ES2405589T3

ES2405589T3 - Manguito deslizante

Info

Publication number: ES2405589T3
Application number: ES10015878T
Authority: ES
Inventors: Frank Eltner
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2010-12-21
Publication date: 2013-05-31
Anticipated expiration: 2030-12-21
Also published as: EP2469107A1; BRPI1106973A2; BRPI1106973B1; MX2011013657A; EP2469107B1; CN102537039B; CN102537039A; PL2469107T3

Abstract

Eje (1) de dirección telescópico con un eje (2) interior y un eje (3) exterior que están dispuestos coaxialmente entre sí y que presentan una sección transversal no circular para la transmisión de par, estando previsto entre el eje (3) exterior y el eje (2) interior un espacio intermedio, en el que está dispuesto un manguito (5) deslizante de material plástico termoplástico o que contiene un material de este tipo, que presenta una superficie interior y una superficie exterior, caracterizado por que el manguito deslizante se compone de una mezcla que contiene el material PEEK y además los materiales PTFE con un porcentaje en volumen en el intervalo del 7% al 13% y grafito con un porcentaje en volumen en el intervalo del 7% al 13% y fibras de carbono con un porcentaje en volumen del 25% al 35% y por que adicionalmente está dispuesto un lubricante (11) con una viscosidad dinámica en el intervalo de 2000 mPa*s a 4000 mPa*s a una temperatura de 25ºC y en el intervalo de 600 mPa*s a 1200 mPa*s a una temperatura de 80ºC y en el intervalo de 150000 mPa*s a 220000 mPa*s a una temperatura de -20ºC en el contacto deslizante entre el manguito (5) deslizante y el eje (3, 2) exterior y/o interior.

Description

Manguito deslizante.

[0001] La presente invención se refiere a un eje de dirección telescópico con un eje interior y un eje exterior que están dispuestos coaxialmente entre sí y que presentan sección transversal no circular para la transmisión de par, estando previsto entre el eje interior y el eje exterior un espacio intermedio en el cual está previsto un manguito deslizante de material plástico termoplástico o que contiene un material de este tipo, que presenta una superficie interior y una superficie exterior.

[0002] Se emplean manguitos deslizantes para disminuir el rozamiento y/o para compensar el juego, por ejemplo, entre tubos envolventes que pueden girar o moverse telescópicamente uno con respecto a otro o entre un árbol exterior y un árbol interior de un eje de dirección telescópico.

[0003] Los ejes de dirección telescópicos presentan dos partes de árbol coaxiales que tienen una sección transversal no redonda y que pueden desplazarse axialmente, aunque también pueden transmitir un par. Es fundamental en los ejes de dirección la ausencia de juego en la transmisión de par, aunque también un rozamiento lo menor posible. Los ejes de dirección telescópicos se emplean en automóviles entre el mecanismo de dirección y la columna de dirección en general regulable. Compensarán pequeñas variaciones de la distancia entre el mecanismo de dirección y la columna de dirección que se producen, por ejemplo, y debido a cargas dinámicas durante la conducción, por la torsión de la carrocería o por movimientos del mecanismo de dirección en un cojinete de goma y/o permitirán ajustar la longitud del eje de dirección.

[0004] El estado de la técnica genérico se muestra en el documento EP916564B1. En él se describe un eje de dirección telescópico con un perfil no redondo de las partes de árbol que interaccionan. Entre ambas partes de árbol se ha previsto un manguito de plástico cuyo objetivo es mejorar las características de deslizamiento de forma duradera. En particular, se debe disminuir la tendencia a que se produzca el llamado efecto de agarre-deslizamiento

(“slip-stick”). Este efecto provoca un pico de fuerza en la dirección axial en caso de pequeños movimientos debido a

la diferencia entre el rozamiento estático y dinámico que también deriva en que se genere ruido que no se tolera para las direcciones de los automóviles. Esto no se consigue solucionar forma satisfactoria en los ejes de dirección telescópicos del estado de la técnica.

[0005] El documento DE102008049825A1 propone como mejora hacer rugoso el manguito deslizante de forma controlada.

[0006] Otros ejes de dirección telescópicos del tipo mencionado al principio se desprenden de los documentos US

5.383.811 A y DE 32 02 669 A1.

[0007] En el documento US 5.821.204 A se describe un cojinete axial de un material plástico termoplástico que contiene PEEK, PTFE, fibras de carbono y grafito. Como lubricante sirve un aceite lubricante y el grafito está en forma de grafito expandido y presenta una capacidad de absorción de aceite de 70 a 500 ml/100g.

[0008] El documento EP 1 526 296 A2 describe un cuerpo de moldeo tridimensional para esfuerzos de deslizamiento, presentando el material de la capa deslizante PEEK o PPS o PA como componente de plástico de formación de matriz. Adicionalmente están contenidas fibras de carbono y grafito. Se prefiere usar TiO2 a PTFE. No está previsto un lubricante adicional.

[0009] El documento EP1840193A2 divulga una unión deslizante en la que se usa un lubricante con viscosidad cinemática en el intervalo de 1500 a 13000 mm2/s a 40ºC. Además se divulga que las superficies de contacto se puedan revestir con una capa de resina sintética.

[0010] El documento EP1840399A1 divulga asimismo una unión deslizante para la que se ha previsto un lubricante con una viscosidad dinámica en el intervalo de 10 a 210 mm2/s a 25ºC, conteniendo el lubricante un aditivo antidesgaste por presión. Sobre las áreas de contacto se aplica una capa superficial, por ejemplo, de un politetrafluoroetileno (PTFE).

[0011] Las mejoras propuestas en estos documentos tienen un alto coste, son laboriosas y necesitan etapas de trabajo adicionales en parte y no siempre son duraderas.

[0012] Por lo tanto el objetivo de la presente invención es crear un manguito deslizante o un eje de dirección telescópico que presenten propiedades de deslizamiento mejoradas de forma duradera reduciéndose además el coste de fabricación de las piezas individuales.

[0013] De acuerdo con la invención, esto se consigue gracias a un eje de dirección de acuerdo con las características de la reivindicación 1.

[0014] En las reivindicaciones dependientes se describen perfeccionamientos ventajosos de la invención.

[0015] En un eje de dirección telescópico según la invención con un eje interior y un eje exterior, que se disponen coaxialmente entre sí y que están dispuestos de manera que se pueden desplazar uno con respecto a otro y que presentan una sección transversal no circular para la transmisión de par, estando previsto entre el eje exterior y el eje interior un espacio intermedio para alojar el manguito deslizante que se compone de un material plástico termoplástico o que contiene un material de este tipo, que presenta una superficie interior y una superficie exterior, el manguito deslizante está compuesto por una mezcla del material PEEK y además del material PTFE con un porcentaje en volumen en el intervalo del 7% al 13% y adicionalmente el material grafito con un porcentaje en volumen en el intervalo del 7% al 13% y además fibras de carbono con un porcentaje en volumen del 25% al 35%, pudiendo estar contenidos en la mezcla otros materiales. La combinación de los materiales aumenta la durabilidad del manguito deslizante y de la unión deslizante formada de este modo.

[0016] El uso de un manguito deslizante según la invención tiene la ventaja de que supone una unión deslizante entre los elementos constructivos que es muy duradera y que reduce permanentemente el efecto de agarre

deslizamiento (“slip-stick”).

[0017] Por PEEK se entenderá el plástico polieteretercetona o un derivado del grupo de las poliariletercetonas. No obstante, es preferible usar polieteretercetona que PEEK. Por PTFE se entenderá, como ya se ha mencionado anteriormente, el politetrafluoroetileno. El concepto de fibra de carbono se conoce también con la denominación

“carbon fibre” o fibras de carbono en el estado de la técnica. La adición de al menos uno de estos materiales, PTFE,

grafito y/o fibras de carbono, deriva en una disminución del rozamiento estático manteniendo la vida útil. Para el experto el efecto inesperado consistía en que puede disminuirse igualmente la diferencia entre el rozamiento estático y el rozamiento dinámico.

[0018] Ha resultado especialmente ventajoso fabricar el manguito deslizante a partir de una mezcla que contiene material PEEK con un porcentaje en volumen del 10% de PTFE y un porcentaje en volumen del 10% de grafito y un porcentaje en volumen del 30% de fibras de carbono o estando compuesto por todos estos materiales.

[0019] De acuerdo con la invención se introduce un lubricante en la pareja de elementos de deslizamiento entre el manguito deslizante y el eje interior y/o el eje exterior. A este respecto ha resultado adecuado un lubricante adecuado con una viscosidad dinámica en el intervalo de 2000 mPa*s a 4000 mPa*s a una temperatura de 25ºC y en el intervalo de 600 mPa*s a 1200 mPa*s a una temperatura de 80ºC y en el intervalo de 150000 mPa*s a 220000 mPa*s a una temperatura de -20ºC en el contacto deslizante entre el manguito deslizante y el eje exterior. La viscosidad dinámica es conceptualmente equivalente al concepto de viscosidad de cizalladura.

[0020] Ha resultado especialmente favorable emplear un lubricante con una viscosidad dinámica en el intervalo de 2500 mPa*s a 3500 mPa*s a una temperatura de 25ºC y en el intervalo de 800 mPa*s a 1000 mPa*s a una temperatura de 80ºC y en el intervalo de 190000 mPa*s a 200000 mPa*s a una temperatura de -20ºC.

[0021] Se ha puesto de manifiesto de manera totalmente inesperada que un lubricante con una viscosidad dinámica tan baja es adecuado para contribuir a minimizar el salto entre el rozamiento estático y el rozamiento dinámico.

[0022] Como lubricante se puede emplear ventajosamente un aceite base de hidrocarburos sintéticos mezclados con un agente espesante (jabón) de un jabón de complejo de calcio. A dicho lubricante se le puede añadir también un lubricante sólido como, por ejemplo, PFTE. Como lubricante se puede emplear también por ejemplo un aceite base de perfluoropoliéter con agente espesante PTFE.

[0023] Para mejorar la adherencia del lubricante en la zona del contacto deslizante resulta adecuado que el otro elemento de deslizamiento sea de acero con una rugosidad superficial Ra (media aritmética de la rugosidad) en el

[0024] Los valores de Ra se estiman de acuerdo con la norma DIN EN ISO 4288 (1998-04) o con “Tabellenbuch Metall” de VERLAG EUROPA LEHRMITTEL, Haan-Gruiten 43, edición de 2005, página 99. Los valores numéricos de Ra se interpretan como rugosidades en el sentido del valor de la rugosidad medio aritmético con la correspondiente profundidad de la rugosidad en m. Por ejemplo, Ra= 0,4 es entonces equivalente a decir que Ra=0,4

[0025] Para mejorar la unión deslizante se fija el manguito deslizante al eje interior o al eje exterior contra un desplazamiento en la dirección axial.

[0026] Otras particularidades de la invención se describen mediante el dibujo de una forma de realización de la presente invención. Muestran:

la figura 1: una vista de perfil de un eje de dirección telescópico; la figura 2: una representación en perspectiva de un eje de dirección interior con un manguito deslizante incorporado; la figura 3: una sección longitudinal desde el lateral del eje de dirección según la figura 1; la figura 4: una representación en perspectiva de un manguito deslizante según la invención; la figura 5: una sección transversal de un eje de dirección a través del eje de dirección exterior, el manguito deslizante y el eje de dirección interior.

[0027] En la figura 1 se representa un eje 1 de dirección telescópico en una vista de perfil. El eje 1 de dirección comprende un eje 2 interior y un eje 3 exterior. El eje 2 interior tiene una sección transversal con una forma que difiere de la de un círculo (no redonda), en este ejemplo aproximadamente en forma de trébol. El eje 3 exterior tiene forma de tubo con una sección transversal libre interior que es complementaria al contorno exterior de eje de dirección interior. En sus extremos, el eje 2 interior y el eje 3 exterior portan cada uno piezas 4 de conexión comúnmente conocidas para juntas Cardan para unirlas con un mecanismo de dirección y con una columna de dirección. Se describe como ejemplo de una junta, una junta universal en la que en las piezas 4 de conexión, hechas como horquillas, se montan los brazos de una cruceta de junta (=cruceta con brazos) de forma que puedan girar desplazándose los cojinetes de las horquillas ortogonalmente. Sin embargo, se puede concebir y resulta posible conectar con las partes del eje telescópico otras juntas o también otros elementos totalmente diferentes, como, por ejemplo, directamente en un extremo un piñón para engranar con el mecanismo de dirección.

[0028] La figura 2 muestra una representación en perspectiva del eje 2 de dirección interior. El eje 2 de dirección interior soporta en este caso un manguito 5 deslizante que se coloca próximo a un extremo 6 libre del eje 2 interior abrazado al contorno externo del eje 2 y se asegura en dirección axial mediante pestañas 7, 8 de retención.

[0029] La figura 3 muestra una sección longitudinal del eje 1 de dirección de la figura 1. El eje 2 interior está hecho de material macizo. Se introduce en aproximadamente ¾ de la longitud de un espacio 8 libre en el contorno interno del eje 3 exterior. El manguito 5 deslizante está dispuesto aproximadamente centrado en la zona de cubierta entre el eje 2 interior y el eje 3 exterior. El extremo 6 libre del eje 2 de dirección interior se encuentra a una cierta distancia del extremo del espacio 8 libre.

[0030] La figura 4 muestra una vista en perspectiva del manguito 5 deslizante. El manguito 5 deslizante tiene una sección transversal que se corresponde aproximadamente con el contorno, en el ejemplo de realización es un contorno en forma de trébol, del eje 2 interior y del eje 3 exterior.

[0031] El manguito 5 deslizante está formado como componente de sección transversal uniforme con dos superficies 13 paralelas, frontales orientadas perpendicularmente al eje 12 central. El manguito 5 deslizante presenta en su cara externa una superficie 10. Al menos en una parte de la superficie 10 se aplica un lubricante 11. Preferentemente se reviste con el lubricante tota la parte de la superficie 10 que está en contacto, cuando quedan montados los elementos, con la superficie del eje 3 exterior que está orientada hacia el manguito 5 deslizante (superficie interna). Debido a la rugosidad superficial del manguito 5 deslizante, el lubricante 11 se mantiene en la zona de contacto también después de la introducción del eje 2 interior con el manguito 5 montado en el hueco del eje 3 exterior.

[0032] La figura 5 muestra una sección a través del eje de dirección de la figura 1 y de la figura 3 a lo largo de una línea V-V de la figura 3. El eje 3 exterior se dispone de forma coaxial con respecto al eje 2 interior y el manguito 5 deslizante. En zonas 9 específicas del perfil, el eje 3 exterior tiene una forma complementaria a la del eje 2 interior. Cuando están montados, las zonas que durante el funcionamiento transmiten par, están en contacto con las zonas provistas de lubricante 11 del manguito 5 deslizante. En el resto de las zonas ventajosamente no se produce contacto, o es insignificante, entre el eje 3 exterior y el manguito 5 deslizante. En este caso, se puede aplicar lubricante sobre el manguito 5 deslizante pero no es imprescindible.

[0033] Durante el funcionamiento posterior, es posible unir solidariamente para que giren juntos el eje 1 de dirección con las piezas 4 de conexión a través de las juntas Cardan por una parte con una columna de dirección y por otra parte con el árbol primario de un mecanismo de dirección. Los movimientos de la carrocería derivan entonces en un movimiento axial de las juntas Cardan que se acercan o se alejan una de otra de tal forma que se necesita un movimiento telescópico del eje 2 interior con respecto al eje 3 exterior. El manguito 5 deslizante se sujeta, de forma que apenas se mueva por lo menos con respecto al eje 2 interior. Por tanto realiza también un movimiento telescópico con respecto al eje 3 exterior. Las zonas provistas de lubricante 11 entran entonces en contacto con la superficie interna del eje 3 exterior. El llamado efecto de agarre-deslizamiento (“slip-stick”) se produce entonces siempre al empezar el desplazamiento. Entonces se produce un cambio entre rozamiento estático y rozamiento dinámico que deriva en el efecto de agarre-deslizamiento no deseado. Gracias a la elección según la invención del material del manguito 5 deslizante se puede disminuir el efecto de agarre-deslizamiento. Otra mejora adicional se consigue mediante la aplicación del lubricante según la invención sobre las superficies de contacto móviles una con respecto a otra entre el manguito 5 deslizante y la superficie interna del eje 3 exterior. El efecto de agarre-deslizamiento se reduce todavía más si el eje exterior se elige de acero y la superficie interior, al menos en la zona de contacto, tiene una rugosidad Ra en el intervalo de 0,2 m a 0,6 m, o preferentemente en el entorno de 0,4 m.

[0034] La invención comprende también el caso inverso en el que se aplica lubricante sobre el manguito deslizante en las zonas que están dispuestas en su superficie interna. De manera correspondiente se introduce el manguito deslizante en el eje 3 exterior y a continuación se le da el lubricante. El manguito deslizante se inmoviliza axialmente en este caso ventajosamente contra un desplazamiento con respecto al eje exterior, mientras que se permite el desplazamiento axial entre el manguito 5 deslizante y el eje 2 interior.

[0035] Para la invención no es necesario fijar el manguito en la dirección de deslizamiento (dirección del movimiento telescópico) con respecto a uno de los dos árboles aun cuando esto no sea preferible.

[0036] Con la invención es posible además conseguir una vida útil muy larga de la unión deslizante con un número muy elevado de deslizamientos relativos ya que la componente de fuerza axial de la diferencia entre las fuerzas al pasar entre rozamiento estático y rozamiento dinámico es menor que 10 N dentro de un tiempo de deslizamiento de 0,01 segundos.

Leyenda de los números de referencia [0037]

1 Eje de dirección 2 Eje interior 3 Eje exterior 4 Pieza de conexión para junta Cardan 5 Manguito deslizante 6 Extremo libre 7 Pestaña de retención 8 Pestaña de retención 9 Zona de perfil 10 Zona de la superficie 11 Lubricante 12 Eje central 13 Superficies frontales

Claims

REIVINDICACIONES

1. Eje (1) de dirección telescópico con un eje (2) interior y un eje (3) exterior que están dispuestos coaxialmente entre sí y que presentan una sección transversal no circular para la transmisión de par, estando previsto entre el eje

(3) exterior y el eje (2) interior un espacio intermedio, en el que está dispuesto un manguito (5) deslizante de material plástico termoplástico o que contiene un material de este tipo, que presenta una superficie interior y una superficie exterior, caracterizado por que el manguito deslizante se compone de una mezcla que contiene el material PEEK y además los materiales PTFE con un porcentaje en volumen en el intervalo del 7% al 13% y grafito con un porcentaje en volumen en el intervalo del 7% al 13% y fibras de carbono con un porcentaje en volumen del 25% al 35% y por que adicionalmente está dispuesto un lubricante (11) con una viscosidad dinámica en el intervalo de 2000 mPa*s a 4000 mPa*s a una temperatura de 25ºC y en el intervalo de 600 mPa*s a 1200 mPa*s a una temperatura de 80ºC y en el intervalo de 150000 mPa*s a 220000 mPa*s a una temperatura de -20ºC en el contacto deslizante entre el manguito (5) deslizante y el eje (3, 2) exterior y/o interior.
2.

Eje de dirección telescópico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que el manguito (5) deslizante se fabrica por un procedimiento de moldeo por inyección o de extrusión.
3.

Eje de dirección telescópico de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que el lubricante (11) presenta una viscosidad dinámica en el intervalo de 2500 mPa*s a 3500 mPa*s a una temperatura de 25ºC y en el intervalo de 800 a 1000 mPa*s a una temperatura de 80ºC y en el intervalo de 190000 mPa*s a 200000 mPa*s a una temperatura de -20ºC.
4.

Eje de dirección telescópico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que el eje (3) exterior se compone del material acero y presenta una rugosidad Ra en su superficie orientada hacia el manguito en el intervalo de 0,2 m a 0,6 m, preferentemente en el entorno de 0,4 m.
5.

Eje de dirección telescópico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que el eje (2) interior se compone del material acero y presenta una rugosidad Ra en su superficie orientada hacia el manguito en el intervalo de 0,2 m a 0,6 m, preferentemente en el entorno de 0,4 m.
6.

Eje de dirección telescópico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el manguito

(5) deslizante está fijado al eje (2) interior contra un desplazamiento en la dirección axial.
7. Eje de dirección telescópico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado por que el manguito

(5) deslizante está fijado al eje (3) exterior contra un desplazamiento en la dirección axial.