ES2300558T3

ES2300558T3 - Volante de conduccion con compuestos termoplasticos.

Info

Publication number: ES2300558T3
Application number: ES03425050T
Authority: ES
Inventors: Lorenzo Menaldo; Giuseppe Testa
Original assignee: Joyson Safety Systems Inc
Current assignee: Joyson Safety Systems Inc
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2008-06-16
Anticipated expiration: 2023-01-30
Also published as: EP1442957B1; US20040149074A1; DE60319336T2; EP1442957A1; US7143663B2; DE60319336D1; US20070028715A1

Abstract

Un volante de conducción (1) para vehículos, que incluye una estructura base (2) y al menos un elemento de cubierta externa (7, 8) aplicado a dicha estructura base (2), comprendiendo dicho elemento de cubierta al menos una capa estructural (9) interna que contiene fibras de refuerzo en la forma de una esterilla o en una tela tejida o no-tejida impregnada con un material termoplástico, y al menos una capa externa (10), que tiene una función decorativa, situada sobre un lado de la capa estructural (9) distal de dicha estructura base (2) y unido al mismo, caracterizado porque material termoplástico fundido de la capa estructural (9) interna penetra en los poros de la capa decorativa (10) externa para ligar las dos capas (9, 10) entre sí en ausencia de adhesivo de resina termoendurecible.

Description

Volante de conducción con compuestos termoplásticos.

La presente invención concierne a un volante de conducción y a un proceso para su producción. Más precisamente, la invención concierne a un volante de conducción para vehículos que tiene una estructura base y una cubierta exterior hecha de un material compuesto, con al menos una capa estructural y una capa decorativa o chapado, tal como, por ejemplo, de madera, fibras compuestas, tela, plástico y materiales metálicos, etc.

Los volantes de conducción para vehículos comprenden una estructura base que tiene una función estructural y que incluye una parte circular, o cerco, que está conectado a un cubo por unos radios. Esta estructura base está hecha o bien de un material macizo o puede comprender un núcleo o armazón de metal u otro material adecuado (plástico, fibra de carbono, y similares) recubierto por un material expandido. La "piel" del volante de conducción, en particular del cerco circular, puede ser integral con el material de la estructura base o puede incluir una cubierta decorativa, o chapado, de un material valioso, tal como, por ejemplo, brezo u otra madera valiosa. Esta solución es particularmente cara y se usa en modelos de automóvil de lujo.

La patente US-A-6282982 (Testa) da a conocer un proceso de producción de volantes de conducción en el que dos medios caparazones incluyendo varias capas de madera y de materiales termoendurecibles son termoconformados y luego ensamblados y unidos alrededor de la estructura base. El volante de conducción así ensamblado es tratado de una manera conocida, por ejemplo, con laca o esmalte, para obtener el producto final.

Este proceso y el proceso similar conocido en la técnica tienen el inconveniente de consumir mucho tiempo y de requerir una gran cantidad de material para la producción del volante de conducción ensamblado. En particular, para producir los medios caparazones por termoendurecido en molde caliente se requieren 4 minutos y los tiempos de ensamblado y pegado de los medios caparazones sobre la estructura base son en conjunto de aproximadamente 5-10 minutos.

La patente US-A-6365875 da a conocer un volante de conducción que comprende las características del preámbulo de la reivindicación 1. Concierne a un volante de conducción calentable que tiene un esqueleto metálico que está recubierto de un plástico espumado. Unos cables eléctricos están dispuestos sobre el plástico espumado para proporcionar calor. Un caparazón de cubierta, hecho de dos mitades de madera de chapado, envuelve el esqueleto, su recubrimiento y los cables eléctricos. Para aguantar los cables está provista una capa de soporte hecha de plástico reforzado con fibra de vidrio.

La solicitud de patente internacional WO99/13004 da a conocer un método para producir artículos blandos al tacto tales como volantes de conducción. El método aporta el moldeado de inyección de una composición de elastómero termoplástico conteniendo fibra de vidrio. La composición es escogida del grupo que comprende copolímeros de bloque de poliéster, poliuretano y copolímeros de bloque de estireno.

La patente EP-A-1029771 concierne a procesos para manufacturar volantes de conducción que tienen un caparazón externo hecho de dos mitades de fibra de carbono. El proceso aporta el moldeado en caliente y el prensado térmico de una pluralidad de materiales laminares impregnados de resinas termoendurecibles para obtener las dos mitades que subsiguientemente son mecanizadas y pintadas.

La patente GB-A-2333741 da a conocer un laminado para ser usado en paneles decorativos interiores de vehículos. El laminado es termoconformado y comprende una capa interna provista de fibras termoplásticas no-tejidas. La capa interna está emparedada entre dos capas externas rigidizantes. El acoplamiento de la capa interna con una de las externas se consigue por medio de adhesivos. Dentro de la capa interna está provista una estera de fibras con el propósito de absorción de sonido.

Un problema adicional de la técnica conocida es que el molde usado debe ser mantenido a altas temperaturas con el fin de efectuar los enlaces entrecruzados de los polímeros termoendurecibles. Otro problema de la técnica anterior es que no se pueden usar telas como cubierta o chapado exterior.

Un objetivo de la presente invención es solucionar los problemas mencionados más arriba y aportar un proceso de producción para volantes de conducción que tienen una capa de chapado que consume menos tiempo y es más barato que el método conocido y usado actualmente, mientras que mantiene una calidad de producto muy alta.

Este objetivo se consigue a través de la presente invención, la cual concierne a un volante de conducción u otro elemento para interiores de automóvil comprendiendo una estructura base y un elemento de cubierta exterior sobre dicha estructura, donde dicho elemento de cubierta comprende las características definidas en la reivindicación 1.

El término "elementos para interiores de automóvil" significa, además de volantes de conducción, elementos tales como el pomo para la parte superior de la palanca de cambio de marchas, manijas de puerta y similares. La siguiente descripción hará referencia en particular a volantes de conducción, pero debe considerarse que se refiere también a materiales de cubierta tales como los mencionados más arriba.

Otro objeto de la invención es por consiguiente un elemento para interiores de automóvil, del tipo que comprende una estructura base y al menos un elemento de cubierta exterior para dicha estructura base, caracterizado por el hecho de que dicho elemento de cubierta, que es al menos uno, es un elemento de cubierta según se ha dado a conocer más arriba.

De acuerdo con un aspecto preferido de la presente invención, la cantidad de dichas fibras en dicha capa está dentro del intervalo de 10 a 80% en peso, y preferiblemente dentro del intervalo de 20 a 60% en peso.

De acuerdo con un aspecto adicional de la invención, el material termoplástico es en forma de fibras, por ejemplo tejidas con fibras de refuerzo.

De acuerdo con otro aspecto preferido de la invención, dicho material termoplástico está escogido a partir de homo y copolímeros de poliolefina y polipropileno y homo y copolímeros de poliolefinas y polipropileno injertados con grupos funcionales de soporte; polímeros de vinilo tales como poliestireno; poliésteres tales como PET y PBT; polímeros acrílicos y metacrílicos, tales como polimetilmetacrilato (PMMA); poliésteres aromáticos, poliamidas y mezclas de los mismos. Se conocen métodos de injertado de poliolefina a partir, por ejemplo, de los documentos EP-A-2617786, EP-A-542253 y WO96/22327.

Otro objeto de la invención es un proceso para producir un volante de conducción que tiene una estructura base y una cubierta exterior aplicada sobre dicha estructura, de acuerdo con la reivindicación 8.

De acuerdo con un ejemplo de realización preferido de la invención, el material termoplástico reforzado, es decir, el material de la capa estructural, es precalentado en un horno antes de ser suministrado al molde.

De acuerdo con otro aspecto de la invención, el molde es enfriado después del paso de acoplamiento y conformado para acelerar los tiempos de producción.

Tal como se ha mencionado más arriba, la invención también cubre la producción de elementos para interiores de automóvil diferentes de los volantes de conducción, y en particular cubre un proceso para la producción de elementos de interiores de automóvil del tipo mencionado más arriba.

La invención aporta varias ventajas sobre la técnica conocida.

Primero, el tiempo de procesamiento para la producción del elemento de cubierta o medio caparazón es reducido en al menos un 30% respecto al tiempo anterior. En particular, en la producción de elementos de cubierta para volantes de conducción, el tiempo requerido para el paso de moldeado (termoconformado) es reducido desde aproximadamente 4 minutos a aproximadamente 0,5-1,0 minutos.

Además, no hay enlace entrecruzado debido a que el polímero es un polímero termoplástico en lugar de un polímero termoendurecible. Este hecho y la ausencia substancial de fugas de resina desde las capas durante el moldeado dan como resultado un proceso más limpio en comparación con los procesos conocidos, haciendo innecesario limpiar el molde después de cada operación de moldeado.

Una ventaja adicional es que se necesita usar menos material para el medio caparazón. De hecho es suficiente una capa, o como mucho dos capas de material estructural en oposición a las cinco capas requeridas previamente, y tampoco son ya necesarias dos capas de madera, como sucedía en la técnica conocida que usa materiales termoendurecibles.

Otra ventaja es la posibilidad de usar materiales nuevos, tales como fibra de carbono, kevlar, aluminio, chapas metálicas y telas, para la capa de chapado.

Todavía otra ventaja es la de hacer posible ligar los dos medios caparazones por soldadura así como por pegado y, si se requiere, por enmasillado y pintado de los medios caparazones para eliminar cualesquiera imperfecciones.

La invención se expone seguidamente en mayor detalle con referencia a los dibujos adjuntos, los cuales se aportan sólo como ilustración y sin ningún propósito limitativo, en los que:

la Fig. 1 es una vista esquemática y parcial de una sección de un volante de conducción;

la Fig. 2 es una vista esquemática en explosión ampliada de la sección del volante de conducción en el lado derecho de la Fig. 1;

las Figs. 3 y 4 son vistas esquemáticas en sección de la conexión de los medios caparazones de la invención;

la Fig. 5 muestra esquemáticamente los pasos 5A-5E de producción de un elemento de cubierta para volantes de conducción de acuerdo con la presente invención.

Con referencia a la Fig. 1, el volante de conducción mostrado incluye, como en la técnica anterior, una estructura base 2 que, en el ejemplo de realización mostrado, comprende un inserto o armazón de núcleo 4, por ejemplo, de metal, que se extiende desde un cubo 5 a una porción de cerco circular 6. En correspondencia con la porción de cerco circular 6 y con los radios que conectan el cubo a la porción 6, el inserto 4 está rodeado por un material plástico 3, generalmente de un tipo que puede ser moldeado por inyección y opcionalmente de un tipo espumado.

El volante de conducción 1 también incluye al menos un elemento de cubierta externa formado por dos medios caparazones 7 y 8. Los medios caparazones están formados por una capa interna 9, es decir, una capa estructural, y por una capa de chapado 10 que tiene una función estética y está soportada por la capa 9. De acuerdo con la invención, la capa 9 podría ser preferiblemente una sola, o estar hecha de dos capas que son unidas entre sí en el paso de termoconformación. La capa 9 está compuesta por uno o más materiales termoplásticos conteniendo fibras de refuerzo. Los materiales termoplásticos actúan como una matriz dentro de la cual están distribuidas las fibras de refuerzo. Las fibras de refuerzo son mantenidas juntas por el material termoplástico. Las fibras usadas tienen una longitud de al menos 12,5 mm y son preferiblemente en la forma de una "estera" o en la forma de una tela tejida o una tela no-tejida, la cual está impregnada con el material termoplástico.

La cantidad de dichas fibras en la capa 9 está dentro del intervalo de 10 a 80%, y preferiblemente de 20 a 60% en peso del peso final de la capa 9, es decir, del peso de la capa 9 presente en el medio caparazón. Si la capa 9 está hecha de una combinación de varias capas de esteras empapadas, los porcentajes en peso de las fibras pueden ser diferentes de capa a capa mientras el porcentaje final esté dentro de los intervalos mencionados más arriba.

Lo mismo puede aplicarse al peso por metro cuadrado de la capa 9, el cual, en su forma terminada, está dentro del intervalo de 500 a 3000 g/m^{2} y preferiblemente dentro del intervalo de 1100 a 2500 g/m^{2}.

Las fibras que son apropiadas para ser usadas son, por ejemplo, fibra de vidrio, fibra de carbono, fibra de aluminio, fibras naturales tales como algodón, sisal, yute, cáñamo, y similares; fibras de materiales plásticos o de resina tales como poliéster, poliolefina, poliamidas y poliaramidas, y una mezcla de los mismos, mientras tengan una temperatura de fusión más alta que la temperatura de fusión del material termoplástico, el cual constituye la matriz del material de soporte. La temperatura de fusión de las fibras de soporte de resina también es más alta que la temperatura de moldeo. En particular, las fibras de refuerzo son de tal manera que conservan substancialmente sus características mecánicas después del paso de moldeo a presión (termoconformado).

Homopolímeros y copolímeros de polietileno y polipropileno, poliolefina en general, polimetilmetacrilatos y terftalatos de polietileno son materiales adecuados para la matriz termoplástica.

En un ejemplo de realización, el material estructural, que comprende fibras de refuerzo y una matriz termoplástica, está formado por fibras de refuerzo que están impregnadas con el material termoplástico que actúa como una matriz aglutinante. En un ejemplo de realización diferente, el material termoplástico, en particular si es PET, PP u otras poliolefinas, también está en forma de fibras, como una tela tejida o no-tejida. En este caso, las fibras de material termoplástico están preferiblemente cotejidas, es decir, mezcladas físicamente, con las fibras de refuerzo. Cuando el material estructural es calentado y termoconformado, las fibras termoplásticas se funden dentro y alrededor de las fibras de refuerzo para formar con dichas fibras un caparazón de soporte para la capa de chapado.

Los materiales apropiados para crear la capa 9 son, por ejemplo, aquellos usados para la producción de cascos de protección frente accidentes de motocicleta.

Preferiblemente, el polímero poliolefínico usado para la matriz termoplástica está funcionalizado, es decir, tiene grupos funcionales insertados en la cadena de polímero a través del injerto de unidades conteniendo dichos grupos funcionales. En las patentes EP-A-261786, EP-A-542253, WO96/22327, WO99/20681, US-A-4948840 y EP-A-1185582 se dan a conocer ejemplos de técnicas y polímeros adecuados. Estas técnicas requieren una reacción entre poliolefinas y polímeros conteniendo dobles enlaces y grupos funcionales, en presencia de iniciadores radicales, por ejemplo, peróxidos.

La capa de chapado 10, la cual tiene un propósito decorativo, está seleccionada por ejemplo a partir de maderas valiosas, tales como el brezo. Se pueden usar otros materiales, tales como metales, por ejemplo aluminio, telas de fibras de carbono u otras fibras específicas, y telas de fibras textiles tales como nailon, poliéster, acrílicos y fibras textiles naturales.

Los bordes de los medios caparazones para el volante de conducción 1 pueden estar provistos de "escalones" o dientes de acoplamiento, tal como se muestra en la Fig. 3, para mejorar su unión en el siguiente paso de unión alrededor de la estructura base 2 (Fig. 2). Uno o más surcos 11 están cortados en la superficie de la porción polimérica 3 de la estructura 2 con el fin de tener en cuenta sus posibles variaciones de volumen.

La Fig. 5 muestra esquemáticamente algunos de los pasos de producción para un volante de conducción de acuerdo con la presente invención.

Inicialmente, la capa o capas de fibras largas 9 y materiales termoplásticos son calentadas en un horno 12 hasta que la capa 9 alcanza un estado plástico, tal como se muestra en 5A. Luego, la capa 9 así calentada y una capa de chapado 10, es decir, la capa que será visible una vez aplicada al volante de conducción 1, son posicionadas en un molde 13 (5B). El molde 13 incluye unos medios de suministro de fluido 14 y unos medios de circulación 15 que hacen circular fluido a una temperatura controlada con el fin de llevar a cabo una variación rápida de la temperatura del molde durante el proceso de producción. Cuando las capas 9 y 10 están posicionadas en el molde 13, éste está preferiblemente ya calentado a una temperatura igual a, o ligeramente más alta que la temperatura requerida para fundir el polímero, es decir, el material termoplástico, el cual sirve como una matriz de impregnación para las fibras. Esta temperatura podría estar preferiblemente dentro del intervalo de T_{f} a T_{f} + 20ºC, siendo T_{f} la temperatura de fusión de dicho material termoplástico. En el caso de que las fibras de refuerzo y/o las fibras de tela de chapado también sean materiales termoplásticos, su temperatura de fusión será más alta que la temperatura del molde, es decir, más alta que la máxima temperatura (T_{f} + 20ºC) del molde. En otras palabras, el molde es mantenido a una temperatura que es igual o más alta que la temperatura de fusión para el material termoplástico que actúa como una matriz para las fibras de refuerzo, y a una temperatura más baja que la requerida para fundir las fibras de refuerzo o las fibras de chapado.

Las dos o más capas que están siendo tratadas son posicionadas dentro de una cavidad de molde que es substancialmente del mismo tamaño que la pieza final deseada. Cuando el molde es cerrado, las dos (o más) capas son comprimidas, conformadas y unidas entre sí. El material termoplástico de la capa 9 penetra en los poros de la capa 10, y une las dos capas entre sí. El uso de polímeros preparados específicamente funcionalizados para la capa 9 mejora la unión entre las capas.

La pieza que sale del molde, es decir, el medio caparazón 16, se muestra en la Fig. 5C. Los bordes de esta pieza son tratados entonces (5D) de una manera conocida para obtener una configuración de los bordes que es adecuada para el siguiente paso de conexión de los dos medios caparazones, esbozada en 5E. En las Figs. 3 y 4 se muestran ejemplos de configuraciones adecuadas. En la Fig. 3 se muestra una configuración con escalones 17, mientras que en la Fig. 4 se muestra una configuración plana del borde del medio caparazón. Los bordes pueden ser pegados entre sí o, preferiblemente, soldados. En el ejemplo de realización mostrado esquemáticamente en la Fig. 4, se aporta un elemento 18 para mejorar la unión entre las partes.

La invención será ilustrada ahora adicionalmente con referencia a los siguientes ejemplos.

Ejemplo

Una capa de tela con una matriz de material termoplástico (grosor 1,2 mm), posiblemente reforzada con fibra de vidrio, es calentada a una temperatura dentro del intervalo de 150ºC a 300ºC durante un periodo dentro del intervalo de 20 a 60 segundos y entonces es colocada en un molde calentado a una temperatura dentro del intervalo de 50ºC a 300ºC con un chapado de madera de brezo de un grosor de 8 mm. Las dos capas son moldeadas a presión (termoconformadas) durante un periodo dentro del intervalo de 50 a 240 segundos y luego son sacadas del molde. Los medios caparazones así obtenidos tienen un grosor de aproximadamente 1,8 mm y ofrecen una alta precisión en la reproducción de las formas y dimensiones del diseño. Estas piezas son fresadas con el fin de proporcionarles los escalones de conexión es sus bordes.

Una vez se ha completado el fresado, los caparazones son unidos entre sí por pegado o soldadura alrededor y sobre el volante de conducción 1 preparado. Entonces, toda la pieza (volante de conducción 1 y caparazones) es pintada para impartir la apariencia final.

Claims

1. Un volante de conducción (1) para vehículos, que incluye una estructura base (2) y al menos un elemento de cubierta externa (7, 8) aplicado a dicha estructura base (2), comprendiendo dicho elemento de cubierta al menos una capa estructural (9) interna que contiene fibras de refuerzo en la forma de una esterilla o en una tela tejida o no-tejida impregnada con un material termoplástico, y al menos una capa externa (10), que tiene una función decorativa, situada sobre un lado de la capa estructural (9) distal de dicha estructura base (2) y unido al mismo, caracterizado porque material termoplástico fundido de la capa estructural (9) interna penetra en los poros de la capa decorativa (10) externa para ligar las dos capas (9, 10) entre sí en ausencia de adhesivo de resina termoendurecible.

2. Un volante de conducción de acuerdo con la reivindicación 1, en el que dichas fibras de refuerzo son de al menos 12,0 mm de largo.

3. Un volante de conducción (1) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 ó 2, en el que la cantidad de dichas fibras de refuerzo en dicha capa (9) está dentro del intervalo 10 a 80% en peso.

4. Un volante de conducción de acuerdo con la reivindicación 3, en el que la cantidad de dichas fibras de refuerzo en dicha capa (9) está dentro del intervalo 20 a 60% en peso.

5. Un volante de conducción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que el peso de dicha capa (9) está dentro del intervalo de 500 a 3000 g/m^{2}.

6. Un volante de conducción de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el que dicho material termoplástico está seleccionado a partir de: poliésteres, poliacrilatos, y polimetacrilatos, homo y copolímeros de polipropileno y poliolefinas, homo y copolímeros de polipropileno y poliolefinas injertados con compuestos que tienen grupos funcionales, y mezclas de los mismos.

7. Un elemento para un interior de vehículo, caracterizado porque comprende una estructura base (2) y al menos un elemento de cubierta (7, 8) para dicha estructura base (2) de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

8. Un proceso para la producción de un volante de conducción (1) que tiene una estructura base (2) y al menos un elemento de cubierta (7, 8) externo aplicado a dicha estructura, que comprende los pasos de:

colocar al menos una capa de material estructural (9) y al menos una capa de material decorativo (10) dentro de un molde (13), incluyendo dicha capa de material estructural, que es al menos una, un material termoplástico y fibras de refuerzo de dicho material termoplástico en la forma de una esterilla o en una tela tejida o no-tejida;

calentar el molde a una temperatura suficiente para conformar y moldear dicha capa (9) de material termoplástico reforzado;

unir entre sí y conformar dichas capas estructural (9) y decorativa (10) por termoconformación a presión para proporcionar una cubierta exterior (7, 8) de material compuesto, con lo que el material termoplástico fundido de la capa estructural (9) interna penetra en los poros de la capa decorativa (10) externa para ligar las dos capas (9, 10) entre sí en ausencia de adhesivos de resina termoendurecible.

9. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8, en el que dicha capa o capas de material estructural (9) son calentadas antes de introducirlas a un molde calentado.

10. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, en el que dicho molde (13) es calentado a una temperatura dentro del intervalo de T_{f} a (T_{f} + 20ºC), donde T_{f} es la temperatura de fusión de dicho material termoplástico.

11. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, caracterizado por producir dos elementos de cubierta (7, 8) conformados como medios caparazones y por conectar dichos medios caparazones entre sí alrededor de dicha estructura base (2) por soldadura.

12. Un proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11, caracterizado por moldear una capa estructural (9) incluyendo material termoplástico en forma de fibra y fibras de refuerzo para dichas fibras de material termoplástico.

13. Un proceso de acuerdo con la reivindicación 12, en el que dichas fibras de dicho material termoplástico y dichas fibras de refuerzo son mezcladas entre sí en la forma de una tela tejida o no-tejida.

14. Un proceso para la producción de un elemento para interiores de vehículo incluyendo una estructura base (2) y al menos un elemento de cubierta (7, 8) para dicha estructura base, caracterizado porque dicho elemento de cubierta, que es al menos uno, está producido de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 8 a 13.