WO 03/043873 Al IIIIIiniilNinillillillll!ll!l
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BARRERA FÍSICA PARA SELLADO DE ORIFICIO CAMPO DE LA INVENCIÓN [0001] Esta invención se refiere a dispositivos y métodos para sellar orificios en miembros de panel. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN [0002] Las barreras físicas se emplean comúnmente para sellar orificios en ciertos objetos, tales como miembros de panel, en vehículos motores, construcciones, aparatos domésticos, etc. Estas barreras normalmente se utilizan para evitar que materiales físicos, fluidos y gases, tales como contaminantes ambientales, vapores, polvo, mugre, humedad, agua, etc., pasen a través del orificio. Por ejemplo, un panel automotriz, tal y como un panel de puerta, típicamente tiene varios orificios en el metal laminar, que se crean por diversas razones durante la fabricación. Además, diversos componentes estructurales de carrocerías automotrices tienen una variedad de onficios, postes huecos, cavidades, >pasos y aberturas, que pueden permitir la entrada de contaminantes al compartimiento de pasajeros. A estos orificios, agujeros y cavidades típicamente se les hacen barreras con cinta de ducto, parches de plástico basados en butilo y tapones de sello elaborados de espuma, hule o algún otro material. Otra barrera física conocida para cavidades, involucra introducir un producto de espuma o una estera de fibras de vidrio para llenar la cavidad. [0003] Sin embargo, las barreras conocidas son insatisfactorias por una variedad de razones. Los tapones de sellado que fueron una etapa avanzada frente a otras barreras, utilizan sujetadores de acoplamiento por apriete para sostener el tapón en sitio, es decir, en un orificio del miembro de panel. Sin embargo, los sujetadores de acoplamiento por apriete en un tapón de sello, sin más, son
insuficientes debido a que los sujetadores no pueden producir un sello hermético a contaminantes entre el tapón y el miembro de panel. Para superar esto, un material sellador tal como hule comprimible, adhesivo, calafateado o mastique, se han utilizado en combinación con un portador para formar un tapón de sello. El material sellador puede crear un sello hermético a contaminantes entre el portador y el miembro de panel. [0004] Sin embargo, con la introducción del material sellador surgieron nuevas desventajas. A menudo, el material sellador requiere ser activado a fin de formar un sello hermético a contaminantes. Esta activación puede estar en la forma de mezclar dos componentes en conjunto o amasado físico del material. Esto puede ser intenso en mano de obra, así como impone un límite de tiempo en el proceso de instalación debido a que la barrera debe colocarse en el orificio durante el periodo activo relativamente limitado del material sellador. Además, los materiales selladores conocidos no han sido capaces de proteger contra la exposición prolongada a contaminantes, sino sólo contra exposición intermedia a contaminantes. Este es un problema particular con respecto al agua. [0005] La instalación de barreras de acoplamiento por apriete conocidas también ha sido problemática debido a que la instalación de estas barreras exactamente en el centro del orificio, ha sido difícil. Una vez que la barrera se coloca oblicua en el orificio, la presencia del material sellador evita que la barrera se auto centre. Por la misma razón, también es difícil que el instalador centre la barrera. [0006] Esta instalación descentrada u oblicua de la barrera, crea dos problemas. Primero, impone una tensión desigual en los sujetadores de ajuste por acoplamiento rápido que mantienen la barrera en sitio. Esto tiende a llevar a falla
de uno o más de los sujetadores, lo que resulta en un sello con fuga. Para superar este tipo de falla, se requieren sujetadores de ajuste por acoplamiento rápido más rígidos, que requieren más fuerza para flexionar. Esto a su vez, incrementa la fuerza requerida para instalar la barrera en el orificio a un grado tal que una persona no pueda realizar la instalación sin asistencia mecánica. De esta manera, para instalar la barrera se requieren herramientas multiplicadoras de fuerza o máquinas. El uso de herramientas o máquinas para instalar estas barreras incrementa la complejidad y costo del proceso de instalación más allá de lo que sea comercial. [0007] En segundo lugar, la instalación descentrada incrementa el número de sellos con falla. Los materiales selladores conocidos no pueden compensar la instalación descentrada. La instalación descentrada puede dejar espacios entre el miembro de panel y el portador que no se llenan por el material sellador. De esta manera, el tamaño de la barrera debe ser ajustado cercanamente al tamaño del orificio para asegurar que no haya huecos o espacios entre el portador y el miembro ¦de panel. Por lo tanto, se requieren técnicas de fabricación con precisión costosas en la formación del orificio y el portador para asegurar que la barrera no pueda ser instalada incorrectamente, es decir, descentrada. [0008] Consecuentemente, el presente inventor ha reconocido una necesidad por una barrera física que supere uno o más de estos problemas. Compendio de la Invención [0009] La presente invención es una barrera física para sellar un orificio en un miembro de panel. La barrera física incluye un portador que tiene uno o más pasadores de localización montados en la misma. Los pasadores se adaptan para localizar el portador en el orificio. La barrera física también incluye un material de
sello conectado al portador. La presente invención también incluye un método para instalar la barrera física en un orificio de un miembro de panel. Breve Descripción de los Dibujos [0010] En los dibujos: [0011] La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de una barrera física de la presente invención como se instala en un miembro de panel con un orificio. [0012] La Figura 2 muestra una vista en perspectiva de un portador con un material sellador de una barrera física de acuerdo con la presente invención. [0013] La Figura 3 muestra una sección transversal de un sujetador de ajuste por acoplamiento rápido utilizado en una modalidad preferida de la presente invención. [0014] La Figura 4 muestra una sección transversal de un pasador guía empleado en una modalidad preferida de la presente invención. Descripción Detallada [0015] Como se ve en la Figura 1 , un miembro de panel 2 incluye un orificio 4. El orificio 4 tiene un perímetro en donde el miembro de panel 2 termina y empieza el orificio 4. El orificio 4 recibe una barrera física 10 que incluye un portador 12 y un material sellador 14. Como se ve más claramente en la Figura 2, cerca del borde del pasador 12 están conectados los sujetadores de ajuste por acoplamiento rápido generalmente flexibles 16 y pasadores de localización generalmente rígidos 18. Los sujetadores 16 y los pasadores 18 están aproximadamente perpendiculares al cuerpo principal 20 del portador 12. Los pasadores 18 pueden ser más altos que o iguales en altura que los sujetadores 16.
[0016] El portador 12 también puede incluir una pared 22, que puede ajustarse al interior de los sujetadores 16 y pasadores 18. El portador 12 también
puede incluir una o más costillas 26 que ayudan a dar al cuerpo principal 20 rigidez estructural. En una modalidad útil, una costilla 24 se coloca de manera tal que un pasador 18 se ubica cerca de cualquier extremo de la costilla, como se ilustra en la Figura 2. [0017] El portador 12 también incluye un labio 26 que define el perímetro del portador 12. El perímetro definido por el labio 26 es más grande que el perímetro del orificio 4. El labio 26 se ajusta al exterior de los sujetadores 16 y pasadores 18. El labio 26 puede ser continuo alrededor de todo el perímetro del portador o labio 26 y puede tener una o más discontinuidades 27. Las discontinuidades 27 pueden utilizarse para introducir material seliador 14 en el portador 12. [0018] Como se ve mejor en la Figura 3, cada sujetador 16 tiene un pico 28. Estos picos de sujetador 28, cuando se toman como un grupo, generalmente definen una forma que ajuste dentro del orificio 4. Dicho de otra forma, los picos 28 definen un perímetro, denominado un perímetro de pico del sujetador que es más pequeño que el perímetro del orificio. De esta manera, todos los picos 28 serán más fácilmente insertados en el orificio 4 durante instalación. [0019] En su cuerpo 30, cada sujetador tiene una cara de sujetador 32. Estas caras 32 cuando se toman como un grupo, generalmente definen un perímetro de cara de sujetador que es ligeramente más grande que el perímetro de pico de sujetador, y el mismo tamaño o más pequeño que el perímetro del orificio. De esta manera, las caras del sujetador 32 pueden o no confinar a tope al miembro de panel 2, cuando la barrera física 10 se instala adecuadamente. [0020] Entre el pico 28 y la cara del sujetador 32, cada sujetador 16 tiene una cabeza en forma de cuña 34. La cabeza 34 da frente al labio 28 en oposición a la pared 22 y provoca que el cuerpo 30 del sujetador 16 se flexíone conforme el
portador 12 se instala en el orificio 4. La cabeza 34 evita el desplazamiento incidental del portador 12. La distancia entre la cabeza 34 y el portador 12 es al menos de la altura de! labio 36 más el espesor del miembro de panel 2. También pueden emplearse en la presente invención otros sujetadores de ajuste por acoplamiento rápido conformados de manera conveniente. [0021] Como se ilustra mejor en la Figura 4, cada pasador 18 tiene un pico 38. Estos picos de pasador 38 cuando se toman como un grupo, generalmente definen una forma que ajustará dentro del orificio 4. Dicho de otra forma, los picos 38 definen un perímetro de pico de pasador que es más pequeño que el perímetro del orificio. De esta manera, todos los picos de pasador 38 se insertarán fácilmente en el orificio 4 durante la instalación. [0022] Entre un pico 38 y una base 40, cada pasador 18 tiene una superficie guía 42. En la base 40, las superficies guía 42, cuando se toman como un grupo, definen un perímetro base que es del mismo tamaño que el perímetro del orificio. Las superficies guías 42 dan frente al labio 28 en oposición a la pared 22. De esta manera, el perímetro base es más grande o del mismo tamaño que el perímetro de la cara de los sujetadores 16, de manera tal que las superficies guía 42 confinan al miembro de panel 2 cuando la barrera física 10 se Instala adecuadamente. Los pasadores 18 realizan una transición uniforme del pico 38 a la base 40. De esta manera, el perímetro de pico de los pasadores 8 es más pequeño que el perímetro base de los pasadores 18. [0023] Los sujetadores 16 y los pasadores 18 se alinean para Imitar la forma del orificio 4. Por ejemplo, si el orificio 4 tiene una porción recta, entonces los sujetadores 16 y los pasadores 18 forman una línea recta. Si el orificio 4 tiene una
porción arqueada, entonces los sujetadores y pasadores 18 forman un arco que tiene la misma curvatura que la del orificio. [0024] Los sujetadores 16 y los pasadores 18 pueden disponerse en un patrón generalmente alterno, de manera tal que un pasador se ubique entre un par de sujetadores. De preferencia, para sostener en forma segura la barrera 10 en sitio, se utiliza una cantidad igual de sujetadores 16 y pasadores 18. Cada pasador 18 puede asociarse con dos sujetadores 16; uno a su "derecha" y uno a su "izquierda", en donde izquierda y derecha son relativas. El número de sujetadores y pasadores en el portador puede seleccionarse con base en el tamaño y forma del orificio, así como la cantidad deseada de redundancia en los sujetadores, para asegurar que la falla de uno o más sujetadores no comprometa la barrera física. Para orificios redondos, puede ser suficiente un montaje alterno de sujetadores o pasadores. Para orificios poligonales, un par de pasadores y un sujetador por lado pueden ser suficientes. Esta configuración se ilustra en la Figura 2. [0025] En una modalidad alterna, uno o más pasadores 18 pueden localizar el portador 12 al recibirse en un receptáculo adyacente en o cerca del orificio 4. En esta modalidad, el asentar el pasador en el receptáculo ubica en forma adecuada el portador dentro del orificio. [0026] El espaciamiento entre los sujetadores 16 y pasadores 18 no es físico, sin embargo, se prefiere que los sujetadores 16 y los pasadores 18 se distribuyan uniformemente sobre el perímetro del portador 12 para orificios redondos, o sobre los lados del portador para orificios poligonales. [0027] De preferencia se ubica un material sellador 14 entre los sujetadores 16 y la pared 22, pero puede ubicarse todo alrededor de los sujetadores 16. También, de preferencia se ubica material sellador 14 entre los pasadores 18 y la
pared 22, entre los pasadores 18 y el labio 26 y bajo los pasadores 18. Sin embargo, el material sellador 14 también puede utilizarse en menos que todas estas ubicaciones. [0028] El material sellador 14 de la barrera 10 puede ser cualquier material de sello conocido, pero de preferencia aquel que se expanda ante activación. Un tipo útil de material de expansión es una espuma termoactivada. Mientras que se prefiera una espuma termoactivada, habrá de entenderse que la invención puede practicarse con otros tipos de espumas que son, por ejemplo, activadas químicamente. Mientras que se prefiera el uso de sujetadores 16, la presente invención también puede implementarse sin los sujetadores 16, en donde el material sellador 14 conecta en forma adhesiva el portador 12 con el miembro de panel 2. [0029] El uso de la presente invención ahora se describe. La barrera 10 se inserta en el orificio 4. Debido a que el perímetro del portador 12 es más grande que el perímetro del orificio, el labio 26 asegura que el portador 12 no esté sobre insertado en el orificio 4. Los pasadores 18 aseguran que el portador 12 esté centrado y no torcido. [0030] Específicamente, ya que los pasadores 18 son rígidos, conforme la barrera 10 se inserta en el orificio 4, las superficies guía 42 de los pasadores 18 dirigen al portador 2 al centro del orificio 4. Sólo después de que el portador 12 se centra primordialmente, se requiere que se friccionen los cuerpos 30 de los sujetadores 16. El portador 12 luego se asienta de manera tal que las superficies guía 42 en la base 40 de los pasadores 18 confinen a tope al miembro de panel 12. Dependiendo del perímetro de la cara del sujetador, las caras del sujetador 32 también pueden confinar a tope el miembro de panel 2.
[0031] Al centrar el portador 12, se reduce significativamente la cantidad máxima de esfuerzo que deben soportar todos los sujetadores 16. Esto reduce la fuerza de los sujetadores 16 que se requiere para instalar adecuadamente la barrera 10 que a su vez reduce la cantidad de fuerza requerida para instalar la barrera 10. De esta manera, no se requieren máquinas o herramientas multiplicadoras de fuerza para instalar las barreras de la presente invención. [0032] El arreglo alterno de los sujetadores 16 y pasadores 18 también ayuda a reducir la cantidad de esfuerzo que los sujetadores 16 tienen que soportar. Al colocar al menos un pasador 18 en cualquier lado del sujetador 16, se evita que el portador 12 sea instalado en una forma torcida. Es decir, los sujetadores 16 nunca acoplarán el miembro de panel 2, sin que las superficie guía 42 de los dos pasadores adyacentes 18 también acoplen el miembro de panel 2. El acoplamiento simultáneo de las superficies guía 42 y los sujetadores 16 evita indebida tensión en los sujetadores 16. Debido a que los perímetros de pico del pasador y sujetador •son más pequeños que el perímetro del orificio, todos los sujetadores 16 y pasadores 18 se insertan en el orificio 4. Además, debido a que los pasadores 8 son más altos que los sujetadores 16, los pasadores 18 entran al orificio 4 primero durante la instalación, de esta manera asegurando que las superficies guía 42 de los pasadores 18 centren la barrera 10 en el orificio 4. [0033] Después de que el portador 12 se instala, el material sellador 14 se activa para crear el sello entre el portador 12 y el miembro de panel 2. La pared 22 actúa como un auxiliar direccional para el material sellador 14, de manera tal que cuando el material sellador 14 se activa, la pared 22 ayuda a dirigir el material sellador 14 hacia los sujetadores 16 y los pasadores 18, y de esta manera el
miembro de panel 2. El material sellador expandido 14 adhiere al portador 12 del miembro de panel 2 que circunda el orificio 4. [0034] El uso de espuma expansible tiene varias ventajas frente a los materiales selladores convencionales. El orificio 4 no requiere formarse utilizando técnicas de fabricación de precisión debido a que la espuma de expansión llenará el espacio disponible. Cualesquiera espacios entre el pasador 12 y el miembro de panel 2 se llenarán con la espuma de expansión, de esta manera creando un sello hermético a contaminación. La espuma de expansión también permite que se produzca un número reducido de tamaños de barreras, debido a que una barrera puede utilizarse para bloquear varios orificios de tamaño cercano. Además, el sello producido por el uso de la espuma de expansión soporta exposición prolongada a contaminantes, particularmente agua. [0035] En este uso de la espuma de expansión, puede tolerarse una expansión imperfecta de la espuma, al igual que una colocación imperfecta de la espuma debido a que al someterse a expansión la espuma, la pared 22 la dirige hacia los sujetadores 16, los pasadores 18 y el miembro de panel 2, para ayudar en asegurar un sello hermético a contaminantes. [0036] Las espumas de expansión térmica tienen otra ventaja cuando se utilizan en la industria automotriz. Las espumas de expansión térmica permiten la eliminación de la etapa de instalación debido a que casi todos los automóviles tienen pinturas o revestimientos que se secan con calor. Esto elimina la necesidad de una etapa de activación separada para sellar el orificio. [0037] El portador 12 puede elaborarse con materiales convencionales, con la única consideración que son las condiciones de activación para el material de sellado 14. De esta manera, el portador 12 debe ser capaz de mantener su rigidez
física a las condiciones de activación. Por ejemplo, cuando se utiliza un material sellador activado con calor, el portador 12 no deberá fundirse a temperaturas utilizadas en la fuente de calor seleccionada. En el área de pintura y revestimiento de vehículo, el portador deberá soportar temperaturas utilizadas normalmente en los hornos de secado de revestimiento y pintura. Mientras que pueden emplearse metales, se prefieren plásticos debido al peso reducido y la cantidad reducida de fuerza requerida para instalar un portador de plástico en comparación con un portador de metal. Un material plástico útil es el nylon. [0038] Mientras que la invención se ha descrito específicamente en conexión con ciertas modalidades específicas de la misma, habrá de entenderse que esto es a manera de ilustración y no limitación, y el alcance de las reivindicaciones anexas habrá de considerarse lo más amplio que permita la técnica previa.