Das Projekt "Energiespeicherung durch Latentwärmespeicher - Wärmeuebertragung an schmelzende und erstarrende Substanzen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Technische Universität Darmstadt, Fachgebiet Technische Thermodynamik durchgeführt. Da bisher keine Methode existiert, elektrische Energie in groesseren Mengen wirtschaftlich zu speichern, gewinnt die Speicherung von Waermeenergie zunehmend an Bedeutung. Es ist bekannt, dass eutektische Mischungen aus Fluoriden der Alkali- und Erdalkalimetalle (LIF, NaC18 NaF, MgCl2), aber z.B. auch reines Lithiumfluorid extrem hohe Schmelzwaermen besitzen. Fluoridmischungen koennen 2- bis 3-mal soviel Waerme speichern wie bisher benutzte Waermespeichermaterialien. Im Vergleich zum Bleiakkumulator weisen sie eine etwa dreissigmal hoehere Energiespeicherkapazitaet auf. Es besteht das Problem der Erreichung hoher Waermestromdichten zum Zweck einer moeglichst intensiven Waermezufuhr bzw. Waermeabgabe an der Oberflaeche.
Das Projekt "Recycling von Übergangsmetall-Katalysatoren mit Hilfe der Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik durch Temperatursteuerung der Lösungseigenschaften" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Universität Dortmund, Fachbereich Chemietechnik, Lehrstuhl für Technische Chemie A (Chemische Prozessentwicklung) durchgeführt. Die homogene Übergangsmetall-Katalyse hat durch ihre hohe Selektivität und Effizienz zunehmende Bedeutung für die Produktion von Bulk- und Feinchemikalien erreicht. Voraussetzung ist dabei das Recycling der wertvollen Edelmetall-Katalysatoren. Hierfür hat sich die Flüssig-flüssig-Zweiphasentechnik, bei der sich der Katalysator und das Produkt in getrennten flüssigen Phasen befinden, auch im industriellen Einsatz bewährt. Ihre Anwendung erfordert allerdings eine ausreichende Löslichkeit der Edukte in der den Katalysator enthaltenden Phase. Eine universellere Anwendbarkeit soll in diesem Forschungsprojekt erzielt werden durch Methoden, die die Reaktion zunächst in einer gemeinsamen Phase und dann durch Temperatur-Absenkung die Trennung von Produkt und Katalysator ermöglichen. Aus der Literatur ist die 'Thermoregulierte Phasentransferkatalyse' bekannt, bei der die starke Temperaturabhängigkeit der Löslichkeit eines Katalysators mit speziellen Liganden genutzt wird. Durch eigene Vorarbeiten bestehen Erfahrungen mit Lösungsmittelsystemen, die sich durch Temperaturänderung in zwei Phasen trennen lassen. Ziel ist die Kombination dieser Methoden, um sowohl eine hohe Reaktivität als auch eine gute Abtrennung des Katalysators durch Optimierung der Liganden und des Lösungsmittelsystems zu erreichen. Als Reaktionen sind zunächst Hydroformylierungen, Oligomerisierungen, Hydrierungen und Hydrosilylierungen mit Petrochemikalien sowie mit Fettstoffen als Beispiele für nachwachsende Rohstoffe geplant.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Tieftemperatur-Umwandlungsvorgänge in hochfesten Schmiedestählen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von RWTH Aachen University, Institut für Eisenhüttenkunde durchgeführt. Entwicklung und Etablierung einer Methodik zur exakten Beschreibung mehrphasiger bainitischer Gefüge, da die Lichtmikroskopie aufgrund zu hoher Komplexität und zu geringer möglicher Auflösung versagt - Entwicklung einer Bildanalyseroutine zur automatisierten Auswertung von REM-Aufnahmen bainitischer Mikrostrukturen - Anwendung der Routine auf die Stähle HDB, 38MnVS6, 18CrNiMo7-6 und exakte Beschreibung der entstehenden Mikrostrukturen - Identifikation relevanter Gefügeparameter und Verknüpfung mit mechanisch-technologischen Eigenschaften (TP 2, TP 3, TP 4, TP5). Lösungswege: Einstellung definierter Mikrostrukturen der Stähle 38MnVS6, HDB, 18CrNiMo7-6 mittels Dilatometrie - Charakterisierung der Proben mittels LOM, REM und EBSD, sowie Anwendung eines neuen Klassifizierungssystems - Entwicklung einer Bildanalyseroutine für bainitische Gefüge - Anwendung der Bildanalyseroutine auf gesteuert abgekühlte Proben (Kerbschlagbiege-, Zugproben) und Korrelation der mechanischen Eigenschaften mit der Mikrostruktur - Charakterisierung der Mikrostrukturen in Modellbauteilen (Rail-Bauteil und abgesetzte Welle) und Korrelation mit den mechanisch-technologischen Eigenschaften - Ableitung von eigenschafts- bzw. anwendungsbezogenen Richtlinien für kritische Mikrostrukturcharakteristika (Phasenanteile, -verteilungen, -morphologien etc.). Projektstruktur: Arbeitspaket 1: Werkstoffbereitstellung - Bereitstellung des HDB-Stahls für alle Projektpartner. Arbeitspaket 2: Basischarakterisierung : - Charakterisierung des Umwandlungsverhaltens anhand von ZTU- und UZTU-Diagrammen - Vorgaben für die Prozessführung in TP 2, TP 3, TP 4 - Erster Abgleich mit Ergebnissen aus TP 5. Arbeitspaket 3: Rasterelektronenmikroskopie : Ausführliche Charakterisierung kontrolliert abgekühlter Dilatomterproben mittel LOM, REM und EBSD - Entwicklung eines Klassifizierungssystems für bainitische Mikrostrukturen. Arbeitspaket 4: Entwicklung der Bildanalyseroutine : Entwicklung einer Strukturerkennungsroutine für REM-Aufnahmen - Entwicklung einer Klassifizierungsroutine auf Basis der Strukturerkennungsroutine. Arbeitspaket 5: Korrelation von Mikrostruktur und mechanischen Eigenschaften : Untersuchung der mechanischen Eigenschaften kontrolliert abgekühlter Proben mit bainitischen Mikrostrukturen - Identifikation maßgeblicher mikrostruktureller Einflussgrößen auf die mechanischen Eigenschaften und ggf. Quantifizierung des Einflusses. Arbeitspaket 6: Anwendung der Bildanalyseroutine auf die Modellbauteile : Anwendbarkeit der Analyseroutine auf die Mikrostrukturen der Modellbauteile (Rail-Bauteil und abgesetzte Welle) - Verknüpfung der mechanischen Eigenschaften mit Mikrostruktureigenschaften und Abgleich mit AP 5 - Verknüpfung der technologischen Eigenschaften mit Mikrostrukturparametern (aus TP 2 - 5). Arbeitspaket 7: Entwicklung einer Richtreihe für bainitische Mikrostrukturen. Arbeitspaket 8: Dokumentation.
Das Projekt "Teilprojekt 6: Kontrollierte Abkühlung von Bauteilen aus der Schmiedewärme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Stiftung Institut für Werkstofftechnik, Hauptabteilung Verfahrenstechnik an der Universität Bremen durchgeführt. Motivation: Durch die Einstellung des Werkstoffgefüges direkt aus der Schmiedehitze sind ressourcen- und energieeffiziente Prozessketten in der Umformindustrie realisierbar. Eine gezielte Temperatur-Zeit-Führung der Bauteile in der Wärmebehandlung ermöglicht es, die Werkstoffgefüge zu optimieren und die Prozesskette in der Produktion hochbeanspruchter Schmiedebauteile zu verkürzen und somit einen Vorsprung in der Entwicklung zu erlangen. Zielsetzung: - Verkürzung der Prozesskette - Einstellen des Werkstoffgefüges durch kontrollierte Zeit-Temperatur-Umwandlungsverläufe - Abkühlen aus der Schmiedewärme - Integration einer sicheren und energieeffizienten Prozessführung. Lösungsweg: Der Lösungsweg baut auf experimentellen und simulativen Untersuchungen adaptierter Abkühlprozesse auf. Der Temperatur-Zeit-Verlauf im Wärmebehandlungsprozess kann in drei Hauptbereiche unterteilt werden: - zügiges Abkühlen auf Bainitisierungstemperatur TB1 - isothermes Halten während der Bainitisierung TB2 - geregeltes Abkühlen aus der Bainitisierung TB3. Kontinuierliches ZTU-Diagramm eines HDB-Stahls mit möglicher Abkühlkurve. TB 1: zügiges Abkühlen auf Bainit - TBS. Die Wärmebehandlung der Schmiedebauteile erfolgt über eine kontrollierte Düsenfeldabschreckung. Düsenfeldabschreckung: Jets und Sprays. TB 2: isothermes Halten auf Bainitisierungstemperatur. Über einen Heißgasprozess ist ein isothermes Halten der Bauteile auf Bainittemperatur möglich. TB3: geregelte Abkühlung auf RT. Die Abkühlung auf RT erfolgt wiederum mittels Düsenfeldabschreckung.
Das Projekt "Teilprojekt 5: Sensorkontrollierte Umwandlung aus der Schmiedehitze" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Werkstoffkunde durchgeführt. Motivation: Moderne Hochleistungsbauteile erfordern die gezielte Einstellung von Bauteileigenschaften, entsprechend dem Beanspruchungsprofil, in effizienten Prozessketten bei kostengünstiger Fertigung. Forschungsziele: Durch die Entwicklung einer neuen Sensortechnik, die das Werkstoff- Umwandlungsverhalten erfasst, kann die Phasen- und Gefügeentwicklung in der Abkühlphase direkt verfolgt und gesteuert werden. Damit ergeben sich nach erfolgter thermomechanischer Bearbeitung neue Möglichkeiten zur gezielten Einstellung von Gefügen direkt aus der Schmiedewärme und damit von Bauteileigenschaften, wie diese bei Hochleistungsbauteilen gefordert werden - Sensorkontrollierte Werkstoffumwandlung aus der Schmiedewärme - Gezielte Einstellung von Phasenanteilen und Gefügen in der Abkühlphase - Qualitätssicherung der Bauteileigenschaften von Hochleistungsbauteilen in verkürzten Schmiedelinien bei kostengünstiger Fertigung. Lösungsansatz: - Sensorkontrollierte Umwandlung - Entwicklung und Erprobung einer zerstörungsfreien Sensor-Prüftechnik zur Inline-Erfassung des Werkstoff-Umwandlungsverhaltens - Klassifizierung der Phasen- und Gefügeanteile (Restaustenit, Bainit, Martensit, ...) - Steuerung der Phasenentwicklung und Gefügeausbildung in der Abkühlphase - Gezielte Einstellung von beanspruchungsgerechten, bainitischen Mehrphasen-Gefügen in Hochleistungsbauteilen. Messprinzip: - Wirbelstromtechnik - Online Werkstoffcharakterisierung - Mehrparameterprüfung. Differenzierte Betrachtung von Kern- und Randzoneneigenschaften - Fourieranalyse / Harmonischen Messwerte. Erfassung von Umwandlungsabläufen - Impedanzverhalten der Harmonischen - Identifizierung von Umwandlungsmechanismen - Quantifizierung von Gefügeanteilen. Sensorik: - Bainitsensor-Prüftechnik - Robust - Temperaturbeständig größer als 400 C - Berührungslose Messung - Quantifizierung des Bainit-Anteils. Voruntersuchungen: - Umwandlungsverhalten.
Das Projekt "Stabilität atmosphärischer Schwerewellen" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von University Lund durchgeführt. Moderne Wettervorhersagen und Klimaprognosen sind stark abhängig von numerischen Simulationen, welche die atmosphärischen Zustandsgrößen auf ein Gitternetz, das die Erde umspannt, abbilden. Die numerischen Modelle lösen die fluidmechanischen auf Elementarprinzipien basierenden Bewegungsgleichungen für alle Zustandsgrößen auf jedem Gitterpunkt. Die Gitterweite ist begrenzt durch die Rechenleistung, so dass Phänomene kleinerer Skalen als die Gitterweite von den Modellen nicht aufgelöst werden. Das Brechen interner Schwerewellen ist eines dieser Phänomene. Atmosphärische Schwerewellen werden meistens in der Troposphäre angeregt, wandern aufwärts und werden instabil, da ihre Amplitude durch die dünner werdende Hintergrundluft wächst. Schließlich brechen sie. Die höhenmäßige Amplitudenverstärkung ist, im Besonderen, theoretisch nicht gut verstanden. Das Wellenbrechen spielt eine wichtige Rolle für die Genauigkeit der Vorhersagen, so dass es nicht vernachlässigt werden darf. Eine bewährte Abhilfe ist durch Parametrisierungen gegeben. Sie schätzen den Einfluss der nicht aufgelösten Effekte mithilfe der aufgelösten Zustandsgrößen ab. Die Qualität der Parametrisierung hängt konstruktionsbedingt von den betrachteten Skalen ab. Mit zunehmender Rechenleistung wird die Auflösung der Modelle verfeinert, die Skalen dadurch verkürzt und genauere Parametrisierungen werden notwendig. In diesem Projekt wird eine Theorie für Schwerewellenbrechen entwickelt, die in Parametrisierungen der nächsten Generation Anwendung findet und dabei Methoden aus Numerik, Asymptotik und Funkionalanalysis verbindet. Als erstes werden asymptotische wandernde Wellenlösungen der skalierten Bestimmungsgleichungen, welche erstmals die realistische höhenmäßige Amplitudenverstärkung berücksichtigen, hergeleitet. Diese Lösungen werden gegenüber den kompletten nichtlinearen Eulergleichungen, die den Elementarprinzipien entsprechen, validiert und der Einfluss von Dissipation untersucht. Wandernde Wellenlösungen gehören zu einer spezielle Lösungsklasse, die es gestattet Stabilität analytisch zu erforschen. Aus dem Gebiet der Funktionalanalysis wird die spektrale Stabilitätsanalyse angewandt, um Kriterien zur Vorhersage instabiler Wellen herzuleiten. Diese Kriterien werden Parametrisierungen als Schwellwerte für Wellenbrechen dienen.
Das Projekt "Teilprojekt 2: Experimentelle und numerische Untersuchungen zur kontrollierten Wärmebehandlung hochbeanspruchter Stahlschmiedebauteile aus der Schmiedewärme" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Leibniz Universität Hannover, Institut für Umformtechnik und Umformmaschinen durchgeführt. Motivation: Die konventionelle Herstellung hochbelasteter Bauteile ist durch eine relativ lange Prozesskette gekennzeichnet. Mittels einer prozessintegrierten Wärmebehandlung aus der Schmiedewärme können sowohl die Wirtschaftlichkeit produzierender Unternehmen als auch die Energieeffizienz erhöht werden. Das Zwischenstufengefüge Bainit kombiniert hohe Festigkeit mit verbesserter Zähigkeit. - Verbesserung der mechanischen Bauteileigenschaften - Verkürzung der Prozesskette - Berücksichtigung der umformbedingten Korngrößenänderung und abkühlungsbedingten Gefügeentwicklung im Schmiedebauteil bereits während der Prozessauslegung - FE-basierte Vorhersage des durch die Wärmebehandlung hervorgerufenen Verzugs im Bauteil. Zielsetzung und Vorgehensweise: - Programmtechnische Erweiterung kommerzieller FE-Systeme durch Einbindung von Unterroutinen - Die Unterprogramme basieren auf physikalischen empirischen Modellen zur Berechnung des Umformverhaltens, der zeitlich und lokal ausbildenden Gefüge- und Kornstruktur sowie des Aufkohlungsverhaltens - Numerische und experimentelle Untersuchungen an den zwei Modellgeometrien 'Abgesetzte Welle' und 'Railbauteil' - Untersuchung von Stählen mit unterschiedlichem Ausgangs- und Zielgefüge - Einsatzstahl - AFP-Stahl - HDB-Stahl. Experimentelle Untersuchungen: FE-gestützte Prozessentwicklung und Werkzeugauslegung - Reproduzierbare Versuchsergebnisse durch automatisierten Schmiedeprozess - Gezielte Prozessführung mit thermischer Überwachung zur Einstellung der Zielgefüge - Beurteilung der Bauteilqualität hinsichtlich Maßhaltigkeit mittels einer 3D-Koordinatenmessmaschine - Metallographische Untersuchungen der Fertigteile zur Beurteilung der umformtechnisch eingebrachten Kornfeinung - Untersuchung des Verzugverhaltens. Numerische Untersuchungen. Berechnung der diffusionsgesteuerten und diffusionslosen Gefügeumwandlung während des Abkühlvorgangs - Berechnung des abkühlvorgangsbedingten Bauteilverzugs durch Berücksichtigung umwandlungsplastischer und umwandlungsbedingter Dehnungsanteile - Bestimmung der Korngrößenverteilung infolge statischer und dynamischer Rekristallisation - Lückenlose numerische Abbildung von Schmiedeprozessketten (Erwärmen, Schmieden, Abkühlen) unter Berücksichtigung gefügeevolutionsbedingter Veränderungen der Bauteileigenschaften.
Das Projekt "Teilvorhaben: Verständnis und Verbesserung der Fest-Fest-Phasengrenzen Elektrode/Festelektrolyt" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Karlsruher Institut für Technologie (KIT), Sondervermögen Großforschung, Institut für Technikfolgenabschätzung und Systemanalyse durchgeführt. Li-Festelektrolyt-Batterien (LFEB) erhöhen gegenüber konventionellen lithium-Ionen Batterien sowohl die Energieparameter als auch die Sicherheit. Das technische Haupthindernis bis zur Marktreife von LFEB ist die Phasengrenze fest (Elektroden)/fest(Elektrolyt). Zu ihrer Verbesserung, d.h., Homogenisierung und Reduzierung des Widerstandes wird ein hybrides Elektrolytsystems für Anode und Kathode basierend auf dem festelektrolyten (FE) und Ionic Liquids (IL) entwickelt. Der IL Part, übernimmt dabei aufgrund seines flüssig-gelartigen Aggregatzustandes die vollständige Anbindung des FE an die Elektroden. Das ökonomische Haupthindernis sind die Kosten der Li-Folie. In diesem Projekt wird auf die extrem teure metallische Li-Anodenfolie verzichtet und die Li-Anode während der Formation in-situ gebildet. Ein bipolares Batteriedesign mit einer zu entwickelnden dünnen Bipolarfolie in der Kombination +Al/Cu(Ni)- erhöht die Energieparameter weiter. Die vorgeschlagenen Lösungen sind aufgrund der hohen Energie und Sicherheit der Batterie insbesondere für Traktionsbatterien geeignet. Der Sprung von der Entwicklung des LFE-Systems mit einem hybriden Elektrolyten im Labor bis zu einer Traktionsbatterie ist in diesem Projekt jedoch zu groß. Daher wird als Zwischenschritt die Entwicklung einer Coinpower Zelle mit größer als 500 Wh/l angestrebt, auch um die Marktführerschaft der VARTA in diesem Bereich weiter abzusichern.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung, Konstruktion und Optimierung eines Spindel-Kompressors. Einbindung des Kompressors in ein Kältesystem. Marktanalyse." wird vom Umweltbundesamt gefördert und von COMBITHERM Apparate- und Anlagenbaugesellschaft mbH durchgeführt. Deutschlandweit sind in industriellen Produktionsstandorten über 62.000 Druckluftanlagen installiert, die jährlich 14 TWh Strom verbrauchen. Diese sind meist als Schraubenverdichter ausgeführt und weisen aufgrund ihres thermodynamischen Grundprinzips einen sehr geringen Wirkungsgrad von rund 7% auf. Verdichtungsmaschinen mit dem gleichen Wirkungsprinzip werden in der Kältetechnik eingesetzt. Industriell werden hier deutschlandweit jährlich rund 71 TWh elektrischer Energie in stationären Anlagen verbraucht, 14% des gesamten Elektroenergiebedarfs entspricht. Zusätzlich sind mobile Kältesysteme für rund 5 bis 10% des Primärenergieverbrauchs im Verkehrssektor und damit bis 92 TWh verantwortlich. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Technologie zur energieeffizienten, umweltschonenden Kälteerzeugung. Dabei soll mit Alkohol versetzter Wasserdampf als Kältemittel zum Einsatz kommen und die bisher dominierenden F-Gase ersetzen. Um den gasförmigen Aggregatzustand von Wasser/Ethanol herzustellen, muss hierzu ein starker Unterdruck vorliegen, zusätzlich sind hohe Volumenströme zu gewährleisten, um eine entsprechende Kälteleistung sicherzustellen. Die Verdrängereinheit auf Grundlage der Spindelverdichtertechnik zeichnet sich durch eine Vielzahl hintereinander angeordneter Arbeitskammern aus, die zwischen zwei Wellen mit komplexen, axial stark veränderlichen Schraubengeometrien gebildet werden. Durch die Rotation der beiden Rotoren entsteht ein axialer Fördergasfluss bei gleichzeitiger Volumenerhöhung, was zum gewünschten Aufbau des Unterdrucks führt. Aufgrund der mehrstufigen Charakteristik der Volumenänderung ist es möglich, das Fördergas dauerhaft so zu temperieren, dass eine energetisch optimale Zustandsänderung erfolgt. Aufgrund der geringen Druckunterschiede zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern kann auf Öl als Betriebsfluid zur Abdichtung der Spalte verzichtet werden.
Das Projekt "Teilvorhaben: Entwicklung des Fertigungskonzepts für die Rotorfertigung" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik durchgeführt. Deutschlandweit sind in industriellen Produktionsstandorten über 62.000 Druckluftanlagen installiert, die jährlich 14 TWh Strom verbrauchen. Diese sind meist als Schraubenverdichter ausgeführt und weisen aufgrund ihres thermodynamischen Grundprinzips einen sehr geringen Wirkungsgrad von rund 7% auf. Verdichtungsmaschinen mit dem gleichen Wirkungsprinzip werden in der Kältetechnik eingesetzt. Industriell werden hier deutschlandweit jährlich rund 71 TWh elektrischer Energie in stationären Anlagen verbraucht, was 14% des gesamten Elektroenergiebedarfs entspricht. Zusätzlich sind mobile Kältesysteme für rund 5 bis 10% des Primärenergieverbrauchs im Verkehrssektor und damit bis 92 TWh verantwortlich. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer Technologie zur energieeffizienten, umweltschonenden Kälteerzeugung. Dabei soll mit Alkohol versetzter Wasserdampf als Kältemittel zum Einsatz kommen und die bisher dominierenden F-Gase ersetzen. Um den gasförmigen Aggregatzustand von Wasser/Ethanol herzustellen, muss hierzu ein starker Unterdruck vorliegen, zusätzlich sind hohe Volumenströme zu gewährleisten, um eine entsprechende Kälteleistung sicherzustellen. Die Verdrängereinheit auf Grundlage der Spindelverdichtertechnik zeichnet sich durch eine Vielzahl hintereinander angeordneter Arbeitskammern aus, die zwischen zwei Wellen mit komplexen, axial stark veränderlichen Schraubengeometrien gebildet werden. Durch die Rotation der beiden Rotoren entsteht ein axialer Fördergasfluss bei gleichzeitiger Volumenerhöhung, was zum gewünschten Aufbau des Unterdrucks führt. Aufgrund der mehrstufigen Charakteristik der Volumenänderung ist es möglich, das Fördergas dauerhaft so zu temperieren, dass eine energetisch optimale Zustandsänderung erfolgt. Aufgrund der geringen Druckunterschiede zwischen zwei benachbarten Arbeitskammern kann auf Öl als Betriebsfluid zur Abdichtung der Spalte verzichtet werden.
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|---|---|
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| Boden | 107 |
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