ES2290432T3 - Unidad de pieza de presion para direcciones electromecanicas. - Google Patents
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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.
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.
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.
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.
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.
\global\parskip0.500000\baselineskip
1
\tabulCámara de alta presión
2
\tabulMuelle de compresión
3
\tabulMuelle de pistón
4
\tabulPieza de presión
5
\tabulCremallera
6
\tabulRendija anular
7
\tabulCámara de baja presión
8
\tabulElemento de compensación
9
\tabulVálvula de retención
10
\tabulAnillo tórico
11
\tabulTornillo de ajuste
12
\tabulHolgura
13
\tabulTapón de cierre
14
\tabulAmortiguador de fluido
14a
\tabulBote de carcasa
14b
\tabulPistón
15
\tabulPlaca de fondo
16
\tabulSoporte para fuelle
17
\tabulCaja del engranaje
18
\tabulTaladro
20
\tabulVolante
21
\tabulUnidad sensora
22
\tabulMotor eléctrico
23
\tabulEtapa de engranaje
24
\tabulColumna
25
\tabulUnidad de pieza de presión
26
\tabulEtapa de engranaje
27
\tabulUnidad de pieza de presión
28
\tabulBarra de acompamiento
29
\tabulRueda
A
\tabulFuerza de separación de los dientes
B
\tabulFuerza de reposición
C
\tabulEnergía
F
\tabulFuerza
\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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