DE102013110254A1

DE102013110254A1 - Thermoelektrisches Element aus "Leonischen Waren" und seine Herstellung

Info

Publication number: DE102013110254A1
Application number: DE201310110254
Authority: DE
Inventors: Monika Bauer; Christian Dreyer; Katharina Becker; Johannes Nachtrab; Frank Beuscher
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV; Leoni Bordnetz Systeme GmbH
Priority date: 2012-09-18
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2014-03-20
Anticipated expiration: 2033-09-18
Also published as: DE102013110254B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein thermoelektrisches Element mit den folgenden Komponenten: (a) einem Träger (2), (b) metallumwickelte, über ihre Länge leitende Einzelfäden oder Filamente oder Fadenbüschel (22A, B) unter Verwendung eines ersten und eines zweiten, vom ersten verschiedenen, zusammen ein Thermoelement bildenden metallischen Materials, wobei die metallumwickelten Fäden, Filamente oder Fadenbüschel durch den Träger hindurch in Form von Leitsträngen (14A, B) derart angeordnet sind, dass sie den Träger von einer oberen Flachseite (16) zu einer unteren Flachseite (18) durchsetzen und an den Flachseiten (16, 18) jeweils Kontaktflächen (24A, B) ausbilden, und (c) auf beiden Seiten des Trägers paarweisen Verbindungen zwischen den Kontaktflächen des ersten Materials und den Kontaktflächen des zweiten Materials, die derart ausgebildet sind, dass eine thermoelektrische Kontaktstelle (20) zwischen je zwei dieser Kontaktflächen entsteht, wobei die Verbindungen unter Ausbildung von Verschaltungen aus einem elektrisch leitenden Material gebildet sind. Das Element lässt sich dadurch herstellen, dass die metallumwickelten, über ihre Länge leitende Einzelfäden, Filamente oder Fadenbüschel (22A, B) mit Hilfe eines textilen Verfahrens, vorzugsweise auf sticktechnologischem Wege, durch den Träger geführt werden, derart, dass sich dabei die Leitstränge (14A, B) und vorzugsweise auch die Kontaktflächen (24A, B) ausbilden, wobei die Kontaktflächen die Form von Schenkeln oder Brücken besitzen.

Description

Der Anteil von ungenutzter Abwärme in Industriebetrieben, Energie-Anlagen, Transportmitteln und Haushalt ist immens. Die Energieproduktivität kann bei der Einbeziehung dieser Energie in Nutzanwendungen deutlich gesteigert werden. In einem Automobil beispielsweise könnte die direkte Umwandlung der Abwärme in elektrische Energie für die Bordelektronik verwendet werden, Energieersparnis und auch Umweltschonung wären die direkte Folge dieses Prozesses.
Zur dezentralen Energieerzeugung, beispielsweise zur Versorgung von Verbrauchern mit geringer Leistung wie beispielsweise Sensoren, ist der Einsatz von sogenannten thermoelektrischen Generatoren (TEGs) bekannt. Ein thermoelektrischer Generator ermöglicht die direkte Wandlung von Wärme in elektrische Energie. Dabei wird der Seebeck-Effekt genutzt, der darauf beruht, dass zwischen zwei unterschiedlichen Metallen bzw. Halbleitern eine Spannung entsteht, wenn diese, miteinander verbunden, eine unterschiedliche Temperatur haben bzw. auf unterschiedliche Temperaturen gebracht werden ("Thermoelement"). Die Potentialdifferenz ist annähernd proportional zur Temperaturdifferenz und abhängig vom Leitermaterial. Auf der warmen Seite haben die Elektronen im Metall eine höhere Beweglichkeit und damit eine höhere Energie als auf der kalten Seite. Um den energetisch günstigsten Zustand zu erreichen, bewegen sich die Elektronen von der warmen zur kalten Seite, wobei eine Spannung erzeugt wird. Zur kontinuierlichen Stromproduktion muss der Temperaturunterschied ständig aufrechterhalten werden.
Jedes einzelne Leitermaterial besitzt einen spezifischen, relativ zu Platin ermittelten thermoelektrischen Koeffizienten (k-Wert). Dieser gestattet die Berechnung der Thermospannung von spezifischen Metallpaarungen. Die nach diesem Wert sortierten Metalle bilden die thermoelektrische Spannungsreihe, analog zur (relativ zur Wasserstoffelektrode ermittelten) elektrochemischen Spannungsreihe. Weit verbreitete Thermoelementpaare sind NiCr/Ni, CuNi/Cu oder FeCu/Ni.
Grundsätzlich können derartige thermoelektrische Elemente bei Anlegen einer elektrischen Spannung auch unter Ausnutzung des umgekehrten Peltier-Effekts als Peltier-Elemente zu Kühl- oder Heizzwecken verwendet werden.
Konventionell werden thermoelektrische Module in Handarbeit hergestellt. Sogenannte Schenkel aus den beiden verschiedenen (thermoelektrisch effizienten) leitfähigen elektrischen Materialien, deren Kombination das Thermoelement ergibt, werden mit einer typischen Kantenlänge von 5mm von Hand auf Trägerplatten gelötet. Anschließend werden diese Schenkel elektrisch seriell miteinander verschaltet und auf der Oberseite eine Deckplatte angebracht. Die Oberseite befindet sich auf einem niedrigen Temperaturniveau, die Unterseite auf einem höheren Temperaturniveau. In diesem Aufbau kann unter Ausnutzung des Seebeck-Effekts die Thermospannung abgegriffen werden. Üblicherweise wird die Wärmeaufnahme bzw. -abgabe durch Standardwärmetauscher optimiert. Für gewöhnlich wird dabei eine Matrix verwendet, mit deren Hilfe einerseits die Positionierung dieser Würfel erleichtert und andererseits die Ausbildung von Wärmebrücken unterbunden wird. Bisher gefertigte thermoelektrische Module zeichnen sich stets durch eine flache Geometrie aus. Module, die gekrümmte Oberflächen nachbilden können, existieren nicht. Aufgrund der erforderlichen Handarbeit sind die Kosten für eine Verbreitung in Anwendungen für den täglichen Bedarf zu hoch.
Dies ist der Grund dafür, dass thermoelektrische Module bzw. thermoelektrische Generatoren (TEGs) auch und insbesondere im oben erwähnten Bereich der Kraftfahrzeug-Bordnetze bislang noch kaum zur Energieerzeugung herangezogen wurden, obwohl in den letzten Jahren eine Vielzahl neuer Materialien für TE-Generatoren entwickelt wurde: Die Investitionskosten sind im Vergleich zur erzeugbaren Strommenge viel zu hoch. Nur in speziellen Anwendungsgebieten sind sie zu finden, z.B. zur Stromversorgung von Sonden auf deren Langzeitmissionen. Für Alltagsanwendungen und eine hohe Leistungsausbeute haben die derzeit verfügbaren thermoelektrischen Generatoren einen zu geringen Wirkungsgrad und sind zu teuer in der Produktion. Deshalb wäre die Bereitstellung von an die Bedürfnisse im Kraftfahrzeugbereich angepassten thermoelektrischen Elementen zur Ausbildung eines thermoelektrischen Generators, die sich möglichst wirtschaftlich herstellen lassen, wünschenswert.
Wünschenswert wäre es auch, den Seebeck-Effekt für Paneele auszunutzen, die ohne Einbindung in ein elektrisches System, beispielsweise als Isolierung, verwendet werden können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, hier Abhilfe zu schaffen und thermoelektrische Module, Generatoren und Paneele bereitzustellen, die sich mit technischen Hilfsmitteln, insbesondere automatisierbar herstellen lassen, so dass die kostenintensive Handarbeit anteilsmäßig zurückgedrängt, wenn nicht sogar unterbunden werden kann. Außerdem ist es Aufgabe der Erfindung, thermoelektrische Generatoren bereitzustellen, deren Form sich dem Gegenstand anpassen lässt, dessen Wärme zur Stromproduktion genutzt werden soll.
In Lösung dieser Aufgabe wird ein thermoelektrisches Element bereitgestellt, das die folgenden Komponenten aufweist:

(a) ein Substrat oder Träger, nachfolgend häufig nur als "Träger", seltener nur als "Substrat" bezeichnet, meist ein flächiges Gebilde,
(b) metallumwickelte, über ihre Länge leitende Fäden oder Filamente oder Fadenbüschel, auch Tinsel genannt, deren Wicklung aus bzw. unter Verwendung eines ersten und eines zweiten, vom ersten verschiedenen, zusammen ein Thermoelement bildenden drathförmigen Materials gebildet ist, wobei die metallumwickelten Fäden oder Fadenbüschel durch den Träger hindurch in Form von Leitsträngen derart angeordnet sind, dass sie den Träger von einer oberen Flachseite zu einer unteren Flachseite durchsetzen und dass an den Flachseiten jeweils Kontaktflächen ausgebildet sind, wobei
(c) auf beiden Seiten des Trägers paarweise Verbindungen bzw. Verschaltungen zwischen den Kontaktflächen des ersten Materials und den Kontaktflächen des zweiten Materials ausgebildet sind derart, dass eine thermoelektrische Kontaktstelle zwischen je zwei dieser Kontaktflächen entsteht, wobei die Verschaltungen aus einem elektrisch leitenden Material gebildet sind.

Unter "thermoelektrischem Element" wird erfindungsgemäß ein Element mit den obigen Komponenten verstanden. Durch elektrische Kontaktierung dieses Elements mit einem äußeren Stromkreis oder einem Verbraucher oder einer Stromquelle entsteht dabei ein thermoelektrisches Modul (ein Peltierelement oder ein thermoelektrischer Generator). Ohne Anbindung an eine "äußere" Elektrik kann das Element als thermoelektrisches Paneel, beispielsweise zum Einsatz als Isolierung, genutzt werden.
Die Kontaktflächen werden vorzugsweise in Form von Schenkeln oder Brücken ausgebildet, wie sie beispielsweise beim mehrfachen Durchsetzen des Trägers mit langen, metallumwickelten Fäden/Fadenbüscheln (Sticken) entstehen, siehe unten.
Die erfindungsgemäßen Module, Elemente oder Paneele lassen sich kosteneffizient herstellen, denn die Leitstränge können mit einem (voll-)automatischen Verfahren (z.B. einem textilen Bearbeitungsverfahren und vorzugsweise einem Stickverfahren) in den Träger eingebracht werden, und auch die anschließende Kontaktierung der Kontaktflächen kann vollautomatisch erfolgen. Dadurch ist insgesamt ein vereinfachtes, automatisiertes Herstellverfahren für eine kostengünstige Fertigung von thermoelektrischen Elementen erzielt.
Die metallumwickelten, über ihre Länge leitenden einzelnen Fäden, Filamente oder Fadenbüschel bestehen aus einem oder mehreren Trägerfäden oder -filamenten, der/die von beispielsweise geplätteten Metalldrähten umwickelt ist/sind. Diese, und darunter insbesondere umwickelte einzelne Fäden, werden als Tinsel bezeichnet und sind in Deutschland auch als "Leonische Waren" bekannt. Dieser Name ist wahrscheinlich eine Verballhornung der Bezeichnung "Lyonische Waren", weil sich in Lyon bereits im Mittelalter ein Zentrum zur Herstellung feinster Gold- und Silberdrähte für dekorative Stickereien und dergleichen befand. 1569 wurde in Nürnberg eine Werkstatt zur Erzeugung dieser Produkte gegründet; diese Tradition wird dort bis heute fortgesetzt. Durch den/die Trägerfaden/-fäden ist eine hohe mechanische Beständigkeit (Zugfestigkeit) gegeben, die auch eine einfache Verarbeitung mittels des textilen Verfahrens ermöglicht. Über die Metallwicklungen wird die gewünschte elektrische Funktion erzielt.
Tinsel sind gegenüber andersartig gefertigten Fäden oder Fadenbüscheln bevorzugt. Die nachstehenden Erläuterungen beziehen sich auf diese Ausführungsform, wobei aber klar sein sollte, dass sie ebenfalls auf anders hergestellte Fäden oder Fadenbüschel gelesen werden können.
Zweckdienlicher Weise besteht der umwickelte Trägerfaden bzw. das umwickelte Fadenbüschel aus Polyimid. Polyimid hat den besonderen Vorteil, dass es eine sehr geringe Wärmeleitfähigkeit zeigt, so dass die Wärmeleitung zwischen den beiden Flachseiten des Trägers nur gering ist und der Wärmeaustausch zwischen der Heiß- und der Kaltseite im Einsatz gering gehalten wird. Darüber hinaus zeichnet sich Polyimid auch durch eine sehr große thermische Stabilität aus. In einer alternativen Ausführungsform wird anstelle von Polyimid Polyaramid für die Trägerfäden verwendet. Auch dieses Material ist extrem stabil und besitzt eine nur geringe Wärmeleitfähigkeit.
Jeder Leitstrang ist vorzugsweise aus einer Mehrzahl von umwickelten Einzelfäden oder Filamenten oder von umwickelten Fadenbüscheln, also Tinseln, ausgebildet, so dass die Leitstränge vorzugsweise eine Vielzahl von metallischen Drähten oder Filamenten aus einem thermoelektrischen Material aufweisen. Grundsätzlich werden durch die Wahl von insbesondere zwei unterschiedlichen thermoelektrischen Materialien zwei Typen von Leitsträngen in den Träger eingebracht, wobei der erste Typ ein erstes thermoelektrisches Material und der zweite Typ ein zweites thermoelektrishes Material aufweist. Als Materialpaare dieser zwei verschiedenen thermoelektrischen Materialien werden beispielsweise Nickel und Nickelchrom oder auch Kupfer und Kupfernickel eingesetzt. Grundsätzlich können alle geeigneten Materialpaare, die einen thermoelektrischen Effekt zeigen, eingesetzt werden.
Der Träger kann aus einem temperaturstabilen Material gebildet sein und gegebenenfalls Poren aufweisen derart, dass er von einer Nadel durchstochen werden kann. Er besitzt vorzugsweise eine niedrige Wärmeleitfähigkeit. In einer Ausführungsform der Erfindung liegt er als textiles Flächengebilde vor, insbesondere als Vlies oder Gewebe. In dieser Ausführungsform besitzt er zumindest bei der Herstellung eine hohe (Biege-)Festigkeit, was eine einfache Anpassung an die gewünschte Endgeometrie ermöglicht. In dieser Ausführungsform können die Vliese oder Gewebe aus temperaturstabilen Fasern gebildet sein, insbesondere aus Keramikfasern (z.B. aus Aluminiumoxid), die eine Temperaturbeständigkeit von insbesondere > 250°C (Dauergebrauchstemperatur) aufweisen. Aluminiumoxid-Fasern besitzen darüber hinaus eine extrem hohe Temperaturbeständigkeit. Bei geeigneter Temperaturbeständigkeit können grundsätzlich aber auch Kunststoffasern eingesetzt werden.
Der Träger sollte in einer speziellen, davon unabhängigen, aber bei Bedarf damit kombinierbaren Ausführungsform aus einer meist erst einmal flachen Bearbeitungsgeometrie thermoplastisch verformbar sein, und zwar (auch noch) nach dem Einbringen der Leitstränge. Auch in dieser Variante kann er in eine gewünschte, z.B. gebogene Endgeometrie überführt werden, beispielsweise zur Anlage an einem Abgasrohr in einem Kraftfahrzeug. Diese Eigenschaften können beispielsweise durch die Verwendung eines mehrlagigen sandwichartigen Komposits als Träger realisiert werden, dessen Inneres aus einem temperaturstabilen Substrat wie z.B. einem Keramikvlies mit variabler Dicke (z.B. von wenigen mm bis zu mehreren cm, insbesondere zwischen 4–10 mm) gebildet ist, das sich durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Dieses Substrat wird mindestens einseitig, vorzugsweise aber von beiden Seiten mit einer thermoplastisch verformbaren, duromer aushärtbaren Schicht versehen. Auch diese Schicht sollte mit einer Nadel durchstochen werden können, weshalb hierfür ein imprägniertes oder beschichtetes textiles Flächengebilde wie z.B. ein Aramid- oder Nylongewirk, -gestrick oder -gewebe gut geeignet ist. Dessen Imprägnierung oder Beschichtung erfolgt vorzugsweise mit einem Harzsystem, das sich später zu einem Duromer aushärten oder vernetzen lässt, z.B. einem Cyanatharz. Eine derartige Schicht unterstützt die spätere elektrische Verschaltung der Schenkel; darüber hinaus kann sie als Einschnürungshindernis für die Fäden bzw. Tinsel dienen. Und nicht zuletzt lässt sie sich zu einem relativ späten Zeitpunkt aushärten, derart, dass das thermoelektrische Modul nach Überführung in eine gewünschte, z.B. nicht-ebene Endform diese stabil beibehält. Falls das Substrat selbst allerdings bereits die erforderlichen Eigenschaften besitzt, kann ggf. auf das Aufbringen der beidseitigen Schichten verzichtet werden. Z.B. kann der Träger selbst ein textiles Flächengebilde sein, der mit einem Harz imprägniert (getränkt) oder beschichtet ist, welches nach Prepolymerisation thermoplastische Eigenschaften aufweist und durch Einwirkung von Wärme in ein Duromer überführbar ist.
Unabhängig davon, ob das beschriebene textile Flächengebilde für die Außenschichten des Trägers oder als Träger selbst vorgesehen ist, erfolgt dann, wenn ein vernetzbares Harzsystem für dessen Imprägnierung oder Beschichtung verwendet wird, nach dem Aufbringen des Harzes auf das Flächengebilde ein Prepolymerisationsschritt, so dass ein stabiles, aber noch flexibles (weiches) Flächengebilde entsteht, das vorzugsweise thermoplastisch verformbar ist. Die Einbringung der Leitstränge kann daher noch im flachen, ebenen Zustand des Trägers in einfacher Weise vollautomatisch erfolgen, bevor die Geometrieanpassung erfolgt. Zwei solcher Gebilde können sodann im ersteren Fall als Basis- und Decklagen mit dem Inneren des Trägers, z.B. dem Keramikvlies, verbunden werden, so dass eine sogenannte Sandwich-Struktur entsteht. Ein konkretes Beispiel für eine solche Struktur ist ein Keramikvlies mit beidseitigen Decklagen aus Aramidgewirke-Cyanatharz-Prepregs. Die Basis- und Decklagen sind einerseits hilfreich zur elektrischen Verschaltung der Kontaktflächen (Schenkel), andererseits geben sie dem Substrat eine für die spätere Bearbeitung notwendige mechanische Stabilität. Durch das Prepolymerisieren im Falle von Cyanatharz wird eine klebefreie Oberfläche der Decklagen erreicht. Damit sind die Substrate optimal für das Einbringen der Fäden/Tinsel in das Substrat vorbereitet.
Es sind jedoch auch Beschichtungen aus anderen Materialien möglich, die nicht thermoplastisch, sondern auf anderem Wege aushärten und eine dauerhafte Formgebung ermöglichen. So kann beispielsweise in oder auf das textile Flächengebilde ein aushärtbarer Stoff eingebracht werden, der nach der Verformung durch geeignete Behandlung (Licht, Temperatur ...) ausgehärtet wird.
Sofern das Substrat oder der Träger einen mehrlagigen Aufbau besitzt, wie oben beschrieben, kann die mindestens eine (dann einseitig aufgebrachte) zusätzliche Schicht bzw. können die mehreren zusätzlichen Schichten als Funktionsschicht(en) angesehen werden, die für die Bereitstellung verschiedener Funktionen hilfreich ist/sind, beispielsweise für die Formgebung wie oben beschrieben oder für eine elektrische Isolierung. Alternativ oder ergänzend ist/sind als Funktionsschicht(en) eine oder mehrere Kontaktschichten vorgesehen, welche vorzugsweise der automatischen, paarweisen Kontaktierung der Kontaktflächen der Leistränge dienen. Diese umfassen dabei vorzugsweise eine Trägerfolie, beispielsweise eine Leiterplatten-Folie mit darauf angebrachten Kontaktstreifen. Die Kontaktstreifen selber dienen der paarweisen Kontaktierung. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, eine derartige Kontaktschicht mit bereits vorbereiteten Kontaktstreifen vor dem Einbringen der Leitstränge auf das textile Flächengebilde aufzubringen. Die Leitstränge werden anschließend an geeigneten Positionen die jeweiligen Kontaktstreifen durchdringend oder unter oder über die Kontaktstreifen hinweg geführt, so dass – ggf. automatisch – die gewünschte paarweise Kontaktierung erfolgt. Zusätzlich besteht auch die Möglichkeit, die Trägerfolie selbst auch als Formgebungsschicht auszubilden, beispielsweise, indem diese zunächst nach Art eines Prepregs im nicht ausgehärteten Zustand eingesetzt und erst später nach Umformung ausgehärtet wird. Darüber hinaus ist es denkbar, durch ein thermisches Spritzverfahren den kraftschlüssigen elektrischen Kontakt in einen stoffschlüssigen zu überführen und dadurch den Übergangswiderstand zu reduzieren.
Wie bereits oben erwähnt, ist jeder Leitstrang vorzugsweise aus einer Vielzahl von Einzelfäden ausgebildet. Das können beispielsweise 20–50 Fäden sein. Diese werden in günstiger Weise jeweils einzeln durch das (textile) Bearbeitungsverfahren eng benachbart zueinander in den Träger eingebracht, um so den Leitstrang auszubilden (Parallelschaltung). Auf den gegenüberliegenden Flachseiten bilden sich dadurch die stirnendseitigen Kontaktflächen aus. Zum Einbringen der Einzelfäden wird dabei vorzugsweise ein durchgehender Faden mehrfach von einer Flachseite zur anderen Flachseite des Trägers geführt, derart, dass die für das Auftreten des Seebeck-Effekts notwendigen Kontaktflächen, z.B. in Form von Schenkeln oder Brücken, entstehen. Dies gelingt insbesondere mit Hilfe einer textilen Sticktechnologie. Um eine möglichst hohe Effizienz und elektrische Ausbeute zu erzielen, werden möglichst viele Leitstränge, vorzugsweise in definiertem und flächeneffizientem Rasterabstand nach Art eines Schachbrettmusters, in den Träger eingebracht. Ergänzend werden die Kontaktflächen der Leitstränge des ersten Typs abwechselnd auf den beiden gegenüberliegenden Flachseiten elektrisch miteinander in Kontakt gebracht, derart, dass eine Serienschaltung ausgebildet wird. Ebenso werden die Kontaktflächen der Leitstränge des zweiten Typs abwechselnd auf den beiden gegenüberliegenden Flachseiten elektrisch miteinander in Kontakt gebracht, derart, dass sie in Serie verschaltet werden.
Anhand der Figuren soll die Erfindung nachstehend näher erläutert werden. Diese zeigen jeweils in vereinfachten Darstellungen (1–5) sowie photographischen Abbildungen (6–9):
1 eine schematisierte Querschnittsdarstellung durch ein thermoelektrisches Element
2 eine Aufsicht auf eine Flachseite des Trägers des thermoelektrischen Elements zur Illustration der mäanderförmigen Kontaktierung,
3A die Ansicht auf eine Kontaktfläche eines Leitstrangs von der Unterseite mit einer Vielzahl von Einzelfäden sowie
3B die gegenüberliegende Kontaktfläche von der Oberseite betrachtet, wobei jeweils die Verknüpfung der einzelnen Einzelfäden dargestellt ist,
4 eine schematische Querschnittsdarstellung eines Einzelfadens mit zentralem und von Metalldrähten umwickeltem Trägerfaden,
5 ein gebogenes thermoelektrisches Element, angebracht an einem Rohr, beispielsweise einem Abgasrohr,
6 ein auf ein Rohr mit Durchmesser 10 cm abgestimmtes, in Form gebrachtes Substrat
7 einen gestickten thermoelektrischen Generator mit Schenkeln (= Kontaktflächen) und Kontaktierungen aus LEONIschen Waren (Tinseln),
8 eine REM-Aufnahme der Kontakstelle von TE-Tinseln (Schenkel) mit Cu-Tinseln (Kontaktierung), sowie
9 eine Mikro-CT-Aufnahme eines Ausschnitts eines thermoelektrischen Generators.
In den 1 bis 5 sind gleichwirkende Teile mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Das thermoelektrische Element 1 gemäß 1 ist insgesamt als ein textiles Element ausgebildet, welches vorzugsweise vollautomatisch durch textile Herstellungsverfahren hergestellt ist. Das thermoelektrische Element 1 umfasst einen Träger 2, der ein zentrales textiles Flächengebilde, insbesondere ein Keramikvlies 3 aufweist, welches im Ausführungsbeispiel sandwichartig zwischen mehreren Funktionsschichten eingebettet ist. Zunächst sind auf das Keramikvlies 3 Formgebungsschichten 4 insbesondere aus einem thermoplastischen Material angebracht. Auf die Formgebungsschichten 4 ist jeweils eine Kontaktschicht 6 angebracht, die eine Trägerfolie 8, beispielsweise eine Leiterplattenfolie mit darauf angeordneten Kontaktstreifen 10 ist. Bei den Kontaktstreifen 10 handelt es sich vorzugsweise um Kupferzinn-Kontaktstreifen, die auf die Trägerfolie 8 aufgebracht sind. Schließlich wird der sandwichartige Schichtaufbau beidseitig durch jeweils eine Isolationsschicht 12 aus einem elektrisch isolierenden Material abgeschlossen.
Wie weiterhin aus der 1 zu entnehmen ist, ist der Träger 2 alternierend von einer Vielzahl von Leitsträngen 14A, B senkrecht durchsetzt, die zwei unterschiedliche thermoelektrische Materialen aufweisen. Der erste Leitstrang 14A weist dabei einen ersten Typ A eines thermoelektrischen Materials und der zweite Typ Leiterstrang 14B einen zweiten vom ersten Typ verschiedenen thermoelektrischen Materialtyp B auf. ln 1 sind die unterschiedlichen Typen einmal durch zylinderförmige und einmal durch quarderförmige Säulen als Leitstränge 14A, B dargestellt.
Die Leitstränge 14A, B der unterschiedlichen Typen A, B sind über die Kontaktstreifen 10 jeweils abwechselnd auf der oberen Flachseite 16 des Trägers 2 und der unteren Flachseite 18 des Trägers 2 elektrisch miteinander kontaktiert, so dass die einzelnen Leitstränge 14A, B seriell miteinander verbunden sind, wobei sich die unterschiedlichen Leitstränge 14A, B alternierend aneinander anschließen. Die Kontaktstreifen 10 bilden dadurch eine thermoelektrische Kontaktstelle 20 aus.
Das Schaltungsmuster ergibt sich insbesondere aus der Aufsicht der 2 auf eine der Flachseiten 16, 18. Zunächst ist hieraus zu erkennen, dass die Leitstränge 14A, B nach Art eines Schachbrettmusters alternierend angeordnet sind.
Aus der Aufsicht auf die Flachseite 16, 18 sind die Stirnendseiten der Leiterstränge 14A, B zu erkennen, die Kontaktflächen 24A, B bilden, welche über die Kontaktstreifen 10 miteinander verbunden sind. Zur Unterscheidung der beiden Leiterstrangtypen 14A, B sind die Kontaktflächen 24A. B lediglich zu Illustrationszwecken quadratisch und kreisrund dargestellt.
Die Kontaktierung über die Kontaktstreifen 10 auf der einen Flachseite 16 ist durch die schwarzen Balken und die Kontaktierung auf der gegenüberliegenden Flachseite 18 durch die weißen Balken dargestellt. Weiterhin ist die mäanderförmige Kontaktierung zu entnehmen, d. h. die Leiterstränge 14A. B werden beispielsweise zeilenweise kontaktiert.
Die Leiterstränge 14A, B bestehen aus einer Vielzahl von Einzelfäden 22A, B zweier verschiedener Fadentypen A, B. Die Einzelfäden 22A, B sind vorzugsweise jeweils auch matrixartig angeordnet. Das entsprechende Muster für einen jeweiligen Leiterstrang 14A, B ist in den 3A, B dargestellt. Diese zeigen jeweils die gegenüberliegenden Kontaktflächen 24A, B eines jeweiligen Leiterstrangs 14A. B.
Die Einzelfäden 22A, B werden mit Hilfe eines textilen Verfahrens, nämlich insbesondere Sticken, in den Träger 1, insbesondere das Keramikvlies 3 eingebracht. Dabei wird üblicherweise ein Endlosfaden wechselweise von der oberen Flachseite 16 zur unteren Flachseite 18 hin- und hergeführt. Dadurch ergibt sich automatisch das in den 3A, B dargestellte Verbindungsmuster der Einzelfäden 22A, B. Die gestrichelten Verbindungslinien zeigen jeweils die Verbindung auf der gegenüberliegenden Seite.
Die Einzelfäden 22A, B selbst wiederum sind als sogenannte Tinsel ausgebildet. Bei diesen handelt es sich um einen Verbund von mehreren Filamenten oder Drähten, wie es sich insbesondere beispielhaft aus der 4 ergibt. Die Einzelfäden 22A, B weisen einen insbesondere zentralen Trägerfaden 26 vorzugsweise aus Polyimid auf, welcher von mehreren Metalldrähten 28 aus dem thermoelektrischen Material gemäß Typ A bzw. gemäß Typ B umwickelt sind.
5 zeigt schließlich ein stark vereinfacht skizziertes, fertiges thermoelektrisches Element 1, welches in die gewünschte Endform gebracht und im Ausführungsbeispiel halbschalenförmig ausgebildet ist, um sich möglichst vollflächig an eine korrespondierende runde Struktur, beispielsweise eines Abgasrohrs 30 anzuschmiegen. Das thermoelektrische Element 1 weist zwei Anschlusskontakte auf, zwischen denen im Betrieb eine Spannung entsteht, die zur elektrischen Energieerzeugung herangezogen wird. Die Anschlusskontakte 32 sind mit einer elektrischen Steuereinheit 34 zur Ausbildung eines thermoelektrischen Generators verbunden. Die elektrische Steuereinheit 34 kann beispielsweise auch einen Energiespeicher zur Zwischenspeicherung des von dem thermoelektrischen Element 1 erzeugten elektrischen Stroms umfassen.
Durch das im Betrieb heiße Abgasrohr 30 ist die dem Abgasrohr 30 zugewandte untere Flachseite 18 als Heißseite ausgebildet und liegt auf einem deutlich höheren Temperaturniveau als die gegenüberliegende obere Flachseite 16. Da die einzelnen thermoelektrischen Kontaktstellen 20 auf den unterschiedlichen Temperaturseiten liegen, wird aufgrund des thermoelektrischen Effekts (Seebeck-Effekt) eine thermoelektrische Spannung erzeugt, die zwischen den beiden Anschlusskontakten 32 abgegriffen wird.
Bei der Herstellung des thermoelektrischen Elements 1 wird zusammenfassend derart vorgegangen, dass in den Träger 2, welcher zumindest ein textiles Flächengebilde, nämlich ein Keramikvlies 3 aufweist, durch ein textiles Bearbeitungsverfahren, nämlich Sticken, eine Vielzahl von Leitsträngen 14A, B eingebracht werden. Diese bestehen jeweils aus einer Vielzahl von Einzelfäden 22A, B. Die endseitigen Kontaktflächen 24A, B der Leitstränge 14A, B werden miteinander elektrisch verbunden. Dies erfolgt gemäß einer ersten Ausführungsvariante automatisch beim Einbringen der Leitstränge mit Hilfe der Kontaktschicht 6, die bereits auf dem Keramikvlies 3 zusammen mit den vorbereiteten Kontaktstreifen 10 aufgebracht ist. In alternativen Ausführungsformen erfolgt das Verschalten der Kontaktflächen 24A, B erst nach dem Einbringen der Leiterstränge 14A, B durch geeignete Kontaktierungsverfahren, wie beispielsweise Löten oder auch ein thermisches Spritzverfahren zur Aufbringung der Kontaktstreifen 10. Nach der Kontaktierung bzw. nach dem Einbringen der Leiterstränge 14A, B wird vorzugsweise beidseitig noch die Isolationsschicht 12 aufgebracht. Die bisher angeführten Herstellungsschritte laufen vorzugsweise allesamt vollautomatisch ab. Der Träger 2 ist bis hierher ein flächiges, ebenes Gebilde, was die automatisierte Herstellung vereinfacht.
Im nächsten Verfahrensschritt wird nunmehr das ausgebildete thermoelektrische Element 1 an die gewünschte Endgeometrie angepasst. Hierzu wird das thermoelektrische Element 1 in die gewünschte Endform gebracht und insbesondere einer Temperaturbehandlung unterzogen, so dass nach dem Auskühlen die gewünschte Endgeometrie dauerhaft beibehalten wird. Ergänzend werden noch die Anschlusskontakte 32 ausgebildet, über die später der Anschluss der elektrischen Steuereinheit 34 erfolgt. Bei diesen Anschlusskontakten 32 handelt es sich beispielsweise um vorkonfektionierte Stecker oder auch um einfache Kontaktpads, die auf der Außenseite der Isolationsschicht 12 angeordnet sind.
Bei Verzicht auf derartige Anschlusskontakte entsteht ein Paneel, das sich beispielsweise zur Anwendung als Isolator eignet.
In einem konkreten Ausführungsbeispiel werden die Tinsel z.B. auf jeweils voneinander beabstandeten Flächen oder Feldern, z.B. mit einer Größe von 1 × 1cm², mit einer möglichst großen Anzahl von Stichen und damit Fäden/Fadenbüscheln in einen Träger eingebracht, um die Leitstränge auszubilden. Dabei entstehen die Schenkel oder Brücken des späteren Paneels oder thermoelektrischen Generators (6). Dabei wird jedes Feld mit Tinseln aus einem einzigen Material derart gestickt, dass eine möglichst große Anzahl von Schenkeln pro Fläche entsteht. Die Felder werden abwechselnd, ähnlich einem Schachbrettmuster, mit den Tinseln oder dgl. aus den jeweils unterschiedlichen thermoelektrischen Materialien (z.B. Ni und NiCr oder Cu und CuNi) gestickt.
Der Träger kann ein textiles Flächengebilde, z.B. ein sandwichartiges Komposit sein, dessen Inneres aus einem temperaturstabilen Substrat wie z.B. einem Keramikvlies mit variabler Dicke (z.B. von wenigen mm bis zu mehreren cm, insbesondere zwischen 4–10 mm) gebildet ist, das sich durch eine niedrige Wärmeleitfähigkeit auszeichnet. Dieses Substrat kann von beiden Seiten imprägniert oder mit einer Schicht versehen werden, die sich durch einen ersten Prepolymerisationsschritt soweit verfestigen lässt, dass sie immer noch thermoplastisch verformbar (flexibel, weich) bleibt, in einem zweiten Polymerisationsschritt jedoch zu einem Duromer und damit irreversibel ausgehärtet werden kann. Auch diese Schicht sollte mit einer Nadel durchstochen werden können, weshalb hierfür ein imprägniertes oder beschichtetes textiles Flächengebilde wie z.B. ein Aramid- oder Nylongewirk, -gestrick oder -gewebe gut geeignet ist.
Eine derartige Schicht unterstützt die spätere elektrische Verschaltung der Schenkel; darüber hinaus kann sie als Einschnürungshindernis für die Fäden bzw. Tinsel dienen. Und nicht zuletzt kann das thermoelektrische Modul nach dem Sticken in noch biegbarem Zustand in eine gewünschte, z.B. nicht-ebene Endform überführt werden und diese durch die anschließend durchgeführte Endhärtung stabil beibehalten. Falls das Substrat selbst allerdings auch ohne Beschichtung die erforderlichen Eigenschaften besitzt, kann ggf. auf deren Aufbringen verzichtet werden. Z.B. kann das Substrat selbst ein Träger in Form eines textilen Flächengebildes sein, das mit einem Harz imprägniert (getränkt) oder beschichtet ist, welches nach Prepolymerisation thermoplastische Eigenschaften aufweist und durch Einwirkung von Wärme in ein Duromer überführbar ist.
Die Imprägnierung oder Beschichtung der textilen Flächengebilde erfolgt vorzugsweise mit einem Cyanatharz, das die obigen Eigenschaften besitzt.
Wenn das Substrat wie oben beschrieben beidseitig mit einer zweistufig polymerisierbaren Schicht versehen werden soll, können zwei textile Flächengebilde als Basis- und Decklagen mit dem Substrat, z.B. dem Keramikvlies, verbunden werden, so dass eine sogenannte Sandwich-Struktur entsteht. Die Basis- und Decklagen sind einerseits hilfreich zur elektrischen Verschaltung der Schenkel, andererseits geben sie dem Substrat eine für die spätere Bearbeitung notwendige mechanische Stabilität. Durch das Prepolymerisieren im Falle von Cyanatharz wird eine klebefreie Oberfläche der Decklagen erreicht. Damit sind die Substrate optimal für das Einbringen der Fäden/Tinsel in das Substrat vorbereitet. Es sind jedoch auch Beschichtungen aus anderen Materialien möglich.
Nach dem Besticken des Trägers kann dieses Halbzeug unter Wärmeeinwirkung in die gewünschte Form gebracht werden (siehe 6). Das Aushärten des in Form gebrachten Bauteils und damit des verwendeten Harzes, insbesondere eines Cyanatharzes, erfolgt bei höheren Temperaturen. Dabei ist es möglich, Abwärmeenergie von gekrümmten Oberflächen (z.B. Rohrleitungen) zum Aushärten zu nutzen. Das Bauteil ist nach dem Aushärten nicht mehr thermoplastisch verformbar und bietet eine für die weitere Bearbeitung geeignete Oberfläche.
Zur Verschaltung der vorzugsweise sticktechnologisch eingebrachten Schenkel der beiden unterschiedlichen Metall-Kombinationen können jeweils zwei benachbarte Felder auf einer Seite des Substrats durch auf diese Weise erzeugte flexible Leiterbahnen elektrisch miteinander verschaltet werden, sofern die Fläche des Substrats mit voneinander abgegrenzten Feldern mit jeweils abwechselnder Metallkombination z.B. schachbrettartig belegt ist. Jedes dieser Felder wird auf der Rückseite des Substrats auf die gleiche Weise mit einem anderen benachbarten Feld verbunden. Im Endeffekt werden mit dieser Maßnahme alle Felder seriell untereinander verbunden, wobei sich Felder aus den beiden verschiedenen Materialien jeweils abwechseln. Dies gelingt, wie bereits oben erwähnt, beispielsweise durch thermisches Spritzen (z.B. Flamecon), Löten oder auch mit Hilfe von Ultraschallschweißen. Alternativ lassen sich Kontaktierungen der Schenkel anstatt mit Hilfe der Flamecon-Bahnen auch mit Tinseln (z.B. Tinsel mit Kupferplätt) herstellen. Die Kontaktierungen werden in diesem Fall schon beim Sticken von Schenkeln unter den Stichen eingebracht, wie dies in der 7 gezeigt ist (die Kontaktierungen befinden sich auf der links gezeigten Vorderseite zwischen dem ersten und zweiten, dem dritten und vierten sowie dem fünften und sechsten Feld in jeder Reihe und auf der rechts gezeigten Rückseite zwischen dem zweiten und dritten, dem vierten und fünften Feld in jeder Reihe sowie den beiden ersten Feldern der ersten und zweiten Reihe und den beiden letzten Feldern der zweiten und dritten Reihe).
Man erhält ein Modul, in dem eine Vielzahl matrixartig angeordneter metallischer Leiter (die gestickten Partien) in jedem Feld über die elektrische Verbindung bzw. die elektrischen Verbindungen zwischen den Feldern seriell verschaltet sind. Der bei einer Temperaturdifferenz zwischen der einen und der anderen Seite des Substrats entstehende Strom kann bei Bedarf über diese serielle Schaltung abgegriffen werden.
Nach außen hin kann dieses Modul schließlich durch einen guten thermischen, aber schlechten elektrischen Leiter (z.B. eine Keramik) abgeschlossen werden.
Eine rasterelektronenmikroskopische Untersuchung zeigt, dass sich die Schenkel durch Cu-Tinsel sehr gut kontaktiert lassen (8). Auch die Messungen des elektrischen Widerstands bestätigen die durchgehende Leitfähigkeit im TEG.
9 zeigt die Mikro-CT Aufnahme eines Ausschnitts des Bauteils in dreidimensionaler Darstellung. Durch die tomographische Bildgebungsmethode sind auch Bereiche im Inneren des Bauteils sichtbar. Die metallische Plättumwicklung ist dabei sehr gut zu sehen, die keramischen und organischen Bestandteile dagegen nicht.
Durch das Versticken von Tinseln mittels industrieller Stickmaschinen ist die Kostenhürde, die bei der Herstellung der TE-Generatoren von Hand existiert, beseitigt. Das Verwenden von Prepregs aus beispielweise elastischen Aramidgewirken und wärmehärtenden Cyanatharzen als Decklagen auf dem Substrat bietet einerseits eine stabile Oberfläche für das Versticken mit thermoelektrischen Leitermaterialien bzw. Tinseln, andererseits wird dadurch das Nachbilden von gekrümmten Oberflächen ermöglicht. Somit kann mit Hilfe dieser Erfindung elektrische Energie aus der Abwärme von z.B. Abgasrohren in Fahrzeugen gewonnen werden. Durch die Verwendung von wärmeisolierenden Materialien (z.B. Keramikvlies) als Matrix für die thermoelektrischen Module wird die Temperaturdifferenz zwischen Ober- und Unterseite der Bauteile möglichst hoch gehalten. Dies führt zur Verbesserung der Effizienz und des Wirkungsgrades der TE-Generatoren und somit auch zur höheren Energieproduktivität. Außerdem verfügen solche Bauteile über eine sehr gute mechanische und thermische Stabilität.
Bezugszeichenliste

1: thermoelektrisches Element
2: Träger
3: Keramikvlies
4: Formgebungsschicht
6: Kontaktschicht
8: Trägerfolie
10: Kontaktstreifen
12: Isolationsschicht
14A, B: Leiterstrang
16: obere Flachseite
18: untere Flachseite
20: thermoelektrische Kontaktstelle
22A, B: Einzelfaden
24A, B: Kontaktfläche
26: Trägerfaden
28: Metalldraht
30: Abgasrohr
32: Anschlusskontakt
34: elektrische Steuereinheit

Claims

Thermoelektrisches Element mit den folgenden Komponenten: (a) einem Träger (2), (b) metallumwickelte, über ihre Länge leitende Einzelfäden oder Filamente oder Fadenbüschel (22A, B) unter Verwendung eines ersten und eines zweiten, vom ersten verschiedenen, zusammen ein Thermoelement bildenden metallischen Materials, wobei die metallumwickelten Fäden, Filamente oder Fadenbüschel durch den Träger hindurch in Form von Leitsträngen (14A, B) derart angeordnet sind, dass sie den Träger von einer oberen Flachseite (16) zu einer unteren Flachseite (18) durchsetzen und an den Flachseiten (16, 18) jeweils Kontaktflächen (24A, B) ausbilden, und (c) auf beiden Seiten des Trägers paarweisen Verbindungen zwischen den Kontaktflächen des ersten Materials und den Kontaktflächen des zweiten Materials, die derart ausgebildet sind, dass eine thermoelektrische Kontaktstelle (20) zwischen je zwei dieser Kontaktflächen entsteht, wobei die Verbindungen unter Ausbildung von Verschaltungen aus einem elektrisch leitenden Material gebildet sind.
Thermoelektrisches Element nach Anspruch 1, bei dem der Träger (2) ein textiles Flächengebilde (3), insbesondere ein Vlies oder ein Gewebe, und/oder ein temperaturstabiles, poröses Substrat mit einer vorzugsweise geringen Leitfähigkeit ist oder umfasst.
Thermoelektrisches Element (1) nach Anspruch 2, bei dem der Träger (2) einen mehrlagigen Aufbau aufweist, der das textile Flächengebilde (3) und eine darauf zumindest einseitig angebrachte Funktionsschicht (4, 6, 12) umfasst.
Thermoelektrisches Element (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, worin der Träger (2) ein temperaturstabiler poröser Träger aus einem Kern und zwei Außenschichten ist, wobei die Außenschichten jeweils aus einem textilen Flächenmaterial gebildet sind, das mit einem Duromer imprägniert oder beschichtet ist.
Thermoelektrisches Element (1) nach Anspruch 2, bei dem das textile Flächengebilde (3) aus temperaturstabilen Fasern, insbesondere Keramikfasern, mit einer Temperaturbeständigkeit von vorzugsweise >250°C besteht.
Thermoelektrisches Element (1) nach Anspruch 3 oder einem davon abhängigen Anspruch, worin die Funktionsschicht ausgewählt ist unter einer Formgebungsschicht (4), einer elektrischen und/oder thermischen Isolationsschicht (12), einer Kontaktschicht (6), die eine Trägerfolie (8) und darauf angebrachte Kontaktstreifen (10) umfasst, und einer Kombination aus zwei oder allen drei der genannten Schichten, wobei die elektrische und/oder thermische Isolationsschicht (12) vorzugsweise als äußerste Schicht vorgesehen ist.
Thermoelektrisches Element (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem jeder Leitstrang (14A, B) aus einer Vielzahl von metallumwickelten (28) Einzelfäden (26), Filamenten oder Fadenbüscheln gebildet ist.
Thermoelektrisches Element (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die metallumwickelten Einzelfäden, Filamente oder Fadenbüschel aus Polyimid oder Polyaramid gebildet sind.
Thermoelektrisches Element (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem die Kontaktflächen (22A) alternierend auf den beiden Flachseiten (16, 18) derart miteinander verbunden sind, dass die Leitstränge aus den mit dem ersten metallischen Material umwickelten Fäden, Filamenten oder Faserbüscheln in Serie miteinander verschaltet sind und die Kontaktflächen (22B) alternierend auf den beiden Flachseiten (16, 18) derart miteinander verbunden sind, dass die Leitstränge aus den mit dem zweiten metallischen Material umwickelten Fäden, Filamenten oder Faserbüscheln in Serie miteinander verschaltet sind.
Thermoelektrisches Element nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die Leitstränge in Feldern aus mit dem einen oder mit dem anderen metallischen Material umwickelten Fäden/Filamenten/Faserbüscheln gebildet sind, die abwechselnd und voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei mit Ausnahme eines ersten und eines letzten Feldes die Kontaktflächen eines jeden dieser Felder jeweils über ein elektrisch leitendes Material mit zwei benachbarten Feldern aus dem jeweils anderen metallischen Material verschaltet sind.
Thermoelektrisches Element nach Anspruch 10, worin die aus den Leitsträngen gebildeten Felder schachbrettmusterartig angeordnet sind.
Thermoelektrisches Modul nach einem der Ansprüche 10 und 11, worin das erste und das letzte Feld eine Ankontaktierung an einen externen Stromkreis ermöglichen.
Thermoelektrisches Element (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, bei dem der Träger (2) ausgehend von einer ursprünglich flachen Bearbeitungsgeometrie thermoplastisch verformt, vorzugsweise gebogen vorliegt.
Verfahren zum Herstellen eines thermoelektrischen Moduls (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche, worin die metallumwickelten, über ihre Länge leitende Einzelfäden, Filamente oder Fadenbüschel (22A, B) mit Hilfe eines textilen Verfahrens, vorzugsweise auf sticktechnologischem Wege, durch den Träger geführt werden, derart, dass sich dabei die Leitstränge (14A, B) und vorzugsweise auch die Kontaktflächen (24A, B) ausbilden, wobei die Kontaktflächen besonders bevorzugt die Form von Schenkeln oder Brücken besitzen.
Verfahren nach Anspruch 14, umfassend die folgenden Schritte: (a) Bereitstellen eines Trägers (2), (e) Anbringen der metallumwickelten, über ihre Länge leitenden Fäden, Filamente oder Fadenbüschel im Träger unter Ausbildung der Kontaktflächen (24A, B), (f) Anbringen der paarweisen metallischen Verbindungen bzw. Verschaltungen zwischen den Kontaktflächen des ersten Materials und den Kontaktflächen des zweiten Materials, mit der Maßgabe, dass die Schritte (b) und (c) in beliebiger Reihenfolge ausgeführt werden können.
Verfahren nach Anspruch 15, weiterhin umfassend die Schritte: (b) Beschichten oder Imprägnieren eines textilen Flächenmaterials mit einem Harz, das sich in ein thermoplastisches Prepolymer und durch Nachhärten in ein Duromer umwandeln lässt, (c) Prepolymerisieren des Harzes, (d) Belegen einer oder beider Seiten des Trägers (2) mit jeweils einer Lage des mit dem Prepolymer beschichteten oder imprägnierten textilen Flächenmaterials und Verbinden der Lagen mit dem Träger, (g) ggf. Verformen des Verfahrensprodukts nach Ausführen aller Schritte (a) bis (f), (h) Aushärten des Harzes zu einem Duromer, (i) ggf. Isolieren der metallischen Strukturen auf den Oberflächen des Verfahrensprodukts durch Aufbringen eines Materials mit isolierenden Eigenschaften.
Verfahren nach Anspruch 15, worin der Träger ein flaches, textiles Flächengebilde ist, das als solches thermoplastisch verformbar ist oder das reversibel verformbar ist und einseitig oder beidseitig mit einer thermoplastisch verformbaren Beschichtung versehen ist, umfassend das thermoplastische Umformen des Trägers in eine gewünschte, vorzugsweise gebogene Endgeometrie und anschließend ggf. irreversibles Aushärten des umgeformten Trägers.