Hydrodynamický menič

**Hydrodynamický menič krútiaceho momentu**, skrátene **hydrodynamický menič** (ľudovo *hydromenič*) je typ zdokonalenej hydrodynamickej spojky, ktorá prenáša sily medzi súčiastkami rotujúcimi rozličnými rýchlosťami. Používa sa všade tam, kde je potrebné hydraulicky oddeliť hnací a hnaný hriadeľ a kde je zároveň potrebné násobiť prenášaný krútiaci moment.

Hydraulické oddelenie medzi pohonom (vstup) a náhonom (výstup) zabráni prenosu rázov a tlmí torzné kmity, ktoré sú škodlivé, znižujú životnosť a spoľahlivosť zariadení. Preto boli meniče pôvodne vyvinuté pre veľké lode, kde je nutné prenášať veľké výkony s prevodom do pomala, a zároveň zabrániť namáhaniu sústavy a jej poruchám  pri silnom vlnobití.

## Použitie
* 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
* dieslové rušne s hydromechanickým prenosom výkonu

## História
* 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

## Princíp
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.

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  \mu .

: \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:

: M_T + M_\check{C} + M_R = 0 

Prenášaný výkon sa dá približne vypočítať podľa vzťahu:

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

pričom \rho je hustota kvapaliny (kg/m³),
:n je rýchlosť rotácie meniča (ot/min),
: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:  \eta 

: \eta= \left( \frac {M_T} {M_\check{C}} \right) \left( \frac {\omega_T}{\omega_\check{C}} \right) 

: \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.

## Základné pojmy
: M_T  = Krútiaci moment turbíny [Nm]

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

: M_R  = Krútiaci moment rozvádzacieho kolesa [Nm]

:\nu  = Pomer otáčok turbíny a čerpadla

: n_T  = Otáčky turbíny [ot.min-1]
 
: n_\check{C}  = Otáčky čerpadla [ot.min-1]

: \omega_T  = uhlová rýchlosť turbíny [rad.s-1]

: \omega_\check{C}  = uhlová rýchlosť čerpadla [rad.s-1]

: \mu  = pomer krútiacich momentov čerpadla a turbíny (presadenie)

: \eta  = účinnosť

## Iné projekty

## Zdroje
* 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

Kategória:Hydrodynamika
Kategória:Spojky (strojárstvo)
Kategória:Prevodovky
Kategória:Hydraulické mechanizmy