PT106838A - Travessa para veículos motorizados unida e reforçada através da aplicação de fibras poliméricas, por via de enrolamento filamentar - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO DIZ RESPEITO A UMA TRAVESSA (1) PARA VEÍCULOS MOTORIZADOS UNIDA E REFORÇADA ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE FIBRAS POLIMÉRICAS, POR VIA DE UM ENROLAMENTO FILAMENTAR (9), DESTINADA A SUPORTAR O PAINEL DE INSTRUMENTOS, A GARANTIR A RIGIDEZ DO MESMO E A SUPORTAR OS DIVERSOS COMPONENTES FUNCIONAIS (3, 4, 5, 6, 7, E 8) DO PAINEL DE INSTRUMENTOS. É CARACTERIZADA POR TER UMA ESTRUTURA PRINCIPAL METÁLICA (2) DE SECÇÃO TRANSVERSAL CIRCULAR OU NÃO, SENDO OS SEUS COMPONENTES FUNCIONAIS (3, 4, 5, 6, 7, E 8) METÁLICOS OU NÃO, UNIDOS A ESTA ESTRUTURA PRINCIPAL METÁLICA (2) ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE FIBRAS POLIMÉRICAS POR INTERMÉDIO DE ENROLAMENTO FILAMENTAR (9).

Description

DESCRIÇÃO

"TRAVESSA PARA VEÍCULOS MOTORIZADOS UNIDA E REFORÇADA ATRAVÉS DA APLICAÇÃO DE FIBRAS POLIMÉRICAS, POR VIA DE ENROLAMENTO FILAMENTAR"

ÂMBITO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a uma travessa para veículos motorizados que utiliza para a ligação e reforço dos vários elementos constituintes uma união promovida por fibras poliméricas por intermédio do processo de enrolamento filamentar. A referida travessa é constituída por uma estrutura principal metálica oca de secção transversal circular ou não. A invenção tem particular aplicação na indústria automóvel em geral.

TÉCNICA ANTERIOR

Uma das travessas 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.

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 estas 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.

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. Normalmente, a espessura dos segmentos tubulares da estrutura principal varia entre 1,2 e 2,5 mm de espessura, enquanto os componentes funcionais variam de 1 a 3,5 mm de espessura, sendo que quanto maior for a rigidez necessária para o componente, maior será a sua espessura. A ligação entre os segmentos tubulares, e entre estes e os diferentes componentes estampados são normalmente realizadas por soldadura: todos as peças que constituem a travessa são posicionadas num dispositivo de soldadura e são ligadas, através da fusão parcial do material de cada uma das peças que constituem a travessa.

No entanto, a soldadura tem o problema das distorções térmicas, provocadas pela quantidade de calor que é introduzida em cada uma das peças 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 indústria automóvel tem sido sujeita, as soluções metálicas têm sido gradualmente substituídas pelas soluções híbridas. 0 mercado actual disponibiliza várias conceitos construtivos para as soluções híbridas, sendo a 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, ao documento de patente europeia com o número de publicação EP 2377746.

No entanto, existem soluções de componentes metálicos reforçados por camadas poliméricas através de um processo de enrolamento filamentar. Para minimizar o peso e potenciar a resistência mecânica, componentes metálicos são envolvidos por fibras impregnadas em resina, como por ex. fibras de carbono ou fibras de vidro. Estas soluções são empregues, por ex., em reservatórios de pressão. A propósito do acima exposto, faz-se referência, a titulo de exemplo, ao documento de patente Japonesa com o número de publicação JP6331032.

Ora, a presente invenção tem como objectivo juntar numa única travessa, as seguintes vantagens: • a estrutura principal metálica, de espessura inferior ao normalmente utilizado neste tipo de travessas, que, por si só, é responsável por garantir a maior parte da rigidez da travessa; • o reforço localizado da estrutura principal metálica camadas de fibras poliméricas o que terá como consequência um aumento de rigidez dessa estrutura metálica, e um aumento da capacidade de absorção de energia da travessa; • o enrolamento de fibras sobre a estrutura principal metálica promove a união dos diferentes elementos que constituem a estrutura principal metálica, e entre esta e os diferentes componentes funcionais da travessa, eliminando todas as operação de soldadura e/ou outro qualquer método de união referido anteriormente; • o facto de a ligação entre a estrutura metálica e os diferentes componentes funcionais ser efectuada sem fundir o material que os constituem, elimina as distorções introduzidas durante o processo de soldadura utilizado no processo de fabrico das travessas; • permite a interação de materiais com caraterísticas metalúrgicas distintas, exemplo de união entre materiais ferrosos e não ferrosos, que não é viável utilizando processos de soldadura convencionais; • a conjugação de uma estrutura principal metálica de espessura inferior ao normalmente utilizado e de componentes funcionais que constituem esta travessa também de espessura inferior ao normalmente utilizado, através do reforço localizado por enrolamento filamentar de fibras poliméricas, permitindo vantagens em redução de peso.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a uma travessa para veículos motorizados e mais concretamente a uma travessa para suportar o painel de instrumentos. A união e reforço dos vários elementos constituintes é promovida pela definição geométrica dos componentes e aplicação de fibras poliméricas por via do processo de enrolamento filamentar. A referida travessa é composta por uma estrutura principal metálica e oca, contendo vários rasgos que permitem o encaixe como o posicionamento dos diferentes componentes funcionais da travessa. 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. Esta apresenta uma espessura inferior ao normalmente usado neste tipo de travessas.

Os componentes funcionais também são metálicos e podem ser igualmente produzidos por estampagem, fundição ou outro processo de fabrico, dependendo do material utilizado. A configuração destes componentes, para além de permitir um encaixe nos rasgos criados na estrutura principal, permitem também a ligação com a estrutura principal através do processo de enrolamento filamentar.

Os compontentes funcionais são encaixados nos rasgos da estrutura principal e são conformados mecânicamente por forma a impedirem o seu deslocamento aquando do processo de enrolamento filamentar. 0 enrolamento filamentar promove a ligação entre os constituintes da estrutura principal e entre estes e os componentes funcionais da travessa sem a utilização de soldadura ou outro qualquer processo de união. Para além disso, a introdução das fibras poliméricas na estrutura metálica terá como consequência um aumento de rigidez da estrutura, e um aumento da capacidade de absorção de energia da travessa.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS A descrição que se apresenta a seguir é feita com referência aos desenhos anexos que são apresentados apenas a titulo de referência, sem qualquer carácter limitativo, e em que: - A figura 1 corresponde a uma vista isométrica de uma travessa (1), na qual são aplicados rasgos/orí-ficios no corpo principal, concretamente a estrutura principal metálica (2), de modo a que os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7, 8), como o suporte de fixação frontal (3), o suporte da coluna de direção superior (4), o suporte da coluna de direção inferior (5), o suporte de fixação lateral esquerdo (6), o suporte de fixação lateral direito (7), o suporte de fixação ao solo (8), possam ser facilmente encaixados e posicionados no corpo principal metálico (2); - A figura 2 corresponde a uma vista de topo de uma travessa (1), na qual são aplicados rasgos/orificios no corpo principal, concretamente a estrutura principal metálica (2), de modo a que os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7, 8) possam ser facilmente encaixados e posicionados no corpo principal metálico (2) ; - A figura 3 corresponde a uma vista isométrica de uma travessa (1), em que a estrutura principal metálica (2) é constituída por um corpo circular oco, no qual as fibras poliméricas promovem a ligação entre e os vários componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7, 8); - A figura 4 corresponde a uma vista frontal de uma travessa (1), em que a estrutura principal metálica (2) é constituída por um corpo oco, sendo que o enrolamento filamentar (9) das fibras poliméricas, promovem a ligação entre e os vários conponentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7, 8), sendo que nas zonas onde a sua rigidez é inferior ao especificado, a travessa (1) está reforçada por maior número de camadas de fibras poliméricas; - A figura 5 corresponde a uma vista referente à secção longitudinal A-A, da travessa (1) da figura 1; e - A figura 6 corresponde a um vista referente a um detalhe da figura 5, onde um dos componentes funcionais (3) está unido ao corpo principal metálico (2), através das fibras poliméricas.

Legenda dos sinais de referência - Travessa (1) - Estrutura principal metálica (2) - Componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8) - Enrolamento filamentar (9)

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a uma travessa (1) cuja união e reforço dos seus componentes se processa pela definição geométrica dos mesmos e aplicação de fibras poliméricas. Este tipo o de união é direccionado a um exemplo de uma travessa, destinada a suportar o painel de instrumentos de um veiculo motorizado.

As figuras 1 e 2 correspondem a um esquema representativo de uma travessa (1) para veículos motorizados, composta por uma estrutura principal metálica (2), constituída por um corpo oco, no caso das figuras 1 e 2, de secção transversal circular, que constituem a estrutura principal metálica (2), e por vários componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8) que fazem parte deste tipo de travessas. Tanto o corpo metálico como os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8) podem ser obtidos por um qualquer processo de conformação metálica, como por exemplo, a estampagem.

Embora as figuras 1 e 2 faça alusão a um corpo metálico de secção transversal circular, a estrutura principal metálica (2) pode ser constituída por um ou mais corpos metálicos e a secção transversal pode ter qualquer outra configuração que não a circular, porém sempre fechada.

Nas figuras 1 e 2 podemos também ver as zonas onde vão ser posicionados os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7, 8). Neste caso, são aplicados rasgos/oríficios no corpo principal, concretamente a estrutura principal metálica (2), de modo a que os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7e 8) possam ser facilmente encaixado e posici- onado no corpo principal metálico (2). As patilhas dos componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7, 8) vão estar no interior do corpo principal metálico (2) , sendo que o comprimento e/ou secções da patilha podem ser diferentes, visto que os esforços a que cada um dos componente funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8) vai estar sujeito na travessa (1) também será diferente. Após o posicionamento dos componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7e 8) na estrutura principal metálica (2) é necessário um processo de conformação adicional sobre os mesmos, impedindo estes de se deslocarem aquando do processo de enrolamento filamentar (9) que vai promover a união de todos os constituintes da travessa, não sendo necessário utilizar um outro qualquer processo de união, como por exemplo a soldadura.

Podemos ver na figura 5 um corte longitudinal efectuado na travessa (1). A figura 6 diz respeito a um detalhe da figura 5, , o enrolamento filamentar (9) cobre toda a área de contacto do componente funcional (3) com o corpo principal metálico (2) da travessa (1).

Devido ao facto de a estrutura principal metálica (2) ter uma espessura inferior ao normalmente utilizado neste tipo de travessas (1), que por si só não será suficiente para cumprir com os requisistos da travessa (1), ela será reforçada localizadamente por fibras poliméricas através do processo de enrolamento filamentar (9).

Assim, a adiçao das fibras poliméricas à estrutura principal metálica (2) , não só irá permitir um aumento da rigidez da travessa (D , como também irá promover a absorção de energia por parte desta.

No entanto, nas zonas onde estão os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8), para além do mencionado no parágrafo anterior, as fibras poliméricas terão como função promover a ligação entre os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8) e a estrutura principal metálica (2).

Podemos ver na figura 6 um detalhe da secção A-A mostrada na figura 5, onde um dos componentes funcionais da travessa (1) está unido ao corpo principal metálico (2) reforçando localizadamente a travessa (1) com as fibras poliméricas. A invenção deve apenas ser limitado pelo espirito e âmbito das reivindicações que se seguem.

Lisboa, 14 março de 2014

Claims (5)

1. REIVINDICAÇÕES 1. Travessa (1) para veículos motorizados unida e reforçada através da aplicação de fibras poliméricas, por via de um enrolamento filamentar (9) destinada a suportar o painel de instrumentos, caracterizada por compreender: - uma estrutura principal metálica (2) com rasgos para encaixe e posicionamento de componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8); - um enrolamento filamentar (9) de fibras poliméricas ligar toda a área de contacto entre os componentes funcionais (3, 4, 5, 6, 7 e 8) e a estrutura principal metálica (2).
2. 2. Travessa (1) para veículos motorizados unida e reforçada através da aplicação de fibras poliméricas, por via de um enrolamento filamentar (9), de acordo com a reivindicação anterior caracterizada por a estrutura principal metálica (2) ser constituída por pelo menos um corpo metálico.
3. 3. Travessa (1) para veículos motorizados unida e reforçada através da aplicação de fibras poliméricas, por via de um enrolamento filamentar (9), de acordo com a reivindicação n.° 1 caracterizada por a estrutura principal metálica (2) apresentar uma secção circular ou não circular mas sempre oca e fechada.
4. 4. Travessa (1) para veículos motorizados unida e reforçada através da aplicação de fibras poliméricas, por via de um enrolamento filamentar (9), de acordo com a reivindicação n.° 1 caracterizada por ser constituída por materiais de diferentes propriedades metalúrgicas.
5. 5. Travessa (1) para veículos motorizados unida e reforçada através da aplicação de fibras poliméricas, por via de um enrolamento filamentar (9), de acordo com a reivindicação n.° 1 caracterizada por cada componente funcional (3, 4, 5, 6, 7 e 8) ter uma configuração própria para o encaixe nos rasgos criados na estrutura principal metálica (2) e por para conformação mecânica adicional para a ligação com a estrutura principal metálica (2) através do processo de enrolamento filamentar (9). Lisboa, 14 março de 2014