Herausforderung

Zur Erzielung einer möglichst hohen Energieübertragung werden Rohre für Wärmetauschersysteme in der Regel aus metallischen Werkstoffen hergestellt. Die Substitution durch Polymerwerkstoffe würde hier nicht nur eine deutliche Kosten- und Gewichtsersparnis bewirken, die Flexibilität von Kunststoffen erlaubt ebenso den Einsatz in mechanisch beanspruchten Systemen. Ferner weisen Polymerwerkstoffe eine hohe Korrosions- und Medienbeständigkeit auf und eignen sich demnach bestens in korrosiver oder chemisch aggressiver Umgebung, wie etwa der Meerwasserentsalzung oder dem Einsatz in Galvanisierbädern, in denen die meisten Metalle versagen oder nur bedingt geeignet sind. Die im Vergleich sehr hohe Wärmeleitfähigkeit von Metallen (z.B. PE-HD-natur = 0,42 W/mK, Stahl = 47 W/mK) ist darüber hinaus in sehr vielen Anwendungsbereichen nicht erforderlich, in denen beispielswiese das umgebende Medium die Wärme nicht in ausreichendem Maße abtransportieren kann (z.B. Wärmepumpe / Erdreich ca. 2 W/mK oder Fußbodenheizung / Estrich ca. 1,4 W/mK). In derartigen Systemen kann durch Einarbeitung wärmeleitender Füllstoffe der geringeren Wärmeleitfähigkeit des Polymermaterials signifikant entgegengewirkt werden. Der zum Teil hohe Einsatz von wärmeleitenden Füllstoffen reduziert jedoch die flexiblen Materialeigenschaften des Polymermaterials in erheblichem Maße. Somit besteht ein „Trade-off“ zwischen mechanischer Flexibilität und Wärmeleitfähigkeit des Compoundrohres.

Zielsetzung

Ziel des Forschungsprojektes ist die Wärmeleitfähigkeit eines polymeren Ausgangsmaterials unter Einsatz von Füllstoffen zu erhöhen, gleichzeitig jedoch den notwendigen Füllstoffanteil möglichst zu minimieren, sodass die flexiblen Materialeigenschaften des Matrixmaterials weitestgehend erhalten bleiben. Zu diesem Zweck werden Füllstoffpartikel durch das Strömungsfeld in einem innovativen Extrusionswerkzeug gezielt in der Rohrwand ausgerichtet. Somit können die anisotropen Materialeigenschaften des Compoundmaterials bewusst ausgenutzt werden, um eine möglichst effiziente Wärmeleitung in der Rohrwand zu erzielen. Infolgedessen kann die notwendige Menge an Füllstoff bei gleichbleibender Wärmeleitfähigkeit reduziert werden. Ziel des Forschungsvorhabens ist die Produktion flexibler und wärmeleitfähiger Rohre mit einem Nenndurchmesser von DN25 bis DN32, einer Wärmeleitfähigkeit 2 W/mK in radialer Richtung, einem maximalen Biegeradius von 500 mm bei einer Druckfestigkeit von PN6.

Forschungs- und Projektpartner

• Institut für Produkt Engineering (IPE)
• Zentrum für Brennstoffzellentechnik (ZBT)

Zuwendungsgeber

• Europäische Fonds für regionale Entwicklung (EFRE)
• Förderkennzeichen: EFRE-0801478

Projektträger

• LeitmarktAgentur.NRW
• Projektträger ETN
• Forschungszentrum Jülich GmbH

Ansprechpartner

Kevin Buchalik, M.Sc.

kevin.buchalik@uni-due.de
0203 - 379 1732