ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH LEICHTBAU UND WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN VERKEHR UND INDUSTRIE

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1 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH LEICHTBAU UND WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN VERKEHR UND INDUSTRIE Vortrag anlässlich der Eröffnung der Forschungsfabrik Center for Smart Manufacturing am an der FH OÖ Campus Wels Vortragender: Dipl.-Ing. Rudolf Gradinger

2 AGENDA Energieeinsparungspotentiale durch Leichtbau in Verkehr und Industrie Aluminium Legierungen // Stahl-Alu-Schweissen // Alu- & Mg- Leg. & ALM Energieeinsparungspotentiale durch Wärmerückgewinnung in der Industrie Wärmerückgewinnung beim Druckguß Energieeinsparungspotentiale durch Wärmehaushalt im Verkehr Wärmehaushalt von Batteriemodulen mittels PCM Zusammenfassung & Ausblick

3 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH LEICHTBAU IN VERKEHR UND INDUSTRIE 3

4 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH LEICHTBAU IN VERKEHR UND INDUSTRIE Treibhauspotential über 250tkm PKW- Betrieb Quelle: LEICHTBAU IN MOBILITÄT UND FERTIGUNG, e-mobil BW GmbH,

5 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH LEICHTBAU IN VERKEHR UND INDUSTRIE Monolithische Bauweisen des BIW Quellen: LEICHTBAU IN MOBILITÄT UND FERTIGUNG, e-mobil BW GmbH, 2012 AUDI, BMW 5

6 LEICHTBAU DURCH MISCHVERBINDUNGEN ( HYBRID ) Multimaterialbauweisen Quellen: Aluminium Zeitung, AUDI, BMW 6

7 LEICHTBAU DURCH MISCHVERBINDUNGEN ( HYBRID ) Multimaterialbauweisen CMT pins Quellen: LKR, Fronius, BMW 7

8 LEICHTBAU DURCH MISCHVERBINDUNGEN ( HYBRID ) Multimaterialbauweisen Stahl+Alu-Schweissen Quelle: Silvayeh Z., TU-Graz IWS Quellen: Aluminium Zeitung, AUDI, LKR, Magna 8

9 LEICHTBAU DURCH MISCHVERBINDUNGEN ( HYBRID ) Aluminium-Schweißdraht-Sonderlegierung Herausforderungen bei Aluminium-Stahl Schweißen: Differierende physikalisch-chemische Eigenschaften (z.b. thermische Ausdehnung, Wärmeleitung, Korrosionsbeständigkeit) Bildung spröder intermetallischer Al-Fe Phasen Bildung von Rissen und Poren Reduzierte Umformbarkeit/Zähigkeit für Umformprozessen Aluminium Stahl Fragestellung: Schweißdraht in Legierung mit erhöhter Umformbarkeit Stahl Schweißnaht Beispiel: Hybrid Al-St Dachträger 9

10 SMARTES HERSTELLVERFAHREN FÜR SCHWEISSDRÄHTE Smarte Herstellroutine Bolzenguss Herstellung Vormaterial per Schwerkraft / Druckguss Drahtpressen Verpressen des Vormaterials zu Draht / Drahtabschnitten Aufhaspeln Fügen der Drahtabschnitte Aufhaspeln des Drahtes 10

11 SCHWEISSDRÄHTE FÜR ALM Al- & Mg- Legierungen für Additive Layer Manufacturing Mechanische Eigenschaften Zugfestigkeit (Höhe): 273 MPa Dehnung (Höhe): 16,8 % Zugfestigkeit (Längs): 271 MPa Dehnung (Längs): 17,2 % Dimensionen: ~ 100x30x70 mm Schweißdauer: 12 min. Aluminium Magnesium 11

12 MAGNESIUM - ALM Magnesium-Schweißdraht-Sonderlegierung Festigkeiten ähnlich AZ61 Grundmaterial Dehnungen leicht geringer LKR Drähte zeigen ähnliche Eigenschaften wie konventionelle Drähte Drähte LKR 12

13 MAGNESIUM Sitzstrukturen aus brandbeständigen Magnesium- Legierungen Nach 21 ökologischer Vorteil Nach 21 Monaten wirtschaftlicher break-even 13

14 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN DER INDUSTRIE 14

15 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN DER INDUSTRIE Wärmerückgewinnung beim Druckguß Energiemonitoring und Bilanzierung an der LKR UBE SQC350 15

16 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN DER INDUSTRIE Wärmerückgewinnung beim Druckguß Nutzung von speziellen Additiven Verfahren zur Herstellung von Konturnahgekühlten Werkzeugen 16

17 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMERÜCKGEWINNUNG IN DER INDUSTRIE Wärmerückgewinnung beim Druckguß Hermle s MPA bietet die Möglichkeit, Kupfereinlagen und Kühlschlangen im 3D Raum einzubringen, um die plötzlichen Energieeintrag rascher im Werkzeug zu verteilen und zusammen mit den optimierten Kühlkanälen viel mehr Wärme abzuführen und für eine weitere Nutzung in einem PCM- Latentwärme-Speicher vorzuhalten. 17

18 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMEHAUSHALT IM VERKEHR 18

19 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMEHAUSHALT IM VERKEHR Wärmehaushalt von Batteriemodulen mittels PCM Lithium-Ion Batteries (LIB) können kritisches Verhalten zeigen, wenn Zellen überhitzen. Phase Change Materials (PCM) sollen helfen, durch Wärmeenergieaufnahme im bei konstatnter Temerpeatur (Enthaltpie) die Sicherheit von LIB zu erhöhen. 19

20 ENERGIEEINSPARUNGSPOTENTIALE DURCH WÄRMEHAUSHALT IM VERKEHR Wärmehaushalt von Batteriemodulen mittels PCM Weitere Vorteile: bessere Kapazität und längere Lebensdauer ( LCA Vorteil) Capacity loss (Ah) 0-0,25-0,5-0, ,25-1,5-1, ,25-2,5-2, ,25 Capactiy loss (20 Ah nominal capactiy) RT31 RT35HC AIR FOAM -3, Cycles (#) Quelle: 20

21 AUSBLICK Zu den gezeigten Aspekten: Weiterführende Sonderlegierungs- und Prozessentwicklung für Schweißen und generatives Fertigen mit Al & Mg Weiterführende Leichtbauaktivitäten u.a. im VKM-, hybriden und rein elektrischen Antriebsstrang-Systemen

22 DANKSAGUNG an die Fördergeber von Bund und Land OÖ

23 DANKSAGUNG an die Autoren und Koautoren der zitierten Publikationen 23

24 DANKE FÜR IHRE AUFMERKSAMEIT! Gradinger Rudolf,