Även om elbilarna tillgodoser en aktuell trend, är deras drivaxlar fortfarande för tunga, för dyra och för stora för bilarna. För att kunna lösa detta problem, har flera av Fraunhoferinstitutets forskare inlett samarbete med ett antal andra partner för att utforma en optimerad axel för kommersiella fordon. Den ska vara robust, lätt, kompakt och kostnadseffektiv.
Elmotorer tillhör framtiden och kommersiella fordon är inget undantag. Hittills har dock otaliga försök att utveckla elmotorer för kommersiella fordon kört fast redan på prototypstadiet eller de har blivit extremt dyra: oftast kostar elektriska modeller mellan två och tre gånger så mycket som deras konventionella motsvarigheter.
Anledningen till detta är avsaknaden av lämplig teknik för serieproduktion. Det är där ESKAM kommer in. Det är en förkortning för elektriska, skalförsedda axelmoduler. Detta projekt har sponsrats av det tyska Ministeriet för utbildning och forskning (BMBF).
Sammanlagt elva företag och partnerinstitutioner, däribland Fraunhofer och Institutet för verktygsmaskiner och fordonsteknik, IWU i staden Chemnitz, har utvecklat en modulliknande axelkomponent för kommersiella fordon.
Modulen består av en motor, växellåda och enheter för eldrift. Allt ryms enkelt och kompakt i en modul, som har monterats i respektive fordon med hjälp av en särskild ramkonstruktion, som också har utvecklats av projektets forskare.
Denna nya axelkonstruktion medför många fördelar. Den har en hög effekttäthet och mycket höga vridmoment. Dess drivrutiner ger en mycket snabb acceleration. Medan de flesta elmotorer kommer upp till mellan 10 000 till 15 000 rpm, uppnår ESKAM-motorn hastigheter på 20 000 rpm.
- När vi började med projektet för tre år sedan, var vi de enda som kunde uppnå dessa höga hastigheter, erinrar sig Dr. Hans Bräunlich, projektledare på IWU.
Enligt honom, har sedan dess även andra försökt nå lika höga hastigheter.
- Men vår erfarenhet har gett oss ett ständigt växande försprång med en speciell teknisk nisch, som vi avser att fördjupa och utvidga ytterligare, säger Bräunlich.
Ytterst handlar det om att utveckla system och komponenter som kan användas i alla fordon, men den främsta nyttan består dock av en annan aspekt vid sidan av utformandet av en axelkomponent. Projektets forskare och utvecklare är samtidigt tvungna att utveckla produktionsteknik för serietillverkning.
IWU har fått huvudrollen i detta arbete och därmed det fulla ansvaret för projektets tekniska ledning.
- Tack vare detta innovativa koncept, har vi skapat stor flexibilitet vid tillverkningen av modulerna, både när det gäller små mängder och stora partier, säger Bräunlich.
- Serieproduktionen ger, enligt honom, tydliga ekonomiska fördelar, med sjunkande produktionskostnader på upp till 20 procent.
Växellådan som ingår i axelmodulen består av roterande tvärstänger och tandade hjul. Axlar som dessa tillverkas vanligtvis av dyrt cylindermaterial eller med hjälp av djupa borrhål. I båda fallen blir det alltför mycket överflödigt material kvar.
Forskarna vid IWU har däremot infört nya, korta processkedjor med nya metoder som bidrar till optimal materialeffektivitet. En sådan metod, som har utvecklats av IWU, kallas för ”spin extrusion”.
Även om ett slutet block av material används, kan det vara kortare än den färdiga axeln.
- Materialet pressas utåt i längdriktningen. Detta tillåter oss att använda praktiskt taget allt material, minska materiella kostnader med cirka 30 procent och sänka komponenternas totala vikt. Hittills har man bara tillämpat första ad hoc-metoder för detta förfaringssätt. Nu har forskarna lyckats med att anpassa tekniken även för serieproduktion. De tandade hjulen tillverkas med hjälp av en annan process. I stället för materiell fräsning, fabriceras de nu genom en speciell process som kallas för redskaps-rullande, en metod som också har utvecklats av IWU. Denna metod lämnar inget metallavfall och därmed går inte heller något material förlorat, förklarar Bräunlich.
- Enligt honom, är det möjligt att använda axelmodulen i allt från små skåpbilar och kommunala fordon till bussar och lastbilar.
Eftersom varje hjul i större kommersiella fordon kräver sin egen kraftelektronik, blir kostnaderna för dessa något högre.
- Båda versioner, som vi har utvecklat har sitt eget typiska existensberättigande och bör väljas speciellt för en bestämd fordonstyp, säger Bräunlich.
De olika axelmodulerna som utvecklats av de olika parterna är nu färdiga. Det är tillverkningstekniken som ännu måste finjusteras. I nästa steg sätter konsortiet de enskilda delarna ihop för att skapa ett demonstrationsobjekt. Enligt beräkningar kommer en normal bil att utrustas i slutet av 2015 med en axelmodul inför en första testserie.
Källa: Science Daily /Fraunhofer
