 Servodirección hidráulica
Debería llamarse correctamente 'dirección asistida'.
Al desplazar la tracción a la parte delantera o colocar más peso en el eje delantero por otras razones, o neumáticos más anchos, en algún momento la dirección se vuelve demasiado pesada y tendría que
diseñarse de forma muy indirecta para que fuera razonablemente manejable. Los fabricantes estadounidenses se dieron cuenta de esto en los años 50, cuando quisieron atraer a más mujeres como
conductoras.
Dirección asistida de piñón y cremallera para camiones
Puedes comprobar fácilmente el nivel de asistencia de la dirección de tu automóvil. Deja rodar tu vehículo únicamente en un espacio grande y vacío o en una calle adecuada con el contacto desconectado. En
ningún caso retires la llave de contacto. Lo que ahora se siente en términos de fuerzas de dirección es la cantidad neta. Para algunas personas, basta con querer mover la dirección cuando el vehículo está
parado con el contacto puesto.
Al igual que no se puede tener frenos de disco delanteros sin un servofreno, la dirección asistida también es esencial en los vehículos modernos por encima de la clase de automóvil pequeño. Y durante
mucho tiempo fue hidráulica, introducida inicialmente en la clase de lujo, por supuesto. A veces incluso se diseñaba como 'central hidráulica' y también se sustituía el servofreno neumático por uno hidráulico.
Ya hemos hablado de la dirección por bolas recirculantes. En realidad no necesita mucha asistencia hidráulica. Si suponemos una presión hidráulica central de 140 bar, uno de los dos conductos en la parte
superior de la dirección asistida utiliza 100 bar al girar la dirección. El otro conducto está conectado de la línea de retorno al contenedor de suministro.
¿Puedes ver cómo la tuerca esférica se empuja hacia adelante y hacia atrás para apoyar el proceso de dirección?. Esto requiere un sello adecuado que se muestra como una especie de junta en la carcasa
exterior ligeramente desplazada hacia la izquierda. El sistema de control, por supuesto, es crucial, pero hablaremos de eso más adelante. Aquí la vista en sección correspondiente.
Abajo se puede ver un sistema completo compacto para una dirección simple de cremallera. A la izquierda nuevamente el depósito de alimentación, a la derecha la bomba, que naturalmente tiene que ser
accionada por el motor mediante una correa trapezoidal o, en este caso, una correa acanalada. Debajo está la cremallera de dirección con una cámara de trabajo adicional en el centro. Esto hace posible
ejercer presión sobre la cremallera de dirección en la dirección correspondiente.
El componente más importante de esta imagen, y probablemente el más difícil de entender, es la unidad de control de los flujos hidráulicos situada en la parte inferior izquierda. Para poder explicar los
procesos de la sección de control, que son muy importantes para comprender la dirección asistida, hemos elaborado un modelo.
En primer lugar, presta atención a las partes conocidas. El volante mueve la columna de dirección hacia adelante y hacia atrás a través de la columna de dirección y el piñón. A la derecha se encuentra la
cámara de trabajo, que llena de aceite a presión la cámara de trabajo derecha al girar a la derecha y la cámara de trabajo izquierda al girar a la izquierda. La despresurización simultánea en el lado opuesto es
muy importante.
Si sospechabas de la columna de dirección, tienes razón. Esto se debe a que no tiene la misma sección transversal en todas partes. El estrechamiento es intencionado. Se trata de incorporar una elasticidad
definida. Es decir que la parte que llega hasta el mecanismo de dirección debe funcionar junto con la superior, ligeramente desplazada. Es precisamente el ángulo y el par necesarios para mover la parte
inferior lo que activa el refuerzo mediante la presión del aceite.
Ahora entra en juego el tambor gris claro con numerosos orificios y ranuras anulares. De arriba a abajo está conectado a la línea de retorno, al lado de presión y al cilindro de trabajo derecho o izquierdo. El
tambor está conectado a la parte inferior de la columna de dirección, más allá de la pieza de sección transversal más pequeña. El distribuidor de color más oscuro, en cambio, se sitúa en la parte superior de
la columna de dirección.
Al girar el volante ligeramente hacia la derecha, la fuerza o torsión han sido lo suficientemente fuertes como para torcer la sección transversal más fina de la columna de dirección. La parte inferior de la
columna de dirección y el tambor gris aún no han seguido el pequeño movimiento giratorio del volante. Esto da al distribuidor la oportunidad de conectar la primera ranura anular con la cuarta y la segunda con
la tercera.
A partir de ahora, se apoya el movimiento de la dirección, se mueven la cremallera y la parte inferior de la columna de dirección. A él también va acoplado el tambor gris y su movimiento giratorio interrumpe
las conexiones creadas por el distribuidor. Se acaba todo el apoyo del movimiento de la dirección. Un proceso similar se desencadena cuando el volante se gira hacia la izquierda.
Aquí se gira un poco más hacia la derecha. El tambor gris ha girado casi por completo y todavía está conectado hidráulicamente a la carcasa a través de las cuatro ranuras anulares. La barra de torsión
situada en la parte inferior de la columna de dirección sigue sometida a carga de torsión, por lo que el distribuidor conectado al volante proporciona presión en la cámara derecha del cilindro de trabajo de la
cremallera de dirección.
La asistencia a la dirección sólo se detiene cuando la barra de torsión puede relajarse, es decir, cuando la cremallera se ha adaptado completamente a la posición del volante.
Esto es sólo un ejemplo de sistema de control para explicar el principio de funcionamiento. Cada mínimo movimiento de la dirección desencadena un evento y la pérdida de presión resultante debe ser
repuesta por la bomba en funcionamiento constante. La unidad de control suele estar situada en la entrada de la columna de dirección al mecanismo de dirección, independientemente de si se trata de un
sistema de dirección de cremallera o de bolas recirculantes.
Entonces lo único que falta es el suministro de presión. Es importante diferenciar entre dos situaciones a la hora de hacer funcionar la bomba. Si hay presión suficiente, se trata de una especie de ralentí, por
así decirlo. Sólo cuando la presión baja demasiado, la bomba tiene que seguir presurizando el sistema contra la alta presión residual. Un acumulador de presión, una cámara de nitrógeno con 90 bar separada
por una membrana, puede ayudar a reducir el número de fases de llenado para ahorrar energía.
Por razones de seguridad, los frenos son los primeros en sentir la presión. Es posible alcanzar un máximo de 150 bares en el sistema hidráulico central gracias a una válvula de seguridad.
Aquí tenemos nuevamente todas las piezas a la vista. A la izquierda está el depósito de aceite con elemento filtrante, a la derecha el generador de alta presión dispuesto cerca del motor, por ejemplo, como
una bomba de paletas. En la parte inferior está la cremallera con las dos cámaras de trabajo. Justo encima está el sistema de control hidráulico, en este caso una válvula de pistón rotativo. Los distintos
componentes están conectados mediante tubos de acero o mangueras para alta presión.
La unidad de control ya se ha explicado y puede verse aquí como una pieza compacta junto con dos de las conexiones. A continuación se muestra una imagen de la bomba que, accionada por una correa
trapezoidal o una correa acanalada, extrae el aceite hidráulico del depósito y lo transporta a alta presión hasta la válvula de pistón rotativo situada en la columna de dirección.
Las paletas del rotor son presionadas contra el anillo de levas de la pared de la carcasa por las fuerzas centrífugas durante la rotación, creando así un sello. Donde el volumen entre ellos se hace más
pequeño es el lado de presión, donde se hace más grande es el lado de succión. En la imagen inferior, al girar en el sentido de las agujas del reloj, el lado de presión estaría arriba y el de aspiración abajo.
La bomba de paletas de doble efecto funciona de forma similar. Puede permanecer con un rotor y el mismo número de paletas. Sin embargo, el anillo de levas ahora tiene una forma diferente con dos pasos
de media vuelta cada uno. Se necesitan dos espacios para el lado de aspiración y dos para el lado de impulsión, aunque se combinen en una sola línea poco antes o después. En cualquier caso, se consigue
el doble de caudal por revolución.
En la línea de presión encontramos el limitador de presión ya mencionado, una válvula accionada por resorte que se abre contra el caudal cuando se excede. La llamada válvula limitadora de corriente funciona
de manera similar, sólo que con un resorte más débil (por ejemplo, para 75 bar) y una sección transversal significativamente mayor. Junto con un estrangulador en la línea de presión, la válvula limitadora de
corriente logra una reducción de la presión a medida que aumenta la velocidad del motor.
Aquí hay una bomba de dirección asistida moderna.
En autopista, donde generalmente se conduce en linea recta, esto significaría una menor asistencia de la dirección a velocidades más altas. Aquí se desea expresamente la consiguiente mayor sensación en
la dirección. Sin embargo, todavía no se trata de un auténtico control de la asistencia en función de la velocidad.
Así se veía uno de los primeros sistemas de dirección asistida.
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