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DGMK-Projekt Schmier­stoffe

Spray-Cooling in der Elektromobilität – Anwendungsnahe Charakterisierung des Wärmeübergangs von Ölen mit einem neuen Messverfahren

Laufzeit
2021 – 2023 (30 Monate, geplant)
Forschungsstelle
Steinbeis Innovation gGmbH
Zentrum für Wärmemanagement (ZFW)
Prof. Dr.-Ing. Andreas Griesinger
Anlass und Ziel

Elektrisch betriebene Fahrzeuge benötigen ein ausgeklügeltes Wärmemanagement. Insbesondere die Kühlung des eigentlichen Antriebs muss sicher und leistungsfähig sein. Hierfür werden typischerweise Wasser-Glykol-Kreisläufe eingesetzt. Wasser-Glykol-Gemische sind mit ihrer hohen Wärmekapazität und gleichzeitig guten Wärmeleitfähigkeit hervorragend für Kühlaufgaben geeignet. Neben einem Kühlkreislauf wird in Fahrzeugen zusätzlich ein Schmierkreislauf für bewegte Antriebskomponenten benötigt. Zukünftig kann unter Umständen auf den Wasser-Glykol-Kreislauf verzichtet und stattdessen das ohnehin zur Schmierung vorhandene Öl für die Kühlung eingesetzt werden. Durch die Reduktion auf lediglich einen Fluidkreislauf können die Systemkomplexität minimiert und der Kostenaufwand in Entwicklung und Herstellung erheblich reduziert werden. Dazu muss das Kühlsystem derart modifiziert werden, dass die grundsätzlich schlechteren Wärmeträgereigenschaften von Ölen kompensiert und diese für die Kühlung attraktiv werden. Eine gesteigerte Kühlwirkung kann durch direktes Spray-Cooling auf die offenen Strukturen der zu kühlenden Komponenten erreicht werden. Diese Strategie wird durch die elektrische Isolationswirkung von Ölen ermöglicht.

Kurzbeschreibung

Im Rahmen des geplanten Forschungsprojektes wird der Ansatz des direkten Spray-Coolings mit Ölen auf offene elektrische und elektronische Komponenten analysiert und optimiert. Hierzu wird ein neu konzipiertes Messverfahren eingesetzt, das den Wärmeübergang zwischen beliebigen Festkörperoberflächen und dem Öl quantifiziert (Auf Basis des thermischen Transientenverfahrens). Das Messverfahren bietet gegenüber herkömmlichen Verfahren den Vorteil, dass es den tatsächlichen Wärmepfad analysiert. Damit lassen sich die Messergebnisse direkt in die praktische Anwendung übertragen. Der Wärmeübergang folgt physikalisch hochkomplexen Zusammenhängen und wird von einer Vielzahl unterschiedlichster System- und Betriebsparameter beeinflusst. Eine systematische, messtechnische Untersuchung liefert Aufschluss über den Einfluss einzelner Parameter sowie über deren Wechselwirkungen. Die Überführung dieser Zusammenhänge in mathematische Korrelationen (sogenannte Nußeltgleichungen) ermöglicht eine einfache und schnelle Vorausberechnung des Wärmeübergangs beim Spray-Cooling. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen dienen zukünftig der Industrie als Basis für die Entwicklung kühl- und schmiergeeigneter Öle inklusive der benötigten Additive.

Bearbeitungsstand

Der IGF-Antrag wurde zur Begutachtung eingereicht.

Projektstatus

Projekt­koordination

Jan Ludzay

Leiter der Abteilung Verarbeitung und Anwendung

Nadine Ludzay

Koordination