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Motorspindeln erzeugen durch ihre hohe Drehgeschwindigkeit Wärme. Eine Veränderung der Spindeltemperatur beeinträchtigt jedoch ihre Präzision. Aus diesem Grund werden Kühlflüssigkeiten eingesetzt. Diese nehmen jedoch während des Kühlvorgangs Energie auf, erwärmen sich dadurch selber und können so die gewünschte Temperatur nie ganz genau halten.
Von fest zu flüssig bei gleicher Temperatur
Das Kompetenzzentrum Thermische Energiespeicher (CCTES) hat eine Lösung für dieses Problem gefunden: Sie heisst Phasenwechseldispersion (Phase Change Dispersion, PCD). Diese setzt sich aus einer Flüssigkeit und winzigen (mehrere hundert Nanometer-grossen) Partikeln eines Phasenwechselmaterials zusammen – eines Materials, das fest ist bis zu einer Temperatur von 24 Grad. Erzeugt die Drehung der Spindel Wärme über diese Temperatur hinaus, so nehmen die Partikel die Energie auf, verwenden sie jedoch nicht für eine Erwärmung und Temperaturerhöhung, sondern dazu, bei gleichbleibender Temperatur von einem festen in einen flüssigen Zustand überzugehen. Die Partikel schmelzen, aus der Suspension wird eine Emulsion. So kann Wärme aufgenommen werden, ohne dass sich das Kühlmittel merklich erwärmt, und die Präzision der Spindel wird wesentlich gesteigert. Für diese Erfindung wurde nun der Industriepartnerin Step-Tec AG das Patent für Europa erteilt und veröffentlicht.
Von der Gesichtscreme zur Kühlflüssigkeit
Entstanden ist die Idee, eine Dispersion mit einem Phasenwechselmaterial zur Kühlung von Maschinenspindeln zu verwenden, aus einer Karrierewendung: Ludger Fischer hat vor seiner Tätigkeit für die Hochschule Luzern für ein Unternehmen gearbeitet, welches Misch- und Dispergieranlagen für die Kosmetikindustrie entwickelt und hergestellt hat. Die Arbeit mit Dispersionen ist dort Alltag – allerdings nicht zu Kühlzwecken, sondern eher, um die Haut zu pflegen, frisch erscheinen zu lassen oder sicherzustellen, dass Mascara an den Wimpern hält und die schöne Augenpartie weiter positiv betont. Im Rahmen einer Projektarbeit Industrieund der Bachelor-Diplomarbeit haben Studierende den Einsatz von Dispersionen mit Phasenwechselmaterial im Maschinenbereich konkretisiert. Die Weiterentwicklung bis zum Patent war dann eine Gemeinschaftsarbeit der Hochschule Luzern, der ETH Zürich und der Step-Tec AG.