Tenk deg en manuell girkasse halvparten så stor som din gamle. Og som girer fort, presist og lydløst. Den ble funnet opp av grekerne for to tusen år siden. De kalte den en epi-syklisk maskin … planetgiret.
Bildet øverst: Og sånn kan det se ut inne i en planetgirkasse fra Ford. (Foto: Ford)
Av Stein Bekkevold
Girkasse har vi fordi vi ikke vil ha ekstremt motorturtall, med vibrasjoner og slitasje. Det finnes nemlig et ideelt turtall for hver kjørehastighet og motortype. Altså må vi sette noe smart mellom motor og drivhjul: En girkasse.
Noe av det mer elegante er de moderne automatkassene. Der finner du nesten alltid komplette, slanke og robuste planetgir. Som altså er epi-sykliske – der noe roterer i bane rundt noe annet. Planetgir kan du også finne i en manuell kasse.
Ring – og hjul
Planetgiret består av clutcher og en ring med tenner på innsiden, pluss 3-4 hjul innenfor denne (planethjul), og et kraftig ett i midten, solhjulet. Alt er av herdet* spesialstål. Om du legger kraft (moment) inn på solhjulet og holder det i fast kontakt med planethjulholderen – og hjulene der er i inngrep med tannringen, da har du én utveksling. Du kan også koble motoren til ringen – via en av clutchene – og la den drive planethjulene – som drar bilens drivhjul, da har du en annen.
Og du kan koble et nytt sett med ring, planethjul og solhjul til det første settet og få en komplett girkasse – da med en haug utvekslinger. Alt datamaskinen må gjøre er å koble clutcher ut og inn. Systemet er så smart at det nå sitter i maskiner over hele kloden.
En moderne verktøymaskin eller dreiebenk er dessuten utenkelig uten.
Den ytre ringen kobles til og fra planethjulene – innenfor ringen, de sitter i en egen festeanordning – og hjulet i midten kalles solhjulet. Avhengig av hvilken del som bremses eller kobles via clutcher – der ringen driver planethjulene eller omvendt, eller solhjulet driver planetene – skjer en utveksling som tilsvarer antall tenner i inngrep; et hjul med 20 tenner mot et med 80 får utveksling 1:4. Systemet gir også revers. (Foto: ZF)
Mer konkret
Om koblingen låser tannringen og driver planethjulholderen, vil solhjulet rotere fortere enn holderen – du har én utveksling. Men om vi låser solhjulet og driver planetholderen vil den ytre tannringen rotere saktere enn holderen, da har vi en annen.
Vi kan også låse planethjulholderen og drive enten solhjulet eller den ytre tannringen. Altså har vi flere utvekslinger å spille på, og enda flere om vi som sagt setter to-tre planetgir i rekke, koblet med clutcher. Da har du fått en slank, smart sekstrinns (eller ni) manuell girkasse. Eller en elektrisk operert automat…
Til sammen gir dette kompakt girløsning, med balanserte krefter og kort innbygglengde.
500 år f.Kr.
Men er planetgirkassen ny? Niks, lite er nytt under solen. 500 år før vår tid hadde grekerne tanker om konsentriske sirkler med legemer i bevegelse. Dette ble vel til for å forklare bevegelsen til de planetene de så.
Så tok det 300 år før en glup fyr klarte å finne sammenhengen; de hadde god tid, grekerne – slaver gjorde det meste. Det skal ha vært Ptolemaios** som tenkte seg konsentriske sirkler som forklaring, og det gjorde han 148 år e.Kr. Maskinen han brukte var bygget 80 år FØR år null – og er kalt Den episykliske Antikytera-maskin.
Den viste først Månens bane på himmelen, og ble senere brukt til også å spå planetenes bevegelser, slik at prestene alltid visste hvor de var; Jupiter, Saturn, Venus og Merkur. Disse var himmelguder alle som en, og den som kunne spå hvor den mektige Jupiter ville være ved sommersolverv sto høyt i kurs hos allmuen, om de brydde seg. Alt dette kom mens vi satt i fjæra og spiste rå østers…
Komplett sykkel-planetgir fra Sturmey-Archer, prinsippet er det samme som i langt større enheter, som i våre automatkasser. (Foto: S-A)
1100-tallet
På 1100-tallet ble den epi-sykliske maskinen gjenoppfunnet av arabiske al Muradi i Andalusia – han bygget en vanndrevet klokke. Og 2-3 hundreår senere ble en lik mekanisme beskrevet av abbeden i St Albans – mens en italiensk militæringeniør enda litt senere bygget en roterende bokhylle med konsentriske tannringer – for å ha orden i sysakene.
Var det noen som tvilte på at historien gjentar seg?
*Herding er en prosess som øker hardhet i stål. Da øker også slitasje-motstanden, og evnen til å overføre økt dreiemoment. Herding er mulig fordi stål endrer krystallstruktur avhengig av temperatur.
I romtemperatur og opp til nedre omvandlings-grense (700 grader C) er stål kubisk, romsentrert krystallinsk der hver kube har 9 atomer. I økt varme oppstår kubisk flate–sentrert struktur, som er tettere pakket (herdet) fordi hver kube nå holder 14 atomer.
Herding skjer ved bråkjøling. Da får vi en «frosset» struktur med økt indre spenning, martensitt. Som er sprø. For så å gjøre stålet seigere foretas en anløpning. Da varmes det opp – og avkjøles kontrollert. Og da har vi fått tøffe, slitesterke tannhjul av spesialstål som virkelig tåler en støyt. Er det ikke flott?
**Klaudios Ptolemaios (ca.100 -168) var gresk-romersk borger av Egypt, han skrev på gresk. Han var astronom, geograf og matematiker, og var den som på sin tid ga den beste beskrivelsen av det geosentriske verdensbildet, det ptolemaiske. Dette var aktuelt helt til 1600-tallet. Da fikk vi kikkerter og visste straks enda mer.
Bilde 1: Den ytre ringen kobles til og fra planethjulene – innenfor ringen, de sitter i en egen festeanordning – og hjulet i midten kalles solhjulet. Avhengig av hvilken del som bremses eller kobles via clutcher – der ringen driver planethjulene eller omvendt, eller solhjulet driver planetene – skjer en utveksling som tilsvarer antall tenner i inngrep; et hjul med 20 tenner mot et med 80 får utveksling 1:4. Systemet gir også revers. (Foto: ZF)
