ES2300788T3 - Mecanismo de direccion para un automovil. - Google Patents
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Abstract
Mecanismo de dirección con un cárter de dirección, una cremallera (11) que define una dirección axial y que engrana con un piñón (13) de dirección, con un servoaccionamiento hidráulico, con una unidad de pistón-cilindro que presenta un pistón (6), un vástago (4) de pistón que se extiende en la dirección axial y un cilindro (42), estando dispuestos la cremallera (11) y el vástago (4) de pistón en paralelo en la dirección axial y presentando una distancia entre sí en la dirección transversal respecto a la dirección axial, caracterizado porque la cremallera (11) está unida fijamente al cilindro (42) en la dirección axial.
Description
Mecanismo de dirección para un automóvil.
La presente invención se refiere a un mecanismo
de dirección para un automóvil con las características del
preámbulo de la reivindicación 1.
La estructura de las servodirecciones de
cremallera genéricas está realizada de tal forma que un cárter de
dirección está dispuesto en una posición de montaje transversal en
el vehículo y que en este cárter de dirección está alojada una
cremallera desplazable también en la dirección transversal del
automóvil. La cremallera es accionada, por un lado, mediante un
volante y un árbol de dirección con un piñón de dirección que
engrana con la cremallera. Por otro lado, lateralmente del engrane
del piñón en la cremallera, a distancia de éste, está dispuesto un
servoaccionamiento con una unidad de
pistón-cilindro, que también actúa directamente
sobre la cremallera. La cremallera está realizada habitualmente en
una pieza.
El árbol secundario hacia las ruedas dirigidas
se realiza en las servodirecciones genéricas mediante barras de
acoplamiento, que están articuladas mediante juntas esféricas en los
lados frontales de la cremallera.
En algunos casos también está prevista una
llamada toma céntrica, estando articuladas las barras de
acoplamiento en este caso en la zona céntrica del mecanismo de
dirección.
En numerosos desarrollos nuevos de automóviles,
una especificación fundamental para los constructores es configurar
el espacio interior disponible lo más grande posible estando
predeterminadas las medidas exteriores y para conseguir este
objetivo es necesario realizar los componentes fundamentales del
automóvil de la forma más compacta posible. No obstante, los
intentos de realizar más compactas las servodirecciones de
cremallera convencionales están limitados porque en las cremalleras
realizadas en una pieza con parte de cremallera y parte hidráulica
dispuestas una al lado de la otra en la dirección coaxial, la
longitud de la cremallera con el accionamiento hidráulico dispuesto
en la misma debe corresponder como mínimo a seis veces la carrera de
la dirección en una dirección. Se suma el recorrido de
desplazamiento de la cremallera, que debe tenerse en cuenta como
espacio libre en la construcción del automóvil.
Por la publicación para información de solicitud
de la patente DE 4130989 A1 se conoce una dirección servoasistida
de cremallera, en la que la cremallera y un vástago de pistón de un
grupo de pistón-cilindro dispuesto en paralelo
están unidos entre sí para el movimiento conjunto paralelo al eje.
En esta estructura, la unión en el lado frontal entre la cremallera
y el vástago de pistón del servomecanismo está sometida a fuertes
solicitaciones.
La publicación para información de solicitud de
la patente 2361075 indica, además, un servomecanismo para el
mecanismo de dirección de automóviles y barcos, en el que la
cremallera y el cárter del cilindro dispuesto por separado no están
unidos fijamente entre sí. En esta estructura hay una holgura de
dirección que no es deseable para turismos y vehículos
industriales.
Por lo tanto, la presente invención tiene el
objetivo de crear una nueva disposición del mecanismo de dirección,
que permita medidas compactas y una estructura rígida, con poca
holgura.
Este objetivo se consigue con un mecanismo de
dirección con las características de la reivindicación 1.
Puesto que la cremallera está fijamente unida al
cilindro en la dirección axial, resulta una dirección con
especialmente poca holgura. En este caso, el cilindro se mueve con
la cremallera, mientras que el vástago de pistón está alojado de
forma fundamentalmente inmóvil respecto al vehículo. La válvula de
corredera giratoria puede estar montada en el bastidor y en el
vástago de pistón de forma fija en el bastidor, mientras que el
cilindro y la cremallera están alojados de forma desplazable
respecto al mismo.
En una forma de realización, los extremos libres
de la cremallera están encapsulados con manguitos en forma de vaso,
que envuelven el espacio de movimiento necesario de la cremallera y
lo obturan hacia el exterior. También pueden estar encapsulados con
manguitos corredizos o fuelles, aptos para liberar el espacio libre
dispuesto axialmente al lado de la cremallera, por ejemplo para
doblar las ruedas.
La válvula de corredera giratoria puede fijarse
como módulo al lado izquierdo o derecho del bastidor, de modo que
casi todos los componentes pueden presentar la misma construcción
para vehículos con la dirección a la derecha y a la izquierda.
Es recomendable alimentar el líquido hidráulico
para el accionamiento del servoaccionamiento a través de los lados
frontales (extremos libres) del vástago de pistón. Una toma
céntrica para las barras de acoplamiento que han de ser accionadas
puede estar fijado directamente en el cilindro, lo cual favorece aún
más una construcción compacta.
Otra forma de realización prevé que estén
previstas un total de tres barras paralelas, dispuestas a una
distancia en la dirección axial, es decir, una cremallera, un
vástago de pistón y una barra de guía.
A continuación, se explicarán ejemplos de
realización de la presente invención con ayuda del dibujo.
Muestran:
la fig. 1, una dirección según el estado de la
técnica con acoplamiento de cremallera y vástago de pistón visto en
corte transversal desde arriba;
la fig. 2, la dirección según la fig. 1 en una
representación en perspectiva;
la fig. 3, una dirección según la presente
invención con acoplamiento de cremallera y cilindro visto en corte
transversal desde arriba;
la fig. 4, la dirección según la fig. 3 en una
representación en perspectiva; así como
la fig. 5, una representación esquemática de una
segunda forma de realización con barra de guía separada en una
vista en planta desde arriba.
En la figura 1 se muestra un mecanismo de
dirección de por sí conocido. El mecanismo de dirección presenta un
cárter 1 de dirección, que presenta un taladro 2 de cilindro que se
extiende en la dirección transversal del cárter de dirección y un
taladro 3 de cremallera que se extiende en paralelo al taladro 2 de
cilindro. En el taladro 1 de cilindro, un vástago 4 de pistón está
dispuesto de forma desplazable en la dirección del eje 5 de
taladro. El vástago 4 de pistón porta en el centro un pistón
hidráulico 6, que delimita junto con el taladro 2 y dos elementos
frontales 7 de guía y obturación una cámara izquierda 8 de trabajo y
una cámara derecha 9 de trabajo.
En el taladro de cremallera 3, una cremallera 11
está dispuesta de forma desplazable en la dirección longitudinal a
lo largo de su eje 12 de cremallera. El eje 12 de cremallera se
extiende paralelamente al eje 5 de taladro. Además, el cárter 1 de
dirección porta un piñón 13, que engrana con un tramo de dentado 14
de la cremallera 11 y que está alojado en el cárter 1 de dirección
de forma giratoria alrededor de un eje de giro 15 orientado en la
dirección perpendicular respecto al plano del dibujo.
El cárter 1 de dirección porta en su lado
opuesto al taladro de cremallera 3 un total de tres taladros
roscados 16, que sirven para la fijación del cárter de dirección en
el bastidor de un automóvil.
El vástago 4 de pistón y la cremallera 11 están
unidos entre sí en la zona de sus extremos libres mediante una
placa frontal 20, respectivamente. Las placas frontales 20 acoplan
los dos elementos de construcción de tal forma que no pueden
desplazarse uno respecto a otro en la dirección axial, es decir, en
la dirección de los ejes 5 y 12. Además, el vástago 4 de pistón
porta en los dos extremos libres un cojinete esférico 21,
respectivamente, que portan a su vez una barra 22 de acoplamiento
alojada en los mismos. Las barras 22 de acoplamiento se unen
finalmente durante el montaje de la dirección en el automóvil y en
el servicio de tal forma a los muñones de eje de las ruedas
dirigidas del automóvil que un accionamiento de la dirección conduce
a un doblado de las ruedas dirigidas.
Finalmente están asignados unos fuelles 23 a la
cremallera 11, que envuelven los extremos libres de la cremallera
11 en el exterior del taladro 3 y que lo obturan de forma estanca
hacia fuera. De forma en sí conocida se impide así un ensuciamiento
del dentado 14, que podría conducir, por un lado, a desgaste y
corrosión y, por otro lado, a un bloqueo del engrane entre el piñón
y el dentado 14. Aquí es ventajoso que el engrane del piñón 13 en
el dentado 14 no debe cerrar el taladro 3 de forma hermética, de
modo que puede realizarse una compensación de volumen entre los
fuelles 23 en caso de un movimiento axial de la cremallera 11 a
través del taladro 3 no debiendo estar prevista una entrada o purga
de aire de los fuelles 23.
En la figura 2, la dirección según la figura 1
se muestra en una representación en perspectiva. Los mismos
elementos de construcción están provistos de los mismos signos de
referencia.
Se puede ver que en el lado superior del cárter
de dirección, por encima del piñón 13, está dispuesta una válvula
de corredera giratoria 30 de por sí conocida, de la que salen
tuberías hidráulicas 31, 32 a las cámaras 8, 9 de trabajo. La
válvula de corredera giratoria 30 presenta una corredera giratoria
33 dentada, que también puede unirse de forma habitual a un árbol
de dirección no representado del automóvil.
El montaje de la servodirección descrita hasta
ahora se realiza de tal forma que el cárter 1 de dirección se fija
en la zona de los taladros roscados 13 aproximadamente de forma
céntrica en la zona del eje dirigido de un automóvil, estando
dispuestos los ejes 5 y 12 en la dirección transversal del
automóvil, es decir, en la dirección horizontal y transversal
respecto a la dirección de marcha. Las barras 22 de acoplamiento se
unen a los muñones de eje de las ruedas dirigidas. La válvula de
corredera giratoria 30 se conecta en la zona de taladros de
conexión 34 con una bomba hidráulica y una tubería de retorno. La
corredera giratoria 33 se une finalmente de forma asegurada contra
el giro a un dispositivo de apriete de dentado múltiple de un árbol
de dirección.
Cuando el conductor genera durante el servicio
del automóvil equipado con la dirección descrita un ángulo de giro
en un volante mediante el árbol de dirección, que corresponde al
deseo de un cambio de la dirección de marcha, la corredera
giratoria 33 y, por lo tanto, también el piñón 13 se giran de forma
de por sí conocida. Según el sentido de giro se introduce una
corriente hidráulica en las tuberías 31 ó 32, de modo que aumenta
la presión en las cámaras 8 ó 9 de trabajo. El piñón 13 provoca un
desplazamiento de la cremallera 11 en la dirección transversal
realizándose este movimiento mediante las placas frontales 20 de
forma sincronizada con un movimiento correspondiente del vástago 4
de pistón y las barras 22 de acoplamiento. La presión hidráulica en
una de las dos cámaras de trabajo apoya este movimiento a modo de
una servodirección de cremallera convencional.
En comparación con las direcciones
convencionales, en esta construcción es ventajoso que el tramo de
dentado 14 o toda la cremallera 11 no está dispuesta de forma
coaxial respecto al vástago 4 de pistón. Por lo tanto, se reduce el
espacio ocupado por la construcción en la dirección transversal, es
decir, en la dirección del eje 5, de modo que esta dirección
requiere menores restricciones en cuanto a la disposición en el
automóvil. Otra ventaja es que no es necesaria la compensación de
presión externa en los dos fuelles 23. Finalmente, el montaje de
esta dirección es más sencillo y más seguro en el procedimiento,
porque la cremallera 11 de aristas relativamente vivas en la zona
del dentado 14 no debe introducirse en la zona de las juntas
hidráulicas de las piezas terminales 7. De esta forma se impide con
seguridad que estas juntas sufran daños durante el montaje.
En la figura 3 está representada una dirección
según la invención. La representación corresponde a la vista según
la figura 1. Los mismos elementos de construcción están provistos a
su vez de los mismos signos de referencia.
En este ejemplo de realización, un cárter 40 de
dirección está provisto de dos zonas 41 de fijación. El cárter 40
de dirección porta el vástago 4 de pistón de forma fija y no
desplazable, estando fijado el vástago de pistón con tornillos
cerca de las zonas 41 de fijación en el cárter 40 de dirección. El
vástago 4 de pistón porta también aquí un vástago de pistón 6, que
delimita con un cilindro 42 dos cámaras 8 y 9 de trabajo. El
cilindro 42 presenta en su lado orientado hacia la cremallera 11 un
puente 43, que está enroscado fijamente en la cremallera 11 en un
taladro roscado 44. La cremallera 11 está alojada a su vez de forma
axialmente desplazable en dos cojinetes 45 de deslizamiento en el
cárter 40 de dirección.
La cremallera 11 presenta en este ejemplo de
realización dos extremos libres 46, que para su protección contra
influencias ambientales están encapsulados en manguitos 47 rígidos,
en forma de vaso.
En la figura 4, el ejemplo de realización según
la figura 3 se muestra de nuevo en una representación en
perspectiva. En esta representación puede verse que el piñón 13
forma parte de una disposición de corredera giratoria 30, 33 al
igual que en el primer ejemplo de realización. Además, puede verse
que el cilindro 42 porta en esta forma de realización una brida con
taladros roscados 48, en los que pueden enroscarse durante el
montaje barras de acoplamiento no detalladamente representadas.
En la práctica, la dirección según este ejemplo
de realización se fijará mediante tornillos en la zona de las
bridas 41 de unión en el bastidor del automóvil. Las barras de
acoplamiento que van a las ruedas dirigidas se fijan mediante
tornillos con una pieza articulada correspondiente en el cilindro
42, en la zona de los taladros 48. Al girar el piñón 13, mediante
el engrane del piñón en la zona del dentado 14, la cremallera 11 se
desplaza en la dirección transversal, es decir, en la dirección del
eje 12. Gracias a la fijación rígida de la cremallera 11 mediante
el puente 43 en el cilindro 42, éste también sigue el movimiento en
la dirección transversal, mientras que el vástago 4 de pistón
descansa respecto al cárter 40 de dirección y, por lo tanto,
respecto al bastidor del automóvil. Una señal de control hidráulica
que resulta del giro de la válvula de corredera giratoria 30 se
transmite mediante las tuberías hidráulicas 31 y 32 a las cámaras 8
ó 9 de trabajo, para garantizar una servoasistencia mediante un
aumento de presión en la cámara de trabajo correspondiente. La
alimentación del fluido hidráulico de las tuberías 31 y 32 puede
realizarse ventajosamente a través del interior del vástago 4 de
pistón.
Desde el punto de vista constructivo, también
este ejemplo de realización ofrece la ventaja de que la cremallera
11 y el vástago 4 de pistón están dispuestos a distancia entre sí en
la dirección radial y no están dispuestos una al lado del otro de
forma coaxial en la dirección transversal del automóvil. El espacio
ocupado por la construcción en la dirección transversal se reduce
considerablemente gracias a esta disposición. Por otro lado, en
este ejemplo de realización es extremadamente sencillo realizar una
toma céntrica en la zona de los taladros roscados 48.
Puesto que el cárter de dirección y los
elementos de construcción, en particular la corredera giratoria y
la cremallera, permiten una estructura en gran medida modular, los
cambios necesarios para las dos variantes de automóviles con la
dirección a la derecha/la dirección a la izquierda son también muy
pequeños.
La figura 5 muestra finalmente un segundo
ejemplo de realización en una representación esquemática según la
vista de la figura 1 y la figura 3.
En este ejemplo de realización, un cárter 40 de
dirección está fijado mediante tornillos en la zona de bridas 41 en
un bastidor 50. El cárter 40 de dirección porta el vástago de émbolo
4, en el que el cilindro 42 está dispuesto de forma desplazable. La
estructura del cilindro 42 corresponde fundamentalmente a la del
cilindro de la figura 3. No obstante, el puente 43 que une la
cremallera 11 está fijado de forma excéntrica en el cilindro 42. A
diferencia de las formas de realización descritas hasta ahora, está
prevista una barra 51 de guía adicional paralela al vástago 4 de
pistón y a la cremallera 11, que está dispuesta en una guía de
deslizamiento para absorber los momentos de vuelco que se producen
en el puente 43. Gracias a este montaje, la cremallera 11 está
libre de momentos de vuelco. Por lo tanto, la cremallera 11 puede
estar limitada en cuanto a su longitud fundamentalmente a la
carrera del mecanismo de dirección, mientras que en los ejemplos de
realización según las figuras 1 - 4 la longitud de la servodirección
es mayor.
En el servicio, este mecanismo de dirección
trabaja según el montaje hasta ahora descrito. Un par aplicado en
el piñón 13 conduce a un desplazamiento de la cremallera 11 en la
dirección transversal. La cremallera 11 arrastra mediante el puente
43 el cilindro 42. Las barras 22 de acoplamiento dispuestas en el
cilindro 42 según el tipo de construcción de tomas céntricas
transmiten el movimiento a ruedas dirigidas no representadas de un
automóvil. Una válvula de corredera giratoria unida al piñón 13
genera una corriente hidráulica en una de las dos cámaras 8 ó 9 de
trabajo, que brinda una servoasistencia, fundamentalmente de forma
proporcional al par aplicado al volante. Los momentos de vuelco son
absorbidos en el cojinete 52 de deslizamiento y transmitidos
mediante la barra 51 de guía y el cárter 40 de dirección al bastidor
del automóvil 50. El vástago 4 de pistón y la barra 51 de guía
están unidos fijamente al cárter 40 de dirección, mientras que la
cremallera 11 es desplazable en la dirección transversal. Estos
tres elementos de construcción están dispuestos de forma paralela al
eje y uno a distancia de otro en la dirección radial.
El segundo ejemplo de realización sólo está
representado de forma puramente esquemática en la figura 5. La
realización exacta será similar a la del ejemplo de realización
según las figuras 3 y 4.
Claims (9)
1. Mecanismo de dirección con un cárter de
dirección, una cremallera (11) que define una dirección axial y que
engrana con un piñón (13) de dirección, con un servoaccionamiento
hidráulico, con una unidad de pistón-cilindro que
presenta un pistón (6), un vástago (4) de pistón que se extiende en
la dirección axial y un cilindro (42), estando dispuestos la
cremallera (11) y el vástago (4) de pistón en paralelo en la
dirección axial y presentando una distancia entre sí en la
dirección transversal respecto a la dirección axial,
caracterizado porque la cremallera (11) está unida fijamente
al cilindro (42) en la dirección axial.
2. Mecanismo de dirección según la
reivindicación 1, caracterizado porque los extremos libres de
las cremalleras están encapsulados con manguitos realizados
preferiblemente en forma de vaso, que envuelven el espacio de
movimiento de la cremallera y lo obturan hacia el exterior.
3. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los
extremos libres de las cremalleras están encapsulados con manguitos
corredizos o fuelles que liberan el espacio libre que se encuentra
axialmente al lado de la cremallera, por ejemplo, para doblar las
ruedas.
4. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la válvula
de corredera giratoria está fijada como módulo en una zona
dispuesta de forma excéntrica en el bastidor.
5. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el vástago
de pistón está alojado de forma fundamentalmente inmóvil respecto
al vehículo.
6. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la toma
céntrica para las barras de acoplamiento que han de ser accionadas
está fijada directamente en el cilindro.
7. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el fluido
hidráulico se alimenta a través de los lados frontales (extremos
libres) al vástago de pistón para el accionamiento del
servoaccionamiento.
8. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque están
previstas un total de tres barras paralelas, dispuestas a una
distancia en la dirección axial, es decir, la cremallera, el vástago
de pistón y la barra de guía.
9. Mecanismo de dirección según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las barras
de acoplamiento están articuladas en los lados frontales del
vástago de pistón.
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