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 Mit Sensoren gegen Falschfahrer: Jungforscher bringen Frühwarnsystem zur Marktreife
21.08.2018 | Universität des Saarlandes

nachricht IHP-Technologie darf in den Weltraum fliegen
20.08.2018 | IHP - Leibniz-Institut für innovative Mikroelektronik

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: Die Mischung macht‘s: Jülicher Forscher entwickeln schnellladefähige Festkörperbatterie

Mit Festkörperbatterien sind aktuell große Hoffnungen verbunden. Sie enthalten keine flüssigen Teile, die auslaufen oder in Brand geraten könnten. Aus diesem Grund sind sie unempfindlich gegenüber Hitze und gelten als noch deutlich sicherer, zuverlässiger und langlebiger als herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien. Jülicher Wissenschaftler haben nun ein neues Konzept vorgestellt, das zehnmal größere Ströme beim Laden und Entladen erlaubt als in der Fachliteratur bislang beschrieben. Die Verbesserung erzielten sie durch eine „clevere“ Materialwahl. Alle Komponenten wurden aus Phosphatverbindungen gefertigt, die chemisch und mechanisch sehr gut zusammenpassen.

Die geringe Stromstärke gilt als einer der Knackpunkte bei der Entwicklung von Festkörperbatterien. Sie führt dazu, dass die Batterien relativ viel Zeit zum...

Im Focus: It’s All in the Mix: Jülich Researchers are Developing Fast-Charging Solid-State Batteries

There are currently great hopes for solid-state batteries. They contain no liquid parts that could leak or catch fire. For this reason, they do not require cooling and are considered to be much safer, more reliable, and longer lasting than traditional lithium-ion batteries. Jülich scientists have now introduced a new concept that allows currents up to ten times greater during charging and discharging than previously described in the literature. The improvement was achieved by a “clever” choice of materials with a focus on consistently good compatibility. All components were made from phosphate compounds, which are well matched both chemically and mechanically.

The low current is considered one of the biggest hurdles in the development of solid-state batteries. It is the reason why the batteries take a relatively long...

Im Focus: Farbeffekte durch transparente Nanostrukturen aus dem 3D-Drucker

Neues Design-Tool erstellt automatisch 3D-Druckvorlagen für Nanostrukturen zur Erzeugung benutzerdefinierter Farben | Wissenschaftler präsentieren ihre Ergebnisse diese Woche auf der angesehenen SIGGRAPH-Konferenz

Die meisten Objekte im Alltag sind mit Hilfe von Pigmenten gefärbt, doch dies hat einige Nachteile: Die Farben können verblassen, künstliche Pigmente sind oft...

Im Focus: Color effects from transparent 3D-printed nanostructures

New design tool automatically creates nanostructure 3D-print templates for user-given colors
Scientists present work at prestigious SIGGRAPH conference

Most of the objects we see are colored by pigments, but using pigments has disadvantages: such colors can fade, industrial pigments are often toxic, and...

Im Focus: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Dialog an Deck, Science Slam und Pong-Battle

21.08.2018 | Veranstaltungen

LaserForum 2018 thematisiert die 3D-Fertigung von Komponenten

17.08.2018 | Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Auf dem Weg zur personalisierten Medizin

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

In Form gebracht

21.08.2018 | Biowissenschaften Chemie

Superauflösende Mikroskopie - Neue Markierungssonden im Nanomaßstab

21.08.2018 | Physik Astronomie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics