ES2975261T3 - Elemento estructural de un material plástico termoplástico para un vehículo de motor, vehículo de motor con un elemento estructural, así como procedimiento para la fabricación de un elemento estructural - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un componente estructural plano (10), en particular a un elemento de protección de suelo (10), para un vehículo de motor (41), en particular un vehículo eléctrico, que tiene un elemento central (32) de diseño plano de un primer material termoplástico. material, al menos una capa de cubierta inferior y una capa superior (34a, 34b) de un segundo material termoplástico reforzado con fibras, en donde las capas de cubierta (34a, 34b) están formadas y unidas integralmente con el elemento central (32), que es producido a partir de un compuesto de moldeo por inyección recibido entre las capas de cubierta (34a, 34b) o de un compuesto de extrusión recibido entre las capas de cubierta (34a, 34b). La invención se refiere además a un vehículo automóvil con un componente estructural de este tipo, en particular un elemento de protección de suelo, y a un método para fabricar dicho componente estructural, en particular un elemento de protección de suelo. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Elemento estructural de un material plástico termoplástico para un vehículo de motor, vehículo de motor con un elemento estructural, así como procedimiento para la fabricación de un elemento estructural

La invención se refiere a un elemento estructural plano, especialmente un elemento de protección de bajos o un elemento de tabique o un elemento de cubierta, de un material plástico termoplástico para un vehículo de motor, especialmente un vehículo eléctrico, a un vehículo de motor con un elemento estructural de este tipo, especialmente un elemento de protección de bajos, así como a un procedimiento para la fabricación de un elemento estructural de este tipo, especialmente un elemento de protección de bajos.

Hasta ahora, los elementos estructurales planos como, por ejemplo, los elementos de protección de los bajos, para vehículos de motor se han fabricado normalmente a partir de componentes metálicos, por ejemplo, chapas de aluminio o similares. Las chapas metálicas como éstas también se pueden prever en una estructura de varias capas de un elemento estructural como, por ejemplo, un elemento de protección de los bajos.

A modo de ejemplo, se hace referencia a los elementos de protección de los bajos o placas de protección del suelo descritos en los documentos DE 102017006753 A1, DE 102015103902 A1 y DE 102019104883 A1. Con respecto a un elemento estructural configurado como bandeja de almacenamiento para el interior de un vehículo de motor se hace referencia además al documento US 2013/0280469 A1. El documento EP 2 990 308 A1 muestra las características del preámbulo de las reivindicaciones 1 y 11.0

Los elementos de protección de los bajos, como ejemplo de los elementos estructurales a los que aquí se hace referencia, sirven especialmente para proteger recipientes a presión o depósitos a presión o/y componentes eléctricos como, por ejemplo, una batería de alto voltaje o similares, especialmente cuando se circula por terrenos irregulares como umbrales, trampas para bolardos, bordillos y similares. En este caso, los elementos de protección de los bajos que se componen, al menos parcialmente, de metal o de placas metálicas presentan el inconveniente de que se deforman permanentemente al pasar por un bache, es decir, en el elemento de protección de los bajos queda por regla general una abolladura, pliegue o similar. Además, los elementos de protección de los bajos que contienen metal son muy pesados, lo que influye negativamente en la eficiencia general del vehículo de motor. Lo mismo se aplica a los elementos estructurales, como tabiques o elementos de cubierta, que se utilizan en los vehículos de motor, por ejemplo, como cubierta para una batería de alto voltaje o como tabique entre los componentes del vehículo. Incluso en el caso de los elementos estructurales de este tipo que no forman necesariamente un límite exterior del vehículo de motor, el aspecto del ahorro de peso combinado con una alta estabilidad es de gran importancia.

El objetivo en el que se basa la invención consiste en proponer un elemento estructural, especialmente un elemento de protección de los bajos, y un procedimiento para su fabricación, a fin de poder evitar los inconvenientes mencionados.

Esta tarea se resuelve mediante un elemento estructural como, por ejemplo, un elemento de protección de los bajos, con las características de la reivindicación 1, y mediante un procedimiento con las características de la reivindicación 11. En las reivindicaciones dependientes se indican configuraciones ventajosas con variantes perfeccionadas convenientes.

Por lo tanto, se propone un elemento estructural en forma de abanico, especialmente un elemento de protección de los bajos, para un vehículo de motor, especialmente un vehículo eléctrico, con un elemento central de configuración plana a partir de un primer material plástico termoplástico, y con al menos una capa de cubierta inferior y una capa de cubierta superior de un segundo material plástico termoplástico reforzado con fibras, estando las capas de cubierta conformadas y unidas por adherencia de materiales al elemento central que se fabrica a partir de una masa de moldeo por inyección alojada entre las capas de cubierta o de una masa de prensado por extrusión alojada entre las capas de cubierta.

Mediante el uso de materiales plásticos termoplásticos, el elemento estructural puede fabricarse a bajo coste y presenta un peso reducido. Especialmente, las capas de cubierta reforzadas con fibra garantizan una estabilidad suficiente del elemento estructural. El uso de material plástico termoplástico también tiene la ventaja de que el elemento estructural es más elástico en comparación con un elemento estructural que contenga metal. Por consiguiente, en caso de un elemento estructural de material plástico termoplástico configurado, por ejemplo, como un elemento de protección de los bajos, generalmente no se producen deformaciones plásticas como abolladuras o pliegues cuando el elemento de protección de los bajos entra en contacto con las irregularidades de un suelo.

Dado que el elemento central se fabrica a partir de una masa de moldeo por inyección o de una masa de prensado por extrusión, el elemento central, que inicialmente está presente como una masa deforme de material plástico, se conforma durante el moldeo conjunto con las capas de cubierta.

Para mejorar aún más la estabilidad del elemento estructural, el primer material plástico termoplástico puede reforzarse con fibras. En este caso, el primer material plástico termoplástico puede contener fibras de vidrio largas, presentando las fibras de vidrio preferiblemente una longitud de aproximadamente 1 a 50 mm, especialmente de 1 a 10 mm.

El segundo material plástico termoplástico puede contener fibras continuas, pudiendo contener especialmente fibras de vidrio y/o fibras de carbono y/o fibras de aramida y/o fibras naturales. En este caso, las capas de cubierta pueden fabricarse de un semiproducto de fibra, especialmente una chapa orgánica, o/y de al menos una capa de una cinta UD.

Con el propósito de lograr una unión por adherencia de materiales óptima durante el moldeo, el primer material plástico y el segundo material plástico pueden ser compatibles entre sí con respecto a sus propiedades materiales. Aquí, especialmente en el caso de los materiales plásticos reforzados con fibra (primero y segundo), la matriz plástica respectiva puede fabricarse del mismo material, especialmente de polipropileno (PP) o poliamida (PA).

El elemento estructural puede presentar al menos una sección elevada configurada conjuntamente en el elemento central y las capas de cubierta. En este caso, la sección elevada puede presentar un orificio de paso diseñado para alojar un elemento de unión previsto para la fijación del elemento estructural, especialmente el elemento de protección de los bajos, a una carrocería de un vehículo. Las secciones elevadas como éstas también pueden denominarse secciones en forma de disco. Las secciones elevadas pueden presentar una superficie de elevación fundamentalmente plana que, en el estado montado del elemento estructural, especialmente del elemento de protección de los bajos, se ajusta a un componente de la carrocería.

El elemento estructural puede presentar al menos una sección de refuerzo a modo de nervio, estando la sección de refuerzo formada por el primer material plástico y sobresaliendo la sección de refuerzo de una capa de cubierta. Una sección de refuerzo de este tipo aumenta la estabilidad del elemento estructural, especialmente del elemento de protección de los bajos. La sección de refuerzo también puede configurarse en una de las capas de cubierta.

La sección de refuerzo puede transformarse en la sección elevada, configurándose al menos una sección de refuerzo especialmente entre dos secciones elevadas. Con otras palabras, las secciones de refuerzo pueden formar nervios de unión entre secciones elevadas adyacentes. Además, las secciones de refuerzo pueden presentar superficies acanaladas fundamentalmente planas que se transforman en la superficie elevada, de manera que el elemento estructural, especialmente el elemento de protección de los bajos, se apoye en el estado montado en la carrocería por medio de las superficies elevadas y de las superficies acanaladas.

En este caso, el elemento estructural presenta una zona marginal formada únicamente por el primer material plástico y configurada en una sola pieza con el elemento central alojado entre las capas de cubierta. Aquí se prevén en la zona marginal varios orificios de paso diseñados para alojar un elemento de unión previsto para la fijación del elemento estructural, especialmente del elemento de protección de los bajos, a una carrocería de vehículo. Las zonas marginales también pueden configurarse de manera que formen un borde que rodee o circunde las capas de cubierta.

Un vehículo de motor, especialmente un vehículo eléctrico, con una carrocería puede presentar un elemento estructural, especialmente un elemento de protección de los bajos, fijado a la carrocería como se ha descrito anteriormente. En este caso, el elemento estructural realizado como un elemento de protección de los bajos puede disponerse debajo de acumuladores de energía, especialmente debajo de una batería de alto voltaje o de un depósito a presión. De este modo, los componentes sensibles, como una batería de alto voltaje o un depósito a presión (por ejemplo, para gas), pueden protegerse especialmente bien.

Un procedimiento para la fabricación de un elemento estructural, especialmente de un elemento de protección de los bajos, comprende los siguientes pasos:

introducción de un primer material plástico termoplástico puesto a disposición como una masa de material plástico no conformada que especialmente se puede moldear por inyección o prensar por extrusión, entre una capa de cubierta inferior y una capa de cubierta superior de un segundo material plástico termoplástico reforzado con fibras;

moldeo conjunto del primer material plástico y de las capas de cubierta, repartiéndose durante el moldeo conjunto el primer material plástico entre las capas de cubierta, de manera que, tras el moldeo, se forme un elemento central cubierto a ambos lados, al menos por secciones, por las capas de cubierta.

Dicho de forma simplificada, entre las capas de cubierta puestas a disposición como un semiproducto se dispone un primer material plástico no conformado o deforme y, a continuación, el primer material plástico inicialmente sin forma se moldea por compresión entre las capas de cubierta, de manera que, tras el moldeo, el elemento central conformado primariamente se una a las capas de cubierta y presente fundamentalmente la forma o configuración final deseada del elemento de protección de los bajos.

En el procedimiento pueden añadirse fibras de vidrio largas al primer material plástico termoplástico antes de su inserción entre las capas de cubierta. De este modo se proporciona antes del moldeo una primera masa plástica reforzada con fibras (de vidrio), conformándose primariamente la primera masa plástica que contiene fibras (de vidrio) en el elemento central.

La inserción del primer material plástico puede realizarse mediante un procedimiento de prensado por extrusión, en el que la masa plástica alojada entre las capas de cubierta se desplaza por medio del efecto de la presión. Con otras palabras, una capa de cubierta inferior y una capa de cubierta superior pueden ponerse a disposición en o sobre una herramienta para moldeo por presión correspondiente, colocándose entre las capas de cubierta la masa del primer material plástico, por ejemplo, en forma de un conglomerado no conformado o deforme. Al cerrar la herramienta para moldeo por presión, el primer material plástico inicialmente no conformado se desplaza entre las dos capas de cubierta, de manera que el elemento central, unido por adherencia de materiales a las capas de cubierta, se conforme a partir del mismo, moldeándose también las capas de cubierta como consecuencia del efecto de la presión.

La inserción del primer material plástico se lleva a cabo mediante un procedimiento de moldeo por inyección en el que el material plástico no conformado o deforme se inyecta entre las capas de cubierta. En un procedimiento de moldeo por inyección, el primer material plástico se espuma física o químicamente durante la inyección entre las capas de cubierta o después de la inyección entre las capas de cubierta. Al espumar el primer material plástico, se puede generar entre las capas de cubierta un elemento central espumado y conformado primariamente. Mediante el espumado del primer material plástico se puede reducir su viscosidad, lo que simplifica el procesamiento o el moldeo por inyección. Además, el espumado permite una reducción del peso.

Las capas de cubierta pueden ponerse a disposición especialmente como un semiproducto reforzado con fibras, por ejemplo, en forma de una chapa orgánica o/y de al menos una capa de una cinta UD.

En el procedimiento, el espumado se lleva a cabo después de la inyección del primer material plástico mediante espumado por expansión, alejándose unos de otros los elementos de la herramienta para moldeo por presión o los elementos de la herramienta de fundición en cuestión, especialmente las mitades de la herramienta o partes de las mismas, tras la inyección del primer material plástico.

En este caso, los elementos de la herramienta para moldeo por presión o de fundición en cuestión pueden alejarse unos de otros aproximadamente de 0,5 a 10 mm, especialmente de 1 a 5 mm. Aquí, el movimiento de separación de los elementos de herramienta o de las mitades de herramienta puede ser mayor o menor, especialmente en dependencia de su dirección de movimiento relativa unos respecto a otros y de su configuración. Una proporción de volumen de las cavidades creadas durante el espumado de expansión en el elemento central moldeado y acabado puede ser aproximadamente del 10% al 50% del volumen de material plástico sólido. Sin embargo, también es posible que la proporción del volumen de la cavidad sea mayor que la proporción del volumen del material plástico sólido, pudiendo también el volumen de la cavidad ser especialmente el doble o el triple (200 a 300%). Los elementos de herramienta también pueden mantenerse en el estado alejado unos de otros durante un período de tiempo determinado, de manera que se permita un tiempo suficiente para el espumado del material central mediante expansión, incluyendo posiblemente un período de tiempo para el enfriamiento y el endurecimiento de la estructura espumada.

En el procedimiento, un elemento estructural, especialmente un elemento de refuerzo o un elemento de obturación, que sobresale de la capa de cubierta en cuestión puede aplicarse a al menos una de las capas de cubierta mediante moldeo por inyección con o sin espumado.

En este caso, el elemento estructural aplicado a la capa de cubierta en cuestión puede fabricarse del mismo material plástico que el elemento central o de un material plástico diferente.

Además es posible que el material plástico del elemento estructural aplicado se mezcle con unas proporciones de fibras de vidrio o minerales o materiales elásticos diferentes de las del primer material plástico del elemento central. De este modo es posible aplicar mediante moldeo por inyección estructuras adicionales como, por ejemplo, elementos de refuerzo o nervios de refuerzo o elementos de obturación o secciones marginales que sobresalen o similares, después o, en su caso, también durante el así llamado conformado primario del elemento central que tiene lugar junto con el moldeo de las capas de cubierta.

De la siguiente descripción de formas de realización con referencia a las figuras resultan otras ventajas y características de la invención. Se muestra en la:

Figura 1 una vista en planta de una forma de realización de un elemento estructural realizado como elemento de protección de bajos;

Figura 2 una vista en perspectiva del elemento de protección de bajos de la figura 1;

Figura 3 en las figuras parciales A) a D), especialmente vistas en sección ampliadas a lo largo de la línea de corte III-III de la figura 1;

Figura 4 en las figuras parciales A) y B), ampliaciones respectivas de las secciones IVA y IVB de la figura 2;

Figura 5 una representación en sección simplificada del elemento de protección de bajos de la figura 3A combinado con componentes de un vehículo de motor mostrados de forma puramente esquemática;

Figura 6 representación esquemática de un procedimiento de fabricación para un elemento de protección de bajos;

Figura 7 en las figuras parciales A) y B) o C) y D), respectivamente una representación esquemática y simplificada de un elemento estructural en una herramienta de moldeo durante el espumado por expansión.

En la figura 1 se muestra en una vista en planta una representación esquemática y simplificada de una forma de realización de un elemento estructural como elemento de protección de bajos 10. El lado superior 12 del elemento de protección de bajos 10 visible en esta representación está orientado, en un estado montado del elemento de protección de bajos 10, hacia una carrocería del vehículo de motor (un vehículo de motor aquí no mostrado).

El elemento estructural realizado como elemento de protección de bajos se describe en primer lugar con referencia simultánea a las figuras 1 y 2.

El elemento de protección de bajos 10 presenta una zona central 14 en la que el elemento de protección de bajos 10 está reforzado. En este ejemplo, la zona central 14 está rodeada por una zona marginal periférica 16. En la zona central 14 se configuran varias zonas elevadas 18. Las zonas elevadas 18 pueden presentar un orificio de paso respectivo 20. A través de un orificio de paso 20 como éste puede pasar un elemento de unión, aquí no representado, previsto para la fijación del elemento de protección de bajos 10 a una carrocería de vehículo. Como puede verse en las representaciones de las figuras 1 y 2, las zonas elevadas 18 pueden ser de diferentes tamaños, especialmente presentar diferentes diámetros. Además, éstas pueden disponerse en distintos lugares del elemento de protección de bajos 10 o de su zona central 14.

Además, el elemento de protección de bajos 10 puede presentar varias secciones de refuerzo 22 a modo de nervio. En el ejemplo mostrado, las secciones de refuerzo 22 se extienden a lo largo de una dirección longitudinal Y. Especialmente, las secciones de refuerzo se desarrollan entre las zonas elevadas respectivamente adyacentes 18.

Como puede verse especialmente en la figura 2, la zona central 14 se configura como una especie de artesa. En este caso, la artesa está limitada por secciones de pared inclinadas y/o escalonadas 24. En este ejemplo, las secciones de pared 24 forman la transición desde la zona central 14 a la zona marginal periférica 16. En la zona marginal pueden disponerse otros orificios de paso 26 que sirven para la recepción de elementos de unión, a fin de fijar el elemento de protección de bajos 10 a un vehículo de motor. Puramente a modo de ejemplo y para una mejor comprensión, en la figura 2 se muestra el elemento de protección de bajos 10 con una zona central sombreada 14 como representación inferior.

En la figura 3 se muestran en las figuras parciales A) a D) las representaciones en sección correspondientes a la línea de corte MI-MI de la figura 1. En este caso, la figura 3A muestra todo el elemento de protección de bajos 10. Las figuras 3B a 3D muestran secciones ampliadas correspondientes a las zonas rodeadas con un círculo B a D de la figura 3A. La estructura del elemento de protección de bajos 10 se describe a continuación por medio de las representaciones en sección de las figuras 3A-D.

La figura 3A muestra el elemento de protección de bajos 10 en toda su anchura (a lo largo de la dirección X). Como ya se ha descrito con referencia a las figuras 1 y 2, pueden verse la zona marginal 16, la zona central 14, una zona elevada 18 con un orificio de paso 20, varias secciones de refuerzo 22, así como las secciones de pared inclinadas y/o escalonadas 24. En la representación seleccionada, el lado superior 12 del elemento de protección de bajos 10 señala hacia abajo. En la representación, un lado inferior 28 del elemento de protección de bajos 10 está orientado hacia arriba. En un estado montado en un vehículo de motor, el lado inferior 28 del elemento de protección de bajos 10 está orientado hacia un suelo o base sobre el que se encuentra el vehículo de motor.

En la figura 3B se muestra a modo de ejemplo una zona elevada 18 con un orificio de paso 20 configurado en la misma. En el orificio de paso 20 se puede insertar un manguito 30, especialmente un manguito metálico. En la representación en sección de las figuras 3B a 3D también puede verse la estructura interior del elemento de protección de bajos 10.

El elemento de protección de bajos 10 puede presentar un elemento central 32 especialmente en su zona central 14. El elemento central 32 puede disponerse entre una capa de cubierta superior 34a y una capa de cubierta inferior 34b.

En este caso, el elemento central 32 puede fabricarse de un primer material plástico termoplástico. El primer material plástico del elemento central 32 puede estar reforzado con fibras, especialmente puede contener fibras de vidrio largas que presenten, por ejemplo, una longitud de aproximadamente 1 a 50 mm, especialmente de 1 a 10 mm.

Las capas de cubierta 34a, 34b pueden fabricarse de un segundo material plástico termoplástico reforzado con fibras. Aquí, el segundo material plástico termoplástico puede comprender fibras continuas, conteniendo especialmente fibras de vidrio y/o fibras de carbono y/o fibras de aramida y/o fibras naturales. Las capas de cubierta 34a, 34b pueden fabricarse especialmente de un semiproducto de fibra, especialmente una chapa orgánica, o/y de al menos una capa de una cinta UD.

El primer material plástico del elemento central 32 y el segundo material plástico de las capas de cubierta 34a, 34b pueden ser compatibles entre sí con respecto a sus propiedades materiales. Especialmente en el caso de los materiales plásticos reforzados con fibra para el elemento central 32 y las capas de cubierta 34a, 34b, la matriz plástica respectiva puede fabricarse del mismo material. Como materiales plásticos resultan especialmente adecuados los termoplásticos como el polipropileno (PP) o la poliamida (PA). Naturalmente, también pueden utilizarse otros termoplásticos, especialmente también es concebible utilizar mezclas de polímeros o aleaciones de polímeros adecuadas para el elemento central 32 o/y las capas de cubierta 34a, 34b.

Como puede verse en la figura 3C, las capas de cubierta 34a, 34b se moldean junto con el elemento central 32 en la zona de las secciones de refuerzo a modo de nervio 22. Las respectivas secciones de refuerzo 22 o los nervios de refuerzo que sobresalen de la capa de cubierta (superior) 34a pueden fabricarse del mismo material plástico que el elemento central 32.

En la figura 3D puede verse que las capas de cubierta 34a, 34b terminan en la zona de transición de la zona central 14 a la zona marginal 16, especialmente en la zona de las secciones de pared inclinadas o/y escalonadas 24. Con otras palabras, las zonas marginales 16 o/y las secciones de pared 24 están formadas por el primer material plástico termoplástico. Por lo tanto, éstas se fabrican del mismo material que el elemento central 32 del elemento de protección de bajos 10. Como puede verse en la figura 3D, el elemento central 32 y las secciones de pared 24 o/y las zonas marginales 16 se configuran en una sola pieza. En la figura 3D se representa además un elemento de obturación 23 opcional. El elemento de obturación 23 puede fabricarse del mismo material plástico que el elemento central 32. Alternativamente, el elemento de obturación 23 puede fabricarse del mismo plástico básico, pero contener otros aditivos como, por ejemplo, fibras, minerales o componentes elásticos.

Al observar en conjunto las figuras 1 a 3 también puede decirse que las capas de cubierta 34a, 34b y el elemento central 32 se configuran dentro de la zona central 14 del elemento de protección de bajos 10. Además, las capas de cubierta 34a, 34b se moldean junto con el elemento central 32 y se unen por adherencia de materiales.

La figura 4 muestra en las figuras parciales A) y B) ampliaciones de las respectivas zonas IVA y IVB de la figura 2. En estas dos figuras puede verse que las secciones de refuerzo 22 o los nervios de refuerzo se transforman en las zonas elevadas 18. Las secciones elevadas 18 pueden presentar una superficie elevada 36 fundamentalmente plana que, en el estado montado del elemento de protección de bajos 10, se ajusta a un componente de la carrocería. Las secciones de refuerzo 22 pueden presentar superficies acanaladas 38 fundamentalmente planas que se transforman en la superficie elevada 36, de manera que, en el estado montado, el elemento de protección de bajos se apoye en la carrocería por medio de las superficies elevadas 36 y de las superficies acanaladas 38. Conviene señalar que el apoyo de las superficies acanaladas 38 no tiene que ser necesariamente en toda la superficie, sino que el apoyo o el ajuste a un componente de la carrocería también puede limitarse a la zona o circunferencia en la que se configura una superficie elevada 18.

En el ejemplo mostrado de las figuras 4A y 4B, las superficies acanaladas 38 de una sección de refuerzo central 22 se transforman en la superficie elevada 36. Las secciones de refuerzo dispuestas respectivamente a la izquierda y a la derecha de la sección de refuerzo central 22 presentan superficies acanaladas 38 que también se configuran continuas en la zona de la zona elevada 18.

En la figura 5 se muestra de forma puramente esquemática y simplificada una representación en sección con el elemento de protección de bajos 10 en una posición montada. El elemento de protección de bajos 10 está orientado con su lado superior 12 hacia los componentes de la carrocería 40 de un vehículo de motor 41 que, por lo demás, sólo está representado por un rectángulo discontinuo. En el ejemplo mostrado, la zona central 14 del elemento de protección de bajos está dispuesta debajo de una batería de alto voltaje 42 representada de forma simplificada y sin más detalles como un bloque rectangular. La batería de alto voltaje 42 está unida a la carrocería 40 del vehículo de motor por medio de una estructura de soporte 44, por ejemplo, un elemento de suelo a modo de artesa o similar. Como puede verse en la representación, la zona elevada 18 (o las múltiples zonas elevadas 18) del elemento de protección de bajos 10 se ajusta (o ajustan) al lado inferior de la estructura de soporte 44 y se une (o unen) a la misma, por ejemplo, se atornilla (o atornillan). El elemento de protección de bajos 10 se dispone en el vehículo de motor de manera que especialmente la batería de alto voltaje 42 quede protegida contra un impacto desde abajo.

Por consiguiente, el elemento de protección de bajos 10 está especialmente diseñado para proteger una batería de alto voltaje 42 de un vehículo eléctrico. Alternativamente, el elemento de protección de bajos 10 también puede utilizarse para proteger un depósito a presión o un contenedor a presión, por ejemplo, un depósito de GNC o similar.

El elemento estructural antes descrito en la forma de realización como elemento de protección de bajos 10 también puede utilizarse para otros fines. Especialmente, el elemento estructural puede utilizarse o usarse como tabique o como elemento de cubierta o como tapa en un vehículo de motor o en componentes de vehículos de motor. Por ejemplo, es posible imaginar que un elemento estructural realizado como tapa pueda utilizarse en una carcasa de una batería de alto voltaje. Además, un elemento estructural realizado como tabique puede utilizarse, por ejemplo, para separar diferentes zonas o compartimentos de un vehículo de motor, por ejemplo, maletero y habitáculo para pasajeros o compartimento del motor y habitáculo para pasajeros o similar.

Como ya se ha mencionado anteriormente con referencia a la figura 3, el elemento estructural realizado como elemento de protección de bajos está formado por el elemento central 32 y por las capas de cubierta 34a, 34b. En este caso, el elemento estructural, especialmente como elemento de protección de bajos 10, puede fabricarse de acuerdo con un procedimiento descrito a continuación que se representa en la figura 6 como un diagrama esquemático.

En el procedimiento 500 para la fabricación de un elemento estructural, especialmente un elemento de protección de bajos 10, se proporciona, según un paso S501, un primer material plástico termoplástico como una masa de material plástico no conformada que especialmente se puede moldear por inyección o prensar por extrusión. Según un paso S502, la masa de material plástico se introduce entre una capa de cubierta inferior y una capa de cubierta superior 34a, 34b de un segundo material plástico termoplástico reforzado con fibras. En un paso S503 se lleva a cabo un moldeo conjunto del primer material plástico y de las capas de cubierta 34a, 34b, repartiéndose durante el moldeo conjunto el primer material plástico entre las capas de cubierta 34a, 34b, de manera que después del moldeo forme un elemento central 32 cubierto a ambos lados, al menos por zonas, por las capas de cubierta 34a, 34b.

Según un paso opcional S504 se pueden añadir fibras de vidrio largas al primer material plástico termoplástico antes de su inserción entre las capas de cubierta 34a, 34b. Este paso S504 también puede tener lugar antes del paso S501, de manera que la primera masa de material plástico puesta a disposición ya contenga las fibras de vidrio correspondientes.

La inserción del primer material plástico (S503) puede realizarse por medio de un procedimiento de prensado por extrusión S503a, en el que la masa plástica alojada entre las capas de cubierta 34a, 34b se desplaza mediante el efecto de la presión.

Alternativa o adicionalmente, la inserción del primer material plástico (S503) puede llevarse a cabo mediante un procedimiento de moldeo por inyección S503b, en el que el material plástico se inyecta entre las capas de cubierta 34a, 34b.

En un procedimiento de moldeo por inyección según el paso S503b, el primer material plástico puede espumarse física o químicamente durante la inyección entre las capas de cubierta 34a, 34b o después de la inyección entre las capas de cubierta 34a, 34b.

Según un paso S505, en el procedimiento 500, el espumado puede realizarse mediante espumado por expansión después de la inyección del primer material plástico. Aquí, el espumado por expansión representa un tipo de espumado físico. En un espumado por expansión como éste, los elementos de la herramienta para moldeo por presión o de fundición en cuestión, especialmente las mitades de la herramienta o partes de las mismas, se alejan unos de otros después de haberse inyectado el primer material plástico (S506). En el paso S506, los elementos de la herramienta para moldeo por presión o de fundición en cuestión pueden alejarse unos de otros aproximadamente de 0,5 a 10 mm, especialmente de 1 a 5 mm. Después de la realización del espumado por expansión (S505, S506), una proporción de volumen de las cavidades formadas durante el espumado por expansión en el elemento central moldeado y acabado puede ser aproximadamente del 10% al 50% del volumen de material plástico sólido.

En el procedimiento 500, según un paso S507, un elemento estructural que sobresale de la capa de cubierta 34a, 34b en cuestión, especialmente el elemento de refuerzo 22 (figura 3C, figura 4) o el elemento de obturación 23 (figura 3D), puede aplicarse a al menos una de las capas de cubierta 34a, 34b mediante un procedimiento de moldeo por inyección con o sin espumado. En este caso, el elemento estructural aplicado a la capa de cubierta correspondiente 34a, 34b, especialmente el elemento de refuerzo 22, puede fabricarse del mismo material plástico que el elemento central 32 o de un material plástico diferente. En el procedimiento se pueden añadir al material plástico del elemento estructural aplicado como, por ejemplo, el elemento de refuerzo 22 (figura 3C, figura 4), unas proporciones de fibras de vidrio o minerales o materiales elásticos diferentes de las del primer material plástico del elemento central 32.

Mediante el espumado del primer material plástico se puede generar entre las capas de cubierta un elemento central espumado y moldeado primariamente. Si no se utiliza el espumado por expansión (S505, S506) antes descrito, el espumado del primer material plástico puede reducir su viscosidad, lo que simplifica el procesamiento o el moldeo por inyección.

Se puede conseguir una reducción del peso mediante cualquier tipo de espumado.

Por lo tanto, en el paso S503 de inserción del primer material plástico se lleva a cabo un moldeado conjunto de la primera masa de material plástico inicialmente deforme y de las capas de cubierta puestas a disposición, por ejemplo, como una cinta UD o una chapa orgánica. En este proceso, la primera masa de plástico se denomina conformación primaria, es decir, pasa de un estado fundamentalmente sin forma a su forma final, lo que se consigue especialmente mediante la introducción de material bajo presión. Naturalmente, para la conformación primaria de la primera masa de plástico, a partir de la cual se forma a continuación el elemento central 32, deben utilizarse herramientas de moldeo o/y herramientas para moldeo por presión o/y herramientas para moldeo por inyección adecuadas que permitan el procedimiento de prensado por extrusión o el procedimiento de moldeo por inyección antes mencionados utilizando las capas de cubierta 34a, 34b.

Con otras palabras, entre las capas de cubierta 34a, 34b proporcionadas como semiproducto se coloca una primera masa de plástico no conformada y, a continuación, la primera masa de plástico se conforma primariamente entre las capas de cubierta 34a, 34b bajo el efecto de la presión, de manera que, tras el moldeo, el elemento central 32 conformado primariamente se una por adherencia de materiales a las capas de cubierta 34a, 34b y presente fundamentalmente la forma o configuración final deseada del elemento de protección de bajos 10.

Como ya se ha indicado anteriormente con referencia al paso S507, el procedimiento de prensado por extrusión y el procedimiento de moldeo por inyección también pueden utilizarse de forma combinada, como puede verse, por ejemplo, en la figura 3C. Mientras que el primer material plástico para el elemento central 32 se ha repartido entre las capas de cubierta 34a, 34b mediante prensado por extrusión y el elemento central y las capas de cubierta 34a, 34b se han conformado conjuntamente y se han unido entre sí por adherencia de materiales, las secciones de refuerzo 22 o los nervios de refuerzo, fabricados del mismo material plástico que el elemento central 32, pueden moldearse por inyección en la capa de cubierta superior 34a.

Alternativamente también es posible imaginar que la capa de cubierta 34a en cuestión se rompa en la zona de las secciones de refuerzo 22 o, en su caso, que se prevean de antemano puntos de rotura controlada o ranuras, de manera que el primer material plástico pueda salir durante el prensado por extrusión. En tal caso, las secciones de refuerzo 22 no se dispondrían en la capa de cubierta 34a, sino que se unirían al elemento central 32 formando una sola pieza.

Los pasos de procedimiento S505 y S506 anteriormente mencionados en relación con el espumado por expansión se explican a continuación más detalladamente con referencia a la figura 7.

En la figura 7, las figuras parciales A) y C) muestran respectivamente un estado en el que los elementos de herramienta o las mitades de herramienta 50a, 50b se presionan mutuamente. Las dos capas de cubierta 34a, 34b están dispuestas dentro de una cavidad o espacio de molde formado por los elementos de herramienta 50a, 50b y el primer material plástico del elemento central 32 se ha inyectado entre las capas de cubierta 34a, 34b, como ya se ha explicado antes en relación con el paso S503b (figura 6).

En la figura 7, las figuras parciales B) y D) muestran respectivamente un estado en el que los elementos de herramienta o las mitades de herramienta 50a, 50b se han alejado unos de otros, lo que se ilustra mediante la respectiva flecha doble 52. Mediante el movimiento de las mitades de herramienta 50a, 50b relativamente una respecto a otra, el material plástico inyectado del elemento central 32 puede expandirse. Esto provoca la formación de burbujas o cavidades en el elemento central 32. El estado espumado (por expansión) del elemento central 32 se ilustra respectivamente en las figuras 7B) y 7D) de forma simplificada mediante el sombreado cruzado ortogonalmente.

Como puede verse en la figura 7, cuando los elementos de herramienta o las mitades de herramienta 50a, 50b se alejan uno de otro, una distancia AB formada entre los mismos puede ser menor (figura 7B) o mayor (figura 7D) dependiendo de la configuración de los elementos de herramienta 50a, 50b.

En el ejemplo de la figura 7A/B, las mitades de herramienta 50a, 50b pueden, por ejemplo, separarse una de otra sólo ligeramente, por ejemplo, a una distancia del orden de 0,5 mm a 2 mm, de manera que sólo un poco de material plástico o ningún material plástico salga de la hendidura generada entre las mitades de herramienta 50a, 50b.

En el ejemplo de la figura 7C/D, la mitad inferior de herramienta 50b se ha realizado con una sección de molde que sobresale hacia arriba y que, en estado comprimido (figura 7C), se inserta en la mitad superior de herramienta 50a. Por consiguiente, las dos mitades de herramienta 50a, 50b según la figura 7D se pueden distanciar o alejar una de otra a una mayor distancia AB o recorrido. En un ejemplo según la figura 7C/D, puede alcanzarse una distancia de hasta 10 mm. Gracias al diseño de las mitades de herramienta 50a, 50b de la figura 7C/D, es posible, por una parte, el espumado por expansión del elemento central 32, con lo que se evita una salida de material plástico a la hendidura entre las mitades de herramienta 50a, 50b.

Hay que hacer constar que al aplicar otros elementos estructurales como, por ejemplo, secciones de refuerzo 22 (figura 3C, figura 4), las técnicas de espumado por expansión antes descritas también pueden utilizarse opcionalmente mediante el procedimiento de moldeo por inyección, naturalmente usando herramientas de moldeo concebidas para ello.

Claims (14)

REIVINDICACIONES

1. Elemento estructural plano (10), especialmente elemento de protección de bajos (10), para un vehículo de motor (41), especialmente un vehículo eléctrico, con

un elemento central configurado plano (32) de un primer material plástico termoplástico,

al menos una capa de cubierta inferior y una capa de cubierta superior (34a, 34b) de un segundo material plástico termoplástico reforzado con fibras, conformándose y uniéndose por adherencia de materiales las capas de cubierta (34a, 34b) al elemento central (32) fabricado a partir de una masa de moldeo por inyección alojada entre las capas de cubierta (34a, 34b) o de una masa de prensado por extrusión alojada entre las capas de cubierta (34a, 34b), caracterizado

por que el elemento estructural (10) presenta al menos una zona marginal (16) formada únicamente a partir del primer material plástico y configurada en una sola pieza con el elemento central (32) alojado entre las capas de cubierta (34a, 34b), y

por que en la zona marginal (16) se prevén varios orificios de paso (26) diseñados para alojar un elemento de unión previsto para la fijación del elemento estructural (10) a una carrocería de vehículo (40).

2. Elemento estructural (10) según la reivindicación 1, caracterizado por que el primer material plástico termoplástico está reforzado con fibras.

3. Elemento estructural (10) según la reivindicación 2, caracterizado por que el primer material plástico termoplástico contiene fibras de vidrio largas, presentando las fibras de vidrio preferiblemente una longitud aproximada de 1 a 50 mm, especialmente de 1 a 10 mm.

4. Elemento estructural (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el segundo material plástico termoplástico comprende fibras continuas, conteniendo el mismo especialmente fibras de vidrio o/y fibras de carbono o/y fibras de aramida o/y fibras naturales.

5. Elemento estructural (10) según la reivindicación 4, caracterizado por que las capas de cubierta (34a, 34b) se fabrican a partir de un semiproducto de fibra, especialmente una chapa orgánica, o/y de al menos una capa de una cinta UD.

6. Elemento estructural (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el primer material plástico y el segundo material plástico son compatibles entre sí con respecto a sus propiedades materiales, fabricándose la matriz plástica respectiva, especialmente en el caso de los materiales plásticos reforzados con fibras, del mismo material, especialmente de polipropileno (PP) o poliamida (PA).

7. Elemento estructural (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el mismo presenta al menos una sección elevada (18) configurada conjuntamente en el elemento central (32) y en las capas de cubierta (34a, 34b), presentando la sección elevada (18) preferiblemente un orificio de paso (20) diseñado para alojar un elemento de unión previsto para la fijación del elemento de protección de bajos (10) a una carrocería de vehículo (40, 44).

8. Elemento estructural (10) según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el mismo presenta al menos una sección de refuerzo a modo de nervio (22), estando la sección de refuerzo (22) formada a partir del primer material plástico, sobresaliendo la sección de refuerzo (22) de una capa de cubierta (34a) y configurándose preferiblemente la sección de refuerzo (22) en una de las capas de cubierta (34a).

9. Elemento estructural (10) según la reivindicación 7 y 8, caracterizado por que la sección de refuerzo (22) se transforma en la sección elevada (18), configurándose al menos una sección de refuerzo (22) especialmente entre dos secciones elevadas (18).

10. Vehículo de motor (41), especialmente vehículo eléctrico, con una carrocería (40, 44) y con un elemento estructural (10) fijado a la carrocería (40, 44) según una de las reivindicaciones anteriores, disponiéndose el elemento estructural preferiblemente como un elemento de protección de bajos (10) debajo de acumuladores de energía, especialmente de una batería de alto voltaje (42) o de un depósito a presión.

11. Procedimiento (500) para la fabricación de un elemento estructural, especialmente un elemento de protección de bajos (10), que comprende los pasos de:

inserción (S502) de un primer material plástico termoplástico, puesto a disposición (S501) como una masa de material plástico no conformada que especialmente se puede moldear por inyección o prensar por extrusión, entre una capa de cubierta inferior y una capa de cubierta superior (34a, 34b) de un segundo material plástico termoplástico reforzado con fibras;

moldeo conjunto (S503) del primer material plástico y de las capas de cubierta (34a, 34b), repartiéndose el primer material plástico entre las capas de cubierta (34a, 34b) durante el moldeo conjunto, de manera que tras el moldeo forme un elemento central (32) cubierto a ambos lados, al menos por zonas, por las capas de cubierta (34a, 34b), llevándose a cabo la inserción del primer material plástico mediante un procedimiento de moldeo por inyección (S503b), en el que el material plástico se inyecta entre las capas de cubierta (34a, 34b),

espumándose física o químicamente (S505) el primer material plástico durante la inyección entre las capas de cubierta (34a, 34b) o después de la inyección entre las capas de cubierta (34a, 34b),

caracterizado por que el espumado tiene lugar después de la inyección del primer material plástico mediante espumado por expansión (S505), alejándose los elementos de herramienta para moldeo por presión o de fundición en cuestión, especialmente las mitades de herramienta (50a, 50b) o partes de las mismas, uno de otro después de la inyección del primer material plástico (S506).

12. Procedimiento (500) según la reivindicación 11, añadiéndose (S504) fibras de vidrio largas al primer material plástico termoplástico antes de su inserción entre las capas de cubierta.

13. Procedimiento (500) según una de las reivindicaciones 11 a 12, alejándose los elementos de herramienta para moldeo por presión o de fundición (50a, 50b) uno de otro a una distancia aproximada de 0,5 a 10 mm, especialmente de 1 a 5 mm.

14. Procedimiento (500) según una de las reivindicaciones 11 a 13, aplicándose en al menos una de las capas de cubierta (34a, 34b), por medio de un procedimiento de moldeo por inyección con o sin espumado (S507), un elemento estructural que sobresale de la capa de cubierta en cuestión (34a, 34b), especialmente un elemento de refuerzo (22) o un elemento de obturación,

fabricándose especialmente el elemento estructural (22) aplicado a la capa de cubierta en cuestión (34a, 34b) a partir del mismo material plástico que el elemento central (32) o de un material plástico diferente del mismo, añadiéndose especialmente al material plástico del elemento estructural aplicado (22) unas proporciones de fibras de vidrio o minerales o materiales elásticos diferentes de las del primer material plástico del elemento central (32).