Escudo térmico metálico estructurado.

Una lámina metálica estructurada tridimensional (3D), para su uso en escudos térmicos para vehículos,

con una pluralidad de muescas o estampados en relieve, de manera que todos los estampados (2) en relieve sobresalen en la misma dirección normal con respecto a la superficie del material de la lámina plano, definido como el plano n neutro, esencialmente a la misma distancia h desde este plano neutro, y en el que la pluralidad de relieves forman conjuntamente una red regular, de manera que esencialmente cada estampado en relieve se cruza con al menos otros dos estampados en relieve para formar una unión (1), caracterizada por que el número de relieves que convergen en una unión varía a lo largo del patrón de la red formada.

Escudo térmico metálico estructurado La invención se refiere a una lámina metálica estructurada 3D para escudos térmicos y a un escudo térmico usado en la industria de automóviles y de camiones.

En la producción de automóviles existe una considerable demanda de construcciones livianas que usan componentes de láminas metálicas. El uso de láminas más delgadas es esencial para conseguir la reducción de peso. Sin embargo, se presentan graves problemas durante la conformación ya que la rigidez de la pieza formada disminuye conforme disminuye el espesor de la lámina. Además, la conformabilidad disminuye también con la reducción de los espesores de lámina.

Puede conseguirse aumentar la rigidez del componente de lámina metálica mientras se reduce el peso sustituyendo el acero por aluminio o aleaciones de titanio o magnesio, o usando una lámina metálica estructurada tridimensional (3D) . La estructura 3D mejora las propiedades mecánicas de los componentes principalmente aumentando la rigidez a la flexión debido a una mayor inercia (cuanto más alta es la estructura más rígida es la lámina) . El endurecimiento por deformación, que se produce durante el procedimiento de estructuración, mejora también la rigidez del producto.

Una lámina metálica estructurada 3D se define como una lámina metálica con un relieve elevado desde la superficie de la lámina metálica, conocido también como estampados en relieve. La elevación de la superficie en estos relieves o protuberancias puede conseguirse, por ejemplo, mediante la aplicación de una presión contra un corte con rodillo moldeador. Otra forma de realizar un patrón de relieve en una lámina metálica es mediante la creación de muescas de manera que se realizan pequeñas depresiones en la superficie mediante golpes o aplicación de presión. En la descripción siguiente, los términos 'estampación en relieve' y "estampado en relieve" se usan tanto para el procedimiento como para el producto de la aplicación de muescas y el estampado.

La lámina metálica estructurada 3D puede ser producida mediante laminación, principalmente entre dos rodillos con al menos un rodillo que tiene una superficie con la forma de la estructura 3D deseada, mediante estampado en relieve entre dos placas de prensa o mediante hidroformación. La laminación es un procedimiento continuo y el prensado sólo puede llevarse a cabo en un procedimiento semicontinuo. Estos procedimientos crean normalmente un alto endurecimiento por deformación.

Los escudos térmicos se fabrican clásicamente a partir de un material de lámina metálica, principalmente acero, aleaciones o aluminio, en los que el material es usado para la lámina de soporte, la lámina de cubierta y también para el aislamiento. Sin embargo, pueden usarse otros materiales tales como fibra de vidrio, material de fieltro y también espumas plásticas y minerales especiales contra las altas temperaturas y ruidos, particularmente como material aislante. Por ejemplo, el documento US 5901428 muestra ejemplos para láminas estructuradas 3D usadas en un escudo térmico. La estructura 3D es en forma de puntos piramidales formados por hoyuelos estampados y la lámina formada de esta manera se usa en una pila de láminas estructuradas para formar una barrera de escudo térmico con espacios para formar bolsillos de aire. El documento US2006/0194025 describe otro ejemplo de un escudo térmico de múltiples capas con contornos u hoyuelos complementarios formados en las capas contiguas. Los hoyuelos se forman con una matriz de estampado.

El documento EP1985439 describe una estructura superficial alrededor de la abertura en un escudo térmico con áreas elevadas y rebajadas de manera que las áreas rebajadas están dispuestas en líneas virtuales, paralelas o formando un ángulo entre sí de manera que las áreas elevadas se forman en las áreas limitadas por estas líneas virtuales. Según esta publicación, es posible aunque problemático formar el patrón descrito sobre todo el área del escudo térmico, debido a la presión necesaria para formar el patrón.

Para aumentar la eficacia del escudo térmico y reducir el espacio requerido para el escudo, la lámina metálica o la pila de láminas pueden ser contorneadas de manera que reproduzcan con precisión la forma de la superficie exterior de, por ejemplo, el colector de escape. Para proporcionar el contorno deseada a la lámina metálica, la capa metálica exterior resultante del escudo térmico incluye típicamente una serie de arrugas. Estas arrugas no sólo empeoran el aspecto estético, sino que también son el sitio donde puede observarse en primer lugar la fatiga del producto.

La mayoría de los patrones de estructuras 3D usados actualmente comprenden una única forma repetida. El documento US6966402 describe un patrón con una pluralidad de hoyuelos formados en una forma geométrica seleccionada de entre un grupo que consiste en una forma esférica, una forma piramidal, una forma cónica o una forma trapezoidal y en el que los hoyuelos están distribuidos en filas y columnas desplazadas, o filas y columnas uniformes, o en un patrón aleatorio. El documento EP0439046 describe un patrón 3D en la forma de un patrón reticulado con forma de diamante, que permite que la lámina sea estirada y comprimida según sea necesario.

También se describe el uso del procedimiento de formación de arrugas u hoyuelos, por ejemplo una pluralidad de pliegues o crestas, por ejemplo en la forma de ondulaciones. El documento US6821607 describe el uso de protuberancias que tienen una estructura de tipo tapizada o plegada, que aumenta la resistencia a la compresión para las protuberancias individuales y, por lo tanto, aumenta la resistencia a la flexión de todo el material de lámina.

Todos estos patrones tienen en común que, para formar el estampado en relieve, el material es estirado alrededor de un hoyuelo colocado de como una característica individual en el patrón global. Mediante este estiramiento, el material es alejado del plano neutro de la lámina metálica plana, lo que se añade a la rigidez a la flexión. Si los hoyuelos están colocados suficientemente cerca unos de los otros, entonces el material entre los hoyuelos estará desplazado parcialmente en comparación con el plano neutro de la lámina metálica plana. Los flancos de los estampados en relieve empezarán a superponerse. Sin embargo, el pico del hoyuelo siempre formará el punto de desplazamiento más alto. Debido a los patrones de estampado comunes usados y la forma de hoyuelo seleccionada, se optimiza la rigidez a la flexión en una dirección o en dos direcciones del plano, sin embargo a expensas de otras direcciones en el mismo plano, por ejemplo, formando líneas de plegado no deseadas, por ejemplo, líneas en las que la lámina metálica resulta muy fácil de plegar.

Por lo tanto, un objeto de la invención es obtener una lámina metálica estructurada 3D con una mayor rigidez a la flexión en una pluralidad de direcciones del plano de la lámina, de manera que la rigidez a la flexión de la lámina metálica estructurada 3D sea más homogénea en todas las direcciones.

El objeto se consigue mediante una lámina metálica que tiene las estructuras 3D de la reivindicación 1.

Una red regular se define como un patrón repetitivo regular de estampados en relieve conectados entre sí para formar una red elevada sobre la superficie de la lámina metálica.

La lámina metálica estructurada 3D formada de esta manera tiene mejores propiedades de flexión en múltiples direcciones del plano de la lámina. Esto es debido a la red formada y a la intersección de los estampados en relieve, mediante la formación de montantes. Estos montantes aumentarán también adicionalmente la rigidez a la flexión de las posibles líneas de plegado. Por lo tanto, es posible usar láminas metálicas más delgadas, reduciendo el peso del material y el costo del producto final.

La lámina estructural 3D con el patrón según la invención puede ser usada en escudos térmicos individuales, así como en escudos térmicos de múltiples capas. Los propios escudos térmicos pueden formarse de manera que sigan la forma de la fuente de calor, tal como por ejemplo el motor, el escape o la parte inferior del automóvil. En este caso, la lámina metálica estructurada 3D ya no es plana, sino curva, en cuyo caso la superficie neutral ya no es un plano sino que sigue la superficie curva.

La Figura 1 proporciona un dibujo esquemático de un ejemplo de una estructura 3D que no pertenece a la invención. Esta figura se usa para explicar y definir los parámetros globales del patrón en general, y sin limitación a la red específica mostrada.

Preferiblemente, el estampado 2 en relieve tiene la forma... [Seguir leyendo]

1. Una lámina metálica estructurada tridimensional (3D) , para su uso en escudos térmicos para vehículos, con una pluralidad de muescas o estampados en relieve, de manera que todos los estampados (2) en relieve sobresalen en la misma dirección normal con respecto a la superficie del material de la lámina plano, definido como el plano n neutro, esencialmente a la misma distancia h desde este plano neutro, y en el que la pluralidad de relieves forman conjuntamente una red regular, de manera que esencialmente cada estampado en relieve se cruza con al menos otros dos estampados en relieve para formar una unión (1) , caracterizada por que el número de relieves que convergen en una unión varía a lo largo del patrón de la red formada.

2. Lámina metálica estructurada 3D según la reivindicación 1, en la que la distancia L entre dos uniones 10 conectadas cualesquiera es constante.

3. Lámina metálica estructurada 3D según la reivindicación 1 o 2, en la que la forma de los estampados en relieve en la dirección longitudinal es alargada y preferiblemente recta, redondeada o curva.

4. Lámina metálica estructurada 3D según una de las reivindicaciones anteriores, en la que el número de estampados en relieve que convergen en una unión es 3 o 6 formando un patrón de red regular.

5. Un escudo térmico para un vehículo que comprende al menos una capa de una lámina metálica estructurada 3D con una pluralidad de muescas o estampados en relieve, en el que todos los estampados (2) en relieve sobresalen en la misma dirección normal con respecto a la superficie del material de lámina plano, definido como el plano n neutro, esencialmente la misma distancia h desde este plano neutro, y de manera que la pluralidad de estampados (2) en relieve forman conjuntamente una red regular, de manera que esencialmente cada relieve se cruza con al menos otros dos relieves para formar una unión (1) , caracterizado por que el número de estampados en relieve que convergen en una unión varía a lo largo del patrón de la red formada.

6. Escudo térmico según la reivindicación 5, en el que la al menos una capa de una lámina metálica estructurada 3D está sólo parcialmente cubierta con la red regular.