ES2564285T3

ES2564285T3 - Columna de dirección con elementos compuestos de fibras producidos en un procedimiento de trenzado

Info

Publication number: ES2564285T3
Application number: ES13720223.0T
Authority: ES
Inventors: Thomas Heitz; Sebastian Regner; Arne Schacht
Original assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Current assignee: ThyssenKrupp Presta AG
Priority date: 2012-03-20
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2016-03-21
Anticipated expiration: 2033-03-11
Also published as: EP2828140A1; CN104470789A; DE102012005434B3; WO2013139447A1; US9365233B2; CN104470789B; PL2828140T3; EP2828140B1; US20150047456A1

Abstract

Columna de dirección (101) para un vehículo de motor con un husillo de dirección (102) montado de forma giratoria en una unidad de cojinete de husillo de dirección (104) y con una grapa de guiado (105) para unir la unidad de cojinete de husillo de dirección (104) a una carrocería del vehículo de motor, en donde al menos una pieza constructiva de las columnas de dirección (101) está formada al menos en parte por un material compuesto reforzado con fibras, en donde la pieza constructiva está dispuesta en arrastre de fuerza de la columna de dirección (101) entre el husillo de dirección (102) y la carrocería, caracterizada porque la pieza constructiva presenta un núcleo de trenzado (1, 10, 30) de paredes finas correspondiente a la forma de la pieza constructiva de un material termoplástico, alrededor del cual está trenzado un material de fibras, en donde el núcleo de trenzado (1, 10, 30) está producido en un procedimiento de moldeo por inyección,

Description

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DESCRIPCION

Columna de direccion con elementos compuestos de fibras producidos en un procedimiento de trenzado

La presente invencion se refiere a una columna de direccion para un vehnculo de motor con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 1, asf como un procedimiento para producir una columna de direccion con las caractensticas del preambulo de la reivindicacion 12.

Las columnas de direccion para vehnculos de motor son grupos constructivos con varias partes, en los que un husillo de direccion o un arbol de direccion, esta montado en una unidad de cojinete. La propia unidad de cojinete esta montada con frecuencia de forma que puede bascular con relacion a una consola, de tal manera que es posible un ajuste en altura del volante. Ademas de esto, con frecuencia tambien esta prevista una unidad telescopica de la columna de direccion para graduar axialmente la posicion del volante. La propia consola esta fijada a la carrocena del vehnculo de motor. La graduacion en altura y la graduacion axial de la columna de direccion pueden realizarse electromecanicamente o solo mecanicamente. La columna de direccion es ademas soporte de numerosos elementos funcionales, que pueden comprender componentes electronicos como brazos de mando y pulsadores de mando sobre el volante, asf como componentes electromecanicos como la cerradura de encendido. Por ello, las columnas de direccion son grupos constructivos complejos en los vehnculos de motor modernos.

Las columnas de direccion no solo deben asegurar las funciones mecanicas, que son necesarias para el proceso de direccion, sino que en el caso de una colision deben mantener reducido el riesgo de lesiones para el conductor mediante una deformacion y una absorcion de energfa definidas con precision. Esta tarea esta en contradiccion con un requisito basico en la construccion de vehnculos de motor, segun el cual los componentes utilizados deben presentar el menor peso posible, para mantener reducido el peso total del vehnculo.

Con este fin es conocido producir componentes aislados de vehnculos, como columnas de direccion de vehnculos de motor, con un material compuesto reforzado con fibras.

La patente alemana DE 698 10 553 T2 muestra una columna de direccion graduable con un dispositivo de bloqueo, que presenta un segmento dentado de un material plastico reforzado con fibras de vidrio.

Del documento DE 10 2004 025 245 A1 se conoce un travesano hnbrido de un vehnculo de motor, con la utilizacion de material compuesto de fibras.

El documento WO 99/03716, que debe considerarse generico, muestra un absorbedor de energfa para vehnculos de motor que esta fabricado con un material de fibras.

La patente US 5 632 940 muestra una manivela de pedal de bicicleta de material compuesto de fibras.

Se conocen tambien procedimientos para producir partes de vehnculos de motor a partir de un trenzado de fibras de carbono, por ejemplo de la patente alemana DE 102 59 593 B4, en la que se describe un procedimiento de trenzado, que hace posible un refuerzo del trenzado de fibras de carbono en zonas espedficas mediante la inversion del sentido de trabajo durante el proceso de trenzado.

Del documento EP 0 091 671 A2 se conoce una columna de direccion, con un segmento de columna de direccion ngido y una parte tubular flexible al unir por recalcado la columna de direccion, que presenta una estructura de rejilla, en donde al menos la parte tubular esta formada junto con el segmento de columna de direccion de forma enteriza con material plastico reforzado con fibras de vidrio.

La publicacion para informacion de solicitud de patente alemana DE 102 42 527 A1 revela asimismo una columna de direccion para un vehnculo de motor, en donde el soporte de montaje y la carcasa de apoyo de columna de direccion estan formados, al menos en parte, con un material compuesto reforzado con fibras.

Partiendo de este estado de la tecnica, la tarea de la presente invencion consiste en crear una columna de direccion en la que unos elementos constructivos conformados de forma compleja se rigidicen mediante refuerzo de fibras con un material compuesto, de tal manera que una pieza perfilada en sf misma no suficientemente estable de forma obtenga mediante un material compuesto de fibras, con un peso en total menor, las necesarias caractensticas mecanicas. Ademas de esto, la tarea de la presente invencion consiste en proporcionar un procedimiento con el que puedan producirse elementos constructivos de una columna de direccion de vehnculo de motor en la forma requerida, en donde el procedimiento debe ser apropiado para una produccion en serie.

Debido a que, en el caso de una columna de direccion para un vehnculo de motor con un husillo de direccion montado de forma giratoria en una unidad de cojinete de husillo de direccion y con una grapa de guiado para unir la unidad de cojinete de husillo de direccion a una carrocena del vehnculo de motor, en donde al menos una pieza

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constructiva de la columna de direccion esta formada al menos en parte por un material compuesto reforzado con fibras, esta previsto ademas que una pieza constructiva presente un nucleo de trenzado correspondiente a la forma de la posterior pieza constructiva de un material plastico de paredes finas, alrededor del cual esta trenzado un material de fibras, y debido a que el nucleo de trenzado esta producido en un procedimiento de moldeo por inyeccion, el nucleo de trenzado puede permanecer en la pieza constructiva acabada.

La pieza constructiva es de forma preferida un elemento de la columna de direccion a acabar posteriormente, que soporta el husillo de direccion indirecta o directamente.

Si esta previsto ademas que el nucleo de trenzado contenga elementos funcionales inyectados, estos elementos funcionales ya existen despues del trenzado alrededor y no es necesario agregarlos posteriormente. Elementos funcionales pueden ser a este respecto bridas de fijacion, grnas, limitaciones al movimiento o tambien sujeciones para haces de cables, etc. A este respecto es tambien concebible y posible integrar elementos funcionales para el contactado electrico de amortiguadores de vibraciones activos o pasivos en el nucleo de trenzado. Los elementos de fijacion son de forma preferida piezas curvadas estampadas, que se insertan en el nucleo de trenzado y se han inyectado alrededor en un procedimiento de moldeo de inyeccion. Se trata de forma preferida de bridas de chapa con aberturas, taladros o rebajos.

En la columna de direccion conforme a la invencion la grapa de guiado puede estar configurada directamente para fijarse a la carrocena del vehuculo o, indirectamente, por ejemplo a traves de una articulacion giratoria y una grapa de sujecion a la carrocena, para representar una posibilidad de graduacion.

Como materiales de fibras son especialmente apropiados fibras de carbono (= fibras de carbono) o aramida. Asimismo puede emplearse sin embargo tambien fibras de material plastico, como por ejemplo poliester o POM, asf como de vidrio, metal, ceramica o tambien de fibras naturales. Tambien es concebible y posible emplear una mezcla de diferentes fibras, en particular las enumeradas anteriormente.

En una forma de realizacion preferida la pieza constructiva es una grapa de guiado para una unidad de cojinete de husillo de direccion, que tiene una seccion transversal conformada abierta por un lado. Esta pieza constructiva puede inyectarse primero termoplasticamente como grapa de guiado con seccion transversal en forma de U, en donde este nucleo de trenzado presenta despues una reducida estabilidad natural. Antes de trenzarse alrededor, el nucleo de trenzado puede unirse a un nucleo auxiliar para simplificar la manipulacion. El nucleo de trenzado, que es sujetado por el nucleo auxiliar en esta realizacion preferida, se trenza alrededor y de este modo se refuerza exteriormente con fibras. Despues de endurecerse el material compuesto de fibras puede extraerse el nucleo auxiliar. Mediante el empleo de un nucleo auxiliar, sin embargo, tambien es concebible y posible extraer el nucleo auxiliar antes del endurecimiento completo del material de fibras. De este modo pueden ahorrarse ciclos de trabajo en un funcionamiento continuado. El material de fibras se extrae despues para dejar al descubierto el lado abierto por arriba de la grapa de guiado, en ese punto, mediante corte o fresado.

Tambien puede estar previsto producir una unidad de cojinete de husillo de direccion con un nucleo de trenzado producido termoplasticamente con poca estabilidad natural y un trenzado alrededor con un material compuesto de fibras. A este respecto el nucleo de trenzado con el material compuesto de fibras esta fabricado como pieza continuada en una longitud multiple del elemento constructivo acabado, el cual despues puede cortarse tras el endurecimiento del material compuesto de fibras en piezas individuales.

En el procedimiento conforme a la invencion estan previstos los pasos siguientes:

a) la produccion de un nucleo de trenzado sencillo, que presenta fundamentalmente la geometna de la pieza constructiva a representar;

b) fijacion del nucleo de trenzado sobre su nucleo auxiliar;

c) trenzado de las fibras alrededor del nucleo de trenzado;

d) endurecimiento de una resina sintetica o de un material termoplastico en la estructura de fibras, para conseguir un endurecimiento del material compuesto y una union interna al nucleo de trenzado;

e) en las piezas constructivas, que estan conformadas en un lado longitudinal deben conformarse abiertas o parcialmente abiertas, despues del endurecimiento realizado en el paso d), apertura de este lado mediante corte o fresado.

Ademas de esto puedes estar previsto extraer el nucleo de trenzado despues del endurecimiento en el paso d. Puede estar previsto de forma preferida fabricar varios elementos constructivos similares en un proceso de produccion, por medio de que se utilice un perfil continuado como nucleo de trenzado en el paso a y, en otro paso de procedimiento, despues del endurecimiento y se divida la pieza de trabajo asf producida en partes individuales.

En las piezas constructivas que deben estar conformadas abiertas o parcialmente abiertas en un lado longitudinal, esta previsto abrir ese lado mediante corte o fresado despues del endurecimiento. Esta variante de procedimiento tiene la ventaja de que el proceso de fabricacion relativamente sencillo del trenzado alrededor por todos lados con el material de fibras puede llevarse a cabo tambien en el lado posteriormente abierto, y de que despues del 5 endurecimiento puede crearse la estructura deseada, en donde pueden conseguirse la forma y la resistencia deseadas de forma similar a en los elementos constructivos alrededor de los cuales se ha trenzado en todo el volumen. A este respecto puede estar previsto cubrir las esquinas de separacion de las fibras mediante una resina o un adhesivo, para dificultar adicionalmente un destrenzado posterior de las fibras.

Para el montaje y el funcionamiento en la columna de direccion del vetuculo de motor es ventajoso que los 10 elementos funcionales, en particular en forma de piezas curvadas estampadas, puedan incorporarse en el nucleo de trenzado o unirse al nucleo de trenzado. Una forma de realizacion especialmente sencilla preve que se inserten piezas flexibles estampadas en forma de bridas o tiras en el molde, que esta previsto para producir el nucleo de trenzado, y que estas piezas constructivas se inyecten despues alrededor en un procedimiento de moldeo por inyeccion y de este modo se unan sin de forma imperdible al nucleo de trenzado.

15 El proceso de trenzado se realiza de forma preferida de tal manera, que los ramales de fibras individuales se trenzan durante el proceso de trenzado sobre el nucleo de trenzado, alrededor de los elementos funcionales, de tal manera que los elementos funcionales sobresalen entre los ramales de fibras individuales del material de fibras por encima de la superficie posterior. A este respecto puede estar previsto que los elementos funcionales ya esten dispuestos en el nucleo de trenzado de tal manera, que en el posterior proceso de trenzado este situados entre los 20 ramales de fibras individuales. Los ramales de fibras pueden ser guiados con un angulo de aproximadamente 20° a 85° con relacion al eje longitudinal de la pieza constructiva. Despues pueden estar dispuestos los elementos funcionales con unos angulos correspondientes respecto al eje longitudinal de la pieza constructiva. Ademas de esto pueden estar previstos unos llamados hilos estacionarios, que estan orientados con un angulo muy pequeno de aproximadamente 0°, o con un angulo en un margen de 0° a 3° respecto al eje longitudinal, y estan dispuestos 25 sobre la superficie del nucleo de trenzado y son arrastrados en el trenzado.

A continuacion se describe con mas detalle un ejemplo de realizacion de la presente invencion, con base en el dibujo. Aqrn muestran:

la figura 1: un nucleo de trenzado en la geometna de una unidad de cojinete de husillo de direccion con elementos funcionales laterales;

30 la figura 2: un nucleo de trenzado tubular, que comprende varias unidades de husillo de direccion consecutivas;

la figura 3: al nucleo de trenzado de la figura 2 en una representacion esquematica durante el trenzado alrededor con un material de fibras;

la figura 4: el nucleo de trenzado de la figura 3 en un estado de trenzado alrededor casi completo;

la figura 5: el nucleo de trenzado de la figura 4 con el material de fibras aplicado encima una vez finalizado el 35 proceso de trenzado, en un molde abierto con dos partes;

la figura 6: el molde de la figura 5 en estado de cierre con pieza de trabajo insertada dentro;

la figura 7: la pieza de trabajo extrafda del molde de la figura 6 despues del endurecimiento, con dispositivo de separacion indicado esquematicamente para separar las unidades de cojinete de husillo de direccion;

la figura 8: un nucleo de trenzado para una grapa de guiado para unir la unidad de cojinete de husillo de direccion 40 a la carrocena de un vetuculo de motor;

la figura 9: un nucleo de trenzado para la grapa de guiado de la figura 8 en otra exposicion en perspectiva;

la figura 10 la grapa de guiado de la figura 9 con material de fibras circundante, en donde sobresalen unos elementos funcionales por encima del material de fibras trenzado;

la figura 11: la grapa de guiado de la figura 10 en una exposicion esquematica, una vez terminado el 45 endurecimiento del material compuesto de fibras;

la figura 12: la grapa de guiado de la figura 11 con material de fibras parcialmente cortado en el lado superior visible de la grapa de guiado; asf como

la figura 13: la grapa de guiado de la figura 12 con material compuesto de fibras completamente extrafdo en la zona del lado superior abierto; asf como

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la figura 14: la grapa de guiado de la figura 10 en una representacion esquematica de un paso de preparacion para separar el material compuesto de fibras;

la figura 15: una forma de realizacion para una columna de direccion conforme a la invencion; la figura 16: otra vista de la columna de direccion de la figura 15.

Las figuras 15 y 16 ilustran una columna de direccion 101 conforme a la invencion, que comprende un husillo de direccion 102 que esta montado de forma que puede girar alrededor de su eje de giro 103 en una unidad envolvente 104 (llamada a partir de ahora tambien unidad de cojinete de husillo de direccion 104). La unidad envolvente 104 es guiada en una grapa de guiado 105 de forma que puede desplazarse a lo largo del eje longitudinal 103 del husillo de direccion. La parte de sujecion 107 puede fijarse en los puntos de fijacion 108 a la carrocena no representada. El movimiento giratorio iniciado por un conductor al husillo de direccion 102, a traves de un volante (no representado), se aplica al engranaje de direccion no representado a traves de una articulacion cardan 109 y otras partes de arbol de direccion 110. Para aumentar la comodidad del conductor puede graduarse la columna de direccion en su altura en la direccion de graduacion 111 y en su longitud en la direccion de graduacion 112. Para esto esta previsto un mecanismo de fijacion 113, que comprende un aparato de tension conocido en el estado de la tecnica. El aparato de tension presenta un perno de tension 114, un mecanismo de levas 115, un cojinete de empuje 116 y una palanca de tension 117. Mediante la rotacion de la palanca de tension 117 se hacen rotar las dos levas del mecanismo de levas 115 una respecto a la otra y se contraen las gualderas laterales 107, 107a, con lo que se realiza un arriostramiento en union por friccion de las gualderas laterales 107a, 107b de la parte de sujecion 107 con las superficies laterales de la grapa de guiado 105 y, a su vez, con superficies laterales de la unidad envolvente 104.

El perno de tension 114 atraviesa unos orificios rasgados en las gualderas laterales 107a, 107b de la parte de sujecion 107 y unos orificios en las superficies laterales 105a, 105b de la grapa de guiado 105. El mecanismo de levas 115 esta dispuesto en uno de los extremos del perno de tension 114 y el cojinete de empuje 116 esta dispuesto en el otro extremo del perno de tension. Las gualderas laterales 107a, 107b asf como las superficies laterales 105a, 105b y la unidad envolvente 104 estan dispuestas entre el mecanismo de levas 115 y el cojinete de empuje 116.

Mediante el giro de la palanca de ajuste 117 puede conmutarse el sistema de fijacion 113 a eleccion a una posicion abierta o a una posicion cerrada. En la posicion abierta el husillo de direccion 102, respectivamente el volante fijado al mismo (no representado en las figuras), puede graduarse en su posicion, en particular desplazarse en la direccion longitudinal 112 y en la direccion en altura o direccion en inclinacion 111. En la posicion cerrada del sistema de fijacion 113 la columna de direccion esta fijada en su posicion. Las columnas de direccion de este tipo son conocidas en el estado de la tecnica.

Con el ejemplo de una unidad de cojinete de husillo de direccion 104 se ilustra en las figuras 1 a 7 la exposicion de la unidad de cojinete de husillo de direccion con material de fibras, que esta trenzado alrededor de un nucleo de trenzado, en donde las figuras estan representadas en parte muy esquematizadas.

Con el ejemplo de una grapa de guiado 105 se ilustra en las figuras 8 a 14 la exposicion de la grapa de guiado con material de fibras, que esta trenzado alrededor de un nucleo de trenzado, en donde las figuras estan representadas en parte muy esquematizadas.

En la figura 1 se ha representado un nucleo de trenzado 1 para una unidad de cojinete de husillo de direccion 104. El nucleo de trenzado 1 presenta un asiento de cojinete delantero 2 y un asiento de cojinete trasero 3, entre los cuales se extiende una pared 4 tubular, fundamentalmente octogonal. Por encima de la pared 4 sobresalen hacia fuera unos elementos funcionales, las grnas 5, un tope 6 y fijador 7a y pieza suplementaria 7b con escotadura 7c para un bloqueo de recorrido a fijar posteriormente (no representado).

El nucleo de trenzado 1 se ha fabricado en un procedimiento de moldeo por inyeccion. Para ello se han prefabricado los elementos funcionales como piezas de chapa (piezas curvadas estampadas) y se han insertado en un molde de moldeo de inyeccion. La cavidad de molde del molde de moldeo por inyeccion se corresponde con el nucleo de trenzado 1 representado en al figura 1. Despues del moldeo por inyeccion y del desmoldado se obtiene el elemento constructivo representado en la figura 1 que, a causa de un reducido grosor de pared y a causa del ligero material de moldeo por inyeccion poco ngido en este molde, todavfa no puede usarse como unidad de cojinete de husillo de direccion. En el molde se han practicado unas escotaduras 4a siempre que sea economico, con una resistencia suficiente, para ahorra material y peso. Esto se hace posible por medio de que las rigideces exigidas se consiguen mediante el trenzado alrededor y no es necesario que las proporcione el nucleo de trenzado. Las escotaduras pueden estar configuradas como orificios de paso o como taladros ciegos. Los taladros ciegos tienen la ventaja de que el interior puede obturarse mas facilmente con respecto al entorno exterior, lo que es ventajoso para subsiguientes pasos de procedimiento.

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La figura 2 muestra esquematicamente un nucleo de trenzado 10, que comprende en total cuatro unidades dispuestas consecutivamente. Las unidades estan estructuradas fundamentalmente de forma identica. Cada una de las cuatro unidades se corresponde fundamentalmente con el nucleo de trenzado 1 de la figura 1. El nucleo de trenzado 1 presenta unos elementos funcionales que sobresalen hacia fuera, que solo se han representado esquematicamente como pivotes 1. Se configuran, insertan y fabrican de forma similar a los elementos funcionales 5, 6 y 7a, 7b, 7c de la figura 1.

En la figura 3 se ha representado un paso de procedimiento, en el que alrededor del nucleo de trenzado 10 se trenza un llamado “overbraiding” con un material de fibras en un gran numero de ramales de fibras. Una maquina de trenzado 12 entrega una cantidad de ramales de fibras 13, que se colocan segun un procedimiento conocido alrededor del nucleo de trenzado 10. Este procedimiento es por ejemplo la base del documento DE 102 59 593 B4, citado como estado de la tecnica. El proceso de trenzado se realiza en la direccion de un eje longitudinal 14 del nucleo de trenzado 10 desde el lado frontal del nucleo de trenzado 10 vuelto hacia el observador. Los haces de fibras 13 se colocan con ello sobre la superficie exterior del nucleo de trenzado 11 y se tienden alrededor de los elementos funcionales 11, de tal manera que los elementos funcionales 11 sobresalen hacia fuera a traves de la superficie de envuelta exterior de las fibras trenzadas.

La figura 4 muestra otro paso de procedimiento, en el que alrededor del nucleo de trenzado 10 se ha trenzado por completo material de fibras. El trenzado obtenido esta situado en el lado exterior del nucleo de trenzado 10. La maquina de trenzado 12 ha llegado al extremo del nucleo de trenzado 10 alejado del observador. Allf se cortan los haces de fibras 13. El nucleo de trenzado 10 con el trenzado situado encima se presenta a continuacion como producto intermedio del procedimiento de produccion. En la practica la maquina de trenzado esta de pie, mientras que la pieza de trabajo se transporta en la direccion del eje longitudinal.

La figura 5 muestra como el nucleo de trenzado 10 se ha insertado en un moldeo 15, en el estado en el que se desprende del paso de procedimiento representado en la figura 4. El molde 15 tiene dos partes, con un lado inferior 16 y un lado superior 17. El lado superior 17 presenta una cavidad de molde 18 aproximadamente semicilmdrica. El lado inferior de molde 16 presenta una cavidad de molde 19 correspondiente aproximadamente semicilmdrica. El nucleo de trenzado 10 con el trenzado que lo rodea esta insertado en la cavidad de molde 19. Puede reconocerse ademas que el lado superior de molde 17 presenta a modo de ejemplo dos aberturas de relleno 20, a traves de las cuales puede accederse desde fuera a la cavidad de molde y que hacen posible un flujo de entrada de resina y un flujo de salida de aire.

La figura 6 muestra el molde 15 con nucleo de trenzado introducido en el estado de cierre. La cavidad de molde rodea por completo el nucleo de trenzado. Mediante las tubenas 21 puede introducirse material de resina sintetica en la cavidad de molde. El material de resina sintetica puede penetrar despues en el trenzado, en la cavidad de molde, por el lado exterior del nucleo de trenzado. A este respecto estan previstos ventajosamente unos medios que impiden la entrada de resina sintetica en el interior del nucleo de trenzado. A continuacion se endurece la resina sintetica. Esto puede realizarse qmmica o termicamente. En este ultimo caso el molde 15 puede calentarse de forma preferida. Alternativamente el endurecimiento puede realizarse tambien mediante calentamiento ultrasonico o con radiacion UV. Para esto deben estar previstos en el molde 15 unos medios correspondientes, por ejemplo unos sonotrodos ultrasonicos o unas lamparas UV con unas zonas de molde correspondientemente permeables a la UV, para que la luz UV pueda alcanzar la pieza de trabajo. Tambien es concebible y posible una combinacion entre varios de estos procedimientos de endurecimiento citados.

En la figura 7 puede verse el nucleo de trenzado 10 con elementos funcionales 11, en el estado tal y como se presenta despues del endurecimiento del material sintetico y despues de desprenderse del molde 15. El nucleo de trenzado 10 presenta, como se ha descrito anteriormente, varias unidades constructivamente iguales, que se alinean en la direccion del eje longitudinal. Con un dispositivo de separacion 22 se divide a continuacion el nucleo de trenzado 10 transversalmente a su eje longitudinal 14 en unos puntos previstos 23, para obtener unas piezas constructivas individuales que, en ultimo termino, se corresponden con la pieza constructiva de la figura 1. Frente a la pieza constructiva de la figura 1, que solo representa el nucleo de trenzado, mediante el trenzado alrededor y el endurecimiento de la resina sintetica sobre la superficie exterior, sin embargo, se obtiene una pieza constructiva de un material compuesto que, con un peso reducido, presenta una resistencia que hace posible la utilizacion de la pieza constructiva en un vehmulo de motor como unidad de cojinete de husillo de direccion. Los elementos funcionales 5, 6 se usan para fijar elementos de colision y los elementos funcionales 7a, 7b y 7c se usan para fijar elementos constructivos para un bloqueo de recorrido. Tambien pueden estar previstas instalaciones para sujetar cables electricos. Los elementos funcionales 11 se usan ventajosamente para apoyar el proceso de separacion como ayuda al posicionamiento y/o medios de sujecion.

La figura 8 muestra un nucleo de trenzado 30 para una grapa de guiado, que debe ser adecuada para unir una unidad de cojinete de husillo de direccion (por ejemplo conforme a la figura 1) a la carrocena de un vehmulo de motor. De forma correspondiente al ejemplo de realizacion mostrado, la union a la carrocena se realiza a traves de

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una articulacion giratoria en el eje de basculamiento 106 y a traves de la grapa de sujecion 107. Sin embargo, tambien es concebible y posible fijar la grapa de guiado con unos medios de fijacion correspondientes directamente a una carrocena de un vehuculo de motor. El nucleo de trenzado 30 esta fabricado tambien en este ejemplo de realizacion como pieza de moldeo por inyeccion, en donde esta fabricada una pared 31 de un material termoplastico de paredes finas y soporta unos elementos funcionales, que p.ej. comprenden rafles de guiado 32, tope 33 y sujetacables 34.

Para la fabricacion los elementos funcionales 32, 33 y 34 se han introducido, en forma de piezas curvadas estampadas, en la cavidad de molde de un molde de moldeo por inyeccion correspondiente. Mediante la inyeccion del material termoplastico se ha fabricado despues la pared 31, que esta unida mediante la aportacion de material a lo elementos funcionales y, de este modo, forma el nucleo de trenzado 30. El nucleo de trenzado 30 no es apropiado, a causa de sus paredes finas y de las caractensticas del material del material termoplastico en el molde presente, para utilizarse en una columna de direccion de un vehuculo de motor como pieza constructiva. Tambien aqrn pueden estar previstas unas escotaduras 31a, para ahorrar material y peso.

La figura 9 muestra el nucleo de trenzado 30 de la figura 8 en otra exposicion en perspectiva. Los elementos constructivos iguales llevan las mismas cifras de referencia.

El nucleo de trenzado 30 presenta en una seccion transversal, aproximadamente en la zona de los topes 33, una conformacion de seccion transversal en forma de U, que esta limitada por un lado inferior y dos paredes laterales y que en la exposicion de la figura 9 esta abierta por arriba. Los rafles de guiado 32 estan unidos todavfa a unas mordazas de apriete 35 o dispuestos cerca de las mordazas de apriete 35. Las mordazas de apriete 35 estrechan la seccion transversal interna del nucleo de trenzado 30 por un extremo. Complementan la conformacion de seccion transversal del nucleo de trenzado 30 en esta zona, para formar un octogono abierto por arriba. En este octogono puede implantarse una unidad de cojinete de husillo de direccion, por ejemplo segun la figura 1. La unidad de cojinete de husillo de direccion es despues telescopica en direccion longitudinal, es decir, en la direccion de un eje longitudinal 36 del nucleo de trenzado 30, con lo que se consigue una graduacion axial de un volante no representado. Esta estructura es conocida basicamente. Las mordazas de apriete 35 se usan, con un elemento de apriete dispuesto transversalmente al eje longitudinal 35, para el enclavamiento con apriete de la unidad de cojinete de husillo de direccion en la grapa de guiado 105.

Las mordazas de apriete 35 pueden ser tambien elementos funcionales, que para la produccion del nucleo de trenzado pueden insertarse ya en el molde de moldeo por inyeccion y que despues se unen al material plastico mediante el proceso de moldeo por inyeccion.

Para la mecanizacion ulterior del nucleo de trenzado 30 esta previsto un trenzado alrededor con un trenzado de fibras, de forma preferida con fibras de carbono, como se indica en las figuras 3 y 4 para la unidad de cojinete de husillo de direccion.

La figura 10 muestra el nucleo de trenzado 30 despues de la colocacion encima del trenzado de fibras. Puede reconocerse que los elementos funcionales (topes / apoyo elastico 33, sujetacables 34) sobresalen por encima de la superficie del trenzado. Durante el proceso de trenzado se han guiado los haces de fibras de tal manera, que se tienden alrededor de las partes sobresalientes de los elementos funcionales, para estar colocados por completo sobre la superficie del material termoplastico del nucleo de trenzado 30. Los elementos funcionales sobresalen de forma que puede accederse a ellos libremente. Los haces de fibras, con los que se crea el trenzado, estan tendidos de forma continuada alrededor del nucleo de trenzado 30. Por ello abrazan tambien el lado superior abierto visible en la figura 9 y forman, de este modo, un trenzado fundamentalmente tubular que rodea el nucleo de trenzado 30 como una superficie envolvente.

Tambien para la exposicion de una grapa de guiado puede insertarse la pieza en bruto trenzada en un molde, impregnarse con resina sintetica ya continuacion endurecerse y desmoldarse, analogamente al modo de proceder ya descrito para la unidad de cojinete de husillo de direccion. Para impedir la entrada de resina en la cavidad puede o bien estar cerrado el nucleo de trenzado, lo que no se ha representado aqrn, o estar previsto un elemento de herramienta adicional, que rellena o apantalla la cavidad a configurar y de este modo impide una entrada de resina sintetica.

La figura 11 ilustra esquematicamente, que desde un deposito de reserva 36 se inyecta un material de resina sintetica sobre un segmento de borde en el trenzado. El segmento de borde es a este respecto la zona que, despues del recorte de la pieza constructiva previsto a continuacion, forma el borde 37. Mediante la inyeccion alrededor con material de resina sintetica se pretende impedir un destrenzado de la pieza constructiva acabada sobre este borde 37. Despues del endurecimiento de la resina que circunda las fibras y de la resina sobre el segmento de borde se obtiene una estructura tubular, que representa una envuelta exterior del nucleo de trenzado 30. Esta estructura tubular esta cerrada en el lado superior entre por ejemplo los sujetacables 34. Esto no es

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deseable en el caso de la grapa de guiado representada en el ejemplo, para una columna de direccion de un vehuculo de motor.

En la figura 12 se ha indicado por ello, que a lo largo de un borde 37 con una herramienta de separacion 38 se corta o divide el material compuesto de fibras por el lado superior del nucleo de trenzado 30, para abrir el lado superior del nucleo de trenzado 30 visible en la figura 9. El material compuesto de fibras se extrae con esta finalidad. Como herramienta de separacion 38 es a este respecto adecuado un cuchillo de separacion o tambien un rayo laser. En la figura 13 se ha representado por ultimo el producto final del proceso de fabricacion. Los pasos de procedimiento descritos producen un nucleo de trenzado 30 con elementos funcionales y una capa que circunda exteriormente el nucleo de trenzado, de un material compuesto de fibras que rodea el nucleo de trenzado 30, que esta unido internamente al nucleo de trenzado 30 mediante la aportacion de material y que estabiliza el nucleo de trenzado 30 hasta tal punto, que se obtiene una pieza constructiva con la resistencia adecuada. El procedimiento y los materiales utilizados conducen a un resultado, en el que la pieza constructiva asf producida es especialmente ligera como en el caso de la unidad de cojinete de husillo de direccion.

Mediante una exposicion apropiada del nucleo de trenzado puede representarse tambien la grapa de guiado, como puede verse en los ejemplos, en forma de unidades dispuestas unas detras de otras. La division se realiza despues del endurecimiento de la resina, con la que se impregnan previamente las fibras trenzadas unas con otras.

Con el procedimiento descrito pueden producirse tambien otras piezas constructivas de una columna de direccion de vehuculo de motor. Para esto es fundamental que en primer lugar se fabrique un nucleo de trenzado mas ligero, aunque mecanicamente todavfa no apropiado como pieza constructiva en un procedimiento de moldeo por inyeccion con elementos funcionales encajados, que alrededor de este nucleo de trenzado se trence un trenzado de fibras, de forma preferida de fibras de carbono, y que el nucleo de trenzado se estabilice despues, por medio de que en el trenzado se endurezca un material sintetico. El material sintetico puede insertarse a este respecto, como en los ejemplos de realizacion descritos, despues del trenzado alrededor. Tambien pueden utilizarse fibras de carbono no revestidas, que para endurecerse solo tienen que calentarse y enfriarse de nuevo. En especial en estos casos puede provocarse, alternativamente a la cobertura del segmento de borde, como se ha descrito con relacion a la figura 11, tambien una reticulacion de las fibras. Un paso de procedimiento de este tipo puede verse en la figura 14. El nucleo de trenzado 30 ya trenzado alrededor se irradia despues a lo largo de un segmento de borde con un rayo laser 40 desde un laser 39 y de este modo se calienta de forma correspondiente. De este modo se realiza una reticulacion del segmento de borde. Despues de la separacion de las fibras, como puede deducirse por completo analogamente de la figura 12, el borde 37 de la pieza constructiva esta protegido mediante la reticulacion contra un destrenzado.

Claims

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REIVINDICACIONES

1. - Columna de direccion (101) para un vetuculo de motor con un husillo de direccion (102) montado de forma giratoria en una unidad de cojinete de husillo de direccion (104) y con una grapa de guiado (105) para unir la unidad de cojinete de husillo de direccion (104) a una carrocena del vetuculo de motor, en donde al menos una pieza constructiva de las columnas de direccion (101) esta formada al menos en parte por un material compuesto reforzado con fibras, en donde la pieza constructiva esta dispuesta en arrastre de fuerza de la columna de direccion (101) entre el husillo de direccion (102) y la carrocena, caracterizada porque la pieza constructiva presenta un nucleo de trenzado (1, 10, 30) de paredes finas correspondiente a la forma de la pieza constructiva de un material termoplastico, alrededor del cual esta trenzado un material de fibras, en donde el nucleo de trenzado (1, 10, 30) esta producido en un procedimiento de moldeo por inyeccion,
2. - Columna de direccion (101) segun la reivindicacion 1, caracterizada porque la pieza constructiva soporta el husillo de direccion (102) indirecta o directamente.
3. - Columna de direccion (101) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque el nucleo de trenzado (1, 10, 30) contiene elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) moldeados.
4. - Columna de direccion (101) segun la reivindicacion 3, caracterizada porque los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) se eligen de entre el grupo de las bridas de fijacion (7a, 7b, 7c), grnas (5, 32), limitaciones al movimiento (6, 33) y sujeciones (34) para haces de cables.
5. - Columna de direccion (101) segun una de las reivindicaciones anteriores 3 o 4, caracterizada porque los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) son de bridas de chapa con aberturas, taladros o rebajos.
6. - Columna de direccion (101) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque la pieza constructiva es una grapa de guiado (105) para una unidad de cojinete de husillo de direccion (104).
7. - Columna de direccion (101) segun la reivindicacion 6, caracterizada porque la grapa de guiado (105) en una zona central tiene una seccion transversal abierta por un lado situado arriba en funcionamiento.
8. - Columna de direccion (101) segun la reivindicacion 7, caracterizada porque el material de fibras se extrae para dejar al descubierto el lado abierto por arriba de la grapa de guiado (105) mediante corte o fresado.
9. - Columna de direccion (101) segun una de las reivindicaciones anteriores 1 a 5, caracterizada porque la pieza constructiva es una unidad de cojinete de husillo de direccion (104) con un nucleo de trenzado (1, 10, 30) producido termo o duroplasticamente con poca estabilidad natural y un trenzado alrededor con un material compuesto de fibras basado en material de fibras.
10. - Columna de direccion (101) segun la reivindicacion 9, caracterizada porque el nucleo de trenzado (1, 10, 30) con el material compuesto de fibras esta fabricado como pieza continuada en una longitud multiple del elemento constructivo acabado, el cual despues puede cortarse tras el endurecimiento del material compuesto de fibras en piezas individuales.
11. - Columna de direccion (101) segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizada porque los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) sobresalen de tal manera hacia fuera desde la superficie del nucleo de trenzado (1, 10, 30), que un lado plano del elemento funcional (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) esta orientado con un angulo de entre 20° y 85° con relacion al eje longitudinal (14) de la pieza constructiva.
12. - Procedimiento para producir una columna de direccion (101) para un vetuculo de motor con los pasos siguientes:

a) produccion de un nucleo de trenzado (1, 10, 30) sencillo de un material sintetico termo o duroplastico en un procedimiento de moldeo por inyeccion, en donde el nucleo de trenzado (1, 10, 30) presenta fundamentalmente la geometna de una pieza constructiva a producir de la columna de direccion (101);

b) fijacion del nucleo de trenzado (1, 10, 30) sobre un nucleo auxiliar;

c) trenzado de unas fibras adecuadas para producir un material compuesto de fibras alrededor del nucleo de trenzado (1, 10, 30);

d) establecimiento de una union interna mediante la aportacion de material al nucleo de trenzado (1, 10, 30) mediante el endurecimiento de una resina sintetica o de un material termoplastico en la zona de las fibras;

caracterizado por el paso

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e) en las piezas constructivas, que deben conformarse en un lado longitudinal, abiertas o parcialmente abiertas, despues del endurecimiento realizado en el paso d), apertura de este lado mediante corte o fresado.
13. - Procedimiento segun la reivindicacion 12, caracterizado porque esta previsto ademas el paso siguiente:

extraccion del nucleo auxiliar despues del endurecimiento realizado en el paso d).
14. - Procedimiento segun la reivindicacion 12 o 13, caracterizado porque esta previsto ademas el paso siguiente:

produccion de varios elementos constructivos similares en un proceso de produccion, por medio de que se utiliza un perfil continuado o varios nucleos individuales colocados en fila consecutivamente como nucleo de trenzado (1, 10, 30) en el paso a) y, en otro paso de procedimiento, despues del endurecimiento realizado en el paso d) se divide una pieza de trabajo asf producida en piezas constructivas individuales.
15. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores 12 a 14, caracterizado porque esta previsto ademas el siguiente paso:

integracion de elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34), que en el paso a) se han incorporado al nucleo de trenzado (1, 10, 30) o se han unido al nucleo de trenzado (1, 10, 30).
16. - Procedimiento segun la reivindicacion 15, caracterizado porque los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) se insertan en forma de piezas flexibles estampadas en el paso a) en forma de bridas o tiras en un molde, que esta previsto para producir el nucleo de trenzado (1, 10, 30), y porque las piezas flexibles estampadas se inyectan despues alrededor en un procedimiento de moldeo por inyeccion y se unen al nucleo de trenzado (1,

10, 30).
17. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores 15 a 16, caracterizado porque esta previsto ademas el siguiente paso:

realizacion del proceso de trenzado de tal manera, que los ramales de fibras (13) individuales se trenzan durante el proceso de trenzado sobre el nucleo de trenzado (1, 10, 30), alrededor de los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34), de tal manera que los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) sobresalen entre los ramales de fibras (13) individuales del material de fibras por encima de su superficie exterior.
18. - Procedimiento segun la reivindicacion 17, caracterizado porque los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c,

11, 32, 33, 34) estan dispuestos despues del paso a) en el nucleo de trenzado (1, 10, 30) de tal manera, que en el posterior proceso de trenzado estan situados entre ramales de fibras (13) individuales y en paralelo a los ramales de fibras (13).
19. - Procedimiento segun una de las reivindicaciones anteriores 12 a 18, caracterizado porque esta previsto ademas orientar los ramales de fibras (13), durante el proceso de trenzado) con unos angulos de entre 20° y 85° con relacion al eje longitudinal (14) de la pieza constructiva.
20. - Procedimiento segun la reivindicacion 19, caracterizado porque el angulo de los ramales de fibras (13) con relacion al eje longitudinal (14) de la pieza constructiva en el paso c) no es constante, sino que vana dentro de un margen con los lfmites de 20° y 85°.
21. - Procedimiento segun la reivindicacion 20, caracterizado porque los elementos funcionales (5, 6, 7a, 7b, 7c, 11, 32, 33, 34) estan dispuestos, en la zona en la que atraviesan el material compuesto de fibras, con unos angulos de entre 20° y 85° con relacion al eje longitudinal (14) de la pieza constructiva.