Kurz spojek LuK. Úvod do techniky spojek osobních motorových vozidel

Transkript

1 Kurz spojek LuK Úvod do techniky spojek osobních motorových vozidel

2 Obsah této brožury je právně nezávazný a je určen výhradně k informačním účelům. Pokud je to právně přípustné, tak je vyloučeno ručení společnosti Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG ze souvislostí s touto brožurou. Copyright Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG Květen 01 Veškerá práva vyhrazena. Jakékoliv rozmnožování, šíření, předávání, veřejné zpřístupnění a jiná zveřejnění této brožury jak jako celek nebo jen část, nejsou povoleny bez předchozího písemného souhlasu společnosti Schaeffler Automotive Aftermarket GmbH & Co. KG.

3 Obsah Obsah Strana 1 Historie vývoje techniky spojek 4 Spojka mezi motorem a převodovkou funkční schéma, součásti 13 3 Spojková lamela: Centrální spojovacím prvkem spojky 16 4 Přítlačný kotouč spojky: Konstrukce a charakteristiky 0 5 Dvouhmotový setrvačník (ZMS): Efektivní tlumení torzních kmitů mezi motorem a převodovkou 8 6 Hydraulický vypínací systém 3 7 Automatizované převodovky (ASG) pro vyšší komfort 36 8 Převodovky s dvojitou spojkou poskytují dynamiku a efektivnost 38 9 Plynulá převodovka CVT: Plynule komfortní 4 10 Měnič točivého momentu: S robustními systémy a menším množstvím paliva ujet s vozidlem stále delší vzdálenost 48 Závěr 50 3

4 1 Historie vývoje techniky spojek 1 Historie vývoje techniky spojek V průběhu více než stoleté historie automobilu došlo téměř u všech konstrukčních dílů k enormního technickému vývoji. Spolehlivost, výrobní náklady, jednoduchá údržba, a v poslední době i ekologie přitom byly a jsou faktory, které vedly konstruktéry vozidel ke vždy novým a lepším řešením. Základní konstrukce byly ve většině případů známé již od samotných počátků, jejich realizaci však umožnily až nové materiály a postupy zpracování. Až do konce prvního desetiletí našeho století trvalo, než se spalovací motor s konečnou platností v širokém rozsahu prosadil mezi konkurenčními koncepty pohonu vozidel proti parnímu a elektrickému pohonu. V roce 190 vytvořilo vozidlo se zážehovým motorem poprvé absolutní rychlostní rekord: Až do té doby dominovaly vozy s parním a elektrickým pohonem, a o absolutní rychlostní rekord válčili zastánci tří koncepcí pohonu ještě i během prvního desetiletí. Parní a elektrický pohon měly oproti motorovým vozům na kapalná paliva jak se tato vozidla ještě tehdy nazývala jednu rozhodující výhodu: Tato vozidla v důsledku téměř ideálního průběhu točivého momentu nevyžadovala spojku ani převodovku a měla podstatně snadnější obsluhu, nižší poruchovost a jednodušší údržbu. Protože tento motor dává výkon pouze prostřednictvím otáček, musel být následně vybaven možností odpojení motoru od převodovky. Aby mohl vyrovnat nevýhodu odevzdání dostatečného výkonu a tím i točivého momentu až od určitého počtu otáček, neobejde se na otáčkách závislý hnací princip zážehového motoru bez mechanické pomoci při rozjezdu. Kromě této funkce spojky pro rozjezd vozidla je však stejně důležitá i funkce rozpojení za účelem umožnit během jízdy řazení bez zatížení. Na základě komplexnosti problémů, které je nutné přitom řešit, nemělo rozjezdovou spojku v počátcích výroby automobilů mnoho především malých vozidel. Motorový vůz bylo nutné roztlačit. Funkční princip prvních spojek pochází ze strojírenských hal rozrůstajícího se průmyslu. Stejně jako u transmisních řemenů použitých v těchto halách, byly také u motorových vozů použity kožené ploché řemeny. Napnutím řemenu prostřednictvím napínací kladky došlo k přenosu hnacího výkonu z řemenice motoru na hnací kola. Po jeho povolení řemen prokluzoval, spojka byla vypnutá. Použitím tohoto postupu však docházelo k rychlému opotřebení koženého řemene. Brzy se tedy přešlo k tomu, že vedle hnací řemenice byl namontován stejně velký, naprázdno běžící kotouč. Pohybem páky bylo možné transmisní řemen přesunout z volného na hnací kotouč. Toto řešení spojky měl už patentovaný motorový vůz Benz z roku 1886 (obrázek 1), se kterým podnikla Bertha Benz první jízdu na dlouhou vzdálenost, z Mannheimu do Pforzheimu, která vešla do historie automobilu. Nevýhody řemenového pohonu v podobě špatné účinnosti, vysokého stupně opotřebení a nedostatečných vlastností chodu, zejména za deštivého počasí na jedné straně, jakož i potřeba mechanických převodovek pro stále rostoucí výkony motorů na straně druhé donutily konstruktéry hledat lepší řešení než byla spojka s použitím transmisního řemene. Obr. 1) Spojka s transmisním řemenem u patentovaného motorového vozu Benz z roku Obr. ) Základní principy třecí spojky: Poháněný kotouč se přitlačí na hnací kotouč, až dokud nedojde k silovému styku. 4

5 Přitom byly vyvinuty různé typy spojek. Svého času byly vyvinuté i předchůdkyně dnešních spojek, které vycházely vždy ze základního principu třecí spojky: Při zapínání spojky se tak přiblížil kotouč uložený na konci klikového hřídele ke druhému nehybnému kotouči. Pokud se kotouče dotýkají, vzniká tření, a nepoháněný kotouč se začíná pohybovat (obrázek ). S narůstajícím přítlačným tlakem a s rostoucím počtem otáček unáší pohánějící kotouč hnaný kotouč až do vzniku silového styku tak dlouho, dokud oba kotouče nedosáhnou stejnou oběžnou rychlost. Během doby plynoucí mezi rozpojeným a zasunutým kotoučem se hlavní hnací energie přemění na teplo v důsledku na sobě klouzajících kotoučů. Tento postup umožňuje pozvolné jemné zasunutí za účelem vyhnutí se zadušení motoru při rozjezdu, jakož i rázům působícím na motor a hnací ústrojí a také bezztrátový přenos síly při zapnuté spojce. Základní provedení tohoto konstrukčního principu mělo již Daimlerem v roce 1889 zhotovené vozidlo s ocelovými koly, které bylo vybavené kónusovou, resp. kuželovou třecí spojkou (obrázky 3 a 4). Na kuželovitě vysoustruženém setrvačníku se přitom dostává do záběru třecí kužel, který se volně pohybuje na hnacím hřídeli motoru a který je prostřednictvím skříně tělesa pevně spojený s hřídelem spojky. Pomocí pružiny se kužel zatlačí do protikusu setrvačníku a tlakem na pedál jej lze proti tlaku pružiny stáhnout zpět přes volnoběžnou vysouvací objímku spojky. Tímto způsobem dojde k přerušení silového toku. Jako třecí obložení na kuželové ploše Obr. 3) Konstrukce až do dvacátých let dominující kónusové nebo kuželové třecí spojky z motoru Setrvačník motoru s dutým kuželem 3 Přítlačná pružina 4 do převodovky 5 Kužel unašeče s koženým obložením 4 5 Obr. 4) Podélný řez kuželovou spojkou s typickými součástmi: Kužel spojky a odpovídajícím způsobem vysoustružený setrvačník Příruba klikové hřídele Setrvačník 3 Vysouvací objímka 4 Páka pedálu spojky 5 Vypínací páka 6 Hřídel spojky 7 Těleso spojky 8 Pružina spojky 9 Kužel spojky 10 Obložení spojky

6 1 Historie vývoje techniky spojek se původně používaly řemeny z velbloudí srsti. Tyto řemeny však brzy nahradily kožené řemeny, které byly kvůli ochraně proti vlhkosti, tuku a oleji před použitím impregnované v ricinovém oleji. Výhodou tohoto postupu sice bylo samočinně probíhající nastavení a při jeho použití nedocházelo k zatížení nápravy a hřídele převodovky. Nevýhody však převažovaly: Docházelo k rychlému opotřebení třecího obložení a jeho výměna byla drahá. Brzy se proto přešlo ke konstrukcím s použitím pružných kolíků nebo listových pružin pod koženým obložením. Další nevýhodou bylo velmi masivní provedení setrvačníku a kužele spojky a při vypínání spojky došlo v důsledku velkého hmotnostního momentu setrvačnosti jednotky spojky k příliš pomalému zastavení. Protože však převodovky ještě nebyly synchronizované, mělo dojít po vysunutí za účelem řazení k rychlému zastavení jednotky spojky. Kvůli odstranění tohoto nedostatku došlo přibližně od roku 1910 k zabudování přídavné brzdy spojky, resp. převodovky, kterou bylo nutné ovládat prostřednictvím druhého pedálu většinou v kombinaci s pedálem spojky a pohybujícího se s tímto pedálem na společném pedálovém hřídeli. Mnoho řidičů se v té době z pohodlnosti vzdalo řazení a místo toho nechali raději prokluzovat spojku, aby tak regulovali rychlost vozidla. Takové použití však zahřívalo setrvačník více než třecí kužel, který byl tepelně chráněný prostřednictvím izolujícího koženého obložení. Tak došlo ke vzniku problému, že po rychlé jízdě zabíral kužel hlouběji do setrvačníku rozšířeného v důsledku zahřátí a po jeho ochlazení s v něm pevně zachytil. Viz obrázek 7. Stále více proto docházelo již po první světové válce k prosazování kovových třecích obložení. Paralelně se však zkoušely i jiné varianty: Společnost Neue Automobil-Gesellschaft (NGA) použila spojku (obrázek 6), která měla z plechu lisovaný kužel s obložením z velbloudí srsti a za účelem chlazení vybavený ventilátorovými lopatkami, mající záběr do dvoudílného kroužku s koženým obložením, jež byl zašroubovaný do setrvačníku. Použitím dvoudílné konstrukce se dosáhlo bezproblémové demontáže kroužku. Tím došlo ke zjednodušení údržby a snížení počtu spojkových svorek. Od společnosti Daimler-Motoren-Gesellschaft pocházela otevřená třecí spojka s holým hliníkovým kuželem (obrázek 8). Kvůli zajištění jemného zasunutí bylo nutné na třecí plochy v pravidelných intervalech nakapat olej. Použití kuželových spojek v širokém rozsahu trvalo v důsledku jednoduchosti provedení až do dvacátých let. Kvůli nedostatečné možnosti dávkování se neprosadily kovové spojky s válcovými třecími plochami. Pouze spojka s pružným pásem montovaná Daimlerem jako určitý druh válcového tvaru spojky od přelomu století do vozů Mercedes, se udržela díky svému geniálně jednoduchému konstrukčnímu řešení až přibližně do první světové války. U spojky s pružným pásem se nacházel ve vybrání setrvačníku silný pružný pás spirálového tvaru, ve kterém běžel nástavec přenosového hřídele bubnového tvaru. Jeden konec spirálové pružiny byl spojený se setrvačníkem, její druhý konec byl opevněný na víku pouzdra pružiny. Sešlápnutím pedálu spojky došlo k napnutí pružného pásu a tento se omotával (samočinně se zesilujíc) stále těsněji kolem bubnu, hřídel převodovky byl unášený a došlo k zapnutí spojky. Napnutí pružiny vyžadovalo pouze malé síly a zajistilo jemné zasunutí spojky (obrázek 9). Obr. 5) Kuželová spojka s pružným koženým obložením Obr. 6) Usnadnění údržby: Spojka NAG s rozpůleným dutým kuželovým kroužkem 6

7 Obr. 7) Pohled na podvozek s kuželovou spojkou. Spojka se ovládá prostřednictvím pedálu, který přes vysouvací páku spojky přitáhne kužel unašeče proti působení přítlačné pružiny a tím spojku vypne 1 1 Motor Spojka 3 Páka pedálu spojky 4 Převodovka s měnitelnými převody 5 Křížový kloub 6 Kloubové hřídele 7 Levé zadní kolo 8 Trubka kloubové hřídele 9 Pružina 10 Talířové kolo 11 Levá hnací hřídel zadní nápravy 1 Můstek zadní nápravy 13 Vyrovnávací převodovka 14 Pravá hnací hřídel zadní nápravy 15 Kuželový hnací pastorek 16 Skříň zadní nápravy 17 Posuvný kulový kloub k zachycení hnacího momentu zadní nápravy a přenosu na rám podvozku 18 Rám podvozku 19 Pravé zadní kolo Obr. 8) Kuželová spojka společnosti Daimler-Motoren- -Gesellschaft s hliníkovým kuželem Obr. 9) Kvůli jednoduchému konstrukčnímu principu se vyráběla až do první světové války: Spojka s pružným pásem Daimler 7

8 1 Historie vývoje techniky spojek Přibližně ve stejné době, kdy společnost Daimler-Motoren-Gesellschaft vyvinula spojku s pružným pásem, experimentoval již anglický profesor Hele-Shaw s lamelovou nebo vícelamelovou spojkou. Tato spojka se považuje za předchůdce dnes běžné jednolamelové suché spojky. Lamelové spojky, které byly nazývané podle prvního velkosériového výrobce často i spojky Weston, měly ve srovnání s kuželovou třecí spojkou tyto rozhodující výhody: Tyto spojky měly daleko větší třecí plochy při současně menší potřebě místa a plynulém záběru (obrázek 10). U vícelamelové spojky je se setrvačníkem spojen kryt bubnového tvaru, který má uvnitř drážky, do nichž se vloží na vnějším okraji odpovídajícím způsobem naříznuté kotouče, díky čemu se tyto otáčejí s klikovým hřídelem, resp. se setrvačníkem, současně je však lze posunout v podélném směru. Stejný počet kotoučů byl odpovídajícím způsobem vystředěn pomocí vnitřního vybrání na náboji spojeném s hřídelem spojky. Tyto kotouče bylo možné přesunovat v podélném směru hřídele spojky na náboji. Při montáži se střídavě spojí vnitřní a vnější kotouče spojky do jednoho lamelového paketu, ve kterém se střídají vždy jeden hnací a jeden hnaný kotouč. Takto vytvořené páry kotoučů, u kterých se v počátcích otáčel vždy jeden bronzový kotouč proti jednomu ocelovému kotouči, byly stlačené přítlačným kotoučem prostřednictvím pružiny spojky. Tím plynule zabíraly všechny spojkové lamely. Pomocí tohoto pozvolného zvětšování třecího výkonu mohla lamelová spojka velmi měkce zabírat. Při úbytku tlaku pružiny se pak kotouče opět rozpojily. Tyto byly zčásti podporované pružicími proužky, zahnutými směrem ven z úrovně kotouče. V důsledku rozdílného počtu párů kotoučů tak bylo možné přizpůsobit základní typ spojky ke každému výkonu motoru. Vícelamelové spojky fungovaly v olejové nebo v petrolejové lázni nebo i v suchém provedení. Při tom se používala většinou speciální, přinýtovaná třecí obložení (obrázek 11). Za největší nedostatek lamelové spojky je nutné považovat unášení především v olejové lázni. Protože tím došlo pouze k nedostatečnému přerušení výkonu, které ztěžovalo řazení (obrázky 1 a 13). Už v roce 1904 představili De Dion a Bouton princip jednolamelové spojky (obrázek 14). Tento princip se však mohl prosadit kvůli zpočátku vadným materiálům v USA až během velkého rozmachu automobilismu v dvacátých letech v neposlední řadě na naléhání dodavatelského průmyslu, u něhož došlo od konce dvacátých let k udělení licencí evropským výrobcům. Jednolamelová spojka vytlačila kuželovou a lamelovou spojku v průběhu několika málo let. Zatímco De Dion a Bouton mazali třecí plochy u jejich jednolamelové spojky ještě grafitem, k velkému pokroku u této technologie spojek došlo zavedením azbestových obložení Ferodo, která byla použita přibližně od roku 190 a až v závěru 0. století nahrazena bezazbestovýmtřecím obložením. Výhody jednolamelové suché spojky byly zjevné: V důsledku nízké hmotnosti unášecího kotouče dojde k rychlejšímu zastavení tohoto kotouče při vysunutí, čímž se velmi ulehčilo řazení. První konstrukce jednolamelové suché spojky byla relativně náročná. Na setrvačník byla přírubou připojena skříň spojky, do níž byl zašroubován štít spojky. Na tomto štítu byly uchycené páčky s výstupkem zatlačené pružinami směrem dovnitř, které přenášely Obr. 10) Anglický profesor Hele-Shaw byl první, kdo experimentoval s lamelovými nebo vícekotoučovými spojkami Obr. 11) Vnitřní (vlevo) a vnější (vpravo) spojková lamela tvoří pár kotoučů lamelové spojky 8

9 Obr. 1) Vícelamelová spojka v olejové lázni Setrvačník Příruba klikové hřídele 3 Těleso spojky 4 Náboj spojkové lamely 5 Páka pedálu spojky 6 Spojkové lamely 7 Přítlačný kotouč 8 Pružina spojky 9 Vysouvací objímka 10 Hřídel spojky 11 Oko kloubu Obr. 13) Vícekotoučová suchá spojka s přinýtovaným obložením Vodicí čep Unášecí kotouč na hřídel spojky 3 Přítlačný talíř s vysouvací objímkou 4 Pružina spojky 5 Vnitřní spojkové lamely 6 Vnější spojkové lamely s obložením spojky Obr. 14) De Dion a Bouton zjistili jako první, že budoucnost patří jednokotoučové spojce 9

10 1 Historie vývoje techniky spojek od vloženého kotouče přes třecí kotouč tlak a tím silový styk od setrvačníku. Třecí kotouč byl prostřednictvím unašeče spojený se spojovacím hřídelem, resp. s hřídelem převodovky. Zasunutí a vysunutí spojky se realizovalo prostřednictvím kluzného kotouče, jež pohyboval kuželem dopředu a zpět. Boky kužele přitom ovládaly pod tlakem pružiny se nacházející páčky s výstupkem, jejichž prostřednictvím byl zatěžovaný a odlehčovaný, tj. zasunutý a vysunutý vložený kotouč. Protože se kužel otáčel kolem kluzného kotouče nacházejícího se v klidové poloze, bylo nutné ho pravidelně mazat. Prosadila se však spojka s vinutými pružinami, u které byl přítlačný tlak vytvářen vinutými pružinami (obrázek 15). Nejdříve se experimentovalo s centrálně umístěnou pružinou. Do velkosériové výroby se však dostalo až konstrukční řešení s několika menšími, na vnějším okraji skříně spojky se nacházejícími vinutými pružinami nebo pružinami spojky (obrázek 16). Vinuté pružiny bylo možné pomocí vysouvací objímky spojky volně přesuvné na spojkovém hřídeli prostřednictvím páček stlačit a tím odlehčit přítlačný kotouč. Tak došlo k rozpojení. V důsledku osazení různými pružinami byla přítlačná síla variabilní, vyznačovala se však rozhodující nevýhodou v tom, že vinuté pružiny, které dosedaly na vnější straně přítlačného kotouče, byly s rostoucím počtem otáček v důsledku působící odstředivé síly stále silněji tlačené směrem ven proti pouzdrům pružin. Tím docházelo ke změně tlakové charakteristiky v důsledku tření vznikajícího mezi pružinou a pouzdrem. S rostoucími otáčkami měla spojka stále těžší chod. Navíc se projevovalo to, že uložení vysouvací páky mělo sklon k opotřebování a misky pružin zvláště při řazení za vysokých otáček se rychle prodřely. Za účelem odstranění těchto principiálně podmíněných nevýhod byla vyvinutá spojka s talířovou pružinou, která vznikla ve výzkumných laboratořích firmy General Motors v roce 1936 a koncem třicátých let se dostala v USA do sériové výroby. V Evropě se stala známou po druhé světové válce především díky americkým nákladním automobilům GMC a od poloviny padesátých let ji použili, zpočátku jen jednotlivě, i evropští výrobci. Porsche 356, Goggomobil, BMW 700 a DKW Munga byly prvními vozidly německého původu vybavenými touto spojkou. Do velkosériové výroby se poprvé dostala ve vozidle Opel Rekord v roce 1965 (obrázek 18). Protože má spojka s talířovou pružinou nebo spojka s membránovou pružinou symetrické otáčení a v důsledku toho není citlivá na otáčky, její čas nastal v šedesátých letech, kdy začaly vytlačovat vysokootáčkové motory s vačkovým hřídelem v hlavě válců (Glas, BMW, Alfa-Romeo) konstrukce s rozvodovými tyčkami. Do konce šedesátých let přešli téměř všichni výrobci na montáž spojek s talířovou pružinou. Na tom, že spojku s talířovou pružinou bylo možné zavést do sériové výroby, měla podstatnou zásluhu společnost LuK. Náhrada kompletního systému vinutých pružin s pákou talířovou pružinou, která převzala obě funkce, přinesla mnoho předností. Jednoduchá mechanická konstrukce, konstantní přítlačná síla, malá prostorová náročnost při vysokém přítlačném tlaku podstatné faktory u motorů uložených napříč a stálost otáček vedly k tomu, že se dnes používá téměř výhradně a v rostoucí míře dochází i k jejímu použití v užitkových vozidlech což bude ještě dlouho doménou spojky s vinutými pružinami (obrázek 19). Obr. 15) Druh konstrukce spojky s vinutými pružinami s pružinami spojky umístěnými svisle ke středové ose Setrvačník Vložený kotouč 3 Třecí lamela 4 Těleso spojky 5 Víko spojky 6 Pružina 7 Páčka s výstupkem 8 Kužel 9 Kluzný kotouč 10 Pružný kloub 11 Spojovací hřídel 1 Kožené obložení 13 Unašeč a b

11 Obr. 16) V této formě s pružinami spojky umístěnými paralelně ke středové ose dominovala spojka s vinutými pružinami až do šedesátých let 5 1 Setrvačník Obložení spojky 3 Spojková lamela 4 Kliková hřídel 5 Pružiny spojky 6 Vysouvací objímka 7 Hřídel spojky 8 Víko spojky 9 Přítlačný kotouč 10 Odtahová páka Obr. 17) V Anglii a v USA byl typ Borg & Beck s pružinami nacházejícími se v koši spojky rozšířený nejvíc. 1 1 Těleso spojky Koš spojky (víko spojky) 3 Přítlačná pružina spojky 4 Vypínací ložisko spojky (trvale mazané) 5 Vysouvací vidlice spojky 6 Vypínací páka 7 Nastavovací matice 8 Přítlačný kotouč 9 Unášecí kotouč (pružně uložený a s tlumením otřesů) 10 Setrvačník Obr. 18)...zatímco v kontinentální Evropě se prosadila konstrukce s venku uloženými, nad štítem spojky umístěnými pružinami 1 1 Setrvačník Přítlačný kotouč 3 Nastavovací matice 4 Vypínací páka 5 Vypínací kroužek 6 Hřídel spojky 7 Vysouvací zařízení s grafitovým kroužkem 8 Unášecí kotouč 9 Přítlačná pružina spojky 10 Víko spojky

12 1 Historie vývoje techniky spojek Souběžně s tímto vývojem byla také optimalizována spojková lamela. Stále se měnící otáčky a kolísání točivého momentu spalovacího motoru vytvářejí kmity, jež jsou přenášeny klikovým hřídelem, spojkou a vstupním hřídelem převodovky na převodovku. V důsledku toho dochází ke vzniku hluku a k vysokému opotřebení boků zubů. Ke zvyšování těchto účinků dochází snížením setrvačné hmotnosti a odlehčením konstrukce moderních vozidel. Z tohoto důvodu byly kotouče spojek vybavené tlumiči torzních kmitů a odpružením obložení. Zatímco zapnutí spojky vyžadovalo po dlouhou dobu silná lýtka, protože síla působící na pedál byla přenášena přes tyčové ústrojí a hřídele, komfort zvyšovaly od třicátých let bovdeny a od padesátých let hydraulické ovládání. Na zvýšení komfortu ovládání byly zaměřené i veškeré pokusy za účelem automatizace ovládání spojky. V roce 1918 se objevily u firmy Wolseley první představy o elektromagnetické spojce. Počátkem třicátých let vyráběla francouzská firma Cotal převodovku s předvoličem s elektromagnetickou spojkou, která byla montována do některých luxusních automobilů. Nejznámějšími se staly odstředivé spojky, které regulují přítlačný tlak v závislosti na otáčkách prostřednictvím odstředivé síly, a automatické spojky, např. Saxomat (Fichtel & Sachs), LuKomat (LuK), Manumatik (Borg & Beck) a Ferlec (Ferodo). Žádný z nich se nedokázal prosadit. Konkurence přímo řazených a automatických převodovek s měničem točivého momentu byla příliš velká. Obr. 19) U lamelové spojky vyvinuté automobilkou Chevrolet byly tlačné pružiny nahrazené talířovou pružinou. Proto se tento druh spojky nazývá spojka Chevrolet, resp. domácí spojka Přední vodicí ložisko hřídele spojky Přidržovací pružina se šroubem 3 Talířová nebo membránová pružina s vysouvacími lamelami ve tvaru palce 4 Vysouvací zařízení 5 Přidržovací pružina 6 Kulový čep k uložení vysouvací vidlice spojky 7 Setrvačník 8 Unášecí kotouč 9 Přítlačný kotouč 10 Vnitřní vodicí kroužek 11 Vnější vodicí kroužek 1 Koš spojky 13 Vysouvací vidlice spojky 14 Vratná pružina vysouvací vidlice spojky S laskavým svolením časopisu Trh pro klasické automobily a motocykly 1

13 Spojka mezi motorem a převodovkou funkční schéma, součásti Spojka mezi motorem a převodovkou funkční schéma, součásti Spalovací motory odevzdávají využitelný výkon pouze v určitém rozsahu otáček. Aby bylo možné využít tento rozsah otáček pro různé jízdní stavy, potřebují motorová vozidla převodovku. Spojení převodovky s motorem se v dnešní době realizuje zpravidla prostřednictvím jednokotoučových suchých spojek. Na základě zvýšených požadavků na ovládací síly a přenášené momenty motorů se suché dvoukotoučové spojky používají kromě sportovních nebo těžkých nákladních motorových vozidlech i v normálních osobních motorových vozidlech. Na rozdíl od suchých spojek, tedy spojek pracujících v médiu vzduch, pracují mokré spojky v olejové lázni nebo v rozprášeném oleji. Používají se hlavně jako lamelové spojky v automatických převodovkách, ve stavebních strojích, ve speciálních vozidlech a převážně v motocyklech. Spojky s talířovou pružinou, viz obrázek 0, se v rostoucí míře používají také v užitkových vozidlech. Jejich výhody jsou ve srovnání s dříve obvyklými spojkami následující: menší montážní výška stálost otáček malé vysouvací síly delší životnost Na obrázku 0, kde se spojka nachází v typické montážní poloze, je zřetelně znázorněna její principiální funkce spojovacího, resp. dělicího článku mezi motorem a převodovkou. Kromě hlavní funkce spojení, resp. rozpojení klikového hřídele a vstupního hřídele převodovky, má moderní spojka celou řadu dalších důležitých úkolů. Obr. 0) Cílem školení spojek LuK je zprostředkovat základy a konstrukce moderní techniky spojek Spojka zasunutá do záběru Spojka vysunutá ze záběru Hydraulický centrální vypínací mechanismus Spojka se samočinným seřizováním 3 Kotouč spojky s tlumením torzních kmitů 4 Dvouhmotový setrvačník 5 Vstupní hřídel převodovky 6 Čep klikového hřídele 7 Skříň převodovky 13

14 Spojka mezi motorem a převodovkou funkční schéma, součásti Spojka musí: Umožnit jemný rozjezd bez cukání vozidla, Zajistit rychlé řazení převodovky, Izolovat torzní kmity motoru od převodovky a tím snížit rachocení a opotřebení, Sloužit jako ochrana proti přetížení pro celé hnací ústrojí (např. při chybném řazení), Mít malé opotřebení a být lehce vyměnitelná. Kompletní spojkový agregát tvoří tyto hlavní součásti: Přítlačný kotouč spojky s jednotlivými díly skříň spojky (i štít spojky), přítlačný kotouč jako třecí protikus kotouče spojky na straně spojky, talířová pružina sloužící k vytvoření přítlačné síly, tangenciální listová pružina jako pružný, nadzvednutí zajišťující spojovací prvek mezi skříní a přítlačným kotoučem, opěrný kroužek a distanční čep, které zajišťují fixaci a uložení talířové pružiny. Výpočet přenositelného točivého momentu jednokotoučové spojky provedeme následujícím způsobem: M d = r m x n x µ x F a Přitom znamená: rm = střední poloměr třecího obložení n = počet obložení μ = koeficient tření obložení Fa = přítlačná síla M d = přenášený točivý moment Příklad Vnitřní průměr obložení d j = 134 mm Vnější průměr obložení d a = 190 mm Přítlačná síla F = N d i +d a 134 mm+190 mm d m = = = 16 mm mittl. Reibdurchmesser d m 16 mm r m = = = 81mm = 81 x 10 3 m mittl. Reibradius Koeficient tření μ = 0,7 0,3 (u organických obložení) 0,36-0,40 (u anorganických obložení) M d = (81 x 10 3 m) x x 0,7 x 3500 N M d = 153 Nm Přenesetelný točivý spojky musí být vyšší než maximální točivý moment motoru. Spojková lamela s jednotlivými díly náboj, tlumič torzních kmitů s třecím zařízením a dorazovým čepem, segmenty sloužící k odpružení obložení a s ním snýtovaného třecího obložení. Setrvačník s pilotním ložiskem (i s vodicím ložiskem spojky). Vysouvací zařízení spojky s vodicím pouzdrem, vysouvací ložisko spojky a vysouvací vidlice spojky. Funkční charakteristika spojky Funkce jednokotoučové suché spojky s talířovou pružinou je znázorněna na obrázku 0, strana 13. Při zasunuté spojce stavu jde silový tok přicházející od klikového hřídele na setrvačník a přítlačný kotouč spojky. Unášecí kotouč předává silový tok tvarovým stykem přes náboj na vstupní hřídel převodovky. Talířová pružina přitlačí axiálně pohyblivý přítlačný kotouč na unášecí kotouč a setrvačník. Tím je vytvořené spojení motor převodovka. Má-li dojít k přerušení silového toku, sešlápnutím pedálu spojky se prostřednictvím vysouvacího mechanismu (tyčové ústrojí, táhlo, hydraulika) zatlačí vysouvací vidlice spojky a s ní spojené vysouvací ložisko spojky ve směru spojky na hroty talířové pružiny. Hroty mají funkci páky. Při dalším sešlápnutí dojde přes uložení talířové pružiny ke změně směru na opačnou stranu, přítlačný kotouč se odlehčí a prostřednictvím listových pružin se nadzvedne od spojkové lamely. Spojková lamela se může volně otáčet motor a převodovka jsou oddělené. Odpružení obložení umožňuje díky rovnoměrnému vytvoření tlaku jemné zasunutí spojky. Použití tlumiče torzních kmitů v kotouči spojky sice není nutné z hlediska funkce, má však velký význam pro praktické použití. Tlumič torzních kmitů vyhlazuje prostřednictvím specificky podle použitého motoru sladěné kombinace pružicích a třecích prvků nestejnoměrné otáčky klikového hřídele a snižuje tak rachocení, dunění a předčasné opotřebení v převodovce. Pilotní ložisko zajišťuje bezvadné vedení, resp. uložení vstupního hřídele převodovky. Vodicí pouzdro vede vysouvací ložisko spojky soustředně na spojku. Úkolem těsnění hřídele na motoru a převodovce je zajistit skříň spojky bez výskytu oleje. Ke značnému zhoršení součinitele tření dochází už při výskytu minimálního množství tuku nebo oleje na obložení spojky. 14

15 Spojka s vinutými pružinami Kvůli úplnosti je na tomto místě uvedena konstrukce s vinutými pružinami místo talířové pružiny jako silovým prvkem (obrázek 1). Ve skříni spojky jsou zapuštěná plechová pouzdra, která slouží k uložení vinutých pružin. Tyto pružiny zatlačí přítlačný kotouč ve směru setrvačníku a provedou tím sevření spojkové lamely. Točivý moment lze tedy přenášet přes setrvačník, skříň spojky a přítlačný kotouč na axiálně posuvnou spojkovou lamelu, která se nachází na vstupním hřídeli převodovky. Zatímco u spojky s talířovou pružinou jsou přítlačný prvek a páka konstruované jako jeden díl, u spojky s vinutými pružinami je nutné použít vysouvací páku spojky i přítlačné prvky. Přítlačný kotouč se pohybuje po celou dobu nadzvednutí proti rostoucímu tlaku pružiny. To je příčinou poměrně vysoké ovládací síly u spojky s talířovou pružinou při stejně velké přítlačné síle. Dalšími nevýhodami jsou relativně malá stálost otáček, jakož i větší montážní výška spojky s vinutými pružinami. Obr. 1) Řez spojkou s vinutými pružinami Těleso spojky Plechová pouzdra 3 Vinuté pružiny 4 Přítlačný kotouč 5 Setrvačník 6 Spojková lamela 7 Vysouvací zařízení s grafitovým kroužkem 8 Vstupní hřídel převodovky

16 3 Spojková lamela: Centrální spojovacím prvkem spojky 3 Spojková lamela: Centrální spojovacím prvkem spojky Funkce Úkolem spojkové lamely je fungovat jako třecí protikus mezi setrvačníkem a přítlačným kotoučem a předat moment motoru na výstupní hřídel převodovky. K přizpůsobení otáček motoru a převodovky a k přenosu momentu motoru při tom slouží třecí obložení, které musí splňovat kromě technických požadavků na nízké opotřebení, konstantní součinitel tření a jemné vytvoření momentu i aktuální předpisy na ochranu životního prostředí. Vývoj a výrobu obložení použitých na spojkových lamelách zajišťuje firma LuK a tato obložení odpovídají technickým i zákonným požadavkům. Obr. ) Kromě standardní verze s jednotlivými segmenty jsou pro náročné aplikace k dispozici vícekrát zvlněné dvojité segmenty Znakem každé spojkové lamely LuK je odpružení obložení, které je přizpůsobené požadavkům zákazníka na komfort a které umožňuje jemné vytvoření momentu při rozjezdu a ergonomicky přizpůsobený průběh síly na pedál. Jednotlivé segmenty Kromě standardní verze s jednotlivými segmenty se pro náročné aplikace používají vícekrát zvlněné dvojité segmenty. Díky efektivnímu podepření obložení se dosáhne rovnoměrného dosedání. Zapracování a sednutí v důsledku působení teploty a tím i změna odpružení obložení v průběhu jeho životnosti jsou omezené na minimum. Dvojité segmenty Obr. 3) Charakteristiku torzního tlumiče lze přizpůsobit jakémukoliv přání zákazníka Tah 4. stupeň M [Nm] změna zatížení motoru 3. stupeň Stupeň tahu stupeň Volnoběh 3. stupeň Přechodový stupeň 4. stupeň Zatížení. stupeň Pomalý pohyb vozu, nízké zatížení [ ]. stupeň Pomalý pohyb vozu Nízké zatížení 1. stupeň Volnoběh Tah 16

17 Spojková lamela s tlumiči torzních kmitů Za účelem snížení nerovnoměrností otáčení způsobených spalovacím motorem, které mohou vést ke vzniku kmitů v převodovce a tím i k rušivému hluku, se používají torzní tlumiče. Pokud z důvodu nedostatku místa, resp. vysokých nákladů nelze použít dvouhmotový setrvačník (ZMS), nejlepším řešením je spojková lamela s torzním tlumičem. Za účelem splnění dnešních nároků na komfort i přes použití hnacích ústrojí s optimalizovanou hmotností a motorů s optimalizací výfukových plynů a spotřeby je nutné použít do detailů promyšlené systémy pružin-tlumičů s řídicími prvky tření (obrázek 4). Přitom vzniká nutnost sladit pro každý provozní stav, resp. pro každý stav zatížení separátní charakteristiku torzního tlumiče s definovanou tuhostí pružin a definovaným tlumením tření (hystereze). Charakteristiku torzního tlumiče lze přitom přizpůsobit příslušným přáním zákazníka: Od vícestupňového provedení s použitím z hlediska techniky kmitání nejlepšího přizpůsobení veškerých charakteristických hodnot přes nákladově optimalizovaná kompromisní řešení s předřazeným tlumičem pro volnoběh až po jednostupňovou charakteristiku (obrázek 3). Vystředění kužele vyvinuté firmou LuK vyrovnává případné osové přesazení mezi motorem a převodovkou. V důsledku toho je i ve volnoběhu zajištěna přesná funkce speciálně pro stav zatížení dimenzovaného tlumiče (předřazený tlumič). Použití předřazených tlumičů umožňuje zajištění dobré izolace kmitání i při snížených volnoběžných otáčkách a přispívá tak ke snížení spotřeby a emisí. Obr. 4) V dnešní době se používají do detailů promyšlené systémy pružin-tlumičů Unášecí kotouč Nýt třecího obložení 3 Třecí obložení 4 Tlačné pružiny (tlumič při volnoběhu, resp. při nízkém zatížení) 5 Tlačné pružiny (tlumič při zatížení) 6 Příruby náboje 7 Třecí kroužky 8 Opěrný kotouč 9 Talířová pružina 10 Distanční plech 11 Protilehlý kotouč 1 Klece tlumičů (tlumič při volnoběhu, resp.při nízkém zatížení) 13 Kónus pro vystředění 14 Axiální pružný segment 15 Nýt pružného segmentu 16 Náboj 17

18 3 Spojková lamela: Centrální spojovacím prvkem spojky Sladění charakteristiky Za účelem definování potřebných charakteristik torzního tlumiče je k dispozici nejmodernější měřicí a simulační technika, jakož i rozsáhlé inženýrské poznatky. Hnací ústrojí optimalizovaných vozidel se vybaví senzory. Zachycují a subjektivně se vyhodnotí různé stavy kmitání. Potom se sestaví simulační model a provede se jeho vyvážení. Po provedení výpočetní variace parametrů za účelem zjištění vhodné charakteristiky, jakož i konstrukční realizace funkčnosti a ověření provedeném na základě prototypů ve vozidle je zákazníkovi k dispozici torzní tlumič, který je co nejlépe přizpůsobený jeho přáním (obrázek 5). Spojková lamela pro dvouhmotový setrvačník Pokud se ke snížení torzních kmitů v hnacím ústrojí použije dvouhmotový setrvačník, spojková lamela má buď jednostupňový torzní tlumič, nebo použití torzního tlumiče při odpovídajících okrajových podmínkách zcela odpadá. Pak dojde k použití tuhé spojkové lamely nebo spojkové lamely s kompenzací vyosení. Vlivem tolerancí na motoru a převodovce, zejména u vstupních hřídelů převodovky bez pilotního ložiska, může dojít mezi klikovým hřídelem a převodovkou ke vzniku vyosení. Ve spojení s tuhými kotouči spojky může toto vyosení způsobit v kritických případech hluk při volnoběhu a zvýšené opotřebení profilu. Řešení tohoto problému nabízí použití spojkové lamely s kompenzací vyosení, u kterého se při volnoběhu a v oblasti nízkého zatížení realizuje možnost radiálního přesunutí náboje a tím vyhnutí se možným radiálním silám. Tlačné pružiny spojkové lamely s kompenzací vyosení působí jen v oblasti nízkého zatížení. Obr. 5) Kmity při volnoběhu pro stanovení charakteristických hodnot torzních tlumičů se používá nejmodernější měřicí technika Motor Přenos Zrychlení (1/s) Čas (s) Bez tlumičů torzních kmitů Čas (s) S tlumiči torzních kmitů 18

19 Obr. 6 a) Spojkové lamely konstrukce: Tuhé spojkové lamely Obr. 6 c) Spojkové lamely konstrukce: Kotouč spojky s funkcí kompenzace vyosení Obr. 6 b) Spojkové lamely konstrukce: Spojková lamela s tlumiči zatížení Obr. 6 d) Spojkové lamely konstrukce: Spojková lamela s tlumičem kmitů při volnoběhu, při nízkém zatížení a při zatížení 19

20 4 Přítlačný kotouč spojky: Konstrukce a charakteristiky 4 Přítlačný kotouč spojky: Konstrukce a charakteristiky Úkoly Přítlačný kotouč spojky tvoří se setrvačníkem a spojkovou lamelou třecí systém. Je upevněný prostřednictvím šroubení skříně na setrvačníku a způsobuje předání točivého momentu motoru přes spojkovou lamelu na vstupní hřídel převodovky. Jedním z nejdůležitějších konstrukčních prvků moderních spojek vozidel je talířová pružina. Talířová pružina zcela nahradila dříve obvyklé vinuté pružiny ve spojkách osobních motorových vozidel. Talířová pružina Centrálním konstrukčním prvkem veškerých uvedených konstrukcí je talířová pružina. Talířová pružina je podstatně plošší a lehčí než vinuté pružiny. Zvláštní význam má charakteristika talířové pružiny, které se zřetelně odlišuje od lineární charakteristiky vinuté pružiny. Prostřednictvím cíleně provedeného dimenzování vnějšího a vnitřního průměru talířové pružiny, tloušťky, úhlu ustavení a vytvrzení materiálu lze vytvořit průběh charakteristiky, jaký je prostřednictvím protažené křivky zobrazený na prvním diagramu na obrázku 7. Zatímco vytvořená přítlačná síla u spojky s vinutými pružinami vlivem opotřebení při zmenšující se tloušťce obložení klesá lineárně, tato síla zde nejprve stoupá a potom opět klesá. Dimenzování je zvolené tak, aby spojka začala prokluzovat před dosažením meze opotřebení obložení. Díky tomu je nutnost výměny spojky signalizovaná včas v tak dostatečném rozsahu, aby nedošlo ke vzniku dalekosáhlých poškození například v důsledku vystouplých nýtů obložení. Na základě charakteristiky talířové pružiny je navíc síla na pedál, kterou je nutné vynaložit při ovládání, nižší než u spojek s vinutými pružinami. Charakteristiky spojek a silové diagramy Na obrázku 7 se nachází příklady charakteristik spojek a silových diagramů. Tyto se nevztahují přímo na zobrazené konstrukce, nýbrž mají všeobecný charakter. Vlevo je vždy uvedená síla. Dole, na souřadnici x, je zobrazená vysouvací dráha, resp. na levém diagramu také dráha vysouvacího ložiska spojky. Na pravé souřadnici y je zobrazené nadzvednutí přítlačného kotouče. Na levém diagramu je protaženou čarou zobrazený průběh přítlačné síly. Ve stavu s nově namontovaným kotoučem spojky je překonaná pozice max. pružnosti talířové pružiny (pracovní bod nová spojka). S klesající tloušťkou obložení pak přítlačná síla talířové pružiny stoupá až k její maximální hodnotě, aby pak opět klesla až po přípustné opotřebení obložení přibližně na hodnotu stavu s nově namontovaným kotoučem. Během životnosti spojkové lamely se její tloušťka zmenší přibližně o 1,5 až mm. Přítlačné síly jsou vypočítané tak, aby spojka začala prokluzovat krátce předtím, než se nýty obložení spojky na přítlačném kotouči dotknou setrvačníku a než by v důsledku toho mohly způsobit další poškození. Vypínací Ausrückkraft síla [N] Obr. 7) Charakteristiky spojek/silový diagram bez pružin obložení/silový diagram s pružinami obložení Vypínací Ausrückkraft síla [N] [N] Vypínací Ausrückkraft síla [N] [N] Přípustné opotřebení zul. obložení Belagabnutzung Betriebspunkt- Provozní bod neue nové Kupplung spojky Anpresskraft Přítlačná síla Vypínací síla při Ausrückkraft opotřebeném bei Belagverschleiß obložení Zdvih přítlačného kotouče Druckplattenabhub Vypínací síla nového Ausrückkraft obloženíneu Vypínací dráha/dráha Ausrückweg/Ausrücklagerweg vypínacího ložiska [mm] [mm] Betriebspunkt Provozní bod Účinná wirksame přítlačná Anpresskraft síla přítlačného der Druckplatte kotouče spojky Zdvih přítlačného Druckplattenabhub kotouče Ausrückkraft Vypínací síla Vypínací dráha/dráha Ausrückweg vypínacího [mm] ložiska [mm] Betriebspunkt Provozní bod Anpresskraft Přítlačná = síla Belagfederkraft = síla pružin obložení Vzduchová Lüftspalt mezera Vypínací Ausrückkraft síla Vypínací dráha/dráha vypínacího ložiska [mm] Ausrückweg [mm] 1,4, 1,8 1,6 1,4 1, 1 0,8 0,6 0,4 0,,4, 1,8 1,6 1,4 1, 0,8 0,6 0,4 0,,4, 1,8 1,6 1,4 1, 1 0,8 0,6 0,4 0, Zdvih Abhub [mm] Zdvih Abhub [mm] Abhub Zdvih [mm] 0

21 Čerchovaná čára znázorňuje průběh vysouvací síly, tedy síly, která je nutná k ovládání nové spojky a tečkovanou čárou po opotřebení obložení. Vysouvací síla nejprve stoupá až do dosažení pracovního bodu, aby pak opět pomalu klesla. Křivka vysouvací síly při opotřebení obložení byla posunutá směrem vlevo za účelem znázornění poměru přítlačné síly k vysouvací síle. Proti vyšší přítlačné síle v pracovním bodě při opotřebení obložení stojí odpovídajícím způsobem vyšší vysouvací síly. Čárkovanou čárou je znázorněný průběh nadzvednutí přítlačného kotouče na dráze vysouvacího ložiska spojky. Zde je zřetelně vidět pákový převod ve spojce: 8 mm vysouvací dráhy odpovídá mm nadzvednutí, tedy převodovému poměru 4:1 (bez zohlednění pružnosti ve spojce). Tento poměr platí analogicky i pro výše uvedenou přítlačnou a vysouvací sílu. Diagram nacházející se uprostřed a vpravo zobrazuje vzájemné srovnání měření na spojkách bez zohlednění pružin obložení spojkové lamely a s tímto zohledněním. Výhodou použití pružin obložení je jemné zapínání spojky a příznivější průběh opotřebení. Bez použití pružin obložení klesá účinná přítlačná síla (protažená čára) při vypínání spojky lineárně a relativně strmě. Obráceně, účinná přítlačná síla při zapínání spojky roste stejným způsobem lineárně a náhle. Naproti tomu lze vidět na pravém diagramu, že vysouvací dráha, která je k dispozici a na které dochází k úbytku přítlačné síly, je přibližně dvojnásobně velká. Obráceně, přítlačná síla při zapínání spojky roste pomalu ve formě křivky, protože nejprve musí dojít ke stlačení pružin obložení. V důsledku jemného průběhu, resp. růstu křivky přítlačné síly (protažená čára) dojde také k odbourání výrazné špičky síly při nutné vysouvací síle. Dokud přítlačný kotouč () ještě dosedá na spojkovou lamelu, přítlačná síla odpovídá síle pružin obložení. Konstrukce Podle konstrukce a způsobu ovládání spojky se rozlišuje: Talířová pružina tlačeného typu Talířová pružina tažného typu Spojka s talířovou pružinou ve standardním provedení Na obrázku 8 je zobrazená spojka s talířovou pružinou ve standardním provedení. Talířová pružina a přítlačná deska jsou sevřené v krytu. Přítlačná deska je spojena Obr. 8) Spojka s talířovou pružinou ve standardním provedení Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky 1 Těleso spojky Přítlačný kotouč 3 Talířová pružina 4 Kroužek 5 Čep 6 Tangenciální listové pružiny 7 Otvor pro vystředění

22 4 Přítlačný kotouč spojky: Konstrukce a charakteristiky se skříní spojky prostřednictvím tangenciálních listových pružin. Tyto pružiny jsou na přítlačném kotouči přinýtované na třech vačkách. Tangenciální listové pružiny mají tři hlavní funkce: Nadzvednutí přítlačného kotouče při vypínání spojky Přenos točivého momentu motoru od skříně na přítlačný kotouč Vystředění přítlačného kotouče Talířová pružina je upnutá mezi přítlačným kotoučem a skříní spojky tak, aby vytvářela potřebnou přítlačnou sílu za účelem provést upnutí se silovým stykem spojkové lamely mezi setrvačníkem a přítlačným kotoučem. Pružina se přitom opírá o skříň spojky přes kroužek, který lze přídavně nahradit i drážkou ve skříni spojky. Opěrné ložisko tvoří kroužek fixovaný čepem. Na vnějším průměru dosedá pružina na přítlačném kotouči. Sešlápnutím pedálu spojky tlačí vysouvací ložisko spojky na hroty jazýčků talířové pružiny. Přítlačný kotouč se nadzvedne a spojková lamela se uvolní. Spojka s talířovou pružinou s pružinovými jazýčky Spojka s talířovou pružinou zobrazená na obrázku 9 se sponami pružiny představuje další vývojový stupeň standardního provedení nacházejícího se na obrázku 8, strana 1. Spony pružiny jsou u tohoto provedení umístěné tak, že vytahují čepy směrem ven. V důsledku toho se talířová pružina udržuje v uložení talířové pružiny bez vůle i v případě opotřebení. Výhodou tohoto provedení je nadzvednutí, které zůstává stejné po celou dobu životnosti. Spojka s talířovou pružinou s opěrnou pružinou Speciální provedení představuje spojka s talířovou pružinou s opěrnou pružinou (obrázek 30). Podepření talířové pružiny na skříni spojky zajišťuje kroužek, který lze případně nahradit i drážkou ve skříni spojky. Opěrné ložisko tvoří opěrná pružina. Tím je zajištěné bezztrátové a bez vůle fungující uložení talířové pružiny s automatickým nastavením při opotřebení. Tato konstrukce se jinak neodlišuje od konstrukcí zobrazených na obrázcích 8, strana 1 a 9. Spojka s talířovou pružinou bez čepů (Bolo) Dalším speciálním provedením je spojka s talířovou pružinou bez čepů, která je zobrazená na obrázku 31. Podobně jako u provedení s opěrnou pružinou zajistí podepření talířové pružiny na skříni spojky kroužek, který lze volitelně nahradit i drážkou ve skříni spojky. Jako opěrné ložisko slouží stejně jako u spojky s čepy Obr. 9) Spojka s talířovou pružinou s pružinovými jazýčky Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky 1 Těleso spojky Přítlačný kotouč 3 Talířová pružina 4 Kroužek 5 Čep 6 Tangenciální listové pružiny 7 Otvor pro vystředění 8 Pružinové jazýčky

23 Obr. 30) Spojka s talířovou pružinou s opěrnou pružinou Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky 1 Těleso spojky Přítlačný kotouč 3 Talířová pružina 4 Kroužek 5 Čep 6 Tangenciální listové pružiny 7 Otvor pro vystředění 8 Opěrná pružina Obr. 31) Spojka s talířovou pružinou bez čepů (Bolo) Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky 1 Těleso spojky Přítlačný kotouč 3 Talířová pružina 4 Kroužek 5 Tangenciální listové pružiny 6 Otvor pro vystředění 7 Spony

24 4 Přítlačný kotouč spojky: Konstrukce a charakteristiky drátěný kroužek. Zvláštností však je, že kroužek je přidržován sponami vytvarovanými z víka spojky. Podobně jako u spojky se sponami jsou také zde předepnuté spony, takže opotřebení uvnitř uložení talířové pružiny lze u tohoto provedení spojky automaticky kompenzovat a zajištěné je uložení talířové pružiny bez vůle po celou dobu životnosti spojky. Talířová pružina tažného typu U spojky zobrazené na obrázku 3 jde o spojku s talířovou pružinou v taženém provedení. Rozdíl oproti spojce s tlačenou talířovou pružinou spočívá v obráceném způsobu montáže talířové pružiny. U tohoto typu lze ovšem realizovat ovládání spojky pouze pomocí tahu. Tato konstrukce vyžaduje následující uspořádání spojky: Talířová pružina se opře o vnější okraj ve skříni spojky a zatlačí ve vnitřní části okrajové oblasti na přítlačný kotouč. Výhodou tohoto provedení spojky je možnost realizovat při stejné přítlačné síle na základě pákových poměrů nižší vysouvací síly ve srovnání se spojkou s tlačenou talířovou pružinou. Také účinnost spojek s taženou talířovou pružinou je v důsledku uložení talířové pružiny na vnějším průměru skříně spojky lepší než u spojek s tlačenou talířovou pružinou. Jako nevýhody tažených spojek lze uvést obtížnější demontáž převodovky, jakož i podstatně komplexnější konstrukci vysouvacího ložiska spojky. Spojka se samočinným seřizováním SAC (Self Adjusting Clutch) Během posledních let se při používání vyšších točivých momentů, popř. aplikací se zvýšenými požadavky na rezervu opotřebení stále více etabluje používání spojek SAC. Nejdůležitější výhody této konstrukce oproti dosavadním provedením zní: Malé vypínací síly, které zůstávají po celou dobu životnosti konstantní. Díky tomu vysoký komfort jízdy po celou dobu životnosti. Zvýšená rezerva opotřebení, a tím vyšší životnost automatickým nastavením podle opotřebení. Přejezd vysouvacího ložiska je omezen dorazem talířové pružiny. Obr. 3) Talířová pružina tažného typu. Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky 1 Těleso spojky Přítlačný kotouč 3 Talířová pružina 4 Tangenciální listové pružiny 5 Otvor pro vystředění 6 Tlačný díl

25 Z toho vyplývá řada dalších předností: Není potřeba používat servosystémy (u užitkových vozidel) Jednodušší vypínací systémy kratší dráha pedálu Stejné síly působící na pedál u celé palety motorů Nové možnosti pro snížení průměru spojky (přenos točivého momentu) menší pracovní rozsah vypínacího ložiska po celou dobu životnosti Princip spojky se samočinným seřizováním (SAC) Senzor síly U spojky se seřizováním opotřebení je snímán nárůst vypínací síly v důsledku opotřebení a cíleně je prováděno vyrovnání pro snímatelnou tloušťku obložení. Obr. 33) Princip spojky se samočinným seřizováním (SAC) Obrázek 33 znázorňuje schématické zobrazení. Podstatným rozdílem oproti konvenční spojce je uložení (hlavní) talířové pružiny, která není pevně přinýtovaná k víku, ale je podepřena pomocí takzvané snímací talířové pružiny. Tyto snímací talířové pružiny mají v dostatečně velkém rozsahu téměř konstantní sílu na rozdíl od značně degresivní hlavní talířové pružiny. 1 Těleso spojky Přestavovací kroužek 3 Tlačná pružina 4 Talířová pružina 5 Senzor-talířová pružina 4 Obr. 34) Spojka se samočinným seřizováním SAC (Self Adjusting Clutch) Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky 1 Těleso spojky Přestavovací kroužek 3 Tlačná pružina 4 Talířová pružina 5 Senzor-talířová pružina 6 Čep 7 Čep 8 Tangenciální listové pružiny 9 Přítlačný kotouč 10 Doraz víka

26 4 Přítlačný kotouč spojky: Konstrukce a charakteristiky Vodorovná oblast snímací talířové pružiny se nastavuje o něco výše než požadovaná vypínací síla. Dokud je vypínací síla menší než přídržná síla snímací pružiny, zůstane otočné uložení hlavní talířové pružiny na stejném místě. Pokud se však v důsledku opotřebení obložení vypínací síla zvýší, překročí se opačně působící síla snímací talířové pružiny a otočné uložení se vychýlí ve směru k setrvačníku, a to přesně o tolik, až vypínací síla opět klesne na hodnotu snímací síly. Mezi otočným uložením a víkem vznikne při vychýlené snímací talířové pružině mezera, kterou lze vyrovnat pomocí klínu. Provedení spojky s dostavením podle opotřebení se snímačem síly Snímač síly s kompenzací tloušťky pomocí klínů lze vyřešit velmi elegantně a jednoduše. Ve srovnání s konvenční spojkou jsou navíc použity jedna snímací pružina (červená) a nastavovací (rampový) kroužek (žlutý). Snímací talířová pružina je zavěšena vně ve víku a tvoří se jejími vnitřními jazýčky uložení pro hlavní talířovou pružinu. Klíny, které provádějí vlastně seřízení, jsou uspořádány kvůli odstředivým silám v obvodovém směru. Kromě toho se otáčí ocelový nastavovací kroužek na protilehlých rampách ve víku. Ocelový nastavovací kroužek je předepnut pomocí tlačných pružin v obvodovém směru tak, aby při vychýlené snímací talířové pružině mohl vyplnit mezeru mezi uložením talířové pružiny a víkem. Obrázek 35 níže znázorňuje průběhy vypínací síly pro konvenční spojku ve stavu nového dílu a také ve stavu po opotřebení obložení. Pro srovnání je zobrazena mnohem nižší vypínací síla samonastavitelné spojky (SAC), jejíž charakteristická křivka se také v průběhu životnosti prakticky nemění. Jako další výhoda vyplývá vyšší rezerva opotřebení, která již nyní jako u konvenčních spojek nezávisí na délce charakteristické křivky talířové pružiny, ale na výšce rampy. Tím ji lze bez dalších úprav zvýšit asi na 3 mm u menších a až asi na 10 mm u velmi velkých spojek. Tím byl učiněn rozhodující krok k prodloužení životnosti spojek. Spojka s talířovou pružinou se samočinným seřizováním (SAC) v provedení s více lamelami Výkonné motory s točivými momenty >500 Nm potřebují také spojky s vyššími přenosovými momenty. Téměř nutně v důsledku toho navzdory používání samonastavovacích spojkových systémů narostla také síla v pedálu. Tento nárůst byl sice díky různým opatřením (např. zlepšeným vysouvacím systémům) udržován v určitých mezích, přesto byly ve stále silnější míře kladeny požadavky na spojky s ovládacími silami (obrázek 36). Spojka s talířovou pružinou se samočinným seřizováním (SAC) v provedení s více lamelami Hlavním rozdílem oproti jednokotoučovému provedení je doplnění SAC o vložený přítlačný kotouč a tři další svazky tangenciálních listových pružin pro zajištění zvednutí vloženého přítlačného kotouče. Aby bylo možno realizovat co nejrovnoměrnější opotřebení obou spojkových lamel, zajišťují tzv. zvedací nýty řízení vloženého přítlačného kotouče. Ty zajišťují, že zdvih vloženého Obr. 35) Porovnání konvenční spojky s SAC Konvenční spojka s talířovou pružinou SAC Vypínací Ausrückkraft síla Síla Sensorkraft na senzor neu Nová Opotřebení Verschleiß Nová neu Opotřebení Verschleiß 6

27 přítlačného kotouče odpovídá polovině zdvihu přítlačného kotouče. Pro aplikace ve vozidlech, které z důvodu izolace potřebují tlumený kotouč spojky, lze i toto realizovat se speciálním provedením spojkového kotouče. Výhodou SAC ve vícekotoučovém provedení je, že lze zvýšit možné snížení vysouvací síly příp. při konstantní vysouvací síle přenášeného momentu motoru. V případě konceptů motorů, u kterých vznikají vysoké momenty s vysokými otáčkami, nabízí vícelamelová SAC také možnost, zmenšit vnější průměry obložení a možnost zvýšit tak maximální otáčky spojkových lamel. Dále lze downsizingem spojkových kotoučů udržovat moment setrvačnosti v porovnání s velikostí spojkových kotoučů nutných pro jednospojkové provedení na neutrální úrovni, popř. je za určitých okolností dokonce lehce snížit. Obr. 36) Provedení SAC s více lamelami Strana motoru Strana převodovky Strana motoru Strana převodovky Těleso spojky Přestavovací kroužek 3 Tlačná pružina 4 Talířová pružina 5 Senzor-talířová pružina 6 Čep 7 Čep 8 Tangenciální listové pružiny 9 Přítlačný kotouč 10 Doraz víka 11 Vložený přítlačný kotouč 1 Zvedací nýt 13 Spojková lamela 1 14 Spojková lamela

28 5 Dvouhmotový setrvačník (ZMS): Efektivní tlumení torzních kmitů mezi motorem a převodovkou 5 Dvouhmotový setrvačník (ZMS): Efektivní tlumení torzních kmitů mezi motorem a převodovkou Na základě nedostatečného přirozeného tlumení se v moderní automobilové výrobě projevuje nárůst rušivých zdrojů hluku. Jeho příčiny spočívají ve snižování hmotnosti vozidel, jakož i v karosériích optimalizovaných v aerodynamických kanálech, které díky nižšímu hluku větru nyní umožňují vnímat jiné zdroje hluku. K zesílení hluku však přispívají i koncepty s nízkým obsahem paliva ve směsi a motory provozované v extrémně nízkých otáčkách, jakož i pěti- a šestistupňové převodovky a řídké oleje. Periodické spalovací procesy pístového motoru podněcují torzní kmity v hnacím ústrojí, které v podobě rachotu převodovky a dunění karosérie nesplňují očekávání řidiče kladená na komfort při jízdě. Roste význam střední třídy a takzvaných kompaktních vozidel s napříč zabudovanými motory a narůstají i požadavky na motory se sníženou spotřebou paliva a se sníženým obsahem škodlivin. To však současně vede ke zvýšení nestejnoměrného chodu motoru, zejména v oblasti vznětových motorů s přímým vstřikem paliva. S cílem dosažení komfortu jízdy horní třídy i u těchto vozidel vyvinula firma LuK dvouhmotový setrvačník (ZMS). ZMS izoluje účinně kmity motoru už ve volnoběhu; tj. už nedochází k výskytu rachotu převodovky a zmizí nepříjemné dunění karosérie v určitých rozsazích otáček. V podobě dvouhmotového setrvačníku tak mají výrobci automobilů k dispozici mimořádně výkonný systém tlumení torzních kmitů v hnacím ústrojí (obrázek 37). Konstrukce Rozdělením konvenčního setrvačníku na dva kotouče vznikne motoru přiřazená primární setrvační hmota s věncem pro spouštěč, jakož i sekundární hmota, která zvyšuje moment setrvačnosti na straně převodovky. Obě odpojené hmoty jsou vzájemně spojené prostřednictvím pružicího/tlumicího systému a vzájemně otočně uložené prostřednictvím radiálního kuličkového ložiska nebo kluzného ložiska. Dva plechové výlisky svařené laserem na vnějším okraji tvoří prstencovitý mazací prostor, ve kterém se nacházejí obloukové tlačné pružiny s vodicími miskami pružin. Utěsnění se zde realizuje pomocí těsnicí membrány. Příruba zasahuje svým výčnělkem mezi obloukové tlačné pružiny. Touto přírubou může být tuhý plech, může obsahovat přídavný tlumič nebo lze koncepcí kluzné spojky omezit škodlivé momentové špičky. Další, na náboji plovoucím způsobem uložené třecí zařízení, je unášené prostřednictvím vůle jedním z přídržných plechových prvků a může vytvořit požadované tření při výskytu velkého úhlu zkroucení. Protože pružicí/tlumicí systém je integrovaný v dvouhmotovém setrvačníku, jako spojková lamela se používá většinou tuhé provedení bez tlumiče torzních kmitů. Jako přítlačný kotouč spojky slouží většinou spojka s talířovou pružinou, u které se nastavení polohy realizuje prostřednictvím středicích kolíků (obrázky 38 a 39 na straně 9). Obr. 37) Přenos rotačních kmitů 1 Motor Spojka 3 Převodovka 4 Tlumiče torzních kmitů 5 Primární setrvačník 6 Sekundární setrvačník 7 Setrvačník S konvenčním setrvačníkem S dvouhmotovým setrvačníkem /min. 1/min. Motor Přenos 8

29 Obr. 38) Standardní dvouhmotový setrvačník (ZMS) Věnec startéru Primární setrvačník 3 Obloukové pružiny 4 Kluzné uložení 5 Příruba 6 Třecí jednotka s plovoucím uložením 7 Primární víko (v řezu) 8 Sekundární setrvačník 8 Obr. 39) Dvouhmotový setrvačník s rozdílným provedením přírub Primární setrvačník Obloukové pružiny 3 Příruba 4 Sekundární setrvačník 5 Příruba s vnitřním tlumičem 6 Středicí kolík 6 5 9

30 5 Dvouhmotový setrvačník (ZMS): Efektivní tlumení torzních kmitů mezi motorem a převodovkou Funkce Fyzikální zkoumání hnacího ústrojí ukázala, že rezonanční rozsah otáček lze přesunout změnou přiřazení momentů setrvačnosti. Při zvýšení momentu setrvačnosti převodovky poklesnou rezonanční otáčky, při kterých dochází ke vzniku velmi silného hluku, pod volnoběžné otáčky a jsou tak mimo rozsah provozních otáček motoru. V podobě dvouhmotového setrvačníku vyvinula firma LuK velkosériový produkt, který tento princip realizuje a rezonanční amplitudu přitom udržuje mimořádně malou. Moment setrvačnosti se u dvouhmotového setrvačníku na rozdíl od konvenčního uspořádání před tlumičem torzních kmitů sníží a za tímto tlumičem zvýší. Momentu setrvačnosti motoru je nyní přiřazená primární hmota setrvačníku ZMS, momentu setrvačnosti převodovky sekundární hmota setrvačníku, spojková lamela, jakož i přítlačný kotouč spojky. Rozsah rezonančních otáček se tak přesune z původních přibližně min 1 na cca 300 min 1 a v jízdním provozu se už nemůže rušivě projevit, protože motor není provozován v tomto rozsahu otáček. U doposud běžných provedení s konvenčním setrvačníkem a torzně tlumenou spojkovou lamelou se v pásmu volnoběžných otáček přenáší torzní kmitání bez odtlumení dále do převodovky a způsobuje klepání ozubených kol v rámci zubové vůle (řinčení převodovky). Při použití dvouhmotového setrvačníku je torzní kmitání motoru odfiltrováno konstrukčně náročným pružinovým tlumičem, komponenty převodovky tak nejsou ovlivňovány kmitáním převodovka neřinčí a očekávání řidiče po stránce komfortu jsou v plném rozsahu splněna! Obloukové pružiny Pružicí/tlumicí systém musí splňovat dva protichůdné požadavky. 1. V normálním provozu způsobuje nerovnoměrnost chodu motoru pouze malé provozní úhly v tlumiči. Za účelem optimálního tlumení kmitů je nutné použít v této provozní oblasti nízkou pružinovou konstantu, ve spojení s nízkým tlumením.. Při typických změnách zatížení (např. plné sešlápnutí akceleračního pedálu) vznikají kmity při změně zatížení motoru, které vedou ve vysoké míře k tvorbě hluku. Tento jev lze potlačit pouze použitím tlumiče torzních kmitů, který má extrémně nízkou pružinovou konstantu, a současně vysoké tlumení. Tento rozpor se vyřeší použitím tlumiče s obloukovou pružinou, který je integrovaný v dvouhmotovém setrvačníku. Tlumič zajišťuje vysoké tlumení při velkých provozních úhlech a současně při velmi nízkých hodnotách pružinové konstanty. Díky nízkému tlumení a vhodných hodnotách pružinové konstanty současně skvěle izoluje kmity v normálním jízdním provozu. Odbočení: Kompaktní dvouhmotový setrvačník Kompaktní dvouhmotový setrvačník je řešením pro omezený montážní prostor u vozidel s napříč umístěným pohonem předních kol. V této prostorově zvlášť úsporné variantě spojkového agregátu je integrovaný dvouhmotový setrvačník, přítlačný kotouč spojky a spojková lamela (obrázky 40 a 41). Celý modul se dodává již předběžně smontovaný a lze jej jako jednotku našroubovat na klikový hřídel. Přes otvory nacházející se v talířové pružině, v přítlačném kotouči spojky a v spojkové lamele lze pevně utáhnout šrouby klikového hřídele. Pro zákazníka se tím zjednoduší i správa: Namísto tří jednotlivých komponentů a dvou sad šroubů je nutné nyní dbát již jen na jeden celkový paket. Výhody dvouhmotového setrvačníku LuK jedním pohledem: Prvotřídní jízdní komfort Pohlcuje vibrace Izoluje hluk Úspora paliva díky nižším otáčkám motoru Zvýšený komfort řazení Menší opotřebení synchronizace Ochrana proti přetížení hnacího ústrojí Pozitivní důsledky se projevují i z hlediska ochrany životního prostředí: V důsledku velmi nízkého hluku při jízdě s nízkými otáčkami motoru je nutné méně řadit. Pokles středních provozních otáček. Tím se zvyšuje účinnost celého systému a klesá spotřeba paliva a s ní spojené emise škodlivin. 30

31 Obr. 40) Kompaktní dvouhmotový setrvačník: Jednotka složená z dvouhmotového setrvačníku, přítlačného kotouče a spojkové lamely Obr. 41) Kompaktní dvouhmotový setrvačník Přítlačný kotouč a spojková lamela Sekundární setrvačník s přírubou Primární setrvačník 31

32 6 Hydraulický vypínací systém 6 Hydraulický vypínací systém Funkce Ve vozidlech s jednokotoučovou suchou spojkou a ovládáním nohou je nutný mechanizmus, který umožňuje přenos síly mezi pedálem a spojkou. Realizace této funkce podnítila konstruktéry vozidel k nejrůznějším řešením. Síly působící na pedál byly původně přenášené bovdenem od pedálu k pákovému mechanismu ve skříni spojky. Ovládání spojky tedy probíhalo přes páku a vysouvací ložisko spojky. Tržní podíl těchto systémů je zatím mizivě malý. U stále těsnějších motorových prostorů bylo však ve stále větší míře obtížnější uložit lanko v co možná nejpřímější linii mezi pedálem a pákou. Při použití bovdenu nelze realizovat ohyby malého poloměru, protože tím dojde k nepřípustnému nárůstu tření a opotřebení a k ovlivnění komfortu při ovládání spojky. U moderních nohou ovládaných spojkových systémů se používá hydraulické ovládání spojky. V zásadě rozlišujeme dva systémy: U takzvaných polohydraulických soustav je lanko nahrazeno hydraulickým systémem skládajícím se z hlavního válce na pedálu, vedení a pracovního válce vně na převodovce. U vypínacího systému s centrálním vypínacím mechanismem odpadá páka ve zvonu převodovky. Místo toho se používá kruhovitý hydraulický válec s integrovaným vysouvacím ložiskem spojky, který je umístěný ve skříni spojky mezi převodovkou a spojkou souose se vstupním hřídelem převodovky (obrázek 4). Plně hydraulické systémy mají na základě malého počtu dílů výhodu jednoduché montáže u výrobce vozidel. Kromě toho poskytuje uložení hydraulického potrubí v motorovém prostoru vysokou míru konstrukční flexibility. Konstrukční provedení a funkce jednotlivých komponentů Hlavní válec Hlavní válec (obrázek 43) se skládá z tělesa válce, z pístu s pístnicí a z uspořádání dvou těsnění (primární a sekundární těsnění). Hlavní válec má hydraulickou přípojku pro tlakové potrubí vedoucí k pomocnému válci; tato se vyskytuje většinou v provedení rychlospojka. U některých aplikací lze však ještě najít i šroubení, která jsou běžně používaná v brzdových zařízeních. Hlavní válec má dále přípojku pro napájení systému hydraulickou kapalinou. Prostřednictvím spojovací hadice je tato přípojka často spojená s nádržkou kapaliny brzdy. Existují však také řešení, u kterých má válec spojky vlastní nádržku. Primární těsnění odděluje nádržku od hydraulického tlakového prostoru. Toto těsnění umožňuje vytvoření tlaku pro ovládání spojky. Sekundární těsnění odděluje nízkotlaký prostor nádržky od okolí. Při odlehčeném pedálu zajišťuje pružina umístěná na pedálu nebo v hlavním válci, že píst se vrátí úplně zpět. V této klidové poloze pedálu je spojení mezi nádržkou a tlakovým prostorem rozpojené. Nyní může uniknout v systému uzavřený vzduch a proudit kapalina. Uplatní se mechanismus samočinného nastavení hydraulického systému. Obr. 4) V moderních, nohou ovládaných spojkových systémech se používá hydraulické ovládání spojky 1 Vstupní hřídel převodovky Centrální vysouvací ústrojí 3 Filtr brnění 4 Omezovače špičkové hodnoty momentu 5 Nádržka s hydraulickou kapalinou 6 Vedení 7 Hlavní válec 8 Pedál

33 Vedení Konstrukce hydraulického tlakového potrubí vychází z brzdových potrubí použitých v motorovém vozidle a skládá se z hadice a z ocelové trubky nebo je zcela z plastické hmoty. U ocelové trubky je použití hadice nutné k vyvážení pohybů vyskytujících se mezi hnacím ústrojím a podvozkem vozidla. Při uložení potrubí je nutné dbát na to, aby nedošlo k jeho kontaktu s jinými součástmi nacházejícími se v motorovém prostoru. Dále je nutné zajistit, aby nedošlo k poškození, zalomení trubkového vedení nebo k jeho napadení korozí. Plastová potrubí a hadicové oblasti potrubí se nesmí instalovat v blízkosti horkých zón, jakými jsou například turbodmychadla nebo sběrná potrubí výfukových plynů. Tlumič kmitání (filtr brnění) V motorových vozidlech může dojít v důsledku spalovacího procesu v motoru k výskytu buzení kmitání spojky, která se mohou prostřednictvím vysouvacího systému přenášet až k pedálu (obrázek 44). Řidič pak pociťuje tyto kmity jako nepříjemné brnění na noze nebo je vnímá jako hluk. Za účelem zabránění přenosu kmitání lze v potrubí použít filtrační prvky. Je to buď membránový tlumič nebo filtr brnění (obrázek 45) se dvěma proti sobě umístěnými zpětnými ventily nebo s hadicovým ventilem. Omezovače špičkové hodnoty momentu Omezovače špičkové hodnoty momentu (obrázek 46) jsou pohyblivé clony v hydraulickém potrubí. Tyto clony omezují objemový proud jen během zasunutí spojky při vysokých rychlostech zapínání. Tím se má zabránit přetížení hnacího ústrojí při náhlém zasunutí spojky, např. při sklouznutí z pedálu spojky. Omezovač špičkové hodnoty momentu se při provádění údržby nesmí odstranit z hydraulického systému, protože při jejich odstranění by mohlo dojít k poškození převodovky, hnacích hřídelů nebo dvouhmotového setrvačníku (obrázek 47). Obr. 43) Hlavní válec 4 1 Přípojka k nádržce Primární těsnění 3 Sekundární těsnění 4 Přípojka k tlakovému potrubí Obr. 44) Kmitání na pedálu spojky Zrychlení (m/s ) Zrychlení (m/s ) Čas (s) Zeit Zeit Čas (s) 5 Kryt 6 Píst 7 Pístnice Bez filtru vibrací S filtrem vibrací 1 3 Obr. 45) Filtr brnění s hadicovým ventilem K vysouvacímu ložisku spojky Z pedálu 1 Kryt Hadicový prvek 3 Držák hadice 4 Bobtnavý kroužek

34 6 Hydraulický vypínací systém Pomocný válec V polohydraulickém systému se pomocný válec nachází mimo skříň převodovky a slouží k ovládání otočné vysouvací vidlice spojky (obrázek 48). V tomto případě se pomocný válec skládá z tělesa, z pístu s těsněním, z předepjaté pružiny a z odvzdušňovacího šroubu. Předepjatá pružina zajišťuje permanentní předpětí vysouvacího ložiska spojky, aby toto bezpečně otáčelo spojkou i pokud je vysouvací systém ve stavu bez tlaku a aby se zabránilo vzniku hluku mezi ložiskem a jazýčky talířové pružiny. Odvzdušňovací šroub ulehčuje vypláchnutí nebo naplnění systému při provádění údržby. Centrální vysouvací ústrojí V systému s centrálním vysouvacím zařízením spojky (obrázek 49) je vysouvací ložisko spojky přímo spojené s pístem. Vysouvací pohyb spojky se spouští hydraulickým tlakem, při zasunutí zatlačí talířová pružina spojky centrální píst až do výchozí polohy a kapalina proudí zpět do hlavního válce. Díky velkému, konstrukčně stanovenému zdvihu může pomocný válec vyrovnat tolerance vzniklé při montáži a opotřebení spojky. Senzorika Hlavní a pomocný válec jsou v rostoucí míře vybavené senzorikou za účelem změření dráhy ovládání a předání hodnot do řídicí jednotky motoru a převodovky. Senzory osazené systémy lze zpravidla poznat podle toho, že na hlavním nebo na pomocném válci je upevněné malé těleso s konektorovým nebo kabelovým spojením. Každý senzor je individuálně sladěn s hlavním nebo s pomocným válcem a tvoří s ním proto jednu jednotku. Senzory se z válce nesmí odstranit a upevnit na jiný válec. V případě závady jedné ze součástí se musí vždy zabudovat nová kombinace válec/senzor. Hydraulická kapalina Není-li výrobcem vozidla uvedené jinak, hydraulické systémy pracují s brzdovou kapalinou. Vozidlo má systém naplněný z výrobního závodu již při dodání. Použitím ve vozidle se brzdová kapalina nasycuje vodou a její bod varu klesá. V extrémním případě může dojít k tvorbě parních bublinek v pracovním válci. To může vést ke vzniku problémů při vypínání spojky. Aby k tomu nedošlo, je nutné provést výměnu brzdové kapaliny nejméně každé dva až tři roky. Při volbě náhradní kapaliny zásadně postupujte podle doporučení příslušného výrobce vozidel, protože v opačném případě nelze vyloučit poškození těsnění nebo vznik hluku na hlavním válci. Údržba hydraulického vysouvacího systému je v normálním případě omezená na výměnu brzdové kapaliny. Naplnění novou brzdovou kapalinou se provádí podobně jako u brzdové soustavy pumpováním pedálu a synchronním otevřením a zavřením odvzdušňovacího šroubu. Aby postup vyplachování proběhl podle možnosti úplně a do systému se nedostaly žádné vzduchové bublinky, i v tomto případě je nutné zohlednit specifická doporučení výrobce vozidla. Při provádění jakýchkoliv prací na hydraulickém systému je nevyhnutné dodržovat čistotu. Již nejmenší znečištění způsobená částečkami špíny mohou vést ke vzniku netěsnosti a chybných funkcí. Dovnitř systémů určených pro brzdovou kapalinu se v žádném případě nesmí dostat minerální olej. Z tohoto důvodu neprovádějte žádné promazávání válců nebo konektorů. I nejmenší množství minerálního oleje může vést ke zničení těsnění. U spojkových systémů, které mají společnou nádržku s brzdovou soustavou, existuje reálné nebezpečí proniknutí znečištění až do brzdové soustavy. Důležité Při výměně spojky je nutné zásadně vždy provést i výměnu centrálního vysouvacího zařízení spojky. Toto zařízení je totiž speciálně přizpůsobené životnosti spojky a není tedy dimenzované pro druhé období životnosti spojky. Z tohoto důvodu jsou oba komponenty nabízené společně, specificky podle příslušného vozidla v sadě LuK RepSetPro. Výhody hydraulických vysouvacích systémů: Flexibilita při uložení potrubí Komfortní ovládání díky nízkému tření S optimalizací proti výskytu kmitání a hluku Jednoduchá montáž a údržba Integrované nastavení při opotřebení 34

35 Obr. 46) Omezovače špičkové hodnoty momentu. Pohyblivé clony v hydraulickém potrubí omezují objemový proud během zasunutí spojky při vysokých rychlostech Obr. 48) Pomocný válec venku na skříni převodovky Posouvatelná clona Kryt 1 Tlakové potrubí spojky Pomocný válec 3 Vypínací ložisko spojky 4 Vysouvací otočná vidlice spojky Obr. 47) Omezení proudění prostřednictvím omezovačů špičkové hodnoty momentu Obr. 49) V systému s centrálním vysouvacím zařízením je vysouvací ložisko spojky přímo spojené s pístem Sklouznutí ze spojkového pedálu 100 Dráha pedálu (%) ,1 0, 0,3 0,4 0,5 0,6 Zeit (s) Čas (s) Bez maximálního točivého momentu S maximálním točivým momentem Předepjatá pružina Píst 3 Těsnění 4 Kryt 5 Ochranný měch proti prachu 6 Vypínací ložisko spojky 35

36 7 Automatizované převodovky (ASG) pro vyšší komfort 7 Automatizované převodovky (ASG) pro vyšší komfort Nasazení Automatizovaná převodovka představuje rozšíření osvědčené přímo řazené převodovky. Tato převodovka může řadit automaticky s komfortem srovnatelným s přímo řazenou převodovkou a při odpovídajícím přizpůsobení lze jejím použitím dosáhnout snížení spotřeby paliva. Díky těmto vlastnostem jde o zařízení, jehož použití je zajímavé u vozidel malé až střední třídy, protože i náklady jsou výrazně nižší než náklady u plně automatické převodovky. Automatizované převodovky se používají i u užitkových vozidel, v oblasti přepravy těžkých nákladů dokonce zčásti jako součást sériového vybavení (obrázek 50). Popis Obsluha Volicí páka má obdobně jako u automatické převodovky řadicí polohy pro režim Neutrál, Jízda zpět, Automatika a Manuálně. Volicí páka je spojená s převodovkou pouze elektronicky a ne mechanicky (obrázek 51). Protože automatizovaná převodovka je založena na principu přímo řazené převodovky, na rozdíl od automatické převodovky nemá parkovací polohu. Stejně jako u přímo řazené převodovky zůstává zařazený při vypnutí zapalování aktuálně použitý převodový stupeň, a spojka se automaticky sepne. Motor lze spouštět podobně jako u automatické převodovky, když je volicí páka v poloze N, převodovka indikuje neutrální polohu nožní brzda je sešlápnutá. Technika Na převodovce jsou upevněné přídavné elektromotory, jejichž prostřednictvím se místo řidiče realizují pohyby pro zasunutí spojky a řazení. Koordinaci a zpracování signálů zajišťuje řídicí jednotka převodovky. Většina signálů se načítá a vydává prostřednictvím datové sběrnice CAN. Na datovou sběrnici CAN je připojená řídicí jednotka motoru, řídicí jednotka ABS nebo řídicí jednotka ESP, jakož i řídicí jednotka kokpitu, která zobrazuje i informace o aktuální volbě převodového stupně a stavu převodovky. V automatizované převodovce LuK je tato řídicí jednotka umístěná ve společném tělese s elektromotorem a mechanickým zařízením, které zajišťuje ovládání spojky. Při výměně řídicí jednotky musí být nahraný software, který se hodí k variantě vozidla a je nutné provést uvedení do provozu. S řídicí jednotkou převodovky jsou sladěné i jiné řídicí jednotky, dodatečná úprava přímo řazené převodovky na automatizovanou převodovku tedy z tohoto důvodu není technicky a ekonomicky smysluplným krokem. Aby elektromotory mohly být podle možnosti malé, lehké a aby měly rychlé reakce, je nutná minimalizovaná ovládací síla spojky. Toto lze dosáhnout použitím spojky se samočinným seřizováním (SAC). Pro řazení převodovky se věž přímého řazení u přímo řazené převodovky nahradí konstrukční skupinou se dvěma elektromotory. Volba příslušné řadicí dráhy se provádí prostřednictvím elektromotoru v souladu s příčným pohybem pravé ruky při řazení. Zařazení převodových stupňů zajišťuje druhý, větší elektromotor. Funkce Funkce jízdy plazivou rychlostí Při uvolnění brzd se lehce zapne spojka. Vozidlo se na rovině jemně rozjede bez nutnosti sešlápnutí akceleračního pedálu. Moment je kvůli ochraně spojky omezený, použitý moment se při zvýšené teplotě spojky sníží. Stanovení bodu dotyku spojky V důsledku kolísání teploty a jiných vnějších vlivů dochází ke změně bodu, ve kterém začíná spojka přenášet moment motoru na kola. Tento bod se nazývá bodem dotyku. Automatizovaná převodovka přizpůsobuje tento bod dotyku vždy tehdy, stojí-li vozidlo delší dobu se sešlápnutým pedálem brzdy a běžícím motorem, např. u semaforu. Přitom dochází opakovaně ke krátkodobému sepnutí spojky do té míry, až dokud vlivem lehkého kontaktu přítlačného kotouče s kotoučem spojky nedojde k reakci motoru. Spojka se potom ihned opět rozepne. Řidič tento postup normálně nevnímá a předpokládá stabilní volnoběh motoru. Pro řádnou funkci je rovněž důležité, aby při výměně řídicí jednotky nebo spojky došlo k úspěšnému uvedení do provozu pomocí servisního kontrolního přístroje. Správný bod dotyku zajišťuje, aby zapínání spojky probíhalo jemně a přesto bez dlouhotrvajícího prokluzu spojky. Ochrana spojky Automatizovaná převodovka zjistí, kdy dojde k zahřátí spojky, např. v důsledku mnoha po sobě následujících rozjezdů ve stoupání. Za účelem zpomalení dalšího růstu teploty se potom provede deaktivace funkce jízdy plazivou rychlostí. Při rozjezdech se spojka sepne rychleji, aby se zabránilo déletrvajícímu prokluzu spojky. 36

37 Podpora brzdění se systémem ABS Pokud hlásí řídicí jednotka ABS brzdění s aktivací ABS, může systém ASG spojku rozpojit. Odpojením motoru dojde ke zlepšení účinnosti regulace ABS. Kontrola bezpečnosti Systém ISM (Intelligent Safety Monitoring System) kontroluje hlavní procesor pomocí druhého procesoru. Prováděná je kontrola funkce paměti a průběh programu a zda aktivity řídicí jednotky automatizované převodovky LuK odpovídají aktuální jízdní situaci. V případě závady existují dvě možné reakce řídicí jednotky: Vypnutí koncových stupňů akčních členů, tj. již nelze provést žádný pohyb. Znovunastavení řídicí jednotky, tj. řídicí jednotka po uplynutí několika sekund začne opět normálně fungovat. Tím se vyloučí nechtěné reakce vozidla vzniklé v důsledku chyby řídicí jednotky. Výhody Dobrá účinnost a nízká spotřeba při výskytu optimálních řadicích bodů Volitelně režim s automatikou nebo s ručním řazením Lehčí manévrování bez chcípnutí motoru Malé a lehké komponenty Vysoký komfort jízdy Příznivá cena Obr. 50) Schematické zobrazení ASG 1 Vstupní hřídel převodovky Centrální vysouvací ústrojí 3 Filtr brnění 4 Omezovače špičkové hodnoty momentu Obr. 51) Kulisa řazení ASG (zdroj: Opel) Obr. 5) Akční člen převodovky/akční člen spojky 37

38 8 Převodovky s dvojitou spojkou poskytují dynamiku a efektivnost 8 Převodovky s dvojitou spojkou poskytují dynamiku a efektivnost Paralelní převodovka PSG dvě převodovky v jedné V době stoupajících nákladů na palivo jsou automobiloví výrobci a jejich subdodavatelé nuceni vyvíjet inovační koncepce pohonu, které vyhoví nutnému snížení spotřeby a emisí. To platí zejména i pro automatické převodovky, které dosud nedokázaly spojit trvale rostoucí nároky motoristů na komfort s optimalizací spotřeby vozidel. Cílevědomým spojením výhod automatických a přímo řazených převodovek se podařilo vyvinout komfortní automatickou převodovku, která slučuje vysokou účinnost a agilní reakci přímo řazené převodovky (obrázek 54). Základní princip paralelní převodovky Základní myšlenka paralelní převodovky zní jednoduše: Za účelem dosažení vysoké účinnosti má převodovka funkční uspořádání jako přímo řazená převodovka. Aby však bylo možné s tímto uspořádáním realizovat komfort automatické převodovky, musí existovat možnost řazení bez přerušení tažné síly. K tomu účelu je paralelní převodovka rozdělená na dvě dílčí převodovky. V jedné dílčí převodovce jsou umístěné sudé, v druhé převodovce liché rychlostní stupně. Každá z těchto dílčích převodovek má přiřazenou spojku. Inteligentní řízení převodovky reguluje, rozepíná a spíná obě spojky prostřednictvím aktivace zasouvacího systému (obrázek 53). Obr. 53) Točivý moment je plynule předáván z jedné dílčí převodovky do druhé Akční členy spojky skupina sudých rychlostních stupňů 3 skupina lichých rychlostních stupňů 4 Dvojitá spojka 5 Akční člen převodovky Active Interlock 4 5 Obr. 54) Paralelní převodovka 38

39 V jízdním provozu má silový styk vždy jedna dílčí převodovka, zatímco v neaktivní dílčí převodovce se v závislosti na jízdní situaci už předvolí další převodový stupeň. Při řazení tak lze přímo přecházet z jednoho převodového stupně na další převodový stupeň. Protože obě spojky jsou v této fázi spínané a rozepínané ve stejnou dobu, točivý moment přechází plynule z jedné dílčí převodovky do druhé. Díky tomu probíhá řazení bez přerušení tažné síly. Řazení a volba převodového stupně probíhají automaticky a ze strany řidiče téměř nepozorovaně. Výzva pro konstruktéry spočívá nyní v tom, jak umístit dvě paralelně uspořádaná ústrojí převodovek v podle možnosti malém montážním prostoru. Konstrukce dvojité spojky Srdcem této převodovky je dvojitá spojka (obrázek 55). Dvojitá spojka musí točivý moment motoru vést do obou dílčích převodovek. Obě dílčí spojky jsou umístěné za sebou a jejich kotouče pohánějí oba, jeden ve druhém se nacházející ve vstupní hřídeli převodovky. Kvůli své hmotnosti není dvojitá spojka umístěna na rozdíl od spojek s přímým řazením společně s dvouhmotovým setrvačníkem na klikovém hřídeli, nýbrž je uložena na vstupním hřídeli převodovky. Točivý moment motoru se vede prostřednictvím vnitřního ozubení dvouhmotového setrvačníku do centrálního kotouče dvojité spojky. Pokud se pak aktivuje jedna Obr. 55) Konstrukce dvojité spojky Dvouhmotový setrvačník (ZMS) Přítlačný kotouč K1 3 Spojková lamela K1 4 Spojková lamela K 5 Přítlačný kotouč K 6 Kliková hřídel 7 Vstupní hřídel převodovky (dutý hřídel) K 8 Vstupní hřídel převodovky (plný hřídel) K1 9 Hnací kotouč 9 39

40 8 Převodovky s dvojitou spojkou poskytují dynamiku a efektivnost z obou spojek, točivý moment se přenáší z centrálního kotouče přes spojkovou lamelu na příslušný vstupní hřídel převodovky (obrázek 56). Protože obě spojky jsou ovládané ze stejné strany, dochází u spojky 1 ke změně směru síly, která změní tlačný pohyb zasouvacího systému na tažný pohyb přítlačného kotouče. V důsledku toho se spojková lamela zaklíní mezi centrálním kotoučem a přítlačným kotoučem a přenese požadovaný točivý moment. Pro spojku není nutné provést změnu směru síly. Pružina páky se podepírá o víko spojky a přitlačuje tím přítlačný kotouč ve směru centrálního kotouče (obrázek 57). Jak je známo již z tématu spojky se samočinným seřizováním LuK, i dvojitá spojka má seřizovací mechanismus, pomocí kterého lze vyrovnat opotřebení kotouče spojky způsobené dobou používání. Tím lze zajistit jednak trvale nízké ovládací dráhy po celou dobu životnosti, a konstantní charakteristika spojky přináší rovněž velké výhody pro možností řízení a regulace takového systému. Výhody a inovace paralelních převodovek Určitě největší a nejvýznamnější inovaci představuje zde uvedená dvojitá spojka. Na rozdíl od známých převodovek s dvojitou spojkou byla zde poprvé vyvinutá a použitá suchá dvojitá spojka. Protože její obložení neběží v olejové lázni, tento koncept se vyznačuje velmi dobrou účinností. Ve spojení s vysokým odstupňováním převodových stupňů sedmistupňové převodovky se dosáhlo významného snížení spotřeby a emisí CO. A to dokonce do té míry, že u některých aplikací je spotřeba u paralelních převodovek nižší než spotřeba u varianty s přímo řazenou převodovkou. Obsluha a komfort této nové generace převodovek jsou stejné jako u známé automatické převodovky. Strategie spojky umožní vozidlu zahájit plazivý pohyb v 1. a zpětné převodovém stupni i při nesešlápnutém akceleračním pedálu. Lze tím dosáhnout podstatné ulehčení jízdy při manévrování nebo v pomalém provozu ( stop-and-go ). Naproti tomu charakteristika rozjezdu připomíná jízdu s přímo řazenou převodovkou. Protože ovládání spojky a změna převodových stupňů probíhají automaticky, pedál spojky zcela odpadl a řadicí páka byla nahrazena volicí pákou. Řidič může samozřejmě měnit převodové stupně i manuálně v režimu Tiptronic. Od počátku roku 007 probíhá velkosériová výroba celosvětově první suché převodovky s dvojitou spojkou. Prostřednictvím tohoto konceptu převodovky/spojky lze významným způsobem vzájemně spojit komfort, obratnost a efektivní spalování paliva. 40

41 Obr. 56) Spojka 1 sepnutá Obr. 57) Spojka sepnutá Obr. 58) Dvojitá spojka 41

42 9 Plynulá převodovka CVT: Plynule komfortní 9 Plynulá převodovka CVT: Plynule komfortní Continuously Variable Transmission CVT převodovka s plynule měnitelným převodem Automatické převodovky a přímo řazené převodovky mají pevně stanovené převodové stupně, které neumožňují, aby motor běžel vždy v optimálním provozním rozsahu. Toho lze dosáhnout pouze tehdy, pokud se zajistí dosažení plynulé změny mezi max. (rozjezd) a min. převodovým poměrem. S odpadnutím převodových stupňů je spojený i zřetelné zvýšení jízdního komfortu a jízdních výkonů při současně nižší spotřebě. Firma LuK se zabývá od roku 1993 vývojem komponentů pro převodovky s plynule měnitelným převodem pracující podle takzvaného principu opásání. Cílem vývoje bylo dosažení přenositelného momentu motoru s hodnotou 300 Nm, při současném zlepšení jízdních vlastností a snížení spotřeby paliva. Firma LuK tím dosáhla výrazného odlišení od konkurenčních firem. U tohoto principu běží řetěz LuK mezi dvěma páry kuželových řemenic, které se skládají z takzvaného pevného a posuvného kotouče. Posuvný kotouč je uložený na hřídeli s možností axiálního pohybu a lze ho hydraulicky axiálně posunout. S axiálním posunem posuvného kotouče je spojená změna poloměru ohybu řetězu a tím i odpovídající změna převodového poměru. Přenos točivého momentu probíhá analogicky jako u spojky třením. Je tedy nutné zajistit, aby byly přítlačné síly působící na kuželové řemenice dostatečně velké pro bezpečný přenos momentu motoru, avšak i pro přenos rázů točivého momentu na straně kola, aniž by došlo k prokluzování opásaného prvku. Přitlačení a nastavení soukolí se provádí hydraulicky. Konstrukce CVT Kromě nastavení požadovaného převodu existuje ještě řada dalších funkcí, které musí převodovky zajistit. Patří k nim například funkce rozjezdu nebo zajištění zpětného chodu. Na výše uvedeném obrázku je zobrazena konstrukce převodovky CVT na příkladu převodovky Audi Multitronic (obrázek 59), která je sériově nabízena od roku 1999 v různých výrobních řadách. Na obrázku 59 je zobrazená planetová reverzační převodovka se spojkou pro jízdu dopředu a pro jízdu dozadu. V tomto případě jde o dvojité planetové soukolí, u kterého existuje stejný převod pro jízdu dopředu i pro jízdu dozadu. Kromě přitlačení a nastavení je i realizace těchto funkcí zajištěna hydraulickým ovládáním příslušných spojek. Povely pro tuto hydrauliku přicházejí z elektronického řízení. Jako rozjezdový prvek pro převodovku Multitronic byla zvolena mokrá lamelová spojka. Volitelně lze však použít pro CVT i hydrodynamické měniče nebo hydraulické spojky. Točivý moment je přenášen prostřednictvím stupně tvořeného ozubenými koly k primárnímu soukolí. Tento stupeň tvořený ozubenými koly umožňuje provést přizpůsobení celkového převodu různým motorům. Na primárním soukolí je vidět dvoustupňové čidlo točivého momentu, podrobný popis jeho funkce ještě bude následovat. Soukolí jsou zhotovena na základě takzvaného dvojčinného principu, tj. s oddělenými válci pro přítlačnou a nastavovací funkci. Mezi oběma soukolími je umístěn řetěz LuK. Sekundární soukolí je postavené přímo na pastorkovém hřídeli, který pohání talířové ozubené kolo. Odtud se realizuje přenos točivého momentu přes diferenciál k přírubám na hnací hřídele vozidla. Na obrázku 60 je zobrazena hydraulika (včetně čerpadla) s nasazeným elektronickým řízením. Dobře viditelný je také pohon čerpadla, který lze realizovat ve formě zubového čerpadla s koly s vnitřním ozubením nebo lopatkového čerpadla. Plynulý přenos výkonu s třecím stykem Plynulý přenos výkonu s třecím stykem lze spolehlivě realizovat pouze tehdy, je-li je možné zajistit dostatečné přitlačení ve všech provozních stavech. Optimální přitlačení přitom vždy představuje vyhrocenou situaci mezi prokluzujícím variátorem a špatnou účinností vlivem nadměrného přitlačení. Na obrázku 61 je zobrazena souvislost mezi vstupním momentem a potřebnou přítlačnou sílou na sekundárním soukolí jako funkce převodu. Zvláštní význam má v této souvislosti kromě proměnlivého momentu motoru zejména náhlé zavedení točivého momentu od kola, např. při brzdění se systémem ABS s výskytem přechodů led-asfalt a při skocích z obrubníku na silnici s protáčejícím se kolem, které jsou spojené s velmi velkými gradienty otáček a točivého momentu. Firma LuK tyto problémy vyřešila použitím hydromechanického čidla točivého momentu. 4

43 Obr. 59) Audi Multitronic s komponenty CVT od firmy LuK Skříň z lehkého kovu Výstup 3 Lamelová spojka 4 Diferenciál 5 Reverzační planetové soukolí 6 Sekundární soukolí 7 Pohon čerpadla 8 Lamelový řetěz 9 Čidlo točivého momentu 10 Přítlačné prostory 11 Nastavovací prostory 1 Čerpadlo 13 Primární soukolí 14 Hydraulické ovládání 15 Řídicí elektronika Obr. 60) Komponenty CVT od firmy LuK Primární soukolí Lamelový řetěz 3 Sekundární soukolí 4 Hydraulické ovládání s čerpadlem 3 Obr. 61) Plynulý přenos výkonu s třecím stykem F ZT : Síla v tahu F LT : Síla při odlehčení F ZT 100 F : Axiální síla na sekundární sadě lamel T 1 : Točivý moment na vstupu i Var : Převod variátoru F LT F [%] T 1 [%] 0,5 1 i Var 0,4 43

44 9 Plynulá převodovka CVT-Plynule komfortní Dvoustupňové čidlo točivého momentu Funkce dvoustupňového čidla točivého momentu se řídí podle níže popsaného principu. Na obrázku 6 je zobrazené jednostupňové i dvoustupňové čidlo točivého momentu. Točivý moment se zavádí přes rampovou destičku, ze které silový tok přechází přes kuličky na axiálně se pohybující píst čidla, který se podpírá proti tlaku oleje. Olej přicházející od olejového čerpadla odtéká přes výstupní otvor, jehož průtočný odpor se přesunutím pístu čidla změní tak, aby byla vždy vytvořená rovnováha sil mezi axiální silou rampových destiček a tlačnou silou. V důsledku toho se tlak, který je vedený přímo do přítlačného válce, nastaví pomocí čidla točivého momentu přesně proporcionálně k připojenému točivému momentu. Při výskytu rázu točivého momentu uzavře pohyblivá destička snímače výstupní otvor. Při dále narůstajícím točivém momentu potom destička snímače posune aktivně objem oleje z komory čidla točivého momentu do soukolí za účelem zvýšení přitlačení. To znamená, že čidlo točivého momentu pak krátkodobě působí jako čerpadlo. Toto přídavné čerpadlo může v případě momentového rázu zajistit krátkodobé čerpání proudu v hodnotě více než 30 l/min. Za účelem realizace dvoustupňové charakteristiky čidla se tlačná plocha pístu čidla rozdělí na dvě dílčí plochy. V oblasti převodu do pomala, kde je nutné mít k dispozici v důsledku malého účinného rádia řetězu vysoký přítlačný tlak pro přenos točivého momentu, se přivede tlak pouze na dílčí plochu. Za účelem dosažení rovnováhy sil se provede při síle rampy, která je daná točivým momentem, nastavení vysokého tlaku v čidlu točivého momentu a současně v přítlačném válci. V oblasti převodu do rychla, mimo přepínací bod, se tlak přivede na obě dílčí plochy. Při stejném vstupním točivém momentu se tedy nastaví nižší přítlačný tlak. Přepnutí charakteristiky prostřednictvím připojení, resp. odpojení druhé dílčí plochy se provádí přímo prostřednictvím změny převodu realizovaného axiálního posunu pohyblivé kuželové řemenice primárního soukolí. Jak je zobrazené na obrázku, zavzdušnění venkovním tlakem druhé dílčí plochy v oblasti převodu do pomala se provádí prostřednictvím pravého přepínacího otvoru. V oblasti převodu do rychla se tento otvor uzavře, a spojení s přítlačným olejem se realizuje prostřednictvím levého přepínacího otvoru. V současnosti se pracuje na dalším vývoji tohoto systému. Prostřednictvím příslušného tvarování ramp lze zajistit i plynule nastavitelné provedení popsaného dvoustupňového čidla točivého momentu lze. Volitelně lze však použít také elektronickou regulaci přítlaku v kombinaci s přítlakem ovládaným podle prokluzu (SGA). Dvoupístový systém LuK s čidlem točivého momentu Konvenční systémy mají vždy jeden tlakový válec často i v paketu tandemového uspořádání na hnacím a na výstupním soukolí, jak to je zobrazené na obrázku 63. Od čerpadla proudí olej k řídicí jednotce, která vede nastavovaný tlak do obou válců. Tyto zajišťují ve smyslu funkčního propojení přítlak i nastavení převodu. Primární válcová plocha je často omnoho větší než sekundární válcová plocha. Hlavním důvodem této skutečnosti je, že řada realizovaných hydraulických systémů CVT neposkytuje žádnou možnost pro nastavení vyššího tlaku na primárním válci než na sekundárním válci. Za účelem rychlého nastavení ve směru převodu do pomala musí čerpadlo zajistit veškerou potřebu objemového proudu sekundární válcové plochy. Současně se vypustí tlakový olej z primárního soukolí do jímky, což znamená ztrátu energie. To platí analogicky pro nastavení převodu do rychla. Za účelem splnění požadavku na dynamiku je nutné použít čerpadlo s velkým dopravovaným objemem. To se nepříznivě projevuje na potřebě výkonu čerpadla. U dvoupístového systému LuK jsou válcové plochy rozdělené na žlutou barvou zobrazené dílčí plochy, které zajišťují přítlak, a na malé, od nich oddělené dílčí plochy (zobrazené modrou, resp. zelenou barvou), které realizují nastavení. Přítlak je zajištěn prostřednictvím už popsaného dvoustupňového čidla točivého momentu. Za účelem nastavení je nutný jen menší objemový proud pro ovládání menších nastavovacích ploch. Olej pro zajištění přítlaku je vedený při nastavení variátoru na vysoké úrovni tlaku přímo od jednoho soukolí do druhého, aniž by k tomu bylo nutné vynaložit zvláštní energii. Díky tomu lze čerpadlo dimenzovat při použití dvoupístového principu LuK podstatně menší než u konvenčních systémů, což zlepšuje celkovou účinnost převodovky a tím i spotřebu paliva. Konstrukce primárního soukolí Na obrázku 64 je zobrazený příklad konstrukce primárního soukolí s dvojitým pístem LuK a s dvoustupňovým čidlem točivého momentu, podrobný popis jeho funkce jsme již probírali. Červenou barvou je zobrazené vedení oleje pro přítlačný válec, zelenou barvou napájení nasta- 44

45 Obr. 6) Jednostupňové a dvoustupňové čidlo točivého momentu Komora čidla Přítlačný válec 3 Výstupní otvor 4 Přívodní otvor 5 Rampová destička 6. komora čidla 7 1. komora čidla 5 Obr. 63) Srovnání hydrauliky konvenční/luk Konventionelles CVT Konvenční Konventionelles CVT CVT LuK CVT LuK LuK CVT Pumpe Sumpf Jímka Čerpadlo Pumpe Čerpadlo Pumpe Sumpf Pumpe Sumpf Sumpf Jímka Obr. 64) Soukolí 1 s integrovaným čidlem točivého momentu (schematicky) 45

46 9 Plynulá převodovka CVTPlynule komfortní vovacího válce. Intenzivnější modrou barvou je zobrazená. komora čidla točivého momentu a její napájení. Přenos točivého momentu mezi hřídelem a posuvným kotoučem se realizuje prostřednictvím unášecího ozubení. Použitím plechových výlisků lze soukolí vyrobit s nízkými náklady a firma LuK zde využila zkušenosti z výroby spojek. Geometrie součástí byla důsledně optimalizovaná pomocí FEM výpočtu a v důsledku toho bylo možné maximálně využít i možné odstupňování. Jako těsnicí prvky pro dynamická těsnění se používají opláštěné těsnicí kroužky. Statické utěsnění je zajištěné prostřednictvím O-kroužků. Zjednodušené hydraulické schéma CVT s rozjezdovou spojkou Na obrázku 65 se nachází zjednodušené hydraulické schéma CVT s rozjezdovou spojkou. Systém je napájen čerpadlem s předřazeným sacím filtrem. Napájený je takzvaný předpínací ventil, ventilu změny převodu a ventil spojky. Prostřednictvím ručního šoupátka se zajistí přívod tlaku pro spojku pro jízdu dopředu nebo pro spojku pro jízdu dozadu. U předpínacího ventilu se jedná o ventil omezující tlak. Úlohou tohoto ventilu je zajistit, aby při nízkém tlaku čidla a vysoké potřebě tlaku vznikajícího v důsledku převodového poměru na ventilu změny převodu byl k dispozici tlakový rozdíl. Podle provozního stavu je určujícím tlakem tlak momentového čidla nebo nastavovací tlak na jednom z obou soukolí. Prostřednictvím přesazení se zajistí, aby byl předběžný ovládací tlak vždy k dispozici. V daném schématu nejsou zobrazená potrubí předběžného ovládání. Olej protékající výstupním otvorem snímače momentu je vedený přes chladič a používá se k chlazení a mazání systému. Ovládání je díky použití celkem jen devíti šoupátek a tří proporcionálních ventilů kompaktní a lehké. Při plném zatížení se nastaví tlak v hodnotě 60 barů. Špičkové hodnoty tlaku dosahují 100 barů. V důsledku vysoké přesnosti výroby se vyskytuje pouze malá vůle šoupátek a tím i malé prosakování. Řetěz LuK Na bázi řetězu s vahadlovými tlačnými prvky společnosti P. I. V. Antrieb Werner Reimers realizovala firma LuK důsledný další vývoj řetězu CVT pro použití v automobilech. Těžiskovými body tohoto vývoje byly a jsou opatření ke zvýšení pevnosti pro požadovanou vysokou hustotu výkonu, jakož i optimalizaci akustického chování. Na obrázku 66 se nachází řetěz pro použití do hodnoty točivého momentu cca 300 Nm. Řetěz se skládá z různých lamel, které tvoří provazec, z vahadlových tlačných prvků kloubů a z pojistných prvků. Řetěz CVT se vyznačuje těmito vlastnostmi: Použitím tohoto řetězu lze dosáhnout nízké hodnoty spotřeby paliva a vynikající dynamiku jízdy. Umožňuje to konstrukce vahadlových kloubů řetězu CVT s malým třením, jejíž prostřednictvím se dosahují malé oblouky při chodu na kuželových řemenicích a tím i vysoké odstupňování rychlostních stupňů. Použitím řetězu CVT lze přenášet vysoké točivé momenty. Díky odpovídajícímu vzoru propletení lze optimalizovat rozdělení namáhání v řetězu. V důsledku odvalování vahadlových tlačných prvků se prvek se vyznačuje nízkými vnitřními ztrátami třením a zaručuje tak dobrou účinnost převodovky. Díky vypouklým čelním plochám vahadlových prvků a kvůli jeho článkové konstrukci není řetěz citlivý na vyosení rozchodu. V kombinaci s vyklenutými kuželovými řemenicemi se zmenšuje přídavná složka vyosení rozchodu, která nutně vzniká při nastavení. Řetěz CVT je dále necitlivý na deformace soukolí při zatížení, na úhlové odchylky a na relativní zkroucení mezi pevnou a posuvnou kuželovou řemenicí. 46

47 Obr. 65) Zjednodušené hydraulické schéma Anpressung Přítlak SS SS1 Fühler Čidlo Verstellung Přestavení SS SS1 Übersetzungsventil Ventil převodu Ventil předepnutí Vorspannventil Kühler Chladič Pumpe Čerpadlo Kupplungsventil Ventil spojky Kühlung, Chlazení, Schmierung mazání Filter Filtr Ruční šoupátko Handschieber Kuppl. Spojka rückw. vzad Kuppl. Spojka vorw. vpřed Obr. 66) Konstrukce a komponenty řetězu LuK Spona, krátká Spona, dlouhá 3 Kloub: dva vahadlové tlačné prvky 4 Pojistný kolík

48 10 Měnič točivého momentu: S robustními systémy a menším množstvím paliva ujet s vozidlem stále delší vzdálenost 10 Měnič točivého momentu: S robustními systémy a menším množstvím paliva ujet s vozidlem stále delší vzdálenost Měniče točivého momentu LuK náskok díky optimalizaci Měnič točivého momentu je už po desetiletí používán jako rozjezdový prvek, resp. jako přenosový prvek v automatických převodovkách. Prognózy ukazují, že měnič točivého momentu nebude ani v budoucnu zcela vytlačený alternativními koncepty, protože vývoj stávajícího systému skládajícího se z měniče a převodovky bude důsledně pokračovat (obrázek 67). Tlumiče torzních kmitů Protože však měnič točivého momentu může v důsledku svého principu činnosti přenést pouze točivý moment při prokluzu, je jeho provoz vždy spojený se ztrátovým výkonem. Ideální by tedy bylo využití výhod měniče při rozjezdu a následné okamžité sepnutí spojky měniče v jízdním provozu. Aby nedocházelo ke vzniku hluk nebo vibrací, nabízí LuK speciálně přizpůsobené, milionkrát vyrobené vysokovýkonné tlumiče torzních kmitů, které cíleným tlumením a sladěním tuhosti pružin minimalizují vyskytující se kmitání. Použitím tlumiče torzních kmitů LuK umístěného na turbínovém kole, jakož i díky speciálním dvojitým tlumicím systémům, také v kombinaci s odstředivými kyvadla, se lze prokluzu ve srovnání s konvenčním tlumiči v závislosti na dané koncepci v dalekosáhlé míře vyvarovat. Optimalizace oběhu proudění Ohledně optimalizace oběhu proudění firma LuK důsledně využívá 3D programy simulace proudění, které umožňují provést přesnou předpověď charakteristiky k dřívějšímu okamžiku. Díky tomu lze navíc při stejné výkonnosti proudění zmenšit montážní prostor a moment setrvačnosti nebo při stejném montážním prostoru lze měnič dimenzovat s dosažením vyšší úspory paliva ve srovnání s konkurenčními výrobky. Firma LuK tak celkově nabízí inovativní a flexibilně utvářený paket měniče točivého momentu pro automatické převodovky, čímž dokazuje, že posuny ve výkonnosti jsou ještě vždy možné i u velmi vyzrálých systémů, pokud se důsledně prosadí inovace. Měnič točivého momentu LuK výhody: Vysoká hydrodynamická účinnost Dřívější přemostění díky inovativním tlumičům Nové, výkonnější koncepce chlazení obložení Regulovaný provoz při malém prokluzu Další možnost k zabránění kmitů představuje regulovaný provoz při malém prokluzu. U tohoto řešení minimalizace kmitů vyvinula firma LuK inovativní technologie chlazení třecího obložení. Produkty firmy LuK se proto odlišují od konkurenčních produktů vysokou životností a účinným chlazením. Díky tomu lze použít jednodušší konstrukce při současném použití standardních obložení. Pozitivním vedlejším účinkem je kromě toho prodloužení životnosti převodového oleje, které prospívá zejména v dnešní době vysoce zatíženým převodovkám. V oblasti optimalizace kmitů může firma LuK díky po desetiletí získaným zkušenostem v oblasti hnacího ústrojí využít přesné metody simulace, které v neposlední řadě významně zkracují dobu realizace projektu. 48

49 Obr. 67) Zobrazení v řezu hydraulického měniče točivého momentu se spojkou měniče Turbína Třecí obložení 3 Čerpadlo 4 Rozvodné kolo 5 Tlumiče torzních kmitů 6 Spojka měniče s tlumičem torzních kmitů 6 Obr. 68) Hydraulický měnič točivého momentu se spojkou měniče 49