Växellåda

Växellådan är en del av drivlinan (kraftöverföringen/transmissionen) mellan motor och drivhjul på motorfordon. Växellådor återfinns också i ett stort antal maskiner av skilda slag. Denna artikel har dock fokus på motorfordons växellådor. Dess funktion är att ändra utväxling beroende på fart och kraftbehov. Detta sker vanligen med hjälp av olika kugghjulskombinationer i växellådan. Litet kugghjul mot stort minskar varvtalet (farten) men ökar dragkraften/vridmomentet och stort mot litet ökar varvtalet men med mindre dragkraft som följd. Det finns vanligen också en backväxel som reverserar rotationsriktningen så att drivningen sker bakåt.

Växellådor i fordon med förbränningsmotor

Någon typ av utväxling är i praktiken nödvändig eftersom vanliga förbränningsmotorers (typ Otto-motorns) användbara arbetsområde är ca 1000-6000 r/min, men önskat hjulvarvtal är ca 0-1000 r/min enligt svenska hastighetsbegränsningar. Acceleration till en hastighet inom motorns normala arbetsområde kan inte ske utan att först börja med rejäl nedväxling. En vanlig förbränningsmotor fungerar bara i en rotationsriktning och kräver därför mekanisk ändring av antalet utväxlingar för drift i backriktningen. Backen är utväxlad för låg fart och högt vridmoment, vanligen motsvarande lägsta växeln framåt.

De två huvudprinciperna av växellådor i motorfordon är den manuella växellådan och den automatiska växellådan. Variatorn är en automatisk, steglöst reglerbar transmission, utan fasta kugghjulsförhållanden. Tyngre fordon har vanligen två växelreglage, för att åstadkomma större antal utväxlingsförhållanden, exempelvis låg- och högväxlar, men ytterligare varianter förekommer. Hög/lågregister kan väljas med knapp, eller spak ibland. Även personbilar har ibland utrustats med en separat överväxel. Speciella växelfunktioner i fordon är val av drivna hjul, låsning av differential och inkoppling av kraftuttag för anslutning av maskiner (exempelvis på traktor).

Växelspak är ett reglage med vilken man kan välja mellan olika växellägen i växellådan. På fordon med automatisk växellåda benämns reglaget ofta växelväljare. Växelspaken eller -väljaren är idag som regel placerad på golvet eller kardantunneln (golvväxel) i personbilar, eller mer ovanligt (men tidigare populärt) på rattstången (rattväxel). På senare tid har det blivit populärt med paddlar på ratten för att kunna växla upp eller ned. Växellådor som då används är sekventiella, vilket innebär att växlingen sker genom att förflytta växelspaken (eller paddeln) i samma riktning vid varje uppväxling och motsatt riktning vid nedväxling, till skillnad mot traditionella växellådor där växelspaken skall förflyttas i H-form. Skillnaden mellan en traditionell växellåda och en sekventiell växellåda består i regel endast av att länkaget (mellan gafflarna som förskjuter kugghjul och växelspaken) har ersatts av annat länkage, t ex en trumma som vid rotation förskjuter gaffel och därmed också kugghjul på önskat sätt. Denna konstruktion är egentligen bara en ersättning av länksystemet men det är användarvänligare i och med att manövrering alltid sker på samma vid alla uppväxlingar respektive nedväxlingar. Detta ger möjlighet till snabba växlingar och att det blir omöjligt att missa (hoppa över) växlar. Mera information finns i den externa länken nedan.

Växellådor i fordon med elektrisk motor

Även med elmotorer kan växlar med kugghjul användas. Elmotorers varvtal och rotationsriktning kan regleras direkt med styrning av strömtillförseln, vilket med vissa motorer kan eliminera behovet av mekanisk växel. Många elmotorer kan vara i kontinuerlig drift från 0 r/min utan problem. Motorbromsning kan göras och överskottsenergi kan matas till strömkällan.

Manuell växellåda

Manuell växellåda tillverkad av Ford.

Den manuella växellådan består av ett kugghjulspar per växel, där utväxlingsförhållandena är fördelade i lämpliga steg för att motorns effektkurva skall kunna utnyttjas effektivt genom hela fartregistret. Beroende på fart, belastning, och liknande väljer föraren manuellt en passande växel för stunden. Eftersom växellådan är en helt mekanisk konstruktion överför den kraft oavsett om motorn går eller ej, och medger därför till exempel att fordonet kan bogseras igång vid behov samt motorbromsning. Detta har dock nackdelen att en ovan förare kan få motorstopp genom att belasta motorn med för högt moment vid lågt varvtal. Växellådan har även en backväxel som vänder den utgående axelns rotationsriktning, samt ett friläge. Kugghjulsparen är i ständigt ingrepp, och växeln väljs genom att kugghjulen kopplas ihop med axlarna med hjälp av klokopplingar. Även andra konstruktioner förekommer.

Moderna växellådor i personbilar är helsynkroniserade. Synkronisering innebär att drevens periferihastighet (och därmed varvtalet) anpassas automatiskt till varandra av en mekanisk funktion innan växeln läggs i. Äldre växellådor var ofta osynkroniserade, åtminstone på ettans växel, vilket krävde en viss teknik från förarens sida för att lägga i en växel, för att dreven skulle ha liknande hastighet.

Med t ex en 4-växlad låda menas att växellådan har 4 växlar framåt (back och friläge räknas alltså inte in). Utvecklingstrenden har gått mot allt fler växlar; på 1960-talet var 3-växlade bilar vanliga, medan många bilar idag har 6 växlar. Tyngre fordon kan ofta ha 6-16 växlar plus backväxlar, vanligen i låg- och högregister. Exempelvis finns Volvo FM med 14-växlad låda som tillval. En extra växelfunktion kan vara implementerad separat från själva växellådan.

Moderna växellådor har snedskurna kugghjul vilket minskar oljud. Backdrevet är däremot rakskuret på en del växellådor, vilket ger upphov till ett karakteristiskt "tjutande" läte när bilen backar. Smörjningen av växelsystemet sker med växellådsolja, som till skillnad från motoroljan inte har samma temperaturbeständighetskrav, men måste tillåta god smörjning vid högt tryck i kontakten mellan dreven för minskat slitage, och även dämpa oljud.

I de flesta bilar väljer föraren växel med en växelspak. Den sitter i regel mellan framstolarna (golvväxel). Vissa äldre bilar - till exempel Saab 96 - hade dock rattväxel, vilket innebär att växelspaken sitter på rattstången. På motorcyklar växlar föraren med en pedal som oftast manövreras med vänster fot.

För att underlätta växling används en mekanisk koppling, så att momentöverföringen från motor till växellåda kan frikopplas och ingrepp kan ske mellan kugghjulen utan stor belastning. Kopplingen styrs av en pedal eller handtag på vissa fordon, såsom motorcykel.

Automatväxellåda

Automatlåda tillverkad av GM.

I automatiska växellådor passerar motorns kraft genom ett antal planetväxlar på rad efter varandra, till skillnad från vanliga manuella växellådor. Utväxlingarna ändras här genom att man låser valda delar av solhjul, planethjul, och ringdrev inbördes med hydrauliskt manövrerade friktionsband och kopplingar. Oljan för automatväxellådor görs med andra egenskaper än för manuella. Hydrauliken drivs av en pump på växellådans ingående axel, och det krävs därför att motorn är igång för att växellådan skall fungera och även smörjas korrekt. På grund av detta finns ofta restriktioner kring bogsering, och det är som regel heller inte möjligt att bogsera igång ett automatväxlat fordon. Motorbromsning exempelvis i nedförsbacke brukar inte kunna göras på samma sätt som med manuell växellåda, men de flesta automatväxellådor har speciella lågväxellägen för just detta. Kraftöverföringen från motor till växellåda sker medelst en momentomvandlare.

Automatväxeln i en personbil har vanligen 3-6 växlar framåt och en för back, och tunga fordon kan ha fler. Det har även blivit modernt att utveckla automatiska växellådor med upp emot 9 växlar för användning i bilar. För speciella driftsbehov kan maximal växel oftast väljas manuellt med bestämda lägen för växelväljaren. För snabbare acceleration finns vanligen en "kick-down"-funktion, så att om föraren snabbt ökar gaspådraget, sker nedväxling automatiskt för att öka vridmomentet och minska accelerationstiden. Automatväxellådor behöver ingen kopplingspedal då momentregleringen sker automatiskt.

Automatiska växellådor för större arbetsmaskiner som kan växlas under belastning, benämns ofta powershiftväxellåda.

Andra varianter av automatiska växellådor (eg. transmission):

CVT, även kallad Variomatic då den marknadsfördes av holländska DAF.

Sensodrive - i grunden en 5-växlad manuell växellåda med mekanisk koppling, som har byggts om så att den växlar automatiskt. Kan också styras manuellt med växelspaken eller paddlar vid ratten. Används av Citroën i modellerna C1, C2 och C3.

I-Shift är Volvos motsvarighet på lastbilar och bussar, ett elektroniskt styrt system baserat på en manuell växellåda med exempelvis 12 växlar. Volvo hävdar att datorstyrningen möjliggör lägre bränsleförbrukning än manuell växling. Scanias variant heter Opticruise.

Se även

• Kugghjul
• Kugghjulsväxel
• Växel
• Differentialväxel
• Fördelningslåda

Externa länkar

• Beskrivning av sekventiell växellåda (engelska).