Vorstellung des Fraunhofer-Zentrums für Hochtemperatur-Leichtbau HTL

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1 Universität Bayreuth Vorstellung des Fraunhofer-Zentrums für Hochtemperatur-Leichtbau HTL Hohe Temperaturen - Effiziente Lösungen

2 Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL Standorte: Bayreuth, Würzburg, Münchberg Mitarbeiter: 70 (40 PJ) Laborfläche: 1700 m² Technikumsanlagen: Precursorsynthese Faserziehen Beschichten Preformherstellung Wärmebehandlung Charakterisierungsmethoden: Thermooptische Verfahren Computertomographie Mechanische Prüfung Mutterinstitut: Fraunhofer ISC Würzburg Gründung: ISC Hohe Temperaturen - Effiziente Lösungen

3 Neubau für das HTL in Bayreuth - Wolfsbach Architektenwettbewerb Baubeginn Geplante Fertigstellung Bürofläche für 80 Mitarbeiter Laborfläche 1300 m² Besprechungsräume für 100 Personen Blockheizkraftwerk Fotovoltaik Erdwärmetauscher

4 Arbeitsgebiete des Fraunhofer HTL Hochtemperatur-Materialien Fasern Coatings Komposite Keramik Hochtemperatur-Charakterisierung Materialien Bauteile Hochtemperatur-Prozesse Messung Simulation Optimierung Hochtemperatur-Bauteile Energie- Antriebs- Wärmetechnik Hohe Temperaturen - Effiziente Lösungen

5 Primärenergieverbrauch in Deutschland Einheit PJ = J Bezugsjahr: 2011 Primärenergieverbrauch Quellen: Praxishandbuch Thermoprozesstechnik, Vulkan Verlag 2010 und Arbeitsgemeinschaft Energiebilanzen /3 der Energie in der Produktion werden für Prozesswärme benötigt!

6 EnerTherm Projekt ENERTHERM Zielsetzung Energieeffizienz Materialeffizienz Produktqualität Methoden Hochtemperatur-Charakterisierung Computersimulation Thermoprozessanlagen Erwärmungsgut Signifikante Verbesserung von industriellen Wärmebehandlungsprozessen HT- Materialien Anlagenbauer Entwicklung von Hochtemperaturmaterialien

7 Entwicklung thermooptische Messanlagen Entwicklung Thermooptische Messanlagen Berührungsfreies optisches Messprinzip Dimensionsänderungen, Verformung Kriechen, Anbacken, Benetzung Gewichtsänderung, Schallemission, Variable Probengeometrien TOM-AC Kontrollierte Atmosphäre bis 2200 C TOM_air Messung an Luft bis 1750 C

8 Charakterisierung Industrieöfen Messmethoden Temperaturmessung Außenhaut Temperaturverteilung Innenraum Gaszusammensetzung, Gasfluss Simulationsmethoden FE-Simulation Wärmefluss (Wärmeleitung, -konvektion, -strahlung) HT-Messung thermische Materialeigenschaften (Wärmeleitfähigkeit, Emissivität, Wärmekapazität) Multiskalensimulation

9 Optimierung der Brennkurve von Hochspannungsisolatoren Lösungsweg In-Situ-Messung von Sinterkinetik, Kriecheigenschaften und Wärmeleitfähigkeit, Dehydration und Phasenumwandlung FE-Berechnung aller Spannungen beim Wärmeprozess Optimierung des Temperaturzyklus Ergebnis Verkürzung der Brenndauer um mehr als 40% Isolatoren (Strunkdurchmesser ca. 0,3 m, Höhe 2 m) zeigen keine Festigkeitseinbußen! Deutliche Einsparung bei den Brennkosten

10 Biegespannung in MPa Entwicklung von Ceramic Matrix Composites CMC Zusammensetzung Keramische Verstärkungsfasern Zwischenschicht Keramische Matrix Eigenschaften Schadenstoleranz Hohe Bruchdehnung Thermoschockbeständigkeit Punkt-Biegeprüfung nach DIN EN Deformation in % CMC Al2O3-ZrO2 CMC Al2O3 monolithisch Al2O3

11 Fasertechnologie Entwicklung von keramischen Fasern Spinnmasseaufbereitung Schmelzspinnen & Trockenspinnen Filamente, Endlosfaser Faserziehtürme: Temperaturfeld, Atmosphäre (< 2 ppm H 2 O, < 5 ppm O 2 ) und Gasströmung regelbar Kontinuierliche Pyrolyse und Sinterung unter Inertgas

12 Textile Verarbeitung von Keramikfasern Anwendungszentrum Textile Faserkeramiken Übertragung von Techniken zur Herstellung von textilen 2d- und 3d- Strukturen auf Keramik- und Carbonfasern Lastgerechte Faseranordnung Prüfung der Eignung von Keramikfasern für textile Verarbeitung Leitung: Prof. F. Ficker Förderung: 2,5 Mio. Vorläufige Genehmigung seit Laufzeit: 5 Jahre

13 Additive Fertigung von Keramikbauteilen Bauplattform während der Fertigung Beispielbauteile Bauraum des 3D Druckers Kombination filigraner und massiver Strukturen Komplexe Geometrien

14 Charakterisierung von Werkstoffen und Bauteilen Mechanische Prüfung Charakterisierung Thermische Charakterisierung Zerstörungsfreie Prüfverfahren (CT, Ultraschallprüfung, Thermografie, Terahertzwellen) Gefügeanalyse (REM, TEM, XRD, XPS)

15 Übersicht Ende Fraunhofer-Zentrum für Hochtemperatur-Leichtbau HTL Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit!