A száraz mechanikus tengelykapcsolók működése

Nem csak az elektromos meghajtású járművek, de már a belső égésű motoros típusok világában is kihalófélben van az a technológia, mely nélkül néhány évtizeddel ezelőtt még elképzelhetetlen lett volna az autóipar.

A mechanikus tengelykapcsolók világa egészen kisméretűre csökkent, ma már szinte csak a legegyszerűbb felszereltségű személygépkocsikhoz és a sportautók egy részéhez kapunk manuális sebességváltót, technikai szempontból azonban tartogat néhány érdekességet. Ebben a cikkben általánosságban ejtünk szót a kéziváltók tengelykapcsolóiról, majd részletesebben taglaljuk a száraz mechanikus változatokat.

Történeti áttekintés

A mechanikus tengelykapcsolók története szerkezeti okokból összefügg a kézi sebességváltóéval. Ennélfogva mindkettőről elmondható, hogy majdnem pontosan annyi idősek, mint az autózás.

Ennek az az oka, hogy a belső égésű motorok fordulatszámtartománya túlságosan szűk ahhoz, hogy kielégítse a kerekek fordulatszámtartományát, nem beszélve arról, hogy a különböző feltöltési módon megjelenése előtt a motorok egy sokkal szűkebb tartományban működtek optimálisan.

A sebességváltóval elérték, hogy mindig viszonylag közel tartsák a motor fordulatszámát ehhez a tartományhoz. Ám ehhez szükséges volt, hogy az áttétel megváltoztatásának idejére megszakítsák a hajtást.

A mechanikus váltó két francia feltaláló, Louis-Rene Panhard és Emile Levassor nevéhez köthető 1894-ből.

A tengelykapcsolókról általánosságban

A tengelykapcsoló egy oldható szerkezet, mely valamilyen módon kapcsolatot teremt a jármű motorja és a sebességváltó között. A kapcsolat módja többféle lehet, jelen esetben tisztán mechanikusról beszélünk.

Szakmai berkekben szokás főtengelykapcsolónak is nevezni, ugyanis a gépjárművekben további oldható vagy nem oldható tengelykapcsolók is beépítésre kerülhetnek – erre például szolgálhat a sebességváltók szinkronizáló berendezéséhez elengedhetetlen külső vagy belső kúpos, oldható tengelykapcsoló, vagy említhetnénk a féltengelynél található rugalmas, szöghajtást is biztosító Hardy tárcsát is.

Feladatai közé tartozik a motor maximális nyomatékának üzembiztos átvitele a sebességváltóra, valamint a sima, egyenletes, vibrációmentes indítás biztosítása. Ez utóbbit úgy éri el, hogy a tengelykapcsolónak nem csak két végállása létezik, hanem a vezető képes csúsztatni azt, így a nyomaték átvitelének felépülése lágyabb, és fokozatosabb lehet.

Bizonyos esetekben viszont pont az ellenkezőjére van szükség: magasabb fokozatok közötti váltásnál, haladás közben épp a gyors oldás és visszakapcsolás a követelmény.

Talán nem evidens, de a tengelykapcsoló csillapítási funkciót is betölt: a motorból induló torziós lengések jelentős részét képes elnyelni.

Végül a tengelykapcsoló védelmet is jelent: az esetleges extrém túlterheléseknél megcsúszik, így megvédi az erőátviteli rendszert a károsodástól.

Mechanikus tengelykapcsolók

Személygépkocsikban a mechanikus változatok hamar népszerűvé váltak a fenti feladatok betöltésére. Ennek elsődleges oka, hogy olcsó volt előállítani, ráadásul kis helyen elfért, könnyen szervizelhető volt, kellően kis mérete pedig azt is biztosította, hogy elenyésző tehetetlenségi nyomatékkal rendelkezzen, ami nagyban felgyorsította a kapcsolási, szinkronizálási időket.

A mechanikus tengelykapcsolók súrlódó tárcsával kapcsolódnak a hajtóegységekhez, melynél egészen pontosan megadható, hogy mekkora nyomatékot képes átvinni a motortól. Ez természetesen nagyobb kell legyen, mint a motor legnagyobb nyomatéka. Ennek a két számnak az aránya a tengelykapcsoló biztonsági tényezője, azaz a nyomatékfelesleg tényező. Megválasztása lényeges szempont: 1-nél mindenképp nagyobbnak kell lennie, de túl nagy sem lehet, mert akkor nagy terhelések esetén sem csúszik meg, és a hajtás többi eleme sérülhet.

Személygépkocsiknál ez az érték jellemzően 1,8 és 2 között található, ami azt jelenti, hogy a tengelykapcsoló közelítőleg kétszer annyi nyomatékot lenne képes átvinni a hajtáson, mint amennyit a motor le tud adni.

Egytárcsás, száraz mechanikus tengelykapcsoló

A mechanikus változatok zsugorodó piacán ma is ez a legnépszerűbb kialakítás a személygépkocsik körében.

Fő szerkezeti elemei:

• Lendkerék: A motor főtengelyéhez van rögzítve, így azzal mindig együtt forog. Általában vasöntvény, mert fontos a jó a hőtűrő képessége. A konstrukció olyan, hogy nagy inerciája okán kiegyenlíti a motor működése során ébredő egyenlőtlen nyomatékviszonyokat. Egyúttal platformot ad az elektromos önindító csatlakoztatására.
• Nyomótárcsa: a lendkerékkel, ezáltal a motorral mindig együtt forog. Szintén vasöntvény, mert itt is kulcsszerepet játszik a súrlódásból adódó magas hőmérséklet. Fő feladata a nyomaték egy részének átvitele a tengelykapcsoló tárcsájára (kuplungtárcsa).
• Tengelykapcsoló ház fedél: Szintén együtt forog a motorral, a külső burkolatát adja a tengelykapcsolónak. Elsődleges feladata a szerkezet külvilágtól, szennyeződésektől történő elszigetelése.
• Összeszorító csavarrugók: Beszédes nevükből adódóan ezek a szerkezeti elemek szorítják hozzá a nyomótárcsa közvetítésével a kuplungtárcsát a lendkerék súrlódófelületéhez.
• Kiemelő karok vagy villák: Léteznek olyan kivitelek, melyeknél a motor nyomatékának egy része a lendkerékhez rögzített tengelykapcsoló házról, kiemelő villák segítségével kerül a nyomótárcsára.
• Kinyomó csapágy: Ez az alkatrész csak akkor működik, amikor szétkapcsolást kezdeményezünk. A szervizintervallum megállapításában kulcsszerepet játszik az élettartama.

A kapcsolás

Ha tengelykapcsoló általi hajtásmegszakítást többféle névvel illetik: szétkapcsolás, kiemelés, oldás – ezek mind ugyanazzal a jelentéssel bírnak.

A mechanizmus kezdete a vezetőnél indul: a tengelykapcsoló pedált a sofőr lenyomja. Ekkor a tengelykapcsoló működtető szerkezete (rudazat, acélsodrony kötél vagy hidraulikus rendszer) a kinyomó csapágya álló részét tengelyirányban elmozdítja. A csapágy forgó gyűrűje a tengelyirányú erőt a kiemelő karokra továbbítja.

A karok másik vége a nyomótárcsa furatához csatlakozva tengelyirányban elmozdítja a nyomótárcsát. Ezzel megszűnik a direkt mechanikus kapcsolatot biztosító erő, mely összetartja a kuplungtárcsát a forgó lendkerékkel és a nyomótárcsával.

Szinter kuplung

Létezik olyan mechanikus tengelykapcsoló, melyet nem lehet csúsztatni, csak a két végállása létezik. A szinter kuplung nem csak súrlódással, hanem körmös kapcsolaton keresztül alakzárással viszi át a szükséges nyomatékot.

Ennek nagy előnye a hagyományos súrlódótárcsákhoz képest, hogy jelentősen nagyobb nyomatékot képes átvinni. Hátránya viszont, hogy a közúti használat során is csúsztatás nélkül kell megoldanunk az elindulást, mely extra terhet ró az autó hajtásláncára és annak vezetőjére is. Ezt a megoldást jellemzően versenypályára épített járműveken alkalmazzák.