Tema Broms/Växellådor: En karta över växellådsdjungeln
Förr i tiden var det enkelt. Bilen hade antingen manuell låda eller automatlåda. Femväxlad spaksak eller trestegad såsburk. Men så är det inte längre. Den klassiska, manuellt spakade lådan är mer eller mindre på utdöende och i stället finns en uppsjö av automatiskt växlande lådor som arbetar efter olika principer.
Alla har de gemensamt att de ska låta motorn jobba vid ett optimalt varvtal, oavsett i vilken hastighet man kör. Eftersom en förbränningsmotor levererar sitt maximala vridmoment inom ett relativt smalt varvtalsområde behövs en växellåda med olika utväxlingar, för att motorn ska kunna arbeta inom sitt verksamma varvtalsområde i olika hastigheter.
Här listar vi de vanligaste konstruktionerna som förekommer på marknaden i dag och förklarar i korthet hur de fungerar.
1. Manuell växellåda
Den hederliga gamla manuella växellådan utmärker sig genom att ha en spak som man för i ett H-mönster för att byta utväxling. En bil med manuell växellåda har också en tredje pedal, kopplingspedalen, med vars hjälp man kopplar ur motorns utgående axel så att den kan rotera utan att resten av drivlinan blir bekymrad av det.
I växellådan finns tre axlar: en ingående axel, en mellanaxel (även kallad bottenstock) och en utgående axel. Om motorn är igång och kopplingspedalen uppsläppt roterar den ingående axeln med samma varvtal som motorn. På den ingående axeln sitter ett kugghjul som driver mellanaxeln, som i sin tur har ett antal kugghjul, ett för varje utväxling. Alla dessa roterar med samma hastighet som axeln i sig.
På växellådans utgående axel finns också ett antal kugghjul, som alla är i ingrepp med kugghjulen på mellanaxeln. Men de här kugghjulen är lagrade mot den utgående axeln och kan rotera fritt, oavsett hur snabbt axeln snurrar.
Det som händer när man lägger i en växel är att man med växelspaken, som har en skiftgaffel i andra änden, skjuter in en kopplingshylsa, eller en klokoppling, som låser ett av kugghjulen på den utgående axeln så att just det tvingar axeln att rotera i samma hastighet som just det kugghjulet. Då får man en obruten kraftöverföring från motorn och ut till hjulen, med en viss bestämd utväxling.
2. Robotiserad enkelkopplingslåda
En enkelkopplingslåda, paddelväxellåda eller robotlåda kan också i biltillverkarnas egna ordböcker heta saker som Selespeed, SMG eller Duoselect. Det handlar om en manuell växellåda där växelspak och kopplingspedal ersatts av elektromekaniska eller elektrohydrauliska komponenter som sköter själva arbetet med att koppla ur och flytta skiftgafflar.
Därmed slipper man koppla och spaka, och eftersom elektroniken också kan bestämma när det är dags att växla behöver man inte ens tänka – även om i princip samtliga på marknaden förekommande enkelkopplingslådor också kan växlas manuellt med någon form spak eller rattpaddlar.
Enkelkopplingslådan var som mest populär för 15–20 år sedan och håller på att försvinna från marknaden, delvis beroende på svårigheter att bli av med ryckighet och långsamma växlingar. Lika mjuk och sömlös som en konventionell automatlåda har den aldrig lyckats vara.
3. Dubbelkopplingslåda
Nu är det inte längre fråga om en konventionell växellåda som fått hjälp av modern teknik. Dubbelkopplingslådan saknar förvisso kopplingspedal precis som en robotlåda och kan sköta växlandet med automatik, men dess innanmäte är också annorlunda jämfört med en vanlig manuell växellåda.
En dubbelkopplingslåda har nämligen två ingående axlar, där den ena löper inuti den andra och båda två är i ständigt ingrepp med mellanaxeln. En dubbelkopplingslåda har alltså två växlar i samtidigt. Det är här de dubbla kopplingarna kommer in, för bara den ena är i ingrepp och den andra är alltså urkopplad. När man växlar, byter man helt enkelt vilken koppling som ska vara i ingrepp. Sedan kan elektroniken gissa vilken som kommer att vara nästa växel som kommer att läggas i och förbereda den urkopplade axeln för det. Därmed kan dubbelkopplingslådan växla snabbare och smidigare än en enkelkopplingslåda, som annars i övrigt upplevs på ungefär samma sätt från förarplats.
Även här finns en uppsjö av olika etiketter som biltillverkare satt på tekniken, som DSG, PDK eller DKG.
4. Konventionell automatlåda
Att använda en konventionell automatlåda kan upplevas på ungefär samma sätt som en dubbelkopplingslåda. Men tekniken ser helt annorlunda ut. I stället för kuggdrev på axlar använder den konventionella automatlådan planetväxlar. En planetväxel består av ett centralt kugghjul, kallat solhjul och en kuggring, kallad ytterring. Mellan dessa sitter ett antal mindre kugghjul, kallade planethjul, i en planetbärare. Genom att låsa en eller flera av komponenterna, samt välja var man ska stoppa in och var man ska ta ut kraft, kan man åstadkomma olika utväxlingar.
Med flera planetväxlar i serie kan man få ett stort antal möjliga utväxlingar, någonting som satt fart på många tillverkare och numera är åtta-, nio- och tioväxlade automatlådor inget ovanligt.
Automatlådor saknar (oftast) koppling och har i stället en så kallad momentomvandlare mellan motorns utgående axel och växellådans ingående axel. Momentomvandlaren är i princip en oljefylld burk där ett skovelhjul överför kraften via oljan till ett annat skovelhjul. En stator (ett stillastående skovelhjul) medger utväxling i momentomvandlaren så att vridmomentet ökar, på bekostnad av varvtalet. Därigenom behöver den lägsta växeln i automatlådor inte ha särskilt hög utväxling och det var också därför som forntidens treväxlade automatlådor ändå ansågs tillräckliga.
Problemet med momentomvandlare är att oljebadet sörplar i sig motorns energi, någonting som moderna lådor löst genom att helt enkelt låsa ihop funktionen (”lock up”) så fort det är möjligt.
5. Steglös växellåda
Den steglösa växellådan, eller CVT för Continuously Variable Transmission, är förmodligen den mest automatiska av alla lådor. Här finn nämligen inga fasta växlingssteg (om sådana inte har programerats in) utan växellådan kan ändra utväxling kontinuerligt så att motorn alltid kan hållas på för stunden optimalt varvtal.
Den vanligaste CVT-tekniken bygger på en rem eller kedja som löper mellan två remskivor. Genom att variera diametern på remskivorna ändras utväxlingen mellan dem och det sker normalt på elektronisk väg, även om äldre lösningar byggde på centrifugalkraft.
Det finns också andra lösningar som bygger på andra principer, som den toroidala Nissan Extroid som jobbar med rullar som överför kraft mellan diskar.
6. Sekventiell växellåda
Termen sekventiell har ofta använts för växellådor som manövreras med hjälp av paddlar på ratten. Men oavsett hur många rattpaddlar bilen har är det inte särskilt sannolikt att växellådan är av sekventiell typ.
En riktig sekventiell låda fungerar som en vanlig manuell låda och har till och med kopplingspedal. Skillnaden mot en konventionell manuell låda är själva växlingsförfarandet. Här växlar man upp genom att dra spaken bakåt, och ner genom att skjuta spaken framåt.
Det fungerar genom att spaken löper i ett spår i en trumma inne i växellådan, som styr skiftgafflarna som i sin tur lägger i och ur kopplingshylsornas ingrepp.
Främst används sekventiella lådor i tävlingsbilar och i motorcyklar och är ovanliga i gatbilsapplikationer.
