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DER KONSTRUKTEUR 6/2016

DER KONSTRUKTEUR 6/2016

SERIE Ingenieure

SERIE Ingenieure entwickeln den Kühlschrank der Zukunft Wie kann in Zukunft klimafreundlich und ressourcenschonend gekühlt werden? Vielleicht mit künstlichen Muskeln aus Nickel-Titan, die Wärme und Kälte transportieren? Eine umweltfreundlichere Kühlmethode entwickeln die Forscherteams der Ingenieurwissenschaftler Stefan Seelecke und Andreas Schütze von der Universität des Saarlandes gemeinsam mit Werkstoffwissenschaftlern der Ruhr-Universität Bochum. Ihr Verfahren kommt ohne klimaschädigende Kühl- oder Kältemittel aus und soll auch weniger Energie verbrauchen als bislang übliche Kühltechniken. „Wir setzen Systeme mit Formgedächtnis-Legierungen ein, um Wärme abzutransportieren“, erklärt Stefan Seelecke, Professor für Intelligente Materialsysteme. „Formgedächtnis Formgedächtnis-Material ist Grundlage eines neuartigen Kühlverfahrens bedeutet, dass Drähte oder Bleche aus der Legierung Nickel- Titan gewissermaßen ein Erinnerungsvermögen haben: Werden sie verformt, nehmen sie anschließend die alte Form wieder an. Hierdurch können sie wie Muskeln an- und entspannen. Den Effekt, dass sie dabei Wärme aufnehmen und wieder abgeben, nutzen wir zum Kühlen“, erklärt Seelecke. Wird ein Nickel-Titan-Draht oder -Blech verformt oder gezogen, verändert sich die Gitterstruktur im Inneren des Metalls und es entstehen Spannungen. Diese so genannten Phasenumwandlungen erwärmen das Material. Wird das Metall nach dem Ausgleich mit der Umgebungstemperatur anschließend wieder entlastet, lösen sich die Spannungen und es kühlt stark ab: etwa 20 °C unter dem Umgebungsniveau. „Die Grundidee war, einem Raum – etwa dem Inneren eines Kühlschranks – Wärme zu entziehen, indem wir dort ein vorgedehntes superelastisches Formgedächtnis-Material entlasten und dabei stark abkühlen. Die so aufgenommene Wärme geben wir außerhalb des Kühlschrankes an die Umgebung ab, indem wir das Material dort zur Temperaturerhöhung wieder belasten, bevor der Kreisprozess aufs Neue beginnt“, erläutert Seelecke. In den bisherigen Versuchsreihen und Simulationsmodellen haben die Wissenschaftler nachgewiesen, dass ein solches Kühlverfahren funktioniert und in der Praxis eingesetzt werden kann. Anhand eines Modellsystems erforschten sie, wie der Kühlmechanismus am effizientesten abläuft und untersuchten u. a. wie stark das Material gezogen oder gebogen werden muss, um eine bestimmte Kühlleistung zu erreichen, oder ob der Prozess langsam oder schnell effektiver ist. Zur Zeit wird, aufbauend auf diesen Ergebnissen, ein optimierter Prototyp zur Luftkühlung gebaut. Bei ihm wird ein Kühlkreislauf hergestellt: Die warme Luft wird auf der einen Seite an einem rotierenden Bündel von Formgedächtnis-Drähten vorbeigeleitet. Indem mehrere Drähte verwendet werden, wird eine höhere Kühlleistung erzielt. Das Bündel wird belastet, wird dabei wärmer, dreht sich, wird auf der anderen Seite entlastet und kühlt ab. Die zu kühlende Luft wird dort dann vorbeige leitet, um so einen angrenzenden Raum zu kühlen. Wie dies optimal abläuft, daran feilen die Ingenieure aktuell. Um den Prozess noch weiter zu optimieren, werden alle Abläufe modelliert und die Modelle durch Vergleich mit Experimenten weiter verfeinert. Bild: Oliver Dietze www.uni-saarland.de 50 Der Konstrukteur 6/2016

VORSCHAU IM NÄCHSTEN HEFT: ASB/2016 ERSCHEINUNGSTERMIN: 07. 07. 2016 • ANZEIGENSCHLUSS: 23. 06. 2016 01 02 03 04 01 Schneckengetriebe – besser als ihr Ruf Schneckengetrieben werden pauschal häufig geringe Wirkungsgrade und Energieeffizienz unterstellt. Die Vorteile dieser Getriebebauform können aber je nach Anwendung deutlich überwiegen. Bild: ZAE, Hamburg 02 Pneumatische Sicherheitsbremsen – echte Kraftpakete Vorgestellt wird ein Bremskonzept, das sowohl ständig wachsende Sicherheitsanforderungen erfüllt als auch ohne den Einsatz von Hydraulik eine hohe Leistungsdichte erreicht. Bild: Chr. Mayr, Mauerstetten Der direkte Weg im Internet: www.DerKonstrukteur.de als E-Paper: www.engineering-news.net Redaktion: m.doeppert@vfmz.de Werbung: a.zepig@vfmz.de in sozialen Netzwerken: www.Facebook.com/DerKonstrukteur www.twitter.com/derkonstrukteu 03 Dynamischer Energiespeicher – Manager für geregelte Antriebe Hohe Verfügbarkeit, Dynamik und Energieeffizienz werden von Antrieben verlangt. Warum also nicht ein Gerätekonzept entwickeln, das all diese drei Aspekte positiv beeinflussen kann? Bild: Michael Koch, Ubstadt-Weiher 04 Was man über BLDC-Motoren wissen sollte Wenn es darum geht, eine langlebige und dennoch kostengünstige Antriebslösung zu entwickeln, entscheiden sich immer mehr Anwender für einen BLDC-Motor. Bild: Nanotec, Feldkirchen (Änderungen aus aktuellem Anlass vorbehalten) Der Konstrukteur 6/2016 51

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