PIEZA DE CONSTRUCCIÓN COMPUESTA CON BAJA TENSIÓN
INHERENTE. Campo de la invención. La invención se refiere a una pieza de construcción compuesta, de baja tensión inherente, que está constituida al menos por un cuerpo de base constituido por un material altamente resistente y por una pieza de material sintético, moldeada sobre el cuerpo de base, constituida por material sintético termoplástico, estando unido el cuerpo de base con la pieza de material sintético en puntos discretos de unión. Se impiden tensiones debidas, por ejemplo, a diferentes dilataciones térmicas de los materiales del cuerpo de base y de la pieza de material sintético con una configuración especial. La pieza compuesta está constituida por componentes de materiales diversos con empleo de elementos de unión con unión geométrica, permitiendo la unión geométrica un movimiento relativo de los diferentes componentes con al menos un grado de libertad. La invención se refiere especialmente a piezas de construcción híbridas de material sintético-metal con elementos de unión con unión geométrica, que impiden la generación de tensiones inherentes en la pieza de construcción, resultantes como consecuencia de dilataciones diferentes al calor de los diferentes materiales. La pieza de construcción compuesta está constituida por piezas de construcción híbridas que están compuestas por varios componentes de materiales diversos tales como, por ejemplo, material sintético y metal. La unión de los diferentes componentes se lleva a cabo con ayuda de determinados elementos, que se han realizado como unión geométrica con relación, como máximo, a dos direcciones en el espacio.
REF : 135014 Descripción de la técnica anterior. En la práctica se encuentran piezas de construcción compuestas de material sintético/metal en las cuales chapas metálicas están soportadas por medio de estructuras nervadas de termoplastos, por ejemplo poliamida (véanse por ejemplo las EP 370 342 A2, EP 995 068 A2). La estructura nervada está unida rígidamente con la chapa metálica, con unión geométrica, en las tres direcciones del espacio. Estas piezas de construcción compuestas, usuales en la práctica, tiene el inconveniente de que presentan un elevado estado de tensión inherente debido a su fabricación mediante colada por inyección. El componente termopiástico se inyecta en este caso superficialmente, en forma de fusión, sobre la chapa metálica, a modo de cuerpo de base y a continuación se refrigera. Debido a la fuerte contracción del termoplasto durante el proceso de refrigeración se inducen tensiones en la pieza de construcción, que se eliminan solo parcialmente mediante procesos de relajación en el componente termopiástico. Las dilataciones térmicas diferentes de los diferentes componentes de la pieza de construcción pueden reforzar todavía más estas tensiones durante el uso. Por este motivo se emplean únicamente termoplastos parcialmente cristalinos para este tipo de piezas de construcción compuesta. Hasta el presente se conocen incluso únicamente aplicaciones con poliamida. Una absorción de la humedad, natural, relativamente pronunciada, que va acompañada de una expansión de material, provoca en este termoplasto una eliminación de la tensión Por el contrario los termoplastos amorfos no son adecuados para tales construcciones compuestas puesto que fracasan debido a la corrosión bajo tensión. Descripción detallada de la invención. Así pues la invención tiene como cometido conseguir piezas de construcción compuestas del tipo citado al principio, que impidan la generación de tensiones inherentes mediante movimientos relativos entre los componentes constituidos por el cuerpo de base y por la pieza de material sintético. Esta tarea se resuelve según la invención porque se consigue una pieza de construcción con elementos de unión con unión geométrica, en los cuales se ha eliminado al menos en una dirección la unión geométrica y se ha reemplazado por una unión cinemática El objeto de la invención es una pieza de construcción compuesta constituida al menos por un cuerpo de base constituido por un material altamente resistente, especialmente de metal o de termoplastos reforzados con fibras o por un durómero, de forma especialmente preferente por metal, y por una pieza de material sintético, moldeada sobre el cuerpo de base, constituida por material sintético termoplástico, estando unido el cuerpo de base, en puntos de unión discretos, especialmente en forma de orificios pasantes, escotaduras, depresiones o botones, con la pieza de material sintético, caracterizada porque, en orificios pasantes seleccionados, la pieza de material sintético pasa a través de los orificios pasantes, porque la pieza de material sintético forma en la zona de los Orificios pasantes, una unión geométrica con el cuerpo de base perpendicularmente al plano del cuerpo de base, y porque la pieza de material sintético presenta al menos en una dirección x o y, en el plano del cuerpo de base una unión con unión cinemática con el cuerpo de base, que permite un movimiento relativo entre el cuerpo de base y la pieza de material sintético a lo largo de las direcciones x y/o y. Preferentemente los orificios pasantes están configurados como agujeros longitudinales con una extensión principal del eje longitudinal del agujero longitudinal. En una forma de realización especialmente preferente los orificios pasantes presentan en el plano del cuerpo de base un diámetro mayor en ambas direcciones x e y que la correspondiente espiga de material sintético de la pieza de material sintético, que pasa a través de un orificio pasante. La pieza de material sintético constituye, en una variante preferente, una estructura nervada, estando dispuestos los puntos de unión de la pieza de material sintético preponderantemente sobre los puntos de cruce de las nervaduras Otro objeto de la invención es el empleo de la pieza de construcción compuesta según la invención como elemento de construcción para máquinas y vehículos, especialmente vehículos automóviles, para artículos electrónicos, para artículos domésticos o de primera necesidad. Los materiales altamente resistentes para el cuerpo de base pueden ser acero, aluminio, magnesio, cerámica, durómero o composites. El componente termoplasto puede estar constituido por un material sintético no reforzado o reforzado o cargado, elegido de la serie formada por: poliamida, poliéster, poliolefina, copolímero de estireno, policarbonato, óxido de polifenileno, sulfuro de polifenileno, poliimida, cloruro de polivinilo, poliuretano, PSO o PEEK o mezclas posibles de los polímeros. El cuerpo de base y el material sintético pueden presentarse en forma de chapas, de paneles, de placas, de perfiles (perfiles abiertos y cerrados) de cámaras huecas. El tipo de material, el número y la forma de los componentes pueden variar En una configuración preferente se prevén piezas o bien componentes planos tales como, por ejemplo chapas metálicas con una estructura nervada o con una capa de cobertura de material sintético. En este caso se moldean cabezas de remache sobre el componente termoplasto, que posibilitan una unión geométrica y, paralelamente a la o a las direcciones principales de dilatación, una unión cinemática con respecto al componente altamente resistente perpendicular a la o a las direcciones principales de dilatación del componente de material sintético ( en el caso de piezas de construcción planas las direcciones de dilatación en el plano de la superficie). En este caso es decisivo que se trate de piezas de construcción en forma de barra o planas. Las piezas de construcción en forma de barra se dilatan preponderantemente sólo en la dirección longitudinal, mientras que, en el caso de las piezas de construcción plana, deben tenerse en consideración en las esquinas dos direcciones de dilatación. De este modo pueden unirse directamente entre sí incluso varios cuerpos de base. En este caso la función del material sintético con respecto a la sujeción del cuerpo de base puede limitarse en forma de cabezas de remache. Los cuerpos de base pueden estar unidos de manera geométrica en este caso también en la o en las direcciones principales de dilatación de los componentes de material sintético termoplásticos. Mediante la unión geométrica pueden transmitirse directamente fuerzas desde un cuerpo de base u otro. Los roblones de material sintético únicamente mantienen unidos a los cuerpos de base y aseguran la unión del material. Estos se han. realizado con unión cinemática en las direcciones principales de dilatación y con unión geométrica perpendicularmente a la o a las direcciones principales de dilatación. Además existe la posibilidad de conseguir una pieza de construcción que esté constituida por varios componentes altamente resistentes, unidos directamente entre sí, que estén asegurados igualmente por medio de roblones de material sintético, realizando sin embargo también otras tareas los componentes de material sintético, por ejemplo en forma de una placa moldeada. La fabricación de la pieza de construcción compuesta puede llevarse a cabo de diversas maneras. En este caso el procedimiento, con el cual se consigue la unión de los componentes de termoplasto y altamente resistentes se distinguen de manera decisiva: 1. Unión mediante colada por inyección. El procedimiento de fabricación se dota al cuerpo de base con orificios pasantes (por ejemplo chapa metálica con escotaduras), a través de los cuales se realiza una unión geométrica con la pieza de material sintético perpendicularmente a las direcciones principales de dilatación. En el caso de la unión mediante colada por inyección se dispone en primer lugar por ejemplo una chapa metálica en una herramienta para la colada por inyección. A continuación se cierra la herramienta para la colada por inyección y se inyecta el material sintético. Puesto que el material sintético se rellena en forma líquida en la herramienta de colada por inyección, puede fluir a través de los orificios pasantes en la chapa metálica y formar una cabeza de remache sobre el lado posterior Para impedir que se forme la unión geométrica también en la o en Jas direcciones principales de dilatación del componente de material sintético, se dota con núcleos al útil para la colada de inyección. Estos núcleos se disponen de tal manera que se consigan escotaduras dentro de los vanos de la chapa entre la chapa y el remache, que permitan en la o en las direcciones principales de dilatación un movimiento relativo entre la pieza de material sintético y la chapa Como ejemplo se citará aquí un elemento de unión que permita un movimiento relativo en una dirección. En ese caso es necesario en primer lugar que la chapa esté dotada con un agujero alargado. En el proceso de colada por inyección se rellenan con núcleos los recintos en el lado izquierdo y derecho del agujero alargado de manera que pueda formarse únicamente en el centro del agujero alargado una espiga como componente del remache de material sintético. Esta espiga puede desplazarse a continuación, en el caso de movimientos relativos entre el componente de chapa y el componente de material sintético, hasta el borde izquierdo o derecho del agujero alargado. Mediante colada por inyección pueden unirse también diversas piezas de metal o de composite en una etapa del procedimiento directa o indirectamente a través de zonas de termoplastos. Además, mediante el proceso de colada por inyección puede formarse un componente termoplasto de la pieza de construcción híbrida, a ser fabricada, en forma de, por ejemplo, una placa y también puede conseguirse la unión con la chapa metálica 2. Unión mediante remache de material sintético. De manera similar puede conseguirse también, cuando se emplea el remache de material sintético, una unión del componente termoplasto sobre el componente altamente resistente. En este . caso se inyecta en primer lugar el componente termoplasto, separadamente sin chapa metálica, pero con espigas de unión conformadas. A continuación se aplican la o las chapas metálicas sobre la pieza de material sintético, pasando las espigas de unión a través de los~ orificios pasantes de la o de las chapas metálicas. Los orificios pasantes se configuran de tal manera que las espigas de los remaches tengan espacio para movimientos en las direcciones necesarias. A continuación se moldean las espigas de unión, con ayuda de un proceso de remodelado (por ejemplo soldadura por ultrasonidos) en forma de una cabeza de remache Además la unión por soldadura puede conseguirse con empleo de elementos adicionales separados (por ejemplo soldadura de espigas) mediante soldadura por rozamiento o igualmente mediante ultrasonidos o mediante la unión de dos componentes termoplásticos (placas, perfiles, etc.) con elementos de unión sobre moldeados. 3. - Unión geométrica de los componentes termoplastos con componentes altamente resistentes mediante insertado, cierre a presión o atornillado. Este procedimiento sé fabrica en primer lugar una pieza de material sintético, que está equipada con los elementos necesarios para el insertado, para el cierre a presión o para el atornillado. En este caso pueden emplearse, por ejemplo, una pieza de material sintético colada por inyección con espigas sobre moldeadas o con domos para tornillos, que se insertan en orificios pasantes que se han mantenido libres (orificio alargado o escotaduras cuadradas) de los componentes altamente resistentes. A continuación se efectúa la unión a presión o el atornillado de la contrapieza correspondiente y se establece la unión. 4. Combinaciones de diferentes procedimientos para la unión de piezas externas. Otras posibilidades para la unión de los componentes consisten en el empleo de combinaciones diferentes de procedimientos. Así pues existe también la posibilidad de realizar uniones geométricas entre los componentes altamente resistentes (por ejemplo chapas), aplicándose en ambas piezas acanaladuras coincidentes. Se insertan, a través de orificios pasantes, que se han dejado libres, coincidentes, adicionales, uniones por remache entre los componentes de material sintético y las chapas metálicas De este modo se obtiene una unión geométrica en las direcciones principales de dilatación de las chapas así como una unión cinemática entre las chapas y los componentes de material sintético En todos los procedimientos de unión pueden unirse entre sí también varios componentes altamente resistentes (por ejemplo chapas). Las ventajas, alcanzables con la invención, pueden resumirse de la manera siguiente: • Piezas de construcción compuestas constituidas por material con comportamientos diferentes del material, especialmente con diferentes dilataciones térmicas, en estado exento de tensión inherente. • Posibilidad del empleo de material sintéticos amorfos, sensibles al desgarre bajo tensión para piezas de construcción compuestas de gran superficie de material sintético/metal. • Costes y configuración óptima en cuanto al peso de las piezas de construcción compuestas mediante el empleo de materiales sintéticos económicos con menores espesores. • Libre elección del procedimiento de acoplamiento para la unión con otras piezas de construcción. • Posibilidad de fabricar un material compuesto plano a partir de materiales diferentes en una etapa de procedimiento. La invención se explica a continuación con mayor detalle por medio de las figuras sin que quede limitada la invención en particular por las mismas. Muestran La figura 1 una pieza de construcción compuesta según la invención en vista desde arriba. La figura 2 una sección transversal a través de la parte de la figura 1 según la línea A-A La figura 3 la sección transversal a través de la placa de la figura 1 según la línea B-B. La figura 4 una pieza de construcción compuesta con espigas de remache en vista en planta desde arriba. La figura 5 la placa según la figura 4 en sección transversal La figura 6 la placa según la figura 1 vista por abajo. La figura 7 una pieza de construcción según la invención con estructura nervada en la pieza de material sintético. La figura 8 la vista en planta desde arriba de la pieza de construcción de la figura 7. ( La figura 9 una pared inyectada para un vehículo automóvil como ejemplo de una pieza compuesta. Ejemplos.
Unión plana entre placa de material sintético y chapa metálica: Figuras 1-3. Ejemplo 1. La figura 1 muestra una placa 1 constituido por un material sintético termoplástico (poliamida), que está unida en diversos puntos con elementos de unión geométrica 3, 4, 5 sobre una chapa metálica 2. En este caso el elemento de unión 3 representa en el centro de la unión de las placas una unión fija por remache sin grado de libertad, El elemento de unión 4 se encuentra entre dos esquinas en el borde de la unión de las placas. Esta unión por remaches presenta una posibilidad de dilatación, por medio del agujero longitudinal 14 en la chapa metálica 2, según la longitud en la dirección x o y. El elemento de unión 5 se encuentra en una esquina de la unión de las placas y puede moverse en ambas direcciones de coordinación (en la dirección x y en la dirección y), mediante la disposición diagonal del agujero alargado 15 en la chapa metálica 2 en el plano de la placa. La pieza de construcción puede fabricarse de diversas maneras. Si se elige la posibilidad de fabricar la placa de material sintético 1 mediante colada por inyección, podrá inyectarse directamente la placa de material sintético sobre la placa metálica 2. En este caso se moldean concomitantemente al mismo tiempo las uniones por remache 3, 4, 5. Debe tenerse en consideración que los elementos de unión 4 y 5 presentan en la dirección correspondientes vanos en forma de puntos que permanecen abiertos en los agujeros alargados 14 y 15. Esos vanos se realizan por medio de núcleos en la herramienta de colada por inyección, que penetran en los orificios pasantes 14 y 15 de la chapa metálica 2. Además existe la posibilidad de fabricar en primer lugar la placa de material sintético 1 por separado, que se une a continuación con la chapa metálica 2. Si se fabrica la placa de material sintético 1 también mediante colada por inyección, se moldearán directamente de manera concomitante espigas para uniones por remache 3, 4, 5 o domos para tornillos para las uniones por atornillado. Cuando deba retirarse la placa de material sintético 1 de un material semiacabado, tendrán que aplicarse los elementos de unión ulteriormente mediante soldadura pegado, atornillado, remaches metálicos o unión a presión. Los elementos de unión se insertan entonces a través de los orificios pasantes de la chapa y se sujeta la chapa metálica 2 sobre la placa de material sintético con la contrapieza correspondiente del elemento de unión. La figura 2 muestra la sección según la línea A-A de la figura 1 . Puede verse la trayectoria entre el elemento de unión 3 en el centro y el elemento de unión 4 en la zona marginal comprendida entre dos esquinas de la placa compuesta de la figura 1. En el caso del elemento de unión 3 se ocupa completamente el taladro circular 13 en la chapa metálica 2 por la espiga del remache 7 de manera que no es posible ningún movimiento relativo entre la chapa metálica 2 y la placa de material sintético 1 . Esto no es necesario en el centro de una placa con simetría puntual. El elemento de unión 3 está asegurado en la dirección z mediante la cabeza del remache 16. El elemento de unión 4 permite, dentro del agujero alargado 14, que está incorporado en la chapa metálica 2 un movimiento de la espiga del remache 7 con relación a la chapa metálica 2 en la dirección x. La figura 3 muestra la sección según la línea B-B a través del elemento de unión 4 en el lado derecho de la placa compuesta según la figura 1. Se ha representado la sección a través del elemento de unión 4 transversalmente con respecto a la dirección de la dilatación, que discurre en la dirección x. La espiga del remache 7 genera en la dirección y y la cabeza del remache 16 en la dirección z una unión geométrica entre la chapa metálica 2 y la placa de material sintético 1 . Ejemplo 2. Elemento de unión geométrica con dos grados de libertad: Figura 4-6. Las figuras 4 a 6 muestran diversas vistas de un elemento de unión con dos grados de libertad en el plaiio superficial. En la figura 4 se ha representado la vista en planta desde abajo. Puede verse un recorte de una placa de material sintético 1 , que está unido a través del elemento de unión representado (figuras 4-6) con un recorte de la placa de material sintético 6. Entre los mismos se ha dispuesto un recorte de la chapa metálica 2. La disposición de la placa de material sintético 1 de la chapa metálica 2 y de la placa de material sintético 6 puede verse además en la figura 5 La figura 5 muestra la sección transversal del elemento de unión según la trayectoria de sección C-C. Que se ha mostrado en la figura 4. La figura 6 muestra a vista en planta desde arriba. La unión de los tres componentes, las placas de material sintético 1 y 6 como la chapa metálica 2, se consigue por medio de espigas de remache 7 que están unidas rígidamente tanto con 1 aplaca de material sintético 1 como también con la placa de material sintético 6. A través de los vanos 9, que se han configurado como intersticio anular cuadrado con sección transversal rectangular, que se forma mediante la disposición de la espiga de remache 7 y el vano cuadrado 17 en la chapa metálica 2, puede moverse la espiga de remache 7 en el plano superficial con relación a la chapa metálica 2. Para la fabricación del vano 9 (por motivos de tecnología de fabricación) se disponen vanos 8 en las placas de material sintético 1 y 6 Con la disposición de los vanos 8 según las figuras 4 a 6 se tiene en consideración el que las espigas de remache 7 tienen que estar unidas rígidamente con las placas de material sintético 1 y 6 para conseguir una unión geométrica en la dirección z. Por lo tanto se han incorporado los vanos 8 en la dirección x en la placa de material sintético 6 y en la dirección y en al placa de material sintético 1 . Otra disposición (por ejemplo vanos 8 en la dirección x en la placa de material sintético 1 y en la dirección y en la placa de material sintético 6, o vanos coincidentes) es igualmente imaginable. Ejemplo 3.
Material compuesto constituido por chapa metálica y estructura nervada de material sintético con elementos de unión con dos grados de libertad: Figuras 7 y 8. Se ha mostrado una chapa metálica 2, que está cubierta, según la figura 7, , sobre el lado inferior con una placa de material sintético 1 y que está soportada sobre el lado superior por medio de una estructura nervada 10. En la figura 8 se ha representado la vista en planta del recorte del material compuesto desde arriba La unión de los tres componentes: la placa de material sintético 1 , la chapa metálica 2 y la estructura nervada 10 de material sintético termoplástico, se lleva a cabo por medio de espigas de remache 7 con orificio central 18, que están unidas rígidamente con la placa de material sintético 1 y con la estructura nervada 10. Sobre las nervaduras individuales 10 se unen entre sí las espigas de remache 7 y se establece una unión geométrica en la dirección z. Mediante el vano 9 puede moverse la espiga de remache 7 en el plano superficial con relación a la chapa metálica 2. Por debajo de las nervaduras 10 se dispone la zona del vano 9 sobre los vanos 8. La fabricación del material compuesto se lleva a cabo con ayuda de un proceso de colada por inyección. En este caso se dispone en primer lugar la chapa metálica 2 en una herramienta para la colada por inyección y, a continuación, se aplica el componente termoplasto, por el cual se moldean la placa material sintético 1, la estructura nervada 10 y las espigas de remache 7. Ejemplo 4. Pared inyectada entre dos travesaños de un vehículo automóvil.: Figura 9. La figura 9 muestra la disposición de una placa de material sintético 1 como pared inyectada entre los travesaños 2 y 1 1. El travesaño 2 está constituido por una chapa de acero configurada en forma de perfil U que está apoyada sobre una estructura nervada 10 de termoplasto. La estructura nervada 10 está unida, a través de espigas de remache 7, con lá placa de material sintético 1 y con el travesaño 2. Las espigas de remache 7 pueden moverse en la dirección longitudinal del travesaño 2 (dirección y) con relación a la chapa metálica del travesaño 2 por medio de vanos 9, que están dispuestos por encima de los vanos 8. El travesaño 2 y la placa de material sintético 1 se unen sin grado de libertad, mediante unión geométrica, en los tres planos del espacio por medio de los elementos de unión 3, que están dispuestos en el centro del travesaño 2. Las modificaciones longitudinales, en función de la temperatura, de la placa de material sintético 1 en la dirección x pueden compensarse mediante la unión cinemática de la placa de material sintético 1 entre el travesaño 1 1 y el sobrejunta 12 Se hace constar que, con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la citada invención, es el que resulta claro de la presente descripción de la invención.