Ausgabe - 01-02 - 2012 - Produktion

16 · Konstruktion Werkstoffe · Produktion · 12. Januar 2012 · Nr. 1-2
METALLSCHAUM
Höhere Energiedichte für Alternativantriebe
PRODUKTION NR. 1-2, 2012
Der o�enporige, frei formbare und elektrisch leitende Metallschaum der
Alantum Europe GmbH lässt sich an die jeweilige Anwendung anpassen
und ermöglicht höhere Energiedichten sowie längere Laufzeiten.
MÜNCHEN (RM). Einsatzmöglichkeiten
bestehen unter anderem als
Gasdiffusionslage in Metall-Luft-
Batterien oder Brennstoffzellen
oder als Current-Collector in Supercapacitoren.
Seine Einsatzflexibilität
erhält der Metallschaum durch
einen speziellen Herstellungsprozess.
Dabei entstehen Nickel-
Schaummatten mit offenporiger
Struktur und hohlen Stegen. Die
Porengröße ist mit 450, 580, 800 und
1200 µm genau definiert. Anschließendes
Glühen hält den Werkstoff
flexibel und frei formbar.
Eingesetzt wird der elektrisch
leitende Metallschaum in großen
Mengen als Kathode in Nickel-Metall-Hydridbatterien(NiMH-Akkus),
die unter anderem bei Elektroautos
und Hybridfahrzeugen Stand
der Technik sind. Bei dieser Anwen-
dung eröffnet der Nickel-Metallschaum
noch Optimierungspotenzial
zur Steigerung der Energiedichte.
Und zwar durch eine Beschichtung
mit Grafit oder anderen für die
Energiespeicherung geeigneten
pulverförmigen Materialien, die in
einem speziellen Sinterprozess auf
die offenporige Struktur aufgebracht
werden.
Um Verbesserungen bei Reichweite
und Beschleunigung von
Fahrzeugen zu erzielen, läuft die
Forschung im Bereich Batterietechnologie
weltweit auf Hochtouren.
Ein vielversprechender Ansatz sind
Metall-Luft-Batterien. Deren Leistung
lässt sich mit dem porösen
Werkstoff ebenfalls verbessern. Als
Gas-Diffusionslage optimiert der
Schaum die Anströmung der Metall-Elektrode,
zum Beispiel Zink,
mit Sauerstoff. Dies führt zu einer
gleichmäßigeren Energieproduktion
und Leistungsabgabe.
Für diesen Einsatz steht der Werkstoff
als reiner Nickelschaum und
als Metalllegierungsschaum bereit.
Letzterer wird nach der Herstellung
in einem stabilen Prozess mit hochlegierten,
anwendungsoptimierten
Metallpulvern beschichtet. Damit
können beispielsweise die Beständigkeit
gegenüber aggressiven Atmosphären
und Korrosion sowie
eine Temperaturbeständigkeit bis
1 000 °C einstellt werden.
Superkondensatoren gleichen
Spannungsspitzen aus
Einen Beitrag zur Elektromobilität
können auch Superkondensatoren
leisten. Denn sie gleichen die
beim Beschleunigen und Bremsen
auftretenden Spannungsspitzen
aus und verlängern damit die Lebensdauer
von Batterien und
Brennstoffzellen. Die so genannten
Supercaps können Energie schneller
abgeben und aufnehmen als
Batterien, allerdings haben sie nicht
eine so hohe Energiedichte.
Ob diese sich durch den Einsatz
von Schaummaterial erhöhen lässt,
war Bestandteil des Forschungsprojekts
„Alternative Energy Technologies
for Transportation (AE-
TT)“, das die Fraunhofer-Gesellschaft
gemeinsam mit der Universität
Michigan und dem Fraunhofer-
Institut für Fertigungstechnik und
Angewandte Materialforschung
(IFAM) sowie der Alantum Europe
als Schaumlieferant durchführte.
Der Metalllegierungsschaum diente
dabei als Stromsammler.
Im Gegensatz zu herkömmlichen
Verfahren, bei denen Kohlenstoff
auf eine Folie aufgebracht wird,
wurde der Schaum mit Molybdän-
und Vanadium-Nitrit als aktivem
Material infiltriert. Diese Materialien
haben im Vergleich zu Kohlenstoff
eine zwei- bis dreifach höhere
Energiedichte. Durch die spezielle
Struktur und große Oberfläche des
Schaumes gelang es, so viel aktives
Material aufzubringen, dass auch
eine Erhöhung der Energiedichte
des Bauteils Supercap um den Faktor
zwei bis drei möglich ist.
Mit Vorteilen kann der Metalllegierungsschaum
auch beim Einsatz
als Gasdiffusionslage in Brennstoffzellen
aufwarten. Hier ist es einerseits
eine optimierte Gleichverteilung
des Gases und die daraus resultierende,
höhere Leistungsdichte
über die gesamte Membranfläche.
Andererseits kann der Metall-
VENTILGEHÄUSE
Guss noch korrosionsbeständiger und exakter
PRODUKTION NR. 1-2, 2012
Für die Siemens Division Building Technologies Rastatt produziert
Schmolz + Bickenbach Guss besonders korrosionsbeständige Ventilgehäuse.
Dabei kommt es besonders auf die richtige Gießtechnik
und Werksto�auswahl an.
KREFELD (RM). Die Ventile werden
unter anderem in Kühlsystemen
von Anlagen zur Chipherstellung
eingesetzt. Dort muss die Kühlung
bis auf ein Tausendstel Grad Celsius
genau sein. Entsprechend hoch
sind die Anforderungen an die eingesetzten
Komponenten – so auch
an die in den Regelsystemen verwendeten
Ventilgehäuse.
Da beim Endkunden das Prozesswasser
umgestellt wurde, haben
sich auch die Anforderungen
an die Gehäuse verändert. Es wurde
eine höhere Korrosionsbeständigkeit
sowie eine aufwändigere
Qualitätskontrolle des Gieß- und
Bearbeitungsprozesses notwendig.
Für den Edelstahlguss-Experten
bestand die Herausforderung
damit in einer Optimierung der
Ventilgehäuse, des Gieß- und Bearbeitungsprozesses
und der fertigungsbegleitenden
Kontrolle der
Qualitätsanforderungen.
Im ersten Schritt wurde das
Werkstoffkonzept verändert. Nun
Sowohl bei
Nickel-Metall-
Hydrid- als
auch Metall-
Luft-Batterien
eröffnet Metallschaum
Potenzial für
eine höhere
Energiedichte
und Leistungssteigerung.
kommt der hochkorrosionsbeständige
Werkstoff GX2CrNiMo19-11-2
(1.4409) zum Einsatz. Er schafft neben
der guten Verarbeitbarkeit sowie
einem günstigen Fließverhalten
auch die Möglichkeit, notwendige
Produktionsschweißungen normgerecht
und ohne eine weitere Lösungsglühung
auszuführen.
Die Pumpengussteile werden
montagefertig ausgeliefert
Darüber hinaus erfolgte eine
stufenweise Überarbeitung der
Gießtechnik: Durch eine Veränderung
der Eingusssysteme und der
Gießlage wurden kritische Stellen
wie dünne Wände, Übergänge oder
Hinterschneidungen zahlenmäßig
reduziert. Die Oberflächen- und
Volumengüten konnten höher eingestellt
werden.
Erste Gehäuse-Prototypen hat
Siemens erfolgreich umfangreichen
Tests unterzogen – es gab
keine Korrosionsprobleme mehr.
Bei den Gehäusen dieser Ventile
wurde eine höhere Korrosionsbeständigkeit
sowie eine aufwändigere
Qualitätskontrolle des Gieß- und
Bearbeitungsprozesses realisiert.
Bild: Schmolz + Bickenbach Guss Gruppe
Als Gasdiffusionslage in Brennstoffzellen ermöglicht der Metallschaum eine
optimierte Gleichverteilung des Gases und daraus resultierend eine höhere
Leistungsdichte über die gesamte Membranfläche. Bilder: Alantum Europe GmbH
Im Forschungslabor werden
auch Muster angefertigt
Auf dieser Basis wurden bisher
rund 200 Ventilgehäuse der DN-50-
Baureihe ausgeliefert, weitere 150
sind beauftragt.
Schmolz + Bickenbach Guss
übernimmt die komplette mechanische
Bearbeitung der Ventilgehäuse.
Es werden diverse Gewinde
sowie Passungen zum Einpressen
der Ventilsitze und des Antriebes
eingebracht. Siemens erhält
ein einbaufertiges Bauteil. Zur Sicherung
der Korrosionsfreiheit
wird dieses chemisch gebeizt.
Hierbei werden alle ferritischen
Verunreinigungen – diese sind
Ursache für Roststellen – sowie
dicht unter der Oberfläche liegende
Ungänzen geöffnet, so dass die
geforderte Gütestufe eingestellt
werden kann.
Bevor die Ventilgehäuse ausgeliefert
werden, erfolgt abschließend
eine Qualitätsprüfung durch
Inhouse-Experten. Dazu gehört
neben einer Farbeindringprüfung
auf Risse oder Poren an der Oberfläche
auch bei jedem Ventil eine
Druckprobe, da die Gehäuse später
unter Druck eingesetzt werden.
www.guss.schmolz-bickenbach.com
EFFIZIENZ-NAVI PREIS
MATERIAL ENERGIE
SERVICE HANDHABUNG
ZEIT ✔ LEBENSDAUER ✔
KOSTEN SENKEN MIT PRODUKTION
schaum an die Bipolarplatte angesintert
werden, so dass eine direkte
elektrische Verbindung entsteht.
Ein weiteres Plus ist, dass der
Metalllegierungsschaum der üblicherweise
sehr aggressiven Atmosphäre
in Brennstoffzellen widersteht.
Für den Einsatz als Gasdiffusionslage
lässt sich der Werkstoff mit
den gängigen Legierungen wie der
Edelstahllegierung 316L und Cro-
Fer ebenso wie mit neuen, anwendungsoptimierten
Metallpulvern
beschichten.
Rund 4 Mio m2 Nickelschaum
produziert Alantum derzeit in China
pro Jahr. Hinzu kommen 500 000
m2 Metalllegierungsschaum aus
Korea. Um den Werkstoff für Anwendungen
in der Elektromobilität
weiter zu optimieren, arbeitet das
Unternehmen mit dem Fraunhofer
IFAM in Dresden zusammen.
www.alantum.com
EFFIZIENZ-NAVI PREIS
MATERIAL ✔ ENERGIE ✔
SERVICE HANDHABUNG
ZEIT LEBENSDAUER ✔
KOSTEN SENKEN MIT PRODUKTION
Investition in neue
Maschinentechnik
PRODUKTION NR. 1-2, 2012
Wegen ihrer positiven Auftragsentwicklung
investiert die Artur
Monse GmbH in eine zusätzliche
Druckguss-Fertigungszelle von
Frech sowie einen Roboter zur
Automatisierung.
VELBERT (RM). Durch den Ausbau
wurde der Druckgussbereich
grundlegend umgestaltet und die
gesamte Peripherie erneuert.
Durch die Erweiterungsinvestition
können bestehende Kunden
schneller beliefert werden und es
ist Kapazität für zusätzliche Produkte
vorhanden. Monse beschäftigt
zusammen mit seinem Formenbau
knapp 50 Mitarbeiter und fertigt
Zinkdruckgussteile mit einem Gewicht
von 1 bis 500 g. Bei deren
Auslegung stützt man sich auf aktuelle
Software, um die optimale Form
zu entwickeln. Werkzeugbau, Gießtechnik,
Bearbeitung, Oberflächenbehandlung
und Montage kompletter
Baugruppen gehören zum Leistungsspektrum.
Der Entwicklungs-,
Konstruktions- und Herstellungsprozess
kommt aus einer Hand.
www.monse.de
EFFIZIENZ-NAVI PREIS
MATERIAL ENERGIE
SERVICE HANDHABUNG
ZEIT ✔ LEBENSDAUER
KOSTEN SENKEN MIT PRODUKTION