MXPA02004336A

MXPA02004336A - Elemento absorbente de energia para la absorcion de energia de choque.

Info

Publication number: MXPA02004336A
Application number: MXPA02004336A
Authority: MX
Inventors: Kurt-Rainer Stahlke
Original assignee: Bayer Ag
Priority date: 1999-11-02
Filing date: 2000-10-20
Publication date: 2003-02-12
Also published as: WO2001033100A1; CN1387615A; BR0015187A; KR20020065500A; CN1166874C; CA2389361A1; US6730386B1; EP1230496A1; AU1274001A; IL148935A0; JP2003513212A; DE19952570A1

Abstract

Elemento absorbente de energia para la absorcion de energia de choque, con una pieza de moldeo que presenta multiples camaras alveolares (2), en el que las camaras alveolares estan orientadas esencialmente en la misma direccion y en el que camaras alveolares estan dispuestas contiguas entre si, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) esta fabricada de policarbonato extruido, extendiendose las camaras alveolares en la direccion de extrusion.

Description

Elemento absorbente de enersia para la absorción de energía de choque Descripción de la Invención La invención se refiere a un elemento absorbente de energía para la absorción de energía de choque. Dentro del desarrollo de automóviles, pero también en otros campos, la seguridad pasiva constituye cada vez más un objeto central de investigación. A este respecto son de gran interés ante todo estructuras y materiales con una elevada capacidad de absorción de energía. A modo de ejemplo en la industria del automóvil se utilizan espumas de poliuretano (PU) o polipropileno modificado con elastómero (EPP) . Estos materiales se caracterizan por un comportamiento casi ideal, en el que tras un incremento de fuerza pronunciado inicial durante la absorción de energía progresivamente mayor con el tiempo, sobreviene una meseta horizontal con la misma fuerza. El trabajo así tomado, es decir, absorbido, está definido por la superficie bajo la curva fuerza-desplazamiento, debiendo presentar la superficie la mayor magnitud posible. Diversas espumas conocidas del estado de la técnica se aproximan muy ajustadamente en su capacidad de absorción de energía a este ideal. Sin embargo, en estos elementos absorbentes de energía se presenta el problema de que las aceleraciones que se producen son tan grandes que se sobrepasan los valores límite que no REF 137845 deben sobrepasarse en el impacto de un ser humano en accidentes de tráfico u otros accidentes. En el caso de un impacto en la cabeza no debe sobrepasarse durante un intervalo de tiempo inferior a 3 ms un valor de aceleración de 80 g. Como otro ejemplo de absorción de energía en un automóvil puede mencionarse la deformación plástica de estructuras portantes longitudinales. En este caso se comprime el metal bajo una carga definida hasta que colapse la estructura, luego se desabolla y se desplaza dentro de sí telescópicamente. De este modo el metal se deforma plásticamente lo que conduce a una elevada absorción de energía. Los materiales utilizados hasta ahora para los elementos absorbentes de energía conducen ciertamente a una elevada capacidad de absorción de energía, pero incluso usando un metal ligero como el aluminio resulta un peso del elemento absorbente de energía no desdeñable. Puesto que especialmente en la construcción de vehículos la reducción del peso juega un papel importante, se buscan intensamente más allá materiales extremadamente ligeros con elevada capacidad de absorción de energía. En el estado de la técnica se realiza también una mayor reducción de peso configurando los elementos absorbentes de energía no como materiales macizos sino fabricando estructuras huecas, como por ejemplo con estructura de sandwich, que presenta en una dirección preferida una capacidad de absorción de energía especialmente elevada. Para ello la estructura hueca presenta múltiples cámaras alveolares que están dirigidas esencialmente en la misma dirección y dispuestas contiguamente entre sí. Pero también aquí rige que al usar metales o metales ligeros no puede sobrepasarse un determinado peso. La invención se plantea por consiguiente el problema técnico de especificar un elemento absorbente de energía que presente tanto un peso muy reducido como también una elevada capacidad de absorción de energía. Conforme a la invención se ha encontrado que la pieza de moldeo se fabrica de policarbonato extruido, extendiéndose las cámaras alveolares en la dirección de extrusión. El policarbonato es un material muy ligero en comparación con los metales ligeros y es de por sí muy viscoelástico. Además, el policarbonato es muy resistente al impacto, de modo que por la acción de fuerzas de impacto no se rompe sino que se deforma elásticamente y dado el caso se funde. De este modo se garantiza de por sí la acción conforme a la invención como material de absorción de energía con el policarbonato, resultando al mismo tiempo un peso del elemento absorbente de energía muy reducido. Para fabricar la pieza de moldeo el policarbonato se extruye de modo que en la direción de extrusión se formen según la herramienta de extrusión utilizada múltiples cámaras alveolares dispuestas unas junto a otras, estando separadas entre sí cada dos cámaras contiguas por una correspondiente pared común. Según sea el tamaño y el perímetro de la pieza de moldeo se producen en la fabricación varias capas de policarbonato extruidas con cámaras alveolares que tras la extrusión se unen entre sí por arrastre de materia. A partir de un bloque producido de este modo pueden cortarse, por ejemplo con un alambre caliente, placas individuales que presenten una correspondiente pluralidad de cámaras alveolares, cuya longitud corresponde al espesor de la placa cortada del bloque. Las cámaras alveolares presentan una sección poligonal configurada preferiblemente rectangular o hexagonalmente. Las dimensiones exteriores de las cámaras alveolares se encuentran de modo preferido en el intervalo de 1 a 6 mm, pudiéndose también sobrepasar o quedar por debajo de estos límites en casos particulares. Debido a la pequeña magnitud de las dimensiones de las cámaras alveolares estas pueden denominarse también capilares. Además, las cámaras alveolares presentan un espesor de pared en el intervalo de 50 µm a 400 µm. De este modo resulta una relación de espesor de pared a dimensión de la cámara alveolar muy baja, con lo que resulta una amplia reducción de peso. La densidad del cuerpo de moldeo se encuentra así p.ej. en el intervalo de 30 kg/m3 a 50 kg/m3, lo que en comparación con los elementos absorbentes de energía de metal ligero representa un valor claramente inferior.

Como se ha descrito anteriormente, a partir de un bloque compuesto por una o por ejemplo varias capas con cámaras alveolares extruidas se cortan placas de modo que las cámaras alveolares de una placa presenten esencialmente una longitud predeterminada. Una pieza de moldeo semejante puede denominarse también placa alveolar. Por consiguiente también es posible una configuración plana de la pieza de moldeo del elemento absorbente de energía. Además de una configuración plana de la pieza de moldeo esta también puede presentar una forma curvada para revestir superficies igualmente curvadas con el elemento absorbente de energía. La pieza de moldeo es por consiguiente adaptable a superficies, pudiéndose disponer también radios pequeños dependiendo del espesor de la pieza de moldeo. En cualquier caso las cámaras alveolares discurren esencialmente en dirección radial respecto a la correspondiente curvatura de la superficie a revestir. De este modo también puede garantizarse una protección antichoque plenamente eficaz en superficies interiores curvadas . En otra configuración de la pieza de moldeo al menos una de las caras frontales, que comprenden los orificios de las cámaras alveolares, está provista de una capa esencialmente cerrada. Esta está preferiblemente unida con la correspondiente cara frontal por arrastre de materia y sirve por consiguiente además de para un conformado de la pieza de moldeo adaptado a una superficie plana o curvada también para una estabilización de la pieza de moldeo. A este respecto la capa puede estar configurada como placa o como lámina y estar fabricada igualmente de policarbonato o también de otro plástico. También es posible configurar la capa en forma de un tejido. La capa al igual que la pieza de moldeo debe configurarse preferiblemente viscoelásticamente para que en caso de un impacto de fuerza no se rompa. Además de esto, la capa sirve para distribuir la acción de la fuerza a un mayor número de cámaras alveolares, de este modo el choque no se absorbe solamente por las cámaras alveolares sin capa alcanzadas de hecho, sino también a través de la capa de recubrimiento por cámaras alveolares situadas en el entorno del punto de impacto propiamente dicho. De modo especialmente preferido la pieza de moldeo se dispone en la superficie interior de un vehículo, en especial de un automóvil, con lo que se protegen las por regla general rígidas superficies interiores del vehículo. Así, al producirse el choque de un ocupante se protege la cabeza en especial de modo seguro. Como superficies interiores se consideran a este respecto las columnas necesarias para la construcción del techo, el salpicadero así como la cara interior del techo. Además, la pieza de moldeo anteriormente descrita puede formar al menos una parte de un parachoques de un vehículo. Debido a la construcción extremadamente ligera pueden conseguirse por consiguiente considerables reducciones de peso en el vehículo. Como vehículos se consideran tanto automóviles, en - especial turismos, como también vehículos sobre carriles y aeronaves. Puesto que además de la capacidad de absorción de energía es también necesario una baja inflamabilidad del material, con el uso de policarbonato resulta adicionalmente la ventaja de que el policarbonato es un material autoextintor de llama y por consiguiente está clasificado en una clase de combustión de baja capacidad de combustión. La inflamabilidad de carbonato es a este respecto inferior a la de otros materiales que se utilizan como elementos absorbentes de energía, en especial en habitáculos de vehículos, como p.ej. poli (metacrilato de metilo) o poliestireno. En otra aplicación preferida la pieza de moldeo puede estar dispuesta en una pared de un edificio. Así, además del uso en la construcción de automóviles el elemento absorbente de energía puede utilizarse también por ejemplo en zonas deportivas o jardines de infancia para proporcionar protección frente al choque a personas que durante la práctica deportiva choquen fortuitamente contra una pared. A este respecto también es concebible la utilización del elemento absorbente de energía para la amortiguación del suelo de una cancha deportiva o de un pabellón deportivo. El material policarbonato se utiliza con preferencia por su transparencia para elementos constructivos que deban presentar determinadas propiedades ópticas. Así, se utiliza policarbonato para apantallamientos y ventanas que deban ser transparentes. Este requisito no se exige por el contrario en elementos absorbentes de energía, de modo que puede utilizarse de modo más ventajoso también material de desecho de policarbonato que debido a fallos de producción no es transparente sino al menos parcialmente coloreado y presenta pigmentos negros o de color. Así, puede utilizarse material de desecho que no puede utilizarse para la fabricación de cuerpos de moldeo transparentes para la fabricación de elementos absorbentes de energía. La invención se ilustra seguidamente con más detalle con la ayuda de ejemplos de realización y con referencia a los gráficos adjuntos. Los gráficos muestran Fig. 1 un primer ejemplo de realización de un elemento absorbente de energía conforme a la invención en una representación en perspectiva, Fig. 2 un segundo ejemplo de realización de un elemento absorbente de energía conforme a la invención en una representación en perspectiva, Fig. 3 el elemento absorbente de energía representado en la Fig. 1 en sección transversal, Fig. 4 el elemento absorbente de energía representado en la Fig. 2 en sección transversal, pero con un desarrollo curvo, y Fig. 5 un diagrama fuerza-desplazamiento de un ensayo de impacto en la cabeza.

La Fig. 1 muestra un primer ejemplo de realización de un elemento absorbente de energía con una pieza de moldeo 4 que presenta múltiples cámaras alveolares 2. Las cámaras alveolares 2 están orientadas esencialmente en la misma dirección y están dispuestas contiguas entre sí. A este respecto cada dos cámaras alveolares 2 contiguas entre sí poseen una correspondiente pared común 3, de modo que resulta la estructura alveolar representada en la Fig. 1. Conforme a la invención la pieza de moldeo 4 se extruyó a partir de policarbonato, extendiéndose las cámaras alveolares 2 en la dirección de extrusión. Por la técnica de fabricación no pueden extruirse discrecionalmente muchas cámaras alveolares 2 superpuestas, de modo que, p.ej., se fabrican por extrusión paralela múltiples capas con p.ej. cinco filas superpuestas de cámaras alveolares 2. A continuación las capas se unen entre sí para hacer posible la sección transversal de la pieza de moldeo 4 representada en la Fig. 1. A partir de la banda así formada se cortan placas 4 individuales que presentan entonces la forma representada en la Fig. 1. Los orificios de las distintas cámaras alveolares 2 son el presente ejemplo de realización rectangulares y las cámaras alveolares 2 se extienden por todo lo ancho de la placa 4 representada, en ?a Fig. 1 en concreto de izquierda a derecha. La elevada capacidad de absorción de energía de la pieza de moldeo 4 viene dada ante todo en la dirección longitudinal de las cámaras alveolares 2. A pesar de un muy pequeño espesor de pared y una baja densidad total de la pieza de moldeo se obtiene la elevada capacidad de absorción de energía. Por el contrario, transversalmente a la dirección longitudinal de las cámaras alveolares 2 el elemento absorbente de energía representado en la Fig. 1 solo tiene capacidad de absorber energía en baja medida. Las cámaras alveolares 2 deben disponerse por consiguiente de tal modo que estén orientadas paralelamente a la dirección de la absorción de energía . Las cámaras alveolares 2 presentan en gemneral una sección poligonal que en el presente caso está configurada rectangularmente. Las dimensiones exteriores de las cámaras alveolares 2 se encuentran en el intervalo de 1 mm a 6 mm, preferiblemente de 2 mm a 5 mm y en especial de 3,5 mm a 4,5 mm. Las dimensiones exteriores exactas se ajustan en cada caso de modo que cumplan los requisitos especiales del elemento absorbente de energía. Además, las cámaras alveolares 2 presentan un espesor de pared en el intervalo de 50 µm a 400 µm, preferiblemente de 100 µm a 350 µm, en especial de 150 µm a 300 µm. A este respecto el espesor de pared se ajusta en función de las dimensiones exteriores de las cámaras alveolares 2 de modo que resulte un óptimo de estabilidad, capacidad de absorción de energía y el menor peso posible. De las dimensiones exteriores y espesores de pared anteriormente indicados de las cámaras alveolares 2 resulta que la pieza de moldeo presenta una densidad en el intervalo de 30 kg/m3 a 50 kg/m3, preferiblemente de 35 kg/m3 a 45 kg/m3, en especial de 37 kg/m3 a 43 kg/m3. A pesar de estos muy bajos valores de densidad debido a la estructura alveolar y a la viscoelasticidad del policarbonato se consigue la deseada elevada absorción de energía. La forma y orientación de las cámaras alveolares 2 se observa también en la Fig. 3, que representa el elemento absorbente de energía representado en la Fig. 1 en sección transversal. La pieza de moldeo 4 representada en las Fig. 1 y 3, que también puede denominarse placa alveolar, presenta una superficie de desarrollo esencialmente plano. Por consiguiente esta pieza de moldeo 4 es especialmente adecuada para el revestimiento de superfices planas. Por el contrario la Fig. 4 muestra un desarrollo curvado de la placa alveolar 4, discurriendo las cámaras alveolares 2 esencialmente en dirección radial respecto a la curvatura. En esta configuración la pieza de moldeo 4 puede utilizarse también para el revestimiento de superficies curvadas, en especial en vehículos . En la Fig. 2 se representa otro ejemplo de realización de un elemento absorbente de energía conforme a la invención en el que la pieza de moldeo 4 constituyente de las cámaras alveolares 2 está provista en las caras frontales 6, que comprenden los orificios de las cámaras alveolares, de capas 8 esencialmente cerradas. Las capas 8 están unidas a este respecto con la correspondiente cara frontal 6 por arrastre de materia, estando configurada la capa 8 como lámina. En el presente ejemplo de realización la capa 8 está fabricada de policarbonato, o sea del mismo material que la propia pieza de moldeo 4. La capa 8 sirve por una parte para la estabilización de la forma de la pieza de moldeo 4, es decir, p.ej. de la forma plana representada en la Fig. 2 o de la forma curvada representada en la Fig. 4. Según el correspondiente espesor de la pieza de moldeo 4 pueden así conseguirse también pequeños radios, de modo que pueden recubrirse superficies correspondientemente curvadas, por ejemplo de caras interiores de automóviles, con el correspondiente elemento absorbente de energía. Además, la capa 8 sirve también para una distribución de la energía de choque sobre un mayor número de cámaras alveolares del que sería el caso sin una capa 8. Esto tiene una influencia sobre las aceleraciones que se presentan en un choque, como se representa seguidamente mediante un ensayo de impacto en la cabeza. En un ensayo de impacto en la cabeza se deja caer un segmento esférico, que reproduce aproximadamente la cabeza humana en forma y peso, desde una determinada altura libremente sobre un elemento absorbente de energía. Al chocar el segmento esférico se registran las fuerzas de reacción y aceleraciones que se presentan como función del desplazamiento en el interior del elemento absorbente de energía. En la Fig. 5 está representado un correspondiente diagrama fuerza-desplazamiento . El ensayo de caída se realizó con una masa de m = 4.533 g y una altura de caída de h = 2 m, utilizándose un elemento absorbente de energía con una altura total no deformada de 25 mm. Como resulta de la Fig. 5, la pieza de moldeo del elemento absorbente de energía se aplastó aprox. 17 mm, transcurriendo el incremento de fuerza de forma predominantemente lineal. Después de que el segmento esférico quedase totalmente frenado la fuerza disminuyó rápidamente (véase el lado derecho de la curva de medición) mientras que el desplazamiento del segmento esférico se recuperó a aprox. 12,5 mm. Esto significa que la pieza de moldeo del elemento absorbente de energía se deformó plásticamente de modo permanente. La causa de esto es que hasta un valor límite de la absorción de energía es posible una deformación elástica del policarbonato. Al sobrepasarse el valor límite se produce entonces una transformación creciente de la energía cinética en energía térmica, con lo que a partir de la temperatura de fusión el material de las cámaras alveolares se funde y se produce una deformación plástica permanente. Es importante a este respecto que el material de policarbonato coalesce y no se rompe, con lo que resultan ventajas técnicas de seguridad con el elemento absorbente de energía conforme a la invención. El ensayo de impacto en la cabeza anteriormente descrito se realizó tanto con elementos absorbentes de energía conforme a la Fig. 1 sin capas de recubrimiento y con elementos absorbentes de energía conforme a la Fig. 2 con capas de recubrimiento. A este respecto resultó que las capas tuvieron una influencia estabilizadora sobre la estructura total de la pieza de moldeo. En el caso de la pieza de moldeo recubierta por las dos caras se presentaron aceleraciones de aprox. a = 150 g, mientras que la pieza de moldeo no recubierta presentó solo una aceleración de aprox. a = 90 g. Este hecho es por lo tanto de especial importancia, ya que para el elemento absorbente de energía no es solo importante el valor absoluto de la energía absorbida sino también el nivel de aceleración del proceso. Así, p.ej. en un impacto en la cabeza, solo en un intervalo de tiempo inferior a 3 ms deben presentarse aceleraciones de más de a = 80 g. 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.

Claims

REIVINDICACIONES ífet?jérdose descrito la invención coro arrh?oede se re lsma ?TD propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones:

1. Elemento absorbente de energía para la absorción de energía de choque, con una pieza de moldeo (4) que presenta múltiples cámaras alveolares (2) , - en el que las cámaras alveolares (2) están orientadas esencialmente en la misma dirección y - en el que cámaras alveolares (2) están dispuestas contiguas entre sí, caracterizado porque - la pieza de moldeo (4) está fabricada de policarbonato extruido, extendiéndose las cámaras alveolares (2) en la dirección de extrusión.

2. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 1, caracterizado porque las cámaras alveolares (2) están orientadas paralelamente a la dirección de absorción de energía.

3. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque las cámaras alveolares {2 presentan una sección transversal poligonal.

4. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 3, caracterizado porque la sección transversal está configurada rectangular o hexagonalmente .

5. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque las dimensiones exteriores de las cámaras alveolares (2) se encuentran en el intervalo de 1 mm a 6 mm, preferiblemente de 2 mm a 5 mm, en especial de 3,5 mm a 4,5 mm.

6. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las cámaras alveolares (2) presentan un espesor de pared en el intervalo de 50 µm a 400 µm, preferiblemente de 100 µm a 350 µm, en especial de 150 µm a 300 µm.

7. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) presenta una densidad en el intervalo de 30 kg/m3 a 50 kg/m3, preferiblemente de 35 kg/m3 a 45 kg/m3, en especial de 37 kg/m3 a 43 kg/m3.

8. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque las cámaras alveolares (2) presentan esencialmente una longitud predeterminada.

9. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 8, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) está configurada como placa alveolar.

10. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 9, caracterizado porque las superficies de la pieza de moldeo (4) discurren esencialmente en un plano.

11. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 8 ó 9, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) presenta una forma curvada, discurriendo las cámaras alveolares (2) esencialmente en dirección radial respecto a la correspondiente curvatura.

12. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado porque al menos una de las caras frontales (6) de la placa alveolar, que comprenden los orificios de las cámaras alveolares (2) , está provista de una capa (8) esencialmente cerrada.

13. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 12, caracterizado porque la capa (8) está unida con la cara frontal (8) por arrastre de materia.

14. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 12 ó 13, caracterizado porque la capa (8) está configurada como placa o como lámina.

15. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 12 a 14, caracterizado porque la capa (8) está fabricada de policarbonato o de otro plástico.

16. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 12 a 15, caracterizado porque la capa (8) está fabricada de un tejido.

17. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) está dispuesta en una superficie interior de un vehículo, en especial de un automóvil.

18. Elemento absorbente de energía conforme a la reivindicación 17, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) forma al menos una parte de un parachoques de un vehículo.

19. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 16, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) está dispuesta en una pared de un edificio, en especial de un pabellón deportivo o de un jardín de infancia.

20. Elemento absorbente de energía conforme a una de las reivindicaciones 1 a 19, caracterizado porque la pieza de moldeo (4) está fabricada al menos parcialmente de un policarbonato coloreado.