Speciale oplossing voor temperatuursimulatie in e-mobiliteit

Eisen aan de temperatuurregeling bij Schaeffler:

Voor de kwaliteitstest van de scheidingskoppeling heeft Schaeffler een testomgeving nodig die de exacte simulatie van omgevingstemperaturen mogelijk maakt. De eis is om de testmonsters tijdens continue tests bloot te stellen aan omgevingstemperaturen van -40 °C tot +120 °C. Om lange uitval of wachttijden met vooraf bepaalde temperatuurveranderingen te voorkomen, is een snelle temperatuurverandering van +30 °C naar -30 °C binnen 1½ uur vereist. Wat nodig is, is een ruimtebesparende compacte oplossing waarbij de lucht in de kap wordt getempereerd. 

Applicatie-oplossing van JULABO:

Een luchtgekoelde PRESTO A85 wordt gebruikt in combinatie met een warmtewisselaar.  Een speciaal aangepaste hoogvermogensventilator met instelbaar toerental zorgt voor de nodige luchtcirculatie. Zo kan het toerental worden verhoogd voor grotere teststukken en op deze manier wordt de luchtstroom verbeterd. Ventilatoren en warmtewisselaars zijn geïnstalleerd in een roestvrijstalen kamer. De PRESTO die op de warmtewisselaar is aangesloten, wordt buiten de kamer geplaatst. De tests worden uitgevoerd in een temperatuurbereik van -40 °C tot +140 °C. Met een afkoeltijd van +140°C tot -30 °C in ongeveer 50 minuten maakt de PRESTO een snellere temperatuurverandering mogelijk dan Schaeffler heeft opgegeven.

Voorbereidende tests bij JULABO

De eerste voorbereidende tests vinden plaats in een voorlopige testopstelling bij JULABO (fig. 3). Later wordt de warmtewisselaar met ventilator bevestigd aan een roestvrijstalen kap (fig. 4). De ventilator zuigt de lucht boven en onder de warmtewisselaars van het voorste gedeelte van de kamer aan en leidt dit vervolgens door de lamellen van de door de PRESTO A85 getempereerde warmtewisselaar. Zo komt de gekoelde of verwarmde lucht voortdurend met het proefstuk in het kamerdeel in contact. 

Uitdagingen voor JULABO

Werken met extreme temperaturen in het min- en plusbereik resulteert in de volgende uitdagingen tijdens de tests: De elektromechanische delen van de standaardventilator zijn niet ontworpen voor de vereiste extreme temperaturen van -40 °C tot +140 °C. Om de temperatuurgevoelige delen van de ventilator niet in de kap te toe te passen, modificeren de temperatuurregelingspecialisten van JULABO de ventilator aan de eisen aan en bevestigen de werkelijke aandrijfmotor buiten de kamer (fig. 5).

Een andere uitdaging bij het werken met temperaturen onder nul is de vorming van condenswater en daaruit resulterende ijskristallen. De lucht in de testkamer bevat als gevolg van het geringe kamervolume slechts een klein percentagedeel vocht. Om geen verdere luchtvochtigheid door vers aangezogen lucht toe te voeren, moet de kamer luchtdicht geïsoleerd en afgedicht zijn. De geringe condenswater- of ijskristalvorming van de aanwezige luchtvochtigheid heeft geen invloed op de temperatuurregeling en is verwaarloosbaar.

Afhankelijk het materiaal kan de behuizing van de warmtewisselaar vervormen als gevolg van extreme temperatuurveranderingen. Met stijgende temperaturen, getest vanaf een kamertemperatuur van 20 °C, zet het materiaal van de behuizing langzaam uit. Wanneer de temperaturen dalen, krimpt het materiaal weer. Hoewel de vervorming geen effect heeft op het temperatuurregelproces, kan deze wel de positie en de aansluitnauwkeurigheid van de connectoren beïnvloeden. Door een overeenkomstige versterking van de behuizingswanden wordt vervorming als gevolg van temperatuurveranderingen voorkomen. 

Verwarming of afkoeling van de buitenwanden door het contact tussen het roestvrij staal en de warmtewisselaar wordt voorkomen met passende constructieve maatregelen. Het gebruiken van speciale materialen voorkomt contactpunten tussen warmtewisselaars en roestvrij staal. Deze thermische ontkoppeling zorgt er samen met de isolatie voor dat het niet tot brandwonden komt in het geval van contact met de behuizing of dat condenswater wordt gevormd door sterke afkoeling (fig. 6).