Angewandte IR-Metrologie - AIM -

Die Angewandte IR-Metrologie erlaubt die Bestimmung der Wärmeabstrahlung von Oberflächen sowie die Ermittlung des Strahlungs-Wärmetransports durch Materialien. Die Messtechnik ermöglicht die umfassende Optimierung von Materialien und Komponenten für verschiedenste Einsatzgebiete. Zudem stehen selbst entwickelte Computerprogramme zur rechnerischen Simulation von gekoppelten Strahlungs- und Wärmetransportvorgängen zur Verfügung. Das Spektrum der Arbeitsgruppe umfasst folgende Punkte:

  • Hochgenaue und rückführbare Bestimmung aller infrarot-optischen Eigenschaften
  • Modellierung und Simulation des Wärmestrahlungstransports in Materialien
  • Entwicklung und Optimierung von Infrarot-Materialien und Schichtsystemen
  • Berührungslose Messverfahren zur Charakterisierung und Prozesssteuerung
  • Durchführung von Auftragsforschung und Koordination von Forschungsprojekten

Ansprechpartner:
Gruppenleiter:
Dr. Jochen Manara
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-346
Fax: +49 931 705 64 -600
jochen.manara@zae-bayern.de

Stellv. Gruppenleiterin:
Dipl.-Ing. Mariacarla Arduini
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-317
Fax: +49 931 705 64 -600
mariacarla.arduini@zae-bayern.de

Link zum Gruppenflyer

Leistungen & Ausstattung

Leistungen

Messung infrarot-optischer Kenngrößen

  • Emissions-, Absorptions-, Reflexions- und Transmissionsgrad
  • Extinktions-, Absorptions-, Streukoeffizient und Albedo
  • Strahlungswärmeleitfähigkeit, Wärmeleitung und Wärmestrahlung
  • Brechungsindex sowie dielektrische Funktion (jeweils Realteil und Imaginärteil)
  • Temperatur (berührungslose Temperaturmessung mittels Strahlungsthermometrie)

Mess- und Parameterbereich bei der infrarot-optischen Charakterisierung

  • Wellenlänge von 0,5 µm bis 500 µm
  • Temperatur von -200 bis 3000 ºC
  • Winkel von -90º bis +90º
  • Druck von 10-6 mbar bis 10 bar

Modellierungen und Simulationen

  • Simulation des Strahlungsaustausches zwischen Oberflächen
  • Modellierung des Strahlungstransports durch Materialien sowie des gekoppelten Strahlungs- und Wärmetransports

Materialentwicklung und -optimierung

  • Begleitung der Entwicklung und Optimierung von Materialien, Komponenten und Systemen mit herausragenden sowie maßgeschneiderten infrarot-optischen Eigenschaften

Relevante Normen und Richtlinien

  • Durchführung der Messungen und Auswertungen gemäß nationaler und internationaler Standards, wie DIN EN 12898, ASTM E 1585-93, ASTM E 1980-11, VDI/VDE 3511, VDI/VDE 5585, u. a. m.

Ausstattung

  • Ulbrichtkugel mit FITR-Spektrometer: Bestimmung des gerichtet-hemisphärischen Reflexions- und Transmissionsgrades sowie des spektralen und temperaturabhängigen Emissions- sowie Absorptionsgrades
  • FITR-Spektrometer mit Reflexions- und Transmissionszusatz: Bestimmung des gerichtet-gerichteten Reflexions- und Transmissionsgrades für verschiedene Einfalls- und Ausfallswinkel
  • Emissionsgrad-Messanlage (EMMA): Bestimmung des Emissions- sowie Absorptionsgrades bei hohen Temperaturen
  • BBC-Anlage (Black-Body-Boundary-Conditions): Bestimmung des Transmissions- und Emissions- sowie Absorptionsgrades im Hochtemperaturbereich
  • FTIR-Spektrometer: Bestimmung des komplexen Brechungsindexes und der dielektrischen Funktion
  • FTIR-Spektrometer: Bestimmung des Extinktionskoeffizienten, der Albedo und der Strahlungswärmeleitfähigkeit sowie des Absorptions- und Streukoeffizienten
  • Strahlungsthermometer, schwarzer Strahler und Fixpunktstrahler: Berührungslose Temperaturmessung und Kalibrierung der Strahlungsthermometer und Infrarot-Kameras
  • Thermografiekamera bzw. Wärmebildkamera, Spektrometer und Strahlungsthermometer: Quantitative und spektrale Erfassung der Wärmebestrahlung von Oberflächen
  • Ellipsometer: Messung der Änderung des Polarisationszustandes der einfallenden Strahlung bei einer Reflexion an der Probe

Projekte

Hi-TRACE -
Industrielle Prozessoptimierung durch verbesserte metrologische Verfahren
zur Bestimmung thermophysikalischer Eigenschaften

Projekt Hi-TRACE Graphik

Viele Industriezweige wie Luft- und Raumfahrt, Kraftwerkstechnik sowie Glas- und Keramikindustrie betreiben Anlagen bei Temperaturen oberhalb von 1500 ºC. Um diese Prozesse zu optimieren, die Energieeffizienz zu verbessern und die Wettbewerbsfähigkeit zu steigern werden neue, temperaturbeständigere Materialien entwickelt, für welche die genaue Kenntnis der relevanten Kenngrößen unter den Einsatzbedingungen notwendig ist. Das Ziel des Projektes ist daher die Schaffung einer metrologischen Infrastruktur, um rückführbare Messdaten der thermophysikalischen Eigenschaften wie Temperatur Tf, Kontaktwiderstand Rc, Temperaturleitfähigkeit a, Wärmekapazität Cp und Emissionsgrad ε bis zu 3000 ºC zu liefern.

Dazu gehören die Entwicklung hochgenauer Referenzanlagen, neuer Messtechniken, zuverlässiger Kalibriermethoden, validierter Unsicherheitsbudgets und rückführbarer Referenzmaterialien für den Hochtemperaturbereich zur Bestimmung thermischer und infrarot-optischer Eigenschaften sowie zur berührungslosen Erfassung der Haftungseigenschaften von Schichtsystemen.

EU-Projekt (Förderkennzeichen: 17IND11 – Hi-TRACE)

Ansprechpartner:
Dr. Jochen Manara, jochen.manara@zae-bayern.de
Dipl.-Phys. Stephan Vidi, stephan.vidi@zae-bayern.de

EMIRIM -
Verbesserung der Emissionsgrad-Messungen an IR-reflektierenden Foliendämmungen

 Emissionsgrad-Messungen an IR-reflektierenden Foliendämmungen

Dieses Projekt befasst sich mit den Anforderungen der Normungsgruppe CEN / TC 89 / WG 12 zur Verbesserung der Norm EN 16012. Bisherige Untersuchungen ergaben erhebliche Unterschiede bei verschiedenen Messverfahren für die geringen Emissionsgrade IR-reflektierender Foliendämmungen unterhalb von 0,1. Da die Eigenschaften der Foliendämmungen wesentlich vom Emissionsgrad abhängen, ist dessen zuverlässige Bestimmung von großer Bedeutung für die Beurteilung der Foliendämmungen.

Das Ziel des Projektes besteht daher in der Entwicklung von Referenzproben sowie optimierter Kalibrier- und Messmethoden zur hochgenauen und rückführbaren Bestimmung des Emissionsgrades von IR-reflektierenden Foliendämmungen. Die Ergebnisse des Projektes tragen zur Erhöhung der Energieeffizienz im Gebäudebereich durch den Einsatz entsprechend charakterisierter Foliendämmungen bei.

EU-Projekt (Förderkennzeichen: 16NRM06 – EMIRIM)

Ansprechpartner:
Dr. Jochen Manara, jochen.manara@zae-bayern.de
Dipl.-Ing. Mariacarla Arduini, mariacarla.arduini@zae-bayern.de

OptiTBCs -
Wärmedämmschichten mit optimierten Haftungseigenschaften für energieeffiziente Kraftwerksturbinen

Foto OptiTBCs

Die Verknappung natürlicher Ressourcen erfordert es, die Effizienz von Kraftwerkssystemen zu optimieren, die solche nutzen. Zur Erhöhung des Wirkungsgrades ist zum Beispiel eine Erhöhung der Betriebstemperatur notwendig. Zum Schutz metallischer Grundkomponenten vor übermäßiger Hitzeeinwirkung dienen dabei keramische Wärmedämmschichten, sogenannte Thermal-Barrier-Coatings (TBCs).

Im Rahmen des Projekts OptiTBCs wird der Herstellungsprozess derselben optimiert und zusätzlich eine zerstörungsfreie Untersuchungsmethode entwickelt, die eine Prüfung der TBCs im Betrieb wie auch während der Schichtherstellung erlaubt.

Die berührungslose Überwachung der Schichten reduziert außerdem die Häufigkeit von Wartungsvorgängen, während derer die Turbine stillsteht, teilweise auch die Schaufeln getauscht werden müssen. So erhöht sich auch die Ressourcen- und Kosteneffizienz.

BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03ET7082A-D)

Ansprechpartner:
Dr. Jochen Manara, jochen.manara@zae-bayern.de

Forschungslabor Opto-thermische Sensorik

Opto-thermische Sensorik

Das ZAE Bayern und die Hochschule für angewandte Wissenschaften Würzburg-Schweinfurt (FHWS) bündeln ihr Know-how im Bereich der opto-thermischen Sensorik durch ein gemeinsames Forschungslabor.

Unter opto-thermischer Sensorik versteht man die Bestimmung optischer und thermischer Eigenschaften mit Wärmestrahlung. Ziel ist es dabei, die Industrie im Bereich der berührungslosen Temperaturmessung zu unterstützen und hier innovative Lösungen anzubieten. Präzise Temperaturmessungen sind notwendig für eine genaue Prozessführung in der industriellen Produktion (z. B. additive Fertigungsverfahren wie Lasersintern) oder den zuverlässigen und effizienten Betrieb von Kraftwerken, aber auch von Lichtquellen. Dabei ist die Temperaturmessung unter oftmals extremen Bedingungen, wie beispielsweise bei hohen Temperaturen bis über 2000 °C, sehr anspruchsvoll.

Ansprechpartner:
Dr. Jochen Manara, jochen.manara@zae-bayern.de

ZAE Bayern

Wir arbeiten an der Schnittstelle zwischen erkenntnisbasierter Grundlagenforschung und angewandter Industrieforschung. Unter dem Leitbild „Exzellente Energieforschung – Exzellente Umsetzung“ realisieren wir komplette Innovationspakete, die auf Synergien zwischen Erzeugung, Speicherung und Effizienzmaßnahmen bauen.

Arbeitsgruppen - Portfolio

Garching
Würzburg

Tätigkeitsbericht 2019


Logo Klima-Allianz Bayern + Link zur Website
IHK Ausbildungsbetrieb

twitter