El embrague es uno de esos componentes cuyo concepto ha evolucionado en gran medida desde los primeros días del automóvil. Descubrir las tecnologías que han perfeccionado el vínculo entre motor y caja de a cambios a lo largo de más de un siglo te ayudará a ampliar tus conocimientos en materia de transmisión. Por eso, en este post vamos a analizar con detalle el funcionamiento del embrague, desde sus inicios hasta el precursor del embrague actual. Si te interesa saber más sobre este componente, no dejes de leer la continuación de este artículo: Hacia el embrague moderno. De forros, muelles y diafragmas.
Si bien la historia sitúa el nacimiento del automóvil en 1886, no fue hasta finales de la primera década del siglo XX cuando el motor de combustión se impuso a gran escala, superando a los vehículos eléctricos y a vapor. Estos últimos presentaban una gran ventaja frente a los primeros. Gracias a su curva de par casi ideal, no requerían ni embrague ni caja de cambios, por lo que eran mucho más fáciles de manejar, menos propensos a sufrir averías y presentaban un mantenimiento más fácil.
Dado que el motor de combustión sólo genera potencia con cierto número de revoluciones, tiene que disponer de una posibilidad de separación entre el motor y la caja de cambios. La necesita para alcanzar un número de revoluciones determinado al arrancar, y para cambiar de marcha sin carga durante la conducción.
El pionero: Embrague por correa
El principio de funcionamiento de los primeros embragues procede del concepto de transmisión habitual en la industria a finales del siglo XIX, mediante correas planas de cuero. Al tensar dicha correa mediante una polea tensora, la potencia de accionamiento de la polea del motor se transmitía a las ruedas motrices, y al aflojarse, se deslizaba, es decir, se desembragaba.
Este proceso desgastaba las correas de cuero con mucha rapidez, por lo que pronto se cambió de planteamiento y, además de la polea de accionamiento, se empezó a instalar un disco igual de grande con marcha en vacío. Al accionar una palanca, la correa de transmisión podía desviarse de la polea libre a la polea motriz. El vehículo a motor patentado de Benz de 1886 (ver imagen más arriba), considerado primer automóvil de la historia, recurría a esta solución de embrague.
Este concepto accionamiento por correa tuvo un recorrido corto en el automóvil, a causa de inconvenientes como una baja eficiencia, una alta predisposición al desgaste y características de rodadura insuficientes, especialmente con lluvia, por un lado, así como la necesidad de cajas de cambio para las potencias de aumento gradual del motor, por otro lado, llevaron a los fabricantes a buscar otras soluciones.
Nace el embrague de fricción
Así es como surgió una gran variedad de tipos de embrague. Incluso los precursores de nuestros embragues actuales, que se basan en el principio básico del embrague de fricción, se desarrollaron en aquel entonces: en este caso, un disco colocado en el extremo del cigüeñal se aproxima a un segundo disco fijo para embragar. Al tocarse los discos se produce fricción, y el disco no accionado empieza a ponerse en movimiento (ver imagen).
A medida que aumenta la presión de apriete y se incrementan las revoluciones, el disco motriz arrastra al accionado hasta que se consigue adherencia y ambos alcanzan la misma velocidad de rotación. En el tiempo desde que los discos están separados hasta que se juntan, la energía del accionamiento principal se convierte en calor al deslizarse los discos entre sí.
Un nuevo concepto, el embrague cónico
Con este procedimiento, se consigue tanto un embragado suave y progresivo como una transmisión de fuerza sin pérdidas con el embrague accionado. El vehículo de ruedas de acero fabricado por Daimler en 1889, equipado con un embrague de fricción cónico (ver imagen superior) ya disponía de la forma básica de este principio de construcción. En este caso, en el volante torneado de forma cónica engrana un cono de fricción que se mueve libremente en el árbol del motor propulsor y que está conectado fijamente al árbol del embrague mediante la carcasa del embrague.
El cono se presiona en la contrapieza del disco del volante con un muelle y, presionando el pedal, puede ser atraído contra la presión elástica a través del casquillo de desembrague de libre movimiento. De este modo se interrumpe el flujo de fuerza. Al principio, correas de pelo de camello servían como forro de fricción en la superficie cónica, pero pronto fueron sustituidas por correas de cuero, que se empapaban en aceite de ricino para protegerlas frente a humedad, grasa y aceite (figura 5).
Este procedimiento tenía las ventajas de ser autoajustable y de no cargar el árbol primario ni el árbol de la caja de cambios. Sin embargo, predominaban los inconvenientes. Por ejemplo, el disco volante y el cono del embrague eran muy grandes y al desembragar se detenían con demasiada lentitud. Como las cajas de cambios todavía no estaban sincronizadas, se requería que el embrague se quedara quieto rápidamente después de desembragar para cambiar de marcha.
Para solucionar este inconveniente, a partir de 1910 se instaló un freno adicional del embrague o de la caja de cambios que tenía que accionarse mediante un segundo pedal, la mayoría de las veces en combinación con el pedal del embrague y situado con éste en un árbol de pedal conjunto. Por comodidad, en aquel entonces muchos conductores dejaron de cambiar de marcha y en su lugar prefirieron dejar patinar el embrague para regular la velocidad del vehículo, sobrecalentando el embrague y provocando su bloqueo al enfriarse.
La búsqueda de nuevos conceptos de forros de embrague que no se bloquearan llevó a probar variantes tan exóticas como eficaces, desde el forro de camello o el aluminio refrigerado por aceite (ver imagen).
El embrague de fleje de acero
Los embragues cónicos fueron la referencia hasta la década de 1920, gracias sobretodo a su simplicidad. La única alternativa a esta tecnología la planteó el embrague de fleje de acero, una variedad del embrague cilíndrico instalado por Daimler en los vehículos Mercedes desde finales del siglo XIX, y que se empleó hasta aproximadamente la Primera Guerra Mundial gracias a su ingeniosa y sencilla solución de construcción.
En el embrague de fleje de acero (en la imagen superior), un fuerte fleje elástico helicoidal, que alojaba el talón en forma de tambor del árbol de transmisión, estaba situado en una entalladura del disco volante. Un extremo del muelle helicoidal estaba conectado al disco volante, y el otro estaba fijado a la tapa de la carcasa del muelle. El accionamiento del pedal del embrague tensaba el fleje elástico y se enrollaba (autopotenciador) de forma cada vez más firme alrededor del tambor arrastrando el árbol de la caja de cambios, es decir, se embragaba. El tensado del muelle únicamente requería una ligera fuerza y conseguía un embragado suave.
El precursor del embrague actual
La solución que dio origen al embrague actual se la debemos al profesor Hele Shaw, cuyo embrague de discos múltiples comenzó a emplearse en automóviles en 1905. Se trataba de una tecnología que ofrecía una superficie de fricción mucho mayor, requería poco espacio y ofrecía un engrane continuo (imagen superior).
En el embrague multidisco, el disco volante está unido a una carcasa en forma de tambor, dotada de ranuras en su interior que corresponden a la forma del borde exterior de los discos, por lo que giran con el cigüeñal o el volante, pero al mismo tiempo pueden desplazarse en dirección longitudinal. Un número idéntico de discos con entalladura interior está centrado en un cubo unido al árbol del embrague.
Los discos pueden desplazarse en el cubo en la dirección longitudinal del árbol del embrague. Durante el montaje, se combinan alternativamente discos de embrague interiores y exteriores para formar un paquete de platos en el que se alternan un disco motriz y un disco accionado respectivamente. Los pares de platos formados de este modo, en los que al principio giraba un disco de bronce contra un disco de acero, se prensaban mediante un disco de presión por muelle de embrague. De este modo, todos los discos del embrague engranaban de forma continua.
Gracias a este progresivo aumento de la potencia de fricción, el embrague de discos múltiples engranaba con mucha suavidad. Al rebajar la tensión del muelle los discos se volvían a desembragar, en parte apoyados por franjas elásticas dobladas del plano de los discos. Al variar el número de pares de discos, un tipo básico de embrague se podía adaptar a cualquier potencia del motor. Los embragues multidisco funcionaban tanto en baño de aceite o petróleo como en seco. Su mayor desventaja era sin duda el efecto de arrastre, sobre todo en baño de aceite, que provocaba una interrupción de potencia insuficiente, lo cual dificultaba el cambio de marcha. En unos cuantos años, la llegada del embrague monodisco lo cambiaría todo, desbancando al embrague cónico y al embrague de discos múltiples. Si quieres saber más, te contamos todo sobre el origen del embrague monodisco y sus sucesivas evoluciones de muelles y diafragma en la interesante continuación de este post.
Imagen de apertura: Wikipedia Commons
