Elfordon lägger in högsta växeln
Växellådan är förmodligen inte det första man tänker på när man tänker på ett elfordon. Men för tillverkare av elbilar är den en avgörande faktor för att hålla nere motorstorleken och samtidigt optimera prestandan. Ett Sandvik-skivverktyg är viktigt i processen.
Elfordon, eller EVs, finns överallt nuförtiden när konsumenterna väljer bort den bullriga och förorenande förbränningsmotorn. Tillverkarna av elbilar konkurrerar hårt om att ta fram de bästa lösningarna när det gäller design, effektivitet, räckvidd, komfort och tillverkningsbarhet.
"Det är som i början av smarttelefonens tid", säger Mats Wennmo, Global Automotive Transmission Manager, Sandvik Coromant. "Alla viktiga aktörer söker över hela världen för att hitta de bästa och billigaste tillverkningsteknikerna. Alla gamla metoder har försvunnit."
Thomas Åberg and Mats Wennmo, Sandvik Coromant, know how to kick into high gear
Elbilar har ett modifierat chassi för att rymma batterier och en specialiserad drivlina. Förbränningsmotorn ersätts av (vanligtvis två) elmotorer, en stor batteristapel, kraftelektronik och en växellåda. Elbilar väger ofta mer än vanliga bilar, så komponentvikten är ett stort hinder som måste övervinnas vid serieproduktion. I en elbil påminner drivlinan om en schweizisk klocka.
Elektriska fordonsmotorer blir små
På vanliga fordon är en transmission en kraftig, oljefylld växellåda med flera växlar och en kopplingsmekanism som omvandlar motorns varvtal (eller varv per minut, ett mått på hur många gånger en motors vevaxel gör ett helt varv på en minut) till den kraft som krävs för att flytta och accelerera bilen.
Växellådan är förmodligen den bäst bevarade hemligheten i en elbil.
På de flesta elbilar är denna process reducerad till en integrerad drivenhet med elmotor, växelriktare och transmission, som normalt sitter på varje fram- och bakhjulspar. Även om elbilar har högre, konstanta varvtal måste växellådan hitta ett balanserat utväxlingsförhållande som möjliggör korrekt acceleration och hastighet. Transmissionsenheten för elbilar måste vara liten, kompakt och tyst.
"Transmissionen är förmodligen den bäst bevarade hemligheten i en elbil", säger Wennmo. "Det är det enda sättet att hålla nere motorstorleken och samtidigt optimera vridmoment och varvtal. Och alla tillverkare är mycket hemlighetsfulla om hur de gör detta."
Sandvik-skivningsverktyget
Wennmo förklarar att de särskilda tekniska utmaningarna vid massproduktion av elbilar - kostnad, hastighet, kompakthet - slår igenom hela vägen ner till den faktiska tillverkningsprocessen för att tillverka de enskilda kugghjulen i en elbilstransmission.
Numera är det bästa sättet att tillverka en växel en process som kallas "skiving", en bearbetningsmetod som använder högsynkroniserade spindlar och verktyg för att skära kuggtänderna i otroligt höga hastigheter med toleranser i mikrometerstorlek. Skiving patenterades 1910, men blev först 2007 användbar för tillverkning av invändiga kugghjul, t.ex. i biltransmissioner, tack vare framsteg inom utveckling av verktygsmaskiner och mjukvarudesign. Skiving liknas ofta vid en kombination av hobbing och shaping, två processer som används i fräsvärlden för att tillverka kugghjul. Till skillnad från enbart formning, som i princip är ett skärande verktyg som appliceras på en statisk metallyta, utför hobbing och den mer avancerade skivingprocessen detta skärande moment mellan hobben och kugghjulsämnet när de roterar kontinuerligt sammanflätade med varandra, vilket något förvirrande ser ut som två kugghjul som griper in i varandra.
Elias Häggström, Director of Leax Group, says electric vehicles' transmissions increase performance and decrease costs.
Den verkliga dagliga huvudvärken är buller, vibrationer och frekvenser.
"Vi pratar ofta om mikrogeometrier när vi diskuterar de verktyg vi använder för att bearbeta kugghjul och transmissioner", säger Elias Häggström, chef för Gear Technologies på Leax Group i Köping, en tillverkare av avancerade komponenter och mekaniska lösningar för tung industri, inklusive elbilar. Hans företag har tio power skiving-maskiner i drift vid sina nio fabriker runt om i världen.
Häggström säger: "Växellådornas eller transmissionernas kugghjulskonfigurationer är välkända parametrar när man konstruerar bilar. Det som är annorlunda idag med elbilar är att toleranserna och de rörliga delarna måste vara så finjusterade för att minska totalvikten, öka prestandan och sänka kostnaderna.
"Men den verkliga dagliga huvudvärken är buller, vibrationer och frekvenser", fortsätter han. "En elbil är helt tyst. I en bränsledriven bil täcks allt extra buller från komponenter som växellåda och kugghjul av motorljudet, så buller är sällan ett problem. Man vill verkligen inte att växlarna ska gnissla som de gör i en vanlig bil."
En enda maskinuppsättning
Det är här expertisen och Sandviks skivingverktyg kommer in i bilden - en enda bearbetningsuppställning med en CoroMill® 178 för tillverkning av ringkugghjul, axlar, invändiga och utvändiga kugghjul och splines jämfört med de mer traditionella metoderna brotschning och formning för att skära kugghjul. Fördelarna är hastighet, kostnad och kvalitet för elbilstillverkarna, deras leverantörer och slutkonsumenten.
"Vi jagar alltid de sista mikrometerna", säger Häggström.