Cookies op de SKF website

SKF gebruikt cookies op haar websites om de getoonde informatie zo veel mogelijk af te stemmen met de voorkeuren van haar bezoekers, zoals keuze van land en taal.

Accepteert u cookies van SKF?

Klantspecifieke en hybridelagers lossen fundamentele problemen bij elektrische voertuigen op

  • Verhaal

    2019 May 17, 16:00 CEST

    Door de hoge snelheid van de elektromotoren in EV&HEV aandrijflijnen zijn specifieke lagers nodig. Keramische kogellagers zijn het beste in staat om te voldoen aan de specifieke omstandigheden, volgens Anthony Simonin, EV & HEV Competence Centre Manager bij SKF

    Göteborg, Zweden, woensdag 17 mei 2019: Aan de buitenkant lijken er weinig verschillen te zijn tussen een elektrisch en hybride voertuig (EV&HEV) en de conventionele auto met een interne verbrandingsmotor die steeds meer vervangen zal worden.

    Maar onder het carrosserie zijn de veranderingen groot, met de aandrijflijn als meest fundamentele wijziging. Krachtige elektromotoren leveren hier het vermogen en de manier waarop zij functioneren en hoe ze met de rest van het voertuig in verbinding staan vereist dat kritische componenten, zoals bijv. lagers, opnieuw ontworpen moeten worden of aangepast moeten worden om in deze nieuwe omgeving te functioneren.

    De motor zelf bijvoorbeeld, moet op zeer hoge snelheid draaien, veel hoger dan in een conventionele industriële toepassing, wat inhoudt dat de lagers in de motor dit aan moeten kunnen zonder vroegtijdig te falen. In het algemeen wordt dit opgelost door de conventionele stalen kogellagers aan te passen met bijv. een nieuw ontworpen kooi en speciaal smeervet.

    Een typische EV heeft tot vier motoren wanneer elke motor een eigen wiel heeft. Deze draaien met 30.000 tpm, wat ongeveer drie keer de snelheid van een typische industriële motor is. Dit levert geweldige spanningen op de inwendig ingebouwde lagers op, en deze moeten dus vervangen of aangepast worden.

    Eén manier is om het lager en de kunststofkooi te herontwerpen en het fundamentele ontwerp aan te passen. Hiermee is het zeker dat de gehele lagerconfiguratie bestand is tegen de hogere toerentallen, versnellingen en temperaturen die we in deze toepassingen tegenkomen.

    Daarnaast is voor hogere snelheden een meer efficiënte smering nodig. Hier zijn speciale smeervetten nodig die hun viscositeit behouden en zo een effectief smeermiddel blijven bij deze hogere toerentallen en temperaturen.

    De combinatie elektromotor met omvormer zorgt voor een hoge efficiëntie. Er is echter een eigenschap die de conventionele stalen kogellagers beïnvloedt: De hoogfrequente spanningswisselingen van de omvormer, die op hun beurt voor lekstromen zorgen. Deze stroom kan door de lagers geleid worden. Dit kan problemen opleveren zoals boogvorming en oppervlakteaantasting in de rollende contactzones en zo leiden tot catastrofale uitval.

    Eigenlijk wordt het probleem veroorzaakt doordat de motor zo efficiënt mogelijk draait: Het verhogen van de motorsnelheid verhoogt het vermogen en de efficiëntie zonder dat de stroom of het koppel hoeven toe te nemen. Maar de hogere snelheid verhoogt ook de spanningsfrequentie wat leidt tot elektrische ontlading.

    Het zinnige antwoord is om een kogellager te gebruiken die van zichzelf isolerend is en geen stroom geleidt.

    Keramische kogels
    Het vervangen van conventionele stalen kogels door keramische kogels om zo een zgn. hybridelager te creëren, is een erkende manier om dit probleem op te lossen omdat keramische kogels van nature isolerend zijn. Maar, voornamelijk door de hogere kosten verwerkt maar een klein aantal EV-designers hybridelagers in hun ontwerpen.

    Bij SKF schatten we in dat slechts ongeveer 5% van de lagers in deze toepassing hybride zijn. Meestal worden deze hybridelagers gespecificeerd nadat er eerder problemen waren met de stalen lagers in de toepassing. Er zijn maar zeer weinig EV-designers die hybridelagers direct vanaf het begin specificeren, maar we zien nu dat dit aan het veranderen is.

    De belangrijkste reden voor het niet vanaf het begin specificeren van hybridelagers is dat ze de hogere kosten niet kunnen verantwoorden. Ze zijn meestal niet in staat om het falen van de conventionele lagers te voorspellen en geven er dan de voorkeur aan om de lagers te gebruiken tot ze kapot gaan.

    Maar een aantal grotere EV-fabrikanten gebruikt gesofisticeerde simulatieprogramma's om de exacte omstandigheden te modelleren waaraan deze lagers blootstaan bij deze toepassingen. Met deze software kunnen ze lekstromen zien en kwantificeren en het waarschijnlijke effect ervan op de lagers. Als het financieel haalbaar is zullen ze de stalen lagers vervangen door de hybride equivalenten. Ongeveer vijf jaar geleden werden hybridelagers nauwelijks direct vanaf het begin in het ontwerp opgenomen. Inmiddels is dit veel gebruikelijker geworden en dit zal waarschijnlijk blijven toenemen.

    Het vervangen van conventionele lagers door hybridelagers verloopt gewoonlijk zonder problemen omdat de hybridelagers dezelfde afmetingen hebben als de conventionele lagers. Tegelijkertijd zijn de noodzakelijke ontwerpaanpassingen aan de kooi en het vet al gedaan.

    Naast hun isolerende eigenschappen hebben keramische kogels andere voordelen: ze hebben een soortelijke massa die 40% lager is dan hun stalen tegenhangers, waardoor ze bij lagere temperaturen kunnen functioneren, hun levensduur is 10 keer langer en ze hebben minder smering nodig. Deze voordelen verklaren voor een deel hun hogere kosten.

    Een premium gebruiker van de hybridelagers van SKF is een automotive klant die in 2014 begon met het specificeren van hybridelagers.

    De hybridelagers hadden geen vlambogen en een grotere efficiëntie door hun lagere gewicht en grotere hardheid. Globaal genomen kon de elektrische auto verder komen op één enkele oplaadbeurt, een belangrijke succesfactor in de competitie tussen elektrische en conventionele auto's.

    Kijkend naar de toekomst
    Hybridelagers zijn en blijven duur. Bij SKF kijken we naar alternatieve oplossingen en ontwikkelen een manier om het probleem van schade door stroomdoorgang aan het lager op te lossen, zonder keramische kogels te gebruiken.

    Het antwoord ligt in het creëren van een ander pad voor de stroom, zodat deze niet door het lager zelf gaat en daar schade aanricht. Op dit moment is deze technologie nog steeds in de ontwikkelingsfase, dus we kunnen er nu niet meer over zeggen.

    Er is nog een reden waarom we deze nieuwe technologie ontwikkelen: ondanks hun grote voordeel lossen keramische kogels het probleem van lekstromen niet geheel op. Ze zijn weliswaar bestand tegen de effecten van oppervlakteschade, maar de stroom kan nog steeds door de versnellingsbak gaan en daar schade aanrichten, zoals aan de spieverbindingen. Wij verwachten dat onze nieuwe ontwikkeling, waarvan de introductie eind dit jaar gepland staat, dit probleem oplost terwijl het bovendien goedkoper is dan een hybridelager.

    SKF hangt niet aan één bepaalde technologie vast, maar levert specifieke oplossingen voor ontwerpproblemen. Op dit moment helpen onze hybridelagers om de lekstroom problemen in elektrische voertuigen te overwinnen, binnenkort bieden we echter een nieuwe technologie aan die hetzelfde belooft, maar tegen een lagere prijs.

    Wij leveren producten zoals lagers aan de meeste fabrikanten van elektrische voertuigen in de markt. We hebben dus al uitgebreide ervaring op deze gebieden en de kennis om de daarmee samenhangende problemen op te lossen.

    En wanneer we nog verder in de toekomst kijken, zullen sommige fabrikanten van elektrische voertuigen in staat zijn het lekstroomprobleem geheel uit te bannen. Indien zij verantwoordelijk zijn voor het ontwerp van het volledige systeem, wat bij sommige grotere fabrikanten zo is, zullen zij het probleem er bij de bron ‘uit kunnen ontwikkelen’.

    Voor andere fabrikanten, die wellicht de motor ontwerpen maar andere componenten, zoals de besturingsmodule en versnellingsbak extern inkopen, zal dit onmogelijk zijn en zij zullen oplossingen zoals de hybridelagers nodig blijven hebben.

    Elektrische voertuigen (EV) zijn de transportoplossing voor de toekomst. En hoewel ze nog maar een klein marktaandeel hebben, moeten de efficiëntie en betrouwbaarheid zo groot mogelijk gemaakt worden via het ontwerp van componenten zoals lagers, omdat dit van vitaal belang is wanneer hun marktaandeel groeit.

    Persbericht over onze aanwezigheid op het International Electric Vehicle Symposium (EVS 32) dit jaar: 
    Demonstratie van geavanceerde lagertechnologie voor elektrische voertuigen door SKF

    Aktiebolaget SKF
    (publ)

    Voor meer informatie kunt u contact opnemen met:
    Persrelaties: Hanco Hazenboom +31 30 607 53 31;
    hanco.hazenboom@skf.com

    Het is de missie van SKF om de onbetwiste leider te zijn in de lagerindustrie. SKF biedt oplossingen rond de roterende as, waaronder lagers, afdichtingen, smeer- en conditiebewakingssystemen en onderhoudsservice. SKF is vertegenwoordigd in meer dan 130 landen en heeft wereldwijd 17 000 distributeurs. De jaaromzet van de groep in 2018 bedroeg SEK 85 713 miljoen en het aantal werknemers was 44 428. www.skf.com

    ® SKF is een geregistreerd handelsmerk van de SKF Group.

  • Afbeelding

Perskit downloaden

Perskit (8.5 MB)

SKF logo