Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Elektrobauteile aus einem Guss - Polymer-Experten entwickeln leitfähigen Kunststoffcompound

06.09.2004


Siemens-Forscher haben einen Verbundwerkstoff aus Kunststoff und Metall entwickelt, der sich wie Plastik verarbeiten lässt, aber die elektrischen und elektromagnetischen Eigenschaften von Metall besitzt. Der neue Kunststoff-Metall-Hybrid soll die Produktion von Elektrobauteilen wie etwa Getriebe- und Motorsteuerungen vereinfachen. Denn das Material lässt sich im erhitzten Zustand mit herkömmlichen Spritzgießmaschinen aus der Kunststoffindustrie verarbeiten. Zahlreiche Experimente zeigten, dass sich mit dem Material in einem Arbeitsschritt Leiterbahnen und zugleich Kontaktstellen für Steckverbindungen oder Kabel spritzen lassen. Langwierige Lötprozesse sind überflüssig. Die Produktion geht schneller voran.



Elektronische Motorbauteile sind für gewöhnlich von Plastikgehäusen umhüllt. Diese werden in Spritzgießmaschinen aus geschmolzenem Kunststoff geformt. In weiteren Produktionsschritten tragen Automaten auf der Innenseite des Gehäuses dünne Metallschichten auf, die als Leiterbahnen fungieren, und löten Widerstände, elektrische Spulen oder Steckanschlüsse fest. Zum Schluss werden Kabel angeschraubt. Also sind zahlreiche Produktionsschritte nötig, bis etwa eine Steuerung für Einspritzventile in der Größe einer Zigarrenschachtel fertig ist. Entwickler aus der Abteilung "Functional Polymers" bei Siemens Corporate Technologies in Erlangen wollen diese Prozesse mit dem neuen Kunststoff-Metall-Gemisch beschleunigen. Das Material besteht zu etwa 10 bis 20 Prozent aus Kunststoff, zu etwa 50 Prozent aus Kupfer. Den Rest macht ein Lot aus, das bei relativ niedrigen Temperaturen schmilzt. Gemeinsam verleihen die verschiedenen Inhaltsstoffe dem Spezial-Plastik seine ungewöhnlichen Eigenschaften. Aufgrund des niedrig schmelzenden Lots ist das Material während der Verarbeitung trotz großem Füllstoffanteil flüssig. Es lässt sich daher mit normalen Spritzgießmaschinen verarbeiten und über feine Düsen in eine Form einspritzen.



Dank des hohen Kupferanteils liegt die Leitfähigkeit des Materials deutlich über dem herkömmlicher leitender Verbundmaterialien. Zudem bleibt die Leitfähigkeit auch bei hohen Temperaturen erhalten, da das Kupfer im Plastik ein eng verzweigtes Netzwerk bildet. Der Kunststoff schließlich sorgt für eine gute Haftung im Plastikgehäuse. "Der Vorteil des Materials liegt vor allem darin, dass die Leiterbahnen und Kontakte bereits beim Spritzgießen entstehen und nicht in anschließenden Schritten", sagte Dr. Robert Greiner, Entwickler des neuen Werkstoffes. Seine Idee: Ist das Plastikgehäuse abgekühlt, drückt die Spritzgießmaschine über feine Düsen Leiterbahnen und alle nötigen Kontaktstellen in das Gehäuse. In einem folgenden Schritt können dann die Spulen und Stecker eingesetzt werden. "Dazu muss man den Compound nur ein zweites Mal kurz erhitzen und ein wenig aufweichen; Stecker, Kabel und dergleichen können dann ins weiche Material eingedrückt werden," erklärte Greiner. Aufwändiges Löten wird unnötig. Zudem ist anders als beim herkömmlichen Lötzinn die Oberflächenspannung des Kunststoff-Metalls deutlich geringer. Das Material behält seine Form. Lötzinn hingegen wölbt sich zur Halbkugel auf, was das Löten erschwert.

Auch die Herstellung von Leiterbahnen durch Einsatz so genannter Stanzgitter vereinfacht sich durch den Kunststoff aus Erlangen erheblich. Diese Gitter kommen beispielsweise in Fahrzeugen vor allem dort zum Einsatz, wo mehrere Leiterbahnen in elektronischen Bauteilen parallel verlaufen - etwa von Einspritzventil zu Einspritzventil entlang der Zylinder. Um die parallelen Leiter zu produzieren, wird bisher aus einem Blech ein Gitter mit nebeneinander verlaufenden Bahnen gestanzt und in Form gebogen. Das Gitter wird anschließend teils mit einem Plastikmantel umhüllt, die Querverbindungen werden zwischen den parallelen Leiterbahnen gekappt. Nur so ist ein Stromfluss möglich. Am Ende erhält das Bauteil eine Kunststoffhülle. Dafür sind wieder zahlreiche Prozessschritte nötig. Das neue Material hingegen lässt sich direkt in die Plastikhülle spritzen, die Steuerungsspulen für die Motorventile werden im selben Arbeitsgang kontaktiert. "Je nachdem wie stark die Stromflüsse im Motor sind, können wir dicke oder dünne Leiterbahnen spritzen", sagte Greiner, "das Verfahren ist ausgesprochen flexibel."
Im Dezember vergangenen Jahres haben die Erlanger Polymerexperten ihr Material zum Patent angemeldet. Erste Anwendungen, wie zum Beispiel gespritzte Antennen für mobile Datenspeicher oder auch Leiterbahnen für die Motoreinspritzung als Ersatz der Stanzgitter könnten in nächster Zeit zum Einsatz kommen. "Das Material lässt sich bereits für die Serienfertigung einsetzen", sagte Greiner.

Guido Weber | idw
Weitere Informationen:
http://www.siemens.de

Weitere Berichte zu: Einspritzventil Kunststoff Leiterbahn Spritzgießmaschine

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht SEEDs – Intelligente Batterien mit zellinterner Sensorik
25.07.2017 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

nachricht Power-to-Liquid: 200 Liter Sprit aus Solarstrom und dem Kohlenstoffdioxid der Umgebungsluft
24.07.2017 | Karlsruher Institut für Technologie

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

IT-Experten entdecken Chancen für den Channel-Markt

25.07.2017 | Unternehmensmeldung

Erst hot dann Schrott! – Elektronik-Überhitzung effektiv vorbeugen

25.07.2017 | Seminare Workshops

Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark

25.07.2017 | Biowissenschaften Chemie