Die Verfügbarkeit kompakter Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wird im beantragten Vorhaben das neuartige Verfahren der Aerosol-basierten Kaltabscheidung auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid angewendet. Die Beiträge der Universität Bayreuth liegen vor allem auf dem Gebiet der Aerosol-basierten Kaltabscheidung. Es werden vorwiegend Grundlagenuntersuchungen an Magnesiumdiborid-Filmen zur Schichtausbildung und zu den Abscheidebedingungen auf unterschiedlichen Substraten durchgeführt. Weiterhin wird zusammen mit den Projektpartnern am Konzept zur Verbesserung von Schichtqualität und Abscheideeffizienz gearbeitet. Konkret sollen Magnesiumdiborid-Pulver hergestellt und auf ihre Eignung für den Prozess qualifiziert werden. Außerdem sollen Grundlagenuntersuchungen hinsichtlich der Aerosolerzeugung und den Beschichtungsparametern, sowie ein zielführender Prozessablauf bezüglich der Herstellung von Funktionsschichten durchgeführt werden. Darüber hinaus soll am Design und der Herstellung des Demonstrators in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern mitgearbeitet und der Beschichtungsprozess in Bezug auf die Abscheide-Effizienz und das Pulver-Recycling optimiert werden.
Vitrocell wird im Rahmen des Vorhabens eine neuartige Expositionsanlage aufbauen, mit der der Einfluss von Carbonfaser-Stäuben auf die menschliche Lunge möglichst realitätsnah untersucht werden kann. Hierzu soll ein kompaktes und standardisiertes Testsystem mit hohem Durchsatz für die Bestimmung der Exposition der Lunge realisiert und erprobt werden. Die mit dem Testsystem in einem möglichst realitätsnahen Modell der Lunge erfassten Partikel sollen anschließend hinsichtlich ihrer Auswirkungen auf Lungenzellen getestet werden. Besonderer Forschungsbedarf besteht hinsichtlich der Herstellung und Zuführung des Aersolstroms zum Expositionssystem. Hier wird von Vitrocell ein neues Verfahren erarbeitet, mit dem von einem Probekörper Carbonfasern steuerbar abgeschliffen und anschließend gezielt in einen Aerosolstrom eingebracht werden können. Das Testsystem von Vitrocell ist eine wichtige Voraussetzung zur Prüfung der biologischen Wirkung von Carbonfaser-Stäuben auf die menschliche Lunge. Um ausreichend Untersuchungen mit den Stäuben durchführen zu können, muss das Expositionssystem so früh wie möglich zur Verfügung stehen. Daher werden von Vitrocell zu Beginn des Projektes mehrere Arbeitspakete parallel bearbeitet. Die Erforschung des Verfahrens zur Aerosolherstellung startet wie die Konstruktion des Expositionssystems im ersten Projektmonat. Der Aufbau beider Komponenten wird möglichst zeitgleich abgeschlossen, um im Anschluss alle Komponenten (Expositionsanlage, Aerosolgenerator und analytische Systeme) zu montieren und das Zellexpositionssystem in Betrieb zu nehmen. Während der Inbetriebnahme werden bereits erste Untersuchungen durchgeführt, um möglichst früh Optimierungsbedarf am System aufzudecken und entsprechende Arbeiten durchzuführen. Nach den Optimierungen beginnen die eigentlichen Untersuchungen, die von Vitrocell begleitet werden, um mögliche Probleme schnell vor Ort zu lösen. Zum Abschluss des Projektes werden die Expositionsversuche gemeinsam ausgewertet.
Die Verfügbarkeit kompakter Generatoren mit supraleitenden Rotorwicklungen ist eine wesentliche Voraussetzung zur zukünftigen Realisierung kostengünstiger Windkraftanlagen. Um die hierfür benötigten erheblichen Supraleitermengen preiswert herstellen zu können, wird im beantragten Vorhaben das neuartige Verfahren der Aerosol-basierten Kaltabscheidung auf das vielversprechende Hochtemperatur-Supraleitermaterial Magnesiumdiborid angewendet. Palas zielt darauf ab, das Ausgangspulver als Aerosol mit der gewünschten Partikelverteilung zur Verfügung zu stellen und im weiteren Verlauf des Vorhabens auch größere Mengen bis 500 g/h dispergieren zu können. Die Aerosolerzeugung soll unter atmosphärischen Bedingungen sowie kontinuierlich und mit konstanter Konzentration ablaufen. Palas wird einen Dosierer entwickeln und aufbauen, um Magnesiumdiborid-Partikel zu dispergieren und in einen Aerosolstrom zu überführen. Da die erzeugten Partikel die Bildung des Supraleiters und damit letztlich dessen Leitfähigkeit beeinflussen, ist es wichtig, die Größe der Partikel zu charakterisieren und auf ein gewünschtes Maß zu klassieren. Dazu wird Palas einen virtuellen Impaktor aufbauen. Das Partikelgrößenspektrum wird mit einem Partikeldetektor (SMPS) charakterisiert. Schließlich ist die entwickelte Prozesskette zur Bereitstellung größerer Aerosolvolumenströme für die Aerosol-basierte Kaltabscheidung hochzuskalieren.
Angesichts knapper werdender Ressourcen und strengerer gesetzlicher Auflagen bezüglich der Schadstoffemission ist der Leichtbau vor allem im Automobilbau einer der wichtigsten Schwerpunkte der Produktentwicklung. Das Innenhochdruckumformen von Magnesiumhohlprofilen bietet in dieser Hinsicht durch die enge Verknüpfung von Strategien des Form- und Stoffleichtbaus bedeutsame Potentiale. Der Werkstoff Magnesium weist jedoch bei Raumtemperatur ein sehr geringes Umformvermögen auf. Untersuchungen zum Warmumformen von Magnesiumblechen haben gezeigt, dass sich das Umformvermögen von Magnesium bei höheren Temperaturen (250 Grad C) deutlich verbessert. Für die Anwendung des Innenhochdruckumformens von Rohren bei höheren Temperaturen zur Herstellung von Integralhohlformteilen aus Magnesiumlegierungen fehlen bislang die wissenschaftlich-technischen Grundlagen. Im Rahmen des vorliegenden Forschungsprojektes soll eine Variante des Warm-Innenhochdruckumformens mit Erwärmung über das Wirkmedium, ergänzt durch eine Werkzeugerwärmung, in Wechselwirkung mit dem Werkstoff Magnesium grundlegend untersucht und darauf aufbauend für den Anwender aufbereitet werden. Mit dem Forschungsprojekt Innenhochdruckumformen von Magnesiumrohren bei Erwärmung der Ausgangsteile über das Wirkmedium sollen wesentliche Voraussetzungen für die industrielle Nutzung des Warm-Innenhochdruckumformens von Magnesiumrohren zur Herstellung extrem leichter Integralhohlformteile für den Automobilbau geschaffen werden.
Im Projektzeitraum wurden unter Verwendung eines steuerbaren Kondensationskernzaehlers die Kondensationseigenschaften kuenstlicher und realer Russaerosole bestimmt. Zusaetzlich zu der umfassenden, instrumentellen Charakterisierung des modifizierten NOLAN-POLLAK-Zaehlers wurde ein Aerosolreaktor zur Untersuchung heterogener Gas-Partikel-Prozesse an Modellaerosolen aufgebaut. Reaktorexperimente mit kuenstlichen Russaerosolen haben gezeigt, dass eine relativ kurze Reaktionszeit von Russpartikeln mit Ozon bereits ausreicht, um eine signifikante Aenderung der Oberflaechenzusammensetzung und der Kondensationseigenschaften von Partikeln herbeizufuehren. Koagulation und chemische Abbaureaktionen koennen zu niedrigeren kritischen Uebersaettigungen fuehren, die damit im atmosphaerenrelevanten Bereich liegen. Moeglicherweise koennen diese veraenderten Partikel als Wolkenkondensationskeime in atmosphaerischen Kondensationsprozessen wirken. Als Hauptprodukte fuer die Reaktion von Benzo(a)pyren-beschichteten monodispersen und polydispersen Kohlenstoffaerosolen mit Ozon wurden Benzo(a)pyren-dione gefunden, die auch beim Abbau von Benzo(a)pyren unter dem Einfluss von UV-Licht beobachtet wurden. Partikelgebundene Kohlenwasserstoffe werden durch Ozon oxidiert und es werden polarere Verbindungen gebildet, die als weniger toxisch einzustufen sind als Benzo(a)pyren selbst. Die Abbauprodukte des Benzo(a)pyrens wurden auch bei Realmessungen an einem stark verkehrsbelasteten Standort in Muenchen gefunden und konnten in direkten Zusammenhang mit der Strahlungseinwirkung durch die Sonne gebracht werden. Ebenso war eine enge Verknuepfung der Benzo(a)pyren-dion-Konzentrationen mit dem Gesamtkohlenstoff-Gehalt der gemessenen Filterproben festzustellen.
Ziel des geplanten Forschungsvorhabens war die Entwicklung eines vernetzten elektronischen Steuerungssystems mit Anbindung an die Gesamtanlage zur Lackaerosolherstellung und deren Komponenten zur ganzheitlichen Energie- und Ressourceneinsparung. Die zu entwickelnde zentrale Steuerung wurde am Beispiel der industriellen Fertigung von Lackaerosolen entwickelt und demonstriert. Die zentrale Steuerung dient als Prototyp zum Nachweis des Funktionsprinzips zur Untersuchung der Steuerungsparameter und zur Evaluation möglicher weiterer Anwendungsgebiete. In einer ersten Projektphase war eine Demonstration des neuen Steuerungsverfahrens am Beispiel der industriellen Fertigung von Lackaerosolen bei der Firma MotipDupli, europäischer Marktführer in der Herstellung von Lackaerosolen, vorgesehen. Das Steuerungsmodell wurde in unterschiedliche Module je betrachtetes Medium aufgebaut. Anlass des Vorhabens ist, dass aufgrund des Einsatzes von dezentralen Steuerungen in industriellen Fertigungsanlagen im Bereich der Lackaerosolherstellung, der Energieeinsatz und die Energieverbräuche in Fertigungsbetrieben bisher nur lokal und einzeln erfasst werden können. So werden Maschinen und Anlagenkonstellationen morgens ein- und abends ausgeschaltet, ungeachtet der Notwendigkeit. Betrachtet man den Energieverbrauch, so sind hier große Einsparpotenziale möglich, ohne betriebliche Notwendigkeiten einzuschränken. Aus diesem Grunde haben Fertigungsbetriebe das Interesse, neue zentrale Steuerungslösungen in deren Fertigungslinien einzusetzen. Das Projekt verlief weitestgehend zur vollen Zufriedenheit. Die Feldversuche bei der Firma MotipDupli bestätigen den Trend, dass zentrale Steuerungssysteme, wie im vorliegenden Projekt, zukünftig stark nachgefragt werden. Auch von den Maschinenherstellern sind positive Resonanzen zu vernehmen. Die Bereitschaft für eine Anwendung ist vorhanden, so dass derzeit alle Punkte für eine erfolgreiche Realisierung der zweiten Phase sprechen. In dieser soll die Adaption der zentralen Steuerung an Anlagen verwandter und in weiteren Schritten an beliebige Fertigungslinien erfolgen. Hierzu müssen die Module des Steuerungssystems entsprechend weiterentwickelt werden.
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