Hydrodynamický menič

• automatické prevodovky osobných a nákladných automobilov, ťahačov, autobusov
• zemné stroje a traktory, lokomotívy
• priemyselné pohony a prevodovky v rozličných dopravníkoch, navíjacích bubnoch, vŕtacích plošinách
• pohony lodí

• Základný princíp hydrodynamickej spojky bol patentovaný ing. Hermannom Föttingerom v roku 1905, v súčasnosti je vedený pod č. DE221422 na nemeckom patentovom úrade
• 1915: Föttinger dostal patent (DE238804) na riešenie, ktoré bolo veľmi podobné neskôr sériovo vyrábaným meničom
• 1928: bol vyvinutý prvý trilok menič
• 1936: hydrodynamický prenos výkonu 2x442 kW bol použitý na motorových vozňoch série Leipzig, typ. DR 137 233(234)
• 1938: GM použil trilok menič v sériovej výrobe
• 1950: Masové rozšírenie meničov vo všetkých odvetviach dopravy

Hydrodynamické meniče nepatria k prevodníkom, či transformátorom, ale k variabilným prevodovkám, s nekonečným počtom prevodových pomerov (IVT – Infinitely Variable Transmission).

Meniče umožňujú odovzdávať výkon pri širokom pomere prevádzkových otáčok, a to zároveň pri nekonečnom počte plynule na seba nadväzujúcich prevodov, ktoré sa za plného zaťaženia automaticky (bez zásahu ľudskej ruky či zvláštneho regulátora) nastavujú zmenou prevádzkového zaťaženia na výstupnom hriadeli.

Menič bez spojky

V najjednoduchšom prípade sa skladajú zo štyroch základných častí:

• čerpadlo
• rozvádzacie koleso (stator)
• turbína
• veko

Čerpadlo a veko spolu bývajú spájané skrutkovými spojmi alebo zváraním a vytvárajú tak olejotesné puzdro, v ktorom sú spolu uložené rozvádzacie koleso a turbína.Rozvádzacie koleso je v tomto prípade pevne spojené s telesom prevodovky a neotáča sa.

K hydrodynamickému prenosu dochádza tak, že s rastúcimi otáčkami čerpadla začne v meniči prúdiť kvapalina, (najčastejšie hydraulický olej, vo veľkých meničoch voda), ktorá prúdi od lopatiek čerpadla smerom k turbíne, kde odovzdáva svoju pohybovú energiu. Čím je väčší rozdiel otáčok medzi čerpadlom a turbínou, tým vyšší tlak vzniká v medzere medzi nimi a na vonkajší priemer turbíny pôsobia väčšie sily. Prúd kvapaliny sa v turbíne otáča smerom k rozvádzaciemu kolesu, ktoré ho usmerní a ohýba želaným smerom späť na vstup do čerpadla. (Čím väčší rozdiel otáčok tým väčšia "páka" vzniká.) Týmto sa dosiahnu konštantné prúdové podmienky na vstupe čerpadla, a čerpadlo potom môže odovzdávať konštantný výkon ďalej na turbínu.

Tu je kľúčový rozdiel oproti hydrodynamickej spojke, kde dochádza pri návrate kvapaliny, v závislosti od rôznych otáčok k rozličným vstupným vektorom prúdenia kvapaliny na vstupe do čerpadla, čím vznikajú zbytočné straty a čerpadlo odovzdáva na turbínu nižší výkon. (Kvapalina z turbíny, neusmernená rozvádzačom na vstupe do čerpadla potom prúdi proti smeru otáčania čerpadla a pod.) Hydrodynamická spojka preto nedokáže násobiť krútiaci moment.

Pri meničoch sa ale vďaka rozvádzaciemu kolesu krútiaci moment násobí, znásobenie momentu dosahuje hodnotu 1,4 – 3,0 x, a vyjadruje ho premenná ${\displaystyle \mu }$.

${\displaystyle \mu ={\frac {M_{T}}{M_{\check {C}}}}}$

Sily ktoré pôsobia na rozvádzacie koleso pôsobia v protismere k silám pôsobiacim na turbínu a čerpadlo, pričom platí:

${\displaystyle M_{T}+M_{\check {C}}+M_{R}=0}$

Prenášaný výkon sa dá približne vypočítať podľa vzťahu:

${\displaystyle P=\rho \cdot n^{2}\left({\frac {d}{1000}}\right)^{5}}$

pričom ${\displaystyle \rho }$ je hustota kvapaliny (kg/m³),

${\displaystyle n}$ je rýchlosť rotácie meniča (ot/min),

${\displaystyle d}$ je priemer v (mm).

Maximálny prenášaný výkon je obmedzený mechanickými vlastnosťami materiálu použitého na súčiastky meniča, ako aj schopnosťou odvádzať teplo ktoré vzniká pri plnej záťaži meniča.

Dôležitý údaj je účinnosť meniča: ${\displaystyle \eta }$

${\displaystyle \eta =\left({\frac {M_{T}}{M_{\check {C}}}}\right)\left({\frac {\omega _{T}}{\omega _{\check {C}}}}\right)}$

${\displaystyle \eta =\mu \cdot \nu }$

Častejšie sa ale využíva konštrukcia, ktorá umožňuje vypnúť funkciu meniča pomocou lamelovej spojky, a tak dosiahnuť prevod medzi čerpadlom a turbínou 1:1. V nemeckej literatúre sa označuje ako "trilok" menič.

Lamelová spojka býva zabudovaná vo veku meniča. Spojka je hydraulicky ovládaná z automatickej prevodovky, tak aby sa maximálne obmedzil nežiaduci sklz medzi čerpadlom a turbínou vo vyšších otáčkach turbíny.(Napr. pri jazde po diaľnici.) V tomto prípade je ale rozvádzacie koleso namontované na voľnobežke (trilok), ktorá mu umožňuje voľné otáčanie v smere rotácie turbíny a čerpadla pri zapnutej spojke.

Pre zvýšenie komfortu pri prevádzke majú meniče vo veku zabudovaný okrem spojky aj torzný tlmič.

${\displaystyle M_{T}}$ = Krútiaci moment turbíny [Nm]

${\displaystyle M_{\check {C}}}$ = Krútiaci moment čerpadla [Nm]

${\displaystyle M_{R}}$ = Krútiaci moment rozvádzacieho kolesa [Nm]

${\displaystyle \nu }$ = Pomer otáčok turbíny a čerpadla

${\displaystyle n_{T}}$ = Otáčky turbíny [ot.min-1]

${\displaystyle n_{\check {C}}}$ = Otáčky čerpadla [ot.min-1]

${\displaystyle \omega _{T}}$ = uhlová rýchlosť turbíny [rad.s-1]

${\displaystyle \omega _{\check {C}}}$ = uhlová rýchlosť čerpadla [rad.s-1]

${\displaystyle \mu }$ = pomer krútiacich momentov čerpadla a turbíny (presadenie)

${\displaystyle \eta }$ = účinnosť

• Commons ponúka multimediálne súbory na tému Hydrodynamický menič

• Stránky venované H. Föttingerovi
• Stránky výrobcu meničov ZF Friedrichshafen AG
• Slovenský výrobca meničov - ZF Sachs a.s.
• Mauricio, W.:Hydraulické spojky a měniče. SNTL Praha, 1962, str.133 – 311