Das Projekt "Teilprojekt 2: Carbon Concrete High-Temperatur Forming Tool" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Hochschule für Technik, Wirtschaft und Kultur Leipzig, Institut für Betonbau durchgeführt. Das Vorhaben V 4-13-II verfolgt das Ziel, das Potenzial von C3-Carbonbeton über den reinen Einsatz als (Fertig-) Bauteil hinaus auszuloten. Durch die Erforschung und Entwicklung eines hochleistungsfähigen Betons und den späteren Einsatz als temperaturbeständiges und heizbares Formgebungswerkzeug kann der intelligente und leistungsfähige Verbundwerkstoff sein Anwendungsspektrum auch auf den Formen- und Maschinenbau ausweiten und somit weniger beständige Werkstoffe opportun ersetzen. Im Fokus des Vorhabens steht die Herstellung einer beheizbaren Preform als Umformwerkzeug mit den Teilzielen der Entwicklung einer temperaturbeständigen Carbonbetonmörtelmatrix und den notwendigen Untersuchungen zur Formstabilität, der Integration einer heizbaren Carbonfaserstruktur in die Mörtelmatrix und der Herstellung eines Prototyps zur Anwendung im Produktionsalltag. Carbonbeton als neuer Verbundwerkstoff verspricht im Vergleich zu Metall oder Epoxidharz höhere Standzeiten der Formwerkzeuge und eröffnet ein enormes Einsparpotenzial im Bereich der organischen Bindemittel. Es wird ein Carbonbeton entwickelt, der bei Temperaturen von 200° bzw. bis zu 400 °C auch bei zyklischer Beanspruchung eine hohe Dauerhaftigkeit gewährleistet.
Das Projekt "Teilprojekt 4: Entwicklung einer temperaturbeständigen Matrix auf Basis von Braunkohlen-flugasche als Bindemittel" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von EurA-Innovation GmbH durchgeführt. Unser Teilprojekt ist Bestandteil des Verbundprojektes C3-V4.13 - Carbon-Concrete-Heating-Tool CCHT. Das Teilprojekt umfasst folgende Zielstellungen: Es soll eine bis 400 Grad C beständige Asche (BFA - Braunkohlenflugasche)-Zement-Matrix entwickelt werden. Diese soll als Matrix für Carbonbeton in Formen und Werkstücken für den Maschinenbau, in Elementen für den Hochbau und als temperaturbeständiger Mörtel eingesetzt werden können. Das Besondere an der Matrix ist die Möglichkeit der alleinigen Verwendung einer Asche-Zement-Mischung, die allein mit Anmachwasser als hochfeste und temperaturbeständige Matrix für Carbonstrukturen ohne Zusatzstoffe und Zuschlagstoffe wirkt. Durch die extreme Feinkörnigkeit kleiner als 50 my m für die Asche und Zementpartikel steht ein Bindemittel zur Verfügung, mit dem sehr feine Strukturen abgeformt und ausgegossen werden können. Die Matrix soll durch Zusatzmittel in der Verarbeitung zum Spachteln und Vergießen geeignet sein. Die im Teilprojekt entwickelte Matrix ist eine Variante um das auf Basis von Carbonbeton entwickelte Formwerkzeug herzustellen und die Heizstruktur zu integrieren. Nach Zusammenstellung und Bewertung der wissenschaftlichen Grundlagen sowie Erarbeitung der Ursachen-Wirkungs-Analyse erfolgt die Entwicklung einer temperaturbeständigen, schwindbeständigen Matrix (max. 400 Grad C) mit geringen Wärmedehnungen und hoher Kantenstabilität auf Basis von BFA als Bindemittel. Anschließend erfolgt die Materialherstellung für und die Durchführung von baustofflichen Untersuchungen an Probekörpern. In enger Abstimmung mit den Partnern wird daraufhin die Entwicklung von Lösungsvarianten zur Herstellung eines Formwerkzeuges durchgeführt. Es werden Matrizes zur Untersuchung von zyklischer Beanspruchung des Formwerkzeuges bereitgestellt und eine Anpassung der Matrix auf Grundlage der Auswertung der Dauerlastversuche durchgeführt. Abschließend werden die Demonstratoren entwickelt, hergestellt und Belastungstests unterzogen.
Das Projekt "Teilprojekt 1: Entwicklung von Lösungsvarianten, Fertigung von Prüfkörpern und eines 3D-Demonstrators" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Qpoint Composite GmbH durchgeführt. Ziel ist der Nachweis, ob Carbonbeton als neue Materialkomponente geeignet ist, ein elektrisch beheizbares Formwerkzeug kostengünstig zu fertigen und unter den Betriebslasten zu betreiben. Hierzu soll in diesem Teilvorhaben des Projektes die Herstellung von Prüfkörpern und eines 3D-Demonstrators in Form eines beheizbaren Formwerkzeuges im Vordergrund stehen. Basis hierfür sind die Erfahrungen von Qpoint Composite in der Entwicklung und Fertigung von elektrisch erwärmbaren Fertigungsmitteln. Hierbei werden herkömmlich eigens designte und gefertigte textile Heizstrukturen in Faserverbundstrukturen integriert. So können beispielsweise elektrisch erwärmbare Formschalen hergestellt werden, die in kompletten Anlagen für die Fertigung von Faserverbundbauteilen eingesetzt werden. Durch den Einsatz von Kunststoffen und textilen Verstärkungsstrukturen ist eine maximale Temperaturbelastung dieser elektrisch erwärmbaren Formschalen bis ca. T = 180 °C möglich. Höhere Temperaturen beschädigen oder zerstören die eingesetzten Materialien. Dies zeigt sich in Form von Verformung, Rissbildung und Oberflächenschäden, die irreparabel sind. Der Einsatz eines anderen geeigneten Formmaterials zur Fertigung der elektrisch beheizbaren Formschalen, würde die Einsatzmöglichkeiten und auch die Lebensdauer der Formschalen bei Temperaturen bis ca. T = 180 °C signifikant verlängern. Die geplanten Untersuchungen sollen zeigen, ob Carbonbeton von seinen Eigenschaften als Formmaterial für elektrisch erwärmbare Formschalen geeignet ist. Hierbei sind Untersuchungen im Bereich der Verarbeitung und Herstellbarkeit von dünnen Formschalen durchzuführen. Ein Schwerpunkt der Arbeiten bei Qpoint Composite wird der Nachweis der elektrischen Funktion in Bezug auf die elektrische Betriebssicherheit sein. Weitere Schwerpunkte sind die Fertigung von horizontalen und vertikalen Flächen gekoppelt mit der Integration von textilen Heizstrukturen und Textilbewehrungen.
Das Projekt "Teilprojekt: Formwerkzeugentwicklung auf Basis zellularer Metalle" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik und Angewandte Materialforschung, Institutsteil Dresden durchgeführt. Beim Projektpartner Ruch Novaplast werden Partikelschaumstoffe aus expandiertem Polystyrol (EPS) bzw. Polypropylen (EPP) durch Aufschäumen eines Granulates in entsprechenden Aluminium-Formwerkzeugen hergestellt. Dabei müssen sowohl das Granulat als auch das aus massivem Aluminium gefertigte Formwerkzeug bei jedem Zyklus erwärmt und wieder abgekühlt werden. Derzeit gehen dabei nahezu 90 Prozent der zugeführten Energie verloren. Das Ziel des Teilvorhabens besteht darin, die energetische Effizienz des Fertigungsprozesses signifikant zu verbessern. Dies soll einerseits durch den Einsatz offenzelliger metallischer Werkstoffe zur Senkung der thermischen Masse der Formwerkzeuge erreicht werden. Zusätzlich ist eine grundlegende energetische Optimierung der Formwerkzeug-Temperierung sowie der Prozessperipherie geplant. Offenzellige Metalle (Metallschäume) kombinieren exzellente mechanische Eigenschaften mit geringer Masse und guter Durchströmbarkeit. Damit wird die Wärmekapazität der Formwerkzeuge signifikant gesenkt, deren Formstabilität zur Sicherung der Maßhaltigkeit der Schaumstoffe erhalten und eine homogen verteilte Zuführung des zum Aufschäumen benötigten Wasserdampfes gewährleistet. Die flächige Verteilung der Wasserdampfzufuhr verbessert außerdem die Strukturqualität der Schaumteiloberfläche. Neben der Homogenisierung der Werkzeugtemperierung sollen auch die peripheren Systeme energetisch optimiert werden (Minimierung der Wärmezufuhr, Wärmespeicherung und Wärmerückgewinnung).
Das Projekt "Teilprojekt 3: Entwicklung eines Bemessungskonzeptes für unter zyklischer Hochtemperatur beanspruchte Carbonbetonwerkzeuge" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Implenia Construction GmbH durchgeführt. Dieses Vorhaben behandelt die zyklische Hochtemperaturbeanspruchung von Formwerkzeugen aus Carbonbeton.
Hierbei erfolgt die Zusammenstellung und Ermittlung thermomechanischer Eigenschaften, welche für den Wärmetransport sowie für das Verformungsverhalten der betrachteten Bauteile relevant sind. Ein wesentliches Ziel besteht in der Identifikation und Quantifizierung relevanter Schädigungsprozesse infolge der genannten Beanspruchung. Mit Hilfe numerischer Methoden (Finite-Elemente-Analysen) werden die maßgebenden Einflussfaktoren für die Beanspruchung der Formwerkzeuge bestimmt und hinsichtlich deren Wirkungspotentiale bewertet. Anhand der gewonnen Erkenntnisse aus experimentellen und nummerischen Untersuchungen erfolgt weiterhin die Erarbeitung eines Konzeptes für die Bemessung derartiger Anwendungen. Dieses Konzept wird im Rahmen von Untersuchungen an Demonstratoren überprüft. Zu Beginn erfolgt eine Zusammenstellung und Bewertung des thermomechanischen Verhaltens von C3-Beton und der Modellierung von Schädigungsprozessen. Es schließt sich die Weiterentwicklung der Feinbetonmatrix an. Parallel dazu beginnt eine Parameterstudie zur Temperatur- und Spannungsverteilung in den untersuchten Formwerkzeugen. Die Ergebnisse hieraus ermöglichen eine Optimierung und Bemessung der Formwerkzeuge.
Für die Bemessung wird ein Konzept erstellt, welches anschließend für die Dimensionierung von Demonstratoren verwendet wird. Die genannten Demonstratoren werden von Projektpartnern experimentell untersucht und die Ergebnisse anschließend mit der Vorbemessung verglichen. Abschließend erfolgt eine Zusammenfassung und Bewertung der experimentellen und numerischen Ergebnisse.