ES2928496T3 - Estructura de carga multidimensional - Google Patents

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Abstract

Una estructura de carga multidimensional ejemplar puede incluir un panel de base que tiene una estructura escalonada con una capa superior, una capa inferior y al menos una capa interior entre ellas. La estructura de carga también puede tener una capa de vidrio aplicada a al menos superficies de cada una de la capa superior, la capa inferior y la al menos una capa interior que no está en contacto con una capa adyacente. La estructura de carga puede tener además un revestimiento aplicado al exterior de la capa de vidrio. La al menos una capa interior puede estar configurada para soportar una fuerza de compresión mayor que la capa superior y la capa inferior y/o la capa superior y la capa inferior pueden ser más ligeras que la al menos una capa interior. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Estructura de carga multidimensional
CAMPO DE LA TECNOLOGÍA
[0001] La presente descripción se refiere a una estructura de carga multidimensional que se puede emplear, por ejemplo, pero no se limita a, en un vehículo donde se aplica una carga, tal como un panel de suelo, panel de techo, miembro estructural y similares, y aun procedimiento de fabricación de la misma.
ANTECEDENTES
[0002] Las estructuras de carga, es decir, estructuras configuradas para soportar cargas, se emplean en todos los diferentes tipos de aplicaciones, que incluyen, pero no se limitan a, en vehículos como paneles de suelo, paneles de techo y similares. Estas estructuras de carga a menudo están hechas de un panal de papel, y típicamente se forman como paneles delgados que tienen secciones en las que el contorno y/o espesores varían. Un procedimiento para formar las estructuras de carga es el uso de bloques de cartón de ondas corrugadas que se forman antes del procesamiento. Otro procedimiento para formar una estructura de carga implica el moldeo previo de las formas geométricas o características que agregan espesor, y a continuación añadirlas al panel principal cuando está formado. Sin embargo, las estructuras de carga formadas a partir de estos procedimientos pueden tener áreas débiles impredecibles, lo que puede afectar la capacidad de la estructura de carga para soportar cargas en su aplicación y uso normales.
[0003] El documento GB2531942 describe un proceso para fabricar un compuesto laminado de un material de núcleo de panal celular y una capa de revestimiento, incluyendo el proceso las etapas: a) aplastar al menos parcialmente las paredes divisorias, por compresión, en una región periférica del material de núcleo celular, en una dirección sustancialmente paralela a la dirección del eje principal; y a continuación b) poner el material celular tratado en la etapa a) en contacto con la al menos una capa de revestimiento; y a continuación c) unir la al menos una capa de revestimiento y el material celular para formar el compuesto laminado. De esta manera, se obtiene una estructura escalonada.
[0004] Por consiguiente, existe la necesidad de una estructura de carga multidimensional mejorada y un procedimiento de fabricación de la misma para aumentar la eficiencia y minimizar los costos de fabricación.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
[0005] Con referencia ahora a los dibujos, se muestran realizaciones ilustrativas en detalle. Aunque los dibujos representan algunas realizaciones, los dibujos no están necesariamente a escala y ciertas características pueden exagerarse, eliminarse o seccionarse parcialmente para ilustrar y explicar mejor la presente descripción. Además, las realizaciones expuestas en esta solicitud no pretenden ser exhaustivas o limitar o restringir de otro modo las reivindicaciones a las formas y configuraciones precisas mostradas en los dibujos y descritas en la siguiente descripción detallada.
Las figuras 1A y 1B son vistas en perspectiva que ilustran un lado "A" y un lado "B" de una estructura de carga multidimensional de acuerdo con una estrategia ejemplar;
La figura 1C es una vista en sección transversal parcial, tomada de la línea 1-1 de la figura 1B, de la carga multidimensional de las figuras 1A y 1B;
La figura 2 es un diagrama de flujo esquemático de un procedimiento ejemplar para fabricar una estructura de carga multidimensional;
La figura 3 es una vista en perspectiva esquemática de una estructura escalonada de capas utilizada para formar la estructura de carga multidimensional de las figuras 1A y 1B;
La figura 4 es una vista en sección transversal esquemática de un molde de preforma utilizado para dar forma a la estructura escalonada de la figura 3 en un panel; y
Las figuras 5-7 son vistas en sección transversal parciales esquemáticas, tomadas de la línea 3-3 de la figura 3, de la estructura escalonada de la figura 3 a través de diferentes etapas de un proceso de formación.
DESCRIPCIÓN DETALLADA
[0006] La estructura de carga multidimensional de la invención incluye un panel base que tiene una estructura escalonada con una capa superior, una capa inferior y al menos una capa interior entre estas. La estructura de carga también tiene una capa de vidrio aplicada a al menos superficies de cada una de la capa superior, la capa inferior y la al menos una capa interior, dichas superficies no están en contacto con una capa adyacente. La estructura de carga tiene además un recubrimiento aplicado al exterior de la capa de vidrio. La al menos una capa interior está configurada para soportar una fuerza de compresión mayor que la capa superior y la capa inferior, y la capa superior y la capa inferior son más ligeras que la al menos una capa interior. La estructura de carga puede usarse en vehículos, industria aeroespacial, embarcaciones, cargamentos, edificios, muebles y otras aplicaciones en las que se requiere una estructura para manejar una carga.
[0007] El procedimiento para fabricar la estructura de carga multidimensional incluye primero ensamblar una capa inferior, al menos una capa interior y una capa superior para formar una estructura escalonada. El procedimiento incluye formar la estructura escalonada en un panel y a continuación aplicar una capa de vidrio a las superficies de cada una de la capa superior, la capa inferior y la al menos una capa interior que no está en contacto con una capa adyacente. El procedimiento a continuación incluye aplicar un recubrimiento a la capa de vidrio y, finalmente, recortar el panel en una forma final de la estructura de carga multidimensional.
[0008] Con referencia ahora a las figuras, las figuras 1A a 1C ilustran una estructura de carga multidimensional 10 de acuerdo con una estrategia ejemplar. Como se puede observar en las figuras, la estructura de carga 10 puede tener contornos y espesores variables. Las secciones 16 de la estructura de carga 10 que tienen espesores aumentados pueden estar en un lado "B" 14 de la estructura de carga 10, como se ilustra en la figura 1B, que generalmente puede no ser visible o tan fácilmente visible, aunque debería apreciarse que dichas secciones 16 también pueden estar en un lado "A" 12 de la estructura de carga 10.
[0009] Para lograr una estructura con diferentes espesores y/o que tenga un perfil curvo 103, la estructura de carga 10 puede incluir un panel 100 que tiene una estructura escalonada 101 en las áreas de mayor espesor y perfil curvo 103, como se ilustra en la figura 1C. La estructura escalonada 101 generalmente puede tener una capa inferior 102, una o más capas interiores 106 y una capa superior 104 apiladas colectivamente en una capa base 108. A lo largo del perfil curvo 103, el panel 100 puede tener áreas deformadas o aplastadas 105, donde una o más de las capas 102, 104 o 106 pueden deformarse o aplastarse a partir de su estructura original durante la formación del panel, como se describe con más detalle en lo sucesivo. Si bien la figura 1C ilustra dos capas interiores 106, debería apreciarse que puede haber cualquier número de capas interiores 106, incluyendo solo una. La estructura de carga 10 también puede tener diferentes números de capas interiores 106 en diferentes ubicaciones de la estructura de carga 10 para formar la forma y/o espesor deseados. Las capas 102, 104, 106 y 108 pueden tener o no el mismo espesor (t) que una o más de las otras capas. De manera similar al número de capas, los espesores de las capas también pueden depender de la forma deseada del panel 100. Por ejemplo, donde el perfil curvo 103 tiene menos pendiente, el espesor de las capas puede ser mayor, y la cantidad de capas puede ser menor que las áreas donde hay más pendiente. Esto puede dar como resultado un área deformada o aplastada 105 más pequeña. Las capas 102, 104 y 106 generalmente se construyen de manera que la fuerza de compresión requerida para deformar las capas interiores 106 sea mayor que la requerida para deformar las capas inferior y superior 102 y 104. Además, las capas inferior y superior 102 y 104 son más ligeras que las capas interiores 106, lo que puede ayudar a asegurar que el centro de la estructura de carga, en particular, las capas interiores 106, mantengan la integridad estructural. Por lo tanto, la estructura de carga 10 contempla capas de diferentes tamaños, formas y espesores.
[0010] La capa base 108 puede tener una capa de vidrio para estabilizar el material de las capas en la expansión durante el proceso de formación, que se describe con más detalle en lo sucesivo, y para proporcionar la fibra necesaria para el compuesto que formará el revestimiento del "lado A" 12 de la estructura de carga 10. La capa base 108 generalmente puede ser lo suficientemente grande como para adaptarse a la manipulación a través del proceso de formación. El material de vidrio puede ser orientado, tejido, trenzado, aleatorio o cualquier combinación de estos, lo que puede crear las características que la estructura de carga 10 puede requerir.
[0011] Las capas 102, 104, 106 y 108 pueden estar construidas de un material que incluye papel, compuesto, termoplástico, termoestable o una combinación de los mismos, y generalmente pueden tener propiedades de material requeridas para formar el panel 100. Como mera estrategia ejemplar, una o más de las capas 102, 104, 106 y 108 pueden tener al menos uno de un peso base que varía de 65 g/m2 a 212 g/m2, una densidad que varía de alrededor de 0,46 g/cm3 a 0,67 g/cm3, una rigidez de flexión de Taber md (dirección de la máquina, por sus siglas en inglés) que varía de alrededor de 1,66 gmf-cm a 61,03 gmf-cm, y una rigidez de flexión de Taber rd (dirección del rodillo, por sus siglas en inglés) que varía de alrededor de 0,73 gmf-cm a 23,6 gmf-cm. Cada capa 102, 104, 106 y 108 puede tener además una estructura de panal. Las capas interiores 106 generalmente pueden tener una construcción celular más pequeña que la de las capas inferior y superior 102 y 104. Como mero ejemplo, las capas interiores 106 pueden tener un diámetro de celda (d) de 6 mm, mientras que las capas inferior y superior 102 y 104 pueden tener un diámetro de celda de 10 mm. La construcción de celdas más pequeñas de las capas interiores 106 puede permitir la mayor fuerza de compresión requerida para deformar las capas interiores 106, como se describió anteriormente. La capa base 108 generalmente puede estar en contacto con una herramienta de formación a lo largo de toda su superficie. Como tal, la capa base 108 se puede construir con un panal de 10 mm de diámetro de celda en un ejemplo.
[0012] La estructura de carga 10 también puede incluir capas de papel 110 entre cada capa de la estructura escalonada 101. El papel generalmente puede tener una construcción que puede asegurar que las fuerzas de compresión necesarias para formar el panel se transfieran a través del panel 100 desde la herramienta de formación, como se describe con más detalle en lo sucesivo, y fuercen la distorsión del papel hacia el exterior del panel 100. Por ejemplo, el papel puede ser de 4-40 lb/ft2, y puede ser, pero no se limita a, papel kraft. Las capas 102, 104 y 106 se pueden unir mediante un adhesivo 112. El adhesivo 112 puede ser a base de agua o a base de disolvente y, en general, puede ser compatible con el uretano, por ejemplo, no inhibe la unión de poliuretano al papel, cuya inhibición de la unión puede provocar empañamiento, olor, inflamabilidad y similares.
[0013] La estructura de carga 10 también incluye una capa de vidrio 114 alrededor del panel 100. El vidrio puede tener una construcción aleatoria, orientada, trenzada, tejida o cualquier combinación de las mismas. La estructura de carga 10 tiene además un recubrimiento 116 aplicado sobre la capa de vidrio 114 y que la encapsula. El recubrimiento puede ser, pero no se limita a, poliuretano, que puede ser rígido y puede ser una espuma, por ejemplo, de 0,20 g/cc a 0,35 g/cc, o no espumante. La cantidad del recubrimiento 116 puede ser tal que el peso sea sustancialmente igual al peso de la capa de vidrio 114 o según sea necesario para encapsular la estructura de panal deformada.
[0014] Con referencia ahora a la figura 2, se ilustra un procedimiento 200 ejemplar para la fabricación de una estructura de carga multidimensional. Si bien el procedimiento 200 se describe en lo sucesivo con respecto a la estructura de carga 10, debería apreciarse que el procedimiento 200 puede usarse para formar cualquier variación o realización de una estructura de carga a la que se pueden aplicar las etapas. El procedimiento 200 generalmente puede comenzar en la etapa 202 en la que las diferentes capas, que incluyen, pero no se limitan a, la capa inferior 102, las capas interiores 106 y las capas superiores 104, se pueden ensamblar, por ejemplo, apilar, en una estructura escalonada 100 sobre una base 108 con una configuración en terraza, como se ilustra en las figuras 3 y 5. Debe apreciarse que el número de capas inferiores, capas superiores y capas interiores puede ser el mismo o puede ser diferente, como se ilustra, dependiendo de la forma y perfil finales de la estructura de carga. Como se explicó anteriormente, las capas 102, 104 y 106 pueden ser una estructura de panal de papel, donde las capas interiores 106 generalmente tienen una construcción de celda más pequeña que la de las capas inferior y superior 102 y 104 de modo que la fuerza de compresión requerida para deformar las capas interiores 106 es mayor que la requerida para deformar las capas inferior y superior 102 y 104.
[0015] Cada capa también puede tener una capa de papel 110 unida a una o más superficies de la respectiva capa de modo que pueda haber una capa de papel entre cada capa cuando se ensambla en la estructura escalonada 101. La capa de papel 110 puede estar dimensionada y ubicada, es decir, para cubrir la respectiva superficie a la que se une el papel, para ser sustancialmente igual al área de contacto entre las capas adyacentes, donde las superficies expuestas de las capas no tienen la capa de papel. Las capas con la capa de papel 110 pueden unirse entre sí a través de un adhesivo, que puede ser compatible con uretano, y puede ser a base de agua o a base de disolvente.
[0016] Después de la etapa 202, el procedimiento 200 puede proceder a la etapa 204 en la que la estructura escalonada 101 puede estar formada en un panel 100, como se ve en las figuras 5 y 6. Esto se puede hacer mediante el preformado a través de un molde de preforma que define el contorno deseado, es decir, tiene sustancialmente la misma forma que la estructura de carga final. Durante dicha formación, una o más de las capas 102, 104 y 106 se pueden aplastar, formando áreas deformadas o aplastadas 105, de modo que la estructura escalonada 101 pueda tener el perfil curvo 103. Se ilustra una herramienta inferior 300 de acuerdo con una estrategia ejemplar en la figura 4. Cuando el molde de preforma se encuentra en una posición abierta, la herramienta inferior 300 puede tener un espacio libre 302 desde una superficie de una de las capas, como se ve en la figura 7. Como mero ejemplo, el espacio libre puede estar entre 2 y 3 mm.
[0017] Después de la etapa 204, el procedimiento 200 puede proceder a la etapa 206 en la que se aplica una capa de vidrio 114 al panel 100. La etapa 206 puede incluir colocar el material de vidrio en el interior de la herramienta inferior 300. La cantidad de material de vidrio puede dimensionarse para cubrir toda la superficie del panel 100. Tal como se explicó anteriormente, el material de vidrio puede ser aleatorio, orientado, trenzado, tejido o cualquier combinación de los mismos. Cualquier refuerzo y/o inserto necesario también puede colocarse en el interior de la herramienta inferior 300 en este momento. A continuación, se puede aplicar un adhesivo, por ejemplo, mediante rociado, sobre el material de vidrio en la herramienta inferior 300 y/o sobre el panel. El adhesivo generalmente puede ser compatible con uretano. El molde de preforma puede cerrarse a continuación para permitir que el adhesivo se cure.
[0018] Después de la etapa 206, el procedimiento 200 puede proceder a la etapa 208 en la que se aplica un recubrimiento 116 a capa de vidrio 114. También se puede agregar material adicional en este momento para llenar la geometría, donde sea necesario. Como se explicó anteriormente, el recubrimiento 116 puede ser, pero no se limita a, poliuretano, que puede ser rígido y espumoso o no espumoso, y la cantidad de recubrimiento puede ser tal que el recubrimiento encapsule la capa de vidrio y tenga un peso que es sustancialmente igual al peso de la capa de vidrio. Para aplicar el recubrimiento 116, el panel 100 puede retirarse del molde de preforma y colocarse en una mesa de carga diseñada para sostener el panel 100 en una repetición efectiva. El panel 100 a continuación se puede retirar de una estación de carga, lo cual se puede hacer a través de una herramienta de extremo de brazo, que a su vez se puede unir a un robot que puede transferir el panel 100 a una cabina de rociado donde el material de recubrimiento, por ejemplo, poliuretano, se puede aplicar a través de rociado. El rociado se puede lograr utilizando un cabezal de rociado montado fijo o un cabezal de rociado móvil. La herramienta de extremo de brazo puede transportar a continuación el panel con el recubrimiento aplicado al mismo, y transferirlo nuevamente a un molde calentado, que se cierra y se presiona hasta que el recubrimiento se haya reticulado. Después de que el recubrimiento 116 se ha curado, el panel 100 puede retirarse de la prensa.
[0019] El procedimiento 200 puede terminar en la etapa 210 donde se recorta el panel 100. Esto se puede realizar mediante una herramienta de acero adaptada, un troquel de regla, en pinza de molde, en derivación de molde, un sistema de corte por chorro de agua o similares.
[0020] El panel 100 resultante puede dar como resultado una estructura de carga 10 que tiene características de compresión, de carga y de rendimiento variables basadas en un comportamiento de rendimiento de ingeniería deseado. En conjunto, las capas 102, 104 y 106 pueden proporcionar y estar formadas en una primera, segunda y/o tercera capas de una estructura de carga 3D 10 para crear un compuesto de tipo sándwich que puede tener espesores, formas y/o densidades variables, que se puede adaptar a aplicaciones de producto únicas para proporcionar características de rendimiento mejoradas. Se apreciará que el número de capas puede ser 1-n. Se apreciará además que el número de formas compuestas puede ser 1-n, como se muestra en el ejemplo de la figura 1B donde se ilustran al menos dos formas compuestas.
[0021] En general, la estructura escalonada del panel es ventajosa porque la deformación de las capas, por ejemplo, del material de papel de la estructura de panal, durante la formación del panel puede ocurrir en una periferia externa del panel formado (moldeado). El recubrimiento (poliuretano) puede encapsular a continuación el papel deformado (además de la capa de vidrio). Esto reduce el impacto del papel deformado en la estructura de la estructura de carga final, por ejemplo, áreas débiles impredecibles.
[0022] Con respecto a los procesos, sistemas, procedimientos, heurísticas, etc. descritos en esta solicitud, debería entenderse que, aunque las etapas de tales procesos, etc. se han descrito como que ocurren según una secuencia ordenada determinada, tales procesos podrían ponerse en práctica con las etapas descritas realizadas en un orden diferente al orden descrito en esta solicitud. Además, debería entenderse que ciertas etapas podrían realizarse simultáneamente, que otras etapas podrían añadirse o que ciertas etapas opcionales descritas en esta solicitud podrían omitirse. En otras palabras, las descripciones de procesos en esta solicitud se proporcionan con el fin de ilustrar determinadas realizaciones, y de ninguna manera deberían interpretarse de manera que limiten las reivindicaciones.
[0023] A pesar de que la presente descripción se ha descrito en detalle con referencia a realizaciones específicas, se apreciará que las diversas modificaciones y cambios se pueden realizar a estas realizaciones sin apartarse del alcance de la presente descripción como se expone en las reivindicaciones. La memoria descriptiva y los dibujos deben considerarse como un pensamiento ilustrativo en lugar de un pensamiento meramente restrictivo.
[0024] Se pretende que a todos los términos utilizados en las reivindicaciones se les den sus interpretaciones más amplias razonables y sus significados ordinarios tal como los entienden los conocedores de las tecnologías descritas en esta solicitud, a menos que se indique explícitamente lo contrario en esta solicitud. En particular, el uso de los artículos singulares tales como "un", "el", "dicho", etc. debería interpretarse para mencionar uno o más de los elementos indicados a menos que una reivindicación mencione una limitación explícita en sentido contrario.

Claims (14)

REIVINDICACIONES
1. Una estructura de carga multidimensional (10) que comprende:
un panel (100) que tiene una estructura escalonada (101) con una capa superior (104), una capa inferior (102) y al menos una capa interior (106) entre ellas;
una capa de vidrio (114) aplicada a las superficies de cada una de la capa superior (104), la capa inferior (102) y la al menos una capa interior (106), dichas superficies no están en contacto con una capa adyacente; y un recubrimiento (116) aplicado a la capa de vidrio (114); donde al menos una de:
la al menos una capa interior (106) está configurada para soportar una fuerza de compresión mayor que la capa superior (104) y la capa inferior (102); y
la capa superior (104) y la capa inferior (102) son más ligeras que la al menos una capa interior (106).
2. La estructura de carga multidimensional (10) de la reivindicación 1, donde el panel (100) tiene un perfil curvo, y al menos una de la capa superior (104), la capa inferior (102), y la al menos una capa interior (106) tiene un área deformada (105) a lo largo del perfil curvo.
3. La estructura de carga multidimensional (10) según se reivindica en las reivindicaciones 1-2, donde la capa superior (104), la capa inferior (102) y la al menos una capa interior (106) tienen cada una una estructura de panal.
4. La estructura de carga multidimensional (10) según se reivindica en las reivindicaciones 1-3, donde la al menos una capa interior (106) tiene una construcción de celda más pequeña que una construcción de celda de las capas superior e inferior.
5. La estructura de carga multidimensional (10) según se reivindica en las reivindicaciones 1-4, donde el vidrio (114) tiene una configuración que es al menos una de aleatoria, orientada, trenzada y tejida.
6. La estructura de carga multidimensional (10) según se reivindica en las reivindicaciones 1-5, donde la capa superior (104), la al menos una capa interior (106) y la capa inferior (102) están unidas entre sí mediante un adhesivo (112).
7. La estructura de carga multidimensional (10) según se reivindica en las reivindicaciones 1-6, donde el recubrimiento (116) es un poliuretano, el poliuretano es una espuma rígida o es rígido y no espumante.
8. Un procedimiento de fabricación de una estructura de carga multidimensional (10), que comprende: proporcionar una capa inferior (102), al menos una capa interior (106) y una capa superior (104) para formar una estructura escalonada (101);
formar la estructura escalonada (101) en un panel (100);
aplicar una capa de vidrio (114) a las superficies de cada una de la capa superior (104), la capa inferior (102) y la al menos una capa interior (106), dichas superficies no están en contacto con una capa adyacente;
y
aplicar un recubrimiento (116) a la capa de vidrio (114);
y
recortar (210) el panel en una forma final;
donde al menos una de:
la al menos una capa interior (106) está configurada para soportar una fuerza de compresión mayor que la capa superior (104) y la capa inferior (102); y
la capa superior (104) y la capa inferior (102) son más ligeras que la al menos una capa interior (106).
9. El procedimiento según se reivindica en la reivindicación 8, donde el ensamblaje de la capa inferior (102), la al menos una capa interior (106) y una capa superior (104) para formar una estructura escalonada (101) incluye unir las capas a través de un adhesivo (112).
10. El procedimiento según se reivindica en las reivindicaciones 8-9, donde el adhesivo (112) es uno a base de agua o a base de disolvente.
11. El procedimiento según se reivindica en las reivindicaciones 8-10, donde formar (204) la estructura escalonada en un panel incluye preformar el panel en un molde.
12. El procedimiento según se reivindica en las reivindicaciones 8-11, donde aplicar (206) la capa de vidrio (114) incluye:
colocar material de vidrio en un molde de preforma; rociar un adhesivo sobre al menos uno del material de vidrio en el molde de preforma y superficies expuestas del panel; y
presionar el molde de preforma cerrado.
13. El procedimiento según se reivindica en las reivindicaciones 8-12, donde aplicar (208) el recubrimiento (116) a la capa de vidrio (114)
incluye:
rociar un material de recubrimiento en una capa uniforme sobre superficies expuestas de la capa de vidrio (114); presionar el panel (100) con el material de recubrimiento en un molde calentado hasta que el material de recubrimiento se haya reticulado.
14. El procedimiento según se reivindica en las reivindicaciones 8-13, donde la capa superior (104), la capa inferior (102) y la al menos una capa interior (106) tienen cada una una estructura de panal.
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