La viga transversal realizada con termoplástico reduce el peso y el coste en la fabricación de un autobús

Plástico en lugar de aluminio en el autobús

Redacción PU15/10/2003
La creciente preocupación por el diseño y sobre todo, por la solidez y la seguridad de los autocares así como la constante disminución del peso de los elementos de fabricación, lleva a los ingenieros a utilizar materiales alternativos y a aplicar conceptos innovadores de producción. Este fue el caso de la viga transversal del techo del nuevo Evo-bus en Alemania, para la que se realizó la estructura con un material técnico termoplástico en sustitución del aluminio.
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La viga transversal empleada es la pieza de unión del techo del Evo-bus. Las primeras consideraciones que se hicieron durante la elaboración del proyecto llevaron a la conclusión que sólo se conseguirían los objetivos finales – sobre todo la reducción de coste y de peso – si la parte estructural se hacía con un molde de inyección. Había poco tiempo para desarrollar este proyecto y la pieza se diseñó tanto en plástico como en aluminio.

A.Schulman GmbH (Kerpen) se involucró en el proyecto como socio y proveedor de los materiales termoplásticos y trabajó conjuntamente con los diseñadores técnicos, que diseñaron la geometría de la parte estructural calculada siguiendo las exigencias del plástico. De esta manera, las exigencias técnicas se pudieron estimar y calcular con antelación.

Con plena carga de 1.410 N el pasamanos fijado a la parte delantera de la viga transversal no podía alabear más de 10 mm. Ésta debía aguantar el peso, sin ninguna pieza adicional cuando se equipase con elementos aptos para soportar las maletas en los paneles del compartimento adecuado y para sujetar el pasamanos. El componente debía soportar un rango de temperatura de –40ºC hasta +100ºC.

En la fase de diseño, los ingenieros involucrados en el proyecto dieron mucha importancia a la geometría del elemento que se debía producir para ahorrar costes y tiempo de fabricación de la viga transversal. Los valores de dureza específica de los termoplásticos evaluados son mejores que los del aluminio aunque la rigidez específica del aluminio sea considerablemente más alta. Se puede compensar esta diferencia con un diseño apropiado, llevado a cabo en este caso. Usando el análisis estructural de la posición Fem, la geometría y el número de costillas variaron. Después de unas pruebas, encontraron el valor máximo de desviación permitido. Se utilizó un material de A.Schulman para el cálculo:

El Schulamid 66 GF 50 H negro, PA 6.6 reforzada con 50 por ciento de fibra de vidrio y estabilizada al calor.

En los cálculos, esa ventaja de la deflección mínima de 5 mm del material con largas fibras de vidrio, se aprecia sobre todo en el pasamanos. Entre otras cosas, se pueden relacionar los diferentes números de contracción transversal de fibras de vidrio cortas (0.3) en oposición a las de fibras de vidrio largas (0.7) así como los valores de rigidez de los compuestos técnicos realizados en fibra de vidrio corta se pueden relacionar con los fabricados en fibra de vidrio larga. Se mejoró el valor más alto del módulo de elasticidad para esta fibra de vidrio después de haber comprobado la rigidez de todo el sistema.

Después de realizar los cálculos estructurales, el diseño reológico de la viga transversal se llevó a cabo. El relleno del molde se simuló con el software Package Cadmould 6, lo que permitió una previsión muy exacta y una optimización del molde y del proceso de inyección.

Posteriormente, la pieza se produjo con una máquina de inyección de 4.000kN con un tiempo de ciclo de menos de dos minutos. El peso de la viga es ahora de 1.9 kg. Eso significa una reducción de peso de más del 30% comparado con la realizada de aluminio cuyo peso es de 2.8 Kg. El ahorro es considerable ya que en cada autobús se montan treinta vigas transversales. Asimismo, el ahorro afecta también a una zona tan sensible como el centro de gravedad del vehículo puesto que los costes de producción de la pieza son inferiores a la realizada en aluminio.

El panel multifuncional, un nuevo elemento estructural de plástico del Evo- bus, se ha integrado al portaequipajes e incorpora una doble ventilación, un altavoz, dos lámparas y botones para luces y servicio a bordo. Para la integración de muchas funciones es necesario una pieza de geometría muy compleja que contiene varias aperturas y compartimentos. Al mismo tiempo, para obtener una superficie de alta calidad, Cleff Fahrzeugtechnik eligió un Polyman corriente (ABS) M/MI A de color gris de A.Schulman. El sistema completo se encuentra en pleno proceso de producción.

Más información: www.aschulman.com

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