Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Verschleißmonitoring für Ventile von Großgasmotoren

23.02.2016

Gasmotoren zur Energieerzeugung, beispielsweise in Blockheizkraftwerken, zeichnen sich durch hohe Wirkungsgrade und niedrige Emissionen aus. Die hohe Klopffestigkeit der Brenngase ermöglicht hohe Wirkungsgrade durch den Betrieb mit hohen Drücken und Verbrennungstemperaturen. Im Gegenzug ist die Verschleißbeanspruchung der Motorenventile unter diesen Bedingungen sehr hoch.

Um die Lebensdauer der Motorkomponenten – und damit die Attraktivität der Gasmotoren – weiter zu steigern, arbeitet das Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM MikroTribologie Centrum zusammen mit der Märkisches Werk GmbH daran, die Verschleißmechanismen am Ventilsitz besser zu verstehen und gezielt zu beeinflussen.


Maßgeschneiderter Versuchsstand zur Verschleißmessung an großen Ventilen unter definierten Belastungen (links), Ventil im Versuchsstand (rechts).

© Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Auf der Suche nach Lösungen zur sauberen Energieerzeugung arbeiten die Hersteller von Gasmotoren an höheren Verbrennungstemperaturen bei gleichzeitiger Minimierung von Schmierstoffen, um Verbrennungsprodukte und Emissionen zu reduzieren. Für die Ventilspindeln ergeben sich daraus eine höhere Temperatur-, Druck- und Verschleißbeanspruchung, denn auch die Schmierung durch Verbrennungsrückstände wie Rußablagerungen entfällt.

Gefragt sind Werkstoffe, die den gestiegenen Anforderungen gewachsen sind. Dazu hat das Fraunhofer IWM MikroTribologie Centrum in enger Kooperation mit der Märkisches Werk GmbH einen Versuchsaufbau entwickelt, der die Einsatzbelastungen realitätsgetreu nachstellt und ein Verschleißmonitoring ermöglicht. Auf dieser Basis optimiert das Team Werkstoffpaarung und Bauteildesign.

Flexibler Prüfstand für große Ventile

»Wir haben einen für die Bedingungen im Gasmotor maßgeschneiderten Prüfstand für Ventile mit 70 bis 100 mm Ventiltellerdurchmesser entwickelt«, sagt Dr. Dominik Kürten, Mitarbeiter der Gruppe »Verschleißschutz, Technische Keramik« des Fraunhofer IWM in Freiburg. In der Klimakammer des Prüfstands lassen sich Umgebungsbedingungen wie die Temperatur und die Zusammensetzung der Luft aus bestimmten Gasen und Luftfeuchtigkeit einstellen und damit exakt die Bedingungen der jeweiligen Anwendung nachstellen.

Der neue Versuchsstand kann zwei Belastungsszenarien simulieren: zum einen öffnet und schließt sich das Ventil hochdynamisch und zum anderen wird beim geschlossenen Ventil ein definierter Verbrennungsdruck nachgestellt. Betriebsbedingungen wie Temperatur, Verbrennungsdruck, Schließgeschwindigkeiten und Atmosphärenzusammensetzung sind bei den Versuchen präzise einstellbar.

»Dadurch können wir feststellen, welche Faktoren den größten Einfluss auf den Verschleiß des Ventils haben«, erläutert Kürten. Während der Versuche, die bis zu mehreren Wochen dauern können, lässt sich während einer kurzen Unterbrechung der sogenannte Sitzflächenverschleiß am Ventil bestimmen, ohne es aus der Führungs- und Rotationsvorrichtung entnehmen zu müssen.

»Aus den Ergebnissen der dynamischen Versuche errechnen wir den zu erwartenden Verschleiß des Bauteils bis zum Ende seiner Lebensdauer«, erklärt der Wissenschaftler für Hochtemperaturtribologie. Es fehle bei der sauberen Verbrennung im Gasmotor ein durchgängiger, schützender Tribofilm zwischen Ventil und Sitzring, der sich ansonsten bei Dieselmotoren, die viel Ruß erzeugen, typischerweise beobachten lässt.

Gebrauchseignung feststellen durch Kenntnis der Mikrostruktur

»Wir haben herausgefunden, dass die tribologische Belastung des Ventils hauptsächlich vom Gefüge des Ventilwerkstoffs und des Sitzrings aufgefangen wird«, erklärt Kürten. Im Detail erforscht das Wissenschaftsteam den Materialverschleiß mit Mikrostrukturaufklärung und Materialanalytik. »Mit diesem Wissen können wir – ausgehend von den Gefügeeigenschaften und der Mikrostruktur der Ventilwerkstoffe – die Gebrauchseignung der Werkstoffe für neue Gasmotoren bewerten und sie so auch zur Anwendung in Schiffen oder Lokomotiven qualifizieren«, so Kürten.

Weitere Informationen:

http://www.iwm.fraunhofer.de/geschaeftsfelder/tribologie/verschleissschutz-techn... Gruppe Verschleißschutz, Technische Keramik am Fraunhofer IWM
http://www.mikrotribologiecentrum.de/ Webseite des MikroTribologie Centrums

Katharina Hien | Fraunhofer-Institut für Werkstoffmechanik IWM

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Maschinenbau:

nachricht Flexiblere Turbomaschinen entwickeln
23.05.2017 | FIZ Karlsruhe – Leibniz-Institut für Informationsinfrastruktur GmbH

nachricht WHZ erhält hochmodernen Prüfkomplex für Schraubenverbindungen
23.05.2017 | Westsächsische Hochschule Zwickau

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Maschinenbau >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Tumult im trägen Elektronen-Dasein

Ein internationales Team von Physikern hat erstmals das Streuverhalten von Elektronen in einem nichtleitenden Material direkt beobachtet. Ihre Erkenntnisse könnten der Strahlungsmedizin zu Gute kommen.

Elektronen in nichtleitenden Materialien könnte man Trägheit nachsagen. In der Regel bleiben sie an ihren Plätzen, tief im Inneren eines solchen Atomverbunds....

Im Focus: Turmoil in sluggish electrons’ existence

An international team of physicists has monitored the scattering behaviour of electrons in a non-conducting material in real-time. Their insights could be beneficial for radiotherapy.

We can refer to electrons in non-conducting materials as ‘sluggish’. Typically, they remain fixed in a location, deep inside an atomic composite. It is hence...

Im Focus: Hauchdünne magnetische Materialien für zukünftige Quantentechnologien entwickelt

Zweidimensionale magnetische Strukturen gelten als vielversprechendes Material für neuartige Datenspeicher, da sich die magnetischen Eigenschaften einzelner Molekülen untersuchen und verändern lassen. Forscher haben nun erstmals einen hauchdünnen Ferrimagneten hergestellt, bei dem sich Moleküle mit verschiedenen magnetischen Zentren auf einer Goldfläche selbst zu einem Schachbrettmuster anordnen. Dies berichten Wissenschaftler des Swiss Nanoscience Institutes der Universität Basel und des Paul Scherrer Institutes in der Wissenschaftszeitschrift «Nature Communications».

Ferrimagneten besitzen zwei magnetische Zentren, deren Magnetismus verschieden stark ist und in entgegengesetzte Richtungen zeigt. Zweidimensionale, quasi...

Im Focus: Neuer Ionisationsweg in molekularem Wasserstoff identifiziert

„Wackelndes“ Molekül schüttelt Elektron ab

Wie reagiert molekularer Wasserstoff auf Beschuss mit intensiven ultrakurzen Laserpulsen? Forscher am Heidelberger MPI für Kernphysik haben neben bekannten...

Im Focus: Wafer-thin Magnetic Materials Developed for Future Quantum Technologies

Two-dimensional magnetic structures are regarded as a promising material for new types of data storage, since the magnetic properties of individual molecular building blocks can be investigated and modified. For the first time, researchers have now produced a wafer-thin ferrimagnet, in which molecules with different magnetic centers arrange themselves on a gold surface to form a checkerboard pattern. Scientists at the Swiss Nanoscience Institute at the University of Basel and the Paul Scherrer Institute published their findings in the journal Nature Communications.

Ferrimagnets are composed of two centers which are magnetized at different strengths and point in opposing directions. Two-dimensional, quasi-flat ferrimagnets...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungen

Aachener Werkzeugmaschinen-Kolloquium 2017: Internet of Production für agile Unternehmen

23.05.2017 | Veranstaltungen

14. Dortmunder MST-Konferenz zeigt individualisierte Gesundheitslösungen mit Mikro- und Nanotechnik

22.05.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Medikamente aus der CLOUD: Neuer Standard für die Suche nach Wirkstoffkombinationen

23.05.2017 | Biowissenschaften Chemie

Diabetes Kongress 2017:„Closed Loop“-Systeme als künstliche Bauchspeicheldrüse ab 2018 Realität

23.05.2017 | Veranstaltungsnachrichten

CAST-Projekt setzt Dunkler Materie neue Grenzen

23.05.2017 | Physik Astronomie