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Bauwerksaufnahme eines Veraltungsgebäudes aus den 1960er Jahren zur Konzeption einer energetischen Sanierung mit Wärmebrückenbetrachtungen

Erweiterung von ATHLET durch die allgemeine Kopplungsschnittstelle preCICE für die Simulation von Multiphysikproblemen in der Reaktorsicherheit, Teil: preCICE

Durchführung von Laborstudien mit Bodenorganismen: Einfluss verschiedener Testböden auf die Ergebnisse zur Ökotoxikologie von Chemikalien

Gemäß des aktuellen Bewertungskonzeptes für Chemikalien (z.B. Pflanzenschutzmittel oder Arzneimittel) wird das Risiko für Bodenorganismen in einer ersten Stufe der Bewertung anhand standardisierter Testböden im Labor geprüft. Die verwendeten Testböden bestehen aus Sand, Torf, Ton und Kalziumkarbonat und sind mit natürlichen Böden nicht vergleichbar. Bei der Extrapolation von den im Labor ermittelten Effektwerten auf die Situation im Feld werden in der derzeitigen Bewertungspraxis Sicherheitsfaktoren angewendet um das Schutzziel für Bodenorganismen im Feld zu gewährleisten. Jedoch gibt es derzeit wenige Informationen über den Einfluss verschiedener Bodenparameter auf die Toxizität gegenüber Bodenorganismen, obwohl Toxizität durch chemische Sorption und Bioverfügbarkeit moduliert wird. Zielsetzung von diesem Projekt ist es deshalb, anhand von Tests mit natürlichen Böden zu überprüfen, welche Auswirkungen unterschiedliche Bodeneigenschaften auf den ermittelten ökotoxikologischen Endpunkt haben. In einem ersten Screening werden parallele Tests mit Bodenorganismen an 5 unterschiedlichen Böden mit mindestens 3 verschiedenen Testsubstanzen pro Spezies durchgeführt. Entscheidend ist dabei herauszufinden, in welchem Maß die verschiedenen Durchführungsvarianten die Testergebnisse beeinflussen. In dem Projekt sollen nach einer gezielten Literaturrecherche zum Einfluss von Bodenparametern auf die Toxizität von organischen Chemikalien auf Bodenorganismen geeignete Testspezies in Abstimmung mit dem Auftraggeber ausgewählt werden. Anschließend wird eine Charakterisierung der in den Tests zu verwendenden Böden vorgenommen und geeignete Wirkstoffe mit unterschiedlichen Eigenschaften ausgewählt. Nach der Durchführung der Tests wird eine Analyse der Ergebnisse mit geeigneten statistischen Verfahren durchgeführt. Schwerpunkt soll hierbei die Gegenüberstellung der ökotoxikologischen Endpunkte mit den im Test verwendeten Variablen sein. In dem zu erstellenden Endbericht soll eine Beschreibung der Konsequenzen der Testergebnisse für die Risikobewertung in Zulassungsverfahren stattfinden und Hinweise zur Präzisierung vorhandener Testrichtlinien gegeben werden. Ebenso sollen eine Darstellung der verbleibenden Informationslücken und Möglichkeiten der Informationsbeschaffung (z.B. Qualität der Datenübermittlung, Generierung spezieller Daten), sowie eine Beschreibung des verbleibenden Forschungsbedarfs vorgenommen werden.

BMBF, FHProfUnt2013 - KoniFere: Konturnahe integrierte Fertigung komplexer Verbundwerkstoff-Bauteile mittels kosteneffizienter Gasdruckinfiltration

Das Projekt zielt ab auf die kosteneffiziente Serienherstellung von Bauteilen aus Metallkeramik-Verbundwerkstoffen mit Durchdringungsstruktur mittels Gasdruckinfiltration als neues großserientaugliches Verfahren. Als Demonstratorbauteil dienen Heat-Sinks mit komplexer Geometrie zur Entwärmung von Leistungshalbleitern. Diese sollen werkstoff- und verfahrenstechnisch in konturnaher Form dargestellt werden. Die Bauteile sollen keramische Isolatorfunktion, metallisch elektrische Zuleitungsbereiche und innere Hohlräume für Kühlfunktionen integrieren. Das Vorhaben zielt speziell auf die Bewertung von technischen und wirtschaftlichen Chancen und Risiken der Serienfertigung. Der Arbeitsplan startet beim Gefügedesign von Preforms mit prozesstechnisch angepassten Porenstrukturen, dies erfolgt in Zusammenarbeit mit den Projektpartnern KIT Karlsruhe und CeramTec GmbH. Parallel ist eine Konzeptphase zur Anlagentechnik gemeinsam mit FCT Systeme GmbH vorgesehen. Weitergehend werden im Projektverbund keramische Werkstoffe für komplexe und langlebige Dauerformen als kosteneffiziente Gießkokillen spezifiziert, Formen entwickelt und erprobt. Simultan erfolgt die wissenschaftliche Prozessentwicklung der Gasdruckinfiltration im Labormaßstab. Nach erfolgreichem Meilenstein soll im zweiten Projektteil die Umsetzung des Verfahrens hinsichtlich Serientauglichkeit und Kosteneffizienz weiterentwickelt und fokussiert werden.

NanoFIM: Höchstwärmedämmende Nanofaser-Isolationsmaterialien für energieeffiziente Gebäude, Herstellung und Untersuchung von einzelnen Nanofasern und freistehenden Nanofaservliesen

Im Projekt NanoFIM soll eine neue Art von Nanofaser-Isolationsmaterialien entwickelt und als höchstwärmedämmendes Material für energieeffiziente Baustoffe und Gebäude eingesetzt werden. Die verbesserte Wärmedämmung mindert die benötigte Heizenergie und setzt durch eine Reduktion des Primärenergieverbrauchs und der CO2-Emission direkt die Vorgaben der Energiewende um. Grundlage ist das Konzept von Nanoisolationsmaterialien (NIM), bei denen nm-große Poren die Wärmeleitung unterdrücken. Wir werden diese Idee erstmalig mit einem Faser-artigen Aufbau verbinden. Im Teilprojekt sollen hohle Polymernanofasern entwickelt und untersucht werden, die durch ihre Geometrie die Leitung von Wärme wirksam unterbinden. Zusätzlich sollen die Nanofasern mit Lichtabsorbierenden nanoskaligen Kohlenstoffen ausgerüstet werden, um die Wärmeleitung durch Strahlung zu unterdrücken. Aus den Nanofasern werden durch Verspinnen Vliese hergestellt, die entstehenden NanoFIMs werden hinsichtlich thermischer, mechanischer und Benetzungseigenschaften untersucht. Unser Teilprojekt synthetisiert außerdem Proben für Verbundpartner, assoziierte Partner und Interessierte Forschungsinstitute, die sich vor allem mit der Risikoabschätzung der neuen Technologie beschäftigen. Das Vorhaben gliedert sich in 4 Arbeitspakete, die im Format 'AP Name: Beitrag des Teilprojekts FUB' aufgeführt sind. AP1) Dispersion, Nanofasern, Nullproben: Herstellung von Dispersionen und Spinnen polymerer Nanofasern AP2) Nanofaservliese und Baustoffbeschichtungen: Entwicklung und Optimierung von NanoFIMs als thermisch isolierenden Werkstoff AP3) Additiva in Dämmmaterialien und Baustoffen: Optimierung von Nanofasern und Vliesen als Additiv für thermisch optimierte Baustoffe AP4) Skalierung, Demonstratoren und Nachhaltigkeit: Nachhaltigkeit, Sicherheit und Skalierung.

TheMatiK: Thermische Speichermaterialien zur Flexibilisierung industrieller Kraftwerke

Die zunehmend geforderte Flexibilisierung des Betriebs von konventionellen Kraftwerken kann durch Einsatz von thermischen Energiespeichern maßgeblich unterstützt werden. In diesem Projekt sollen solche Speicher auf Basis von Phasenwechselmaterialien (PCM) entwickelt werden. PCM zeichnen sich durch eine konstante Ein- und Ausspeichertemperatur aus, was insbesondere bei der Bereitstellung von Dampf von Vorteil ist. Daneben weisen PCM-Speicher eine hohe potentielle Speicherdichte auf. Ein wesentliches Problem von PCM-Speichern, ist die schlechte Wärmeleitung innerhalb des Speichers bzw. des Speichermaterials, gerade wenn das Material noch nicht flüssig oder wieder fest ist. Dies gilt insbesondere für Speicher mit großer Leistung bzw. Kapazität. Neben dem Wärmetransport ist die Entmischung von Stoffgemischen in flüssiger Phase ein Problem von PCM-Speichern. Auf Basis einer Analyse, wo wirtschaftlich der größte Nutzen bzw. das größte Erfordernis für den Einsatz eines thermischen Energiespeichers liegt, sollen, ausgehend von realen Kraftwerksdaten, die technischen Anforderungen an das Speichermaterial bzw. den gesamten thermischen Speicher vorgegeben werden. Auf Basis dieser Vorgaben ist sowohl das Speichermaterial zu wählen, eine geeignete Verkapselung zur Verhinderung der Entmischung und für einen besseren Wärmetransport, aber auch ein technisch und wirtschaftlich sinnvolles Gesamtkonzept für einen solchen Speicher zu entwickeln.

NanoFIM: Höchstwärmedämmende Nanofaser-Isolationsmaterialien für energieeffiziente Gebäude, Herstellung, Ausrüstung und Charakterisierung von Massivwandbau- und Dämmstoffen mit Nanofaser-Isolationsmaterialien

Simu-Roll-It: Rolle-zu-Rolle-Intensivnachtrocknung (Roll-it)

In diesem Forschungsvorhaben wird eine wissensbasierte Handlungsempfehlung für bestehende und innovative Nachtrocknungsverfahren entwickelt, um diesen energieintensivsten Prozessschritt der Batteriezellproduktion zu optimieren. Das iPAT (TU Braunschweig) untersucht hierzu den Nachtrocknungsprozess im Makromaßstab auf seine technologische Umsetzbarkeit und Wirtschaftlichkeit und überträgt die gewonnenen Erkenntnisse in eine Handlungsempfehlung für bereits vorhandenen oder neu geplante Anlagen. Neben der prozesstechnischen Untersuchung wird insbesondere die Robustheit der Prozesse validiert. Das ifs (TU Braunschweig) befasst sich mit dem konduktiven Wärmeeintrag in Elektroden. Dieser neue Prozess ermöglicht im Gegensatz zur Infrarot- (IR) oder Konvektionstrocknung eine Erwärmung des Materials von innen heraus. Es erfolgt weiterhin eine Abschätzung des Kosten-Nutzen-Aspekts sowie die Entwicklung einer kontaktloses Temperaturmess- und Regelsystems. Das Projekt startet und endet mit dem Controlling Arbeitspaket (AP) 0. Im parallel beginnenden AP 1 wird der Einfluss der intensiven Nachtrocknung auf die elektrochemischen, strukturellen und mechanischen Eigenschaften durch das iPAT untersucht und ein Qualität-Eigenschafts-Modell hinsichtlich Performance und Lebensdauer erstellt. Im folgenden AP 2 entwickelt das iPAT ein Prozess-Qualitäts-Modell der Trocknung in Abhängigkeit von den Prozessparametern und der Elektrodenstruktur. Das AP 3 umfasst den Aufbau und die Erprobung der statischen / kontinuierlichen Trocknungsanlage mit IR (iPAT) und konduktiver Trocknung (ifs), sowie die Validierung des Trocknungsmodells (iPAT, ifs). Anschließend wird im AP 4 die Robustheit der Trocknungsverfahren durch gezielte Variation der Betriebsluftfeuchte untersucht (iPAT). Im finalen AP 5 werden die Prozesse durch das iPAT und ifs optimiert und bewertet und eine zusammenfassende Handlungsempfehlung für einen optimalen Trocknungsprozess erarbeitet und durch Experimente validiert.

CoPool: Mehrdimensionales Containment Pool-Modell - Entwicklung eines COCOSYS-Moduls zur ortsaufgelösten Simulation großer Wasservorlagen

FinAlGuss: Innovative Beiträge zur Korrosionsbeständigkeit von kohlenstoffhaltigen Calciumsilicat-Funktionswerkstoffen beim Guss von Aluminiumlegierungen

1. Vorhabenziel Beim Hot-Top-Verfahren wird graphithaltiges Calciumsilikat CS-C als Abdeckung (transition plate TP) und als vertikale Zuführung (thimble T) der flüssigen Schmelze in der Kokille verwendet. Das TP und das T sind sowohl die teuersten als auch die kurzlebigsten Bauelemente einer Kokille. Das Versagen des TP tritt meist abrupt durch Rissbildung oder Materialausbrüche während des Gießprozesses auf. Beim Ausfall des TP kommt es üblicherweise zu einem linienhaften Defekt in Gießrichtung, welcher sogar zum Durchbruch von Metall führen kann. Eine Lebensdauervorhersage oder Merkmale für vorrausschauende Instandhaltung sind bisher nicht vorhanden. Es wird angenommen, dass eine höhere Wärmeleitfähigkeit die Lebensdauer der SC-C-Werkstoffe positiv beeinflusst. Jedoch kann eine höhere Wärmeleitfähigkeit zum Temperaturverlust in der Kokille und somit zu Vorerstarrungen führen, die sich negativ auf die Qualität des gegossenen Produkts auswirken. Das Verständnis des Zusammenhangs zwischen dem Schädigungsmechanismus, dem thermischen Verhalten des T-Plates (Wärmekapazität und Wärmeleitung) und den Randbedingungen im Gießprozess, wie z.B. korrosives Verhalten des gegossenen Legierungen, thermomechanische Randbedingungen beim Gießen, Werkstoffveränderungen durch Feuchtigkeit oder Kontakt mit Gießöl, sind daher von entscheidender Bedeutung für eine höhere Sicherheit in der Anlagenverfügbarkeit und der Produktqualität. 2. Arbeitsplan 1) FEM-Simulation der thermischen Verhältnisse in der Hot-Top-Kokille mit an realen transition plates gemessenen Materialkennwerten 2) Validierung der Ergebnisse aus 1) mit im Gießprozess gemessenen Parametern und mit metallographischen Untersuchungen der Gussbarren 3) Untersuchung des Schädigungsmechanismus an ausgefallenen Bauteilen 4) Vergleich der Schadensentwicklung mit messbaren Prozessparametern 5) Aufbau von Versuchskokillen mit optimierten CS-C Werkstoffen 6) Gießversuche mit optimierten CS-C-Werkstoffen.

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