Prevenirea eroziunii electrice a rulmentilor in sistemele de transmisie ale vehiculelor electrice

 

În acest moment, NSK dezvoltă o modalitate nouă și rentabilă de prevenire a eroziunii electrice în sistemele de transmisie ale vehiculelor electrice. Având la bază o metodă unică de producție a unei structuri brevetate din plastic, turnate prin injecție, pentru rulmenții radiali cu bile capsulați, producătorii de vehicule electrice vor face economii semnificative comparativ cu rulmenții «hibrizi» costisitori, care au componente izolante realizate din ceramică.

Curentul parazit poate urma mai multe căi prin motorul unui vehicul electric din cauza unor situații precum prezența unui invertor care comută frecvent între mai multe faze. Tipurile specifice de arhitectură a motoarelor electrice pot provoca, de asemenea, o varietate de fluxuri de curent în rulmenți, inclusiv curenți de masă în rulmenții rotorului, curenți circulanți în rulmenți și curenți EDM (de prelucrare prin descărcare electrică).

Curenții EDM, în special, prezintă un risc grav pentru rulmenți, în mare parte din cauza arcului electric care apare la anumite tensiuni. Acest arc electric (încărcare de sarcină) duce la descărcări necontrolate la valori de amperi destul de ridicate, schimbând în mod esențial morfologia inelelor și bilelor de oțel ale rulmenților. În acest caz, materialul se topește și se resolidifică pe suprafața metalului, astfel încât pe căile de rulare ale rulmenților, atât pe inelul interior, cât și pe cel exterior, încep să apară ondulații cu o adâncime de câțiva microni. Zgomotul excesiv este adesea primul indicator al acestei probleme. Pentru vehiculele electrice, care devin din ce în ce mai silențioase odată cu dezvoltarea în curs, zgomotul este extrem de nedorit.

NSK a decis că este timpul să dezvolte o soluție pentru această problemă de lungă durată, în primul rând prin evaluarea condițiilor care favorizează eroziunea electrică, inclusiv: condițiile de funcționare, cum ar fi sarcina, viteza de rotație, temperatura și viscozitatea lubrifiantului; starea lubrifierii obținute (hidrodinamică, mixtă, limită); și proprietățile electrice, cum ar fi rezistența (materială și capacitivă).

Metodele stabilite pentru a preveni eroziunea electrică cuprind, în esență, fie izolația, fie conducția. În cazul în care sarcinile nu sunt prea mari, ar putea fi suficient să se utilizeze o unsoare conductivă sau elemente de împământare corect dimensionate. Cu toate acestea, pentru anumite poziții ale rulmenților, cum ar fi rulmentul de la capătul de acționare din fața cutiei de viteze, este necesară o izolație sub formă de componente din ceramică sau din plastic ale rulmenților. De exemplu, NSK poate utiliza ceramica drept strat de acoperire pe inelele exterioare/interioare sau poate fabrica toate elementele de role și bile din ceramică. Deși acești rulmenți «hibrizi» oferă o măsură optimă împotriva eroziunii electrice sunt, de asemenea, costisitori.

Necesitatea unei soluții mai eficiente din punct de vedere al costurilor este presantă, deoarece arhitectura de înaltă tensiune a vehiculelor electrice este pe cale să treacă de la sistemele de 400 V, care domină în prezent, la cele de 800 V. Acestea din urmă vor putea ocupa 50% din piață începând cu anul 2030, ceea ce va dubla problema și va necesita măsuri de protecție și mai bune pentru rulmenți.

Prin urmare, NSK propune utilizarea unei structuri din plastic, turnate ulterior prin injecție și realizate dintr-un polimer PPS (sulfură de polifenilen) de înaltă performanță, care oferă o rezistență ridicată la căldură și la o mare varietate de substanțe chimice, precum și performanțe electrice și mecanice stabile (chiar și la temperaturi de până la 150°C). În plus, materialul oferă un nivel scăzut de absorbție a apei, spre deosebire de multe alte tipuri de polimeri, asigurând stabilitatea dimensională.

Testele complete efectuate de NSK arată performanța rulmenților cu structură turnată ulterior prin injecție în comparație cu rulmenții standard ai companiei. De exemplu, la o tensiune de 24 V și o frecvență de 15 kHz, rulmenții standard au prezentat o eroziune electrică evidentă a inelelor interioare și exterioare. În schimb, noii rulmenți NSK cu structură turnată prin injecție nu au prezentat nicio dovadă a acestui fenomen. Același rezultat a fost obținut la diferite viteze de rotație.

Producția acestei structurii turnate ulterior prin injecție este realizată prin intermediul unui proces inovator de turnare prin injecție, localizat la o unitate NSK din Europa, pentru a optimiza furnizarea către industria vehiculelor electrice. Caracteristicile speciale ale matriței asigură distribuția și orientarea omogenă a moleculelor și a fibrelor de sticlă pentru a optimiza performanța mecanică. În mod special, precizia structurii turnate prin injecție înseamnă că nu este necesară șlefuirea, lăsând un finisaj «structurat». Ca urmare, nu există un contact de 100% între carcasă și diametrul exterior al rulmentului, creându-se goluri de aer. Aerul este un bun izolator și nu are niciun cost asociat. Această inovație asigură diferențierea pe piață a soluției NSK. Ca beneficiu suplimentar, finisajul structurat depășește problema consacrată a alunecării rulmenților în carcase, deoarece oferă o potrivire mai bună, datorită punctelor de contact multiple (în funcție de cazul de utilizare).

Aplicabil pe inelul interior și exterior, stratul de izolație patentat va avea, de obicei, o grosime cuprinsă între 0,7 și 1,2 mm. Pentru a acomoda materialul suplimentar, NSK poate oferi soluții neutre din punct de vedere al spațiului. Acest lucru este cel mai ușor atunci când se începe un nou proiect de rulmenți, deși NSK poate, de asemenea, prelucra material din diametrul exterior al rulmenților existenți în mod corespunzător. Cu toate acestea, această soluție implică un cost. Ca o propunere alternativă, producătorii de echipamente originale (OEM) pot analiza opțiunea de a deschide carcasa care găzduiește rulmentul, ceea ce înseamnă că NSK nu va trebui să își schimbe procesul. Această opțiune le permite producătorilor de vehicule electrice să beneficieze pe deplin de economiile semnificative de costuri, disponibile în comparație cu rulmenții hibrizi.

În cele din urmă, industria vehiculelor electrice dispune de o soluție rentabilă care anulează eroziunea electrică a rulmenților din sistemele de transmisie electrificate. Turnarea prin injecție ulterioară se aplică în prezent la rulmenții NSK 6008 și, în curând, la seria 6206 de rulmenți radiali cu bile, capsulați (etanși și neetanși), ideali pentru aplicații în vehicule electrice.

Și pentru a încheia, NSK are disponibilă o matriță modulară de testare, care acoperă diametre exterioare de la 55-95 mm (până la 30 mm lățime). Prin urmare, compania este pregătită să efectueze teste în numele clienților care au cerințe în această gamă.

Despre NSK Europe
NSK Europe Ltd. este organizația europeană a producătorului de rulmenți NSK din Tokyo, companie înființată în Japonia în anul 1916 și care în prezent angajează aproximativ 30.580 de persoane în unitățile sale din toată lumea. Produsele și soluțiile oferite în domeniul industrial și al construcției de automobile pot fi găsite oriunde există lucruri în mișcare. Pe lângă aproape toate tipurile de rulmenți, portofoliul companiei include lagăre cu rulmenți, tehnologie liniară, carcase pentru rulmenți de roată, rulmenți pentru transmisie și motor, precum și sisteme de direcție. Compania vizează perfecțiunea în toate domeniile sale de activitate. Scopul său este de a atinge poziția de lider în calitate în sectorul său, în acest sens depunând eforturi printr-un proces continuu de îmbunătățire, prin dezvoltarea excelentă a produselor, prin procese de producție optimizate și prin procese de servicii orientate spre client. În anul fiscal 2021, cei peste 4.250 de angajați ai NSK Europe Ltd. au realizat vânzări de peste 818 de milioane de euro.

Sursa: Kumiko MATSUO, MEPAX