Het apparaat en het werkingsprincipe van een moderne koppelomvormer
De eerste koppelomvormer verscheen meer dan honderd jaar geleden. Na vele modificaties en verbeteringen te hebben ondergaan, wordt deze efficiënte methode voor soepele overbrenging van koppel tegenwoordig gebruikt in veel gebieden van de machinebouw, en de auto-industrie vormt daarop geen uitzondering. Rijden is nu veel gemakkelijker en comfortabeler omdat het koppelingspedaal niet langer nodig is. Het apparaat en het werkingsprincipe van de koppelomvormer, zoals alles wat ingenieus is, is heel eenvoudig.
Het verhaal van
Voor het eerst werd het principe van koppeloverdracht door middel van vloeistofrecirculatie tussen twee waaiers zonder starre verbinding gepatenteerd door de Duitse ingenieur Hermann Fettinger in 1905. Apparaten die volgens dit principe werken, worden vloeistofkoppelingen genoemd. In die tijd vereiste de ontwikkeling van de scheepsbouw dat ontwerpers een manier moesten vinden om het koppel van een stoommachine geleidelijk over te brengen naar enorme scheepsschroeven in het water. Wanneer ze stevig gekoppeld waren, vertraagde het water de schok van de messen tijdens het opstarten, waardoor een overmatige omgekeerde belasting op de motor, de assen en hun gewrichten ontstond.
Vervolgens werden de gemoderniseerde vloeistofkoppelingen op Londense bussen en de eerste diesellocomotieven gebruikt om een vlotte start te garanderen. En zelfs later maakten vloeistofkoppelingen het leven van automobilisten gemakkelijker. De eerste productieauto met koppelomvormer, de Oldsmobile Custom 8 Cruiser, rolde in 1939 bij General Motors van de band.
Apparaat en werkingsprincipe
De koppelomvormer is een gesloten kamer met een toroïdale vorm, waarin pomp-, reactor- en turbine-roerders coaxiaal dicht bij elkaar zijn geplaatst. Het interne volume van de koppelomvormer is gevuld met vloeistof voor automatische transmissies die in een cirkel van het ene wiel naar het andere circuleren. Het pompwiel is gemaakt in het omvormerhuis en is star verbonden met de krukas, d.w.z. draait met motortoerental. Het turbinewiel is star verbonden met de ingaande as van de automatische transmissie.
Daartussen bevindt zich het reactorwiel of de stator. De reactor is gemonteerd op een vrijloop waardoor hij maar in één richting kan draaien. De schoepen van de reactor hebben een speciale geometrie, waardoor de vloeistofstroom die wordt teruggevoerd van het turbinewiel naar het pompwiel van richting verandert, waardoor het koppel op het pompwiel toeneemt. Dit is het verschil tussen een koppelomvormer en een vloeistofkoppeling. In het laatste geval is de reactor afwezig en bijgevolg neemt het koppel niet toe.
Werking De koppelomvormer is gebaseerd op de overdracht van koppel van de motor naar de transmissie door middel van een recirculerende vloeistofstroom, zonder een starre verbinding.
Een drijvende waaier, verbonden met de draaiende krukas van de motor, creëert een vloeistofstroom die de bladen van het tegenoverliggende turbinewiel raakt. Onder invloed van vloeistof komt het in beweging en brengt het koppel over op de ingaande as van de transmissie.
Met een toename van het motortoerental neemt de rotatiesnelheid van de waaier toe, wat leidt tot een toename van de kracht van de vloeistofstroom die het turbinewiel draagt. Bovendien krijgt de vloeistof, die door de schoepen van de reactor terugkeert, een extra versnelling.
De vloeistofstroom wordt getransformeerd afhankelijk van de rotatiesnelheid van de waaier. Op het moment van vereffening van de snelheden van de turbine- en pompwielen, belemmert de reactor de vrije circulatie van de vloeistof en begint te draaien dankzij het geïnstalleerde vrijloop. Alle drie de wielen draaien samen en het systeem begint te werken in de vloeiende koppelingsmodus zonder het koppel te verhogen. Met een toename van de belasting op de uitgaande as, neemt de snelheid van het turbinewiel af ten opzichte van het pompwiel, de reactor wordt geblokkeerd en begint opnieuw de vloeistofstroom te transformeren.
Voordelen
- Soepele beweging en starten.
- Het verminderen van trillingen en belastingen op de transmissie door ongelijkmatige motorwerking.
- Mogelijkheid om het motorkoppel te verhogen.
- Geen onderhoud nodig (vervanging van elementen, enz.).
Beperkingen
- Laag rendement (vanwege de afwezigheid van hydraulische verliezen en een starre verbinding met de motor).
- Slechte voertuigdynamiek in verband met de kosten van vermogen en tijd om de vloeistofstroom af te wikkelen.
- Hoge kosten.
Gesloten modus
Om het hoofd te bieden aan de belangrijkste nadelen van de koppelomvormer (lage efficiëntie en slechte voertuigdynamiek), is een vergrendelingsmechanisme ontwikkeld. Het werkingsprincipe is vergelijkbaar met de klassieke koppeling. Het mechanisme bestaat uit een blokkeerplaat, die via de veren van de torsietrillingsdemper is verbonden met het turbinewiel (en dus met de ingaande as van de versnellingsbak). De plaat heeft een frictievoering op het oppervlak. Op bevel van de transmissieregeleenheid wordt de plaat door middel van vloeistofdruk tegen het binnenoppervlak van het omvormerhuis gedrukt. Het koppel begint rechtstreeks van de motor naar de versnellingsbak te worden overgebracht zonder dat er vloeistof in zit. Zo wordt een vermindering van verliezen en een hoger rendement bereikt. Het slot kan in elke versnelling worden ingeschakeld.
Slip-modus
De blokkering van de koppelomvormer kan ook onvolledig zijn en werken in een zogenaamde "slipmodus". De blokkeerplaat wordt niet volledig tegen het werkoppervlak gedrukt, waardoor het wrijvingskussen gedeeltelijk wegglijdt. Het koppel wordt gelijktijdig door de blokkeerplaat en de circulerende vloeistof overgebracht. Dankzij het gebruik van deze modus worden de dynamische kwaliteiten van de auto aanzienlijk verbeterd, maar tegelijkertijd blijft de soepelheid van de beweging behouden. De elektronica zorgt ervoor dat de lock-up koppeling zo vroeg mogelijk wordt ingeschakeld tijdens het accelereren en zo laat mogelijk wordt uitgeschakeld wanneer de snelheid wordt verlaagd.
De gecontroleerde slipmodus heeft echter een significant nadeel dat samenhangt met slijtage van de koppelingsoppervlakken, die bovendien worden blootgesteld aan ernstige temperatuurinvloeden. Slijtageproducten komen in de olie terecht, waardoor de werkeigenschappen nadelig worden beïnvloed. Door de slipmodus kan de koppelomvormer zo efficiënt mogelijk werken, maar tegelijkertijd de levensduur aanzienlijk verkorten.
