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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Temperierelements. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren, bei dem ein Temperierelement, wie etwa ein Kühlelement, basierend auf elektrokalorischen Materialien hergestellt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Temperierelement, das durch ein derartiges Verfahren hergestellt ist.
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Stand der Technik
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Verschiedenste Ausgestaltungen und Anwendungen für Kühlelemente sind bekannt. Beispielsweise ist es bekannt, eine Kühlung durch eine Luftkühlung oder eine Wasserkühlung bereitzustellen, um so etwa Wärme abzuleiten. Anwendungen für Kühlelemente finden sich dabei in den verschiedensten technischen Bereichen.
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Neuerdings wurden auch Elemente gefunden, welche auf dem sogenannten elektrokalorischen Effekt basieren, beziehungsweise die ein elektrokalorisches Material aufweisen.
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WO 2017/111921 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen eines elektrokalorischen Elements. Dabei wird ein Film aufweisend ein elektrokalorisches Material bereitgestellt und beidseitig mit einem Elektrodenmaterial, insbesondere mittels Vakuumabscheidung, etwa Physikalischer Gasphasenabscheidung (PVD) oder Chemischer Gasphasenabscheidung (CVD) versehen. Geeignete Materialien umfassen beispielsweise Aluminium oder Aluminiumlegierungen. Anwendungen für ein derartiges elektrokalorisches Element umfassen etwa Wärmeübertragungssysteme.
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US 2014/0230453 A1 beschreibt ebenfalls ein elektrokalorisches Element, das als Schichtaufbau konstruiert ist. Dabei sind entsprechende elektrokalorische Schichten mittels Elektroden mit einer Spannungsquelle verbunden. Um einer Delaminierung entgegenzuwirken ist es vorgesehen, dass segmentierte Lagen vorgesehen sind, welche mit entsprechenden Stress-Abbau-Spalten versehen sind.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Temperierelements, wobei das Temperierelement ein elektrokalorisches Temperierelement ist, und wobei das Verfahren die folgenden Verfahrensschritte aufweist:
- a) Bereitstellen einer elektrokalorischen Schicht aufweisend ein elektrokalorisches Material, wobei die elektrokalorische Schicht zwei insbesondere gegenüberliegend angeordnete Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht aufweist; und
- b) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Kontaktschicht auf die Kontaktflächen; wobei
bei Verfahrensschritt b) auf wenigstens eine der Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht eine Kontaktschicht durch ein thermisches Spritzen aufgebracht wird.
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Ein derartiges Verfahren erlaubt insbesondere eine leicht umsetzbare Herstellung eines effektiven Temperierelements, wobei das Temperierelement besonders langzeitstabil ausgebildet ist.
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Es wird somit ein Verfahren zum Herstellen eines Temperierelements beschrieben. Unter einem Temperierelement ist im Sinne der vorliegenden Erfindung ein derartiges Element zu verstehen, welches kühlen, heizen oder kühlen und heizen kann. Ein wie hier beschreiben herstellbares Temperierelement basiert auf dem elektrokalorischen Effekt. Unter dem elektrokalorischen Effekt ist dabei insbesondere eine Eigenschaft bestimmter Materialien zu verstehen, auf Änderung der elektrischen Feldstärke im Material durch Abkühlung oder Erwärmung zu reagieren. In anderen Worten kann basierend auf dem elektrokalorischen Effekt durch das Induzieren beziehungsweise Verändern eines elektrischen Feldes in dem Material, etwa durch das Anlegen beziehungsweise Verändern einer elektrischen Spannung, ein Temperieren, also ein Heizen oder Kühlen des Materials und dadurch der Umgebung des Materials erfolgen. Dabei kann ein Temperieren insbesondere ohne einen Stromfluss erfolgen.
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Beispielsweise kann zum Temperieren ein zu temperierender Körper beziehungsweise ein zu temperierendes Bauteil in Kontakt mit dem Temperierelement gebracht werden.
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Entsprechend werden Materialien, welche den elektrokalorischen Effekt zeigen, als elektrokalorische Materialien bezeichnet.
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Vorteile des elektrokalorischen Effekts können beispielsweise in einer exakten Temperatureinstellung oder in einem Besonders schnellen Ansprechverhalten gesehen werden. Darüber hinaus können derartige Temperierelemente auf einfache Weise mit Bezug auf Größe und Form an die gewünschte Anwendung angepasst werden, so dass grundsätzlich ein sehr breites Anwendungsgebiet möglich ist.
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Das Verfahren zum Herstellen eines derartigen elektrokalorischen Temperierelements umfasst die folgenden Verfahrensschritte.
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Gemäß Verfahrensschritt a) erfolgt das Bereitstellen einer elektrokalorischen Schicht aufweisend ein elektrokalorisches Material, wobei die Schicht zwei insbesondere gegenüberliegend angeordnete Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht aufweist.
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Somit wird in diesem Verfahrensschritt eine Schicht bereitgestellt, welche aus einem elektrokalorischen Material besteht oder dieses zumindest zum Teil aufweist. Die exakte Ausgestaltung der Schicht, wie etwa deren Dicke, Zusammensetzung oder Form kann in für den Fachmann ohne weiteres verständlicher Weise gewählt werden in Abhängigkeit der konkreten Anwendung.
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Um die elektrokalorische Schicht elektrisch zu kontaktieren und dabei insbesondere ein elektrisches Feld in das elektrokalorische Material zu induzieren, sind ferner zwei vorteilhaft gegenüberliegend angeordnete Kontaktflächen vorgesehen. Diese sind dazu ausgestaltet, dass diese, wie in Verfahrensschritt b) beschrieben, mit einem elektrisch leitfähigen Material beziehungsweise einem Elektrodenmaterial versehen werden können.
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Beispielsweise können die Kontaktflächen etwa auf der Oberseite und der Unterseite der elektrokalorischen Schicht ausgebildet sein. Beispielsweise können die gesamte Oberseite und/oder die gesamte Unterseite der elektrokalorischen Schicht als Kontaktfläche ausgestaltet sein, etwa indem die Oberseite und die Unterseite zu einander parallel verlaufen und eine gerade Ausrichtung aufweisen. Es sind mindestens zwei Kontaktflächen notwendig, um den Strom beziehungsweise das elektrische Feld einzukoppeln.
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Wie vorstehend angedeutet erfolgt gemäß Verfahrensschritt b) ferner das Aufbringen einer elektrisch leitenden Kontaktschicht auf die etwa gegenüberliegend angeordneten Kontaktflächen. Beispielsweise kann die Kontaktschicht auf die gesamten Kontaktflächen aufgebracht werden oder kann die Kontaktschicht nur teilweise auf die Kontaktfläche aufgebracht werden.
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Das aufgebrachte Material ist grundsätzlich nicht begrenzt, insoweit es elektrisch leitfähig ist und als Elektrode dienen kann. Dabei sind jedoch Materialien bevorzugt, die sich in dem nachfolgend beschriebenen Verfahren aufbringen lassen. Nicht beschränkende Beispiele umfassen etwa Metalle oder elektrisch leitfähige Polymere.
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Mit Bezug auf das Aufbringen der Kontaktschicht ist es ferner vorgesehen, dass bei Verfahrensschritt b) auf wenigstens eine der etwa gegenüberliegend angeordneten Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht eine Kontaktschicht durch ein thermisches Spritzen aufgebracht wird. Besonders bevorzugt ist es vorgesehen, dass auf beide der gegenüberliegend angeordneten Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht eine Kontaktschicht durch ein thermisches Spritzen aufgebracht wird.
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Unter einem thermischen Spritzen ist dabei insbesondere ein Verfahren zu verstehen, welches gemäß DIN EN 657 definiert ist. Ein derartiges Verfahren läuft insbesondere derart ab, dass Werkstoffe, die die Beschichtung ausbilden sollen, innerhalb oder außerhalb eines Spritzbrenners zumindest angeschmolzen werden und etwa in einem Gasstrom beschleunigt und auf die Oberfläche des zu beschichtenden Bauteils transportiert werden. Die Bauteiloberfläche wird dabei nur in geringem Maße thermisch belastet. Eine Schichtbildung findet statt, da die auftreffenden Partikel auf der Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig abflachen und sich vorrangig durch mechanische Verklammerung beziehungsweise Verankerung fixieren.
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Das beschriebene Verfahren bietet somit insbesondere durch die Verwendung des thermischen Spritzens, welches auch als Kaltspritzen bezeichnet werden kann, den Vorteil, dass die Beschichtung mit einer Kontaktschicht beziehungsweise einem Kontaktmaterial fest auf dem Untermaterial, also dem elektrokalorischen Material beziehungsweise der elektrokalorischen Schicht, haftet, sich sogar mit ihm verkrallt. Die Verkrallung wird durch den Impuls erreicht, mit dem die Partikel, etwa Metallpartikel, auf die Oberfläche des elektrokalorischen Materials treffen und durch die thermische Energie, die die Partikel mitbringen. Das Verkrallen bewirkt eine hohe Abriebfestigkeit und Langzeitstabilität.
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Durch die Verkrallung durch Eindringen von beispielsweise metallischen Partikeln in den elektrokalorischen Körper wird ferner eine gute Kontaktierung in das Material hinein erreicht. Die Beschichtung kann flächig und auch großflächig aufgetragen werden, so dass große Flächen mit einer Beschichtung kontaktiert werden und beispielsweise ferner zur Temperierung genutzt werden können, wenn etwa ein zu temperierender Gegenstand in Kontakt mit der aufgebrachten Schicht gebracht wird.
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Die Beschichtung bewirkt durch die gute Anbindung an das elektrokalorische Material auch eine gute Wärmezufuhr und Wärmeabfuhr. Es ist keine Luftschicht zwischen der Beschichtung und dem elektrokalorischen Material vorhanden, die die Wärmeleitung beziehungsweise den Wärmeübergang verschlechtern könnte. Restporositäten in der Beschichtung können toleriert werden, da diese im Inneren der Beschichtung sind und das Kontaktmaterial, also das Material, aus dem die Kontaktschicht ausgestaltet ist und dieses zumindest teilweise umfasst, beispielsweise daraus besteht, meist, beispielsweise wenn es als Metall ausgestaltet ist, im Vergleich zum elektrokalorischen Material eine hohe Wärmeleitfähigkeit besitzen kann.
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Da die Beschichtung lokal mit dem elektrokalorischen Material verbunden ist, haftet die Beschichtung fest am elektrokalorischen Material und delaminiert nicht, was unabhängig von der Dicke der Kontaktschicht möglich ist.
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Qualitätsmerkmale von Spritzschichten sind somit geringe Porosität, gute Anbindung ans Bauteil, Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur.
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Die erzielten Schichteigenschaften lassen sich beeinflussen beziehungsweise maßschneidern durch die Temperatur und die Geschwindigkeit der Spritzpartikel zum Zeitpunkt ihres Auftreffens auf die zu beschichtende Oberfläche. Der Oberflächenzustand, wie etwa die Reinheit, eine gegebenenfalls vorgesehene Aktivierung und die Temperatur üben ebenfalls einen Einfluss auf Qualitätsmerkmale wie die Haftfestigkeit aus, so dass hier weitere Beeinflussungsmöglichkeiten bestehen.
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Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass als thermisches Spritzen ein Kaltplasmaspritzen verwendet wird. Ein derartiges Verfahren läuft folgendermaßen ab: In einem Plasmabrenner sind eine Anode und ein oder mehrere Kathoden durch einen schmalen Spalt getrennt und zwischen diesen kann ein Lichtbogen erzeugt werden. Ein durch den Plasmabrenner strömendes Gas oder Gasgemisch kann so durch den Lichtbogen geleitet werden, wobei es ionisiert wird. Dadurch entsteht ein hochaufgeheiztes Gas. In dieses erzeugte Gas kann Pulver aus dem Beschichtungsmaterial eingedüst und dort aufgeschmolzen werden. Der Plasmastrom reißt die Pulverteilchen mit und schleudert sie auf die elektrokalorische Schicht beziehungsweise auf das elektrokalorische Material.
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Insbesondere das Kaltplasmaspritzen erlaubt die vorbeschriebenen Vorteile, wobei es ferner ermöglicht wird, dass durch Einstellung der Prozessparameter eine Vielzahl von Beschichtungen realisiert werden können, so dass eine besonders bevorzugte Adaptivität an das gewünschte Anwendungsgebiet möglich ist.
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Bezüglich der elektrokalorischen Schicht kann es ferner bevorzugt sein, dass bei Verfahrensschritt a) eine elektrokalorische Schicht bereitgestellt wird, die als elektrokalorisches Material ein elektrokalorisches Polymer beziehungsweise einen elektrokalorischen Kunststoff aufweist. Bezüglich des elektrokalorischen Polymeren kann insbesondere Polyvinylfluorid von Vorteil sein. Vorteile von elektrokalorischen Polymeren beziehungsweise elektrokalorischen Kunststoffen können insbesondere darin gesehen werden, dass diese Hitze sehr gut absorbieren, was zu einem sehr effektiven Kühleffekt führen kann. Grundsätzlich kann der elektrokalorische Effekt sehr ausgeprägt sein, was die vorbeschriebenen Vorteile besonders effektiv ermöglichen kann. Weiterhin kann der elektrokalorische Effekt auch bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen vorliegen, was die Adaptivität weiter verbessern kann.
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Bezüglich der mechanischen Eigenschaften können elektrokalorische Kunststoffe sehr flexibel sein, was die Anwendbarkeit weiter verbessern kann und mechanische Beschädigungen bei Verformung verhindern kann.
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Alternativ oder zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass bei Verfahrensschritt a) eine elektrokalorische Schicht bereitgestellt wird, die als elektrokalorisches Material eine elektrokalorische Keramik aufweist. Ein Beispiel für eine derartige elektrokalorische Keramik kann beispielsweise Blei-Zirkonat-Titanat umfassen, wie etwa PbZr0.95Ti0.05O3, kurz „PZT“. Diese Materialien weisen insbesondere bei hohen Temperaturen, wie etwa bei 220°C, einen effektiven elektrokalorischen Effekt auf und sind in diesen Temperaturen auch stabil, so dass auch Hochtemperaturanwendungen problemlos möglich sind. Ferner können Keramiken eine hohe mechanische Stabilität und eine Resistenz gegen viele Medien aufweisen, was bezüglich der Verlässlichkeit Vorteile bringen kann.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass bei Verfahrensschritt a) eine elektrokalorische Schicht bereitgestellt wird, die als Folie ausgestaltet ist. Eine derartige Schicht kann somit besonders flexibel und formbar sein, was das Anwendungsgebiet erweitern kann.
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Insbesondere aber nicht beschränkt auf eine Folie kann es vorgesehen sein, dass bei Verfahrensschritt a) eine elektrokalorische Schicht bereitgestellt wird, die eine Dicke aufweist in einem Bereich von kleiner oder gleich 4mm, beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 0,1mm bis kleiner oder gleich 1mm. Dies kann eine hohe Flexibilität weiter verbessern und dabei trotzdem einen effektiven elektrokalorischen Effekt sicherstellen. Durch die Flexibilität kann eine gute Anpassung an eine zu temperierende Oberfläche gegeben sein, was die Effektivität der Temperierung, wie etwa der Kühlung, verbessern kann.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass bei Verfahrensschritt b) auf wenigstens eine der Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht eine Kontaktschicht aufgebracht wird, die eine Dicke aufweist in einem Bereich von größer oder gleich 1 µm bis kleiner oder gleich 1 mm, beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 50 µm bis kleiner oder gleich 0,5 mm. Insbesondere dünne Schichten bieten den Vorteil, dass diese die Flexibilität des elektrokalorischen Materials nicht wesentlich einschränken. Derartige Schichtdicken reichen jedoch für ein elektrisches Kontaktieren und das Einleiten eines elektrischen Feldes aus. Ferner sind auch derartig dünnwandige Beschichtungen durch das Erzeugen mittels thermischen Spritzens sehr stabil beziehungsweise haften sehr gut.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass bei Verfahrensschritt b) auf wenigstens eine der Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht eine Kontaktschicht aufgebracht wird, die aus einem Metall geformt ist, beispielsweise aus einem Metall besteht. Diesbezüglich können prinzipiell alle Metalle verarbeitet werden. Jedoch bieten sich insbesondere in Kombination mit elektrokalorischen Polymeren in der elektrokalorischen Schicht insbesondere niedrigschmelzende Metalle an, da diese beim thermischen Spritzen bei vergleichsweise geringen Temperaturen aufgetragen werden können. Beispiele für niedrigschmelzende Metalle, also elementare Metalle oder Legierungen, weisen beispielsweise einen Schmelzpunkt auf, der in einem Bereich von kleiner oder gleich 1250 °C liegt, und umfassen etwa Kupfer, Zinn, Magnesium, Aluminium oder Silber oder auch in diesem Schmelzbereich liegende Legierungen.
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Vorteile von Metallen können insbesondere darin gesehen werden, dass sie eine gute Wärmeleitfähigkeit haben und dadurch ein effektives Temperieren erlauben. Darüber hinaus können sich insbesondere Metalle bei einem thermischen Spritzen effektiv in der elektrokalorischen Schicht verkrallen, so dass eine besonders hohe Stabilität erreicht werden kann und ferner ein geringer Übergangswiderstand ermöglicht wird.
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Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass unterhalb oder oberhalb wenigstens einer Kontaktschicht ein Kontaktelement zum Kontaktieren der Kontaktschicht angeordnet wird. Besonders bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass unterhalb oder oberhalb sämtlicher Kontaktschichten ein Kontaktelement zum Kontaktieren der jeweiligen Kontaktschicht angeordnet wird. Als derartige Kontaktelemente können beispielsweise Kontaktstifte beziehungsweise Kontaktpins oder auch Kontaktfolien oder Kontaktkabel verwendet werden.
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Beispielsweise können die Kontaktelemente auf der Beschichtung beziehungsweise auf dem Kontaktmaterial durch Kleben mit Leitklebern oder durch Anlöten fixiert werden. Die Kontaktelemente können auch vor dem Beschichten der elektrokalorischen Schicht auf die elektrokalorische Schicht aufgebracht werden etwa wiederum durch einen Leitkleber, und anschließend mittels der Beschichtung beziehungsweise dem Kontaktmaterial kontaktiert werden.
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Die Beschichtung beziehungsweise das Kontaktmaterial überlappt dann die Kontaktelemente, wie auch das elektrokalorische Material. Über die Kontaktelemente können zum Einbringen des elektrischen Feldes Wechselspannungen auf die Beschichtung beziehungsweise das Kontaktmaterial und damit auf das elektrokalorische Material in besonders einfacher Weise übertragen werden, so dass ein Temperieren mittels des elektrokalorischen Effekts erfolgen kann. Insbesondere kann es in dieser Ausgestaltung ohne das zusätzliche Anbinden von weiteren elektrischen Kontakten an das Kontaktmaterial ermöglicht werden, etwa eine Wechselspannung anzulegen, so dass ein Temperieren besonders einfach sein kann.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Verfahrens wird auf die Beschreibung der Verwendung, des Temperierelements, auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
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Beschrieben wird ferner das Verwenden eines thermischen Spritzens zum Beschichten einer elektrokalorischen Schicht zum Herstellen eines elektrokalorischen Temperierelements.
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Das Verwenden eines thermischen Spritzens für das Ausbilden eines Kontaktmaterials beziehungsweise einer elektrisch leitfähigen, insbesondere als Elektrode dienenden Schicht auf einer elektrokalorischen Schicht ermöglicht zusammenfassend die Vorteile, wonach eine geringe Porosität, eine gute Anbindung der Beschichtung an die elektrokalorische Schicht, eine hohe Rissfreiheit und eine homogene Mikrostruktur ermöglicht werden können.
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Anwendungen umfassen etwa die Batterietechnik, da bei der Batterieentladung Wärme entsteht, durch die Batterien ineffizient werden, weil die Selbstentladungsrate sehr hoch ist. Durch ein Kühlsystem kann die Batterie besser nahe der optimalen Temperatur gehalten werden.
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Viele andere Systeme bedürfen auch eines Kühlsystems, dies können Kühlschränke, um Lebensmittel zu kühlen, CPU-Kühlungen, um den Prozessor vor dem Überhitzen zu schützen oder auch Pumpenansaugungen sein, um die Pumpen vor Kavitation zu schützen. Auch bei derartigen Anwendungen bieten erfindungsgemäß hergestellte elektrokalorische Temperierelemente Vorteile.
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Die Anwendung eines derart hergestellten elektrokalorischen Temperierelements ist jedoch nicht zwingend auf diese beispielhaften Anwendungen beschränkt.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale der Verwendung wird auf die Beschreibung des Verfahrens, des Temperierelements, auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
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Beschrieben wird ferner ein elektrokalorisches Temperierelement, aufweisend eine elektrokalorische Schicht mit einem elektrokalorischen Material, wobei die elektrokalorische Schicht zwei Kontaktflächen zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht aufweist, wobei auf den Kontaktflächen jeweils eine elektrisch leitfähige Kontaktschicht vorgesehen ist, wobei wenigstens eine Kontaktschicht an der Kontaktfläche durch eine mechanische Verankerung fixiert ist.
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Bei einem derartigen elektrokalorischen Temperierelement ist es daher insbesondere vorgesehen, dass die Kontaktschicht an der Kontaktfläche durch eine mechanische Verankerung fixiert ist. Dies kann beispielsweise realisiert sein durch eine Vielzahl an Fixierpunkten beziehungsweise Verankerungspunkten, an welchen die Kontaktschicht an der Kontaktfläche und damit insbesondere an der elektrokalorischen Schicht haftet. Beispielsweise kann eine mechanische Verankerung durch Formschluss realisiert sein.
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Eine derartige Fixierung der Kontaktschicht an der Kontaktfläche ist beispielsweise realisierbar durch das Anwenden eines thermischen Spritzens, wie dies vorstehend im Detail beschrieben ist. Eine Schichtbildung findet dabei statt, indem die auf die Kontaktoberfläche auftreffenden Partikel des Materials der Kontaktschicht auf der Bauteiloberfläche prozess- und materialabhängig abflachen und sich vorrangig durch mechanische Verklammerung beziehungsweise Verankerung fixieren.
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Ein derartiges Temperierelement bietet den Vorteil, dass die Beschichtung mit einer Kontaktschicht beziehungsweise einem Kontaktmaterial fest auf dem Untermaterial, also dem elektrokalorischen Material beziehungsweise der elektrokalorischen Schicht, haftet, sich sogar mit ihm verkrallt. Das Verkrallen bewirkt eine hohe Abriebfestigkeit und Langzeitstabilität.
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Qualitätsmerkmale derartiger Temperierelemente sind ferner geringe Porosität, gute Anbindung ans Bauteil, Rissfreiheit und homogene Mikrostruktur.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des Temperierelements wird auf die Beschreibung des Verfahrens, der Verwendung, auf die Figuren und die Figurenbeschreibung verwiesen.
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Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
- 1 eine schematische Schnittansicht durch ein elektrokalorisches Temperierelement gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung; und
- 2 eine schematische Schnittansicht durch ein elektrokalorisches Temperierelement gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung.
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Im Folgenden werden verschiedene Ausgestaltungen von Temperierelementen 10 gemäß der Erfindung gezeigt. Dabei sollen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Bauteile beschreiben.
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In der 1 eine schematische Schnittansicht durch eine erste Ausgestaltung eines elektrokalorischen Temperierelements 10 von der Seite gezeigt. Das elektrokalorische Temperierelement umfasst eine elektrokalorische Schicht 12, welche ein elektrokalorisches Material umfasst oder daraus besteht. Beispiele für elektrokalorische Materialien umfassen etwa elektrokalorische Polymere oder elektrokalorische Keramiken. Die elektrokalorische Schicht 12 kann beispielsweise folienartig ausgestaltet sein und/oder ein Dicke aufweisen in einem Bereich von kleiner oder gleich 4mm.
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An der Oberseite und der Unterseite der elektrokalorischen Schicht 12 weist diese jeweils Kontaktflächen 14 auf, die dazu dienen, die elektrokalorische Schicht 12 elektrisch zu kontaktieren beziehungsweise eine Spannung einzuleiten, um so das elektrische Feld innerhalb der elektrokalorischen Schicht 12 zu verändern. Um dies zu realisieren ist auf den Kontaktflächen 14 jeweils eine elektrisch leitfähige Kontaktschicht 16 aufgebracht, was durch thermisches Spritzen, insbesondere Kaltplasmaspritzen realisierbar ist. Die Kontaktschicht 16 weist insbesondere eine Dicke auf in einem Bereich von größer oder gleich 1 µm bis kleiner oder gleich 1 mm. Ferner ist die Kontaktschicht 16 insbesondere aus einem Metall ausgestaltet.
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Entsprechend ist ein elektrokalorisches Element nach 1 insbesondere durch die folgenden Verfahrensschritte herstellbar:
- a) Bereitstellen einer elektrokalorischen Schicht 12 aufweisend ein elektrokalorisches Material, wobei die elektrokalorische Schicht 12 zwei insbesondere gegenüberliegend angeordnete Kontaktflächen 14 zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht 12 aufweist; und
- b) Aufbringen einer elektrisch leitfähigen Kontaktschicht 16 auf die Kontaktflächen; wobei bei Verfahrensschritt b) auf wenigstens eine der Kontaktflächen 14 zum elektrischen Kontaktieren der elektrokalorischen Schicht 12 eine Kontaktschicht 16 durch ein thermisches Spritzen aufgebracht wird.
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Die Ausgestaltung aus 2 unterscheidet sich von der Ausgestaltung aus 1 insbesondere dadurch, dass unterhalb der Kontaktschichten 16 ein Kontaktelement 18 zum Kontaktieren der Kontaktschicht 16 beziehungsweise der elektrokalorischen Schicht 12 angeordnet wird.
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Unabhängig von der jeweiligen Ausgestaltung kann das Kontaktelement 18 beziehungsweise können die Kontaktelemente 18 als Kontaktstift, als Folie oder Kabel und/oder aus einem Metall ausgestaltet sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 2017/111921 A1 [0004]
- US 2014/0230453 A1 [0005]
