ES2290432T3 - Unidad de pieza de presion para direcciones electromecanicas. - Google Patents

Unidad de pieza de presion para direcciones electromecanicas. Download PDF

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    • F16F9/00Springs, vibration-dampers, shock-absorbers, or similarly-constructed movement-dampers using a fluid or the equivalent as damping medium
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    • F16F9/50Special means providing automatic damping adjustment, i.e. self-adjustment of damping by particular sliding movements of a valve element, other than flexions or displacement of valve discs; Special means providing self-adjustment of spring characteristics
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Abstract

Unidad de pieza de presión para direcciones electromecánicas, que presenta un muelle mecánico para mantener permanentemente engranados los elementos de transmisión de la etapa o etapas de engranaje del sistema de dirección, estando integrado en paralelo con el muelle mecánico (2) un amortiguador de fluido (14) dependiente del sentido de movimiento que está constituido por un pistón (14b), un bote de carcasa (14a) y un muelle de pistón (3), estando dispuesto el pistón (14b) del amortiguador de fluido (14) en forma axialmente móvil dentro de un bote de carcasa (14a) que lo rodea coaxialmwente, y presentando la unidad de pieza de presión (25, 27) un elemento de compensación (8), caracterizada porque el elemento de compensación (8) está constituido por un fuelle a manera de membrana que cierra la cámara de baja presión (7) o por un elemento de anillo a manera de esponja que está dispuesto en una ranura anular practicada en la pieza de presión (4).

Description

Unidad de pieza de presión para direcciones electromecánicas.
La invención concierne a una unidad de pieza de presión para direcciones electromecánicas según el preámbulo de la reivindicación 1.
Se conocen en general direcciones manuales en las que el par de accionamiento aplicado por el conductor sobre el volante se transmite a las ruedas dirigibles a través del husillo de dirección, el engranaje de dirección y las barras de acoplamiento. Se conocen también direcciones asistidas en fuerza de dirección en las que el par de accionamiento aplicado por el conductor es asumido proporcionalmente por otras fuentes de energía. Según la naturaleza de la fuente de energía, se diferencia entre asistencia hidráulica, neumática o eléctrica de la fuerza de dirección. Por último, se conocen direcciones de fuerza externa en las que la fuerza de dirección es aplicada exclusivamente por una fuente de energía existente en el vehículo, es decir que el volante está unido operativamente tan sólo a través de un trayecto de regulación con un motor que acciona las ruedas dirigibles del
vehículo.
Las direcciones descritas presentan engranajes mecánicos, por ejemplo para transformar el par de giro del husillo de dirección en un movimiento de traslación de la cremallera y/o para transmitir la fuerza auxiliar o la fuerza externa de un motor eléctrico al sistema de dirección.
En los engranajes mecánicos se presentan tolerancias condicionadas por la fabricación, tales como diferencia de medida del espesor de los dientes, defectos de la forma de los flancos, defectos de marcha concéntrica, defectos de división y desviaciones de distancia entre ejes. Por tanto, para evitar un agarrotamiento de los elementos de transmisión tiene que estar presente siempre una holgura. Debido al desgaste, esta holgura del engranaje sigue aumentando durante la vida útil del mismo. Esta holgura es perturbadora en aplicaciones tales como en engranajes de transmisión o de conversión para dispositivos de dirección de vehículos, ya que allí es necesaria una ausencia de holgura en ambos sentidos de giro. En caso contrario, resulta perceptible en el volante la discontinuidad en la evolución del par debido a la holgura del engranaje y se presentan ruidos al cambiar el sentido de
giro.
Es sabido que, tal como se describe en el documento DE 34 08 673 A1, en los dispositivos de dirección de clase de construcción convencional o con asistencia hidráulica de la fuerza de dirección una pieza de presión presiona por medio de la fuerza elástica de un muelle contra el lado posterior de la cremallera para garantizar un engrane exento de holgura entre los dientes de la cremallera y del piñón. El muelle se apoya aquí contra el lado interior de una tapa atornillable conservando una rendija limitada (holgura) entre la tapa y la pieza de presión. La holgura y la fuerza elástica del muelle pueden ser ajustadas por el grado de atornillamiento de la tapa.
Visto a lo largo de la vida útil, se tiene que, a consecuencia de grandes fuerzas como las que se presentan, por ejemplo, en direcciones electromecánicas de fuerza auxiliar o externa, se produce un elevado desgaste en componentes correspondientes uno con otro, con lo que se incrementa la holgura. La posibilidad de desviación axial incrementada así proporcionada de la pieza de presión puede conducir a un comportamiento de ruido molesto a pesar de, por ejemplo, un muelle dispuesto entre la pieza de presión y el tornillo de ajuste y se pierde la buena sensación de conducción que está presente en direcciones hidráulicamente asistidas.
En el documento DE-A-199 37 254 se describe una unidad de pieza de presión para apretar una cremallera de un engranaje de dirección de cremallera para vehículos automóviles contra un dentado de un piñón, con un manguito de caja que presenta una pared sustancialmente cilíndrica dispuesta coaxialmente a un eje longitudinal y está destinado a ser recibido en un taladro de alojamiento de una caja de un engranaje de dirección de cremallera, con un casquillo que presenta una pared cilíndrica dispuesta coaxialmente al eje longitudinal y va guiado en el manguito de la caja en forma desplazable a lo largo del eje longitudinal entre una primera posición y una segunda posición, siendo solicitado el casquillo para apretar la cremallera con ayuda de unos primeros medios de muelle en dirección a la segunda posición, con una pieza de presión que presenta una superficie de presión para solicitar un lomo de la cremallera y va guiada en el casquillo en forma desplazable a lo largo del eje longitudinal entre una primera posición y una segunda posición, siendo solicitada la pieza de presión para solicitar el lomo de la cremallera con ayuda de unos segundos medios de muelle en dirección a la segunda posición, con un cilindro de compensación y con un pistón de compensación que se introduce en el cilindro de compensación, pudiendo moverse el pistón de compensación con relación al cilindro de compensación en función del movimiento del casquillo con relación a la pieza de presión, y con una válvula de aspiración que une el cilindro de compensación por medio de una tubería con un depósito para líquido hidráulico, estando bloqueado un flujo desde el cilindro de compensación en dirección al depósito y siendo libre un flujo desde el depósito en dirección al cilindro de compensación.
Otra solución de una unidad de pieza de presión hidráulica se revela en el documento GB-A-1 383 517.
En las direcciones eléctricamente accionadas se conocen dispositivos en los que los elementos de muelle generan una fuerza mayor que las fuerzas de separación de los dientes y, en consecuencia, no se presenta ninguna holgura en el engranaje. Estos elementos de muelle están dimensionados para el dominio en torno a la marcha rectilínea. Sin embargo, en el dominio de la marcha rectilínea se pueden presentar ya también grandes fuerzas y, por tal motivo, son grandes también las fuerzas de muelle, con la desventaja de que en el sistema de engranaje está presente un gran rozamiento de base debido a las grandes fuerzas de muelle. Las fuerzas de reposición de las ruedas a dirigir sobre el dispositivo de dirección no siempre son suficientes para volver a ajustar por sí solas la marcha rectilínea. La variación del rozamiento de adherencia-deslizamiento en el engranaje y su variación adicional a lo largo del intervalo de temperatura, el sentido de giro y el estado de desgaste, proporcionan una mala sensación de conducción.
Asimismo, es conocido el recurso de eliminar la holgura del engranaje haciendo que un respectivo accionamiento eléctrico asegure un sentido de giro. Un accionamiento aplica el par de dirección en un sentido de giro, mientras que el otro accionamiento introduce en el engranaje un par antagonista definido más pequeño, de modo que existe siempre una ausencia de holgura, con lo que se consigue una buena sensación de conducción. Esta acción se puede conseguir solamente por medio de dos motores eléctricos y su compleja regulación con los sobrecostes correspondientes.
La invención indicada en la reivindicación 1 se basa en el problema de concebir una unidad de pieza de presión de la clase indicada al principio en la que la holgura del engranaje no ejerza ninguna influencia negativa sobre la sensación de conducción y se mantenga lo más pequeño posible el rozamiento de base en el engranaje. El problema se resuelve con las particularidades indicadas en la parte caracterizadora de la reivindicación, a cuyo fin un elemento de compensación integrado en la unidad de pieza de presión está constituido por un fuelle a manera de membrana que cierra la cámara de baja presión o por un elemento de anillo a manera de esponja que está dispuesto en una ranura anular practicada en la pieza de
presión.
Las ventajas logradas con la invención consisten especialmente en que con la unidad de pieza de presión se consigue una amortiguación constante independientemente de la posición de la pieza de presión, del desgaste y de las influencias de la temperatura.
En las reivindicaciones subordinadas se indican perfeccionamientos ventajosos de la invención.
Un ejemplo de realización de la invención está representado en el dibujo y se explica en lo que sigue con más detalle. Muestran:
La figura 1, una representación esquemática de una unidad de pieza de presión según la invención;
La figura 2, una curva característica fuerza-holgura de los dentados;
La figura 3, una representación esquemática de una dirección electromecánica;
La figura 4, una representación de una unidad de pieza de presión con amortiguación hidráulica; y
La figura 5, una representación de una unidad de pieza de presión con amortiguación hidráulica en otra forma de realización.
Las partes sustancialmente iguales en las diferentes figuras están provistas de los mismos símbolos de referencia.
En el dibujo se representa una unidad de pieza de presión 27 que se utiliza en la etapa de engranaje 26 con asistencia electromecánica de la fuerza de dirección de vehículos automóviles para mantener permanentemente engranado, por ejemplo, el piñón de accionamiento - que está unido con el volante 20 a través de una columna de dirección 24 - con el dentado de la cremallera 5, que está unida con las ruedas dirigibles 29 a través de barras de acoplamiento 28 y palancas de dirección.
En otro caso de aplicación se integra la unidad de pieza de presión 25 - cuando el motor eléctrico 22 de asistencia a la fuerza de dirección está configurado, por ejemplo, como un accionamiento de la columna de dirección - en el engranaje reductor 23 de la conexión del motor. (Existe también la posibilidad de utilizar la unidad de pieza de presión en un accionamiento de piñón, de doble piñón o de eje paralelo, no representado). Es posible también la utilización de la unidad de pieza de presión 25 en la conexión del motor de dirección o del motor del volante de una dirección de vehículo asistida por fuerza externa, denominada "mando por cable".
En la figura 1 se representa la disposición en paralelo de un muelle 2 - que presiona los dentados de componente de transmisión de las etapas de engranaje 23, 26 para introducirlos uno en otro - con un amortiguador de fluido 14 cuya acción se desarrolla sustancialmente tan solo en dirección al dentado. Para conseguir un rozamiento de base pequeño, en el que, no obstante, se mantengan en acoplamiento de engrane los componentes del dentado, el muelle 2 está diseñado con una fuerza elástica pequeña, mientras que se trabaja con una gran amortiguación.
Como puede apreciarse en la figura 2, las fuerzas A de separación de los dientes tienen que ser sensiblemente más grandes que las fuerzas de reposición B. De este modo, a consecuencia del amortiguador 14, la máxima holgura posible del dentado se presenta tan solo a fuerzas de dirección muy grandes, de modo que la holgura del dentado es sustancialmente pequeña en la mayoría de las situaciones de conducción y, por consiguiente, es buena la sensación de conducción en el volante 20. Esta acción es posible con la utilización de un amortiguador 14 especialmente en la sensible zona central, ya que las fuerzas de dirección no alcanzan aquí los valores máximos. La energía C de las fuerzas A de separación de los dientes es convertida en el amortiguador 14 en energía disipada y admite así solamente un lento crecimiento de la holgura del dentado a lo largo del tiempo de actuación en función de la energía aportada.
Según el ajuste del muelle mecánico 2 y el amortiguador 14 montados en paralelo, se puede generar un comportamiento de carga o descarga diferente en función del tiempo.
En la figura 3 se ofrece una representación esquemática de un sistema de dirección con accionamiento eléctrico 22 y varias etapas de engranaje 23, 26. Cada etapa de engranaje 23, 26 está constituida por al menos dos piezas de dentado, de modo que los respectivos componentes de dentado correspondientes entre ellos son cargados por una unidad constituida por el amortiguador 14 y el muelle 2.
En el volante 20 el conductor introduce un par de giro cambiante hacia la izquierda y hacia la derecha para determinar la dirección de marcha del vehículo. Una unidad sensora 21 obtiene el sentido de giro y el par de giro y regula así el motor eléctrico 22 de la servounidad. La servounidad introduce en la columna de dirección 24, a través de una primera etapa de engranaje 23, el sentido de giro predeterminado por el conductor y un par de giro reforzado. La holgura del engranaje es reducida por una unidad de pieza de presión 25 según la invención de modo que esta holgura no pueda ser percibida en el volante 20. Este par de giro es reducido por una etapa de engranaje adicional 26 y convertido en un movimiento de traslación de la cremallera. Al igual que la etapa de engranaje 23, la etapa de engranaje 26 está equipada también con una unidad de pieza de presión 27. Debido a la utilización de las dos unidades de pieza de presión 25, 27 se admite solamente en medida limitada la posible holgura de engranaje existente en los dentados de las etapas de engranaje 23 y 26, ya que, al aumentar la holgura, la energía C de las fuerzas A de separación de los dientes es convertida en energía disipada en el amortiguador 14.
En cada una de las figuras 4 y 5 se representa la configuración constructiva de una forma de realización de una unidad de pieza de presión 27 según la invención, tal como ésta se emplea para mantener permanentemente engranados el piñón y la cremallera 5 del engranaje de dirección.
La unidad de pieza de presión 27 está integrada en un taladro de alojamiento 18 de la caja 17 del engranaje de dirección de tal manera que la parte de la cremallera 5 opuesta al dentado de dicha cremallera se corresponde con el alojamiento de la unidad de pieza de presión 27, el cual está adaptado en su forma geométrica al dorso de la cremallera y está revestido con un material que presenta un bajo coeficiente de rozamiento.
La unidad de pieza de presión 27 presenta una pieza de presión 4 que está dispuesta en forma movible axialmente con respecto al eje de simetría de la unidad de pieza de presión 27 dentro del taladro 18 de la caja 17 del engranaje. Esta pieza de presión 4 está configurada de tal manera que está dispuesto en ella, por el lado de la cremallera, el alojamiento para el dorso de dicha cremallera y, además, presenta en su lado alejado del dorso de la cremallera las condiciones de espacio necesarias para dos cámaras de fluido 1, 7 que están separadas una de otra por la parte de pistón 14b del amortiguador de fluido
14.
El amortiguador de fluido 14 está constituido por un bote de carcasa 14a en el que está integrado un pistón 14b en forma axialmente móvil. El bote de carcasa 14a y el pistón 14b son presionados y separados uno de otro por un muelle de pistón 3 de pequeña fuerza elástica. En el pistón 14b está dispuesta una abertura cerrada por una válvula de retención 9.
A través del muelle de compresión 2 se ejerce una pequeña fuerza de apriete sobre la cremallera 5 o su apoyo.
La pieza de presión 4 es mantenida por un tornillo de ajuste 11 en el taladro de la caja 17. Antes de regular el tornillo de ajuste 11 hay que prever un valor de holgura (rendija 12).
Entre el pistón 14b y la pared interior del bote de carcasa 14a se forma una rendija anular 6 que discurre coaxialmente al eje de simetría de la unidad de pieza de presión 27.
La cámara de baja presión 7 está cerrada frontalmente en la forma de realización según la figura 4 por un fuelle fijado a través del portafuelle 16 - cuyo fuelle actúa como un elemento de compensación 8 y se dilata bajo carga y se contrae bajo descarga - y por un anillo tórico 10.
En la forma de realización según la figura 5 la pieza de presión 4 está cerrada herméticamente en su lado frontal por medio de un anillo tórico 10 a través de una placa de fondo 15 que presenta un tapón de cierre 13. Como elemento de compensación 8 sirve un elemento de compensación 8 de forma de esponja que está integrado en una ranura anular de la pared interior de la cámara de baja presión 7 y que se comprime durante la carga y se dilata de nuevo durante la descarga.
Durante el funcionamiento de la dirección y, por tanto, bajo solicitación del engranaje de dirección, el alojamiento y, por tanto, la pieza de presión 4 son solicitados por un movimiento de desviación de la cremallera 5 con la fuerza F. Comprimiendo la cámara de alta presión 1, o sea, los muelles de compresión 2 y 3, se retarda una desviación de la pieza de presión 4 dentro de la holgura 12, ya que en la en la cámara de alta presión 1 se retarda un medio incompresible que puede escapar hacia la cámara de baja presión 7 solamente a través del sitio de estrangulación configurado como una rendija anular 6.
Para que el medio pueda circular hacia la cámara de baja presión 7 completamente llena se dilata o comprime, según la forma de realización, el elemento de compensación 6.
Al descargar el alojamiento y, por tanto, la pieza de presión 4 se presiona la cremallera hacia dentro del dentado del piñón por medio del muelle de compresión 2. El muelle de compresión pretensado 2 expande la cámara de alta presión 1. Se incrementa así el volumen de la cámara de alta presión 1 y se origina una depresión. Se abre la válvula de retención 9 y el medio hidráulico puede seguir fluyendo de la cámara de baja presión 7 a la cámara de alta presión 1. El elemento de compensación se destensa o se dilata volviendo al estado original.
Relación de los símbolos de referencia empleados
\global\parskip0.500000\baselineskip
1
\tabul
Cámara de alta presión
2
\tabul
Muelle de compresión
3
\tabul
Muelle de pistón
4
\tabul
Pieza de presión
5
\tabul
Cremallera
6
\tabul
Rendija anular
7
\tabul
Cámara de baja presión
8
\tabul
Elemento de compensación
9
\tabul
Válvula de retención
10
\tabul
Anillo tórico
11
\tabul
Tornillo de ajuste
12
\tabul
Holgura
13
\tabul
Tapón de cierre
14
\tabul
Amortiguador de fluido
14a
\tabul
Bote de carcasa
14b
\tabul
Pistón
15
\tabul
Placa de fondo
16
\tabul
Soporte para fuelle
17
\tabul
Caja del engranaje
18
\tabul
Taladro
20
\tabul
Volante
21
\tabul
Unidad sensora
22
\tabul
Motor eléctrico
23
\tabul
Etapa de engranaje
24
\tabul
Columna
25
\tabul
Unidad de pieza de presión
26
\tabul
Etapa de engranaje
27
\tabul
Unidad de pieza de presión
28
\tabul
Barra de acompamiento
29
\tabul
Rueda
A
\tabul
Fuerza de separación de los dientes
B
\tabul
Fuerza de reposición
C
\tabul
Energía
F
\tabul
Fuerza
\global\parskip0.000000\baselineskip

Claims (9)

1. Unidad de pieza de presión para direcciones electromecánicas, que presenta un muelle mecánico para mantener permanentemente engranados los elementos de transmisión de la etapa o etapas de engranaje del sistema de dirección, estando integrado en paralelo con el muelle mecánico (2) un amortiguador de fluido (14) dependiente del sentido de movimiento que está constituido por un pistón (14b), un bote de carcasa (14a) y un muelle de pistón (3), estando dispuesto el pistón (14b) del amortiguador de fluido (14) en forma axialmente móvil dentro de un bote de carcasa (14a) que lo rodea coaxialmwente, y presentando la unidad de pieza de presión (25, 27) un elemento de compensación (8), caracterizada porque el elemento de compensación (8) está constituido por un fuelle a manera de membrana que cierra la cámara de baja presión (7) o por un elemento de anillo a manera de esponja que está dispuesto en una ranura anular practicada en la pieza de presión (4).
2. Unidad de pieza de presión según la reivindicación 1, caracterizada porque el fuelle cierra frontalmente la cámara de baja presión.
3. Unidad de pieza de presión según una de las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque el pistón (14b) del amortiguador de fluido (14) está dispuesto en forma axialmente móvil dentro del bote de carcasa (14a) que lo rodea coaxialmente de tal manera que se forma aquí un sitio de estrangulación realizado como una rendija anular (6) entre el pistón (14b) y la pared interior del bote de carcasa (14a).
4. Unidad de pieza de presión según una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque la unidad de pieza de presión (25, 27) está construida en forma modular como un sistema cerrado sobre sí mismo.
5. Unidad de pieza de presión según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque la holgura máxima entre los dentados puede ser ajustada por medio del tornillo de ajuste (11).
6. Unidad de pieza de presión según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque la unidad de pieza de presión modular (25, 27) está dispuesta en forma limitadamente móvil en dirección axial dentro de un taladro (18) de la caja de una etapa de engranaje (23 ó 26).
7. Unidad de pieza de presión según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque la unidad de pieza de presión modular (25, 27) está constituida por una pieza de presión (4) que está configurada por el lado de la etapa de engranaje como un miembro de unión correspondiente con la etapa de engranaje (23 ó 26) y que presenta en el lado alejado de la etapa de engranaje (23 ó 26) unas condiciones de espacio adecuadas para dos cámaras de fluido (1 y 7) que están operativamente separadas una de otra por el pistón (14b) de un amortiguador de fluido (14).
8. Unidad de pieza de presión según la reivindicación 7, caracterizada porque el pistón (14b) presenta un sitio de estrangulación que une las cámaras de fluido (1 y 7) y un paso que se cierra por medio de una válvula de retención (9).
9. Unidad de pieza de presión según la reivindicación 1, caracterizada porque el muelle de pistón (3) está integrado entre el pistón (14b) y el fondo del bote de carcasa (14a).
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