Forschungsziele: Das Vorhaben ist ein Teilprojekt (TP4) der Leittechnologie-Initiative 'EcoForge - Ressourcen-effiziente Prozessketten für Hochleistungsbauteile' der AiF und hat im Bereich Zerspanung zwei übergeordnete Ziele: - Analyse der in den Teilprojekten TP1-6 betrachteten Werkstoffe auf ihre Eigenschaften bezüglich Zerspanbarkeit durch die Prozesse Tiefbohren und Drehen - Überprüfung der Machbarkeit einer Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerpanung. Gegenstand der Forschung im laufenden Vorhaben ist die Realisierung der Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerspanung (Bild 1). Durch die Verknüpfung von Schmiedeprozess und Zerspanung kann von der besseren Zerspanbarkeit bei hohen Temperaturen profitiert werden und in Zukunft die Verwendung von bainitischen Schmiedestählen mit reduziertem Schwefelgehalt zur Herstellung von Hochleistungsbauteilen ermöglichen. Angestrebte Forschungsergebnisse: Die Vorteile der Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerspanung für die Prozesskette können wie folgt zusammengefasst werden: - Wegfall einer zusätzlichen Randschichthärtung bzw. -verfestigung - Bainit besitzt ausreichende mechanische Eigenschaften - Bauteile weisen homogene Härte auf - Nutzung der Schmiedehitze zur Heißzerspanung - Abschrecken wird bei ca. 500 C unterbrochen - Verbesserte Zerspanbarkeit bei hohen Temperaturen (Bild 2) - Längere Werkzeugstandzeiten. Zerspankräfte beim Drehen der Proben mit unterschiedlichen Temperaturen. - Reduzierung des Schwefelgehalts in AFP-Stählen - Zerspanbarkeit wird durch hohe Temperaturen gewährleistet - Bessere Funktionseigenschaften der Bauteile.
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.
Kalksandsteinmauerwerk ist ein Wandbaustoff mit hervorragenden Eigenschaften, der eine Kombination aus Mauerstein und Mauermoertel darstellt. Die wichtigste Eigenschaft des Mauerwerks ist dessen Druckfestigkeit. Das Ziel der Forschungsarbeit ist es, den Einfluss der Fugendicke und der Verbandsart auf die Druckfestigkeit von Kalksandsteinmauerwerk zu untersuchen. In einem weiteren Ansatz sollte ein Mittelbettmoertel mit einer Fugendicke von d = 5 mm entwickelt und die Eigenschaften von KS-Mittelbettmauerwerk beschrieben werden. Dazu wurden zunaechst die Steineigenschaften von verschiedenen auf dem Markt verwendeten Kalksandsteinen bestimmt. Eine repraesentative Auswahl dieser Steine wurde fuer weitergehende Untersuchungen herangezogen. Die Moertelindustrie lieferte zusaetzlich zu dem im Labor hergestellten Normalmoertel einen Duennbettmoertel und nach einem vorgegebenen Anforderungsprofil entsprechende Mittelbettmoertel. Mit einer Reihe von Mauerstein-/Mauermoertelkombinationen wurden Mauerwerkswaende, zum Teil geschosshoch, hergestellt und hinsichtlich ihrer Druckfestigkeit geprueft. Fuer die Pruefungen wurden KS-Voll-, Loch- sowie Hohlblocksteine verwendet. Als Moertel wurde ein Normalmoertel mit einer Fugendicke von d = 12 mm, ein Mittelbettmoertel mit einer Fugendicke von d = 5 mm Fuge und ein Duennbettmoertel mit einer Fugendicke von d = 2 mm eingesetzt. Als Einsteinmauerwerk wurden die Waende im Laeufer- und Binderverband aufgemauert, als Verbandsmauerwerk wurden sie im Blockverband ausgefuehrt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass durch eine Verringerung der Fugendicke bis zu 30 Prozent hoehere Mauerwerksdruckfestigkeiten erreicht werden koennen. Es entspricht auch dem Erkenntnisstand anderer Untersuchungen, dass die Fugendicke einen entscheidenden Einfluss auf die Mauerwerksdruckfestigkeit hat. Durch eine dickere Lagerfuge und den damit einhergenden groesseren Querverformungen des Moertels erhoehen sich die Zugspannungen im Mauerstein, was zu einem fruehen Versagen des Mauerwerks fuehrt. Der Unterschied bei den Mauerwerksdruckfestigkeiten ist bei Reduzierung der Fugendicke von d = 5 mm auf d = 2 mm geringer als bei einer Reduzierung der Fugendicke von d = 12 mm auf d = 5 mm. Die von der Moertelindustrie entwickelten Mittelbettmoertel fuehren bei einer Fugendicke von d = 5 mm zu aehnlichen Mauerwerksdruckfestigkeiten wie bei Verwendung von Duennbettmoertel mit einer Fugendicke von d= 2 mm. Die Untersuchungsergebnisse bestaetigen damit die guenstige Wirkung einer Mittelbettfuge auf die Mauerwerksdurckfestigkeit. Ein Einfluss der Verbandsart auf die Mauerwerksdruckfestigkeit ist aus den Untersuchungsergebnissen nicht eindeutig ableitbar. Ein geringer Festigkeitsunterschied zwischen Laeufer-, Binder- und Blockverband ergibt sich lediglich bei Verwendung von KS-Lochsteinen. Hier fuehren die als Verbandsmauerwerk im Blockverband erstellten Pruefwaende zu etwas geringeren Mauerwerksdruckfestigkeiten. Di
Im Rahmen des Projekts wird ein Prüfstand entwickelt und gebaut, mit dessen Hilfe gekühlte Komponenten aus der Brennkammer- und Turbinensektion untersucht werden können. Unter betriebsnahen Bedingungen wird ein Wärmeübergang an der Oberfläche der Proben geschaffen, der es unter Einsatz von Heißgas und Kühlluft erlaubt, thermische Beanspruchungen im Betrieb zu simulieren.
Schwerpunkt der Untersuchungen ist dabei eine thermisch-zyklische Beanspruchung der Proben mit dem Forschungsziel, Kühlkonzepte und neue Materialien für die Auslegung und Herstellung von Komponenten weiterzuentwickeln.