Saarbrücken 
Uni-Forscher stellen Kühlschrank mit künstlichen Muskeln vor
Formgedächtnisdrähte aus superelsatischen Nickel-Titan-Legierung sollen laut Forschern der Saar-Universität die Kühl- und Heiztechnologie in Zukunft energieeffizienter und nachhaltig gestalten. Einen ersten Prototypen mit diesen „künstlichen Muskeln“ stellen die Saar-Forscher bei der Hannover-Messer Ende April aus.
Das Prinzip, so die Universität des Saarlandes, ist einfach: Die Formgedächtnisdrähte nehmen in der Kühlkammer Wärme auf und geben diese nach außen wieder ab. „Mit unserem Verfahren, der Elastokalorik, erreichen wir beim Kühlen Temperaturdifferenzen von rund 20 Grad Celsius, ohne klimaschädliche Kältemittel und weit energieeffizienter als mit den heute üblichen Techniken“, erklärt Stefan Seelecke, Professor an der Uni und Forscher am Saarbrücker Zentrum für Mechatronik und Automatisierung. Der Wirkungsgrad von elastokalorischer Materialien beläuft sich laut Uni auf mehr als das Zehnfache im Vergleich zu heutigen Klimaanlagen oder Kühlschränken. Sowohl das Energieministerium der USA als auch die Kommission der EU deklarieren die Saarbrücker Klimatechnologie bereits als zukunftsträchtige Alternative zu den bisherigen Verfahren.
Die „Superkraft“, um Wärme zu transportieren
Der aktuelle Kühlschrank-Prototyp ist gerade einmal so groß, dass eine Wasserflasche reinpasst. Generell können die Anlagen aber weitaus größer dimensioniert werden, so die Universität. Und nicht nur das Kühlen ist möglich, sondern auch das Heizen. Um Wärme zu transportieren, nutzen die Forscher laut Uni die besondere „Superkraft“ der künstlichen Muskeln aus Nickel-Titan: das Formgedächtnis. Drähte dieser Legierung „erinnern“ sich nämlich an ihre ursprüngliche Form und nehmen diese wieder an, nachdem sie verformt oder gezogen werden. Ähnlich wie Muskeln werden sie lang und wieder kurz, können sich an- und entspannen. Der Grund hierfür liegt tief im Inneren der Nickel-Titan-Legierung. Das Material hat zwei Kristallgitter, die sich ineinander umwandeln können. Anders als bei Wasser sind diese Phasen nicht fest, flüssig und gasförmig, sondern generell fest. „Das Formgedächtnismaterial gibt Wärme ab, wenn es im superelastischen Zustand gezogen wird und nimmt Wärme auf, wenn es entlastet wird“, erklärt Paul Motzki, Professor an der Saar-Uni und dem Zentrum für Mechatronik und Automatisierungstechnik.
Einfaches Prinzip mit großen Herausforderungen
So simpel das Prinzip der neuen Technik klingt, so komplex sind laut Universität jedoch die Forschungsfragen, die zu klären sind, will man damit einen Kühlkreislauf konstruieren. Im Prototyp sorgt derzeit ein speziell konstruierter Nockenantrieb dafür, dass Bündel aus 200 Mikrometer dünnen Nickel-Titan-Drähten durchgehend um eine runde Kühlkammer rotieren. Doktorand Lukas Ehl: „Während sie im Kreis wandern, werden sie auf der einen Seite belastet, also gezogen, und auf der anderen Seite entlastet.“ Mithilfe zirkulierender Luft kommt dann die Kühlwirkung zustande.
Aktuell forschen die Saarbrücker Wissenschaftler unter anderem daran, wie der Antrieb die Drähte permanent in Gang hält, wie die Luftströme aussehen, wie die Abläufe am effizientesten sind und wie viele Drähte sie bündeln müssen. Für die Forscher ist jedoch klar: Allein bei Kühlschränken soll es nicht bleiben. „Wir wollen das Innovationspotenzial der Elastokalorik in verschiedenste Anwendungsgebiete einbringen, etwa in die Industriekühlung, auch in die E-Mobilität zur Kühlen in E-Autos oder den Haushaltsgerätesektor“, sagt Motzki.
Mehr als zehn Jahre Forschung
Die neue Technologie ist laut Universität das Ergebnis aus mehr als zehn Jahren Forschung. Mehrere Millionen Euro Förderung sind ausbezahlt worden, unter anderem 17 Millionen Euro vom Bundesforschungsministerium.