ES2204556T3 - Dispositivo de retorno al punto muerto, en particular para un volante. - Google Patents

Abstract

Dispositivo de recuperación al punto neutro de un elemento giratorio, del tipo que comprende dos resortes en espiral destinados a aplicar un par de recuperación en dicho elemento giratorio para devolverlo al punto neutro, medios para limitar en dos direcciones la rotación del elemento giratorio, y un plato (19) montado en rotación con respecto a un elemento fijo (9), caracterizado por el hecho de que un primer resorte (23) está dispuesto a un lado del plato y fijado sobre éste por su extremo interno, estando dispuesto un segundo resorte (25) al otro lado del plato y fijado por su extremo interno en el elemento fijo, estando ligado, el extremo externo del primer resorte, en un primer sentido, a la rotación de un anillo giratorio de un cojinete de rodamiento (5) provisto de un anillo interior (6) y de un anillo exterior (7), siendo solidario uno de los anillos al elemento fijo y siendo solidario el otro anillo al elemento giratorio y estando ligado el extremo externo del segundo resorte, en un segundo sentido opuesto al primero, a la rotación del plato.

Description

Dispositivo de retorno al punto muerto, en particular para un volante.

La presente invención se refiere al campo de los dispositivos de volante de maniobra utilizados, por ejemplo, para la dirección de vehículos automóviles, equipos de manutención o maquinaria de obras públicas, u otros tipos de maquinaria que precisan un volante de mando.

De forma clásica, un volante de maniobra está unido a un eje, por ejemplo a una columna de dirección, que según el tipo de dirección utilizado, acciona directamente en rotación el mecanismo de dirección, en el caso de una dirección mecánica, distribuidores, en el caso de una dirección hidráulica o, finalmente, en el caso de una dirección eléctrica, acciona el anillo colector de un dispositivo de sensor que proporciona una señal al motor eléctrico de mando, siendo posibles combinaciones de estos tres tipos.

En el caso de una dirección únicamente eléctrica, utilizado cada vez más habitualmente para equipos de manutención tales como carretillas elevadoras, el eje sirve para enlazar el volante al equipo por medio de rodamientos. Un sistema de detección de la rotación del volante, integrado o no en el rodamiento, proporciona una señal representativa de la rotación del volante destinada al dispositivo de orientación de las ruedas del vehículo. Se añade generalmente al mismo un sistema de frenado del volante, destinado a generar en éste un par resistente a fin de favorecer la precisión de la conducción del vehículo. Un dispositivo de este tipo se describe en el documento DE-A-195 10 717.

Aunque técnicamente satisfactorio, este dispositivo presenta algunos inconvenientes de tamaño axial y de costo en razón de la presencia de dos rodamientos, de un sistema de freno y del propio volante.

En la medida en la que el volante ya no tiene enlace mecánico directo con los órganos que manda, ruedas, por ejemplo, esto lleva a resolver dos tipos de problemas, por una parte la limitación del número de vueltas posibles efectuadas por el volante, por otra parte el retorno automático del volante al punto neutro cuando el operador cesa de maniobrar el volante.

Existen ya dispositivos de retorno al punto muerto, véase especialmente los documentos US 5050443, que sirve de base al preámbulo de la reivindicación 1, y NO 101790, pero adaptados a sistemas mandados por un eje central, lo que se trata precisamente de evitar. Además estos dispositivos incorporan un gran número de piezas y son por consiguiente onerosos de fabricar.

La presente invención tiene por objeto remediar los problemas arriba evocados.

La presente invención tiene por objeto proponer un mecanismo simple y compacto de retorno al punto neutro, adaptado a un volante de maniobra desprovisto de eje central.

El dispositivo según la invención sirve para la recuperación del punto neutro de un elemento giratorio. El dispositivo es del tipo que comprende dos resortes en espiral destinados a aplicar un par de recuperación en un elemento giratorio para devolverlo al punto neutro, medios para limitar en dos direcciones la rotación del elemento giratorio, y un plato montado en rotación con respecto a un elemento fijo. Un primer resorte está dispuesto a un lado del plato y fijado sobre éste por su extremo interno, estando dispuesto un segundo resorte al otro lado del plato y fijado por su extremo interno en el elemento fijo, estando unido, el extremo externo del primer resorte, en un primer sentido, a la rotación de un anillo rotativo de un cojinete de rodamiento provisto de un anillo interior y de un anillo exterior, siendo solidario uno de los anillos al elemento fijo y siendo solidario el otro anillo al elemento giratorio y estando ligado el extremo externo del segundo resorte, en un segundo sentido opuesto al primero, a la rotación del plato. Ventajosamente, dicho dispositivo es de diámetro inferior o igual al tamaño del rodamiento, eventualmente al orificio del anillo interior del rodamiento.

Ventajosamente, el dispositivo comprende primeros medios de accionamiento del extremo externo del primer resorte, siendo solidarios los primeros medios de accionamiento del anillo giratorio, y segundos medios de accionamiento del extremo externo del segundo resorte, siendo solidarios del plato los segundos medios de accionamiento.

Ventajosamente, el dispositivo comprende un órgano de accionamiento solidario de anillo giratorio y destinado a accionar, en un primer sentido de rotación, el plato por contacto directo con un órgano de apoyo de dicho plato, formando tope igualmente el órgano de apoyo para parada en rotación del anillo giratorio al cabo de sensiblemente una vuelta en el segundo sentido a partir del punto neutro.

En un modo de realización de la invención, los medios de accionamiento del primer resorte están constituidos por el órgano de accionamiento solidario del anillo giratorio. El órgano de accionamiento solidario del anillo giratorio puede ser una patilla radial.

En otro modo de realización de la invención, los medios de accionamiento del primer resorte están constituidos por un orificio en el cual se aloja el extremo externo del resorte.

Ventajosamente, el plato comprende, del lado del segundo resorte, un órgano de detención destinado a cooperar con un tope del elemento fijo para limitar a sensiblemente una vuelta la rotación del plato cuando dicho plato es accionado en el primer sentido de rotación y para impedir la rotación de dicho plato a partir del punto neutro en el segundo sentido de rotación.

En un modo de realización de la invención, los medios de accionamiento del segundo resorte solidarios del plato están constituidos por el órgano de detención situado en el plato. El órgano de detención situado en el plato puede ser una patilla axial.

En un modo de realización de la invención, el punto de anclaje del extremo interno del segundo resorte está situado en un eje fijo solidario al órgano fijo.

Preferentemente, la rotación del anillo giratorio en el primer sentido provoca la rotación del plato y la puesta en tensión del segundo resorte por enrollamiento, sin que el primer resorte experimente modificación de tensión, mientras que la rotación del anillo giratorio en el segundo sentido provoca la puesta en tensión del primer resorte por enrollamiento, sin que el segundo resorte experimente modificación de tensión, estando el plato impedido para girar por el órgano de detención que se apoya en el tope del elemento fijo.

En un modo de realización de la invención, el segundo resorte está dispuesto axialmente entre dicho plato y el elemento fijo.

La invención tiene igualmente por objeto un sistema de volante del tipo sin eje, fijado en el anillo giratorio de un cojinete de rodamiento provisto de un dispositivo de recuperación del punto neutro.

El dispositivo de volante de maniobra con retorno al punto neutro es particularmente compacto con relación al dispositivo convencional. Además, como el cojinete de rodamiento puede tener un diámetro importante, superior a los utilizados de forma clásica, aunque inferior al diámetro del volante, y por tanto sin aumento del tamaño radial, es posible utilizar un sensor de gran resolución, siendo más elevado el número de impulsos entregados por el codificador para un ángulo de rotación dado que para un codificador de diámetro pequeño.

El gran diámetro del rodamiento permite integrar en él más fácilmente un sistema sencillo de generación de par de frenado, siendo la fuerza de frenado requerida del sistema de generación inversamente proporcional al diámetro para un par dado.

La zona central del volante desprovista de árbol pleno, ofrece un espacio libre que puede ser utilizado para alojar en el mismo dispositivos anexos.

Finalmente, este dispositivo de volante de maniobra se adapta y se monta fácilmente en numerosos emplazamientos posibles del vehículo, por ejemplo en el salpicadero, por medio de la caja que forma soporte. Basta con unos tornillos para la fijación del volante por medio de la caja.

La presente invención se comprenderá mejor y aparecerán otras ventajas en la lectura de la descripción detallada de un modo de realización tomado a título de ejemplo, en modo alguno limitativo, e ilustrado por los dibujos anexos, en los cuales:

- la figura 1 es una vista de la mitad, en corte axial, de un dispositivo de volante de maniobra conforme a la invención;

- la figura 2 es una vista parcial desde arriba en alzado, que corresponde a la figura 1; y

- la figura 3 es una vista en corte según III-III de la figura 1.

Como puede verse en la figura 1, el volante de dirección comprende una parte de agarre 1 en forma de toro, solidaria de una parte de soporte 2. La parte de soporte 2 presenta un a forma de cazoleta con una parte radial 3 cuyo extremo libre de gran diámetro soporta la parte de agarre 1, y una parte axial 4 que se extiende hacia abajo a partir del borde inferior de la parte radial 3.

El volante de maniobra comprende un cojinete de rodamiento 5 provisto de un anillo interior giratorio 6 macizo, de un anillo exterior no giratorio macizo 7, y de una alineación de elementos rodantes 8, por ejemplo bolas dispuestas entre un camino de rodamiento exterior del anillo interior 6 y un camino de rodamiento interior del anillo exterior 7.

Se podría prever una jaula de mantenimiento de los elementos rodantes 8. Sin embargo, en razón de su pequeña velocidad de rotación en tales aplicaciones, la presencia de la jaula no es indispensable. El anillo interior 6 está alojado en la superficie exterior 4a de la parte axial 4 de la parte de soporte 2 hasta el contacto con la parte radial 3. Como variante, se podría prever anillos de chapa.

El volante comprende igualmente una caja fija de soporte con referencia 9. La caja 9 comprende un fondo radial 10 circular que puede ser perforado por taladros pasantes previstos para recibir tornillos de fijación en la pieza prevista para soportar el volante, por ejemplo el salpicadero de un vehículo o de una máquina. La caja 9 comprende igualmente una parte axial 11 en el orificio de la cual está alojado el anillo exterior 7 del rodamiento 5. La parte axial 11 se extiende hacia arriba a partir del borde circular exterior del fondo radial 10 de la caja 9. Para permitir un posicionamiento satisfactorio del anillo exterior 7 con respecto a la parte axial 11, se prevé un resalte 12 contra el cual dicho anillo exterior 7 hace tope en sentido axial.

El cojinete de rodamiento 5 comprende un dispositivo integrado de detección de la velocidad de rotación provisto de un sensor 13 solidario del anillo exterior 7 y un anillo codificador 14 solidario del anillo interior 6. Este dispositivo de detección de la velocidad de rotación puede ser de diferentes tipos, óptico, magnético, con un sensor de efecto Hall u otro, etc. El sensor 13 y el codificador 14 están dispuestos axialmente entre los elementos rodantes 8 y el fondo radial 10 de la caja 9 y se encuentran por tanto bien protegidos contra las agresiones exteriores, cubriendo la parte radial 3 la parte superior del cojinete de rodamiento 5.

Un cable de conexión 15 une el sensor 13 a la unidad electrónica, no representada, apta para utilizar la señal eléctrica que porta una información sobre el ángulo de orientación del volante procedente de dicho sensor 13. El cable 15 atraviesa el fondo 10 de la caja.

El volante de maniobra comprende, además, una tapa 16 realizada, por ejemplo en material sintético y que se dispone sobre la parte de soporte 2 en la unión de las partes radial 3 y axial 4, opuesta a la superficie exterior 4a. La tapa 16 presenta la forma de un disco circular o, en variante no representada, de una corona circular que deja libre un espacio central en la proximidad del eje geométrico de rotación del volante.

El fondo 10 de la caja 9 comprende un dedo axial 17 que forma eje centrado en el eje geométrico de rotación del volante y sobresaliendo hacia arriba a partir de dicho fondo 10, y un tope 18, en forma de un pasador axial que igualmente sobresale hacia arriba y dispuesto radialmente entre la parte axial 4 de la parte de soporte 2 y el dedo 17, estando más próximo a la parte axial 4. En el dedo 17 se monta en rotación un plato 19 de forma general circular plana y de diámetro ligeramente inferior al de la parte axial 4 de la parte de soporte 2 que rodea el plato 19 en al menos una parte de su espesor. El plato 19 comprende una superficie superior plana 19a y una superficie inferior 19b, igualmente plana. La superficie inferior 19b está situada por encima del tope 18 y está provista de una patilla axial 20 orientada hacia abajo y situada radialmente a una distancia, con relación al eje de rotación, tal que dicha patilla axial 20 sea capaz de entrar en contacto con el tope 18 cuando se procede a la rotación del platillo 19. El platillo 19 está provisto de una protuberancia radial 21 apta para entrar en contacto con una patilla radial 22 que sale del borde inferior libre de la parte axial 4 de la parte de soporte 2 y orientada radialmente hacia el interior.

En las posiciones ilustradas en las figuras 1, 2 y 3, la protuberancia 21 está en contacto con la patilla radial 22, y la patilla radial 20 está en contacto con el tope 18. A partir de esta posición, se comprende que es posible girar el volante 1 en el sentido de las agujas del reloj en sensiblemente una vuelta, accionando en rotación el plato 19 hasta que la patilla 20 de dicho plato 19 entre en contacto con el tope 18. En el sentido contrario a las agujas del reloj, se puede igualmente girar el volante 1 sensiblemente en una vuelta, sin accionar el plato 19, hasta que la patilla radial 22 entre en contacto con la protuberancia 21 del plato 19, cuya patilla axial 20 está siempre en contacto con el tope 18 de la caja 9.

El dispositivo comprende además dos resortes. Un resorte superior 23 de tipo espiral está dispuesto en la superficie superior 19a del plato 19. El resorte 23 comprende un extremo interno 23a plegado axialmente hacia abajo y que está dispuesto en un orificio 24 formado en dicha superficie superior 19a del plato 19. Una porción sensiblemente recta 23b situada antes del extremo replegado 23a está solidarizada al plato por medios apropiados, de forma que está angularmente ligada a la rotación del plato. El resorte 23 comprende un extremo externo 23c que sobresale radialmente con respecto al plato 19 y que está en contacto con la patilla radial 22 del volante.

El segundo resorte 25 está dispuesto en la superficie inferior 19b del plato 19. El resorte 25 es de tipo espiral y comprende un extremo de pequeño diámetro dispuesto en un orificio transversal 26 del dedo axial 17, y un extremo de gran diámetro 25b en contacto con la patilla axial 20 del plato 19 del lado opuesto al tope 18, en la posición ilustrada en las figuras 1 a 3.

A partir de la posición neutra de las figuras 1 a 3, si se gira el volante en el sentido de las agujas del reloj, la patilla radial 22 del volante acciona en rotación al plato 19 por medio de la protuberancia radial 21. El resorte 23 no experimenta por tanto modificación y sigue con la ligera pretensión a la que se le había sometido al proceder a su montaje. Por el contrario, la patilla axial 20 del plato 19 ya no está en contacto con el tope 18 y acciona en rotación en el sentido de las agujas del reloj el extremo externo 25b del resorte 25 cuyo extremo interno 25a está fijado en el orificio transversal 26 del dedo 17 de la caja 9. El resorte 25 es por tanto progresivamente tensado hasta que la rotación se detenga, sea por el operador o sea por el contacto entre la patilla radial 20 (o dado el caso el extremo 25b del resorte 25) y el tope 18, al cabo de sensiblemente una vuelta.

Cuando el operador suelta el volante, el resorte 25 se distiende y acciona la patilla axial 20 y por tanto el plato 19 en el sentido contrario de las agujas del reloj hasta encontrar la posición ilustrada en la figura 3. Este desplazamiento del plato 19 en el sentido contrario a las agujas del reloj trae consigo igualmente un desplazamiento correspondiente del volante en el mismo sentido en razón del contacto entre la protuberancia radial 21 y la patilla radial 22 del volante.

A partir de la posición neutra ilustrada en las figuras 1 a 3, cuando un operador acciona el volante en rotación en el sentido contrario a las agujas del reloj, la patilla radial 22 del volante acciona en rotación en dicho sentido contrario a las agujas del reloj al extremo externo 23c del resorte superior 23. El plato 19 tiende igualmente a desplazarse en el sentido contrario a las agujas del reloj, pero es bloqueado por el contacto de la patilla axial 20 con el tope 18 de la caja 9. El plato 19 sigue por tanto inmóvil y el resorte 23 se tensa. En el sentido contrario a las agujas del reloj, la rotación máxima está limitada sensiblemente a una vuelta, puesto que la patilla radia 22 (o dado el caso, el extremo 23c del resorte 23) entra en contacto con la protuberancia 21 del plato 19.

Cuando el operador suelta el volante, el resorte 23 se distiende progresivamente accionando la patilla radial 22, y por tanto el volante, en el sentido de las agujas del reloj, quedando inmóvil el plato 19, estando en contacto su patilla axial 20 con el tope 18 de la caja 9, como se ve en la figura 3. El resorte 23 tiende pues a devolver el volante hasta la posición ilustrada en las figuras 1 a 3.

En otros términos, la rotación del volante en un sentido provoca la rotación del plato y la puesta en tensión de uno de los resortes por enrollamiento sin que el otro resorte experimente modificación de tensión, mientras que la rotación del volante en el sentido contrario provoca la puesta en tensión del otro resorte por enrollamiento sin que el primer resorte experimente modificaciones de tensión, impidiéndose girar al plato.

La patilla radial 22 es por tanto apta para accionar el plato 19 en rotación en un sentido, para comprimir el resorte 23 en el curso de una rotación en el otro sentido y para ponerse en contacto de tope de fin de carrera con la protuberancia radial 21 del pato 19, siempre en sentido contrario.

La patilla axial 20 situada bajo la superficie inferior 19b del plato 19 es apta para accionar el extremo externo 25b del resorte inferior 25, comprimiéndolo en un sentido hasta ponerse a tope de fin de carrera en el tope 18 de la caja 9 y, en el otro sentido, para quedar apoyado en dicho tope 18.

Los resorte 23 y 25 están montados en oposición y están ligeramente pretensados, de forma que en posición neutra la patilla radial 22 del volante esté ligeramente apoyada en la protuberancia radial 21 del plato 19 y que la patilla axial 20 del plato 19 esté a su vez ligeramente apoyada en el tope 18 de la caja 9. El volante está entonces en posición de equilibrio en el punto neutro. Así, sea cual fuere el sentido de rotación a partir del punto neutro, si el operador suelta el volante, el resorte que ha sido comprimido restituye energía distendiéndose y devuelve al volante al punto neutro.

Bien entendido, este modo de realización no es limitativo. Se podría también obtener los mismos resultados accionando los extremos de gran diámetro de los resortes por medios distintos de las patillas o de las protuberancias radiales y axiales, por ejemplo introduciendo el extremo externo del resorte superior en un orificio radial dispuesto en el órgano giratorio, por ejemplo en la parte axial 4 y solidarizando el extremo externo del resorte superior en un orificio radial dispuesto en el órgano giratorio, por ejemplo en la parte axial 4 y solidarizando el extremo externo del resorte inferior con el fondo 10 de la caja 9. Se pueden invertir las posiciones relativas de diferentes elementos sin modificar el funcionamiento del dispositivo, y a título de variante.

Se obtiene, gracias a la invención, un conjunto muy compacto y sencillo de recuperación al punto neutro y de limitación del número de vueltas de un volante, apto para ser dispuesto en la parte central de un volante sin eje, permitiéndole el tamaño radial del dispositivo de recuperación al punto neutro ser montado en el espacio radial libre en el interior del volante y en el interior del rodamiento, siendo el tamaño axial del dispositivo de recuperación al punto neutro a su vez inferior al tamaño axial del rodamiento. El tamaño axial del dispositivo de recuperación al punto neutro es suficientemente pequeño para dejar un espacio libre bajo la tapa 16 y permitir la instalación de órganos anexos.

Gracias a la invención, se dispone de un volante de dirección económico, de pequeño tamaño axial y radial, dejando libre al mismo tiempo un espacio central y no utilizando más que un solo cojinete de rodamiento a su vez provisto de una única alineación de elementos rodantes.

Claims (14)

1. Dispositivo de recuperación al punto neutro de un elemento giratorio, del tipo que comprende dos resortes en espiral destinados a aplicar un par de recuperación en dicho elemento giratorio para devolverlo al punto neutro, medios para limitar en dos direcciones la rotación del elemento giratorio, y un plato (19) montado en rotación con respecto a un elemento fijo (9), caracterizado por el hecho de que un primer resorte (23) está dispuesto a un lado del plato y fijado sobre éste por su extremo interno, estando dispuesto un segundo resorte (25) al otro lado del plato y fijado por su extremo interno en el elemento fijo, estando ligado, el extremo externo del primer resorte, en un primer sentido, a la rotación de un anillo giratorio de un cojinete de rodamiento (5) provisto de un anillo interior (6) y de un anillo exterior (7), siendo solidario uno de los anillos al elemento fijo y siendo solidario el otro anillo al elemento giratorio y estando ligado el extremo externo del segundo resorte, en un segundo sentido opuesto al primero, a la rotación del plato.

2. Dispositivo según la reivindicación 1, caracterizado por el hecho de que comprende primeros medios de accionamiento del extremo externo del primer resorte (23), siendo solidarios los primeros medios de accionamiento del anillo giratorio, y segundos medios de accionamiento del extremo externo del segundo resorte (25), siendo solidarios los segundos medios de accionamiento del plato (19).

3. Dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por el hecho de que comprende un órgano de accionamiento (22) solidario del anillo giratorio, y destinado a accionar, en un primer sentido de rotación, el plato por contacto directo con un órgano de apoyo (21) de dicho plato, formando tope igualmente el órgano de apoyo para la detención en rotación del anillo giratorio al cabo de sensiblemente una vuelta en el segundo sentido a partir del punto neutro.

4. Dispositivo según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por el hecho de que los medios de accionamiento del primer resorte están constituidos por el órgano de accionamiento (22) solidario del anillo giratorio.

5. Dispositivo según la reivindicación 4, caracterizado por el hecho de que el órgano de accionamiento solidario del anillo giratorio puede ser una patilla radial (22).

6. Dispositivo según las reivindicaciones 2 y 3, caracterizado por el hecho de que los medios de accionamiento del primer resorte están constituidos por un orificio en el cual se aloja el extremo externo del resorte.

7. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el plato (19) comprende, del lado del segundo resorte (25), un órgano de detención (20) destinado a cooperar con un tope (18) del elemento fijo para limitar a sensiblemente una vuelta la rotación del plato cuando dicho plato es accionado en el primer sentido de rotación y para impedir la rotación de dicho plato a partir del punto neutro en el segundo sentido de rotación.

8. Dispositivo según las reivindicaciones 2 y 7, caracterizado por el hecho de que los medios de accionamiento del segundo resorte (25) solidarios del plato, están constituidos por el órgano de detención (20) situado en el plato.

9. Dispositivo según la reivindicación 8, caracterizado por el hecho de que el órgano de detención situado en el plato (19) es una patilla axial (20).

10. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el punto de anclaje del extremo interno del segundo resorte (25) está situado en un eje fijo (17) solidario al órgano fijo.

11. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que la rotación del anillo giratorio en el primer sentido provoca la rotación del plato (19) y la puesta en tensión del segundo resorte (25) por enrollamiento, sin que el primer resorte (23) experimente modificación de tensión, mientras que la rotación del anillo giratorio en el segundo sentido provoca la puesta en tensión del primer resorte (23) por enrollamiento, sin que el segundo resorte (25) experimente modificación de tensión, estando el plato impedido para girar por el órgano de detención (20) que se apoya en el tope (18) del elemento fijo.

12. Dispositivo según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por el hecho de que el segundo resorte (25) está dispuesto axialmente entre dicho plato y el elemento fijo.

13. Volante del tipo sin eje caracterizado por el hecho de que incorpora un dispositivo de recuperación al punto neutro, según una cualquiera de las reivindicaciones precedentes.

14. Volante sin eje según la reivindicación 13, caracterizado por el hecho de que el cojinete de rodamiento está provisto de un dispositivo de detección (13, 14) de los parámetros de rotación.