Pulizia della scatola del motore elettrico: ciclo di 60 secondi, 2 mg e perché la sigillatura con tappi non è opzionale

Panoramica

Un alloggiamento per motore elettrico ha l’aspetto di un alloggiamento per cambio ed è pulito in modo insufficiente con la stessa procedura. Le differenze non sono puramente estetiche: l’alloggiamento incorpora una giacca di raffreddamento integrata con un percorso di flusso lungo e stretto, il requisito di pulizia è spesso inferiore a 2 mg e il pezzo deve uscire dall’impianto asciutto, poiché l’acqua residua all’interno della giacca diventa un percorso di conduzione e una fonte di corrosione.

Due fasi del processo svolgono la maggior parte del lavoro necessario per soddisfare tale requisito, e entrambe sono comunemente sottospecificate: la sigillatura con tappi, che obbliga il liquido a fluire attraverso i canali di raffreddamento anziché sulla superficie esterna, e l’essiccazione sotto vuoto, che rimuove l’acqua dalle cavità irraggiungibili dall’aria. Una macchina per alloggiamenti realizzata senza nessuna di queste due fasi supererà un controllo visivo ma non supererà un test di pulizia.

Big Bird Industrial (in precedenza Shimada Big Bird Industrial) costruisce sistemi per la pulizia e la sbavatura di componenti del powertrain automobilistico dal 2001, e le cifre di ciclo qui riportate derivano dalle specifiche di produzione, non da condizioni di banco prova.

1. Che cosa rende diversa una scatola di trasmissione elettrica

Una scatola di trasmissione convenzionale è una struttura costituita da alloggiamenti per cuscinetti, un carter e una serie di superfici lavorate. Una scatola di trasmissione elettrica aggiunge invece una giacca di raffreddamento che avvolge la zona dello statore, solitamente realizzata mediante fusione come canale compreso tra una parete interna e una esterna, con porti di ingresso e uscita e talvolta divisori interni che obbligano il liquido di raffreddamento a seguire un percorso serpentinato.

La giacca di raffreddamento rappresenta la parte più complessa

La giacca presenta un'ampia superficie interna, una sezione trasversale ridotta e numerosi cambiamenti di direzione. La sabbia da fusione, i residui del nocciolo e i trucioli da lavorazione si accumulano negli angoli in corrispondenza delle deviazioni del flusso. La pulizia mediante getto agli attacchi non li rimuove, poiché l'energia del getto si dissipa entro breve distanza dall'apertura e gli angoli si trovano al di fuori della traiettoria del flusso.

Il requisito è solitamente indicato come inferiore a 2 mg

I programmi per unità di trazione elettrica specificano spesso una massa residua totale pari o inferiore a 2 mg, con un limite separato per la cavità interna. Ciò corrisponde a una tolleranza circa dieci volte più stringente rispetto a quella di un alloggiamento per veicoli commerciali (30–70 mg), motivo per cui il processo non può essere semplicemente adattato in scala da una linea di produzione esistente per trasmissioni.

2. Sigillatura con tappo: immettere liquido in un volume chiuso

La sigillatura con tappo chiude le aperture di un passaggio interno mediante una testa che sigilla contro la faccia dell’attacco e immette liquido sotto pressione nel canale. La cavità cessa di essere un volume morto e diventa un percorso di flusso dotato di ingresso e uscita definiti.

Come funziona la testa

La testa presenta un raccordo di ingresso e una guarnizione che si accoppia con la faccia del porto. Quando la testa viene premuta contro il porto, il fluido entra nella giacca, percorre l’intera lunghezza del canale ed esce attraverso il porto opposto o attraverso una linea di ritorno. Poiché il flusso è confinato, la velocità all’interno del canale è sufficientemente elevata da trasportare via le particelle anziché consentirne il deposito negli angoli.

Perché spruzzare il porto non è una sostituzione valida

Un getto libero che entra in un porto perde energia mentre si espande nella cavità, generando un flusso di ricircolo che raggiunge soltanto la prima curvatura e poco oltre. Il risultato è una giacca che appare pulita all’ingresso, ma che intrappola contaminanti all’estremità opposta, rilasciandoli successivamente nel circuito del liquido refrigerante.

3. Essiccazione a vuoto: perché il soffiaggio con aria smette di funzionare

Il soffiaggio con aria rimuove l’acqua dalle superfici raggiungibili dall’aria. All’interno di una giacca, l’aria segue lo stesso percorso dell’acqua e la spinge lungo il canale anziché espellerla, lasciando quindi la cavità bagnata all’estremità opposta. L’essiccazione a vuoto modifica il meccanismo: riducendo la pressione si abbassa la temperatura di saturazione dell’acqua, pertanto il liquido evapora a temperatura più bassa e il vapore viene aspirato via.

Cosa l’essiccazione a vuoto risolve e cosa non risolve

Il vuoto rimuove l’acqua esposta al volume evacuato. Non rimuove invece l’acqua intrappolata dietro una tasca chiusa o trattenuta in un foro cieco il cui apertura è rivolta verso il basso. Per questo motivo il vuoto viene utilizzato insieme a variazioni di orientamento: il componente viene ruotato in modo che ogni cavità abbia un percorso verso la camera a vuoto.

Misurare l’essiccazione anziché presupporla

L’essiccazione è un criterio di accettazione e richiede un metodo. Un approccio utilizzato sui contenitori consiste nel risciacquare il componente con un solvente insolubile in acqua, raccogliere il solvente e misurare l’acqua da esso assorbita, con un limite espresso in millilitri. Un limite di 3 ml di acqua residua su un contenitore è un’affermazione misurabile; un controllo visivo per gocce d’acqua non lo è.

4. Il budget del tempo di ciclo

Un ciclo di 60 secondi per un alloggiamento di motore elettrico è realizzabile soltanto se caricamento, lavaggio, sigillatura con tappi, risciacquo ed essiccazione rientrano tutti nella stessa finestra temporale. La sigillatura con tappi richiede tempo aggiuntivo perché la testa deve innestarsi e disinnestarsi; l’essiccazione a vuoto richiede tempo aggiuntivo perché la camera deve essere sottoposta a vuoto e successivamente ventilata. Entrambe le fasi consumano una quota del budget temporale totale che una macchina a spruzzo esclusivamente non possiede.

Laddove il takt è più stringente, la soluzione abituale consiste nell’aggiungere una seconda postazione anziché ridurre il tempo di permanenza. Suddividere lavaggio ed essiccazione su due posizioni consente a ciascuna fase di mantenere il tempo necessario, mentre il ciclo della linea è determinato dalla fase più lenta delle due. Ciò consente inoltre alla camera a vuoto di servire in sequenza due postazioni di lavaggio, soluzione più efficiente rispetto all’installazione di una camera a vuoto su ogni singola postazione.

5. Modalità di guasto da prevenire nella progettazione

Il guasto più comune è un giubbotto che supera il test all’ingresso ma fallisce all’estremità opposta, indicando che la portata di sigillatura per tappo è troppo bassa, non che la pressione è troppo bassa. Il secondo caso è la ricomparsa di acqua su una zona asciutta dopo alcuni minuti, il che indica una cavità che non è mai stata evacuata. Il terzo caso è la presenza di contaminanti rilasciati dallo strumento di fissaggio tra i pezzi, il che indica la necessità di pulire lo strumento di fissaggio, non il pezzo.

Tutti e tre i casi sono visibili durante l’ispezione del primo esemplare, purché il piano di campionamento includa l’estremità opposta del giubbotto e il pezzo venga riesaminato dopo un breve tempo di attesa; tutti e tre i casi risultano invece invisibili se il campione viene prelevato all’ingresso immediatamente al termine del ciclo.

Un quarto modo di guasto è meno evidente e più difficile da individuare: lo stesso dispositivo di fissaggio. Le piastre, le morse e i perni di posizionamento accumulano contaminanti tra un pezzo e l’altro; un dispositivo lavato insieme al pezzo ma mai ispezionato diventa un serbatoio di contaminazione. Un alloggiamento premuto su una piastra sporca raccoglie tutto ciò che la piastra trattiene nell’area di contatto, che di solito è una superficie lavorata con tolleranze molto strette. La pulizia del dispositivo di fissaggio deve essere inserita nello stesso piano di manutenzione previsto per l’ispezione degli ugelli; sulle linee ad alto volume, tale pulizia deve avvenire a intervalli definiti, non in risposta a un campione risultato difettoso.

Un programma di lavaggio che inizia a 2 mg e successivamente si stringe a 1,5 mg di solito non richiede una nuova macchina; richiede invece un piano di campionamento che indichi dove risiede la massa residua. Nella maggior parte dei casi la risposta è l’estremità opposta della giacca o l’area di contatto con un dispositivo di fissaggio, e la correzione consiste in una modifica del flusso o della procedura di pulizia, piuttosto che in un aumento della pressione. È per questo motivo che il rapporto sul primo pezzo prodotto dovrebbe registrare la massa residua per zona anziché un singolo valore complessivo, poiché un valore complessivo entro i limiti può nascondere una zona prossima al mancato superamento del requisito.

Domande frequenti

Una macchina esistente per la pulizia di alloggiamenti di trasmissione può pulire alloggiamenti per azionamenti elettrici (E-Drive)?

Quasi mai senza modifiche. La macchina potrebbe disporre di una capacità di lavaggio adeguata, ma di solito mancano teste di tappatura dimensionate per i porti della giacca e uno stadio a vuoto dimensionato per il volume della cavità. Entrambe le componenti sono aggiunte, non semplici regolazioni.

Quante teste di tappatura richiede un alloggiamento?

Una testina per coppia di porti da lavare, più il dispositivo di fissaggio per mantenere il pezzo nella corretta orientazione. Alcuni alloggiamenti richiedono due testine per due giacche indipendenti, e alcuni richiedono una testina per ogni porto se il canale è diviso internamente.

L’essiccazione a vuoto è sempre necessaria al di sotto di 2 mg?

No, non per il criterio di massa in sé, ma quasi sempre per il criterio di asciugatura che lo accompagna. L’acqua residua in una giacca trasporterà eventuali particelle rimaste sul fondo del canale, causando una nuova contaminazione di un pezzo che aveva dato esito negativo al controllo di pulizia quando era bagnato.

Cosa determina se il ciclo può raggiungere i 60 secondi?

Il numero di stazioni simultanee e il concetto di movimentazione, non la pompa. Una macchina a singola stazione che deve eseguire lavaggio ed essiccazione in sequenza avrà difficoltà; una configurazione a due stazioni con movimentazione parallela, in genere, non ne avrà.

Conclusione

L'alloggiamento di un motore elettrico viene pulito mediante un processo progettato appositamente per raggiungere le sue parti interne, non con una versione più intensa del processo utilizzato per la pulizia della sua superficie esterna. La sigillatura dei fori trasforma la giacca di raffreddamento in un percorso di flusso, mentre l'essiccazione a vuoto elimina l'acqua che l'aria non riesce a espellere. Entrambe sono fasi obbligatorie, non opzioni.

Una specifica per questa categoria di componenti deve indicare il limite di pulizia per ciascuna zona, il limite di asciugatura con il relativo metodo di misurazione e il tempo di ciclo per ogni stazione. Una volta definiti questi tre parametri, la configurazione della macchina ne deriva direttamente, anziché essere determinata dal prezzo della pompa più grande disponibile.