Caja de cambios que comprende:

Un primer eje de entrada (2; IN) puesto en marcha durante su uso a una velocidad de rotación V;

Un segundo eje de entrada (1);

Un tren de engranajes (TR) que interconecta dichos primer y segundo ejes de entrada de manera y destinado accionar dicho segundo eje de entrada a una velocidad de rotación de aproximadamente 0,5V;

Un embrague de doble acción (INN) asociado a cada uno de dichos ejes de entrada, teniendo cada uno de dichos embragues un primer estado en el que el movimiento de rotación se transmite como salida, y un segundo estado en el que el movimiento de rotación no se transmite; y

Un primer diferencial (D1) para recibir el movimiento rotatorio realizado en salida por uno o más de dichos embragues, y para transmitir el movimiento de rotación al eje de salida (US);

en la cual dicho eje de salida es conducido por dicho diferencial a una velocidad de rotación que es aproximadamente igual a:

0, si los embragues asociados a dicho primer y segundo ejes de entrada están en dicho segundo estado;

V, si el embrague asociado a dicho primer eje de entrada está en dicho primer estado, y el embrague asociado a dicho segundo eje de entrada está en dicho segundo estado;

0,5 V, si el embrague asociado a dicho primer eje de entrada está en dicho segundo estado, y el embrague asociado a dicho segundo eje de entrada está en dicho primer estado, o

1,5 V, si los embragues asociados a dichos primer y segundo ejes de entrada están en dicho primer estado

Cambio de velocidades adicionales con engranajes diferenciales.

Ámbito técnico

Mecánica.

Antecedentes de la invención

Básicamente hay tres tipos principales de cambios: el cambio con accionamiento manual, con un máximo de aproximadamente 20 velocidades para camiones y 6 para coches; caja de cambios con conjuntos de engranajes planetarios; y transmisión de relación continuamente variable (CVT).

La técnica anterior se puede encontrar en los documentos de la técnica anterior más reciente: US 5259823: Transmissions; FR 2813368: Systeme de Transmission à Rapport Variables et Continus; DE 2004694: Stufenlosses Überlagerungsgetriebe mit entlasteten Hilfsgetriebe; y DE 10138547: Getriebe.

Divulgación de la invención

La presente invención está catalogada como Caja de cambios mecánica, pero en comparación con las cajas de cambios usuales, ésta tiene casi las ventajas del CVT (transmisión de relación continuamente variable) por su elevado número de velocidades que se pueden obtener. La gama de velocidades es muy amplia (marchas altas muy rápidas y marchas bajas muy lentas), y la diferencia entre las marchas puede ser muy pequeña.

La invención queda definida por las reivindicaciones adjuntas.

Este mecanismo es extremadamente versátil y se puede configurar de diferentes maneras mediante pequeñas variaciones durante la fase de construcción. Se pueden obtener: todas las marchas hacia adelante, una marcha hacia atrás y el resto de marchas adelante, varias marchas hacia atrás, o tantas marchas hacia adelante como marchas hacia atrás con iguales relaciones.

Cada marcha es seleccionable con un código definido de operación en los embragues que se encuentran en la caja de cambios, y es un procedimiento rápido sin la necesidad del un embrague principal de fricción. También está disponible el punto muerto.

Este mecanismo es capaz de producir muchos niveles de velocidad (en la misma entrada). El número de velocidades depende de la complejidad del mecanismo determinado por el número de engranajes diferenciales contenido en él. Por ejemplo: 1 engranaje diferencial = 3 velocidades, 2 engranajes diferenciales = 7 velocidades; 3 engranajes diferencia- les = 15 velocidades, 4 engranajes diferenciales = 31 velocidades, y así sucesivamente. En esta aplicación, la función del engranaje diferencial es simplemente añadir la velocidad de dos ejes de entrada diferentes que giran en la misma dirección, y proporcionar sobre un tercer eje, el valor exacto de velocidad con su par correspondiente.

Breve descripción de los dibujos

La figura 1 ilustra un engranaje diferencial común utilizado en este caso para hacer adiciones. (A) y (B) son los ejes de entrada que giran en la misma dirección. La velocidad de (B) se ve reducida en un 50% por los engranajes (R1) y (R2). (R1) está perforado en el centro para permitir el paso libre del eje de entrada (A). (R1) es solidario a la caja de engranaje diferencial designada por (SCD). Importantes son las dos ruedas libres (RL) montadas en ambos ejes de entrada con el fin de bloquearlas en la dirección opuesta a la dirección de rotación nominal. Esto en el caso en el que uno de los ejes de entrada está estacionarios y hay una carga en la salida (C); sin estas ruedas libres el eje de entrada estacionario comenzaría a girar en sentido contrario, y no llegará ningún par del eje de salida (C).

La salida de (C) será exactamente la suma de (A) y (B), pero con dirección opuesta de rotación. (RC) son cuatro engranajes cónicos. Las ruedas libres no se montarán en la invención, es sólo una manera de resolver el problema.

Pasemos ahora a un esquema general de los principios de la caja de cambios. En la figura 2 hay cuatro ejemplos que muestran cómo se puede conectar juntas de 1 a 4 engranajes diferenciales para obtener de 3 a 31 relaciones de velocidad diferentes. Como puede ver, la segunda parte importante del mecanismo consiste en el tren de engranajes (TR) antepuesto a los engranajes diferenciales (D). Los ejes de entrada respecto de los engranajes diferenciales provienen de (TR) y, respectivamente, de izquierda a derecha, cada uno gira a la mitad de la velocidad del eje que le precede. Los ejes de entrada respecto de los engranajes diferenciales van marcados cada uno con los números de relaciones de sus velocidades, relativos a la velocidad mínima. El valor mínimo es 1 y es también el valor de velocidad mínima en el interior del mecanismo y la unidad mínima de incremento de la velocidad en la salida final (US).

Con el objetivo de explicarlo, a partir de ahora solo vamos a considerar únicamente la caja de cambios con 3 engranajes diferenciales y 4 ejes de entrada que se muestra en la Figura 2.3 dada su complejidad media y el número de velocidades.

El ejemplo de la Figura 2.3 muestra una caja de cambio de 15 velocidades. Proporciona 15 velocidades con relaciones de 1 a 15, con incremento de marcha a marcha siempre de 1. Hay cuatro posibles ejes de entrada a la caja de cambio, (IN). Estos están conectados al tren de engranajes (TR). Si se entrase en la caja de cambios con un motor a 80 r.p.m en combinación con el eje de entrada 8, se obtendría del eje de salida (US) un intervalo de velocidades de 10 a 150 rpm con incrementos de marcha a marcha de 10 r.p.m. El eje de entrada último de la derecha es siempre la unidad mínima de aumento (como se describió anteriormente). En este punto, si se entrase en la caja de cambios con un motor de 80 r.p.m en combinación con este eje (denominado 1), se obtendría del eje de salida (US) un intervalo de velocidades de 80 a 1200 r.p.m, pero con un aumento de 80 rpm.

Este invento no funcionaría sin embragues, aun no descritos, que son esenciales en la selección de marchas. Como se muestra en la Figura 3.1, ahora hay un embrague (INN) sobre cada eje de entrada individual entre el tren de engranajes (TR) y el engranaje diferencial (D). Los embragues interrumpen o transmiten el movimiento a los engranajes diferenciales cuando sea necesario, y combinados juntos determinan cada una de las posibles velocidades. Cada una de las posibles combinaciones posibles está garantizada por una simple tabla (Fig. 3.2), calculada basándose en el sistema de números binarios. La tabla muestra el estado de los embragues según la marcha a seleccionar. En el eje horizontal se encuentra cada uno de los ejes de entrada; en el eje vertical se encuentran los números de velocidades. El punto negro indica la transmisión del movimiento a través del embrague, y el punto blanco indica que no hay transmisión de movimiento.

Los embragues usados deben ser del tipo de DOBLE-ACCIÓN. Esto significa que deben tener dos estados diferentes: el primero es la transmisión de movimiento; el segundo es la no transmisión de movimiento, pero este último debe bloquear también, en ambos sentidos de rotación, la parte del eje que entra en el engranaje diferencial y lo hace solidariamente con la caja de cambios denominada SCC (Fig. 3.1).

Hasta este punto, todo lo que se ha explicado es sólo una explicación teórica de la invención. Su realización práctica será diferente en algunos aspectos, debido a la necesidad absoluta de respetar las direcciones de rotación de cada eje individual dentro de la caja de cambios. Esto es muy importante para el correcto funcionamiento de todo el mecanismo.

Según las direcciones de rotación de los dos ejes de entrada en un engranaje diferencial usado para adiciones (como la figura 1), a partir del eje de salida (C) se puede obtener una suma o sustracción. Ahora bien, si se configura la caja de cambios con una combinación de sumas y sustracciones, como salida obtenemos un intervalo de velocidades que incluye la marcha atrás. Es también posible obtener diversas marchas atrás diferentes, pero el número total de velocidades es de 15 más un punto muerto. Las configuraciones que se obtienen son múltiples.

A partir de ahora, con fines explicativos, los 3 engranajes diferenciales en el interior de la caja de cambios se entiende que son todos del tipo de adición ("+" en la figura 3.1). Por lo tanto estarán disponibles las 15 marchas de avance.

La figura 4 muestra una vista general de cómo el mecanismo puede funcionar. Hay algunos cambios con respecto a la Fig. 1 y la Fig. 3.1: en el tren de engranajes (TR) y en los dos engranajes internos (RDI) de los 2 engranajes diferenciales D1 y D2. La razón es simple. En la figura 1, los ejes de entrada (A) y (B) giran en la misma dirección (una condición obligatoria para obtener adiciones). Sin embargo, un tren de engranajes...

1. Caja de cambios que comprende:

en la cual dicho eje de salida es conducido por dicho diferencial a una velocidad de rotación que es aproximadamente igual a:

0, si los embragues asociados a dicho primer y segundo ejes de entrada están en dicho segundo estado;

V, si el embrague asociado a dicho primer eje de entrada está en dicho primer estado, y el embrague asociado a dicho segundo eje de entrada está en dicho segundo estado;

0,5 V, si el embrague asociado a dicho primer eje de entrada está en dicho segundo estado, y el embrague asociado a dicho segundo eje de entrada está en dicho primer estado, o

1,5 V, si los embragues asociados a dichos primer y segundo ejes de entrada están en dicho primer estado.

2. Caja de cambios según la reivindicación 1, que comprende, además:

en la cual dicho eje de salida está accionado por dicho segundo diferencial dentro de un intervalo de velocidades de rotación de aproximadamente 0 a 1,75 V, en función del estado de dichos embragues.

3. Caja de cambios según la reivindicación 2, en la cual la velocidad de rotación del dicho eje de salida varía dentro de dicho intervalo de velocidades de rotación, según el estado de dichos embragues, con incrementos iguales a 0,25 V.

4. Caja de cambios según la reivindicación 1, que comprende, además:

en la cual dicho eje de salida es accionado por una salida del dicho tercer diferencial en el interior de un intervalo de velocidades de rotación de aproximadamente 0 a 1,875 V, en función del estado de dichos embragues.

5. Caja de cambios según la reivindicación 4, en la cual la velocidad de rotación del eje de salida varía dentro de dicho intervalo de velocidades, según el estado de dichos embragues, con incrementos iguales a 0,125 V.

6. Caja de cambios según la reivindicación 1, que comprende, además:

en el cual dicho eje de salida es accionado por una salida de dicho cuarto diferencial dentro de un intervalo de velocidades de rotación de aproximadamente 0 a 1,94 V, en función del estado de dichos embragues.

7. Caja de cambios según la reivindicación 6, en la cual la velocidad de rotación de dicho eje de salida varía dentro de dicho intervalo de velocidades de rotación, según el estado de dichos embragues, con incrementos iguales a 0,0625 V.