ES2399180T3 - Unidad de transmisión - Google Patents

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Abstract

Dispositivo de cambio de marcha (104; 310) para una unidad de transmisión (10; 110) de un vehículo quefunciona con fuerza muscular, con un primer árbol (72; 154), sobre el que está montada una pluralidad de ruedaslocas (53, 54, 55, 56, 57, 58, 62, 63, 64), un número correspondiente de ruedas dentadas (46-51, 66-68), que estánmotadas sobre al menos un segundo árbol (30, 32), en el que las ruedas locas pueden conectarse en cada caso pormedio de medios de cambio (142) con el primer árbol (72; 154), en el que el primer árbol (72; 154) está configuradocomo árbol hueco y presenta uno o dos pernos de cambio (74; 156; 174, 240) situados coaxialmente en el interior,caracterizado por que el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240) está o están conectados con medios deaccionamiento (84; 242), que están configurados para rotar el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240), paraaccionar los medios de cambio (142), en el que los medios de cambio (142) están configurados como piñones libresconmutables (142) y sobre el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240) están configuradas secciones deaccionamiento (164), por medio de las que pueden accionarse los piñones libres (142), en el que las secciones deaccionamiento (164) están dispuestas sobre el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240) de tal manera que lospiñones libres (142) pueden accionarse simultáneamente por dos marchas sucesivas.

Description

Unidad de transmisión
La invención se refiere a un dispositivo de cambio de marcha para una unidad de transmisión de un vehículo que funciona con fuerza muscular.
La invención se refiere además a una unidad de transmisión para un vehículo que funciona con fuerza muscular.
La invención se refiere también a una caja de cambios para una unidad de transmisión de un vehículo accionado con fuerza muscular.
Las unidades de transmisión de este tipo sirven para multiplicar o desmutiplicar la fuerza muscular y de esta manera facilitar el accionamiento del vehículo.
En principio existen tres tipos de cambios de marcha para vehículos o bicicletas accionadas con fuerza muscular, en concreto cambios por cadena, cambios de cubos y engranajes de bicicleta.
El cambio por cadena no se ha modificado esencialmente en las últimas décadas. A este respecto una cadena transmite la fuerza de accionamiento desde una biela hasta el eje trasero de la bicicleta, en el que está montado un paquete de piñones montado en el eje trasero con hasta 10 piñones, entre los que por medio de un mecanismo de trinquete fijado al bastidor puede alternarse para la dirección de la cadena. Además, la mayoría de las bicicletas están provistas adicionalmente con un cambio de velocidades en el plato del cojinete de pedal. A este respecto están colocadas hasta tres platos en la biela, entre los que puede alternarse por medio de un cambiador fijado al bastidor. Los cambios por cadena de este tipo ofrecen hasta 30 marchas, siendo no obstante redundantes en cuanto al sistema muchas marchas y debido a elevadas pérdidas por fricción por un curso de cadena diagonal algunas marchas no pueden aprovecharse o sólo de manera limitada.
En el principio del cambio por cadena es desventajoso además de la pluralidad de marchas redundantes y las pérdidas por fricción, que los componentes están expuestos y por tanto están sometidos directamente a influencias ambientales, tales como agua y suciedad, y pueden dañarse muy ligeramente por golpes.
El segundo tipo de cambios de bicicletas comercialmente disponibles es el cambio de cubos. A diferencia del cambio por cadena por éste se entiende un engranaje incorporado en la caja del piñón del eje trasero. Un cambio de cubos no presenta habitualmente ningún componente de cambio externo y por lo tanto no es susceptible de golpes y se somete menos a las influencias ambientales que el cambio por cadena. Un cambio de cubos, tal como se conoce por ejemplo por el documento DE 197 20 794 A1, puede realizar en la actualidad hasta 14 marchas. En el principio del cambio de cubos en el eje trasero es desventajoso que el peso de las masas en rotación sea elevado y, en el caso de bicicletas con suspensión trasera, que la masa no suspendida considerada con respecto al peso total es elevada. Además se desplaza el centro de gravedad de la bicicleta en la dirección del eje trasero, lo que en particular en el caso de bicicletas de montaña con suspensión trasera repercute desfavorablemente en las propiedades de conducción de la bicicleta.
Un cambio de cubos de este tipo se conoce por ejemplo por el documento EP 0 383 350 B1, en el que dos engranajes planetarios están dispuestos coaxialmente con respecto a un cubo fijado a la caja, pudiendo conectarse el árbol de entrada con soportes de piñón y pudiendo conectarse de manera fija con respecto al giro a través de un dispositivo de cambio de marcha que puede girar los piñones satélite de los engranajes planetarios con el cubo fijado a la caja, para realizar diferentes relaciones de multiplicación del engranaje total. En este engranaje es desventajoso que el engranaje total es complicado y por consiguiente por un lado su producción es de coste elevado y por otro lado debido al alto número de componentes presenta un elevado peso con, al mismo tiempo, un menor número de marchas realizables.
Los engranajes de bicicleta o engranajes de cojinete de pedal montados en la zona del cojinete de pedal representan la tercera variante de los cambios de bicicletas. Este tipo de cambio de bicicletas no está extendido o sólo muy ocasionalmente en las bicicletas comercialmente disponibles. En general los engranajes de bicicleta de este tipo tienen la ventaja con respecto a los cambios de cadena o cambios de cubos convencionales, de que no presentan ningún componente expuesto y, por consiguiente, están protegidos contra golpes y las influencias ambientales y, por otro lado, desplazan el centro de gravedad de la bicicleta hacia el centro, reduciéndose al mismo tiempo el total de la masa no suspendida. Esto es especialmente ventajoso en el deporte de bicicleta de montaña. Un desafío técnico en los engranajes de bicicleta de este tipo es realizar una forma constructiva compacta con al mismo tiempo un gran número de marchas conmutables.
Por el documento US 5.924.950 A se conoce un engranaje de bicicleta, con un árbol de entrada, sobre el que está montada una pluralidad de ruedas impulsoras, y un árbol intermedio, sobre el que está montado un número correspondiente de ruedas accionadas conmutables. Las ruedas conmutables del árbol intermedio se cambian por medio de varios pernos de cambio y piñones libres axialmente desplazables, dispuestos en el árbol intermedio, estando conectado el árbol intermedio a través de un engranaje planetario con un piñón como elemento de salida del engranaje de bicicleta. El piñón está conectado a través de un acoplamiento con el piñón satélite del engranaje planetario y la rueda hueca del engranaje planetario puede frenarse por medio de un cable Bowden. Mediante este engranaje de bicicleta pueden realizarse 14 marchas. En este sistema es desventajosa la forma constructiva axialmente grande y el pequeño número en comparación de 14 marchas realizables.
Asimismo por el documento WO 2008/089932 A1 se conoce una unidad de transmisión para bicicletas, en la que a través de dos árboles intermedios y un engranaje parcial adicional puede realizarse un elevado número de marchas mediante la multiplicación de las marchas individuales de los dos engranajes parciales y, al mismo tiempo, una forma constructiva compacta. En esta unidad de transmisión es desventajoso que para cambiar las ruedas locas se desplaza axialmente un árbol de levas y de esta manera el engranaje requiere un gran espacio en dirección axial.
Por el documento EP 144 5 088 se conoce un dispositivo de cambio de marcha con las características del preámbulo de la reivindicación 1.
Por lo tanto el objetivo de la presente invención es proporcionar una unidad de transmisión mejorada, un dispositivo de cambio de marcha mejorado y una caja de cambios mejorada para un vehículo que funciona con fuerza muscular, mediante lo cual puede realizarse una forma constructiva más compacta y un gran número de marchas con, al mismo tiempo, un peso reducido.
Este objetivo se soluciona según la reivindicación 1 de la invención mediante un dispositivo de cambio de marcha para una unidad de transmisión de un vehículo que funciona con fuerza muscular con un primer árbol, sobre el que está montada una pluralidad de ruedas locas, un número correspondiente de ruedas dentadas, que están motadas sobre al menos un segundo árbol, en el que las ruedas locas pueden conectarse en cada caso por medio de medios de cambio con el primer árbol, en el que el primer árbol está configurado como árbol hueco y presenta uno o dos pernos de cambio situados coaxialmente en el interior, en el que el o los perno(s) de cambio en cada caso está o están conectados con medios de accionamiento, que están configurados para rotar el o los perno(s) de cambio, para accionar los medios de cambio, en el que los medios de cambio están configurados como piñones libres conmutables y sobre el o los perno(s) de cambio están configuradas secciones de accionamiento, por medio de las que los piñones libres pueden accionarse, en el que las secciones de accionamiento están dispuestas sobre el o los perno(s) de cambio de tal manera que los piñones libres pueden accionarse simultáneamente por dos marchas sucesivas.
Una ventaja de la invención es que los pernos de cambio permite una forma constructiva axialmente compacta de la unidad de transmisión, porque los pernos de cambio se rotan para accionar los medios de cambio en el segundo árbol.
El objetivo de la presente invención se soluciona por lo tanto por completo.
Con la invención se prefiere cuando los medios de accionamiento están configurados para rotar el perno de cambio correspondiente de manera sincrónica con respecto al primer árbol, para mantener un estado de cambio y para rotar el perno de cambio con respecto al primer árbol, para realizar un cambio de marcha.
De esta manera el perno de cambio puede accionar mediante un movimiento relativo los medios de cambio y conectar cada una de las ruedas locas con el primer árbol de manera fija con respecto al giro.
Además es ventajoso cuando los dos pernos de cambio pueden rotarse independientemente uno de otro. De esta manera pueden conectarse independientemente las ruedas locas, mediante lo cual puede realizarse un alto número de marchas.
Además es ventajoso cuando los medios de accionamiento presentan en cada caso un mecanismo de transmisión de superposición de velocidad.
De esta manera el perno de cambio puede rotarse de manera sincrónica con respecto al primer árbol y superponerse fácilmente un segundo movimiento de giro.
A este respecto es ventajoso cuando el mecanismo de transmisión de superposición de velocidad está configurado como engranaje planetario.
De esta manera es posible una forma constructiva sencilla y compacta del mecanismo de transmisión de superposición de velocidad.
Preferiblemente el engranaje planetario está configurado como engranaje planetario escalonado. De esta manera es posible una forma constructiva especialmente compacta.
A este respecto se prefiere cuando el primer árbol está conectado de manera fija con respecto al giro con un piñón satélite del engranaje planetario y el perno de cambio de manera fija con respecto al giro con un soporte de piñón del engranaje planetario.
De esta manera puede transmitirse la rotación del primer árbol con bajo esfuerzo sobre los pernos de cambio.
A este respecto es además ventajoso cuando una rotación de una rueda hueca del engranaje planetario puede transmitirse como rotación del perno de cambio con respecto al árbol.
De esta manera puede transmitirse con medios mecánicos sencillos un giro con respecto al árbol sobre los pernos de cambio.
En general se prefiere cuando la rotación del primer árbol puede transmitirse por medio de un juego de ruedas constante sobre el piñón satélite del engranaje planetario.
Además se prefiere cuando la rotación del soporte de piñón del engranaje planetario puede transmitirse por medio de un juego de ruedas constante sobre los pernos de cambio.
Mediante esta disposición puede realizarse el giro relativo complicado del perno de cambio en el primer árbol con medios mecánicamente sencillos. Preferiblemente los juegos de ruedas constantes y el engranaje planetario están configurados de modo que el perno de cambio y el primer árbol rotan con la misma velocidad de giro, cuando la rueda hueca del engranaje planetario se detiene o está fija con respecto a la caja de cambios.
Preferiblemente el movimiento de giro de la rueda hueca se realiza por medio de un disco de tracción. El disco de tracción se acciona preferiblemente mediante un cable Bowden. El disco de tracción traduce el movimiento de tracción realizado por el cable Bowden en un movimiento de rotación de la rueda hueca.
Preferiblemente los medios de cambio están configurados como piñones libres conmutables.
De esta manera las ruedas locas pueden montarse, con medios de cambio sencillos y compactos, de manera conmutable sobre el primer árbol.
A este respecto se prefiere cuando los piñones libres presentan trinquetes de cambio, que pueden engranarse con un dentado interno de las ruedas locas.
De esta manera pueden realizarse piñones libres accionables de manera sencilla, que pueden absorber un gran momento de giro, debido que a transmiten fuerza en dirección tangencial desde la rueda loca hasta el primer árbol.
Asimismo se prefiere cuando el perno de cambio presenta secciones de accionamiento, por medio de las que pueden accionarse los piñones libres.
De esta manera pueden engranarse los piñones libres mediante una medida de construcción sencilla con las ruedas locas.
A este respecto se prefiere cuando las secciones de accionamiento están configuradas como entalladuras en el perno de cambio.
De esta manera pueden pivotar hacia el interior secciones de accionamiento de los trinquetes de cambio, de modo que el trinquete de cambio original pivota radialmente hacia fuera y puede engranarse con el dentado interno de las ruedas locas. De esta manera puede realizarse un árbol con diámetro pequeño.
Alternativamente se prefiere cuando las secciones de accionamiento están configuradas elevadas.
De esta manera los trinquetes de cambio pueden presionarse radialmente hacia fuera directamente y puede prescindirse de dispositivos de pretensado tales como por ejemplo muelles.
Además se prefiere cuando las secciones de accionamiento están dispuestas en el perno de cambio de tal manera que los piñones libres de dos marchas sucesivas pueden accionarse simultáneamente.
De esta manera es posible realizar un engranaje de cambio por carga, debido a que la rueda libre de la marcha más alta se engrana con la rueda loca correspondiente, mientras que la rueda libre de la marcha más baja se mueve libremente.
Además se prefiere cuando a cada rueda loca está asociada una pluralidad de trinquetes de piñón libre.
De esta manera puede transmitirse un mayor momento de giro desde la rueda loca hasta el árbol y no existe ningún riesgo de lesión en caso de una rotura del trinquete libre, debido a que al menos un trinquete libre adicional puede
transmitir rápidamente el momento de giro. Además se prefiere cuando los trinquetes de piñón libre de un piñón libre están distribuidos a lo largo de la
circunferencia del árbol de tal manera que sólo puede engranarse uno de los trinquetes de piñón libre simultáneamente con la rueda loca. De esta manera disminuye el ángulo de giro de la rueda loca conmutable hasta el enclavamiento del trinquete de
cambio en el dentado interno, mediante lo cual se aumenta la comodidad de conducción.
Además se prefiere cuando las secciones de accionamiento están configuradas de tal manera que sólo pueden accionarse piñones libres conformados de manera correspondiente. De esta manera determinadas secciones de accionamiento pueden accionar únicamente piñones libres
determinados, mediante lo cual puede accionarse un mayor número de piñones libres diferentes por medio de un perno de cambio. En general se prefiere cuando el perno de cambio está configurado de manera desplazable axialmente. De esta manera puede aplicarse el intervalo de giro aprovechable de los pernos de cambio.
Alternativamente se prefiere que los medios de accionamiento presenten actuador eléctrico. De esta manera puede prescindirse de ruedas dentadas para accionar el perno de cambio, mediante lo cual es posible una reducción adicional del peso.
A este respecto se prefiere cuando un estátor del actuador eléctrico está conectado de manera fija con respecto al
giro con el primer árbol. De esta manera puede prescindirse de medios de rotación adicionales, para rotar el actuador eléctrico de manera sincrónica con respecto al primer árbol.
A este respecto se prefiere cuando el actuador eléctrico está dispuesto en el primer árbol. De esta manera es posible una forma constructiva compacta de la unidad de transmisión. Además se prefiere cuando el actuador eléctrico está configurado como motor eléctrico y especialmente
preferiblemente como motor paso a paso.
De esta manera puede realizarse un movimiento relativo del perno de cambio con respecto al segundo árbol con un control sencillo Alternativamente se prefiere cuando los medios de accionamiento presentan un actuador hidráulico. De esta manera puede accionarse el perno de cambio, sin que deba suministrarse adicionalmente energía eléctrica. A este respecto se prefiere cuando el actuador hidráulico presenta un emisor hidráulico que está conectado de
manera fija con respecto al giro con una caja corona de engranajes. De esta manera puede alimentarse presión hidráulica al actuador hidráulico sin realizaciones de giros costosos. Asimismo se prefiere cuando el actuador hidráulico presenta un receptor hidráulico que está montado de manera
giratoria con respecto al emisor hidráulico. De esta manera puede transmitirse la presión hidráulica de forma sencilla a elementos constructivos que giran. A este respecto se prefiere cuando el receptor hidráulico presentan un primer elemento constructivo receptor que
está conectado de manera fija con respecto al giro con el primer árbol.
De esta manera una parte del receptor hidráulico puede apoyarse sobre el primer árbol y rotarse el perno de cambio con la velocidad de rotación del primer árbol. Además se prefiere cuando el receptor hidráulico presenta un segundo elemento constructivo receptor, que está
conectado de manera fija con respecto al giro con el perno de cambio. De esta manera el segundo elemento constructivo receptor puede transmitir un movimiento de giro del perno de cambio con respecto al primer árbol.
Además se prefiere cuando el primer y el segundo elemento constructivo receptor forman al menos un cilindro
receptor, y formando el segundo elemento constructivo receptor al menos un pistón receptor. De esta manera, la presión hidráulica, que se genera en el cilindro receptor, puede accionar el pistón receptor y realizar un giro relativo del perno de cambio con respecto al segundo árbol.
A este respecto se prefiere cuando el pistón receptor está montado de manera móvil en dirección circunferencial.
De esta manera no es necesario ningún medio mecánico adicional para traducir el movimiento del pistón receptor en un movimiento de giro. Adicionalmente se prefiere cuando el cilindro receptor está configurado como cilindro de acción doble. De esta manera, mediante una inversión sencilla de la presión hidráulica aplicada puede invertirse la dirección de
giro del pistón receptor.
Además se prefiere cuando el primer elemento constructivo receptor y el segundo elemento constructivo receptor forman al menos dos pistones receptores. De esta manera puede ejercerse una fuerza mayor sobre los pernos de cambio. A este respecto se prefiere cuando los dos cilindros receptores forman una conexión en serie. De esta manera es
posible que en primer lugar se accione un pistón y el perno de cambio se mueva a una primera posición de rotación, y después, mediante un aumento adicional de la presión hidráulica se accione el segundo pistón receptor, para girar el perno de cambio hasta una segunda posición de rotación. Asimismo puede aumentarse el intervalo de giro aprovechable del perno de cambio.
Además se prefiere cuando el perno de cambio presenta una dirección de enclavamiento que fija el perno de cambio
en diferentes posiciones de rotación en el primer árbol. De esta manera puede realizarse de manera reproducible una posición de rotación exacta del perno de cambio en el primer árbol, que debe desbloquearse mediante una elevada fuerza empleada.
Además se prefiere cuando el perno de cambio está montado con respecto al segundo elemento constructivo
receptor de manera axialmente móvil. De esta manera puede realizarse una función de cambio adicional mediante el movimiento axial del perno de cambio.
Asimismo se prefiere cuando el perno de cambio presenta una sección de accionamiento, por medio de la que
puede accionarse un acoplamiento de un engranaje parcial separado. De esta manera pueden conectarse dos engranajes conectados en serie con un perno de cambio, mediante lo cual se aumenta la comodidad de cambio.
Adicionalmente se prefiere cuando el árbol intermedio del primer engranaje parcial y el árbol de entrada del segundo
engranaje parcial están dispuestos coaxialmente entre sí. De esta manera es posible una transmisión de fuerza desde el árbol intermedio hasta el árbol de entrada del segundo engranaje parcial con un bajo coste constructivo.
A este respecto es además ventajoso cuando el árbol intermedio del primer engranaje parcial puede conectarse con un juego de ruedas planetarias del engranaje de ruedas planetarias de manera fija con respecto al giro.
De esta manera puede realizarse una marcha adicional con medios sencillos desde el punto de vista constructivo. Además se prefiere cuando una rueda hueca del engranaje de ruedas planetarias puede conectarse con el árbol de entrada del segundo engranaje parcial de manera fija con respecto al giro.
De esta manera puede realizarse con medios sencillos una deriva del engranaje planetario.
Además se prefiere cuando un piñón satélite del engranaje de ruedas planetarias puede conectarse con una caja de cambios de la unidad de transmisión por medio de un acoplamiento de manera fija con respecto al giro. De esta manera puede realizarse con medios constructivos sencillos una marcha adicional del engranaje de ruedas
planetarias.
Además se prefiere cuando el árbol de entrada del primer engranaje parcial está configurado como árbol de paso,
que puede conectarse en lados opuestos con manivelas para accionar el vehículo. De esta manera puede prescindirse de ruedas dentadas adicionales que transmiten el momento de giro de entrada de la unidad de transmisión al árbol de entrada del primer engranaje parcial.
Además se prefiere cuando el árbol de salida está configurado como árbol hueco que está dispuesto coaxialmente
con respecto al árbol de paso. De esta manera es posible una forma constructiva compacta y de esta manera puede disponerse el piñón en una forma constructiva más compacta coaxialmente con respecto al cojinete de pedal de la bicicleta.
Además se prefiere cuando el engranaje de ruedas planetarias rota alrededor de un eje de giro que está dispuesto desplazado en paralelo con respecto al árbol de entrada.
De esta manera puede realizarse una forma constructiva axialmente compacta de la unidad de transmisión. En general se prefiere cuando el árbol de entrada puede conectarse con el árbol de salida por medio de un acoplamiento al menos en una dirección de giro de manera fija con respecto al giro. De esta manera puede realizarse con medios sencillo una marcha adicional de la unidad de transmisión como marcha directa.
Además se prefiere cuando las segundas ruedas de accionamiento del segundo engranaje parcial están configuradas como ruedas locas que pueden conectarse por medio de medios de cambio con el árbol de entrada de manera fija con respecto al giro.
De esta manera el segundo engranaje parcial puede conectarse con bajo esfuerzo constructivo, debido a que el árbol intermedio no puede conectarse en sus extremos axiales con medios de accionamiento tales como por ejemplo bielas.
En general se prefiere combinar una de las unidades de transmisión según la invención con el dispositivo de cambio
de marcha según la invención. De esta manera puede realizarse un engranaje de bicicleta compacto en su conjunto. Se entiende que las características mencionadas anteriormente y las que se explicarán a continuación no sólo pueden usarse en la combinación indicada en cada caso, sino también en otras combinaciones o en exclusiva, sin apartarse del contexto de la presente invención.
Ejemplos de realización de la invención están representados en los dibujos y se explican en detalle a continuación en la siguiente descripción. Muestran: la figura 1 una vista lateral de un bastidor de bicicleta con un engranaje de velocidades múltiples; la figura 2 una representación en despiece ordenado de una caja de cambios con un engranaje de velocidades múltiples; la figura 3 un esquema de conexiones de un engranaje de velocidades múltiples con dos engranajes parciales y un árbol intermedio común; la figura 4 un esquema de conexiones de un dispositivo de cambio de marcha con perno de cambio giratorio; la figura 5 un esquema de conexiones de un dispositivo de cambio de marcha con dos pernos de cambio giratorios; la figura 6 un esquema de conexiones de una unidad de transmisión con un engranaje planetario; la figura 7 una representación en perspectiva de una forma de realización de una unidad de transmisión con dos engranajes parciales y un árbol intermedio común; la figura 8 una representación en perspectiva de una rueda loca con dentado interno; la figura 9 una representación en perspectiva de un trinquete de cambio; la figura 10 una representación en despiece ordenado en perspectiva de un árbol para el apoyo de ruedas locas conmutables con perno de cambio giratorio; la figura 11 una representación en perspectiva de un árbol con trinquetes de cambio y perno de cambio
giratorio;
las figuras 12 A-F:
diagramas esquemáticos para explicar los procesos de cambio con perno de cambio giratorio;
la figura 13
una representación en despiece ordenado de un árbol con perno de cambio giratorio y un engranaje planetario para rotar el perno de cambio;
la figura 14:
una representación en perspectiva del árbol y del dispositivo de cambio de marcha según la figura 13;
la figura 15:
una representación en despiece ordenado de un perno de cambio giratorio con un acoplamiento del engranaje planetario;
la figura 16:
una representación en despiece ordenado del engranaje planetario con horquilla de selector;
la figura 17:
una representación en perspectiva del cambio de marchas con perno de cambio giratorio y engranaje planetario conectable;
la figura 18:
una vista lateral esquemática del dispositivo de cambio de marcha con perno de cambio giratorio y engranaje planetario conectable;
la figura 19:
una representación en corte esquemático de una unidad de transmisión con perno de cambio giratorio y engranaje planetario;
la figura 20 A-C:
diagramas esquemáticos para explicar el modo de funcionamiento de dos cilindros hidráulicos conectados en serie;
la figura 21:
un diagrama esquemático para explicar un cilindro hidráulico de acción doble;
la figura 22:
una representación en despiece ordenado de una unidad hidráulica para el accionamiento del perno de cambio giratorio;
la figura 23:
una vista en corte esquemático de un árbol con perno de cambio y unidad hidráulica según la figura 22;
la figura 24:
una representación en perspectiva de la unidad hidráulica para el accionamiento del perno de cambio giratorio;
la figura 25:
una vista en corte del perno de cambio de la figura 23 cortada a lo largo de la línea B-B;
la figura 26:
una vista en corte de un perno de cambio con unidad hidráulica cortada a lo largo de la línea C-C de la figura 25;
la figura 27:
una vista en corte de una dirección de enclavamiento del perno de cambio cortada a lo largo de la línea A-A de la figura 23;
la figura 28:
una representación en despiece ordenado de una caja de cambios para el alojamiento de una unidad de transmisión;
la figura 29
un esquema de conexiones de un dispositivo de cambio de marcha con dos pernos de cambio giratorios;
la figura 30
una representación en despiece ordenado del dispositivo de cambio de marcha según la figura 29.
En la figura 1 una unidad de transmisión está designada en general con 10.
La figura 1 muestra una vista lateral de un bastidor de bicicleta 12, que presenta una caja de cambios 14, en la que está alojada la unidad de transmisión 10. La unidad de transmisión 10 está indicada en esta representación sólo de manera esquemática y está configurada como unidad compacta, que está dispuesta preferiblemente en una caja de engranaje no representada en este caso. La unidad de transmisión 10 se describe en el presente documento a modo de ejemplo para su uso en una bicicleta, siendo posible, no obstante el uso en otros vehículos que funcionan con fuerza muscular. Asimismo es también concebible usar la unidad de transmisión 10 para vehículos en los que se usa fuerza muscular en combinación con un motor de accionamiento para accionar el vehículo.
La unidad de transmisión 10 y la caja de cambios 14 forman junto con bielas 16 y 16’ un engranaje de velocidades múltiples 18.
La figura 2 muestra una representación en despiece ordenado del engranaje de velocidades múltiples 18. Piezas iguales están provistas de iguales números de referencia, de modo que en este sentido se remite a la descripción para la figura 1.
El engranaje de velocidades múltiples 18 presenta una caja de cambios 20, que está formada por un una envoltura de caja 22 y dos tapas de caja 24, 26, que cierran la envoltura de caja 22 en sus extremos axiales. El engranaje de velocidades múltiples 18 presenta además un plato 28 que por medio de una cadena no representada transmite un momento de fuerza multiplicado o desmutiplicado mediante la unidad de transmisión 10 a una rueda trasera no representada de la bicicleta.
Las bielas 16, 16’ pueden conectarse con un árbol de entrada 30 de la unidad de transmisión 10 y forman la entrada de momento de giro para el engranaje de velocidades múltiples 18. El plato 28 está conectado con un árbol de salida 32 de la unidad de transmisión 10 y forma la salida del engranaje de velocidades múltiples 18. El árbol de entrada 30 y el árbol de salida 32 están dispuestos coaxialmente entre sí.
En la caja de cambios 20 está dispuestas preferiblemente una caja de engranaje 34. La caja de engranaje 34 sirve para el alojamiento de varios ejes de reductor, cojinetes, medios de cambio, ruedas dentadas, así como entradas y otros elementos constructivos del engranaje de velocidades múltiples 18.
La caja de engranaje 20 presenta preferiblemente dos placas de apoyo 36, 38, que están conectadas entre sí por medio de una pluralidad de pernos 40. Las placas de apoyo presentan cojinetes sobre los que están montados árboles de manera giratoria. Sobre los árboles están montadas ruedas dentadas de la unidad de transmisión 10.
Alternativamente los pernos 40 y los árboles de la unidad de transmisión 10 pueden estar montados sobre las tapas de caja 24, 26, de modo que para ahorrar peso y espacio puede prescindirse de placas de apoyo 36, 38 separadas.
La figura 3 muestra un esquema de conexiones de la unidad de transmisión 10.
La unidad de transmisión 10 presenta el árbol de entrada 30 y el árbol de salida 32. El árbol de entrada 30 está configurado como árbol de paso. El árbol de salida 32 está configurado como árbol hueco. El árbol de entrada 30 y el árbol de salida 32 están dispuestos coaxialmente entre sí. El árbol de salida 32 está conectado con el plato 28 de manera fija con respecto al giro, que forma un elemento de salida de la unidad de transmisión 10.
La unidad de transmisión 10 presenta un primer engranaje parcial 42 y un segundo engranaje parcial 44. Sobre el árbol de entrada 30 está montada una pluralidad de ruedas de accionamiento 46, 47, 48, 49, 50, 51. El primer engranaje parcial 42 presenta un árbol intermedio 52. Sobre el árbol intermedio 52 están montadas ruedas accionadas 53, 54, 55, 56, 57, 58. Las ruedas accionadas 53, 54, 55, 56, 57, 58 están configuradas como ruedas locas.
Las ruedas accionadas 53 a 58 pueden conectarse por medio de medios de cambio no representados con el árbol intermedio 52. Las ruedas accionadas 53 a 58 y las ruedas de accionamiento 46 a 51 forman pares de ruedas, que presentan diferentes multiplicaciones, de modo que mediante la conexión selectiva de las ruedas accionadas 53 a 58 con el árbol intermedio 52 pueden realizarse diferentes marchas.
El segundo engranaje parcial 44 presenta un árbol de entrada 60. Sobre el árbol de entrada 60 están montadas ruedas de accionamiento 62, 63, 64. Las ruedas de accionamiento 62, 63, 64 están configuradas como ruedas locas. Las ruedas de accionamiento 62, 63, 64 pueden conectarse por medio de medios de cambio con el árbol de entrada 60 de manera fija con respecto al giro. Sobre el árbol de salida 32 están montadas las ruedas accionadas 66, 67, 68. Las ruedas accionadas 66, 67, 68 se encuentran engranadas con las ruedas de accionamiento 62, 63, 64.
Mediante las ruedas 66, 67, 68 accionadas engranadas entre sí y ruedas de accionamiento 62, 63, 64 se forman pares de ruedas que presentan multiplicaciones. Las ruedas de accionamiento 62, 63, 64 pueden unirse por medio de medios de cambio no representados con el árbol de entrada 60 de manera fija con respecto al giro, mediante lo cual se forman marchas diferentes seleccionables del segundo engranaje parcial 44.
El árbol intermedio 52 del primer engranaje parcial 42 está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol de entrada del segundo engranaje parcial 44. Preferiblemente el árbol intermedio 52 está formado en una sola pieza con el árbol de entrada 60.
Debido a que el primer engranaje parcial 42 está conectado con el segundo engranaje parcial 44, se multiplican las marchas realizables posibles del primer engranaje parcial 42 con las marchas del segundo engranaje parcial 44. Por lo tanto mediante la unidad de transmisión 10 representada en la figura 3 pueden realizarse dieciocho marchas.
Además es concebible que el árbol de entrada 30 pueda conectarse por medio de un acoplamiento no representado con el árbol de salida 32 de manera fija con respecto al giro. De esta manera podría realizarse una marcha adicional como marcha directa.
En la figura 4 un dispositivo de cambio de marcha para rotar un perno de cambio giratorio está designado en general con 70. El dispositivo de cambio de marcha 70 sirve para conectar ruedas locas montadas sobre un árbol 72, no representadas, por medio de medios de cambio no representados con el árbol 72 de manera fija con respecto al giro. El dispositivo de cambio de marcha 70 presenta un perno de cambio 74, que está montado de manera giratoria coaxialmente en el árbol 72 configurado como árbol hueco. El perno de cambio 74 está configurado de modo que en una posición de rotación determinada con respecto al árbol 72 se accionan medios de cambios determinados, de modo que al menos una de las ruedas locas está conectada al menos en una dirección de giro de manera fija con respecto al giro con el árbol 72. El dispositivo de cambio de marcha 70 representado en la figura 4 sirve en general o bien para conservar la posición de giro del perno de cambio 74 con respecto a árbol 72 que rota, para mantener la marcha introducida o bien modificar de forma controlada la posición de giro, para cambiar la marcha.
El árbol 72 está conectado con una rueda de accionamiento 76 de manera fija con respecto al giro. La rueda de accionamiento 76 está conectada con una rueda accionada 78 de manera fija con respecto al giro, que está montada sobre un árbol secundario 80. La rueda de accionamiento 76 y la rueda accionada 78 forman un primer engranaje transmisor 82.
El dispositivo de cambio de marcha 70 presenta además un mecanismo de transmisión de superposición de velocidad 84 o un engranaje de adición 84, que está configurado preferiblemente como engranaje planetario 84. El engranaje planetario 84 presenta un piñón satélite 86, ruedas planetarias 88 y una rueda hueca 90. El piñón satélite 86 está conectado de manera fija con respecto al giro con la rueda accionada 78 del engranaje transmisor 82. Las ruedas planetarias 88 están montadas por medio de un soporte de piñón 92. Las ruedas planetarias 88 se engranan con un dentado interno de la rueda hueca 90 y con un dentado externo del piñón satélite 86. La rueda hueca está conectada con un árbol de rueda hueca 93 de manera fija con respecto al giro. El árbol de rueda hueca 93 está conectado con un disco de tracción 94. El soporte de piñón 92 está montado de manera giratoria y conectado de manera fija con respecto al giro con un árbol receptor 96. El árbol secundario 80 y el árbol receptor 96 están dispuestos coaxialmente entre sí. El piñón satélite 86 y la rueda hueca 90 están dispuestos coaxialmente con respecto al árbol secundario 80. El árbol secundario 80 está dispuesto desplazado en paralelo con respecto al árbol
72. El árbol de rueda hueca 93 está dispuesto coaxialmente con respecto al árbol secundario 80. El árbol de rueda hueca 93 puede estar dispuesto alternativamente también desplazado en paralelo con respecto al árbol secundario 80 y engranarse con un dentado externo de la rueda hueca 90.
El árbol receptor 96 está conectado a través de un segundo engranaje transmisor 98 con el perno de cambio 74 de manera fija con respecto al giro. El engranaje transmisor 98 presenta un juego de ruedas constante, que está formado por una rueda de accionamiento 100 y una rueda accionada 102. La rueda de accionamiento 100 está montada sobre el árbol receptor 96 de manera fija con respecto al giro y la rueda accionada 102 está conectada de manera fija con respecto al giro con el perno de cambio 74.
La multiplicación del primer engranaje transmisor 82, del engranaje planetario 84 y del segundo engranaje transmisor 98 se selecciona de modo que resulta una relación de multiplicación total de estos tres engranajes parciales conectados uno tras otro de 1, cuando la rueda hueca está fija o se mantiene con respecto a la caja de cambios. En un estado de este tipo se gira el perno de cambio 74 mediante la relación de multiplicación seleccionada con la misma velocidad de rotación que el árbol 72. Por consiguiente el perno de cambio 74 no realiza ningún giro relativo con respecto al árbol 72. Mediante la realización especial del perno de cambio 74 y de los medios de cambio se mantiene así un estado de cambio ajustado.
Siempre que se rota la rueda hueca 90, se transmite este giro de la rueda hueca como un giro del perno de cambio 74 con respecto al árbol 72. Dependiendo de la dirección de giro de la rueda hueca 90 se rota el perno de cambio 74 con una velocidad de rotación más rápida o más lenta que el árbol 72. Siempre que la rueda hueca 90 esté fija de nuevo con respecto a la caja de cambios, se gira el perno de cambio 74 con la misma velocidad de rotación que el árbol 72. De esta manera un giro de la rueda hueca 90 en un ángulo de giro determinado puede provocar un giro del perno de cambio 74 con respecto al árbol 72 en un ángulo de giro determinado.
La rueda hueca 90 está conectada a través del árbol de rueda hueca 93 con el disco de tracción 94. El disco de tracción 94 está conectado preferiblemente con un cable Bowden no representado y traduce un movimiento de tracción del cable Bowden en un movimiento de rotación del árbol de rueda hueca 93. Por lo tanto mediante el accionamiento del cable Bowden puede rotarse el perno de cambio 74 con respecto al árbol 72, para realizar una posición de rotación determinada del perno de cambio con respecto al árbol 72.
Los engranajes transmisores 82, 98 pueden estar configurados alternativamente también como cadenas, correas o correas dentadas.
Preferiblemente el disco de tracción 94 está pretensado con un muelle o un muelle recuperador no representado. El muelle está configurado de modo que se tensa al cambiar en la dirección de marchas más bajas. Al cambiar hacia arriba se acciona o rota la rueda hueca mediante el muelle. De esta manera es posible cambiar hacia arriba sin empleo de fuerza. Al cambiar hacia abajo se tensa el muelle mediante la fuerza que se transmite a través del cable Bowden.
Alternativamente el disco de tracción 94 puede estar configurado también sin muelle. El accionamiento del cambio tiene lugar entonces por medio de dos cables Bowden. A este respecto un primero de los cables Bowden rota la rueda hueca en una primera dirección y un segundo de los cables Bowden rota la rueda hueca en la segunda dirección, para cambiar hacia arriba o hacia abajo.
En la figura 5 está representado un esquema de conexiones de un dispositivo de cambio de marcha según el principio del dispositivo de cambio de marcha 70 de la figura 4. El dispositivo de cambio de marcha en la figura 5 está designado en general con 104. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando explicadas en este caso únicamente las diferencias.
En principio el dispositivo de cambio de marcha 104 es idéntico al dispositivo de cambio de marcha 70 de la figura 4, estando configurado el dispositivo de cambio de marcha 104 para rotar dos pernos de cambio giratorios en el árbol 72 independientemente entre sí.
En el árbol 72 están dispuestos pernos de cambio 74’ y 74". El árbol 72 está conectado a través del primer engranaje transmisor 82 con un árbol secundario 80. El árbol secundario 80 está conectado a través de un engranaje planetario 84 y un segundo engranaje transmisor 98’ con el perno de cambio 74’, siendo el principio de funcionamiento idéntico al del dispositivo de cambio de marcha 70 de la figura 4.
A diferencia de en el caso del dispositivo de cambio de marcha 70 el árbol secundario 80 está conectado adicionalmente con un engranaje planetario 84". El engranaje planetario 84" es preferiblemente idéntico al engranaje planetario 84’. El engranaje planetario 84" está conectado a través de un segundo engranaje transmisor 98" con el perno de cambio 74". Tal como en el caso del dispositivo de cambio de marcha 70 las relaciones de multiplicación del árbol 72 sobre los pernos de cambio 74’ y el perno de cambio 74" son justo 1, siempre que las ruedas huecas 90’ y 90" correspondientes están fijas con respecto a la caja de cambios.
Las ruedas huecas 90’, 90" pueden accionarse en cada caso por medio de un disco de tracción 94’, 94" a través de árboles de rueda hueca 93’, 93". Por medio del dispositivo de cambio de marcha 104 pueden rotarse los dos pernos de cambio giratorios 74’, 74" con respecto al árbol 72 y por lo tanto medios de cambio no representados independientemente entre sí.
El dispositivo de cambio de marcha 104 puede usarse por ejemplo para conectar las ruedas locas del engranaje parcial 42 y 44 en la figura 3 independientemente entre sí con los árboles correspondientes de manera fija con respecto al giro, para formar dos engranajes parciales conectados uno tras otro.
En la figura 6 está representado un esquema de conexiones de una unidad de transmisión con tres engranajes parciales conectados uno tras otro y está designado en general con 110.
La unidad de transmisión 110 es parcialmente idéntica a la unidad de transmisión 10 de la figura 3. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando explicadas en este caso únicamente las diferencias.
El árbol de entrada 30 forma el árbol de entrada de un primer engranaje parcial 112. El primer engranaje parcial 112 es esencialmente idéntico al primer engranaje parcial 42 de la figura 3, presentando el primer engranaje parcial 112 únicamente tres juegos de ruedas diferentes.
El árbol intermedio 52 del primer engranaje parcial 112 está conectado con un engranaje de ruedas planetarias o un engranaje planetario 114. El árbol intermedio 52 está conectado de manera fija con respecto al giro con un árbol de entrada 116 del engranaje planetario 114. Preferiblemente el árbol intermedio 52 está configurado en una sola pieza con el árbol de entrada 116. Un árbol de salida 118 del engranaje planetario 114 está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol de entrada 60 del segundo engranaje parcial 44. Preferiblemente el árbol de salida 118 está configurado en una sola pieza con el árbol de entrada 60. El engranaje planetario 114 presenta un primer acoplamiento 120, por medio del que el árbol de entrada 116 puede conectarse de manera fija con respecto al giro con el árbol de salida 118. El acoplamiento 120 está configurado preferiblemente como rueda libre.
El engranaje planetario presenta un piñón satélite 122. El piñón satélite 122 puede conectarse por medio de un segundo acoplamiento 124 con la caja de cambios 40 de manera fija con respecto al giro. El engranaje planetario 114 presenta además ruedas planetarias 126, que están montadas por medio de un soporte de piñón 128 de manera giratoria. El soporte de piñón 128 puede conectarse con el árbol de entrada 116 de manera fija con respecto al giro. Asimismo el engranaje planetario 114 presenta una rueda hueca 130 que puede conectarse con el árbol de salida 118 de manera fija con respecto al giro.
Entre el árbol de entrada 116 y el árbol de salida 118 del engranaje planetario 114 pueden ajustarse tres relaciones de multiplicación diferentes y por lo tanto realizarse tres marchas. La primera marcha se forma cerrándose el primer acoplamiento 120 y abriéndose el segundo acoplamiento 124. De esta manera el árbol de entrada 116 está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol de salida 118. La primera relación de multiplicación es en consecuencia igual a 1.
La segunda marcha se forma, abriéndose el primer acoplamiento 120 y cerrándose el segundo acoplamiento 124. De esta manera se sujeta el piñón satélite 122 y el soporte de piñón giratorio 128 acciona la rueda hueca 130 que está conectada con el árbol de salida 118. La segunda multiplicación es en consecuencia una multiplicación en la velocidad.
La tercera marcha se forma cerrándose el segundo acoplamiento 124 y por lo tanto sujetándose el piñón satélite. Asimismo por medio de un acoplamiento adicional se conecta el árbol de entrada 116 con la rueda hueca 130. Asimismo el soporte de piñón 128 se conecta con el árbol de salida 118, de modo que el soporte de piñón 128 forma el accionamiento del engranaje planetario 114.
Por lo tanto mediante los engranajes parciales 112 y 44 y mediante el engranaje planetario 114 están formadas en cada caso tres marchas conmutables y debido a que tres engranajes parciales 112, 114, 44 están conectados en serie, mediante la unidad de transmisión 110 pueden realizarse dieciocho marchas.
Los engranajes parciales 112, 44 se cambia preferiblemente por medio del dispositivo de cambio de marcha 104 de la figura 5, presentando al menos uno de los pernos de cambio 74’, 74" medios de cambio que accionan el al menos uno de los acoplamientos 120, 124.
Se entiende que en el caso de la unidad de transmisión 110 en la figura 6 también mediante un acoplamiento puede conectarse el árbol de entrada 30 con el árbol de salida 32, para formar una, en este caso, décimo novena marcha.
Para aumentar el número de marchas es concebible también realizar el engranaje planetario 114 como engranaje planetario de varios niveles.
En la figura 7 se muestra una representación en perspectiva de la unidad de transmisión 10. La unidad de transmisión corresponde al esquema de conexiones según la figura 3, estando designado elementos iguales con los mismos números de referencia y explicándose en este caso únicamente las diferencias.
El árbol intermedio 52 del primer engranaje parcial 42 está configurado en una sola pieza con el árbol de entrada 60 del segundo engranaje parcial 44. Las ruedas accionadas 53 a 58 y las ruedas de accionamiento 62 a 64 están configuradas como ruedas locas y pueden cambiarse por medio de los pernos de cambio 74’ y 74". Asimismo la rueda de accionamiento 76 está montada sobre el árbol 52 o 60, para accionar a través del dispositivo de cambio de marcha 104 no representado los pernos de cambio 74’ y 74".
En la figura 8 está representada una rueda loca conmutable con dentado interno y designada en general con 132.
La rueda loca 132 presenta un dentado externo 134 y un dentado interno 136. El dentado externo 134 está formado en una superficie circunferencial externa. El dentado interno está formado en una superficie circunferencial interna de la rueda loca 132. El dentado interno 136 presenta secciones de deslizamiento 138 y secciones de engrane 140. Las secciones de deslizamiento 138 son superficies dispuestas en la dirección circunferencial de la rueda loca 132. Entre las secciones de deslizamiento 138 están formadas a un ángulo con respecto a las secciones de deslizamiento 138 las secciones de engrane 140.
El dentado externo 134 sirve para engranar con otras ruedas dentadas. El dentado interno 136 sirve para apoyar la rueda loca 132 contra un árbol y para conectar por medio de medios de cambio con el árbol de manera fija con respecto al giro. A este respecto las secciones de deslizamiento 138 sirven para apoyar la rueda loca 132 contra el árbol y deslizarla sobre el árbol. Las secciones de engrane 140 sirven para que medios de cambio no representados, que se explican en detalle más adelante, puedan engranarse con la rueda loca 132 y conectar la rueda loca 132 de manera fija con respecto al giro con el árbol.
En la figura 9 está representado un cuerpo de rueda libre para la unión fija con respecto al giro de la rueda loca 132 con un árbol correspondiente y designado en general con 142. El cuerpo de rueda libre 142 presenta una sección de accionamiento 144, que está formada en un lado inferior del cuerpo de rueda libre 142. El cuerpo de rueda libre 142 presenta en dos secciones laterales en cada caso una sección de apoyo 146. El cuerpo de rueda libre 142 presenta una sección de engrane 148. La sección de engrane 148 está formada sobre un extremo opuesto a la sección de accionamiento 144 del cuerpo de rueda libre 142. Las secciones de apoyo 146 están formadas en un lados opuestos del cuerpo de rueda libre 142, en concreto entre la sección de accionamiento 144 y la sección de engrane 148.
Las secciones de apoyo 146 sirven para soportar de manera giratoria o de manera pivotante el cuerpo de rueda libre 142 sobre un árbol alrededor de un eje de giro 150. A este respecto se fija o apoya el cuerpo de rueda libre 142 contra el árbol de tal manera que la sección de accionamiento 144 apunta hacia el interior del árbol. Asimismo el cuerpo de rueda libre 142 está pretensado por medio de un elemento elástico de tal manera que la sección de accionamiento 144 en el estado no cargado se pivota radialmente hacia dentro y la sección de engrane 148 se pivota radialmente hacia fuera. La sección de accionamiento 144 sirve para presionarse por medio del perno de cambio 74 radialmente hacia fuera, para pivotar la sección de engrane 148 alrededor del eje de giro 150 radialmente hacia dentro.
Siempre que la sección de engrane 148 esté pivotada radialmente hacia fuera y sobresalga con respecto al árbol, ésta puede engranarse con la sección de engrane 140 del dentado interno 136 de la rueda loca 132 en una dirección de giro de la rueda loca 132 y así conectarse la rueda loca con el árbol en la dirección de giro de manera fija con respecto al giro.
El cuerpo de rueda libre 142 presenta además una sección de deslizamiento 152. La sección de deslizamiento 152 sirve para pivotar el cuerpo de rueda libre 142 radialmente hacia dentro, siempre que la rueda loca se gire con respecto al árbol en dirección opuesta a la dirección de giro y de este modo sirva como rueda.
La sección de accionamiento 144 puede presentar una ranura o ranuras que discurren en perpendicular al eje de giro 150 o en la dirección de giro del árbol, para permitir un accionamiento selectivo. Esto se explica en detalle más adelante.
En la figura 10 se muestran un árbol para el apoyo de ruedas locas conmutables 132 y un perno de cambio para cambiar el cuerpo de rueda libre 142 en representación en despiece ordenado. El árbol está designado en general con 154 y el perno de cambio con 156. El árbol 154 está configurado para el alojamiento del perno de cambio 156 como árbol hueco. El árbol 154 presenta secciones de apoyo 158. En la zona de las secciones de apoyo 158 están configurados orificios pasantes 160. El árbol 154 presenta un primer grupo 161 de las secciones de apoyo 158, que están configuradas axialmente una al lado de otra. Asimismo el árbol 154 presenta un segundo grupo 163 de las secciones de apoyo 158, que están configuradas axialmente una al lado de otra. El primer grupo 161 de las secciones de apoyo 158 está dispuesto desplazado con respecto al segundo grupo 163 de las secciones de apoyo 158 en la dirección circunferencial. En cada caso dos de las secciones de apoyo 158 están dispuestas en lados opuestos del árbol 154.
Las secciones de apoyo 158 están configuradas de modo que en cada caso pueden alojar uno de los cuerpos de rueda libre 142. Los orificios pasantes 160 sirven para que la sección de accionamiento 144 pueda pivotarse a través de los orificios pasantes 160 y pueda accionarse por el perno de cambio 156. Las secciones de apoyo 158 están configuradas en el árbol 154 de modo que los cuerpos de rueda libre 142 en un estado pivotado no sobresalen con respecto a la superficie circunferencial del árbol 154. En este estado pivotado la superficie circunferencial del árbol 154 y de la sección de deslizamiento 152 forma el cuerpo de rueda libre 142 esencialmente un plano.
En el árbol 154 está configurado además un agujero para clavija 162, a través del cual puede conducirse una espiga guía.
El perno de cambio 156 presenta secciones de accionamiento 164 que están configuradas a lo largo de la circunferencia del perno de cambio 156. Las secciones de accionamiento 164 están configuradas como entalladuras. El perno de cambio 156 presenta además una ranura 166 circunferencial. La ranura 166 presenta dos secciones circunferenciales que están desplazadas axialmente y están conectadas entre sí mediante una sección inclinada
167. Las secciones de accionamiento 164 están desplazadas axialmente y dispuestas distribuidas circunferencialmente. Las secciones de accionamiento 164 están dispuestas parcialmente en dirección axial una al lado de otra. Las secciones de accionamiento 164 están dispuestas en lados opuestos del perno de cambio 156, en concreto de manera correspondiente a las secciones de apoyo 158 en el árbol 154.
El perno de cambio 156 está configurado de modo que las secciones de accionamiento 164 dependiendo de la posición de giro del perno de cambio en el árbol 154 están posicionadas en uno de los orificios pasantes 160. De esta manera la sección de accionamiento 144 puede pivotar el cuerpo de rueda libre 142 en la sección de accionamiento 164 y con ello engranar la sección de engrane 148 con el dentado interno 136. El perno de cambio 156 sirve para accionar los cuerpos de rueda libre 142 del primer grupo 161 de secciones de apoyo 158. La ranura 166 está dispuesta en el estado insertado del perno de cambio 156 en la zona del agujero para clavija 162, de modo que la ranura 166 puede alojar una clavija no representada, que atraviesa el agujero para clavija 162. De esta manera el perno de cambio 156 se mueve dependiendo de la posición de rotación en el árbol 154 en diferentes posiciones axiales.
Este desplazamiento axial del perno de cambio 156 sirve para ampliar el intervalo de giro aprovechable del perno de cambio. El desplazamiento axial provoca que algunas de las secciones de accionamiento 164 no puedan accionar por su posición axial con respecto a las secciones de accionamiento 144 los cuerpos de rueda libre 142. A la inversa significa que determinadas secciones de accionamiento 144 de determinados cuerpos de rueda libre 142 pueden accionarse en la segunda posición axial. Mediante el desplazamiento axial del perno de cambio 156 están dispuestas en consecuencia algunas de las secciones de accionamiento 164 no por debajo de las secciones de accionamiento 144 y en consecuencia no pueden accionarse los cuerpos de rueda libre 142. De esta manera en trinquetes de cambio opuestos se genera un intervalo de giro aprovechable adicional de 180° para ruedas dentadas conmutables adicionales. También es concebible ampliar aún más el intervalo de giro aprovechable del perno de cambio 156 mediante un desplazamiento axial adicional.
Una posibilidad adicional para aplicar el intervalo de giro aprovechable del perno de cambio es una configuración diferente de las secciones de accionamiento 144. Mediante una configuración asimétrica de las secciones de accionamiento 144 y secciones de accionamiento 164 correspondientes pueden accionarse sólo determinados cuerpos de rueda libre 142 o pivotarse sólo determinadas secciones de accionamiento 144 en determinadas secciones de accionamiento 164 del perno de cambio 156. De esta manera puede ampliarse el intervalo de giro aprovechable del perno de cambio 156 también en el caso de cuerpos de rueda libre opuestos de 180° a 360°.
Por ejemplo las secciones de accionamiento 144 de los trinquetes de piñón libre 142 pueden presentar una o varias ranuras que discurren en la dirección de giro del árbol 154, de modo que las secciones de accionamiento 144 configuradas de este modo sólo pueden pivotar secciones de accionamiento 164 configuradas de manera correspondiente. A este respecto el número y la posición de tales ranuras pueden permitir un accionamiento selectivo.
En la figura 11 está representado el árbol 154 con el perno de cambio 156 utilizado y los cuerpos de rueda libre 142. Elementos iguales están provistos de números de referencia iguales, estando representadas en este caso únicamente las diferencias.
El perno de cambio 156 está situado en el árbol 154 de tal manera que dos de los cuerpos de rueda libre 142 están pivotados, pudiendo verse sólo uno.
En el árbol 154 está insertado además un segundo perno de cambio no representado o no visible, que acciona el segundo grupo 163 de cuerpos de rueda libre. Este perno de cambio está dispuesto en el árbol 154 de tal manera que dos cuerpos de rueda libre 142 del segundo grupo 163 están pivotados, de modo que la sección de engrane 148 pueden engranarse con la sección de engrane 140 del dentado interno 136 de la rueda loca 132.
Mediante posiciones de rotación seleccionadas de los dos pernos de cambio 156 pueden conectarse dos ruedas locas 132 con el árbol 154 de manera fija con respecto al giro, de modo que está conectada una de las dieciocho marchas posibles.
En las figuras 12A a 12F se muestran vistas en corte radial a través de ruedas locas 132 adyacentes, durante las tres fases de un cambio de marcha.
La figura 12A muestra una primera de las ruedas locas 132, cuyo dentado interno 136 engrana con los dos cuerpos de rueda libre 142 asociados. El perno de cambio 156 está con respecto al árbol 154 en una posición de rotación, de modo que las secciones de accionamiento 164 del perno de cambio 156 en la zona de las secciones de accionamiento 144 el cuerpo de rueda libre 142 está dispuesto y de este modo el cuerpo de rueda libre 142 puede pivotar hacia fuera.
La segunda de las ruedas locas 132, que está asociada a una marcha superior siguiente, en concreto a la segunda marcha, se muestra en la figura 12B. Los cuerpos de rueda libre 142 están pivotados radialmente hacia dentro y en consecuencia no están engranados con el dentado interno 136 de la rueda loca 132. En la posición de rotación del perno de cambio 156 las secciones de accionamiento 164, que están asociadas a la segunda marcha, no están dispuestas por debajo de las secciones de accionamiento 144 de los cuerpos de rueda libre 142, de modo que las secciones de accionamiento 144 se presionan hacia fuera.
Si se gira el perno de cambio 156, tal como se indica mediante una flecha 168, entonces la sección de accionamiento 164 permanece por debajo del cuerpo de rueda libre 142, que está asociado a la primera de las de las ruedas locas 132 y por lo tanto a la primera marcha, tal como se representa en la figura 12C, de modo que los cuerpos de rueda libre 142 de la primera marcha permanecen pivotados hacia fuera.
En la figura 12D está representada la segunda de las ruedas locas 132 en esta posición de rotación del perno de cambio 156, que está asociada a la segunda marcha. En esta posición de rotación del perno de cambio 156 la sección de accionamiento 164, que está asociada a la segunda marcha, está dispuesta por debajo de la sección de accionamiento 144 de la segunda marcha, de modo que la sección de accionamiento 144 puede pivotar radialmente hacia dentro y por lo tanto la sección de engrane 148 puede pivotar radialmente hacia fuera. De esta manera la sección de engrane 148 puede engranarse con el dentado interno 136 de la rueda loca 132. A los cuerpos de rueda libre 142 está asociado en cada caso un muelle que pretensa el cuerpo de rueda libre 142 correspondiente de modo que la sección de accionamiento 144 se presiona contra los pernos de cambio 156. De esta manera pivota hacia fuera la sección de engrane 148, siempre que una de las secciones de accionamiento 164 se gire debajo del trinquete de cambio 142.
Dado que la marcha más alta presenta una menor relación de multiplicación, los trinquetes de piñón libre 142 de la marcha más alta engranan en el dentado interno 136 y accionan el árbol 154 con una velocidad de rotación que es mayor que la velocidad de rotación de la rueda loca 132 de la marcha más baja. Por tanto la rueda loca 132 de la marcha más baja en este denominado estado intermedio se rota en dirección opuesta con respecto al árbol 154. De esta manera la sección de deslizamiento 138 de la rueda loca 132 presiona contra la sección de deslizamiento 152 del cuerpo de rueda libre 142, de modo que el cuerpo de rueda libre 142 se inclina hacia dentro y la primera de las ruedas locas 132 se desliza sobre el árbol 154. La rueda loca 132 de la rueda más baja, es decir de la primera marcha, se encuentra en el estado intermedio en la rueda libre.
En las figuras 12E y 12F está representado el estado en el que la segunda marcha está completamente insertada. Para ello se ha girado adicionalmente el perno de cambio 156 en la dirección de la flecha 168, de modo que los cuerpos de rueda libre 142 de la primera marcha están pivotados hacia dentro mediante el perno de cambio 156, tal como se muestra en la figura 12E. En la figura 12F se muestra que los cuerpos de rueda libre 142 de la segunda marcha están engranados además con el dentado interno 136, debido a que las secciones de accionamiento 164 de la segunda marcha están dispuestas radialmente por debajo de las secciones de accionamiento 144 de los cuerpos de rueda libre 142.
Mediante el estado intermedio, en el que los cuerpos de rueda libre 142 de dos marchas sucesivas están pivotados radialmente hacia fuera, es posible un cambio bajo carga. Asimismo se evita un estado de movimiento en vacío.
Al cambiar a una marcha más baja se desliza en primer lugar en el estado intermedio la sección de deslizamiento 138 del dentado interno 136 de la marcha más baja a través de los cuerpos de rueda libre 142. La marcha más alta permanece en primer lugar conectada. Los cuerpos de rueda libre 142 se pivotan hacia dentro o se desconectan sólo cuando la carga, que se transmite a través de la rueda loca 132 sobre el árbol 154, se retrae. Adicionalmente el perno de cambio 156 debe girarse adicionalmente entonces, de modo que la sección de accionamiento 144 se presione hacia fuera. La marcha más baja se introduce entonces inmediatamente, debido a que esta marcha se encontraba ya en el estado intermedio o en el estado de rueda libre. De esta manera se evita un estado de movimiento en vacío.
En la figura 12 está representado un perno de cambio 156 con secciones de accionamiento 164 justamente opuestas. Alternativamente es concebible también que las secciones de accionamiento 164 estén dispuestas unas con respecto a otras de modo que únicamente uno de los trinquetes de cambio se engrane con el dentado interno
136. Esto se realiza disponiéndose los trinquetes de cambio 142 sobre el árbol 154 de manera no justamente opuesta. De esta manera puede reducirse el ángulo de giro de la rueda loca 132 hasta enclavarse la sección de accionamiento 148 en el dentado interno 136.
En la figura 13 se muestra el árbol 154 y el dispositivo de cambio de marcha 104 en representación en despiece ordenado en perspectiva. La representación en la figura 13 corresponde al esquema de conexiones de la figura 5. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, explicándose en este caso únicamente la diferencia.
El disco de tracción 94’ está conectado a través del árbol de rueda hueca 93’ con la rueda hueca 90’. El árbol de rueda hueca 93’ está configurado como árbol hueco, para alojar el árbol receptor 96’. Mediante el disco de tracción 94’ se rota la rueda hueca 90’, para rotar el perno de cambio 156 con respecto al árbol 154.
La rueda hueca 90" presenta además del dentado interno 136 un dentado externo 170. El dentado externo 170 sirve para conectar la rueda hueca 90" a través del árbol de rueda hueca 93" no representado con el disco de tracción 94" no representado.
La figura 14 muestra una representación en perspectiva del árbol 154 y del dispositivo de cambio de marcha 104 de la figura 13 en estado montado. Elementos iguales están provistos de los mismos números de referencia, estando representadas en este caso únicamente las diferencias.
El dentado externo 170 de la rueda hueca 90" está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol de rueda hueca 93", que está conectado con el disco de tracción 94". El árbol de rueda hueca 93" está dispuesto desplazado en paralelo al árbol de rueda hueca 93’. El árbol de rueda hueca 93" está conectado de manera fija con respecto al giro con una rueda dentada 95, que engrana con el dentado externo 170. Las ruedas accionadas 102’, 102" están conectadas en cada caso a través de una rueda dentada de inversión 172’, 172" con las ruedas accionadas 102’, 102". Las ruedas dentadas de inversión 172’, 172" sirven para invertir la dirección de rotación del perno de cambio 157.
Para permitir el control de varios engranajes parciales conmutable, por ejemplo engranajes parciales 42 y 44, con sólo un cambio de velocidades o similares, puede combinarse el control de varios engranajes parciales. Para ello por ejemplo el perno de cambio 74’ puede estar realizado de modo que tras girarse adicionalmente el perno de cambio 74’ a través de la última o más alta marcha de este engranaje parcial sigue de nuevo la primera marcha. Asimismo para la solución de este objetivo sería necesario proporcionar un mecanismo que, al girarse adicionalmente el perno de cambio 74’ a través de la marcha más alta, el perno de cambio 74" gire en una posición de cambio hasta la marcha más alta siguiente. Esto puede realizarse interconectando los el árboles de rueda hueca 93’, 93" de los engranajes planetarios 84’, 84". Así pueden interconectarse por ejemplo las dos ruedas huecas 90’, 90". Por ejemplo, la unidad de transmisión 10 puede cambiarse desde la sexta hasta la séptima marcha, girándose el perno de cambio 74’, que está asociado al engranaje parcial 42, según un giro de 360°, para cambiar el engranaje parcial 44 desde la sexta marcha de nuevo hasta la primera marcha. El engranaje planetario 84", que está asociado al engranaje parcial 44, está configurado de modo que al girarse adicionalmente hacia la sexta marcha en el engranaje parcial 42 en el engranaje parcial 44 hacia la primera marcha se introduce la segunda marcha. Debido a que en el engranaje parcial 42 a la sexta marcha le sigue la primera marcha y al mismo tiempo en el engranaje parcial 44 a la primera marcha le sigue la segunda marcha, puede cambiarse por lo tanto la unidad de transmisión desde la sexta hasta la séptima marcha.
El disco de tracción 94 está conectado preferiblemente a través de un cable de accionamiento con una palanca de cambio. Preferiblemente el disco de tracción está pretensado con un muelle contra la rueda hueca 90. El disco de tracción 94 y la rueda hueca 90 presentan preferiblemente topes para pretensar el disco de tracción 94 y la rueda hueca 90 con una fuerza elástica definida uno contra otro. Una relajación del muelle tiene lugar mediante la rotación de la rueda hueca 90, mediante lo cual el perno de cambio 74 rota y se realiza un cambio de marcha. Siempre que se realice un cambio de marcha a una marcha más baja, se acciona en primer lugar la palanca de cambio, mediante lo cual se pretensa el disco de tracción 94 contra la rueda hueca 90, sin que la carga del engranaje se reduzca. Dado que, bajo carga la sección de engrane 148 engrana en el dentado interno 136 y mediante el momento de giro transmitido se enclava en esta posición, no puede girarse el perno de cambio 156. Tan pronto como se disminuye la carga del engranaje, es decir, se reduce la fuerza de giro, el perno de cambio 74 puede desengranar el trinquete de cambio 142 y el dentado interno 136 debido a la pretensión elástica de la rueda hueca 90. A este respecto puede utilizarse el transcurso de fuerza de pedal oscilante típico al montar en bicicleta, dado que la fuerza de pedal aplicada sobre las bielas 16, 16’ se reduce considerablemente con la posición vertical de las bielas 16, 16’.
En una posición de este tipo de las bielas 16, 16’ puede introducirse completamente una marcha más baja pretensada o seleccionada previamente.
En general es ventajoso diseñar las ruedas dentadas usadas de manera correspondiente al momento de giro que se transmite o de manera correspondiente a su multiplicación. A este respecto ruedas dentadas, que deben transmitir grandes fuerzas tangenciales o grandes momentos de giro, estarán configuradas de manera correspondiente más anchas, es decir, más gruesas en dirección axial. Por el contrario es útil configurar ruedas dentadas con relación de multiplicación pequeña con menor anchura, dado que éstas deben transmitir menores fuerzas tangenciales o menores momentos de giro. De esta manera puede optimizarse el espacio constructivo en la caja de cambios. Asimismo se prefiere diseñar los medios de cambio, que están formados por los trinquetes de piñón libre y el perno de cambio, de manera correspondiente a las fuerzas tangenciales y los momentos de giro que se esperan. A este respecto es concebible también adaptar el número de los trinquetes de piñón libre 142 a los momentos de giro que se transmiten.
Siempre que la unidad de transmisión 10 esté realizada adicionalmente con el engranaje planetario 114, tal como se representa en la figura 6, entonces el control del engranaje parcial 112 debe combinarse con el control del engranaje planetario 114. El perno de cambio 74 controla entonces el acoplamiento 120 del engranaje planetario 114. La rueda hueca 90 del engranaje planetario 84 de la figura 4 o la figura 5, controla entonces adicionalmente una horquilla de selector, que acciona el acoplamiento 124 del engranaje planetario 114. El modo de funcionamiento de este control de cambio se explica en detalle a continuación.
La figura 15 muestra una representación en despiece ordenado de un perno de cambio para el accionamiento de un acoplamiento del engranaje planetario 114. Esta forma de realización del perno de cambio está designada en general con 174. El perno de cambio 174 presenta las secciones de accionamiento 164. El perno de cambio 174 puede conectarse en un extremo axial con la rueda accionada 102 de manera fija con respecto al giro. En un extremo axial opuesto del perno de cambio está configurada en el perno de cambio 174 una ranura 176. La ranura 176 presenta dos secciones que discurren en dirección circunferencial, que están desplazadas axialmente una con respecto a la otra. Las dos secciones que discurren circunferencialmente están conectadas mediante una sección inclinada 178.
En la figura 15 está representado un muelle 180 y un elemento de entrada 182 del acoplamiento 120. Al elemento de entrada 182 está asociada una clavija 184 que puede introducirse en un orificio 186 del elemento de entrad 182.
En el estado insertado el muelle 180 está insertado sobre los pernos de cambio 174 y la clavija 184 se introduce en el orificio 186, de modo que la clavija 184 engrana en la ranura 176. Mediante el muelle 180 está pretensado axialmente el elemento de entrada 182 contra el perno de cambio 174. Siempre que el perno de cambio 174 se rote con respecto al elemento de entrada 182, de modo que la clavija 184 se deslice a lo largo de la sección inclinada 178 de la ranura 176, se mueve el elemento de entrada 182 mediante una fuerza elástica del muelle 180 en dirección axial y se engrana con un elemento de salida no representado del acoplamiento 120. De este modo mediante rotación del perno de cambio 174 puede accionarse el acoplamiento 120 del engranaje planetario 114.
En la figura 16 se representa una representación en despiece ordenado del engranaje planetario 84 con una horquilla de selector para el accionamiento del acoplamiento 124. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando representadas en este caso únicamente las diferencias.
El árbol de rueda hueca 93 presenta una ranura 188 que presenta las dos secciones que discurren en dirección circunferencial. Las secciones que discurren en dirección circunferencial están desplazadas axialmente entre sí y conectadas mediante una sección inclinada 190. Asimismo el dispositivo de cambio de marcha de la figura 16 presenta una horquilla de selector 192, que presenta una sección de manguito 194 y una sección de horquilla 196. La sección de manguito 194 presenta un orificio 198, a través del que pude introducirse una clavija 200. Asimismo el dispositivo de cambio de marcha presenta un muelle 202, que está dispuesto entre la rueda accionada 78 y la horquilla de selector 192. En el estado montado la sección de manguito 194 está montada en la zona de la ranura 188, de modo que la clavija 200, que se conduce a través del orificio 198, se engrana en la ranura 188. El muelle 202 se apoya contra un anillo de protección 203 y pretensa la horquilla de selector 192 axialmente. De esta manera la clavija 200 se apoya en la ranura 188 contra un canto, en el que está formada la sección inclinada 190.
Siempre que se cambie una marcha por medio de este dispositivo de cambio de marcha, se gira, tal como se describe anteriormente, el árbol de rueda hueca 93 un ángulo de giro determinado. Siempre que el giro del árbol de rueda hueca 93 se realice de modo que la clavija 200 se deslice a través de la sección inclinada, se desplaza la horquilla de selector dependiendo de la dirección de giro del árbol de rueda hueca 93 axialmente. Mediante este desplazamiento axial se acciona el acoplamiento 124, tal como se explica en detalle a continuación.
En la figura 17 se representa el dispositivo de cambio de marcha según la figura 16 en estado montado con el árbol 52 y piezas del engranaje planetario 114. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, explicándose en este caso únicamente las diferencias.
El árbol de rueda hueca 93 presenta una sección de rueda dentada 204. La sección de rueda dentada 204 está conectada de manera fija con respecto al giro con una rueda dentada de accionamiento 205 del disco de tracción 94. Mediante el disco de tracción 94 y un par de ruedas dentadas formado por la sección de rueda dentada 204 y la rueda dentada de accionamiento 205, puede transmitirse un giro definido sobre el árbol de rueda hueca 93. Siempre que la clavija 200 se desliza con este giro a través de la sección inclinada 190, se mueve la horquilla de selector 192 no representada en la figura 17 en dirección axial. De esta manera puede accionarse el acoplamiento 124.
En la figura 18 está representada una vista lateral de la unidad de transmisión 110 con dispositivo de cambio de marcha de manera esquemática. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando representadas en este caso únicamente las diferencias.
Tal como se describe anteriormente, la horquilla de selector 192 puede desplazarse axialmente mediante rotación del árbol de rueda hueca 93. La sección de horquilla 196 está conectada con el elemento de entrada 182 del acoplamiento 124. Siempre que la sección de horquilla 196 se desplace en dirección axial, en concreto en la dirección de una flecha 205, se engrana el elemento de entrada 182 con un elemento de salida 206 del acoplamiento 124. De este modo puede accionarse el acoplamiento 124 mediante accionamiento del disco de tracción 94. Debido a que la rotación del perno de cambio 174 se encuentra directamente unida con la rotación del árbol de rueda hueca 93, es posible que el acoplamiento 124 se accione cuando el engranaje parcial asociado se cambia adicionalmente desde la marcha más alta hasta la primera marcha.
En la figura 19 está representada una vista en corte esquemático de la unidad de transmisión 110 como corte a través del árbol de entrada 30 y el árbol intermedio 52.
En las figuras 20a-c está representado un sistema hidráulico de cilindros hidráulicos conectados en serie de manera esquemática. El sistema hidráulico presenta un primer cilindro hidráulico 208 y un segundo cilindro hidráulico 210. En los cilindros hidráulicos 208, 210 está dispuesto en cada caso un pistón hidráulico 212, 214 de manera axialmente móvil. Los cilindros hidráulicos 208, 210 presentan en cada caso una abertura principal 216, 218 y en cada caso dos aberturas secundarias 220, 222, 224, 226. La abertura secundaria 220 está conectada a través de un canal 228 con la abertura secundaria 226. La abertura secundaria 222 del primer cilindro hidráulico 208 está conectada a través de un canal 230 con la abertura secundaria 224 del cilindro hidráulico 210. Las aberturas secundarias 220, 222, 224, 226 están dispuestas opuestas en cada caso las aberturas principales 216, 218.
Siempre que el primer cilindro hidráulico 208 se someta mediante la abertura principal 216 a presión hidráulica, se mueve el pistón hidráulico 212 en la dirección de las aberturas secundarias 220, 222. De esta manera se conduce líquido hidráulico a través de la abertura secundaria 222 y el canal 230 a través de la abertura secundaria 224 hasta el cilindro hidráulico 210. Dado que la abertura secundaria 224 está dispuesta por debajo del pistón hidráulico 214, se presiona el líquido hidráulico al cilindro hidráulico 210, sin que se ejerza una fuerza sobre el pistón hidráulico 214. El líquido hidráulico abandona el cilindro hidráulico 210 a través de la abertura principal 218.
En la figura 20b el pistón hidráulico 212 ha alcanzado un extremo del cilindro hidráulico 208. En esta posición la abertura secundaria 222 está cerrada y la abertura secundaria 220 está abierta, de modo que se presiona líquido hidráulico desde el cilindro hidráulico 208 a través del canal 228. La presión hidráulica presiona en esta posición el pistón hidráulico 214 a través de la abertura secundaria 226. Mediante esta aplicación de presión se mueve el pistón hidráulico 214 en la dirección de la abertura principal 218. Esto está representado en la figura 20c.
Siempre que ahora el segundo cilindro hidráulico 210 se presione a través de la abertura principal 218 con presión hidráulica, se mueve en primer lugar el pistón hidráulico 214 en la dirección de la abertura secundaria 226. El líquido hidráulico se guía a través del canal 228 hacia el cilindro hidráulico 208 y se conduce a través de la abertura principal 216 desde el cilindro hidráulico 208. Cuando el pistón hidráulico 214 ha llegado al extremo del cilindro hidráulico 210, se presiona el pistón hidráulico 212 a través del canal 230 con presión hidráulica y se mueve en la dirección de la abertura principal 216.
Mediante esta conexión en serie de dos cilindros hidráulicos pueden moverse dos pistones hidráulicos uno tras otro.
En la figura 21 está representado el principio de un cilindro de acción doble. La figura 21 muestra un cilindro hidráulico 232 que presenta una abertura 234 y una abertura 236. Las aberturas 234, 236 están dispuestas en lados opuestos del cilindro hidráulico 232. Entre las aberturas 234, 236 se encuentra un pistón hidráulico axialmente móvil
238. Siempre que se introduce presión hidráulica a través de la abertura 234 en el cilindro hidráulico 232, se mueve el pistón hidráulico 238 en la dirección de la abertura 236. A través de la abertura 236 se expulsa aceite hidráulico a partir del cilindro hidráulico 232. Para mover el pistón hidráulico 238 en una dirección opuesta en concreto en la dirección de la abertura 234 se introduce presión hidráulica a través de la abertura 236 en el cilindro hidráulico 232. De esta manera se mueve el pistón hidráulico 238 en la dirección de la abertura 234, a través de la que se expulsa aceite hidráulico a partir del cilindro hidráulico 232.
En la figura 22 está representada una representación en despiece ordenado de un perno de cambio con un sistema de accionamiento hidráulico. El perno de cambio está designado en general con 240. El sistema hidráulico está designado en general con 242.
El perno de cambio 240 presenta la ranura 166, en la que puede engranarse la clavija 184. En el perno de cambio 240 está configurado un orificio radial 244, que está previsto para alojar un muelle 246 y una bola 248. El orificio 244 forma junto con el muelle 246 y la bola 248 una dirección de enclavamiento.
En el perno de cambio 240 están configuradas las secciones de accionamiento 164. El sistema de accionamiento hidráulico 242 presenta un emisor hidráulico 250, un receptor hidráulico 252 y un elemento de ajuste 254 o un accionador de ala 254. El emisor hidráulico 250 presenta dos conexiones hidráulicas 256, 257. Las conexiones hidráulicas están previstas para conectarse con tubos flexibles hidráulicos y para suministrar presión hidráulica al sistema de accionamiento hidráulico 242. El receptor hidráulico presenta un disco separador 258. En un lado del disco separador 258 dirigido al emisor hidráulico 250 están formados dos elementos de conexión 260, 262 simétricos en cuanto a la rotación. Los elementos de conexión 260, 262 presentan en cada caso una ranura configurada en dirección circunferencial 264, 266. En el lado del disco separador 258 opuesto a los elementos de conexión 260, 262 está configurada una sección cilíndrica 268 con dos alas receptoras que sobresalen radialmente 270, 272. El elemento de ajuste presenta una sección cilíndrica 274, en la que están configuradas dos alas de elemento de ajuste 276, 278, que sobresalen en dirección axial. Asimismo el elemento de ajuste 254 presenta una sección de conexión 280. La sección de conexión 280 presenta un perfil hexagonal.
En la figura 23 está representado el perno de cambio 240, el árbol 154 y el sistema de accionamiento hidráulico 242 en una vista en corte axial. En esta representación el perno de cambio 240 está montado en el árbol 154.
Las conexiones hidráulicas 256, 257 están conectadas con en cada caso un canal hidráulico 281, 282. Los canales hidráulicos 281, 282 están conectados con las ranuras 264, 266. Las ranuras 264, 266 están conectados con canales axiales 284, 286, que están configurados en el receptor hidráulico en dirección axial. Los canales axiales 284, 286 están conectados con canales radiales 288, 290, que están formados en la sección cilíndrica 268. Los canales radiales 288, 290 están situados en la sección cilíndrica 268 en dirección circunferencial, de modo que están configurados parcialmente en las alas receptoras 270, 272. Un perno de apoyo 292 del receptor hidráulico está montado en el elemento de ajuste 254 de manera giratoria. El disco separador 258 está conectado con el árbol 154 de manera fija con respecto al giro.
La sección de conexión 280 está montada en una sección de alojamiento del perno de cambio 240 de manera fija con respecto al giro.
El emisor hidráulico 250 está fijado en la caja de cambios no representada o conectada con la misma. El receptor hidráulico 252 está montado con respecto al emisor hidráulico 250 de manera giratoria. El elemento de ajuste 254 está montado con respecto al receptor hidráulico 252 de manera giratoria. Debido a que los canales hidráulicos 281, 282 están conectados con las ranuras 262, 264 circundantes, puede presionarse el receptor hidráulico 252 independientemente de la posición de rotación con respecto al emisor hidráulico 250 siempre con presión hidráulica.
La presión hidráulica se alimenta a través de los canales axiales 284, 286 y los canales radiales 288, 290 aberturas en la zona del ala receptora.
En la figura 24 está representado el sistema de accionamiento hidráulico 242 en perspectiva en un dibujo montado. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, aclarándose en este caso sólo las particularidades.
En el estado montado representado en la figura 24 del sistema de accionamiento hidráulico 242 está formado entre la sección cilíndrica 274, el disco separador 258, el ala receptora 270 y el ala de elemento de ajuste 278 una cámara hidráulica 296. En el lado opuesto del ala receptora 270 está formada una cámara hidráulica adicional 298. Asimismo están formadas dos cámaras hidráulicas adicionales 296’, 298’ en lados opuestos del ala de elemento de ajuste 278, 276. En dos lados de las alas receptoras 270, 272 están configurados los canales radiales 288, 290 como ranuras cilíndricas. De manera adyacente a las alas receptoras 270, 272 están configuradas aberturas 300, 302, en las que desembocan los canales radiales 288, 290.
Siempre que a través de la conexión hidráulica 257 se ejerce una presión hidráulica, llega el líquido hidráulico a través de la abertura 300 hasta la cámara hidráulica 296. La presión hidráulica ejerce una fuerza sobre el ala de elemento de ajuste 278 y mueve la misma en dirección circunferencial. De esta manera se gira el elemento de ajuste 254 y por lo tanto también el perno de cambio conectado con el elemento de ajuste 254. Dado que el disco separador 258 está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol 154, se gira así el perno de cambio 240 con respecto al árbol 154.
Siempre que mediante la conexión hidráulica 256 se guíe una presión hidráulica, llega líquido hidráulico a través del canal axial 284 y el canal radial 288 hasta la abertura 302 y hasta la cámara hidráulica 298. La presión hidráulica en la cámara hidráulica 298 mueve el ala de elemento de ajuste 276 y gira por lo tanto el perno de cambio 240 en la dirección opuesta.
El principio de funcionamiento del sistema de accionamiento hidráulico 242 se explica en detalla más adelante.
En la figura 25 está representado un corte a lo largo de la línea B-B de la figura 23. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando descritas en este caso únicamente las diferencias o particularidades.
Entre del árbol 154 y la sección cilíndrica 168 están formadas las cámaras hidráulica 296, 296’, 298, 298’. Las cámaras hidráulicas 296, 298’ están conectadas a través de los canales radiales 290 y el canal axial 286 con la conexión hidráulica 257. Siempre que en la conexión hidráulica 257 se aplica presión hidráulica, se forma en las cámaras hidráulicas 296, 298’ una presión hidráulica y las alas de elemento de ajuste 276, 278 se giran en sentido de las agujas de reloj. De manera correspondiente se giran las alas de elemento de ajuste 276, 278 en sentido contrario de las agujas del reloj, siempre que sobre la conexión hidráulica 256 se aplique presión hidráulica.
Las cámaras hidráulicas 298, 298’, 296, 296’ representadas en la figura 25 trabajan en consecuencia según el principio de un cilindro de acción doble.
También es concebible que las alas de elemento de ajuste 276, 278 puedan moverse independientemente entre sí. Las cámaras hidráulicas 298, 298’ están conectadas en serie en esta forma de realización alternativa con las cámaras hidráulicas 296, 296’, de modo que se realiza un sistema hidráulico, tal como se explica de manera esquemática en las figuras 20a a 20c. De esta manera el perno de cambio 240 podría girarse un ángulo de giro el doble de grande. Los canales 228, 230 están dispuestos a este respecto en el receptor hidráulico 252 de modo que los canales 228, 230 se abren entonces justamente cuando una de las alas de elemento de ajuste 276, 278 ha alcanzado un tope. De esta manera se garantiza que las cámaras hidráulicas 296, 296’, 298, 298’ se llenen o vacíen secuencialmente.
En la figura 26 está representado un corte a través del sistema de accionamiento hidráulico 242 a lo largo de la línea C-C.
En la figura 27 está representado un corte a lo largo de la línea A-A de la figura 23. La figura 27 muestra la dirección de enclavamiento, que se forma a través de la bola 248, el muelle 246 y orificios 304. Los orificios están configurados en diferentes posiciones circunferenciales en el árbol 154. El muelle 246 ejerce una fuerza sobre la bola 248. La bola se presiona mediante esta fuerza en el orificio 304 o parcialmente en el orificio 304 y forma así una conexión enclavada. Mediante esta dirección de enclavamiento se enclava el perno de cambio 240 en posiciones de giro predefinidas con respecto al árbol 154. De manera ventajosa debe ejercerse un momento de giro predeterminado sobre los pernos de cambio 240, para liberar la dirección de enclavamiento y girar el perno de cambio 240 con respecto al árbol 154. De esta manera se define y se fija la posición de giro relativa.
En una forma de realización alternativa están dispuestos el muelle 246 y la bola 248 en un orificio radial que está configurado en el árbol 154. A este respecto están configurados orificios en diferentes posiciones circunferenciales en el perno de cambio 240, con los que la bola 248 forma una conexión enclavada.
Alternativamente los cuerpos de rueda libre pueden accionarse también de manera magnética. Para ello pueden dotarse las secciones de accionamiento 164 de imanes permanentes. Alternativamente puede accionarse el perno de cambio 156 por medio de actuadores electromagnéticos.
En la figura 28 está representada la caja de cambios 20 en una representación en despiece ordenado. La caja de engranaje 34 está prevista para alojar y almacenar la unidad de transmisión 10, 110. La caja de engranaje 34 se forma por los pernos 40, que están conectados con la placa de apoyo 36 y la tapa de caja 26. De manera ventajosa forma la tapa de caja 26 tanto una terminación de la envoltura de caja 22 como la placa de apoyo 36 para la caja de engranaje 34. Preferiblemente puede estar configurada también la placa de apoyo 36 con la tapa de caja 24 en una sola pieza, de modo que se consigue un ahorro de peso adicional.
En una forma de realización alternativa las unidades de transmisión 10, 110 pueden conectarse también con un perno de cambio desplazable axialmente. Los trinquetes de cambio 142 están configurados en esta forma de realización alternativa de manera similar o idéntica a en el caso del dispositivo de cambio de marcha 70, 104 con pernos de cambio giratorios 156. El perno de cambio desplazable axialmente presenta entalladuras con secciones inclinadas, disponiéndose las entalladuras por debajo de las secciones de accionamiento 144, de modo que los trinquetes de cambio pretensados 142 pivotan hacia fuera. El engrane de los trinquetes de cambio 142 en el dentado interno 136 tiene lugar tal como en el caso del perno de cambio giratorio 156. Las secciones inclinadas de las entalladuras sirven para que las secciones de accionamiento 144 de los trinquetes de cambio 142 puedan deslizarse más fácilmente a partir de la entalladura y por lo tanto pueda pivotarse la sección de engrane 148 radialmente hacia dentro. Tal como en el caso del perno de cambio giratorio 156 las entalladuras están dispuestas en el perno de cambio de tal manera que están conectadas dos marchas simultáneamente y por lo tanto se ajusta el denominado estado intermedio cuando se cambia de una marcha a la otra marcha. De esta manera también es posible en esta forma de realización un cambio bajo carga. El perno de cambio desplazable axialmente puede accionarse mediante un cable de cambio. El cable de cambio quieto o que no gira se desacopla por medio un de cojinete de deslizamiento o de rodadura del perno de cambio que se gira. Alternativamente el cable de cambio puede estar conectado a un disco giratorio, que está conectado a través de una guía ranurada con el perno de cambio. A este respecto se engrana una clavija en una ranura que discurre inclinada, que está configurada en el disco giratorio. El cable de cambio está conectado al disco giratorio. El disco se gira mediante el cable de cambio y mediante la clavija guiada en la ranura se convierte el movimiento de giro del disto en un movimiento axial del perno de cambio. Alternativamente la clavija puede estar fijada al disco y la ranura puede estar configurada en el perno de cambio.
La figura 29 muestra un esquema de conexiones de un dispositivo de cambio de marcha con dos pernos de cambio giratorios. El dispositivo de cambio de marcha representado en la figura 29 es una forma de realización alternativa al dispositivo de cambio de marcha 104 representado en la figura 4 y está designado en general con 310. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando explicadas en este caso únicamente las diferencias.
La rueda de accionamiento 76 está conectada con una rueda accionada 312 de manera fija con respecto al giro. La rueda accionada 312 está conectada con dos engranajes planetarios 311’, 311". La rueda de accionamiento 76 forma con la rueda accionada 312 un engranaje transmisor 313. La rueda accionada 312 está conectada con los soportes de piñón 92’, 92" de los engranajes planetarios 311’, 311" de manera fija con respecto al giro. Sobre los soportes de piñón 92’, 92" están motados juegos de ruedas planetarias. Los juegos de ruedas planetarias están formados en cada caso por una primera rueda planetaria 314 y una segunda rueda planetaria 316. La primera rueda planetaria 314 está conectada en cada caso con la segunda rueda planetaria 316 de manera fija con respecto al giro. Un primer piñón satélite 318 está dispuesto coaxialmente con respecto al soporte de piñón 92 y engrana con las primeras ruedas planetarias 314. El primer piñón satélite 318 está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol receptor 96, que está conectado de manera fija con respecto al giro con la rueda de accionamiento 100 del engranaje transmisor 98. Coaxialmente con respecto al piñón satélite 318 está montado un segundo piñón satélite 320, que engrana con las segundas ruedas planetarias 316. El segundo piñón satélite 320 está conectado de manera fija con respecto al giro con el árbol de rueda hueca 93, que está conectado con el disco de tracción 94. El primer piñón satélite 318 y las primeras ruedas planetarias 314 forman una primera relación de multiplicación, que se deferencia de la segunda relación de multiplicación del segundo piñón satélite 320 con las segundas ruedas planetarias 316.
La rotación del árbol 72 se transmite a través de la rueda de accionamiento 76 sobre la rueda accionada 312. La rueda accionada 312 acciona los engranajes planetarios 311’, 311". A este respecto se acciona el soporte de piñón 92, sobre el que están montados los juegos de ruedas planetarias. Los engranajes planetarios 311’, 311" están configurados como engranaje planetario escalonado. El primer piñón satélite 318 engrana con las primeras ruedas planetarias 314 y forma el accionamiento de los engranajes planetarios 311’, 311". Siempre que el disco de tracción 94 no se accione y por lo tanto el segundo piñón satélite 320 esté en reposo, se transmite la rotación del árbol 72 a través del engranaje transmisor 313, los engranajes planetarios 311’, 311" y los segundos engranajes transmisores 98’, 98" sobre los pernos de cambio 74’, 74". En este estado la multiplicación es exactamente uno, de modo que los pernos de cambio 74’, 74" se giran de manera sincrónica con respecto al árbol 72 o con la misma velocidad de giro que el árbol 72. Como rueda de accionamiento adicional de los engranajes planetarios 311’, 311" sirve el segundo piñón satélite 320. Una rotación del piñón satélite 320 se suma en consecuencia a la rotación de la rueda accionada 312, de modo que puede transmitirse una rotación del disco de tracción 94 sobre los pernos de cambio 74.
El modo de funcionamiento del dispositivo de cambio de marcha 310 es en consecuencia idéntico al de funcionamiento del dispositivo de cambio de marcha 104 de la figura 5.
En la figura 30 está representada una representación en despiece ordenado del dispositivo de cambio de marcha
310. Elementos iguales están designados con los mismos números de referencia, estando representadas en este caso únicamente las diferencias o las particularidades.
La rueda accionada 312 y los soportes de piñón 92’, 92" están configurados como una rueda dentada con orificios de apoyo y clavijas de apoyo. La rueda de accionamiento 312 está montada por medio de un cojinete de boa sobre un árbol de apoyo 322 de manera giratoria. Los planetas están formados a partir de las ruedas planetarias 314 y 316, que presentan diferentes diámetros o números de dientes. El primer piñón satélite 318’ está configurado como dentado externo en el árbol receptor 96’ configurado como árbol hueco. El segundo piñón satélite 320’ está configurado como dentado externo en el árbol de rueda hueca 93’ configurado como árbol hueco. El árbol receptor puede conectarse con la rueda de accionamiento 100’ del engranaje transmisor 98’. El árbol de rueda hueca 93’ está conectado de manera fija con respecto al giro con el disco de tracción 94’. El árbol de apoyo 322, el árbol receptor 96’ y el árbol de rueda hueca 93’ están configurados de tal manera que pueden disponerse o montarse coaxialmente uno dentro de otro.
El primer piñón satélite 318" está configurado como dentado externo del árbol receptor 96". El árbol receptor 96" puede conectarse con la rueda de accionamiento 100" de manera fija con respecto al giro. El segundo piñón satélite 320" está configurado como dentado externo y conectado con una rueda dentada 324", estando configurados el segundo piñón satélite 320" y la rueda dentada 324" preferiblemente en una sola pieza. La rueda dentada 324" engrana con la rueda dentada 95 de la figura 14, que está conectada de manera fija con respecto al giro con el árbol de rueda hueca 93".
Alternativamente el árbol de rueda hueca 93" puede estar conectado con una rueda dentada 95" adicional de la figura 28. La rueda dentada 95" engrana entonces con una rueda dentada 324", que está conectada de manera fija con respecto al giro con el disco de tracción 94". De esta manera pueden disponerse ambos discos de tracción 94’, 94" coaxialmente en un lado de la unidad de transmisión.
Mediante esta disposición representada en la figura 30 están formados dos engranajes planetarios escalonados que sirven para la rotación de los pernos de cambio 74’, 74".

Claims (14)

  1. REIVINDICACIONES
    1.
    Dispositivo de cambio de marcha (104; 310) para una unidad de transmisión (10; 110) de un vehículo que funciona con fuerza muscular, con un primer árbol (72; 154), sobre el que está montada una pluralidad de ruedas locas (53, 54, 55, 56, 57, 58, 62, 63, 64), un número correspondiente de ruedas dentadas (46-51, 66-68), que están motadas sobre al menos un segundo árbol (30, 32), en el que las ruedas locas pueden conectarse en cada caso por medio de medios de cambio (142) con el primer árbol (72; 154), en el que el primer árbol (72; 154) está configurado como árbol hueco y presenta uno o dos pernos de cambio (74; 156; 174, 240) situados coaxialmente en el interior, caracterizado por que el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240) está o están conectados con medios de accionamiento (84; 242), que están configurados para rotar el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240), para accionar los medios de cambio (142), en el que los medios de cambio (142) están configurados como piñones libres conmutables (142) y sobre el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240) están configuradas secciones de accionamiento (164), por medio de las que pueden accionarse los piñones libres (142), en el que las secciones de accionamiento (164) están dispuestas sobre el o los perno(s) de cambio (74; 156; 174; 240) de tal manera que los piñones libres (142) pueden accionarse simultáneamente por dos marchas sucesivas.
  2. 2.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con la reivindicación 1, en el que los medios de accionamiento (84; 242; 311) están configurados para rotar el perno de cambio (74; 156; 104; 240) correspondiente de manera sincrónica con respecto al primer árbol (72), para mantener un estado de cambio y para rotar el perno de cambio (74; 156; 174; 240) con respecto al primer árbol (72), para realizar un cambio de marcha.
  3. 3.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con la reivindicación 1 o 2, en el que los pernos de cambio (74; 156; 174; 240) están asociados a diferentes de las ruedas locas (53-64) y en el que los medios de accionamiento (84; 242) están configurados para rotar los pernos de cambio (74; 156; 174; 240) unos con respecto a otros, para accionar medios de cambio (142) de las ruedas locas asociadas en cada caso (53-64) por separado.
  4. 4.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, en el que los dos pernos de cambio pueden rotarse independientemente uno de otro.
  5. 5.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, en el que los medios de accionamiento (84; 311) presentan un mecanismo de transmisión de superposición de velocidad (84; 311).
  6. 6.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con la reivindicación 5, en el que el mecanismo de transmisión de superposición de velocidad (84; 311) está configurado como engranaje planetario (84; 311).
  7. 7.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con la reivindicación 6, en el que el primer árbol (72; 154) está conectado de manera fija con respecto al giro con un piñón satélite (86) del engranaje planetario (84) y el perno de cambio (74; 156; 174) de manera fija con respecto al giro con un soporte de piñón (92) del engranaje planetario (84) y en el que una rotación de una rueda hueca (90) del engranaje planetario (84) puede transmitirse como rotación del perno de cambio (74; 156; 174) con respecto al primer árbol (74; 154).
  8. 8.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con la reivindicación 6 o 7, en el que el mecanismo de transmisión de superposición de velocidad (84; 311) está dispuesto de manera desplazada axialmente con respecto al primer árbol (72; 154).
  9. 9.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, en el que los pernos de cambio (74; 156; 174; 240) están conectados en cada caso con un mecanismo de transmisión de superposición de velocidad (84; 311), y en el que los mecanismos de transmisión de superposición de velocidad (84; 311) están dispuestos coaxialmente entre sí y de manera desplazada axialmente con respecto al primer árbol (72; 154).
  10. 10.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, en el que las secciones de accionamiento (164) están configuradas como entalladuras (164) en el o en los pernos de cambio (74; 156; 174; 240).
  11. 11.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que a cada rueda loca (53-58, 62-64) está asociada una pluralidad de trinquetes de piñón libre (142) y en el que los trinquetes de piñón libre (142) de un piñón libre (142) están distribuidos a lo largo de la circunferencia del árbol (72; 154) de tal manera que sólo puede engranarse uno de los trinquetes de piñón libre (142) simultáneamente con la rueda loca (53-58, 6264).
  12. 12.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que las secciones de accionamiento (164) están configuradas de tal manera que sólo pueden accionarse piñones libres (142) conformados de manera correspondiente.
  13. 13.
    Dispositivo de cambio de marcha de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 10, en el que el o al menos uno de los pernos de cambio (74; 156; 174; 240) está configurado de manera desplazable axialmente.
  14. 14.
    Unidad de transmisión (10; 110) para un vehículo accionado con fuerza muscular, con un árbol de entrada (30), un árbol de salida (32) y un árbol intermedio (52) y con un dispositivo de cambio de marcha (70; 104) de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 13.
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