Ρουλεμάν για ηλεκτρικά αυτοκίνητα
SKF

Ρουλεμάν για ηλεκτρικά αυτοκίνητα

Τα ρουλεµάν, αν και κρυµµένα βαθιά µέσα στο όχηµα, συµβάλλουν καθοριστικά στην απόδοση του συστήµατος µετάδοσης κίνησης και παρέχουν αξιοπιστία για τους κατασκευαστές αυτοκινήτων. Ο Thomas M. Wolf, ειδικος της SKF στα συστήµατα κίνησης, εξηγεί πώς οι κινητήρες των ηλεκτρικών οχηµάτων θέτουν νέες απαιτήσεις σε εξαρτήµατα, όπως τα έδρανα, και πώς αυτές µπορούν να ξεπεραστούν.

Σημαντικές τεχνολογικές καινοτομίες, όπως οι μπαταρίες, τα ηλεκτρονικά συστήματα διαχείρισης ισχύος και οι ηλεκτροκινητήρες, έχουν ανοίξει τον δρόμο για την εμφάνιση της ηλεκτροκίνησης. Οι κινητήρες των ηλεκτρικών οχημάτων θέτουν νέες προϋποθέσεις σε εξαρτήματα, όπως τα ρουλεμάν.

Η απαίτηση για αποδοτικότητα σε ολόκληρο το σύστημα μετάδοσης κίνησης, οδηγεί τους κατασκευαστές εξαρτημάτων πρώτης τοποθέτησης να εξερευνήσουν νέες προσεγγίσεις και μεθοδολογίες για τη χαμηλή τριβή, πέρα από τα συμβατικά κωνικά ρουλεμάν, που βρίσκονται σε κιβώτια ταχυτήτων και διαφορικά.

Μία άλλη πρόκληση είναι οι υψηλές ταχύτητες περιστροφής των ηλεκτρικών κινητήρων σε οχήματα EV, που φτάνουν έως και 30.000 σ.α.λ. Είναι ταχύτητες πολύ υψηλότερες από αυτές που συναντάμε στις περισσότερες βιομηχανικές εφαρμογές και απαιτούνται για να διασφαλιστεί ότι το σύστημα μετάδοσης λειτουργεί αποτελεσματικά. Η επιτάχυνση και οι θερμοκρασίες που παράγονται από αυτές τις διατάξεις καταπονούν τα ρουλεμάν και τα εξαρτήματά τους, όπως ο κλωβός και τα στοιχεία κύλισης.

Τα ρουλεμάν που περιστρέφονται σε τέτοιες υψηλές ταχύτητες χρειάζονται επίσης αποτελεσματική λίπανση και ψύξη, διότι υπάρχει μεγάλος κίνδυνος για γρήγορη αστοχία. Τα δαχτυλίδια και τα στοιχεία κύλισης πιθανόν να υπερθερμανθούν, προκαλώντας πρόωρη αστοχία και ανάγκη αντικατάστασης.

Παράλληλα, οι ηλεκτρικοί κινητήρες μπορεί να παρουσιάσουν περαιτέρω προκλήσεις για τα ρουλεμάν, μέσω των ηλεκτρικών εκκενώσεων.


Η εναλλαγή τάσης υψηλής συχνότητας του inverter µπορεί να οδηγήσει σε διαρροή ρεύµατος.

Αυτό το ρεύμα υπάρχει πιθανότητα να περάσει, μέσω των ρουλεμάν, προκαλώντας σπινθήρες στις τροχιές κύλισης και ενδεχομένως να οδηγήσει σε επιφανειακή φθορά και διάβρωση.

Οι κατασκευαστές αναπτύσσουν επίσης ειδικά λιπαντικά με χαμηλότερο ιξώδες και ειδικά πρόσθετα, προκειμένου να μειώσουν τις απώλειες ισχύος από τριβές και να υποστηρίξουν λειτουργίες σε πολύ υψηλότερες ταχύτητες. Ωστόσο, το λιπαντικό χαμηλότερου ιξώδους ενδέχεται να επηρεάσει τα χαρακτηριστικά φθοράς και κόπωσης των εδράνων. Η γρήγορη φθορά μπορεί να οδηγήσει σε καταστροφικά αποτελέσματα, με προφανή επίδραση στην αξιοπιστία.

Οι προκλήσεις των ρουλεµάν για EV

Προκειμένου να ανταποκριθούν σε αυτές τις νέες απαιτήσεις, κατασκευαστές, όπως η SKF, επενδύουν σε νέες τεχνολογικές εξελίξεις και προσαρμόζουν ή επανασχεδιάζουν τα συμβατικά ρουλεμάν. Με τον επανασχεδιασμό στοιχείων, όπως ο κλωβός από πολυμερές, τα στοιχεία κύλισης και με τη χρήση ειδικού γράσου, τα εξειδικευμένα και υβριδικά ρουλεμάν επιλύουν ήδη ορισμένα από τα βασικά ζητήματα που μπορούν να επηρεάσουν την αξιοπιστία στα ηλεκτρικά οχήματα.

Όσον αφορά την ηλεκτρική εκφόρτιση, τα κεραµικά ρουλεµάν είναι σήµερα µία εξαιρετική λύση, δεδοµένου ότι τα κεραµικά είναι συνήθως µονωτικά υλικά

Η χρήση κεραμικών στοιχείων κύλισης για τη δημιουργία του λεγόμενου υβριδικού ρουλεμάν, επιλύει και άλλα προβλήματα, παρέχοντας περαιτέρω οφέλη. Για παράδειγμα, έχοντας περίπου τη μισή πυκνότητα σε σχέση με τα αντίστοιχα χαλύβδινα, τα κεραμικά είναι ελαφρύτερα και επομένως αναπτύσσουν χαμηλότερες θερμοκρασίες. Επιπλέον, είναι πολύ πιο σκληρά από το χάλυβα και έτσι διαρκούν έως και 10 φορές περισσότερο, ενώ συνήθως απαιτούν λιγότερη λίπανση.


Σήµερα µόνο το 5% περίπου των ρουλεµάν σε ηλεκτρικά οχήµατα είναι υβριδικά µε κεραµικά στοιχεία, όµως αυτό αρχίζει να αλλάζει. Η αξία που προσφέρουν οι υβριδικές µονάδες, σε αξιοπιστία και παρατεταµένη διάρκεια ζωής, αναγνωρίζεται όλο και περισσότερο.

Μία εναλλακτική λύση που διερευνάται είναι τα ρουλεμάν με δακτυλίους από εναζωτισμένο άνθρακα (carbonitriding bearing raceways) για εφαρμογές όπου τα ρουλεμάν είναι εκτεθειμένα σε μόλυνση ή χαμηλή λίπανση. Η διαδικασία αυτή αυξάνει τη σκληρότητα της επιφάνειας και κατά συνέπεια, όπως και με τα κεραμικά, αυξάνει τη διάρκεια ζωής τους. Καθώς η παγκόσμια αγορά ηλεκτρικών οχημάτων συνεχίζει να επεκτείνεται, πολλοί πιο προηγμένοι τρόποι αντιμετώπισης όλων των ειδικών συνθηκών είναι επίσης υπό εξέλιξη. Αυτοί περιλαμβάνουν ειδικά γράσα που διατηρούν σταθερό ιξώδες, σε υψηλότερες ταχύτητες και θερμοκρασίες.


Λαµβάνοντας υπόψη τους νέους περιορισµούς που συνδέονται µε την ανάπτυξη της τεχνολογίας των EV, δεν πρέπει να υποτιµάται η συµβολή των ρουλεµάν στη συνολική συµπεριφορά του συστήµατος. Κατασκευαστές, όπως η SKF, επιδιώκουν να διασφαλίσουν ότι τα ρουλεµάν είναι απολύτως κατάλληλα για τις επικείµενες εξελίξεις, µε βελτιώσεις στην απόδοση, την αποδοτικότητα και την αξιοπιστία.

ΔΕΙΤΕ ΑΚΟΜΑ
Εγγραφείτε στο newsletter

Για να λαμβάνετε τα τελευταία νέα, ενημερώσεις και ειδικές προσφορές απευθείας στο email σας.