IT201800007972A1 - Assieme sospensione a basso peso per un veicolo, e relativo procedimento di fabbricazione - Google Patents

Description

Descrizione a corredo di una domanda di brevetto per invenzione industriale dal titolo: ASSIEME SOSPENSIONE A BASSO PESO PER UN VEICOLO, E RELATIVO PROCEDIMENTO DI FABBRICAZIONE

DESCRIZIONE

Campo tecnico dell’invenzione

La presente invenzione riguarda un assieme sospensione a basso peso per un veicolo.

Tecnica nota

Com’è noto, per esempio da US2016121927A1, negli interessi del risparmio di carburante vi è una spinta crescente all’interno dell’industria automobilistica verso la riduzione del peso dei componenti e dei sistemi dei veicoli. Uno di tali componenti è il fuso a snodo che collega il cuscinetto ruota alla sospensione del veicolo e, più in generale, tali componenti includono tutti i montanti e i bracci della sospensione del veicolo.

Tipicamente, montanti di sospensione, bracci di sospensione e fusi a snodo sono realizzati in ghisa o in leghe di alluminio a basso peso, ma vi è ancora potenziale per risparmi di peso fabbricando questi componenti da un materiale più leggero, quale un polimero rinforzato con fibre.

Tuttavia, con materiali compositi, i componenti aventi forme generalmente complesse sono più difficili e costosi da fabbricare, rispetto a componenti di acciaio o di leghe di alluminio. Inoltre, i polimeri rinforzati con fibre, nonostante le loro eccellenti proprietà meccaniche, possono essere difficilmente fabbricati a velocità paragonabili ai procedimenti per l’acciaio o l’alluminio. Inoltre, il costo per unità di peso di tali materiali è molto alto in confronto all’acciaio o all’alluminio usati nelle strutture di automobili.

Questi aspetti si riflettono in costi di fabbricazione aumentati che scoraggiano parzialmente un’introduzione su larga scala di fusi a snodo e componenti di sospensione a basso peso nel mercato globale.

Pertanto, è avvertita la necessità di compensare tali costi aumentati sviluppando diverse strategie di fabbricazione, che permetterebbero almeno un parziale recupero di tali costi senza perdita di prestazioni meccaniche del prodotto finale.

In particolare, alcuni dei costi possono essere evitati o limitati riducendo il numero di fasi di procedimento necessarie per ottenere il prodotto finale.

Riepilogo dell’invenzione

Alla luce di quanto precede, uno scopo della presente invenzione è fornire un assieme sospensione a basso peso per un veicolo, che sia relativamente facile e più economico da fabbricare, pur garantendo, in uso, una resistenza ottimizzata alla sollecitazione di funzionamento.

Secondo l’invenzione, un assieme sospensione a basso peso per un veicolo è fornito come definito nella rivendicazione 1.

Inoltre, un procedimento di fabbricazione per fabbricare un assieme sospensione a basso peso per un veicolo è fornito come definito nella rivendicazione 4.

Breve descrizione dei disegni

La presente invenzione sarà ora descritta facendo riferimento ai disegni allegati, che mostrano una sua forma di realizzazione non limitativa, in cui:

- le figure 1 e 2 sono viste parziali in prospettiva frontale e posteriore di una forma di realizzazione preferita dell’assieme sospensione a basso peso per un veicolo, fabbricato secondo gli insegnamenti della presente invenzione;

- le figure 3 e 4 sono sezioni trasversali schematiche di dettagli dell’assieme sospensione, tali sezioni trasversali essendo prese lungo rispettivi piani di sezione indicati con III-III e rispettivamente IV-IV nella figura 1;

- le figure da 5 a 7 sono simili alla figura 4 e mostrano schematicamente rispettive varianti del dettaglio nella figura 4;

- la figura 8 è un diagramma che mostra schematicamente una forma di realizzazione preferita del procedimento per fabbricare l’assieme sospensione a basso peso secondo la presente invenzione;

- la figura 9 è una vista in prospettiva e schematica di una fase di fabbricazione indicata nella figura 8;

- le figure da 10 a 13 sono diagrammi che mostrano alcune fasi di fabbricazione che riguardano ulteriori forme di realizzazione del procedimento secondo la presente invenzione.

Descrizione dettagliata

Facendo riferimento alle figure 1 e 2, il numero di riferimento 1 indica, complessivamente, un assieme sospensione a basso peso, che fa parte di un sistema di sospensione di un veicolo, mostrato parzialmente per semplicità. Nel particolare esempio che è mostrato, tale sistema di sospensione è del tipo a bracci multipli. L’assieme sospensione comprende un montante o fuso a snodo di sospensione 10, che è rappresentato in un modo semplificato e non limitativo, per chiarire il concetto su cui si basa l’invenzione. Qualsiasi forma adeguata, anche diversa dalla forma di realizzazione mostrata, potrebbe essere usata in considerazione dello specifico veicolo e/o dello specifico tipo di sistema di sospensione adottato per supportare le ruote del veicolo. In altri termini, la presente invenzione può essere applicata a diversi tipi di sospensione di veicolo (sospensione a quadrilatero, MacPherson, ecc.) e/o a diverse forme di montante/articolazione e, pertanto, non è limitata all’esempio mostrato.

Secondo un aspetto dell’invenzione, almeno parte del montante/dell’articolazione 10 è composta da una resina di plastica sintetica rinforzata con fibre. Secondo una forma di realizzazione preferita, il montante/l’articolazione 10 comprende un’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 e un corpo 13 comprendente materiale polimerico sovrastampato direttamente su una superficie laterale esterna 14 dell’interfaccia di collegamento cuscinetto 12. Nelle presenti caratteristiche e nella descrizione seguente, i termini “materiale polimerico” sono utilizzati per indicare un materiale composito, ovvero un polimero rinforzato con fibre (ad esempio rinforzato con fibre di carbonio o di vetro), o un materiale composto solamente da un polimero, o da una miscela di polimeri, senza rinforzi di fibre.

L’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 è configurata per ricevere almeno parte di un cuscinetto di rotolamento ruota 15 (parzialmente mostrato nella linea tratteggiata nella figura 3). Il cuscinetto di rotolamento 15 è una HBU (Hub Bearing Unit, unità mozzo ruota) ben nota nella tecnica e di conseguenza non mostrata e descritta nei dettagli per semplicità.

Secondo una forma di realizzazione preferita, l’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 è costituita da un elemento a manicotto 16 realizzato in metallo (ad esempio acciaio o una lega di alluminio) e avente una forma cilindrica. L’elemento a manicotto 16 ha un asse di simmetria A, che definisce un asse del montante/dell’articolazione 10 e coincide, in uso, con un asse di rotazione e di simmetria del cuscinetto ruota 15.

In questo caso, pertanto, la superficie laterale esterna 14 definisce l’elemento a manicotto 16, e il corpo 13 è sovrastampato direttamente sull’elemento a manicotto 16. A titolo di esempio, l’elemento a manicotto 16 consiste in un anello esterno di acciaio del cuscinetto di rotolamento ruota o dell’HBU 15; in questo caso, l’anello esterno o elemento a manicotto 16 deve essere inteso come schematico nei disegni, per semplicità, perciò ad esempio le piste per i corpi volventi non sono mostrate.

Secondo una variante, l’elemento a manicotto 16 riceve in maniera nota, ad esempio mediante accoppiamento ad interferenza, un anello esterno del cuscinetto ruota 15; in questo caso, l’elemento a manicotto 16 può essere realizzato con una plastica sintetica rinforzata con fibre, anziché essere realizzato in metallo.

Secondo una variante, non mostrata, l’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 comprende l’elemento a manicotto 16 e un corpo di interfaccia anulare realizzato in un materiale polimerico composito, ovvero una resina rinforzata con fibre, precedentemente stampato sulla superficie esterna dell’elemento a manicotto 16. In questo caso, preferibilmente, la superficie laterale esterna 14 dell’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 è coassiale con l’elemento a manicotto 16.

Preferibilmente, il materiale polimerico stampato del corpo 13 è scelto dal gruppo composto da BMC (Bulk Molding Compound, massa da stampaggio fusa), LFT (Long Fiber Thermoplastic, termoplastico a fibra lunga) e DLFT (Direct Long Fiber Thermoplastic, termoplastico a fibra lunga diretta). La BMC e anche LFT/DLFT sono materiali plastici sintetici in cui singole fibre di rinforzo di notevole lunghezza (solitamente mezzo pollice o 12 mm) sono disperse in modo uniforme all’interno di una matrice plastica sintetica senza un orientamento specifico (o orientate dal flusso durante lo stampaggio a compressione o a iniezione ma mai disposte in strati) mentre, ad esempio, nei materiali SMC le fibre sono disposte in strati. Nei materiali BMC la matrice plastica sintetica è generalmente formata da una resina termoindurente e tali materiali sono atti a essere formati, generalmente, mediante stampaggio a compressione; nei materiali LFT/DLFT la matrice plastica sintetica è formata da una resina termoplastica e tali materiali sono solitamente atti a essere formati mediante stampaggio a iniezione/compressione. Inoltre, sia nei materiali BMC che LFT le fibre di rinforzo sono di lunghezza sostanzialmente uniforme.

Preferibilmente, nel prodotto stampato finale le singole fibre di rinforzo formano gruppi di fibre allineate l’una rispetto all’altra, e i gruppi sono uniformemente dispersi in modo casuale nella matrice polimerica, per generare un materiale quasi isotopico.

Il corpo 13 comprende una porzione radialmente anulare interna 18 che è accoppiata meccanicamente alla superficie laterale esterna 14, preferibilmente mediante sovrastampaggio. Il montante/l’articolazione 10 comprende inoltre una porzione di fissaggio 21 e almeno una porzione di fissaggio 22. Le porzioni di fissaggio 21 e 22 sono disposte in posizioni fisse rispetto alla superficie esterna laterale 14 e comprendono un materiale polimerico stampato. Nella forma di realizzazione preferita, le porzioni di fissaggio 21 e/o 22 sono parti del corpo 13, ovvero sono formate mediante stampaggio a compressione o stampaggio a iniezione come un unico pezzo l’una rispetto all’altra e con la porzione anulare 18. Secondo varianti non mostrate, una struttura supplementare e distinta può essere prevista nel montante/nell’articolazione per collegare le porzioni di fissaggio 21 e/o 22 l’una all’altra e/o alla superficie esterna laterale 14.

Come mostrato schematicamente nelle figure 1 e 3, in combinazione con la porzione di fissaggio 21, l’assieme 1 comprende inoltre un braccio o asta di collegamento 23, che è preferibilmente realizzato in metallo (ad es. acciaio o lega di alluminio) e comprende due porzioni di estremità di collegamento opposte 24 e 25. La porzione di estremità 24 è collegata in modo girevole alla porzione di fissaggio 21, mentre la porzione di estremità 25 è atta a essere collegata (in un modo che è noto e pertanto non è descritto in dettaglio) a una barra antirollio (non mostrata) del sistema di sospensione del veicolo. Preferibilmente, la porzione di fissaggio 21 definisce una sede 26 (figura 3) impegnata in modo girevole dalla porzione di estremità 24; le forme della sede 26 e della porzione di estremità 24 sono sostanzialmente sferiche, in modo da definire un giunto sferico. In modo maggiormente preferibile, come sarà più chiaro dalla descrizione seguente, la porzione di fissaggio 21 è sovrastampata sulla porzione di estremità 24, senza la necessità di fasi di assemblaggio tra il montante/l’articolazione 10 e il braccio 23 durante il procedimento di fabbricazione dell’assieme 1.

Secondo una variante, non mostrata, la porzione di fissaggio 21 e il braccio 23 non sono previsti.

Facendo nuovamente riferimento alle figure 1 e 2, secondo un aspetto dell’invenzione, l’assieme 1 comprende inoltre uno o più bracci 27 (parzialmente mostrati) accoppiati alle porzioni di fissaggio 22 (tre nell’esempio mostrato non limitativo). A titolo di esempio, i bracci 27 possono essere definiti da bracci di supporto della sospensione del veicolo, come mostrato nei disegni, e/o da un braccio di controllo del sistema di sterzo del veicolo (non mostrato).

La seguente descrizione si riferisce a uno dei bracci 27, solamente per semplicità, in quanto le sue caratteristiche possono essere applicate a tutti gli altri bracci 27.

Preferibilmente, l’intero braccio 27 è composto da un polimero rinforzato con fibre. Il braccio 27 comprende una porzione di estremità 28, che comprende un materiale polimerico stampato ed è collegato in modo girevole alla corrispondente porzione di fissaggio 22 mediante un rispettivo elemento di giunto 31, che definisce un giunto che permette libertà di rotazione relativa tra il montante/l’articolazione 10 e il braccio 27 attorno ad almeno un asse di rotazione B.

L’elemento di giunto 31 è configurato per definire un giunto imperniato, o un giunto sferico, o un giunto elasticamente deformabile, come sarà evidente dalle forme di realizzazione descritte di seguito. Nella forma di realizzazione della figura 4, l’elemento di giunto 31 è definito da un elemento di perno 32, che è allungato lungo l’asse B, è preferibilmente realizzato in metallo (ad esempio acciaio) e comprende due porzioni di estremità assiale opposte 33, aventi rispettive superfici esterne 34, e una porzione intermedia 35 avente una superficie esterna 36, separata dalle superfici 34.

La porzione di fissaggio 22 del montante/dell’articolazione 10 è disposta, mediante sovrastampaggio, sulla superficie 36 della porzione intermedia 35 in modo da essere accoppiata in un modo non rilasciabile.

Preferibilmente, la porzione di fissaggio 22 è accoppiata alla superficie 36 in modo da scorrere in modo girevole e, in modo maggiormente preferibile, definisce una sede 37 impegnata dalla porzione intermedia 35. In particolare, le forme della sede 37 e della superficie 36 sono sostanzialmente sferiche o semisferiche, in modo da definire un giunto sferico. Per fornire lo scorrimento, la superficie metallica 36 dovrebbe avere una uniformità sufficiente da evitare qualsiasi unione del materiale polimerico durante lo stampaggio della porzione di fissaggio 22. A questo scopo, e per il miglioramento della cedevolezza e per scopi di prestazione meccanica, uno strato o rivestimento di interfaccia può essere previsto tra la superficie metallica 36 e il materiale polimerico. Tale strato di interfaccia può essere un rivestimento tribologico depositato sulla superficie 36 prima dello stampaggio, o un rivestimento in resina termoplastica o termoindurente tribologico iniettato direttamente in un eventuale spazio vuoto tra la superficie 36 e il materiale polimerico già stampato.

La porzione terminale 28 è a forma di forcella e, analogamente alla porzione di fissaggio 22, è sovrastampata sulle porzioni di estremità 33 in modo da essere accoppiata in un modo non rilasciabile. In particolare, la porzione terminale 28 è accoppiata alle superfici 34 in un modo fisso; a questo scopo, preferibilmente le superfici 34 hanno una forma non cilindrica e/o caratteristiche geometriche quali, ma senza limitazioni, scanalature, solchi, porosità di superficie, preparazione chimica, in modo da garantire la presa della porzione terminale stampata 28 sulle porzioni terminali 33.

In alternativa o in combinazione con l’accoppiamento scorrevole tra le porzioni 22 e 35, un accoppiamento scorrevole in modo girevole potrebbe essere previsto tra le porzioni 28 e 33.

Nella forma di realizzazione mostrata nella figura 5, l’elemento di giunto 31 è definito da un elemento di perno 32a comprendente un elemento di perno metallico 38 con porzioni di estremità opposte 33a (simile alle porzioni di estremità 33) aventi superfici esterne 34a. L’elemento di perno 32a comprende inoltre una boccola 40 disposta su una porzione intermedia 35a dell’elemento di perno 38 in una posizione fissa. La boccola 40 ha una superficie esterna 36a, su cui è accoppiata la porzione di fissaggio 22, mediante sovrastampaggio, in un modo non rilasciabile e fisso. La boccola 40 è composta da un polimero elasticamente deformabile, preferibilmente un elastomero (ad esempio un elastomero di poliammide termoplastica, o un elastomero di poliuretano termoplastico, o una gomma naturale, o una gomma sintetica quale gomma nitrilica). In particolare, il materiale della boccola 40 è sovrastampato sulla porzione intermedia 35a, come sarà descritto di seguito. La deformazione elastica della boccola 40 permette la rotazione relativa tra il braccio 27 e il montante/l’articolazione 10 attorno all’asse B in modo da definire un giunto elasticamente deformabile. In altri termini, l’elastomero è deformato durante l’uso e permette una certa corsa di movimento tra i componenti collegati. Al contempo, la deformazione della boccola 40 compensa possibili disallineamenti e/o smorza le vibrazioni. Preferibilmente, questa forma di realizzazione non include superfici di scorrimento o rotolamento.

Secondo una variante (non mostrata), un elemento metallico è montato in posizione fissa sulla boccola 40 e definisce la superficie esterna 36a, su cui la porzione di fissaggio 22 è sovrastampata in una posizione fissa.

Secondo ulteriori forme di realizzazione, non mostrate, la porzione di estremità 28 del braccio 27 è sovrastampata sulla superficie 36 (o 36a); e la porzione di fissaggio 22 è a forma di forcella ed è sovrastampata sulle superfici 34 (o 34a).

Secondo una variante dell’elemento di perno 32a, mostrata schematicamente nella figura 6, né la porzione di fissaggio 22 né la porzione di estremità 28 sono a forma di forcella; ed è prevista soltanto una delle due porzioni di estremità 33a.

Secondo una variante, non mostrata, l’elemento di giunto 31 è definito da una boccola, avente le stesse caratteristiche della boccola 40, senza elementi metallici: la porzione di fissaggio 22 e la porzione di estremità 28 sono fissate direttamente, grazie a tecniche di sovrastampaggio, a una superficie interna e a una superficie esterna di tale boccola.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, mostrata schematicamente nella figura 7, l’elemento di giunto 31 è definito da un elemento flessibile 32b che ha una forma allungata lungo un asse C, perpendicolare all’asse B, e comprende due porzioni di estremità opposte 33b e una porzione intermedia 35b, che è elasticamente deformabile in modo da definire una cerniera virtuale o un giunto imperniato virtuale attorno all’asse B, in modo da permettere la rotazione relativa tra le porzioni di estremità 33b. A questo scopo, almeno la porzione intermedia 35b è realizzata con un materiale elasticamente deformabile, ad esempio un elastomero termoplastico o un materiale composito flessibile. In particolare, la porzione intermedia 35b ha una forma piatta, relativamente sottile lungo una direzione ortogonale agli assi C e B, in modo da piegarsi attorno all’asse B.

Le porzioni di estremità 33b (preferibilmente senza materiale metallico) sono incorporate nella porzione di fissaggio stampata 22 e, rispettivamente, nella porzione di estremità stampata 28. In altri termini, le porzioni di estremità 33b hanno rispettive superfici 34b e 36b su cui la porzione di fissaggio 22 e la porzione di estremità 28 sono rispettivamente accoppiate, mediante sovrastampaggio, in un modo fisso e non rilasciabile.

Come detto in precedenza, il corpo 13 del montante/dell’articolazione 10 e il braccio 27 sono composti da polimeri rinforzati con fibre (ad esempio fibre di vetro/carbonio). Come mostrato schematicamente in un dettaglio ingrandito nella figura 2, il corpo 13 e il braccio 27 comprendono rispettive porzioni stampate 44a, 44b (che definiscono rispettivamente la porzione di fissaggio 22 e la porzione di estremità 28) e, preferibilmente, rispettive porzioni di rinforzo 45a, 45b che sono ottenute durante il procedimento di fabbricazione fornendo nastri o fogli 48, 48a, 48b (figura 8, 12 e 13) comprendenti fibre di rinforzo.

Per ottenere l’assieme 1, vi possono essere diverse forme di realizzazione durante il procedimento di fabbricazione.

Secondo una forma di realizzazione preferita, come mostrato schematicamente nel diagramma della figura 8, i seguenti componenti sono fabbricati, lungo linee parallele, e trasferiti in uno stampo 49:

- l’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 (preferibilmente insieme all’intero cuscinetto 15),

- l’elemento di giunto 31,

- l'eventuale asta di collegamento 23, e

- eventuali componenti elettronici/elettrici 50 (quale un sensore da integrare nell’assieme 1).

In particolare, dopo la lavorazione alla macchina/l’assemblaggio dell’interfaccia di collegamento cuscinetto 12 (blocco 100), preferibilmente la superficie laterale esterna 14 è trattata (blocco 110) in modo da produrre un'unione o una presa efficace con il materiale polimerico da stampare successivamente nello stampo 49. In particolare, la superficie laterale esterna 14 è zigrinata o scolpita o altrimenti lavorata alla macchina utilizzando procedimenti meccanici, chimici o ottici, in modo da creare su di essa mezzi meccanici di interbloccaggio, ad es. una trama superficiale e/o scanalature, nervature o perni che possono ricevere/essere incorporati nel materiale polimerico stampato della porzione anulare 18. A titolo di esempio, è fornita la testurizzazione laser (ad esempio per formare sporgenze/cavità coniche). In combinazione o in alternativa ai mezzi meccanici di interbloccaggio, è applicata un primer di unione chimica ad attivazione superficiale, e/o è previsto un pretrattamento al plasma, sulla superficie 14.

Per quanto riguarda la preparazione dell’elemento di giunto 31, nella forma di realizzazione dell’elemento di perno 32, quest’ultimo è fabbricato mediante lavorazioni alla macchina (blocco 120) e preferibilmente mediante trattamento delle superfici 34 e/o 36 (blocco 130). In particolare, le superfici 34 possono essere trattate come detto in precedenza per la superficie 14, per aumentare l'unione o la presa con il materiale stampato; la superficie 36 è preferibilmente trattata per migliorare la levigatezza, ad esempio mediante molatura, e/o mediante l'applicazione di un rivestimento o patina anti-attrito come già detto in precedenza.

Nella forma di realizzazione dell’elemento di perno 32, come mostrato schematicamente nella figura 10, l’elemento di perno 38 è lavorato alla macchina (blocco 140), ad esempio mediante lavorazione alla macchina di un acciaio XC45, e preferibilmente è trattato in corrispondenza della porzione intermedia 35a (blocco 150), come sopra descritto per la superficie 14, per aumentare l'unione e/o la presa di superficie. L’elemento di perno 38 è successivamente trasferito e collocato in uno stampo dedicato 52 (blocco 160), in cui la boccola 40 è formata mediante stampaggio a iniezione, ovvero il materiale polimerico è sovrastampato sulla porzione intermedia 35a. In particolare, il materiale della boccola 40 è prodotto in precedenza mediante estrusione, ad esempio iniziando da pellet elastomerici (blocco 170). Dopo l’estrazione dallo stampo per iniezione 52 e prima del trasferimento nello stampo 49, preferibilmente le superfici 34a e/o 36a sono trattate (blocco 180), come sopra descritto per la superficie 14, in modo da aumentare l'unione e/o la presa del materiale polimerico da formare nello stampo 49.

Facendo nuovamente riferimento alla figura 8, preferibilmente lo stampo 49 comprende un semistampo inferiore 49a e un semistampo superiore 49b, ciascuno definendo una rispettiva semi impronta dell’assieme completo 1 da produrre, esteso in un orientamento orizzontale, ovvero con i bracci 27 dispiegati/ruotati imperniati attorno agli assi B, rispetto alla normale configurazione di utilizzo dell’assieme 1. Pertanto, tutti i componenti da integrare nell’assieme 1 (ovvero l’interfaccia di collegamento cuscinetto 12, l’elemento di giunto 31, l'eventuale asta di collegamento 23, gli eventuali componenti elettronici/elettrici, eccetera) sono collocati sul semistampo inferiore 49a.

Come mostrato schematicamente nella figura 9, quando l’elemento di giunto 31 è disposto in posizione nello stampo 49, lo spazio interno dello stampo è diviso in almeno due spazi distinti isolati 53 e 54 (per formare rispettivamente le porzioni stampate 44a, 44b).

Facendo nuovamente riferimento alla figura 8, per formare le porzioni stampate 44a, 44b, è preparato almeno un materiale polimerico sfuso 55 (blocco 190), a titolo di esempio secondo tecniche di fabbricazione di materiale a fibra lunga diretta, in cui fibre continue 56 (ad esempio fibre di vetro o carbonio) sono condotte all'interno di un estrusore 57, ad esempio un estrusore a vite senza fine. Allo stesso tempo, l’estrusore 57 è riscaldato e azionato per comprimere un polimero puro 58. A titolo di esempio, pellet in poliammide sono fusi (a circa 215°C) e compressi all’interno dell’estrusore riscaldato 57. Durante la compressione, il polimero fuso 58 è mescolato con le fibre continue 56: in particolare, la miscela è composta da 10% di fibra di carbonio, 20% di fibra di vetro e 70% di poliammide. Il materiale sfuso 55, composto dalla miscela di polimero e fibre calda (quasi a 215°C) e morbida, è pertanto estruso.

Come variante, si possono utilizzare altri polimeri termoplastici (PPA, PPS, eccetera) anziché una poliammide.

Il materiale sfuso 55 è successivamente trasferito verso lo stampo 49, ad esempio su un nastro trasportatore (non mostrato) fino a un braccio robotico 59, adatto a distribuire almeno una porzione 61 del materiale sfuso 55 ricevuto sull’impronta del semistampo inferiore 49a, per ciascuna parte stampata da formare (blocco 200). I volumi delle porzioni 61 collocate nello stampo 49 sono dosati in modo da essere pressoché uguali ai volumi degli spazi 53, 54 da riempire.

Secondo una variante, diversi materiali sfusi, ad esempio trasferiti da estrusori diversi, possono essere disposti nello stampo 49, ad esempio per formare parti stampate composte da materiali polimerici diversi.

Le porzioni 61 di materiale polimerico sono successivamente stampate per stampaggio a compressione (blocco 210), ovvero chiudendo completamente lo stampo 49 spostando il semistampo superiore 49b verso il semistampo inferiore 49a. Durante questa fase, il materiale delle porzioni 61 è compresso tra il semistampo inferiore 49a e il semistampo superiore 49b e pertanto forzato a scorrere attraverso gli spazi 53 e 54 in modo da riempire tutti gli spazi vuoti e assumere la forma di tali spazi 53, 54.

Allo stesso tempo, preferibilmente, la temperatura di stampo è controllata in modo da essere inferiore alla temperatura di transizione vetrosa del materiale polimerico stampato; a titolo di esempio la temperatura di stampo è controllata in modo da essere circa 80°C.

La compressione è applicata per un tempo preimpostato (a titolo di esempio 40 secondi) richiesto per garantire il completo riempimento delle cavità nello stampo 49 e per raggiungere la corretta densità secondo la specifica del materiale. Infatti, durante questo tempo, i materiali polimerici stampati si raffreddano: pertanto, le porzioni stampate 44a e 44b sono indurite e solidificano, e sono collegate consequenzialmente l’una all’altra mediante l’elemento di giunto 31, senza alcuna ulteriore operazione.

Secondo ulteriori forme di realizzazione (non mostrate):

- il materiale polimerico è stampato a iniezione, ovvero è iniettato mediante pressione nello stampo 49 quando quest’ultimo è almeno parzialmente chiuso (anziché essere collocato e/o distribuito sul semistampo inferiore 49a aperto e successivamente stampato a compressione); a titolo di esempio, nello stampaggio a iniezione, la temperatura di stampo è controllata per essere circa 100°C, e il materiale polimerico è iniettato a una temperatura di circa 300°C; e/o

- il materiale polimerico è un polimero puro iniettato nello stampo 49, ad esempio in forma di pellet in modo da essere fuso direttamente durante questa fase di iniezione; e/o

- il materiale polimerico è un polimero rinforzato con fibre corte, anziché avere fibre continue; e/o

- il materiale polimerico del montante/dell’articolazione 10 e il materiale polimerico del braccio 27 sono stampati sull’elemento di giunto 31 non contemporaneamente (ad esempio sono stampati in due fasi di stampaggio successive nello stesso stampo 49, o in fasi di stampaggio successive in due stampi diversi con una fase di trasferimento per trasferire il prodotto intermedio tra i due stampi, in ogni caso senza fasi di assemblaggio).

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, mostrata schematicamente nella figura 11, la boccola 40 della figura 6 (o l’elemento flessibile 32b della figura 7, in un modo simile) è formata per iniezione nello stampo 49, dopo aver stampato il materiale polimerico del montante/dell’articolazione 10 e del braccio 27: l’elemento di giunto 31, che è collocato nello stampo 49 (blocco 220), comprime un inserto amovibile 62 avente la stessa posizione, dimensione e forma del materiale polimerico da formare (ovvero la stessa posizione, dimensione e forma della boccola 40, o dell’elemento flessibile 32b); almeno uno dei materiali polimerici del montante/dell’articolazione 10 e del braccio 27 è sovrastampato, mediante stampaggio a iniezione o a compressione, sull’inserto amovibile 62 (blocco 230) in modo da formare le porzioni stampate 44a e 44b; successivamente, lo stampo 49 è aperto, e l’inserto 62 è rimosso (blocco 240), in modo da liberare uno spazio 63 all’interno dello stampo 49; infine, dopo aver chiuso nuovamente lo stampo 49, un materiale polimerico, ad esempio un elastomero, è iniettato in tale spazio libero 63 (blocco 250), in modo da formare l’elemento di giunzione elasticamente deformabile, ovvero la boccola 40 (o l’elemento flessibile 32b). Pertanto, in questo caso, l’elastomero della boccola 40 (o il materiale composito elasticamente deformabile dell’elemento flessibile 32b) è sovrastampato sul braccio 27 e/o sul montante/sull’articolazione 10.

Facendo riferimento alla figura 8, dopo le fasi di stampaggio, lo stampo 49 è aperto, ovvero il semistampo superiore 49b è sollevato (blocco 260). Dopo aver aperto lo stampo 49, un prodotto stampato 64 è estratto o espulso dal semistampo inferiore 49a, come un modulo già assemblato. In altri termini, dopo le fasi di stampaggio, la porzione stampata 44b del braccio 27 risulta essere automaticamente collegata alla porzione stampata 44a del montante/dell’articolazione 10. Infatti, il materiale polimerico del montante/dell’articolazione 10 e il materiale polimerico del braccio 27 sono accoppiati direttamente sull’elemento di giunto 31, grazie alle operazioni di sovrastampaggio, in un modo non rilasciabile. Allo stesso tempo, almeno un grado di libertà è presente tra il braccio 27 e il montante/l’articolazione 10. In particolare, quando l’elemento di giunto 31 è definito dall’elemento di perno 32, quest’ultimo è fissato a uno dei due componenti ed è in grado di girare in modo imperniato o ruotare rispetto all’altro dei due componenti.

Dopo l’estrazione dallo stampo 49, quando l’elemento di giunto 31 è definito dall’elemento di perno 32, i bracci 27 sono ruotati in modo imperniato e piegati rispetto al montante/all’articolazione 10 (blocco 270), per essere portati nella posizione desiderata per essere montati sul veicolo (d’altra parte, in tutte le altre forme di realizzazione descritte per l’elemento di giunto 31, quest’ultimo è fissato a entrambi i componenti, in modo che la posizione/configurazione delle parti nello stampo 49 debba essere la stessa rispetto alla posizione/configurazione che si presenta durante l’uso).

È pertanto evidente che, grazie all’invenzione, i componenti dell’assieme 1 sono fabbricati e assemblati contemporaneamente. Non sono necessarie ulteriori fasi di assemblaggio per montare i bracci 27 sul montante/sull’articolazione 10.

Come detto in precedenza, preferibilmente sono fabbricate anche porzioni di rinforzo 45a, 45b. A questo riguardo, secondo una forma di realizzazione preferita, nastri o fogli 48 sono disposti, laddove necessario, sulla superficie esterna del prodotto stampato 64 estratto dallo stampo 49 (blocco 280). Tali nastri o fogli 48 sono definiti da tele o feltri di fibre preimpregnati con un polimero termoplastico (ad es. PA66, PPA, PPS, ecc.). A titolo di esempio, i nastri o fogli 48 sono tagliati da una fascia continua, ad esempio con una larghezza di circa 25,4 mm, avente fibre unidirezionali (ad esempio fibre di carbonio) impregnate con PA6.

Prima di essere applicati i nastri o fogli 48 sono riscaldati alla temperatura di transizione vetrosa del loro polimero, in modo che i nastri o fogli 48 possano incollarsi sulla superficie esterna delle parti stampate estratte dallo stampo 49. Dopo l’applicazione, i nastri o fogli 48 formano uno scheletro a forma di guscio o un rivestimento sulla superficie esterna del prodotto 64.

Secondo un’altra forma di realizzazione, mostrata schematicamente nella figura 12, elementi di rinforzo definiti dai nastri o fogli 48a sono collocati sull’impronta dello stampo 49, ovvero sulle superfici interne degli spazi 53, 54, in aree desiderate/richieste, in modo tale da formare lo scheletro o guscio (blocco 290). Prima di essere posizionati nello stampo 49, i nastri o fogli 48a sono riscaldati alla temperatura di transizione vetrosa del loro polimero (ad esempio 210°C): grazie a tale riscaldamento, i nastri o fogli 48a diventano adesivi e lavorabili, possono assumere la forma desiderata e possono incollarsi insieme per formare lo scheletro o guscio sopra descritto. Preferibilmente, dopo essere posizionato nello stampo 49, il materiale dei nastri o fogli 48, 48a è formato mediante pressione sulle superfici interne dello stampo 49 per imprimere la forma. Durante le successive fasi di stampaggio, i materiali polimerici del montante/dell’articolazione 10 e/o del braccio 27 sono sovrastampati e incollati al materiale dei nastri o fogli 48a pre-formati.

Secondo un’ulteriore forma di realizzazione, mostrata schematicamente nella figura 13, i nastri o fogli 48, 48a sono sostituiti da nastri o fogli essiccati 48b, ovvero elementi composti solamente da fibre, senza polimeri. I nastri o fogli 48b sono accoppiati l’uno all’altro, grazie a un legante, e sagomati in modo da formare uno scheletro 66 (blocco 300). Quest’ultimo è preferibilmente riscaldato (ad esempio a circa 150°C) per mantenere la forma data. Lo scheletro 66 è successivamente collocato in uno stampo dedicato 67, che preferibilmente è parzialmente chiuso in modo da lasciare uno spazio vuoto, ad esempio uno spazio vuoto di 2 mm, tra lo scheletro 66 e la superficie interna dello stampo 67. Un polimero, ad esempio una resina acrilica liquida, è successivamente iniettato nello stampo 67 (blocco 310). La chiusura dello stampo 67 è quindi completata (blocco 320) in modo che la resina penetri nelle fibre dello scheletro 66. Allo stesso scopo, nel frattempo, lo stampo 67 è riscaldato, ad esempio a circa 80°C per 10 minuti.

Dopo aver aperto lo stampo 67 e aver sformato lo scheletro impregnato 66a, quest’ultimo è trasferito e posizionato nello stampo 49 (blocco 330). Successivamente, il materiale polimerico del montante/dell’articolazione 10 e/o del braccio 27 è sovrastampato sullo scheletro 66a, secondo le tecniche descritte in precedenza, in modo da unirlo allo scheletro 66a. In questo caso, lo scheletro 66a può essere incorporato all’interno delle porzioni stampate 44a, 44b, anziché essere collocato sulle superfici esterne di tali porzioni stampate 44a, 44b, in forma di guscio.

Come è evidente dalle caratteristiche di cui sopra, come detto in precedenza, il montante/l’articolazione 10 e i bracci 27 sono fabbricati e assemblati contemporaneamente, grazie alle tecniche di sovrastampaggio. Pertanto, è possibile risparmiare costi e tempo evitando le fasi di assemblaggio e riducendo quanto più possibile il numero di operazioni di fabbricazione da eseguire.

Allo stesso tempo, l’uso dei materiali polimerici compositi permette una significativa riduzione del peso per i componenti della sospensione, rispetto ai componenti metallici, senza ridurre la rigidità e la resistenza. Inoltre, l’uso dei materiali polimerici compositi permette di avere una maggiore flessibilità nella progettazione delle forme dei componenti, rispetto ai componenti metallici, in modo da poter ottenere ottimizzazioni migliorate dei pesi, con possibile riduzione della massa non sospesa.

Le eventuali porzioni di rinforzo 45a, 45b permettono di migliorare la rigidità e la resistenza nei casi in cui le caratteristiche del materiale sfuso scelto per formare le porzioni stampate 44a, 44b non sono sufficienti per ottenere i requisiti.

Inoltre, il tipo di collegamenti definiti dalle varie forme di realizzazione per l’elemento di giunto 31 è relativamente semplice, ovvero non vi è necessità di ulteriori componenti per definire l’interfaccia e i collegamenti tra il montante/l’articolazione 10 e i bracci 27, in modo da risparmiare peso e tempo di fabbricazione rispetto alle soluzioni della tecnica anteriore.

Infatti, soltanto un numero limitato di componenti (ovvero l’interfaccia 12, l’elemento di giunto 31, il materiale polimerico da stampare) è richiesto per fabbricare l’assieme 1, in modo tale che la catena di fornitura possa essere più semplice rispetto alle soluzioni della tecnica anteriore.

In ogni caso, è possibile fabbricare numerosi assiemi 1 contemporaneamente, mediante una pluralità di linee o di siti di fabbricazione, paralleli tra loro, in modo da poter soddisfare la produttività richiesta.

Tutti gli scopi dell’invenzione sono pertanto realizzati.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Assieme sospensione a basso peso (1) per un veicolo, l’assieme comprendendo: - un montante o un’articolazione di sospensione (10) comprendente: a) un’interfaccia di collegamento cuscinetto (12) per ricevere almeno parte di un cuscinetto ruota (15), b) una prima porzione stampata (44a) composta da un primo materiale polimerico; - almeno un braccio (27) comprendente una seconda porzione stampata (44b) composta da un secondo materiale polimerico; - almeno un elemento di giunto (31) che accoppia detto braccio (27) a detto montante/detta articolazione di sospensione (10) in modo tale da permettere una rotazione relativa tra detto braccio (27) e detto montante/detta articolazione di sospensione (10) attorno ad almeno un asse di rotazione (B); caratterizzato dal fatto che detta prima e detta seconda porzione stampata (44a, 44b) sono disposte su una prima superficie (34; 34a; 34b) e, rispettivamente, una seconda superficie (36; 36a; 36b) di detto elemento di giunto (31), in modo tale che detta prima e detta seconda porzione stampata (44a, 44b) siano accoppiate in un modo non rilasciabile a detto elemento di giunto (31).
2. 2. Assieme secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento di giunto (31) comprende un elemento di giunto composto da materiale elasticamente deformabile (40; 32b).
3. 3. Assieme secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto elemento di giunto (31) comprende un elemento metallico (32); una tra detta prima e detta seconda porzione stampata (44a, 44b) essendo accoppiata in modo scorrevole a detto elemento metallico (32) in modo da permettere detta rotazione relativa.
4. 4. Procedimento di fabbricazione per fabbricare un assieme sospensione a basso peso secondo la rivendicazione 1, il procedimento comprendendo le fasi di: - fornire uno stampo (49); - stampare il primo materiale polimerico in modo da formare detta prima porzione stampata (44a); - stampare il secondo materiale polimerico in modo da formare detta seconda porzione stampata (44b); dette fasi di stampaggio essendo entrambe eseguite in detto stampo (49).
5. 5. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che dette fasi di stampaggio sono eseguite contemporaneamente.
6. 6. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 4 o 5, caratterizzato dal fatto che detto elemento di giunto (31) comprende un elemento metallico (32), che definisce almeno una tra detta prima e detta seconda superficie ed è collocato in detto stampo (49) prima di eseguire dette fasi di stampaggio; almeno una di dette fasi di stampaggio essendo eseguita mediante sovrastampaggio del corrispondente primo/secondo materiale polimerico su detto elemento metallico (32).
7. 7. Procedimento di fabbricazione secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 6, caratterizzato da: - eseguire dette fasi di stampaggio, mentre un inserto amovibile (62) è disposto all’interno di detto stampo (49); - rimuovere detto inserto (62) dopo aver eseguito dette fasi di stampaggio, in modo da liberare uno spazio (63) all’interno di detto stampo (49); - stampare a iniezione un materiale elasticamente deformabile in detto spazio (63) in modo da formare un elemento di giunto elasticamente deformabile (40) di detto elemento di giunto.
8. 8. Procedimento di fabbricazione secondo qualsiasi delle rivendicazioni da 4 a 7, caratterizzato dal comprendere la fase di rinforzare detto primo materiale polimerico e/o secondo materiale polimerico mediante nastri o fogli (48; 48a; 48b) comprendenti fibre di rinforzo.
9. 9. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detta fase di rinforzo è eseguita: - formando uno scheletro comprendente detti nastri o fogli (48a; 48b); e - sovrastampando detto primo materiale polimerico e/o detto secondo materiale polimerico su detto scheletro.
10. 10. Procedimento di fabbricazione secondo la rivendicazione 8, caratterizzato dal fatto che detti nastri o fogli (48) sono composti da un polimero rinforzato con fibre; detta fase di rinforzo essendo eseguita unendo detti nastri o fogli (48) su una superficie esterna della prima porzione stampata (44a) e/o su una superficie esterna della seconda porzione stampata (44b).