ES2883647T3 - Arbol de dirección para un automóvil - Google Patents
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Abstract
Árbol de dirección (1) para un automóvil, que comprende un árbol hueco (20) en el que está dispuesto coaxialmente un árbol interior (30), de forma telescópica en sentido axial, en donde al menos un cuerpo rodante (4) está alojado, por unión geométrica en sentido circunferencial y pudiendo rodar en sentido axial, en un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52) de una jaula de cuerpos rodantes (5) dispuesta entre el árbol interior (30) y el árbol hueco (20), que está dispuesta en sentido axial entre elementos de tope (24) del árbol hueco (20) que sobresalen radialmente y elementos de tope (34) del árbol interior (30) que sobresalen radialmente, en donde la jaula de cuerpos rodantes (5) presenta superficies de apoyo (54) terminales axiales que están orientadas en sentido axial hacia los elementos de tope (24, 34), y en donde la jaula de cuerpos rodantes (5) presenta al menos un elemento de transmisión (53) que se extiende axialmente entre las superficies de apoyo (54), caracterizado por que el elemento de transmisión (53) está formado al menos parcialmente de un material más duro y/o más firme que el material del elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52).
Description
DESCRIPCIÓN
Árbol de dirección para un automóvil
La invención se refiere a un árbol de dirección para un automóvil, que comprende un árbol hueco en el que un árbol interior está dispuesto coaxialmente de forma telescópica en sentido axial, en el cual al menos un cuerpo rodante está alojado, por unión geométrica en sentido circunferencial y pudiendo rodar en sentido axial, en un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes de una jaula de cuerpos rodantes dispuesta entre el árbol interior y el árbol hueco, que está dispuesta en sentido axial entre elementos de tope del árbol hueco que sobresalen radialmente y elementos de tope del árbol interior que sobresalen radialmente, y en el cual la jaula de cuerpos rodantes presenta superficies de apoyo terminales axiales que están orientadas en sentido axial hacia los elementos de tope, y en el cual la jaula de cuerpos rodantes presenta al menos un elemento de transmisión que se extiende axialmente entre las superficies de apoyo. Una jaula de cuerpos rodantes para un árbol de dirección igualmente es objeto de la invención.
El uso de un árbol de dirección telescópico en su sentido axial en un automóvil permite un ajuste de la columna de dirección para ajustar la posición del volante en sentido longitudinal. Además, en caso de impacto, el árbol de dirección se puede contraer en el sentido de su eje longitudinal, lo que evita eficazmente que el árbol de dirección invada el interior del habitáculo causando lesiones a los ocupantes. Esto se consigue mediante dos árboles telescópicos uno respecto a otro, en concreto, un árbol hueco formado como árbol exterior por un perfil hueco tubular, y un árbol interior soportado dentro de este en el sentido del eje longitudinal (sentido axial) del árbol de dirección, de forma telescópica, es decir, de forma deslizable coaxial y axialmente, en cuyo extremo trasero con respecto al sentido de marcha está montado el volante. Mediante la retracción o la extracción telescópicas de los árboles interior y hueco, el árbol de dirección se puede acortar o alargar.
En el modo de construcción genérico, entre el árbol hueco y el árbol interior están dispuestos al menos uno, generalmente varios cuerpos rodantes. Los cuerpos rodantes pueden rodar entre la superficie exterior del árbol interior y la superficie interior del árbol hueco en el sentido del eje longitudinal, de manera que queda garantizada una posibilidad de ajuste axial fácil, soportado por cuerpos rodantes, del árbol interior con respecto al árbol hueco. Para la transmisión del par introducido para la dirección, el árbol interior presenta en su lado exterior y el árbol hueco presenta en su lado interior vías de rodadura de cuerpos rodantes en forma de ranura, radialmente opuestas unas a otras, que discurren en el sentido del eje longitudinal y entre las cuales están dispuestos los cuerpos rodantes sirviendo de elementos de unión geométrica para formar una unión geométrica eficaz con respecto a un giro alrededor del eje longitudinal, que une los árboles hueco e interior entre sí en arrastre de par. Por lo tanto, los árboles de dirección genéricos también se denominan árboles deslizantes rodantes.
Los cuerpos rodantes están alojados en un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes de la jaula de cuerpos rodantes de forma libremente giratoria alrededor de sus ejes de rodadura, como se describe, por ejemplo, en el documento DE102014017555A1, por lo que quedan sujetos en su posición y guiados entre los árboles y especialmente a una distancia axial unos respectos a otros. El elemento de alojamiento de cuerpos rodantes presenta al menos un, generalmente varios alojamientos de cuerpos rodantes, por ejemplo, aberturas de alojamiento de bolas.
Durante el funcionamiento normal, una columna de dirección se puede ajustar de manera controlada dentro de la trayectoria de ajuste prevista, para ajustar la posición del volante. Para garantizar que el árbol de dirección no se extraiga en sentido longitudinal más allá de la trayectoria de ajuste máxima, por ejemplo, por un manejo inadecuado o durante una reparación del vehículo, por lo que el árbol interior se extraería completamente del árbol hueco quedando separada del árbol exterior, se conoce el modo de prever un seguro contra la extracción en forma de un dispositivo de limitación de extracción que limita la trayectoria de ajuste de la posición telescópica e impide la separación de los árboles interior y exterior. En un componente relevante para la seguridad, como una columna de dirección, se debe evitar en todo caso de manera segura un desmontaje accidental de este tipo que conduce a la separación del ramal de dirección.
El seguro contra la extracción conocido por el documento DE102014017555A1 comprende un primer elemento de tope que está montado en el extremo abierto del árbol exterior, en el que se sumerge el árbol interior, sobresaliendo radialmente hacia dentro, y un segundo elemento de tope que está montado en el extremo del árbol interior, que se sumerge en el árbol exterior, sobresaliendo radialmente hacia fuera. Los elementos de tope tienen en el espacio intermedio entre los ejes exterior e interior unas superficies de tope axiales opuestas una a otra en sentido axial, entre las que se encuentra la jaula de cuerpos rodantes. La jaula de cuerpos rodantes presenta en ambos extremos axiales superficies de soporte frontales que están axialmente opuestas a las superficies de tope. La extracción máxima está limitada por el tope final de la limitación de extracción, haciendo tope los elementos de tope axialmente de manera bilateral con las superficies de apoyo de la jaula de cuerpos rodantes. De esta manera, la jaula de rodamiento absorbe la fuerza de tracción ejercida durante la extracción, a través de las superficies de apoyo, como fuerza de presión axial. Grandes fuerzas de extracción, es decir, fuerzas en sentido axial que extienden el árbol de dirección, debido a un ajuste abusivo o accidental actúan por tanto como una elevada carga sobre la jaula de rodamiento, que puede provocar deformaciones o daños indeseables, especialmente también en el elemento de
alojamiento de cuerpos rodantes, que pueden perjudicar la funcionalidad del ajuste.
Ante la problemática explicada anteriormente, la presente invención tiene el objetivo de proporcionar un árbol de dirección mejorado que pueda absorber mejor elevadas fuerzas de extracción y que tenga una mayor seguridad de funcionamiento, así como una jaula de cuerpos rodantes mejorada.
Representación de la invención
Este objetivo se consigue mediante un árbol de dirección con las características de la reivindicación 1, así como von una jaula de cuerpos rodantes con las características de la reivindicación 10. Variantes ventajosas resultan de las reivindicaciones subordinadas. El documento DE102014017555A1, mencionado ya anteriormente, da a conocer las propiedades caracterizadoras de las reivindicaciones 1 y 10.
Según la invención, para un árbol de dirección del tipo mencionado al principio se propone que el elemento de transmisión esté formado al menos parcialmente de un material más duro y/o más firme que el material del elemento de alojamiento de cuerpos rodantes.
En el tope final con la extracción máxima del árbol de dirección, la fuerza de extracción que actúa a tracción en el sentido de extracción entre los árboles exterior e interior se introduce a través de los elementos de tope en las superficies de apoyo de la jaula de cuerpos rodantes que están apoyadas axialmente contra estos. Durante ello, el elemento de transmisión que según la invención une las superficies de apoyo entre sí de forma axialmente rígida, es solicitado a presión con la fuerza de extracción y transmite la fuerza de presión introducida entre los elementos de tope del árbol hueco y los elementos de tope del árbol interior.
El elemento de transmisión está dispuesto como elemento de transmisión de fuerza paralelamente al elemento de alojamiento de cuerpos rodantes y absorbe la fuerza de extracción que en el tope final actúa sobre la jaula de cuerpos rodantes. El flujo de fuerza de la fuerza de extracción entre el árbol interior y el árbol hueco, cuando estos se encuentran en la posición plenamente extraída, no se produce por tanto a través del elemento de alojamiento de cuerpos rodantes, como en el estado de la técnica, sino a través del elemento de transmisión. De esta manera, el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes queda blindado y protegido contra la acción de la fuerza de extracción, de manera que incluso en caso de picos de carga extremadamente altos, no se produce ninguna deformación perjudicial, que en el estado de la técnica podría conducir, por ejemplo, a un bloqueo de los cuerpos rodantes en los alojamientos de cuerpos rodantes. También se contrarresta el daño o la retirada de los cuerpos rodantes, que pueden conducir a un entorpecimiento o bloqueo de la capacidad de ajuste telescópico, lo que eventualmente puede dificultar la retracción de la columna de dirección en caso de impacto y, por lo tanto, perjudica la seguridad.
Una jaula de cuerpos rodantes realizada según la invención es menos sensible a las cargas elevadas ejercidas por un accionamiento inadecuado o accidental. De esta manera, se incrementan la seguridad de funcionamiento del árbol de dirección y, por tanto, de la columna de dirección y el nivel de seguridad para los ocupantes del vehículo. El elemento de transmisión según la invención está realizado de forma resistente a la presión y rígida en sentido axial y se extiende a lo largo de la longitud axial de la jaula de cuerpos rodantes. Preferiblemente, el elemento de transmisión está realizado de forma más dura y/o más rígida y/o más sólida con respecto a la solicitación a presión que un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes. Si la jaula de cuerpos rodantes presenta varios elementos de alojamiento de cuerpos rodantes y/o varios elementos de transmisión, la dureza, la rigidez y/o la solidez de los elementos de transmisión son al menos en total mayores que las de los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes. En particular, la dureza, la rigidez y/o la solidez del o de los elementos de transmisión se eligen tan elevados que se incremente la estabilidad de forma frente a la solicitación mecánica que ni siquiera con los picos de solicitación más altos esperados de la fuerza de extracción se produzca una deformación significativa de la jaula de cuerpos rodantes, que perjudique su función, y que especialmente se impida una deformación plástica.
En una variante ventajosa puede estar previsto que el elemento de transmisión esté realizado de forma más larga en sentido axial que el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes. De esta manera, se puede conseguir que el elemento de transmisión esté en contacto con los elementos de tope de los árboles huecos y los elementos de tope del árbol interior a través de las superficies de apoyo, pero que el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes no sea solicitado y no entre en contacto con los respectivos elementos de tope, incluso cuando actúan cargas extremas que pudieran tener como consecuencia una deformación elástica de los elementos de transmisión en sentido axial. Alternativamente o adicionalmente, para aumentar la rigidez, puede estar previsto que el elemento de transmisión presente un engrosamiento de material. En la zona del engrosamiento de material, la sección transversal puede estar aumentada en sentido radial, de manera que queda formado un nervio longitudinal en forma de perfil, en cuyo extremo se encuentran las superficies de apoyo. Además, el elemento de transmisión puede estar realizado por el engrosamiento de material como elemento de unión geométrica que puede unir los árboles interior y hueco uno a otro por unión geométrica con respecto al giro alrededor del eje. Las dimensiones se pueden adaptar de tal forma que, en el estado de funcionamiento normal, cuando el par de dirección es transmitido por los cuerpos rodantes a través de la unión geométrica, el engrosamiento de material se encuentre en la unión geométrica suelta entre los
árboles interior y hueco. Sin embargo, si fallan los cuerpos rodantes, el elemento de transmisión engrana por unión geométrica, por lo que el árbol de dirección permanece capaz de funcionar en caso de emergencia. Mediante la función adicional del elemento de transmisión según la invención como elemento de unión geométrica redundante se sigue incrementando el nivel de seguridad de la columna de dirección.
El material del elemento de transmisión puede ser un material metálico. Un material metálico ofrece una alta capacidad de carga y rigidez de forma con una sección transversal de material comparativamente pequeña, de manera que una jaula de rodamiento realizada según la invención puede ser alojada sin problemas en el espacio de construcción disponible entre los árboles interior y hueco. Por ejemplo, el elemento de transmisión puede estar hecho de acero, por ejemplo, como pieza maciza conformada de alta resistencia que puede ser producida de manera eficiente, o bien, como pieza sinterizada de un material metálico de sinterización, o como pieza de fundición a presión de zamak o similar.
El elemento de alojamiento de cuerpos rodantes puede estar realizado como pieza moldeada por inyección de materia sintética. La fabricación mediante moldeo por inyección de materia sintética es racional y permite una conformación optimizada de los alojamientos de cuerpos rodantes para posicionar y sujetar los cuerpos rodantes de forma segura soportándolos al mismo tiempo de tal forma que puedan girar fácilmente. Como materia sintética se puede seleccionar un polímero termoplástico con características adecuadas, por ejemplo en cuanto a la solidez y las características de deslizamiento. Por el hecho de que, según la invención, la rigidez a la presión es absorbida por el elemento de transmisión y se reduce la carga sobre el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes, se puede usar un material de materia sintética de procesamiento económico, y el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes puede tener una forma filigrana, funcionalmente optimizada, que tenga una rigidez de forma relativamente baja con respecto a la solicitación a presión. De esta manera, resulta una mayor libertad de configuración que en el estado de la técnica. Por ejemplo, se pueden poner a disposición varios elementos de alojamiento de cuerpos rodantes en forma de una pieza moldeada por inyección en una sola pieza.
Por el hecho de que el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes y el elemento de transmisión están realizados independientemente entre sí en cuanto a su conformación y material y se unen entre sí para formar la jaula de cuerpos rodantes, es posible una adaptación optimizada a la respectiva función.
La jaula de cuerpos rodantes puede estar realizada en forma de un casquillo con una sección transversal que encierra al menos parcialmente el árbol interior. Por ejemplo, la jaula de cuerpos rodantes puede estar realizada en forma de sección tubular cilíndrica hueca o a modo de perfil hueco con una forma de sección transversal no redonda o poligonal. Las superficies de apoyo se encuentran entonces en los lados frontales en ambos extremos del perfil hueco.
Alternativamente, la jaula de cuerpos rodantes puede estar realizada a modo de segmento en el sentido circunferencial, formándose uno o varios segmentos de la jaula de cuerpos rodantes en forma de riel, cada uno de los cuales presenta al menos un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes o un elemento de transmisión según la invención, de forma especialmente preferible al menos un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes y un elemento de transmisión.
Al menos uno, preferiblemente una pluralidad de elementos de transmisión de este tipo pueden estar dispuestos en sentido circunferencial de forma adyacente a un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes. Mediante esta asignación, el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes queda bien apantallado y asegurado contra la acción perjudicial de fuerzas y una fuerza de tope axial que actúa es transmitida de manera segura entre las superficies de apoyo. Una pluralidad de elementos de alojamiento de cuerpos rodantes y elementos de transmisión de fuerza pueden estar dispuestos de forma distribuida por la circunferencia, preferiblemente de forma alternada.
En una forma de realización ventajosa, es posible que el elemento de transmisión y el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes estén unidos entre sí por unión geométrica y/o por unión forzada y/o por unión de materiales. El elemento de transmisión y el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes se pueden concebir y configurar individualmente en función de las solicitaciones esperadas, y fabricarse y ponerse a disposición como elementos separados que durante la fabricación siguiente se unen entre sí formando una jaula de cuerpos rodantes. De esta manera, especialmente elementos de transmisión y de alojamiento de cuerpos rodantes, compuestos por materiales diferentes, se pueden combinar entre sí formando una unidad funcional, por ejemplo, un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes hecho de materia sintética se puede combinar con un elemento de transmisión metálico. Por ejemplo, los elementos de transmisión y de alojamiento de cuerpos rodantes pueden presentar elementos de unión geométrica correspondientes unos a otros que para producir una unión geométrica pueden ponerse en engrane mutuo, por ejemplo salientes y ahondamientos de unión geométrica para producir una unión geométrica efectiva en sentido circunferencial, axialmente y/o radialmente. De esta manera, elementos de transmisión y de alojamiento de cuerpos rodantes de características diferentes pueden fabricarse por separado y combinarse entre sí formando una jaula de cuerpos rodantes según las necesidades.
Alternativamente o adicionalmente, pueden estar previstos elementos de unión geométrica correspondientes unos a otros que produzcan una unión geométrica o por fricción que sea suficiente por ejemplo para unir elementos de
transmisión y de alojamiento de cuerpos rodantes fácilmente entre sí como unidad de manejo sencillo para el montaje en el árbol de dirección.
Alternativamente o adicionalmente, puede realizarse una unión de materiales entre el elemento de transmisión y el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes, por ejemplo mediante encolado o soldadura. Si el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes está hecho de una materia sintética, existe la posibilidad, especialmente ventajosa en términos de fabricación, de moldear por inyección un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes en un elemento de transmisión en un procedimiento de moldeo por inyección, o envolviéndolo total o parcialmente y embeberlo al menos parcialmente en el material de materia sintética. La unión de materiales se produce de tal forma que, durante el moldeo por inyección la materia sintética fundida se pone en contacto con el elemento de transmisión quedando adherida a las superficies de contacto. Si el elemento de transmisión se envuelve por la materia sintética, queda embebida de forma inseparable en el cuerpo de materia sintética por unión geométrica y de materiales.
Además, puede estar previsto que el elemento de transmisión presente un elemento de refuerzo. Un elemento de refuerzo puede servir para aumentar la rigidez de forma, por ejemplo un elemento rígido a la presión que está embebido en un material menos rígido a la presión o está unido a este. Por ejemplo, es posible integrar una rejilla o un tejido de refuerzo en un cuerpo de materia sintética.
De manera ventajosa, la jaula de cuerpos rodantes presenta al menos un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes, preferiblemente varios elementos de alojamiento de cuerpos rodantes y una pluralidad de elementos de transmisión. Según la geometría en sección transversal, se pueden disponer dos, tres, cuatro o más filas de cuerpos rodantes en elementos de alojamiento de cuerpos rodantes, de forma distribuida por la circunferencia, por ejemplo de forma distribuida de manera cuádruplemente simétrica por la circunferencia, como en el estado de la técnica citado anteriormente. De manera correspondiente, cada uno de los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes puede presentar respectivamente una pluralidad de alojamientos de cuerpos rodantes dispuestos sucediéndose axialmente. Resulta ventajoso si un elemento de transmisión está dispuesto entre elementos de alojamiento de cuerpos rodantes adyacentes en sentido circunferencial. De esta manera, es posible emplear respetivamente el mismo número de elementos de alojamiento de cuerpos rodantes y elementos de transmisión de fuerza, aunque según la solicitación máxima esperada, también se pueden emplear más o menos elementos de transmisión según la invención.
La invención comprende una jaula de cuerpos rodantes para un árbol de dirección telescópico, que presenta al menos un alojamiento de cuerpos rodantes para el alojamiento libremente giratorio de al menos un cuerpo rodante, y que presenta superficies de apoyo axiales, estando dispuesto axialmente entre las superficies de apoyo un elemento de transmisión. Según la invención, está previsto que el elemento de transmisión está formado al menos parcialmente por un material más duro y/o más firme que el material del elemento de alojamiento de cuerpos rodantes.
Las superficies de apoyo están dispuestas frontalmente en ambos extremos, de manera que la fuerza de tope puede introducirse en la jaula de cuerpos rodantes en sentido axial como fuerza de presión. El alojamiento de cuerpos rodantes está realizado preferiblemente en un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes que está realizado tal como se ha descrito anteriormente.
La jaula de cuerpos rodantes según la invención puede presentar expresamente todas las características mencionadas anteriormente en relación con el árbol de dirección según la invención, individualmente o en combinación, especialmente pero no exclusivamente con respecto al elemento de transmisión según la invención.
Descripción de los dibujos
Formas de realización ventajosas de la invención se explican con más detalle a continuación con la ayuda de los dibujos. En concreto, muestran:
la figura 1 una vista esquemática en perspectiva de un árbol de dirección,
la figura 2 una vista parcial de un árbol de dirección según la figura 1, en despiece ordenado,
la figura 3 una vista parcial del árbol interior de un árbol de dirección según la figura 1, en despiece ordenado, la figura 4 una sección transversal a través del árbol de dirección según la figura 1,
la figura 5 una sección longitudinal A-A a través del árbol de dirección según la figura 1,
la figura 6 una vista esquemática en perspectiva de la jaula de cuerpos rodantes del árbol de dirección según la figura 1,
la figura 7 una segunda forma de realización de un árbol de dirección en una vista parcial en perspectiva, la figura 8 una sección transversal a través del árbol de dirección según la figura 7,
la figura 9 una sección longitudinal B-B a través del árbol de dirección según la figura 7,
la figura 10 una tercera forma de realización en sección transversal,
la figura 11 una cuarta forma de realización en sección transversal.
Formas de realización de la invención
En las distintas figuras, las mismas piezas están provistas siempre de los mismos signos de referencia y, por tanto, generalmente también se nombran o se mencionan solo una vez.
La figura 1 muestra en una vista en perspectiva un árbol de dirección 1 representado esquemáticamente, que presenta un árbol hueco 20, designado también árbol externo o árbol exterior, y un árbol interior 30, también denominado árbol interno, que pueden deslizarse de forma telescópica uno respecto a otro en el sentido axial del eje longitudinal L, es decir, en el sentido axial o longitudinal indicado con la doble flecha.
El árbol hueco 20 presenta en su extremo libre, opuesto con respecto al árbol interior 30 en sentido longitudinal, una horquilla 21 que forma una parte de una articulación universal con la que el árbol de dirección 1 está unido en arrastre de par al ramal de dirección no representado. De manera correspondiente, el árbol interior 30 presenta en su extremo libre, que está opuesto con respecto al árbol hueco 20 en sentido longitudinal, una horquilla 31 que forma una parte de otra articulación universal con la que el árbol de dirección 1 está unido en arrastre de par al ramal de dirección. El árbol hueco 20 está fabricado preferiblemente como perfil hueco de un acero puede conformable fácilmente en frío. En el ejemplo representado, el árbol interior 30 está realizado como eje macizo. Sin embargo, alternativamente también puede estar previsto que el árbol interior 20 esté realizado como árbol hueco. La figura 2 muestra el árbol de dirección 1 según la figura 1 en una vista de despiece ordenado en la que el árbol interior 30 está representado estando extraído del árbol hueco 20 en el sentido del eje longitudinal L.
Entre el árbol hueco 20 y el árbol interior 30 están dispuestos cuerpos rodantes realizados como bolas 4, como se puede ver en la sección transversal en la figura 4 y en la sección longitudinal en la figura 5.
El árbol hueco 20 presenta ranuras 22 que discurren en sentido longitudinal en su superficie interior, y el árbol interior 30 presenta ranuras 32 correspondientes, radialmente opuestas a estas, que sirven de vías de rodadura de cuerpos rodantes para las bolas 4, es decir, que forman vías de rodadura de bolas. Las bolas 4 están dispuestas entre estas ranuras 22 y 32 de tal forma que pueden rodar en estas en el sentido del eje longitudinal L formando de esta manera un rodamiento lineal para un movimiento relativo telescópico axial del árbol interior 30 y del árbol hueco 20 . Además, las bolas 4 sirven de elementos de unión geométrica que engranan por unión geométrica en las ranuras 22 y 32 con respecto a un giro relativa alrededor del eje longitudinal L, por lo que transmiten un par de giro introducido como par de dirección en el árbol interior 30 al árbol hueco 20, o viceversa. En el ejemplo representado, respectivamente cuatro ranuras 22 y 32 están dispuestas de forma distribuida en sentido circunferencial alrededor del eje longitudinal L. En el ejemplo representado, el árbol interior 30 está realizado como eje macizo. Sin embargo, también es posible y viable que el árbol interior 30 esté realizado como árbol hueco.
Las bolas 4 están alojadas en una jaula de cuerpos rodantes 5, que está realizada como jaula de bolas. La jaula de rodamiento 5 presenta para cada una de las bolas 4 un alojamiento de cuerpos rodantes 51en forma de una abertura radialmente continua, en la que respectivamente una bola 4 está alojada de forma libremente giratoria con holgura alrededor de su punto central de bola y sobresale radialmente hacia dentro y hacia fuera, tanto que puede rodar sin obstáculos en las ranuras 22 y 32 en sentido longitudinal.
La disposición de la jaula de cuerpos rodantes 5 montada sobre el árbol interior 30 con bolas 4 insertadas está representada en la figura 3 que muestra una vista en perspectiva del extremo libre 33 del árbol interior 30, que en el estado de construcción de la figura 1 se sumerge en la abertura del árbol hueco 20.
Respectivamente una pluralidad de alojamientos de cuerpos rodantes 51 están dispuestos en sentido longitudinal, respetivamente a una distancia axial entre sí, de manera que las bolas 4 alojadas en estos forman respectivamente una fila de bolas 41 axial, en el ejemplo representado, formada por respectivamente seis bolas 4. Los alojamientos de cuerpos rodantes 51 para las bolas 4 de una fila de bolas 41 están formados respectivamente en un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes 52. En sentido circunferencial, cada uno de los cuatro elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 del ejemplo se extiende en la zona de las ranuras 22 o 32.
En sentido circunferencial, entre los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 están dispuestos elementos de transmisión 53 según la invención, estando dispuestos y unidos entre sí los cuatro elementos de alojamiento de
cuerpos rodantes 52 así como cuatro elementos de transmisión 53 alternando en sentido circunferencial. Por esta disposición, la jaula de cuerpos rodantes 5 tiene la forma de un perfil hueco en forma de casquillo con una sección transversal octagonal, cuyas superficies laterales están formadas de forma alterna por elementos de alojamiento de cuerpos rodantes y elementos de transmisión 53.
En la forma de realización representada en las figuras 3 a 6, los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 presentan elementos de unión geométrica 521 y los elementos de transmisión 53 presentan elementos de unión geométrica 531 que engranan entre sí por unión geométrica. Los elementos de unión geométrica 521 están realizados como salientes en forma de listones que discurren en sentido longitudinal, con una sección transversal en forma de cabeza destalonada, con la que pueden encajar por unión geométrica en sentido circunferencial en los elementos de unión geométrica 531 realizados como ranuras destalonadas correspondientes en los elementos de transmisión 53. Adicionalmente o alternativamente, la unión se puede realizar como unión de materiales, por ejemplo mediante encolado o soldadura ultrasónica.
Los elementos de transmisión 53 presentan en sus dos lados frontales axiales respectivamente una superficie de apoyo 54 axial. Dicho de otra manera, cada uno de los elementos de transmisión 53 se extiende entre sus superficies de apoyo 54. En un lado frontal que está orientado hacia el extremo 33, una de las superficies de apoyo 54 se encuentra respectivamente enfrente de un elemento de tope 34 en sentido axial, que sobresale del árbol interior 30 radialmente hacia fuera. Un elemento de tope 34 de este tipo está formado, por ejemplo, por una zona conformada plásticamente, por ejemplo un calafateo, que sobresale al espacio intermedio entre el árbol interior 30 y el árbol hueco 20, como se muestra en la sección longitudinal a través del árbol de dirección 1 ensamblado en la figura 5.
Las superficies de apoyo 54 en el otro lado frontal que está opuesto al extremo 34 se encuentran respectivamente enfrente de un elemento de tope 24 en sentido axial, que sobresale del lado interior del árbol hueco 20 radialmente hacia dentro al espacio intermedio entre el árbol interior 30 y el árbol hueco 20. Un elemento de tope 24 igualmente puede formarse tal como está representado, mediante un calafateo que comprende una zona conformada plásticamente en sentido radial.
Los elementos de tope 24 y 34 sobresalen al espacio intermedio entre el árbol hueco 20 y el árbol interior 30, en el que los elementos de transmisión 53 se mueven hacia delante o hacia atrás en sentido del eje longitudinal L durante un ajuste del árbol de dirección 1. Al extenderse el árbol de dirección 1, los elementos de tope 24 y 34 se mueven uno hacia el otro hasta que en dichas superficies de apoyo 54 hagan tope con la jaula de cuerpos rodantes 5 situada entre ellos.
La figura 4 muestra una sección transversal a través del árbol de dirección 1. De ello resulta la sección transversal octagonal en su forma base, estando dispuestas de manera uniformemente distribuida por la circunferencia en cada segunda superficie lateral las ranuras 22 y 32, entre las que están dispuestos los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 con las bolas 4. En las superficies laterales situadas entre medias en la circunferencia se encuentran en el espacio intermedio entre el árbol interior 30 y el árbol hueco 20 los elementos de transmisión 53 según la invención.
La figura 5 muestra en un detalle en sección longitudinal A-A según la figura 4, la situación de tope con el árbol de dirección 1 extraído al máximo. Durante ello, sobre el árbol hueco 20 y el árbol interior 30 actúa una fuerza de extracción relativa F. A través de los elementos de tope 34 y 24, esta fuerza de extracción F es transmitida como fuerza de presión a las superficies de apoyo 54. Con las dos flechas de fuerza orientadas una hacia la otra se indica cómo la fuerza de extracción F actúa axialmente sobre el elemento de transmisión 53. El elemento de transmisión 53 es sometido a presión en sentido longitudinal tanto más, cuanto mayor es la fuerza de extracción F.
Para garantizar que por elevadas fuerzas de extracción F no se produzca ninguna deformación perjudicial de los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52, los elementos de transmisión 53 tienen según la invención una mayor rigidez de forma que los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52, especialmente con respecto a una carga axial. Por ejemplo, los elementos de transmisión 53 pueden fabricarse en acero, preferiblemente como piezas conformadas en frío, como piezas sinterizadas metálicas, como pieza fundida a presión o como pieza moldeada por inyección. Por su forma relativamente sencilla como sección de perfil continua en sentido longitudinal con una sección transversal constante, es posible una producción racional como semiproducto sinfín, a partir del cual se tronzan elementos de transmisión 53 con una longitud predefinida por la jaula de cuerpos rodantes 5. A causa de la elevada solidez y dureza, los elementos de transmisión 53 de un material metálico pueden absorber fuerzas de presión elevadas, incluso con secciones transversales de material relativamente pequeñas, sin peligro de deformaciones plásticas.
Los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 están realizados preferiblemente como piezas moldeadas por inyección de materia sintética, compuestas por un elastómero termoplástico o una materia sintética termoplástica. De esta manera, se puede realizar sin problemas una conformación compleja para formar los alojamientos de cuerpos rodantes 51, y es posible una producción racional. La materia sintética elástica permite además realizar los alojamientos de cuerpos rodantes 51 al menos parcialmente de forma elásticamente flexible, por ejemplo con
elementos de sujeción elásticos, de manera que las bolas 4 puedan encajarse elásticamente y mantenerse de manera imperdible en la unión geométrica suelta, lo que facilita el manejo y el montaje. Los elementos de unión geométrica 521 para la unión a los elementos de transmisión 53 igualmente pueden realizarse de manera sencilla, por ejemplo, como elementos de retención elásticos que puedan encajarse por unión geométrica.
Por la estructura relativamente filigrana y la materia sintética relativamente blanda, los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 pueden absorber solo una fuerza reducida. Esta función es realizada por los elementos de transmisión 53 según la invención, por lo que los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 permanecen sustancialmente libres de fuerza incluso en caso de fuerzas de tope elevadas. Por consiguiente, incluso en caso de picos de carga elevados, no hay peligro de que se vea perjudicada la función de la jaula del rodamiento 5.
Los elementos de transmisión 53 llenan la sección transversal poligonal del espacio intermedio entre el árbol hueco 20 y el árbol interior 30, como se puede ver en la figura 4. De esta manera, forman elementos de unión geométrica con respecto a un giro relativo del árbol hueco 20 y del árbol interior 30, que en el estado de funcionamiento representado se encuentran en unión geométrica suelta, es decir que al menos no están en contacto al mismo tiempo con el árbol hueco 20 y el árbol interior 30. En caso de emergencia, si hay bolas 4 dañadas o se retiran de las ranuras 22 y 32, los elementos de transmisión 53 pueden asumir la función de elementos de unión geométrica que permiten la transmisión de un par de dirección. Por tanto, los elementos de transmisión 53 pueden proporcionar adicionalmente una transmisión de par redundante entre el árbol hueco 20 y el árbol interior 30. Para esta función adicional, igualmente resulta ventajoso que los elementos de transmisión estén compuestos de un material con rigidez de forma, preferiblemente metálico, como por ejemplo el acero. De esta manera, se incrementa el nivel de seguridad del árbol de dirección y, por tanto, de una columna de dirección.
La figura 6 muestra una vez más una jaula de cuerpos rodantes 5 según las figuras anteriores, en una representación individual en perspectiva sin bolas 4.
En las figuras 7, 8 y 9 se muestra una segunda forma de realización de un árbol de dirección 1, en vistas que corresponden a las figuras 3, 4 y 5. La figura 9 muestra una sección B-B según la figura 8.
El árbol interior 30 está realizado de la misma manera que en la forma de realización anterior. Los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 igualmente están formados de manera idéntica, al menos con respecto a la disposición de las bolas 4. Los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 están unidos entre sí en sentido circunferencial a modo de anillo a través de elementos de unión 55 en forma de alma, formando una estructura a modo de casquillo que, junto con los elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52, está realizada como pieza moldeada por inyección de materia sintética en una sola pieza. Esto se puede ver bien en la sección transversal de la figura 8.
El elemento de unión 55 sirve además de elemento de fijación que para la fijación se puede insertar por unión geométrica en un elemento de unión geométrica 532 en forma de un ahondamiento o una cavidad correspondiente en el elemento de transmisión 53. El efecto de sujeción puede realizarse mediante elementos de retención - no representados -, mediante fricción estática o, adicionalmente o alternativamente, mediante encolado o soldadura ultrasónica. La disposición en estado ensamblado se puede ver en las figuras 8 y 9, representando la sección longitudinal B-B en la figura 9 el engrane del elemento de unión 55 por unión geométrica en el elemento de unión geométrica 532. De esta manera, el elemento de transmisión 53 se mantiene de forma segura en su posición en la jaula de cuerpos rodantes 5.
La figura 10 muestra una tercera realización en una vista en sección transversal como en las figuras 4 y 7. En este caso, respectivamente dos elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 están unidos entre sí en una sola pieza a través de un elemento de unión 55, preferiblemente en forma de una pieza moldeada por inyección de materia sintética. A través de dos elementos de transmisión 53 que pueden estar realizados de la misma manera que en la forma de realización representada en la figura 4, los dos elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 están unidos entre sí formando una jaula de cuerpos rodantes 5 que en su conjunto tiene forma de casquillo. Para la unión también pueden estar previstos elementos de unión geométrica 521, 531 correspondientes.
Otra forma de realización posible se muestra en la figura 11, igualmente en sección transversal. En este caso, respectivamente dos elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 individuales, separados, que pueden estar realizados de manera similar a la de la figura 4, están unidos entre sí a través de un elemento de transmisión 53, que puede estar realizado de manera similar al de la figura 10 o 4. A diferencia de lo expuesto anteriormente, la jaula de cuerpos rodantes 5 no está cerrada en forma de casquillo y realizada en una sola pieza, sino que está dividida en dos partes en sentido longitudinal en la zona 25 del espacio intermedio. De esta manera, queda realizada una forma de construcción a modo de segmento que hace posible un montaje radial sobre el árbol interior 30.
A base de las diferentes formas de realización según las figuras 4, 7, 10 y 11, se puede ver que la combinación según la invención de elementos de alojamiento de cuerpos rodantes 52 y elementos de transmisión 53 hace posible una adaptación flexible a diferentes requisitos.
Lista de signos de referencia
1 Árbol de dirección
20 Árbol hueco
21 Horquilla
22 Ranura
24 Elemento de tope
25 Espacio interior
30 Árbol interior
31 Horquilla
32 Ranura
33 Extremo
34 Elemento de tope
4 Bola
41 Fila de bolas
5 Jaula de cuerpos rodantes
51 Alojamiento de cuerpos rodantes
52 Elemento de alojamiento de cuerpos rodantes 521 Elemento de unión geométrica
53 Elemento de transmisión
531 Elemento de unión geométrica
532 Elemento de unión geométrica
54 Superficie de apoyo
55 Elemento de unión
L Eje longitudinal
F Fuerza de extracción
Claims (10)
1. Árbol de dirección (1) para un automóvil, que comprende un árbol hueco (20) en el que está dispuesto coaxialmente un árbol interior (30), de forma telescópica en sentido axial, en donde al menos un cuerpo rodante (4) está alojado, por unión geométrica en sentido circunferencial y pudiendo rodar en sentido axial, en un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52) de una jaula de cuerpos rodantes (5) dispuesta entre el árbol interior (30) y el árbol hueco (20), que está dispuesta en sentido axial entre elementos de tope (24) del árbol hueco (20) que sobresalen radialmente y elementos de tope (34) del árbol interior (30) que sobresalen radialmente, en donde la jaula de cuerpos rodantes (5) presenta superficies de apoyo (54) terminales axiales que están orientadas en sentido axial hacia los elementos de tope (24, 34), y en donde la jaula de cuerpos rodantes (5) presenta al menos un elemento de transmisión (53) que se extiende axialmente entre las superficies de apoyo (54), caracterizado por que el elemento de transmisión (53) está formado al menos parcialmente de un material más duro y/o más firme que el material del elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52).
2. Árbol de dirección según la reivindicación 1, caracterizado por que el elemento de transmisión (53) está realizado de forma más dura y/o más rígida y/o más sólida que el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52).
3. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de transmisión (53) presenta un engrosamiento de material.
4. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el material del elemento de transmisión (53) es un material metálico.
5. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52) está realizado como pieza moldeada por inyección de materia sintética.
6. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de transmisión (53) y el elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52) están unidos entre sí por unión geométrica y/o por unión forzada y/o por unión de materiales.
7. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el elemento de transmisión (53) presenta un elemento de refuerzo.
8. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la jaula de cuerpos rodantes (5) presenta al menos un elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52) y una pluralidad de elementos de transmisión (53).
9. Árbol de dirección según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la jaula de cuerpos rodantes (5) está realizada en forma de casquillo.
10. Jaula de cuerpos rodantes (5) para un árbol de dirección telescópico según una de las reivindicaciones 1 a 9, que presenta al menos un alojamiento de cuerpos rodantes (51) para el alojamiento libremente giratorio de al menos un cuerpo rodante (4) y que presenta superficies de apoyo (54) axiales, estando dispuesto entre las superficies de apoyo (54) un elemento de transmisión (53), caracterizada por que el elemento de transmisión (53) está formado al menos parcialmente de un material más duro y/o más firme que el material del elemento de alojamiento de cuerpos rodantes (52).
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