El rectificado de precisión garantiza un funcionamiento suave y eficiente en vehículos eléctricos

Los accionamientos para vehículos eléctricos deben ser potentes y compactos a la vez, un reto técnico que requiere componentes de muy alta calidad. Por ello, para fabricar los engranajes de los coches eléctricos se necesitan fresadoras y rectificadoras de última generación. Ofrecen una precisión extrema hasta el rango micrométrico: un micrómetro es aproximadamente la cincuentava parte del grosor de un cabello humano. Bajo cargas elevadas, es la microgeometría superior la que determina el engrane perfecto de los engranajes. La innovadora tecnología de rectificado permite alcanzar grados de calidad superficial muy elevados, una concentricidad óptima y geometrías perfectas de los flancos de dientes. También garantiza que los engranajes puedan adaptarse a las frecuencias naturales de la transmisión y amortiguar de forma óptima sus vibraciones.

Las fresadoras y rectificadoras de engranajes de Liebherr-Verzahntechnik GmbH de Kempten, de la región alemana de Allgäu, ayudan a los fabricantes de engranajes a suministrar grandes cantidades de componentes de máxima calidad a los fabricantes de vehículos eléctricos. Esto garantiza un funcionamiento eficiente, silencioso y limpio de los engranajes. El objetivo principal es minimizar la fricción y aumentar la capacidad de carga de los flancos de dientes. Esto puede garantizarse mediante el rectificado fino y el pulido.

“En comparación con los engranajes de motores de combustión convencionales, los e-drives requieren, por regla general, una calidad superficial más exigente en los engranajes”, explica Thomas Breith, jefe de gestión de productos de Liebherr-Verzahntechnik GmbH, y cita un par de razones para ello: en primer lugar, la naturaleza fundamentalmente diferente de la potencia transmisible y, en segundo lugar, los elevados pares de empuje. Estos últimos se generan mediante una recuperación que permite recuperar energía durante el frenado. Los exigentes requisitos en materia de vibraciones audibles y perceptibles (Noise Vibration Harshness, NVH) también requieren una elevada calidad superficial en los engranajes. Y, no menos importante, unos valores de rugosidad reducidos garantizan una mayor autonomía de la batería. “Esto significa que se requiere la máxima calidad del engranaje para todas las funciones”, afirma Breith.

Pero, ¿cómo pueden cumplirse los mayores requisitos para la producción de componentes de transmisión? Los fabricantes de equipos originales (OEM) suelen especificar los procesos de fabricación necesarios para los proveedores definiendo determinados valores objetivo de rugosidad superficial. Éstos se definen en términos de normas internacionales, como la rugosidad media (Ra), la altura máxima del perfil (Rz), la profundidad de la rugosidad del núcleo (Rk), la altura de pico reducida (Rpk) y la profundidad de valle reducida (Rvk). El rectificado fino con tornillos sinfín de rectificado dobles facilita unos grados de calidad superficial elevados, pero aún rectificables. “Estas herramientas utilizan especificaciones de tornillo sinfín de rectificado optimizadas de forma diferente para cada carrera de rectificado”, explica Breith. El resultado son geometrías de engranajes de alta precisión en las evaluaciones conforme a DIN e ISO, medidas en aparatos de medición de engranajes. Los valores Rz se sitúan entre 1,2 y 1,8 micrómetros.

“Tenemos que utilizar el llamado ‘rectificado-pulido’ si el OEM requiere valores Rz aún más altos, de entre 0,8 y 1,2 micrómetros”, dice Breith. Se utiliza un tornillo sinfín de rectificado muy fino y un tornillo sinfín de pulido. “El corte de pulido sólo elimina entonces de 2 a 3 micrómetros en el flanco del diente. Hay que realizar una prueba preliminar para optimizar el proceso para cada componente individual. En este caso, es esencial hacer coincidir el equipo de medición utilizado por el fabricante con el del usuario final”, afirma el responsable de Liebherr.

Hay que superar muchos retos para conseguir un resultado perfecto. Según Breith, el requisito mínimo es una rectificadora de engranajes de alta precisión con el software de aplicación adicional necesario. “El proceso se optimiza utilizando la tecnología de aplicación adecuada por parte del fabricante de la máquina. La fiabilidad del proceso sólo es posible con dispositivos de sujeción y herramientas de rectificado de muy alta calidad”, explica. La experiencia del fabricante es importante en este caso, y la asistencia intensiva al cliente es crucial.

El paso de los motores de combustión a los eléctricos significa que en el futuro se necesitarán menos engranajes y, por tanto, en menor cantidad. Sin embargo, los fabricantes de engranajes deben hacer frente a exigencias de calidad cada vez mayores, por lo que puede merecer la pena invertir en una tecnología innovadora y flexible que también permita fabricar pequeñas cantidades. De este modo, los proveedores que inviertan en equipos para la producción flexible de superficies ultrafinas con diferentes contornos podrán obtener una ventaja competitiva y un rápido retorno de la inversión a medida que siga aumentando el número de vehículos eléctricos.

Emag GmbH, firma con sede en Salach (suroeste de Alemania), también ofrece soluciones de rectificado fiables y de alta precisión para su uso en vehículos eléctricos. Esta tecnología garantiza la máxima calidad superficial sin molestos ruidos de funcionamiento. Los especialistas de su filial italiana Emag SU, ubicada en Milán, también desarrollan soluciones de alto rendimiento para el rectificado de engranajes.

Oliver Hagenlocher, director de marketing de Emag, propone rectificadoras generadoras con un innovador concepto de eje como soluciones excepcionales para el rectificado de engranajes. Pueden crear las superficies perfectas que son tan importantes en los vehículos eléctricos. El factor decisivo es que las rectificadoras generadoras no tienen eje tangencial, sino que los ejes Y y Z existentes generan un eje tangencial ‘virtual’ mediante un movimiento simultáneo. Esto minimiza la distancia entre el eje A y el punto de contacto de la herramienta, lo que a su vez evita ‘frecuencias fantasma’ en la superficie del componente.

Esto puede sonar bastante etéreo, pero hay razones muy racionales para ello. Las ‘frecuencias fantasma’ son frecuencias que no coinciden con las frecuencias de engrane y sus armónicos; también pueden producirse en el componente durante el rectificado. Las ‘frecuencias fantasma’ son provocadas por irregularidades mínimas que son casi imposibles de evitar en la producción en serie. Se vuelven especialmente críticas cuando estas desviaciones provocan una excitación armónica. Para reconocer y evitar las causas de estas irregularidades se requieren grandes conocimientos técnicos y experiencia en el proceso.

Al igual que en los coches eléctricos, en las e-bikes también tiene sentido optimizar la calidad superficial de los componentes de accionamiento, aunque no al mismo nivel de calidad. “Las aplicaciones actuales de las e-bikes aún no tienen los mismos requisitos de calidad que los estipulados actualmente para los e-drives de los coches”, dice Breith. Sin embargo, el gerente de Liebherr no puede descartar la posibilidad de que “ciertos criterios de transmisión para bicicletas eléctricas se vuelvan más exigentes en el futuro, similares a los del sector automovilístico”.

Por lo tanto, una tecnología de producción moderna y de alta precisión es esencial para los proveedores que quieran estar a la vanguardia en la transición a los vehículos eléctricos. Porque sólo con componentes perfectamente pulidos pueden los coches eléctricos y las e-bikes funcionar con la máxima eficiencia y ronronear como un gato cuando están en la carretera en lugar de chirriar o chirriar.