BRPI1106973B1

BRPI1106973B1 - coluna de direção telescópica

Info

Publication number: BRPI1106973B1
Application number: BRPI1106973-2A
Authority: BR
Inventors: Eltner Frank
Original assignee: Thyssenkrupp Presta Aktiengesellschaft
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-21
Publication date: 2021-02-23
Also published as: MX2011013657A; BRPI1106973A2; EP2469107A1; ES2405589T3; CN102537039A; EP2469107B1; PL2469107T3; CN102537039B

Abstract

COLUNA DE DIREÇÃO TELESCÓPICA. Uma luva deslizante (5) para o alojamento de uma coluna de direção telescópica com um fuso interno (2) e um fuso externo (3), que estão dispostos coaxialmente entre si e que compreendem uma seção transversal diferente da circular para resistir ao esforço de torque, onde entre o fuso externo (3) e o fuso interno (2) é previsto um espaço intermediário no qual é fornecida uma luva de deslizamento (5) feita de material termoplástico ou que contém tal material, a qual possui uma superfície interna e uma superfície externa e se constitui de uma mistura que contém material PEEK e adicionalmente pelo menos um material PTFE com um quantitativo percentual em volume máximo de 15% e/ou grafite até um quantitativo percentual em volume máximo de 15% ei ou fibras de carbono até um quantitativo percentual em volume máximo de 40%.

Description

A presente invenção se refere a uma coluna de direção telescópica com um fuso interno e um fuso externo, que são coaxialmente dispostos para transmitir o torque compreendendo uma seção transversal que se desvia da circular, onde entre o fuso externo e o fuso interno é fornecido um espaço intermediário, no qual é fornecida uma luva de deslizamento, feita de um material termoplástico ou contendo tal material, que tem uma superfície interna e uma superfície externa.

As luvas de deslizamento são utilizadas para reduzir o atrito e / ou compensação de folga, por exemplo, entre tubos de coluna de direção mutuamente rotativos e telescópicos ou entre um externo e um fuso interno de uma coluna de direção telescópica.

Colunas de direção telescópicas compreendem duas partes de fusos coaxiais, que têm uma seção não-circular e são axialmente móveis, mas podem transmitir um torque. No caso de colunas de direção é de especial importância a liberdade de folga na transmissão de torque, mas também o mínimo atrito possível. Colunas de direção telescópicas são usadas em veículos a motor entre a engrenagem de direção e a coluna de direção, em geral regulável. Elas devem permitir a compensação tanto de pequenas mudanças na distância entre a engrenagem de direção e a coluna de direção, à medida que estas surgem de forma dinâmica, por exemplo, devido aos esforços durante a condução por conta de torção da carroceria, mas também por causa de movimentos da engrenagem de direção em um alojamento acolchoado e / ou uma capacidade de ajuste de comprimento do fuso de direção.

O estado da técnica arte representativo é mostrado em EP 916 564 B1. Aqui é mostrada uma coluna de direção telescópica com perfil não-circular dos componentes de fuso que interagem mutuamente. Entre as duas partes de fuso, é fornecida uma luva de material plástico, cuja missão é melhorar as propriedades de deslizamento em longo prazo. Em particular, a tendência é de se reduzir um chamado efeito “stick-slip”. Este efeito resulta, quando ocorrem pequenos movimentos e devido à diferença entre atrito estático e deslizante, em um pico de força na direção axial, que também leva a um nível de ruído que não é tolerado em sistemas de direção automotiva. Isto não é conseguido com a coluna de direção telescópica do estado da técnica de maneira permanentemente satisfatória.

O documento DE102008049825 A1 sugere como uma melhoria tornar mais áspera a luva de deslizamento.

Outras colunas de direção telescópicas pertencentes ao estado da técnica mencionado anteriormente são conhecidos de US 5.383.811 e DE 32 02 669 A1.

No documento US 5.821.204 A é descrito um mancal axial que é constituído de um material termoplástico e que contém PEEK, PTFE, fibras de carbono e grafite. Como material lubrificante é empregado um óleo lubrificante e o grafite é preparado na forma de grafite expandido e apresenta uma propriedade de absorção de óleo de 70 a 500 ml/100g.

O documento EP 1 526 296 A2 descreve um corpo de forma para necessidades de deslizamento, onde o material da camada de deslizamento compreende PEEK ou PPS ou PA como componente plástico formador de matriz. Adicionalmente são contidos fibras de carbono e grafite. O emprego de TiO2 é preferido sobre o de PTFE. Um material lubrificante adicional não é previsto.

O documento EP 1 840 193 A2 descreve uma ligação de deslizamento, na qual é empregado um material lubrificante com uma viscosidade cinemática na ordem de 1500 a 13000 nm2/s a 40°C. Adicionalmente é divulgada que as superfícies de contato são revestidas com uma camada de resina sintética.

O documento EP 1 840 399 A1 descreve uma conexão deslizante na qual é empregado um lubrificante com uma viscosidade dinâmica na faixa de 10 a 210 nm2/s a 25°C, onde o lubrificante contém um aditivo de extrema pressão. Sobre as superfícies de contato é utilizada uma camada de superfície, por exemplo, de politetrafluoretileno (PTFE).

Nestes documentos são propostos aperfeiçoamentos que são caros e complicados e necessitam etapas de trabalho adicionais, além de não serem muito duradouros.

Assim, é um objetivo da presente invenção fornecer uma luva deslizante, respectivamente uma coluna de direção telescópica, que compreenda características de deslizamento melhoradas e duradouras, onde os custos de fabricação de peças individuais são reduzidos.

De acordo com a invenção isto é alcançado através de uma coluna de direção com as características da reivindicação 1.

Nas reivindicações dependentes encontram-se descritos desenvolvimentos vantajosos adicionais da invenção.

Em uma coluna de direção telescópica de acordo com a invenção, dotada de um fuso interno e um fuso externo dispostos coaxialmente entre si e de modo a deslizarem um em relação ao outro e que compreendem uma seção transversal diferente da circular para suportar momento de torque, onde entre o fuso interno e o fuso externo existe um espaçamento para receber uma luva de deslizamento feita de material termoplástico ou que contém tal material, dita luva possuindo uma superfície interna e uma superfície externa, a luva de deslizamento sendo composta de uma mistura de um material de PEEK e adicionalmente um material de PTFE com um quantitativo percentual em volume na faixa de 7% a 13%, com a adição de material grafite com um quantitativo percentual em volume na faixa de 7% a 13% e com a adição de fibras de carbono com um quantitativo percentual em volume na faixa de 25% a 35%, onde outros materiais podem estar contidos na mistura. A combinação de materiais componentes aumenta a durabilidade da luva de deslizamento e a ligação deslizante formada por esta.

A utilização de uma luva de deslizamento de acordo com a invenção tem a vantagem de permitir a realização de uma ligação de deslizamento entre os elementos componentes que é muito durável e que reduz efetivamente o efeito de Stick-Slip.

Sob a designação PEEK devem ser entendidos o material plástico polieteretercetona ou um derivado de poliariletercetona. Certamente a polieteretercetona deve ser utilizada preferivelmente como material PEEK. Como material PTFE, como já mencionado acima, deve ser entendido o material politetrafluoretileno. O conceito de fibras de carbono é bastante conhecido no estado da técnica e pode receber outras denominações. A mistura de pelo menos um material PTFE, grafite e ou fibras de carbono proporciona uma redução da fricção estática com a preservação da vida útil. Para uma pessoa hábil na técnica ocorre, entretanto, o efeito técnico inesperado de que a diferença entre a fricção estática e a fricção dinâmica também é reduzida da mesma maneira.

Foi comprovado como especialmente vantajoso confeccionar a luva de deslizamento de uma mistura contendo material PEEK, bem como um percentual volumétrico de 10% de PTFE e um percentual volumétrico de 10% de grafite e um percentual volumétrico de 30% de fibras de carbono ou que se constitua desses materiais.

De acordo com a invenção, no pareamento tribológico entre a luva de deslizamento e os eixos interno e/ou externo é colocado um material lubrificante. Como material lubrificante adequado comprovou-se adequado um lubrificante com uma viscosidade dinâmica na faixa de 2.000 mPa*s a 4.000 mPa*s a uma temperatura de 25°C e na faixa de 600 mPa*s a 1.200 mPa*s a uma temperatura de 80°C e na faixa de 150.000 mPa*s a 220.000 mPa*s a uma temperatura de -20°C no contato deslizante entre a luva de deslizamento (5) e o fuso externo (3). A viscosidade dinâmica é teoricamente equivalente ao conceito da viscosidade de cisalhamento.

Particularmente favorável comprovou-se favorável a utilização de um lubrificante com uma viscosidade dinâmica na faixa de 2.500 mPa*s a 3.500mPa*s uma temperatura de 25°C e na faixa de 800 mPa*s a 1.000mPa*s a uma temperatura de 80°C e na faixa de 190.000 mPa*s a 200.000mPa*s a uma temperatura de -20°C.

De maneira totalmente inesperada, e apenas para fazer uma contribuição, demonstrou-se que o lubrificante com uma viscosidade dinâmica tão baixa é adequado para minimizar a distância entre a fricção estática e a fricção dinâmica.

Como material lubrificante foi empregado de maneira vantajosa um óleo base sintético de hidrocarboneto misturado com um meio espessante (sabão) de um sabão de cálcio complexo. A um meio lubrificante deste tipo pode ser adicionado um lubrificante sólido, por exemplo, PTFE. Como lubrificante pode ser empregado também, por exemplo, um óleo base de perfluoropoliéter com espessante de PTFE.

A fim de melhorar a adesão do lubrificante nas regiões de contato de deslizamento, é apropriado o elemento de deslizamento feito a partir de aço com uma rugosidade da superfície de Ra (= valor médio aritmético de rugosidade) na faixa 0,2 μm a 0,6 μm. Correspondentemente o fuso externo e/ou o fuso interno feito vantajosamente de material de aço que tem sua superfície voltada para a luva com uma rugosidade de superfície Ra na faixa de 0,2 μm a 0,6 μm, preferivelmente na faixa de 0,4 μm.

Os valores de rugosidade Ra estão definidos de acordo com a DIN EM ISO 4288 (1998-04) ou com a publicação “Tabelenbuch Metall” de VERLAG EUROPA LEHRMITTEL, Haan-Gruiten, 43. Edição 2005, página 99. Os valores numéricos de rugosidade Ra devem ser considerados na acepção do valor de rugosidade médio aritmético com uma profundidade de rugosidade correspondente em μm. Por exemplo, Ra = 0,4 é, portanto, equiparada com Ra = 0,4 μm.

Para melhorar a ligação deslizante a luva de deslizamento é fixada no fuso interno ou no fuso externo contra um deslizamento na direção axial.

Outras particularidades do pedido serão descritas em um exemplo ilustrativo da presente invenção com auxilio dos desenhos anexos que ilustram:

A Figura 1 ilustra uma coluna de direção telescópica em uma vista lateral;

A Figura 2 ilustra o fuso interno de direção com a luva de deslizamento montada em uma representação em perspectiva;

A Figura 3 é uma vista lateral da coluna de direção de acordo com a Figura 1 em uma seção longitudinal;

A Figura 4 é uma vista em perspectiva de uma luva de deslizamento de acordo com a invenção;

A Figura 5 é uma seção transversal da coluna de direção através do fuso externo, da luva de deslizamento e do fuso interno;

Na Figura 1, a coluna de direção telescópica (1) é mostrada em vista lateral. A coluna de direção (1) compreende um fuso interno (2) e um fuso externo (3). O fuso interno (2) é fornecido com uma seção transversal diferente da circular (= não-circular), neste exemplo com uma seção transversal em forma de trevo. O fuso externo (3) é projetado em forma tubular, com uma seção transversal interior livre, que é complementar ao perímetro externo do fuso interior de direção. Em suas extremidades, o fuso interno (2) e o fuso externo (3) suportam, respectivamente, peças de conexão (4) em si conhecidas para juntas universais para conexão com uma engrenagem de direção e uma coluna de direção. Como articulação é ilustrada no exemplo uma junta universal em que as peças de conexão (4), que são formadas como garfos, os pinos de uma aranha (=spider) são montados rotativamente, de modo que os suportes dos garfos são compensados ortogonalmente entre si. No entanto, é concebível e possível empregar outras articulações ou até mesmo elementos completamente diferentes para conectar as partes do fuso telescópico, por exemplo, em uma extremidade um pinhão para engajar diretamente em uma engrenagem de direção.

A Figura 2 mostra o fuso de direção interno (2) em uma vista em perspectiva. O fuso da direção (2) suporta aqui uma luva de deslizamento (5), que é colocada perto de uma extremidade livre (6) do fuso interno (2) no contorno externo do fuso (2) e está seguro axialmente por meio de terminais de bloqueio (7), (8).

A Figura 3 mostra o fuso de direção (1) da Figura 1 em um corte longitudinal. O fuso interno (2) é feito de material sólido. Ele atinge mais do que cerca de 3/4 do comprimento de um espaço interior livre (8) no contorno interior do fuso externo (3). Relativamente no centro da área de sobreposição entre o fuso interno (2) e o fuso externo (3), é arranjada a luva de deslizamento (5). A extremidade livre (6) do fuso interior (2) de direção está localizada a uma distância a partir da extremidade do espaço livre (8).

A Figura 4 mostra a luva de deslizamento (5) em uma vista em perspectiva. A luva de deslizamento (5) tem uma seção transversal que no exemplo de concretização corresponde ao contorno em forma de trevo do fuso interno (2) e do fuso externo (3).

A luva de deslizamento (5) é um componente com uma seção transversal uniforme e duas superfícies de face (13) paralelas, orientadas perpendicularmente em relação ao fuso central (12). A luva de deslizamento (5) compreende em seu lado externo uma superfície (10). Pelo menos em uma porção da superfície (10) é aplicado um meio lubrificante (11). Preferivelmente toda a porção da superfície (10), que no estado montado está em contato com a superfície (= superfície interna) do fuso externo (3) voltada para a luva de deslizamento, é revestida com lubrificante. Por meio da rugosidade superficial na luva de deslizamento (5), o meio lubrificante (11) mesmo após a inserção do fuso interior (2) é mantido na área de contato com a luva (5) a ele sobreposta no espaço livre do fuso externo (3).

A Figura 5 ilustra um corte transversal através da luva de deslizamento (5) da Figura 1 e da Figura 3 ao longo de uma linha de corte V-V da Figura 3. O fuso externo (3) é disposto coaxialmente com o fuso interno (2) e com a luva de deslizamento (5). Na região especial (9) do perfil o fuso externo (3) compreende uma forma complementar ao fuso interno (2). Na condição montada as regiões que em funcionamento suportam o esforço de torque estão em contato com regiões da luva de deslizamento (5) que foram fornecidas com meio lubrificante (11). Nas demais regiões, preferivelmente não existe nenhum contato ou existe apenas um contato insignificante entre o fuso externo (3) e a luva de deslizamento (5). Aqui uma demão de meio lubrificante sobre a luva de deslizamento (5) é possível, porém não necessária.

Na operação subseqüente, é possível conectar firmemente contra rotação a coluna de direção (1) com as peças de ligação (4) através da articulação universal, de um lado com a barra de direção e, por outro lado, com o fuso de entrada de um aparelho de direção. Os movimentos da carroceria, então, levam a um movimento axial das articulações universais em direção uma à outra ou para longe uma da outra, de modo que é necessário um movimento telescópico do fuso interno (2) em relação ao fuso externo (3). A luva de deslizamento (5) é essencialmente fixa imóvel em relação ao fuso interno (2). Isto causa, então, também um movimento telescópico em relação ao fuso externo (3). As regiões providas com meio lubrificante (11) são, assim, colocadas em contato íntimo com a superfície interna do fuso externo (3). O chamado efeito “stick-slip” ocorre então sempre no início do deslocamento. Aqui ocorre uma troca entre fricção estática e fricção dinâmica, que ocasiona o efeito “stick-slip” indesejado. Através da escolha dos materiais da luva de deslizamento (5) de acordo com a invenção o efeito “stick-slip” pode ser reduzido. Outra melhoria é alcançada através da aplicação do meio lubrificante de acordo com a invenção nas superfícies de contato que se movimentam de encontro uma à outra entre a luva de deslizamento (5) e a superfície interna do fuso externo (3). A escolha de um material de aço para o fuso externo, de modo que a superfície interna, ao menos na região de contato, compreenda uma rugosidade Ra na faixa de 0,2 μm a 0,6 μm, mais preferivelmente na faixa de 0,4 μm, reduz ainda mais o efeito “stick-slip”.

A invenção inclui também a situação inversa, em que a luva de deslizamento, em regiões que estão dispostas em sua superfície interna, recebe meio lubrificante. Correspondentemente a luva de deslizamento é introduzida no fuso externo (3) e em seguida provida com meio lubrificante. A luva de deslizamento, neste caso, é vantajosamente fixada contra um deslocamento em relação ao fuso externo, enquanto o deslocamento axial entre a luva de deslizamento (5) e o fuso interno (2) é permitido.

Para a invenção não é obrigatório fixar a luva contra um dos dois eixos na direção de deslocamento (= direção telescópica), mesmo que isto seja o preferido.

Com a invenção é adicionalmente possível obter uma vida útil bastante longa da ligação deslizante com uma alta quantidade de movimentos relativos, de modo que as componentes de forças axiais da diferença de força na transição entre a fricção estática e a fricção dinâmica atingem menos de 10N dentro do tempo de deslocamento de 0,01 segundos.

Legenda para os números de referência 1: Coluna de direção 2: fuso interno 3: fuso externo 4: Conector para junta universal 5: Luva de deslizamento 6: Extremidade livre 7: Terminal de bloqueio 8: terminal de bloqueio 9: Região de perfil 10: Região de superfície 11: Lubrificante 12: fuso intermediário 13: Faces de superfície

Claims

1. Coluna de direção telescópica (1) compreendendo um fuso interno (2) e um fuso externo (3), que estão dispostos coaxialmente entre si, e que são fornecidos com uma seção transversal diferente da forma circular para transmissão de torque, onde entre o fuso externo (3) e o fuso interno (2) é previsto um espaço intermediário no qual é fornecida uma luva de deslizamento (5) feita de material termoplástico ou que contém tal material, a qual possui uma superfície interna e uma superfície externa, caracterizada pelo fato de que a luva de deslizamento se constitui de uma mistura que contém material PEEK e adicionalmente material PTFE com um quantitativo percentual em volume na faixa de 7% a 13% e grafite com um quantitativo percentual em volume na faixa de 7% a 13% e fibras de carbono com um quantitativo percentual em volume na faixa de 25% a 35%, e que adicionalmente está disposto um meio lubrificante (11) com uma viscosidade dinâmica na faixa de 2.000 mPa*s a 4.000 mPa*s a uma temperatura de 25°C e na faixa de 600 mPa*s a 1.200 mPa*s a uma temperatura de 80°C e na faixa de 150.000 mPa*s a 220.000 mPa*s a uma temperatura de -20°C no contato deslizante entre a luva de deslizamento (5) e o fuso externo e/ou interno (3, 2).

2. Coluna de direção telescópica de acordo com a reivindicação 1 caracterizada pelo fato de que a luva de deslizamento (5) é feita através de processo de injeção ou de extrusão.

3. Coluna de direção telescópica de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que o lubrificante (11) compreende uma viscosidade dinâmica na faixa de 2.500 mPa*s a 3.500 mPa*s uma temperatura de 25°C e na faixa de 800 mPa*s a 1.000 mPa*s a uma temperatura de 80°C e na faixa de 190.000 mPa*s a 200.000 mPa*s a uma temperatura de -20°C.

4. Coluna de direção telescópica de acordo com uma das reivindicações 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o fuso externo (3) é constituído do material de aço e que sua superfície voltada para a luva compreende uma rugosidade de superfície Ra na faixa de 0,2 μm a 0,6 μm, preferivelmente na faixa de 0,4 μm.

5. Coluna de direção telescópica de acordo com uma das reivindicações 1 a 4,caracterizada pelo fato de que o fuso interno (2) é constituído do material de aço e que sua superfície voltada para a luva compreende uma rugosidade de superfície Ra na faixa de 0,2 μm a 0,6 μm, preferivelmente na faixa de 0,4 μm.

6. Coluna de direção telescópica de acordo com uma das reivindicações 1 a 5,caracterizada pelo fato de que a luva de deslizamento (5) é fixada ao fuso interno (2) contra um movimento na direção axial.

7. Coluna de direção telescópica de acordo com uma das reivindicações 1 a 5, 15 caracterizada pelo fato de que a luva de deslizamento (5) é fixada ao fuso externo (3) contra um movimento na direção axial.