Technologielösungen für hocheffiziente zero-emission H2-Motoren für KWK-Anwendungen, Teilvorhaben: AS3 'keramische Kolbenringe'

Description: Das übergeordnete Ziel des Forschungsprojekts Technologielösungen für hocheffiziente zero-emission H2-Motoren für KWK-Anwendungen (CH2P) ist es, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen (KWK-Anlagen) hundertprozentig mit Wasserstoff zu betreiben und dabei wirtschaftlich konkurrenzfähig zu Erdgas betriebenen Anlagen zu sein. Die Technologie befindet sich derzeit auf einem TRL von 3-4 und soll durch die Projektarbeiten mit dem Fokus auf unterschiedlichen Teilbereichen der Motoren auf ein TRL von 6-7 angehoben werden. Einer wichtiger Baustein innerhalb des Projektes ist die Entwicklung keramischer Kolbenringe. Kolbenringe sind hochbelastete Bauteile eines Verbrennungsmotors, denen die Aufgabe der Abdichtung des Arbeitsraumes zufällt. Die hohe Flammgeschwindigkeit bei der Verbrennung von H2 führt zu hohen Temperaturen an der Zylinderwand und im Bereich der Kolbenringe (Tmax ca. 250 - 300 °C). Dadurch kommt es zu einer Austrocknung des Ölfilms an der Zylinderwand und zu einem hohen Verschleiß von konventionellen, metallischen Kolbenringen. Durch den Ansatz faserverstärkte Keramiken - speziell C/C-SiC - soll die Abdichtung des Brennraums verbessert und eine deutlich höhere Verschleißbeständigkeit erzielt werden. Ungebundener amorpher Kohlenstoff innerhalb des Werkstoffes wirkt sich zudem positiv als schmierfähiger Feststoff auf das Gleitverhalten aus. Durch die so erzielte verminderte Reibung wird erneut der Verschleiß reduziert. Die so beschriebenen Werkstoffeigenschaften sollen zusätzlich mit einer Faserverstärkung kombiniert werden, welche eine elastische Ringweitung und -kompression erlaubt. Um die Herstellung solcher keramischen Ringe zu erreichen, sind die im Arbeitsplan beschrieben Aktivitäten notwendig.

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Origins: /Bund/UBA/UFORDAT

Tags: Keramik ? Erdgas ? Werkstoff ? Heizkraftwerk ? Kohlenstoff ? Wasserstoff ? Feststoff ? Verbrennungsmotor ? Arbeitsraum ? Motor ? Forschungsprojekt ? Abdichtung ? Werkstoffkunde ?

Region: Baden-Württemberg

Bounding boxes: 9° .. 9° x 48.5° .. 48.5°

License: cc-by-nc-nd/4.0

Language: Deutsch

Organisations

• Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (Geldgeber*in)
• Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) e.V., Institut für Bauweisen und Strukturtechnologie (Betreiber*in)
• Heinzmann GmbH & Co. KG (Mitwirkende)
• Umweltbundesamt (Bereitsteller*in)

Time ranges: 2022-09-01 - 2025-08-31

Alternatives

• Language: Englisch/English
  Title: Subproject: AS3 'ceramic piston rings'
  Description: The overall goal of the research project Technology Solutions for High-Efficiency Zero-Emission H2 Engines for CHP Applications (CH2P) is to run combined heat and power (CHP) plants 100% on hydrogen while being economically competitive with natural gas-fueled plants. The technology is currently at a TRL of 3-4 and is expected to be raised to a TRL of 6-7 through the project work focusing on different engine subsections. An important component within the project is the development of ceramic piston rings. Piston rings are highly stressed components of an internal combustion engine, which have the task of sealing the working chamber. The high flame velocity during the combustion of H2 leads to high temperatures on the cylinder wall and in the area of the piston rings (Tmax approx. 250 – 300 °C). This leads to drying of the oil film on the cylinder wall and to high wear of conventional, metallic piston rings. The use of fiber-reinforced ceramics – especially C/C-SiC – is intended to improve the sealing of the combustion chamber and achieve significantly higher wear resistance. Unbound amorphous carbon within the material also has a positive effect on sliding behavior as a lubricatable solid. The reduced friction achieved in this way again reduces wear. The material properties described in this way are additionally to be combined with a fiber reinforcement that permits elastic ring expansion and compression. To achieve the production of such ceramic rings, the activities described in the work plan are necessary. https://ufordat.uba.de/UFORDAT/pages/PublicRedirect.aspx?TYP=PR&DSNR=1129493

Status

Aktiv

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