MXPA99004493A - Estructuras automotrices de materiales laminadoscompuestos - Google Patents

Abstract

Un brazo de impacto lateral para una construcción de carrocería automotriz tiene una porción estructural externa y un estampado de refuerzo interno separado por una capa delgada de espuma estructural. El refuerzo interno se encuentra localizado en la parte media del brazo de impacto lateral. Se presenta también una defensa reforzada localmente para vehículo a motor.

Description

ESTRUCTURAS AUTOMOTRICES DE MATERIALES LAMINADOS COMPUESTOS CAMPO DE LA TÉCNICA La presente invención se refiera generalmente a los miembros estructurales de carrocería de automóviles mas específicamente, la presente invención se refiere a técnicas para incrementar la resistencia y la rigidez de miembros estructurales de carrocería de automóviles. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En varias aplicaciones, especialmente en la industria automotriz, es importante ofrecer miembros estructurales de alta resistencia con la menor masa posible. Se han propuesto numerosos materiales compuestos en el pasado para su uso en la formación de miembros estructurales, incluyendo aleaciones ligeras exóticas. En la industria automotriz, sin embargo, la necesidad de una reducción .de masa sin sacrificar la resistencia debe tomar en cuenta el costo del producto para el consumidor. Por consiguiente, existe la necesidad de mantener o incrementar la resistencia de miembros estructurales como, por ejemplo, balancines, parabrisas, postes, brazos de soporte de radiador, árbol motor, brazos para impactos laterales y defensas sin incrementar significativamente los costos de material y de mano de obra.

El refuerzo de los miembros estructurales de un vehículo a motor mediante el uso de materiales compuestos se conoce. Por ejemplo, el presente inventor ha presentado varias estructuras compuestas de metal/plástico para su uso en el refuerzo de componentes de vehículos a motor. En la patente norteamericana número 4, 901, 500, titulada «Light eight Composite Beam» (Brazo compuesto ligero) , un brazo de refuerzo para una puerta de vehículo se presenta el cual comprende un miembro metálico en forma de canal abierto que tiene una cavidad longitudinal rellena con un material basado en resina termoplástica o bien de termoendureci iento . En la patente Norteamericana 4,908,930 titulada «Method of Making a Torsión Bar», (Método para elaborar una barra de torsión) , se describe una barra de torsión hueca reforzada por una mezcla de resina con relleno. El tubo se corta a la longitud adecuada y se carga con un material basado en resina. En la patente norteamericana número 4,751,249, titulada «Reinforcement Insert -£or a Structural Member with Method of Making and Using the Same», (Inserto de refuerzo para un miembro estructural con método para hacerlo y usarlo) , se proporciona un inserto de refuerzo precolado para miembros estructurales, dicho inserto se forma de una pluralidad de pellas que contienen una resina de termoendurecimiento con un agente de expansión. El precolado es expandido y curado en el lugar en el miembro estructural. En la patente norteamericana número 4,978,562, titulada «Composite Tubular Door Beam Reinforced with a Syntactic Foam Core Localized at the Mid Span of the Tube», (Brazo de puerta tubular compuesto reforzado con un núcleo de espuma sintáctica localizado a la mitad del tubo) , se describe un brazo de puerta de un material compuesto que tiene un núcleo basado que ocupa no más que una tercera parte del orificio de un tubo de metal. Además del trabajo propio del presente inventor, se conocen varias construcciones en láminas metálicas en donde placas metálicas se unen juntas a través de una capa de resina. Se sabe también formar una lámina de hojas metálicas para su uso como miembro de panel de piso que comprende un par de láminas metálicas planas que tienen una capa intermedia de asfalto o polímero elástico. Aún cuando las secciones de relleno con espuma de plástico incrementan significativamente la rigidez de la sección (al menos cuando se emplean espumas de alta densidad) , incrementan también la masa y por consiguiente el peso, que, como se ha establecido, es una característica indeseable en aplicaciones automotrices. Además, aún cuando el incremento del calibre de una sección o la adición de refuerzos de metal localizados incrementará la rigidez, conforme se incrementa la rigidez del metal, es más difícil formar la parte debido a limitaciones en las máquinas formadoras de metal. Es importante observar que en muchas aplicaciones el incremento del calibre del metal no funciona efectivamente porque la frecuencia de rigidez es proporcional a la rigidez de la sección dividida entre la masa de la sección: (es decir, la frecuencia es proporcional a la raíz cuadrada de la rigidez entre la masa) . La masa y la rigidez se incrementan proporcionalmente, sin ningún cambio resultante en cuanto a la frecuencia de rigidez dinámica de la parte. Además, el relleno de una sección totalmente con espuma crea un gran sumidero térmico y requiere de operaciones de sellado elaboradas para cerrar los orificios de acceso en los estampados. Así mismo, la presencia de la espuma puede interferir con la colocación de paneles de decoración internos, arneses de cableado y bisagras. Por consiguiente sería deseable ofrecer una técnica económica para incrementar la rigidez de una sección sin incrementar proporcionalmente la masa. La presente invención ofrece secciones que tienen valores de rigidez incrementados sin incrementar significativamente la masa y sin el uso de altos volúmenes de resinas costosas. En muchas aplicaciones, la presente invención reduce las vibraciones que provocan el «movimiento» no deseado de un componente. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN En un aspecto, la presente invención ofrece un material laminado hueco caracterizado por alta razón entre rigidez y masa. El brazo tiene una porción externa separada de un tubo interno por una capa delgada de espuma estructural. La cavidad definida por un brazo puede estar abierta o cerrada a lo largo de su longitud.

En otro aspecto, el brazo de producto laminado hueco de la presente invención es un brazo de soporte de radiador de vehículo automotriz que tiene una sección metálica externa y un tubo interno generalmente rectangular que puede estar abierto en un lado. Al menos tres lados del tubo interno rectangular están revestidos con una espuma estructural colocada entre el tubo interno rectangular y la sección metálica externa y en contacto con ella. Un tapón metálico ee suelda en el lugar para terminar el brazo y retener el tubo interno. El diámetro de los orificios pasantes en el tubo interno que están alineadas con orificios pasantes en la porción externa son mayores que los orificios pasantes de la porción externa de tal manera que la espuma estructural no bloquee la holgura de orificio pasante en ninguna de los espesores de metal. En otro aspecto, el brazo de material- en láminas de la presente invención es un poste de parabrisas de vehículo automotriz. Un tubo de metal hueco se coloca dentro del poste y es separado de los estampados de poste externos con una capa delgada de espuma estructural. En otro aspecto, el brazo de producto laminado de la presente invención es un ensamble de panel de balancín de vehículo automotriz. El ensamble de panel de balancín comprende la conexión de secciones interna y externa de panel que forman una estructura de pared de panel de balancín generalmente rectangular. Dentro de la estructura de pared de panel de balancín se ajusta apretadamente un tubo de metal interno que define una cavidad. Una capa delgada de espuma estructural se coloca entre la estructura de pared de panel de balancín y la estructura de tubo interno. En otro aspecto el brazo es un árbol de transmisión de un vehículo a motor. Un tubo interno se recibe de manera estrecha dentro del bastidor del árbol de transmisión externa, definiendo así un anillo. Una capa de espuma se coloca en el anillo. La presente invención ofrece también un método para incrementar la razón entre rigidez y masa de un brazo, donde el brazo define una cavidad. El método incluye los pasos de formar un tubo que se ajusta dentro de la cavidad definida por el brazo, la colocación de una capa de resina en al menos una porción de la superficie externa del tubo; y la inserción del tubo en la cavidad, con la resina en contacto con la pared interna del tubo. En otro aspecto, la presente invención comprende una sección de riel en forma de C para su uso en estructuras de camión. Un miembro en forma de C laminado o estampado interno es separado del riel de estructura en forma de C externa por una capa de material basado en resina. En otro aspecto, se elaboran una pluralidad de tapones de una espuma que se desintegra a altas temperaturas y dichos tapones se emplean para cerrar orificios pasantes en una parte subsecuentemente rellena con un material de núcleo. Se pasa después la parte en un horno lo cual derrite o desintegra los tapones. En otro aspecto, la presente invención ofrece un. brazo de puerta o bien brazo de impacto lateral para una puerta de vehículo a motor que proporciona una resistencia incrementada a la compresión a un costo mínimo y a un peso bajo. Se proporciona un refuerzo local en la parte media de la cubierta de acero. El refuerzo local incluye el estampado de acero delgado, de alta resistencia y una capa de espuma térmicamente expansible. Esto permite que la cubierta externa se forme de acero dulce relativamente económico. La espuma se encuentra emparedada entre la cubierta externa y el estampado de acero delgado. En un aspecto, la cubierta externa de acero y el estampado interno de acero tienen bridas correspondientes que se soldán juntas por medio de soldaduras de puntos. En otro aspecto, se proporciona una defensa reforzada para un vehículo a motor. Un refuerzo local proporciona una estructura de alta resistencia de un producto en forma de láminas de acero-espuma-acero. BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La figura 1 es una vista en perspectiva del extremo frontal de un vehículo a motor, con el motor removido y la carrocería mostrada en líneas fantasmas. La figura 2 es una vista en perspectiva ampliada de un brazo de soporte de radiador fabricado de conformidad con la presente invención. La figura 2 A es una vista fragmentaría de los orificios pasantes de tamaño extra grande de la presente invención. La figura 3 es una lista en planta del brazo de soporte de radiador de la figura 2. La figura 4 es una vista en elevación frontal del brazo de soporte de radiador de la figura 2. La figura 5 es un corte transversal longitudinal a lo largo de las líneas 5-5 de la figura 3. La figura 6 es una vista en corte transversal a lo largo de las líneas 6-6 de la figura 3. La figura 7 es una vista en planta de otro brazo de soporte de radiador fabricado de conformidad con la presente invención en otra configuración. La figura 8 es una vista en corte transversal longitudinal fragmentaria a lo largo de las líneas 8-8 de la figura 7. La figura 9 es una vista en corte transversal a lo largo de las líneas 9-9 de la figura 7. La figura 10 es una vista en corte transversal de un panel de balancín fabricado de conformidad con la presente invención. La figura 11 es una vista en corte transversal de un poste de parabrisas fabricado de conformidad con la presente invención. La figura 12 es una vista en corte transversal de un árbol de transmisión fabricado de conformidad con la presente invención. La figura 13 es una vista en corte transversal de una sección de riel en forma de C fabricada de conformidad con la presente invención. La figura 14 es una vista en corte transversal de un brazo de soporte de radiador fabricado de conformidad con otro aspecto de la presente invención. La figura 15 es una vista en perspectiva de un brazo de puerta reforzado de conformidad con la presente invención.

La figura 16 es una vista en corte a lo largo de las líneas 16-16 de la figura 15. La figura 17 es una vista a lo largo del corte transversal a lo largo de las líneas 17-17 de la figura 15. La figura 18 es una vista en corte de un brazo de puerta reforzado en otra configuración. La figura 19 es una vista en perspectiva de un brazo de puerta reforzado de conformidad con la presente invención.

La figura 20 es una vista en corte a lo largo de las líneas -20 de la figura 19 La figura 21 es una vista en perspectiva fragmentaria de un extremo del brazo ilustrado en la figura 19.

La figura 22 es una vista en perspectiva de una defensa reforzada aplicada de conformidad con la presente invención. La figura 23 es una vista en corte a lo largo de las líneas 23-23 de la figura 22. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS MODALIDADES PREFERIDAS Con referencia ahora a la figura 1 de los dibujos, se ilustra un vehículo a motor 10 con el motor removido y la carrocería ilustrada en línea fantasma. La estructura de soporte de radiador o bien brazo 12 se monta sobre el chasis y sirve para soportar el radiador del vehículo (no ilustrado) . En la figura 2, el brazo de soporte de radiador 12 se ilustra en la vista ampliada que tiene una cubierta o porción externa 14 que en esta modalidad es un estampado de acero. Un tubo interno, ilustrado aquí como un tubo en forma de canal 16, se proporciona, el cual tiene una capa de material basado en resina 18 aplicada sobre superficies seleccionadas. Una capa 20 se muestra con una pluralidad de orificios pasantes 22 y sirve para cerrar el tubo en forma de canal 16 dentro de la cubierta externa 14. Más específicamente, y con referencia ahora a las figuras 2 a 6, la cubierta externa 14 define una cavidad o canal 24. Se puede observar varios orificios pasantes 26 a través de los cuales pueden colocarse cables eléctricos (no ilustrados) la cubierta externa 14 incluye una ménsula de montaje que se extiende lateralmente o bien una porción de placa 28 fijada sobre los componentes ensamble de motor. Los beneficios de la presente invención se proporcionan por un tubo interno o bien una porción interna 16 que en este caso es de metal laminado, por ejemplo, acero de calibre delgado, que se forma de tal manera que pueda ajustarse estrechamente dentro de la cavidad 24 de la cubierta externa 14. El tubo interno 16 en esta modalidad se adec a estrechamente a la geometría de la cubierta externa 14 , incluyendo los que tienen una placa lateral 30 que corresponde con la ménsula de montaje 28. Proporcionando una capa de material basada en resina 18 sobre superficies seleccionadas del tubo interno 16 y después ensamblando el tubo interno 16 y la cubierta externa 14 para formar la construcción de tubo en tubo que se ilustra mejor en el corte transversal de la figura 6, se incrementa significativamente la rigidez del brazo 12 sin un incremento significativo de masa. Por consiguiente, como se muestra en las figuras 2 y 6, se aplica una capa de un material 18 basado en resina, que se muestra aquí en 3o de tubo interno 18. Se pueden emplear numerosas composiciones basadas en resina para formar una capa de basada en resina 18 en la presente invención. Las composiciones preferidas proporcionan una excelente características de resistencia y rigidez al brazo 12 con un incremento solamente marginal de peso. Con referencia específica ahora a la composición de la capa basada en resina, la . densidad del material debe de preferencia ser de aproximadamente 15 libras por pie cúbico a aproximadamente 40 libras por pie cubico para minimizar el peso. El punto de fusión de la capa basada en resina 18, la temperatura de distorsión térmica y la temperatura a la cual ocurre una descomposición química deben también ser suficientemente altos de tal manera que la capa 18 mantenga substancialmente su estructura a temperaturas elevadas que se encuentran típicamente en hornos de pintura y similares. Por consiguiente, una capa basada en resina 18 debe poder resistir a temperaturas superiores a los 300°F y, de preferencia, superiores a 350°F durante períodos cortos de tiempo. Así mismo, la capa basada en resina 18 debe también poder resistir calores de aproximadamente 180°F a 220°F durante largos períodos , de tiempo sin presentar una distorsión o degradación substancial inducida por el calor. Con mayores detalles, la capa basada en resina 18 incluye una resina sintética, un agente de formación de células, y un rellenador. Una resina sintética comprende de aproximadamente 35.0% a aproximadamente 95.0'% en peso, de preferencia de aproximadamente 75.0% a aproximadamente 94.0% en peso, y con mayor preferencia de aproximadamente 78.0% a aproximadamente 90.0% en peso de capa 18. Como se emplea aquí el término agente de formación de célula» se refiere generalmente a agentes que producen burbujas, poros o bien cavidades en la capa 18. Es decir, la capa basada en resina 18 tiene una estructura celular, tiene numerosas células colocadas en toda su masa. Esta estructura celular proporciona un material de alta resistencia, baja densidad, que, en el brazo 12 proporciona una estructura resistente y sin embargo ligera. Los agentes de formación de células que son compatibles con la presente invención incluyen microesferas «huecas» o micro burbujas de refuerzo que pueden formarse ya sea de vidrio o de plástico. La microesferas de plástico pueden ser de termoendurecimiento o bien termoplásticas y pueden estar expandidas o bien no expandidas. En una modalidad, se emplean microesferas no extendidas que son después expandidas para formar la capa basada en resina 18. Las microesferas preferidas son de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 250 y de preferencia 10 a aproximadamente 180µ de diámetro. El agente de formación de células puede comprender también un material ligero, más grande, como por ejemplo acro esferas de más de 400 µ de diámetro. Así mismo, el agente de formación de células puede comprender un agente de expansión que puede ser ya sea un agente de expansión químico o bien un agente de expansión físico. Se prefieren especialmente microesferas de vidrio. Cuando el agente de formación de células comprende microesferas o macro esferas, constituye de aproximadamente 1.0 a aproximadamente 60% en peso, de preferencia de 1.0 a aproximadamente 35.0% en peso, y con mayor preferencia de aproximadamente 3.0 a aproximadamente 20.0% en peso de la capa 18. Cuando el agente de formación de células comprende un agente de expansión, constituye de aproximadamente 1.0% a aproximadamente 10.0% en peso, de preferencia de aproximadamente 1.0% a aproximadamente 5.0% en peso, y con mayor preferencia de aproximadamente 3.0% a aproximadamente 5.0% en peso de la capa 18. Rellenos adecuados incluyen microesferas de vidrio o plástico, por decirse carbonado de calcio, fibra de vidrio molida, así como hebras de vidrio cortadas. Se prefieren especialmente las microesferas de vidrio. Otros materiales pueden ser adecuados. Un rellenador comprende de aproximadamente 1.0% a aproximadamente 55í en peso, de preferencia de aproximadamente 5.0% a aproximadamente 24.0% en peso y con mayor preferencia de aproximadamente 7.0% a aproximadamente 19.0% en peso de una capa basada en resina 18. Resinas sintéticas preferidas para su uso en la presente invención incluyen resinas de termoendurecimiento como por ejemplo resinas epóxicas, resinas de éster de vinilo, resinas de poliéster de termoendurecimiento, así como resinas de uretano. El alcance de la presente invención no es limitado por el peso molecular de la resina. Cuando el componente de resina del material de relleno líquido es una resina de termoendurecimiento, varios aceleradores como por ejemplo «EMI-24» (acelerador de imidazol) y «DMP-30» y agentes de curación, de preferencia peróxidos orgánicos como por ejemplo peróxido «MEK» y «Percadox», pueden también incluirse para incrementar la velocidad de curado. Una cantidad funcional de acelerador es típicamente de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 4.0% del peso de la resina con una reducción correspondiente en uno de los tres componentes, resina, agente de formación de células o bien rellenador. De manera similar, la cantidad de agente de curado que se emplea es típicamente de aproximadamente 12% a aproximadamente 4% del peso de la resina con una reducción correspondiente en uno de los tres componentes, resina, agente de formación de células, o bien rellenador. Cantidades efectivas de auxiliares de procesamiento, estabilazadores, absorbedores de rayos UV y similares pueden también incluirse en la capa. Termoplásticos „ pueden también ser adecuados. En las siguientes tablas, se presentan formulaciones preferidas para capa basada en resina 18. Se ha encontrado que estar formulaciones ofrecen una capa 18 que resultan en un brazo 12 que tiene una razón entre rigidez y masa mayor que 1, donde 1 es una razón normalizada de rigidez a masa de un brazo de metal de canal en formada de C abierto o hueco, independientemente de la pasa. Las formulas I y III se prefieren para su uso con superficies metálicas limpias (es decir, después de remoción de residuo en las superficies de metal en contacto como por ejemplo aceites de molienda y compuestos de secado) . La fórmula II no requiere de una limpieza previa extensiva del metal. Ingrediente Porcentaje en peso Fórmula I Resina de poliéster 80.9 («ARS-137-69») 1.1 «Percadox 16N» 18 «3M C15» Ingrediente Porcentaje en peso Fórmula II EPON 828 54.5 Haloxy 62 7.5 Der 732 6.1 Expancel 551 DU 2.0 SG Micros 8.8 3M K20 17.7 DI-CY 3.4 Ingrediente Porcentaj en peso Fórmula III Resina de poliéster 48.8 («ARISTECH 13031») «Percadox 16N» 0.7 «SG Micros» (PA IND) 50.5 Como lo observarán los expertos en la materia, EPON 828 es una resina epóxica, Haloxy 62 es un diluyente epóxico, Der 732 es una substancia epóxica flexible, Expancel 551 DU es un agente de expansión, SG Micron y 3M K20 son microesferas y DI-CY es un agente de curado. Varios métodos para aplicar la capa 18 sobre el tubo de refuerzo 16 pueden ser adecuados, por ejemplo, mediante lo rociado del material basado en resina sobre la superficie del tubo 16. Puede ser adecuado para llenar el espacio entre los tubos interno y externo después de su ensamblaje. Se prefiere especialmente la aplicación del material basado en resina empleando un aplicador de pico de pato que aplica una banda ancha y regular de resina sobre las superficies del tubo 16. En la mayoría de las aplicaciones, el espesor (pulgada) de la capa 18 debe ser de aproximadamente .060 a aproximadamente .50 y con mayor preferencia de aproximadamente .10 a aproximadamente .25, cuando se emplean las composiciones espuma preferidas descritas aquí. En estas modalidades de la presente invención en donde la cubierta externa 14 tiene uno o varios orificios pasantes 26, por ejemplo para el pasaje de cables eléctricos o similares, será necesario proporcionar orificios pasantes correspondientes 32 en el tubo interno 16 que correspondan con los orificios pasantes 26 de la cubierta externa. Puesto que la capa de espuma estructural 18 puede en algunos casos bloquear todo o parte del orificio pasante 32, se requiere de un paso de ensamblaje separado de limpieza del material de espuma del orificio. En una modalidad preferida de la presente invención, se obtiene la remoción del material creando orificios de , tamaño extra 32 alineados con los orificios pasantes 26. Es preferible que el diámetro de los orificios pasantes 32 sea al menos 20% más grande que el diámetro de los orificios pasantes 26, pero en algunas aplicaciones orificios pasantes del mismo tamaño serán suficientes. De esta forma, la resina o la espuma que se extiende desde los bordes del tubo interno 16 en el hueco de los orificios pasantes 32 generalmente no bloqueará los alambres, tornillos, etc, atornillados en los orificios pasantes 26. Este concepto se ilustra también en la figura 2 A (como se puede observar a través del orificio 32 desde la parte externa) en donde una porción de la capa 18 se extiende en el espacio del orificio pasante 32 durante la aplicación, pero no sobre ?os márgenes del orificio pasante 26. En el caso en el cual la capa 18 obstruye uno de los orificios pasantes 32, puede ser limpiado mediante el empleo de un chorro de aire antes de la solidificación de la capa 18. Con referencia otra vez a las figuras 2 y 5, una capa 20 cierra el brazo de soporte de radiador 12 así como la cavidad o canal 34 definida por el tubo 16. La cavidad 34 será generalmente hueca (es decir, el tubo interno 16 será hueco) excepto por la presencia del cableado. La capa 20 se suelda de preferencia en el lugar. El espesor efectivo de las paredes reforzadas del brazo 12 es típicamente 4 a 5 veces el espesor de la cubierta 14 con un incremento de peso muy leve. Cuando la capa 18 es un material basado en resina de termoendurecimiento y/o expansible, la capa 18 puede ser curada y/o expandida en el lugar a partir del calor proveniente del horno de revestimiento B. Se prefiere que la capa 18 se una con la cubierta 16 y el tubo 16. Se observara también que la construcción de la presente invención permite el drenaje de un revestimiento b, lo que no seria posible si todo el brazo estuviera lleno de espuma. Además, la cantidad mínima de espuma que se emplea no sea un cuerpo de sumidero térmipo como es el caso cuando se emplean áreas de espuma densa, grandes y la cantidad mínima de espuma reduce el costo de material. Así mismo, se elimina la necesidad de tapones o similares para permitir el relleno de espuma de todo el brazo. En otra modalidad de la presente invención y con referencia ahora a las figuras 7, 8 y 9, un tubo interno 16' se ilustra el cual tiene una forma rectangular y es un tubo rectangular cerrado (es decir, cerrado a lo largo de su longitud) , como en el caso del tubo interno en forma de canal 16, el tubo interno rectangular 16' será generalmente hueco. La capa 18 se muestra aplicada sobre tres lados del tubo interno 16' . En general, al menos aproximadamente el 25% y con mayor preferencia al menos aproximadamente el 75% del área de acoplamiento que forma la región de tubo en tubo del brazo 12 debe ser cubierto por la capa 18. Cuando se desea, el tubo interno 16 en los orificios pasantes 32 puede presentar bridas hacia adentro hacia la cubierta externa 14 de tal manera que la brida sirva como un cierre para confinar y aislar la capa 18. Alternativamente, la cubierta externa 14 en los orificios pasantes 26 puede presentar bridas hacia el tubo interno 16 por el mismo propósito. Así mismo, se pueden emplear para este propósito tapones en los orificios pasantes 26 y/o 32. Se pueden emplear numerosos materiales para formar la cubierta externa 14 y el tubo interno 16 como por ejemplo material de plástico o de metal, pero se prefiere el acero. El calibre de metal ,de la cubierta externa (pulgadas) será típicamente de aproximadamente 0.30 a aproximadamente 0.90. El calibre de metal de tubo interno será típicamente de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 0.50. Numerosas aplicaciones específicas adicionales de la presente invención serán aparentes en lista de las enseñanzas contenidas aquí. Algunas de las aplicaciones preferidas se presentan a continuación. Con referencia a la figura 10 de los dibujos, se muestra un ensamble de canal de balancín para la industria automotriz de metal 40 que tiene un panel interno de balancín de metal 42 y un panel externo balancín de metal 44. El tubo interno 46 está equipado con una capa de material basado en resina 48 ubicado ahí que separa el tubo interno 46 de los paneles de balancín 42 y 44. Una perla adhesiva 45, que puede ser constituida del mismo material que la capa 48, se proporciona adyacente a los orificios de adorno adyacentes 50. El ensamble se encuentra soldado en las bridas 52. En la figura 11 la presente invención se muestra en uso como poste de parabrisas 54. Otra vez la construcción de tubo en tubo se emplea con el poste de parabrisas externos 56 separado del tubo interno de poste de parabrisas 58 por una capa basada en resina 60. El ensamble es soldado junto en las bridas 72. En la figura 12, se muestra un corte transversal de un árbol de transmisión 84 que tienen un tubo de metal externo 66 separado de un tubo de metal interno 68 con una capa de espuma estructural 70. En la figura 13, el riel C 72 se ilustra el cual tiene una sección de pared externa 74 separada del tubo interno o porción de canal 76 por una capa de espuma estructural 78.

En otra modalidad, y con referencia ahora ala figura 14 de los dibujos, toda la cavidad de un miembro estructural como por ejemplo vía de soporte de radiador 80 que tiene una capa 81 y una cubierta 83 se llena con un material de cementación o bien con una espuma estructural 82. Con el objeto de evitar que el material 82 fluya fuera de la cavidad 84 a través de los orificios pasantes 86 y 88, se proporcionan tapones 90 y 92, formados de preferencia de un material de espuma, como por ejemplo Styrofoam ®, que se desintegra a temperaturas presentes en los hornos de tratamiento para propósitos automotrices. Los tapones se insertan de preferencia en todos los orificios pasantes excepto los orificios pasantes a través de los cuales se inyecta el material 82. De esta manera, los tapones 88 y 90 son «removidos» automáticamente de tal manera que se mantiene un espacio suficiente para la fijación de alambres y similares. El material preferido para su uso en la formación de material 82 se describe en la patente norteamericana número 5,124,186, «Composite Tubular Door Beam Reinforced with a Reacted Core Localized at the Mid-Span of the Tube» (Brazo de puerta tubular compuesto reforzado con un núcleo reaccionado localizado a la mitad del tubo), fechada el día 23 de junio de 1992, cuya presentación entera se incorpora por referencia. De manera más preferida, el material descrito empezando en la línea 41 de la columna 10 de la patente norteamericana antes mencionada número 5,124,186 se prefiere. En otra modalidad y con referencia ahora a las figuras 15 y 16 de los dibujos, se puede observar un brazo de puerta reforzado o bien lima de impacto lateral reforzada 100 que tiene una cubierta estructural externa 102 formada de preferencia de acero dulce (con una resistencia de preferencia de 25,000 a 35,000 psi), o bien acero de alta resistencia no tratado térmicamente que tiene un espesor nominal de aproximadamente .050 pulgada a aproximadamente .100 pulgada. La cubierta estructural 102 se encuentra reforzada localmente de conformidad con la presente invención para ofrecer elemento de refuerzo de cara de compresión 104 (ilustrado en línea fantasma en la figura 15) . En la modalidad más preferida, el refuerzo 104 ocupa menos que aproximadamente una tercera parte del centro de la cubierta estructural 102 pero de preferencia más que un octavo de longitud de la cubierta estructural 102. Con referencia ahora a la figura 17 de los dibujos, el repuesto 104 se muestra en una modalidad en forma de un refuerzo trilateral con una capa de espuma estructural 106 colocada a lo largo de tres superficies internas 108, 109 y 110 de la cubierta estructural 102. En la modalidad ilustrada de las figuras 15, 16 y 17, la capa de espuma 106 se ilustra abarcando el hueco longitudinal 112 de la cubierta estructural 102, aún cuando no se requiere de esta orientación. Se prefiere una capa de espuma 106 de aproximadamente .050 a aproximadamente .25 pulgadas de espesor. Colocado en las superficies internas 108, 109 y lio de la capa de espuma 106 se encuentra la cubierta interna 114 formada de preferencia de acero delgado de ultra alta resistencia, de preferencia que tiene un espesor nominal de aproximadamente .025 a aproximadamente 0.80 pulgada. La cubierta interna 114 es coextensiva con la capa de espuma 106. Es decir, la cubierta interna 114 tiene un tamaño y una geometría que corresponden a la capa de espuma 106. En un modo de fabricación, se fabrica un brazo de puerta reforzado 100 mediante la exclusión de una banda o lámina de material basado en resina no expandido que es después aplicado sobre la superficie de la cubierta interna 114 (preformada según la geometría deseada) . La cubierta interna 114 sirve por consiguiente la función de un miembro portador para el material no expandido que forma la capa de espuma 106. La cubierta interna 114 con la resina fijada puede entonces insertarse en un extremo de la cubierta estructural 102 y se aplica una presión suficiente para unir la resina en su lugar, es decir, para sujetar el material no expandido que forma la capa de espuma 106 y es fijado en la cubierta interna 114 en lugar de la porción media de la cubierta externa 102. Además, puede ser deseable agregar gotas (no ilustrada) en la cubierta externa 102 para mantener la cubierta interna 114 y su capa de resina en su lugar. Un brazo de puerta reforzado 100 se fija dentro de una cavidad de puerta en cualquier configuración como, por ejemplo, las ilustradas en la patente norteamericana número 4,978,562 antes mencionada, cuya presentación entera se incorpora aquí por referencia. El medio de fijación preciso como por ejemplo unas piezas de extremo y/o soldadura no es una parte esencial de la presente invención. Una vez instalada en la puerta del vehículo, el brazo de puerta reforzado 100 es calentado a una temperatura suficiente para provocar la expansión térmica o bien «formación de espuma» de la capa 106, como por' ejemplo cuando el vehículo a motor es colocado en un horno de pintura o similar." A la temperatura de activación del agente de expansión la resina que forma la capa 106 se expande hasta su forma final y se solidifica para formar un enlace fuerte entre una cubierta interna 114 y una cubierta externa 102. Puesto que la capa 106 es una espuma estructural y la capa interna 114 es un acero delgado de alta resistencia, la cubierta estructural 102 es reforzada con un incremento mínimo de peso. En la figura 18 de los dibujos, muestra un brazo de puerta reforzado 100' que tiene una cubierta estructural externa 102', una capa de espuma 106' y una cubierta interna 114'. En esta modalidad, una capa de espuma 106' (y cubierta interna 114') tiene cuatro lados en contraste con la modalidad de tres lados descrita en la modalidad anterior. Tanto en la modalidad de tres lados como en la modalidad de cuatro lados, el material empleado para formar la capa de espuma que puede expandirse térmicamente es el material previamente descrito en relación con las modalidades previas.

En otra modalidad, se proporciona un brazo de puerta reforzado o bien un brazo de impacto lateral 150 con cubierta externa 152, otra vez un acero de resistencia leve a media que tiene un espesor de .050 a .100 pulgada, que incluye bridas anchas 154 en un lado de la misma. Las bridas 154 tendrán típicamente un ancho de aproximadamente .43 a aproximadamente .75 pulgadas. Una cubierta interna colocada centralmente 156 tiene bridas correspondientes 158 y se forma de acero delgado de alta resistencia (espesor nominal de aproximadamente .025 a aproximadamente .080 pulgadas). La cubierta interna 156 ocupa aproximadamente solamente una tercera parte de la longitud de la cubierta externa 152. Como se puede observar mejor en las figuras 20 y 21, una cubierta interna 156 es separada de la cubierta externa 152 por una capa 160 de un material basado en resina de expansión térmica. Conforme se expande, la capa 160 tiene un espesor preferido de aproximadamente .060 a aproximadamente .25 pulgadas. En esta modalidad, una capa de espuma estructural 160 no se encuentra entre las bridas 154 y las bridas 158. Al contrario, las bridas 154 y las bridas 158 están soldadas por puntos entre ellas. Así, la invención ofrece un refuerzo localizado a fuerzas en la dirección de la flecha «A» con un costo adicional mínimo y un peso adicional mínimo. Con referencia ahora a la figura 22 de los dibujos, en una modalidad de la presente invención ofrece una defensa reforzada 200 para un vehículo a motor. El diseño de la defensa 200 es similar al diseño del brazo de puerta 100 (de la figura 15) en algunos aspectos. Así se proporciona una cubierta de defensa externa 202 que tiene la naturaleza de una sección C que tienen porciones de brida 204. Ubicado a la mitad de la cubierta 202 de preferencia el tercio central (y de preferencia al menos más que aproximadamente más que uno octavo medio de dicha cubierta 202) , se ilustra un refuerzo 206 que tiene una capa de espuma estructural 208 colocada entre la superficie interna 210 de la cubierta de defensa 202 y una cubierta interna delgada de resistencia ultra elevada 210. La cubierta de defensa 202 será formada típicamente de acero (acero dulce o bien acero de alta resistencia tratado de manera no térmica) que tiene un espesor de aproximadamente .050 a .080 pulgadas. La capa de espuma 208 será una capa de espuma de los materiales preferidos expandidos térmicamente basados en resina previamente descritos y tendrá un espesor de aproximadamente .060 a aproximadamente .25 pulgadas. La cubierta interna 210 tendrá un espesor de aproximadamente .030 a aproximadamente .080 pulgada y se hará de acero de alta resistencia. Como en el caso del brazo de puerta reforzado previamente descrito, la capa de resina que puede expandirse térmicamente puede ser extruída, cortada a la longitud deseada, y colocada en una cubierta interna 210 como vehículo. Puede después insertarse en su lugar en una cubierta de defensa 202. De preferencia, después del ensamblaje del vehículo, la resina es expandida térmicamente para formar una capa de espuma ligera que tiene una cubierta interna de alta resistencia. Se observará entonces que los brazos de impacto lateral y las defensas ilustrados en las figuras 15-23 derivan ahorros de costo inesperados y mejor cavidad mediante (1) el uso de acero dulce o bien acero no tratado térmicamente como la cubierta externa (que tiene la mayor masa) y solamente una pequeña cantidad de acero de alta resistencia como la cubierta interna localizada y (2) mediante la minimización de la cantidad de resina que se emplea. Se entenderá que este acero de fuerza limitada conserva su forma geométrica después de la formación (no presenta retroceso) mucho mejor que .un acero tratado térmicamente.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES Un brazo de puerta reforzado, que comprende: una cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal formada de acero que tiene un primer extremo y un segundo extremo; un refuerzo local longitudinal colocado en dicha cubierta de brazo de puerta hueca; dicho refuerzo local tiene una longitud menor que aproximadamente una tercera parte de la longitud de dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal; dicho refuerzo local se encuentra colocado en dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal aproximadamente a media distancia entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo de dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal; dicho refuerzo local tiene una capa de material basado en resina que se expande térmicamente y una cubierta interna; dicha cubierta interna se forma de acero delgado de alta resistencia; y dicha capa de material basado en resina que se expande térmicamente se coloca entre una superficie interna de dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal y dicha cubierta interna y es unida rígidamente sobre dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal y dicha cubierta interna. La invención de conformidad con la reivindicación 1, donde dicho material basado en resina con expansión térmica contiene microesferas. La invención de conformidad con la reivindicación 1, donde dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal tiene un corte transversal rectangular con 4 lados internos, y donde dicho refuerzo local tiene un corte transversal en forma de C de tal manera que dicho material basado en resina con expansión térmica es unido a solamente tres de dichos cuatro lados internos. La invención de conformidad con la reivindicación 1, donde dicha cubierta de brazo de puerta hueca longitudinal tiene un corte transversal rectangular con 4 lados internos y donde dicho refuerzo local tiene una sección transversal rectangular de tal manera que dicho material basado en resina de expansión térmica es unido a los cuatro lados internos. Un brazo de puerta reforzado, que comprende: una cubierta de brazo de puerta longitudinal que tiene un primer extremo y un segundo extremo que definen un canal, dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal tiene un par de bridas laterales y un par de paredes laterales opuestas, dichas bridas laterales de dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal se extienden alejándose de dichas paredes laterales de dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal a aproximadamente 90°; una cubierta interna longitudinal que define un canal, dicha cubierta interna longitudinal tiene un par de bridas laterales y un par de paredes opuestas, dichas bridas laterales de dicha cubierta interna longitudinal se extiende alejándose de dichas paredes laterales de dicha cubierta interna longitudinal a aproximadamente 90°; dicha cubierta interna longitudinal se coloca a aproximadamente media distancia entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo y ocupa menos que aproximadamente una tercera parte de la longitud de dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal; una capa de resina de expansión térmica colocada entre dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal y dicha cubierta interna longitudinal y unida rígidamente sobre una superficie interna de dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal y sobre dicha cubierta interna longitudinal; y donde dicha cubierta interna longitudinal está anidada en dicho canal de dicha cubierta de brazo de puerta , longitudinal y donde dichas bridas de dicha cubierta interna longitudinal están soldadas sobre dichas bridas de dicha cubierta de brazo de puerta longitudinal. 6. La invención de conformidad con la reivindicación 5, donde dicha resina térmicamente expandida incluye microesferas huecas. La invención de conformidad con la reivindicación 5 , donde dicha cubierta interna longitudinal se forma de acero de alta resistencia. La invención de conformidad con la reivindicación 7 , donde dicho acero de alta resistencia tiene un espesor de aproximadamente .025 a aproximadamente .080 pulgadas. Una defensa de vehículo a motor reforzada, que comprende: una cubierta de defensa longitudinal que define una cavidad y que tiene un primer extremo y un segundo extremo; un refuerzo local longitudinal colocado en dicha cavidad; dicho refuerzo local longitudinal tiene una longitud que es menor que aproximadamente una tercera parte de la longitud de dicha cubierta,de defensa longitudinal; dicho-- refuerzo local longitudinal se coloca en dicha cubierta de defensa longitudinal a" aproximadamente media distancia entre dicho primer extremo y dicho segundo extremo de dicha cubierta de defensa longitudinal; dicho refuerzo local longitudinal tiene una capa de material basado en resina de expansión térmica y una cubierta interna; dicha cubierta interna se forma de acero de alta resistencia delgado; y dicha capa de material basado en resina de expansión térmica se coloca entre una superficie interna de dicha cubierta de defensa longitudinal y dicha cubierta interna y es unida sobre dicha cubierta de defensa longitudinal y dicha cubierta interna. 10. La invención de conformidad con la reivindicación 1, donde dicho material basado en resina de expansión térmica contiene microesferas. 11. La invención de conformidad con la reivindicación 9, donde dicha capa basada en resina tiene un espesor de aproximadamente .060 a aproximadamente .25 pulgadas. 12. La invención de conformidad con la reivindicación 9 , donde dicha cubierta interna tiene un espesor de aproximadamente .025 a aproximadamente .080 pulgadas.