MX2011013657A - Manguito de friccion. - Google Patents

Abstract

Un manguito (5) de fricción para el soporte de un husillo de dirección telescópico que tiene un husillo (2) interior y un husillo (3) exterior que se dispone para desplazamiento coaxial relativamente uno a otro y para la transmisión de par de giro tienen una sección transversal que difiere de la forma circular, siendo que entre el husillo (3) exterior y el husillo (2) interior se proporciona un espacio intermedio para alojar el manguito (5) de fricción que consta de un material sintético termoplástico o lo contiene, mismo que tiene una superficie interna y una superficie externa y consta de una mezcla que contiene el material PEEK y adicionalmente al menos uno de los materiales PTFE con una proporción volumétrica máxima de hasta 15% y/o grafito con una proporción volumétrica máxima de hasta 15% y/o fibras de carbono con una proporción volumétrica máxima de hasta 40%.

Description

MANGUITO DE FRICCION DESCRIPCION DE LA INVENCION La presente invención se refiere a un husillo de dirección telescópico con un husillo interno y un husillo externo que se disponen coaxiales relativamente uno a otro y para la transmisión de un par de giro tienen una sección transversal que difiere de la forma circular, siendo que entre el husillo externo y el husillo interno se proporciona un espacio intermedio en el cual se proporciona un magüito de fricción que consta de un material sintético termoplástico o lo contiene, el cual tiene una superficie interna y una superficie externa.

Los manguitos de fricción se usan para disminuir la fricción y/o compensar la holgura, por ejemplo entre tubos envolventes que giran y se mueven telescópicamente relativamente uno a otro o entre un árbol externo y uno interno de un husillo de dirección telescópico.

Los husillos de dirección telescópicos tienen dos partes de árbol coaxiales que tienen una sección transversal no redonda y que se desplazan axialmente, pero pueden transmitir un par de giro. Es esencial en los husillos de dirección la ausencia de holgura en la transmisión de par de giro, pero también una fricción lo más reducida posible. Los husillos de dirección telescópicos se usan en los vehículos motorizados entre el engranaje de transmisión y la columna de dirección generalmente ajustable. Deben compensar tanto las variaciones insignificantes de la distancia entre el engranaje de la dirección y la columna de dirección como se producen por ejemplo debido a las cargas dinámicas durante la operación de manejo debido a la torsión de la carrocería o mediante movimientos del engranaje de dirección en un soporte de goma y/o permitir un ajuste longitudinal del husillo de dirección.

El estado de la técnica genérico se muestra en el documento EP916564B1. En este se representa un husillo de dirección telescópico con perfil no redondo de las partes de árbol que interactúan. Entre ambas partes de árbol se proporciona un manguito de plástico cuya tarea es la de mejorar duraderamente las propiedades de deslizamiento. En particular se deberá reducir la tendencia a lo que se llama un efecto de agarrotamiento-deslizamiento. En los movimientos pequeños, en virtud de la diferencia entre rozamiento de partida y rozamiento de deslizamiento este efecto tiene por efecto un pico de fuerza en la dirección axial que también conduce a un desarrollo de ruido que no se tolera en las direcciones de vehículos automotrices. En el husillo de dirección telescópico de acuerdo al estado de la técnica esto no se logra duraderamente de manera satisfactoria .

El documento DE102008049825A1 propone como mejora una aspereza selectiva del manguito de fricción.

Otros husillos de dirección telescópicos del tipo mencionado al principio se desprenden de los documentos US 5,383,811 A y DE 32 02 669 Al.

En el documento US 5,821,204 A se describe un cojinete axial que consta de un material sintético termoplástico y contiene PEEK, PTFE, fibras de carbono y grafito. Como lubricante sirve un aceite lubricante y el grafito está configurado en forma de grafito expandido y tiene una capacidad de absorción de aceite de 70 a 500 ml/100 g.

El documento EP 1 526 296 A2 describe un cuerpo moldeado tridimensional para esfuerzos de deslizamiento, siendo que el material de la capa deslizante comprende PEEK o PPS o PA como componente de plástico que constituye la matriz. Contiene además fibras de carbono y grafito. Se prefiere el uso de Ti02 en comparación con el PTFE. No se proporciona un lubricante adicional.

El documento EP1840193A2 revela una conexión corrediza en la que se usa un lubricante con una viscosidad cinemática en el intervalo de 1500 a 13000 mm2/s a 40°C. Se revela además que las superficies de contacto pueden estar revestidas con una capa de resina sintética.

El documento EP1840399A1 revela igualmente una conexión corrediza en la que se proporciona un agente lubricante con una viscosidad dinámica en el intervalo de 10 a 210 mm2/s a 25°C, siendo que el agente lubricante contiene un aditivo de presión. Sobre las superficies de contacto se aplica una capa superficial, por ejemplo de un politetrafluoretileno (PTFE) .

Sin embargo, las mejoras que se proponen en estas publicaciones son intensivas en costos y complejas y en parte requieren de pasos de fabricación adicionales y no siempre son duraderas.

Por este motivo es el objeto de la presente invención crear un manguito de fricción o bien un husillo de dirección telescópico que tiene propiedades de deslizamiento duraderamente mejoradas, siendo que se reduce el gasto para la producción de las partes individuales.

De conformidad con la invención esto se logra mediante un husillo de dirección que tiene las características de la reivindicación 1.

En las reivindicaciones subordinadas se describen perfeccionamientos favorables de la invención.

En un husillo de dirección telescópico de conformidad con la invención con un husillo interior y un husillo exterior que se disponen para desplazamiento coaxial relativamente uno a otro y una sección transversal que difiere de la forma circular para la transmisión de par de giro, siendo que entre el husillo exterior y el husillo interior se proporciona un espacio intermedio para alojar el manguito de fricción que consta de un material sintético termoplástico o lo contiene, el cual tiene una superficie interna y una superficie externa, el manguito de fricción consta de una mezcla del material PEEK y adicionalmente del material PTFE con una porción porcentual volumétrica en el intervalo de 7% a 13% y adicionalmente el material grafito con una porción volumétrica de 7% a 13% y adicionalmente fibras de carbono con una porción volumétrica de 25% a 35%, siendo que la mezcla puede contener materiales adicionales. La combinación de los materiales aumenta la durabilidad del manguito de fricción y de la conexión corrediza formada con ella.

El uso de un manguito de fricción de conformidad con la invención tiene la ventaja de que se realiza una conexión corrediza entre los elementos constructivos que es muy duradera y reduce eficazmente el efecto de agarrotamiento-deslizamiento .

Por PEEK se entiende el material sintético polieteretercetona o un derivado del grupo de las poliariletercetonas . Sin embargo, como PEEK se debe usar preferiblemente polieteretercetona. Por PTFE se entiende politetrafluoretileno, como ya se mencionó en lo precedente. El concepto de fibra de carbono también se conoce en el estado de la técnica con los conceptos de Carbón fibre o fibra de carbón. La mezcla de al menos uno de los materiales PTFE, grafito o fibras de carbono conduce a una disminución de la fricción de adherencia conservando la vida útil. Para el experto el efecto inesperado consistió en que también se pudo reducir la diferencia entre la fricción de adherencia y la de deslizamiento.

Se comprobó que es particularmente favorable configurar el manguito de fricción de una mezcla que contiene material PEEK asi como una proporción de 10% en volumen de PTFE y una proporción de 10% en volumen de grafito y una proporción de 30% en volumen de fibras de carbono, o constituida en total de estos materiales.

De conformidad con la invención, en el acoplamiento de fricción entre el manguito de fricción y el husillo interior y/o exterior se introduce un lubricante. Un lubricante adecuado resultó ser un lubricante con una viscosidad dinámica en el intervalo de 2000 mPa*s a 4000 mPa*s a una temperatura de 25°C y en el intervalo de 150000 mPa*s a 220000 mPa*s a una temperatura de -20°C en el contacto de deslizamiento entre el manguito (5) de fricción y el husillo (3) exterior. La viscosidad dinámica se debe equiparar conceptualmente al concepto viscosidad al corte.

Se comprobó que es particularmente favorable el uso de un lubricante con una viscosidad dinámica en el intervalo de 2500 mPa*s a 3500 mPa*s a una temperatura de 25°C y en el intervalo de 800 mPa*s a 1000 mPa*s a una temperatura de 80°C y en el intervalo de 190000 mPa*s a 200000 mPa*s a -20°C.

Se comprobó de manera totalmente inesperada que un lubricante con una viscosidad dinámica asi de baja es adecuado para contribuir a minimizar el salto entre la fricción de adherencia y la fricción de deslizamiento.

Como lubricante se puede usar favorablemente un aceite básico de hidrocarburo sintético mezclado con un agente espesante (jabón) , de un jabón de complejo de calcio. A un lubricante de este tipo también se le puede adicionar un lubricante sólido, por ejemplo PTFE. Como lubricante también se puede usar por ejemplo un aceite básico de perfluorpolieter con agente espesante de PTFE.

- Para mejorar la adherencia del lubricante en la zona del contacto de deslizamiento es adecuada la pareja deslizante de acero con una aspereza superficial de Ra (= valor de aspereza medio aritmético) en el intervalo de 0.2 µp? a 0.6 µp?. De conformidad con esto se prefiere realizar el husillo exterior y/o el husillo interior del material acero, siendo que en su superficie orientada hacia el manguito se configuran asperezas Ra en el intervalo de 0.2 ía a 0.6 µ??, preferiblemente en el intervalo de 0.4 µ?t?.

Los valores Ra se deben establecer de acuerdo a la norma DIN EN ISO 4288 (1988-04), o al "Tabellenbuch Metall" ("libro de tablas de metal") de la EDITORIAL EUROPA LEHRMITTEL, Haan-Gruiten, 43 Edición 2005, página 99. Los valores numéricos de Ra se deben entender como asperezas en el sentido del valor de aspereza medio aritmético con una profundidad de aspereza correspondiente en µp?. Por ejemplo Ra = 0.4 se debe equiparar a Ra = 0.4 µp?.

Para mejorar la conexión corrediza, el manguito de fricción se inmoviliza en el husillo interior o el husillo exterior contra un desplazamiento en la dirección axial .

Otros detalles de la invención se describen con un ejemplo de realización de la presente invención mediante las figuras. Muestran: Figura 1 un husillo de dirección telescópico en una vista en elevación lateral; Figura 2 el husillo de dirección interior con el manguito de fricción sobrepuesto en una representación en perspectiva; Figura 3 el husillo de dirección de acuerdo a la figura 1 en una sección longitudinal lateral; Figura 4 un manguito de fricción de conformidad con la invención en una representación en perspectiva; Figura 5 un husillo de dirección en una sección transversal a través del husillo de dirección exterior, el manguito de fricción y el husillo de dirección interior.

En la figura 1 se representa un husillo 1 de dirección telescópico en una vista en elevación lateral. El husillo 1 de dirección comprende un husillo 2 interior y un husillo 3 exterior. El husillo 2 interior está provisto con una sección transversal que difiere de la forma circular (= no redondo) , en este ejemplo con forma aproximada de hoja de trébol. El husillo 3 exterior se configura tubular con una sección transversal interna libre que es complementaria al contorno periférico externo del husillo de dirección interior. En el extremo, el husillo 2 interior y el husillo 3 exterior llevan en cada caso piezas 4 de conexión de suyo conocidas para articulaciones tipo cardan para conectar con un engranaje de dirección de una columna de dirección. Como articulación se representa en el ejemplo una articulación universal en la cual en las piezas 4 de conexión que se configuran como horquillas se montan giratorias en cojinete los pivotes de una articulación en cruz (= articulación de cruceta) , siendo que los soportes de las horquillas están desplazados ortogonales relativamente uno a otro. Sin embargo también es imaginable y posible conectar otras articulaciones o elementos completamente distintos con las partes de árbol telescópico, por ejemplo en un extremo directamente un piñón para intervenir en un engranaje de dirección.

La figura 2 muestra el husillo 2 de dirección interior en una representación en perspectiva. El husillo 2 de dirección llega aquí un manguito 5 de fricción en la proximidad de un extremo 6 libre del husillo 2 interior se monta sobre el contorno externo del husillo 2 y se asegura en la dirección axial mediante narices 7, 8 de enclavamiento .

La figura 3 muestra el husillo 1 de dirección de la figura 1 en una sección longitudinal. El husillo 2 interior se fabrica de material sólido. Interviene aproximadamente por 3/4 de la longitud de un espacio 8 libre interno en el contorno interno del husillo 3 exterior. Aproximadamente central en la región de solapamiento entre el husillo 2 interior y el husillo 3 exterior se dispone el manguito 5 de fricción. El extremo 6 libre del husillo 2 de dirección interior se encuentra a una distancia del extremo del espacio 8 libre.

La figura 4 muestra el manguito 5 de fricción en una vista en perspectiva. El manguito 5 de fricción tiene una sección transversal que corresponde aproximadamente al contorno del husillo 2 interior y del husillo 3 exterior, en el ejemplo de realización este es un contorno con forma de hoja de trébol.

El manguito 5 de fricción se configura como componente con sección transversal uniforme y dos superficies 13 frontales paralelas orientadas perpendiculares al eje 12 central. El manguito 5 de fricción tiene en su parte externa una superficie 10. Al menos sobre una parte de la superficie 10 se aplica un lubricante 11. Preferiblemente se reviste con el lubricante toda la parte de la superficie 10 que en el estado montado está en contacto con la superficie (= superficie interna) del husillo 3 exterior orientada hacia el manguito de fricción. Mediante las asperezas de la superficie en el manguito 5 de fricción el lubricante 11 se mantiene en la región de contacto incluso tras introducir el husillo 2 interior con el manguito 5 dispuesto encima en el espacio hueco del husillo 3 exterior.

La figura 5 muestra una sección transversal a través del husillo de dirección de la figura 1 y la figura 3 a lo largo de una linea V-V de la figura 3. El husillo 3 exterior se dispone coaxial con respecto al husillo 2 interior y el manguito 5 de fricción. En zonas 9 del perfil especificas el husillo 3 exterior tiene una forma complementaria a la del husillo 2 interior. En el estado montado las regiones que durante la operación transmiten un par de giro están en contacto con las regiones del manguito 5 de fricción provistas con el lubricante 11. En las demás regiones preferiblemente no se da o solamente un contacto insignificante entre el husillo 3 exterior y el manguito 5 de fricción. Aqui es posible aplicar lubricante sobre el manguito 5 de fricción, pero no es necesario.

Durante la operación posterior es posible conectar el husillo 1 de dirección con las piezas 4 de conexión por una parte inmovilizado de giro con una columna de dirección por vía de las articulaciones tipo cardan y por otra parte inmovilizado de giro con el árbol de entrada de un engranaje de dirección. Los movimientos de la carrocería provocan entonces un movimiento axial de acercamiento o de alejamiento de las articulaciones tipo cardan, de manera que se requiere un movimiento telescópico del husillo 2 interior con respecto al husillo 3 exterior. El manguito 5 de fricción se fija al menos sustancialmente inmovilizado con respecto al husillo 2 interior. O sea que efectúa igualmente un movimiento telescópico con respecto al husillo 3 exterior. Las regiones provistas con lubricante 11 llegan a colindar con la superficie interna del husillo 3 exterior. Entonces el llamado efecto de agarrotamiento-deslizamiento se presenta siempre al principio del desplazamiento. Aquí tiene lugar un cambio de la fricción de adherencia a la fricción de deslizamiento que provoca el efecto de agarrotamiento-deslizamiento indeseado. Mediante la elección de conformidad con la invención del material del manguito 5 de fricción es posible reducir el efecto de agarrotamiento-deslizamiento. Una mejora adicional se obtiene mediante la aplicación del lubricante de conformidad con la invención sobre las superficies de contacto que se mueven reciprocamente entre el manguito 5 de fricción y la superficie interna del husillo 3 exterior. La elección del material de acero para el husillo exterior reduce adicionalmente el efecto de agarrotamiento-deslizamiento, siendo que la superficie interna, al menos en la región de contacto tiene una aspereza de Ra en el intervalo de 0.2 µp? a 0.6 µp?. de manera particularmente preferida de 0.4 pm.

La invención también comprende el caso inverso en el cual se aplica lubricante sobre el manguito de fricción en las regiones que se encuentran dispuestas en su superficie interior. De manera correspondiente el manguito de fricción se introduce en el husillo 3 exterior y a continuación se le proporciona el lubricante. En este caso el manguito de fricción convenientemente se inmoviliza axialmente contra un desplazamiento frente al husillo exterior, en tanto que se permite el desplazamiento axial entre el manguito 5 de fricción y el husillo 2 interior.

Para la invención no es necesario inmovilizar el manguito frente a uno de los dos árboles en la dirección de desplazamiento (= dirección telescópica) , a pesar de que esto no se debe preferir.

Con la invención es además posible realizar una muy larga vida útil de la conexión corrediza con un elevado número de desplazamientos relativos, siendo que el componente de fuerza axial de la diferencia de fuerza en la transición entre la adherencia de fricción y la adherencia de deslizamiento es inferior a 10 N dentro de un periodo de desplazamiento de 0.01 segundos.

Leyenda con respecto a los símbolos de referencia 1 Husillo de dirección 2 Husillo interior 3 Husillo exterior 4 Pieza de conexión para articulación tipo cardan 5 Manguito de fricción 6 Extremo libre 7 Nariz de enclavamiento 8 Nariz de enclavamiento 9 Zona de perfil 10 Región de superficie 11 Lubricante 12 Eje central 13 Superficie frontal

Claims (7)

REIVINDICACIONES

1. Husillo de dirección telescópico con un husillo interior y un husillo exterior que se dispone coaxiales relativamente uno a otro y que para la transmisión de par de giro tienen una sección transversal que difiere de la forma circular, siendo que entre el husillo exterior y el husillo interior se proporciona un espacio intermedio en el cual se proporciona un manguito de fricción que consta de un material sintético termoplástico o lo contiene, mismo que tiene una superficie interna y una superficie externa, caracterizado porque el manguito de fricción consta de una mezcla que contiene el material PEEK y adicionalmente los materiales TTFE con una proporción volumétrica en el intervalo de 7% a 13% y grafito en una proporción volumétrica de 7% a 13% y fibras de carbono con una proporción volumétrica de 25% a 35%, y porque adicionalmente en el contacto corredizo entre el manguito de fricción y el husillo externo y/o interno se dispone un lubricante que tiene una viscosidad dinámica en el intervalo de 2000 mPa*s a 4000 mPa*s a una temperatura de 25°C y en el intervalo de 600 mPa*s a 1200 mPa*s a una temperatura de 80°C y en el intervalo de 150000 mPa*s a 220000 mPa*s a una temperatura de 20°C.

2. Husillo de dirección telescópico según se reclama en la reivindicación 1, caracterizado porque el manguito de fricción se produce en el proceso de fundición inyectada o extrusión.

3. Husillo de dirección telescópico según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, caracterizado porque el lubricante tiene una viscosidad dinámica en el intervalo de 2500 mPa*s a 3500 mPa*s a una temperatura de 25°C y en el intervalo de 800 mPa*s a 1000 mPa*s a una temperatura de 80°C y en el intervalo de 190000 mPa*s a 200000 mPa*s a una temperatura de 20°C.

4. Husillo de dirección telescópico según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque el husillo exterior está constituido del material acero y en su superficie orientada hacia el manguito tiene asperezas Ra en el intervalo de 0.2 pm a 0.6 µp?, preferiblemente en el intervalo de 0.4 µp?

5. Husillo de dirección telescópico según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el husillo interior está constituido del material acero y en su superficie orientada hacia el manguito tiene asperezas Ra en el intervalo de 0.2 m a 0.6 µ?t?, preferiblemente en el intervalo de 0.4 µp?.

6. Husillo de dirección telescópico según se reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque el manguito de fricción se inmoviliza en el husillo interior contra un desplazamiento en dirección axial.

7. Husillo de dirección telescópico según reclama en cualquiera de las reivindicaciones 1 a caracterizado porque el manguito de fricción se inmóvil en el husillo exterior contra un desplazamiento en dirección axial.