Sähköajoneuvot käynnistyvät vauhdilla
Vaihteisto ei luultavasti tule mieleen, kun ajattelet sähköajoneuvoa. EV-valmistajille se on kuitenkin ratkaiseva tekijä, kun moottorin kokoa halutaan pitää pienenä ja samalla optimoida suorituskyky. Sandvikin skiving-työkalu on prosessissa olennainen.
Sähköajoneuvot ovat nykyään kaikkialla, kun kuluttajat luopuvat meluisista ja saastuttavista polttomoottoreista. Sähköautojen valmistajat kilpailevat kovasti parhaista ratkaisuista suunnittelun, tehokkuuden, toimintasäteen, mukavuuden ja valmistettavuuden suhteen.
"Tämä on kuin älypuhelimen alkuaikoina", sanoo Mats Wennmo, Global Automotive Transmission Manager, Sandvik Coromant. "Kaikki keskeiset toimijat etsivät maailmalta parhaita ja halvimpia valmistustekniikoita. Kaikki vanhat tavat ovat poissa ikkunasta."
Thomas Åberg and Mats Wennmo, Sandvik Coromant, know how to kick into high gear
Sähköautoissa on muunnettu alusta akkujen ja erikoistuneen voimansiirron sijoittamiseksi. Polttomoottori korvataan (yleensä kahdella) sähkömoottorilla, suurella akkupinolla, tehoelektroniikalla ja vaihteistolla. Sähköautot painavat usein enemmän kuin tavalliset autot, joten komponenttien paino on merkittävä este, joka on voitettava niiden sarjatuotannossa. Sähköauton voimansiirto muistuttaa sveitsiläisen kellon sisäistä toimintaa.
Sähköautojen moottorit ovat pieniä
Tavallisissa ajoneuvoissa voimansiirto on raskas, öljytäytteinen vaihteisto, jossa on useita hammaspyöriä ja kytkinmekanismi, joka muuntaa moottorin kierrosluvut (eli kierrokset minuutissa, joka kertoo, kuinka monta kertaa moottorin kampiakseli tekee yhden täyden kierroksen minuutissa) voimaksi, jota tarvitaan auton liikuttamiseen ja kiihdyttämiseen.
Vaihteisto on luultavasti sähköauton parhaiten varjeltu salaisuus.
Useimmissa sähköautoissa tämä prosessi on supistettu integroituun sähkömoottoriin, taajuusmuuttajaan ja vaihteiston käyttöyksikköön, joka yleensä sijaitsee kummassakin etu- ja takapyöräparissa. Vaikka sähköajoneuvoissa on korkeammat, tasaiset kierrosluvut, vaihteiston on löydettävä tasapainoinen välityssuhde, joka mahdollistaa oikean kiihtyvyyden ja nopeuden. EV-vaihteiston on oltava pieni, kompakti ja hiljainen.
"Vaihteisto on luultavasti EV:n parhaiten varjeltu salaisuus", Wennmo sanoo. "Se on ainoa tapa pitää moottorin koko pienenä ja optimoida vääntömomentti ja kierrosluvut. Ja jokainen valmistaja on hyvin salamyhkäinen sen suhteen, miten se tekee tämän."
Sandvikin kuorintatyökalu
Wennmo selittää, että sähköajoneuvojen massatuotannon erityiset tekniset haasteet - kustannukset, nopeus, pienikokoinen rakenne - heijastuvat aina sähköajoneuvon vaihteiston yksittäisten hammaspyörien valmistusprosessiin asti.
Nykyään paras tapa valmistaa hammaspyörä on "skiving", työstömenetelmä, jossa käytetään erittäin synkronoituja karoja ja työkaluja hammaspyörien hampaiden leikkaamiseen uskomattoman suurilla nopeuksilla mikronin kokoisilla toleransseilla. Vuonna 1910 patentoitu skiving-menetelmä tuli käyttökelpoiseksi sisäisten hammaspyörien, kuten autojen vaihteistojen hammaspyörien, valmistuksessa vasta vuonna 2007, mikä on seurausta työstökoneiden ja ohjelmistojen kehityksen edistymisestä. Skivingia verrataan usein hammaspyörien valmistuksessa käytettävien jyrsintäkäsittelyjen yhdistelmään, jossa yhdistyvät hammaspyörien jyrsintä ja muotoilu. Toisin kuin pelkkä muotoilu, joka on periaatteessa leikkaava työkalu, jota käytetään staattiseen metallipintaan, haravointi ja kehittyneempi skiving-prosessi suorittavat tämän leikkaushetken hammaspyörän ja aihion välillä, kun ne pyörivät jatkuvasti toisiinsa kietoutuneina, mikä hieman hämmentävästi näyttää kahden hammaspyörän tarttumiselta toisiinsa.
Elias Häggström, Director of Leax Group, says electric vehicles' transmissions increase performance and decrease costs.
Todellinen päivittäinen päänsärky on melu, tärinä ja taajuus.
"Puhumme usein mikrogeometrioista, kun keskustelemme työkaluista, joita käytämme hammaspyörien ja vaihteistojen työstämiseen", sanoo Elias Häggström, hammaspyöräteknologian johtaja Leax Groupissa Köpingissä, Ruotsissa, joka valmistaa edistyksellisiä komponentteja ja mekaanisia ratkaisuja raskaalle teollisuudelle, myös sähköautoille. Hänen yrityksellään on yhdeksässä tehtaassaan eri puolilla maailmaa kymmenen voimansiirtokonetta.
Häggström sanoo: "Vaihteiden tai vaihteistojen hammaspyöräkokoonpanot ovat tunnettuja parametreja autojen suunnittelussa. Nykyään sähköautoissa on erona se, että toleranssit ja liikkuvat osat on sovitettava niin tarkasti, että kokonaispainoa voidaan pienentää, suorituskykyä lisätä ja kustannuksia alentaa.
"Todellinen päivittäinen päänsärky on kuitenkin melu, tärinä ja taajuus", hän jatkaa. "Sähköauto on täysin hiljainen. Polttoaineajoneuvossa moottorin ääni peittää kaikki ylimääräiset osat, kuten vaihteiston ja hammaspyörien naksahtelun, joten melu on harvoin ongelma. Et todellakaan halua, että vaihteet vinkuvat kuten tavallisessa autossa."
Yksi työstöasetus
Tässä kohtaa asiantuntemus ja Sandvikin skiving-työkalu tulevat kyseeseen - yksi työstöasetus CoroMill® 178: lla hammasrattaiden, akselien, sisä- ja ulkohammaspyörien ja hammasvälien valmistukseen verrattuna perinteisempiin menetelmiin, avarrukseen ja muotoiluun, hammaspyörien leikkaamisessa. Etuja ovat nopeus, kustannukset ja laatu sähköautojen valmistajille, niiden tavarantoimittajille ja loppukäyttäjille.
"Jahtaamme aina viimeisiä mikrometrejä", Häggström sanoo.