Společnost Trelleborg Sealing Solutions uvádí na trh výrobky s názvem HiSpin® PDR RT a HiSpin® HS40. V obou případech se jedná o těsnicí prvky rotačního pohybu speciálně vyvinuté pro segment e-Mobility.
Těsnění jsou konstruována pro provozování při vysokých otáčkách a představují tak významný krok při řešení problémů souvisejících s těsněním při vysokých obvodových rychlostech, které limitují schopnost elektrických automobilů (elektromobilů) splnit vytčený cíl – dosáhnout stejné dojezdové vzdálenosti na jedno nabití jako u benzínových automobilů.
Se snahou výrobců o snížení emisí CO2 a tím i o zachování přístupu vozidel do některých nejlidnatějších světových měst se zintenzivňuje také úsilí o masovější využívání elektromobilů. Podle zprávy Mezinárodní energetické agentury (IEA)* se v roce 2017 pohybovalo na silnicích po celém světě 3,1 milionu vozidel s elektrickým pohonem. Očekává se, že do roku 2030 se tento počet bude exponenciálně zvyšovat na nejméně 125 milionů a potenciálně až 220 milionů.
To však závisí na existenci realizovatelných technologií, které umožní stejný dojezd vozidel na jedno nabití jako je dojezd na nádrž benzinu, a poskytne řidičům elektromobilů nezávislost, na kterou jsou zvyklí u vozidel na tradiční paliva. Tyto naše dva nové těsnicí prvky představují významný krok k tomu, aby se tento cíl stal skutečností.
Jan Zumbach, ředitel rozvoje podnikání pro oblast e-Mobility společnosti Trelleborg Sealing Solutions, říká, že pro masové přijetí vozidel s elektrickým pohonem je klíčové překonání „obav z dojezdu". U vozidel na benzín nebo naftu lidé vědí, že dojedou tam, kam se chtějí dostat. Existuje potřebná infrastruktura a doplnit nádrž není nikdy problém.
Když lidé řídí vozidlo s elektrickým pohonem, obávají se, zda mají dostatečně nabitou baterii na dojezd do zvolené cílové destinace, dále jsou nervózní z nedostatku nabíjecích stanic a také z času, který je k nabití baterie potřeba. Řešením je vybudování odpovídající infrastruktury nabíjecích stanic a zejména zvýšení kapacity baterií, čímž by se prodloužila vzdálenost, kterou lze ujet na jedno nabití."
Limitujícím faktorem pro dosažení tohoto cíle je utěsnění elektricky poháněné hnací nápravy (e-nápravy). Nová těsnění HiSpin® PDR RT a HiSpin® HS40 přispějí k prodloužení dojezdové vzdálenosti elektrických automobilů a napomohou tak tomu, že se masové využití těchto vozidel stane realitou a nezůstane pouhým snem.
Vysoce spolehlivý těsnicí prvek
Hlavní technologickou podskupinou u vozidel s elektrickým pohonem je e-náprava, jejíž nedílnou součástí je elektromotor a převodovka. Ty se obvykle umisťují do prostoru pro tradiční motor. Elektromotor a převodovka jsou přímo spřaženy a tvoří kompaktní celek, ale zatímco převodovka vyžaduje účinnou lubrikaci, u motoru je zásadní, aby zůstal „suchý". Proto je mezi těmito dvěma zařízeními vyžadováno použití vysoce spolehlivého těsnicího prvku.
Paul Taylor, ředitel pro sériovou výrobu společnosti Trelleborg Sealing Solutions, říká: „Chod elektrického motoru je nejúčinnější při vysokých rychlostech a proto požadavky na jejich těsnicí prvky jsou výrazně odlišné od požadavků na těsnění vstupní hřídele převodovek vozidel se spalovacími motory. Benzinové motory standardně pracují při 2 000 až 4 000 otáčkách za minutu (ot/min), ale vstupní hřídel elektricky poháněné převodovky má otáčky až osmkrát vyšší, standardně 16 000 ot/min a je pravděpodobné, že v budoucnu se tato hodnota ještě významně zvýší."
A Paul Taylor pokračuje: „Limit obvodové rychlosti vstupní hřídele převodovek e-náprav, které využívají tradiční těsnicí prvky, se v současné době pohybuje kolem 30 metrů za sekundu. Pro maximalizaci účinnosti pohonné jednotky e-náprav je teoretická optimální obvodová rychlost větší než 60 metrů za sekundu. Pro tuto rychlost v současné době nejsou k dispozici vhodné těsnicí prvky.
Proto naším cílem v oblasti e-Mobility bylo vyvinout takový těsnicí prvek, který by zvládal obvodovou rychlost alespoň 40 metrů za sekundu. U těsnění HiSpin® HS40 jsme tohoto cíle dosáhli a u těsnění HiSpin® PDR RT jsme dokonce dosáhli vynikajících 60 metrů za sekundu."
Dalším problémem, který bylo nutné vyřešit, je nedostatečná lubrikace vlastního těsnicího prvku. V elektricky poháněném systému může být lubrikace na straně převodovky velmi omezená; obvykle je zde pouze lubrikant ve formě olejové mlhy. V situacích, kdy je lubrikace nízká, nebo dokonce žádná, je navržení vhodného těsnicího prvku ještě náročnější. Za těchto podmínek jsou těsnicí prvky rotačního pohybu vystaveny vysokým třecím silám a po klidovém období může docházet k trhavému pohybu (tzv. stick-slip efekt). Tyto vlivy mohou způsobit větší opotřebení těsnicích prvků, zkrátit jejich životnost, zvýšit ztrátový výkon a tím snižit dojezdovou vzdálenost vozidla.
Vhodný výběr maziv použitelných v elektricky poháněných systémech je rovněž problém, neboť ne všechny těsnicí materiály jsou kompatibilní s použitým mazivem, nebo jeho vliv může snižovat efektivitu funkce těsnění. Navíc nové trendy v oblasti použití lubrikantů mohou vyvolat zatím neznámé problémy, zejména v případě použití médií na bázi vody, dielektrických médií a nebo médií s nižší viskozitou.
Výzkum a vývoj zajišťuje kvalitu
Abychom zajistili rychlé uspokojení potřeb výrobců elektromobilů, sestavila společnost Trelleborg Sealing Solutions akční tým „rychlé reakce", který se zabývá vývojem nových těsnicích prvků pro oblast e-Mobility.
Colin Macqueen, který stál v čele programu vývoje nových těsnicích prvků, říká: „Tradičně může být vývoj produktu pomalý proces. Avšak když se prioritou stalo podpoření výrobců při výrobě elektromobilů s delším dojezdem, byl na akční tým odborníků kladen požadavek na rychlé dodání řešení, které by splňovalo podmínky vysokých obvodových rychlostí používaných v aplikacích e-Mobility, a které by se současně vyrovnalo s různými typy maziv i nedostatečnou lubrikací. Vývoj, od sestavení akčního projektového týmu až po první dodávky těsnicích prvků zákazníkům, trval pouhých osm měsíců."
Pozitivní řešení
Výsledkem tohoto rychlého vývoje jsou dvě řešení, která jsou nyní uváděna společně na trh: HiSpin® PDR RT a HiSpin® HS40. Oba tyto těsnicí prvky mají stejnou funkci a v závislosti na preferencích a provozních parametrech systémů elektropohonů jednotlivých zákazníků může pravděpodobně vyhovovat jeden typ více, než druhý.
Matthias Keck, ředitel technologií a inovací ve společnosti Trelleborg Sealing Solutions v Německu, říká: „Testování bylo mimořádně pozitivní. U obou těsnicích prvků nedošlo k žádným únikům, navzdory velmi náročným testovacím podmínkám. U těsnění HiSpin® PDR RT bylo zaznamenáno 75% snížení tření oproti standardnímu typu těsnění s označením PDR a současně byla prokázána jeho provozuschopnost při obvodové rychlosti 60 metrů za sekundu."
Těsnění HiSpin® PDR RT je vyrobeno ze dvou částí: přesně vyrobeného kovového těla a těsnicího prvku z materiálu Turcon® (na bázi polytetrafluorethylenu – PTFE), který je v kovovém těle mechanicky upevněn. Těsnicí prvek je každému zákazníkovi vyráběn na míru a zejména na těsnicím břitu jsou provedeny takové úpravy, které zlepšují jeho výkonnost a přilnavost ke hřídeli. Poté je břit zalisován do kovového těla.
Geometrie elastomerových těsnicích břitů zajišťují těsnost
Tento těsnicí prvek je vhodný pro rychlosti 60 metrů za sekundu i více a lze jej použít při nízké i vysoké teplotě. Je schopen si poradit s tlakem, má univerzální chemickou kompatibilitu a vzhledem k nízkému koeficientu tření je schopen i provozu „za sucha". Prototypy jsou nabízeny prostřednictvím nedávno uvedené služby – Rapid Prototype Service, která byla zavedena v rámci podpory zákazníků. K dispozici je i PTFE se zvýšenou vodivostí.
Těsnění HiSpin® HS40 patří k těm typům výrobků, které zákazníci z automobilového průmyslu již dobře znají. Díky unikátnímu obousměrnému hydrodynamickému těsnicímu břitu je třecí moment i při vysokých rychlostech zanedbatelný. Rozsáhlé studie FEA potvrdily, že geometrie elastomerových těsnicích břitů a flexibilní design poskytují maximální kontakt břitu s hřídelí a zajišťují tak optimální statickou i dynamickou těsnost.
Těsnění je vyráběno z osvědčených a patentově chráněných XLT fluoroelastomerových (FKM) směsí, které splňují požadavky na vyšší rychlosti a širší rozsahy provozních teplot. Materiály jsou kompatibilní i se syntetickými kapalinami určenými pro automatické převodovky (ATF), jejichž agresivita se v poslední době stále zvyšuje. K výrobě jsou použity prověřené tradiční velkokapacitní výrobní procesy. Těsnění HiSpin® HS40 je vhodné pro rychlosti do 40 metrů za sekundu, poradí si s přiměřeně „vyběhaným" povrchem a snadno se instaluje.
Podrobnější informace o těsněních HiSpin® PDR RT a HiSpin® HS40 naleznete na adrese:
www.tss.trelleborg.com/cz
