Thermische Analyse - THA -

Die Arbeitsgruppe Thermische Analyse beschäftigt sich mit der experimentellen und theoretischen Charakterisierung thermophysikalischer Eigenschaften (insbesondere Wärme- und Temperaturleitfähigkeit, Enthalpie, spezifische Wärme und Wärmedehnung) und der Weiterentwicklung entsprechender Messmethodik. Ziel ist es dabei, ein vertieftes Verständnis von Wärmetransportvorgängen in komplexen Materialien und Systemen zu erreichen. Darüber hinaus spielt die Weiterentwicklung vorhandener Messtechniken sowie die Entwicklung neuer Messmethoden eine wichtige Rolle, um den durch moderne Materialien gestellten neuen und immer extremeren Anforderungen gerecht zu werden.

Die Kombination aus hoch entwickelten Analysemethoden und vorhandenem theoretischen Know-how ermöglicht weiterhin die gezielte Identifikation des Optimierungspotenzials des Untersuchungsgegenstandes und dessen Anpassung auf praxisgerechte Anwendungen.

Die Arbeitsgruppe bietet folgendes an:

  • Hochgenaue Bestimmung aller Wärmetransporteigenschaften wie Wärmeleitfähigkeit und Temperaturleitfähigkeit
  • Modellierung und Simulation des Wärmetransports in Materialien und Systemen
  • Optimierung von Materialien und Systemen sowie thermisches Management
  • Durchführung von Auftragsforschung und Koordination von Forschungsprojekten

Ansprechpartner:
Gruppenleiter:
Dipl.-Phys. Stephan Vidi
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-350
Fax: +49 931 70564 -600
stephan.vidi@zae-bayern.de

Stellv. Gruppenleiter:
Dipl.-Phys. Frank Hemberger
Magdalene-Schoch-Straße 3
97074 Würzburg
Tel.: +49 931 70564-326
Fax: +49 931 70564 -600
frank.hemberger@zae-bayern.de

Link zum Gruppenflyer

Leistungen & Ausstattung

Leistungen

Messung thermischer Kenngrößen

  • Wärmeleitfähigkeit als Funktion von Temperatur, Gasdruck, Kompression, Gasart
  • Temperaturleitfähigkeit als Funktion von Temperatur
  • Spezifische Wärmekapazität und Phasenübergangsenthalpie
  • Thermischer Ausdehnungskoeffizient

Mess- und Parameterbereich bei der Wärmeleitfähigkeitsmessung

  • Temperatur von 20 bis 3300 K
  • Druck von 10-3 mbar bis 10 bar
  • Externer Belastungsdruck 0 bis 3 bar
  • Gasartabhängig

Mess- und Parameterbereich der Wärmekapazitätsmessungen

  • Temperatur von 180 bis 3300 K

Modellierungen und Simulationen

  • Simulation des Wärmetransports
  • Simulation des Wämetransports bei gekoppelten Transportvorgängen

Materialentwicklung und -optimierung

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

Relevante Normen und Richtlinien

  • Durchführung der Messungen und Auswertungen gemäß nationaler und internationaler Standards wie DIN EN 12664, 12667, u. a.

Ausstattung

  • Stationäre Guarded-Hot-Plate Apparaturen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit
  • Hot-Wire-Apparaturen zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit
  • Laser-Flash-Apparatur zur Bestimmung der Temperaturleitfähigkeit
  • Wärmestrommessgeräte zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit
  • Stabapparatur zur Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit hochleitender und harter Proben
  • Hot-Box zur Bestimmung des U-Werts großer Proben
  • Kontaktlose Bestimmung der Wärmeleitfähigkeit von Fasern und Folien
  • DSC/MDSC zur Bestimmung der spezifischen Wärmekapazität
  • STA/TG zur simultanen Bestimmung der aufgenommenen Wärmemenge und der Gewichtsänderung
  • Dilatometer zur Bestimmung des linearen Ausdehnungskoeffizienten
  • Erhitzungsmikroskop zur In-situ-Betrachtung von Aufheizprozessen

Projekte

PCM-Metro II -
Dynamisches Verhalten und Alterung von PCM-Komponenten

Das Projekt PCM-Metro II unetrsucht die Dynamik und Alterung von PCM-Komponenten. Grundlage für eine dauerhafte, effektive Nutzung derselben als thermische Speicher und Puffer sind das Verhalten der Komponenten in dynamischen Prozessen und die Kenntnis über die Alterung von PCMs und deren Verkapselung.

BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03ET1584A)

Ansprechpartner:
Dipl.-Phys. Stephan Vidi, stephan.vidi@zae-bayern.de

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

 PISA-Test: cooldown

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

HT-VSI -
Entwicklung einer Vakuumsuperisolation als hocheffiziente Wärmedämmung für industrielle Hochtemperatur-Anwendungen

Zur Steigerung der Energieeffizienz in industriellen Anwendungen wird eine technisch und wirtschaftlich optimierte Hochtemperatur-Wärmedämmung in Form einer Vakuumsuperisolation (VSI) auf Basis pulverförmiger Dämmstoffe entwickelt. Als technische Realisierung werden dabei vorwiegend ebene Dämmpaneele, sogenannte Vakuumisolationspaneele (VIPs), verfolgt. Der Begriff Hochtemperatur (HT) bezeichnet im Rahmen dieses Vorhabens allgemein den Bereich von 200 bis maximal ca. 1.000 °C.

Als VSI-Pulvermaterial soll vorwiegend mikroporöse pyrogene Kieselsäure verwendet werden, welche sich als Kernmaterial von VIPs bereits seit über 25 Jahren bewährt hat. VIPs mit pyrogener Kieselsäure wurden bisher im Temperaturbereich zwischen -70 und maximal 100 °C verwendet, beispielsweise in der Kältetechnik, im Gebäudebau, sowie im Transportbereich (z. B. gekühlte Medikamente). Als ökonomische Alternative soll expandiertes Perlit untersucht werden, welches als VSI-Pulver in loser Schüttung seit über 60 Jahren in der Kryotechnik verwendet wird. Dort wird es zur thermischen Isolation verflüssigter Gase bei ca. -200 °C eingesetzt. Inzwischen wurde expandiertes Perlit vom ZAE Bayern auch für die Dämmung von Warmwasserspeichern bis ca. 150 °C erfolgreich zur Anwendung gebracht.

Der Würzburger Bereich übernimmt im Projekt die thermische Charakterisierung der zu untersuchenden Materialien.

BMWi-Projekt (Förderkennzeichen: 03ET7082A-D)

Ansprechpartner:
Dipl.-Phys. Stephan Vidi, stephan.vidi@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.

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