Historia de las Cajas Automticas Jonathan Samuel Vlez Salazar

Universidad de las Fuerzas Armada, Latacunga Ecuador jvelez91@hotmail.com

Resumen El objetivo de este documento es para brindar informacin y crear un precedente sobre el

estudio de la Historia de las cajas Automticas.

Adems de que esta gua servir para brindar ayuda

sobre la investigacin y evoluciones a las cuales se

han sometido este tipo de cajas a travs de la

historia.

Abstract The purpose of this document is to provide information and create a precedent for the

study of the History of Automatic boxes.

Besides that this guide will serve to provide help on a

research and developments which have undergone

this type of boxes throughout history.

Palabras claves Cajas automticas, Historia de las cajas automticas, Caja de cambios secuencial, Tipos

de cajas de cambios.

Keywords Cajas automticas, Historia de las cajas automticas, Caja de cambios secuencial, Tipos de

cajas de cambios.

I. INTRODUCCIN

Una transmisin automtica es una caja de vehculos

o tambin puede ser de otra clase de vehculos que es la

encargada de realizar autnomamente las relaciones

presentes al momento del cambio de marcha, ayudando

as al conductor a realizar dicha accin y permitiendo

que el mismo preste ms atencin a la va el momento

de conducir.

Este tipo de cajas tambin son utilizadas en una

industria mucho ms grande, es decir, se las utiliza para

locomotoras a Disel y maquinarias o equipos pesados

como los que se utiliza en las obras pblicas.

Adems de ser muy eficientes a la hora de transmitir un

par muy elevado. Normalmente las desmultiplicaciones

no se obtienen con engranajes paralelos, como en los

cambios manuales, sino con engranajes epicicloidales.

Mediante unos dispositivos de mando hidrulico

adecuado se inmoviliza selectivamente uno o ms de los

componentes de dichos trenes epicicloidales,

denominados tambin engranajes planetarios.

El tipo de cajas de transmisin automtica que ms

frecuentemente se puede ver en un vehiculo es la que

trabaja hidrulicamente, usando un acoplamiento fluido

o convertidor de par y un conjunto de engranajes

planetarios para proporcionar una multiplicacin del

par.

II. FUNCIONAMIENTO

En una caja automtica, el movimiento generado por el

motor se transmite a la caja por un convertidor, que est

compuesto, bsicamente, por dos turbinas alojadas en

un compartimento estanco lleno de aceite mineral. As,

es el aceite el que transmite la potencia, de modo que no

hay friccin, tal como sucede con las cajas manuales. La

gestin de las relaciones la realiza un distribuidor

hidrulico, que maneja la reparticin de presin para

comandar los diferentes elementos.

Ilustracin 1 TURBINAS Y CATATOR DE UN CONVERTIDOR

El convertidor de par consta de una bomba y una turbina

(que recibe el aceite). La bomba lanza el fluido con una

determinada fuerza y la turbina recibe de la bomba gran

parte de la fuerza mecnica del mismo, alrededor de un

90%, siendo ese porcentaje incluso del 100% cuando el

convertidor dispone de un "embrague de convertidor" o

"puenteo" hidromecnico.

Ilustracin 2 CAJA AUTOMATICA SECCIONADA

2

En la ltima poca los fabricantes han empezado a

vender transmisiones variables y esto no es ms que el

cambio de relaciones de modo continuo en lugar de una

serie limitada de relaciones. En otras palabras, este tipo

de cajas pueden hacer que las desmultiplicaciones

dentro de las mismas sean casi ilimitadas, mejorando de

esta manera la performance de vehiculo aprovechando

de una mejor manera las revoluciones del motor.

A pesar de que los prototipos de estos sistemas de

transmisin (denominados genricamente CVT =

Continuously Variable Transmission) existen desde

hace dcadas, es ahora cuando estn alcanzando la

viabilidad comercial.

Este tipo de transmisin deriva de la transmisin de

friccin de las primeras dcadas del siglo XX. El

desarrollo reciente se origin en un diseo de NSK en la

dcada de 1980. Posteriormente se aadi Nissan, que

junto a NSK y una importante compaa de lubricantes

japonesa lograron resultados satisfactorios. Se la

denomina tambin transmisin toroidal. (S.G.M.)

III. TIPOS DE CAJAS

Adems de la caja automtica que conocemos, hay tres

tipos de sistemas.

Robotizada: Es una alternativa de la caja mecnica

comn, en este tipo de cajas la accin de desembragar y

cambiar la relacin interna de la caja es realizada de

manera electrnica. Como es una variacin de la caja

automtica normal de igual manera el tipo robotizado no

posee pedal de embrague y la palanca de cambios no

tiene relacin mecnica con la caja.

Doble embrague: Es muy similar a la robotizada, la

diferencia es que cuenta con dos embragues como su

nombre lo dice, cada uno vinculado con un rbol. Un

embrague es utilizado para las relaciones impares -1, 3

y 5- y el otro para los pares -2, 4, 6 y marcha atrs.

Sensores colocados en el rbol permiten determinar cul

es la velocidad, tomando en cuenta el rgimen de

rotacin del rbol.

Variacin continua: Son las cajas ms antiguas ya que

existen desde la existencia del automvil, y funciona

segn el mismo principio de variacin del ciclomotor,

con dos discos unidos entre ellos por una correa

metlica.

Todos los tipos de cajas automticas tienen un solo eje

donde trabajan o se encuentran el convertidor, bomba,

tambores, planetarios, embragues unidireccionales y

gobernadora.

Hay dos tipos de transmisin: lineal y puente.

La lineal es la que realiza el movimiento directamente

hacia un cardn y este se conecta con el diferencial

trasero.

La de puente no pasa por ningn cardn sino que va el

movimiento hacia los semiejes, dado que son traccin

delantera. En este ltimo caso, se pueden combinar con

distintos tipos de accionamiento para los casos de

traccin integral.

Ilustracin 3 CAJA DE CAMBIOS CON SHIFTERS

IV. PROS Y CONTRAS DE LAS CAJAS AUTOMATICAS

Hasta el da de hoy se ha debatido sobre las ventajas o

desventajas de tener un vehiculo con caja de transmisin

automtica. En Europa, por ejemplo, su uso es muy

bajo; los pases con ms cajas automticas son Suiza,

con un 20%, Suecia y Noruega, con un 14%, y Gran

Bretaa, con un 10%. En los Estados Unidos, por el

contrario, el 90% de los coches producidos tienen caja

automtica, y en Asia estn cerca de esa cifra. En los

pases Europeos consideran que las cajas automticas

son para personas de una edad avanzada y tambin para

la gente que no sabe conducir de buena manera, pero

afortunadamente este prejuicio ha ido disminuyendo

poco a poco.

Existe otra ideologa de que las cajas automticas

desperdician revoluciones y por lo tanto torque del

motor, algo que es verdad ya que no se puede elevar un

motor a altas revoluciones para ganar ms velocidad

sino que al contrario estas cajas hacen el cambio de

marcha a un cierto rgimen de revoluciones. Para

remediar este problema, los fabricantes agregan cada

vez ms un lock-up al convertidor, un sistema que, en

determinadas velocidades, solidariza parcial o

totalmente la turbina con el impulsor.

Entre las ventajas de este tipo de cajas esta la

tranquilidad y facilidad de manejo y un cambio suave y

progresivo de las marchas lo que aumenta la vida til

del motor al no sobre revolucionarlo, adems el que no

3

tenga embrague lo hace idneo para el manejo en la

ciudad. (Cajas Automtica)

V. HISTORIA

El convertidor hidrulico del par motor y el dispositivo

de cambio de velocidades epicclico son los sistemas

bsicos de control de todas las cajas automticas

actuales. Estos dos elementos principales, no se

fraguaron precisamente para el caso de las cajas

automticas sino fueron desarrollados por separado y no

se encontraron juntos sino muchos aos despus.

En 1889, Fred Lanchester, tena varias teoras sobres

aerodinmica que han ayudado en el campo automotriz,

despus de investigar sobres este tema tambin se

involucr en el campo de las cajas automticas,

empezando primeramente por revisar los engranajes

epicclicos y en 1902 el mismo fue el que lo adapto a su

primer vehiculo.

Utiliz este sistema debido a que encontr mejoras

sustanciales con respecto al cambio de marcha que se

realiza en un vehiculo mecnico, dado que para este tipo

de engranajes trabados en forma regular y constante, no

era necesario dispositivo alguno para el desplazamiento

entre un engranaje y otro y tampoco embrague de uas

para el cambio de velocidad.

Ilustracin 4 EMBRAGUE

La transmisin del par motor puede continuar su

movimiento durante el cambio de pin, ya que los

dientes quedan distribuidos sobre varios piones, y no

solamente sobre un par, realizando un movimiento

rotativo gradual que minimiza el ruido producido por el

cambio de tamao de pin y evita el desgaste de los

mismos por fricciones inadecuadas.

Una vez introducido este sistema por Lanchester, otros

se atrevieron a probar. Fue as, como Henry Ford lo

utiliz para su Modelo T, de dos cambios y marcha atrs

entre 1908 y 1927, sistema que mostr todas sus

bondades en ms de 15 millones de unidades de su

clebre modelo T.

Pero en realidad la primera persona que se interes y

profundizo mucho ms el estudio de este tipo de cajas y

lo introdujo en serie o en la mayora de los vehculos

fue Walter G. Wilson quien desarroll una transmisin

epicclica y este fue el comienzo de la primera caja que

tena una palanca en donde se poda escoger

previamente los cambios de sentido, detencin o

neutral, esta caja tena un pedal como lo ms peculiar de

ese tiempo y las marchas se cambiaban al presionar el

mismo. Este hombre que naci en 1874, trabaj a

principios de siglo en los coches Wilson-Pilcher y

Armstrong Withworth, el camin Hollford y el tanque

WWI

Ilustracin 5 WALTER G. WILSON

Wilson se mantuvo interesado en este tema y con ayuda

de ms estudios de diseo elaboro una transmisin

epicclica hasta llegar a caracterizar el sistema de

engranajes, del Wilson-Pilcher en 1904.

En sus primeros pasos estuvo en el ejrcito pero en 1919

ingres a la Beardmore, aqu desarrollo una mejora del

sistema epicclico tradicional al que lo denomino como

sistema epicclico compuesto, la mejora se encuentra en

que este utiliza un tren de engranajes y el acople de

varios elementos adyacentes. Esto ayud a Wilson a dar

el siguiente paso, que fue la caja de cambios que lleva

su nombre, el cual constaba nicamente de tres

velocidades hacia adelante y una reversa, Esta caja

estaba constituida por cuatro conjuntos epicclicos y

operacin mecnica de los frenos de cinta sobre los

engranajes anulares.

En 1928, Wilson saca por primera vez la luz su invento,

presentndolo con su mecanismo preselector ya

incorporado, el primer vehiculo incorporaba esta

4

palanca bajo el timn, por medio de la palanca el

conductor poda poner la marcha siguiente siempre y

cuando presionen el pedal del embrague, y este mismo

mecanismo se ha mantenido hasta el da de hoy.

Ilustracin 6 PRIMERA PALANCA PRESELECTORA

El sistema de Wilson, lo tomaron como punto de

partida otros diseadores como es el caso de Armstrong

Siddeley. Pero no se tuvo en cuenta que el sistema era

auxiliado por la accin de los frenos de cinta sobre los

engranajes anulares, y el inicio de la marcha desde cero,

tanto en primera velocidad como en reversa, produca

un sobresalto del vehculo y un consecuente desgaste

acelerado de las cintas.

Ilustracin 7 ARMSTRONG SIDDELEY

La solucin que pudieron encontrar era la utilizacin de

la combinacin del cambio mecnico e hidrulico.

Hermann Fottinger ya lo haba diseado y construido en

1905 y esa es conocido como la primera caja que

incorporaba mando hidrulicos y que tena dispositivos

hidrocintico en donde el fluido se mueve para realizar

su funcin. Durante este tiempo Fottinger trabajaba para

la compaa Vulcan, en donde desarrollo su diseo de

anillos huecos de seccin semicircular, dentro de los

cuales, el fluido circula a modo de sacacorchos, en un

movimiento de forma en espiral.

Para comienzos del ao 1926, aparece otro diseador,

Harold Sinclair quien comenz a probar o experimentar

la utilizacin del acoplamiento mencionado

anteriormente pero al principio solo lo hizo en buses,

esto fue porque buscaba procurar a los pasajeros de este

servicio, para que puedan tener un viaje seguro y un

poco menos tortuoso, especialmente para aquellos que

viajaban de pie. Sus resultados fueron muy

satisfactorios. De esta forma, sus trabajos fueron

conocidos por la compaa Daimler que adems de

fabricar autobuses construa automviles.

Entonces Daimler, bajo la supervisin del Ingeniero

Percy Martin, realizo algo que no se haba hecho antes,

combin los conceptos de diseo que tena las cajas

cambios de Wilson con el dispositivo hidrulico de

Fottinger, y a pesar de ser una caja hibrida tuvo un

excelente resultado presentado en 1930: el Double Six,

dotado de caja de cambios con preselector y embrague

hidrulico para transmitir la traccin. Daimler llam a

este sistema volante de fluido.

Ilustracin 8 DAIMLER DOUBLE SIX

Pronto se extendi su uso en toda la gama Daimler y en

los modelos fabricados por las subsidiarias de

Lanchester y BSA. Posteriormente, la continuacin en

la investigacin de las cajas llevaron al descubrimiento

de un tercer elemento que posiblemente es el que

revolucion el diseo de las cajas de cambios: el

reactor, que aunque ya se haba experimentado con l

desde los aos 20, Allan Coates propuso en 1924 uno

que funcionara como dispositivo multiplicador y es aqu

en donde naci los primeros pasos del convertidor de

par y como acoplamiento hidrulico. Fottinger tambin

dedic mucho tiempo a la investigacin de

convertidores de par y en 1927 diseo una caja de

cambios muy avanzada, pero lastimosamente el

proyecto no tuvo muchos seguidores debido al costo

elevado que esta caja tena.

5

Pero a pesar de este declive de uso que tuvo la caja de

cambios con convertidor de par las investigaciones

continuaron, y General Motors a finales de la dcada de

los 30 y tras haber investigado los diseos que se

realizaron en todo el mundo muestra su sistema de

cambio rpido, introducido en el Oldsmobile en 1938 y algn tiempo despus en los modelos Buick y

Cadillac.

Ilustracin 9 VOLANTE DE UN FERRARI CON CAJA DE CAMBIOS

SECUENCIAL

Posteriormente vino el primer cambio automtico

Hydramatic, instalado en los Oldsmobile de 1940. Tena

acoplamiento hidrulico, sin convertidor de par y 4

velocidades. En los aos subsiguientes este sistema se

sigui utilizando y sus variaciones fueron escasas.

Debido a la demanda de vehculos con mucha ms

potencia, a fnales de la segunda Guerra Mundial, se

construyeron convertidores de par con una gran

tecnologa, que a la larga mostraron una eficacia

mermada, que llev a buscar ms eficiencia y menos

complejidad.

Aunque ha existido un cambio abismal en los procesos

tecnolgicos y los de ahora, las cajas solo han sido

resultado de la evolucin, ya que solo han cambiado los

mtodos de acoplamiento que han pasado por

mecanismos mecnicos, hidrulicos, elctricos y

electrnicos.

En la actualidad, gracias a los desarrollos en la

electrnica, se puede contar con cajas automticas

secuenciales, que permiten realizar con gran facilidad

mltiples variaciones entre las marchas, logrando un

comportamiento muy destacado en cualquier vehculo y

muy cercano al de un modelo dotado de transmisin

manual.

Ilustracin 10 CAJA DE CAMBIOS

Lo que s es absolutamente claro, es que el sistema de

caja automtica es lo mejor que puede tener cualquier

conductor que aprecie el manejar un vehculo de verdad,

y les asegur, que miente o no tiene la menor idea de lo

que es conducir un vehculo, aquel que una vez haber

disfrutado de conducir un vehculo automtico, prefiere

uno mecnico. (Cajas automaticas)

VI. CONCLUSIONES

Como conclusin podemos decir que las cajas de

cambios es una de las partes ms fundamentales que

tiene un vehiculo, ya que sin ellas no se podra transferir

la potencia desde el motor hacia los neumticos.

A pesar de que con el pasar de los aos se han

implementado una gran variedad de acoplamientos de

las cajas siempre va existir una discusin sobre cul es

el mejor accionamiento si el mecnico o el automtico,

lo que s es verdad es que ambos sistemas cumplen

perfectamente la funcin para los cuales fueron

diseados.

En las cajas automticas existen pros y contras que

pueden ayudar al comprador de un vehiculo a elegir el

accionamiento de cambio de marchas que prefieran, lo

que si se debe tener muy en cuenta es que con un buen

cuidado y una excelente conduccin cualquiera de estos

tipos de cajas tendrn un perfecto performance.

Es muy interesante conocer cules fueron los primero

pasos de las cajas de cambios, ya que de esta manera se

conoce un poco mejor como fueron diseados en un

principio y como ha sido la evolucin durante estos

aos, en donde se puede constatar que los procesos y

materiales de construccin han mejorado notablemente

haciendo que la conduccin sea lo ms cmoda posible

y ayudando al conductor a prestar ms atencin al

camino.

VII. BIBLIOGRAFIA

Cajas Automtica. (s.f.). Obtenido de http://www.cajas-

automaticas.com/cajas-automaticas-mecanica-

informacion.html

Cajas automaticas, H. y. (s.f.). Obtenido de http://www.taringa.net/posts/autos-

motos/12666241/Cajas-Automaticas-Historia-y-

Bondades.html

S.G.M., M. (s.f.). Obtenido de http://mundosgm.com/alemanes/el-carro-panzer-iv/

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VIII. TABLA DE ILUSTRACIONES

Ilustracin 1 TURBINAS Y CATATOR DE UN

CONVERTIDOR _____________________________ 1 Ilustracin 2 CAJA AUTOMATICA SECCIONADA ___ 1 Ilustracin 3 CAJA DE CAMBIOS CON SHIFTERS ___ 2 Ilustracin 4 EMBRAGUE _____________________ 3 Ilustracin 5 WALTER G. WILSON ______________ 3 Ilustracin 6 PRIMERA PALANCA PRESELECTORA _ 4 Ilustracin 7 ARMSTRONG SIDDELEY ___________ 4 Ilustracin 8 DAIMLER DOUBLE SIX_____________ 4 Ilustracin 9 VOLANTE DE UN FERRARI CON CAJA

DE CAMBIOS SECUENCIAL ____________________ 5 Ilustracin 10 CAJA DE CAMBIOS ______________ 5

IX. CONTENIDOS

Resumen _________________________________________ 1

I. INTRODUCCIN ____________________________ 1

II. FUNCIONAMIENTO _________________________ 1

III. TIPOS DE CAJAS _________________________ 2

IV. PROS Y CONTRAS DE LAS CAJAS

AUTOMATICAS _________________________________ 2

V. HISTORIA __________________________________ 3

VI. CONCLUSIONES __________________________ 5

VII. BIBLIOGRAFIA ___________________________ 5

VIII. TABLA DE ILUSTRACIONES _______________ 6