ITMI20130735A1 - Colonna sterzo multifunzionale inclinabile - Google Patents

Description

COLONNA STERZO MULTIFUNZIONALE INCLINABILE

La presente invenzione si riferisce ad una colonna sterzo multifunzionale inclinabile.

Nel campo automobilistico (automotive) sono attualmente usate varie tipologie di colonne sterzo costituite da una pluralità di elementi, alcuni dei quali ricavati tramite complesse operazioni di formazione ed assemblaggio.

Tali colonne prevedono collegamenti particolarmente complessi per la realizzazione dei movimenti e delle regolazioni necessarie, ad esempio in altezza.

Inoltre, in una colonna sterzo convenzionale si prevede un gruppo telescopico costituito da una serie di elementi scanalati maschio e femmina, che nella quasi totalità sono ricavati di lavorazione di barre successivamente soggette a trattamenti termici più o meno lunghi, complessi e costosi.

In queste colonne vengono utilizzati giunti cardanici per consentire i movimenti di regolazione angolare del volante di una certa ampiezza (più o meno grande) nelle varie direzioni ergonomicamente scelte o nella direzione di disimpegno dalla posizione sul veicolo. Infatti questo permette la trasmissione del moto rotatorio tra due alberi con un certo angolo di incidenza.

Normalmente in una colonna sterzo munita di regolazione della inclinazione, cosiddetta “tiltable†, la trasmissione del moto volante - idroguida à ̈ a carico di un giunto cardanico convenzionale.

E’ noto che con la presenza di un giunto cardanico l’angolo massimo potenziale non supera i 45°. Di conseguenza in alcune colonne sterzo, a volte, vengono inseriti più giunti cardanici in serie per rendere possibile angoli di inclinazione (tiltable) più ampi. Una tale disposizione comporta un aggravio di costi, complessità di costruzione, e non supera ulteriori problematiche strettamente connesse con l’uso di un giunto cardanico.

Infatti tali disposizioni-soluzioni note, anche se trattate con appositi trattamenti superficiali di protezione, presentano una bassa resistenza all’acqua e non trovano al momento soluzioni volte a migliorare tale caratteristica.

In ogni caso la interazione delle caratteristiche sopra citate non permette prestazioni elevate e complesse della colonna sterzo di tipo convenzionale.

A tale proposito sono stati fatti molti tentativi negli ultimi anni per trovare una soluzione ai vari problemi sopra prospettati, senza peraltro individuare una soluzione valida.

Scopo generale della presente invenzione à ̈ quello di risolvere gli inconvenienti sopra citati della tecnica nota in una maniera estremamente semplice, economica e particolarmente funzionale.

Altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una colonna sterzo multifunzionale inclinabile particolarmente semplificata in costruzione che non necessiti di lavorazioni meccaniche aggiuntive di adattamento delle parti.

Ancora un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una colonna sterzo multifunzionale inclinabile resistente all’acqua nelle sue parti collegate e di collegamento.

Ancora un altro scopo della presente invenzione à ̈ quello di realizzare una colonna sterzo multifunzionale inclinabile capace di sopportare assorbire vibrazioni senza importanti interventi nella snodo e con ingombri molto limitati o meglio invariati.

In vista degli scopi suddetti, secondo la presente invenzione, si à ̈ pensato di realizzare una colonna sterzo multifunzionale inclinabile avente le caratteristiche esposte nelle rivendicazioni allegate. Le caratteristiche strutturali e funzionali della presente invenzione ed i suoi vantaggi nei confronti della tecnica conosciuta risulteranno ancora più chiari ed evidenti da un esame della descrizione seguente, riferita ai disegni allegati, che tra l’altro mostrano una schematizzazione di una forma di realizzazione di una colonna sterzo multifunzionale inclinabile realizzata secondo l’invenzione stessa. Nei disegni: - la figura 1 mostra una vista in alzata di una colonna sterzo inclinabile realizzata secondo la presente invenzione;

- la figura 2 mostra una vista in una sezione ruotata di 90° della colonna sterzo mostrata in figura 1;

- la figura 3 mostra una vista in una sezione della colonna sterzo mostrata in figura 1;

- le figure 4 e 5 sono sezioni secondo le tracce IV-IV e V-V di figura 3;

- la figura 6 mostra un particolare ingrandito di figura 2;

- la figure 7 e 8 sono viste prospettiche montate e parzialmente montate esplose di alcuni particolari;

- la figura 9 mostra una vista ingrandita di una porzione centrale della sezione di figura 2;

- la figura 10 Ã ̈ una sezione secondo le tracce X-X di figura 9; e

- la figura 11 à ̈ una vista prospettica con parti esplose del giunto di trasmissione che à ̈ stato mostrato nelle figure 9 e 10.

Con riferimento alle figure di assieme, à ̈ illustrata una colonna sterzo multifunzionale inclinabile secondo angoli α realizzata secondo la presente invenzione, complessivamente indicata con il numero di riferimento 11.

Una estremità superiore libera 12 di un elemento ad asta 13 à ̈ resa solidale ad una manopola (non mostrata nei disegni) disposta centralmente ad un volante di guida V di un veicolo, non mostrato.

Il volante à ̈ fissato ad un elemento tubolare 14 il quale a sua volta à ̈ disposto coassialmente esterno a contenere l’elemento ad asta 13 interno.

L’elemento tubolare 14 a sua volta à ̈ scorrevole internamente ad un elemento tubolare esterno 15, a realizzare un gruppo telescopico, secondo un accoppiamento a sezione poligonale che nelle figure à ̈ mostrato come prismatico a sezione ottagonale, ma può essere di forma poligonale similare. In tal modo l’accoppiamento à ̈ atto a permettere la trasmissione del moto rotatorio dall’elemento tubolare interno 14 all’elemento tubolare esterno 15, permettendo comunque uno scorrimento assiale dell’elemento tubolare 14 rispetto all’elemento tubolare esterno 15.

Gli elementi tubolari 14, 15 e 16 sono realizzati in pressofusione con una lega leggera di alluminio non riducendo così drasticamente le lavorazioni meccaniche presenti nei piantoni attuali.

Questo elemento tubolare esterno 15 à ̈ sostenuto a suoi estremi da un elemento di contenimento 16, che lo circonda e che costituisce una prima parte di telaio mobile, tramite una coppia di cuscinetti 17 e 18. In tal modo l’elemento tubolare esterno 15 à ̈ libero di ruotare ma risulta assialmente bloccato rispetto ad ogni spostamento assiale.

L’elemento di contenimento 16, o prima parte di telaio mobile, à ̈ allineato ed incernierato in “O†rispetto ad un secondo elemento di contenimento 19 o seconda parte di telaio fissa sottostante e regolabile di inclinazione grazie alla presenza di gruppo molla a gas 24 attuabile nella posizione voluta tramite apposito comando per mantenere la posizione selezionata.

Applicando una modestissima coppia alla manopola sopra citata (non mostrata), l’asta 13 ruota avvitandosi all’interno di un primo elemento di bloccaggio 20 che funge da morsetto inferiore. Il primo elemento di bloccaggio 20 ha una sagoma del perimetro esterno complementare alla sezione interna dell’elemento tubolare esterno 15 poligonale, in questo esempio ottagonale, entro il quale à ̈ spostabile. Un secondo elemento di bloccaggio 21, che funge da morsetto superiore, ha perimetro esterno anch’esso complementare alla sezione interna del citato elemento tubolare esterno 15 poligonale entro cui à ̈ anch’esso spostabile. Il secondo elemento di bloccaggio 21 à ̈ liberamente scorrevole sull’asta 13, così da poter essere portato a contatto con il primo elemento di bloccaggio 20 e con l’elemento tubolare interno scorrevole 14, e funge da morsetto inferiore. Gli elementi di bloccaggio 20, 21 su superfici affacciate tra loro prevedono l’uno elemento 20 una porzione smussata 25 e l’altro elemento 21 una porzione smussata 26 di forma complementare. Queste porzioni 25 e 26 fungono da piani di espansione dei due elementi di bloccaggio 20, 21. Infatti le porzioni smussate 25 e 26 quando accoppiate scorrono l’una sull’altra così da determinare uno scorrimento trasversale tra loro, andando a bloccarsi rispetto alla parete interna dell’elemento tubolare 15. Più precisamente, alcune figure presentano una situazione ed una conformazione esagerata che nella realtà à ̈ dell’ordine di pochi decimi, volta a chiarire la struttura, la disposizione e il funzionamento delle parti.

Per realizzare una tale disposizione forzata di questi elementi di bloccaggio 20, 21 l’asta 13 subisce una leggera incurvatura rispetto al suo asse e si sposta all’interno dell’elemento di bloccaggio 21, che come detto à ̈ scorrevole su tale asta 13. In tal modo, l’asta 13 si deforma elasticamente trasversalmente oscillando e seguendo il movimento trasversale del primo elemento di bloccaggio 20. Con questo movimento gli elementi di bloccaggio 20, 21 sono portati in accoppiamento frontale con l’elemento tubolare esterno 14. Infatti alla rotazione dell’asta 13 in un verso il primo elemento di bloccaggio 20 à ̈ costretto a risalire all’interno dell’elemento tubolare 15 e trascina con sé il secondo elemento di bloccaggio 21 realizzando mezzi di accoppiamento forzato espansibili tra l’elemento tubolare 14 interno e l’elemento tubolare esterno 15. Per effetto della rotazione dell’asta 13, il primo elemento di bloccaggio 20 e il secondo elemento di bloccaggio 21 infatti si espandono trasversalmente.

Questo in quanto sono reciprocamente a contatto secondo opportuni pareti inclinate laterali affacciate o fronti obliqui. Ne scaturisce una forzatura dei due elementi di bloccaggio 20, 21 sulle pareti interne dell’elemento tubolare esterno 15.

In tal modo il blocco tra le parti à ̈ immediato e sicuro. Di conseguenza oltre a garantire il mantenimento della regolazione assiale così fatta, il blocco tra le parti risulta fortemente stabilizzante ai giochi trasversali che possono esserci tra l’elemento tubolare 14 e l’elemento tubolare esterno 15. In questo modo tali giochi vengono annullati e l’elemento tubolare 14 e l’elemento tubolare esterno 15 divengono tra essi solidali (come saldati).

Tale posizione stabile si realizza grazie anche alla presenza di un centraggio tra i due elementi di bloccaggio 20, 21, l’asta 13 e gli elementi tubolari 14, 15. Questo centraggio à ̈ realizzato da una estensione conica assiale anulare 27 prevista sul secondo elemento di bloccaggio 21 nella parte opposta a quella in cui à ̈ realizzata la porzione smussata 26. Questa estensione conica anulare 27 si impegna infatti entro un alloggiamento complementare 28 ricavato assialmente ed internamente alla estremità affacciata dell’elemento tubolare 14 soprastante.

E’ inoltre previsto un elemento ammortizzatore o di damping di fine corsa 22, sagomato poligonalmente anch’esso, che à ̈ libero di scorrere assialmente rispetto all’elemento tubolare 14 ed à ̈ contenuto assialmente tra il secondo elemento di bloccaggio 21 (morsetto superiore) e l’elemento tubolare esterno 15. L’elemento tubolare 14 raggiunge la massima estrazione assiale quando l’altezza d’intercamera tra il secondo elemento di bloccaggio 21 (morsetto superiore) e l’elemento tubolare esterno 15 si riduce pari all’altezza dell’elemento ammortizzatore 22. L’elemento ammortizzatore 22 (elemento che possiede adeguate caratteristiche di damping) diviene l’arresto di fine corsa in estrazione del volante, il quale risulta “morbido†anche in presenza di movimentazioni assiali di fine corsa repentine e veloci del gruppo telescopico volante, grazie alla presenza di un sottosquadro anulare 23 internamente all’elemento tubolare 15.

Per svolgere la sua funzione, la colonna sterzo dell’invenzione deve inoltre presentare un giunto 30 tra la prima parte di telaio mobile 16 e la seconda parte di telaio fissa sottostante 19.

In un esempio di realizzazione tale giunto à ̈ fissato all’elemento tubolare esterno 15 ed à ̈ un giunto di trasmissione con albero completo per portare il movimento di rotazione ad una pompa idroguida (non mostrata) e permettere l’articolazione attorno ad una cerniera in “0†per la regolazione di inclinazione o “tiltable†.

In una ulteriore versione motorizzata della colonna (non mostrata) si può prevedere un attuatore elettrico che provvede ad assistere/produrre/stabilizzare la movimentazione della funzione di inclinazione o “tiltable†.

Come anche visibile dalle figure 9, 10 e 11, si tratta di un giunto, complessivamente indicato con 30, per la trasmissione del moto rotatorio tra due alberi, indicati in questo caso con 15 e 31 in figure, aventi un certo angolo di incidenza. In questo caso à ̈ utilizzato per trasmettere il moto rotatorio dal volante collegato all’albero 13 (albero condotto) ad una idroguida (non mostrata), in una colonna sterzo munita di movimento inclinabile o “tiltable†.

Il giunto di trasmissione 30 comprende un primo semigiunto superiore 32 calettato all’estremità dell’albero 15 ed un secondo semigiunto inferiore 33, in figura rappresentato di pezzo con l’albero 31, che realizzano un giunto completo a bulbo sferico. Il primo semigiunto superiore 32 à ̈ inguainato (completamente isolato) rispetto agli altri componenti tramite un elemento a guaina 34 che lo avvolge in una sua porzione di accoppiamento al secondo semigiunto inferiore 33. L’elemento a guaina 34 à ̈ un elemento ammortizzatore o damping in gomma (opportunamente dimensionato nello spessore, nella durezza shore, nelle zone di scambio delle forze tangenziali generate dalla coppia di rotazione). L’elemento a guaina 34 à ̈ a sua volta rivestito da una camicia antifrizione 35 l’esterno della quale si accoppia in accoppiamento sferico scorrevole ad una cavità 36 del secondo semigiunto inferiore 33 (semigiunto inferiore su cui à ̈ trasferito il moto rotatorio proveniente dal primo semigiunto superiore 32).

Sull’elemento a guaina 34 di ammortizzazione o damping sono calzate, con opportuna interferenza, due boccole cilindriche 38 sulle quali articolano due pattini 37. Facce opposte sagomate 40, dotate di porzioni fresate 41, sono sporgenti da ciascun pattino 37 e si accoppiano lateralmente in opportune sedi 39 ricavate nella cavità sferica 36 del secondo semigiunto inferiore 33.

Il trasferimento di coppia dal primo semigiunto superiore 32 al secondo semigiunto inferiore 33, avviene a mezzo del contatto tra porzioni fresate 41 delle facce sagomate 40 dei pattini 37 e i fianchi delle sedi 39 del secondo semigiunto inferiore 33.

La particolarità del giunto descritto fa sì che in presenza di un angolo di incidenza tra l’asse motore 15 e l’asse condotto 31, la rotazione di detti assi à ̈ mantenuta stabile attorno al relativo punto di intersezione, grazie all’accoppiamento a bulbo sferico tra il primo semigiunto superiore 32 e il secondo semigiunto inferiore 33 con interposizione dell’elemento a guaina 34 e della camicia antifrizione 35.

Le equazioni del moto, mostrano comportamento non omocinetico del giunto sia per le velocità che per le coppie motrici e condotte, alla stregua di un normale giunto cardanico. Di fatto, però, si assiste all’eliminazione della crociera del giunto cardanico, con grande semplificazione delle parti.

Ogni contatto o trasferimento di forze o coppie dal primo semigiunto superiore 32 (collegato alla colonna sterzo) al secondo semigiunto inferiore 33 (collegato su idroguida, intesa isolata con i consueti silentblock rispetto alla colonna e al veicolo/cabina su cui questa à ̈ fissata) à ̈ mediato dall’elemento a guaina 34 di damping.

Si assiste quindi all’integrazione funzionale, all’interno dello stesso giunto a bulbo sferico, di un opportuno elemento di damping in grado di smorzare il segnale vibroacustico proveniente ancora dall’idroguida. Questo segnale vibroacustico a mezzo del contatto rigido tra l’idroguida e il secondo semigiunto inferiore 33, viene veicolato dallo stesso che energizzandosi lo trasmette raggiungendo il citato elemento a guaina 34 di damping il quale lo trasmette alla colonna smorzandolo. Si consegue così una importante attenuazione sul rumore altrimenti riverberato in cabina. Va inteso che tale secondo semigiunto inferiore 33 à ̈ sorretto ad un estremo dall’idroguida stessa, mentre l’altro estremo à ̈ il giunto sopradescritto.

Nessun elemento di supporto intermedio al secondo semigiunto inferiore 33 può essere aggiunto, senza il pericolo di cortocircuitare l’isolamento dell’idroguida rispetto alla colonna sterzo. Il presente giunto (in termini di coppie di reazione collaterali sopportabili) consente l’assenza di tali elementi di supporto intermedi, alla stregua di un cardano.

Il giunto a bulbo sferico sopradescritto, può essere all’occorrenza, privato del secondo semigiunto inferiore 33 di damping, semplicemente aumentando lo spessore della camicia antifrizione 35, dando così luogo ad una certa versatilità verso impieghi meno impegnativi in cui non sono richieste prestazioni di riduzione rumore (esempio: macchine o veicoli pianalati, ecc)

Allo scopo di migliorare il rendimento meccanico del giunto a bulbo sferico, i pattini 37 possono essere sostituiti da corpi volventi, in grado di rotolare lungo i fianchi delle sedi di trascinamento ricavate nella cavità sferica del secondo semigiunto inferiore 33.

In alternativa può anche essere usato un giunto omocinetico, non illustrato nella presente domanda.

E’ così conseguito lo scopo menzionato al preambolo della descrizione.

Naturalmente, le forme della struttura per la realizzazione di una colonna sterzo dell’invenzione possono essere diverse da quelle mostrate a solo titolo di esempio non limitativo nei disegni, come pure diversi possono essere i materiali e le modalità di assemblaggio.

L’ambito di tutela della presente invenzione à ̈ pertanto delimitato dalle rivendicazioni allegate.

Claims (9)

1. RIVENDICAZIONI 1) Colonna sterzo multifunzionale inclinabile comprendente una prima parte di telaio mobile (16) ed una seconda parte di telaio fissa sottostante (19), entro detta prima parte di telaio mobile (16) essendo disposto un elemento ad asta (13), solidale ad una manopola disposta centralmente ad un volante di guida di un veicolo, e entro detta seconda parte di telaio fissa sottostante (19) essendo disposto un albero (31) collegato ad una idroguida, essendo interposto un giunto (30) per la trasmissione del moto rotatorio tra detti due alberi (13, 31) e per la disposizione regolata in inclinazione tra detta prima parte di telaio mobile (16) e detta seconda parte di telaio fissa sottostante (19), caratterizzata dal fatto che detto elemento ad asta (13) à ̈ disposto in un gruppo telescopico comprendente un elemento tubolare interno (14) scorrevole assialmente internamente ad un elemento tubolare esterno (15), ove à ̈ previsto un accoppiamento poligonale tra detti due elementi tubolari (14, 15), inoltre essendo previsti mezzi di accoppiamento forzato espansibili (20, 21), collocati entro detto elemento tubolare esterno (15) e spostabili rispetto a detto elemento tubolare esterno (15), determinati a spostarsi dalla rotazione di detto elemento ad asta (13) ed atti a posizionarlo stabilmente in posizione di altezza rispetto a detta prima parte di telaio mobile (16).
2. 2) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 1, caratterizzata dal fatto che detti mezzi di accoppiamento forzato espansibili comprendono un primo elemento di bloccaggio (20) ed un secondo elemento di bloccaggio (21) entrambi aventi sagoma del perimetro esterno complementare alla sezione interna dell’elemento tubolare esterno (15) poligonale.
3. 3) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 2, caratterizzata dal fatto che detto primo elemento di bloccaggio (20) e detto secondo elemento di bloccaggio (21) su superfici affacciate tra loro prevedono l’uno elemento (20) una porzione smussata (25) e l’altro elemento (21) una porzione smussata (26) di forma complementare che fungono da piani di espansione dei due elementi di bloccaggio (20, 21).
4. 4) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 2 o 3, caratterizzata dal fatto che detto secondo elemento di bloccaggio (21) à ̈ liberamente scorrevole sull’asta (13), così da poter essere portato a contatto con detto primo elemento di bloccaggio (20) e con detto elemento tubolare interno (14) scorrevole.
5. 5) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 3 o 4, caratterizzata dal fatto che à ̈ prevista una estensione conica assiale anulare (27) su detto secondo elemento di bloccaggio (21), nella parte opposta a quella in cui à ̈ realizzata detta porzione smussata (26), e che si impegna entro un alloggiamento complementare (28) ricavato assialmente ad una estremità affacciata di detto elemento tubolare (14).
6. 6) Colonna sterzo secondo una o più delle precedenti rivendicazioni, caratterizzata dal fatto che detto giunto (30) comprende un primo semigiunto superiore (32) calettato all’estremità di detto elemento tubolare esterno (15) ed un secondo semigiunto inferiore (33) unitario con l’albero (31), che realizzano un giunto completo a bulbo sferico in cui detto primo semigiunto superiore (32) à ̈ inguainato tramite un elemento a guaina (34) che lo avvolge in una sua porzione di accoppiamento al secondo semigiunto inferiore (33), detto elemento a guaina (34) essendo un elemento ammortizzatore in gomma.
7. 7) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 6, caratterizzata dal fatto che detto elemento a guaina (34) à ̈ a sua volta rivestito da una camicia antifrizione (35) l’esterno della quale si accoppia in accoppiamento sferico scorrevole ad una cavità (36) del secondo semigiunto inferiore (33).
8. 8) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 6 o 7, caratterizzata dal fatto che su detto elemento a guaina (34) sono calzate con interferenza due boccole cilindriche (38) sulle quali articolano due pattini (37) inseriti in detto secondo semigiunto inferiore (33).
9. 9) Colonna sterzo secondo la rivendicazione 8, caratterizzata dal fatto che detti pattini (37) prevedono facce opposte sagomate (40), dotate di porzioni fresate (41), che sono sporgenti da ciascun pattino (37) e che si accoppiano lateralmente in sedi complementari (39) ricavate in detta cavità (36) del secondo semigiunto inferiore (33) che à ̈ di forma sferica.