A Tengelykapcsoló Működése, Típusai és Modern Működtetési Rendszerei

A tengelykapcsoló a motor és a sebességváltó között helyezkedik el, és egy olyan elem, amely közvetlenül kapcsolódik a motorhoz a személygépkocsi sebességváltójában, hogy lekapcsolják és megvalósítsák a motor erőátvitelét az erőátviteli rendszerre. A súrlódó tengelykapcsolókat széles körben használják az autóipari mechanikus erőátviteli rendszerekben, hiszen az autóátviteli rendszerekben használt tengelykapcsolók általában súrlódást használnak az energia továbbításához. A tengelykapcsoló teszi lehetővé, hogy a belsőégésű motor alapjárati fordulatszámon működjön, miközben a gépkocsi áll. Fő funkciói közé tartozik a sima indítás, a könnyű sebességváltás és a sebességváltó rendszer túlterhelésének megakadályozása.

A Tengelykapcsoló Fő Funkciói

1. Sima Indítás

Amikor az autó álló helyzetből mozog, futás közben fokozatosan nulláról növekszik, és a motor jár, mielőtt az autó jár. Ha a motor teljesítményét közvetlenül továbbítja a meghajtó kerékre, akkor a motor kikapcsol az autó hatalmas tehetetlensége miatt, vagy az autó remegni kezd, sőt a gép károsodását is okozhatja. A tengelykapcsolót fokozatosan bekapcsolhatja a tengelykapcsoló, amikor az autó elindul (ugyanakkor a gázpedált fokozatosan lenyomva növelik a motor nyomatékát), és a tengelykapcsoló sebességváltójának nyomatékát fokozatosan növelik a fokozatosan növekvő súrlódás Kényszerítés. Ezután a motor nyomatéka átadható kicsiről nagyra a hajtókerékre a hajtóerő generálása érdekében. Ha a hajtóerő elég nagy ahhoz, hogy legyőzze a gépkocsi vezetési ellenállását, akkor a kocsi lassan megáll, miközben leáll, ezáltal simán indul.

2. Könnyű Sebességváltás

A tengelykapcsoló elválasztásával az erőátvitelt lekapcsolják, ami kényelmes a szükséges felszerelés felfüggesztésére. Az autóban használt kézi sebességváltó-váltónak a sebességváltó helyzetének megváltoztatásakor le kell állítania a motor teljesítményét, hogy az eredeti hálós sebességváltó könnyen elválasztható legyen, így a két sebességváltó kerületi sebessége szinkronizálható a szinkronizálás elérése érdekében gyorsabban, hogy lefagyjon. A blokkolás ugyanakkor elkerülheti vagy csökkentheti a sebességváltó hatását.

3. A Hajtáslánc Túlterhelés Elleni Védelme

Amikor az autó vészfékezés alatt van, a kerékfékek miatt a kerekek hirtelen megállnak és leállnak. Ha a motort szilárdan a hajtóműhöz csatlakoztatják, a reteszelt hajtókerék kényszeríti a motort hirtelen leállásra, és a motor mozgó alkatrészei nagy tehetetlenségi nyomatékot generálnak (az érték jelentősen meghaladhatja a normál motornál generált maximális nyomatékot működés). Ez a nyomaték befolyásolja az erőátviteli rendszert, ami okot okoz: az erőátviteli rendszer túlterhelt és a mechanizmus megsérült. A tengelykapcsolóval az ésszerű szerkezeti kialakítás révén a továbbított legnagyobb nyomaték egy bizonyos értéktartományon belül szabályozható, általában a motor maximális kimeneti nyomatékának kétszeresére. Ha a sebességváltó rendszert olyan terhelésnek vetik alá, amely meghaladja a tengelykapcsoló által átadott maximális nyomatékot, a tengelykapcsoló automatikusan megcsúszik, hogy kiküszöbölje ezt a veszélyt, és így hatással legyen az erőátviteli rendszerre. A túlterhelés elleni védelem.

Tengelykapcsoló Típusok és Csoportosításuk

A tengelykapcsolók olyan gépelemek, melyek két tengelyvég között nyomaték, fordulatszám, illetve teljesítmény átadására szolgálnak. Két tengelyrészt tengelykapcsolóval kötünk össze, peremes kivitelben egyéb gépelemek (szíjtárcsák, fogaskerekek, lendítőkerekek, stb.) összekapcsolására is alkalmas. A tengelykapcsolókat mindig szorosan a csapágy mellé helyezzük olyan elhelyezésben, hogy mindegyik tengely legalább két helyen legyen csapágyazva. A kapcsolót - a hajtás felől nézve - a csapágy mögé szereljük, hogy oldott állapotban is üzemképes maradjon a tengely. Két különböző átmérőjű tengely összekötése esetén a vastagabb tengely végét lemunkáljuk a vékonyabb tengely átmérőjére, és ennek megfelelően választunk tengelykapcsolót. A kiválasztás alapja a P teljesítményhányados, az átviendő nyomaték vagy a d tengelyátmérő. Tervezéshez, ill. ellenőrzéshez ismerni kell még az indítási teljesítményt és a teljes terhelés mellet fellépő teljesítményt, a munka és erőgép fajtáját, a kapcsoló működési módját, üzemi idejét és a kapcsolások számát, a gyorsító tömegek nagyságát és a csatlakozó méreteket.

Tengelykapcsolók Csoportosítása

• Állandó kapcsolatúak:
  • Merevek:
    • Tokos
    • Homlokfogazású
    • Tárcsás
  • Kiegyenlítők:
    • Radiális (Oldham)
    • Axiális
    • Szögirányú (kardán)
    • Általános
  • Rugalmas:
    • Acélrugós
    • Gumirugós
• Kapcsolhatók:
  • Oldhatók:
    • Fogazott
    • Körmös
    • Forgóékes
    • Kúpos, tárcsás, lemezes, dörzskapcsolók:
      • Mechanikus
      • Pneumatikus
      • Hidraulikus
      • Elektromágneses
      • Villamos: Indukciós, Mágnesporos
  • Önműködők:
    • Nyomatékkapcsolású (biztonsági):
      • Törőelemes
      • Körmös
      • Golyós
      • Súrlódó
    • Fordulatszámkapcsolású (indító):
      • Hidrodinamikus
      • Portöltésű
      • Röpsúlyos
    • Forgásiránykapcsolású (szabadonfutó):
      • Zárótestes-Hengergörgős

Súrlódó Tengelykapcsolók az Autóiparban

Az autóátviteli rendszerekben használt tengelykapcsolók általában súrlódást használnak az energia továbbításához. A tengelykapcsolókat a meghajtott lemezek száma, a nyomórugók formája, a kormányszerkezet és hasonlók szerint lehet osztályozni. Ezek közül a ketrec kompressziós tengelykapcsolót széles körben használják személygépkocsikban. Alkalmaznak egytárcsás, szárazlemezes tengelykapcsolót, melyet személygépkocsiknál és haszonjárműveknél egyaránt. A nagyobb nyomaték miatt haszonjárműveknél és személygépkocsik DSG sebességváltóinál két tárcsás, szárazlemezes tengelykapcsolókat alkalmaznak. A korszerű gépkocsikba a SAC (Self Adjusting Clutch) önműködő utánállítású tányérrugós tengelykapcsolókat szerelnek be, ezzel csökken a működtetéshez szükséges erő és a karbantartási igény is. A kisebb zajszinthez és a komfortosabb működéshez hozzájárul az 1985 óta alkalmazott kéttömegű lendítőkerék is (ZMS).

Gumidugós Tengelykapcsoló

A gumidugós tengelykapcsoló egy állandó kapcsolatú rugalmas tengelykapcsoló. A gumidugóknak köszönhetően jól elviseli a hirtelen fellépő nyomaték és fordulatszám változást.

Főbb Alkotóelemek

• Első tárcsafél: szabványos alkatrészek, a tárcsa a lyukkörén a furatok nagyobbak, mint a másik tárcsafélen, mivel ezekbe kerül a gumidugó.
• Második tárcsafél: szabványos alkatrészek, a tárcsa lyukkörén a furatok a csap illesztő méreteivel egyeznek meg.
• Gumidugó: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. A gumidugót az acélperselyre vulkanizálják.
• Csap: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. A csap mindkét végén egy-egy furat található, melyek a koronás anya rögzítésére szolgálnak. Anyaga lehet A-42, C-25 nemesítve.
• Távtartó: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Szerepe, hogy a két tárcsafelet megfelelő távolságban pozícionálja egymáshoz képest.
• Koronás anya: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méretét a csap szabványos méretei határozzák meg.
• Alátét: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méretét a csap szabványos méretei határozzák meg.
• Rögzítő csap: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méretét a csap szabványos méretei határozzák meg.

Tervezésének Alapjai

A gumidugós tengelykapcsoló tervezésénél a fellépő csavarónyomaték meghatározása az első lépés a kiinduló adatokból (teljesítmény, fordulatszám, üzemi tényező). Ezt követi a tengelykapcsoló méreteinek felvétele és a kerületi erő, hajlítónyomaték, valamint a csap keresztmetszeti tényezőjének meghatározása. Fontos ellenőrizni a csap hajlításra és a gumidugó palástnyomásra való megfelelőségét a megengedett feszültségekkel szemben, biztosítva az üzembiztos működést.

Merevtárcsás Tengelykapcsoló

A merevtárcsás tengelykapcsoló az állandó kapcsolatú merev tengelykapcsoló. A teljesítmény és nyomaték átadásának két lehetséges változata van: súrlódás elvén alapuló és alakzárás elvén alapuló teljesítmény átadás. A tervezésben egy súrlódás elvén alapuló teljesítmény átadással üzemelő tengelykapcsoló tervezése történik.

Főbb Alkotóelemek

• Első tárcsafél: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. A tárcsafélen központosító hüvely található.
• Második tárcsafél: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. A tárcsafélen központosító csonk található.
• Csavar: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méreteit a tárcsafelek szabványos méretei határozzák meg.
• Rugós alátét: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méreteit a csavar határozza meg.
• Koronás anya: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méreteit a csavar határozza meg.
• Rögzítő csap: szabványos alkatrész, kiválasztása tervezői segédletből történik. Méretét a csavar szabványos méretei határozzák meg.

Tervezésének Alapjai

A merevtárcsás tengelykapcsoló tervezése során elsőként a fellépő csavarónyomatékot kell meghatározni a teljesítmény, fordulatszám és üzemi tényező alapján. Ezután kerül sor a tengelykapcsoló méreteinek felvételére, a tárcsa lyukkör átmérőjének, valamint a súrlódási és nyomóerőknek a számítására. Az egy csavarban ébredő húzóerő meghatározása után elengedhetetlen az ellenőrzés, amely során a csavarok anyagára megengedett húzófeszültséget hasonlítják össze az ébredő feszültséggel, garantálva a biztonságos üzemet.

Modern Tengelykapcsoló Működtetés és Vezérlés

A komfort igények növekedése miatt a tengelykapcsoló működtetését a konstruktőrök igyekeznek minél kisebb erőszükséglettel megvalósítani, illetve automatizálni, hasonló módon, mint a sebességváltóknál. Az egyre nagyobb forgalomsűrűség, a dráguló hajtóanyagok, a környezetkímélőbb közlekedés, a komfortosabb autózás igénye miatt egyre nagyobb a jelentősége, hogy automatizálják a hajtáslánc elemeit. Ennek egyik példája a kézi kapcsolású sebességváltók automatizálása ASG (Automatisierten Schaltgetrieben), amely önműködő tengelykapcsolót igényel. A tengelykapcsoló automatikus működtetését és ellenőrzését a sebességváltó elektronika végzi.

Villanymotoros Működtetés

A tengelykapcsoló és a sebességváltó működtetéséhez új villanymotorokat fejlesztettek ki. Ezzel helyettesítik a korábban alkalmazott ablakemelőknél is használatos DC motorokat. Azért is szükségessé vált a fejlesztés, mert ennél nagyobb a mechanikai igénybevétel, a hőmérséklet és a rezgés is, valamint a sós víz is hatást gyakorol rá. A cél az volt, hogy a hidraulika nélkülözhetővé váljék és a lehető legkisebb tömegű lehessen a beavatkozó egység. A Bosch-sal közösen fejlesztették ki az olcsóbb kivitelű, de nagyobb teljesítményű szénkefe nélküli típusból. Elektronikus kommutációt valósítanak meg, ez adja a villanymotor típusmegjelölésnél használt EC rövidítést. A mágnesnél alkalmazott ritka földfém ötvözők alkalmazásával a motor kompakt kivitelű lett. A forgórész tömege kedvezően kicsi. A villanymotor mechanikus áttételek segítségével végzi a tengelykapcsoló működtetését. A működtető elektronikának potenciométer jelzi vissza a tengelykapcsoló működtetési útját.

Elektrohidraulikus Működtetés

A tengelykapcsoló működtetéséhez villanymotoros, csigahajtással és mechanikus áttétellel mozdítja el a hidraulikus főhenger dugattyúját. Az így létrehozott olajnyomást cső vezeti a munkahengerhez, melynek dugattyúja kar áttétellel emeli ki a tengelykapcsolót. A tengelykapcsoló működtetése különösen elinduláskor és manőverezésnél, de a sebességfokozatok kapcsolásakor finoman adagolható kell legyen. Vészfékezésnél vagy megálláskor az indulásnál lényegesen nagyobb dinamikával kell nyitni a tengelykapcsolót. Emelkedőn, vagy lejtőn haladáskor is más a dinamikai igény. Egyre nagyobb a jelentősége az elektronikus tengelykapcsoló működtetésnek. Az alkalmazott hidraulikus nyomás általában 40 - 60 bar közötti, melyet vagy egy villanymotorral hajtott hidraulikaszivattyú hozza létre, vagy a gépkocsi központi hidraulika rendszere biztosítja.

A sebességváltó elektronika vezérli a villanymotort. A tengelykapcsoló nyitásához a nyomástárolóból elektromágneses szelep vezérli ki az olajnyomást a munkahengerbe. Annak dugattyúja Bowdennel adja át a működtető erőt a kiemelő szerkezetnek. A tengelykapcsoló zárása és a munkahenger dugattyújának visszaállítása rugókkal történik. A tengelykapcsoló elmozdulását potenciométer jelzi vissza az elektronikának. A villanymotor, a mechanikus áttétel és a hidraulika egyetlen közös szerelési egységet alkot. A tengelykapcsoló nyitásához a nyomástárolóból elektromágneses szelep látja el olajnyomással a munkahengert. Nem szabad megfeledkezni a nyomás kivezérlés és a nyomás csökkentés dinamikájáról sem, mert alapvetően az befolyásolja a tengelykapcsoló működésének minőségét. A munkahenger dugattyúja például egy bowdennel adhatja át a működtető erőt a kiemelő szerkezetnek. A VW Lupo-nál a hidraulikus tápegységen helyezik el a tengelykapcsolót működtető elektromágneses szelepet. Az elektronika áramot kapcsol az elektromágneses szelepre, amikor a tengelykapcsoló nyit, részlegesen, vagy teljesen. Az FTE vállalat olyan elektrohidraulikus tengelykapcsoló működtető egységet gyárt, amely az elektronikától a CAN hálózaton keresztül kapja az utasítást a tengelykapcsoló kiemelésére, illetve zárására. Az egyenáramú villanymotort impulzusszélesség-vezérelt jel működteti, és az eredő feszültséggel arányos lesz a dugattyú elmozdulása.

Elektro-pneumatikus Működtetés

Ezt a tengelykapcsoló működtető változatot sűrített levegő ellátó és tároló rendszerrel ellátott haszonjárműveknél alkalmazzák. Az elektro-pneumatikus tengelykapcsoló működtető egység betölti a rásegítő feladatát is, mert hatékonyan csökkentik a működtető erő szükségletet. Leggyakrabban automatizált sebességváltóval szerelt haszonjárműveknél alkalmazzák, minden sebességváltáskor működteti a tengelykapcsolót. A működtető egységet (1) a sebességváltón kialakított tengelykapcsoló házra szerelik. A pneumatikus tengelykapcsoló működtetés teljesen automatikusan történik, vezérlését a sebességváltó elektronika végzi (2).

Az elektro-pneumatikus tengelykapcsoló működtető egység olyan konstrukció, hogy bizonyos zavaró körülmények nem váltanak ki váratlan reakciókat a tengelykapcsoló működtetésében. A hátsó részben van a négy elektromágneses szelep, az elmozdulás érzékelő, az elektronika és a visszacsapó szelep. A négy elektromágneses szelep működteti a sűrített levegő energiájával a tengelykapcsolót. Ezek közül kettő kis átömlési keresztmetszetű és a lassú működtetést végzi. A munkahenger dugattyú helyzetét és ezzel együtt a tengelykapcsoló helyzetét is induktív elmozdulás érzékelő figyeli. Az elmozdulás érzékelő egy rögzített tekercsből és egy mozgó vasmagból áll, amely kapcsolatban van a dugattyúval. Az elmozdulás érzékelő a sebességváltó elektronikától pontosan beállított tápfeszültséget kap és a dugattyú helyzetének megfelelő feszültség jelet ad az elektronikának. Ebből a jelből az elektronika pontosan meghatározza a tengelykapcsoló pillanatnyi helyzetét és a löketet. Így a tengelykapcsoló kiemelése és zárása a pillanatnyi igényeknek mindig megfelelő. További lehetőség, hogy a sebességváltó elektronika a löket meghatározása alapján meg tudja állapítani a súrlódó betétek pillanatnyi kopottságát. A ház hátsó részén helyezték el a sűrített levegő csatlakozást. Ha sűrített levegő ellátásban nem várt tömítetlenség lép fel, a csatlakozóba beépített visszacsapó-szelep megakadályozza, hogy az éppen nyitott tengelykapcsoló záródjon. A tengelykapcsoló oldásához a munkahenger két elektromágneses szelepen keresztül sűrített levegővel töltődik fel. A tengelykapcsoló záráshoz a munkahengerből a sűrített levegőt két másik elektromágneses szelep engedi a szabadba.

Fejlesztések és Érzékelőtechnológia

A fejlesztéseknél azt kellett figyelembe venni, hogy a tengelykapcsoló működtetés szempontjából az a legnehezebb üzemállapot, amikor a gépkocsi a legnagyobb teljesítménnyel gyorsul és utána, mindjárt nagy fékezés következik valamely váratlan forgalmi esemény miatt. Először induláskor zár a tengelykapcsoló és nagy nyomatékot visz át, majd röviddel utána nyit, hogy a motor ne fulladjon le. Erre a folyamatra csupán 50 - 90 ms áll rendelkezésre. Ez nagy követelményt támaszt a villanymotoros tengelykapcsoló működtetéssel szemben, mert a zárás után le kell győzni a működtető egység tehetetlenségét és gyorsan ellentétesen kell mozgatni. A lineáris villanymotor előnyös, mert elmarad a mechanikus hiszterézis, kevesebb részegységből áll, ezért nagyobb a megbízhatósága. Közvetlen működtető erő valósítható meg mechanikus áttétel nélkül. A feladat ellátására úgynevezett „elektromechanikus lineáraktuátort” fejlesztettek ki. A hagyományos tengelykapcsolóval és sebességváltóval szerelt korszerű személygépkocsiknál egyre több tengelykapcsoló működtetés függő elektronikus szabályozást valósítanak meg. A motor elektronika a takarékosság jegyében megváltoztatja a tüzelőanyag befecskendezést nyitott tengelykapcsolónál. Ezzel egyaránt csökkenthető a tüzelőanyag fogyasztás és a kipufogógáz emisszió is. A tengelykapcsoló pedál helyzet érzékelőjének jelét hasznosító rendszerek közé sorolható az USA-ban és Japánban a gépkocsikba kötelező alkalmazású úgynevezett „Start-Lock” működés. Ezt a hagyományos mechanikus sebességváltós gépkocsiknál alkalmazzák. Megakadályozza, hogy bekapcsolt sebességfokozatnál az indítómotor azonnal mozgásba hozza a gépkocsit. Ezzel elkerülhetővé válnak a kisebb koccanásos balesetek. Ez a rendszer csak akkor engedi az indító motort működni, amikor a tengelykapcsoló kiemelt állapotban van. A tengelykapcsoló állapot információt használja fel az elektromechanikus rögzítő fék is a működéséhez. A fentiekben említett rendszerek működéséhez fontos a tengelykapcsoló pedál helyzetének, illetve elmozdulásának pontos érzékelése. Ez utóbbi információnak a betét kopottságára vonatkozó diagnosztikai tartalma is van. Ezek miatt különböző érzékelőket szerelnek fel a kuplung pedálra. Ezeknek olykor szélsőséges hőmérsékleteknél is működniük kell.

Főbb Érzékelő Típusok

• Mikrokapcsoló: melynek házában mechanikusan működtetett érintkezőket szerelnek be. Költségkímélő megoldásnak számít, de felléphetnek korróziós problémák kopás és a rugó kifáradása is.
• Reed relé: érintésmentesen működik, nem tartalmaz kopó alkatrészt. Légmentesen zárt térben lévő érintkezőket zár a tengelykapcsoló pedállal együtt elmozduló állandó mágnes.
• Hall elemes kapcsoló: egy IC tartalmazza ezt az egységet. A mágneses erőtér változása μV nagyságú feszültséget kelt, amit erősítő fokozaton keresztül válik használható információvá. Nagyon pontos, érintésmentes működésű kapcsoló.
• Potenciométer: ezzel a pedál elmozdulás nagysága és a pillanatnyi helyzete is kiértékelhető. Gyakran alkalmazzák az elforduló kivitelű változatot. Hátránya az, hogy kopó részegységet tartalmaz, ami korlátozza az élettartamát és a megbízhatóságát.
• Induktív érzékelő: a potenciométer hátrányos tulajdonsága ezzel kiküszöbölhető. Érintésmentesen működik és nem tartalmaz kopó alkatrészt. Váltakozó mágneses erőterű adó tekercsből és több vevő tekercsből is állhat. Az elektromos jel a vevő tekercs helyzetével arányos.
• Magneto-induktív érzékelő: az alkalmazott állandó mágnes elmozdulását érzékeli a PLCD (Permanent magnetic-Linear-Contactless-Displacement) érzékelő. A lágymágnes magot egy tekercs veszi körül és két kiértékelő tekercset alakítanak ki a végeinél. A jelképzésnél egy állandó mágnes közelít az érzékelőhöz. Differenciál transzformátorként történik a jel kiértékelése.

tags: #roka #tamas #tengelykapcsolo