Das Projekt "MAREGA - Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik durchgeführt. 1. Vorhabenziel Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Materialklasse der magnetischen Formgedächtnislegie-rungen (MSMA, Magnetic Shape Memory Alloys). Einkristallines MSM-Material, welches aus Nickel, Mangan und Gallium besteht, zeigt große Dehnungen unter dem Einfluss eines Magnet-feldes und ist deshalb besonders für neue Anwendungen in der Energie- und Automatisierungs-technik interessant. Das Gesamtziel des beantragten Vorhabens besteht darin, die weitere Etablierung der magneti-schen Formgedächtnistechnologie gegen die längerfristige Verknappung des strategisch wichtigen Rohstoffs Gallium abzusichern. Dazu werden verschiedene Ansätze zur Effizienzsteigerung bei der Herstellung und Nutzung dieser Materialien von den entlang der Wertschöpfungskette interdisziplinär zusammenarbeitenden Partnern Access e.V., Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V., Loser Chemie GmbH, Fraunhofer IWU, ABB AG und koordiniert von der Firma ETO MAGNETIC GmbH untersucht. 2. Arbeitsplanung Ein Schwerpunkt des Gesamtvorhabens liegt in der Erforschung neuer MSM-Legierungen mit geringerem Gallium-Anteil und in umfangreichen Arbeiten, die der Steigerung der aktorischen Materialeffizienz dienen. Als Arbeitsziel für die zu bearbeitenden Lösungsansätze (neue Legie-rungen, Recycling und Performance-Steigerung) wird dabei von interdisziplinär zusammenarbei-tenden Partnern angestrebt, den Gallium-Einsatz bezogen auf die Materialperformance um min-destens 25 % gegenüber dem Stand der Technik zu senken. Die breite Applikations- und Marktrelevanz der gesamten Technologie wird durch die Betrachtung zweier ausgewählter Referenzapplikationen im Rahmen des Vorhabens demonstriert. Konkret handelt es sich für das Fraunhofer IWU um wissenschaftliche Untersuchungen einer energieeffizienten Bremse für rotierende Achsen in Werkzeugmaschinen, die Vorteile gegenüber bekannten pneumatischen oder hydraulischen Lösungen verspricht.
Das Projekt "MAREGA - Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Asea Brown Boveri AG durchgeführt. Das Ziel des ABB-Teilvorhabens ist es grundsätzlich, die im Verbundvorhaben entwickelten Materialien anhand einer industriellen Anwendung zu validieren. Ziel der Anwendung ist es die Vorteile der MSMA zu nutzen, um sowohl die magnetische als auch die thermische Auslösefunktionalität mit nur einem kostengünstigen Aktuator-Modul zu realisieren, wobei eine neu entwickelte ressourceneffiziente MSMA-Variante Verwendung finden soll. Die kombinierten Funktionen eines solchen Moduls können zu einer geringeren Gesamtsystemkomplexität führen und daher beträchtliche Möglichkeiten zur Kostenreduzierung eröffnen. Nicht zuletzt sollen die Aspekte des Recyclings insbesondere der erleichterten Gallium Rückgewinnung bereits in der Frühphase eines neuen Produktes berücksichtigt werden. Bei Gallium erfolgt nach heutigem Stand der Technik kein Recycling in dem Sinne, dass das Metall tatsächlich aus Produkten vom Endverbraucher zurückgewonnen wird. Das Teilvorhaben der ABB AG basiert auf den folgenden drei Punkten: 1. Realisierung des (erstmaligen) Einsatzes von MSMA in Schutzschaltern a. Kombination von magnetischer- und thermischer Auslösung durch EIN Aktor Element im Design b. Modellentwicklung für Multiphysik-Simulationen zur Designunterstützung 2. Validierung der Demonstratoren anhand industrieller Anforderungen 3. Untersuchung des kombinierten, zyklischen 'thermischen und magnetischen Phasenwechselverhaltens' im Experiment Die detailierte Beschreibung der hierzu notwendigen Arbeitspakete finden sich in der beigefügten Teilvorhabensbeschreibung.
Das Projekt "MAREGA - Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ETO MAGNETIC GmbH durchgeführt. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Materialklasse der magnetischen Formgedächtnislegierungen (MSMA). MSMA kommen für vielfältige Einsatzzwecke in der Aktorik, Sensorik, Schwingungsdämpfung oder im Energy Harvesting in Frage. Die Materialien sind prädestiniert für aktorische Einsatzzwecke, in denen schnelles Schalten, hohe Lebensdauer, kompakter Bauraum und geringes Gewicht sowie die magnetische Aktivierung von Bedeutung bzw. von Vorteil sind. Nach heutigem Stand der Technik sind funktionsfähige MSMA NiMnGa-Legierungen mit einem Galliumanteil von rund 25%. Das Ziel besteht darin, die magnetischer Formgedächtnistechnologie gegen die Verknappung des strategisch wichtigen Rohstoffs Gallium abzusichern. Dazu werden verschiedene Ansätze zur Effizienzsteigerung bei der Herstellung und Nutzung dieser Materialien untersucht. Ein Schwerpunkt liegt in der Erforschung neuer Legierungen mit geringerem Gallium-Anteil sowie in der Steigerung der aktorischen Materialeffizienz. Als kumulierter Gesamteffekt aller Lösungsansätze wird angestrebt, den Gallium-Einsatz um mindestens 25% gegenüber dem Stand der Technik zu senken. Die breite Applikations- und Marktrelevanz der gesamten Technologie wird durch die Betrachtung zweier Referenzapplikationen demonstriert. Diese Anwendungen liegen in den Bereichen der Energietechnik und der Automatisierungstechnik und betreffen damit wichtige Handlungsfelder der Hightech-Strategie 2020 der Bundesregierung. Konkret handelt es sich um ein Niederspannungsschaltgerät und eine energieeffiziente Bremse für rotierende Achsen in Werkzeugmaschinen.
Das Projekt "MAREGA - Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR), Institut für Materialphysik im Weltraum durchgeführt. Es soll ein tiefgreifendes Verständnis der Legierungseigenschaften und deren Abhängigkeit von Zusammensetzung und Temperatur erarbeitet werden. Mit unterschiedlichen, teils berührungsfreien Messverfahren werden für die verschiedenen Phasen, fest oder flüssig, folgende Eigenschaften ermittelt: Spezifische Wärme, Übergangstemperaturen, Umwandlungswärmen, thermische Diffusivität, Wärmeleitfähigkeit, Dichte und Viskosität. Für 5 Gallium-reduzierte Legierungen soll dabei ein vollständiges Eigenschaftsprofil erstellt werden. In einem zweiten Schritt werden Mischungsregeln anhand ausgewählter thermophysikalischer Eigenschaften untersucht. Dies geschieht zunächst für das ternäre System Ni-Mn-Ga. Ausgehend vom reinem Nickel werden Schnitte mit konstantem Mn:Ga-Verhältnis betrachtet. Danach wird Gallium schrittweise durch eine weitere Komponente X (X=Al, In, Sn, oder Co) ersetzt. Dies geschieht nach einer bestimmten Strategie derart, dass das thermophysikalische Eigenschaftsprofil gleich bleibt. Hieraus entstehen dann Vorschläge für die Zusammensetzungen möglicher ressourceneffizienter magnetischer Formgedächtnislegierungen mit reduziertem Galliumanteil. Innerhalb des Verbundprojekts übernimmt das Institut für Materialphysik im Weltraum eine zweigeteilte Aufgabe. Diese besteht zum einem in der Bereitstellung der für die Simulation des verbesserten Kristallzüchtungsvorgangs benötigten Materialparameter. Dazu sollen die erforderlichen experimentellen Daten bestimmt und durch geeignete Modelle in den interessierenden Temperaturbereich extrapoliert werden. Diese umfangreichen Eigenschaftsprofile sollen für etwa 5-7 Legierungen, deren Zusammensetzung in Absprache mit den Partnern zuvor festgelegt wird, bestimmt werden. Um den Aufwand überschaubar zu halten soll an weiteren 15-20 Proben ein reduziertes Eigenschaftsprofil bestimmt werden.
Das Projekt "MAREGA - Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von Loser Chemie GmbH durchgeführt. Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Materialklasse der magnetischen Formgedächtnislegie-rungen. Nach heutigem Stand der Technik sind derartige funktionsfähige MSMA (Magnetic Shape Memory Alloys) nicht-stöchiometrische NiMnGa-Legierungen mit einem Galliumanteil von rund 25%. Ihre vielfältigen Einsatzzwecke sind in der Aktorik, Sensorik, Schwingungsdämpfung oder im sogenannten Energy Harvesting zu suchen. Das Ziel des beantragten Vorhabens besteht darin, die weitere Etablierung der magnetischen Formgedächtnistechnologie gegen die längerfristige Verknappung des strategisch wichtigen Roh-stoffs Gallium abzusichern. Dazu werden verschiedene Ansätze zur Effizienzsteigerung bei der Her-stellung und Nutzung dieser Materialien von den entlang der Wertschöpfungskette interdisziplinär zusammenarbeitenden Partnern untersucht. Dies umfasst das auch Gallium-Recycling aus Materi-alabfällen und die Rückführung von Abfällen in den Schmelzprozess. Im Teilvorhaben der Loser Chemie GmbH sollen konkrete Vorschläge und Technologien erarbeitet werden, die neben dem Fokus Gallium, auch die Verwertung der anderen Legierungsmaterialien ermöglichen und schließlich ein wirtschaftliches Recycling von Produktionsabfällen und End-of-Life (EOL) Material dieser MSMA's eröffnen. Die Arbeiten zum Teilvorhaben gliedern sich in folgende Bereiche: 1. Identifikation und Charakterisierung der Abfallarten, Quantifizierung der Abfallströme 2. Zerkleinerung und gegebenenfalls Sortierung - hydrometallurgische Behandlung und Charakterisierung der entstehenden Lösungen 3. Entwicklung von Technologien mit dem Ziel verkaufsfähige Produkte aus den Lösungen herzustellen 4. Überführung der Laborergebnisse in einen halbtechnischen Maßstab, Pilotierung des Verwertungsprozessen.
Das Projekt "MAREGA - Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf" wird vom Umweltbundesamt gefördert und von ACCESS e.V. durchgeführt. Ziel dieses Vorhabens ist es, den spezifischen Ga-Verbrauch bei der Herstellung von magnetischen Formgedächtnislegierungen durch Prozessoptimierung und Verbesserung der Kristallqualität zu verringern. Das Vorhaben ist Teil des Verbundprojekts 'Ressourceneffiziente magnetische Formgedächtnismaterialien mit reduziertem Galliumbedarf' (MAREGA). Es beinhaltet experimentelle Untersuchungen der Kristallstruktur von Ni-Mn-Ga Legierungen und die Optimierung des Bridgman-Verfahrens mit Hilfe der numerischen Simulation. Durch thermische Simulation und Kristallstrukturanalyse werden zunächst die Einflüsse verschiedener Legierungszusammensetzungen und Prozessparameter auf die Erstarrungsbedingungen und die Kristallstruktur untersucht. Mittels thermomechanischer Simulation der Spannungsverteilungen im Kristall wird der Zusammenhang zwischen Prozessparametern und mechanischen Spannungen aufgezeigt. Zusammen mit Experimenten und Kristallstrukuranalyse soll der Zusammenhang zwischen Spannungen und Kristallbaufehlern aufgezeigt und für die Erhöhung der Materialausbeute günstige Prozessparameter abgeleitet werden.
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