Una caja de cambios preselectora es un tipo de transmisión manual utilizada principalmente en turismos y coches de carreras en la década de 1930, en autobuses de 1940 a 1960 y en vehículos blindados de 1930 a 1970. La característica definitoria de una caja de cambios preselectora es que la palanca de cambios permitía al conductor "preseleccionar" la siguiente marcha, generalmente con la transmisión permaneciendo en la marcha actual hasta que el conductor presionaba el "pedal de cambio de marchas" en el momento deseado.
El diseño eliminó la necesidad de que el conductor dominara el momento de usar el pedal del embrague y la palanca de cambios para lograr un cambio suave en una transmisión manual no sincronizada. [1] La mayoría de las transmisiones con preselector evitan por completo un embrague controlado por el conductor. Algunos lo utilizan únicamente para arrancar desde parado. [2] Las cajas de cambios preselectoras eran más comunes antes de la adopción generalizada de la transmisión automática, por lo que se consideraban en comparación con el tipo de transmisión manual " caja de cambios de choque ".
Las cajas de cambios preselectoras a menudo se comercializaban como cajas de cambios "autocambiantes", [1] sin embargo, esta es una descripción inexacta ya que el conductor debe elegir la marcha (y, a menudo, accionar manualmente el cambio de marcha). Una transmisión automática es una verdadera "caja de cambios automática", ya que es capaz de cambiar de marcha sin la participación del conductor.
Existen varios diseños mecánicos radicalmente diferentes de caja de cambios preselectora. El más conocido es el diseño de Wilson. [3] Algunas cajas de cambios, como la Cotal, cambian de marcha inmediatamente cuando se mueve el control, sin requerir el pedal de cambio de marcha separado.
En comparación con las transmisiones manuales contemporáneas (no sincronizadas ), las cajas de cambios preselectoras eran más fáciles de manejar para los conductores, ya que no requerían técnicas como el doble desembrague . Las cajas de cambios preselectoras también tenían tiempos de cambio más rápidos, podían manejar mayores potencias y tenían menos masa y podían cambiar bajo carga. [ cita necesaria ]
Una ventaja del diseño de muchas cajas de cambios preselectoras es que los componentes de fricción son frenos , [4] en lugar de embragues . Esto significó que se podrían utilizar bandas de freno no giratorias para las piezas sujetas a desgaste, lo que da como resultado un diseño más simple que un componente giratorio como un embrague típico. Los componentes de desgaste también podrían montarse en el exterior del mecanismo (en lugar de estar enterrados dentro de él), proporcionando un acceso más fácil para el mantenimiento y el ajuste.
El tipo más común de caja de cambios preselectora era la Wilson, que utilizaba un diseño epicíclico . [5] [6] Un precursor de la caja de cambios Wilson fue la caja de cambios epicíclica controlada manualmente utilizada en los automóviles Wilson-Pilcher de 1901-1904 construidos en el Reino Unido. Uno de los directores de la empresa, Walter Gordon Wilson , se había convertido en un defensor de las ventajas de la caja de cambios epicicloidal, que permitía transmitir grandes pares sin dejar de ser controlable mediante una pequeña fuerza de entrada. [7] Walter Wilson fue uno de los principales co-inventores del tanque blindado durante y después de la Primera Guerra Mundial , [8] y fue responsable del tanque británico Mark V de 1918 que utilizaba una caja de cambios de dirección epicicloidal. [7] [9] La Lanchester Motor Company en el Reino Unido también produjo automóviles con cajas de cambios epicicloidales controladas manualmente a partir de 1900 y construyó un tanque experimental (la Lanchester Gearbox Machine o Experimental Machine K ) equipado con una caja de cambios epicicloidal. [10]
Walter Wilson continuó experimentando con cajas de cambios epicicloidales para automóviles y en 1928 se inventó su "caja de cambios Wilson". Walter y uno de los copropietarios de Armstrong Siddeley Motors formaron la empresa Self-Changing Gears Ltd. (inicialmente llamada Improvementd Gears Ltd. ) para diseñar y construir la caja de cambios Wilson. [11] El Armstrong Siddeley Thirty de 1929 fue uno de los primeros automóviles en utilizar la caja de cambios Wilson. [12] La caja de cambios también fue construida bajo licencia por otros fabricantes, incluidos Cord, ERA, Daimler y Maybach. [13] [14]
El conductor preseleccionaba la siguiente marcha usando una palanca montada en el volante, luego presionaba el 'pedal de cambio de marcha' (a menudo ubicado en lugar del pedal de embrague habitual ) para activar el cambio de marcha en el momento deseado. [15] [16]
La caja de cambios Wilson se fabricó con una variedad de embragues. El más conocido es el volante fluido , utilizado para turismos como el Daimler (Armstrong Siddeley utilizó un embrague centrífugo). [2] Los coches deportivos utilizaban un embrague centrífugo Newton . [2] Este era un embrague seco de discos múltiples , similar a los embragues manuales de carreras de la época, pero con la placa de presión accionada centrífugamente para acoplarse a alrededor de 600 rpm. [17] Los coches de carreras puros, como el ERA , evitaban por completo el embrague y confiaban en el accionamiento progresivo del freno de banda de la caja de cambios en la marcha más baja al arrancar. [2] Cuando estaba equipado con un embrague centrífugo o un acoplamiento hidráulico, arrancar desde parado implicaba simplemente seleccionar la primera marcha, luego el embrague se activaba automáticamente una vez que se presionaba el pedal del acelerador. En otros coches, el pedal de cambio funcionaba como un embrague al arrancar desde parado.
La caja de cambios Wilson se basaba en una serie de engranajes epicíclicos, acoplados de una manera ingeniosa que también fue invención de Wilson. Engranajes sucesivos operados combinando o 'reduciendo la reducción' proporcionada por el engranaje anterior. [18] Se requería un epicicloidal separado para cada marcha intermedia, con un embrague cónico para la marcha superior directa y otro epicicloidal adicional para la marcha atrás. [19] Se proporcionaron cuatro marchas, en una época en la que muchos coches (especialmente los americanos) normalmente sólo tenían una caja de cambios de tres velocidades. Esto se debía al mercado deportivo, o incluso de carreras, de la caja de cambios Wilson, por lo que las relaciones podían estar más espaciadas . Aunque esta misma disposición de epicicloidales se convertiría en la precursora de la transmisión automática de la posguerra, [2] el uso de un convertidor de par en la transmisión automática, junto con la amplia banda de potencia y el exceso de potencia de los motores V8 estadounidenses, significó que los motores con espacios más amplios, por lo tanto, menos proporciones eran aceptables. A diferencia de las cajas de cambios "crash" de la primera mitad del siglo XX, las ruedas dentadas de una caja preselectora están permanentemente engranadas en una disposición epicíclica .
El cambio de marcha con la caja Wilson dependía del control de las bandas de freno que mantenían el anillo de cada epicicloidal en una posición fija. La banda de freno a seleccionar estaba controlada por una leva giratoria, movida por la palanca de cambios. Sólo se activó una banda para cada selección de marcha. Esta pequeña palanca manual no podía proporcionar suficiente potencia para activar y bloquear la banda de freno, de ahí la necesidad del pedal. El movimiento real de las bandas de freno estaba controlado por el mecanismo de "palanca", una característica distintiva del diseño de Wilson. [19] Cuando se presionaba y soltaba el pedal, un fuerte resorte helicoidal presionaba hacia arriba una serie o 'barra colectora' de palancas en forma de dedos, contra una serie de varillajes ligeros o 'puntales operativos'. [20] La posición de cada varillaje estaba controlada por el árbol de levas de selección de marchas. Si la leva (para cada marcha) mantuviera el varillaje en su lugar, en lugar de permitir que se apartara, el dedo de la barra colectora presionaría, a través del puntal operativo, sobre las palancas que controlan las propias bandas de freno. Estas palancas proporcionaron el apalancamiento adicional necesario para mantener la banda de freno en su lugar, bajo la fuerza del resorte helicoidal, hasta que se presionó el pedal a continuación. Otra característica del diseño de Wilson fue el uso de tuercas autoajustables en cada banda para compensar el desgaste. La acción de acoplar y desacoplar cada banda fue suficiente para hacer avanzar las tuercas de trinquete y así ajustarlas al desgaste eliminando cualquier holgura. [19] [20]
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Durante las décadas de 1920 y 1930, varios fabricantes franceses de automóviles de lujo utilizaron cajas de cambios preselectoras de tres o cuatro velocidades fabricadas por Cotal. Un aspecto único de la caja de cambios Cotal fue el uso de embragues electromagnéticos (en lugar de frenos de banda) para engranar las marchas. [21] Una desventaja de este enfoque fue que una pérdida de energía eléctrica significaba que el motor ya no podía impulsar las ruedas. Los embragues se controlaban mediante un simple tablero de instrumentos o un interruptor montado en una columna, descrito como "una cereza en un palo de cóctel", [2] y relés. No había acción servo mecánica, por lo que no era necesaria la leva de Wilson o los dispositivos de palanca ni el pedal de cambio de marchas.
Durante la década de 1930, los coches Humber estaban equipados con una caja de cambios preselectora de cuatro velocidades producida por Laycock-de Normanville . [22] Era muy similar al Wilson, pero utilizaba accionamiento hidráulico directo de las bandas de freno (seleccionadas mediante una palanca en la columna de dirección), evitando así la necesidad de un pedal de cambio.
Varios automóviles Talbot de la década de 1930, como el Talbot AX65 Darracq de 1932-1935 , utilizaron una "caja de cambios aceleradora" diseñada por Georges Roesch, basada en las patentes de Wilson. [23] [24] [25] La caja de cambios Roesch fue revisada ampliamente tanto en diseño como en materiales, lo que resultó en una caja de cambios más liviana que pudo soportar tres veces la potencia de la caja de cambios Wilson. [26] [27]
Esta caja de cambios preseleccionaría automáticamente la primera marcha cuando se acoplara la marcha atrás. Al engranar la segunda marcha, la caja de cambios preseleccionaría la tercera y la cuarta cuando se engranara la tercera. [2] Luego alternaría entre tercera y cuarta hasta que se preseleccionara manualmente otra marcha. [28] Las versiones iniciales se produjeron sin ningún tipo de embrague, sin embargo, pronto se añadió al diseño un embrague centrífugo. Descrito por Talbot como el 'Traffic Clutch'. [27] este era un dispositivo simple, con dos zapatas que oscilaban radialmente (similar a un freno de tambor).
Una de las primeras cajas de cambios preselectoras fue un prototipo de caja de cambios de motocicleta de tres velocidades patentada por fr:Marcel Viratelle en Francia en 1906. El diseño y la producción eran muy compactos. [29] [30] [31]
El tanque blindado alemán Tiger I de 1942-1945 utilizó una forma de caja de cambios preselectiva construida por Maybach y ofrecía 8 relaciones. El mecanismo de cambio era hidráulico, para reducir el esfuerzo del conductor. Los embragues se utilizaron en combinaciones, lo que permitió muchas más relaciones que los actuadores. Había tres cilindros hidráulicos, cada uno con dos posiciones y que controlaban embragues de garras para trenes de engranajes dispuestos en cuatro ejes. Los cilindros estaban controlados por una válvula giratoria en una simple palanca de cambios de cuadrante y se activaban empujando la palanca hacia un lado en su compuerta. La combinación de los tres cilindros permitía ocho relaciones diferentes, aunque a la inversa éstas se limitaban únicamente a las cuatro más bajas. [32] Cuando los británicos estudiaron un tanque Tiger I capturado en 1943, el informe sobre la caja de cambios fue realizado por Armstrong Siddeley Motors. [33]
Una caja de cambios multiembrague evita las dificultades de cambiar de marcha al evitar la necesidad de cambiar de marcha . Funciona como una serie de cajas de cambios independientes, cada una controlada por un embrague independiente, entrelazadas para evitar selecciones múltiples. Seleccionar una marcha es cuestión de seleccionar el embrague adecuado. Una ventaja de este tipo es que es sencillo organizar el funcionamiento remoto, ya que no existe un varillaje de cambio de marcha como tal, sino simplemente una duplicación de un varillaje de embrague.
Este tipo de caja de cambios apareció en las pruebas de cajas de cambios de Oldbury de marzo de 1917, probando diferentes transmisiones en ocho tanques pesados británicos . [8] Cada relación tiene su propio eje y su propio embrague. Siempre que los embragues estén entrelazados de modo que sólo se pueda acoplar uno a la vez, el sistema es simple.
A principios de los años 1980 esta transmisión se desarrolló para autobuses urbanos en el Reino Unido como Maxwell , con una caja de cambios de cuatro velocidades. Los autobuses del Reino Unido son en su mayoría de dos pisos con motores transversales montados en la parte trasera. [34] Su uso también implica una conducción con muchas paradas y arranques, lo que provoca un gran desgaste del embrague en las cajas de cambios convencionales. La ventaja de esta disposición era el uso de cuatro embragues, todos de fácil mantenimiento desde fuera del conjunto del motor, sin necesidad de desmontar el motor. Los embragues eran embragues húmedos multidisco alimentados con aceite. Las primeras cajas de cambios se ganaron fama de poco fiables y en 1985 los desarrolladores originales, Brockhouse, concedieron la licencia a Avon Maxwell Transmissions. Una versión desarrollada, con una bomba de aceite agrandada, estaba disponible como adaptación para la mayoría de los autobuses del Reino Unido. [35] Una característica inusual de esta caja de cambios era la capacidad de engranar la primera y la segunda marcha simultáneamente. Este actuó como un retardador hidráulico de 50 hp .
La idea de un cambio rápido sólo mediante el embrague también se ha desarrollado como transmisión de doble embrague en los últimos coches de alto rendimiento. Esto combina la simplicidad de una caja de cambios con los cambios rápidos de un diseño basado en embrague. En realidad, hay dos cajas de cambios separadas, cada una de las cuales ofrece relaciones alternativas del conjunto general, y los dos embragues seleccionan qué caja de cambios está en vigor. Los cambios dentro de la caja de cambios se realizan automáticamente, para predecir qué relación necesitará el conductor a continuación. Siempre que la siguiente relación haya sido seleccionada correctamente (es decir, la computadora adivinó correctamente entre un cambio ascendente y uno descendente), el cambio en sí es simplemente un movimiento rápido del embrague. Sin embargo, los cambios inesperados pueden confundir al sistema y primero debe seleccionar la relación correcta antes de accionar el embrague, lo que produce un cambio mucho más lento.
Las transmisiones semiautomáticas, generalmente en forma de transmisiones manuales sin embrague , solo automatizan el sistema de embrague y han utilizado varios sistemas de control diferentes para facilitar el funcionamiento del embrague, sin dejar de requerir la intervención del conductor para cambiar de marcha manualmente. Estos sistemas fueron introducidos por numerosos fabricantes de automóviles de producción, antes de la llegada y producción de las transmisiones automáticas hidráulicas , desde mediados de los años 1930 hasta principios y mediados de los 1990. Estos sistemas eliminarían por completo el pedal del embrague o lo conservarían, pero solo sería necesario accionar el embrague para realizar arranques desde una posición estacionaria, no para cambiar de marcha.
Posteriormente se introdujeron más avances y desarrollos, y se han utilizado varios otros métodos para automatizar el proceso de operación del embrague y selección de marchas simultáneamente, sobre todo con la moderna transmisión manual automatizada , introducida por varios fabricantes de automóviles en la década de 1990, pero de la que fue pionera Isuzu , con su transmisión NAVi5 , en 1985.
Las cajas de cambios preselectoras se utilizaron en varios coches de carreras y motocicletas, incluidos los Seis Días Internacionales de Trial de 1921 y 1922: Suiza, donde las motocicletas Marcel Viratelle se inscribieron junto con las motocicletas de serie; el ERA R4D de 1935 , [43] y coches de escalada como los 'Silver Arrows' de Auto Union de los años 30 .
Varios autobuses construidos en el Reino Unido entre 1940 y 1960 aproximadamente tenían transmisión preselectora, incluidos los construidos por Leyland, [44] Daimler y AEC. El tipo AEC RT , un autobús comúnmente utilizado en Londres durante este período, usaba aire comprimido para accionar los cambios de marcha, [45] [46] mientras que otras cajas de cambios usaban accionamiento mecánico.
El funcionamiento típico de los autobuses de Londres era que tenían una primera marcha muy baja, que solo se usaba en colinas, por lo que el conductor, al arrancar, seleccionaba la segunda marcha, presionaba y soltaba el pedal de cambio para engranar la transmisión, y luego seleccionaba la tercera, listo para cambiar de marcha. el traslado, todo esto realizado mientras el autobús aún estaba parado. Al arrancar, solo se presionaba el pedal del acelerador, y el eventual cambio a tercera marcha se realizaba simplemente presionando el pedal de cambio de marcha.
Los autobuses preselectores también se exportaron a varios países: los AEC Regent III con cajas de cambios tipo Wilson se utilizaron en Australia Occidental durante 25 años como parte de la flota de transporte público desde 1950 hasta 1976. [47]
Algunas motocicletas James de la década de 1950 se construyeron con motores Villiers y una caja de cambios preselectora. [ cita necesaria ] Estos se operaban presionando el pedal de cambios hacia abajo para seleccionar la primera marcha, luego tirando de la palanca del embrague y al regresar, la marcha se engranaba y avanzaba. Al pisar de nuevo el pedal del cambio se seleccionaba la 2ª marcha, que se engranaba sólo después de volver a apretar la palanca.
Algunos de los primeros vagones con motor de gasolina y diésel de la década de 1930 utilizaban la caja de cambios preselectora Wilson. Los vagones GWR 'Flying Banana' con motor AEC tenían dicha caja de cambios. [49]