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3D-gedruckter Kühlwassermantel Anwendung

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der deutsche FSG-Formelrennstall "E-Stall" in Zusammenarbeit mit EPLUS3D

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Obwohl bei größeren industriellen Wärmetauschern immer noch traditionelle Fertigungstechniken zum Einsatz kommen, geht die Nachfrage nach Wärmetauschern in den meisten Fällen in Richtung immer kleinerer Größen und kompakterer Strukturen.

Der Hauptvorteil, den die 3D-Druck-additive Fertigungstechnologie bietet, ist die größere Designfreiheit, die eine effizientere Wärmeübertragung ermöglicht und gleichzeitig die Anzahl der benötigten Teile reduziert. Dies führt zu weniger Platz und weniger Material, wodurch das Gerät leichter wird und gleichzeitig eine höhere Wärmebelastung und Leistungsdichte bewältigen kann.

Heute werden wir eine Fallstudie eines 3D-gedruckten Kühlwassermantels teilen, der vom deutschen FSG-Formelrennteam "E-Stall" in Zusammenarbeit mit uns entworfen und entwickelt wurde, um den repräsentativen Technologiebeschleuniger zu erfahren, wie man die Leistung von Teilen durch additive Fertigungstechnologie für den Motorsport verbessern kann.

Herausforderungen bei der Kühlung von Hochleistungsmotoren

Das Rennteam "E-Stall" der Hochschule Esslingen konstruiert und fertigt einen Elektro-Rennwagen für die FSG.

E.Stall ist seit vielen Jahren ein anerkannter Teilnehmer im Formula Student Wettbewerb. Basierend auf den Erfahrungen der vergangenen Rennsaison will man das Kühlsystem des Elektro-Rennwagens in Bezug auf die Zuverlässigkeit verbessern. Der vom E.Stall-Team verwendete Kühlwassermantel wurde aus hochtemperaturbeständigem Kunststoff gefertigt, in zwei Halbschalen geteilt und direkt am Motor montiert. Der Zweck des Kühlwassermantels ist es, die Temperatur des Motors zu regulieren, um zu verhindern, dass der Motor während des Rennens überhitzt. Wenn der Motor nicht rechtzeitig gekühlt wird, ist das Risiko eines Schadens hoch. In früheren Saisons wurden Kühlwassermäntel aus Kunststoff verwendet, die anfällig für Wasserleckagen waren und Probleme mit dem Motor verursachten.

Erhöhen Sie die Freiheit bei der Gestaltung des Kühlsystems

Das E.Stall-Team nutzte die Pulverbett-Laserschmelz-Metall-3D-Drucktechnologie von EPLUS3D, um mehr Freiraum für die Optimierung des Designs des Kühlwassermantels zu erhalten.

Im elektrischen Allradrennsport müssen Hochleistungsmotoren gekühlt werden. In den Felgen der Rennwagen gibt es nur einen geringen Luftstrom, daher ist die Verwendung eines Kühlwassermantels unerlässlich. Es gibt einen Satz Kühlwasserrohre auf beiden Seiten, und die beiden Motoren des Rennwagens werden durch entsprechende Wandler gekühlt.

E.Stall verwendet den neuesten Entwurfsplan für additive Fertigung und den EP-M250Pro, einen 3D-gedruckten Aluminium-Kühlwassermantel, der das Problem des Wasseraustritts und des Kühlwassers löst. Auch die Struktur und das Gewicht der Hülse wurden deutlich optimiert.

Die Vielseitigkeit der Metall-3D-Drucktechnologie gibt dem E.Stall-Team mehr Möglichkeiten, neue Formen zu testen, was mit traditionellen Methoden unmöglich ist. Gleichzeitig ermöglichen die Materialeigenschaften von Aluminium, dass die gesamte Oberfläche des Kühlwassermantels Wärme ableiten kann.

Der 3D-gedruckte Aluminium-Kühlwassermantel nimmt ein integriertes Design der Funktionsintegration an, bei dem der Kühlwasserkreislauf in die dünnwandige Struktur integriert ist. Das Team von E. Stall führte eine Flüssigkeitssimulation an dem mittels additiver Fertigung entworfenen Kühlwassermantel durch und verbesserte kontinuierlich den Konstruktionsplan, um schließlich einen Aluminium-Kühlwassermantel mit einem Innendurchmesser von 94 mm, einem Außendurchmesser von 112 mm und einer Höhe von 126 mm zu erhalten.

Nach Angaben des E.Stall-Teams können sie mit Hilfe des Eplus 3D-Teams und seiner neuesten additiven Fertigungstechnologie einen hochpräzisen 3D-Drucker einsetzen, um die Wandstärke des Kühlwassermantels zu reduzieren und so den Gesamtdurchmesser zu verringern. Dieses komplizierte Design ist mit traditioneller Fertigungstechnologie unvorstellbar.