Homenaje a la primitiva transmisión automática CVT desarrollada por DAF en Holanda hace 60 años...la transmisión DAF VARIOMATIC.

DAF VARIOMATIC.

1) INTRODUCCIÓN:

Era un momento (entre los 50 y 60) en que las transmisiones automáticas contaban solo con dos, tres o a lo sumo cuatro relaciones apoyándose en la capacidad del convertidor hidráulico para multiplicar el par del motor y lograr así que el motor tire lo suficientemente fuerte en un amplio rango de velocidades. Estas transmisiones Hidramatic o similares tenían mucho patinamiento y saltos de marcha lentos y que se notaban en exceso. Las cosas para estas transmisiones automáticas "convencionales"han cambiado en estos días, ya que con la ayuda de la electrónica tienen tantos o más velocidades que la transmisión manual equivalente y así muchos de los problemas con las automáticas ya se han superado.

La firma holandesa DAF pensó que esto sería completamente diferente si la transmisión misma pudiera establecer la relación de transmisión necesaria. El motor podría adaptarse a la velocidad del automóvil para que ofreciera el mejor rendimiento posible o, alternativamente, la mejor economía de combustible posible, todo el tiempo. Para obtener la mejor aceleración posible desde un arranque de pie o al adelantar, el motor debe mantenerse a su velocidad de torque máxima; Para obtener la mayor economía, debe mantenerse a la velocidad a la que su consumo de combustible es mejor para esa apertura particular del acelerador. 

Estamos hablando mucho antes de la era electrónica, en donde un diseño simple pero efectivo para lograr esto fué la transmisión Variomatic construida  por DAF y diseñada y desarrollada por Hubb Van Doorne, (que también se usó en los modelos Volvo más pequeños, el 66 y el 343). Abajo en funcionamiento...

2) ORIGENES DE LA DAF VARIOMATIC CVT
La Variomatic fue una primitiva CVT (transmisión continuamente variable). Sus principios de funcionamiento mostraron cómo se podía lograr un engranaje infinitamente variable (dentro de ciertos límites), mientras que sus inconvenientes explican el por qué era necesario tanto trabajo de desarrollo para hacer realidad las CVT en la actualidad.

DAF...The DUTCH automobile con Variomatic

El corazón del sistema Variomatic era un par de correas que transmitían el accionamiento de un par de poleas a otro par. Se obtuvieron cambios en la relación de transmisión variando el diámetro operativo de las poleas. La transmisión Variomatic tenía seis componentes principales: dos poleas motrices, dos poleas conducidas y un par de correas motrices para unirlas. Las poleas motrices se montaron en un eje transversal, que fue girado por el motor y las poleas conducidas se colocaron y se mantuvieron en los ejes en el conjunto de accionamiento final. La transmisión proporcionó un rango casi infinito de relaciones al variar automáticamente el diámetro operativo de las poleas. Cuando el automóvil se alejaba del reposo, el torque del motor debía multiplicarse considerablemente; en otras palabras, el motor tenía que girar más rápido que las ruedas del automóvil. Por lo tanto, las poleas motrices debían tener un diámetro pequeño, mientras que las poleas motrices tenían que ser grandes.

Transmisión Variomatic completa. Suspensión con eje De Dion

Cuando el automóvil estaba en marcha, había menos necesidad de multiplicar el par del motor, por lo que si el diámetro de la polea motriz se pudiera expandir y el diámetro de la polea conducida se contrajera, se obtendría una relación eficiente para la nueva condición. Una extensión lógica de este concepto fue cambiar gradualmente los diámetros de las poleas a medida que el automóvil se alejaba. Esto dio como resultado una caja de cambios "continua" o continuamente variable. Esto fue logrado por el Variomatic.

3) TÉCNICA DE LA DAF VARIOMATIC...poleas que se separan y juntan por fuerza centífuga y vacío del motor.

No es cierto decir que las poleas de Variomatic cambiaron de diámetro en general. De hecho, se mantuvieron en un tamaño constante y fue la porción de las poleas que las correas realmente operaron que variaron en diámetro. Esto resultó tanto de la construcción de las poleas como de la forma de las correas. Cada una de las poleas se hizo en dos mitades. Una mitad estaba fijada a su eje, mientras que la otra era libre de deslizarse a lo largo de ella. La cara de cada mitad era cónica, de modo que cuando se ve a través de sus ejes, el espacio entre un par forma una "V" profunda.

Los cinturones tenían una ligera sección en forma de cuña y, por lo tanto, encajaban perfectamente en el espacio entre las mitades de la polea. Cuando las mitades de la polea estaban juntas, la correa se asentaría cerca de la polea borde exterior de la polea pero si la mitad deslizante se aleja, la "V" de la polea se ensanchará, la correa se deslizará más profundamente y el diámetro efectivo de la polea se habrá reducido. Por lo tanto, cuando el automóvil necesitara una reducción considerable del torque, las mitades de las poleas motrices estarían bien separadas y, por lo tanto, las correas operarían con un diámetro pequeño.

Ubicación de las poleas en el auto (en este caso un Volvo). El eje trasero debía ser de tipo De Dion

Las mitades de las poleas impulsadas o conducidas, mientras tanto, estarían muy juntas, por lo que las correas se acoplarían a un gran diámetro. A medida que el automóvil ganaba velocidad, las poleas de conducción se cerrarían y las poleas de transmisión se abrirían y la relación de transmisión cambiaría. La teoría era bastante simple, pero los detalles prácticos de cómo las porciones deslizantes de las poleas se veían obligadas a moverse hacia adentro y hacia afuera eran mucho más complejas. La sección deslizante de cada polea motriz tenía un ajuste flojo en el eje transversal.

Una parte de la sección deslizante tomó la forma de un conjunto de tambor hueco y dentro de este tambor había un conjunto de pesas centrífugas: estos pesos se pivotaron en el eje transversal. Una vez que el automóvil se había alejado del reposo, era necesario hacer un cambio de marcha hacia arriba, esto se efectuaba moviendo la porción deslizante de la polea motriz hacia la mitad fija, aumentando así el diámetro efectivo de la polea. El movimiento fue logrado por los pesos centrífugos. A medida que el automóvil se aceleró, estos pesos fueron arrojados hacia afuera por la fuerza centrífuga y contactaron con la mitad deslizante del conjunto de la polea. Su presión lo forzó a lo largo del eje transversal, más cerca de la porción fija de la polea. La correa de transmisión se apretó luego en una sección más alta de la "V" de la polea de transmisión, de modo que el diámetro efectivo de la polea se amplió y se realizó un "cambio de marcha" hacia arriba.

Cuando el automóvil promedio sube una colina larga, normalmente se requiere un cambio de marcha hacia abajo. Con el Variomatic, esto significaba que la parte deslizante de la polea de la correa de transmisión necesitaba ser empujada hacia atrás a lo largo del eje transversal. Cuando se encuentra una colina, la resistencia del automóvil al movimiento hacia adelante obviamente aumentaría y esto se transferiría a la transmisión a través de las ruedas motrices. La resistencia en las ruedas aumenta la fuerza sobre las correas de transmisión y, en consecuencia, se acuñan en las poleas de transmisión, forzándolas a separarse. Esto obligó a las correas a operar con un diámetro de polea motriz más pequeño y, por lo tanto, la transmisión "cambió" a una relación menor.

La forma en que la polea conducida se expande y contrae es una operación relativamente simple porque la polea conducida simplemente responde al cambio en el diámetro de trabajo de la polea conductora. Como la correa de transmisión es de una longitud fija, cuando se hizo un cambio hacia arriba y la polea de transmisión se expandió, la correa se apretaría alrededor de la polea conducida. Por lo tanto, la correa se forzaría más profundamente en la "V" de la polea conducida, separando así las dos mitades. Por el contrario, cuando la polea motriz se contrajo, hubo una cierta holgura en la correa y, cuando la polea conducida se cargó por resorte, las dos mitades de la polea se volvieron a unir, lo que obligó a la correa a enganchar un diámetro efectivo mayor. Las correas y los pesos centrífugos fueron ayudados a cambiar la relación de transmisión mediante un vacío de control desde el colector de entrada del motor. El tambor en la polea deslizante estaba dividido en dos cámaras por un diafragma, que formaba un sello hermético flexible. Su centro estaba unido al eje transversal de la transmisión, mientras que su perímetro estaba vinculado a las paredes del tambor. Cada mitad del tambor estaba conectado, por tuberías, al colector de entrada del motor.

Si el vacío en el colector de entrada aspirara el aire dentro de ambos lados del tambor, la presión atmosférica en la otra mitad del tambor haría que toda la polea deslizante se moviera a lo largo del eje transversal. Mientras el automóvil se alejaba del reposo, se admitía vacío en la cámara exterior del tambor. Por lo tanto, la presión de aire en la cámara interior forzó la parte deslizante de la polea a lo largo del eje transversal, apretando así la correa a un diámetro de trabajo más grande y ayudando a la transmisión a "cambiar". Por lo tanto, el control de vacío estaba ayudando a los pesos centrífugos, que, en estas circunstancias, ya estaban deslizando la polea en la misma dirección. Ahora, con el automóvil en marcha, puede ser necesaria una aceleración repentina para adelantar. La mayoría de las transmisiones automáticas, incluida la Variomatic, tienen un control de reducción que proporcionará inmediatamente una relación más baja en estas circunstancias. El conductor simplemente presiona con fuerza el acelerador y la relación más baja se proporciona automáticamente.

En el caso del Variomatic, la depresión repentina del acelerador liberó el vacío del tambor externo. Esto eliminó la asistencia prestada a los pesos centrífugos y, por lo tanto, la mitad deslizante de la polea se alejó de la mitad fija, lo que obligó a la correa a funcionar en un radio de polea relativamente más pequeño. Sin embargo, las posiciones de entrada de vacío se invirtieron cuando el automóvil descendía una colina empinada y se necesitaba una marcha baja para frenar el motor. En estas circunstancias, el conductor levantaría el pie del acelerador y el vacío sería admitido en la cámara interior del tambor. La presión atmosférica en la cámara exterior ayudó a tirar de la polea deslizante lejos de la porción fija, contra la fuerza de los pesos centrífugos. Forzar las mitades de la polea para separarlas haría que la correa funcione en un radio de polea motriz más pequeño; en otras palabras, se proporcionará una relación más baja.

El vacío se canalizó a la porción de cámara correcta del tambor mediante una válvula (o válvulas). En los modelos DAF 33 y 44, esta válvula fue operada por el enlace del acelerador al carburador; cuando el conductor movió el acelerador, también ajustaron la posición de la válvula. Desde el modelo 55 en adelante, DAF empleó una válvula un poco más sofisticada que tenía un solenoide activado por un sensor de velocidad del motor. Los modelos Volvo 66 y 343 refinaron aún más el sistema mediante el uso de dos válvulas en lugar de una sola, nuevamente operada por solenoide.

4) PROBLEMAS DE LAS PRIMITIVAS CVT VARIOMATIC

Hay varios puntos importantes a tener en cuenta sobre la transmisión Variomatic. Primero, dio un engranaje infinitamente variable pero solo entre ciertos límites. 

En segundo lugar, el Variomatic no tenía, debido a que tenía una marcha inferior limitada, la capacidad de comenzar desde el reposo sin ningún tipo de embrague. En los autos DAF y Volvo más pequeños que usaban esta transmisión, se logró un diseño de dos pedales usando un embrague centrífugo. Esto funcionó bastante bien, pero dio lugar a ciertos problemas, sobre todo un "crujido" cuando se seleccionó la marcha hacia adelante o hacia atrás desde neutral después de comenzar con el "estrangulador" del carburador y las altas revoluciones del motor. En los últimos modelos de Volvo que usaban el Variomatic, el embrague centrífugo se modificó para proporcionar una toma de dos etapas para un acoplamiento más suave, mientras que un servo embrague operado por presión en la palanca selectora permitió un acoplamiento silencioso del accionamiento desde neutral. Desde el punto de vista del conductor, el Variomatic siguió siendo la transmisión más simple que existía, ya que solo podían seleccionar posiciones de avance, retroceso o neutral (aunque también había una posición de estacionamiento en algunos modelos posteriores en la gama Volvo).

Tercero, el uso de una correa flexible para transmitir torque tiene sus límites. Si bien el Variomatic se hizo funcionar satisfactoriamente y con una buena vida útil de la correa con motores de hasta 1.4 litros de capacidad, el tamaño de las correas y las unidades de poleas que se necesitaban aumentaron rápidamente con el par máximo, hasta el punto en que no era práctico ampliar el sistema incluso para un motor de 2 litros. En la mayoría de las aplicaciones, se usaron dos correas de transmisión, aunque había un modelo DAF, el 46, que usaba solo una correa y un par de poleas, lo que ahorraba peso y costo. También utilizó un diseño de suspensión trasera De Dion y un motor bicilíndrico refrigerado por aire, lo que lo convierte en un automóvil económico técnicamente sofisticado. Estas limitaciones no fueron suficientes para evitar que Variomatic disfrutara de un éxito significativo en varias ramas del deporte del motor.

DAF en el Rallye de Monte-Carlo 

DAF en la Marathon London-Sidney

Los hermanos holandeses de Rooy, por ejemplo, utilizaron un DAF 55 con motor Ford en eventos de rally-cross a finales de los años 60 y principios de los 70. El motor BDA estaba montado, transversalmente, en el centro de la carrocería DAF y conducía una transmisión Variomatic muy modificada que estaba acoplada a las cuatro ruedas. También se montó en un Brabham de Fórmula 2 pero rápidamente fué prohibida reglamentariamente.

Jack Brabham experimentando con la Variomatic en competición...dicen que funcionaba muy bien pero se prohibió..

El inconveniente más importante del sistema Variomatic es su límite de par bajo, establecido mediante el uso de correas flexibles. Gran parte del desarrollo de CVT se concentró en aumentar este límite a través de correas más fuertes, utilizando "bloques" de acero rígidos para transmitir el par.

metálica para resistir mayor torque

En cualquier caso, la capacidad de la correa o la cadena para transmitir una gran cantidad de torque para un tamaño dado proporcionó la capacidad de usar el sistema con motores más grandes o de instalarlo en espacios más pequeños cuando se usaba con unidades de potencia de pequeña capacidad. 

Actualmente mucho se ha progresado en cuanto a las cajas CVT sobre todo con la electrónica que se tiene a disposición para controlarlas pero este artículo tiene el objetivo de ser un homenaje a los pioneros de esta tecnología.

Fuentes: you tube, https://www.uniquecarsandparts.com.au,Hubb Van Doorne