Neste tai hydraulinen kytkentä on voimansiirron käytetään autojen vaihtoehtona on kytkin . Mutta se löytää myös monia sovelluksia laivanrakennuksessa ja teollisuudessa, joihin liittyy vaihteleva nopeus tai joka vaatii asteittaista työtä ilman tärinää .
Olisi tehtävä ero hydrokineettisten voimansiirtojen, kuten tämän, välillä hydrostaattisten voimansiirtojen välillä voimakoneissa, joissa yhdistyvät oleohydraulinen pumppu ja hydraulimoottori .
Nestekytkentä on seurausta tutkimuksen Hermann Föttinger insinöörin Vulcan telakat on Stettinin . Hänen 1905-patenttinsa kattavat sekä nestekytkimen että momentinmuuntimen .
1920-luvulla brittiläisen Hydraulic Coupling Patents Limited -yrityksen Harold Sinclair havaitsi viivästyksiä Lontoon linja-autojen lähetyksissä. Stettinin insinöörin, Bauerin, avulla hän mukautti Föttingerin keksinnön väylävaihteisiin. Sinclairin ja Lontoon General Omnibus Companyn kanssa lokakuussa 1926 käydyn keskustelun päätteeksi ja useiden alustakokeiden jälkeen Daimlerin insinööri Percy Martin (1871-1958) päätti kokeilla periaatetta kytkeä neste autoon Daimler-ryhmä.
1930-luvulla Daimlerin tehdas Coventryssä markkinoi linja-autoille ja luksusautoille voimansiirtoa, joka koostui nestekytkimestä ja Wilsonin vaihdelaatikosta . Jo vuonna 1933 tämä mekanismi asensi kaikki uudet siviiliajoneuvot Daimler, Lanchester ja BSA, sitten se asensi sotilasajoneuvot. Se valmistettiin Vulcan-Sinclair- ja Daimler-franchising-sopimuksella.
Vuonna 1939 General Motors esitteli Hydramatic-vaihteiston, ensimmäisen täysin automaattisen vaihteiston, joka tuotettiin sarjana.
Ensimmäiset nestekytkimillä varustetut dieselveturit valmistettiin 1930-luvulla
Nestekytkimessä on hydraulinesteen lisäksi kolme komponenttia:
Vetoturbiinia pyörittää polttomoottori tai sähkömoottori . Tämä pyörä antaa pyörivän liikkeen nesteelle kohti toissijaisen turbiinin siipiä. Pienin poikkeama "syöttöasteen" ja "lähtöasteen" kulmanopeuden välillä kehittää vääntömomentin toissijaiselle akselille, joka saa sen pyörimään samaan suuntaan kuin pumppu.
Pyörre saa nestepartikkelit kuvaamaan toroidista yksisuuntaista suihkua :
Nestekytkimen tärkeä ominaisuus on, että sillä on pysähtymisnopeus. Tämä pysähtymisnopeus määritellään turbiinipumpun suurimmaksi nopeudeksi, kun toissijainen turbiini on paikallaan ja suurin vääntömomentti tulostetaan. Näissä olosuhteissa kaikki ajoteho tällä nopeudella haihtuisi lämmittämällä, vaurioittaa mekanismia.
Nestekytkin ei voi välittää vääntömomenttia, kun tulo- ja lähtöakselien kulmanopeudet ovat samat. Kun otetaan huomioon voimansiirtonesteen turbulenssille ominainen liukastuminen, niillä ei voi olla 100 prosentin hyötysuhdetta voimansiirron kannalta: osa syöttötehosta hukkuu väistämättä lämmön muodossa tai kavitaation avulla; mutta kuten kaikki hydrauliset laitteet, sen hyötysuhde pyrkii kasvamaan vähitellen turbiinien ominaishalkaisijan kanssa, kuten Reynoldsin numero osoittaa .
Alhaisen viskositeetin öljyt ovat edullisia : yleensä monilaatuiset moottoriöljyt. Annetulla kierrosluvulla suuritiheyksinen öljy lisää kykenevää momenttia . Nestekytkennöissä todellisten nesteiden luonteen vuoksi viskositeetti kuitenkin vaihtelee suuresti lämpötilan mukaan. Tämä johtaa näiden lähetysten vaihtelevaan suorituskykyyn; Kun haluat säilyttää vakaan suorituskyvyn, sinun on käännyttävä kompressorin tai hydraulisen voimansiirron puoleen, jolla on korkea viskositeetti-indeksi .
Nestekytkimen valmistus ei aiheuta erityisiä vaikeuksia. Esimerkiksi turbiinit voidaan valaa alumiiniin tai leimata teräkseen; myös kotelo voi olla valettu tai taottu osa.
Vuonna 2020 teollisten kytkimien päävalmistajat ovat Voith , Transfluid, TwinDisc, Siemens , Parag, Fluidomat, Reuland Electric, TRI Transmission and Bearing Corp.
Yleensä laitteen tehokkuus voimansiirron kannalta riippuu pumpun pyörimisnopeudesta, ominaisuutta, jota ei ole vaikea valita ketjuissa, joissa kuorma on aina samaa suuruusluokkaa: itse asiassa vääntömomentti saadaan Föttingerin kaavalla , jossa on hydraulinesteen tiheys , pyörimisnopeus kierroksina / min ja moottorin akselin halkaisija; mutta auton kentällä, jossa vääntömomentin vaihtelut ovat äärimmäisiä, tämä kaava ei kata koko vaihtelualuetta ja antaa vain suuruusluokan. Hermostunut ajotapa vaatii tämäntyyppisen kytkimen huonoimmalla suorituskyvyllä ja erittäin huonolla polttoaineenkulutuksella .
Tällaisen nestekytkimen asianmukainen toiminta riippuu nesteen hyvästä kierrosta. Riittämätön öljymäärä vähentää kytkimen tehoa eikä salli sen siirtää riittävää vääntömomenttia. lisäksi riittämätön määrä öljyä aiheuttaa sen ylikuumenemisen, joskus elastomeeritiivisteiden polttamiseen saakka.
Mutta jos kytkin on suunniteltu toimimaan vaihtelevalla öljymäärällä (yleensä lisäämällä apusäiliö), välitettävää momenttia voidaan säätää vaikuttamalla öljyn virtaukseen ja joissakin tapauksissa myös säätää latausnopeutta. Öljynvirtausta ohjataan jakotukilla, jonka kiinteä tuuletusaukko sijaitsee turbiinien pyörimisakselilla: enemmän tai vähemmän kytkemällä tämä tuuletusaukko, jakotukki vetää tai syöttää öljyä palauttamaan sitä pressuun tai pumppaamaan sitä. .
Öljypiirin ohjaus poistaa nykäykset ja yksinkertaistaa raskaan kuorman vaihteiston huoltoa. Sitä käytetään usein nopeuden vaihtelijana . Niinpä Fell-veturi , kokeellinen dieselmoottori 1950-luvulta, varustettiin neljällä moottorilla ja yhtä monella kytkimellä, joista jokaisella oli säädettävä öljyvirta, jotta niitä voitaisiin käyttää peräkkäin.
Perusnestekytkin on sovitettu tekemään siitä vaiheittainen kytkentä, jota Sté Fluidrive markkinoi aiemmin nimellä STC coupling ( step circuit ). Muutos koostui öljysäiliön palauttamisesta, joka otti osan (mutta ei kaikki) öljystä, kun toissijainen pysäytettiin. Tämä vähentää juoksupyörän pumpun vastusta, vähentää öljynkulutusta pienillä nopeuksilla ja estää moottoria pysähtymästä kokonaan.
Kun lähtöakseli alkaa pyöriä, öljy heitetään ulos säiliöstä keskipakovoimalla kampikammion seinämiä vasten, mikä palauttaa voimansiirron täyden tehon.
Nestekytkimet voivat toimia hydrodynaamisina jarruina , jotka hajottavat kineettisen energian öljyvirtauksen turbulenssin ja lämmityksen avulla.
Nestekytkimiä käytetään laajalti pyörivissä koneissa, erityisesti koneiden voimansiirrossa, joissa on nopea käynnistys tai syklinen kuormitus.
Nestekytkimiä löytyy joidenkin dieselvetureiden voimansiirroista . Brittiläinen Self-Changing Gears toimitti sen British Railille , ja Voith valmisti turbovoimansiirtoja dieselmoottoreille, joissa yhdistyvät nestekytkimet ja momentinmuuntimet.
Nestekytkintä käytettiin ensimmäisissä automaattivaihteistoissa ; mutta 1940-luvun lopulta lähtien momentinmuunnin on korvannut nestekytkimen autoteollisuudessa.
Autoteollisuudessa, pumppu on kytketty moottorin vauhtipyörä - itse asiassa kytkemällä kotelo voi olla osa vauhtipyörän itse: se on sitten ohjaa moottorin kampiakselin . Turbiini on kytketty voimansiirron tuloakseliin . Niin kauan kuin vaihteisto on vaihde, moottorin nopeus kasvaa, momentti välitetään moottorista tuloakseliin nesteen inertian avulla ja ajaa ajoneuvoa. Tässä suhteessa nestekytkimen toiminta on hyvin samanlainen kuin manuaalivaihteistoa käyttävän mekaanisen kytkimen .
Vauhtipyörät nesteitä on käytetty Daimler Wilson laatikko. Daimler käytti niitä kaikissa huippuluokan autoissa, kunnes ilmestyi automaattinen kytkin Majestic (1958). Daimler ja Alvis valmistivat myös panssaroituja ajoneuvoja ja sotilasajoneuvoja, ja näihin materiaaleihin asennettiin usein nestepyörät.
Nesteen kytkimet muodosti ilmanpaineen servo-ohjaus radiaalikompressorien ja DB 601 , DB 603 ja DB 605 moottoreita ja Wright vastakkaisten mäntä yhdiste vaikutus turboahtimen : Tässä viimeksi mainitussa sovelluksessa kolme turbiinia talteen noin 20% kineettisen energian pakokaasuja tai noin 370 kW, jotta ne voidaan muuntaa potkurin moottorin vääntömomentiksi .