Ziel der Entwicklung

Logo: Abbildung 1: Kühlung eines Hochlastwiderstands durch aufgetragenes thermisches Energiespeichermaterial, aufgenommen mit einer Wärmebildkamera
Abbildung 1: Kühlung eines Hochlastwiderstands durch aufgetragenes thermisches Energiespeichermaterial, aufgenommen mit einer Wärmebildkamera

Mit der vorliegenden Entwicklung wird eine Möglichkeit zum Abbau von thermischen Lastspitzen in elektrotechnischen Prozessen gezeigt. Hierdurch wird eine Optimierung des Thermomanagement erreicht.

Vorteile und Lösungen

Es wurde thermisches Energiespeichergranulat (PCM-Granulat) mit Schmelzpunkten von 94, 110 und 130 Grad Celsius entwickelt. Die Schmelzenthalpien (maximal 160J/g) sowie der Schmelzbereich sind stark abhängig vom ausgewählten Schmelzpunkt und müssen im Anwendungsfall beachtet werden. Durch die Variation der Polymermatrix (Septon-Typ) kann die Viskosität der PCM-Compoundschmelze eingestellt werden. Es wurde eine Zusammensetzung entwickelt, die es ermöglich, dass das PCM-Granulat auch bei Temperaturen >Ts in fester Granulatform vorliegt, sodass konventionelle, thermoplastische Verarbeitungsmöglichkeiten zur Herstellung von Halbzeugen realisiert werden können. Eine für den Abbau von thermischen Lastspitzen benötigte erhöhte Wärmeleitfähigkeit konnte durch die Zugabe von Graphit umgesetzt werden. Zum praktischen Nachweis der Funktionsfähigkeit des entwickelten PCM-Compoundgranulat wurde aus einer ausgewählten Zusammensetzung mittels thermischen Pressverfahren Probekörper unterschiedlicher Dicken hergestellt. Das Material wurde anschließend in einem Hochlast-Widerstand, der in Messtechnik und Leistungsanwendungen zum Einsatz kommt, integriert. Die Auswertung mit Temperatursensoren und IR-Kamera zeigen, dass eine Minimierung der Spitzentemperatur um mindestens 15 Prozent erreicht wird. Weiterhin kann ein Zeitgewinn von zirka 30 Prozent bis zum Erreichen der maximalen Betriebstemperatur erreicht werden (längere Betriebsdauer).Durch weitere Anpassungsmöglichkeiten sind hier vielversprechende Optimierungen bzgl., der Senkung der Spitzentemperatur möglich.

Zielgruppe und Zielmarkt

Primäres Ziel ist es nicht das fertige Produkt zu vermarkten, sondern das gefertigte Halbzeug in Form von Granulat, Platten oder Verbundkörpern. Das entwickelte Material soll hier als Grundlage für anwendungsspezifische Weiterentwicklungen / Anpassungen von bestehenden Systemen oder neuen Produkten eingesetzt werden. Gerade in der Mobilitätswende hin zur E-Mobility sind innovative Materialien gefragt, die das Thermomanagement von bspw. Batteriesystem regulieren. Es ist vorgesehen, direkt mit den auf den Markt etablierten Firmen in Kontakt zu treten, wie zum Beispiel in der Automobilzuliefererindustrie. Ziel ist es weiterhin, dass Direktforschungsaufträge über die Projektlaufzeit hinaus akquiriert werden, um gezielte Komponenten gemeinsam zu entwickeln. Die auf dieser Grundlage aufgebaute Zusammenarbeit soll soweit vertieft werden, dass kontinuierliche Kooperationen realisiert werden. Die Kombination von bestehenden Lösungsvarianten und dem neu entwickelten, thermischen Energiespeichermaterial ermöglichen weitere innovative Produkte.