CMC-Sandwich

CMC–Sandwichstrukturen für Hochtemperatur–Chargiergestelle und Wärmeübertrager

Zielsetzung, Vorgehensweise
Ziel des Projekts ist die Initiierung eines Forschungsverbundvorhabens zur Entwicklung von C/C– und C/C–SiC Sandwichstrukturen für den wirtschaftlichen Einsatz in Chargiergestellen und Hochtemperaturwärmeübertragern.
• Konzeptstudie zur Definition konkreter Anwendungen und Märkte für mechanisch und thermisch hoch belastbare CMC–Sandwichstrukturen für Chargiergestelle und Wärmeübertrager
• Auswahl eines Anwendungsbereichs und Herstellung eines Demonstrators
• Vorbereitung einer Projektskizze für die Beantragung eines Verbundforschungsvorhabens

Nutzen und Verwertung
Sandwichbauweisen sind im Leichtbau weit verbreitet und ermöglichen extrem leichte Tragstrukturen die auch bei hohen Traglasten nur geringe Durchbiegungen aufweisen. Wegen ihrer geringen Masse gegenüber herkömmlichen Chargierträgern aus Metall oder lose gefügten C/C–Gitterstrukturen (Bild 1) ermöglichen Chargierträger aus stofflich gefügten C/C- oder C/C-SiC Sandwichstrukturen hohe Aufheiz- und Abkühlraten und führen zu wirtschaftlichen Prozessen in der Hochtemperaturbehandlung.

Sandwichbauweisen mit durchströmbaren Kernstrukturen, wie sie z.B. über die Falttechnik hergestellt werden können, bieten ein hohes Einsatzpotenzial für Hochtemperaturwärmeübertrager (Bild 2). Von den sehr dünnwandigen Kernstrukturen wird eine effiziente Wärmeübertragung und hohe Leistungsdichte erwartet. Gleichzeitig ermöglicht die Sandwichbauweise mittels in situ Fügetechnik eine wirtschaftliche Fertigung auch größerer Strukturen.

Die umfangreichen Grundlagenarbeiten des DLR zur Herstellung von C/C-SiC Sandwichstrukturen (Bild 3) sollen im Rahmen der geplanten Vorlaufforschung mit konkreten Zielsetzungen vorangetrieben werden, um diese Technologie mittelfristig in die industrielle Anwendung zu bringen. Dazu sollen, zusammen mit dem Industriepartner SGL, industrielle Anwendungsmöglichkeiten ausgewählt, deren Einsatzpotential bewertet, und die Schwerpunkte für die weitere Entwicklung der Sandwichbauweisen definiert werden. Hierbei sind werkstoff- und fertigungsgerechte Fügekonzepte für dünnwandige Sandwichstrukturen, sowie dichte Werkstoffe von besonderem Interesse. Die Ergebnisse und das neu aufgebaute Wissen aus der Vorlaufforschung sollen in eine generische Projektskizze münden. Diese stellt die Basis für eine anwendungsorientierte Weiterentwicklung in Anschlussvorhaben dar.

Neben den Chargiervorrichtungen und Wärmeübertragern bieten sich weitere Anwendungspotentiale von C/C und C/C-SiC Sandwichstrukturen für aktiv gekühlte, heiße Strukturen, sowie für hochpräzise Leichtbaustrukturen mit sehr geringer thermischer Ausdehnung (z.B. optische Bänke) an. Die Weiterentwicklung dieser Basistechnologie kommt daher auch anderen Anwendern zugute. Der geplante Demonstrator soll die prinzipielle Machbarkeit großflächiger CMC-Sandwichkomponenten aufzeigen und als Exponat auf Ausstellungen und Messen CMC-Werkstoffe für neue Anwendungsbereiche sichtbar machen. Die CMC-Technologie insgesamt profitiert von der Entwicklung extrem dünnwandiger (≤ 0.3 mm) Werkstoffe und Kernstrukturen, sowie neuer in situ Fügetechniken für großflächige Bauteile, die mittel- und langfristig für neue Märkte und Anwendungen genutzt werden können.