Competenza ingegneristica

Innovazioni verdi – La SKF per l’industria automobilistica

Grazie all’impegno nella sostenibilità, che coinvolge tutta la sua organizzazione, la SKF mette a disposizione dell’industria automobilistica, di cui è un valido partner, un ricco bagaglio di soluzioni tese a ridurre le emissioni di CO2, frutto dello sviluppo di prodotti e servizi innovativi.

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Tecnologia

L’industria automobilistica sta vivendo forti cambiamenti, conseguenti alle esigenze di una mobilità più sostenibile. A fronte della diminuzione delle opportunità di espansione nel mercato globale, essa deve adottare soluzioni capaci di garantire un maggiore rispetto per l’ambiente, orientandosi verso la produzione di veicoli ibridi o interamente elettrici pur mantenendo nello stesso tempo la competitività dei costi.

Attualmente, le emissioni di CO2 sono in media pari a 153,5 g/km, con l’obiettivo di abbassarle in Europa a 130 g/km entro il 2015. La Cina ha fissato per lo stesso anno l’adozione dell’Euro 4. Negli USA, il presidente Obama invita ad attuare una riduzione delle emissioni anticipata rispetto a quanto previsto in precedenza. Dalle case automobilistiche e dai loro fornitori ci aspettiamo forti investimenti in tecnologie capaci di ridurre le emissioni di CO2 e i consumi.

La SKF è attenta alle esigenze di sostenibilità dell’industria automobilistica mondiale, di cui è un importante fornitore, e ha concentrato lo sviluppo di nuovi prodotti in vari settori chiave, prodotti che sono disponibili sia per i veicoli nuovi sia per quelli esistenti: si tratta in particolare delle unità a basso attrito per mozzi ruota (le X-Tracker), le SKF Turbocharger Ball Bearing Unit, gli SKF Rotor Positioning Bearing e le unità cuscinetto sensorizzate per i motori elettrici.

UNITÀ A BASSO ATTRITO PER LE RUOTE
Per seguire la tendenza del mercato auto verso una riduzione dell’attrito e dei pesi, la SKF ha inserito nel proprio assortimento di cuscinetti per le ruote un prodotto in grado di offrire migliori prestazioni a un prezzo conveniente. Si tratta della nuova generazione delle unità cuscinetto per mozzi ruota X-Tracker, caratterizzata da un basso attrito, ottenuto grazie all’ottimizzazione della geometria interna e della quantità di grasso e alla superiore topografia/finitura delle piste, in combinazione con una guarnizione di tenuta particolarmente scorrevole, dotata di labbri che esercitano una forza di contatto ottimale in funzione dell’uso su unità normali o heavy-duty.

Le prove di simulazione eseguite indicano che questo prodotto può presentare una resistenza al rotolamento inferiore del 25 % rispetto a quella delle già efficienti esecuzioni preesistenti SKF e che può contribuire a una riduzione delle emissioni di CO2 pari a 1,3 g/km, abbinata a lunghe durate di esercizio, grazie alla sua robustezza.

TURBOCOMPRESSORI
Il turbocompressore è diventato indispensabile per abbattere i consumi di carburante e condiziona le prestazioni generali del motore. Per le applicazioni su auto e autocarri la SKF ha realizzato una nuova unità compatta a sfere, caratterizzata da un minore attrito, che gioca a favore del rendimento del motore. L’unità si basa su un cuscinetto a due corone di sfere Super precision che sostituisce il tradizionale cuscinetto radente e consente quindi una riduzione del 2 % in emissioni e consumo di carburante. Sempre rispetto a quello radente, oltre al minore attrito, presenta una migliore precisione di rotazione. Esso consente anche di ridurre il ritardo del turbo alle basse velocità.

Le SKF Turbocharger Ball Bearing Unit per i turbocompressori sono dotate di sfere in ceramica che consentono un funzionamento alle alte temperature e in presenza di scarsa lubrificazione e una contemporanea riduzione delle forze centrifughe alle alte velocità. Le unità richiedono meno olio, rendendo più pulita la combustione. Esse sfruttano tecnologie e materiali avanzati, quali l’acciaio per applicazioni avio, le citate sfere in ceramica e la gabbia in polimero rinforzato. Le leggere sfere in ceramica evitano la contaminazione dell’olio motore. Le unità offrono una ridotta rumorosità e una migliore precisione di rotazione e integrano le funzioni di smorzamento e antirotazione.

Le SKF Turbocharger Ball Bearing Unit sono anche caratterizzate da un ridotto numero di componenti, il che rende più facile, preciso, rapido e quindi meno costoso il montaggio. L’importanza delle unità per la SKF è dovuta alla possibilità di estenderne l’impiego ad altri numerosi prodotti emergenti e alle applicazioni relative ai motori a combustione interna di nuova generazione, ad esempio i volani per i sistemi di ricupero dell’energia e di ricupero del calore.

SISTEMI STOP-START
In collaborazione con il Gruppo Valeo in Francia, la SKF ha realizzato l’SKF Rotor Positioning Bearing per la nuova generazione di alternatori starter StARS e i-StARS. Il sistema StARS era stato sviluppato per l’impiego su piccole auto ibride, tipo Smart, Citroen C2 e C3 e Daimler Class A. Ora il Gruppo PSA ha lanciato una nuova famiglia di motori diesel denominata e-HDi che sarà dotata del sistema i-StARS.

Le soluzioni StARS hanno una duplice funzione, quella di alternatore e quella di motorino d’avviamento.

Negli alternatori Valeo StARS e i-StARS l’SKF Rotor Positioning Bearing consente al motore di funzionare esclusivamente quando il veicolo è in moto e lo spegne automaticamente quando quest’ultimo viaggia e meno di 6 km/h (8 km/h con i-StARS) riavviandolo non appena si innesta la marcia (con il cambio manuale) oppure quando si rilascia il pedale del freno (con il cambio automatico). Il risultato è una significativa riduzione della quantità di CO2 prodotta e di combustibile consumato.

L’SKF Rotor Positioning Bearing è costituito da un cuscinetto radiale a sfere con uno speciale sensore fissato all’anello interno. Il cuscinetto fornisce un campo magnetico potente, preciso, ripetibile e durevole, capace di operare in condizioni di lavoro gravose in termini di temperatura e velocità. Il campo magnetico consente di ricevere dati sulla velocità e sulla posizione dell’albero e rende anche possibile la reversibilità del dispositivo elettrico.

Lo StARS evita il consumo di carburante e la produzione di rumore e di gas di scarico nei momenti in cui il veicolo è fermo – che possono rappresentare il 30 % del tempo di percorrenza nelle dense aree urbane. Con l’avviamento elettronico dell’alternatore l’auto si avvia silenziosamente. Il dispositivo è di facile installazione sugli alternatori tradizionali ed è compatibile con i sistemi elettrici delle auto moderne.

L’SKF Commutation Sensor-Bearing Unit è stata progettata per altri sistemi stop-start in applicazioni micro ibride e medio ibride, con l’obiettivo di soddisfare le richieste del mercato per un dispositivo di misurazione preciso e ripetibile della posizione di commutazione dei motori elettrici a magnete permanente. I suoi vantaggi sono la facilità di integrazione e di adattamento all’applicazione del cliente e la conformazione robusta e compatta, che ne consente l’installazione vicino al motore, senza essere influenzata dai campi magnetici circostanti.

SERVOSTERZO ELETTRICO
Il servosterzo elettrico (Electric Power Steering, EPS) ha rappresentato nel 2009 il 22 % del mercato dei sistemi di sterzo mondiali e, con la diffusione dei veicoli ibridi ed elettrici, se ne prevede una crescita al 30 % entro il 2014. La prospettiva di eliminare molti componenti meccanici, quali il piantone, la scatola sterzo, ecc. porta molti vantaggi, ad esempio una semplificazione dell’abitacolo e una migliore utilizzazione dello spazio, meccanismi di sterzo modulari e robusti e maggiore sicurezza.

La SKF ha creato un assortimento di soluzioni meccatroniche plug and play, comprendenti prodotti sensorizzati che sono sicuri, affidabili, robusti, esenti da manutenzione ed economici.

Per i veicoli stradali l’SKF Rotor Positioning Sensor-Bearing Unit abbina la funzione di cuscinetto alla tecnologia della sensorizzazione di posizione angolare assoluta. Realizzata come alternativa ai trasduttori di spostamento a principio induttivo, è robusta e compatta, in grado di offrire informazioni precise di posizione con ridotti costi di funzionamento. Può essere usata per determinare la posizione angolare assoluta di un rotore su 360°. L’unità consuma poco (40mA a 5V) e si integra facilmente nei sistemi di controllo elettronici esistenti.

Grazie alla geometria di precisione del cuscinetto, l’unità genera segnali precisi di seno e coseno, basati su una tecnologia magnetica avanzata. favorisce l’ottimizzazione del rendimento del motore elettrico, riducendo in tal modo il consumo di carburante e le emissioni di CO2. Inoltre grazie al ridotto ingombro assiale, offre ai progettisti una maggiore flessibilità, oltre a una facilità di montaggio, con conseguenti minori costi di assemblaggio e progettazione.

SOFTWARE DI MODELLAZIONE
Oltre alle realizzazioni citate, la SKF ha creato un software di modellazione denominato SKF Vehicle Environmental Performance Simulator (VEPS), uno strumento capace di mettere in relazione l’attrito dei cuscinetti con i risparmi reali e la riduzione dell’anidride carbonica di un intero veicolo, modellando con precisione l’effettiva geometria interna dei cuscinetti e indicando così quale potrebbe essere l’effetto sul bilancio della CO2 della più piccola modifica alla geometria stessa.

Il software VEPS può servire per ottimizzare in fase di progetto i sistemi di cuscinetti nelle varie posizioni del veicolo, ad esempio nel cambio, individuando quelle più idonee in termini di possibilità di risparmio. Esso può analizzare le condizioni di carico in tali posizioni e il corrispondente impatto sulla coppia d’attrito dei cuscinetti e le relative perdite di potenza, che contribuiscono alla crescita delle emissioni di CO2.

Questo esclusivo software SKF permette all’industria automobilistica di stabilire una valida correlazione tra i cuscinetti da progettare e i risparmi ottenibili in termini di consumi di carburante ed emissioni e può costituire un utile strumento per determinare in modo obiettivo il contributo positivo dato da componenti efficienti dal punto di vista energetico al rendimento globale dei veicoli.

IN CONCLUSIONE
La SKF ha indicato un chiaro percorso secondo il quale, grazie ai recenti sviluppi, è possibile compiere un ulteriore passo verso una riduzione più sostanziale delle perdite per attrito, a costi sostenibili. Nella sua qualità di knowledge engineering company, sta realizzando gli strumenti, i prodotti e i servizi necessari all’industria automobilistica per costruire veicoli che consentano un futuro sostenibile a tutti noi.