Uusien tiivisteiden avulla seuraavan sukupolven sähköautoista tulee todellisuutta!

Trelleborg Sealing Solutions lanseeraa HiSpin® PDR RT:n ja HiSpin® HS40 :n, kaksi tiivistettä, jotka on kehitetty erityisesti e-Mobility -sovelluksiin. Tiivisteet on suunniteltu toimimaan suurissa nopeuksissa ja ne ottavat merkittävän askeleen ratkaistaessa ongelmia, joita liittyy tiivistämiseen suurilla pyörimisnopeuksilla. Tavoitteena on saada sähköautojen matkan pituus yhdellä latauksella yhtäläiseksi polttomoottoreihin verrattuna.

Lisätietoja HiSpin®-tiivisteistämme

Sähköautojen kysyntä on jatkuvassa kasvussa samalla kun valmistajat pyrkivät vähentämään hiilidioksidipäästöjä ja säilyttämään ajoneuvojensa pääsyn maailman väkiluvuiltaan rikkaimpiin kaupunkeihin. Kansainvälisen energiajärjestön (IEA)* raportin  mukaan teillä liikkui vuonna 2017 maailmanlaajuisesti 3,1 miljoonaa sähköautoa. Tämän määrän odotetaan kuitenkin kasvavan eksponentiaalisesti vähintään 125 miljoonaan ja mahdollisesti 220 miljoonaan vuoteen 2030 mennessä. 

Kaikki riippuu kuitenkin siitä, löytyykö soveltuva tekniikka jonka avulla saadaan yhdellä latauksella ajomatka vastaavaksi polttoainekäyttöiseen ajoneuvoon verrattuna. Vain tällöin se antaa kuljettajalle riippumattomuuden, johon he ovat tottuneet polttoainetta käyttävissä ajoneuvoissa. Nämä kaksi uutta tiivistettä ovat merkittävä askel tämän mahdollistamiseksi. 

Trelleborg Sealing Solutions:n e-Mobilityn liiketoiminnan kehitysjohtaja, Jan Zumbach sanoo, että tämän ”ahdistuksen” voittaminen on ratkaisevaa sähköautojen laajalle käyttöönotolle.  ”Bensiini- tai dieselmoottorikoneilla ajaessa ihmiset tietävät pääsevänsä sinne, mihin he haluavat päästä. Infrastruktuuri on olemassa ja polttoainesäiliön täyttäminen ei ole koskaan ongelma."

”Ajaessaan sähköautolla ihmiset ovat huolissaan siitä, onko heillä tarpeeksi virtaa päästäkseen haluamaansa määränpäähän. Myös latauspisteiden vähäisyys ja akun lataamiseen kuluva aika saa ihmiset hermostuneiksi. Ratkaisuna tähän on sähköisen latausinfrastruktuuri luominen, sekä akun kapasiteetin lisääminen, jotta voidaan pidentää ajoneuvon toimintaetäisyyttä mikä saadaan yhdellä latauskerralla."

”Rajoittava tekijä tämän saavuttamisessa on e-axel -tiiviste. Uusi HiSpin® PDR RT ja HiSpin® HS40 auttavat laajentamaan sähköautojen matkustamisetäisyyttä, mikä helpottaa näiden ajoneuvojen laajaa käytönottoa."

Sähkökäyttöisten ajoneuvojen merkittävintä teknologiaa edustaa e-axel, yhdistetty sähkömoottori ja vaihteisto, jonka täytyy sopia perinteiseen moottoritilaan. Moottori ja vaihteisto on yhdistetty suoraan toisiinsa, mutta vaihteisto vaatii tehokasta voitelua toimiakseen. Toisaalta on erittäin tärkeää, että moottori pysyy kuivana ja näin ollen näiden kahden komponentin välillä tarvitaan erittäin luotettava tiiviste.

Trelleborg Sealing Solutionin tuotelinjan johtaja Paul Taylor sanoo: "Koska sähkömoottorit toimivat tehokkaimmin suurilla nopeuksilla, tiivistysvaatimukset poikkeavat erittäin paljon polttomoottorikäyttöisen ajoneuvon vastaavista. Bensiinimoottorit toimivat normaalisti alueella 2 000 - 4 000 kierrosta minuutissa (RPM), mutta sähkökäyttöinen voimansiirto liikkuu jopa kahdeksan kertaa nopeammin, tyypillisesti 16 000 r / min ja tulevaisuudessa tämä nopeus todennäköisesti kasvaa vielä merkittävästi." 

"Nykyisten sähköautojen e-axel:in perinteisten tiivisteiden pyörimisnopeusraja on noin 30 metriä sekunnissa. Tehon maksimoimiseksi e-axel:n teoreettinen optimaalinen pyörimisnopeus tulisi olla suurempi kuin 60 metriä sekunnissa. Tuon nopeuden saavuttaminen on tällä hetkellä mahdotonta."

”Tavoitteenamme oli että uudet e-Mobility-tiivisteet lisäisivät käyttökierrosnopeutta vähintään 40 m/s. Saavutimme tuon tavoitteen HiSpin® HS40 - tiivisteellä, sekä vielä parempaan tulokseen, 60 m/s, pääsimme HiSpin® PDR RT tiivisteellä.” 

Toinen ongelma, joka oli selvitettävä, on järjestelmässä ilmenevä voitelun puute. Sähkökäyttöjärjestelmän vaihdelaatikon puolella voitelu voi olla hyvin rajallinen; yleensä on vain hyvin pieni määrä voiteluainetta. Kun voitelu on vähäistä tai puuttuu kokonaan, tiivistys on haastavampaa. Näissä olosuhteissa pyörivät tiivisteet altistuvat suurille kitkavoimille ja muuttuvat tahmeiksi seisomisen jälkeen, mikä voi aiheuttaa kulumista ja tiivisteen käyttöiän lyhenemistä sekä tehohäviötä, joka alentaa ajoneuvon käyttömatkaa.

Voiteluaineiden monimuotoisuus sähkökäyttöjärjestelmässä on myös haaste, eivätkä kaikki tiivistysmateriaalit ole yhteensopivia tai tehokaasti toimivia kyseisessä aihealueessa. Lisäksi käytettyjen voiteluaineiden kehitys voi tuoda esiin tuntemattomia haasteita, kun vesipohjaiset, dielektriset ja matalaviskositeeti-aineet tulevat kuvaan mukaan.

Jotta varmistettaisiin, että sähköautojen valmistajien tarpeet pystytään täyttämään nopeasti, Trelleborg Sealing Solutions on koonnut yhteen tiimin kehittämään uusia e-Mobility-tiivisteitä.

Colin Macqueen, joka johti tiivisteiden kehittämisohjelmaa, sanoi: "Perinteisesti tuotekehitys voi olla hidas prosessi. Mutta kun tärkeäksi tehtäväksi nousi tukea valmistajia sähköajoneuvojen käyttöetäisyyden kehittämisessä, ketterää asiantuntijaryhmää pyydettiin keksimään nopeasti ratkaisua, joka voisi kestää suuret kierrosnopeudet, jotka liittyvät e-Mobility -sovelluksiin, sekä voitelujen vaihtelun vaihtoehtojen puutteeseen. Projekti kesti yhteensä kahdeksan kuukautta hanketiimin koollekutsumisesta siihen, kun alkuperäiset tiivisteet olivat asiakkaiden saatavilla."

Nopean kehitysohjelman tuloksena oli kaksi ratkaisua, jotka lanseerattiin yhtäaikaa:  HiSpin® PDR RT ja HiSpin® HS40. Molemmilla on sama tehtävä, mutta riippuvat sähkökäyttöjärjestelmän käyttöparametreista ja asiakkaiden mieltymyksistä, joista johtuen yksi tuote sopii todennäköisesti järjestelmään paremmin kuin toinen.

Trelleborg Sealing Solutions Technology ＆ Innovation johtaja, Matthias Keck sanoi: "Testit osoittautuivat erittäin onnistuneiksi. Kummassakaan tiivisteessä ei ollut lainkaan vuotoa, huolimatta erittäin vaativista tiivistysolosuhteista. HiSpin® PDR RT aiheutti jopa 75% vähemmän kitkaa  verrattuna normaaliin PDR-tiivisteeseen ja osoittautui kykeneväksi toimimaan 60 m/s nopeuksissa."

HiSpin® PDR RT on rakennettu kahdesta osasta: tarkasti valmistetusta metallirungosta ja mekaanisesti tiivistävästää Turcon®-polytetrafluorieteeni (PTFE) tiivistyselementistä. Siinä on erikoissuunniteltu tiivistyshuuli,  joka on puristettu tarkasti työstettyä runkoa vasten. Erikoissuunnitellussa tiivistyshuulessa on lisäominaisuuksia, jotka parantavat huulen poistoprofiilin suorituskykyä ja käyttäytymistä akselia vasten.

HiSpin® PDR RT pystyy toimimaan 60 m/s tai jopa suuremmilla nopeuksilla. Sillä on kyky toimia sekä korkeissa että matalissa lämpötiloissa. Tiiviste kestää painetta ja on yhteensopiva eri kemikaalien kanssa. Tiivisteellä on alhainen kitkakerroin ja se kykenee toimimaan kuivan ilman voiteluainetta. Prototyyppejä on saatavilla äskettäin julkistetussa Rapid Prototype Service -palvelun kautta. Saatavana on sähköjohtava PTFE-pohjainen laatu.

HiSpin® HS40 on tuttu tuotetyyppi autoalan asiakkaille. Tiivistehuulen ainutlaatuisen kaksisuuntaisen hydrodynaamisen ominaisuuden ansiosta sillä on suurilla nopeuksilla erittäin pieni kitkamomentti. Laajojen FEA-tutkimusten tuloksena sen kumihuulen geometria ja joustava rakenne takaavat optimaalisen huulen kosketuksen akseliin, mikä takaa parhaimman mahdollisen staattisen ja dynaamisen tiivistyskyvyn.

Tiiviste on valmistettu XLT Fluoroelastomer (FKM) -seoksen avulla, joka sopii suuremmille nopeuksille ja laajemmalle käyttölämpötila-alueelle. Se on yhteensopiva yhä synteettisempien automaattivaihteistovoiteluaineiden (ATF) kanssa, lisäksi sitä valmistetaan hyödyntäen hyväksi todettuja tavanomaisia suuria valmistusprosesseja. HiSpin® HS40 pystyy käsittelemään jopa 40 m/s nopeuksia ja on helppo asentaa.

Lisätietoja HiSpin® PDR RT ja HiSpin® HS40 tiivisteistä (engl.).