ES2587403T3 - Transmisión variable reversible - RVT - Google Patents
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Abstract
Variador planetario, que funciona como subsistema para transmisiones variables o reversibles, que puede variar de manera continua la razón de transmisión, en el que dicho variador comprende una rueda anular, dos o más planetas montados alrededor de un árbol central y un sol, de modo que cada componente, concretamente la rueda anular, el árbol central y el sol forman una superficie de contacto con otros componentes de transmisión; - en el que la rueda anular es un cuerpo axisimétrico alrededor del eje del árbol central con una superficie de rodadura conformada según la curva tractriz, y en el que esta superficie está preferiblemente endurecida o recubierta para soportar fuerzas de tracción y compresión; - en el que el sol es principalmente igual que la rueda anular pero el diámetro interior y exterior de la curva tractriz puede diferir de los diámetros de la rueda anular; - en el que los planetas comprenden una rueda planetaria con una superficie de rodadura básicamente cónica, preferiblemente endurecida o recubierta para transmitir fuerzas de tracción y compresión, montada en rotación libre alrededor de una horquilla planetaria por medio de rodamientos o cojinetes radiales y axiales y en el que la parte superior virtual del cono mencionado coincide con la intersección del eje del árbol central con el eje de la bisagra del planeta; - en el que cada horquilla planetaria de un variador planetario puede rotar libremente alrededor de una articulación de bisagra de la que el eje es perpendicular al eje de árbol central y paralelo al plano de la rueda planetaria y en el que cada horquilla planetaria y cada rueda planetaria está diseñada para no interferir entre sí para todos los ángulos de inclinación aplicables entre el eje de planeta y el eje de árbol central; - en el que la rueda anular, los planetas y el sol se aprietan unos contra otros de modo que las superficies de rodadura están en contacto entre sí y en el que las presiones de contacto son suficientemente altas como para transmitir el par motor requerido; - en el que la curva tractriz de la rueda anular y el sol tienen ambas el mismo parámetro de longitud L como la longitud desde el punto de contacto de rodadura de la rueda planetaria hasta la intersección del eje de bisagra con el eje de árbol central, donde L se usa en la ecuación de la tractriz +/-x+c >= L*(cos α+ In|tan (α/2)|), siendo c una constante arbitraria y α el ángulo de inclinación entre la tangente en el punto de contacto y el eje del árbol central; - y en el que la forma de las superficies de rodadura de las ruedas planetarias, que es básicamente cónica, se desvía ligeramente de esta forma teórica de manera convexa con el fin de optimizar la distribución de la presión de contacto; caracterizado porque: el árbol central se mueve axialmente con una velocidad definida en relación con la fuerza de apriete y el par motor transmitido, con el fin de cambiar la razón de transmisión.
Description
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DESCRIPCION
Transmision variable reversible - RVT Campo de la invencion
La invencion se refiere al campo de las cajas de cambios/transmisiones. Especialmente, la invencion proporciona un nuevo tipo de transmision variable reversible para veldculos tales como coches, autobuses, camiones, vedculos todoterreno, carretillas elevadoras, manipuladores de brazo telescopico y similares. Alternativamente, la caja de cambios puede usarse en sistemas tales como molinos de viento etc. y otras aplicaciones industriales que requieren transferir potencia a velocidades variables.
Antecedentes de la invencion
Las ventajas de la presente invencion pueden describirse mejor mostrando las discrepancias entre la transmision ideal y las transmisiones de coche actualmente disponibles.
La transmision ideal
En teona, la transmision de coche ideal transmite la potencia del motor a las ruedas de modo que para cualquier nivel de potencia requerido, el motor funciona a su mayor punto de eficiencia, independientemente de la velocidad del coche. Un motor funciona a su mayor eficiencia cuando se pisa el acelerador a fondo, tal como se muestra en el grafico de la figura 10 que muestra el consumo de combustible espedfico de un motor diesel. La potencia se modula mas cambiando la velocidad del motor que cambiando el acelerador. Por ejemplo, conducir por una autopista a 120 km/h a velocidad constante requiere solo aproximadamente 25 HP. La velocidad del motor optima es entonces de aproximadamente 1300 RPM para los motores actuales. La razon de par motor de transmision requerida es entonces de 0,441, mientras que una razon tfpica de una caja de cambios real vana desde 0,90 hasta 0,65 en la razon mayor. La conclusion es que las razones de las cajas de cambios actuales no son suficientemente altas como para una eficiencia de motor optima.
La figura 10 ilustra la afirmacion anterior. Con las cajas de cambios conocidas, el coche circula a 120 km/h a 2400 RPM y con 73 Nm a partir del motor. El consumo de combustible espedfico (SFC) es entonces de 265 g/kWh. En el caso ideal (de un motor de par motor bajo) la velocidad del motor debe reducirse solo hasta 1700 RPM para obtener la mayor eficiencia. El motor produce entonces 103 Nm con un SFC de 225 g/kWh. Esto supone un ahorro de combustible del 15%. Esto supone por ejemplo un ahorro de combustible de desde 6,5 l/100 km hasta 5,5 l/100 km, que se obtiene solo mejorando el punto de funcionamiento del motor, sin considerar la eficiencia de la transmision.
Para conducir, es necesario que la transmision sea una razon de par motor infinita. Cuando el coche esta todavfa a velocidad cero y la velocidad del motor es al menos el ralentf, la razon de transmision debe ser infinita. Las soluciones actuales con un embrague deslizante o un convertidor de par motor de deslizamiento echan a perder mucha energfa durante cada arranque.
Lo anterior debe seguir siendo cierto tambien durante y despues de un cambio de posicion repentino del acelerador. (Un cambio de posicion del acelerador es de hecho un cambio en la potencia de motor requerida.) Esto significa que la razon debe poder cambiar muy rapidamente. Supongamos que el coche circula a una velocidad moderada constante con un acelerador al 85% para el consumo optimo. El motor produce solo una pequena fraccion de la potencia del motor disponible. Si se requiere aceleracion, sin cambio de razon, el motor solo puede acelerar con el acelerador al 15% restante, de modo que la baja potencia solo puede aumentar con el 15%. Por tanto, es necesario reducir la marcha inmediatamente para obtener la potencia del motor requerida: la transmision debe cambiar inmediatamente la razon de modo que el motor acelera a la velocidad del motor a la que produce la potencia requerida con eficiencia optima.
La transmision ideal debe ser respetuosa con el medio ambiente, no debe contener aceites o materiales toxicos o no reciclables.
La eficiencia ideal debe ser del 100%, el tamano, el peso y el coste deben ser lo mas bajos posible, con fiabilidad y durabilidad perfectas.
Limitaciones de las transmisiones de coches actuales
MT= Transmision manual con embrague con funcionamiento en seco
AT= Transmision automatica con el convertidor de par motor, equipado posiblemente con bloqueo
DCT= Embrague doble con embragues con funcionamiento en seco y en humedo
CVT por correa= Transmision variable de manera continua con una correa entre 2 poleas conicas
CVT toroidal= Transmision variable de manera continua con poleas semi- o completamente toroidales
HSD= Accionamiento hidrostatico. Se trata de un sistema hidraulico con una bomba de piston axial variable, accionada por el motor y un motor hidraulico variable que acciona una caja de cambios o directamente las ruedas. La velocidad de salida es variable desde cero hasta una velocidad determinada cambiando una valvula, el sentido 5 de rotacion puede invertirse.
- Eficiencia (autopista) Problemas
- MT
- Alta eficiencia de aproximadamente el 88 - 97% Son necesarios muchos mas engranajes y una extension mayor para mejorar la economfa de combustible (1) Mas engranajes requieren mucho mas cambio y confunden al conductor
- AT
- Eficiencia moderada de aproximadamente el 88 - 92% Son necesarios muchos mas engranajes y una extension mayor para mejorar la economfa de combustible (1) Mas engranajes dan como resultado mayor coste Durante el cambio, la eficiencia es baja. Mas cambio contrarresta la mejora de consumo de combustible.
- DCT
- Alta eficiencia del 89 - 95% Son necesarios muchos mas engranajes y una extension mayor para mejorar la economfa de combustible (1) Mas engranajes dan como resultado mayor coste Mas engranajes -> mas cambio -> mas uso del embrague -> mas disipacion de energfa
- CVT por correa
- ^Baja eficiencia < el 85%? La correa no debe deslizarse para transmitir par motor, sino que la correa debe deslizarse para cambiar la razon. Por tanto, baja eficiencia cuando se cambia la razon o cambios de razon lentos. Es necesaria alta presion en la polea, lo que conduce a altas perdidas hidraulicas.
- CVT toroidal
- ^Baja eficiencia < el 85%? Las poleas estan rodando unas sobre las otras con un movimiento de perforacion. Este movimiento de perforacion crea un macrodeslizamiento forzado. Este deslizamiento reduce la eficiencia y crea calor que es necesario disipar.
- HSD
- Eficiencia muy baja de aproximadamente el 70 - 80% Sistema pesado, a menudo usado para todoterrenos (cargadoras con ruedas...) o pequenos camiones. Sin caja de cambios, baja razon de velocidad maxima en un intervalo de eficiencia aceptable.
(1) Se refiere a la historia del numero tipico de razones de engranaje en un turismo:
- MT AT DCT Mayor razon de engranaje
- Anos 70 de 1900 y anteriores
- 4 3 (+1er engranaje usado solo en reduccion de marcha) 1
- Anos 80 y 90 de 1900
- 5 4 Aproximadamente de 0,90 a 0,95
- Anos 2000 - 2007
- 5 -6 5 -6 -7 6 -7 Aproximadamente de 0,65 a 0,90
Conclusion:
MT, AT, DCT: aunque siempre son necesarios mas engranajes para mejorar el consumo de combustible, en alguna parte hay un lfmite practico donde ya no es posible mas mejora. Las razones mayores todavfa no son lo 10 suficientemente altas como para una econoirna de combustible optima.
CVT: baja eficiencia; la razon mayor tampoco es todavfa lo suficientemente alta como para una economfa de combustible optima.
En la patente estadounidense US1856383 se da a conocer un engranaje diferencial de rueda de friccion, que tambien usa una rueda motriz y una rueda accionada y medios para comunicar el movimiento de una a la otra, 15 usando un sistema en voladizo. Estan integrados resortes en el sistema en voladizo para compensar la distancia variable entre la rueda motriz y la rueda accionada y para generar la presion de contacto entre las ruedas de traccion. Esta construccion es demasiado debil para disenarse para transferencia de par motor compacta.
Por tanto, existe la necesidad de una caja de cambios o transmision mejorada que supere las limitaciones y desventajas indicadas anteriormente.
20 Sumario de la invencion
La invencion proporciona una transmision variable reversible que comprende los denominados variadores
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planetarios definidos a continuacion.
La invencion proporciona un variador planetario (13), que funciona como subsistema para transmisiones variables o reversibles, que puede variar de manera continua la razon de transmision, caracterizado
- porque consiste en una rueda anular(1), dos o mas planetas (2) montados alrededor de un arbol central (12) y un sol (3), de modo que cada componente, concretamente la rueda anular, el arbol central y el sol forman una superficie de contacto con otros componentes de transmision
- porque la rueda anular es un cuerpo axisimetrico alrededor del eje central con una superficie de rodadura conformada segun la curva tractriz, y porque esta superficie esta preferiblemente endurecida o recubierta para soportar fuerzas de traccion y compresion
- porque el sol es principalmente igual que la rueda anular pero el diametro interior y exterior de la curva tractriz pueden diferir de los diametros de la rueda anular
- porque los planetas consisten en una rueda planetaria (5) con una superficie de rodadura basicamente conica, preferiblemente endurecida o recubierta para transmitir fuerzas de traccion y compresion, montada en rotacion libre alrededor de una horquilla planetaria (4) por medio de rodamientos o cojinetes radiales y axiales (8) y porque la parte superior virtual del cono mencionado coincide con la interseccion del eje del arbol central (9) con el eje de la bisagra del planeta (2)
- porque cada horquilla planetaria (4) de un variador planetario (13) puede rotar libremente alrededor de una articulacion de bisagra (8) de la que el eje es perpendicular al eje de arbol central y paralelo al plano de la rueda planetaria y porque cada horquilla planetaria y cada rueda planetaria esta disenada para no interferir entre sf para todos los angulos de inclinacion aplicables entre el eje de planeta y el eje de arbol central
- porque la rueda anular, los planetas y el sol se aprietan unos contra otros de modo que las superficies de
rodadura estan en contacto entre sf y porque las presiones de contacto son suficientemente altas como para
transmitir el par motor requerido
- porque el arbol central se mueve axialmente (longitudinalmente) con una velocidad definida en relacion con la fuerza de apriete y el par motor transmitido, con el fin de cambiar la razon de transmision
- porque la curva tractriz de la rueda anular y el sol tienen ambas el mismo parametro de longitud L como la
longitud desde el punto de contacto de rodadura de la rueda planetaria hasta la interseccion del eje de bisagra
con el eje de arbol central, donde L se usa en la ecuacion de la tractriz +/-x+c = L*(cos a+ In|tan (a/2)|), siendo c una constante arbitraria y a el angulo de inclinacion entre la tangente en el punto de contacto y el eje del arbol central
- y porque la forma de las superficies de rodadura de las ruedas planetarias, que es basicamente conica, se desvfa ligeramente de esta forma teorica de manera convexa con el fin de optimizar la distribucion de la presion de contacto.
La invencion proporciona ademas una transmision variable reversible, que comprende un variador planetario primario y uno secundario segun la invencion, caracterizada porque
- la rueda anular (1a) del variador planetario primario (13a) esta conectada al alojamiento (14) de modo que no puede rotar pero puede moverse axialmente mediante una fuerza de precarga que comprime todos los contactos de rodadura de ambos variadores planetarios
- los arboles centrales de ambos variadores planetarios se combinan en 1 arbol principal (12) y estan conectados en rotacion al arbol de entrada de transmision (11) y pueden moverse axialmente mediante una fuerza de direccion en ambos sentidos, mientras que el arbol de entrada no se mueve axialmente
- el sol (3a) del variador planetario primario (13a) esta conectado a la rueda anular (3b) del variador planetario secundario (13b) de modo que la ruedas anular y el sol combinados pueden rotar alrededor del eje central de la transmision
- y porque el sol (3b) del variador planetario secundario (13b) esta conectado al arbol de salida de la transmision y porque la fuerza de reaccion de la fuerza de precarga se transfiere al alojamiento a lo largo de un rodamiento axial.
La invencion proporciona ademas una transmision variable reversible segun la invencion, caracterizada ademas porque
- las dimensiones relativas de la rueda anular, el sol y los planetas se eligen para que sean apropiados para una aplicacion en un coche, lo que significa que la razon de velocidad mayor es tan alta que el motor puede suministrar su potencia casi siempre en su mejor punto de eficiencia. En particular, las dimensiones relacionadas
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con la razon de transmision son: diametro exterior de la rueda anular primaria y secundaria, diametro interior del sol primario y secundario, diametro eficaz de las ruedas planetarias, parametro de longitud L de la ecuacion de la tractriz; la razon de velocidad de transmision obtenida del ejemplo mostrado es de 2,266 (en valor absoluto) que ilustra el intervalo de razon tfpico para el concepto. (La razon de velocidad de transmision es la velocidad de salida dividida entre la velocidad de entrada, dejando de lado las perdidas de eficiencia)
- las dimensiones relativas de la rueda anular, el sol y los planetas se eligen para que sean apropiados para una aplicacion en un coche, lo que significa que la razon de velocidad mayor en marcha hacia atras es lo suficientemente alta como para conducir el coche con velocidad del motor moderada y ruido bajo en marcha hacia atras. En particular, las dimensiones relacionadas con la razon de transmision en marcha hacia atras son: diametro interior de la rueda anular primaria y secundaria, diametro exterior del sol primario y secundario, diametro eficaz de las ruedas planetarias, parametro de longitud L de la ecuacion de la tractriz; la razon de velocidad de transmision obtenida en marcha hacia atras del ejemplo mostrado es de 0,695, que ilustra el intervalo de razon tfpico para este concepto
- y porque moviendo el arbol principal de la transmision, la razon de transmision vana de manera continua entre la razon de velocidad mayor en marcha hacia delante pasando por parada y la razon de transmision mayor en marcha hacia atras.
La invencion proporciona ademas una transmision variable reversible segun la invencion, caracterizada ademas
porque
- la fuerza normal en cada contacto de rodadura se crea mediante una fuerza de precarga, que actua desde el alojamiento sobre la rueda anular primaria no rotatoria y porque la fuerza de reaccion se transfiere sobre un rodamiento desde el sol secundario hasta el alojamiento
- y porque las fuerzas de direccion netas para definir la posicion del arbol principal y por tanto tambien para definir la razon de transmision, se crean mediante una fuerza en uno de ambos sentidos y que actua desde el arbol de entrada hasta el arbol principal, rotando ambos con la misma velocidad, y porque la fuerza de reaccion se transfiere sobre rodamientos desde el arbol de entrada al alojamiento.
La invencion proporciona ademas una transmision variable reversible segun la invencion, caracterizada ademas
porque
- la fuerza de precarga, tal como se explico anteriormente, se crea mediante uno o mas sistema(s) de piston y cilindro entre el alojamiento y la rueda anular primaria y se activa mediante una presion neumatica o hidraulica unica o se crea mediante un sistema de precarga mecanico, donde este sistema mecanico tambien puede usarse como freno de aparcamiento cuando la transmision se coloca en razon de velocidad cero
- la presion de direccion se crea mediante un sistema de piston-cilindro hidraulico o neumatico, que puede funcionar en ambos sentidos, integrado en el arbol de entrada y el arbol principal
- y porque la presion hidraulica o neumatica para crear la presion de direccion mencionada en la reivindicacion 4 se sella entre el alojamiento estacionario y el arbol de entrada rotatorio mediante anillos de piston o sellos disenados para sellar partes que rotan a diferentes velocidades de rotacion.
La invencion comprende ademas un sistema hidraulico, destinado a controlar una transmision variable reversible
segun la invencion en un coche, camion u otro vehfculo en carretera o todoterreno, caracterizado porque
- se usa una bomba accionada por motor para suministrar la presion y el flujo hidraulicos
- un acumulador de alta presion y uno de baja presion estan integrados en el sistema, en el que el fluido procedente del acumulador de baja presion para presurizar el piston de precarga (30) y el piston de direccion (28) se usa con prioridad con respecto al acumulador de alta presion
- el acumulador de alta presion se llena mediante la bomba con prioridad con respecto al acumulador de baja presion
- se usan las valvulas reductoras de presion para controlar la presion de precarga y las presiones de direccion para el sentido de marcha hacia delante y hacia atras
- se anade posiblemente una caractenstica de seguridad por medio de 2 valvulas de retencion en la lmea de presion de precarga y porque una de ellas se conmuta mediante la presion de direccion hacia delante y la otra mediante la presion de direccion hacia atras con el fin de drenar la presion de precarga inmediatamente en cuanto una de las presiones de direccion activas desciende por debajo de una presion de desviacion determinada
- y porque la caractenstica de seguridad mencionada puede simplificarse extrayendo la valvula de retencion de seguridad (37) del esquema hidraulico.
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La invencion comprende ademas un programa de software destinado a controlar una transmision variable reversible segun la invencion con una valvula hidraulica segun la invencion en un coche, camion u otro vehmulo en carretera o todoterreno, caracterizado porque
- la curva (de par motor del motor frente a la velocidad del motor) que expresa el consumo de combustible mmimo para cada nivel de potencia del motor se almacena en la memoria de los controladores
- el controlador PID define la velocidad del piston de direccion, conectado al arbol principal, con el fin de obtener una velocidad del motor igual a la velocidad del motor requerida calculada a partir de la curva de consumo de combustible mmimo
- la velocidad del piston de direccion tal como propone el controlador PID puede reducirse para que permanezca dentro del intervalo de microdeslizamiento basandose en el procedimiento de calculo
- y porque la presion de precarga y la presion de direccion que determinan el angulo de los planetas en relacion con el eje del arbol principal se calculan basandose en la teona publicada de microdeslizamiento longitudinal y transversal.
La invencion proporciona ademas el uso de una combinacion de uno o mas variadores planetarios segun la invencion, en diferentes disposiciones de transmision variable, caracterizado porque
- cada superficie de contacto del variador planetario, concretamente la rueda anular, el arbol central y el sol, puede conectarse a la entrada de transmision, la salida, el alojamiento, la superficie de contacto con otro variador planetario o cualquier otro componente de transmision tal como engranajes descentrados o sistemas de engranaje planetario
- o porque pueden obtenerse diferentes disposiciones de transmision variable reversible tal como se describio anteriormente. La expresion “reversible” significa en este caso una transmision variable de la que puede cambiarse de manera continua el sentido de rotacion de salida, en relacion con el sentido de rotacion de entrada y de la que la razon de velocidad se define incluso a velocidad de salida muy baja y cero, sin componentes de (macro)deslizamiento tal como se usa en convertidores de par motor o embragues de disco de friccion.
La invencion proporciona ademas una transmision variable reversible segun la invencion, caracterizada ademas porque
- el interior de la transmision donde estan moviendose los contactos de rodadura, se llena con un gas inerte, o aire normal y un fluido de salpicadura para refrigeracion y lubricacion, o un gas con una niebla de un refrigerante
- y porque dicho interior se sella con respecto al aceite lubricante para los rodamientos y con respecto al exterior de la transmision.
La invencion proporciona ademas un variador planetario segun la invencion, caracterizado ademas porque
- el flujo de lubricacion para los rodamientos o cojinetes dentro de los planetas se realiza posiblemente mediante un circuito cerrado para cada planeta y porque el aceite se bombea alrededor mediante alabes dentro de los planetas, bombeando hacia el exterior el aceite, que se grna adicionalmente a traves de los rodamientos o cojinetes
- un flujo de lubricacion alternativo para los rodamientos o cojinetes dentro de los planetas se realiza integrando este flujo de aceite en el flujo de lubricante principal que comprende todos los rodamientos del arbol de entrada y de salida. El flujo se toma del arbol central a traves de una de las bisagras (en particular uno de los pasadores de bisagra), guiado a traves de los rodamientos de los planetas y que fluye de vuelta a traves de la otra bisagra (o en particular el otro pasador de bisagra) al interior del arbol central
- y porque otra alternativa es que los rodamientos de los planetas se lubriquen con grasa o que se usen rodamientos hnbridos que no requieren ninguna lubricacion.
La invencion proporciona ademas el uso de una transmision segun la invencion para transmitir potencia a velocidades variables en un coche, camion, autobus, vehmulo todoterreno, cortacesped, turbina eolica, manipulador de brazo telescopico, carretilla elevadora o cualquier otra aplicacion industrial en la que sea necesario transmitir potencia a velocidades variables.
La invencion proporciona ademas un sistema de transmision variable (reversible) que comprende una transmision de la invencion, un sistema hidraulico segun la invencion y un programa de software segun la invencion.
Breve descripcion de los dibujos
Nomenclatura de las partes en los dibujos: (1) rueda anular, (2) planeta, (3) sol, (4) horquilla planetaria, (5) rueda planetaria, (6) rodamiento radial planetario, (7) rodamiento de empuje planetario, (8) pasador de bisagra, (9) arbol
central, (10) valvula de alivio de presion, (11) arbol de entrada, (12) arbol principal, (13) variador planetario, (14) alojamiento, (15) rodamiento axial en la entrada, (16) rodamiento radial en la entrada, (17) sol anular de cojinete, (18) rodamiento radial en la salida, (19) rodamiento axial en la salida, (20) cojinete de entrada, (21) cojinete de salida, (22) distributor de aceite, (23) anillos de piston, (24) sellos de labios, (25) tubo de sellado, (26) cilindro de 5 direccion hacia delante, (27) cilindro de direccion hacia atras, (28) piston de direccion, (29) piston de fuerza de precarga, (30) cilindro de fuerza de precarga, (31) pasadores de localizador, (32) alabes de bombeo de aceite, (33) valvula de reduccion de presion para presion de direccion hacia delante (valvula proporcional de pSF), (34) valvula de reduccion de presion para presion de direccion hacia atras (valvula proporcional de pSR), (35) valvula de reduccion de presion para presion normal (valvula proporcional de pN), (36) valvula de retencion de seguridad para 10 presion de direccion hacia delante, (37) valvula de retencion de seguridad para presion de direccion hacia atras, (38) acumulador de baja presion, (39) acumulador de alta presion, (40) bomba de aceite, (41) conmutador de bomba hidraulica, (42) conmutador de alimentacion hidraulica, (43) conmutador de acumulador hidraulico, (44) sensores de presion, (45) fuerza de direccion, (46) arbol de salida, (47) dispositivo de transferencia de par motor (es decir, conexion de ranura), (48) engranaje anular, (49) engranaje planetario, (50) portador de engranaje planetario, (51) 15 engranaje de sol, (52) fuerza de precarga, (53) fuerza de direccion, fndice a: variador planetario primario, fndice b: variador planetario secundario.
Figura 1: Representacion esquematica de la rueda anular o el sol (1,3) que interacciona con los planetas (2). L representa la longitud desde la parte superior de los conos de rodadura hasta el punto de contacto de rodadura. La figura 1a muestra 2 conos que ruedan uno sobre el otro. Solo cuando las partes superiores de ambos conos 20 coinciden, los conos pueden rodar uno sobre el otro (con posiciones de eje fijas) con rodadura pura sin deslizamiento. La figura 1b representa la seccion transversal de la rueda anular o el sol y la tangente en diferentes puntos sobre la curva. En la figura 1c, los planetas se anaden en esos tres puntos para una mejor visualizacion. Observese que L es constante.
Figura 2: Representacion esquematica del variador planetario, que comprende un planeta (2), conectado al arbol 25 principal (9). El planeta (2) esta rodando sobre la rueda anular (1) y el sol (3), dando como resultado que el sol rote a una velocidad de salida determinada. La variacion en la inclinacion del eje del planeta (2) en relacion con el arbol principal (9) cambia la velocidad de salida del sol (3) que interacciona para una velocidad constante del arbol principal (9), (4) la horquilla planetaria, (5) la rueda planetaria, (6) el rodamiento radial planetario, (7) el rodamiento de empuje planetario, (8) el pasador de bisagra, (9) el arbol central, (10) la valvula de alivio de presion.
30 Figura 3: Representacion esquematica de la transmision variable reversible de la invencion. Las figuras 3a y 3b representan una vista ampliada de los variadores planetarios primero y segundo respectivamente en su posicion en la transmision. Observese que el segundo sol (3) rota a una velocidad variable alrededor del eje de la transmision, en funcion de la colocacion (deslizamiento) de los variadores planetarios en la direccion longitudinal de la caja de cambios, cambiando de ese modo el eje de los planetas con respecto al arbol principal y posteriormente la 35 interaccion con la rueda anular (1a) y (1b) y el sol (3a) y (3b).
Figura 4: Representacion esquematica de los planetas y su conexion al arbol principal de la transmision.
Figura 5: Representacion esquematica del esquema hidraulico.
Figura 6: Representacion esquematica de una realizacion alternativa de la transmision variable reversible.
Figura 7: Representacion esquematica de una realizacion alternativa adicional de la transmision variable reversible.
40 Figura 8: Representacion esquematica de una realizacion alternativa adicional de la transmision variable reversible.
Figura 9: Diagrama de bloques de software del software necesario para dirigir la caja de cambios.
Figura 10: Esquema de la tecnica anterior del consumo de combustible tfpico de un motor diesel y una caja de cambios tradicional, adaptado de Brandstetter y Howard 1989: specific fuel consumption for the Ford 2.5 litre D1 Diesel engine.
45 Figura 11: Resultados de simulacion de un arranque con acelerador a fondo desde parada.
Figura 12: Resultados de simulacion de conduccion de manera constante a 50 km/h y luego una aceleracion repentina con acelerador a fondo.
Figura 13: Representacion tridimensional de una posible realizacion de una horquilla planetaria Descripcion detallada de las realizaciones preferidas
50 La transmision de la presente invencion puede compararse mejor con una transmision toroidal. Una transmision semi- o completamente toroidal tiene los inconvenientes de que la extension total es limitada. Tambien necesita un el convertidor de par motor u otro dispositivo para el arranque y un mecanismo de cambio y engranajes para el sentido de conduccion inverso. La principal desventaja es que las poleas y ruedas planetarias estan rodando una sobre la otra con un movimiento de perforacion, lo que significa que los contactos de rodadura se fuerzan por su
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geometiia a macrodeslizamiento mientras se transmiten fuerzas de accionamiento. Por consiguiente, estos contactos de rodadura deben lubricarse para reducir el desgaste y para disipar el calor. Las superficies lubricadas tienen un bajo coeficiente de friccion. Con el fin de transmitir fuerzas de accionamiento mediante las superficies de contacto, estas superficies deben presionarse entre sf con fuerzas altas, de modo que se necesita un diseno pesado. Otra consecuencia del macrodeslizamiento es naturalmente la menor eficiencia de la transmision.
Descripcion de los componentes
Principalmente, la transmision de la presente invencion esta compuesta por 2 denominados variadores planetarios. Un variador planetario es un subsistema mecanico, comparable a un sistema de engranajes planetarios, pero con una razon variable y con superficies de rodadura en lugar de engranajes. El variador planetario se disena de modo que en los contactos de rodadura se produzca la rodadura pura sin movimiento de perforacion. En la aplicacion de la transmision de la presente invencion, la presion de contacto de los contactos de rodadura se controla de modo que las tensiones de contacto permanezcan dentro de los lfmites aceptables y que la presion de contacto sea lo suficientemente alta como para evitar el macrodeslizamiento.
En la bibliograffa, se describe microdeslizamiento como un estado de dos superficies de rodadura sometidas a una carga normal y que transmiten una fuerea tangencial (tangencial a la superficie) de modo que en la zona de contacto este presente una subregion donde las dos superficies esten adheridas entre sf Fuera de esta subregion, pero todavfa dentro de la zona de contacto, se produce fluencia debido a la deformacion elastica de los cuerpos.
El macrodeslizamiento es un estado en el que no esta presente esta subregion con un contacto adhesivo. En el estado de macrodeslizamiento, no puede controlarse la magnitud del deslizamiento.
El variador planetario
El subsistema de variador planetario (figura 2) esta compuesto por las siguientes partes:
• La rueda anular (1)
• Los planetas (2)
o La horquilla planetaria (4) o La rueda planetaria (5) o Rodamientos radiales (6) o Rodamiento de empuje (7) o Pasadores de bisagra (8) o Arbol central (9)
• El sol (3)
La rueda anular (1), el sol (3) y el arbol central (9) tienen todos ellos un eje de rotacion comun. La rueda anular (1) se comprime axialmente contra 2 o mas planetas (2) con una fuerea de precarga (52). Las ruedas planetarias (5) pueden rotar libremente alrededor de la horquilla (4) por medio de rodamientos radiales (6). Se transfieren fuerzas centnfugas y fuerzas que resultan de la fuerea de precarga (52) mediante el rodamiento de empuje (7) a la horquilla planetaria (4). Cada horquilla planetaria (4) puede rotar libremente alrededor de los pasadores de bisagra (8) en el plano creado por el arbol central (9) y la horquilla planetaria (4). El eje de bisagra de cada planeta (2) atraviesa el arbol central (9) en el mismo punto. Las ruedas planetarias (5) se empujan contra el sol (3) que suministra la fuerza de reaccion para la fuerea de precarga (52).
Cambiando la posicion relativa de la bisagra a las ruedas, se cambia la razon de transmision. Durante el cambio de la razon, deben controlarse la velocidad de contacto transversal y la presion de contacto con el fin de mantener la fluencia transversal y longitudinal en el intervalo de microdeslizamiento.
La rueda anular (1) y el sol (3)
La superficie de contacto activa de tanto la rueda anular como del sol (1, 3) con los planetas (2) es una superficie axisimetrica con una forma especial.
Para obtener rodadura sin deslizamiento de dos cuerpos (planeta y rueda anular, planeta y sol), sus ejes de rotacion y la tangente en sus superficies de contacto deben atravesar las 3 por un punto. Vease la figura 1a: la punta de los 2 conos coincide. Si un punto de la superficie de contacto rueda sin deslizamiento sobre otro, entonces todos los puntos lo hacen. No se produce movimiento de perforacion.
La curva tanto del sol como de la rueda anular que ofrecen rodamiento sin deslizamiento puede construirse a partir
de sus propiedades en el plano xy: cualquier tangente de la curva debe atravesar el eje x central
de modo que la distancia desde esta intersection con el eje x hasta el punto de tangencia sea una constante L. El punto de interseccion con el eje x es la position de las bisagras. La curva se genera entonces mediante el siguiente conjunto de ecuaciones diferenciales:
5 L sen a = y
a = arctan (dy/dx)
donde : x, eje horizontal que representa el eje de rotation eje y perpendicular al eje x
L longitud desde la bisagra hasta el punto de contacto de rodadura 10 a el angulo de la tangente con el eje x Tras la diferenciacion:
+/-x + c = V(L2 - y2) - L / 2 * ln((L + V(L2- y2)) / (L - V(L2 - y2)))
+/-x + c = L*(cos a -1/2 * ln((1 + cos a) / (1 - cos a))
o:
15 +/-x + c = L*(cos a + In |tan (a /2)|)
siendo c una constante de integracion arbitraria. Limitando y y a a
0 <= y <= L
0°<= a <= 90°
20 puede construirse la superficie de revolution alrededor del eje x. Esta superficie se muestra en la figura 1b: la tangente en 3 puntos aleatorios sobre la curva corta el eje x con una longitud L desde el punto de tangente hasta la interseccion con el eje x. En la figura 1c, se anaden los planetas en estos 3 puntos. La distancia del punto de contacto del planeta a su bisagra tambien es L de modo que se cumplen las condiciones para rodadura pura para todas las posiciones de la bisagra a lo largo del eje x. En matematicas, esta curva se conoce como la curva tractriz y 25 la describieron por primera vez Christian Huygens y Claude Perrault en el ano 1693. Esta curva se formula principalmente en una expresion matematica diferente, pero la formula anterior es mas practica para la aplicacion en esta transmision.
En la practica, la superficie puede desviarse ligeramente de la teorica para compensar la compresion o el desgaste de la superficie. El material, la dureza, la aspereza, el estado, el recubrimiento y el gas o fluido de lubrication de la 30 superficie de contacto se seleccionan para optimizar la traction y el desgaste. Tales composiciones se conocen bien en la tecnica de la tecnologia de perfil de engranajes y herramientas de mecanizado.
La rueda anular y el sol tienen caracteristicas para permitir o prohibir la rotacion, para permitir o prohibir el movimiento axial y para centrar el componente, dependiendo de su funcion dentro de la transmision y del tipo de transmision. Algunos ejemplos no limitativos de diferentes configuraciones de las combinaciones de rueda anular- 35 planeta - sol se representan en las figuras 3 y 6-8. En estas realizaciones, la primera rueda anular no puede rotar, mientras que en realizaciones alternativas, la rueda anular puede hacerse rotar mientras que los planetas que ruedan sobre la rueda anular estan fijos. Aun en realizaciones alternativas, tanto la rueda anular como los planetas pueden hacerse rotar independientemente entre si por ejemplo a diferentes velocidades. De hecho, es posible cualquier configuracion, siempre que se respete el concepto de las superficies de contacto axisimetricas de los 40 planetas con la rueda anular y el sol tal como se explico anteriormente.
Materiales usados
En una realization preferida, los componentes rotatorios (planetas y ruedas) estan construidos de acero o acero endurecido, la carcasa de la transmision puede ser por ejemplo de aluminio y la cubierta con alabes puede estar compuesta por ejemplo por aluminio o plasticos. Puede usarse cualquier otro material adecuado conocido en la 45 tecnica que pueda soportar la dureza, requisitos de traccion y resistencia al desgaste del material necesarios.
El recubrimiento de la superficie de la superficie de interaction de los planetas y las ruedas puede estar compuesto
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por ejemplo por: AlTiN (nitruro de aluminio y titanio), TiCN (carburo-nitruro de titanio), TiN (nitruro de titanio) o TiCrN (nitruro de cromo y titanio). Puede usarse cualquier otro material adecuado conocido en la tecnica que pueda soportar la dureza, requisitos de traccion y resistencia al desgaste necesarios.
Los planetas (2)
El variador planetario tiene dos o mas planetas (2) para la transmision de las fuerzas de accionamiento. En una realizacion preferida, hay tres planetas por variador planetario, tal como se representa en la figura 4. La tangente en la superficie de rodadura atraviesa el centro de la bisagra. La distancia desde el punto de contacto de rodadura hasta la bisagra equivale a L: esta es la misma longitud L que en la formula de la superficie de la rueda.
(i) La rueda planetaria (5)
La superficie de rodadura de la rueda planetaria (5) esta abombada para evitar altas tensiones de contacto de borde. De manera similar a la superficie de la rueda anular y el sol, el material, la dureza, la aspereza, el estado y el recubrimiento de la superficie de contacto estan optimizados para la traccion y el desgaste.
(ii) La horquilla planetaria (4) y los pasadores de bisagra (8)
Las horquillas (4) y los pasadores de bisagra (8) estan disenados para que sean suficientemente fuertes como para hacer frente a las fuerzas centnfugas, la fuerza de precarga (52) y los movimientos de accionamiento. Por otra parte, las horquillas (4) pueden no interferir entre sf para todos los angulos de inclinacion de los planetas (2). En las figuras 2, 3 y 4 se muestra un diseno de las horquillas. En la figura 13 se muestra una vista tridimensional. Las 3 horquillas de 1 variador planetario son iguales. Las 2 patas de la horquilla (4) son imagenes especulares entre sf a traves del eje central de la horquilla (4).
(iii) Rodamientos y lubricacion
Todos los rodamientos (6, 7) pueden ser o bien rodamientos de rodillos o deslizante. Se realiza un flujo de aceite para refrigerar y lubricar los rodamientos mediante alabes en la rueda planetaria (5). Las ruedas planetarias (5) siempre estan rotando cuando funciona el motor. La valvula de alivio de presion (10) se abre por debajo del ralentf mediante fuerzas centnfugas y se cierra por la fuerza de resorte antes de que el motor entre en parada. Esta valvula permite que el aceite se expanda termicamente sin acumular presion. En la parada debe evitarse que el aceite de los planetas (2) contamine la zona de los contactos de rodadura lo que requerira en general otra lubricacion o ausencia de la misma. Naturalmente son posibles sistemas de lubricacion alternativos. Tambien es posible el uso de rodamientos de rodillos hnbridos sin lubricacion.
Aplicaciones del variador planetario
El variador planetario tiene, de manera similar a un sistema de engranajes planetarios, tres superficies de contacto que pueden ser la entrada, la salida, una conexion con el alojamiento, una conexion con otro variador planetario o una conexion con otros componentes de transmision tales como conjuntos de engranajes planetarios o engranajes excentricos. Con uno o mas variadores planetarios, posiblemente combinados con otros componentes de transmision (tales como conjuntos de engranajes planetarios o descentrados), pueden construirse diferentes disposiciones de transmision variable.
La transmision variable reversible
Disposicion general
La combinacion de dos variadores planetarios tal como se describe a continuacion y se muestra en las figuras 3 y 4 es uno de los diferentes metodos para obtener una transmision reversible. Con “reversible” quiere decirse una transmision que puede cambiar el sentido de rotacion de salida de una manera continuamente variable y por tanto que pasa a traves de la razon de velocidad cero.
El motor esta conectado directamente, o a traves de un sistema amortiguador de la torsion, al arbol de entrada de transmision (11). Este arbol esta conectado al arbol central (9a) del variador planetario primario (13a) de tal manera que ambos arboles no pueden rotar relativamente uno con respecto al otro. Este arbol central (9a) puede deslizarse axialmente en relacion con el arbol de entrada (11). Los arboles centrales (9a, 9b) de variador planetario primario (13a) y secundario (13b) se combinan en un arbol principal de transmision (12).
La rueda anular del variador planetario primario (1a) esta fijada al alojamiento (14) con dos o mas pasadores de localizador (31) de modo que no puede rotar, sino que solo puede moverse axialmente. Se empuja contra los planetas (2a) del variador planetario primario mediante una presion hidraulica controlada pN. La rueda anular (1a) se mueve axialmente cuando la razon de transmision cambia. En lugar de pasadores de localizador fijos (31) puede integrarse un amortiguador de vibracion de torsion sustituyendo los pasadores de localizador (31) por elementos elasticos tales como resortes y elementos de amortiguacion que funcionan en direccion tangencial y montados entre el alojamiento (14) y la rueda anular primaria (1a). Estos elementos elasticos deben permitir entonces un movimiento tangencial de la rueda anular primaria (1a) con alta rigidez y un movimiento axial de la rueda anular primaria (1a) con
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una rigidez mucho menor.
El sol (3a) del variador planetario primario esta conectado como una parte con la rueda anular (1b) del variador planetario secundario. Este sol-rueda anular combinados (3a, 1b) se centran mediante los planetas del variador planetario primario y el secundario (2a, 2b) sin rodamientos para el centrado. Sin embargo, para evitar vibraciones del arbol de entrada largo o para crear un “estado neutro” (vease 4.6.1), pueden anadirse cojinetes o rodamientos radiales (17) entre el sol-rueda anular (3a, 1b) y el arbol principal (12). El sol-rueda anular (3a, 1b) se mueven axialmente cuando cambia la razon.
Los planetas (2b) del variador planetario secundario tambien estan conectados al arbol principal (12).
El sol (3b) del variador planetario secundario es la salida de la transmision. Esta ubicada de manera axial y radial mediante rodamientos (18, 19). Estos rodamientos (18, 19) se seleccionan para transmitir la fuerza de precarga (52) y los componentes axiales de la fuerza de direccion (53), las fuerzas centnfugas y las fuerzas giroscopicas que actuan sobre los planetas (2a, 2b).
Campo de aplicacion
Esta transmision esta concebida para coches de pasajeros, pero su aplicacion puede extenderse a:
• Camiones: en los que se necesitan muchas razones, profundas y altas, junto con una alta eficiencia.
• Vehfculos todoterreno
o aplicaciones en las que es importante una velocidad mas lenta y una buena eficiencia a baja velocidad tales como cortacesped grandes
o carretillas elevadoras que necesitan una maniobrabilidad fluida a baja velocidad en ambos sentidos de conduccion y una marcha hacia atras relativamente rapida (comparable a la 2a marcha en marcha hacia delante)
o maquinas tales como manipuladores de brazos telescopicos en las que debe poder controlarse una baja velocidad de manera independiente de la resistencia variable del terreno
• Turbinas eolicas en las que la “salida” de transmision esta conectada a la helice que rota muy lentamente y la “entrada” acciona el generador.
• Otras aplicaciones industriales en las que debe transferirse potencia a velocidades variables.
Ejemplos
La invencion se ilustra mediante los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplo 1: Detalles de un ejemplo de una transmision segun la invencion
El arbol de entrada (11) esta soportado por el rodamiento (15) y el rodamiento (16). El rodamiento (15) soporta las fuerzas resultantes axiales de la fluencia centnfuga, giroscopica, transversal y fuerzas de fuerzas de friccion de ranuras. Los rodamientos (15, 16) estan alojados en el distributor de aceite (22) que esta conectado con pernos al alojamiento (14). El arbol de entrada que procede del motor esta unido al arbol principal de la transmision a modo de un elemento de arbol acanalado, permitiendo el movimiento axional en traslacion, pero no la rotacion uno en relacion con el otro. De esta manera, el par motor procedente del arbol de entrada (11) se transmite a traves de la ranura interna larga a las ranuras exteriores del arbol principal (12). En lugar de una ranura, son posibles alternativas que transmiten el par motor y permiten el movimiento axial (en la direccion longitudinal del arbol). El arbol principal (12) esta centrado mediante el cojinete (20) dentro del arbol de entrada (11) y otro cojinete (21) en el sol (3b) del variador planetario secundario. Estos cojinetes (20, 21) no se cargan mediante fuerzas radiales sino que solo deben centrar el arbol principal (12) y permitir un movimiento axial. El primer cojinete (20) esta dividido para permitir el montaje sobre las ranuras. El sol (3b) del variador planetario secundario esta soportado sobre dos rodamientos (18, 19). Uno de ellos soporta las cargas axiales.
Se suministra aceite de lubricacion para los rodamientos (15, 16, 18, 19) y cojinetes (20, 21) a partir del alojamiento (14) a traves de perforaciones en el distributor de aceite (22) sobre el rodamiento (15) y el rodamiento (16), entonces el flujo se divide. Una parte pasa a traves del cojinete (20) y las ranuras y despues a traves de la perforacion central en el arbol principal (12). La otra parte evita estos componentes por un orificio y se reune con el primer flujo de aceite en la perforacion central. En el extremo del arbol principal (12), el flujo de lubricante pasa a traves del cojinete (21) y los 2 rodamientos de sol (18, 19). El aceite fluye de vuelta a traves de una perforacion en el alojamiento (14) hasta el carter.
La lubricacion de los rodamientos (6a, 6b, 7a, 7b) de cada planeta se muestra como un circuito cerrado, pero alternativamente puede estar integrado en el circuito de lubricante mediante un flujo de aceite a traves de canales dentro de los pasadores de bisagra (8a, 8b). Esta alternativa requerira sellos entre los pasadores de bisagra (8a, 8b)
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y la horquilla planetaria (4a, 4b). En el diseno de circuito cerrado, el flujo se genera mediante alabes (32) dentro de la rueda planetaria (5), bombeando hacia el exterior el aceite. En cuanto el arbol de entrada esta rotando, los planetas (2) tambien rotan alrededor de su eje y por tanto el aceite circula a traves de los rodamientos (6 y 7). El diseno de la lubricacion supone que el fluido o gas de lubricacion de los contactos de rodadura no debe mezclarse con el aceite de lubricacion de los rodamientos. Por este motivo, el interior de la transmision con los contactos de rodadura esta completamente sellado con respecto al aceite de lubricacion para los rodamientos y evidentemente sellado con respecto al exterior. El alojamiento (14) y el distributor de aceite (22) tambien contienen 2 perforaciones mas para las presiones de direccion pSF y pSR. Estas presiones estan selladas mediante 3 anillos de piston (23) entre el distributor de aceite (22) y el arbol de entrada rotatorio (11). El aceite que escapa de la presion de direccion sobre los anillos de piston (23) se recoge en el circuito de lubricante. El circuito de lubricante esta perfectamente sellado con respecto al exterior de la transmision y con respecto al area de las superficies de rodadura mediante sellos de labios (24). A traves del tubo de sellado (25) las presiones de direccion pSF y pSR se sellan y dirigen hacia el cilindro de direccion delantero (26) y el cilindro de direccion trasero (27) respectivamente.
El cojinete (17) se fabrica de material para funcionar en seco o funcionar con el gas o fluido para los contactos de rodadura. En el funcionamiento normal, este cojinete (17) no entra en contacto con el arbol principal (12). Vease la seccion 4.6.1.
El concepto de transmision segun la invencion tiene las siguientes ventajas:
• Solo se requiere un sistema de piston-cilindro (29, 30) para generar la fuerza de precarga (52) que presiona todas las superficies de contacto entre sf. Este cilindro (30) no rota, lo que hace que el suministro hidraulico (o neumatico) sea facil porque no se necesitan sellos dinamicos.
• El cilindro de direccion (26, 27) rota con la misma velocidad que el arbol principal (12). De lo contrario se necesitanan rodamientos grandes, que funcionaran en ambos sentidos axiales. Los sellos del piston de direccion (28) solo se mueven axialmente y no tangencialmente. Una rotacion relativa sena imposible con estos diametros grandes y altas velocidades del motor. En la disposicion mostrada de la figura 3 solo se necesita un piston de direccion (28) que funcione en ambos sentidos axiales para mover los arboles centrales (9) de ambos variadores planetarios.
• Combinando los 2 variadores planetarios tal como se muestra en la figura 3, la razon de transmision de cada variador planetario se amplifica de tal manera que se crea una razon de sobremarcha muy larga en el sentido de conduccion hacia delante. Otra ventaja es que en el sentido de conduccion hacia atras tambien se obtiene una razon de velocidad de transmision mas alta, que evita una alta velocidad del motor cuando se conduce en marcha hacia atras.
• La razon de par motor larga (0,441) permite conducir el coche a cualquier velocidad y cualquier nivel de potencia con una eficiencia optima del motor. Esto reducira el consumo de combustible del motor del 15 al 20%. Vease tambien el grafico de motor en la figura 10. Los motores modernos producen mucha potencia a baja velocidad del motor. Se producen 25 HP (suficiente para conducir a aproximadamente de 110 a 120 km/h con velocidad constante) con una eficiencia optima proxima a una velocidad del motor de tan solo 1300 RPM.
• El objetivo de los controles para este concepto de transmision es hacer funcionar el motor siempre a su eficiencia optima. Esto significa que a una potencia de motor moderada, el motor funciona a una velocidad muy baja. Esta condicion solo puede ser aceptable para el conductor si es posible cambiar la razon muy rapido cuando el conductor pisa repentinamente el acelerador. Cambiar la razon significa que las ruedas planetarias (5) deben realizar un movimiento transversal (= perpendicular a la direccion de rodadura) sobre la rueda anular (1) y el sol (3). Esto no es un problema porque la distancia transversal que debe superarse para un cambio de razon dado es tan pequena en relacion con la distancia longitudinal en la direccion de rodadura que este movimiento transversal puede realizarse lo suficientemente rapido mientras los contactos de rodadura permanecen en condicion de microdeslizamiento.
• La razon de par motor vana de manera continua entre -1,44 (marcha hacia atras) pasando por el infinito y +0,441 (marcha hacia delante). Por tanto, no se necesita ningun dispositivo de arranque. Durante el arranque, no se disipa energfa en un embrague deslizante o el convertidor de par motor. La ausencia de esta disipacion de calor reduce el consumo de combustible en mas de 0,1 a 0,12 l/100 km. Sin embrague principal o el convertidor de par motor, evidentemente tambien se reducen costes y peso. La razon de par motor vana por tanto de manera continua hasta el infinito pero el par motor de salida maximo se limita al par motor correspondiente al lfmite de deslizamiento de neumatico del coche sobre una superficie seca. Resulta mas facil expresar la razon en cuanto a la razon de velocidad (=velocidad de salida dividida entre velocidad de entrada). La razon de velocidad vana entonces continuamente entre -0,695 en marcha hacia atras pasando por cero y +2,268 en la marcha hacia delante a la marcha mas alta.
• Para una aceleracion maxima desde la parada con un dispositivo de arranque (el convertidor de par motor o embrague), el motor debe llevarse a la velocidad a la que suministra el par motor maximo (o el par motor necesario para acercarse al deslizamiento de neumatico). La aceleracion del motor necesita tiempo. Durante este tiempo, la fuerza de accionamiento maxima no esta disponible en las ruedas. Con una transmision variable con una razon de
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velocidad que vana desde cero segun se explico anteriormente, la fuerza de accionamiento maxima esta disponible desde la velocidad de ralentf del motor. Esta fuerza de accionamiento maxima tambien esta por tanto disponible desde que se empieza a pisar el acelerador. La siguiente simulacion muestra que la transmision puede aumentar la velocidad del motor lo suficientemente rapido con el fin de mantener continuamente la fuerza de accionamiento maxima hasta el punto de que el motor alcanza su potencia maxima. (A partir de este punto en adelante, las velocidades del motor permanecen constantes siempre que el pedal del acelerador este completamente pisado a fondo).
• Por tanto, la transmision tambien puede permanecer en parada y funcionar muy lentamente (en marcha hacia delante o hacia atras) sin ningun componente deslizante. La eficiencia tambien permanece alta a muy baja velocidad. Conducir a tales razones bajas es casi independiente de la pendiente, ascendente o descendente. (Muy util al aparcar en una pendiente o contra un bordillo, por ejemplo). Esta razon de velocidad muy baja tambien resulta practica cuando se arranca sobre superficies deslizantes o nevadas. En un coche convencional con un embrague deslizante, se controla el par motor de las ruedas accionadas. Cuando el agarre de los neumaticos desciende por debajo de la fuerza de accionamiento, las ruedas aceleran sin control hasta que se cierra el embrague. En condiciones nevadas o con barro, los neumaticos se hunden en un foso, de modo que el coche puede quedarse atascado. Con la transmision de la presente invencion, se controla la velocidad de las ruedas y pueden rotar a una velocidad dada muy baja. Cuando el agarre de los neumaticos disminuye, las ruedas siguen rotando a la misma velocidad baja de modo que los neumaticos pueden recuperar el agarre sobre el terreno. Esta capacidad tambien es muy util para vefuculos todoterreno o coches con traccion a las 4 ruedas.
• La eficiencia simulada de la propia transmision es, a niveles de potencia bajos, de alrededor del 99,4%. Esta cifra incluye perdidas mecanicas e hidraulicas. A una aceleracion de acelerador a fondo, se reduce hasta el 96 - 97%. Las cajas de cambios actuales tienen la mayor eficiencia al par motor maximo, una situacion que se produce con poca frecuencia en los coches modernos de alta potencia. La transmision de la presente invencion parece tener la mayor eficiencia a una potencia baja y un cambio de razon cero o lento. Tales condiciones de conduccion contribuyen mucho al consumo de combustible global.
• Una consecuencia de la alta eficiencia es que no se necesita ningun sistema de refrigeracion o que solo se usa un pequeno sistema de refrigeracion en condiciones poco frecuentes. Una bomba, dispositivo de refrigeracion, ventilador, refrigerante y controles hidraulicos solo aumentan el coste y el peso y aumentan el riesgo de verter aceite en el entorno. Ademas, la potencia para accionar la bomba del dispositivo de refrigeracion reduce adicionalmente la eficiencia.
• La simulacion muestra que la razon de transmision puede cambiar tan rapido (cuando se pisa repentinamente el acelerador) que todo el par motor del motor se consume en la aceleracion del propio motor. Evidentemente, un cambio de razon mas rapido no tiene sentido. Esto significa que la potencia del motor aumenta desde casi cero hasta la potencia completa en 200 ms. (Las simulaciones se realizan para un motor de gasolina de 300 HP, 400 Nm con un turismo de transmision en las ruedas traseras de 1800 kg).
• En resumen, la mejora de la eficiencia total es de alrededor del 18 al 30%
• De 15 al 20% a partir de la eficiencia de motor mejorada
• Del 2 al 7% a partir de la eficiencia de transmision de la presente invencion frente a la MT
• Del 1 al 3% a partir de la ausencia de embrague o convertidor de par motor
• Puede realizarse facilmente un freno de aparcamiento cuando la razon de velocidad de transmision se pone a cero.
(El resultado es por tanto permanecer en parada mientras el motor puede rotar sin suministrar potencia). Cuando se aplica un dispositivo mecanico como fuerza de precarga (52), esta fuerza se mantendra tambien cuando se corte el motor. De esta manera la salida de transmision no puede rotar, independientemente de si el motor esta funcionando o no.
• La figura 11 ilustra una simulacion de un arranque desde la parada
• La figura 12 simula una aceleracion repentina tras conducir a una velocidad constante de 50 km/h. Muestra lo rapido que se logra la aceleracion del coche.
Ejemplo 2: Controles hidraulicos
La figura 5 muestra un metodo hidraulico para generar las fuerzas de precarga y la fuerza de direccion, pero estas fuerzas tambien pueden crearse mediante medios neumaticos o mecanicos.
Una presion controlada de manera hidraulica esta actuando sobre el piston de fuerza de precarga (29) de la rueda anular (1a) del variador planetario primario para crear las fuerzas normales entre los planetas (2a, 2b) y las ruedas anulares y el sol (1a, 1b, 3a, 3b). El piston de fuerza de precarga (29) y el cilindro de fuerza de precarga (30) no estan rotando. La fuerza normal en cada superficie de contacto debe ser lo suficientemente grande de modo que la
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fluencia longitudinal y la transversal en las zonas de contacto permanezcan en microdeslizamiento. Una presion mucho mayor que la necesaria de manera permanente acortara la vida de los rodamientos y las superficies de contacto.
La razon se controla mediante la presion de direccion hacia delante pSF que actua sobre el piston de direccion (28) en el cilindro de direccion delantero (26) y mediante la presion de direccion hacia atras pSR que actua sobre el otro lado del piston de direccion (28) en el cilindro de direccion trasero (27). Este piston de direccion (28) y los cilindros de direccion (26, 27) estan rotando con la velocidad de entrada. Sin presion de direccion, la razon de transmision pasara a ser la razon de velocidad cero porque las fuerzas centnfugas sobre los planetas (2a, 2b) tiran del arbol principal (12) en la posicion de razon de velocidad cero. La fuerza de direccion neta se controla mediante el software. La rapida reduccion de marcha (cuando se conduce en marcha hacia delante) no requiere en la mayona de los casos nada de potencia hidraulica a partir de la presion de direccion ya que las fuerzas centnfugas sobre los planetas (2a, 2b) generalmente ya son lo suficientemente fuertes como para reducir la marcha disminuyendo unicamente la presion de direccion hacia delante pSF. Cuando las fuerzas centnfugas no son suficientes, la rapida reduccion de marcha se ve ayudada por la presion de direccion hacia atras pSR.
Ejemplo 3: Controles de software
Como ejemplo para una aplicacion en automovil se explica un programa de software.
En general el SW debe controlar la presion de fuerza de precarga y las presiones de direccion pSF y pSR. Por motivos de seguridad y facilidad de control, ninguno de los lados del piston de direccion (28) pasa nunca por la presion cero sino que siempre hay como mmimo una presion de sesgo en un lado. Vease 4.6.1. Las entradas para el SW son la posicion de acelerador, el sentido de conduccion requerido, la velocidad de entrada, la velocidad de salida y el par motor del motor y el mapa de eficiencia. Posiblemente se usara la posicion del piston de direccion como senal de retroalimentacion.
A partir de la posicion de acelerador se conoce el nivel de potencia de motor requerido. Define con el mapa de eficiencia la velocidad del motor requerida. Con un controlador de PID (o PID2), el SW define la primera propuesta para la velocidad del piston de direccion (28) de modo que la velocidad del motor cambia hacia la velocidad del motor requerida. Mas en detalle, el ordenador de transmision calcula la fuerza de precarga y la fuerza de direccion en 5 etapas con el fin de impedir que se produzca macrodeslizamiento en uno de los contactos de rodadura y evitar que el control antipatinaje del coche interfiera con demasiada frecuencia.
Etapa 1:
A una velocidad de coche baja, la potencia requerida se limitara mediante el valor conocido del agarre de los neumaticos sobre hormigon seco. Con la potencia de motor requerida y con el mapa de eficiencia de combustible del motor se calculan la velocidad del motor requerida y el par motor. El controlador PID define entonces la velocidad vS del piston de direccion (28). Despues se calculan todos los parametros geometricos y todas las velocidades internas (longitudinal y transversal en la direccion de rodadura). Con el par motor de entrada de transmision actual, se calculan las fuerzas longitudinales en los contactos de rodadura.
Etapa 2:
Se supone que la presion de precarga pN es maxima.
Con la teona de microdeslizamiento, se calcula la fluencia longitudinal. Si todas las fluencias longitudinales estan en microdeslizamiento, el controlador pasa a la siguiente etapa; si no es asf, debe reducirse el par motor de entrada. (Esto ultimo no debe producirse, ya que significa que la transmision esta subdisenada).
Etapa 3:
La velocidad de direccion vS ya se ha calculado por el controlador; se supone que la presion de precarga pN es maxima.
Con el par motor de entrada y la velocidad de entrada actuales conocidos, se conocen las fuerzas longitudinales en los puntos de contacto. La velocidad de direccion vS tambien define todas las velocidades transversales en los contactos de rodadura. Con la teona de microdeslizamiento, conociendose las fuerzas normales y con las velocidades transversales, se define el microdeslizamiento longitudinal. A partir de la teona de microdeslizamiento tambien se define la fluencia transversal. Ambas fluencias definen la fluencia total.
Si la fluencia total esta dentro del microdeslizamiento, el controlador pasa a la siguiente etapa; si no es asf, debe reducirse la velocidad de direccion vS a la nueva velocidad de direccion vS.
Etapa 4:
Con la sugerencia actual de velocidad de direccion vS y las fuerzas de accionamiento actuales, es posible encontrar la presion de precarga minima pN que da como resultado microdeslizamientos ligeramente por debajo del lfmite de
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microdeslizamiento.
Se calcula la presion de precarga correcta pN. (Con esta secuencia de calculos, la presion de precarga no puede superar el lfmite maximo). La posicion del piston de direccion se conoce mediante la razon de velocidad de salida con respecto a velocidad de entrada (o directamente a partir del sensor de posicion). Esta posicion define todas las condiciones geometricas. Las fuerzas centnfugas se conocen a partir de la velocidad de entrada y las fuerzas de accionamiento se conocen a partir de la velocidad del motor (= de entrada) y la posicion del acelerador.
Ademas, se calcula la presion de direccion para obtener la velocidad de direccion vS. En cada punto de contacto de rodadura se conoce la velocidad transversal y con la teona de microdeslizamiento se calculan las fuerzas transversales. La resultante es la fuerza de direccion neta.
Etapa 5:
Cuando la presion de direccion es mayor que el lfmite, la velocidad de direccion vS debe reducirse y el controlador vuelve a la etapa 1; si no es asf, la presion de precarga pN y la presion de direccion hacia delante pSF se definen para permanecer dentro del microdeslizamiento y para usar el motor lo mas cerca posible de su punto de eficiencia maxima para la peticion de potencia (de cambio) dada.
Ejemplo 4: Sistemas hidraulicos
Suministros hidraulicos
En la figura 5 se muestra un suministro de potencia hidraulica preferido.
Seguridad
Cuando solo se usa una valvula proporcional para la presion de direccion hacia delante pSF y otra para la presion de direccion hacia atras pSR, puede producirse una condicion no segura cuando, suponiendo que el coche esta conduciendose en marcha hacia delante, la valvula proporcional para pSF (33) falla hasta la presion cero. En este caso, las fuerzas centnfugas cambiaran la razon de transmision muy rapidamente a la razon de velocidad cero de modo que el motor presentara un regimen de giro excesivo y las ruedas se bloquearan. Para evitar estas consecuencias, se anaden 2 valvulas de retencion de seguridad (36, 37) y las valvulas de reduccion de la presion (“valvulas proporcionales”) (33, 34) imponen siempre la presion de sesgo minima (es decir 0,5 bar) sobre ambos lados del piston de direccion (28). Esta presion de sesgo mantiene las valvulas de retencion de seguridad (valvulas de apertura-cierre) (36, 37) abiertas. Cuando una valvula proporcional (33 o 34) falla hasta la presion cero, la valvula de apertura-cierre correspondiente (36 o resp. 37) drena la presion de precarga pN y la transmision no transmite ningun par motor. El coche ira en punto muerto y el motor se protege por su propia proteccion frente a regimen de giro excesivo. En este estado, la transmision esta “en neutro”. (Solo en este caso de emergencia, el cojinete (17) soportara el sol-rueda anular (3a, 1b)).
Potencia hidraulica
Durante aceleraciones de acelerador a fondo se necesita una alta presion (es decir de 20 a 50 bar) con casi ausencia de flujo. En esta situacion, la potencia hidraulica necesaria es de alrededor de 50 vatios, pero durante un rapido cambio de razon, se necesitan una alta presion y un alto flujo simultaneamente durante una fraccion de un segundo. La potencia hidraulica maxima puede ascender hasta cerca de 10 kW. Cuando se conduce con velocidad constante y potencia de motor moderada, las presiones hidraulicas pN y pSF son bajas (alrededor de 10 bar) y la potencia hidraulica necesaria es inferior a 5 vatios.
Con el fin de cumplir estos requisitos con un consumo de potencia eficaz y un bajo coste, se selecciona una solucion con un acumulador de baja presion (38) y un acumulador de alta presion (39).
Esquema hidraulico
La bomba de aceite (40) con un pequeno desplazamiento se acciona por motor. El conmutador de bomba hidraulica (41) es una valvula de apertura-cierre que selecciona si la bomba (40) suministra potencia a uno de los acumuladores (38 o 39) o drena todo el flujo de bomba de vuelta al carter y por tanto no consume casi nada de potencia del motor. El conmutador de alimentacion hidraulica (42) selecciona que acumulador llenar. El acumulador de alta presion (39) obtiene prioridad con respecto al acumulador de baja presion (38). El conmutador de acumulador hidraulico (43) selecciona que acumulador se usa como suministro para las 3 valvulas proporcionales: se usa el acumulador con la menor presion que supera la maxima de las presiones requeridas. Se usan sensores de presion (44) que monitorizan las presiones de acumulador como informacion de entrada para el controlador de transmision. Las presiones pN, pSF y pSR se controlan tal como se describio anteriormente en 4.4.
Ejemplo 5: Refrigeracion y filtrado
El microdeslizamiento en las superficies de rodadura crea calor. A alta potencia de motor y alta razon de par motor se crea mas calor que el que se transferira al gas o fluido circundante. Este exceso de calor aumentara la
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temperatura de las ruedas planetarias, anular y el sol. A niveles de potencia inferiores o razon de par motor inferior los componentes rotatorios se enfriaran mediante conveccion al gas o fluido ambiental. Posiblemente pueden anadirse aletas de refrigeracion en los planetas y en el interior de la rueda anular y el sol para mejorar la transferencia de calor. Este gas o fluido puede ser un gas inerte para evitar la corrosion de las piezas de acero, pero tambien puede ser aire normal combinado con un lubricante o un gas con una niebla de un fluido de refrigeracion. Las aletas de refrigeracion en el interior del alojamiento transferiran el calor del gas o fluido interno al alojamiento. El propio alojamiento, posiblemente equipado con aletas de refrigeracion en el exterior, se enfriara mediante el viento fuerte. En algunas aplicaciones o condiciones, la refrigeracion por conveccion tal como se describio anteriormente puede ser insuficiente. En ese caso, se anadira un ventilador que sopla el gas o una bomba que hace circular el fluido. Fuera del alojamiento, se enfriara el gas o fluido. En el mismo circuito se recogeran partfculas de las superficies de rodadura en un filtro.
Ejemplo 6: Disenos de transmision alternativos
Con el variador planetario pueden realizarse diferentes disposiciones de transmision conectando la rueda anular 1, el sol 3 y el arbol central 9 con otros variadores planetarios o con otros componentes de transmision tales como sistemas de engranaje planetario o engranajes descentrados. A continuacion se proporcionan algunos ejemplos de las muchas posibilidades diferentes:
la figura 6 muestra un ejemplo de una transmision reversible, que consiste en 2 variadores planetarios. “Reversible” significa una transmision que puede variar no solo de manera continua su razon a una velocidad de salida cero sino tambien de manera continua el sentido de rotacion de salida. Con respecto a la disposicion de la figura 3, esta alternativa tiene la ventaja de que las ruedas planetarias 5 y las horquillas 4 del variador primario no rotan alrededor del arbol central 9a. De esta manera, no se someten a altas fuerzas centrifugas. Una desventaja es que la razon de velocidad superior es menor que en el diseno de la figura 3. Se necesita mover los 2 arboles centrales 9 del diseno alternativo axialmente mediante 2 pistones de direccion por ejemplo para controlar la razon de transmision, mientras que en el diseno original solo se necesita 1 piston de direccion 28.
El arbol de entrada 11 acciona el sol primario 3a y la rueda anular secundaria 1b. Los planetas primarios 2a estan conectados al arbol central primario 9a con pasadores de bisagra 8 de la misma manera que en el diseno original. El arbol central primario 9a no puede rotar, pero puede moverse axialmente mediante las fuerzas de direccion 53a. Estas fuerzas controlan la posicion axial del arbol central 9a y por tanto tambien la razon de transmision. La rueda anular primaria 1a esta conectada mecanicamente al sol secundario 3b a traves de un dispositivo de transferencia de par motor 47. Este dispositivo de transferencia de par motor 47 transmite el par motor entre 2 componentes pero permite un desplazamiento axial entre estos componentes. Puede realizarse mediante una conexion de ranuras, pero son posibles mecanismos alternativos. El arbol central secundario 9b esta conectado al arbol de salida 46 con un dispositivo de transferencia de par motor similar 47. De manera similar, este arbol central secundario 9b esta colocado axialmente mediante fuerzas de direccion 53b para obtener la razon de transmision requerida. Todas las superficies de contacto de rueda anular 1, planetas 2 y sol 3 de los variadores planetarios primario y secundario se presionan entre sf con el fin de transmitir el par motor mediante friccion. Esto se realiza unicamente mediante una fuerza de precarga 52 que actua sobre un rodamiento sobre la rueda anular primaria 1a. La fuerza de reaccion se transfiere desde el sol secundario 3b a traves de un rodamiento al alojamiento.
La figura 7 muestra otro diseno alternativo de una transmision reversible. En este caso, el variador planetario secundario se sustituye por un sistema de engranajes planetarios convencional (con razon de transmision constante). En este diseno, el arbol central 9a del variador planetario es estacionario y por tanto ninguna fuerza centnfuga actua sobre los rodamientos de los planetas 2. La mayor razon de transmision en ambos sentidos de rotacion de este diseno es evidentemente inferior a la de la disposicion anterior de la figura 6. El variador planetario primario es igual al de la figura 6. En este caso, la rueda anular primaria 1a esta conectada al engranaje anular 48 a traves del dispositivo de transferencia de par motor 47. El sol 3a esta conectado al engranaje de sol 51. El par motor se transfiere a los engranajes planetarios 49 que accionan el portador de engranajes planetarios 50 que es la salida de transmision. Entre el variador planetario y el sistema de engranajes planetarios se necesita un sellado para evitar que el aceite lubricante para el sistema de engranajes pueda alcanzar el interior del alojamiento del variador planetario. Dado que esta transmision tambien es “reversible”, la velocidad de salida puede variar de manera continua hasta cero y el sentido de rotacion de la salida tambien puede variar de manera continua.
En la figura 8 se muestra una transmision variable con sentido de rotacion de salida fijo. Con este concepto puede combinarse una cantidad aleatoria de variadores planetarios con el fin de obtener una razon de expansion grande. Si la razon de transmision de 1 variador planetario vana entre r y 1/r, entonces la expansion de razon total para n variadores planetarios es r(2n) (en valor absoluto). En los ejemplos mostrados r es igual a aproximadamente 2. El arbol de entrada 11 acciona el sol primario 3a. Todos los arboles centrales 9 de cada variador planetario estan conectados. El arbol central 9 no puede rotar pero puede colocarse mediante 1 fuerza de direccion axial 45. Todos los contactos de rodadura se presionan entre sf mediante aplicacion unicamente de una fuerza de precarga 52 con la rueda anular de salida 1b a traves de un rodamiento. La fuerza de reaccion se transfiere al alojamiento a partir del sol primario 3a a traves de un rodamiento. Dado que los arboles centrales 9 no rotan, no hay fuerzas centnfugas que actuen sobre los rodamientos de las ruedas planetarias 2.
Claims (7)
- 5101520253035404550REIVINDICACIONESVariador planetario, que funciona como subsistema para transmisiones variables o reversibles, que puede variar de manera continua la razon de transmision,en el que dicho variador comprende una rueda anular, dos o mas planetas montados alrededor de un arbol central y un sol, de modo que cada componente, concretamente la rueda anular, el arbol central y el sol forman una superficie de contacto con otros componentes de transmision;- en el que la rueda anular es un cuerpo axisimetrico alrededor del eje del arbol central con una superficie de rodadura conformada segun la curva tractriz, y en el que esta superficie esta preferiblemente endurecida o recubierta para soportar fuerzas de traccion y compresion;- en el que el sol es principalmente igual que la rueda anular pero el diametro interior y exterior de la curva tractriz puede diferir de los diametros de la rueda anular;- en el que los planetas comprenden una rueda planetaria con una superficie de rodadura basicamente conica, preferiblemente endurecida o recubierta para transmitir fuerzas de traccion y compresion, montada en rotacion libre alrededor de una horquilla planetaria por medio de rodamientos o cojinetes radiales y axiales y en el que la parte superior virtual del cono mencionado coincide con la interseccion del eje del arbol central con el eje de la bisagra del planeta;- en el que cada horquilla planetaria de un variador planetario puede rotar libremente alrededor de una articulacion de bisagra de la que el eje es perpendicular al eje de arbol central y paralelo al plano de la rueda planetaria y en el que cada horquilla planetaria y cada rueda planetaria esta disenada para no interferir entre sf para todos los angulos de inclinacion aplicables entre el eje de planeta y el eje de arbol central;- en el que la rueda anular, los planetas y el sol se aprietan unos contra otros de modo que las superficies de rodadura estan en contacto entre sf y en el que las presiones de contacto son suficientemente altas como para transmitir el par motor requerido;- en el que la curva tractriz de la rueda anular y el sol tienen ambas el mismo parametro de longitud L como la longitud desde el punto de contacto de rodadura de la rueda planetaria hasta la interseccion del eje de bisagra con el eje de arbol central, donde L se usa en la ecuacion de la tractriz +/-x+c = L*(cos a+ In|tan (a/2)|), siendo c una constante arbitraria y a el angulo de inclinacion entre la tangente en el punto de contacto y el eje del arbol central;- y en el que la forma de las superficies de rodadura de las ruedas planetarias, que es basicamente conica, se desvfa ligeramente de esta forma teorica de manera convexa con el fin de optimizar la distribucion de la presion de contacto; caracterizado porque:el arbol central se mueve axialmente con una velocidad definida en relacion con la fuerza de apriete y el par motor transmitido, con el fin de cambiar la razon de transmision.Transmision variable reversible, que comprende un variador planetario primario y uno secundario segun la reivindicacion 1, caracterizada porque:- la rueda anular del variador planetario primario esta conectada al alojamiento de modo que no puede rotar pero puede moverse axialmente mediante una fuerza de precarga que comprime todos los contactos de rodadura de ambos variadores planetarios- los arboles centrales de ambos variadores planetarios se combinan en 1 arbol principal y estan conectados en rotacion al arbol de entrada de transmision y pueden moverse axialmente mediante una fuerza de direccion en ambos sentidos, mientras que el arbol de entrada no se mueve axialmente- el sol del variador planetario primario esta conectado a la rueda anular del variador planetario secundario de modo que la rueda anular y el sol combinados pueden rotar alrededor del eje central de la transmision- y porque el sol del variador planetario secundario esta conectado al arbol de salida de la transmision y porque la fuerza de reaccion de la fuerza de precarga se transfiere al alojamiento a lo largo de un rodamiento axial.Transmision variable reversible segun las reivindicaciones 1 y 2, caracterizada porque- las dimensiones relativas de la rueda anular, el sol y los planetas se eligen para que sean apropiados para una aplicacion en un coche, lo que significa que la razon de velocidad mayor es tan alta que el motor puede5101520253035404550suministrar su potencia casi siempre en su mejor punto de eficiencia, en particular, las dimensiones relacionadas con la razon de transmision son las siguientes: diametro exterior de la rueda anular primaria y secundaria, diametro interior del sol primario y secundario, diametro eficaz de las ruedas planetarias, parametro de longitud L de la ecuacion de la tractriz; en la que la razon de velocidad de transmision obtenida por ejemplo es de 2,266 en valor absoluto,- las dimensiones relativas de la rueda anular, el sol y los planetas se eligen para que sean apropiados para una aplicacion en un coche, lo que significa que la razon de velocidad mayor en marcha hacia atras es lo suficientemente alta como para conducir el coche con velocidad del motor moderada y ruido bajo en marcha hacia atras, en particular, en la que las dimensiones relacionadas con la razon de transmision en marcha hacia atras son las siguientes: diametro interior de la rueda anular primaria y secundaria, diametro exterior del sol primario y secundario, diametro eficaz de las ruedas planetarias, parametro de longitud L de la ecuacion de la tractriz; en la que la razon de velocidad de transmision obtenida en marcha hacia atras por ejemplo es de 0,695,- y porque moviendo el arbol principal de la transmision, la razon de transmision vana de manera continua entre la razon de velocidad mayor en marcha hacia delante pasando por parada y la razon de transmision mayor en marcha hacia atras.Transmision variable reversible segun una cualquiera de las reivindicaciones 2-3, caracterizada porque:- la fuerza normal en cada contacto de rodadura se crea mediante una fuerza de precarga, que actua desde el alojamiento sobre la rueda anular primaria no rotatoria, porque la fuerza de reaccion se transfiere sobre un rodamiento desde el sol secundario hasta el alojamiento;- y porque las fuerzas de direccion netas para definir la posicion del arbol principal y para definir la razon de transmision, se crean mediante una fuerza en uno de ambos sentidos y que actua sobre el arbol principal, y porque estas fuerzas se transfieren sobre un rodamiento al alojamiento.Transmision variable reversible segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 4, caracterizada porque- la fuerza de precarga segun se explica en la reivindicacion 4 se crea mediante uno o mas sistema(s) de piston y cilindro entre el alojamiento y la rueda anular primaria y se activa mediante una presion neumatica o hidraulica unica o se crea mediante un sistema de precarga mecanico, donde este sistema mecanico tambien puede usarse como freno de aparcamiento cuando la transmision se coloca en razon de velocidad cero;- la presion de direccion se crea mediante un sistema de piston-cilindro hidraulico o neumatico, que puede funcionar en ambos sentidos, integrado en el arbol de entrada y el arbol principal;- y porque la presion hidraulica o neumatica para crear la presion de direccion mencionada en la reivindicacion 4 se sella entre el alojamiento estacionario y el arbol de entrada rotatorio mediante anillos de piston o sellos disenados para sellar partes que rotan a diferentes velocidades de rotacion.Transmision variable reversible segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, que comprende ademas un sistema hidraulico, destinado a controlar dicha transmision variable reversible en un coche, camion u otro vehuculo en carretera o todoterreno, caracterizada porque:- se usa una bomba accionada por motor para suministrar la presion y el flujo hidraulicos;- un acumulador de alta presion y uno de baja presion estan integrados en el sistema, en la que el fluido procedente del acumulador de baja presion para presurizar el piston de precarga y el piston de direccion se usa con prioridad con respecto al acumulador de alta presion;- el acumulador de alta presion se llena mediante la bomba con prioridad con respecto al acumulador de baja presion- se usan las valvulas reductoras de presion para controlar la presion de precarga y las presiones de direccion para el sentido de marcha hacia delante y hacia atras;- se anade posiblemente una caractenstica de seguridad por medio de 2 valvulas de retencion en la lmea de presion de precarga y porque una de ellas se conmuta mediante la presion de direccion hacia delante y la otra mediante la presion de direccion hacia atras con el fin de drenar la presion de precarga inmediatamente en cuanto una de las presiones de direccion activas desciende por debajo de una presion de desviacion determinada;- y porque la caractenstica de seguridad mencionada puede simplificarse extrayendo la valvula de retencion de seguridad del esquema hidraulico.1015202530354045
- 7. Transmision variable reversible segun la reivindicacion 6, que comprende ademas un sistema mediado por ordenador destinado a controlar dicha transmision variable reversible con una valvula hidraulica en un coche, camion u otro vehmulo en carretera o todoterreno, caracterizada porque:- la curva de par motor del motor frente a la velocidad del motor que expresa el consumo de combustible mmimo para cada nivel de potencia del motor se almacena en la memoria de los controladores;- el controlador PID define la velocidad del piston de direccion, conectado al arbol principal, con el fin de obtener una velocidad del motor igual a la velocidad del motor requerida calculada a partir de la curva de consumo de combustible mmimo;- la velocidad del piston de direccion tal como propone el controlador PID puede reducirse para que permanezca dentro del intervalo de microdeslizamiento basandose en el procedimiento de calculo;- y porque la presion de precarga y la presion de direccion que determinan el angulo de los planetas en relacion con el eje del arbol principal se calculan basandose en la teona publicada de microdeslizamiento longitudinal y transversal.
- 8. Uso de una combinacion de uno o mas variadores planetarios segun la reivindicacion 1, en diferentes disposiciones de transmision variable, caracterizado porque:- cada superficie de contacto del variador planetario, concretamente la rueda anular, el arbol central y el sol, puede conectarse a la entrada de transmision, la salida, el alojamiento, la superficie de contacto con otro variador planetario o cualquier otro componente de transmision tal como engranajes descentrados o sistemas de engranaje planetario;- o porque pueden obtenerse diferentes disposiciones de transmision variable reversible tal como se describio anteriormente, en el que la expresion “reversible” significa una transmision variable de la que puede cambiarse de manera continua el sentido de rotacion de salida, en relacion con el sentido de rotacion de entrada y de la que la razon de velocidad se define incluso a velocidad de salida muy baja y cero, sin componentes de macrodeslizamiento tal como se usa en convertidores de par motor o embragues de disco de friccion.
- 9. Transmision variable reversible segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5, caracterizada porque:- el interior de la transmision donde estan moviendose los contactos de rodadura, se llena con un gas inerte, o aire normal y un fluido de salpicadura para refrigeracion y lubricacion, o un gas con una niebla de un refrigerante;- y porque dicho interior se sella con respecto al aceite lubricante para los rodamientos y con respecto al exterior de la transmision.
- 10. Variador planetario segun la reivindicacion a 1 o transmision variable segun una cualquiera de las reivindicaciones 2-5, caracterizados porque:- el flujo de lubricacion para los rodamientos o cojinetes dentro de los planetas se realiza posiblemente mediante un circuito cerrado para cada planeta y porque el aceite se bombea alrededor mediante alabes dentro de los planetas, bombeando hacia el exterior el aceite, que se grna adicionalmente a traves de los rodamientos o cojinetes;- un flujo de lubricacion alternativo para los rodamientos o cojinetes dentro de los planetas se realiza integrando este flujo de aceite en el flujo de lubricante principal que comprende todos los rodamientos del arbol de entrada y de salida, en los que el flujo se toma del arbol central a traves de una de las bisagras, en particular uno de los pasadores de bisagra, guiado a traves de los rodamientos de los planetas y que fluye de vuelta a traves de la otra bisagra, o en particular el otro pasador de bisagra al interior del arbol central;- y porque otra alternativa es que los rodamientos de los planetas se lubriquen con grasa o que se usen rodamientos hubridos que no requieren ninguna lubricacion.
- 11. Uso de una transmision segun una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 5 para transmitir potencia a velocidades variables en un coche, camion, autobus, vehmulo todoterreno, cortacesped, turbina eolica, manipulador de brazo telescopico, carretilla elevadora o cualquier otra aplicacion industrial en la que sea necesario transmitir potencia a velocidades variables.
- 12. Sistema de transmision variable que comprende una transmision segun una cualquiera de las reivindicaciones 2-7.
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