetes y soportes para arneses de cables.

En otra forma de realización, los elementos funcionales son lengüetas de chapa con aberturas, taladros o cavidades. También se pueden integrar piezas de moldeo sinterizadas o piezas de fundición como elementos funcionales de los componentes. Además, como elementos funcionales también se pueden emplear otras piezas de moldeo de diferentes metales o materia sintética. El procedimiento según la invención es especialmente flexible aquí.

En una forma de realización, después del paso a), el núcleo de arrollamiento envuelto por arrollamiento se introduce en un molde y después del paso c) el componente compuesto de fibras incluido el núcleo de arrollamiento se extrae del molde.

También en la forma de realización alternativa, se puede introducir en el molde adicionalmente una resina endurecible, antes de que se realice el paso de procedimiento con el endurecimiento de la resina.

También en la forma de realización alternativa, en otro paso, incorporando el componente de un material compuesto de fibras, lo que también se denomina como componente compuesto de fibras, se puede realizar el montaje de un módulo correspondiente para un automóvil.

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Resulta preferible la aplicación del procedimiento para componentes o módulos en un automóvil, que deben transmitir altas fuerzas o momentos de giro. Resulta especialmente preferible la aplicación del procedimiento para componentes que no forman perfiles cerrados. De este modo, con el procedimiento se pueden realizar de manera sencilla perfiles en U o perfiles en W o componentes planos. Especialmente, se pueden realizar muy bien componentes dispuestos en el flujo de fuerza entre la superestructura del automóvil y la carrocería.

Por el arrollamiento de las fibras quedan formados cordones de fibras.

Preferentemente, en un paso de procedimiento antes del arrollamiento se posicionan uno o varios elementos funcionales en puntos predefinidos en el núcleo de arrollamiento para unirse a las fibras mediante los pasos de procedimiento siguientes para formar un componente en una sola pieza con el componente compuesto de fibras. Los elementos funcionales permanecen en el componente, forman puntos de intersección y superficies funcionales que no pueden ser arrollados de manera eficiente.

Además, preferentemente puede estar previsto que en un paso de procedimiento antes del arrollamiento se aplique un material auxiliar en el núcleo de arrollamiento que mantenga en forma y posición las fibras, hasta que estas quedan fijadas por el endurecimiento de la resina. Este material auxiliar puede ser un tejido o una tela no tejida que con la matriz forma igualmente un compuesto de fibras y que sirve para alojar cargas básicas para introducir cargas o como estructura libre de fuerza.

Según una forma de realización preferible, la materia sintética reforzada por fibras es una combinación de diferentes estructuras de fibras con fibras orientadas en el mismo sentido.

Preferentemente, el componente presenta cordones de fibras, cuyas fibras están orientadas a lo largo de un sentido de flujo principal de fuerza entre una selección de respectivamente dos elementos funcionales con los que está apoyado el componente, sustancialmente en línea recta y sustancialmente de forma paralela uno respecto a otro, estando realizadas entre cordones de fibras realizadas de esta manera zonas de espacio en las que no están dispuestas fibras ni materia sintética. Dicho de otra manera, las fibras reunidas como cordones de fibras están orientadas paralelamente unas respecto a otras como en una estructura de entramado de soporte. La limitación “sustancialmente” se refiere a desviaciones admisible de la rectitud o el paralelismo del orden de pocos grados angulares, de manera segura menos de 5 o preferentemente menos de 3 grados angulares.

Para la representación de componentes, como por ejemplo la consola de una columna de dirección, de la palanca pivotante o de la unidad de husillo de dirección, resulta especialmente preferible realizar cordones de fibras tridimensionales, estando dispuesto al menos uno de los cordones de fibras en un ángulo con respecto al plano tendido por al menos otros dos cordones de fibras. De manera correspondiente, preferentemente al menos un elemento funcional está dispuesto en otro plano en comparación con el plano tendido por los al menos dos cordones de fibras.

Además, cordones de fibras individuales pueden estar realizados de forma curvada de manera diferenciable constantemente, estando orientadas las fibras individuales dentro del cordón de fibras sustancialmente de forma paralela unas respecto a otras. Esto resulta ventajoso especialmente si el flujo de fuerza debe conducirse a través de diferentes planos, especialmente una curvatura o un canto y si no está previsto en el componente un elemento funcional dispuesto en el flujo de fuerza. Por el guiado lineal constantemente diferenciable, la transmisión de fuerza se produce con un reducido peligro de doblado o efecto de entalle.

Preferentemente, el componente está hecho usando un núcleo de arrollamiento que para el acabado del componente o antes del montaje del componente en el módulo está separado del componente y no está contenido en el módulo. Este núcleo de arrollamiento presenta un contorno antagonista a la extensión de los cordones de fibras. De esta manera, es posible de forma sencilla especialmente la realización de cordones de fibras curvados de forma constantemente diferenciable. El componente según la invención así como el módulo formado a partir de este presentan una rigidez y robustez muy altas, aunque sólo pocos cordones de fibras con grandes espacios intermedios sirven para la formación del componente. Esto es posible, porque las solicitaciones son absorbidas a lo largo de los cordones de fibras o transversalmente con respecto a los cordones de fibras a través de componentes adyacentes del módulo. Por lo tanto, el componente no tiene que absorber por sí solo las cargas en todas las direcciones o resistir por sí solo las cargas.

Una forma de realización preferible de la invención se describe en detalle a continuación con la ayuda de los dibujos. Como ejemplos se representan componentes de una disposición de columna de dirección. Pero la invención puede aplicarse también en otros componentes. Muestran:

la figura 1: una representación tridimensional de una disposición de columna de dirección del estado de la

técnica,

la figura 2: la representación tridimensional de un núcleo de arrollamiento con bobinas de arrollamiento y

elementos funcionales,

la figura 3: una representación esquemática del proceso de arrollamiento,

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la figura 4: la figura 5:

la figura 6:

la figura 7: las figuras 8 y 9 la figura 10:

la figura 11:

una vista tridimensional del núcleo de arrollamiento después del proceso de arrollamiento,

una vista tridimensional del núcleo de arrollamiento de la figura 4 con la dirección de tensado indicada,

una vista en despiece ordenado del núcleo de arrollamiento envuelto por arrollamiento, con un molde,

una representación tridimensional del molde cerrado,

dos vistas tridimensionales de una consola según la invención,

una vista tridimensional de la consola según la invención de las figuras 7 y 8, sin elementos funcionales, así como

una vista tridimensional de una disposición de columna de dirección según la invención.

En la figura 1 está representada una columna de dirección 1 con un husillo de dirección 2, un tubo envolvente 3, una palanca pivotante 4, una consola 5 y una pieza de árbol de dirección 6. El husillo de dirección 2 está soportado de forma giratorio dentro del tubo envolvente 3. El tubo envolvente 3 está guiado dentro de la palanca pivotante 4 de forma deslizable a lo largo del eje longitudinal del husillo de dirección 2. La palanca pivotante 4 está soportada de forma pivotante alrededor de un eje de pivotamiento dentro de la consola 5. La consola 5 puede fijarse a puntos de fijación 7 en la carrocería no representada. El movimiento de giro introducido en el husillo de dirección 2 por un conductor a través de un volante se introduce, a través de una articulación cardán 8 y otras piezas de árbol de dirección 6, en el engranaje de dirección no representado. La columna de dirección 1 puede ajustarse en altura y longitud para aumentar el confort del conductor. Para ello, está previsto un mecanismo de fijación que comprende un aparato tensor. El aparato tensor presenta un perno tensor 9, una palanca tensora 10 y un mecanismo de levas no representado. Girando la palanca tensora 10, las dos levas del mecanismo de levas se hacen girar una respecto a otra y se juntan a tracción las partes laterales de la consola 5, por lo que se produce un tensado con unión por fricción de las partes laterales de la consola 5 con las superficies laterales de la palanca pivotante 4 y, a su vez, con las superficies laterales del tubo envolvente 3. Este tipo de columnas de dirección son conocidas en el estado de la técnica, de manera que aquí se renuncia a una representación exacta. Alternativamente, por ejemplo, el husillo de dirección 2 también se puede soportar en una unidad de cojinete de husillo de dirección realizada de forma tubular que también se puede denominar unidad envolvente. Igualmente, la fijación de la unidad de cojinete de husillo de dirección o del tubo envolvente 3 con respecto a la consola puede estar realizada mediante una unión geométrica, por ejemplo un dentado. Este tipo de columnas de dirección por ejemplo también están incluidos en la invención.

La figura 2 muestra un núcleo de arrollamiento 11 de un componente según la invención, aquí una consola 55, con una multiplicidad de bobinas de arrollamiento 12, 121 así como elementos funcionales 13. Antes del proceso de arrollamiento, los elementos funcionales 13 se posicionan sobre el núcleo de arrollamiento 11 y durante el proceso de arrollamiento son envueltos por arrollamiento, junto al núcleo de arrollamiento 11, a lo largo de las bobinas de arrollamiento 12, 121. En el sentido de la invención, las bobinas de arrollamiento pueden estar formadas no sólo por bobinas 12 cilíndricas sencillas. Cada zona parcial conformada del núcleo de arrollamiento 11, alrededor de la que se arrollan los rovings, está incluido en el término “bobina de arrollamiento”. Una vez finalizado el proceso de arrollamiento se extrae el núcleo de arrollamiento 11, mientras que los elementos funcionales 13 permanecen en el componente, forman puntos de intersección y superficies funcionales que no pueden arrollarse de manera eficiente. Los elementos funcionales comprenden por ejemplo elementos funcionales o cojinetes.

La figura 3 muestra esquemáticamente el procedimiento según la invención que se usa preferentemente para la fabricación de los componentes de una columna de dirección de materia sintética reforzada con fibras. En el ejemplo, está ilustrada la representación de la consola 55. Sin embargo, también puede realizarse con esta tecnología un tubo envolvente u otra unidad de cojinete de husillo de dirección o el carro, si existe, u otro componente que transmite fuerza. Una fibra 14 mantenida bajo pretensado se retira de una bobina de reserva 15 y se hace pasar por una unidad de impregnación 16. La unidad de impregnación 16 puede estar realizada como dispositivo de impregnación por inmersión o, como está representado por ejemplo, como dispositivo de impregnación por rodillos. Para la formación de los cordones de fibras 141, 142, la fibra 14 impregnada se deposita, por medio de una unidad de guiado 17 conectada a una máquina de arrollamiento controlada por ordenador, sobre un núcleo de arrollamiento 11 de una consola, movido de forma sincronizada con la unidad de guiado 17. En el ejemplo se puede ver que la operación de arrollamiento se realiza de forma tridimensional, es decir, las fibras se arrollan no sólo en un plano, sino de tal forma que resulta una estructura tridimensional de cordones de fibras. Preferentemente, esta operación de arrollamiento se realiza sin interrupción, de manera que todos los cordones de fibras 141, 142 están formados por una única fibra 14 continua.

En la figura 4, el núcleo de arrollamiento 11 está representado con los elementos funcionales 13 en el estado envuelto por arrollamiento. La fibra impregnada, retirada de la bobina de reserva como roving, se deposita, después de un plan de arrollamiento predefinido, sobre las bobinas de arrollamiento 12, 121 y alrededor de los elementos funcionales 13. El plan de arrollamiento debe definirse conforme a la geometría del componente. En la concepción del plan de arrollamiento se analizan las direcciones de flujo de fuerza en la consola, y mediante el depósito

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selectivo de fibras 14 en el sentido de flujo de fuerza para la formación de los cordones de fibras 141, 142, 143 se aprovechan de forma óptima las características de resistencia y las características de rigidez del material. Esto se realiza mediante la adaptación del contenido en volumen de fibras, la orientación de fibras y el número de fibras según el flujo de fuerza. Además, por el depósito selectivo de las fibras se reduce el peso de la consola. Para la fabricación de la consola se realiza al menos una vuelta de arrollamiento. Si se realizan varias vueltas de arrollamiento, las fibras pueden cruzarse en los puntos de cruce desde direcciones alternas, por lo que aumenta la resistencia transversalmente con respecto al bobinado. El bobinado se realiza de forma tridimensional. De esta manera, el núcleo de arrollamiento se hace rotar de forma controlada por ordenador o se soporta sobre un eje de giro, de manera que las fibras pueden conducirse alrededor del núcleo. En el ejemplo (véanse también las figuras 8, 9) se puede ver como la bobina de arrollamiento 121 no se encuentra en el plano formado por los cordones de fibras 141 o cordones de fibras 143. Por consiguiente, durante el arrollamiento se forma un cordón de fibras 142 que sobresale del plano formado por los cordones de fibras 141 o los cordones de fibras 143.

En el plan de arrollamiento se ha de tener en consideración que las fibras se guíen de forma recta durante el mayor trayecto posible antes de que cambien la dirección de arrollamiento y por tanto la orientación de las fibras. De esta manera, se minimizan puntos o dobleces de las fibras que pueden causar una rotura. Bajo el mismo aspecto, en otro paso de fabricación, después del bobinado puede estar previsto el tensado de las fibras, como se muestra en la figura 5.

En la figura 5, las flechas indican las direcciones de tensado del núcleo de arrollamiento 11. La tensión puede producirse por ejemplo mecánicamente mediante un desplazamiento de las bobinas de arrollamiento 12 o mediante bobinas de arrollamiento elásticas que cedan al depositarse y después retornen elásticamente. Por la tensión aplicada sobre las fibras se pretensan las fibras, de manera que se reducen dobleces en las fibras. Este proceso aumenta la resistencia y la rigidez del material compuesto de fibras en la dirección de depósito.

Después del arrollamiento se endurece la matriz de la fibra. En el ejemplo, para la conformación, el núcleo de arrollamiento 11 arrollado es envuelto por un molde 18 tal como está representado en las figuras 6 y 7. El molde 18 representado aquí presenta dos placas 19 que se disponen respectivamente en un lado del núcleo de arrollamiento 11 por medio de uniones roscadas o de enchufe cubriendo la parte arrollada. Durante ello, el molde 18 presiona las fibras preimpregnadas entre las placas 19 y el núcleo de arrollamiento 11 en la forma deseada. De esta manera, se puede influir en la sección transversal de la pieza de trabajo y la parte en volumen de fibras. A continuación, se produce el endurecimiento de la pieza de trabajo en el molde 18, por ejemplo, a través de un molde calentado o mediante la incorporación del molde 18 en un horno de paso.

Después del endurecimiento, se retiran el molde y el núcleo de arrollamiento incluidas las bobinas de arrollamiento. Para ello, el núcleo de arrollamiento está realizado de tal forma que las bobinas de arrollamiento pueden extraerse hacia el interior del núcleo de arrollamiento y, a continuación, el núcleo de arrollamiento está liberado para su extracción de la consola endurecida.

La consola 55 endurecida según la invención está representada en las figuras 8 y 9. Además de la construcción de material compuesto de fibras, formada por los cordones de fibras 141, 142, 143 se pueden ver los distintos elementos funcionales 13 envueltos por arrollamiento. En el ejemplo, se puede ver cómo el componente comprende dos planos paralelos a través de los cordones de fibras 141 y 143 orientados paralelamente uno respecto a otro, así como un cordón de fibras 142 que une los dos planos.

La figura 10, en cambio, muestra los cordones de fibras 141, 142 y 143 endurecidos de la consola de las figuras anteriores, sin elementos funcionales.

En la figura 11 está representada la disposición de columna de dirección según la invención con una consola de material compuesto de fibras 55. Los elementos funcionales 13 integrados sirven de soporte 20 para el eje de pivotamiento de la palanca pivotante 4 y de elementos funcionales 77 para la fijación de la consola 55 en la carrocería no representada aquí, así como para los elementos de guía del sistema de fijación 90.

Al contrario de las columnas de dirección genéricas, tal como están representadas en la figura 1, la disposición de columna de dirección según la invención de la figura 11 presenta por el uso de materiales compuestos de fibras un menos peso, logrando una resistencia y rigidez suficientes o incluso una resistencia más elevada y una rigidez más elevada.

El ahorro de peso conduce a una influencia favorable en el consumo de carburante así como al aumento del alcance de vehículos eléctricos. Por la configuración adecuada al flujo de fuerza y por la alta resistencia en la dirección de fibras se puede mantener reducido el espacio de construcción. Además, por la rigidez más elevada de la consola se influye positivamente en la frecuencia propia de la disposición de columna de dirección, de manera que las vibraciones en el volante que son transmitidas por la columna de dirección se minimizan notablemente para mejorar las características de confort durante la conducción.

En otro ejemplo de realización no representado aquí, la palanca pivotante se fabrica según el procedimiento descrito anteriormente de un material compuesto de fibras. Todos los componentes de la disposición de columna de dirección pueden fabricarse totalmente o parcialmente a partir de un material compuesto de fibras.

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Mediante la elección de las fibras, se pueden variar en un gran rango las características del material. Preferentemente, se usan individualmente o en combinación fibras de carbono, fibras de aramida y/o fibras de vidrio.

Como se ha descrito anteriormente, preferentemente se usan fibras preimpregnadas. Las fibras preimpregnadas presentan una impregnación termoplástico o duroplástica. Las fibras provistas de una impregnación termoplástica se pueden transformar en un hilo híbrido preferentemente en combinación por ejemplo con fibras de carbono y/o fibras de vidrio. En un ejemplo de realización está previsto que los hilos híbridos se calientan durante el proceso de arrollamiento, de manera que las fibras termoplásticas se funden para formar ya durante el arrollamiento una matriz del compuesto. A continuación, en un molde mediante prensado se puede adaptar la forma de la pieza de trabajo. También es posible la fusión de las fibras termoplásticas después del proceso de arrollamiento en un horno o en un molde calentado y/o en el proceso de moldeo por inyección de termoplástico.

Otro ejemplo de realización prevé fibras que no están preimpregnadas. Estas fibras se arrollan como se describe en los ejemplos de realización anteriores. Después del proceso de arrollamiento se monta el molde o la pieza de trabajo, incluido el núcleo de arrollamiento, se inserta en un molde y el molde se endurece con resina termoplástica o duroplástica y se endurece la pieza de trabajo. Para el uso de una matriz duroplástica están previstas todas las formas del procedimiento de moldeo por transferencia de resina (RTM / Resin Transfer Moulding). En comparación con el prensado, la masa de matriz se inyecta, por medio de émbolos, de una antecámara generalmente calentada, a través de canales de distribución, al molde donde se endurece bajo calor y presión.

Para la extracción de la consola endurecida del molde, también aquí se separan a tracción las placas del molde y las bobinas de arrollamiento son atraídas al interior del molde.

En otra forma de realización está previsto insertar el molde, antes o después de la adición de resina, en una máquina de moldeo por inyección y aplicar alrededor o detrás de la pieza de trabajo un termoplástico o duroplástico mediante moldeo por inyección para su siguiente conformación.

Otro ejemplo de realización prevé que se realiza el arrollamiento con un flujo de fuerzas adecuado de fibras sobre materiales auxiliares como por ejemplo tejidos sintéticos o telas no tejidas o tejidos de fibras de refuerzo que mantienen las fibras en forma y posición hasta que estas quedan fijadas por una matriz. En el caso del uso de tejidos y telas no tejidas, estas forman con la matriz igualmente un compuesto de fibras que sirve para absorber cargas básicas, para la introducción de cargas o como estructura libre de fuerzas.

La disposición de columna de dirección presenta según la invención componentes conformados individualmente en tecnología de fibras con elevadas características de resistencia y elevadas características de rigidez y un bajo peso. Además, el procedimiento según la invención permite configurar este tipo de componentes de manera definida, adecuada para el flujo de fuerzas.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para la fabricación de un componente de un material compuesto de fibras con los siguientes pasos:

a) el arrollamiento de fibras a lo largo de bandas predefinidas alrededor de al menos una bobina de arrollamiento (12) de un núcleo de arrollamiento (11);

b) la incorporación de una resina endurecible en las fibras o en un molde (18);

c) el endurecimiento de la resina y la formación del componente compuesto de fibras;

d) la extracción de la al menos una bobina de arrollamiento (12) hacia el interior del núcleo de arrollamiento (11);

e) la extracción del núcleo de arrollamiento (11) y la liberación del componente compuesto de fibras;

caracterizado porque

0) antes del arrollamiento, uno o varios elementos funcionales (13) se posicionan en puntos predefinidos en el núcleo de arrollamiento (11), para unirse a las fibras mediante los pasos de procedimiento siguientes para formar un componente en una sola pieza con el componente compuesto de fibras.
2. Procedimiento para la fabricación de un componente de un material compuesto de fibras con los siguientes pasos:

a) el arrollamiento de fibras (14) a lo largo de bandas predefinidas alrededor de al menos una bobina de arrollamiento (12) de un núcleo de arrollamiento (11), estando impregnadas las fibras (14) de una resina endurecible;

b) el endurecimiento de la resina y la formación del componente compuesto de fibras;

c) la extracción de la al menos una bobina de arrollamiento (12) hacia el interior del núcleo de arrollamiento (11);

d) la extracción del núcleo de arrollamiento (11) y la liberación del componente compuesto de fibras;

caracterizado porque

0) antes del arrollamiento, uno o varios elementos funcionales (13) se posicionan en puntos predefinidos en el núcleo de arrollamiento (11), para unirse a las fibras mediante los pasos de procedimiento siguientes para formar un componente en una sola pieza con el componente compuesto de fibras.
3. Procedimiento para la fabricación de un componente compuesto de fibras según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque en un paso de procedimiento antes del arrollamiento se aplica un material auxiliar en el núcleo de arrollamiento (11), que mantiene en forma y posición las fibras hasta que estas quedan fijadas por el endurecimiento de la resina.
4. Componente de un material compuesto de fibras fabricado según un procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 3.
5. Componente de un material compuesto de fibras según la reivindicación 4, caracterizado porque la materia sintética reforzada por fibras presenta una combinación de diferentes estructuras de fibras con fibras orientadas en el mismo sentido.
6. Componente de un material compuesto de fibras según una de las reivindicaciones 4 a 5, caracterizado porque el componente está hecho usando un núcleo de arrollamiento (11) que antes del montaje del componente en una disposición está separado del componente y no está contenido en la disposición.
7. Componente de un material compuesto de fibras según la reivindicación 6, caracterizado porque el componente (14) presenta un número de elementos funcionales (13) que después del proceso de arrollamiento y del endurecimiento están unidos fijamente a la materia sintética reforzada con fibras.
8. Componente según la reivindicación 7, caracterizado porque los elementos funcionales (13) están seleccionados de entre el grupo que comprende elementos de fijación (77), guías, limitaciones de movimiento, cojinetes (20) y soportes para arneses de cables.
9. Componente de un material compuesto de fibras según una de las reivindicaciones anteriores 4 a 8, caracterizado porque el componente se encuentra en el flujo de fuerza de una superestructura de automóvil y una carrocería y a lo largo del flujo de fuerzas está formado por materia sintética reforzada por fibras en la que las fibras están arrolladas.