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NtW

Niedrigtemperatur Wärmekraftanlage für hydraulische Systeme (NtW)

Programm: KMU-innovativ: Produktionsforschung
Bekanntmachung: KMU-innovativ (bis 2015)
Wettbewerb: 02. Runde, Stichtag 15.04.2008

Kurzbeschreibung:
Im Verbundvorhaben Niedrigtemperatur-Wärmekraftanlage für hydraulische Systeme (NtW) wurde eine Wärmekraftanlage entwickelt, die auch bei gerinen Temperaturdifferenzen effektiv arbeiten kann. Ein neuer Lösungsansatz wurde entwickelt, bei dem das überkritische Kohlendioxid als Wirkmedium eingesetzt wurde. Das erfolgte in Kombination mit einer neu entwickelten Wärmekraftanlage, basierend auf dem Stirling-Prinzip, die fast ausschließlich hydraulisch arbeitet. Mit Hilfe eines Demonstrators wurde der Nachweis des Prinzips erbracht.

www:
http://www.hochdruckhydraulik-leipzig.de/html/forschungsergebnisse.html

Projektdauer: 01.10.2008 − 30.06.2011

Ansprechpartner bei PTKA:
Dipl.-Ing. Michael Petzold
Telefon: +49 721 608-31469
E-Mail: michael.petzold@kit.edu

Detaillierte Projektbeschreibung

Problemstellung
Um eine unzulässige Erwärmung des Hydrauliköls, die zu einer Schädigung des Öls und der hydraulischen Geräte führen würde, zu vermeiden, müssen Hydraulikanlagen mit einer Kühlung versehen werden. Je nach den örtlichen Gegebenheiten werden hierzu Öl¿Wasserkühler oder Öl-Luftkühler in den Hydraulikkreislauf integriert, die häufig weitere bauliche Erfordernisse, wie z. B. Rückkühlanlagen bedingen. Die Höchsttemperatur des Hydrauliköls wird durch die zulässigen Maximaltemperaturen der Hydraulikgeräte auf etwa 70 C beschränkt. Die Temperaturdifferenz in einer Wärmekraftanlage zu nutzen und Energie zurückzugewinnen war der Anspruch des Projektes.

Projektziele
Das Ziel war die Entwicklung einer Wärmekraftanlage für geringe Temperaturunterschiede, die in Produktionsanlagen integriert werden kann und dort zur Steigerung der Ressourceneffizienz der Anlagen beiträgt. Es waren folgende Teilaspekte theroretisch und praktisch zu untersuchen.
¿ Konzeptentwicklung der Anlage
¿ Theoretische Prozessdarstellung
¿ Durchdringung des Trägermediums
¿ Konstruktion der Wärmekraftanlage
¿ Entwicklung von Regeneratoren
¿ Entwicklung der Wärmeüberträger
¿ Bau eines Demonstrators und Integration in eine vorhandene Anlage
Die Schwierigkeit bestand insbesondere im Abgleich der gemäß Theorie erwarteten Ergebnisse mit denen der praktischen Erprobung.

Vorgehensweise
Zur Erreichung des Projektziels wurden Synergieeffekte verschiedener Unternehmen genutzt. Der Forschungsverbund bestand aus der Firma HSL Hochdruck- und Sonderhydraulik Leipzig GmbH und der Firma HyPneu Chemnitz GmbH. Da die zu entwickelnde Niedrigtemperatur-Wärmekraftanlage auf Basis eines hydraulischen Systems beruht, konnten die Kernkompetenzen der jeweiligen Firmen optimal genutzt werden.
Im ersten Schritt erfolgt eine Konzeptentwicklung der Niedrigtemperatur-Wärmekraftanlage. Hier wurden verschiedene Einsatzmaterialien in Betracht gezogen. Nach Auswahl aller notwendigen Komponenten erfolgten anschließend eine Konzeptauswahl sowie die Konstruktion der Niedrigtemperatur-Wärmekraftanlage. Nach Abschluss der Konstruktion erfolgte der Bau eines Demonstrators. Dieser dient als Nachweis der Funktionsfähigkeit, bzw. zur Bestimmung von Wirkungsgraden und den möglichen positiven Effekten. Anschließend wurde der Demonstrator in einer Produktionsmaschine verbaut und die Machbarkeit des Systems getestet.

Ergebnisse und Anwendungspotenzial
Als eines der ersten Referenzmodelle wurde eine Leichtbaupresse der Firma IWC Engineering GmbH mit der Niedrigtemperatur-Wärmekraftanlage ausgestattet werden. Weitere Optimierungen sind aber noch notwendig. Ist die Wärmekraftanlage voll einsatzfähig und kann auch der Nachweis einer Energieeinspeisung erfolgen, werden weitere Pressenhersteller angesprochen. Das System könnte auch in anderen Anwendungsbereichen zum Einsatz kommen, wie z.B.
¿ Schiffsbau (Dieselmotoren)
¿ Maschinen- und Anlagenbau, Landmaschinen
¿ Härtereien
¿ Gießereien
¿ Klimatechnik
Der Nachweis der angestrebten Energierückgewinnung von ca. 2,5 kWh mit der entwickelten Anlage muss noch erbracht werden. Ebenfalls muss die Anlage fertigungstechnisch noch vereinfacht werden, um die Zielkosten von 25.000 ¿ zu erreichen. Gelingt dies, ist eine Amortisation der Anlagekosten innerhalb von vier Jahren möglich. Eine konventionelle Presse wird innerhalb von 12 Jahren AfA abgeschrieben, was das Potenzial der Entwicklung aufzeigt.






Projektträger

Projektträger Karlsruhe (PTKA)
Produktion, Dienstleistung und Arbeit
Karlsruher Institut für Technologie (KIT)

Hermann-von-Helmholtz-Platz 1
76344 Eggenstein-Leopoldshafen

+49 (0)721 608-25281
+49 (0)721 608-992003

info@ptka.kit.edu
Standort Dresden
PTKA

Ansprechpartner

Sekretariat Karlsruhe

Susanne Zbornik

+49 (0)721 608-25281
susanne.zbornik@kit.edu

Sekretariat Standort Dresden

Heike Blumentritt

+49 (0)721 608-31435
heike.blumentritt@kit.edu