Soluzione speciale per la simulazione della temperatura nell'elettromobilità
Nel prossimo decennio, i limiti di CO2 saranno ulteriormente limitati nei principali mercati automobilistici. Poiché non solo i requisiti legali, ma anche le preferenze dei clienti differiscono da Paese a Paese, la nuova divisione "e-mobility" del fornitore automobilistico e industriale Schaeffler si basa su diverse soluzioni di azionamento. Schaeffler ha ora raggiunto un grande successo di mercato con due accoppiamenti e moduli ibridi per veicoli ibridi, in cui l'azionamento elettrico è posizionato tra il motore a combustione e la trasmissione. I fornitori di automobili reagiscono sempre più alla maggiore suscettibilità di interferenza tra azionamenti elettrici e motori a combustione interna testandoli in condizioni di temperatura estreme.
Al fine di garantire una funzione impeccabile e duratura, ad esempio, degli accoppiamenti di separazione, i componenti devono essere esposti alle condizioni ambientali più reali e alle mutevoli temperature estreme durante le prove di resistenza continua. Allo stesso tempo, i test includono misurazioni della temperatura, misurazioni dei momenti di trascinamento a diverse temperature e misurazioni funzionali.
Requisiti di controllo della temperatura di Schaeffler:
Per il test di qualità dell'accoppiamento di separazione, Schaeffler ha bisogno di un ambiente di prova che consenta l'esatta simulazione delle temperature ambientali. Durante le prove di resistenza continua è necessario esporre i campioni di prova a temperature ambiente da -40 °C a +120 °C. Al fine di evitare lunghi tempi di fermo o di attesa con variazioni di temperatura predeterminate, è necessario un rapido cambiamento di temperatura da +30 °C a -30 °C entro 1 ora e mezza. Ciò che è necessario è una soluzione compatta salvaspazio, nella quale la temperatura dell'aria all'interno del cofano viene regolata.
L'approccio di JULABO:
Viene utilizzato un dispositivo PRESTO A85 raffreddato ad aria in combinazione con un dispositivo di trasmissione del calore. Un ventilatore ad alte prestazioni appositamente adattato con numero di giri regolabile garantisce la circolazione dell'aria necessaria. Così, il numero di giri può essere aumentato per campioni di prova più grandi e quindi il flusso d'aria risulta migliorato. I ventilatori e i dispositivi di trasmissione del calore sono installati all'interno di una camera in acciaio inossidabile. Il dispositivo PRESTO, collegato al dispositivo di trasmissione del calore, è posizionato all'esterno accanto alla camera. I test vengono effettuati in un intervallo di temperatura compreso tra -40 °C e +140 °C. Con un tempo di raffreddamento compreso tra i +140 °C e i -30 °C in circa 50 minuti, PRESTO consente un cambio di temperatura più rapido di quello prescritto da Schaeffler.
Fig. 1: I ventilatori e i dispositivi di trasmissione del calore sono installati all'interno di una camera in acciaio inossidabile
Fig. 2: PRESTO A85
Test preliminari da JULABO
I primi test preliminari si svolgono in una struttura provvisoria di prova presso JULABO (Fig. 3). Successivamente, il dispositivo di trasmissione del calore con ventilatore viene attaccato a una cappa in acciaio inossidabile (Fig. 4). Il ventilatore aspira l'aria da sopra e da sotto il dispositivo di trasmissione del calore dal lato anteriore della camera e la spinge poi nuovamente indietro attraverso le lamelle del dispositivo di trasmissione del calore, la cui temperatura è stata regolata dal PRESTO A85. Così, l'aria raffreddata o riscaldata viene costantemente rilasciata nella parte della camera con il campione.
Fig. 3: Struttura di prova provvisoria
Fig. 4: Trasmissione del calore con ventilatore
Sfide per JULABO
A seguito del lavoro con temperature estreme nella gamma meno e più si presentano le seguenti sfide durante la prova: Le parti elettromeccaniche del ventilatore standard non sono progettate per le temperature estreme richieste da -40 °C a +140 °C. Al fine di non azionare le parti sensibili alla temperatura del ventilatore all'interno della cappa, gli specialisti di controllo della temperatura di JULABO modificano il ventilatore in base alle esigenze e collegano il motore di azionamento effettivo all'esterno della camera (Fig. 5).
Un'altra sfida quando si lavora con temperature sotto zero è la formazione di acqua di condensa e i cristalli di ghiaccio risultanti. L'aria nella camera di prova contiene solo una bassa percentuale di umidità atmosferica a causa del basso volume della camera. Al fine di non fornire ulteriore umidità atmosferica attraverso l'aria fresca, la camera deve essere isolata e sigillata ermeticamente. La lieve formazione di acqua di condensa e di cristalli di ghiaccio dall'umidità atmosferica esistente non ha alcuna influenza sulla regolazione della temperatura ed è trascurabile.
Fig. 5: Motore di azionamento del ventilatore montato all'esterno dell'alloggiamento
Fig. 6: Dispositivo di trasmissione del calore
A causa del materiale, l'alloggiamento del dispositivo di trasmissione del calore può deformarsi a causa di cambiamenti di temperatura estremi. In caso di aumento delle temperature, testate a partire da una temperatura ambiente di 20 °C, il materiale dell'alloggiamento si espande lentamente. Quando le temperature scendono, il materiale si rapprende nuovamente. Anche se la deformazione non ha alcun effetto sul processo di controllo della temperatura, può influenzare la posizione e la precisione di adattamento dei collegamenti. Con un rinforzo corrispondente delle pareti dell'alloggiamento, viene evitata la deformazione dovuta ai cambiamenti di temperatura.
Il riscaldamento o il raffreddamento delle pareti esterne a seguito del contatto tra acciaio inossidabile e dispositivo di trasmissione del calore viene impedito con misure costruttive appropriate. L'inserimento di materiali speciali impedisce i punti di contatto tra i dispositivi di trasmissione del calore e l'acciaio inossidabile. Questo disaccoppiamento termico, insieme all'isolamento, assicura che non vi siano ustioni in caso di contatto con l'alloggiamento o che si formi acqua di condensa a seguito di un notevole raffreddamento.
Fig. 7: Alloggiamento universale nel quale i campioni di prova sono esposti a temperature ambientali ed estreme
Conclusione:
Per i costruttori del fornitore automobilistico e industriale, la collaborazione con un partner affidabile e competente era un importante prerequisito per la realizzazione del progetto.
Pertanto, sono stati contattati vari specialisti del controllo della temperatura in merito alle esigenze speciali di Schaeffler. Solo il team di consulenza di JULABO ha segnalato l'immediata disponibilità allo sviluppo della soluzione speciale desiderata. Oltre ai molti anni di esperienza e competenza, questa flessibilità è stata fondamentale per LUK/Schaeffler per scegliere JULABO.
In soli due mesi di sviluppo, JULABO ha costruito un dispositivo di trasmissione del calore in grado di soddisfare e, in parte, addirittura di superare i requisiti imposti. In stretta collaborazione con Schaeffler, è stata sviluppata una soluzione speciale per la regolazione della temperatura di un alloggiamento universale, in cui vari campioni di prova possono essere esposti a temperature ambientali ed estreme simulate con precisione nei test funzionali e di durata (Fig. 7).
