Projekt 22577/02

Energieeffizienter Induktionsheizer mit Supraleitertechnologie – 2. Phase: Prototypenbau und Systemerprobung

Projektträger

B√ľltmann GmbH
Hönnestr. 31
58809 Neuenrade
Telefon: +49 2394/18231

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Dieses Projekt schlie√üt an eine erste Design Phase an unter AKZ 22577/01, abgeschlossen im M√§rz 2006. Gesamtprojektziel war die Entwicklung einer neuartigen Induktionsheizer-Technologie f√ľr die Erw√§rmung von Nicht-Eisenmetallen (Kupfer, Aluminium oder Messing). Es wird ein Wirkungsgrad oberhalb von 90 % erwartet, im Vergleich zu < 60 % bei konventionellen Anlagen ein gewaltiger Sprung.
Das Prinzip basiert auf einer durch einen Motor erzeugten Relativbewegung des Metallst√ľcks in einem durch Supraleiter erzeugten magnetischen Gleichfeld (DC).
Ziel dieser Projektphase war, das in der ersten Phase geplante System in einem funktionalen Prototypen umzusetzen, um hieran die erwarteten Einsparungspotentiale und die praktische Umsetzbarkeit zu untersuchen und zu zeigen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Entwicklungsarbeiten im Rahmen der ersten Projektphase f√ľhrten zu einer im industriellen Umfeld umsetzbaren L√∂sung, die sowohl die technischen als auch wirtschaftlichen Rahmenparametern erf√ľllen. Die hier zur Umsetzung verwendeten Ergebnisse basieren auf umfangreichen 3D FEM Simulationen. Nach Aufbau der Anlage wurden die FEM Berechnungsmodelle weiter verfeinert, basierend auf Messergebnissen an der Anlage. Diese Modelle dienen der weiteren Auslegung von Anlagen.
Hierzu wurden intensive Tests mit unterschiedlichen Materialien durchgef√ľhrt (Cu, Al, Messing) und mit den FEM Rechnungen verglichen.
Gleichzeitig wurde anhand der Messungen Energiestr√∂me und Verbrauch √ľberpr√ľft. Trotz nicht optimaler therm. Isolation wurde eine Erw√§rmungseffizienz von bis zu 80 % gemessen. Dabei konnten gleichzeitig Optimierungspotentiale identifiziert werden.
Die Technologie zeigte dabei gleichzeitig erhebliche technische Vorteile gegen√ľber existierenden Technologien, wie z.B. homogene Erw√§rmung


Ergebnisse und Diskussion

Im Prinzip gilt es nur ein rundes Werkst√ľck aus Metall durch Bewegung in einem mittels Hochtemperatur-Supraleitern erzeugten DC Magnetfeld zu erw√§rmen.
Im Rahmen der Tests der Anlage wurden zahlreiche Experimente durchgef√ľhrt. Kupfer stellte sich wegen der hohen zu erreichenden Temperatur und der damit verbundenen geringen Festigkeit als sehr ehrgeizig heraus. F√ľr Al wurden √§hnliche Experimente mit vergleichbaren Ergebnissen auf einem niedrigeren Temperaturniveau erzielt.
Besonderes Augenmerk wurde auf folgende Punkte gelegt:
¬Ę Das Material kann reproduzierbar auf die gew√ľnschte Zieltemperatur erhitzt werden
¬Ę Deformationen am Block und die mechanische Belastbarkeit
¬Ę Die radiale Temperaturverteilung
¬Ę Plausibilit√§t der Temperaturmessung
¬Ę Verhalten der Anlage unter Dauereinsatz
¬Ę Betrachtung des Energieeinsatzes und -verbrauchs
Instrumentierte Bl√∂cke dienten zur Temperaturkalibration und Kontrolle. Oberfl√§chenbesch√§digungen k√∂nnen in geringem Umfang akzeptiert werden, so dass eine stirnseitige Anpressung m√∂glich ist. Zus√§tzlich hierzu m√ľssen √∂konomische Faktoren, Betriebssicherheit und technische Durchf√ľhrbarkeit ber√ľck-sichtigt werden.
Am Prototypen wurden folgende wichtige Punkte gezeigt:
¬Ę Erw√§rmungstemperaturen von 1.000 ¬įC konnten erfolgreich getestet werden.
¬Ę Die Pyrometermessung kann f√ľr die Versuche gut verwendet werden.
¬Ę Die Durchw√§rmung des Blocks war sehr gut, besser als erwartet.
¬Ę Die Energiebilanz zeigte eine Anfangseffizienz von ca. 70 %, die bei warmer Anlage auf √ľber 80 % anstieg.
¬Ę Die rechnerisch nachvollzogene Energiebilanz identifiziert neben dem Getriebe die W√§rmeabgabe in der W√§rmekammer als gr√∂√üten Verlust.
¬Ę Passive W√§rmeisolation ist wichtig. Dickere Isolation an den Flanschen mit W√§rmeabf√ľhrung zum Schutz der Lager.
Somit konnten alle Ziele des Vorhabens, die im labormäßigen Probebetrieb umsetzbar waren, erreicht werden.
Die Inbetriebnahme und der Dauerbetrieb der supraleitenden Komponenten war dabei bedingt durch gute Vorarbeiten ohne Schwierigkeiten und f√ľr einen industriellen Einsatz geeignet.


√Ėffentlichkeitsarbeit und Pr√§sentation

Neben der Pr√§sentation auf der Hannovermesse 2006 und 2007 wurde ein Vortrag zur Technologie auf der Fachtagung Strangpressen der DGM im Oktober 2007 gehalten. F√ľr 2008 sind weitere Messeauftritte in Deutschland und USA geplant (Essen, D√ľsseldorf, Hannover, Orlando). Zurzeit finden zahlreiche Kundenvorf√ľhrungen am Prototypen statt.
Wie erwartet, ist in diesem Marktbereich mit einer sehr konservativen Haltung zu rechnen, die neben der Prinzipvorf√ľhrung auch Dauertests und Referenzen verlangt.


Fazit

Im Projekt wurden die Grundlagen zur Einf√ľhrung der Technologie durch die Umsetzung in eine Prototypenanlage gelegt. Schwieriger stellt sich die Markteinf√ľhrung dar, da Vertrauen an einer kritischen Stelle in einer Fertigungsanlage gefasst werden muss. Das Konsortium sch√§tzt sich gl√ľcklich, auch hierf√ľr einen Partner gefunden zu haben. Nach Umr√ľstung der nicht produktionstauglichen Anlage au√üerhalb des Projektes ist der Einsatz an einer Extrusionspresse Anfang 2008 geplant.
Die erwarteten Energieeinsparungen konnten bereits am noch nicht produktionsreifen Prototyp nachgewiesen werden. Gleichzeitig zu dem Vorteil des geringeren Energieverbrauchs konnten Erw√§rmungsvorteile f√ľr den Anwender gezeigt werden.

√úbersicht

Fördersumme

395.000,00 ‚ā¨

Förderzeitraum

01.06.2006 - 01.12.2007

Internet

www.bueltmann.com

Bundesland

Nordrhein-Westfalen

Schlagwörter

Klimaschutz
Ressourcenschonung
Umweltforschung
Umwelttechnik