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Fraunhofer IKTS, IWS und IFAM Neue Materialien für den Abgasstrang

| Redakteur: Bernd Otterbach

Neue keramische Material- und Fertigungskonzepte aus den Dresdner Fraunhofer-Instituten sollen den Zielkonflikt zwischen hoher Temperaturbelastung, geringem Gewicht und Kosten in Brennräumen und Abgassystemen lösen.

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Moderne, umweltfreundliche Verbrennungsmotorkonzepte für Straßenfahrzeuge stellen steigende Anforderungen an die Temperaturfestigkeit der Komponenten in Brennraum und Abgasstrang. Gleichzeitig wächst die Komplexität der Abgasnachbehandlung auch in kleineren Fahrzeugklassen. Nach Ansicht der Fraunhofer-Forscher sind effizienzsteigernde Maßnahmen wie die Rückgewinnung thermischer Restenergie notwendig, um die CO2-Einsparziele zu erreichen.

Die drei Dresdner Fraunhofer-Institute IKTS, IWS und IFAM zeigen gemeinsam Lösungen für diese Probleme auf der Leipziger »Z 2011« vom 1. bis 4. März 2011 in Halle 5, Stand F28.. Eine Reihe von neuen Ansätzen und Fertigungstechnologien präsentieren die Institute anhand eines »Gläsernen Abgasstrangs«

Das Fraunhofer-Institut für Werkstoff- und Strahltechnik IWS zeigt, wie das Eigenschaftsprofil von besonders stark beanspruchten Bereichen, etwa im Brennraum, an Ventiltellern oder Abgasturboladern durch eine gezielte Veränderung der Randschicht verbessert werden kann. Dafür seien Verfahren wie Härten, Umschmelzen oder Auftragsschweißen durch einen Laserstrahl geeignet, da sie die Lebensdauer trotz geringer Energieeinträge steigern könnten, teilte das IWS am Donnerstag mit. Auch zum Schweißen sei der Laser einsetzbar, etwa um dünne Blechstrukturen an Abgas-Wärmetauschern mithilfe einer schnellen Strahlablenkung zu bearbeiten. Dünnste Kohlenstoffschichten mit diamantähnlichen Eigenschaften sollen den Verschleiß und die Reibung von Kolbenringen verringern.

Temperaturbeständige Polymerkeramik

Das Fraunhofer-Institut für Keramische Technologien und Systeme IKTS präsentiert hochtemperaturfeste und leichte Turbinenräder aus Siliciumnitrid für Abgasturbolader, die im Spritzguss-Verfahren hergestellt werden.

Temperaturbeständige Polymerkeramik könnte ebenfalls über Spritzgießen verarbeitet werden, teilte das IKTS weiter mit. Die Keramik und dient dem kostengünstigen Packaging von Sensoren für die Abgasnachbehandlung. Mit der keramischen Multilayertechnologie will das IKTS zudem einen Weg zeigen, wie solche Sensoren selbst (u. a. für Druck, Temperatur und Ruß) in hohen Stückzahlen zu niedrigen Kosten und mit besserer Qualität gefertigt werden können.

Neuartige Rußfilter und Katalysatorträger lassen sich mit IKTS-Verfahren aus Schaumkeramik und extrudierten, porösen Materialien wie Cordierit und niedrig sinterndem Siliciumcarbid herstellen. Gezeigt werden auch sehr leichte und gleichzeitig hochtemperaturfeste Aktorelemente wie keramische Abgasklappen.

In der thermischen Restenergienutzung findet sich Keramik aus dem IKTS in Form von thermoelektrischen Generatoren wieder, die Abgaswärme in elektrischen Strom verwandeln.

Neuartiger Schalldämpferwerkstoff

Ein neuartiger Schalldämpferwerkstoff in Form metallischer Hohlkugelstrukturen stellt das Fraunhofer IFAM vor. Diese Hohlkugelstrukturen stellten einen selbsttragenden, mechanisch und thermisch stabilen Absorberwerkstoff dar, dessen akustisches Verhalten angepasst werden könne, teilte das IFAM mit. Dieser werde künftig nicht nur klassische Absorberwerkstoffe ersetzen, sondern auch die Gestaltung von Bauelementen ermöglichen, die mehrere Funktionen in sich vereinen, wie beispielsweise Schalldämpfer, Katalysatoren und Partikelfilter.

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