Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Auf Biegen und Kühlen: Mit Formgedächtnis zum Kühlschrank von morgen

14.03.2013
Saarbrücker und Bochumer Forscher arbeiten an einer neuen, umweltfreundlichen Kühlmethode, die wenig Energie verbraucht.

Sie nutzen dabei das so genannte Formgedächtnis von Nickel-Titan-Blechen: Die Legierung ist sehr elastisch, sie „erinnert“ sich an ihre ursprüngliche Form, nimmt diese also wieder an, wenn sie verformt wird.


Aufnahme eines Nickel-Titan-Blechstreifens mit einer Wärmebildkamera - Der schmale Blechstreifen in der Bildmitte ist in eine Apparatur eingespannt, die oben als orangefarbener Querbalken zu erkennen ist. Wird der Blechstreifen gebogen, erwärmt er sich. Wird er anschließend entlastet, kühlt er ab. Diesen Moment der Entlastung macht die Wärmebildkamera auf dem Foto sichtbar: Die blaue Färbung an der Biegestelle des Bleches zeigt an, dass hier eine starke Abkühlung erfolgt.
Foto: Marvin Schmidt

Hierbei wandelt sich die Gitterstruktur des Materials um, Spannungen entstehen: Diese so genannten Phasenumwandlungen erwärmen das Blech, wenn es belastet wird, kühlen es wieder ab, wenn es entlastet wird. Den Effekt wollen die Wissenschaftler zur Kühlung einsetzen.

Sie arbeiten gemeinsam daran, die Materialien und Prozesse besser zu verstehen, zu optimieren, und sie in einem Demonstrator anwendbar zu machen.Das Projekt ist Teil des Schwerpunktprogramms „Ferroic Cooling“ 1599 der Deutschen Forschungsgemeinschaft.

Ob heimischer Kühlschrank oder Industrie-Kühlhaus – Kühlgeräte sind Stromfresser. Sie verursachen dadurch nicht nur immense Kosten, sondern tragen ihren Teil dazu bei, dass große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre gelangen. Eine Forschergruppe aus Saarbrücken und Bochum will sich mit Blechen aus Nickel-Titan, kurz „NiTi“ genannt, der Aufgabe stellen, neuartige Kühlmethoden zu entwickeln: Sie sollen weniger Energie verbrauchen als herkömmliche Kühlgeräte und vor allem ohne die heute üblichen klimaschädigenden Kältemittel auskommen.

Kühlschränke kühlen, weil ihrem Inneren Wärme entzogen und diese nach außen abgegeben wird. Um Wärme aus dem Kühlschrank heraus zu transportieren, wollen die Professoren Andreas Schütze und Stefan Seelecke von der Saar-Uni gemeinsam mit Professor Gunther Eggeler und Dr. Jan Frenzel von der Ruhr-Universität Bochum das Formgedächtnis der „NiTi-Legierung“ nutzen: Im Gegensatz zu gewöhnlichen Metallen wie Stahl erwärmt sich ein Nickel-Titan-Blech um bis zu 30 Grad über der Umgebungstemperatur, wenn es mechanisch verformt, gebogen oder gezogen wird.

Wird diese Wärme an die Umgebung abgegeben, kühlt sich das Blech, wenn es anschließend wieder entlastet wird, um etwa 20 Grad unter Umgebungsniveau ab. Diesen Effekt wollen die Forscher nutzen, um dem Kühlschrankinneren Wärme zu entziehen und diese dann nach außen abzugeben. Derzeit ist die erste Demo-Version noch recht groß, weil noch eine größere Kraft nötig ist, um das Blech zu ziehen. Zukünftig wollen die Forscher kleinere Lösungen entwickeln, zum Beispiel mit so genannten Piezo-Aktoren: Diese kleinen Antriebe können große Kräfte auf kleinen Wegen ausüben.

Die Saarbrücker Messtechniker und Aktorik-Experten testen nun, wie dieser Kühlmechanismus am effizientesten abläuft, wie er am wenigsten Energie verbraucht und wie er ingenieurtechnisch gestaltet werden muss, damit er funktional und in der Praxis umsetzbar wird. Dabei wird unter anderem an verschiedenen Methoden gearbeitet, wie der Wärmetransport aus dem Kühlschrankinneren optimiert werden kann. Experimente werden durchgeführt, Simulationsmodelle und Testmethoden entwickelt, mit Hilfe derer etwa vorhergesagt werden kann, wie stark das Blech verformt werden muss, um welche Kühlleistung zu erreichen, oder welche Zeit dies in Anspruch nimmt. Mit einer Thermokamera soll hierzu untersucht werden, wie die Erwärmung und Abkühlung abläuft.

In Bochum wird analysiert, wie der Werkstoff, die Nickel-Titan-Legierung, idealerweise für diesen Prozess beschaffen sein muss. Ziel ist es, die Legierung mit den idealen Kühleigenschaften zu finden, die der hohen Belastung bei ständiger Verformung standhält.

In der ersten dreijährigen Projektphase sollen zunächst mithilfe eines Modellsystems die einzelnen Abläufe genau erforscht und verschiedene Prozessführungen erprobt werden. In der zweiten Phase des Schwerpunktprogramms soll dann ein erster funktioneller „Kühldemonstrator“ realisiert werden.

Beteiligt sind von Seiten der Universität des Saarlandes die Lehrstühle für Unkonventionelle Aktorik (Professor Stefan Seelecke) und für Messtechnik (Professor Andreas Schütze) sowie von der Ruhr-Universität Bochum der Lehrstuhl Werkstoffwissenschaft (Professor Gunther Eggeler/Dr. Jan Frenzel).

Die Forschung ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms 1599 „Caloric effects in ferroic materials: New concepts for cooling” (Koordinator: Dr. Sebastian Fähler vom Leibniz-Institut für Festkörper- und Werkstoffforschung Dresden - IFW e.V.). http://www.ferroiccooling.de

Kontakt:
Universität des Saarlandes
Prof. Dr.-Ing. Stefan Seelecke: Tel.: 0681 302 71341; E-Mail: stefan.seelecke@mmsl.uni-saarland.de

Prof. Dr. Andreas Schütze: Tel.: 0681 302 4663; E-Mail: schuetze@LMT.uni-saarland.de

Ruhr-Universität Bochum
Prof. Dr. Gunther Eggeler: Tel. 0234 32 23022; E-Mail: gunther.eggeler@rub.de
Dr. Jan Frenzel: Tel. 0234 32 22547; E-Mail: jan.a.frenzel@rub.de
Hinweis für Hörfunk-Journalisten: Sie können Telefoninterviews in Studioqualität mit Wissenschaftlern der Universität des Saarlandes führen, über Rundfunk-Codec (IP-Verbindung). Interviewwünsche bitte an die Pressestelle (0681/302-2601) richten.

Claudia Ehrlich | Universität des Saarlandes
Weitere Informationen:
http://www.ferroiccooling.de
http://www.uni-saarland.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Simulation von Energienetzwerken für Strom, Gas und Wärme
19.09.2017 | Fraunhofer-Institut für Algorithmen und Wissenschaftliches Rechnen SCAI

nachricht MathEnergy: Mathematische Schlüsseltechniken für Energienetze im Wandel
19.09.2017 | Max-Planck-Institut für Dynamik komplexer technischer Systeme Magdeburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Im Focus: Quantensensoren entschlüsseln magnetische Ordnung in neuartigem Halbleitermaterial

Physiker konnte erstmals eine spiralförmige magnetische Ordnung in einem multiferroischen Material abbilden. Diese gelten als vielversprechende Kandidaten für zukünftige Datenspeicher. Der Nachweis gelang den Forschern mit selbst entwickelten Quantensensoren, die elektromagnetische Felder im Nanometerbereich analysieren können und an der Universität Basel entwickelt wurden. Die Ergebnisse von Wissenschaftlern des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel sowie der Universität Montpellier und Forschern der Universität Paris-Saclay wurden in der Zeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Multiferroika sind Materialien, die gleichzeitig auf elektrische wie auch auf magnetische Felder reagieren. Die beiden Eigenschaften kommen für gewöhnlich...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungen

Biowissenschaftler tauschen neue Erkenntnisse über molekulare Gen-Schalter aus

19.09.2017 | Veranstaltungen

Zwei Grad wärmer – und dann?

19.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

»Laser in Composites Symposium« in Aachen – von der Wissenschaft in die Anwendung

19.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Zentraler Schalter der Immunabwehr gefunden

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Neue Materialchemie für Hochleistungsbatterien

19.09.2017 | Biowissenschaften Chemie