Carbonschaum

Schaum als Wärmeleiter

Leichte und poröse Graphitkörper gefüllt mit einem Phasenwechselmaterial, verfügen über hohe Wärmeleitfähigkeit, hervorragende Wärmespeichereigenschaften und optimale Flexibilität bei der Konstruktion. Das macht sie zu einem wichtigen Bestandteil in der Entwicklung der Elektromobilität sowie zahlreichen weiteren Einsatzfeldern. Das Composite von Schunk Carbon Technology könnte aber vor allem die alternative Antriebstechnologie voranbringen.

Phasenwechselmaterialien nutzen die Enthalpie thermodynamischer Zustandsänderungen eines Speichermediums. Der Graphitschaum sorgt für die notwendige Wärmeleitfähigkeit.

Die Mobilität der Bevölkerung in den Industrieländern ist so hoch wie nie zuvor. Gerade erst wurden erneut Rekorde über die Anzahl der Berufspendler vermeldet. Alternative Antriebstechnologien sowie umweltfreundliche Verbrennungsmotoren werden also weiterhin ein wichtiges gesellschaftliches Thema bleiben. Bisher galten aber besonders Elektrofahrzeuge noch als zu teuer für zu wenig Reichweite mit zu langer Ladedauer für die Batterien. Mit Latent Heat Carbon, einem Werkstoff, den Schunk Carbon Technology entwickelt hat, kann das Thermomanagement für Batterien deutlich optimiert und damit die nötige Sicherheit gewährleistet werden. Denn die enorme Hitzeentwicklung der Batterien stellt die Elektromobilität derzeit noch vor große Herausforderungen, etwa beim schnellen Laden und Entladen von Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Zudem lässt sich die Carbon-Lösung auch für die Kühlung elektronischer Bauteile einsetzen sowie bei der Temperaturregulierung konventioneller Antriebstechnologien.

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Das Composite besteht aus Phase-Change-Materialien (PCM) und Graphit. Da PCMs generell über eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit verfügen, kann durch die Kombination mit expandiertem Graphit als Wirtsmaterial die Wärme von Batterien, elektronischen Bauteilen und anderen Komponenten besser abgeleitet werden. Das Composite ermöglicht durch seine Aufschäumfähigkeit zudem komplexe, flexible Geometrien und optimalen Wärmekontakt. Um Komponenten bestmöglich ummanteln zu können, ist die Anpassbarkeit von Materialien unerlässlich. Nur so lässt sich gewährleisten, dass bei der Entwicklung von Bestandteilen für die Elektromobilität wie etwa Batterien keine materialbedingten Grenzen zu beachten sind. Expandierter Graphit besteht aus einem Kohlenstoff-Schaum mit einer flexibel gestaltbaren Porosität, wodurch auch die Entwicklung komplexer Designs möglich ist. Entwickler können deshalb den zur Verfügung stehenden Bauraum optimal nutzen.

Reduzierte Emissionen

Die Aufschäumfähigkeit des Graphits ermöglicht flexible Geometrien und optimalen Wärmekontakt.

Konstante Temperaturfenster von Batterien sind entscheidend für ihre Leistungsfähigkeit und Langlebigkeit, denn daraus resultiert die Batteriekapazität und somit die Reichweite – beides wichtige Faktoren für die Entwicklung der Elektromobilität. Bis diese aber die nötige Marktdurchdringung erreicht hat, gilt es, die Effizienzpotenziale herkömmlicher Verbrennungsmotoren zu heben. Auch hier kommt Latent Heat Carbon zum Einsatz: Bei Bauteilen, die an thermisch belasteten Aggregaten angrenzen, wie die Benzinpumpe und der Motorblock. Auch das Vorwärmen des Motoröls oder der Kühlflüssigkeiten helfen dabei, die Emissionen eines klassischen Kaltstarts zu reduzieren. Intelligentes Thermomanagement kann den Verbrauch sowie die Leistung optimieren und somit parallel zur Weiterentwicklung der Elektromobilität einen entscheidenden Anteil an der Reduzierung von Emissionen haben.

Allerdings ist die Lösung von Schunk nicht auf Einsatzszenarien in der Automobilindustrie beschränkt. In der Leistungselektronik wird die Lösung zur Kühlung von Halbleitern eingesetzt. Im Kleinen ist das Thermomanagement auch beim Einsatz von Handy-Akkus von Bedeutung. Dank der Flexibilität des Composites kann die Wärme von Handy-Akkus besser abgeleitet und Geräte somit sicherer designt werden.

Wie vielseitig Kohlenstoff einsetzbar ist, zeigen die zahlreichen Anwendungsfelder von Schunk Carbon Technology. Als Division der Schunk Group mit Sitz im mittelhessischen Heuchelheim entwickelt und fertigt die Geschäftseinheit Lösungen aus Carbon und Keramik. Kaum ein Produktionsbereich, der nicht von den Eigenschaften des Werkstoffs profitiert. Dichtungs- und Pumpenkomponenten beispielsweise finden ihren Einsatz in der Automobil-, Chemie-, Pharma- und Lebensmittelindustrie, sowie in der Klima- und Kraftwerkstechnik, in Flugzeugen und Schiffen. Vom Haushaltsgerät bis zur Windkraftanlage finden sich Kohlebürsten, Kohlebürstensysteme, Schleifring-Kontakte und Strombänder mit einer Oberfläche aus Carbon. Für den Einsatz unter extremen Temperaturen eignen sich Ofenkomponenten, Isolationswerkstoffe, Chargenträger-Systeme und Brennhilfsmittel für das Process Heating, Lösungen zur Temperaturmessung, für die Medizin- und Analysetechnik, die Glasindustrie und Solartechnik bis hin zu hochreinen Komponenten für die Halbleiterfertigung. cs

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