IT202100032192A1 - Metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo, in particolare una traversa di sospensione, con inserti riempitivi per migliorare la confortevolezza del veicolo - Google Patents
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Description
DESCRIZIONE dell?invenzione industriale dal titolo: ?Metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo, in particolare una traversa di sospensione, con inserti riempitivi per migliorare la confortevolezza del veicolo?
DESCRIZIONE
Settore tecnico
La presente invenzione si colloca, in generale, nel settore automobilistico; in particolare, l?invenzione si riferisce a un metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo, in particolare una traversa di sospensione, con inserti riempitivi per migliorare la confortevolezza del veicolo.
Tecnica nota
La traversa anteriore ? un elemento fondamentale della sospensione di un autoveicolo, in quanto consente il collegamento meccanico (e, di conseguenza, la trasmissione dei carichi) delle aste, della bielletta di supporto motore, della scatola guida, della barra antirollio (e, in alcuni casi, delle longherine della terza linea di carico), con la scocca del veicolo.
Le traverse anteriori possono assumere differenti architetture. In generale, per vetture a trazione posteriore con motore longitudinale, tali traverse prendono il nome di ?telaio?. Per quanto riguarda le auto a trazione anteriore, a seconda della forma assunta, le soluzioni tecniche progettative disponibili sono pi? comunemente realizzate in lamiera o in alluminio, con possibile fissaggio alla terza linea di carico.
Lo stato della tecnica si rif? principalmente ai processi tecnologici classicamente noti di stampaggio per lamiere d?acciaio o alluminio e successive operazioni di saldatura e lastratura, necessarie ad assemblare il componente finale. Esistono soluzioni tecnologiche di realizzazione per traverse o telai di sospensione con i processi di fusione d?alluminio tendenzialmente per segmenti vettura pi? elevati. Ultimi, in ordine temporale, sono telai e traverse sviluppati con processi tecnologici legati all?utilizzo di materiali compositi.
Componenti lastrati, quindi ottenuti mediante assemblaggio di sub-componenti tipicamente stampati in lamiera d?acciaio o alluminio, presentano sezioni caratteristiche scatolate vuote, per garantire i target di prestazione del componente, oltre a soddisfare i requisiti di peso fondamentali nell?impostazione della cinematica vettura.
Uno degli obiettivi fondamentali che deve assolvere la traversa di sospensione, all?interno del sistema sospensivo, ? quello di massimizzare il "comfort di guida", definizione in cui rientrano in generale tutti i fenomeni oscillatori che agiscono sugli occupanti di un veicolo. L?acronimo ?NHV? (che sta per ?Noise Vibration Harshness?), in uso nel settore automobilistico per esprimere una misura del comfort di guida, include i tre aspetti tipicamente percepiti dal guidatore come maggiormente influenzanti tale confortevolezza, ovvero la rumorosit? udibile dalla cabina, le vibrazioni percepite e l?asprezza con cui varia l'andamento del veicolo su strada (in risposta, ad esempio, a un manto stradale difettoso).
La pratica di progettazione prevede il dimensionamento del telaio affinch? questo presenti delle frequenze proprie il pi? alte possibile, con particolare riferimento ai primi modi di vibrare. Questo obiettivo pu? essere perseguito agendo sulla rigidezza del componente e quindi sulla sua geometria e/o sul suo peso.
L?avvento delle vetture elettriche, ed il conseguente utilizzo di motori elettrici, hanno imposto nuovi criteri e target di progettazione anche nell?ambito delle sospensioni, dove appunto l?NVH riveste un?importanza possibilmente maggiore rispetto al passato, per via degli intervalli di frequenza dei motori elettrici e dell?assenza di rumori prodotti dai motori a combustione, con conseguente percezione amplificata dei parametri influenzanti il comfort di guida.
In particolare, alla luce di questi nuovi sviluppi nel settore automotive, la determinazione del comportamento NVH del telaio/traversa di sospensione ha assunto ulteriore rilevanza, e nuovi requisiti sono stati definiti in termini ad esempio di rigidezze dinamiche e funzioni di trasferimento strettamente connesse alla rumorosit? finale percepita sul veicolo durante il moto su strada.
Per ottimizzare la confortevolezza di guida, in tecnica nota ? stata contemplata la soluzione di insufflare delle schiume termoespandenti all?interno delle sezioni cave dei componenti strutturali gi? assemblati (tipicamente, attraverso appositi fori nella lamiera del componente strutturale). Il riempitivo, una volta occupato il volume della relativa sezione cava, funge da massa smorzante, e incrementa il comfort di guida.
Soluzioni del tipo suddetto sono note ad esempio dai documenti KR10-2006-0118121 A ed EP 1577195 B1.
Tuttavia, tali soluzioni richiedono, perch? la schiuma si attivi e riempia la cavit? del componente strutturale, che il componente venga riscaldato a valle dell?insufflaggio della schiuma nella cavit?, perch? il calore inneschi l?espansione della schiuma.
Ci? comporta un significativo aggravio dei costi e tempi di produzione.
Infatti, nel caso di utilizzo di schiume a titolo vario a carattere termo-espandente, per realizzare l?effetto riempitivo si rende necessario un passaggio in forno dispendioso sia dal punto di vista economico (perch? comporta una fase addizionale nel processo produttivo), sia produttivo (per via di un maggior tempo ciclo), nonch? in termini di impatto ambientale (aumento delle emissioni connesso allo step ulteriore di permanenza in temperatura del componente).
Sintesi dell?invenzione
Uno scopo della presente invenzione ? quello di fornire un componente strutturale del telaio di un veicolo (in particolare, una traversa o telaio di sospensione o altro componente di sospensione lastrato) con migliorate caratteristiche NVH e affinata percezione del comfort di guida.
Per ottenere tale risultato, un componente strutturale di un veicolo, ad esempio una traversa realizzata in lamiera stampata di acciaio o alluminio, successivamente lastrata ovvero assemblata nella forma finale, viene realizzata in maniera tale da presentare localmente delle sezioni riempite con inserti smorzanti pre-sagomati in polimero termoplastico (preferibilmente, polipropilene espanso a bassa densit?). Preferibilmente, il posizionamento dell?inserto smorzante preformato, configurato convenientemente in modo tale da ricalcare la geometria dei gusci di metallo formanti il componente strutturale (con l?obiettivo di modificarne le frequenze proprie ed i relativi modi di vibrare), viene effettuato durante la fase di assemblaggio o lastratura del componente strutturale.
L?utilizzo di un inserto preformato in materiale polimerico termoplastico (come il polipropilene) consente di riempire localmente le sezioni cave presenti sulla traversa, ricalcandone la superfice dei gusci superiori ed inferiori e di fatto interponendo ai gusci metallici un materiale a basso costo, di densit? ridotta e smorzante. Questa soluzione ? in grado di modificare le frequenze proprie naturali della struttura senza la necessit? di modificare (tipicamente aumentare) gli spessori delle lamiere che costituiscono i gusci stampati e saldati insieme ad ottenere la struttura.
L?inserto smorzante, che funge allo stesso tempo da rinforzo e smorzamento, pu? essere realizzato mediante stampo dedicato e relativo processo di compattazione, e opportunamente posizionato durante la fase di assemblaggio o lastratura del componente strutturale sulle controparti di riferimento, eventualmente con un valore predefinito di interferenza, cos? da poter essere inglobato nella struttura finale (e tenuto autonomamente in posizione) senza interporre alcun mezzo all?interfaccia lastra metallica-inserto polimerico, oppure con interposto un sacco di rivestimento del tipo resistente ad alte temperature (Nylon100% o similari) se previsto ad esempio il successivo passaggio in verniciatura per cataforesi (soluzione tipicamente adottate per lamiera d?acciaio).
Grazie ad una tale configurazione, il componente strutturale pu? essere opportunamente progettato per migliorare il comfort di guida e le prestazioni NVH, con particolare riferimento ai veicoli elettrici ma non limitatamente ad essi, con l?apporto di una quantit? minima di massa (nell?ordine di due ordini di grandezza inferiore rispetto al peso del componente strutturale stesso), senza la necessit? di aumentare gli spessori delle lamiere o passare a gradazioni di materiali pi? performanti che possono costituire un vincolo tecnologico o economico rilevante.
Il polipropilene espanso ha poi una densit? nell?ordine di grandezza dei 20-200g/l, e rappresenta quindi un materiale ultraleggero. La sua intrinseca leggerezza, quindi la densit? in media pi? bassa rispetto alle schiume, consente di riempire le sezioni cave (opportunamente individuabili con analisi dei modi propri di vibrare), e quindi di alterare (in particolare di innalzare) le frequenze dei primi modi propri non rigidi della struttura di un valore minimo quantificabile ad esempio nel 10%, con un sostanziale aumento della resistenza e dell?efficienza.
La presente invenzione, oltre ad agire direttamente sulle frequenze proprie, incrementa fortemente lo smorzamento della struttura alle sollecitazioni esterne per via dell?elevato potere smorzante ad esempio del polipropilene espanso, e consente l?incremento delle rigidezze dinamiche e la riduzione delle funzioni di trasferimento rispetto al componente di normale produzione.
Il polipropilene espanso (EPP) ? composto principalmente di aria. Per la produzione di EPP, le perle di partenza vengono fatte rigonfiare mediamente sino a 50 volte il loro volume iniziale, mettendole semplicemente in contatto con vapore d?acqua.
A differenza dei processi menzionati nelle anteriorit? che fanno riferimento a schiume varie a carattere espandente, tipicamente per effetto indotto dalla temperatura, non vi ? nel caso della presente invenzione la necessit? di un passaggio in forno, o comunque il bisogno di assoggettare il componente ad un effetto termico, per via del fatto che il riempitivo si trova gi? nella sua forma finale. Questo rappresenta, ad esempio nel caso di un componente di alluminio, una forte discriminante in quanto la soluzione con polipropilene espanso, integrato in sede di assemblaggio/lastratura, realizzerebbe il prodotto finale.
Inoltre, l?applicazione di un inserto solido preformato secondo l?invenzione consente di modulare (agendo opportunamente sulla densit? e sulle dimensioni del riempitivo) il livello di interferenza con le superfici di appoggio che varia ed ? funzionale allo spessore delle stesse, per garantire il risultato finale.
Infine, ulteriore tratto distintivo della presente invenzione rispetto alla tecnica nota ? relativo al fatto che tipicamente, dal punto di vista della rumorosit?, le zone pi? rilevanti sono quelle in prossimit? dei punti cinematici di attacco braccio sospensione e bielletta motopropulsore. Si tratta dunque di zone soggette a tolleranze dimensionali che devono garantire l?interfaccia con gli altri elementi del sistema sospensivo e non solo. Di fatto, l?invenzione consente l?integrazione del riempitivo nel pieno rispetto delle tolleranze dei singoli componenti perch? appunto realizzato come singolo componente successivamente integrato; al contrario, il posizionamento di una schiuma espandente verosimilmente non consentirebbe di gestire il flusso espansivo all?interno della cavit? individuata, nel pieno rispetto delle tolleranze di montaggio.
I suddetti ed altri scopi e vantaggi sono raggiunti, secondo un aspetto dell?invenzione, da un metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo avente le caratteristiche definite nella rivendicazione 1. Forme di attuazione preferenziali dell?invenzione sono definite nelle rivendicazioni dipendenti.
Breve descrizione dei disegni
Verranno ora descritte le caratteristiche funzionali e strutturali di alcune forme di attuazione preferite di un metodo secondo l?invenzione. Si fa riferimento ai disegni allegati, in cui:
- la figura 1 ? una vista schematica in esploso di un componente strutturale parzialmente cavo, nella forma di una traversa di sospensione automobilistica, e dei componenti di sospensione ad essa associati, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
- la figura 2 ? una vista schematica di una sezione cava di un componente strutturale, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione;
- le figure 3A e 3B sono rispettivamente una vista prospettica schematica di un inserto smorzante e una vista prospettica schematica dello stesso inserto in una prima fase del montaggio all?interno di un componete strutturale, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione; e
- le figure 4A e 4B sono due viste schematiche di un dettaglio di un componente strutturale che incorpora un inserto smorzante, secondo una forma di realizzazione della presente invenzione.
Descrizione dettagliata
Prima di spiegare nel dettaglio una pluralit? di forme di realizzazione dell?invenzione, va chiarito che l?invenzione non ? limitata nella sua applicazione ai dettagli costruttivi e alla configurazione dei componenti presentati nella seguente descrizione o illustrati nei disegni. L?invenzione ? in grado di assumere altre forme di realizzazione e di essere attuata o realizzata praticamente in diversi modi. Si deve anche intendere che la fraseologia e la terminologia hanno scopo descrittivo e non vanno intese come limitative.
Facendo esemplificativamente riferimento alle figure, un metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo, comprende le fasi di predisporre un componente strutturale 10 del telaio di un autoveicolo, avente in una condizione assemblata almeno una sezione cava 12, di preformare un inserto smorzante 14 solido in polimero elastomerico e/o termoplastico, configurato per riempire almeno parzialmente la sezione cava 12, e di incorporare successivamente l?inserto smorzante 14 nella sezione cava 12 del componente strutturale 10.
L?inserto smorzante 14 ? convenientemente formato mediante stampaggio e compattazione del polimero, in modo tale da presentare una forma preferibilmente congruente o complementare alla forma interna di almeno parte della sezione cava 12.
L?inserto smorzante 14 viene quindi preformato a monte dell?incorporazione nel componente strutturale 10. Preferibilmente, l?inserto smorzante 14, una volta formato, assume una consistenza solida (ancorch? preferibilmente elastica), in grado cio? di mantenere la propria forma almeno fino all?incorporazione nel componente strutturale 10. Per consistenza solida si intende in particolare una consistenza tale da consentire all?inserto smorzante 14 di mantenere autonomamente una forma predeterminata.
Secondo una forma preferita di attuazione, il polimero termoplastico, di cui ? formato l?inserto smorzante 14, ? polipropilene espanso.
Convenientemente, il materiale di cui ? formato l?inserto smorzante 14 potr? presentare una densit? inferiore (e, convenientemente, un coefficiente di smorzamento superiore) rispetto alla densit? (e al coefficiente di smorzamento) del materiale di cui ? prevalentemente formato il componente strutturale 10. Preferibilmente, il materiale di cui ? formato l?inserto smorzante 14 ha una densit? compresa tra 0.02 g/cm^3 e 1.6 g/cm^3.
Preferibilmente, il componente strutturale 10 ? inizialmente predisposto in una configurazione almeno parzialmente smontata (ad esempio, come mostrato in figura 3B), e l?incorporazione dell?inserto smorzante 14 nel componente strutturale 10 ? eseguita assemblando detto componente strutturale 10 attorno all?inserto smorzante 14, in modo tale da incorporare detto inserto smorzante 14 nella sezione cava 12. Preferibilmente, il componente strutturale 10 ? inizialmente predisposto in una configurazione almeno parzialmente smontata, in modo tale che la sezione cava 12 sia almeno parzialmente aperta (ovvero, non ancora definita da un profilo chiuso), in modo tale che l?inserto smorzante 14 possa essere posto su una porzione del componente strutturale 10, definente almeno parte della sezione cava 12, e quindi incorporato in tale componente strutturale 10 mediante assemblaggio delle porzioni di quest?ultimo, fino a formare la sezione cava 12 che circondi almeno in parte l?inserto smorzante 14. In alternativa, il componente strutturale 10 pu? essere inizialmente predisposto in modo tale che la sezione cava 12 sia aperta verso l?esterno (eventualmente, anche in una configurazione assemblata del componente strutturale 10), in modo tale che l?inserto smorzante 14 possa esservi inserito dall?esterno.
Secondo una forma di attuazione, il componente strutturale 10 ? realizzato mediante una pluralit? di lamiere metalliche assemblate mediante saldatura e/o lastratura.
Il componente strutturale 10 pu? essere un componente del telaio di un autoveicolo realizzato in lamiera stampata ed assemblato con locali sezioni scatolate aperte. La figura 3 riporta, in maniera esemplificativa, una vista dall'alto di una sezione quadra realizzata con setti saldati, atta ad accogliere un inserto smorzante 14, secondo una forma di attuazione dell?invenzione.
Preferibilmente, il componente strutturale 10 ? una traversa di sospensione. La figura 1 mostra esemplificativamente una generica traversa di sospensione, insieme ad alcune altre componenti della sospensione (secondo una configurazione nota al tecnico del ramo), in particolare una piattabanda 1, un candeliere 2, uno scatolotto 3, una staffa di attacco della terza linea di carico 4, e una pluralit? di distanziali 5.
Secondo una forma di attuazione preferita, l?inserto smorzante 14 presenta, prima di essere incorporato nella sezione cava 12 del componente strutturale 10, almeno una sezione simile ad almeno un profilo interno di detta sezione cava 12.
Convenientemente, l?area di detta sezione dell?inserto smorzante 14 simile ad almeno un profilo interno di detta sezione cava 12 pu? essere maggiore rispetto all?area di detto profilo interno della sezione cava 12 (preferibilmente, di una percentuale compresa tra lo 0,5% e il 20%). In questo modo, tra l?inserto smorzante 14 e le pareti della sezione cava 12 si genera un?interferenza, suscettibile di mantenere stabilmente in posizione l?inserto 14 nella cavit? 12.
Secondo una forma di attuazione preferita, l?inserto smorzante 14 presenta, prima di essere incorporato nella sezione cava 12 del componente strutturale 10, un volume maggiore del volume di detta sezione cava 12. In questo modo, tra l?inserto smorzante 14 e le pareti della sezione cava 12 si genera un?interferenza, suscettibile di mantenere stabilmente in posizione l?inserto 14 nella cavit? 12.
Convenientemente, il volume dell?inserto smorzante 14, prima di essere incorporato nella sezione cava 12 del componente strutturale 10, ? maggiore di una percentuale compresa tra lo 0,5% e il 20% rispetto al volume di detta sezione cava 12 nella direzione tale da garantire la realizzazione di una condizione di interferenza geometrica.
Secondo una forma di attuazione (non illustrata), la fase di preformare l?inserto smorzante 14 ? eseguita rivestendo l?inserto smorzante 14 con una pellicola poliammidica (ad esempio, una pellicola in Nylon). Tale pellicola pu? essere configurata per contenere e/o modellare l?inserto smorzante 14 (ad esempio, quando tale inserto abbia anche temporaneamente una consistenza semi-solida), e/o per proteggere l?inserto dalle temperature cui il componente strutturale 10 pu? essere sottoposto nelle successive fasi della fabbricazione (ad esempio, durante un passaggio in verniciatura per cataforesi).
Sono stati descritti diversi aspetti e forme di realizzazione di un metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo, in particolare una traversa di sospensione, con inserti riempitivi per migliorare la confortevolezza del veicolo secondo l?invenzione. Si intende che ciascuna forma di realizzazione pu? essere combinata con qualsiasi altra forma di realizzazione. L?invenzione, inoltre, non ? limitata alle forme di realizzazione descritte, ma potr? essere variata entro l?ambito definito dalle rivendicazioni annesse.
Claims (12)
1. Metodo di fabbricazione di un componente strutturale del telaio di un autoveicolo, comprendente le fasi di:
a) predisporre un componente strutturale (10) del telaio di un autoveicolo, avente in una condizione assemblata almeno una sezione cava (12);
b) pre-modellare un inserto smorzante (14) solido in polimero elastomerico e/o termoplastico, configurato per riempire almeno parzialmente la sezione cava (12); e
c) incorporare l?inserto smorzante (14) nella sezione cava (12) del componente strutturale (10).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui il polimero termoplastico ? polipropilene espanso.
3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui l?inserto smorzante (14) ? formato mediante stampaggio e compattazione del polimero elastomerico e/o termoplastico, in modo tale da presentare e mantenere autonomamente, almeno fino all?incorporazione nel componente strutturale (10), una forma congruente o complementare alla forma interna di almeno parte della sezione cava (12).
4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il materiale di cui ? formato l?inserto smorzante (14) ha una densit? compresa tra 0.02 g/cm^3 e 1.6 g/cm^3.
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il componente strutturale (10), nella fase a), ? predisposto in una configurazione almeno parzialmente smontata, e in cui la fase c) ? eseguita assemblando detto componente strutturale (10) attorno all?inserto smorzante (14), in modo tale da incorporare detto inserto smorzante (14) nella sezione cava (12).
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il componente strutturale (10) ? realizzato mediante una pluralit? di lamiere metalliche assemblate mediante saldatura e/o lastratura.
7. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui il componente strutturale (10) ? una traversa di sospensione.
8. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?inserto smorzante (14) presenta, prima di essere incorporato nella sezione cava (12) del componente strutturale (10), almeno una sezione simile ad almeno un profilo interno di detta sezione cava (12).
9. Metodo secondo la rivendicazione 8, in cui l?area di detta sezione dell?inserto smorzante (14) simile ad almeno un profilo interno di detta sezione cava (12) ? maggiore dell?area di detto profilo interno della sezione cava (12).
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui l?inserto smorzante (14) presenta, prima di essere incorporato nella sezione cava (12) del componente strutturale (10), un volume maggiore del volume di detta sezione cava (12).
11. Metodo secondo la rivendicazione 10, in cui il volume dell?inserto smorzante (14), prima di essere incorporato nella sezione cava (12) del componente strutturale (10), ? maggiore di una percentuale compresa tra lo 0,5% e il 20% rispetto al volume di detta sezione cava (12), in una direzione tale garantire la realizzazione di una condizione di interferenza geometrica.
12. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui la fase b) ? eseguita rivestendo l?inserto smorzante (14) con una pellicola poliammidica.
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- 2022-12-20 WO PCT/IB2022/062529 patent/WO2023119147A1/en unknown
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