Hoge toerentallen leiden er toe, dat asafdichtringen in elektrische aandrijvingen worden blootgesteld aan hoge omtreksnelheden. Een nieuwe generatie testbanken bij Freudenberg Sealing Technologies zorgt er voor dat wrijvingsvermogens bij toerentallen tot 36.000 min-1 kunnen worden bepaald.
Afdichtingen die worden gebruikt tussen een elektromotor en de daaraan gekoppelde reductor moeten aan duidelijk hogere eisen aan bestandheid tegen hoge toerentallen voldoen dan afdichtingen in conventionele aandrijflijnen. Terwijl motoren in moderne personenwagens afhankelijk van het verbrandingsproces maximale toerentallen tussen 4000 min-1 en 7000 min-1 bereiken, liggen de toerentallen voor elektromotoren duidelijk hoger. De huidige elektromotoren bereiken maximale toerentallen van iets meer dan 20.000 min-1.
Het toerental alleen is daarbij geen voldoende aanwijzing voor de belasting die op de afdichting optreedt. Het komt eerder aan op de omtreksnelheid, die resulteert uit toerental en asdiameter. Het is niet uitgesloten dat de eisen in de toekomst nog verder toenemen en dat door technische vernieuwingen omtreksnelheden van meer dan 100 m/s worden bereikt (360 km/u). Bij een asdiameter van 55 mm komt dat overeen met 35.000 min-1.
Nieuwe testbanken
Op grond van de hoge omtreksnelheden moeten asafdichtringen, die in de aandrijving van elektrische auto’s komen, een bijzonder lage wrijving hebben. Anders zou niet alleen het op zich goede rendement van de elektrische aandrijving er onder leiden, maar zou ook voortijdige slijtage kunnen optreden.
Tegen deze achtergrond heeft Freudenberg Sealing Technologies in Weinheim (bij Mannheim) zijn testcentrum uitgebreid met meerdere testbanken die special geschikt zijn voor wrijvingsmomentmetingen aan zwaar belaste asafdichtringen in elektromotoren. Om een hoge nauwkeurigheid van de metingen te garanderen, hebben de testbanken enkele bijzondere kenmerken.
Zo wordt het draaimoment opgewekt door watergekoelde hoogtoeren spindelaandrijvingen zoals die bekend zijn uit gereedschapsmachines. De testbank is zowel radiaal als axiaal voorzien van nagenoeg wrijvingsloze luchtlagers om het wrijvingsmoment van de afdichting zo nauwkeurig mogelijk te bepalen.
De nieuwste onlangs in gebruik genomen testbanken maken niet alleen de wrijvingsmomentmeting bij toerentallen tot 36.000 min-1 mogelijk, maar ook bepaling van de impedantie van afdichtingen in een breed frequentiebereik. Dat is belangrijk omdat tussen behuizing en as van een elektromotor een aanzienlijk elektrisch potentiaal kan worden opgebouwd. De ontlading kan via het aslager plaatsvinden en daar tot oppervlaktebeschadiging door elektro-erosie leiden.
Freudenberg Sealing Technologies biedt al afdichtingen aan waarbij de spanning via een elektrisch geleidend vlies kan worden afgebouwd. De nieuwe testbanken zijn een belangrijk instrument voor het ontwerpen en valideren van zulke afdichtingen.
Hulpmiddel bij R&D
Wrijvingsmomentmetingen die met de testbanken aan asafdichtringen kunnen worden uitgevoerd en daaruit resulterende ontwerp- en materiaaloptimaliseringen dragen er wezenlijk toe bij, het totale rendement en de duurzaamheid van elektrische aandrijvingen te laten toenemen. Als men namelijk de gemeten wrijvingskoppelwaarden combineert met andere gegevens zoals de asdiameter, kunnen verschillende afdichtingsmaterialen en constructies in een vroeg stadium van ontwikkeling direct met elkaar worden vergeleken.
Omdat de wrijving als functie van het toerental niet constant blijft maar verandert, kunnen de afdichtingen doelgericht op de latere bedrijfscondities worden afgestemd voordat het eerste prototype van de motor bestaat. Met de uitbreiding van het testcentrum voldoet het bedrijf aan nieuwe eisen die de elektromobiliteit stelt aan de afdichtingstechniek.