Die Weisensee Warmpressteile GmbH ist ein mittelständisches Unternehmen mit derzeit 95 Mitarbeitern. Sie fertigt Produkte aus Magnesium-, Aluminium- und Kupferlegierungen sowie anderen Werkstoffen für die unterschiedlichsten Industriebereiche, wie Automobilindustrie, Elektroindustrie, Maschinenbau und Luft- und Raumfahrt. Derzeit existiert kein Ressourcen schonendes Produktionsverfahren, das die Serienproduktion von Bauteilen aus Magnesiumlegierungen mit der erforderlichen hohen Festigkeit zulässt. Daher plant das Unternehmen die Errichtung einer energetisch hocheffizienten Schmiedelinie. Dies umfasst die Umsetzung eines neuen Ofenkonzepts im Temperaturbereich bis 500 C. Anstelle des bisher eingesetzten Umluftofens werden künftig Porenbrenner in einem kontinuierlich arbeitenden Durchstoßofen für das schnelle und punktgenaue Erwärmen der Magnesiumrohlinge sorgen. Dadurch reduziert sich der Bedarf an Erdgas um ca. 30 Prozent pro Jahr. Die Magnesiumrohlinge werden in einer hochmodernen direkt angetriebenen Spindelpresse weiterverarbeitet. Ein Teil der dabei benötigten Umformungsenergie kann zurück gewonnen und in Kondensatoren gespeist werden, so dass der Einsatz von elektrischer Energie um ca. 60 Prozent reduziert werden kann. Durch das Vorhaben werden die CO2-Emissionen insgesamt um ca. 111 Tonnen pro Jahr verringert. Die mit diesem innovativen Verfahren produzierten leichten Magnesiumbauteile sind hervorragend für den Einsatz im Automobil- und Flugzeugbau geeignet und können Potenziale zur Treibstoffeinsparung heben.
Der Antragsteller plant den ersten großtechnischen Einsatz eines energieeffizienten Herdwagenofens für gegossene Edelstahlprodukte, die durch, dem Gießen nachgestaltete, definierte Glühprozesse ihre gewünschten Materialeigenschaften erhalten. Dieser Ofen soll, statt mit konventionellen Gasbrennern, mit flammenlosen Porenbrennern bestückt werden. Dadurch ergeben sich Verbesserungen bezüglich der homogenen Erwärmung des Gutes (Vermeidung lokaler Überhitzung oder zu niedriger Temperaturen) und damit ein effizienterer Energieeinsatz bei einer Verbesserung der Produktqualität.
Der Dampfmotor ZEE ist in seinem Aufbau einem konventionellen Fahrzeugmotor sehr ähnlich, mit dem einzigen Unterschied, dass, wie der Name bereits verrät, als Arbeitsmedium Dampf verwendet wird. Der Dampfmotor funktioniert mit 'äußerer, kontinuierlicher' Verbrennung. Der Porenbrenner erzeugt hierbei die erforderliche Wärmeenergie, um energiereichen, heißen Dampf zu produzieren. Dieser Dampf wird in den Motor geleitet, wo er unter Kraftwirkung auf den Kolben isotherm expandiert und Arbeit verrichtet. Durch die isotherme Prozessführung wird eine wesentliche Erhöhung des Wirkungsgrades gegenüber einem Dampfmotor herkömmlicher Bauart erzielt. Am unteren Totpunkt des Kolbens strömt der abgekühlte Dampf aus dem Zylinder und wird in einem Kondensator erneut zu Wasser verflüssigt. Es handelt sich somit um ein Zweitaktprinzip. Je mehr Dampf eingelassen wird, desto größer ist die Leistung des Motors. Die variable Einlasssteuerung durch Ventile oder so genannte Dampfinjektoren ermöglicht die Regelung des Motors. Im Gegensatz zu konventionellen Dampfmaschinen wird der 'Restdampf', nachdem er seine Arbeit verrichtet hat, nicht ausgestoßen, sondern im Kondensator verflüssigt und steht dem geschlossenen Prozess erneut zur Verfügung. Kernstück der Energieerzeugung ist der Porenbrenner, eine völlig neue Brennertechnologie, mit der das Unterschreiten der härtesten Abgasgrenze ermöglicht wird. Der Porenbrenner ist ein thermischer Reaktor, der aufgrund der vollständigen Verbrennung und der kontrollierten Verbrennungstemperatur kaum noch messbare Abgase erzeugt. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird in eine keramische Porenstruktur geleitet und verbrennt dort nahezu schadstofffrei. Dabei ist der Porenbrenner vielstofffähig: Benzin, Diesel, Erdgas oder Wasserstoff kommen als Kraftstoff in Betracht, ebenso wie gasförmige oder flüssige Biokraftstoffe. Bei einem Einsatz von Wasserstoff als Energieträger entfallen zusätzlich die Kohlendioxidemissionen, die mit jeder Verbrennung fossiler Kraftstoffe unabänderlich verbunden sind. Die Porenbrennertechnik erlaubt also tatsächlich eine emissionsfreie Energieerzeugung.
Die heutigen haushaltlichen Gasgraete nutzen Brenner mit verschiedenartigen Flammenformen. Dreidimensional ausgebildete, kegelfoermige Flammen des 'Bunsentypus' bei atmosphaerischen Injektorbrennern und praktisch eindimensional ausgerichtete Flammen bei Flaechenbrennern charakterisieren die jetzige Brennertechnik. Mit der Verbrennung von Gasgemischen in poroesen Medien ist eine weitere Moeglichkeit der Reaktionsfuehrung hinzugekommen. Innerhalb eines solchen 'loechrigen' Stoffes treten keine freien Flammen auf. Groessere Gebiete im Innern des Brennermaterials werden zu Oxidationszonen, wo die Verbrennungsvorgaenge stattfinden. Der Reaktionsablauf in solchen Materialien wird derzeit wissenschaftlich untersucht. Diese Entwicklung ist allerdings schon in Prototypen umgesetzt worden. Gegenueber bewaehrten Brennerkonzepten sind mit diesen Porenbrennern sehr grosse Modulationen in der Belastung moeglich. Die Schadstoffemissionen sind vor allem bei sehr hohen Primaerluftzahlen (n groesser 1,5) niedrig. Des weiteren wird eine kompakte Bauweise des Brenners erreicht. Zur Umsetzung dieser Verbrennungstechnik in einem poroesem Medium in die praktische Anwendung bietet sich insbesondere das Injektorprinzip an. Die Medien, die sich fuer den Einsatz als Brennerkopf eignen, sind vergleichsweise teuer. Die Kombination mit dem einfachen und somit kostenguenstigen Aufbau eines Injektorbrenners verspricht eine wirtschaftlich vertretbare Loesung fuer die Gasgeraeteindustrie. Die Berechnung der Luftansaugung von Einfachinjektoren unter dem Einfluss der Brennererwaermung wurde in dem AiF-Forschungsvorhaben Nr. 9967 erarbeitet. Die wichtigste Zielgroesse bei der rechnerischen Auslegung von Injektorbrennern ist die Primaerluftzahl. Eine wesentliche Einflussgroesse im Hinblick auf die Luftansaugung ist die Austrittsflaeche. Mit einem poroesen Stoff als Brennerkopf stellen sich andere Verhaeltnisse ein, die nicht mit der bisherigen Berechnungsmethode abgebildet werden koennen. Die Erweiterung des Berechnungsverfahrens zur Einbeziehung eines derart gestalteten Brenneraustritts macht theoretische und experimentelle Parameterstudien erforderlich. Die Luftansaugung atmosphaerisch betriebener Injektorbrenner mit unterschiedlichen poroesen Brennerkopfmaterialen soll an einem Versuchsbrenner unter dem Einfluss verschiedener Duesengroessen, des Duesenvordruckes und unterschiedlichen Treibgasen in Form von Konzentrationsmessungen experimentell untersucht und theoretisch beschrieben werden.