Trelleborg разработи уплътнения, които ще превърнат следващото поколение Електрически автомобили в реалност
Trelleborg Sealing Solutions представя HiSpinTM PDR RT и HiSpinTM HS40, две уплътнения, разработени специално за приложения в електрически автомобили. Проектирани да работят при висока скорост, те правят значителна стъпка в преодоляването на проблеми, свързани с уплътняване при високи скорости на въртене, които ограничават възможностите на електрическите автомобили по отношение на крайната им цел — с едно зареждане да пропътуват същото разстояние като бензиновите автомобили.
Научете повече за HiSpin уплътнителите
Търсенето на електрически автомобил, който да бъде масово приет, се засили, поради стремежа на производителите да намалят емисиите на CO2 и да запазят достъпа на автомобили в някои от най-населените градове в света. Според доклад на Международната агенция по енергетика (IEA)*, през 2017 г. в световен мащаб по пътищата е имало 3,1 милиона електрически автомобила. Очаква се обаче до 2030 г. този брой да нарасне многократно до най-малко 125 милиона, като не е изключено да достигне 220 милиона.
Това обаче зависи от наличието на жизнеспособна технология, която позволява пробег с едно зареждане, еквивалентно на един резервоар с бензин, което да даде на водачите на автомобили независимостта, с която са свикнали при традиционно използваните автомобили. Тези две нови уплътнения представляват значителна стъпка в реализирането на тази цел.
Ян Цумбах, ръководител на отдела по развитие на бизнеса за електрическа мобилност в Trelleborg Sealing Solutions, казва, че преодоляването на „тревожността за пробега“ е от решаващо значение за масовото въвеждане на електрически автомобили. „С бензиновите или дизелови автомобили хората знаят, че ще стигнат там, където искат. Инфраструктурата е създадена и зареждането на резервоара никога не е проблем.
„Когато хората карат електрически автомобил, те се тревожат дали ще имат достатъчно заряд, за да стигнат до избраната от тях дестинация, а липсата на пунктове за зареждане и времето, необходимо за зареждане на батерията, ги изнервят. Решението е да се създаде инфраструктура за зареждане и да се увеличи капацитетът на батерията, за да се удължи пробегът, който може да се извърши с едно зареждане.
„Ограничаващ фактор за постигането на това е уплътнението в електрически задвижваният вал. Новите HiSpinTM PDR RT и HiSpinTM HS40 ще допринесат за увеличаването на пробега на електрическите автомобили и ще спомогнат за превръщането на масовото използване на тези автомобили от мечта в реалност.“
Основна технология в електрическите превозни средства е електрическият вал, комбинация от електрически двигател и предавателна кутия, която се вписва в традиционното пространство на двигателя с вътрешно горене. Електрическият двигател и предавателната кутия са директно свързани, но докато предавателната кутия изисква ефективно смазване, от съществено значение е електрическият двигател да остане сух и затова между тези два компонента е необходимо много надеждно уплътнение.
Пол Тейлър, директор на производствената линия в Trelleborg Sealing Solutions, казва: „Тъй като електрическите двигатели работят най-ефективно при високи обороти, изискванията към уплътнението са много по-различни от изискванията към входа на трансмисията при автомобил с двигател с вътрешно горене. Бензиновите двигатели обикновено работят при от 2 000 до 4 000 оборота в минута (об./мин.), а трансмисията с електрическо задвижване работи при до осем пъти по-високи обороти, обикновено при 16 000 об./мин. и в бъдеще те вероятно значително ще се увеличат.
„Ограничението на скоростта на въртящата се ос при традиционните уплътнения в електрическия мост на днешните електрически автомобили е около 30 метра в секунда. Теоретичната оптимална скорост на въртящата се ос в електрическия мост ще бъде по-голяма от 60 метра в секунда, за да се постигне максимална ефективност, която понастоящем е невъзможна за постигане.
„Следователно нашата цел за новите уплътнения за електрически автомобили беше да се увеличи работната периферна скорост до най-малко 40 метра в секунда. Ние постигнахме това при HiSpinTM HS40 и невероятните 60 метра в секунда при HiSpinTM PDR RT.”
Друг проблем, който трябваше да бъде преодолян, е липсата на смазване в системата. От страната на предавателната кутия на системата за електрическо задвижване смазването може да бъде много ограничено; обикновено има само маслена мъгла. Когато има малко или никакво смазване, уплътняването е по-голямо предизвикателство. При тези условия въртящите се уплътнения са подложени на високи сили на триене и приплъзване след периоди на покой, което може да доведе до износване и съкращаване на живота на уплътнението, както и до загуба на мощност, намаляване на пробега на автомобила.
Разнообразието от смазочни материали в системата за електрическо задвижване също представлява трудност, тъй като не всички уплътнителни материали са съвместими или не работят ефективно в съответната среда. Освен това, тенденциите в използваните смазочни материали биха могли да доведат до непознати предизвикателства, когато се използват материали на водна основа, диелектрични материали или материали с нисък вискозитет.
За да се гарантира, че нуждите на производителите на електрически автомобили могат да бъдат удовлетворени бързо, Trelleborg Sealing Solutions свика екип за бързо реагиране за разработване на нови уплътнители за електрически автомобили.
Колин Макуин, който оглавяваше програмата за разработване на уплътнителите, казва: „Обикновено разработването на даден продукт е бавен процес. Но когато подкрепата към производителите да направят пробега на електрическия автомобил по-голям стана приоритет, от един спешен екип от експерти беше поискано бързо да излезе с решение, което да се изправи срещу високите скорости на въртене в приложенията за електрически автомобили, както и с липсата или различията при смазването. Разработката отне само осем месеца от свикването на екипа на проекта до първото предлагане на уплътненията на клиентите.“
Резултатът от програмата за бърза разработка бяха две решения, които се пускат едновременно като HiSpinTM PDR RT и HiSpinTM HS40. И двете имат една и съща функция, но зависят от работните параметри на системата за електрическо задвижване и предпочитанията на клиентите, като едното от тях вероятно е по-подходящо за системата от другото.
Матиас Кек, директор по технологии и иновации в Trelleborg Sealing Solutions в Германия, казва: „Изпитването беше изключително успешно. Въпреки много предизвикателните условия на уплътняване и при двете уплътнения имаше нулево протичане, като HiSpinTM PDR RT регистрира 75 % намаление на триенето в сравнение със стандартното PDR уплътнение и доказа, че може да работи при скорости от 60 метра в секунда.“
HiSpinTM PDR RT се състои от две части: прецизно изработен метален корпус и механично фиксиран уплътняващ елемент от политетрафлуоретилен (PTFE) Turcon®. Той има специално проектирана устна с допълнителни функции, които подобряват ефективността и поведението на профила на устната към вала, фиксирана в прецизно обработения корпус.
Способен да понесе скорост от 60 метра в секунда и повече, той може да работи и при висока, и при ниска температура. Способен да работи с налягане, той е универсално съвместим с химикали и неговият нисък коефициент на триене означава, че може да работи на сухо. Предлагат се прототипи чрез наскоро стартираната услуга Rapid Prototype Service, въведена в подкрепа на клиентите. Предлага се електропроводим вариант на базата на PTFE.
HiSpinTM HS40 е познат продукт за автомобилните производители. С уникалната си двойнодействаща хидродинамична функция на уплътняващата устна той има незначителен коефициент на триене при високи скорости. В резултат на обширни проучвания с Методът на Крайните Елементи, геометрията на неговата гумена устна и гъвкавият дизайн дават оптимален контакт на устната към вала, което осигурява оптимално статично и динамично уплътняване.
Уплътнението е произведено с доказани патентовани XLT флуороеластомерни (FKM) материали, които се справят с по-високи скорости и по-широкият работен температурен диапазон. Съвместим с все по-агресивните синтетични масла за автоматични трансмисии (ATF), той се произвежда по доказани конвенционални производствени високосерийни обеми. С възможност за работа до 40 метра в секунда, HiSpinTM HS40 се справя с износването и се монтира безпроблемно.
За повече информация относно HiSpinTM PDR RT и HiSpinTM HS40