Smörjmedel säkrar inte bara en friktionsfri drift – utan kan också ha en viktig kylande effekt. Den egenskapen tar vi fasta på när vi utvecklar produkter för nya affärsområden. Målet är att nya typer av vätskor ska såväl kunna kontrollera temperaturen i eldrivna fordons drivsystem, som att kunna kyla utrustningen i stora datorhallar. För detta används en ny process där hela enheter sänks ner i kylvätska.
Tjocka oljor, drypande smörjfett och en skarp doft av kemikalier i luften – det är vanliga associationer många får när det tänker på smörjmedelstillverkning. Men den här bilden stämmer inte längre, åtminstone inte för oss på FUCHS. Faktum är att vi sedan länge arbetat utifrån omvärldens krav på hållbarhet och ökad digitalisering genom att kontinuerligt utveckla nya, innovativa produkter. I modern labbmiljö utvecklar våra experter kylvätskor och smörjmedel som sätter trender för hela branschen.
Ett fokusområde är e-mobility. Motorerna, kraftelektroniken och högspänningsbatterierna i elbilar blir väldigt heta. Ett eldrivet fordon kan fatta eld om systemet för värmekontroll inte fungerar som det ska. ”En effektiv kylning är därför otroligt viktigt” förklarar Thomas Kraft, Business Development Manager E-Mobility.
Thomas team har startat en offensiv utvecklingsfas för att de komplicerade värmeströmmarna i elbilar ska kunna kontrolleras ännu effektivare. På så sätt bygger vi en bro mellan den gamla och nya teknologin inom fordonsbranschen. Även i konventionella fordon har oljan alltid haft en kylande funktion, vid sidan av sin huvuduppgift – att smörja. Erfarenheterna vi har inom detta område kan även användas för e-mobility.
De dyra batteriuppsättningarna i elfordon består av en massa mindre battericeller och är väldigt känsliga. ”Det idealiska vore om arbetstemperaturen kunde hållas inom ett intervall på 20–40 °C," förklarar Thomas. Det skulle säkerställa längsta möjliga livslängd för batterierna och bästa räckvidd för fordonet.
Men att hålla temperaturen inom det intervallet är en komplicerad uppgift för temperaturregleringssystemen – speciellt när elbilen är kopplad till en station för snabbladdning. Effekten i laddkabeln är 350 kW och förväntas bli ännu högre framöver. ”Laddningseffekter på 1000 kW planeras redan för eldrivna lastbilar” fortsätter Thomas. Med den här extremt höga effekten kan laddningstiderna minskas ytterligare – och inom en snar framtid kan de vara nere på bara 10 minuter. Däremot alstrar så korta laddningstider enorma mängder värme och vanliga kylningsprocesser räcker inte till.
Tuffa labbtester
Vi investerar därför i en ny process för immersionskylning avsedd för elfordon. Vid detta tillvägagångssätt används inte längre kylledningar, utan i stället sänks hela elektroniska moduler ner fullständigt i en speciell vätska som kallas värmeöverföringsvätska. Temperaturfördelningen blir därmed jämnare, vilket gör processen mer effektiv till en rimligare kostnad.
Men, kraven på dessa värmeöverföringsvätskor är strikta. De får inte angripa materialet och måste samtidigt vara flamskyddande. Immersionskylning används också redan i vissa superbilar. Här använder sig tillverkarna av fluorerade kylvätskor, vilket ställer särskilda krav när det kommer till hantering under produktion, kassering eller vid eventuellt läckage ut i miljön. Om de kommer ut i atmosfären kan de ge en avsevärd negativ inverkan på våra vattendrag.
FUCHS arbetar därför på att ta fram ett alternativ. ”Vi använder traditionella oljor, som består av kolvätekedjor och som kan kasseras på ett miljöriktigt sätt”, berättar Thomas. I trygg och säker labbmiljö forskar våra specialister på de egenskaper som dessa värmeöverföringsvätskor måste ha. Det här arbetet är mycket komplicerat. Kortkedjiga kolväten har till exempel lägre viskositet och kan därför lättare pumpas genom kylsystemet, dock är de mer lättantändliga.
Här måste produktutvecklarna hitta bästa möjliga balans mellan dessa båda egenskaper. De testar de nya produkterna under verkliga förhållanden och undersöker hur batteriuppsättningarna reagerar vid eventuell brand när olika vätskor cirkulerar runt omkring dem. ”Förutom perfekt funktion, är säkerheten runt våra produkter alltid vår högsta prioritet” ” betonar Thomas, ”även om kostnaden också måste ligga på en rimlig nivå.”
Utvecklingsarbetet är inte begränsat till bara elfordon. Immersionskylningen kan lika effektivt användas inom andra områden. Ett sådant tillämpningsområde är datorhallar som nu växer upp som svampar över hela världen.
Enorma datamängder passerar ständigt genom nätverksnoder eller lagras i molnet. Det här kräver inte bara processorkraft, utan alstrar också värme, som i sin tur ökar energiförbrukningen. Enligt en färsk undersökning utförd av Borderstep Institute for Innovation and Sustainability, steg energibehovet till servrar och datorhallar i Tyskland med sju procent till 16 miljarder kilowattimmar bara under 2020. Och trenden visar på fortsatt ökning.
Hittills har kraftfulla fläktar blåst in luft för att kyla de allt mer kraftfulla servrarna och routrarna i datorhallarna. Men detta kommer snart inte vara tillräckligt. Branschen försöker därför hitta andra alternativ till värmehantering. ”Immersionskylning kan vara en viktig del av lösningen” kommenterar David Baier, Head of Global Product Management Industrial Oils.
Nära samarbete
Han har därför täta samtal med driftsoperatörerna för datorhallarna samt med deras leverantörer och hårdvarutillverkare. De kylvätskor som används och de tekniska komponenterna måste vara kompatibla med varandra. ”Vätskorna får under inga omständigheter vara ledande”, kommenterar David. De får inte skada elektroniken och måste kunna fördelas effektivt. Endast då dessa förutsättningar är uppfyllda, kan hela servrar sänkas ner i olja.
FUCHS i Polen är en pionjär inom immersionskylning för datateknik. I samarbete med en banbrytande kund och specialister från FUCHS i Tyskland, har de redan utvecklat en kylvätska för enheter som används vid kryptominering, dvs. skapande av virtuell valuta, som till exempel bitcoin. Denna komplexa process förbrukar en enorm mängd elektricitet. ”Med immersionskylning kan vi minska energiförbrukningen avsevärt”, kommenterar Bogdan Mista, Product Manager på FUCHS i Polen. Pilotprojektet resulterade också i några oväntade upptäckter. För den här kunden var det mycket viktigt att värmeöverföringsvätskorna hade en neutral lukt, något som inte alls är så högt prioriterat i andra branscher.
Immersionskylning för data- och serverhallar ligger fortfarande i sin linda. Men utvecklingsarbetet fortsätter. I framtiden skulle den alstrade värmen kunna användas för att värma upp rum eller vatten. Här är det helt klart avgörande att man väljer rätt typ av kylvätska. Våra specialister har redan börjat arbeta med idén.
E-mobility
Utvecklingen av elbilar ställer fordonsindustrin inför nya utmaningar.
Avfall
Avfall – ingrediens i framtidens smörjmedel.
Mikrobiologi
Mikrobiologi – vapen i kampen mot föroreningar.