Brazo en suspensión para automóviles con viga en dobe T estructural.

Elemento estructural formado a partir de una chapa de metal que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) que incluye:

a) Un componente estampado de chapa metálica (11) formado a partir de un material con espesor uniforme que comprende una parte de alma central (12) y dos partes de alas (13) en lados opuestos de dicha parte de alma central (12);

b) Dicha parte de alma central (12) configurada con un espesor de una sola capa de material;

c) Dichas partes de ala (13) que comprenden secciones superior e inferior (14, 15);

d) Dichas secciones superior e inferior (14, 15), cada una de ellas configurada con un segmento continuo con doble vuelta (16) de dicha chapa metálica, con lo que el espesor de cada parte de ala (13) es dos veces mayor que el espesor de la parte de alma central (12);

en el que los extremos de recorte (17) de la chapa metálica están adaptados para terminar contra la parte de alma central (12) y fijarlos rígidamente, de manera que el elemento estructural tenga una sección de viga en doble T, con lo que el espesor de cada parte de ala (13) es el doble que el espesor de la parte de alma central (12).

Brazo de suspensión para automóviles con viga en doble T estructural.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a un procedimiento de fabricación de elementos estructurales formados a partir de una chapa metálica, más particularmente a aquellos componentes que requieren unos ratios rigidez/peso y resistencia/peso elevados. En particular, la invención se refiere a un brazo de suspensión para automóviles.

DESCRIPCIÓN DE LA TÉCNICA ANTERIOR

La mayoría de los vehículos modernos utilizan algún tipo de sistema de suspensión para aislar el habitáculo de las perturbaciones causadas en las ruedas por las irregularidades en la superficie de la carretera. Estos sistemas de 15 suspensión suelen incluir algún tipo de medio de almacenamiento de energía, como por ejemplo un muelle; un dispositivo para controlar el movimiento del muelle, como por ejemplo un amortiguador; y un sistema de varillaje para controlar la cinemática del movimiento de la rueda. Esta combinación de componentes se configura para permitir que las ruedas del vehículo se eleven con las irregularidades de la carretera y las superen de forma controlada. El tipo más común de sistema de varillaje es una configuración de varillaje de cuatro barras, constituida por el conjunto de mangueta, la carrocería del vehículo y dos elementos estructurales pivotantes comúnmente denominados brazos de control.

La figura 1 ilustra una configuración de varillaje de cuatro barras de la técnica anterior. Los brazos de control (1) (2) determinan la posición del conjunto de mangueta (3) y guían su movimiento con respecto al chasis del vehículo (4) . 25 El conjunto de mangueta sostiene la rueda, el neumático, el conjunto de rodamiento y el mecanismo de frenado, a los que se hace referencia colectivamente como masa no suspendida (5) del vehículo. La masa no suspendida también incluye una parte del peso de los brazos de control. Debido a la considerable cantidad de energía puesta en juego a la hora de mover la masa no suspendida sobre las perturbaciones de la superficie de la carretera, es preferible reducir lo máximo posible el peso combinado de este subconjunto. Además, debido a que las características de la conducción del vehículo dependen directamente del movimiento controlado de los componentes no suspendidos, resulta imprescindible que los brazos de control tengan la suficiente rigidez y resistencia para soportar las cargas a las que son sometidos.

Por lo tanto, es importante que los brazos de control de la suspensión sean resistentes y rígidos para que funcionen correctamente bajo carga y que también sean ligeros para reducir la masa no suspendida. La reducción de peso suele dar lugar a una reducción tanto en la resistencia como en la rigidez, por lo cual se necesitan grandes dosis de ingenio para diseñar piezas con un peso reducido pero con características de rendimiento equivalentes. Las cargas a las que se someten los brazos de control de la suspensión durante su funcionamiento son discretas y se comprenden bien, con lo que se pueden crear estructuras no uniformes para proporcionar una rigidez y una resistencia selectivas en las direcciones y posiciones que exija la aplicación. Por lo general, los brazos de control de suspensión del vehículo están configurados en forma de "A" o de "L", vistos en planta, según la configuración de la relación entre el soporte de la carrocería y la mangueta. En cada caso, las cargas inducidas dominantes se dan en el plano de la formación en "A" o "L" y, por lo tanto, requieren una alta rigidez dentro del plano. Las formas que resisten con mayor eficacia estas cargas inducidas requieren una elevada concentración de material alrededor de 45 los bordes de la formación en "A" o "L" para maximizar los valores del segundo momento de área en el plano. La figura 2 ilustra un brazo de control de suspensión en forma de "L" (8) común en la técnica anterior, con una elevada concentración de material alrededor de los bordes de la estructura, obtenida mediante el procedimiento de fabricación por moldeado. Esta estructura concuerda con lo establecido en la práctica habitual de las secciones estructurales, en las que las vigas en doble T se consideran el procedimiento más eficaz para soportar cargas de 50 flexión. La configuración en doble T concentra el material en los extremos de la sección alejándolos del eje centroidal, o neutro. La figura 2A es una vista en sección transversal de una típica viga en doble T de la técnica anterior, en concreto el brazo de control de suspensión moldeado en forma de "L" de la figura 2. Los extremos opuestos de una viga en doble T se denominan alas (6) , mientras que el componente central único se denomina alma (7) . Resulta beneficioso disponer de alas más gruesas que el alma, para aprovechar todas las ventajas 55 estructurales de las vigas en doble T.

El requisito de que las estructuras optimizadas de los brazos de control no tengan una forma uniforme ha impulsado el uso de varios procesos de fabricación complejos. Los procedimientos de fabricación más comunes relacionados con la construcción de brazos de control para vehículos son el moldeado, el forjado y la soldadura de piezas de

metal estampado conformadas en prensa para formar subconjuntos. Debido a la complejidad de las formas que se utilizan, resulta muy difícil fabricar un brazo de control para vehículos optimizado a partir de piezas sencillas de metal estampado conformadas en prensa.

La mayoría de los brazos de control de suspensión que utilizan en su construcción piezas de metal estampado conformadas en prensa tienen una configuración con secciones rectangulares cerradas. La figura 3 ilustra la sección de un típico brazo de control de suspensión construido a partir de dos piezas de metal estampado con forma de U conformadas en prensa. Este tipo de sección estructural es mucho menos eficiente a la hora de resistir las cargas de flexión en el plano que una viga en doble T y requiere una considerable superposición de material para proporcionar la unión de soldadura de filete necesaria. En definitiva, esta superposición de material resulta redundante desde el punto de vista estructural y ofrece una solución más pesada que las configuraciones alternativas de moldeado o forjado.

En la patente de Estados Unidos nº 5 662 348, concedida a Kusama y col., se describe un brazo de suspensión fabricado exclusivamente a partir de piezas conformadas en prensa. Kusama reivindica una amplia gama de configuraciones con diferentes secciones, todas ellas destinadas a aportar rigidez al brazo de control de suspensión del vehículo de manera que sea compatible con las cargas inducidas. No obstante, Kusama no explica ningún procedimiento para crear una auténtica sección de viga en doble T usando técnicas de conformado en prensa.

El uso de secciones de viga en doble T es conocido en la tecnología de los brazos de suspensión y normalmente conlleva la fabricación mediante el uso de técnicas de moldeado o forjado, como se ilustra en las figuras 2 y 2A. No obstante, también ha sido la práctica habitual utilizar dos piezas estampadas conformadas en prensa con forma de copa, dispuestas con las partes posteriores en contacto y unidas mediante soldadura por proyección para crear una sección de viga en doble T con la forma requerida, vista en planta. Aunque las secciones de viga en doble T han sido creadas de esta manera mediante la combinación de dos piezas estampadas relativamente sencillas, las alas han tenido la mitad del espesor que el alma, lo cual ha ofrecido un escaso rendimiento estructural. La figura 4 ilustra una vista en sección transversal de un típico brazo de control de suspensión de viga en doble T de la técnica anterior, construido a partir de dos piezas estampadas con forma de copa y conformadas en prensa. Es importante señalar que el procedimiento de fabricación de la técnica anterior supone que el espesor de las alas sea de una capa de material, mientras que el espesor del alma sea de dos capas de material, es decir: el doble. Esta configuración estructural no resulta óptima.

La patente de Estados Unidos nº 1 380 659, concedida a Layman, se refiere a varillajes, palancas y similares, y más particularmente a dichos artículos, cuando están hechos a partir de chapas de metal. Layman no hace ninguna 35 referencia a brazos de control de suspensión para automóviles y especifica que el objeto de la invención consiste en abaratar el coste de producción de varillajes, palancas o similares artículos del mismo tipo al que se refiere la invención. No hay ninguna indicación de que se hayan entendido las cargas inducidas relacionadas con un brazo de control de suspensión para automóviles y las ilustraciones se refieren a varillajes y palancas... [Seguir leyendo]

1. Elemento estructural formado a partir de una chapa de metal que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) que incluye:

a) Un componente estampado de chapa metálica (11) formado a partir de un material con espesor uniforme que comprende una parte de alma central (12) y dos partes de alas (13) en lados opuestos de dicha parte de alma central (12) ;

b) Dicha parte de alma central (12) configurada con un espesor de una sola capa de material;

c) Dichas partes de ala (13) que comprenden secciones superior e inferior (14, 15) ;

d) Dichas secciones superior e inferior (14, 15) , cada una de ellas configurada con un segmento continuo con doble 15 vuelta (16) de dicha chapa metálica, con lo que el espesor de cada parte de ala (13) es dos veces mayor que el espesor de la parte de alma central (12) ;

en el que los extremos de recorte (17) de la chapa metálica están adaptados para terminar contra la parte de alma central (12) y fijarlos rígidamente, de manera que el elemento estructural tenga una sección de viga en doble T, con 20 lo que el espesor de cada parte de ala (13) es el doble que el espesor de la parte de alma central (12) .

2. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de la reivindicación 1, en el que el componente estampado de chapa metálica (11) se conforma en prensa a partir de chapa de aluminio, chapa de acero o materiales similares de chapa metálica.

3. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que los extremos de recorte (17) del componente estampado de chapa metálica (11) terminan contra la parte de alma central (12) y se fijan rígidamente a la parte de alma central (12) a través de una soldadura de tipo MIG, TIG, por arco o láser, o medios similares.

4. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que los extremos de recorte (17) del componente estampado de chapa metálica (11) terminan a una pequeña distancia de la parte de alma central (12) , creando un hueco (D1) , y los extremos de recorte (17) se fijan rígidamente tanto a la parte de alma central (12) como al segmento continuo con doble vuelta, a través 35 de una soldadura de tipo MIG, TIG, por arco o láser, o medios similares.

5. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el componente estampado de chapa metálica (10) se configura con una abertura extruida (20) en un punto predeterminado de la parte de alma central (12) , para crear una estructura adecuada para admitir una rótula (27) de un conjunto de mangueta.

6. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que se introduce al menos una discontinuidad en las partes de ala (13) para crear una estructura adecuada para admitir elementos de fijación a la carrocería del vehículo (18, 19) .

7. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de la reivindicación 1, en el que una estructura de soporte de buje (30) se configura para fijarla rígidamente al componente estampado de chapa metálica (11) a través de de una soldadura de tipo MIG, TIG, por arco o láser, o medios similares y la estructura de soporte de buje (30) se adapta para admitir elementos de fijación de la carrocería del vehículo (18, 19) .

8. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de la reivindicación 7, en el que el componente estampado de chapa metálica (11) y la estructura de soporte de buje (30) se conforman en prensa a partir de una chapa de aluminio, chapa de acero o materiales similares de chapa metálica.

9. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que los extremos de recorte (17) del componente estampado de chapa metálica (11) terminan contra la parte de alma central (12) y se fijan rígidamente a la parte de alma central (12) a través de de una soldadura de tipo MIG, TIG, por arco o láser, o medios similares.

10. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de cualquiera de las reivindicaciones 7 u 8, en el que los extremos de recorte (17) del componente estampado de chapa metálica (11) terminan a una pequeña distancia de la parte de alma central (12) , creando un hueco (Q1) , y los extremos de recorte (17) se fijan rígidamente tanto a la parte de alma central (12) como al segmento continuo con doble vuelta, a través 5 de de una soldadura de tipo MIG, TIG, por arco o láser, o medios similares.

11. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 10, en el que el componente estampado de chapa metálica (11) se configura con una abertura extruida (20) en un punto predeterminado de la parte de alma central (12) para crear una estructura adecuada para admitir una rótula (27) de un mecanismo de mangueta.

12. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 11, en el que se introduce al menos una discontinuidad en la parte de las alas (13) para crear una estructura adecuada para admitir elementos adicionales de fijación de la carrocería del vehículo.

13. El elemento estructural que comprende un brazo de suspensión vehicular (10) de una cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que la estructura de soporte de buje (30) se configura como una sección sencilla abierta o cerrada.