Prof. Dr.-Ing. Rainer Herbertz leitet das Labor für Massivumformung im Fachbereich Maschinenbau der Fachhochschule Südwestfalen in Iserlohn Alexander Krumm, M. Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der Hochschule Düsseldorf Dipl. Ing. (FH) Michael Roesemann ist Projektleiter in der Abteilung Innovation und Management der Seissenschmidt GmbH in Plettenberg Dipl.-Ing. Rainer Labs ist wissenschaftlicher Mitarbeiter Maschinenbau der Fachhochschule Iserlohn Björn Pfeiffelmann, M. Sc. ist wissenschaftlicher Mitarbeiter im Fachbereich Maschinenbau und Verfahrenstechnik an der Hochschule Düsseldorf Zur Umwandlung von thermischer in elektrische Energie sind nur wenige Verfahren bekannt. Ein seit vielen Jahren bekanntes Verfahren stellen die sogenannten thermoelektrischen Generatoren (TEG) dar. Die TEG sind aus zwei verschiedenen elektrischen Halbleitern aufgebaut. Tritt ein Temperaturunterschied an den Verbindungsstellen (Heiß- und Kaltseite) der beiden Halbleiter auf, entsteht auf Grund des Seebeck-Effekts eine elektrische Spannung (Bild 1). Die meisten der heute kommerziell verfügbaren TEG sind auf Grund ihrer Konstruktion hinsichtlich ihrer maximalen Temperatur bei etwa 200 bis 300 °C begrenzt. Um einen optimalen Wirkungsgrad bei der Umwandlung von Wärme in elektrische Energie zu erreichen, muss die Wärmeenergie – abhängig vom Aufbau des thermoelektrischen Generators – bei einer definierten und weitgehend konstanten Temperatur zur Verfügung stehen. Der sinnvolle Einsatz von TEG ist somit an die Bedingung geknüpft, dass die vorgeschalteten und wärmeliefernden Prozesse sich durch eine weitgehende Temperatur und Energiekonstanz auszeichnen. Weiterhin ist das zulässige Temperaturniveau auf der Heißseite der TEG sehr begrenzt, da bei TECHNOLOGIE UND WISSENSCHAFT des Labors für Massivumformung im Fachbereich Südwestfalen in Dr. rer. nat. Dirk G. Ebling ist Vizepräsident für Forschung und Transfer an der Hochschule Düsseldorf Dipl.-Ing. André Stunz arbeitet in der Abteilung Organization and Processes und ist Energiemanagementbeauftragter für die SEISSENSCHMIDT GmbH in Plettenberg Überschreitung einer maximalen Temperatur die TEG zerstört werden. Massivumformprozesse haben diese Eigenschaft nicht, weil • es sich um taktgebundene Stückgutprozesse handelt, • nach jedem gefertigten Los der Prozess für das Rüsten des nächsten Betriebsauftrags unterbrochen werden muss, • die Prozesse unplanmäßigen Störungen unterliegen, • die Temperatur der Umformteile sehr hoch ist, sodass sich ein direkter Strahlungskontakt mit den TEG verbietet. Aus diesen Gründen sind TEG zur Prozessenergienutzung in Massivumformprozessen zunächst ungeeignet. Auch die rasante Weiterentwicklung von TEG hinsichtlich höherer Wirkungsgrade und höherer Temperaturen wird hieran in absehbarer Zeit nichts ändern, da die Abhängigkeit von Temperatur und Wirkungsgrad nicht zu umgehen ist. Im Rahmen des Vorhabens wurde ein Energiewandler konzipiert, entwickelt und als Demonstrator gebaut sowie im industriellen Umfeld getestet und bewertet, mit dem die hohe Prozessenergie bei Massivumformprozessen mit möglichst hohem Wirkungsgrad durch TEG in elektrischen Strom umgewandelt und dann als hochwertiger Energieträger belieAUTOREN massivUMFORMUNG | MÄRZ 2016 57
massivUMFORMUNG Maerz 2016
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