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Die schnellsten Wärmestromsensoren der Welt

Internationale Aufmerksamkeit für Landshuter Forschung im Bereich Wärmestrom- und Temperatursensorik

In Flugzeugtriebwerken herrschen extreme Bedingungen: In den Brennkammern moderner Triebwerke werden Gastemperaturen von bis zu circa 2000 °C erreicht. Außerdem kommt es etwa beim Start zu schnellen Temperatur- und Lastwechseln. Um die Wirkungsgrade zu verbessern und Schäden zu vermeiden, müssen wir genau wissen, wie hoch die Wärmelasten an Bauteilen wie Turbinenschaufeln und Brennkammerwänden sind. Das gilt umso mehr für zukünftige Luftfahrtantriebe wie Triebwerke mit wasserstoffbasierten Verbrennungssystemen, bei denen noch höhere lokale Wärmelasten auftreten.

Zeitauflösung im Mikrosekundenbereich

Um Wärmelasten zu bestimmen, werden präzise und vor allem schnelle Sensoren benötigt. Das ist das Spezialgebiet des Labors für Strömungsmechanik- und Wärmeübertragung an der Fakultät für Maschinen- und Bauwesen. Seit circa sieben Jahren forschen dort Prof. Dr. Tim Rödiger und sein Team im Rahmen von öffentlich geförderten Forschungsprojekten an der Anwendung und Weiterentwicklung schneller Wärmestrom- und Temperatursensoren. Die verwendeten sogenannten ALTP-Sensoren (ALTP steht für Atomic Layer Thermopile) erreichen eine Zeitauflösung im Mikrosekundenbereich und gelten damit als weltweit schnellste Methode zur Messung von Wärmelasten. Neben zukünftigen Luftfahrtantrieben können die Spezialsensoren unter anderem in der Motormesstechnik, der Wasserstofftechnologie, der Batterie- und Turbinenkühlung und bei Windkanaluntersuchungen zum Einsatz kommen.

Der Kniff: Der Transversale Thermoelektrische Effekt

Die speziellen Sensoren aus Landshut basieren auf dem sogenannten transversalen Seebeck-Effekt, der in Schichten aus schräg angeordneten dünnen Materiallagen auftritt. Im Fall der ALTP werden spezielle an der Uni Regensburg entwickelte Hochtemperatursupraleitermaterialien genutzt. Sie werden besonders dünn – im Zehntausendstel-Millimeter-Bereich – unter einem bestimmten Winkel aufgewachsen. Die dünnen Schichten ermöglichen die geringe Ansprechzeit der Sensoren.

Internationale Aufmerksamkeit für die Landshuter Sensoren

Mit seinen schnellen Sensoren zieht das Labor für Strömungsmechanik- und Wärmeübertragung internationale Aufmerksamkeit auf sich: Im Oktober 2024 hielt Prof. Dr. Rödiger einen eingeladenen Vortrag bei einem von der renommierten Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung organisierten 3-tägigen Seminar. Die Tagung fand im ehrwürdigen Physikzentrum Bad Honnef statt mit einem internationalen Teilnehmerkreis von Japan bis USA. Im Vortrag gab Prof. Rödiger einen Überblick zur Anwendung transversaler Materialien für Wärmestromsensoren und stellte Messergebnisse aus dem Bereich der Hochgeschwindigkeitsströmungen, erste Wandwärmestrommessungen in Motoren sowie einzigartige Messungen an zukünftigen Luftfahrtantrieben gemeinsam mit der Purdue University vor.

Beim diesjährigen AIAA Scitech Forum des US-amerikanischen Luft- und Raumfahrtverbands im Januar 2025, einer der weltweit größten Konferenzen der Branche mit über 6000 Teilnehmenden,war die Hochschule Landshut außerdem mit drei Vorträgen vertreten. Claudia Hofmann (wissenschaftliche Mitarbeiterin Hochschule Landshut) und Jan-Erik Brune (Universität der Bundeswehr München) präsentierten die Ergebnisse des durch das Bayerischen Luftfahrtforschungsprogramms geförderten Forschungsprojekts EnErhOw. Diese sind wichtig für zukünftige, effiziente Luftfahrtantriebe und wurden an einzigartigen Versuchsanlagen des Projektpartners der Universität der Bundeswehr München ermittelt.

Foto 1: Wilhelm und Else Heraeus-Stiftung
Foto 2: Jan-Erik Brune
Foto 3: Tim Rödiger

(Frei zur Verwendung bei Angabe der Quelle)