Prozesstechnik
Die unzähligen Anwendungen des Werkstoffs Glas erfordern in der Herstellung unterschiedliche Prozessschritte. Da Glas in der Regel aus Rohstoffen und recycelten Scherben bei hohen Temperaturen erschmolzen werden muss, ist die Herstellung energie- und kostenintensiv. Daraus und aus der Notwendigkeit den Kohlenstoffdioxid-Ausstoß zu minimieren, ergibt sich die Aufgabe die bestehenden Prozesse fortlaufend zu optimieren und Prozessalternativen zu erforschen.
Kohlenstoffdioxid-neutrale Prozesse für die Glasindustrie
Die Glasindustrie zählt zu den kleineren Sparten der energieintensiven Industrie in Deutschland. Glaswannen werden hauptsächlich mit Erdgas, seltener mit Öl betrieben. Im Rahmen der Energiewende werden händeringend Möglichkeiten zur Kohlenstoffdioxid-Reduktion im Glasherstellungsprozess gesucht, wobei Kohlenstoffdioxid-freie Brennstoffe eine Lösung darstellen können.
Eine Möglichkeit ist die Verbrennung von regenerativ hergestelltem Wasserstoff mit Sauerstoff aus derselben Quelle. Hierbei fehlt jedoch maßgebliches Wissen über die technologische Eignung des Wasserstoffs als Brenngas für den Glasschmelzprozess als auch über die Einflüsse der stark veränderten Abgas-Atmosphäre im Glasschmelzofen. Alternativ zur direkten Verbrennung des Wasserstoffs könnte dieser in Zukunft mit Kohlenstoffdioxid zu Brennstoffen mit höherer Energiedichte, wie etwa Methan oder Methanol, transformiert werden auch bekannt als Power-to-X-Technologie. Beide Möglichkeiten werden am Lehrstuhl im Rahmen eines Industrieprojekts untersucht.
Benetzungsverhalten von Glasschmelzen auf (metallischen) Oberflächen
Glas ermöglicht durch seine vollständige und wirtschaftliche Wiederverwertbarkeit einen geschlossenen Materialkreislauf in der Verpackungsindustrie. Glasflaschen für Getränke und Hohlgläser werden im Allgemeinen mithilfe (metallischer) Formen hergestellt, die in direkten Kontakt mit dem schmelzflüssigen Glas treten und daher Gefahr laufen, Anhaftungen zu zeigen. Die Glas-Metall-Adhäsion wird meist durch technologische Parameter wie Klebetemperaturen oder eine kritische Viskosität beschrieben und in der Praxis durch regelmäßig aufzutragende Schmiermittel unterbunden.
Für die gezielte Entwicklung bessere Formenmaterialien ist es jedoch erforderlich, nicht nur die Klebeneigung, sondern auch das (dynamische) Verhalten des flüssigen Glases auf (metallischen) Oberflächen physikalisch und Materialwissenschaftlich besser zu verstehen. Die Benetzung spielt in vielen Bereichen eine wichtige Rolle und ist für den Glas-Metall-Kontakt nur unzureichend untersucht. Daher werden die Benetzungs- und Bewegungseigenschaften eines schmelzflüssigen Glastropfens auf unterschiedlichen Materialen unter verschiedenen Umgebungsatmosphären untersucht.
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Simulation komplexer Glas-Biegeprozesse
Die Verwendung von Glas in verschiedenen Anwendungen wird durch die Schwierigkeiten der Formgebungsprozesse eingeschränkt. Derzeitige Technologien erlauben nur komplexe Biegungen (Biegungen in zwei Richtungen) von Glas mit großen Biegeradien oder über einen langen Zeitraum. Um das Biegen mit kleinen Radien für industrielle Anwendungen nutzbar zu machen, muss die Prozesszeit erheblich verkürzt werden.
Das aktuelle Projekt zielt darauf ab, mögliche Verfahren für das Biegen mit kleinen Radien zu identifizieren. Zu diesem Zweck wird ein Glasmodell erstellt und die Biegeprozesse werden mit der Smoothed Particle Hydrodynamics Methode in PySPH simuliert. Vielversprechende Prozesse sollen in Versuchsöfen validiert werden.