ES2298589T3 - Absorbedor de energia polimerico para automoviles y sistema de parachoques. - Google Patents
Absorbedor de energia polimerico para automoviles y sistema de parachoques. Download PDFInfo
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Abstract
Dispositivo absorbedor de energía para automóviles, que presenta un elemento tubular (3) desplazable longitudinalmente y una placa base metálica (2) con una brida (2a) y una abertura central, caracterizado porque el elemento (3) está compuesto de un material polimérico, porque periféricamente a lo largo de la abertura central están dispuestos, en arrastre de forma y de material, unos elementos de levantamiento de viruta (2b) y porque, en esta disposición, estos elementos envuelven en arrastre de fuerza el elemento tubular (3) y, en caso de colisión, producen una absorción de energía a lo largo de la dirección longitudinal del elemento tubular (3) mediante un levantamiento de virutas de material.
Description
Absorbedor de energía polimérico para
automóviles y sistema de parachoques.
La invención se refiere a un dispositivo
absorbedor de energía de polímeros para automóviles, que absorbe y
libera de forma encauzada la energía cinética que se libera en los
accidentes de automóviles. Para ello, el dispositivo absorbedor de
energía polimérico se instala en sistemas y/o disposiciones de
parachoques de automóviles.
En el estado de la técnica se conocen y emplean
actualmente diferentes dispositivo absorbedores de energía para su
empleo en el área del parachoques delantero y/o trasero de
automóviles. Los dispositivos absorbedores de energía empleados
presentan distintas capacidades y comportamientos de absorción de
energía, en función del diseño y del material, para velocidades de
impacto incluidas dentro de un rango de, normalmente, 5 a 15
kg/h.
Debido a la situación espacial de instalación de
los dispositivos absorbedores de energía en la parte delantera o
trasera del automóvil, los fabricantes de automóviles prefieren
sistemas que, en el momento de producirse el daño, absorban la
energía cinética en una curva característica de
fuerza-recorrido dentro de lo posible ideal y, tras
un aumento inicialmente grande de la fuerza, al progresar la
absorción de energía en el tiempo, la transformen en un nivel de
fuerza constante, de modo que la integral \intF*ds bajo la curva
característica de fuerza-recorrido se haga
máxima.
En el estado actual de la técnica para los
automóviles se describen sistemas para absorción de energía,
reversibles e irreversibles. Un ejemplo de dispositivo absorbedores
de energía reversibles son elementos amortiguadores hidráulicos
que, en función del medio, presentan distintos comportamientos de
respuesta en caso de colisión. Estos elementos amortiguadores
hidráulicos son complejos en lo que se refiere a su diseño técnico y
su peso no satisface los requisitos actuales de los fabricantes de
automóviles.
En lo que se refiere a los dispositivo
absorbedores de energía irreversibles para automóviles se conocen
disposiciones que están compuestas de elementos metálicos
plásticamente deformables, como por ejemplo perfiles huecos con un
relleno de espuma metálica (espuma de aluminio) y que, mediante la
densidad del relleno metálico, determinan esencialmente el
comportamiento de absorción de energía. Estos dispositivos
absorbedores de energía irreversibles son costosos y caros de
fabricar.
En el estado actual de la técnica se describen
en este contexto también combinaciones de elementos dispositivos
absorbedores de energía reversibles e irreversibles.
El documento
FR-A-2789358 describe un dispositivo
absorbedor de energía para vehículos sobre carriles con una carcasa
tubular, fijada a un vehículo sobre carriles, como amortiguador de
energía.
Además se conocen distintos dispositivo
absorbedores de energía para automóviles que tienen distintas
capacidades de absorción de energía y que se emplean en una
disposición de parachoques, entre el larguero y el soporte del
parachoques, como, así llamadas, "Crash-Box" o
retenes de daños tipo. Las "Crash-Box" absorben
adicionalmente al soporte de parachoques la energía de impacto y
experimentan un cambio irreversible a consecuencia del trabajo de
deformación ejecutado. Estos dispositivos absorbedores de energía
sirven para proteger la estructura del vehículo y, hasta
velocidades de 15 km/h, evacuan la energía de impacto en caso de
daños.
En la memoria de patente DE 2509265 C 2 se
describen elementos de deformación en forma de panal, que están
compuestos de metal o plástico y que se emplean fijados al
parachoques. La instalación de los elementos de deformación se
realiza en la dirección longitudinal del vehículo y, en una
situación de accidente, los elementos de deformación absorben el
pico de fuerza mediante su estructura en forma de panal evacuando la
energía. Resulta desventajosa la fabricación industrial de la
estructura de panal en las distintas ejecuciones de material y la
técnica para su unión, que, especialmente en caso de utilizarse
materiales poliméricos, hace que el coste de fabricación sea alto
debido al diseño y permite una menor unión en arrastre de forma con
los elementos de alojamiento de la unidad de parachoques en futuros
automóviles en las situaciones de instalación predeterminadas.
En la memoria de patente DE 3833048 C2 se da a
conocer otro elemento dispositivo absorbedor de energía para la
absorción dinámica de la energía de choque durante una fase de
colisión de un vehículo. Esta disposición consiste en tubos de
impacto que están fabricados por extrusión inversa en forma de
perfiles y hechos de materiales compuestos de fibras con un
material de matriz del grupo de resinas epoxi, resinas fenólicas o
resinas de ésteres vinílicos, y que se unen a la carrocería del
automóvil en arrastre de forma coaxialmente entre sí. La desventaja
de esta disposición consiste en una absorción reducida de la fuerza
en el caso de una carga de impacto en la dirección longitudinal del
automóvil, debido a la disposición espacial de los tubos de
impacto.
Por la memoria de patente DE 4401805 A1 se
conocen dispositivos absorbedores de impactos con transformación de
energía dependiente de la velocidad. Para la transformación de la
energía, estos dispositivos absorbedores de impactos contienen
cámaras de presión llenas de fluido que, en el caso de colisión del
vehículo, deforman en dirección longitudinal los elementos
dispositivo absorbedores de impactos llenos de fluido y, mediante
el efecto de retorno por compresión del fluido elegido, producen una
disipación de la energía. En esta forma de realización resulta
desventajoso el peso de los dispositivos absorbedores de impactos
llenos de fluido.
En la memoria de patente DE 10015294 C2 se
describe un elemento de deformación reversible que presenta un
dispositivo para la absorción de la energía de choque mediante un
casquillo de tubo, que está provisto de un manguito que envuelve el
tubo, está compuesto de una aleación con memoria de forma y actúa
sobre la base del efecto de memoria física. En caso de un choque,
el manguito exterior se ensancha radialmente y, dadas las
propiedades de la aleación con memoria de forma, el efecto de
memoria de material contrarresta de forma retardada en el tiempo el
ensanchamiento del manguito, con lo que la energía de deformación
puede reducirse de forma retardada. La absorción de energía, que
actúa radialmente y de forma retardada en el tiempo, reduce en suma
el comportamiento de respuesta de la unidad absorbedora de energía
en caso de colisión, lo que, unido al alto coste de la aleación con
memoria de forma, no satisface los futuros requisitos de los
fabricantes de automóviles.
La memoria de patente DE 3232940 C2 muestra un
parachoques para automóviles compuesto de una parte fijada al
vehículo con elementos de soporte rígidos a la flexión y unas áreas
marginales curvadas lateralmente que tienen antepuesto un resorte
de lámina ondulado. El resorte de lámina, incluida la unidad de
soporte, está realizado en una pieza de plástico.
Además, en la memoria de patente DE 19806541 A1
se da a conocer una disposición de parachoques que prevé capas de
espuma de plástico de distintas densidades y realiza el
comportamiento de absorción de energía en dos niveles de fuerza, es
decir que transforma un impacto condicionado por un choque en dos
niveles de absorción de energía diferentes.
Además de las desventajas del estado actual de
la técnica mencionadas, los dispositivo absorbedores de energía
empleados hasta la fecha en automóviles presentan un comportamiento
de absorción de energía irregular, unido a una menor absorción de
energía por término medio, lo que hace que se produzca un retardo
temporal en el comportamiento fuerza-recorrido y en
suma influye negativamente en la capacidad de respuesta en el tiempo
de la unidad absorbedora de energía. Se proponen además diseños de
sistemas absorbedores de energía para automóviles, que no cumplen
las condiciones de peso planteadas para las futuras generaciones de
automóviles.
Los futuros requisitos técnicos que han de
cumplir los dispositivos absorbedores de energía y sistemas
absorbedores de energía para automóviles están determinados por los
factores
- -
- alta eficacia del sistema en caso de daños,
- -
- espacio de instalación disminuyente,
- -
- gran reproducibilidad de la transformación de energía,
- -
- facilidad de montaje en caso de cambio o sustitución,
- -
- estabilidad a las influencias climáticas y
- -
- aptitud para el reciclado.
La invención tiene por lo tanto el objetivo de
mejorar las desventajas del estado actual de la técnica descritas y
crear un dispositivo absorbedor de energía para automóviles que
satisfaga los futuros requisitos planteados a un comportamiento de
absorción de energía, de modo que sea posible evacuar la energía
cinética en caso de daños en el área delantera o trasera de un
automóvil en un espacio mínimo.
Este sistema debería ser de diseño sencillo y
reducir de un modo óptimo las fuerzas que actúan desde el exterior
en caso de daño y garantizar así la protección de la estructura
bastidor/carrocería hasta velocidades de impacto de
20 km/h.
20 km/h.
Se descubrió un dispositivo absorbedor de
energía para automóviles que satisface los requisitos antes
mencionados en lo que se refiere a la eficacia en caso de daño, con
un espacio de instalación reducido, unido a una gran
reproducibilidad de la transformación de energía, que es estable a
largo plazo a las influencias climáticas y que garantiza un
cambio/una sustitución barato/a bajo los requisitos del
reciclado.
En este contexto de la invención se ha
descubierto además un sistema de parachoques que, mediante la
disposición lateralmente separada elegida para los dispositivo
absorbedores de energía y su especial forma y unión a las
estructuras de soporte del automóvil, evacua la energía cinética en
un rango de velocidad de hasta 20 km/h en caso de daño a lo largo
de un recorrido de absorción de energía predefinido, de un modo
orientado al objetivo y mejorado en relación con los sistemas
conocidos hasta la fecha.
El objeto de la invención es un dispositivo
absorbedor de energía para automóviles según la reivindicación
1.
Para el dispositivo absorbedor de energía según
la invención se utilizan materiales tubulares termoplásticos o
termo-endurecibles, en función del diseño técnico,
como el peso del automóvil, la situación del espacio de instalación
y el tipo de automóvil.
El material polimérico tubular para el
dispositivo absorbedor de energía polimérico para automóviles
consiste preferentemente en uno de los materiales del grupo de los
cloruros de polivinilo (PVC), polietilenos (PE), polipropilenos
(PP), poliamidas (PA), policarbonatos (PC), tereftalatos de
polietileno (PET), tereftalatos de polibutileno (PBT), metacrilatos
de polimetilo (PMMA), polioximetilenos (POM), copolímeros de
estireno (copolímero de
acrilonitrilo-estireno-butadieno y
copolímero de estireno y acrilonitrilo), combinaciones (ABS/PC y
PBT/PC) o materiales poliméricos de prestaciones elevadas como las
poliétercetonas (PEK, PEEK), las poliimidas y sus copolímeros.
Según una forma de realización ventajosa se
utilizan también polímeros mixtos del tipo arriba mencionado como
material para el dispositivo absorbedor de energía polimérico
tubular para automóviles.
En un perfeccionamiento ventajoso según la
reivindicación 6, se influye de forma decisiva en la resistencia
mecánica y la rigidez del material polimérico tubular para el
dispositivo absorbedor de energía según la invención mediante la
adición de materiales de relleno inorgánicos, como creta, talco,
fibra de carbono, fibra de vidrio, mica, silicatos, nitrito y
silicato de aluminio y micropartículas metálicas. La proporción de
los materiales de relleno inorgánicos está entre un 3 y un 40 por
ciento en peso, en relación con el peso molecular del material
polimérico utilizado para el dispositivo absorbedor de energía.
En otra configuración de la invención se
prefieren especialmente los nanomateriales de relleno, tales como
TiO_{2}, hollín, ácido silícico y minerales arcillosos, con
tamaños de partículas de 80 a 150 nm y una proporción de material
de relleno de un 3 a un 15 por ciento en peso, en relación con el
peso molecular del material polimérico tubular utilizado para el
dispositivo absorbedor de energía, que se añaden a los materiales
poliméricos mencionados en las reivindicaciones 3 a 5.
De este modo, se dispone de un amplio espectro
de materiales poliméricos para el dispositivo absorbedor de energía
según la invención, que, unido al diseño de los elementos de
levantamiento de viruta, determina el comportamiento de absorción
de energía en caso de colisión.
El diámetro exterior del tubo del dispositivo
absorbedor de energía polimérico está comprendido entre 4 y 10 cm y
abarca un espesor de pared de tubo comprendido entre 0,5 y 10 cm
(correspondiente al espesor del material sólido) y la longitud
total del tubo (igual a la longitud del recorrido de absorción) está
comprendida entre 35 y 200 mm, de acuerdo con el diseño para una
absorción de energía de hasta 20 kJ.
En una forma de realización preferida de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular, la longitud
total del tubo está comprendida, según la reivindicación 11, entre
100 y 170 mm y depende de la situación del espacio de instalación
determinada por el diseño del automóvil, de la energía que se ha de
absorber y del diseño para un rango de velocidad de choque de hasta
20 km/h.
Otra configuración ventajosa de la invención
prevé una estructura de capas múltiples, compuesta de materiales
poliméricos, del dispositivo absorbedor de energía tubular. Para
ello se utilizan varias capas, pero al menos dos, de igual y/o
distinto espesor y compuestas de los mismos y/o distintos materiales
poliméricos.
La capa polimérica individual puede estar
compuesta de cloruro de polivinilo (PVC), polietileno (PE),
polipropileno (PP), poliamida (PA), policarbonato (PC), tereftalato
de polietileno (PET), tereftalato de polibutileno (PBT),
metacrilato de polimetilo (PMMA), polioximetileno (POM), copolímero
de estireno (copolímero de
acrilonitrilo-estireno-butadieno y
copolímero de estireno y acrilonitrilo), combinaciones (ABS/PC y
PBT/PC) o polímeros de prestaciones elevadas como por ejemplo
poliétercetona (PEK, PEEK), poliimida y sus copolímeros.
La densidad de los distintos materiales
termoplásticos y/o termo-endurecibles utilizados
para la estructura de capas múltiples del dispositivo absorbedor de
energía polimérico abarca un rango de 0,82 a 1,48 g/cm^{3}.
Para mejorar la resistencia a la fuerza
transversal del dispositivo absorbedor de energía según la invención
en este contexto se aplican suplementos metálicos y/o refuerzos de
tejido (gasa) en toda la superficie o parcialmente sobre una capa
de soporte interior - también en una estructura de capas múltiples.
Los suplementos metálicos y/o refuerzos de tejido empleados reducen
además la dilatación térmica del dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular y garantizan su estabilidad de forma frente a
influencias climáticas.
Además, en caso de una colisión, los suplementos
metálicos y/o refuerzos de tejido empleados garantizan la
estabilidad de forma del dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular.
En este contexto de la invención puede
concebirse también el revestimiento de un cuerpo base tubular
compuesto de metal con las capas poliméricas antes mencionadas, de
modo que estas capas poliméricas aplicadas se empleen como capa de
arranque de virutas para absorción de energía para la utilización
como un dispositivo absorbedor de energía polimérico híbrido.
En principio, la forma del dispositivo
absorbedor de energía según la invención no está limitada a
elementos tubulares, sino que también son concebibles secciones
transversales geométricas circulares, en forma de U, trapezoidales,
rectangulares o elípticas.
La fabricación del dispositivo absorbedor de
energía polimérico tubular para automóviles, también del revestido
con material polimérico, se realiza fácil y económicamente mediante
un proceso de extrusión, co-extrusión y/o moldeo
por inyección.
La absorción de energía de choque comprendida
dentro de un rango de 2 a 20 kJ para velocidades de impacto de
hasta 20 km/h se alcanza mediante utilizando un material polimérico
ligero de peso y configurado en forma de tubo para el dispositivo
absorbedor de energía y mediante los elementos de levantamiento de
viruta, que están dispuestos periféricamente en arrastre de forma y
de material a lo largo de la abertura central de la placa base
metálica con brida y envuelven en arrastre de fuerza el material
polimérico tubular. Para ello se provoca, a lo largo de la
dirección longitudinal de la superficie del tubo polimérico del
dispositivo absorbedor de energía según la invención, una absorción
de energía por medio del levantamiento de material por medio de los
elementos de levantamiento de viruta.
La energía por absorber depende del material
polimérico utilizado y del número, la forma geométrica y la
profundidad de corte/profundidad de penetración de los elementos de
levantamiento de viruta. Los elementos de levantamiento de viruta,
en combinación con el material polimérico tubular del dispositivo
absorbedor de energía según la invención, influyen por lo tanto
considerablemente en la absorción de energía.
En particular es posible ajustar las curvas
características de fuerza-recorrido, es decir desde
un punto de vista integral la absorción de energía, mediante el
número y la forma de los elementos de levantamiento de viruta
dentro de un rango variable de absorción de energía de hasta 20 kJ,
de modo que pueden tenerse en cuenta las distintas características
de los automóviles, tales como peso del automóvil y la situación del
espacio de instalación.
Según la invención, también es concebible una
disposición en la que los elementos de levantamiento de viruta
actúen a lo largo de la superficie interior tubular del dispositivo
absorbedor de energía polimérico o, en una disposición combinada,
en las superficies exterior e interior. En este caso, la absorción
de energía se realiza en dirección axial a lo largo de la
superficie interior o, en la disposición combinada, a lo largo de
las superficies exterior e interior del dispositivo absorbedor de
energía polimérico.
El número de elementos de levantamiento de
viruta está comprendido entre 4 y 40. En los experimentos ha
resultado particularmente ventajoso un número de elementos de
levantamiento de viruta comprendido entre 8 y 16, dispuestos
periféricamente de forma simétrica y equidistante. Sin embargo, la
disposición simétrica y equidistante en una primera configuración
de la invención no ha de considerarse limitativa.
La separación de los distintos elementos de
levantamiento de viruta entre sí está comprendida dentro de un
rango de un 2,5 a un 25%, en relación con el perímetro exterior o
interior del dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular y
depende del número y la longitud de los elementos de levantamiento
de viruta y de la disposición elegida para los mismos.
Los elementos de levantamiento de viruta tienen
forma rectangular, triangular, trapezoidal, poligonal y/o
semicircular y forman un ángulo de corte de 45 a 90 grados respecto
a la normal de la superficie exterior o interior del dispositivo
absorbedor de energía polimérico tubular.
De distintos experimentos y simulaciones de
colisión resultó una longitud preferida para los distintos elementos
de levantamiento de viruta de 0,5 a 3 cm, adaptada al espesor de
pared del tubo del dispositivo absorbedor de energía polimérico,
con lo que se alcanzaron profundidades de penetración en el material
\Deltad de 0,15 a 1,5 cm en caso de colisión.
La relación entre el nivel de fuerza y la
remoción de material superficial de un dispositivo absorbedor de
energía polimérico está representada por ejemplo para la poliamida
en la figura 4. Aquí se desprende mediante corte de material, para
un nivel de fuerza de 70 kN, una superficie total de 320 mm^{2} de
la superficie del tubo polimérico del dispositivo absorbedor de
energía según la invención. El nivel de fuerza representado en este
contexto con relación a la superficie muestra, para niveles de
fuerza entre 10 y 90 kN, una dependencia lineal del levantamiento
de material superficial, que en este ejemplo se produce mediante
ocho elementos de levantamiento de viruta.
Los materiales aplicables para los elementos de
levantamiento de viruta son metales, tales como el aluminio, el
titanio, el hierro, etc., o aleaciones de metales o cerámicas.
Un casquillo de guía realizado en metal, que
también puede estar realizado en plástico o en
plástico-metal, permite, junto con la unión en una
pieza a la placa base con brida, sólo un movimiento axial del
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular y, en caso de
colisión, actúa de soporte de par.
Otro objeto de la invención es un sistema de
parachoques para automóviles. El sistema de parachoques consta de,
al menos, dos dispositivos absorbedores de energía según la
invención de acuerdo con una de las reivindicación 1 a 28 y se
dispone delante de los largueros del vehículo, dependiendo de la
situación de montaje existente en el automóvil. La fijación de los
dispositivos absorbedores de energía poliméricos se realiza en
arrastre de forma y/o de fuerza por medio de una unión embridada de
la placa base del dispositivo absorbedor de energía a una
estructura de vehículo situada detrás y garantiza que la unión pueda
deshacerse y restablecerse con fines de montado y/o desmontado. La
unión a, por ejemplo, los largueros se realizan mediante elementos
de fijación.
En un perfeccionamiento ventajoso del sistema de
parachoques, el dispositivo absorbedor de energía se realiza en una
pieza con el soporte del parachoques. La unión del tubo polimérico
del dispositivo absorbedor de energía al soporte del parachoques se
realiza en arrastre de forma y de material o, según las
especificaciones de diseño, en arrastre de forma y de fuerza.
El sistema de parachoques de una pieza según la
invención, en combinación con el dispositivo absorbedor de energía
polimérico, permite por lo tanto un diseño optimizado en lo que se
refiere al coste, incluyendo también los componentes
correspondientes, con lo que en conjunto es posible reducir el coste
de fabricación.
Resulta particularmente ventajosa la facilidad
de montaje en el caso de la fijación en fábrica al automóvil o en
caso de reparación, gracias a la sencillez del diseño. Además, el
sistema de parachoques satisface los requisitos planteados por los
fabricantes de automóviles en cuanto al espacio de instalación que
disminuye y al mismo tiempo permite una absorción de energía
mejorada y más reproducible.
Especialmente la posibilidad de elegir la
longitud de un dispositivo absorbedor de energía polimérico,
adaptada a los distintos tipos de automóvil, garantiza un
aprovechamiento óptimo de las condiciones de espacio de instalación
existentes. La posibilidad de utilizar distintos materiales
poliméricos para el dispositivo absorbedor de energía según la
invención, en combinación con el sistema de parachoques, permite
reducir el peso del automóvil sin pérdida de seguridad en
situaciones de accidente.
La invención propuesta ofrece ventajas también
desde el punto de vista medioambiental y los requisitos
internacionales relativos al reciclado, ya que los materiales
poliméricos empleados pueden reutilizarse en el marco de la
eliminación de piezas de desecho de automóviles.
En principio, se ha de señalar que la invención
también puede aplicarse para la parte trasera de un automóvil.
A continuación se explica la invención más
detalladamente por medio de las figuras y los ejemplos, que sin
embargo no constituyen una limitación de la invención. De las
reivindicaciones se desprenden otras ventajas y configuraciones
ventajosas de la invención.
Muestran:
Figura 1: La vista principal de un sistema de
parachoques con un dispositivo absorbedor de energía polimérico
tubular según la invención en la parte delantera de un
automóvil.
Figura 2a: Un corte longitudinal a través de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular según la
invención antes de una situación de colisión.
Figura 2b: Un corte longitudinal a través de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular según la
invención después de una situación de colisión.
Figura 2c: Un corte transversal del dispositivo
absorbedor de energía polimérico tubular en su estado antes de la
colisión.
Figura 2d: Un corte transversal del dispositivo
absorbedor de energía polimérico tubular en su estado después de la
colisión.
Figura 2e: Una representación de la profundidad
de penetración en el material después de la colisión.
Figuras 3a a 3h: Distintas formas geométricas de
elementos de levantamiento de viruta para la disposición exterior o
interior.
Figura 4: Un diagrama de relación
fuerza-superficie para el material poliamida de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico.
Figura 5: Una unión del dispositivo absorbedor
de energía polimérico a una disposición de parachoques.
\vskip1.000000\baselineskip
En la figura 1 se muestra la vista principal de
un sistema de parachoques con un dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular según la invención en la parte delantera de un
automóvil. Consta de un soporte de parachoques delantero 4, con dos
dispositivo absorbedores de energía poliméricos tubulares 3,3'
instalados en los extremos del soporte de parachoques delantero 4.
Cada dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular 3,3' se
une a una estructura de vehículo 1 mediante una placa base metálica
2, 2' con brida 2a, 2a' y elementos de levantamiento de viruta 2b,
2b', que en este grado de detalle del dibujo no están representados.
Al sobrepasarse una carga de fuerza crítica determinada en caso de
colisión, los elementos de levantamiento de viruta 2b, 2b' de la
placa base metálica 2,2' cortan los dispositivo absorbedores de
energía poliméricos tubulares 3,3' en la dirección longitudinal de
la superficie, desprendiendo material.
La absorción de energía se logra aquí mediante
una remoción de material a través de un levantamiento de viruta
periférico a lo largo de la superficie exterior polimérica del
dispositivo absorbedor de energía, que también puede estar formado
por varias capas poliméricas.
En la figura 2a puede verse un corte
longitudinal a través de un dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular 3 con casquillo de guía 5 antes de una situación
de colisión. El dispositivo absorbedor de energía polimérico
tubular 3 está unido en arrastre de forma y de fuerza a una placa
base metálica 2, con brida 2a y elementos de levantamiento de
viruta 2b, y sujeto además en una posición estable por medio de un
casquillo de guía 5. La figura 2b muestra una posición final, una
vez que se ha producido la colisión, del dispositivo absorbedor de
energía polimérico tubular 3 en la dirección en que ha actuado la
fuerza generada por la colisión. El dispositivo absorbedor de
energía polimérico tubular 3 es desplazado un recorrido \Deltas,
en relación con la posición inicial, en la dirección en que actúa
la fuerza, y los elementos de levantamiento de viruta 2b actúan a
lo largo de la superficie polimérica cortándola y desprendiendo
material de la misma, como muestran a modo de ejemplo las huellas
de levantamiento de viruta 6a-h representadas en
trazos.
Para una mayor claridad se ha representado el
corte transversal de un dispositivo absorbedor de energía polimérico
tubular 3 en su estado anterior a la colisión en la figura 2c y
después de la colisión en la figura 2d.
La figura 2d muestra en corte transversal el
levantamiento de viruta producido en la superficie por una forma de
realización preferida de ocho elementos de levantamiento de viruta
2b, con las secciones transversales de las huellas de levantamiento
de viruta 6a-h tras la acción de la fuerza en caso
de colisión.
La profundidad de penetración en el material
\Deltad, como se muestra en la figura 2e, depende de los elementos
de levantamiento de viruta 2b elegidos, de su forma geométrica
(véanse las figuras 3a a 3h) y de los materiales poliméricos
utilizados según las reivindicaciones 1 a 8.
Las figuras 3a a 3d muestran distintas formas
geométricas de elementos de levantamiento de viruta 2b en
configuración semicircular (figura 3a), rectangular (figura 3b),
triangular (figura 3c) y poligonal (figura 3d) para el caso del
levantamiento de viruta en la superficie exterior de un dispositivo
absorbedor de energía polimérico 3, y las figuras 3e a 3h los
elementos de levantamiento de viruta 2b correspondientes para el
caso del levantamiento de viruta en la superficie interior del
dispositivo absorbedor de energía polimérico 3.
La longitud de los elementos de levantamiento de
viruta 2b resulta, para ambas aplicaciones, es decir en una
disposición exterior y/o interior, de la forma geométrica de los
elementos de levantamiento de viruta y de la profundidad de
penetración en el material ajustable \Deltad, de modo que, con un
ángulo de corte comprendido dentro de un rango de 45 a 90 grados de
los elementos de levantamiento de viruta 2b en caso de colisión y
dependiendo del espesor de pared elegido para el tubo del
dispositivo absorbedor de energía polimérico según la
reivindicación 10, la absorción de la energía de choque está
garantizada.
En la figura 4 se muestra a modo de ejemplo una
relación fuerza-superficie de un dispositivo
absorbedor de energía polimérico determinada experimentalmente para
fuerzas de 0 a 90 kN, elementos de levantamiento de viruta 2b según
la figura 3a y un material polimérico según la reivindicación 3, en
función de la superficie cortada (en la que se ha realizado la
remoción de material). En los experimentos se comprobó que el
dispositivo absorbedor de energía según la invención produce, con
un nivel de fuerza creciente, una remoción de superficie
linealmente creciente a lo largo de la superficie polimérica.
La figura 5 representa a modo de ejemplo una
unión realizada en una pieza, en arrastre de forma y de fuerza, del
dispositivo absorbedor de energía polimérico 3 a un soporte de
parachoques 4. La placa base metálica 2, con brida 2a, del
dispositivo absorbedor de energía 3 se fija en arrastre de fuerza
por ejemplo al eje del larguero o a una estructura de soporte
preferida del automóvil mediante elementos de fijación, estando el
extremo opuesto del dispositivo absorbedor de energía polimérico
conformado en una pieza con el soporte de parachoques y pudiendo
conformarse en la fabricación del sistema de parachoques
conjuntamente en un proceso de moldeo por inyección, de modo que el
sistema de parachoques puede fabricarse ya acabado con el
dispositivo absorbedor de energía polimérico.
El casquillo de guía 5 representado en los
ejemplos de realización de las figuras 1, 2a, 2b y 5 está realizado
por ejemplo en metal y el casquillo de guía 5 permite, a través de
la unión en una pieza con la placa base 2 con brida 2a, que está
fijada a la estructura de soporte 1 de un automóvil, un movimiento
axial del dispositivo absorbedor de energía polimérico y, bajo el
efecto de la fuerza generada en caso de colisión, actúa de soporte
de par.
- 1
- Estructura de vehículo
- 2, 2'
- Placa base metálica
- 2a, 2a'
- Brida (con elementos de unión)
- 2b, 2b'
- Elementos de levantamiento de viruta
- 3, 3'
- Dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular
- 4
- Soporte de parachoques
- 5
- Casquillo de guía metálico
- 6a-h
- Huellas de levantamiento de viruta
- 7
- Estructura de vehículo con elementos de fijación
- \Deltas
- Recorrido del desplazamiento tras la acción de la fuerza
- \Deltad
- Profundidad de penetración en el material de los elementos de levantamiento de viruta.
\vskip1.000000\baselineskip
La lista de referencias citadas por el
solicitante lo es solamente para utilidad del lector, no formando
parte de los documentos de patente europeos. Aún cuando las
referencias han sido cuidadosamente recopiladas, no pueden
excluirse errores u omisiones y la OEP rechaza toda responsabilidad
a este respecto.
- \bullet FR 2789358 A [0007]
- \bullet DE 10015294 C2 [0012]
- \bullet DE 2509265 C2 [0009]
- \bullet De 3232940 C2 [0013]
- \bullet DE 3833048 C2 [0010]
- \bullet DE 19806541 A1 [0014]
\bullet DE 4401805 A1 [0011]
Claims (32)
1. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles, que presenta un elemento tubular (3) desplazable
longitudinalmente y una placa base metálica (2) con una brida (2a)
y una abertura central, caracterizado porque el elemento (3)
está compuesto de un material polimérico, porque periféricamente a
lo largo de la abertura central están dispuestos, en arrastre de
forma y de material, unos elementos de levantamiento de viruta (2b)
y porque, en esta disposición, estos elementos envuelven en
arrastre de fuerza el elemento tubular (3) y, en caso de colisión,
producen una absorción de energía a lo largo de la dirección
longitudinal del elemento tubular (3) mediante un levantamiento de
virutas de material.
2. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según la reivindicación 1, caracterizado porque
se utilizan materiales tubulares termoplásticos o
termo-endurecibles adaptados al peso del automóvil y
al tipo de automóvil.
3. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 2,
caracterizado porque el material polimérico tubular para el
dispositivo absorbedor de energía polimérico consiste en uno de los
materiales del grupo de los cloruros de polivinilo (PVC),
polietilenos (PE), polipropilenos (PP), poliamidas (PA),
policarbonatos (PC), tereftalatos de polietileno (PET), tereftalatos
de polibutileno (PBT), metacrilatos de polimetilo (PMMA),
polioximetilenos (POM), copolímeros de estireno (copolímero de
acrilonitrilo-estireno-butadieno y
copolímero de estireno y acrilonitrilo) y combinaciones (ABS/PC y
PBT/PC).
4. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 2,
caracterizado porque el material polimérico tubular para el
dispositivo absorbedor de energía polimérico consiste en un
material polimérico de prestaciones elevadas del grupo de las
poliétercetonas (PEK, PEEK), las poli-imidas y sus
copolímeros.
5. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 4,
caracterizado porque se utilizan polímeros mixtos como
material para el material polimérico tubular del dispositivo
absorbedor de energía.
6. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 3 a 5,
caracterizado porque una adición de materiales de relleno
inorgánicos, tales como creta, talco, fibra de carbono, fibra de
vidrio, mica, silicatos, nitrito y silicato de aluminio y
micropartículas metálicas, mejora la resistencia mecánica y la
rigidez del material polimérico tubular del dispositivo absorbedor
de energía.
7. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según la reivindicación 6, caracterizado porque
la proporción de los materiales de relleno inorgánicos añadidos
está dentro de un rango de un 3 a un 40 por ciento en peso, en
relación con el peso molecular del material polimérico tubular
utilizado para el dispositivo absorbedor de energía.
8. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 3 a 5,
caracterizado porque se añaden nanomateriales de relleno,
como TiO_{2}, hollín, ácido silícico y minerales arcillosos, con
tamaños de partícula de 80 a 150 nm y una proporción de material de
relleno de un 3 a un 15 por ciento en peso, en relación con el peso
molecular del material polimérico tubular utilizado para el
dispositivo absorbedor de energía.
9. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 8
caracterizado porque el diámetro exterior del tubo de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular está
comprendido dentro de un rango de 4 a 10 cm.
10. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 9,
caracterizado porque el espesor de pared del tubo de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular está
comprendido entre 0,5 y 10 cm (correspondiente al espesor del
material sólido).
11. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 10,
caracterizado porque la longitud total del tubo de un
dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular correspondiente
al diseño para una absorción de energía de hasta 20 kJ está
comprendida dentro de un rango de 35 a 200 mm.
12. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según la reivindicación 11, caracterizado porque
la longitud total de un dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular está preferentemente comprendida dentro de un
rango de 100 a 170 mm y depende de la situación del espacio de
instalación determinada por el diseño del automóvil, de las
energías que se han de absorber y del diseño para un rango de
velocidad de choque de hasta 20 km/h.
13. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque el dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular está compuesto de, al menos, dos capas de igual
y/o distinto espesor y compuestas de los mismos y/o distintos
materiales poliméricos según una de las reivindicaciones
3 a 5.
3 a 5.
14. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la densidad de los materiales
termoplásticos y/o termo-endurecibles utilizados
para la estructura de capas múltiples del dispositivo absorbedor de
energía polimérico está comprendida dentro de un rango de 0,82 a
1,48 g/cm^{3}.
15. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque se aplica un suplemento metálico y/o
refuerzo de tejido total o parcialmente sobre una capa de soporte
en una estructura de capas múltiples para mejorar la rigidez a la
fuerza transversal según la reivindicación 13.
16. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 12,
caracterizado porque un cuerpo base tubular compuesto de
metal según la reivindicación 13 está revestido y las capas
poliméricas aplicadas son las capas de levantamiento de viruta de
absorción de energía.
17. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 16,
caracterizado porque la sección transversal del dispositivo
absorbedor de energía tubular está configurada con una forma
geométrica circular, de U, trapezoidal, rectangular o elíptica.
18. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 17,
caracterizado porque el dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular se fabrica mediante un proceso de extrusión,
co-extrusión y/o moldeo por inyección.
19. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 1 a 18,
caracterizado porque, a lo largo de la dirección
longitudinal de la superficie del tubo polimérico del dispositivo
absorbedor de energía, se logra una absorción de energía mediante
remoción de material para velocidades de impacto de hasta 20 km/h
por medio de cierto número de elementos de levantamiento de viruta
2b, que están unidos en arrastre de fuerza a la superficie del tubo
polimérico.
20. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque, mediante el número, la forma
geométrica y la profundidad de corte (profundidad de penetración) de
los elementos de levantamiento de viruta 2b, puede ajustarse una
absorción de energía de hasta 20 kJ.
21. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los elementos de levantamiento de
viruta 2b actúan absorbiendo energía según la reivindicación 1 a lo
largo de la superficie interior polimérica tubular o, en una
disposición combinada, en las superficies exterior e interior.
22. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones 19 a 21,
caracterizado porque el número de los elementos de
levantamiento de viruta 2b está entre 4 y 40.
23. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según la reivindicación 22, caracterizado porque
8 a 16 elementos de levantamiento de viruta 2b están dispuestos
periféricamente de forma simétrica y equidistante.
24. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según la reivindicación 22, caracterizado porque
la separación de los distintos elementos de levantamiento de viruta
2b entre sí está comprendida dentro de un rango de un 2,5 a un 25%,
en relación con el perímetro exterior y/o interior del dispositivo
absorbedor de energía polimérico tubular.
25. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque los elementos de levantamiento de
viruta 2b tienen forma rectangular, triangular, trapezoidal,
poligonal o semicircular y forman un ángulo de corte de 45 a 90
grados respecto a la normal de la superficie exterior o interior
del dispositivo absorbedor de energía polimérico tubular.
26. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque la longitud de un elemento de
levantamiento de viruta 2b, adaptada al espesor de pared del tubo
del dispositivo absorbedor de energía polimérico, es de 0,5 a 3 cm
y tiene como resultado una profundidad de penetración en el
material \Deltad de 0,15 a 1,5 cm.
27. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque se utiliza metal, o aleaciones de metal
o cerámicas como material para los elementos de levantamiento de
viruta 2b.
28. Dispositivo absorbedor de energía para
automóviles según una de las reivindicaciones anteriores,
caracterizado porque un casquillo de guía 5 está fijado en
una pieza a la placa base metálica 2 con brida 2a y se logra un
movimiento axialmente guiado del dispositivo absorbedor de energía
polimérico tubular y el casquillo de guía 5 actúa de soporte de par
en caso de colisión.
29. Sistema de parachoques para automóviles, que
presenta al menos dos dispositivo absorbedores de energía
poliméricos según una de las reivindicaciones 1 a 28.
30. Sistema de parachoques para automóviles
según la reivindicación 29, caracterizado porque los
dispositivo absorbedores de energía poliméricos se disponen delante
de un larguero de vehículo y la unión de los dispositivo
absorbedores de energía poliméricos tubulares se realiza en arrastre
de forma y/o de fuerza por medio de la brida 2a de la placa base
metálica 2 del dispositivo absorbedor de energía a una estructura de
vehículo 7 situada detrás, mediante unos elementos de fijación.
31. Sistema de parachoques para automóviles
según la reivindicación 29 a 30, caracterizado porque los
dispositivos absorbedores de energía están unidos en una pieza con
el soporte de parachoques y se ha realizado una unión al soporte de
parachoques en arrastre de forma y de material o en arrastre de
forma y de fuerza.
32. Sistema de parachoques para automóviles
según la reivindicación 29 a 31, caracterizado porque el
sistema de parachoques se emplea para la parte trasera de un
automóvil.
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