I veicoli elettrici entrano in funzione

La trasmissione non è probabilmente ciò che viene in mente quando si pensa a un veicolo elettrico. Ma per i produttori di veicoli elettrici è un fattore cruciale per contenere le dimensioni del motore e ottimizzare le prestazioni. Uno strumento Sandvik per lo skiving è essenziale in questo processo.

I veicoli elettrici, o EV, sono oggi ovunque, in quanto i consumatori rinunciano al motore a combustione interna, rumoroso e inquinante. I produttori di veicoli elettrici sono in forte competizione per trovare le migliori soluzioni in termini di design, efficienza, autonomia, comfort e producibilità.

"È come agli albori degli smartphone", afferma Mats Wennmo, Global Automotive Transmission Manager di Sandvik Coromant, "tutti i protagonisti stanno setacciando il mondo per trovare le tecniche di produzione migliori e più economiche. Tutti i vecchi metodi sono fuori dalla finestra".

Thomas Åberg and Mats Wennmo, Sandvik Coromant, know how to kick into high gear

I veicoli elettrici hanno un telaio modificato per ospitare le batterie e una trasmissione specializzata. Il motore a combustione interna è sostituito da (di solito due) motori elettrici, una grande pila di batterie, elettronica di potenza e una trasmissione. I veicoli elettrici spesso pesano più delle auto normali, quindi il peso dei componenti è un ostacolo importante da superare nella produzione in serie. In un veicolo elettrico, la trasmissione assomiglia al funzionamento interno di un orologio svizzero.

I motori dei veicoli elettrici sono piccoli

Nei veicoli standard, la trasmissione è un cambio pesante, pieno d'olio, con ingranaggi multipli e un meccanismo di frizione che trasforma i giri del motore (o giri al minuto, una misura di quante volte l'albero motore di un motore compie una rotazione completa in un minuto) nella forza necessaria per muovere e accelerare l'auto.

Nella maggior parte dei veicoli elettrici, questo processo è ridotto a un motore elettrico integrato, un inverter e un'unità di trasmissione, che normalmente si trova su ogni coppia di ruote anteriori e posteriori. Sebbene i veicoli elettrici abbiano un numero di giri più elevato e costante, l'unità di trasmissione deve trovare un rapporto di trasmissione equilibrato che consenta un'accelerazione e una velocità adeguate. La trasmissione EV deve essere piccola, compatta e silenziosa.

"La trasmissione è probabilmente il segreto meglio custodito di un veicolo elettrico", afferma Wennmo, "È l'unico modo per mantenere basse le dimensioni del motore ottimizzando al contempo la coppia e il numero di giri. E ogni produttore è molto riservato su come lo fa".

L'utensile per lo skiving Sandvik

Wennmo spiega che le particolari sfide ingegneristiche della produzione di massa di veicoli elettrici (costi, velocità, compattezza) si ripercuotono a cascata sull'effettivo processo di produzione dei singoli ingranaggi di una trasmissione per veicoli elettrici.

Al giorno d'oggi, il modo migliore per produrre un ingranaggio è un processo chiamato "skiving", un metodo di lavorazione che utilizza mandrini e utensili altamente sincronizzati per tagliare i denti dell'ingranaggio a velocità incredibilmente elevate con tolleranze di dimensioni micron. Brevettato nel 1910, lo skiving è diventato praticabile per la produzione di ingranaggi interni, come quelli delle trasmissioni automobilistiche, solo nel 2007, grazie ai progressi nello sviluppo delle macchine utensili e nella progettazione del software. Lo skiving è spesso paragonato a una combinazione di dentatura e sagomatura, due processi utilizzati nel mondo della fresatura per produrre ingranaggi. A differenza della sola sagomatura, che è fondamentalmente un utensile da taglio applicato a una superficie metallica statica, la dentatura a creatore e il processo più avanzato di skiving eseguono questo momento di taglio tra il creatore e il grezzo dell'ingranaggio mentre ruotano continuamente intrecciati l'uno con l'altro, il che, in modo un po' confuso, assomiglia a due ingranaggi che si ingranano.

Elias Häggström, Director of Leax Group, says electric vehicles' transmissions increase performance and decrease costs.

"Spesso parliamo di microgeometrie quando parliamo degli utensili che utilizziamo per lavorare ingranaggi e trasmissioni", afferma Elias Häggström, Direttore delle tecnologie per ingranaggi presso il Leax Group di Köping, Svezia, produttore di componenti avanzati e soluzioni meccaniche per l'industria pesante, compresi i veicoli elettrici. La sua azienda gestisce dieci macchine power skiving nei suoi nove stabilimenti in tutto il mondo.

Häggström afferma: "Le configurazioni degli ingranaggi delle scatole del cambio o delle trasmissioni sono parametri ben noti nella progettazione delle automobili. Ciò che è diverso oggi con i veicoli elettrici è che le tolleranze e le parti in movimento devono essere messe a punto con estrema precisione per ridurre il peso complessivo, aumentare le prestazioni e diminuire i costi".

"Ma il vero problema quotidiano sono il rumore, le vibrazioni e la frequenza", continua l'esperto, "un veicolo elettrico è totalmente silenzioso. In un veicolo a carburante, tutto il rumore aggiuntivo dei componenti, come la trasmissione e gli ingranaggi, è coperto dal rumore del motore, quindi il rumore è raramente un problema. Non si vuole che gli ingranaggi fischino come in un'auto normale".

Un'unica configurazione di lavorazione

È qui che entrano in gioco l'esperienza e l'utensile di skiving Sandvik: un'unica configurazione di lavorazione con una CoroMill® 178 per la produzione di ingranaggi ad anello, alberi, ingranaggi interni ed esterni e scanalature rispetto ai metodi più tradizionali, brocciatura e sagomatura, per tagliare gli ingranaggi. I vantaggi sono velocità, costi e qualità per i produttori di auto elettriche, i loro fornitori e il consumatore finale.

"Siamo sempre alla ricerca degli ultimi micron", afferma Häggström.