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Entwicklung von hochgefüllten dünnwandigen Kunststoffelementen mit verbesserten Wärmetransporteigenschaften im Korrosionsbereich

IGF-Nr. 20999 N

Forschungsstelle 1: Zentrum für Brennstoffzellen
Technik ZBT GmbH
Carl-Benz-Str. 201
47057 Duisburg 
Projektleiter 1: M. Grundler 
Forschungsstelle 2: Technische Universität Kaiserslautern
Lehrstuhl für Thermische Verfahrenstechnik
Gottlieb-Daimler-Straße
67663 Kaiserslautern 
Projektleiter 2: Dr. M. Hlawitschka 
Laufzeit: 01.02.2020 - 31.07.2022

In korrosivem Umfeld, was häufig in der Chemie und Verfahrenstechnik vorkommt, werden gegenwärtig für die Herstellung von chemisch beständigen Wärmetauschern entweder schlecht wärmeleitfähige Kunststoffe oder teure Sonderwerkstoffe oder Legierungen eingesetzt. Eine weitere Werkstoffalternative stellen hochpreisige kohlenstoffbasierte Verbundwerkstoffe dar, die mittels aufwändiger Prozesstechnik ur- und umgeformt werden müssen. In diesem Projektvorhaben soll die Lücke zwischen den hochpreisigen high performance-Werkstoffen und signifikant kostengünstigeren Kunststoffen durch die Entwicklung von hochgefüllten Kunststoff-Compounds für Nieder- (80 °C) und Hochtemperaturanwendungen (bis 150 °C ) mit einer deutlich gesteigerten Wärmeleitfähigkeit gegenüber den bisher eingesetzten Kunststoffen, bei gleicher chemischer Beständigkeit, erreicht werden. Diese Kunststoff-Compounds sollen zunächst in einem kontinuierlichen Extrusionsverfahren zu dünnen Platten verarbeitet werden, welche anschließend mit den benötigten Funktionsstrukturen ausgerüstet und mit einem zu entwickelnden Fügekonzept zu einem Wärmetauscher assembliert werden. Letztendlich sollen die Wärmetauscher in einem Teststand charakterisiert werden. Beginnende Arbeiten adressieren die Auslegung und Simulation der Wärmetauscher in Verbindung mit der Definition von Anforderungen an die Funktionalisierung der Kunststoff-Compounds. Auf Basis dieser Grundlage werden Materialkonzepte erarbeitet und erste Muster-Platten entwickelt, welche in ebenfalls entwickelten Testapparaturen quantifiziert werden. Für diese Platten werden anschließend geeignete Prägeverfahren und Fügetechnologien erarbeitet. Abschließend erfolgt die Evaluierung von Prozessdaten in einem Wärmetauscher-Teststand. Aufgrund der Einbeziehung der gesamten Wertschöpfungskette ist davon auszugehen, dass von den Projektergebnissen sowohl rohstoffherstellende KMU als auch potenzielle Hersteller und Anwender von derartigen Wärmetauschern profitieren werden.

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BMWi-Logo Das IGF-Vorhaben Nr. 20999 N der Forschungsvereinigung Forschungs-Gesellschaft Verfahrens-Technik e.V., Theodor-Heuss-Allee 25, 60486 Frankfurt am Main wird über die AiF im Rahmen des Programms zur Förderung der industriellen Gemeinschaftsforschung (IGF) vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie aufgrund eines Beschlusses des Deutschen Bundestages gefördert.