DE102012217543A1 - Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor - Google Patents

Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor Download PDF

Info

Publication number
DE102012217543A1
DE102012217543A1 DE201210217543 DE102012217543A DE102012217543A1 DE 102012217543 A1 DE102012217543 A1 DE 102012217543A1 DE 201210217543 DE201210217543 DE 201210217543 DE 102012217543 A DE102012217543 A DE 102012217543A DE 102012217543 A1 DE102012217543 A1 DE 102012217543A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
composite
particles
composite material
fiber
thermal conductivity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE201210217543
Other languages
English (en)
Inventor
Chia-Yu Chang
Annika Ernstberger
Christian Seidel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
Priority to DE201210217543 priority Critical patent/DE102012217543A1/de
Priority to PCT/EP2013/066286 priority patent/WO2014048624A1/de
Publication of DE102012217543A1 publication Critical patent/DE102012217543A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/26—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer another layer next to it also being fibrous or filamentary
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B27/00—Layered products comprising a layer of synthetic resin
    • B32B27/04—Layered products comprising a layer of synthetic resin as impregnant, bonding, or embedding substance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/24—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer
    • B32B5/28—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being a fibrous or filamentary layer impregnated with or embedded in a plastic substance
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B5/00—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts
    • B32B5/22—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed
    • B32B5/30—Layered products characterised by the non- homogeneity or physical structure, i.e. comprising a fibrous, filamentary, particulate or foam layer; Layered products characterised by having a layer differing constitutionally or physically in different parts characterised by the presence of two or more layers which are next to each other and are fibrous, filamentary, formed of particles or foamed one layer being formed of particles, e.g. chips, granules, powder
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B3/00—Insulators or insulating bodies characterised by the insulating materials; Selection of materials for their insulating or dielectric properties
    • H01B3/002—Inhomogeneous material in general
    • H01B3/004—Inhomogeneous material in general with conductive additives or conductive layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/03—3 layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2250/00—Layers arrangement
    • B32B2250/40—Symmetrical or sandwich layers, e.g. ABA, ABCBA, ABCCBA
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/021—Fibrous or filamentary layer
    • B32B2260/023—Two or more layers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/02—Composition of the impregnated, bonded or embedded layer
    • B32B2260/025—Particulate layer
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2260/00—Layered product comprising an impregnated, embedded, or bonded layer wherein the layer comprises an impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/04—Impregnation, embedding, or binder material
    • B32B2260/046—Synthetic resin
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/102—Oxide or hydroxide
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/10—Inorganic particles
    • B32B2264/105—Metal
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2264/00—Composition or properties of particles which form a particulate layer or are present as additives
    • B32B2264/12—Mixture of at least two particles made of different materials
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/204—Di-electric
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/20—Properties of the layers or laminate having particular electrical or magnetic properties, e.g. piezoelectric
    • B32B2307/206—Insulating
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2307/00—Properties of the layers or laminate
    • B32B2307/30—Properties of the layers or laminate having particular thermal properties
    • B32B2307/302—Conductive
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B32—LAYERED PRODUCTS
    • B32B—LAYERED PRODUCTS, i.e. PRODUCTS BUILT-UP OF STRATA OF FLAT OR NON-FLAT, e.g. CELLULAR OR HONEYCOMB, FORM
    • B32B2457/00—Electrical equipment
    • B32B2457/04—Insulators

Landscapes

  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff für beispielsweise den Einsatz in Elektromotorentechnik, wobei hohe Wärmeleitfähigkeit verbunden mit der großen mechanischen Belastbarkeit von Faserverbundkunststoffen gefordert wird. Ein Verbundwerkstoff nach der Erfindung vereint die beiden Materialeigenschaften, weil er erste Bereiche mit polymerem Faserverbundkunststoff und zweite Bereiche mit gut wärmeleitfähigem Material, insbesondere aus Metall, umfasst. Beispielsweise werden die beiden Bereiche als Schichten ausgebildet und der Verbundwerkstoff bildet ein Laminat.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff für beispielsweise den Einsatz in Elektromotorentechnik, wobei hohe Wärmeleitfähigkeit verbunden mit Faserverbundkunststofftechnik gefordert wird.
  • Faserverbundbauteile finden Anwendung in klassischen statischen Konstruktionen und zunehmend auch in dynamisch belasteten Bauteilen oder Komponenten, beispielsweise in Turbinenkomponenten für die Energieerzeugung inklusive Windräder, Bauteile für (Schienen-)Fahrzeuge, Komponenten elektrotechnischer Geräte (Trafos, Generatoren, Motoren) oder in der Photovoltaik.
  • Bei der Herstellung von FVK-Bauteilen wird nicht ein vorhandener Werkstoff, das Prepreg in seine endgültige Form gebracht; vielmehr wird der Faserverbundwerkstoff selber während der Bauteilherstellung gebildet. Von entscheidender Bedeutung für die FVK-Bauteile ist daher auch die Prepreg-Herstellung.
  • Die Faserverbundtechnik konkurriert mit Leichtbauansätzen über Leichtmetalle wie Aluminium und Magnesium. Für Einsatzgebiete wie der Elektromotorentechnik ist das Wärmemanagement der Systeme ein wichtiger Aspekt. Die Wärmeleitung der eingesetzten Materialien spielt dabei eine wichtige Rolle für die Abfuhr der thermischen Energie über das Gehäuse.
  • Die bekannten polymeren Faserverbunde haben eine im Vergleich zu Leichtmetalllegierungen niedrige Wärmeleitfähigkeit. Diese ist zudem durch die Faserorientierung anisotrop. Im Falle von CFK ist die Wärmeleitung in Faserrichtung höher als senkrecht dazu.
  • Bei Faserverbundkunststoffen werden die mechanischen Eigenschaften durch Auswahl der Fasern und Matrixharze bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften in Faserrichtung sind vor allem durch die Eigenschaften der Fasern bestimmt, während in Querzugsrichtung die Eigenschaften der Matrix bestimmend sind. In Faserverbundanwendungen für die Leichtbautechnik soll die Wärmeleitfähigkeit senkrecht zur Faserrichtung verbessert werden.
  • Aus der DE 10 2012 203410.2 ist ein Faserverbundkunststoff bekannt, bei dem die Wärmeleitfähigkeit in Querrichtung gegenüber dem Stand der Technik durch homogene und isotrope Verteilung von Nano- und/oder Mikropartikel im Faserverbundkunststoff verbessert ist.
  • Trotz der dadurch gewonnenen Steigerung der Wärmeleitfähigkeit besteht weiterhin der Bedarf, einen Kunststoff und/oder Verbundwerkstoff zu schaffen, der trotz Eignung zur Leichtbauweise verbesserte Wärmeleitfähigkeit aufweist.
  • Dies insbesondere deshalb, weil Leichtbau über Faserverbundtechnik mit Leichtbauansätzen über Leichtmetalle wie Aluminium oder Magnesium konkurriert. Für Einsatzgebiete wie die Elektromotorentechnik ist das Wärmemanagement der Systeme ein wichtiger Aspekt. Die Wärmeleitung der eingesetzten Materialien spielt dabei eine wichtige Rolle für die Abfuhr der thermischen Energie über das Gehäuse.
  • Polymere Faserverbunde haben eine im Vergleich zu Leichtmetalllegierungen niedrige Wärmeleitung, auch wenn Partikelzwischenstreuung, wie in der DE 10 2012 203410.2 offenbart, diese in Querrichtung schon deutlich erhöht, bleibt die Wärmeleitfähigkeit im Großen und Ganzen nach dem Stand der Technik doch anisotrop. Im Fall von kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen (CFK) ist die Wärmeleitung in Faserrichtung höher als senkrecht dazu.
  • Deshalb werden bislang in der Regel, wenn höhere Anforderungen an die Entwärmung gestellt werden, immer noch keine polymeren Faserverbunde sondern Leichtmetalllegierungen wie Aluminium, etc. eingesetzt.
  • Dies hat jedoch entscheidende Nachteile, wie Preis, Verarbeitbarkeit, Verformbarkeit, Beständigkeit gegenüber Umwelteinflüssen und vieles mehr.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, einen Verbundwerkstoff zu schaffen, der die guten Verarbeitungseigenschaften und preislichen Vorteile der polymeren Faserverbundkunststoffe mit der hohen Wärmeleitfähigkeit von Metallen verbindet.
  • Die Lösung der Aufgabe und der Gegenstand der Erfindung werden durch die vorliegende Beschreibung und die Ansprüche offenbart.
  • Dementsprechend ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Verbundwerkstoff, der zumindest zwei Bereiche hat, wobei ein erster Bereich einen polymeren Faserverbundkunststoff und ein zweiter Bereich ein gut wärmeleitfähiges Material umfasst.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform ist das gut wärmeleitfähige Material zur Leichtbauweise geeignet. Insbesondere geeignet sind deshalb alle leichten Metalle, Metallmischungen und Legierungen wie Aluminium-, Titan-, Kupfer-, Nickel-, Silber-, Silizium-, Beryllium-, Vanadium- und/oder Magnesiummetall oder Metallmischungen oder Metalllegierungen.
  • Weiterhin kann das gut wärmeleitende Material ausgewählt sein aus der Gruppe folgender Materialien: kohlenstoffbasierte Materialien wie Graphit, gemahlene Kohlenstofffasern auf Basis von Polyacrylnitril- und/oder Pechfasern, metallisches Material, wie z.B. Aluminium, Kupfer, Silber, Titan, Magnesium, beliebige Mischungen und Legierungen daraus und/oder ein Materialien, das eine Metallverbindung mit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff umfasst, und/oder ein keramisches wärmeleitfähiges Material und/oder ein Metalloxid.
  • Bisher übliche Standard-Kohlenstofffaserverbundkunststoffe haben in Faserrichtung eine Wärmeleitfähigkeit von 10 bis 20 W/mK, quer dazu noch deutlich geringer. Gut wärmeleitfähige Materialien, wie beispielsweise ein Metall wie Aluminium, haben hingegen eine Wärmeleitfähigkeit von 230 W/mK oder zumindest 100 W/mK. Dabei soll gemäß der Erfindung die Definition für „gut wärmeleitfähig“ nicht numerisch festgelegt werden auf einen bestimmten absoluten Wert, vielmehr ist der Term „gut wärmeleitfähig“ in Relation zu dem polymeren Faserverbundwerkstoff zu verstehen.
  • Allgemeine Erkenntnis der Erfindung ist es, dass die beiden Komponenten Metall und polymerer Faserverbundkunststoff so kombiniert werden können, dass die metallische thermische Wärmeleitfähigkeit in einem neuen Verbund-Hybridwerkstoff mit der hohen mechanischen Belastbarkeit der polymeren Faserverbundkunststoffe zusammengeführt wird.
  • Dazu wird beispielsweise vorgeschlagen, dass eine stoffliche Kombination von Kohlenstofffaserverstärkten Kunststoffen und Metallen, insbesondere Aluminium, in der Weise ausgeführt wird, dass der erste und der zweite Bereich jeweils eine Schicht oder Fasern oder Bänder sind und dadurch ein Schichtaufbau oder ein Gewebe eines Verbundwerkstoffes entsteht.
  • Der Verbundwerkstoff nach einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfasst daher Folien und/oder Gewebe aus metallischem Material und polymeren Faserverbundkunststoff in Lagen.
  • Beispielsweise können die Fasern, Bänder und/oder Schichten aus metallischem Material in einer Stärke von 0,001 bis 1 mm, bevorzugt von 0,01 bis 0,7 mm und insbesondere bevorzugt von 0,05 bis 0,3 mm vorliegen.
  • Beispielsweise können die Lagen aus polymerem Faserverbundwerkstoff mit einem Flächengewicht von 50 g/m2 bis 1000 g/m2, insbesondere bevorzugt von 100 g/m2 bis 700 g/m2 und insbesondere bevorzugt von 300 g/m2 bis 600 g/m2, vorliegen.
  • Nach einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird der Verbundwerkstoff in Form eines Schichtaufbaus, der beispielsweise als Laminat ausgeführt wird, ausgeführt.
  • Um die Wärmeleitung in Dickenrichtung des Laminats zu verbessern und die mechanische Verankerung der Metallfolie im Faserverbundkunststoff (FVK) zu steigern, wird in einer vorteilhaften Ausführung vorgeschlagen, eine Folie aus metallischem Material, die Vertiefungen hat, einzusetzen. Insbesondere wird vorgeschlagen, eine strukturierte und/oder gelochte Metallfolie einzusetzen. Diese wird dann mit Lagen von polymeren Faserverbundkunststoff versetzt, so dass beispielsweise der noch nicht ausgehärtete Faserverbundkunststoff vor der Härtung die Vertiefungen, Löcher und/oder Maschen der Folie aus metallischem Material füllt.
  • Die polymeren Faserverbundkunststoffe können weiterhin mit Partikeln gefüllt sein, die die Wärmeleitung zusätzlich erhöhen.
  • Beispielsweise können kohlenstoffbasierte Partikel wie Graphit, gemahlene Kohlenstofffasern auf Basis von Polyacrylnitril- und/oder Pechfasern, sowie metallische Partikel, wie z.B. Partikel aus Aluminium, Kupfer, Silber, Titan, Magnesium und/oder Partikel, deren Material eine Metallverbindung mit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff umfasst, wie keramische wärmeleitfähige Partikel und/oder Metalloxidpartikel in den polymeren Faserverbundkunststoff eingearbeitet sein.
  • Beispiele dazu sind SiO2, Al2O3, CNTs, Graphene und Nanographite, Bornitrid (BN), Siliziumcarbid (SiC), Titanoxid (TiO2), Bariumtitanat (BaTiO3), Siliziumnitrid(SiN), Magnesiumoxid(MgO) und allgemein Oxide, Nitride, Carbide aller Gruppe II-Metalle und Übergangsgruppen-Metalle, insbesondere auch von Aluminium, Titan, Chrom, Vanadium, Niob und/oder Zirkon.
  • Nach einer bevorzugten Ausführungsform können die Partikel eine Beschichtung haben, insbesondere eine atomare Schicht von SiOx, wie aus der DE 10 2012 203410.2 , bekannt.
  • Die Partikelgröße kann sowohl im Nanometer als auch im Mikrometerbereich liegen.
  • Die Matrixmaterialien für den polymeren Faserverbundkunststoff werden wie üblich hergestellt und verarbeitet. Demnach umfasst ein Matrixmaterial beispielsweise neben dem eigentlichen Polymer und gegebenenfalls einem Partikel-Material je nach Ausführungsform auch noch Additive, Zusatzstoffe, Füllstoffe, Lösungsmittel etc. Insbesondere zur Stabilisierung einer homogenen und isotropen Verteilung von eingelagerten Partikel zur Erhöhung der thermischen Querleitfähigkeit sind noch Benetzungsmittel und/oder Dispergiermittel vorgesehen.
  • Beispiele für das Matrixmaterial sind polymere Kunststoffe aller Art. Geeignet sind Duroplaste, Harze auf Basis von Epoxid-, Polyurethan-, Acrylat. Es eignen sich außerdem ungesättigte Polyester(UP)-Harze, Vinylester(VE)-Harze, Duromere, Duroplaste, und/oder weitere Kunstharze.
  • Bevorzugte Verstärkungsfasern des polymeren Faserverbundkunststoffes sind Glasfasern, Kohlenstofffasern, Basaltfasern und Polymerfasern wie Aramidfasern, Polypropylenfasern, Polyethylenterephthalatfasern, sowie beliebige Mischfasern daraus oder Naturfasern wie Flacksfasern, Jute, Cellulose, Sisal.
  • Die Herstellung einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung in Form eines Multischichtverbundes kann in folgender Weise geschehen:
    Prepreg-Technologie: Vorimprägnierte Faserverbundhalbzeuge werden abwechselnd mit den Folien/-gewebe aus metallischem Material geschichtet und im Falle der strukturierten Folientechnik evtl. mit zusätzlichen Partikeln für die Steigerung der Wärmeleitfähigkeit in z-Richtung (z. B. als Trockenstreuung eingebracht) modifiziert und im Vakuumsack sowie mit Druck beaufschlagt und unter Temperatur ausgehärtet.
  • Flüssig-Harzinfusion: Trockene Faserlagen werden analog mit Metallfolie geschichtet und über Vakuumsack und/oder im Formwerkzeug mit flüssigem Harz infiltriert. Für dicke Laminate ist in diesem Fall die Verwendung von gelochten Metallfolien oder Metallgeweben vorteilhaft, da auch ein Harzfluss in Dickenrichtung möglich ist.
  • Handlaminieren: Trockene Faserlagen werden per Hand mit Harz getränkt und abwechselnd mit Metallfolien/-geweben belegt.
  • Zur Steigerung der Dicken-Leitfähigkeit kann auch ein wie oben beschriebenes partikelmodifiziertes Harz eingesetzt werden. Die Härtung erfolgt unter Vakuum und Temperatur im Ofen.
  • Als „Dicke“ oder „Stärke“ einer Schicht oder Lage wird die kleinste Dimension eines flächigen Körpers bezeichnet, in einem herkömmlichen Schichtstapel also die Ausdehnung eines flächigen Körpers, dessen Fläche in Richtung x- und y-Achse aufgespannt ist, also in die Ausdehnung in z-Richtung.
  • Im Folgenden wird die Erfindung noch anhand zweier Figuren, die eine beispielhafte Ausführungsform der Erfindung und eine graphische Darstellung der Testergebnisse einer Ausführungsform der Erfindung zeigen, näher erläutert.
  • 1 zeigt einen Querschnitt durch einen Schichtstapel gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
  • 2 zeigt eine graphische Darstellung der Testergebnisse eines reinen polymeren Glasfaserverstärkten Kunststoffes im Vergleich zu einem Verbundwerkstoff nach der Erfindung.
  • In 1 ist zu erkennen, dass ein Schichtaufbau realisierbar ist, wobei sich Lagen aus metallischem Material 1 mit Vertiefungen oder Löchern mit Lagen aus Faserverbundkunststoff 2 abwechseln.
  • Die Lagen 1 aus metallischem Material weisen Löcher oder Vertiefungen 4 auf, die im gezeigten Beispiel regelmäßig verteilt sind, aber auch unregelmäßig und statistisch verteilt vorliegen können.
  • Die Löcher oder Vertiefungen 4 sind im gezeigten Beispiel teilweise mit Partikel 3 gefüllt.
  • Die Lagen aus Faserverbundkunststoff 2 sind ebenfalls zum Teil mit Partikel 3 gefüllt. Dabei können Partikel sowohl in der Art, wie sie in der DE 10 2012 203410.2 beschrieben ist, insbesondere auch beschichtet, vorliegen.
  • Des Weiteren können Partikel in den ersten Bereichen aus polymerem Faserverbundkunststoff und/oder in den zweiten Bereichen aus metallischem Material vorliegen. Es können Partikel verschiedenster Größe eingearbeitet werden, wobei die Partikelgröße nach oben hin nicht durch die Schichtdicke der Bereiche beschränkt ist.
  • 2 zeigt im Vergleich die Steigerung der thermischen Leitfähigkeit von herkömmlichem kohlefaserverstärkten Faserverbundkunststoff (reiner CFK) mit dem Verbundwerkstoff gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die vorliegend auch als „Hybridstruktur“ bezeichnet werden kann.
  • Dabei ist klar ersichtlich, dass die thermische Leitfähigkeit, gemessen in W/mK, bei allen gemessenen Temperaturen, also bei 25, 50 und 100 °C durch den Aufbau gemäß der Erfindung deutlich, zum Teil um 100 % gesteigert werden kann.
  • Der besondere Vorteil gemäß der Erfindung liegt darin, dass die bereichsweise, insbesondere schichtweise Kombination von Faserverbundkunststoff und metallischem Material zu einer Isotropierung und Steigerung der Wärmeleitfähigkeit führt.
  • Durch eine Lochung und/oder Strukturierung der Bereiche mit metallischem Material, also beispielsweise durch Verwendung einer gelochten Metallfolie, wird zusätzlich die mechanische Anbindung zwischen Metallfolie und Lage aus polymerem Faserverbundkunststoff verbessert und bei Einbringung von wärmeleitfähigen Partikel in die Bereiche, sowie auch bei Einarbeitung in die polymeren Faserverbundkunststoffe, wird weiterhin die Wärmeleitfähigkeit in Dickenrichtung gesteigert.
  • Die Erfindung betrifft einen Verbundwerkstoff für beispielsweise den Einsatz in Elektromotorentechnik, wobei hohe Wärmeleitfähigkeit verbunden mit der großen mechanischen Belastbarkeit von Faserverbundkunststoffen gefordert wird. Ein Verbundwerkstoff nach der Erfindung vereint die beiden Materialeigenschaften, weil er erste Bereiche mit polymerem Faserverbundkunststoff und zweite Bereiche mit gut wärmeleitfähigem Material, insbesondere aus Metall, umfasst. Beispielsweise werden die beiden Bereiche als Schichten ausgebildet und der Verbundwerkstoff bildet ein Laminat.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102012203410 [0007, 0010, 0029, 0045]

Claims (9)

  1. Verbundwerkstoff, der zumindest zwei Bereiche hat, wobei ein erster Bereich einen polymeren Faserverbundkunststoff und ein zweiter Bereich ein gut wärmeleitendes Material umfasst.
  2. Verbundwerkstoff nach Anspruch 1, wobei das gut wärmeleitende Material ausgewählt ist aus der Gruppe folgender Materialien: kohlenstoffbasierte Materialien wie Graphit, gemahlene Kohlenstofffasern auf Basis von Polyacrylnitril- und/oder Pechfasern, metallisches Material, wie z.B. Aluminium, Kupfer, Silber, Titan, Magnesium, beliebige Mischungen und Legierungen daraus und/oder ein Materialien, das eine Metallverbindung mit Sauerstoff, Kohlenstoff und/oder Stickstoff umfasst, und/oder ein keramisches wärmeleitfähiges Material und/oder ein Metalloxid.
  3. Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei ein erster und/oder ein zweiter Bereich in Form einer Schicht, Lage, Folie, Band, Faser und/oder Gewebe vorliegt.
  4. Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, der Partikel, insbesondere gut wärmeleitfähige Partikel umfasst.
  5. Verbundwerkstoff nach Anspruch 4, wobei die Partikel beschichtet vorliegen.
  6. Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei die Partikel in den polymeren Faserverbundkunststoff eingearbeitet sind.
  7. Verbundwerkstoff nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der zweite Bereich aus gut wärmeleitfähigem Material eine Folie ist, die strukturiert ist, Vertiefungen hat und/oder gelocht ist.
  8. Verwendung eines Verbundwerkstoffes nach einem der Ansprüche 1 bis 7 in einem Elektromotor.
  9. Elektromotor mit einem Verbundwerkstoff nach einem der Ansprüche 1 bis 7.
DE201210217543 2012-09-27 2012-09-27 Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor Withdrawn DE102012217543A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210217543 DE102012217543A1 (de) 2012-09-27 2012-09-27 Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor
PCT/EP2013/066286 WO2014048624A1 (de) 2012-09-27 2013-08-02 Verbundwerkstoff mit faserverstärkung, verwendung dazu und elektromotor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210217543 DE102012217543A1 (de) 2012-09-27 2012-09-27 Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012217543A1 true DE102012217543A1 (de) 2014-03-27

Family

ID=48918395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210217543 Withdrawn DE102012217543A1 (de) 2012-09-27 2012-09-27 Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102012217543A1 (de)
WO (1) WO2014048624A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211315A1 (de) * 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Plattenelement, Sandwichelement, Baueinheit, Verwendung und Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit
WO2021219572A1 (de) * 2020-04-27 2021-11-04 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische rotierende maschine, elektromotor oder flüssigkeitspumpe mit spaltrohr

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4024021A1 (de) * 1990-07-28 1992-01-30 Ringsdorff Werke Gmbh Kohlenstoffhaltiges gleitstueck
DE4344044A1 (de) * 1993-12-23 1995-06-29 Abb Research Ltd Elektrisches Isoliermaterial und Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierten Leiters
DE69314175T2 (de) * 1992-07-09 1998-03-12 Structural Laminates Co Gespleisste laminate für flugzeugrumpf
EP1502727A1 (de) * 2003-07-29 2005-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verbundformteil und Verfahren zu seiner Herstellung
US20100218890A1 (en) * 2007-06-28 2010-09-02 U.S.A. As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Methods for preparing nanoparticle-containing thermoplastic composite laminates
WO2011064707A2 (en) * 2009-11-24 2011-06-03 The Director General, Defence Research & Development Organisation (Drdo) Fiber reinforced polymeric composites with tailorable electrical resistivities and process for preparing the same

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6617013B2 (en) * 2001-05-10 2003-09-09 Siemens Westinghouse Power Corporation Ceramic matrix composite having improved interlaminar strength
US7651963B2 (en) * 2005-04-15 2010-01-26 Siemens Energy, Inc. Patterning on surface with high thermal conductivity materials
US7547847B2 (en) * 2006-09-19 2009-06-16 Siemens Energy, Inc. High thermal conductivity dielectric tape

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4024021A1 (de) * 1990-07-28 1992-01-30 Ringsdorff Werke Gmbh Kohlenstoffhaltiges gleitstueck
DE69314175T2 (de) * 1992-07-09 1998-03-12 Structural Laminates Co Gespleisste laminate für flugzeugrumpf
DE4344044A1 (de) * 1993-12-23 1995-06-29 Abb Research Ltd Elektrisches Isoliermaterial und Verfahren zur Herstellung eines elektrisch isolierten Leiters
EP1502727A1 (de) * 2003-07-29 2005-02-02 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verbundformteil und Verfahren zu seiner Herstellung
US20100218890A1 (en) * 2007-06-28 2010-09-02 U.S.A. As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Methods for preparing nanoparticle-containing thermoplastic composite laminates
WO2011064707A2 (en) * 2009-11-24 2011-06-03 The Director General, Defence Research & Development Organisation (Drdo) Fiber reinforced polymeric composites with tailorable electrical resistivities and process for preparing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017211315A1 (de) * 2017-07-04 2019-01-10 Siemens Aktiengesellschaft Plattenelement, Sandwichelement, Baueinheit, Verwendung und Verfahren zur Herstellung einer Baueinheit
WO2021219572A1 (de) * 2020-04-27 2021-11-04 Siemens Aktiengesellschaft Elektrische rotierende maschine, elektromotor oder flüssigkeitspumpe mit spaltrohr

Also Published As

Publication number Publication date
WO2014048624A1 (de) 2014-04-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102012212944B4 (de) Verringerung von Durchdruck bei mit langen Fasern verstärkten Verbundstoffen durch Zusatz von Kohlenstoff-Nanoröhren
DE69532193T2 (de) Wärmeleitfähige nichtmetallische wabenstrukturen und verfahren
DE102015221078A1 (de) Faserverstärktes Metallbauteil für ein Luft- oder Raumfahrzeug und Herstellungsverfahren für faserverstärkte Metallbauteile
DE102008006523A1 (de) Faserverbundbauteil für ein Luft- oder Raumfahrzeug
DE102004042423A1 (de) Aerodynamisches Bauteil mit einer Flächenheizung und Verfahren zu seiner Herstellung
DE102015212132A1 (de) Verwendung eines Verbundwerkstoffes zum Wärmemanagement
DE102012003731A1 (de) Halbzeug für die Herstellung eines Faserverbund-Metallhybridlaminats und Verfahren zur Herstellung eines derartigen Halbzeuges
WO2015043814A2 (de) Wärmeleitfähiger, faserverstärkter kunststoff für elektromotorengehäuse sowie verfahren zur herstellung und verwendung dazu
DE3718676C2 (de)
DE102018111703A1 (de) Strukturbauteil für ein Flugzeug
Bilisik et al. Applications of glass fibers in 3D preform composites
DE102010031639A1 (de) Verbundbauteil und Verfahren zur Herstellung eines Verbundbauteils
DE102012217543A1 (de) Verbundwerkstoff mit Faserverstärkung, Verwendung dazu und Elektromotor
DE102007057491A1 (de) Bauteil mit Carbonanotubes
DE102014004118A1 (de) Neuartiges blitzschutzmaterial für faerverbundbauteile
WO2024037778A1 (de) Batteriestruktur
EP2732946B1 (de) Komposit, Bauteil hieraus sowie Verfahren zur Herstellung hierfür
DE102022119828A1 (de) Hybridverbundmaterialsysteme für Batteriegehäuse mit verbesserter Kühlleistung
DE102015000947A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines faserverstärkten Polymer-Formteils mit einer Mehrzahl an Verstärkungsfaserlagen und Vorformling eines solchen Polymer-Formteils
DE102006012647B4 (de) Heizungssystem und Bauteil mit einem derartigen Heizungssystem
EP3969274B1 (de) Fasermetallaminate mit elektrisch isolierten kohlenstoffasern
DE102014103954A1 (de) Verstärkungsstrukturen mit wärmeleitfähigkeitserhöhender Beschichtung in Harzmatrix und von Beschichtung getrennte elektrische Leiterstruktur
DE102013002364A1 (de) Faserverstärktes Kraftfahrzeug-Sichtbauteil
DE102019129199A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Bauteils aus duroplastischem Faserverbundwerkstoff für ein Luftfahrzeug und damit erhältliches Bauteil
DE102020208931A1 (de) Verbundmaterial

Legal Events

Date Code Title Description
R163 Identified publications notified
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee

Effective date: 20150401