Projekt

Das Ziel des Vorhabens ist die Entwicklung von Dichtsystemen für Pumpen und Turbinen, die mit nahezu hundertprozentiger Materialausbeute hergestellt werden können. Dadurch soll der Verbrauch von hochlegierten Stählen und Nickelbasislegierungen mit strategischen Legierungselementen wie Molybdän, Chrom und Kobalt stark minimiert sowie der Verbrauch von kubischem Bornitrid vollständig vermieden werden. Die erhöhte Nachfrage, größtenteils aus Asien, hat in den letzten zehn Jahren bei vielen Materialressourcen zu starken Kostensteigerungen und extremen Preisschwankungen geführt infolge von Verknappungen, geopolitischen Einflüssen und Spekulationen. Dies hat zur Folge, dass ressourceneffiziente Verfahren und Werkstoffe immer dringender benötigt werden.

Im Mittelpunkt der Entwicklung steht eine neuartige dreidimensionale Wabenstruktur (sogenannte Polyederzellstruktur), die in geeigneter Form weiterentwickelt werden soll und sowohl in Turbinen als auch in Pumpen anwendbar ist. Die Verwendung dieser neuen Strukturen soll dabei als Sekundäreffekt durch verbesserte Dichtwirkung zu niedrigeren Blow-by-Effekten und damit zu geringen Energieverlusten führen bzw. zur Einsparung enormer Energiemengen beitragen.

Ein Schwerpunkt der Werkstoffentwicklung ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem die Fertigung maßgeschneiderter zellularer Einlaufstrukturen ermöglicht wird. Voruntersuchungen lassen erwarten, dass hervorragende Ergebnisse bezüglich der Dichtwirkung und Lebensdauer mit Polyederzellstrukturen erreicht werden können. Solche Strukturen wurden bereits im Labormaßstab entwickelt. Es wird davon ausgegangen, dass die Fertigungs- und Strukturparameter für die beiden Anwendungsgebiete Turbinen und Pumpen stark voneinander abweichen. In Pumpen werden eher Materialien mit höheren Festigkeiten benötigt. Dies bedingt große Zellwandstärken und höhere Dichten der porösen Strukturen. Hier soll die Zellenstruktur (Morphologie, Zellgrößenverteilung und Zellwandstärke) hinsichtlich lateraler Dichtigkeit und Spaltsteifigkeit weiterentwickelt werden. In Turbinen ist das Ziel eher die Erreichung weniger hoher Dichten bei geringen, bisher noch nicht hergestellten Zellenweiten.

Das erste Arbeitsziel ist die Beherrschung der Formgebung im Labormaßstab, so dass Bauteile sowohl mit kleinen dünnwandigen Kugeln als auch mit größeren dickwandigen Kugeln homogen hergestellt werden können. Im nächsten Schritt müssen diese Ergebnisse auf den Formteilautomaten und zur Fertigung größerer Strukturen in den Technikumsmaßstab umgesetzt werden.