Ny generation af elektriske biler bliver en realitet
Trelleborg Sealing Solutions lancerer HiSpin® PDR RT og HiSpin® HS40, to tætninger specielt udviklet til e-Mobility applikationer. Konstrueret til at fungere ved høj hastighed udgør de et vigtigt skridt i at overvinde problemer i forbindelse med tætning ved høje rotationshastigheder, noget der begrænser elbilers evne til at opfylde det endelige mål: at køre samme distance som et benzinkøretøj på en enkelt opladning.
Jagten på en elbil der kan produceres og sælges i stort antal er intensiv, da producenterne søger at sænke CO2-udledningen og beholde køretøjets adgang til nogle af verdens mest befolkede byer. Ifølge en rapport fra Det Internationale Energiagentur (IEA) var der 3,1 millioner elbiler på vejene globalt i 2017. Det forventes dog at vokse eksponentielt til mindst 125 millioner og potentielt 220 millioner inden 2030.
Dette afhænger dog af en bæredygtig teknologi, der gør det muligt at rejse lige så langt på en opladning som på en tankfuld benzin, hvilket giver bilisterne den uafhængighed, de er vant til fra traditionelle køretøjer. Disse to nye tætninger udgør et vigtigt skridt i at gøre dette muligt.
Jan Zumbach, chef for forretningsudvikling for e-Mobility hos Trelleborg Sealing Solutions, siger at overvinde 'rækkeviddeangst' er afgørende for masseaccept af elbiler. "Med benzin eller dieselkøretøjer ved folk, at de kan komme hen hvor de vil. Infrastrukturen er der, og at fylde tanken er aldrig et problem.
"Når folk kører et elektrisk køretøj, spekulerer de på om der er strøm nok til at nå frem til den valgte destination, og manglende ladestik og tid til at oplade et batteri, gør dem nervøse. Løsningen herpå er at installere en ladningsinfrastruktur og øge batterikapaciteten for at udvide den afstand, der kan rejses på en opladning.
"En begrænsende faktor for at opnå dette er tætningen i e-akslen. De nye HiSpin® PDR RT og HiSpin® HS40 vil bidrage til at udvide elbilernes rækkevidde, hvilket gør masseaccept af disse køretøjer til virkelighed, snarere end en drøm. "
En vigtig teknologi i elbiler er e-akslen, en kombineret elektrisk motor og gearkasse, der passer i det traditionelle motorrum. Motoren og gearkassen er koblet direkte sammen, men når gearkassen kræver effektiv smøring, er det vigtigt, at motoren forbliver tør, og der kræves derfor en meget pålidelig tætning mellem disse to komponenter.
Paul Taylor, produktleder hos Trelleborg Sealing Solutions, siger: "Da elmotorer kører mest effektivt ved høje hastigheder, er tætningskravene meget forskellige fra dem, der gælder for en transmissionsindgang på et forbrændingsmotor. Benzinmotorer kører normalt ved 2.000 til 4.000 omdrejninger pr. Minut (RPM), men den elektrisk drevne transmission løber op til otte gange hurtigere typisk ved 16.000 omdr./min., Og i fremtiden vil dette sandsynligvis stige betydeligt.
"Hastighedsgrænsen for traditionelle tætninger i e-akslen i nutidens elbiler er omkring 30 meter pr. Sekund. Den teoretiske optimale rotationsoverfladehastighed på e-akslen bør være større end 60 meter pr. sekund for at maksimere effektiviteten, en hastighed, som for øjeblikket umulig er at opnå.
Vores mål for de nye e-mobilitetstætninger var derfor at øge driftshastigheden til mindst 40 meter pr. sekund. Vi opnåede dette for HiSpin® HS40 og en fremragende 60 meter pr. Sekund med HiSpin® PDR RT. "
Et andet problem, der skulle overvindes, er manglen på smøring i systemet. I gearkassesiden af det elektriske drevsystem kan smøring være meget begrænset; der er normalt kun en tåge af smøremiddel. Når der er ringe eller ingen smøring, er tætningen mere udfordret. Under disse forhold vil roterende tætninger blive udsat for høje friktionskræfter og stick-slip efter hvileperioder, hvilket potentielt kan medføre slitage og forkorte levetiden for en tætning, samt tab af kraft og rækkevidde.
Mangfoldigheden af smøremidler i et elektrisk fremdriftssystem er også en udfordring, og ikke alle tætningsmaterialer er kompatible med eller fungerer effektivt i de involverede medier. Desuden kan smøremidler frembringe ukendte udfordringer, når vandbaserede, dielektriske og nedre viskositetsmedier kommer i spil.
For at sikre at elbilproducenternes behov kunne opfyldes hurtigt, sammensatte Trelleborg Sealing Solutions et hurtigt responshold for at udvikle de nye e-Mobility-tætninger.
Colin Macqueen, der startede tætningsudviklingsprogrammet, siger: "Traditionelt kan produktudvikling være en langsom proces. Men da støtte til fabrikanterne i at få elbiler til at køre længere blev en prioritet, blev en ekspertgruppe bedt om hurtigt at finde en løsning, der kunne klare de høje rotationshastigheder, der var involveret i e-mobilitetsapplikationer, samt mangel på og variationer i smøring. Udviklingen tog kun otte måneder fra dannelse af projektgruppen til tætningerne var tilgængelige for kunder. "
Resultatet af det hurtige udviklingsprogram var to løsninger, der lanceres sammen som HiSpin® PDR RT og HiSpin® HS40. De har begge de samme funktioner, men afhængigt af det elektriske drevsystems driftsparametre og kundernes præferencer, vil den ene sandsynligvis passebedre til et bestemt system end det andet.
Matthias Keck, Direktor Technology & Innovation hos Trelleborg Sealing Solutions i Tyskland, siger: "Testningen var yderst positiv. Ingen af tætningerne viste lækage på trods af de meget krævende betingelser og HiSpin® PDR RT registrerede en 75% reduktion i friktion i forhold til en standard PDR-tætning og viste sig at kunne fungere ved 60 meter pr. sekund. "
HiSpin® PDR RT er fremstillet af to dele: et præcisionsfremstillet metallegeme og et mekanisk fastholdt Turcon® polytetrafluorethylen (PTFE) tætningselement. Den har en specialdesignet læbe med ekstra funktioner der forbedrer tætningsevnen.
Den er effektiv ved hastigheder på 60 meter pr. sekund og over, og fungerer ved både høj og lav temperatur. Den kan håndtere tryk og er universelt kompatibelt med kemikalier, og dens lave friktionskoefficient betyder, at den køre tørt. Prototyper tilbydes gennem en nyligt lanceret Rapid Prototype Service, oprettet til at støtte kunder.
HiSpin® HS40 er en kendt produkttype af kunderne. Med en unik tovejs hydrodynamisk læbefunktion har den et ubetydelig friktionsmoment ved høje hastigheder. Som et resultat af omfattende FEA-undersøgelser giver læbegeometri og fleksibelt design optimal læbekontakt på akslen, hvilket sikrer optimal statisk og dynamisk tætning.
Tætningen er fremstillet ved hjælp af XLT Fluoroelastomer (FKM) forbindelser for at opfylde krav til højere hastigheder og et bredere driftstemperaturområde. Den er kompatibel med mere aggressive syntetiske automatiske transmissionsvæsker (ATF), og fremstilles ved gennemprøvede konventionelle fremstillingsprocesser i høj volumen. HiSpin® HS40 kan klare hastigheder på op til 40 meter pr. Sekund, og er nemt at installere.