Kurzmeldungen

Forschung Kompakt / 2.12.2013

Stoßdämpfer nach Belieben einstellen +++ Laserschweißen als Innovationsmotor +++ Brennstoffzelle produziert Strom aus Methan

Stoßdämpfer nach Belieben einstellen

Auf unebenen Straßen haben Stoßdämpfer viel zu tun. Doch während der eine Autofahrer sportlich fahren möchte – also mit harter Dämpfung, dafür aber mit besserer Kurvenlage – bevorzugt der andere einen höheren Komfort. Mit magnetorheologischen Stoßdämpfern kann man die Dämpfung stufenlos anpassen. Das Prinzip: Eine stromdurchflossene Spule im Kolben des Stoßdämpfers erzeugt ein Magnetfeld, durch das sich eine Flüssigkeit ver- steift. Dabei gilt: Je stärker das Magnetfeld, desto steifer wird die Flüssigkeit und desto härter fällt die Dämpfung aus. Bei mittlerer Dämpfung verbraucht das System etwa 20 Watt. Bei Stromausfall fällt die Dämpfung in den weichsten Zustand zurück.

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC in Würzburg haben einen Stoß- dämpfer mit verbesserter Ausfallsicherheit entwickelt. Der Clou: Ein Permanentmagnet sorgt für ein ständiges Magnetfeld und damit für eine mittlere Dämpfung – und das ohne elektrische Energie. Nur dann, wenn die Dämpfung gesteigert oder gesenkt werden soll, wird die Spule zugeschaltet, die das Magnetfeld stärkt oder schwächt. Eine weitere neue Technologie basiert auf einem schaltbaren Magneten. Dabei reicht ein kurzer Strompuls in der Spule aus, um die Magnetisierung bedarfsgerecht einzustellen. Dies spart Energie, wenn die Dämpfung nur ab und zu geändert werden soll – etwa bei veränderter Beladung des Fahrzeugs.

Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC
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Laserschweißen als Innovationsmotor

Kann ein Laser inmitten stampfender Maschinen präzise schweißen? Der Prototyp eines neuen Laserschweißgeräts, entwickelt im EU-Projekt Orbital, hat jetzt den Härtetest be- standen: Bei den Firmen INTEGASA und ENSA, die in Spanien Wärmetauscher für die Schwerindustrie produzieren, hat er sich unter den harten Bedingungen des Werks-alltags als zuverlässig erwiesen. Er soll die Schweißpistolen ersetzen, die traditionell in der Pro- duktion eingesetzt werden, um die gelochten Rohrböden mit tausenden von Rohren zu verschweißen. Ein zeitaufwändiges Verfahren – europäische Produzenten können sich heute kaum noch gegen die Konkurrenz aus Billiglohnländern behaupten.

Künftig erledigt der Laser den Job: Schnell, präzise und punktgenau werden Grundplatte und Rohr aneinandergeschweißt. Schon nach wenigen Sekunden steuert der Roboterarm, der den Bearbeitungskopf transportiert, das nächste Loch an. »Der Prototyp kann sogar Materialien verschmelzen, die als schwer zu schweißen gelten«, so Patrick Herwig vom Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS in Dresden, der im EU-Projekt den Schweißkopf designte und erprobte. Bei der Herstellung von beispielsweise Wärme- tauschern sind exotische Material-Kombinationen gefragt. In der chemischen Industrie nutzt man sie, um heißen, aggressiven Lösungen Wärme zu entziehen. Die Rohre müssen daher innen korrosionsbeständig sein. Auf der anderen Seite, im Tank, befindet sich eine chemisch neutrale Flüssigkeit, die Wärme aufnimmt. Hier lassen sich kostengünstige Materialien einsetzen. Wo Tank und Rohre aufeinander stoßen, müssen die unterschied- lichen Werkstoffe verbunden werden. Klassische Schweißtechnik stößt hier an ihre Grenzen, mit dem Laser lässt sich das bewältigen.

Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS
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Brennstoffzelle produziert Strom aus Methan

Die Faultürme des Dresdner Klärwerks sind weithin sichtbar. In ihnen steckt ein zäher, brauner, rund 38 Grad Celsius warmer Schlamm, aus dem Methangas gewonnen wird. Dieses Klärgas treibt ein Blockheizkraftwerk an. So deckt die Abwasseranlage 60 Prozent ihres Strombedarfs selbst. Eine Menge, die genügen würde, um bis zu 16 000 Haushalte mit Elektrizität zu versorgen. Aber es lässt sich noch mehr aus dem Gas herausholen. »Im Vergleich zu einem Blockheizkraftwerk ist der Wirkungsgrad von Brennstoffzellen deutlich höher«, erklärt Matthias Jahn vom ortsansässigen Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS. Während mit der konventionellen Technik allenfalls ein Wirkungsgrad von 40 Prozent erreicht wird, und der Rest als Wärme verloren geht, sind mit der Brennstoffzelle 50 Prozent möglich. »Die Technologie der Blockheizkraftwerke ist weit- gehend ausgereizt, aber bei der Brennstoffzelle gibt es noch Luft nach oben«, so Jahn.

Derzeit testen Jahn und sein Team eine Festoxidbrennstoffzelle (SOFC) unter realen Bedingungen an der Dresdner Kläranlage. Die SOFC arbeitet nicht mit energieintensiv gewonnenem Wasserstoff, sondern mit dem Klärgas der Stadtentwässerung. »Unser System läuft auch dann stabil, wenn der Methangehalt zwischen 30 und 70 Prozent schwankt«, erklärt Jahn. Das im Biogas vorhandene Kohlendioxid muss nicht abgetrennt werden, sondern wird im Prozess genutzt. Das ermöglicht eine höhere Flexibilität der Brenngaszusammensetzung: Es können auch Speise- und Marktabfälle, Rückstände aus der Lebensmittelherstellung oder der Inhalt der häuslichen Biotonne vergoren werden.

Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS
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