ES2281484T3 - Eje de direccion de una columna de direccion para un automovil. - Google Patents
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Abstract
Eje de dirección de una columna (1) de dirección para un automóvil, que presenta, además de una parte (3) contigua al volante (2), al menos una parte (5, 8) adicional y cuyas partes (3, 5, 8) están unidas entre si a través de articulaciones (4, 26) cardán y en el que, en al menos una de esta una o varias partes (5, 8) adicionales, está integrada una sección (9) prevista para la deformación en caso de choque, que está configurada como tubo (11) ondulado que presenta al menos dos capas (14, 15) situadas estrechamente una respecto a otra, estando dotada al menos una de las capas (14, 15) de una pluralidad de aberturas (16, 24) dispuestas en la zona de las crestas (18) de onda y estando los valles (19) de onda al menos hasta un cuarto de la altura (H) entre el valle (19) de onda y la cresta (18) de onda libre de aberturas (16, 24) y en el que la capa (14) exterior está configurada cerrada o la capa (15) exterior está dotada de una pluralidad de aberturas (24) dispuestas en zona de las crestas (18) de onda y las aberturas (24) de la capa (14) exterior están cerradas desde la ó una de las capas (15) interiores hacia el interior del tubo (11) ondulado.
Description
Eje de dirección de una columna de dirección
para un automóvil.
La invención se refiere a un eje de dirección de
una columna de dirección para un automóvil, con al menos una
sección prevista para la deformación en caso de un choque, estando
configurada al menos una sección deformable de este tipo como tubo
ondulado, que presenta al menos a través de una parte de su
extensión longitudinal, que comprende al menos una de las crestas
de onda del tubo ondulado, al menos dos capas (por ejemplo como en
el documento JP 59092254).
Se conocen los ejes de dirección de columnas de
dirección con tubos ondulados como secciones deformables, por
ejemplo por el documento DE 196 31 214 A1, EP 0 709 274 A1, EP 0
872 401 A2 y EP 0 701 070 A1. Los tubos ondulados como secciones
deformables en caso de choque pueden utilizarse en la columna de
dirección en diferentes secciones. Puede utilizarse un único tubo
ondulado o varios tubos ondulados en diferentes secciones del eje
de dirección. Las secciones deformables en forma de tubos ondulados
pueden comprimirse en caso de choque por un lado en dirección
axial, por otro lado pueden doblarse lateralmente en caso de
incidir una fuerza no axial.
Para producir este tipo de tubos ondulados para
secciones deformables de ejes de dirección se han dado a conocer
diferentes procedimientos. Por ejemplo, tales procedimientos se
describen en los documentos EP 661 117 A1, EP 298 832 B1, DE 2 027
638 A1 y EP 0 782 891 A1. Los tubos ondulados previstos para la
deformación en caso de choque para ejes de dirección deben cumplir
requisitos específicos. Por un lado deben ser suficientemente
débiles en caso de choque para permitir su deformación, debiendo
realizarse esta deformación de manera definida. Por otro lado,
deben absorber de manera fiable a lo largo de su vida útil las
cargas que aparecen durante el funcionamiento habitual. Por ello se
aplican a estas piezas unos altos requisitos, que deben
garantizarse mediante pruebas extensas. En estas pruebas se prueban
entre otras cosas la estabilidad con respecto a la absorción de
pares de torsión de magnitudes prescritas así como con respecto a
la absorción de cargas estáticas, dinámicas y oscilantes.
Adicionalmente, se prueba el comportamiento de deformación. Además
de satisfacer estos diferentes requisitos, estas piezas deben
presentar por motivos de espacio las dimensiones más pequeñas
posibles.
Para responder mejor a los diferentes
requisitos, en parte contradictorios, de los tubos ondulados como
secciones deformables en ejes de dirección, en el documento EP 0782
891 B1 se describe un procedimiento para la fabricación de un tubo
ondulado de este tipo en el que se produce un aumento del grosor de
pared en la zona de los valles de onda (en comparación con las
crestas de onda). En la zona de los valles de onda aparecen, en
caso de transmisión del par de torsión, las mayores cargas en el
tubo ondulado, puesto que en esa zona la pared del tubo ondulado
presenta la menor distancia con el eje central.
El documento DE 2 027 638 A1 enseña
adicionalmente un procedimiento para producir un tubo ondulado
radialmente, en el que puede lograrse un grosor de pared permanente
o un grosor de pared y/o perfilado del tubo ondulado diferente de
onda a onda o por zonas. De este modo puede facilitarse un tubo
ondulado para una sección deformable de un eje de dirección con
zonas de deformación programada diferentes.
Por el documento DE 32 24 308 C2 y el documento
CH-PS 324 476 se conocen fuelles metálicos
ondulados de varias capas, que se utilizan como piezas de
conducción de fluido o gas, especialmente para unir herméticamente
piezas móviles una respecto a otra. En este caso, se trata de un
campo técnico muy alejado y nada comparable al de las columnas de
dirección para automóviles, en el que deben afrontarse diferentes
problemas y requisitos.
Un tubo ondulado de la técnica mencionada al
inicio se conoce adicionalmente por el documento DE 25 44 769 A1.
Con una construcción de este tipo, de varias capas, por ejemplo de
dos capas, del tubo ondulado, la estabilidad con respecto a un par
de torsión que actúa alrededor del eje longitudinal del tubo
ondulado, en comparación con una construcción convencional de una
capa con espesor total del grosor de pared uniforme en conjunto, no
se reduce nada o sólo un poco, mientras que se permite ya una
deformación con una fuerza incidente claramente inferior en
comparación. Esto lleva a características de choque claramente
mejoradas con respecto a ejes de dirección convencionales en caso
de pares de torsión elevados transmisibles, pudiendo reducirse
también el diámetro exterior del tubo ondulado empleado.
El objetivo de la invención es facilitar un eje
de dirección del tipo mencionado al inicio con al menos una
sección deformable, que se forma mediante un tubo ondulado, en el
que pueden satisfacerse al mismo tiempo aún más los requisitos de
una resistencia suficiente con respecto a un par de torsión que
actúa alrededor del eje longitudinal del tubo ondulado y una
capacidad de deformación adecuada en caso de choque, como en los
dispositivos conocidos hasta la fecha. Según la invención esto se
consigue mediante un eje de dirección con las características de la
reivindicación 1.
Puesto que las crestas de onda, en caso de la
transmisión de pares de torsión que actúan alrededor del eje
longitudinal del eje de dirección, debido a su mayor distancia del
eje central, se someten a tensiones inferiores, puede facilitarse
de este modo una sección deformable de un eje de dirección en la
que, en caso de una estabilidad correspondiente a los requisitos
con respecto a la transmisión de pares de torsión que actúan
alrededor del eje longitudinal, es posible a su vez un
comportamiento de deformación otra vez mejorado en caso de choque,
especialmente una flexión más ligera en caso de una fuerza
incidente no axial.
Otras ventajas y particularidades de la
invención se explican a continuación con ayuda de los ejemplos de
realización representados en los dibujos adjuntos. En los dibujos
muestran:
las figuras 1 y 2, representaciones muy
esquematizadas de posibles configuraciones de columnas de
dirección;
las figuras 3 a 7, secciones intermedias
longitudinales de diferentes etapas de producción para la
producción de un tubo ondulado;
la figura 8, una sección transversal del tubo de
la figura 4; la figura 9, un corte ampliado de la figura 7;
la figura 10, una sección intermedia
longitudinal a través de una parte del eje de dirección que
contiene una sección deformable en forma de un tubo ondulado;
la figura 11, una ilustración correspondiente a
la figura 10 de un ejemplo de realización adicional de la
invención;
la figura 12, una vista parcial ampliada
correspondiente a la figura 9 de un fuelle ondulado según un
ejemplo de realización adicional de la invención, y
las figuras 13, 14 y 15, representaciones
esquemáticas de secciones intermedias longitudinales de una pared
de un tubo con zonas de diferentes grosores de pared.
Las figuras 1 y 2 muestran de forma muy
esquematizada dos configuraciones diferentes de columnas 1 de
dirección. En la forma de realización representada en la figura 1,
al volante 2 de dirección se conecta una primera parte 3 del eje
de dirección, que se une a través de un acoplamiento 4 articulado
en forma de una junta cardán con una segunda parte 5 que también se
designa como eje intermedio (que contiene eventualmente un
amortiguador). La parte 5 se encuentra en conexión, a través de un
acoplamiento 6 articulado, con un gorrón 7 de barra de mando del
engranaje de la dirección. En la forma de realización según la
figura 2, entre la segunda parte 5 y el gorrón 7 de mando de la
dirección, se prevé una pieza 8 adicional, que está unida con la
pieza 5 a través de un acoplamiento 26 articulado. Los
acoplamientos 6 y 26 articulados se realizan también como juntas
cardán. El apoyo del eje de dirección y la suspensión de la columna
de dirección en el chasis, que puede configurarse de una manera
conocida de manera desplazable, no se representan en detalle en las
figuras 1 y 2, y pueden configurarse de manera convencional. Un eje
de dirección según la invención puede construirse también de manera
diferente, por ejemplo presentar más partes 3, 5 y 8.
En al menos una de las partes 3, 5 y 8 del eje
de dirección se dispone una sección 9, 10 prevista para la
deformación en caso de choque, estando configurada al menos una
sección 9 deformable de este tipo como tubo 11 ondulado. Además de
las secciones 9 deformables configuradas en forma de tubos 11
ondulados, pueden proporcionarse también secciones 10 que pueden
acortarse configuradas de otra forma, por ejemplo en forma de tubos
desplazados parcialmente uno dentro de otro, que pueden desplazarse
uno dentro de otro axialmente en caso de choque. Se conocen
configuraciones de este tipo de secciones que pueden acortarse.
Puede proporcionarse una ó varias secciones 9 deformables
configuradas como tubo 11 ondulado, que se disponen en una ó varias
de las partes 3, 5 y 8 del eje de dirección.
Con ayuda de las figuras 3 a 9 se explicará
brevemente a continuación un posible procedimiento de producción de
un ejemplo de realización de un tubo ondulado para un eje de
dirección según la invención. El tubo ondulado está configurado en
este caso con dos capas por toda su longitud y el tubo 12 empleado
para la configuración de la capa 14 exterior presenta un
revestimiento cerrado. El tubo 13 que forma, en el estado acabado,
la capa 15 interior presenta una pluralidad de aberturas 16. A lo
largo de líneas 17 perimetrales imaginarias, en las que deben
situarse en el tubo ondulado acabado los vértices de las crestas de
onda, se dota el tubo 13, en cada caso, de varias aberturas 16
separadas unas de otras en la dirección perimetral, pueden
disponerse por ejemplo a lo largo de una línea 17 perimetral, en
cada caso, siente aberturas 16 circulares en este ejemplo de
realización, separadas unas de otras de manera uniforme. El tubo 12
se ajusta al tubo 13, tal como se representa en al figura 5.
Mediante un abocardador puede ensancharse a continuación el tubo 13
interior, para situar ambas capas 14, 15 estrechamente una respecto
a otra.
A continuación se configuran las ondas, por
ejemplo mediante un proceso de varias fases, tal como se indica
mediante las figuras 6 y 7. A este respecto puede utilizarse por
ejemplo un procedimiento, tal como se describe en el documento EP
0782 891 B1 mencionado en la introducción de la descripción. En
este caso, en primer lugar se dota a la pared del tubo de una
ondulación, mediante herramientas de conformación presionadas desde
fuera y desde dentro contra la pared del tubo, que presentan
ondulaciones, pudiendo utilizarse varias de éstas herramientas de
conformación con una ondulación cada vez más fuerte.
Adicionalmente, el tubo así conformado previamente según la figura
6 se comprime en dirección axial, sosteniéndose el tubo desde
dentro con un mandril y colocándose desde fuera mordazas de presión
en los valles de onda individuales, que se empujan unas hacia otras
en la dirección axial. En el tubo ondulado de dos capas así
producido según la figura 7, se disponen en la zona de las crestas
18 de onda en la capa 15 interior una pluralidad de aberturas 16.
En el ejemplo de realización mostrado, todas las crestas de onda
están dotadas de varias aberturas 16 separadas unas de otras en la
dirección perimetral. Los valles 19 de onda están en este caso, al
menos hasta un cuarto de la altura H entre los valles 19 de onda y
las crestas 18 de onda, libres de aberturas 16 (véase la figura 9).
Mediante la capa 14 exterior cerrada se impide, por ejemplo, una
entrada de agua salada corrosiva.
A continuación, el tubo 11 ondulado puede
montarse en una parte 3, 5, 8 del eje de dirección. En la figura 10
se representa por ejemplo, por un lado, un acoplamiento con una
horquilla 20 articulada y, por otro lado, un acoplamiento con un
árbol 20. En el acoplamiento representado en la figura 10, éste se
configura unido en arrastre de forma mediante protuberancias 22 que
se engranan en entalladuras correspondientes en la horquilla 20
articulada o árbol 21. Mediante estas protuberancias 22 se fijan
ambas capas 14, 15 del tubo ondulado también con respecto a un
desplazamiento mutuo en la dirección perpendicular. En lugar de los
protuberancias pueden preverse también otras conexiones en
arrastre de forma, especialmente conexiones a presión, por ejemplo
dientes de engranaje.
En el ejemplo de realización según la invención
representado en la figura 11, el tubo 11 ondulado está unido
respectivamente a la horquilla 20 articulada y al árbol 21 a través
de soldaduras 23 y/o soldaduras 24. Estas soldaduras 23 ó 24 pueden
formar al mismo tiempo una unión entre ambas capas 14, 15. Las
soldaduras 23 láser ó por ultrasonidos, que atraviesan ambas capas
14, 15 y llegan hasta la horquilla 20 articulada ó el árbol 21,
pueden preverse por motivos de seguridad. El tubo 11 ondulado
podría configurarse también de una sola pieza con una pieza
contigua al eje de dirección.
En el ejemplo de realización según la invención
representado en la figura 11 se prevé además sólo una parte de las
crestas 18 de onda de la capa 15 interior con aberturas 16,
situándose las crestas 18 de onda previstas con aberturas 16 en una
sección de la extensión longitudinal del tubo ondulado. Las dos
crestas 18 de onda que se sitúan en el lado del tubo 11 ondulado
opuesto a la junta 6, 26 cardán adyacente, están por el contrario
libres de tales aberturas, porque en esta zona, durante un
funcionamiento habitual del eje de dirección aparecen las mayores
fuerzas no axiales procedentes de la junta cardán adyacente en
forma de cargas de flexión.
En el ejemplo de realización según la figura 2
se disponen juntas 26, 4 cardán a ambos lados del tubo 11 ondulado
situado más cerca del gorrón 7 de barra de mando. La "junta
cardán adyacente" es, en tal caso, aquella que se sitúa más
cerca del extremo dirigido hacia la junta 26, 4 cardán respectiva,
en la figura 2 por tanto la junta 26 cardán.
Básicamente, sería concebible y posible también
prever aberturas igualmente en la capa 14 más exterior en la zona
de las crestas 18 de onda. Tales aberturas 24 se indican mediante
rayas en la figura 11. En este caso resulta ventajoso que las
aberturas 24 estén desplazadas con respecto a las aberturas 16 de
tal manera que las aberturas 24 estén cerradas desde la capa 15
interior hacia el interior del tubo 11 ondulado.
También sería concebible y posible dotar al
grosor de pared de al menos uno de los tubos 12, 13, antes de
insertarse uno en el otro, de una modificación a través del
alargamiento longitudinal del tubo 12, 13. Por ejemplo, el grosor
de pared en la zona prevista para un valle 19 de onda, en cada
caso, según la figura 14, podrían ser mayores que en una zona
prevista para una cresta 18 de onda, estando indicados los puntos
previstos para las crestas 18 de onda mediante líneas 17. El grosor
de pared en la zona ondulada dirigida hacia la junta 6, 26 cardán
adyacente del tubo 12 y/ó 13, también podrían ser mayores que en
una parte opuesta a la junta 6, 26 cardán de la zona ondulada, en
la que la carga de flexión que actúa sobre el tubo 11 ondulado es
menor en el funcionamiento habitual (figura 13). Mientras que, en
el ejemplo de realización según la figura 13, el grosor de pared
disminuye en un escalón, en el ejemplo de realización según la
figura 15 se prevén dos escalones de este tipo. También podría
preverse una combinación de estas variaciones de grosor de pared,
es decir, un grosor de pared mayor en los valles de onda que en
las crestas de onda (al menos para una parte de la ondulación) y
una reducción del grosor de pared de los valles de onda y
eventualmente también de las crestas de onda en uno ó más escalones
ó, respectivamente, de un valle de onda precedente con respecto al
siguiente valle de onda ó de una cresta de onda precedente con
respecto a la siguiente cresta de onda.
Adicionalmente, también podría modificarse la
altura H de la ondulación, siendo la distancia del valle de onda
desde el eje 27 longitudinal del tubo de onda, de uno ó varios de
los valles de onda adyacentes a la junta 6, 26 cardán adyacente,
mayor que la de los valles de onda situados más alejados de esta
junta 6, 26. El tubo ondulado es por tanto más rígido a la flexión
cerca de la junta 6, 26 cardán adyacente, donde aparecen las
solicitaciones de flexión más fuertes, siendo inferior la altura H
en esta zona.
Las aberturas 16 pueden presentar también otra
forma distinta a la circular mostrada. Mediante la conformación de
las aberturas 16 puede influirse también en el comportamiento de
pandeo del tubo ondulado.
También es concebible y posible una
configuración de las dos o más capas 14, 15 del tubo 11 ondulado
con materiales distintos. Así, la capa 14 exterior podría actuar
como escudo térmico y, entre la capa 14 exterior y la capa 15
interior formada por un material relativamente más económico, se
prevé un material de separación, por ejemplo en forma de una malla
metálica o rejilla 25 de alambre, tal como se representa
esquemáticamente en la figura 12. También podría preverse una capa
exterior adicional como protección frente a la corrosión, por
ejemplo una capa relativamente delgada de acero refinado. También
podrían consistir todas las capas del tubo ondulado en acero
refinado (Niro ó Inox).
La configuración de varias capas del tubo
ondulado podría extenderse también sólo en una parte de su
extensión longitudinal, por ejemplo por la parte ondulada de su
extensión longitudinal. El tubo ondulado está configurado en varias
capas al menos por una parte de su extensión longitudinal que
comprende al menos una cresta de onda del tubo ondulado.
Preferiblemente, las aberturas 16 se prevén al menos también ó sólo
en esta sección de varias capas del tubo ondulado. Aunque se indica
una configuración de dos capas como ventajosa, también sería
concebible y posible básicamente una configuración de tres ó más
capas. En una configuración de tres capas, los grosores de pared de
las capas individuales podrían situarse por ejemplo en la zona de
aproximadamente 0,4 mm.
Mediante una configuración según la invención,
el eje de dirección puede adaptarse de mejor forma, por un lado, a
las cargas que aparecen durante el funcionamiento habitual, por
otro lado, a los requisitos impuestos en función de la aplicación
prevista específicamente para el caso de choque.
\dotable{\tabskip\tabcolsep#\hfil\+#\hfil\tabskip0ptplus1fil\dddarstrut\cr}{
1 \+ columna de dirección\cr 2 \+ volante\cr 3 \+ parte del eje
de dirección\cr 4 \+ acoplamiento articulado\cr 5 \+ parte del eje
de dirección\cr 6 \+ acoplamiento articulado\cr 7 \+ gorrón de
barra de mando \hskip2cm \cr 8 \+ parte del eje de
dirección\cr 9 \+ sección deformable\cr 10 \+ sección
telescópica\cr 11 \+ tubo ondulado\cr 12 \+ tubo\cr 13 \+ tubo\cr
14 \+ capa exterior\cr 15 \+ capa interior\cr 16 \+ abertura\cr
17 \+ línea perimetral\cr 18 \+ cresta de onda\cr 19 \+ valle de
onda\cr 20 \+ horquilla articulada\cr 21 \+ árbol\cr 22 \+
levas\cr 23 \+ soldadura\cr 24 \+ abertura\cr 25 \+ rejilla de
alambre\cr 26 \+ acoplamiento articulado\cr 27 \+ eje
longitudinal.\cr}
Claims (12)
1. Eje de dirección de una columna (1) de
dirección para un automóvil, que presenta, además de una parte (3)
contigua al volante (2), al menos una parte (5, 8) adicional y
cuyas partes (3, 5, 8) están unidas entre si a través de
articulaciones (4, 26) cardán y en el que, en al menos una de esta
una o varias partes (5, 8) adicionales, está integrada una sección
(9) prevista para la deformación en caso de choque, que está
configurada como tubo (11) ondulado que presenta al menos dos capas
(14, 15) situadas estrechamente una respecto a otra, estando dotada
al menos una de las capas (14, 15) de una pluralidad de aberturas
(16, 24) dispuestas en la zona de las crestas (18) de onda y
estando los valles (19) de onda al menos hasta un cuarto de la
altura (H) entre el valle (19) de onda y la cresta (18) de onda
libre de aberturas (16, 24) y en el que la capa (14) exterior está
configurada cerrada o la capa (15) exterior está dotada de una
pluralidad de aberturas (24) dispuestas en zona de las crestas (18)
de onda y las aberturas (24) de la capa (14) exterior están
cerradas desde la ó una de las capas (15) interiores hacia el
interior del tubo (11) ondulado.
2. Eje de dirección según la reivindicación 1,
caracterizado porque el tubo (11) ondulado está configurado
en varias capas al menos por la parte de su extensión longitudinal
en la que se disponen las crestas (18) de onda y los valles (19) de
onda, preferiblemente en toda su longitud.
3. Eje de dirección según la reivindicación 1 ó
2, caracterizado porque en la parte de la extensión
longitudinal del tubo (11) ondulado, en la que éste está dotado de
aberturas (16, 24) dispuestas en la zona de las crestas (18) de
onda, el tubo (11) ondulado está configurado en varias capas.
4. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque al menos una
cresta (18) de onda, preferiblemente varias crestas (18) de onda,
está/n dotada/s de varias aberturas (16, 24) separadas entre sí en
la dirección perimetral del tubo (11) ondulado.
5. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque al menos la
cresta (18) de onda contigua al extremo del tubo (11) ondulado
dirigido hacia una junta (6, 26) cardán adyacente está libre de
aberturas (16, 24) para todas las capas (14, 15) del tubo (11)
ondulado, preferiblemente varias crestas (18) de onda contiguas a
este extremo del tubo (11) ondulado están libres de aberturas (16,
24).
6. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque las capas (14,
15) consisten en diferentes materiales.
7. Eje de dirección según la reivindicación 6,
caracterizado porque la capa exterior consiste en un
material resistente a la corrosión, preferiblemente acero refinado,
ó está recubierta por una capa inoxidable.
8. Eje de dirección según la reivindicación 6 ó
7, caracterizado porque la capa exterior consiste en un
material resistente al calor.
9. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque entre dos capas
(14, 15) se dispone un material de separación, preferiblemente
malla metálica o rejilla (25) de alambre, al menos por una parte
de la longitud del tubo ondulado.
10. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque el grosor de
pared de al menos una de las capas (14, 15) se reduce por la zona
de las crestas (18) de onda y los valles (19) de onda del lado
dirigido hacia la junta (6, 26) cardán adyacente hacia el lado
opuesto a la junta (6, 26) cardán adyacente del tubo (11)
ondulado.
11. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 10, caracterizado porque el grosor de
pared de al menos una de las capas (14, 15) al menos en la zona de
una cresta (18) de onda es inferior que en el valle (19) de onda
adyacente, preferiblemente en al menos un 20%.
12. Eje de dirección según una de las
reivindicaciones 1 a 11, caracterizado porque la altura (H)
de la ondulación se modifica por la zona ondulada, siendo la
separación del valle de onda desde el eje (27) longitudinal del
tubo ondulado, de uno o varios valles de onda adyacentes a la junta
(6, 26) cardán adyacente, mayor que la de los valles de onda
situados más alejados de esta junta (6, 26) cardán.
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