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Cambio hacia el futuro Componentes hidráulicos inteligentes de LuK, para el mercado posventa de la automoción

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Imagen 1: Gráfico de todo el sistema hidráulico de embrague

16/10/2017 | Madrid

Ya se trate de una suave aceleración desde cero, un rápido cambio de marcha, un funcionamiento más suave del motor o menos ruido, los componentes actuales de los embragues tienen que satisfacer numerosos requisitos que influyen de manera significativa en el confort de conducción. El elemento fundamental del accionamiento hidráulico del embrague es el sistema de desembrague, la conexión entre el pedal y el embrague, que es vital para la experiencia de conducción. El embrague tiene que ser fácil de utilizar, para que la potencia de accionamiento pueda controlarse o interrumpirse de forma segura en cualquier momento, pero esto no siempre ha sido así. Hasta la década de 1980, los embragues mecánicos eran la norma. La presión que el conductor aplicaba en el pedal del embrague era transmitida por cable a un mecanismo de palanca dentro de la carcasa del embrague, y el embrague funcionaba mediante la palanca y un cojinete de desembrague. Este sistema ahora está casi obsoleto, ya que la tecnología no ofrece el confort de cambio de marchas que demanda el conductor moderno. Este aumento de las demandas de confort también ha dado lugar a compartimentos del motor más pequeños y compactos. Un cable ya no puede discurrir en línea recta entre el pedal del embrague y la palanca, algo necesario para ofrecer confort al cambiar de marcha y mantener el desgaste y la fricción al mínimo.

Obviamente, era necesaria una innovación técnica para hacer frente a estos nuevos desafíos. Por lo tanto, los embragues actuales están equipados cada vez más con un sistema de accionamiento hidráulico del embrague, que incluye un cilindro esclavo concéntrico (CSC), un cilindro esclavo y un cilindro maestro (con o sin funcionalidad de sensor de desplazamiento), tuberías de presión hidráulica, amortiguadores de vibraciones y limitadores de par máximo. Bajo la marca LuK, Schaeffler ha contribuido de manera significativa al desarrollo de la tecnología de accionamiento hidráulico del embrague. Hay disponibles dos sistemas separados: el semihidráulico y el totalmente hidráulico, pero ambos sustituyen el cable mecánico por un sistema hidráulico, compuesto por un cilindro maestro en el pedal, una tubería hidráulica y un cilindro esclavo del embrague. En los sistemas semihidráulicos, el cilindro esclavo del embrague absorbe la presión que procede de la tubería y la transmite a la palanca de desembrague. En un sistema totalmente hidráulico, esta función la lleva a cabo el CSC, que se monta sobre el eje de entrada dentro de la campana de la caja de cambios. Esto elimina la necesidad de una horquilla de desembrague, ya que el CSC realiza todo el proceso de desembrague.

El hecho es que el accionamiento hidráulico del embrague es un sistema compuesto por piezas interrelacionadas. Por eso, para un funcionamiento óptimo del embrague, resulta vital que todos los componentes funcionen juntos a la perfección. Para el mercado posventa independiente, Schaeffler Automotive Aftermarket ofrece todas las piezas utilizadas en el entorno del embrague hidráulico (ver imagen 1). A continuación se describe cómo funcionan individualmente estas piezas independientes y cómo funcionan juntas.

El cilindro maestro: aquí es donde se genera la presión

Cuando el conductor presiona el pedal del embrague, el cilindro maestro convierte la fuerza del pedal en presión. Además de esta función básica, el cilindro maestro de un embrague moderno contribuye a muchas otras características del vehículo. Desempeña un papel a la hora de mejorar la seguridad, el confort y la respuesta de aceleración, en sistemas de control de velocidad y de bloqueo del arranque, el freno de estacionamiento eléctrico, el ajuste de par e incluso el sistema start/stop. Además de estos requisitos adicionales, también tiene que ofrecer una funcionalidad óptima, ya que los fabricantes de vehículos siguen reduciendo el tamaño y el peso, y también tiene que ser fácil de instalar.

El cilindro maestro consta de una carcasa, un pistón con biela y un sistema de juntas primaria y secundaria. Posee una conexión hidráulica con la tubería de presión del cilindro esclavo, que normalmente es un conector rápido, pero en algunas aplicaciones todavía se utiliza una conexión roscada similar a las que se usan en la tecnología de frenos. El cilindro maestro todavía posee un conector para alimentar el sistema con líquido hidráulico, a menudo conectado a un depósito de líquido de frenos compartido. Sin embargo, hay sistemas en los que el cilindro del embrague tiene su propio depósito. La junta primaria separa el depósito de la cámara de presión hidráulica, que permite que se genere la presión necesaria para accionar el embrague. La junta secundaria aísla la zona de baja presión del cilindro. Al soltar el pedal, un muelle dispuesto o bien en el pedal o bien en el cilindro maestro garantiza que el pistón retroceda completamente. Cuando el pedal está en la posición de reposo, la conexión entre el depósito y la cámara de presión está abierta, por lo que el aire atrapado en el sistema puede salir y el líquido hidráulico puede entrar. De este modo, el recorrido del pedal es igual en todo momento.

Los cilindros maestros para embragues hidráulicos de la primera generación estaban fabricados con aluminio y requerían varias etapas de fabricación. Con la introducción de cilindros maestros de plástico, varias de estas etapas dejaron de ser necesarias. Sin embargo, los procesos empleados para producir un diseño de plástico todavía se encontraban en una fase temprana de desarrollo. Gracias a los avances posteriores hasta llegar a una carcasa de plástico ligera, fue posible disminuir el peso y reducir el número de piezas individuales en aproximadamente la mitad, al mismo tiempo que se prescindía de las piezas metálicas que consumen mucha energía.

Tecnología inteligente de sensor de recorrido: el "contador de pasos"

Un sistema stop-start, que apaga el motor cuando el vehículo está detenido y lo vuelve a encender al presionar el embrague, es una contribución importante para reducir el consumo de combustible y las emisiones de CO2. Aproximadamente el 30 por ciento de los vehículos actuales cuenta con este sistema, y para 2020 el start-stop será un equipamiento de serie.

En vehículos con esta tecnología inteligente, el cilindro maestro del embrague (ver imagen 2) está equipado con un sensor de recorrido integrado. Este componente garantiza que el vehículo obtenga constantemente información sobre la posición del pedal del embrague. Esto no solo es importante para el propio sistema stop-start, sino también para elementos como el freno de estacionamiento eléctrico, la asistencia al arranque en pendiente y el control de velocidad. El sensor de recorrido convierte varias posiciones del pistón en el cilindro en distintas señales eléctricas mediante un proceso sin contacto y las envía al módulo de control de la cadena cinemática. El conductor lo activa acoplando o desacoplando el embrague. La ventaja para los talleres independientes es que tanto el cilindro maestro del embrague como el sensor de recorrido forman parte de la gama de productos para el mercado posventa de la automoción de Schaeffler, y están disponibles como solución lista para instalar bajo la marca LuK, que comenzó con su producción en 2010.

La línea de presión: transmite y filtra la presión del pedal

Entre el cilindro maestro del embrague y el cilindro esclavo (o CSC) se encuentra la tubería de presión hidráulica. En sistemas de embrague semihidráulicos o totalmente hidráulicos, la presión del pedal aplicada por el conductor se transfiere al cilindro esclavo o CSC mediante el fluido hidráulico. Con un sistema de accionamiento mecánico del embrague, esto se lleva a cabo mediante un cable. Por lo general, la tubería de presión está hecha de acero, o es una manguera de tejido revestida de goma, o un tubo de plástico extraído. En diseños sujetos a altas temperaturas, normalmente se emplean tuberías de presión de acero/goma. Las tuberías de presión más rentables están hechas de tubos termoplásticos preformados.

Schaeffler Automotive Aftermarket también ofrece tuberías de presión con elementos especiales de amortiguación de vibraciones (ver imagen 3). Estos elementos ayudan a amortiguar las vibraciones de baja frecuencia (<100Hz) generadas por el cigüeñal que de lo contrario podrían transmitirse hasta el pedal del embrague a través del sistema de desembrague. El conductor siente estas vibraciones como un cosquilleo desagradable en el pie o como ruidos. Schaeffler Automotive Aftermarket ofrece líneas de presión hidráulica con amortiguadores de membrana, así como amortiguadores de vibraciones de frecuencia ajustada (unidades antivibraciones) en el cilindro maestro del embrague.

Otro componente inteligente es el limitador de par máximo, que reduce el caudal en el sistema hidráulico durante una conducción muy deportiva con un funcionamiento rápido del embrague Su función es evitar que se aplique demasiada carga sobre la cadena cinemática durante un acoplamiento brusco del embrague, como cuando el pie se resbala del pedal del embrague. Al introducir una válvula selectora en el caudal del líquido, usted puede limitar la velocidad de acoplamiento del embrague. Para facilitar un desembrague suave, la válvula selectora se retrae automáticamente, cerrando los canales de desagüe. Los limitadores de par máximo nunca deben extraerse del sistema hidráulico durante el mantenimiento, dado que, de lo contrario, podrían producirse daños en el árbol de accionamiento, el volante bimasa (DMF) o incluso la transmisión.

El cilindro esclavo: el actuador del embrague

El cilindro esclavo del embrague, compuesto por una carcasa, un pistón con junta, un muelle de precarga y un tornillo de purga, es el componente final y está colocado en el extremo del sistema hidráulico de embrague. Su carcasa normalmente está hecha de plástico, con un fuelle de goma que evita que entre suciedad en el cilindro. En un sistema semihidráulico, el cilindro esclavo activa la horquilla de desembrague, y siempre está colocado fuera de la campana de la caja de cambios. El muelle de precarga proporciona carga permanente en el cojinete de desembrague, lo que garantiza que el anillo de presión gire de forma fiable con el embrague cuando el sistema de desembrague se encuentra en un estado libre de presión. También evita los molestos ruidos que proceden de entre el rodamiento y las lengüetas del muelle de diafragma. Un tornillo de purga le permite llenar y purgar el sistema durante el mantenimiento.

En un sistema totalmente hidráulico, el embrague se desembraga mediante un cilindro esclavo concéntrico (CSC). La ventaja con respecto a los sistemas de desembrague convencionales es que se necesitan menos componentes, ya que el CSC es un módulo compuesto por el cojinete de desembrague y el cilindro esclavo. Como la horquilla de desembrague y los pivotes esféricos pueden omitirse, existen menos puntos de fricción. Los CSC de plástico son mucho más ligeros que los de metal. Un CSC es fácil de instalar y puede adaptarse a una posición alterada del muelle de diafragma debido al desgaste. Cada vez más fabricantes de vehículos utilizan este sistema. Para aumentar aún más el confort de conducción, el cojinete de desembrague puede diseñarse con desplazamiento angular. Esto se consigue equipando el cojinete de desembrague con un anillo de presión movible de forma axial (ver imagen 4), que está en contacto con las puntas del muelle de diafragma y evita tolerancias estructurales que podrían dar lugar a vibraciones del pedal.

El embrague automatizado abre nuevas posibilidades

Los objetivos para los futuros desarrollos técnicos están claros: seguir reduciendo el consumo de combustible al mismo tiempo que se mantienen, en la medida de lo posible, los mismos niveles de confort y facilidad de conducción. Además del start-stop, el consumo de combustible también puede optimizarse "conduciendo en punto muerto", que es controlado por la información obtenida de la tecnología de sensores en el cilindro maestro. A una velocidad de conducción constante, la funcionalidad de rodar en punto muerto desacopla el motor de la transmisión y o bien apaga el motor completamente o lo hace funcionar al ralentí, por ejemplo al conducir cuesta abajo durante mucho tiempo. Dependiendo de la configuración, puede utilizarse un sistema E-clutch, que ofrece cambios de marcha totalmente automatizados en todas las situaciones de conducción o solo en determinadas situaciones específicas. El E-clutch de Schaeffler puede instalarse como componente adicional en los sistemas hidráulicos de embrague probados y ensayados utilizados por la mayoría de los fabricantes de vehículos. Su función de "conducción en punto muerto" todavía se está sometiendo a pruebas en este momento, con una previsión de iniciar la producción en tres o cuatro años.

Los cilindros maestros que apoyan los sistemas start-stop se volverán cada vez más importantes para los talleres independientes durante los próximos años, a medida que proporcionar mantenimiento y reparaciones para estos sistemas se convierta en un procedimiento estándar. En cambio, los cilindros maestros para el mercado posventa de la automoción que apoyan la "conducción en punto muerto" todavía están en el horizonte. Con su marca LuK, Schaeffler Automotive Aftermarket no solo está preparada para el futuro, sino que también cuenta con las soluciones y herramientas adecuadas en la actualidad para diagnosticar y reparar todo el sistema hidráulico de embrague.

Editor: Schaeffler Iberia
País de publicación: España

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