MXPA02008958A - Miembro de refuerzo estructural para cavidad de rueda. - Google Patents

Abstract

Un miembro de refuerzo estructural (10) para reforzar el area de la cavidad de una rueda de un automovil incluye un soporte (12) y un medio distribuidor de carga sostenido por el soporte (12). El soporte (12) tambien puede incluir una saliente reforzada (28), aberturas reforzadas (32), y una pestana que se extiende hacia afuera (22). La pestana (22) incluye una porcion de resalto reforzada que tiene una forma similar a aquella de la pestana (22). El medio distribuidor de carga es una espuma estructural (14) y preferiblemente una resina a base de epoxi.

Description

MIEMBRO DE REFUERZO ESTRUCTURAL PARA CAVIDAD DE RUEDA CAMPO PE LA INVENCION La invención presente se relaciona generalmente con un miembro de refuerzo estructural para utilizarse en el incremento de la rigidez y resistencia de un ensamble de chasis, tal como un chasis automotriz. De manera más particular, la invención se relaciona con un miembro de refuerzo que refuerza el chasis utilizando una espuma estructural activada con calor, y un portador en donde el material compuesto del portador y la espuma activada incrementan la rigidez y resistencia estructural del chasis.

ANTECEDENTES DE LA INVENCION Por muchos años la industria automotriz se ha preocupado en diseñar los miembros de refuerzo del chasis de que no se adicionen de manera significativa al peso del automóvil. Las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,755,486; 4,901 ,500 y 4,751 ,249 describen dispositivos de refuerzo de la técnica anterior. Aunque estos dispositivos de la técnica anterior puedan ser ventajosos en algunas circunstancias, existe la necesidad de una estructura simple de bajo costo que permita acoplar el miembro de refuerzo a una variedad de estructuras de configuraciones geométricas variables.

BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION La invención presente está dirigida a un miembro de refuerzo estructural diseñado para reforzar una porción de la cavidad de la rueda de un chasis automotriz. El miembro de refuerzo incluye un soporte polimérico, el cual puede ser sujeto a moldeo por inyección u otro material moldeable tal como polimérico, metálico, o cerámico, y un medio distribuidor de carga dispuesto sobre el soporte. En una modalidad, el soporte sostiene una saliente reforzada y dos aberturas reforzadas. Adicionalmente, el soporte sostiene una pestaña que se extiende hacia afuera. La pestaña incluye una porción de resalto reforzada que tiene una forma similar a aquella de la pestaña. El medio distribuidor de carga dispuesto sobre el soporte es una espuma estructural, y es preferiblemente una resina a base de epoxi. El medio distribuidor de carga preferido es la espuma estructural L5206, L5207, L5208, o L5209, la cual está comercialmente disponible de L&L Products de Romeo, Michigan. Durante el proceso de ensamblaje del automóvil el miembro de refuerzo se coloca contra el chasis automotriz de manera que la espuma estructural no curada está contra la porción de la cavidad de la rueda. Una vez que la espuma se cura, el miembro de refuerzo adhiere al chasis y distribuye cualesquiera de las cargas que impactan a la porción de la cavidad de rueda del chasis automotriz.

BREVE DESCRIPCION DE LOS DIBUJOS Las características y aspectos inventivos de la invención presente llegarán a ser más aparentes al leer la descripción detallada, reivindicaciones y dibujos siguientes, de los cuales lo subsiguiente es una descripción breve: La Figura 1 es una vista en perspectiva frontal del miembro de refuerzo estructural. La Figura 2 es una vista en elevación frontal del miembro de refuerzo estructural mostrado en la Figura 1 . La Figura 3 es una vista en elevación posterior del miembro de refuerzo estructural mostrado en la Figura 1 .

La Figura 4 muestra una vista en planta superior del miembro de refuerzo estructural mostrado en la Figura 1. La Figura 5 muestra una vista de ensamble del miembro de refuerzo estructural de la Figura 1 instalado en una porción de la cavidad de la rueda de un chasis automotriz.

DESCRIPCION DETALLADA DE LA MODALIDAD PREFERIDA La Figura 1 muestra un miembro de refuerzo estructural 10 formado de acuerdo con las enseñanzas de esta invención. El miembro de refuerzo 10 incluye un soporte 12 y un medio distribuidor de carga 14 sostenido por el soporte 12. El soporte 12 puede formarse de un material polimérico, siendo un material polimérico preferido nilón, pero también puede consistir de un material metálico o cerámico. De manera más preferible el material de nilón es un nilón relleno con 33% de vidrio. Sin embargo, se apreciará que se pueden utilizar otros materiales que tengan propiedades similares. Una ventaja del soporte 12 que es fabricado de un material moldeable es la capacidad de moldear al soporte 12 en una variedad de configuraciones. Específicamente, el soporte 12 puede fabricarse utilizando un molde que tenga virtualmente la misma configuración como la porción de chasis a la cual se acoplará el miembro de refuerzo 10. Esto facilita el ensamblar el miembro de refuerzo 10 con el chasis automotriz sin la necesidad de sujetadores mecánicos o soldadura. El soporte 12 es una estructura de cuatro lados que tiene una configuración cuadrada, e incluye una superficie frontal 16, una superficie posterior opuesta 18, y superficies laterales opuestas 20. Se apreciará que se pueden utilizar otras configuraciones geométricas adecuadas para formar el soporte 12. Por ejemplo, el soporte 12 puede ser rectangular, circular, o una variedad de configuraciones geométricas complejas. La configuración particular escogida para el soporte 12 variará dependiendo de la configuración del área que se vaya a reforzar. En la modalidad divulgada, la superficie frontal 16 está rodeada por los lados opuestos 20 y la superficie posterior 18, en donde la superficie posterior 18 está reforzada por una red de celosía 31. La superficie frontal 16 sostiene una saliente circular levantada 28 que también está reforzada por una red de celosía 26. Se contempla que la red de celosía 26 pueda consistir de un diseño tipo matriz que proporcione casi el mismo nivel de refuerzo como una estructura sólida. Adyacente a la saliente 28, la porción inferior 23 de la superficie frontal 16 sostiene y está reforzada por una estructura de celosía 30. La superficie frontal 16 también incluye un par de aberturas reforzadas 32, y una pestaña integralmente formada 22. La pestaña 22 proyecta hacia afuera desde una porción de extremo de la superficie frontal 16 a lo largo de un radio 17 formado en un sitio adyacente a uno de los lados opuestos 20. La pestaña 22 sostiene una proyección saliente 34. La pestaña 22 también incluye una porción superior 40, la cual ahusa hasta una tira más angosta 42 que proyecta hacia afuera desde y extiende a lo largo del perímetro externo de la pestaña 22. La proyección saliente 34 sostiene una porción de celosía 36 que tiene una configuración virtualmente similar a aquella de la proyección saliente 34. La resistencia y rigidez estructural del soporte 12 se incrementa aplicando un medio distribuidor de carga 14 a las superficies seleccionadas del miembro de soporte 12. En la modalidad preferida, el medio distribuidor de carga 14 es una espuma estructural aplicada a la superficie frontal 16. La espuma estructural 14 incrementa la resistencia y rigidez estructural del soporte 12 sin añadirse de manera significante al peso total del soporte 12. Típicamente, la espuma estructural 14 se aplica al soporte 12 en las áreas que corresponden a las áreas del chasis donde se desee el refuerzo tal como un medio de transferencia de carga continua o aplicación superficial de unión. En la modalidad mostrada, la espuma estructural 14 se aplica a la superficie superior 20 y a la pared lateral 18. La espuma estructural 14 es preferiblemente activada con calor y expande al calentarse, típicamente mediante una reacción espumante. La espuma estructural 14 se aplica generalmente al soporte 12 en un estado sólido o semi-sólido. La espuma estructura 14 puede aplicarse al perímetro externo del soporte 12 en un estado fluido utilizando técnicas de inyección comúnmente conocidas, en donde se calienta la espuma estructural 14 a una temperatura que permite que la espuma estructural 14 fluya ligeramente. Al enfriar la espuma estructural 14 endurece y adhiere a la superficie extema del soporte 12, ya sea a través de una capa de adhesivo separada (no mostrada) o a través de las características adhesivas en la formulación misma de la espuma estructural 14. De manera alterna, la espuma estructural 14 puede aplicarse al soporte 12 como pellas premoldeadas, las cuales son calentadas ligeramente para permitir que las pellas unan a la superficie externa del soporte 12. En esta etapa, la espuma estructural 14 es calentada solo lo suficiente para hacer que la espuma estructural 14 fluya ligeramente, pero no suficiente para causar que la espuma estructural 14 expanda. Nótese que se pueden utilizar otros materiales expandióles, tales como, sin limitación, una mezcla de materiales encapsulados que, cuando se activan por temperatura, presión, químicamente, u otro por otras condiciones ambientales, expandirá- La espuma estructural 14 es preferiblemente un material a base de epoxi, pero puede incluir otros polímeros tales como copolímeros o terpolímeros de etileno. Un copolímero o terpolímero, está compuesto de dos o tres monómeros diferentes, es decir, moléculas pequeñas con alta reactividad química que son capaces de enlazar con moléculas similares.

Se conoce en la técnica un número de espumas de refuerzo estructural a base de epoxi y también se pueden utilizar para producir la espuma estructural 14. Una espuma estructural típica incluye un material polimérico base, tal como una resina epoxi o un polímero a base de etileno el cual, cuando se mezcla con los ingredientes apropiados (típicamente un agente de soplado y agente de curación), expande y cura en una manera confiable y predecible al aplicar calor o en el caso de una condición ambiental particular. El material resultante tiene una densidad que es suficiente para impartir la rigidez deseada a un artículo sostenido. A partir de un punto de vista químico para un material térmicamente activado, la espuma estructural 14 es usualmente procesada de manera inicial como un material termoplástico antes del curado. Después del curado, la espuma estructural 14 típicamente llega a ser un material termo-endurecido. Un ejemplo de una formulación preferida de la espuma estructural 14 es un material a base de epoxi que incluye un copolímero o terpolímero de etileno y una alfa-olefina que está comercialmente disponible de L&L Products de Romero, Michigan, bajo las designaciones L5206, L5207, L5208 y L5209. Una ventaja de los materiales de espuma estructural preferidos 14 sobre los materiales de la técnica anterior es que los materiales preferidos pueden procesarse de varias maneras. Los materiales preferidos pueden procesarse mediante moldeo por inyección, extrusión o con un extrusor de tipo mini-aplicador. Esto permite la formulación y creación de diseños de partes que exceden la capacidad de la mayoría de los materiales de la técnica anterior. Aunque los materiales preferidos para fabricar la espuma estructural 14 han sido divulgados, la espuma estructural 14 puede formarse de otros materiales siempre que el material seleccionado sea activado por el calor o activado de otra manera por una condición ambiental (por ejemplo, humedad, presión, tiempo o similar) y expanda en una manera predecible y confiable bajo condiciones apropiadas para la aplicación seleccionada. Algunos otros materiales posibles incluyen, pero no están limitados a, materiales de poliolefina, copolímeros y terpolímeros con por lo menos un monómero tipo alfa-olefina, materiales de fenol/formaldehído, materiales de fenoxi, y materiales de poliuretano con temperaturas de transición vitrea elevadas. Véase también, las patentes de los Estados Unidos Nos. 5,766,719; 5,755,486; 5,575,526; y 5,932,680, las divulgaciones de las cuales se incorporan aquí como referencia. En general, las características deseadas de la espuma estructural 14 incluyen rigidez elevada, alta resistencia, temperatura de transición vitrea elevada (típicamente mayor de 70 grados Celsius), y buenas propiedades de resistencia a la corrosión. En aplicaciones donde se emplea un material térmicamente expandido, activado con calor, una consideración importante involucrada con la selección y formulación del material que comprende la espuma estructural 14 es la temperatura a la cual tomará lugar una reacción o expansión del material, y posiblemente el curado. Por ejemplo, en la mayoría de aplicaciones, es deseable que el material sea reactivo a temperatura ambiente o de otra manera a la temperatura ambiente en un ambiente de la línea de producción. De manera más típica, la espuma estructural 14 llega a activarse a temperaturas de procesamiento mayores, tal como aquellas encontradas en una planta ensambladora de automóviles, cuando la espuma 14 es procesada junto con los componentes automotrices a temperaturas elevadas o a niveles de energía aplicada mayores. Aunque las temperaturas encontradas en una operación de ensamble de automóvil puedan estar en el rango de 148.80°C a 204.44°C (300°F a 400°F), las aplicaciones a la carrocería y en el taller de pintura son comúnmente de aproximadamente 93.33°C (200°F) o ligeramente mayores. Generalmente, las espumas expandibles de la técnica anterior tienen un rango de expansión que varía de aproximadamente 0 hasta por arriba de 1000%. El nivel de expansión de la espuma estructural 14 puede incrementarse tan elevada como 1500% o más. La expansión mayor, como siempre, resulta de manera típica en la reducción de la propiedad mecánica.

El miembro de refuerzo 10 puede utilizarse en numerosas aplicaciones donde se desee el refuerzo estructural. De manera más particular, el miembro de refuerzo 10 tiene aplicación particular en aquellos ejemplos donde el peso total de la estructura que se refuerza es un factor crítico. Por ejemplo, el miembro de refuerzo 10 puede utilizarse para reforzar los chasis de automóviles, aviones, barcos, estructuras de construcción y otros objetos similares. La Figura 5 ilustra el miembro de refuerzo 10 que se instala en una porción de la cavidad de la rueda 44 del chasis de un automóvil 46. Como se puede ver en la Figura, el miembro de refuerzo 10 ajusta contra la porción de la cavidad de la rueda 44 de tal manera que el medio distribuidor de carga 14 está en contacto con el chasis 46. El medio distribuidor de carga 1 es luego curado en el curso del proceso de ensamblaje del automóvil. Una vez que se cura el miembro distribuidor de carga 14, la espuma estructural 14 expande a lo largo de la superficie frontal 16 y llena el espacio 46 que rodea la saliente circular 28. Cuando se coloca adyacente una estructura que se va a reforzar, es decir, la cavidad de la rueda 44, la espuma estructural curada actúa como un adhesivo y de esta manera une el miembro de refuerzo 10 al elemento que se está reforzando. La espuma estructural 14 es totalmente curada sometiendo el miembro de refuerzo 10 a temperaturas dentro del rango de aquellas generadas por un horno de pintura del tipo utilizado para curar la pintura o primer del chasis del automóvil. Se apreciará que los hornos de pintura son conocidos para alcanzar temperaturas mínimas de 93.33°C (200°F) o mayores. Por lo tanto, se apreciará que la espuma estructural 14 puede curarse simplemente calentando el miembro de refuerzo 10 a una temperatura de 93.33°C (200°F) o mayor.

El curado de la espuma estructural 14 incrementa la resistencia y rigidez estructural del soporte 12. Como un resultado, se incrementa la resistencia y rigidez estructural global del miembro de refuerzo. La modalidad preferida de la invención presente ha sido divulgada. Una persona de conocimientos ordinarios en la técnica se dará cuenta, sin embargo, que ciertas modificaciones llegarían estar dentro de las enseñanzas de esta invención. Por lo tanto, las reivindicaciones siguientes deben estudiarse para terminar el alcance real y contenido de la invención.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Un miembro de refuerzo estructural para reforzar un ensamble de chasis, que comprende: un soporte adaptado para ajustar en el chasis, teniendo el soporte una superficie frontal y una superficie posterior; y un medio distribuidor de carga sostenido por el soporte sobre al menos la superficie frontal para estar en contacto con y adherir al chasis. 2. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el soporte incluye una saliente reforzada en la superficie frontal. 3. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con la reivindicación 1 ó 2, en donde el soporte sostiene una pestaña que se extiende hacia afuera. 4. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el soporte comprende un material polimérico que tiene características no ideales. 5. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el soporte está compuesto de nilón. 6. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el medio distribuidor de carga es una espuma estructural. 7. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con la reivindicación 6, en donde la espuma estructural es formada a partir de un material polimérico que tiene características de agente de curado. 8. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con la reivindicación 6 ó 7, en donde la espuma estructural se forma a partir de una resina basada en epoxi. 9. Un miembro de refuerzo estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el medio distribuidor de carga es una espuma estructural sostenida por la superficie frontal del soporte. 10. El miembro de refuerzo estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde la superficie frontal está sostenida por una estructura de celosía. 1 1 . Un miembro de refuerzo estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para reforzar una porción de superficie de un chasis de vehículo, que comprende: un soporte que tiene una superficie frontal con una configuración que adapta sustancialmente a la porción de superficie del chasis de vehículo y una saliente sobre la superficie frontal que es adaptada para la inserción dentro de una abertura en la porción de superficie del chasis de vehículo; y un medio distribuidor de carga aplicado a la superficie total del soporte y configurado para estar en contacto con la porción de superficie del chasis de vehículo, tal que la activación térmica inicia el flujo del medio distribuidor de carga y el enfriamiento cura al medio de distribución de carga y adhiere el soporte a la porción de superficie del chasis del vehículo. 12. Un miembro estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para el refuerzo de una cavidad de la rueda de un chasis de automóvil. 13. Una porción reforzada de chasis de un vehículo, que comprende: una superficie de la parte del chasis del vehículo que tiene un abertura; un soporte plástico moldeado que tiene una pared de contacto con una superficie de contacto que adapta sustancialmente a la superficie de la porción del chasis del vehículo y una saliente adaptada para la inserción dentro de la abertura; una estructura de celosía que se proyecta desde la superficie de contacto; una espuma estructural sobre la superficie de contacto, dicha espuma estructural adhiriendo la superficie de contacto a dicha superficie de la porción del chasis del vehículo de manera que el soporte plástico moldeado y la estructura de celosía son acoplados a la superficie de la porción del chasis del vehículo. 14. La porción estructu raímente reforzada del chasis del vehículo de conformidad con la reivindicación 13, en donde la pared de contacto es generalmente plana. 15. Un método para reforzar una porción de la cavidad de la llanta de un chasis automotriz, que comprende los pasos de: proporcionar un miembro estructural que contiene la porción de la cavidad de la rueda; acoplar un miembro de refuerzo a la porción de la cavidad de la rueda del miembro estructural, en donde el miembro de refuerzo incluye un soporte y un medio distribuidor de carga sostenido por el soporte; y activar el medio distribuidor de carga cambiando una condición ambiental predeterminada. 16. Un método de conformidad con la reivindicación 15, en el cual el miembro de refuerzo es un miembro estructural de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12. 17. Un método de conformidad con la reivindicación 15 ó 16, en la cual la condición ambiental es la temperatura. 18. Un método para reforzar una porción superficial de un chasis de vehículo, que comprende: proporcionar la porción superficial del chasis del vehículo con una abertura; insertar en la abertura una saliente en un soporte plástico moldeado que tiene una espuma estructural sobre una superficie de contacto del mismo; iniciar el flujo y espumado de la espuma estructural incrementando la temperatura de la espuma estructural desde una temperatura ambiente hasta una temperatura incrementada; y reducir la temperatura de la espuma estructural desde la temperatura incrementada de manera que la espuma estructural expandida rigidiza y adhiera el soporte plástico moldeado a la porción superficial del chasis del vehículo. 19. Un método de conformidad con la reivindicación 18, en el cual el incremento en la temperatura de la espuma estructural se logra dentro del proceso de fabricación del vehículo.