Projekt 27467/01

Entwicklung von Wellengeometrie und Spritzverfahren für die Herstellung des Rotors der ct-turbo Wärmepumpe

Projektträger

Efficient Energy GmbH
Hans-Riedl-Str. 5
85622 Feldkirchen
Telefon: 089 / 693369-500

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Die Efficient Energy GmbH entwickelt eine Wärmepumpe auf Basis der Direktverdampfung von Wasser. Umweltpolitisches Ziel ist der Einsatz von Wasser (anstelle von Kohle-Wasserstoffverbindungen) als na-türlichem Kältemittel und die deutliche Erhöhung des Leistungsgrades (mit damit verbundener Reduzierung des Energieverbrauchs). Das Entwicklungsvorhaben wurde mit Antrag vom 4.8.2008 im Rahmen eines Förderantrages ausführlich dargelegt und unter AZ 26661-24/2 mit Schreiben vom 22.12. 2008 bewilligt. Im Zusammenhang mit unserer Entwicklungsarbeit stellten sich insbesondere die Themen Rotordynamik und Festigkeit der Rotor-Welle-Verbindung als zZeitverzögernde und zum Antragszeitpunkt nicht vorhersehbare Schwierigkeiten heraus, die eine weitere Vertiefung in die Thematik erforderlich machten. Das hiermit vorgelegte Projekt (27467 - 24/2) wurde durchgeführt, um durch Konstruktionsänderungen bei der Wellengeometrie in Verbindung mit dem entsprechenden Spritzgussverfahren den zur Durchführung des Projekts 26661 erforderlichen Leistungsnachweis für die ct-turbo Technik zu erbringen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenIm Berichtszeitraum von März bis September 2009 wurden 193 Drehzahlversuche im Motorteststand und 50 Anlagenversuche mit dem Verdichter Prototypen gefahren sowie 6 Spritzgusstermine wahrgenommen. Die im Rahmen des Projektes bearbeiteten Aufgabengebiete waren:
o konstruktive Optimierung der Welle-Nabe-Verbindung hinsichtlich ausreichender Drehzahlfestigkeit der Verbindung und Minimierung der inneren Dämpfung im rotierenden System;
o Optimierung des Spritzgussprozess hinsichtlich Maschinenkonfiguration (Angussheizung, Werkzeugtemperierung, Düsengeometrie, Kaltpfropf und hinsichtlich Maschinenparametern (Werkzeugtemperatur, Angussheizung, Umschaltzeitpunkt, Dosierung, Nachdruckprofil, Nachbehandlung)
o Verbesserung des Schwingungsverhaltens durch:
- experimentelle und numerische Analysen des rotierenden Systems und des Gesamtsystems;
- Identifizierung der anregenden und schwingenden Komponenten;
- Umsetzung von Verbesserungsmaßnahmen.


Ergebnisse und Diskussion

Alle im Rahmen des Projektes angestrebten Ziele konnten erreicht werden. Die gefundenen Lösungen sind geeignet, um den Verdichter Prototypen betriebssicher im erforderlichen Drehzahlbereich betreiben zu können. Insbesondere war es möglich, mit dem Verdichterprototypen während der Laufzeit des Projektes den ersten Meilenstein des Projektes, ein Druckverhältnis von > 2,5 anzufahren.

Im weiteren Verlauf wurden im vierten Quartal 2009 und im ersten Quartal 2010 Entwicklungsarbeiten ausgeführt, um die Bewilligungsauflagen für das Rahmenprojekt Az. 26661-24/2 nachhaltig zu erfüllen. Diese bestehen aus technischer Sicht im qualifizierten Funktions- und Leistungsnachweis eines ersten Prototypen des TurboverdichtersSystems (ct-turbo) aus Verdampfungseinheit, Turboverdichter, Verflüssigereinheit mit folgenden Merkmalen:

o isentroper Wirkungsgrad > 55%,
o Druckverhältnis von = 3 sowie ein
o Dampfmassenstrom von m > 4 g/s.

Eine detaillierte Beschreibung dieser Arbeiten und der Ergebnisse findet sich im Anhang C zu diesem Bericht.
Die Erfüllung der Bewilligungsauflagen für das Rahmenprojekt Az. 26661-24/2 basiert dabei im Wesentlichen auf einer kontinuierlichen systematischen Analyse und Beseitigung von Schwachstellen beim Spritzguss, dem Einsatz geeigneter thermoplastischer Kunststoffe sowie der kontinuierlichen Weiterentwicklung des Verdichteraufbaus.


Öffentlichkeitsarbeit und Präsentation

Da die Efficient Energy GmbH noch nicht am Markt agiert, sondern sich derzeit im Entwicklungs- und Erprobungsstadium befindet, gibt es zu den durchgeführten Vorhaben bislang keine Veröffentlichung. Auf der Homepage der Efficient Energy GmbH unter www.efficient-energy.de sind die wesentlichen Entwicklungsideen skizziert und für die Öffentlichkeit einsehbar. Sie werden im III. Quartal 2010 aktualisiert.


Fazit

Die Ziele des Projektes Az. 27467-24/2 konnten im Zeitraum zwischen März 2009 bis September 2009 vollständig erreicht werden.
Die Fördervoraussetzungen zur Bewilligung des Ausgangsprojekts 26661-24/2 konnten durch kontinuierliche Analyse- und Entwicklungsschritte im Zeitraum September 2009 bis März 2010 nachgewiesen werden - und dies ohne Technologiewechsel, ausschließlich durch kontinuierliche Weiterentwicklung der angedachten Zieltechnologien. Die im Antrag Az. 26661-24/2 sowie Az. 27467-24/2 formulierten Vorteile bezüglich Kosten und Leistungsfähigkeit unserer ct-turbo Technik und deren Vorteilen für die Umwelt behalten somit vollständig ihre Gültigkeit.