ES2278994T3 - Direccion asistida electrica para vehiculos automoviles. - Google Patents
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Abstract
Dirección asistida eléctrica para vehículos automóviles con un engranaje de tornillo sin fin, que está en unión activa con un árbol de accionamiento de un motor de accionamiento eléctrico, en que un tornillo sin fin está cargado radialmente por una disposición de apriete, caracterizada porque la disposición de apriete está conformada como disposición de presión hidráulica (12) y el árbol de accionamiento (9) puede unirse al tornillo sin fin (3) mediante un embrague (8), en que el apoyo del tornillo sin fin (3) en esta zona se produce a través de un soporte pivotante (5).
Description
Dirección asistida eléctrica para vehículos
automóviles.
La invención se refiere a una dirección asistida
eléctrica para vehículos automóviles con un engranaje de tornillo
sin fin conforme al preámbulo de la reivindicación 1.
Una dirección asistida eléctrica del tipo en
cuestión para vehículos automóviles es conocida a partir del
documento DE 199 44 133 A1.
El documento del tipo en cuestión muestra una
dirección asistida eléctrica con un árbol de entrada, que está en
unión activa con un volante de dirección y que sirve para la
transmisión de un par de giro necesario para la dirección de ruedas
a dirigir. Aquí, un elemento de salida está en unión activa con las
ruedas a dirigir y es cargado con una fuerza auxiliar por un motor
de accionamiento eléctrico. Un engranaje reductor conformado como
engranaje de tornillo sin fin está aquí en unión activa con el motor
de accionamiento eléctrico y con el elemento de salida. Para
eliminar los ruidos que se producen por la holgura en el engranaje
de tornillo sin fin, está prevista una disposición de apriete que
carga o aprieta en dirección radial el tornillo sin fin. Mediante
el ligero apriete radial entre el tornillo sin fin y la rueda de
tornillo sin fin se elimina la holgura en el engranaje de tornillo
sin fin. Al diseñar el apriete radial, éste debe estar ajustado aquí
de tal modo que las fuerzas de fricción que se producen no lleven a
un bloqueo del engranaje de tornillo sin fin.
Mediante el documento del tipo en cuestión se
mejora ciertamente la holgura de los flancos de los dientes, pero
las fuerzas que aparecen en el estado de funcionamiento entre el
tornillo sin fin y la rueda de tornillo sin fin no pueden ser
compensadas completamente. El apriete máximo de la disposición de
apriete es limitado, ya que si no se llegaría a un bloqueo del
engranaje de tornillo sin fin. Las fuerzas de funcionamiento que
aparecen están sin embargo claramente por encima de la fuerza de
apriete máxima posible, que tiene habitualmente un valor de 15 hasta
20 N.
Respecto al estado adicional de la técnica, se
hace referencia además al documento DE 198 22 478 A1. Aquí está
previsto que un cuerpo elástico esté dispuesto de tal manera que un
árbol giratorio es movido con deformación del cuerpo elástico
cuando una superficie de diente del tornillo sin fin es puesta con
contacto con una superficie de diente de la rueda de tornillo sin
fin.
De forma similar al documento del tipo en
cuestión, tampoco es posible a través de ello ninguna compensación
de las fuerzas de funcionamiento del engranaje de tornillo sin fin y
con ello no es posible ninguna reducción ventajosa de ruidos.
Otras desventajas, que no son solucionadas ni
por las soluciones conocidas a partir del estado de la técnica ni
por los dos documentos citados, consisten en que el desgaste se hace
mayor durante la vida útil y con ello se eleva adicionalmente la
holgura entre los flancos de los dientes y con ello los ruidos de
repiqueteo y de vibración. Un reajuste por desgaste no es
posible.
De modo desventajoso, las soluciones conocidas
tampoco pueden ajustarse automáticamente. Una capacidad de ajuste
automática del tornillo sin fin respecto a la rueda de tornillo sin
fin, en particular en el estado nuevo, generaría una simplificación
operativa clara y con ello una reducción de costes.
Es desventajoso además en la solución conocida
que no puedan ser compensadas oscilaciones de temperatura así como
oscilaciones de la humedad relativa del aire, que tienen efectos
diferentes sobre el engranaje de tornillo sin fin debido a
distintos coeficientes de dilatación de material y coeficientes de
absorción de agua. Esto puede conducir igualmente a ruidos de
repiqueteo y vibración así como a un exceso de apriete y un bloqueo
del engranaje de tornillo sin fin. La influencia de oscilaciones de
temperatura es problemática también porque la corona dentada
empleada está hecha a menudo de material sintético y el material
sintético empleado para ello tiene un coeficiente de dilatación
térmica relativamente elevado. Aquí se trata en general de
materiales sintéticos no reforzados, ya que éstos son los más
apropiados para este fin, pero están sometidos a dilataciones
mayores en caso de oscilaciones de temperatura más fuertes. Estas
dilataciones del material sintético pueden tener aquí como
consecuencia un exceso de apriete del engranaje de tornillo sin fin.
Esto es válido análogamente también para la absorción de agua desde
el aire y para el hinchado del material sintético que resulta de
ello.
La presente invención tiene por ello como base
la tarea de resolver las desventajas previamente citadas del estado
de la técnica, en particular mejorar una dirección asistida
eléctrica para vehículos automóviles con un engranaje de tornillo
sin fin de tal modo que los ruidos se reduzcan a un mínimo, que sea
posible un ajuste automático en el estado nuevo y un reajuste por
desgaste y que además puedan compensarse oscilaciones de temperatura
así como oscilaciones de la humedad relativa del aire.
Esta tarea se resuelve conforme a la invención
mediante las propiedades caracterizantes de la reivindicación 1.
Mediante el recurso de que la disposición de
apriete está conformada como disposición de presión hidráulica, se
consigue una separación entre las diversas tareas planteadas, el
ajuste de una fuerza de apriete por un lado y la absorción de la
fuerza de funcionamiento por otro lado. Mediante una fuerza de
apriete, el tornillo sin fin puede ser mantenido en engrane sin
holgura con la rueda de tornillo sin fin, mientras que las fuerzas
de funcionamiento son compensadas mediante la amortiguación
hidráulica. Con ello es posible seleccionar una fuerza de apriete
pequeña y al mismo tiempo alcanzar mediante la amortiguación
hidráulica una amortiguación tal que pueden absorberse sin
problemas fuerzas de funcionamiento elevadas.
La disposición de presión hidráulica ofrece una
ventaja adicional durante el montaje del sistema de dirección. La
disposición de presión hidráulica se ajusta automáticamente, de
forma que se elimina un ajuste de la holgura entre los flancos de
los dientes del engranaje de tornillo sin fin. Esto hace posible
montar separadamente el dispositivo conforme a la invención.
Mediante el recurso de que el tornillo sin fin
puede unirse al árbol de accionamiento mediante un embrague y
mediante un soporte pivotante dispuesto en esta zona, el engranaje
de tornillo sin fin puede ajustarse de forma óptima y automática.
El desgaste que se produce durante la vida útil puede compensarse
con ello automáticamente, de forma que no se aumenta la holgura
entre los flancos de los dientes y se evitan ruidos de repiqueteo y
de vibración. Oscilaciones que resultan de los distintos
coeficientes de dilatación de los materiales por la humedad
relativa del aire o condicionadas por la temperatura pueden
compensarse igualmente de forma automática mediante el reajuste
automático, condicionado por el soporte pivotante y la disposición
de presión hidráulica. Con ello por un lado pueden evitarse ruidos
de repiqueteo y de vibración y por otro lado se impide de forma
fiable un exceso de apriete o un bloqueo del engranaje de tornillo
sin fin debido a una dilatación demasiado grande de determinados
materiales.
La solución conforme a la invención garantiza de
forma ventajosa un engrane de dientes sin holgura del engranaje de
tornillo sin fin y una compensación de las elevadas fuerzas de
funcionamiento que aparecen.
Conforme a la invención puede estar previsto
además que el tornillo sin fin esté apretado mediante un resorte de
apriete de la disposición de presión hidráulica.
Como se ha descubierto en ensayos, mediante el
resorte de apriete puede conseguirse una separación particularmente
efectiva y económica de las diversas tareas. Mediante un ajuste
adecuado del resorte de apriete puede impedirse una holgura entre
los flancos de los dientes, mientras que al mismo tiempo se
compensan mediante la componente hidráulica de la disposición de
presión hidráulica las elevadas fuerzas de funcionamiento que
aparecen. El dentado del tornillo sin fin es presionado con ello
sin holgura mediante el resorte de apriete de forma que engrana en
el dentado de la rueda de tornillo sin fin.
Es ventajoso que el soporte pivotante esté
conformado como soporte de cuatro puntos con anillo pivotante.
Mediante esta conformación por un lado son
posibles mayores ángulos para el ajuste del tornillo sin fin y por
otro lado se garantiza a pesar de ello una ausencia de holgura
axial. Mediante el recurso de que no existe ninguna holgura axial
en los soportes, se impiden problemas de ruido. La ventaja de los
soportes de cuatro puntos habituales, que consiste en que tienen
una holgura axial muy pequeña y con ello no aparecen ruidos por
golpeteo axial (por ejemplo ruidos en la forma de golpeteo de bolas
al cambiar la dirección de las fuerzas axiales), puede aprovecharse
mediante el anillo pivotante. La particularidad de los soportes de
cuatro puntos habituales de que sólo permiten posiciones oblicuas
muy pequeñas del árbol, en este caso del tornillo sin fin, se
supera de modo ventajoso mediante la disposición del soporte de
cuatro puntos en el anillo pivotante. Con ello es posible soportar
el tornillo sin fin axialmente con la menor holgura posible y a
pesar de ello llevar a cabo una posición muy oblicua, sin que se
produzcan valores de fricción y ruidos más elevados.
De modo ventajoso, esto es posible mediante el
recurso de que el anillo exterior del soporte es lijado en forma
redondeada o abombada y sobre el anillo exterior abombado del
soporte de cuatro puntos se monta un anillo pivotante, que hace
posible el pivotamiento del soporte de cuatro puntos.
Perfeccionamientos y estructuraciones ventajosas
de la invención resultan de las otras reivindicaciones subordinadas
y de los ejemplos de realización representados en cuanto a sus
principios a continuación con ayuda del dibujo.
Muestran:
la figura 1 un corte transversal a través de un
engranaje de tornillo sin fin que está unido a un árbol de
accionamiento de un motor de accionamiento eléctrico;
la figura 2 una disposición de presión
hidráulica en una primera forma de realización;
la figura 3 una disposición de presión
hidráulica en una segunda forma de realización;
la figura 4 un corte a través de un embrague con
dos piezas de deformación de chapa, que están insertadas con
inyección en un elastómero; y
la figura 5 una vista desde arriba sobre las
piezas de deformación de chapa conforme a la figura 4.
Las direcciones asistidas eléctricas para
vehículos automáticos con un engranaje de tornillo sin fin son
conocidas suficientemente, por ejemplo a partir del documento DE
199 44 133 A1, por lo que a continuación sólo se hace referencia
más detalladamente a las características esenciales para la
invención.
La figura 1 muestra un detalle de una dirección
asistida eléctrica para vehículos automóviles con un engranaje de
tornillo sin fin 1, que está dispuesto en un alojamiento 2. El
engranaje de tornillo sin fin 1 tiene aquí un tornillo sin fin 3 y
una rueda de tornillo sin fin 4. El tornillo sin fin 3 está apoyado
en un soporte pivotante 5. En el ejemplo de realización presente,
el soporte pivotante 5 está formado por un soporte de cuatro puntos
6, que está dispuesto en un anillo pivotante 7. El tornillo sin fin
3 está unido mediante un embrague 8, que está representado más
detalladamente en la figura 4 y la figura 5, a un árbol de
accionamiento 9, que está en unión activa con un motor de
accionamiento 10 no representado más detalladamente. El árbol de
accionamiento 9 está apoyado de modo habitual en un soporte 11.
Como puede verse igualmente a partir de la
figura 1, el tornillo sin fin 3 es cargado radialmente mediante una
disposición de presión hidráulica 12. Mediante la disposición de
presión hidráulica 12 se consigue un engrane sin holgura entre el
tornillo sin fin 3 y la rueda de tornillo sin fin 4, así como una
compensación de las fuerzas de funcionamiento que aparecen. La
fuerza de apriete es aplicada aquí por un resorte de apriete 13.
Para la compensación de las fuerzas de funcionamiento que aparecen
está prevista una disposición hidráulica 14, conocida en cuanto a
sus principios, de la disposición de presión hidráulica 12. Dos
disposiciones de presión hidráulicas 12 ventajosas pueden
observarse aquí en las figuras 2 y 3.
Una pieza de presión 15 de la disposición de
presión hidráulica 12 actúa sobre un soporte 16, dispuesto en esta
zona, del tornillo sin fin 3 y actúa con ello sobre la holgura entre
el tornillo sin fin 3 y la rueda de tornillo sin fin 4. Para que el
soporte 16 o respectivamente el tornillo sin fin 3 pueda ser movido
radialmente de forma correspondiente por la disposición de presión
hidráulica 12 o respectivamente por la pieza de presión 15, puede
pensarse en la disposición en una ranura, fácilmente imaginable y
por ello no representada más detalladamente, o en un agujero
alargado. Es posible además de ello el empleo de soportes
apropiados, por ejemplo de un soporte pendular.
En la figura 2 puede observarse una válvula de
retención 17 con un taladro de placa perforada 18 que asume una
función, conocida en cuanto a sus principios, en la disposición
hidráulica 14 y con ello deja salir de un depósito de aceite 19, en
caso de que éste sea cargado por un pistón 20 correspondientemente
por la pieza de presión 15, un flujo de aceite simplemente
estrangulado por el taladro de placa perforada 18. La disposición
de presión hidráulica 12 representada en la figura 2 tiene una
estructura conocida en cuanto a sus principios, por lo que
simplemente se han tratado las características esenciales. Para la
compensación de desviaciones respecto al centrado radial,
condicionadas por la fabricación, la disposición de presión
hidráulica 12 tiene un resorte de compresión 21, que compensa las
partes altamente dinámicas de la holgura del dentado entre el
tornillo sin fin 3 y la rueda de tornillo sin fin 4.
Es desventajoso en la disposición de presión
hidráulica 12 representada en la figura 2 sin embargo que en caso
de una carga correspondiente por presión del depósito de aceite 19,
la alta presión resultante con ello actúa sobre el anillo de
estanqueidad 22 y con ello se plantean exigencias elevadas a éste en
lo que respecta al cierre estanco. Para ello, la disposición de
presión hidráulica 12 representada en la figura 3 ofrece una
solución ventajosa alternativa.
La disposición de presión hidráulica 12
representada en la figura 3 tiene una válvula de retención 17, que
mediante una bola 23 separa el depósito de aceite 19, que puede ser
cargado con presión alta, de un depósito de aceite a baja presión
24. El modo de funcionamiento es aquí análogo a la disposición de
presión hidráulica 12 ya descrita en la figura 2 y es conocido en
cuanto a sus principios. Mediante un movimiento correspondiente de
la pieza de presión 15 se establece, contra la fuerza del resorte de
apriete 13 y a través de la válvula de retención 17, una presión
alta en el depósito de aceite 19, que sólo puede escapar fuertemente
estrangulado a través de una ranura 25. A través de ello son
compensadas las elevadas fuerzas de funcionamiento entre el
tornillo sin fin 3 y la rueda de tornillo sin fin 4. La ranura 25
puede medir por ejemplo 3 \mu y está dispuesta entre una pared
interior del pistón 20 y una pared exterior del alojamiento de la
válvula de retención 17. Mediante la estructuración representada en
la figura 3, la junta de estanqueidad 22 es cargada simplemente con
la presión en el depósito de aceite a baja presión 24.
Mediante la válvula de retención 17 o
respectivamente el taladro de placa perforada 18 (figura 2) o la
bola 23 (figura 3), la disposición hidráulica 14 puede compensar
sobre una constante de tiempo definida la dilatación térmica y la
absorción de agua del tornillo sin fin 3, mediante el recurso de que
el pistón 20 puede ceder de forma definida.
Un acoplamiento ventajoso del tornillo sin fin 3
al árbol de accionamiento 9 se representa en las figuras 4 y 5. El
embrague 8 está formado aquí por dos piezas de deformación metálicas
o de chapa 26, que están insertadas con vulcanización en un
elastómero 27. Las piezas de deformación de chapa 26 están
conformadas con mandriles de transmisión de tal modo que en caso de
que se dañe el elastómero 27 siguen ofreciendo una característica
de funcionamiento de emergencia. El acoplamiento al tornillo sin fin
3 o respectivamente al árbol de accionamiento 9 puede producirse a
través de mandriles de transmisión rectangulares sobre los
respectivos árboles 3, 9.
Como se ha observado en ensayos, un embrague 8
de este tipo puede realizarse de forma particularmente sencilla y
económica. De modo ventajoso se colocan una sobre otra en cruz las
piezas de deformación de chapa 26, como se representa en la figura
5, y a continuación se insertan con vulcanización. La disposición
desplazada en 90º de las dos piezas de deformación de chapa 26 ha
demostrado ser aquí particularmente apropiada. Por supuesto pueden
estar previstas también más piezas de deformación de chapa 26 en
otra disposición.
- 1
- Engranaje de tornillo sin fin
- 2
- Alojamiento
- 3
- Tornillo sin fin
- 4
- Rueda de tornillo sin fin
- 5
- Soporte pivotante
- 6
- Soporte de cuatro puntos
- 7
- Anillo pivotante
- 8
- Embrague
- 9
- Árbol de accionamiento
- 10
- Motor de accionamiento
- 11
- Soporte (árbol de accionamiento)
- 12
- Disposición de presión hidráulica
- 13
- Resorte de apriete
- 14
- Disposición hidráulica
- 15
- Pieza de presión
- 16
- Soporte (tornillo sin fin)
- 17
- Válvula de retención
- 18
- Taladro de placa perforada
- 19
- Depósito de aceite
- 20
- Pistón
- 21
- Resorte de compresión
- 22
- Anillo de estanqueidad
- 23
- Bola
- 24
- Depósito de aceite a baja presión
- 25
- Ranura
- 26
- Piezas de deformación de chapa
- 27
- Elastómero.
Claims (5)
1. Dirección asistida eléctrica para vehículos
automóviles con un engranaje de tornillo sin fin, que está en unión
activa con un árbol de accionamiento de un motor de accionamiento
eléctrico, en que un tornillo sin fin está cargado radialmente por
una disposición de apriete, caracterizada porque la
disposición de apriete está conformada como disposición de presión
hidráulica (12) y el árbol de accionamiento (9) puede unirse al
tornillo sin fin (3) mediante un embrague (8), en que el apoyo del
tornillo sin fin (3) en esta zona se produce a través de un soporte
pivotante (5).
2. Dirección asistida eléctrica según la
reivindicación 1, caracterizada porque el tornillo sin fin
(3) es apretado mediante un resorte de apriete (13) de la
disposición de presión hidráulica (12).
disposición de presión hidráulica (12).
3. Dirección asistida eléctrica según la
reivindicación 1 ó 2, caracterizada porque la disposición de
presión hidráulica (12) tiene una válvula de retención (17) para la
amortiguación de las fuerzas de funcionamiento, que actúan
radialmente, del engranaje de tornillo sin fin (1).
4. Dirección asistida eléctrica según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque la disposición
de presión hidráulica (12) tiene un resorte de compresión (21) para
absorber fuerzas altamente dinámicas del engranaje de tornillo sin
fin (1).
5. Dirección asistida eléctrica según la
reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizada porque el soporte
pivotante (5) está conformado como soporte de cuatro puntos (6) con
anillo pivotante (7).
Applications Claiming Priority (2)
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