Revolucionando Pedales Freno: Compuestos Termoplásticos Sustituyen Metal para Seguridad y Rendimiento Inigualables

Encontrando un Nicho que Cuenta

Industria automoción convirtió pedales acelerador a termoplásticos fibra corta inyectados en 1990s. Pedales freno —críticos seguridad, rigidez/résistencia/torsión exigentes— tardaron más. Boge Rubber & Plastics Group (Damme, Alemania) afirma ser primer proveedor en cumplir objetivos OEM rendimiento/coste para pedales freno en compuestos termoplásticos. Diseño único, tres materiales, proceso a medida → pedales más fuertes, rígidos, ligeros, baratos.

Boge: amortiguación vibraciones, montajes motor/chasis, módulos plásticos ligeros, cajas pedales (freno, embrague, acelerador). Desde 2008: organosheet fibra continua + sobremoldeo fibra corta. 2018: añadió cintas UD termoplásticas. Innovación continua → ciclo/coste reducidos, negocio creció.

2015: Jefe a Dr.-Ing. Daniel Häffelin (senior manager/head lightweight team): "Cambios bien, pero busca mercado mayor con volúmenes que cuenten". Equipo Boge aceptó reto: aumentar eficiencia fibra → reducir costes, ganar negocio.

"Organosheet buen producto, pero úsalo solo donde haga falta", explica Häffelin. "Proceso ya muy lean, no ganamos bajando ciclos. Mejor reducir fibra continua usándola eficientemente".

Hacer pedales más pequeños/finos no funciona: restricciones prácticas tamaño/forma + specs exigentes seguridad. Clave: controlar orientación fibra localmente en zonas pico carga → reducir espesor zonas menos críticas.

"Buscábamos 'dirigir' fibras localmente para colocar solo donde mantienen rigidez/resistencia", añade Dr. Torsten Bremer (CEO Boge). "Sabíamos posible (máquinas pick-and-place en deporte/medicina), pero caras. Decidimos nuevo proceso".

"Ya trabajábamos con OEM alemán para pedales freno todo-compuesto rendimiento/coste", recuerda Burkhard Tiemann (EVP Plastics). "Dijimos: 'Desarrollaremos nuevo proceso con cintas UD y organosheet'. Respondieron: 'Si reducen masa y coste, lo hacemos'. Promesa 2015: pedal todo-compuesto más barato, ligero, alta cadencia. 3 años detallar y entregar primeros productos".

Direccionamiento de Fibra (Fiber Steering)

Pedales compuestos deben cumplir specs acero/aluminio: modos fallo especiales cargas 3.000 N, deflexión tipo acero a carga máx. Espacio paquete restringido → estructura principal (soporta cargas máx) requiere refuerzo fibra continua → organosheet como backbone. Cintas UD → aumentan rigidez/resistencia local, refuerzan paredes interiores en zona que luego se curva a U-canal en preformado. Zonas geometría funcional (nervios) → compuesto fibra corta sobremoldeado. Enfoque híbrido → eficiencia fibra ↑, uso material/espesor medio/tiempo ciclo ↓.

Trabajo intensivo simulación optimizar ubicaciones fibra. Base: programa alemán financiado públicamente 2011-2014 SoWeMa (Software, Herramientas, Desarrollo Máquina para Cadena Fabricación Ligera Automática Cerrada).

"SoWeMa cubría muchas preguntas que haríamos año después", explica Häffelin. "Diseño es core Boge → empezamos fundamentos SoWeMa y construimos capacidades simulación FE propia para estructuras layup anisotrópicas".

Foco: optimización topología combinada layup cintas + estructura nervios. "Ciclo iteración optimizar colocación cintas y adaptar nervios, ambos ligados por rigidez/resistencia pieza", continúa K. Siebe (FEA-engineer, CRRC Innovation Center). "Combinación materiales UD/organosheet/fibra corta única, ventana humedad/temp específica → construimos cartas material propias para caracterizar comportamiento test físicos".

Estructura capas y arquitectura fibra cada material según simulación + diseño pedal. Lanxess: organosheet FVF 45-50%. Celanese: cintas UD FVF 55-60%. Compuestos inyección fibra corta 40-60% FWF (varios). Todos negros, matriz PA6 o PA6/6. PA6 default; PA6/6 opcional sobremoldeo (polímeros similares, buena unión).

Producción 3 Pasos

1. Blank fibra a medida: organosheet precortado/preconsolidado base estable → colocar estratégicamente tiras UD alineadas trayectorias carga → refuerzan estructura carcasa.
2. Calentado, consolidado, conformado: blank movido, calentado secuencialmente, consolidado, formado/drapeado.
3. Sobremoldeo: compuesto fibra corta → estructura nervada.

Manipulación robótica para ciclos rápidos. Característica clave: flexibilidad colocar cintas cualquier longitud, orientación, posición en una cara organosheet + soldadura láser (evita desplazamiento).

Decisión clave: NO preconsolidar blank tras layup, sino justo antes drapeado/preformado/sobremoldeado. Razonamiento: material debe recalentarse en drapeado; para coste-efectivo, ciclo total ~1 min. Boge calienta/consolida blank justo antes drapeado: subida temp rápida + alta presión → unión mecánica fuerte cinta-organosheet. Calentamiento para, temp empieza bajar → blank caliente a cavidad drapeado → segundo cavidad sobremoldeo nervios/características. Uniones mecánicas fuertes (penetración cadena polimérica verificada) entre tres materiales. Sin post-acabado.

QC rápido, preciso, Industry 4.0: visión, fuerza, tiempo, presión, temperatura en cada paso. Datos almacenados + ID único cada pedal → trazabilidad 100% materiales, turnos, ajustes.

Logros

• Prototipo → producción serie alta 2018.
• ~1 pedal/min → célula actual hasta 1 millón piezas/año.
• 33% menos organosheet vs diseños anteriores.
• Espesor nominal 3→2 mm.
• 50-55% más ligeros, cumplen/superan resistencia acero.
• Pedales ligeros → mejor háptica conducción.
• Sistema 100% reciclable fin vida.
• Coste: paridad aluminio, ligeramente > acero.

Futuro: "Drive-by-wire y electrificación → pedales gas pueden irse, freno queda. Mayor integración electrónica/sensores en freno → complejidad ↑ → compuestos más competitivos vs metales." — Häffelin.

Detalle uso materiales, pasos proceso, criterios equipamiento en artículo CW enero 2021: "Bespoke process produces composite brake pedal every minute".