Miten sähköistyminen vaikuttaa suomalaiseen työkonevalmistukseen?

Suomalainen koneenrakennusteollisuus on sähköistymässä. Monen valmistajan valikoimiin suunnitellaan tuote kerrallaan sähköisellä voimalinjalla varustettuja koneita. Liikkuvan työkoneen rakennuksessa tuotteen ydin ei olekaan enää dieselmoottori ja sillä tuotettu mekaaninen tai hydraulinen voima. Nyt tarvitaan uudenlaisia osaajia valjastamaan sähköinen voima hyötykäyttöön.

Sähköistymisen edut

Fossiilisten polttoaineiden korvaaminen päästöttömästi tuotetulla sähköllä toimii ajurina koko kehitykselle. Samalla kehittyy myös koneiden energiatehokkuus. Uudet teknologiat tuovat mukanaan aina myös mahdollisuuksia tuottaa lisäarvoa uusien palveluiden, autonomian tai tarkemman datan hyödyntämisessä.

Nykyisten dieselkäyttöisten koneiden voima syntyy jatkuvasti pyörivästä akselista. Akselilta voima siirretään edelleen pyörille ja muille toimilaitteille joko mekaanisesti tai hydraulisesti. Mekaanisen voimansiirron hyötysuhde on monessa sovelluksessa melko sama kuin sähköisessä voimalinjassa, mutta energiaa hukkuu moottorin tyhjäkäynnissä ja moottorin kierrosnopeuden vaihdellessa kuorman muutosten mukaan.

Hydraulinen voimansiirto on toiminnoltaan miltei sähköön verrattavissa, mutta tuotetusta tehosta miltei puolet kadotetaan sen häviöihin. Hydrauliikka ei kuljeta energiaa letkuissaan ja venttiileissään yhtä kevyesti kuin sähkö virtaa kuparijohtimessa. Järjestelmä tarvitsee yleensä jatkuvan paineen, mikä tarkoittaa myös hydrauliikkapumpun jatkuvaa pyörittämistä. Siinä missä hydrauliikka pääsee noin 45 %:n hyötysuhteeseen, sähköinen voimalinja yltää 95–98 %:iin.

Sähköistymisen vaikutus voimalinjaan

Kun perinteisen koneen rakenne perustuu voiman mekaaniseen siirtämiseen polttomoottorista pyörille tai hydrauliikalle, nyt sama voima siirretään sähköisesti taipuisia johtoja pitkin. Voimaa tuottava moottori voidaan sijoittaa mahdollisimman lähelle tehon tarvetta.

Jokainen liikkuva osa kuluu ajan myötä ja aiheuttaa siten tarpeen säännölliselle huollolle, sekä luo riskin yllättävästä rikkoutumisesta. Mekaaninen voimansiirto perustuu liikkeen välittämiseen, joten sähköinen voimansiirto vähentää oleellisesti koneiden ylläpitokustannuksia ja parantaa luotettavuutta.

Sähköinen voimalinja muuttaa siis koko koneen rakenteen tehokkaammaksi. Kun voimanlähde on siellä missä voimaa tarvitaan, välille jää vähemmän häviöitä. Sähkökäyttöinen kone voidaan tällöin myös suunnitella optimaaliseksi sille tarkoitettuun tehtävään ja sen jälkeen lisätä siihen sitä liikuttavat voimanlähteet ja moottorit.

Koneenrakentajien uusi aikakausi

Hyvä uutinen on, että sähköistymisen teknologia on jo valmista jokapäiväiseen ammattikäyttöön. Samalla se tulee vaatimaan toimintamallien muutosta alan valmistajilta. Polttomoottorivalmistajien täytyy muuttua pysyäkseen muuttuvien markkinoiden ja sähköistymisen mukana.

Sähkömoottoreiden ja inverttereiden valmistajat ovat nousemassa merkitsevään rooliin ja toimittavat sähköistettäviin koneisiin tuotteitaan niin omilla tuotemerkeillään kuin myös asiakkailleen brändättyinä. Harvasta polttomoottorin valmistajasta on kuitenkaan tulossa sähkömoottorin valmistajaa, joten yritysten väliset suhteet ovat muuttumassa paljon.

Samaan aikaan kun uusia sähköistettyjä koneita alkaa tulla markkinoille, polttomoottorillisten aikakausi ei kuitenkaan ole päättymässä. Mikäli latausinfraa ei saada käyttökohteeseen tuotua järkevästi tai latausaika ei ole oikeassa suhteessa käyttöön nähden, on polttomoottorillekin vielä käyttöä. Osalle koneenrakentajista molemmat vaihtoehdot jäävät edelleen käyttöön, jolloin modulaarinen suunnittelu myös voimanlähteen suhteen tulee entistä tärkeämmäksi.