Рисунок 1: Рубашка охлаждения, произведенная аддитивным производством
Используя технологию аддитивного производства, студенческая гоночная команда Formula E-Stall Университета прикладных наук Эсслингена, Германия, смогла успешно улучшить охлаждение электрической трансмиссии и силовой электроники. Изготовленные из алюминия детали, напечатанные с высочайшей точностью на EP-M260 EPlus3D, могут легко рассеивать выделяемое тепло и, следовательно, улучшать характеристики гоночного автомобиля.
Гоночная команда E-Stall из Университета прикладных наук Эсслингена проектирует и конструирует электрический гоночный автомобиль для участия в соревнованиях Formula Student. Вместе с EPlus3D можно значительно улучшить три компонента, из которых два являются теплообменниками.
Что такое соревнования Formula Student Germany?
В программе «Formula student» студенческая команда строит одноместный гоночный автомобиль «Formula», на котором они соревнуются с другими командами со всего мира. Соревнование выигрывает не только команда с самой быстрой машиной, но и команда с лучшим общим дизайном, производительностью, финансовым планированием и продажами.
Formula Student предлагает членам команды сделать все возможное в своем образовании, используя интенсивный опыт в строительстве и производстве, а также учитывая экономические аспекты автомобильной промышленности. Команды исходят из предположения, что они являются производителем, разрабатывающим прототип, который будет оцениваться для производства. Целевая аудитория - непрофессиональный Weekend-Racer. Гоночный автомобиль должен показывать очень хорошие ходовые качества, такие как ускорение, торможение и управляемость. Он должен предлагаться по очень разумной цене, быть надежным и надежным. Кроме того, рыночная стоимость автомобиля увеличивается за счет других факторов, таких как эстетика, комфорт и использование доступных стандартных компонентов.
Задача, стоящая перед командами, состоит в том, чтобы составить полный пакет, состоящий из хорошо сконструированного гоночного автомобиля и плана продаж, который наилучшим образом соответствует данным критериям. Решение принимает жюри, состоящее из экспертов из автоспорта, автомобилестроения и поставщиков. Жюри оценит автомобиль каждой команды и план продаж на основе строительства, планирования затрат и презентации продаж. Остальная часть судейства будет проводиться на трассе, где ученики продемонстрируют в ряде тестов производительности, насколько хорошо их самодельные гоночные автомобили работают в их истинной среде.
О приложении
E.Stall был неотъемлемой частью и проверенным конкурентом в Formula Student на протяжении многих лет. Основываясь на результатах прошлых гоночных сезонов, они хотели улучшить систему охлаждения своего электрического гоночного автомобиля с точки зрения надежности. Предыдущая охлаждающая рубашка, используемая командой E.Stall, была сделана из термостойкого полимера, который был установлен непосредственно вокруг электропривода, состоящего из двух кожухов. Рубашка охлаждения предназначена для регулирования температуры привода и предотвращения перегрева. Без достаточного охлаждения риск повреждения двигателя довольно высок. В течение сезона использования полимерной охлаждающей рубашки было показано, что двухкомпонентный раствор склонен к утечкам и, следовательно, к проблемам.
В электрическом полноприводном гоночном автомобиле высокопроизводительные электродвигатели необходимо охлаждать. Поскольку эти двигатели имеют высокую удельную мощность 10 кВт / кг, они могут перегреться при полной нагрузке без охлаждения. Есть два контура охлаждения, по одному с каждой стороны. Охлаждаются все четыре двигателя и соответствующие инверторы. Используя разработку EPlus3D для аддитивного производства и их новейшее решение для сварки в слое металлического порошка EP-M260 Dual-Laser, проблема утечки охлаждающих компонентов может быть решена, а производительность может быть значительно увеличена.
Благодаря универсальности технологии 3D-печати металлом, команда E.Stall смогла испытать новые формы, что до сих пор было невозможно с помощью традиционных методов. В то же время вся поверхность охлаждающей рубашки может использоваться для отвода тепла благодаря природе алюминиевого материала.
«Охлаждающая рубашка с 3D-печатью будет эффективным и надежным продуктом. Нам удалось создать сложные конструкции, что немыслимо никакими традиционными способами. С помощью EPlus3D и новейших технологий аддитивного производства мы смогли уменьшить толщину стенок благодаря высокой точности 3D-принтера и, следовательно, уменьшить общий размер деталей ».
Рядом с рубашкой охлаждения EPlus 3D поддерживал E-Stall охлаждающей пластиной для своих инверторов и компонентом рулевого управления. Оба также унаследовали функциональную интеграцию нескольких компонентов, облегченный дизайн и общие улучшения производительности.
Рисунок 2: Охлаждение инверторов
Улучшения производительности
Рисунок 3: Рассеивание тепла рубашкой охлаждения
Благодаря функциональной интеграции системы охлаждения, разъемов и монтажа, этапы сборки экономятся, а отказоустойчивый дизайн больше не подвержен утечкам. Минимальная толщина стенки детали помогает уменьшить общий диаметр и, следовательно, создать больше места для других компонентов подвески, которые базируются вокруг электродвигателя.
Высокое качество отпечатков имеет решающее значение для их функционирования. Правильно подогнанная и запрессованная охлаждающая рубашка была так же важна, как и прямолинейность охлаждающей пластины для инверторов. Обе части могли хорошо выполнять свои функции и поддерживать температуру двигателей и инверторов ниже 65 ° C, что, по мнению команды, является «невероятно хорошим результатом». По сравнению с прошлым сезоном, когда двигатели регулярно нагревали до 120 ° C, ясно показано преимущество производственного процесса EPlus3D, который позволяет интегрировать конструкцию.
Рисунок 4: Моделирование потока в охлаждающей рубашке.
Конструкция рубашки охлаждения позволила смоделировать холодопроизводительность 3,8 кВт. Из-за низкой температуры компонентов они могут работать более эффективно, что приводит к увеличению дальности хода автомобиля в целом, а также к более быстрому ускорению.
Заключение
Благодаря отличному проектированию компонентов и деталей в целом, а также самоотверженности всей команды E-stall, они заняли 4-е место в соревнованиях по инженерному дизайну в FS Czech и FS Alpe Adria. По словам Феликса Венцельбургера, менеджера проекта Powertrain & Vehicle Dynamics, «эта дисциплина является наиболее важной из всех статических дисциплин и оценивает технические знания команды и процессы, которые они используют для проектирования автомобиля».
В Хорватии они завершили гонку на выносливость и заняли первое место в категории эффективности. Мероприятие на выносливость проверяет надежность автомобиля и каждого компонента. Кроме того, по этой дисциплине начисляется наибольшее количество баллов. Вот почему успешное мероприятие на выносливость является главной целью каждой студенческой команды Formula и, следовательно, огромной вехой для них. Это мероприятие на выносливость демонстрирует высокую надежность и функциональность теплообменников, изготовленных методом аддитивного производства металлов. В будущем мы увидим растущий спрос на такие приложения в тех областях, где легкость и производительность имеют решающее значение.
Рисунок 5: Корпус рулевого механизма также был распечатан EPlus3D.
