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Gießanlage für die Serienfertigung von Kupferrotoren für Elektromotoren in Automobilen und Großfahrzeugen im LSC-Verfahren

Die Wieland e Tractions Systems GmbH beabsichtigt, qualitativ hochwertige und leistungsfähige Rotoren für asynchrone Elektromotortypen im Automobilbereich herzustellen. Nahezu jeder Elektromotor, der in Fahrzeugen verbaut wird, ist ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor. Synchronmotoren sind jedoch auf Grund des Einsatzes von seltenen Erden (u.a. Neodym, Dysprosium) sehr umstritten. Wesentlicher Bestandteil des Asynchronmotors ist der aus Kupfer oder Aluminium gefertigte Rotor, der sich im Inneren des Stators bzw. des Käfigs dreht, wodurch der Antrieb erzeugt wird. Bisherige Fertigungsverfahren der Rotoren sind jedoch entweder sehr aufwändig sowie kostenintensiv und damit langfristig nicht wirtschaftlich oder auf Grund einer zu hohen Porosität nicht für den Einsatz in Hochdrehzahlanwendungen wie Automobilen geeignet. Ziel des Projekts ist der erstmalige Aufbau und Betrieb einer Anlage zur gleichzeitigen Herstellung gegossener Kupferrotoren für Automobile und für Großfahrzeuge (Bus, Bahn, LKW). Dazu hat das Unternehmen in den letzten zehn Jahren an einem wirtschaftlichen Druck-Gießprozess für Kupfer mit sehr hoher Leistungsfähigkeit gearbeitet und das „Laminar Squeeze Casting“ (kurz: LSC) entwickelt. Kerninnovation des LSC-Verfahrens ist die minimale Porosität und die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Rotoren. Die neue Produktionsanlage besteht aus der vertikalen Druckgussmaschine und dem vollintegrierten CT-Scanner. Der CT-Scanner dient zur Qualitätssicherung und automatischen Prozesssteuerung der Druckgussmaschine und wird über eine Industrie 4.0-Technologie mit der Druckgussmaschine verbunden. Ein neu entwickeltes Werkzeug- und Anschnittkonzept ermöglicht zudem eine gleichmäßige Füllung des Rotors, wodurch die sehr guten Qualitätseigenschaften entstehen. Im Vergleich zu horizontalen Gießmaschinen ergeben sich bei einer Maschinenlaufzeit von mindestens 4.400 Stunden jährliche Energieeinsparungen von 88.000 Kilowattstunden. Darüber hinaus verringert sich der Anteil des Kreislaufmaterials um ca. 75 Prozent, was zu weiteren Energieeinsparungen beim Wiedereinschmelzen und Warmhalten führt. Insgesamt können mit dem Vorhaben 85 Tonnen CO 2 -Emissionen pro Jahr vermieden werden. Mit Hilfe der neuen Technologie können zukünftig preiswerte und leistungsstarke Elektromotoren ohne seltene Erden im Automobil- und im Großmotorbereich verfügbar sein. Bei erfolgreicher Umsetzung trägt das Vorhaben dazu bei, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren mit Asynchronmotor zu ersetzen und die E-Mobility bzw. die Energiewende im Verkehrsbereich insgesamt auszubauen. Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz, Materialeinsparung sowie zur Energieeinsparung und -effizienz. Die hergestellten Rotoren werden als Zero Porosity Rotor – ZPR ® vertrieben und schaffen einen neuen Industriestandard für Elektroautos der Zukunft. Branche: Metallverarbeitung Umweltbereich: Ressourcen Fördernehmer: Wieland e Tractions Systems GmbH Bundesland: Nordrhein-Westfalen Laufzeit: seit 2020 Status: Laufend

H2020-EU.3.5. - Societal Challenges - Climate action, Environment, Resource Efficiency and Raw Materials - (H2020-EU.3.5. - Gesellschaftliche Herausforderungen - Klimaschutz, Umwelt, Ressourceneffizienz und Rohstoffe), Sustainable Recovery, Reprocessing and Reuse of Rare-Earth Magnets in a Circular Economy (SUSMAGPRO)

E-Mobilität: Gießanlage für die Serienfertigung von Kupferrotoren für Elektromotoren in Automobilen und Großfahrzeugen im LSC-Verfahren

Die Breuckmann eMobility GmbH wurde im Jahr 2018 aus der Breuckmann GmbH & Co. KG (Konzernmutter) heraus gegründet und beabsichtigt, qualitativ hochwertige und leistungsfähige Rotoren für asynchrone Elektromotortypen im Automobilbereich herzustellen. Nahezu jeder Elektromotor, der in Fahrzeugen verbaut wird, ist ein Asynchronmotor oder ein permanent erregter Synchronmotor. Synchronmotoren sind jedoch auf Grund des Einsatzes von seltenen Erden (u.a. Neodym, Dysprosium) sehr umstritten. Wesentlicher Bestandteil des Asynchronmotors ist der aus Kupfer oder Aluminium gefertigte Rotor, der sich im Inneren des Stators bzw. des Käfigs dreht, wodurch der Antrieb erzeugt wird. Bisherige Fertigungsverfahren der Rotoren sind jedoch entweder sehr aufwändig sowie kostenintensiv und damit langfristig nicht wirtschaftlich oder auf Grund einer zu hohen Porosität nicht für den Einsatz in Hochdrehzahlanwendungen wie Automobilen geeignet. Ziel des Projekts ist der erstmalige Aufbau und Betrieb einer Anlage zur gleichzeitigen Herstellung gegossener Kupferrotoren für Automobile und für Großfahrzeuge (Bus, Bahn, LKW). Dazu hat das Unternehmen in den letzten zehn Jahren an einem wirtschaftlichen Druck-Gießprozess für Kupfer mit sehr hoher Leistungsfähigkeit gearbeitet und das 'Laminar Squeeze Casting' (kurz: LSC) entwickelt. Kerninnovation des LSC-Verfahrens ist die minimale Porosität und die hohe elektrische Leitfähigkeit der Kupfer-Rotoren. Die neue Produktionsanlage besteht aus der vertikalen Druckgussmaschine und dem vollintegrierten CT-Scanner. Der CT-Scanner dient zur Qualitätssicherung und automatischen Prozesssteuerung der Druckgussmaschine und wird über eine Industrie 4.0-Technologie mit der Druckgussmaschine verbunden. Ein neu entwickeltes Werkzeug- und Anschnittkonzept ermöglicht zudem eine gleichmäßige Füllung des Rotors, wodurch die sehr guten Qualitätseigenschaften entstehen. Im Vergleich zu horizontalen Gießmaschinen ergeben sich bei einer Maschinenlaufzeit von mindestens 4.400 Stunden jährliche Energieeinsparungen von 88.000 Kilowattstunden. Darüber hinaus verringert sich der Anteil des Kreislaufmaterials um ca. 75 Prozent, was zu weiteren Energieeinsparungen beim Wiedereinschmelzen und Warmhalten führt. Insgesamt können mit dem Vorhaben 85 Tonnen CO2-Emissionen pro Jahr vermieden werden. Mit Hilfe der neuen Technologie können zukünftig preiswerte und leistungsstarke Elektromotoren ohne seltene Erden im Automobil- und im Großmotorbereich verfügbar sein. Bei erfolgreicher Umsetzung trägt das Vorhaben dazu bei, Verbrennungsmotoren durch Elektromotoren mit Asynchronmotor zu ersetzen und die E-Mobility bzw. die Energiewende im Verkehrsbereich insgesamt auszubauen. Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zur Ressourceneffizienz, Materialeinsparung sowie zur Energieeinsparung und -effizienz. Die hergestellten Rotoren werden als Zero Porosity Rotor - ZPR® vertrieben und schaffen einen neuen Industriestandard für Elektroautos der Zukunft.

GEMAS – Geochemische Kartierung der Acker- und Grünlandböden Europas, Einzelelementkarten, Dy - Dysprosium

GEMAS (Geochemical Mapping of Agricultural and Grazing Land Soil in Europe) ist ein Kooperationsprojekt zwischen der Expertengruppe „Geochemie“ der europäischen geologischen Dienste (EuroGeoSurveys) und Eurometeaux (Verbund der europäischen Metallindustrie). Insgesamt waren an der Durchführung des Projektes weltweit über 60 internationale Organisationen und Institutionen beteiligt. In den Jahren 2008 und 2009 wurden in 33 europäischen Ländern auf einer Fläche von 5 600 000 km² insgesamt 2219 Ackerproben (Ackerlandböden, 0 – 20 cm, Ap-Proben) und 2127 Grünlandproben (Weidelandböden, 0 – 10 cm, Gr-Proben) entnommen. In den Proben wurden 52 Elemente im Königswasseraufschluss, 41 Elemente als Gesamtgehalte sowie TC und TOC bestimmt. Ergänzend wurde in den Ap-Proben zusätzlich 57 Elemente in der mobilen Metallionenfraktion (MMI®) sowie die Bleiisotopenverhältnisse untersucht. Alle analytischen Untersuchungen unterlagen einer strengen externen Qualitätssicherung. Damit liegt erstmals ein qualitätsgesicherter und harmonisierter geochemischer Datensatz für die europäischen Landwirtschaftsböden mit einer Belegungsdichte von einer Probe pro 2 500 km² vor, der eine Darstellung der Elementgehalte und deren Bioverfügbarkeit im kontinentalen (europäischen) Maßstab ermöglicht. Die Downloaddateien zeigen die flächenhafte Verteilung der mit verschiedenen Analysenmetoden bestimmten Elementgehalte in Form von farbigen Isoflächenkarten mit jeweils 7 und 72 Klassen.

Teilvorhaben 5: Technische Probengewinnung^r4 - wirtschaftsstrategische Rohstoffe: SEEsand - Gewinnung schwerer Seltenerdelemente (SEE) aus Schwermineralsanden^Teilprojekt 7: Innovationsmanagement und Ergebnisübertragung^Teilvorhaben 6: Verwertung der Nebenprodukte, Teilvorhaben 4 - Ressourcencharakterisierung und Folgenabschätzung

Teilvorhaben 5: Technische Probengewinnung^r4 - wirtschaftsstrategische Rohstoffe: SEEsand - Gewinnung schwerer Seltenerdelemente (SEE) aus Schwermineralsanden^Teilprojekt 7: Innovationsmanagement und Ergebnisübertragung^Teilvorhaben 6: Verwertung der Nebenprodukte^Teilvorhaben 4 - Ressourcencharakterisierung und Folgenabschätzung, Teilvorhaben 3: Technologieentwicklung physikalische und mechanochemische Aufbereitung

SESIMAG2: Separation von Seltenerd-Ionen in magnetischen Gradientenfeldern bei verschiedenen Schwerkraftniveaus

Die Seltenen Erden (SE) sind von hoher Relevanz für viele Schlüsseltechnologien. Es ist abzusehen, dass für einige Elemente der SE, wie z.B. Dysprosium, die Nachfrage perspektivisch nicht mehr durch das Angebot bedient werden kann. Effiziente Aufbereitungs- und Recyclingmethoden sind daher trotz derzeit niedrigen Rohstoffpreise ein wichtiges Thema. Magnetische Separation kann hierbei ein sehr sinnvoller Teilschritt sein. Voraussetzung dafür ist jedoch ein verbessertes Prozessverständnis. Im Vorgängerprojekt SESIMAG I ist es gelungen, den Mechanismus aufzuklären, der der beobachteten robusten Anreicherung paramagnetischer Ionen in einem magnetischen Feldgradienten zugrundeliegt. Für einen wesentlichen Puzzle-Stein in der hierbei entwickelten Theorie, konkret der durch die Feldgradientenkraft angetriebenen Konvektion, fehlt jedoch bislang der Beleg. Das vorliegende Projekt verfolgt zum einen das Ziel, diesen fehlenden Nachweis zu erbringen. Zum anderen wollen wir eine definitive Aussage zur Durchführbarkeit einer Trennung zweier verschiedener paramagnetischer Ionensorten aus der SE-Konzentrationsgrenzschicht erzielen, die in dem der Separation vorausgehenden Trigger-Prozess erzeugt wurde. Unter terrestrischen Bedingungen sind die Experimente von einer thermosolutalen Auftriebskonvektion überlagert, die aus der lokalen Erhöhung der Dichte infolge der Aufkonzentrierung der SE-Ionen und ggf. aus der lokalen Temperaturverringerung infolge des Entzugs der Verdunstungsenthalpie resultiert. Diese parasitäre Konvektion entfällt nahezu komplett in den Schwerelosigkeitsphasen eines Parabelflugexperiments. Das unterstreicht den hohen Wert eines Parabelflugexperiments für die Erreichung eines zentralen Vorhabenszieles, die feldgradientengetriebene Mikrogravitation frei von überlagerten, parasitären Konvektionen zu untersuchen.

FENABIUM: Struktur-Wirkungsbeziehungen zwischen f-Elementen und organischen Ligandsystemen mit naturstoffbasierten Bindungsfunktionen in Hinblick auf eine mögliche Mobilisierung in der Umwelt, Teilprojekt C

HEMAG: Entwicklung eines Verfahrens zum Heißpressen von Magneten für energieeffiziente Pumpen, Teilvorhaben: Herstellung EDS-verdichteter Nd-Fe-B-Magnete und deren metallkundliche Nachuntersuchung

Die Europäische Union hat strenge Grenzwerte für die Energieeffizienz von Pumpen festgelegt. Für hocheffiziente Pumpen werden sehr große Mengen Seltene-Erden-Magnete benötigt, die oft auch schwere Seltene Erden wie Dysprosium enthalten. Durch die geringen Vorkommen, die aufwendige Gewinnung und den großen Bedarf in der Energietechnik wird in den kommenden Jahren ein Versorgungsrisiko für Dysprosium prognostiziert. Ein Lösungsansatz zur Herstellung Dysprosium-freier Magnete ist die Kombination von Heiß- und Warmfließpressen bei Neodym-Eisen-Bor-Magneten. Dieses Herstellungsprinzip wurde bei Wilo SE geprüft, eine technische Umsetzung des Verfahrens und eine wirtschaftliche Fertigung der Magnete ist möglich. Die erforderlichen Werkzeuge und Werkzeugmaterialien sollen gefunden werden.

HEMAG: Entwicklung eines Verfahrens zum Heißpressen von Magneten für energieeffiziente Pumpen, Teilvorhaben: Validierung der Ergebnisse aus der Werkzeugmaterialentwicklung, der Magnetpulverauswahl und der Magnetherstellungsvarianten durch EDS Verfahren

Das Gesamtziel des Verbundprojekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Herstellung von Dysprosium-freien Hochenergie-Permanentmagneten auf Basis der intermetallischen Verbindung Neodym-Eisen-Bor (Nd2Fe14B) durch kombiniertes Heiß- und Warmfließpressen. Dabei wird das zu entwickelnde Verfahren erhebliche Energieeinsparungen gegenüber dem klassischen Sinterverfahren haben. In diesem Projekt werden folgende Teilziele angestrebt: - Auswahl bzw. Entwicklung eines keramischen Werkzeugmaterials, das höhere Standzeiten erwarten lässt als die gegenwärtig verwendete Nickel-Eisen-Legierung. - Entwicklung und Konstruktion eines kombinierten Werkzeuges, in dem das Heißpressen und das Warm-Fließpressen nacheinander in einem Prozessschritt erfolgen sollen. - Weiterentwicklung und Optimierung des EDS-Verfahrens (Electro Discharge Sintering) zur Herstellung von isotropen Dauermagneten. Zur Erreichung der Teilziele werden Modellwerkzeuge konstruiert und aufgebaut. Um die Standfestigkeit dieser Werkzeuge zu prüfen, müssen in größerem Umfang Versuchsmagnete hergestellt werden. - Definition der Anforderungen an die Werkzeuge - Definition der Anforderungen an die Qualität der Magnete - Herstellung verschiedener Pulver bzw. Pulvergemische - Prüfung der Recyclingfähigkeit von HP-Magneten - Experimentelle Modellversuche zum Heißpressen - Konzepte für Produktionsverfahren - Heißpressversuche zur Erprobung und Bewertung des neuen Verfahrens - Bewertung der produzierten Magnete - Entwicklung eines kombinierten Heißpress-Fließpress-Werkzeugs - Darstellung des entwickelten Fertigungsverfahrens und dessen fertigungstechnischer Vorteile - Darstellung der Rohstoff- und Energieeffizienz bei der Fertigung - Demonstration der Qualität der Magnete.

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