MEINDMAP

Materialeffiziente einlauffähige Dichtungen für Maschinen und Pumpen

Das Gesamtziel des Vorhabens "MEINDMAP" ist die Entwicklung von Dichtsystemen für Pumpen und Turbinen, die mit nahezu hundertprozentiger Materialausbeute hergestellt werden können. Der Verbrauch von hochlegierten Stählen und Nickelbasislegierungen mit strategischen Legierungselementen wie Molybdän, Chrom und Cobalt soll stark minimiert sowie der Verbrauch von kubischen Bornitrid vollständig vermieden werden.

Die erhöhte Nachfrage vor allem in Asien hat in den letzten zehn Jahren zu zunehmenden Abhängigkeiten von starken Kostensteigerungen und extremen Preisschwankungen von Materialressourcen infolge von Verknappungen, geopolitischen Einflüssen und Spekulationen geführt. Im Mittelpunkt der Entwicklung steht eine neuartige dreidimensionale Wabenstruktur (sogenannte Polyederzellstruktur), die in geeigneter Form weiterentwickelt werden soll und sowohl in Turbinen als auch in Pumpen anwendbar ist. Die Verwendung dieser neuen Strukturen soll dabei als Sekundäreffekt durch verbesserte Dichtwirkung zu niedrigeren Blow-by-Effekten und damit zu geringen Energieverlusten führen bzw. zur Einsparung enormer Energiemengen beitragen.

Ein Schwerpunkt der Werkstoffentwicklung ist die Entwicklung eines Verfahrens, mit dem die Fertigung maßgeschneiderter zellularer Einlaufstrukturen ermöglicht wird. Voruntersuchungen lassen erwarten, dass hervorragende Ergebnisse bezüglich der Dichtwirkung und Lebensdauer mit Polyederzellstrukturen erreicht werden können (s. Bild 1). Solche Strukturen wurden  bereits im Labormaßstab entwickelt. Es wird davon ausgegangen, dass die Fertigungs- und Strukturparameter für die beiden Anwendungsgebiete Turbinen und Pumpen stark voneinander abweichen. In Pumpen werden eher Materialien mit höheren Festigkeiten benötigt. Dies bedingt große Zellwandstärken und höhere Dichten der porösen Strukturen. Hier soll die Zellenstruktur (Morphologie, Zellgrößenverteilung und Zellwandstärke) hinsichtlich lateraler Dichtigkeit und Spaltsteifigkeit weiterentwickelt werden. In Turbinen ist das Ziel eher die Erreichung weniger hoher Dichten bei geringen, bisher noch nicht hergestellten Zellenweiten. 

Das erste Arbeitsziel ist die Beherrschung der Formgebung im Labormaßstab, so dass Bauteile sowohl mit kleinen dünnwandigen Kugeln als auch mit größeren dickwandigen Kugeln homogen hergestellt werden können. Im nächsten Schritt müssen diese Ergebnisse auf den Formteilautomaten und zur Fertigung größerer Strukturen in den Technikumsmaßstab umgesetzt werden.

Zur Fertigung kleiner Zellenweiten

Für die Fertigung großer Wandstärken werden geeignete Suspensions-Rezepturen benötigt, die eine homogene Beschichtung der Templatkugeln im Wirbelbettverfahren zulassen. Darüber hinaus muss die Suspension nach der Beschichtung im getrockneten Zustand eine sehr hohe Dehnbarkeit besitzen, um die starke Expansion während des Aufschäumens defektfrei zu gewährleisten.

 

 

 

Koordinator: Dipl.-Ing. Matthias Dudeck, Rolls-Royce Deutschland Ltd & Co KG - Materials Engineering 

 

Projektpartner:

 

Laufzeit: 01.02.2013 bis 31.01.2016

 

FKZ: 03X3572