Utcai autó
A VERSENYAUTÓK VÁLTÓINAK TÖRTÉNETE, I. RÉSZ

A VERSENYAUTÓK VÁLTÓINAK TÖRTÉNETE, I. RÉSZ

Loading...

Rengeteg információt lehet találni a versenymotorok – akár a Formula-1-es, akár a hosszútávú vagy a raliautókat hajtó motorokról is legyen szó – történetéről; azonban a váltók történetéről kevesebb a forrás. Ebben a cikksorozatban ezt a hiányt szeretném pótolni.

Lehet, hogy az alábbiakban néhány érdekesebb, versenycélokra szánt váltót kihagytam, vagy elkerülte a figyelmemet. A teljesség igénye nélkül írtam ezt a cikksorozatot, ezért került a címbe a „fejezetek” szót.

Kezdetben vala a szinkronizálatlan váltó, amit angolul „dog-type”-nak („kutyatípusnak”) is szoktak nevezni, mivel a hajtott tengellyel kapcsolatban lévő fogak bármiféle csúszás („slip”) nélkül, mereven, mechanikusan kapcsolódnak egymáshoz, mint a kutya fogai (innen az angol név).

Megjegyzés: A dog-type nem összekeverendő az ún. dog-leg-váltóval. Utóbbi „kutyalábút” jelent, bár lehet, hogy inkább nem kellene lefordítanom. A dog-leg azt takarja, hogy a hátramenetet a padlón lévő váltókar balra, majd előre; míg az első fokozatot balra, majd hátra történő húzásával találjuk meg.

A szinkronizálatlan váltónak létezett már szinte a kezdetektől kétféle változata, a tolófogaskerekes és a körmös kapcsolós. Előbbinél a fogaskerekeket a tengelyvonaluk mentén csúsztatjuk egymásba. Utóbbinál a fogaskerekek páronként állandó kapcsolatban vannak, a kapcsolás szerepét átveszi egy körmös tengelykapcsoló, ami összeköti a fogaskereket a tengellyel.

1898-ben jelent meg a Renault Voiturette A-típusa. Ez volt az első, kardántengellyel hajtott autó. Akkor még mindenki láncban gondolkodott; de nekünk nem ez az érdekes, hanem az, hogy – tudomásom szerint – itt jelent meg a tolókerék helyett a körmös kapcsoló. A tolókerekes és a körmös kapcsolós váltót sokan összekeverik, lehet olyan kijelentésekkel találkozni, hogy a „Lada versenyautóban tolókerekesre cseréltük a gyárit”, miközben a képen tolókerekes helyett egy szinkronizálatlan körmös kapcsolós vette át a szinkronos, gyári, utcai egység helyét.

Louis Renault és a Renault Voiturette A-típus
A Renault A-típus 3-fokozatú, körmös kapcsolós váltója. A fogaskerekek állandó kapcsolatban vannak.

A Renault váltója háromfokozatú volt, ekkoriban a személygépkocsik 2, 3 vagy 4 fokozatúak voltak, ennél többre nem volt igény. 1911-ben jelent meg a francia Delage X-típusú versenyautója a világon először ötfokozatú váltóval, amit a cég versenycsapata az I. világháború kitöréséig használt. Azonban a háború után a Delage visszatért a négyfokozatúakhoz. Csak 1926-ban, a 15S8 típusban használt ismét öt fokozatot.

A Delage X-típus 1911-ből, ötfokozatú váltóval
A Delage X-típus ötfokozatú váltókulisszája (fotó: David Blumlein)

Most ejtsünk néhány szót a nyomatékváltók főbb típusairól és azok megjelenéséről.

Sokan maradtak az 1920-as években is a tolófogaskerekesnél: ilyen megoldás került a híres Bugatti Type 35 versenyautóba is, vagy az Austin Seven erőátvitelébe, amely típust licencia alapján gyártott például a Bantam az USÁ-ban, vagy a Dixi, később a BMW Németországban.

A Bugatti legsikeresebb versenyautója, a 35-ös típus. A rajzon látszódik az egyenes fogazású, tolókerekes váltó, külön házba szerelve
Austin Seven, azaz a 7-es típus
Az Austin Seven tolókerekes váltója

Természetesen most az előremeneti fokozatokra gondolok, a hátramenet tekintetében ma is elterjedt a tolókerekes, hiszen például a ferde fogazásnak vagy a szinkronizálásnak ott semmi értelme nem lenne. Ezért visít tolatáskor az utcai autó váltója úgy, mint egy versenyautó váltója előremenetben.

Szinkron és ferde fogazás

Ma ahhoz szoktunk, hogy míg a szinkronizálatlan váltók többnyire egyenes fogazású fogaskereket; míg a szinkronizáltak ferde fogazásút tartalmaznak. Nem mindig volt ez így.

Az első váltó ferde fogazással a német ZF cég Aphon vagy Aphongetriebe nélkül gyártott modellje volt, amit 1927-ben mutattak be (differenciálműveknél már korábban használtak hasonló, spirális fogazású erőátvitelt). Az „aphon” név görögül hangtalant jelent, ezzel hangsúlyozták ki a ferde fogazás legfontosabb előnyét, amire még visszatérek. Beépítette többek között a Horch, a Walter, az Adler vagy Steyr autógyár. Azonban ennek az első kiadása még nem volt szinkronizált! A ZF első szinkronos váltója az 1936-tól kínált AK4 típus volt.

Csak a következő évben, 1928-ban jelent meg a Cadillac és az Isotta-Fraschini az első szinkronizált váltókkal – mindkettő három fokozatú volt –, szinte egy időben. Viszont ezek még egyenes fogazásúak voltak! Az 1930-as évek közepére vált általánossá az, hogy a szinkronizált kapcsolódást a ferde fogakkal kombinálják. A General Motors márkáinál, így a Cadillacnél is csak 1935-ben vezették be. Ugyanakkor sokáig nem látták el szinkronkapcsolóval az 1., vagy 1-2. fokozatot. Az első teljesen szinkronizált váltót a Porsche kínálta 1952-ben a 356 típushoz.

Korabeli hirdetésen a Cadillac 1928-as modellje
A 28-as Cadillac szinkronizált, egyenes fogazású váltója
A General Motors márkái, így a Cadillac is 1935-től már ferde fogazású váltókat kínáltak
A Porsche 356-os váltója (a váltó típusjelzése: 741): az összes fokozat szinkronizált

A szinkronizálással sokkal – mai kifejezéssel fogalmazva – „felhasználó-barátabbá” váltak az autók. Míg a szinkronmentes váltókat dupla kuplungolással lehet váltani, addig a szinkronosoknál elég egyszer lenyomni és felengedni a pedált.

A korai szinkronos váltókkal kapcsolatban gyakran felmerül Ferdinand Porsche neve is: a szinkronkapcsolók egyik típusát, az ún. osztott gyűrűs vagy más néven szervogyűrűs szinkronkapcsolót 1948-ban a 356-os típusba szerelték első ízben. Később ezt a megoldást nevezték Porsche-rendszernek, viszont nem minden szinkronizált váltó Porsche-rendszerű.

A fogaskerekek típusai

Itt érdemes megállni egy pillanatra, és áttekinteni az egyenes, a ferde és a nyílfogazású fogaskerekek előnyeit és hátrányait. Az egyenes fogazásút a legegyszerűbb, illetve a legolcsóbb legyártani. A tengelyirányú terhelés gyakorlatilag elhanyagolható, ezért többnyire elegendő radiális csapágyakat alkalmazni, illetve az átvitt nyomaték vesztesége is minimális. Hátránya ugyanakkor a hatalmas zaj, ami versenyautókban nem szempont. A versenyautókon kívül tehergépkocsiknál is gyakran ezzel találkozunk, itt a csapágyak kisebb terhelése miatt alkalmazzák.

A fogazás típusai, angol nevükön

Ezzel szemben a ferde fogazás (az angol szakirodalomban: „helical gears”) valamivel drágább, viszont a kapcsolódás sokkal finomabban valósul meg, amiből kívülállóként annyit érzékelünk elsősorban, hogy az egész erőátvitel sokkal halkabb lesz, nagyobb nyomaték átvitelére képes és az élettartama is hosszabb. Mindez arra vezethető vissza, hogy itt egy pillanatban több fog kapcsolódik össze, a nyomaték átvitele fokozatosabb, kevésbé „ütésszerű”. Viszont a ferdén kapcsolódó fogaskerekek Newton III. törvénye értelmében egymástól tengelyirányban igyekeznek távolodni, ezáltal axiális terhelést mérve a csapágyakra, illetve növelve a nyomatékveszteséget.

Felmerül a kérdés, hogy melyikkel lehet gyorsabban váltani, a ferde fogazású szinkronossal vagy az egyenes fogazású szinkronmentessel. Erre nem lehet egyértelmű választ adni, mivel inkább a sofőrtől függ. A kapcsolódás maga egy egyszerű körmös kapcsolóval gyorsabb, mivel a kapcsolat azonnal létrejön. Szinkronosnál először a szinkrongyűrűk a megfelelő fordulatszámra pörgetik a fogaskerékpárt, s csak utána jön létre a kapcsolat. Ez néhány tized- vagy századmásodperces veszteséggel járhat. Ugyanakkor a szinkronmentes váltót nagyobb nyomaték esetén elvileg kétszeres kuplungolással és – lefelé kapcsolásnál – két kuplung-kinyomás között adott kis “gázfröccsel” kell kapcsolni, ami hosszadalmasabbnak tűnhet. A gázadás üresben azért volt szükséges, mert így fel lehetett pörgetni a fogaskerekeket a simább kapcsolás megvalósítására. Egy gyakorlott versenyző esetén ez a művelet iszonyatosan gyorsan megtörténhet, ráadásul a váltás – némi gyakorlás, illetve a fokozatok közötti kisebb lépcső esetén – még kuplung nélkül is megoldható, bár a hibázásra való nagyobb lehetőség megmarad.

Az egyenes fogazású, szinkronmentes váltó egyébként motorkerékpároknál ma is elterjedt – sőt, a nem automatáknál csak azzal találkozhatunk -, de ott a kisebb nyomaték miatt nincs szükség dupla kuplungra. A modern motorkerékpárokhoz pedig léteznek olyan kuplung-, illetve váltóasszisztensek, amelyek sok terhet levesznek a motorosról.

Néhány szó a nyílfogazásról

A harmadik megoldás a nyílfogazás (angolul: „double helical” vagy „herringbone”). Ez még a ferde fogazásúnál is bonyolultabb és drágább, viszont a tengelyirányú reakcióerők egymást kioltják, így a csapágyak nem kapnak jelentős mértékű axiális terhelést, de a halkabb működés megmarad.

A nyílfogazással kapcsolatban sokaknak a Citroën jut eszébe. Való igaz, a gyár logója tényleg innen származik. André-Gustave Citroën 1900-ban meglátogatta sógorát a lengyelországi Łódźban. A sógor pedig bemutatta neki ezt az új megoldást, ecsetelve annak előnyeit. Egyes források szerint a sógor ötlete volt, mások azt állítják, hogy a sógor głownói ügyfeléé. Azzal is lehet találkozni, hogy a szabadalom ekkor egy orosz cégé volt. Egy biztos, André gyorsan meg is vásárolta a szabadalmat, majd a következő évben indította be a vállalkozását, aminek a fő profilja a nyílfogazású fogaskerekek gyártása lett.

Bár ekkor már létezett francia autóipar, az első években a cég autót még nem gyártott. A kínálatban leginkább hajóalkatrészek szerepeltek. A híres-hírhedt Titanichoz és két testvérhajójához, a Britannichoz és az Olympichoz is szállított például nyílfogazású erőátviteli elemeket (a Titanic nem a Citroën fogaskerekei miatt süllyedt el). Az autógyártást csak az első világégés után, 1919-ben indították be.

Az Olympic kormánylapátot mozgató gőzgépe, számos Citroën alkatrésszel. Megfigyelhetők a nyílfogazású fogaskerekek

Egyes tévhitek szerint az első modelljeiben a váltó is nyílfogazású volt, azonban ez az állítás nem igaz. Néhány korai differenciálműben, pld. a 10 CV típuséban valóban használta ezt a megoldást, de a váltók – a korabeli, már ismertetett trendeknek megfelelően – kezdetben egyenes, később ferde fogazásúak voltak.

Citroën 10CV
A korai Citroënek nyílfogazású hátsó tányér- és kúpkereke

A teljesség kedvéért meg kell említeni, hogy valóban létezett a technikatörténelemben nyílfogazású váltó gépkocsihoz: az angol Alvis márka szerelte 1931-től a Speed 20 nevű modelljébe. A korabeli újságcikkek szerint abban az időben ez volt a leghalkabb váltó.

Alvis Speed 20
Az Alvis nyílfogazású váltója

A 30-as évek

Itt pedig vissza is térnék a versenyautók váltóira. Az 1930-as évekre a körmös kapcsoló elterjedt, de a szinkronizálás és a ferde fogazás nem, mint azt az 1939-ben versenyző Mercedes-Benz W154/M163 váltójának szerkezeti rajzán is megfigyelhetjük. A szinkronizálás egyrészt felesleges tömeget jelentett, másrészt nagyobb volt a csapágyak axiális terhelése, harmadrészt pedig a szinkron nélküli megoldásoknál sokkal gyorsabban lehetett cserélni az egyes áttételeket. A szinkronizálás előnye, a váltási finomság és a hang egy versenyen nem számított. Akkor még vitatták, hogy szinkronnal vagy anélkül lehet-e gyorsabban váltani, ezért ez volt az egyetlen előny, ami okot adhatott a szinkronizált váltó melletti döntésre. A hátrányok ismeretében a legtöbb tervező erről az előnyről lemondott.

A rajzokon megfigyelhető az is, hogy a váltó hátra került, a differenciálmű közelébe, míg a kardántengely folyamatos forgásban volt (persze a kuplungolást leszámítva). Ez a módszer persze nem volt új, a francia De Dion-Bouton már 1903-ban alkalmazta. Ezzel a megoldással hátrébb tudták helyezni a tömegközéppontot, csökkentve az alulkormányozottsági hajlamot, javítva a kanyarstabilitást.

A Mercedes-Benz W154/M163 versenyautója az angol Eagle c. lapban. A típus neve számos helyen – itt is – tévesen W163-ként van megadva. A W154 típushoz új motort fejlesztettek M163 jelzéssel, de a típuskód maradt.
A W154/M163 erőátvitele

Láthatjuk a képen azt is, hogy motor és kardántengely a Mercedes hossztengelyéhez képest szöget zár be, mondhatni ferdén áll, a tengely a versenyző bal könyöke alatt csatlakozik a váltóházhoz. Ez a megoldás a rekorddöntési célra épített angol MG EX-127-esben jelent meg először 1932-ben. Ezzel az elrendezéssel sokkal alacsonyabbra tudták tenni a már említett tömegközéppontot, ami szintén a kanyarstabilitásra volt jótékony hatással. Később sokan mások is alkalmazták ezt a módszert. Szintén 1932-ben a magyar származású mérnök, Vittorio Jano az Alfa Romeo P3-asban 2 db ferde kardántengely közé ültette a sofőrt, ezzel helyezve lejjebb a súlypontot, de ez a kialakítás nem terjedt el.

MG EX-127 ferdén beépített motorral, váltóval és kardántengellyel
Az Alfa Romeo P3-as 2 db, egymással szöget bezáró kardántengellyel

A nagydíjakon és az országúti versenyeken induló autók többnyire négyfokozatúak voltak, a már említett Delage-t leszámítva. 1934-ben mutatta be Ferdinand Porsche az Auto Union A-típusú együlésest ötfokozatú váltóval.

Az utcai ötfokozatúak csak a II. világháború után jelentek meg: 1948-ban egy időben mutatta be ötsebességes váltóval a Lancia az Ardea, a Ferrari pedig a 166-os típust. 1935-ben Porsche az A-ból kifejlesztett Auto Union B-típust még kiegészítette a ZF céggel közösen kifejlesztett B70 típusú önzáró differenciálművel is.

Az Auto Union C-típus, az A- és B-típus utódja, 16 hengeres középmotorral, önzáró differenciálművel, ötfokozatú váltóval az Eagle c. angol lapban

(folytatása következik)

Vélemény, hozzászólás?