El Volante Bimasa

 

El Volante Bimasa  El volante bimasa (Double Mass Flywheel DMF)  En los motores de pistón alternativo a bajas revoluciones se producen vibraciones giratorias en el cigüeñal y en el volante de inercia a causa de la falta de continuidad en el desarrollo de la combustión. El volante bimasa evita que estas vibraciones giratorias se transmitan a la vía motriz y ocasionen así oscilaciones de resonancia. Las oscilacionesunidos de resonancia se muestran forma de ruidos así generados, al traqueteo del cambioexteriormente de marchas, en al retemblor de la molestos. Los ruidos y las oscilaciones carrocería y a las vibraciones causadas por la carga alternativa del motor, tienen como consecuencia una pérdida de confort acústico y de comodidad de conducción. Los principales fabricante de volantes bimasa son LuK y Sachs.  

Misión  El Volante Bimasa es el responsable de eliminar las vibraciones de la cadena cinemática, evitando resonancias no deseadas y asegurando un elevado confort de marcha. La clave se encuentra en las dos masas divididas. Mientras una de ellas (masa primaria) gira de forma solidaria al motor, la otra masa (secundaria) gira de modo amortiguado y uniforme a la transmisión, estando unidas mediante un sistema de amortiguación que permite una oscilación de gran ángulo entre ambas masas del volante. Las vibraciones provocadas por el movimiento rotatorio del motor son amortiguadas de esta forma. En la figura inferior se ve como en un motor que monta un embrague convencional, todas las vibraciones producidas por el motor son transmitidas a la caja de cambios y con ello a la transmisión, cosa que no ocurre en el segundo caso cuando el motor monta un volante bimasa.  

 

 

En la figura inferior se puede ver la complejidad del volante bimasa con respecto al embrague convencional.  

 

Construcción  

Un volante bimasa standard de dos masas se compone de las masa de inercia primaria (1) y secundaria (6). Las dos masas de inercia desacopladas están unidad entre sí por un sistema de muelles/amortiguación y se encuentran alojadas de forma giratoria una contra otra por medio de un rodamiento radial rígido o de un cojinete - casquillo de fricción (2). La masa de inercia primaria con corona de arranque (7) asignado al motor está firmemente atornillada al cigüeñal. Junto con la tapa del primario (5), rodea un espacio hueco que forma el canal del muelle. El sistema de resortes/amortiguación se compone de los muelles curvos (3), que se encuentran en guías deslizantes en el canal de muelles y cumplen los requisitos de un amortiguador torsional “ideal” con un trabajo mínimo. Las guías deslizantes garantizan una buena conducción y la carga de grasa que llena el canal de muelles reduce la fricción entre aquellas y los muelles curvos.  La transmisión del par motor se realiza por medio de la brida (4). La brida, que está dimensionada como resorte de plato, inserta sus aletas entre los muelles curvos. Se encuentra situada (con unión por fricción) entre los discos de fricción y de apoyo remachados en la parte secundaria. La fuerza del resorte de plato (brida) está dimensionada de forma que el momento de fricción sea claramente superior al par motor máximo. La masa de inercia secundaria aumenta el momento de inercia en la parte del cambio de marchas. El disco está provisto de ranuras de ventilación para una mejor evacuación del calor. Dado que el sistema elástico-amortiguador se encuentra en el volante bimasa, se utiliza, frecuentemente, como disco de embrague una versión rígida sin amortiguador torsional.  

Elementos del volante bimasa  Masa de inercia primaria 

El disco de inercia primario está unido al cigüeñal del motor. Su momento de inercia forma una misma unidad con el cigüeñal. En comparación con un volante de inercia convencional, la masa de inercia primaria del volante bimasa posee una flexión elástica claramente superior, lo cual tiene como resultado una descarga de trabajo para el cigüeñal. Además, junto con la tapa del primario, forma el canal de los muelles curvados. En general, ese canal se compone de dos partes y se encuentra limitado por los topes de los muelles curvos. Para el arranque del motor, en el disco de inercia primario se encuentra la corona de arranque, que se monta a presión o bien por soldadura.  

 

  Masa de inercia secundaria 

La masa de inercia secundaria constituye la conexión del volante bimasa a la cadena cinemática en la parte del cambio de marchas. En colaboración con el embrague, transmite el par de giro modulado procedente del volante bimasa. La carcasa de embrague está atornillada en el borde exterior. Tras realizarse el proceso de embrague, en el interior del embrague un mecanismo de muelle presiona el disco de embrague contra la superficie de fricción de la masa de inercia secundaria. El par de giro se transmite por fricción. La masa de inercia de la parte secundaria se compone principalmente de la masa de inercia secundaria y la brida. Los muelles curvados reciben el par de giro a través de las aspas de la brida.  

 

Cojinete 

Asiento del cojinete El asiento del cojinete se encuentra en la masa de inercia primaria. Se trata de una conexión entre la masa de inercia primaria y la secundaria sobre la que se apoya el peso de este último y del plato del embrague. Al mismo tiempo sirve de apoyo a la fuerza de desembrague que actúa sobre el volante bimasa al desembragar. El cojinete no sólo permite un giro de las dos masas de inercia, sino también un ligero movimiento de basculación entre ambos (leve tambaleo). En un volante bimasa se emplean dos tipos diferentes de cojinete.

Cojinete de bolas grande En el disco de inercia primario se monta un buje torneado, que sirve de asiento para un cojinete de bolas grande.  

Cojinete de bolas pequeño En la masa de inercia primaria de chapa se ha montado una brida o reborde del buje con el asiento de cojinete (embutido y torneado). El asiento se puede modificar para que sirva a un cojinete de bolas pequeño, como se puede ver aquí, y también a un cojinete de fricción.  

 

 

Cojinete de fricción El cojinete deslizante o cojinete de fricción se introdujo como desarrollo avanzado del cojinete de bolas en el sistema de alojamiento del volante bimasa. 

Brida 

La brida sirve para transmitir el par de giro de la masa de inercia primaria a la secundaria por medio de los muelles curvados y, por lo tanto, desde el motor al embrague. Está firmemente unida a la masa de inercia secundaria y sus aspas (ver flechas) se encuentran en el canal de muelles curvos de la masa de inercia primaria. En el canal de muelles existe espacio suficiente entre los topes de los muelles curvos, por lo que no se impide el giro de la brida.  

 

 

Versiones de brida:    Brida rígida  En esta forma de construcción, la brida rígida se encuentra unida al disco de inercia secundario por medio de remaches. Para un mejor aislamiento de las vibraciones, las aspas de la brida están construidas según distintas simetrías. La forma más sencilla es la brida simétrica, en la que las partes de tracción y de empuje tienen la misma estructura. De este modo la aplicación de fuerzas en los muelles curvados se realiza tanto en la parte exterior como en la interior de las espiras terminales.  

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  Brida con amortiguador interior  La función principal del volante bimasa consiste en lograr la mejor separación posible entre el cambio de marchas y el motor en lo que se refiere al aislamiento técnico de las vibraciones. Con objeto de cubrir los valores cada vez mas altos del par motor con el mismo espacio de construcción, las curvas características de los muelles curvos también tienen forzosamente una pendiente cada vez mayor, lo cual conduce a un empeoramiento del aislamiento de las vibraciones. Sin embargo, por medio de una amortiguación interior libre de fricción se ha conseguido mejorar el aislamiento. La brida y las chapas laterales tienen en el interior aberturas que sirven de asiento a los muelles de compresión. El buen aislamiento a las vibraciones que proporciona el volante bimasa con amortiguación interior se mantiene hasta el régimen más alto de revoluciones.  En los regímenes altos de revoluciones, la fuerza centrífuga hace que los muelles curvados experimenten un gran empuje hacia fuera contra la guía de deslizamiento y las espiras se bloquean. Como resultado de ello, el muelle curvo adquiere una estructura rígida y el efecto elástico se pierde en parte. Con objeto de poder seguir garantizando una buena eficacia de los muelles, en la brida se montan muelles de compresión rectos. Debido a su menor masa y a su distribución en un círculo de menor radio, estos muelles están sujetos a una fuerza centrífuga también claramente menor. Además, el rozamiento en las aberturas o ventanas de los muelles se reduce aún más debido a la curvatura convexa del borde superior. De esta forma, la fricción y el índice de elasticidad eficaz ya no crecen cuando aumentan las revoluciones.  

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  Brida con acoplamiento de resbalamiento   A diferencia de la brida rígida, el tercer tipo de brida no se encuentra firmemente remachado al disco de inercia secundario. En esta versión, la brida está diseñada como diafragma. Dos chapas de retención se encargan de ajustar la posición de ese resorte de disco en el borde. El resultado en sección transversal es, por tanto, una sujeción en forma de horquilla. El par motor se transmite con seguridad debido a la fricción entre esa sujeción y el plato elástico (la brida). 

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  Disco de control de fricción 

En algunos volantes de inercia de dos masas existe un sistema adicional de fricción: el disco de control de fricción. Este disco posee un ángulo libre (a), es decir que el efecto de fricción adicional no se produce más que en los ángulos de torsión grandes, actuando entonces como una amortiguación complementaria, por ejemplo en el arranque o en los casos de carga adicional.  

Muelles curvados 

Con objeto de organizar un aprovechamiento óptimo del espacio de montaje disponible, se monta un muelle helicoidal en forma de semicírculo con un gran número de espiras. Este muelle curvo está instalado en el canal de muelle del volante bimasa, apoyado sobre una guía de deslizamiento. En funcionamiento, las espiras del muelle curvado se deslizan a lo largo de esa guía de deslizamiento creando así una fricción que se utiliza como sistema de amortiguación. Con La objeto de prevenir el desgaste del muelle curvo, sus puntos de contacto deslizamiento se lubrican con grasa. configuración óptima de la guía en la que el muelle se desliza permiteen unael reducción considerable del trabajo de fricción. Así, al mejor aislamiento de las vibraciones se añade la ventaja del menor desgaste. 

 

Ventajas del muelle curvado:     Fricción elevada cuando el ángulo de torsión es grande (arranque) y fricción baja cuando di dicho cho ángulo se reduce (tracción).    Índice de elasticidad bajo gracias a un aprovechamiento bueno y flexible del espacio de montaje disponible.    Se puede integrar una amortiguación tope. 

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La gran diversidad en el número de muelles curvos permite preparar sistemas de volante de dos masas para cada tipo de vehículo y cada situación de carga del motor. Los muelles curvos se instalan en diversas versiones y con características diferentes de elasticidad. Se utilizan sobre todo:     muelles standard    muelles de dos fases, ya sea como diversas versiones de muelles en paralelo o bien en versión de muelles en serie    muelles de amortiguación 

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En la práctica, los distintos tipos de muelles se utilizan en las combinaciones más diferentes.     Muelle individual La forma más sencilla del muelle curvado es el muelle individual standard.  

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  Muelle de una fase en paralelo

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Los muelles sonuna los longitud llamadoscasi muelles de 1 fase. componen de un muelle exterior y unostandard interior, actuales ambos con igual.paralelos Los dos muelles se Se conectan en paralelo. Las curvas características individuales de los dos muelles se suman formando una curva característica propia del  juego de muelles. 

 

    Muelle de dos fases en paralelo En el caso de los muelles de dos fases en paralelo también hay dos muelles curvos, uno dentro del otro, pero el muelle interior es más corto con objeto de que actúe más tarde. La curva característica del muelle exterior está adaptada al incremento necesario cuando se arranca el motor. Aquí sólo interviene el muelle exterior más blando, de forma que el margen problemático de frecuencias de resonancia se pueda pasar con mayor rapidez. Cuando el par motor aumenta, llegando hasta el valor máximo, también actúa el muelle interior. En esta segunda fase, el muelle exterior y el interior trabajan conjuntamente. La colaboración de ambos muelles puede garantizar así un buen aislamiento acústico en todos los regímenes de revoluciones.  

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  Muelle curvado de tres fases Este muelle curvado se compone de un muelle exterior y dos muelles interiores de distinta característica elástica conectados en serie. Aquí se utilizan conjuntamente los dos conceptos de muelle en paralelo y muelle en serie con objeto de poder garantizar una compensación torsional óptima para cada valor del par motor. 

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El volante bimasa compacto lleva incluido también el embrague, con su plato de presión y disco de fricción como se ve en la figura inferior..  

 

 

Nota: hasta aquí hemos explicado la constitución y funcionamiento del volante bimasa de la marca Luk. Ahora explicamos el volante bimasa de la marca SACHS. 

El volante bimasa planetario (DMF) de SACHS 

Por cuanto a su estructura, el volante de inercia bimasa con reductora planetaria, si se compara con la versión de la marca LUK (el volante bimasa estudiado anteriormente), se diferencia por incorporar una reductora planetaria, que se caracteriza por un elevado momento de inercia de las masas, que se traduce en una buena calidad en la amortiguación de las vibraciones. Aparte de ello, monta muelles cortos, colocados en serie con diferentes longitudes y durezas, y guiados a su vez por medio de patines y platillos de material plástico. Eso permite adaptar adecuadamente el volante de inercia bimasa a la motorización que corresponde y reducir la fricción de los muelles, sobre todo a regímenes superiores y al producirse cargas alternas.  

 

 

 

  En el volante bimasa planetario de SACHS, el engranaje planetario y el amortiguador torsional están incorporados en el volante. Para este propósito, el volante está dividido en masa primaria y secundaria, de ahí el nombre "volante bimasa planetario".

El volante bimasa también se puede utilizar en cajas de cambios automáticas, un ejemplo son las cajas de cambio de transmisión continua CVT (Continuously Variable Transmission) . La transmisión de fuerza no se trasmite por fricción entre cambios.   masa secundaria y disco, sino directamente del buje del estriado del disco al eje primario de la caja de

 

 

También el volante bimasa se utiliza en las cajas de cambios DSG (Direct Shift Gearbox) . Con este nuevo sistema, de doble embrague, los cambios de velocidad son mucho más rápidos y suaves. Se manejan fácilmente, como los de una caja de cambios automática secuencial. Esta caja cuenta con dos embragues, el primer embrague (K1), mueve las marchas impares y la marcha atrás; el segundo embrague (K2) se encarga de las pares. Esta caja de cambios es equivalente a dos cajas de cambios paralelas que permiten un mayor dinamismo y no existe interrupción alguna en el momento de cambio de velocidad, como una transmisión manual automatizada. Ambos embragues están gestionados por el control inteligente hidráulico y electrónico (Mechatronic). Los embragues pueden ser multidisco húmedos o monodisco en seco depende de la versión de la caja de cambios. La caja DSG puede ser de 6 o 7 velocidades según versión.