PT106661A - Travessa híbrida para veículos motorizados - Google Patents

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UMA TRAVESSA HÍBRIDA (1), DESTINADA A SUPORTAR O PAINEL DE INSTRUMENTOS DE UM VEÍCULO MOTORIZADO, A GARANTIR A RIGIDEZ DO MESMO E A SUPORTAR OS DIVERSOS COMPONENTES DO PAINEL DE INSTRUMENTOS, CARACTERIZADA POR TER UMA ESTRUTURA PRINCIPAL METÁLICA E OCA (11) DE SECÇÃO TRANSVERSAL CIRCULAR OU NÃO, POR TER UM NÚCLEO INTERIOR DE BAIXA DENSIDADE (10), POR EXEMPLO, UMA ESPUMA, E POR TER UMA CAMADA POLIMÉRICA SOBRE-INJECTADA, QUE ENVOLVE, TOTAL OU PARCIALMENTE, A ESTRUTURA METÁLICA (11).

Description

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DESCRIÇÃO "TRAVESSA HÍBRIDA PARA VEÍCULOS MOTORIZADOS"

ÂMBITO DO INVENTO 0 presente invento diz respeito a uma travessa híbrida para veículos motorizados. A travessa é composta por uma estrutura principal metálica e oca de secção transversal fechada e de espessura reduzida, por um núcleo interior de baixa densidade, e por uma camada polimérica que envolve, total ou parcialmente, a estrutura metálica. 0 invento tem particular aplicação na indústria automóvel em geral.

TÉCNICA ANTERIOR

Uma das vigas transversais normalmente existentes em veículos motorizados encontra-se localizada sob o painel de instrumentos e está ligada, em ambas as extremidades, aos pilares A do veículo. Esta travessa tem como função suportar o próprio painel de intrumentos, mas também os diversos componentes a ele associados, tais como a coluna de direcção ou os airbags. Deste modo, é essencial que esta travessa apresente a rigidez necessária para responder às solicitações a que normalmente se encontra sujeita. Ou seja, deveremos introduzir massa/material, nas zonas onde a travessa irá ser mais solicitada, e retirar massa/material 2 das zonas onde ela não é necessária, para reduzir peso do conjunto.

Paralelamente, a travessa deve ser concebida de modo a que, com o veiculo em funcionamento, não surjam vibrações indesejadas, isto é, vibrações fora dos limites considerados admissíveis na indústria automóvel, sendo por isso particularmente relevantes as suas frequências naturais de vibração. Estas vibrações são provocadas pelas excitações/solicitações a que a travessa está sujeita, principalmente pelo funcionamento do motor do veículo. Este fenómeno é de extrema importância para o condutor do veículo, visto que se esta vibrações surgirem, o condutor irá ter uma sensação de desconforto quando em contacto com o volante do veículo.

Para além disso, devido às questões de segurança normalmente inerentes aos veículos motorizados, e ao facto de a travessa promover a ligação entre os Pilares-A esquerdo e direito dos veículos motorizados, estas travessas tendem em cumprir com parte das funções de absorção de energia em caso de impacto frontal e/ou lateral.

Existem diversas soluções para este tipo de travessas actualmente no mercado, desde soluções metálicas até soluções híbridas, sendo estas o resultado da interface de estruturas metálicas com reforços poliméricos ou de estruturas metálicas com o reforço de espumas. 3

As soluções metálicas são as mais comuns. 0 conceito construtivo mais utilizado dentro das soluções metálicas baseia-se num ou mais segmentos tubulares metálicos, de dimensões e/ou propriedades distintas, para a construção da estrutura principal da travessa, e associado a esta estrutura principal são ligados diferentes componentes estampados metálicos, de diferentes configurações, sendo que cada um destes componentes terá uma ou mais funções na travessa. A ligação entre os segmentos tubulares, e entre estes e os diferentes componentes estampados são normalmente realizadas por soldadura. No entanto, a soldadura tem o problema das distorções térmicas, provocadas pela quantidade de calor que é introduzida na peça durante o processo de soldadura.

Mas a ligação entre os segmentos tubulares e os componentes também podem ser feitas por ligações aparafusadas, por rebitagem ou por outro qualquer processo de união, embora sejam pouco comuns para estas travessas.

Qualquer um destes meios de união, seja soldadura, ligações aparafusadas ou outra, apresentam uma grande desvantagem em termos económicos, já que qualquer uma delas representa mais uma operação, logo custo adicional para o produto final.

No entanto, devido aos objectivos de redução de peso a que a industria automóvel tem sido sujeita, as soluções metálicas têm sido gradualmente substituidas pelas 4 soluções híbridas. 0 mercado actual disponibiliza vários conceitos construtivos para as soluções híbridas, sendo as mais comuns compostas por um ou mais corpos metálicos ligados entre si, normalmente tubos, sobre os quais são sobre-injectados corpos poliméricos, em áreas previamente definidas, promovendo a ligação entre o corpo metálico e o(s) corpo(s) polimérico(s) , dando origem a um corpo único híbrido. Estes componentes poliméricos são dimensionados e projectados tendo em conta o objectivo de rigidez especificado para esse componente. A propósito do acima exposto, faz-se referência, a título de exemplo, à patente europeia com o número de publicação EP 2377746.

No entanto, existem soluções híbridas, compostas por um ou mais corpos metálicos, normalmente tubos, e componentes estampados, ligados entre si, normalmente por um processo de soldadura, sendo que os tubos são reforçados por espumas no seu interior, em zonas especificas. Estas espumas vão rigidificar as zonas onde elas vão ser introduzidas. A propósito do acima exposto, faz-se referência, a título de exemplo, à patente mundial com o número de publicação WO 2009062591. 5

Existem espumas aplicadas a outros componentes da indústria automóvel que, para além das propriedades de reforço estrutural falado anteriormente, também tem capacidades de absorção de energia de impacto, como por exemplo as espumas de aluminio. A propósito do acima exposto, faz-se referência, a titulo de exemplo, à patente alemã com o número de publicação DE 102009035778.

Ora, o presente invento tem como objectivo juntar numa única travessa, as seguintes vantagens: • a estrutura principal metálica e oca, de baixa espessura, que, por si só, é responsável por garantir a maior parte da rigidez da travessa; o reforço da estrutura principal metálica e oca por um núcleo de material de baixa densidade terá como consequência um aumento de rigidez dessa estrutura metálica, e também um aumento da capacidade de absorção de energia da travessa, sendo o seu peso inferior ao de uma estrutura principal totalmente metálica; • a camada polimérica será sobre-injectado sobre a estrutura principal metálica, dando a forma aos componentes específicos que constituem a travessa, e ao mesmo tempo reforçando localmente a rigidez da estrutura principal, injectando-se mais ou menos material, conforme for necessário, sendo o seu peso inferior ao de uma estrutura principal totalmente metálica; 6 • caso a rigidez de um componente especifico, formado unicamente por material polimérico, não seja suficiente para cumprir com a sua função na travessa, podem ser acrescentados insertos metálicos, aos quais serão sobre-injectados uma camada polimérica com o objectivo de aumentar a rigidez local desse componente, sendo o seu peso, ainda assim, inferior ao de um componente unicamente metálico; • a sobre-injecção da camada polimérica sobre a estrutura principal metálica e/ou sobre os incertos metálicos permite a união entre os diferentes componentes da travessa, eliminando a operação de soldadura e/ou outro qualquer método de união referido anteriormente; e • a conjugação de uma estrutura principal metálica de baixa espessura, com um núcleo de baixa densidade no seu interior, e com uma camada polimérica no seu exterior, com ou sem insertos metálicos, vai permitir uma melhor distribuição dos materiais ao longo da travessa levando a uma redução do peso do produto, quando comparado, principalmente, com as soluções metálicas.

SUMÁRIO DO INVENTO 0 presente invento diz respeito a uma travessa híbrida, destinada a suportar o painel de instrumentos de um veículo motorizado. A travessa é composta por uma estrutura principal metálica e oca, por um núcleo interior de baixa densidade, e por uma camada polimérica que 7 envolve, total ou parcialmente, a estrutura metálica. A estrutura principal metálica pode ser composta por um ou mais corpos metálicos, de secção transversal circular ou não, de diferentes materiais ou não, que podem ser produzidas por estampagem, fundição ou outro processo de fabrico, dependendo do material utilizado, e, caso a estrutura metálica seja constituída por vários corpos metálicos, estes podem ser ligados previamente por um qualquer processo de união, tais como soldadura, por ligações aparafusadas, por rebitagem ou outro, ou são ligados pela camada polimérica que será injectada sobre estes, promovendo a ligação entre todos os corpos da estrutura principal mecânica. 0 interior da estrutura metálica pode ser constituído por um ou vários núcleos localizados em diferentes zonas da estrutura metálica, sendo que estes núcleos podem ser obtidos a partir de diferentes materiais ou não de baixa densidade, com diferentes propriedades mecânicas ou não. A camada polimérica pode ser composta por um ou vários materiais poliméricos, de diferentes propriedades mecânicas ou não, que são sobre-injectados sobre a estrutura principal metálica, dando a forma aos componentes funcionais que fazem parte da travessa. Estes componentes funcionais podem ser formados unicamente por material polimérico, ou podem também ser formados por insertos metálicos, sobre os quais será injectado o polímero, que envolve total ou parcialmente a estrutura principal metálica e os insertos metálicos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A descrição que se apresenta a seguir é feita com referência aos desenhos anexos que são apresentados apenas a título de referência, sem qualquer carácter limitativo, e em que: - A figura 1 corresponde a uma vista isométrica e frontal de uma travessa híbrida (1), em que a estrutura metálica (11) principal e oca é constituída por um único corpo, tendo o núcleo de baixa densidade injectado no seu interior e os vários conponentes funcionais (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) sobre-injectados sobre esse corpo; - A figura 2 corresponde a uma vista isométrica e frontal de uma travessa híbrida (1), em que a estrutura principal metálica é constituída por dois corpos (21, 22) que estão posicionados de modo a poderem estar unidos entre si por um qualquer processo de união, tendo o núcleo de baixa densidade injectado no seu interior e os vários conponentes funcionais (13, 14, 15, 16, 27, 28, 29) sobre-injectados sobre esses corpos; - A figura 3 corresponde a uma vista isométrica e frontal de uma travessa híbrida (1), em que a estrutura principal metálica é constituída por dois corpos (21, 22) que estão posicionados de modo a não poderem estar unidos previamente por um qualquer processo de união, tendo o núcleo de baixa densidade injectado no seu interior e os 9 vários conponentes funcionais (13, 14, 15, 16, 28, 29, 37) sobre-injectados sobre esses corpos; - A figura 4 corresponde às secções A-A e B-B da travessa híbrida da figura 1, caracterizada por ter um núcleo de baixa densidade (10) no interior da estrutura metálica. Para além disso, o componente funcional da secção B-B (18) tem um inserto metálico (20);e - A figura 5 corresponde às secções A-A e B-B da travessa híbrida da figura 1, caracterizada por ter dois núcleos (30, 40) internos de baixa densidade de diferentes propriedades metálicas no interior da estrutura metálica. Para além disso, o componente funcional da secção B-B (18) tem um inserto metálico (20).

DESCRIÇÃO DETALHADA DO INVENTO 0 presente invento diz respeito a uma travessa híbrida, destinada a suportar o painel de instrumentos de um veículo motorizado. A travessa é composta por uma estrutura principal metálica e oca, por um núcleo interior de baixa densidade, e por uma camada polimérica que envolve, total ou parcialmente, a estrutura metálica. A figura 1 corresponde a um esquema representativo de uma travessa híbrida (1) composta por uma única estrutura metálica (11) oca, de espessura reduzida, no caso da figura, de secção transversal circular, ou seja, um tubo. No entanto, a secção transversal pode ter qualquer outra configuração. O corpo metálico pode ser obtido por um qualquer processo de conformação metálica, como por 10 exemplo, a estampagem.

Devido ao facto de o corpo metálico ter uma espessura reduzida, que por si só não será suficiente para cumprir com as funções de uma travessa deste tipo, ela terá de ser reforçada com outras camadas, que vão reforçar o corpo metálico nas zonas onde a sua rigidez é insuficiente.

Assim, a adição de um núcleo de baixa densidade (10) no seu interior, não só irá permitir um aumento da rigidez na zona onde está esse núcleo, como também irá promover a absorção de energia por parte da travessa durante um impacto lateral e/ou frontal.

Para além disso, a sobre-injecção da camada polimérica irá também aumentar a rigidez local do corpo metálico de baixa espessura. No entanto, esta camada polimérica irá permitir também dar forma aos componentes funcionais (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) que fazem parte deste tipo de travessas. Caso estes componentes funcionais formados unicamente por material polimérico não sejam suficientes para cumprir com a sua função, podemos introduzir insertos metálicos (20) no seu interior, de modo a aumentar a sua rigidez. Estes insertos metálicos, tal como o corpo principal, podem ser obtidos por um qualquer processo de conformação metálica, como por exemplo, a estampagem.

Assim, após a obtenção do corpo metálico será 11 introduzido os núcleos de baixa densidade (10) no seu interior, e após colocação desta estrutura metálica (11) e dos insertos metálicos (20) no molde de injecção, será sobre-injectada a camada polimérica originando os diferentes componentes funcionais que constituem este tipo de travessas (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19) .

Na figura 2 pode-se ver uma configuração em que a estrutura principal metálica é constituída por dois corpos (21, 22), sendo que estes dois corpos podem ser previamente unidos por um qualquer processo de união, por exemplo soldadura.

Na figura 3 temos uma configuração em que a estrutura principal metálica também é constituída por dois corpos (21, 22) . No entanto, o posicionamento dos dois corpos metálicos impede que eles possam estar ligados previamente por um processo de união. Neste tipo de configuração será a sobre-injecção da camada polimérica que irá promover a união entre o dois corpos metálicos. No caso desta figura, a união dos corpos será promovida por um componente polimérico de ligação (31). No entanto , na configuração exemplificada na figura 2, podemos promover a união entre os corpos metálicos durante a sobre-injecção da camada polimérica, eliminando deste modo uma operação de união dos corpos metálicos, reduzindo o custo de fabrico. No caso desta figura, teríamos também um componente polimérico (27) a 12 promover a união dos corpos metálicos.

Nas figuras 4 e 5 temos as diferentes secções que podem existir em qualquer uma das configurações descritas anteriormente. A figura 4 representa uma configuração em que temos uma travessa em que o núcleo de baixa densidade (10) será o mesmo nas diferentes secções, ao passo que na figura 5 o núcleo será diferente na secção A-A (30) e na secção B-B (40).

Em qualquer uma das configurações anteriores, podemos ter diferentes materiais poliméricos a serem sobre-injectados numa mesma travessa. Por exemplo, na figura 1, o componente funcional 15 pode ser constituído por um material polimérico em que as propriedades mecânicas são diferentes do componente 18.

Do mesmo modo, poderemos ter componentes funcionais formados por insertos metálicos (20) e material polimérico, e/ou unicamente por material polimérico na mesma travessa em qualquer uma das configurações faladas.

Lisboa, 14 de Outubro de 2013

Claims (5)

1 REIVINDICAÇÕES 1. Travessa híbrida (1) destinada a suportar o painel de instrumentos de um veículo motorizado, a garantir a rigidez do mesmo e a suportar os diversos componentes do painel de instrumentos, caracterizada por apresentar uma estrutura metálica (11) e oca, por possuir um núcleo de baixa densidade (10), cuja densidade é inferior à do material base da estrutura metálica (11), e por ter uma camada polimérica sobre-injectada que envolve a estrutura metálica (11) e dá forma aos componentes funcionais (13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 27, 28, 29, 37), que fazem parte da travessa.

2. Travessa híbrida (1), de acordo com a reivindicação anterior, caracterizada por a estrutura metálica (11) e oca ser constituída por um ou mais corpos (21, 22) metálicos e cuja interligação é garantida pela camada polimérica sobre-injectada, a qual envolve, total ou parcialmente, a estrutura metálica (11) principal.

3. Travessa híbrida (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o núcleo de baixa densidade (10) interior ser sub-dividido em dois ou mais núcleos (30, 40), de modo a possibilitar a variação local do material do núcleo interior, desde que a densidade de cada sub-núcleo seja inferior à do material base da zona da estrutura metálica (11) e oca em que se encontra 2 localizados .

4. Travessa híbrida (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a camada polimérica sobre-injectada apresentar simultaneamente duas ou mais áreas com materiais poliméricos de propriedades mecânicas distintas, independentemente de esta envolver parcial ou integralmente a estrutura metálica (11) principal.

5. Travessa híbrida (1), de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por no interior dos componentes funcionais (13, 14, 15 \—1 V 17, 18, 19, 27, 28, 29, 37), formados pela camada polimérica sobre-injectada, serem colocados um ou mais insertos metálicos (20), e em que a união permanente dos insertos à estrutura metálica (11) principal é garantida pela própria camada polimérica, envolvendo simultaneamente os insertos metálicos e a estrutura metálica (11). Lisboa, 14 de outubro de 2013