Eine umweltfreundlichere Kühlmethode entwickeln die Forscherteams der Ingenieurwissenschaftler Prof. Dr. Stefan Seelecke und Prof. Dr. Andreas Schütze von der Universität des Saarlandes gemeinsam mit den Werkstoffwissenschaftlern Prof. Dr. Gunther Eggeler und Dr. Jan Frenzel von der Ruhr-Universität Bochum. Ihr Verfahren kommt ohne treibhausrelevante Kühl- oder Kältemittel aus und soll auch weniger Energie verbrauchen als bislang übliche Kühl-Techniken.
Kühlsystem mit Formgedächtnis-Legierung
Seelecke: „Wir setzen Systeme mit Formgedächtnis-Legierungen (FGL)ein, um Wärme zu transportieren. Drähte oder Bleche aus der Legierung Nickel-Titan haben gewissermaßen ein Erinnerungsvermögen: Werden sie verformt, nehmen sie anschließend die alte Form wieder an. Hierdurch können sie wie Muskeln an- und entspannen. Den Effekt, dass sie dabei Wärme aufnehmen und wieder abgeben, nutzen wir zum Kühlen.“
Wird ein Nickel-Titan-Draht oder -Blech verformt oder gezogen, verändert sich die Gitterstruktur im Inneren des Metalls und es entstehen Spannungen. Diese sogenannten Phasenumwandlungen erwärmen das Material. Wird das Metall nach dem Temperaturausgleich mit der Umgebungstemperatur wieder entlastet, lösen sich die Spannungen und es kühlt stark ab: etwa 20 K das Umgebungsniveau.
Seelecke: „Die Grundidee ist, einem Raum – etwa dem Inneren eines Kühlschranks – Wärme zu entziehen, indem dort ein vorgedehntes, superelastisches Formgedächtnis-Material entlastet wird und es dabei stark abkühlen. Die dann aufgenommene Wärme gibt man außerhalb des Kühlschrankes an die Umgebung ab, indem das Material dort zur Temperaturerhöhung und Wärmeabgabe wieder belastet wird, bevor der Kreisprozess aufs Neue beginnt.“
Das Kühlverfahren funktioniert...
In den bisherigen Versuchsreihen und Simulationsmodellen haben die Wissenschaftler an der Saar-Uni und am Saarbrücker Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik (ZeMA) nachgewiesen, dass ein solches Kühlverfahren funktioniert und in der Praxis eingesetzt werden kann. Anhand eines Modellsystems erforschten sie, wie der Kühlmechanismus am effizientesten abläuft und untersuchten etwa, wie stark das Material gezogen oder gebogen werden muss, um eine bestimmte Kühlleistung zu erreichen, oder ob der Prozess langsam oder schnell effektiver ist. Mit einer Thermokamera analysierten sie, wie Erwärmung und Abkühlung exakt ablaufen.
...nun soll es optimiert werden
