Ausgabe - 01-02 - Produktion

16 · Konstruktion Werkstoffe · Produktion · 10. Januar 2013 · Nr. 1-2
Technische Keramik
Verzehnfachte Lebensdauer
von Leistungsmodulen
Produktion Nr. 1-2, 2013
Eine niedrige Biegebruchfestigkeit
und eine daraus resultierende
geringe Temperaturwechselbeständigkeit
begrenzten bisher die
Lebensdauer von keramischen
Substraten. Die Curamik Electronics
entwickelt eine Alternative.
Eschenbach (ba). Das neue Keramiksubstrat
der Curamik Electronics
wird mit Siliziumnitrid
(Si3N4) hergestellt. Die Anforderungen
an die Automotive-Branche
in Bezug auf die Entwicklung
von Hybrid- und Elektroautos sowie
den Bereich um die regenerativen
Energien steigen stetig an.
Um zukünftig neben herkömmlichen
Lösungen bestehen zu können,
ist eine hohe Zuverlässigkeit
der neuen Anwendungen unabdingbar.
Erreicht wird diese unter
anderem durch Komponenten wie
keramische Substrate auf Basis
von Siliziumnitrid mit einer um
das Zehnfache verlängerten Lebensdauer.
Dies lässt sich anhand
der Anzahl von Wiederholungen
thermischer Zyklen, also dem
Wechsel von kalter auf warme Umgebungstemperatur
und umgekehrt,
messen. Denn diese setzen
das Substrat mechanischem Stress
aus. „Bei unseren bisher durchgeführten
passiven Sequenzen von
-55 °C bis 150 °C zeigen sie eine
verlängerte Lebensdauer von
Die curamik electronics GmbH fertigt Keramiksubstrate nun auch mit Siliziumnitrid
mittels DCB-und AMB-Verfahren nach individuellen Kundenwünschen.
mehr als dem Faktor 10 gegenüber
heute verwendeten Substraten im
Automotivebereich wie zum Beispiel
Al2O3 und AlN. Daraus lässt
sich die höhere Lebensdauer auch
für die späteren Module ableiten“,
berichtet Manfred Götz, Product
Marketing Manager bei curamik.
Diese ist überall dort notwendig,
wo mit Halbleitern gearbeitet wird,
die hohe Sperrschichttemperaturen
aufweisen. Die von curamik
verwendete Si3N4 Keramik liegt
mit einer Wärmeleitfähigkeit von
90 W/mK über dem Marktdurchschnitt.
Auch die Biegebruchfestigkeit
der neuen Keramiksubstrate mit
Siliziumnitrid ist im Vergleich zu
Al2O3 und AlN höher. Der Risswachstumswert
von Si3N4 schlägt
sogar den zirkondotierter Kerami-
Bild: curamic electronics GmbH
ken: Er liegt bei 6,5 bis 7 MPa/√m
bei einer thermischen Leitfähigkeit
von 90 W/mK. Dank der sehr guten
mechanischen Werte kann die Keramik
auch dünner angewandt
werden, was einen zusätzlichen
Vorteil in Bezug auf den Wärmewiderstand
hat. Außerdem wird dadurch
die Leistungsdichte erhöht
und die Systemkosten gesenkt.
„Bei Si3N4 handelt es sich um eine
für DCB- und AMB-Verfahren neue
Keramik mit hervorragenden mechanischen
Eigenschaften und hoher
thermischer Leitfähigkeit, die
die Zuverlässigkeit um ein Vielfaches
erhöht“, so Götz.
www.curamik.com
Effizienz-Navi Preis
Material
Energie
Service
Handhabung
Zeit Lebensdauer ✔
Kosten senken mit Produktion
Aluminium
Leichte Lösung
für schwere Aufgaben
Produktion Nr. 1-2, 2013
Die Trimet Aluminium AG
entwickelt in Zusammenarbeit
mit Kunden und internationalen
Hochschulen innovative Werkstoffe
aus Leichtmetall.
Essen (ba). In ihrem Industrielabor
hat Trimet zwei Legierungen
entwickelt, die den steigenden
Materialanforderungen der Automobilindustrie
Rechnung tragen
und gleichzeitig die Energieeffizienz
verbessern.
Mit der neu entwickelten, eisenarmen
Legierung können Bauteile
hohen thermischen und mechanischen
Belastungen standhalten.
Gemeinsam mit einem langjährigen
Kunden hat Trimet die Wärmeleitfähigkeit
des Legierungstyps
entscheidend erhöht und die
Bruchdehnungswerte erheblich
verbessert. Die neue Aluminiumlegierung
eignet sich für Zylinderköpfe,
Kurbelgehäuse und andere
Gussteile, die bei dünnen Wandstärken
besonders starken Belastungen
ausgesetzt sind. „Die hohen
Leistungsdichten optimierter
Verbrennungsmotoren belasten
die verwendeten Materialien erheblich.
Unsere neue Legierung
ermöglicht nun weitere Verbesserungen
in diesem Bereich“, sagt Dr.
Hubert Koch, Leiter der Trimet
Forschung und Entwicklung.
Eine weitere Werkstoffinnovation
stellt das Unternehmen für einen
breiten Anwendungsbereich
vor. Trimet hat eine Gusslegierung
Leichtmetallanwendungen – Mit der
Forschung im eigenen Labor verkürzt
Trimet Innovationswege. Bild: Trimet
weiterentwickelt, die bei mehr als
80 % der im Druckgussverfahren
hergestellten Aluminiumbauteile
zum Einsatz kommt. Die neue Legierung
hat eine bessere Energieund
Ressourceneffizienz und
kommt mit weniger Varianten als
bisher für das gleiche Leistungsspektrum
aus. Trimet bietet Anwendern
nun eine verlässliche Erfahrungsbasis,
um die Legierungszusammensetzung
entsprechend
den bauteilspezifischen Anforderungen
festlegen zu können. Den
Praxistest hat die Legierung bereits
bestanden. Das von Trimet produzierte
Kurbelgehäuse-Unterteil für
den Sechs-Zylinder-Motor eines
BMW-Motorrads belegte den dritten
Platz beim diesjährigen Aluminium-Druckguss-Wettbewerb.
www.trimet.de
Effizienz-Navi Preis
Material ✔ Energie ✔
Service
Handhabung
Zeit Lebensdauer ✔
Kosten senken mit Produktion
Composites
Formteile aus
Faserverbundkunststoff
Produktion Nr. 1-2, 2013
Der Werkzeug-, Maschinen- und
Anlagenbauer BBG GmbH & Co.
KG besitzt umfassendes Knowhow
für die Serienfertigung von
Bauteilen aus Faserkunststoff.
Mindelheim (ba). Zu den Neuheiten,
die der Anbieter von Werkzeugen
und Formenträgersystemen
für das Veredeln von Glas mit Polyurethan,
anbietet, zählt das Modell
BFT-P V6 zur Verarbeitung von
CFK-Bauteilen im Automobilbau.
Groß ist das Interesse der Branche
auch an Formenträgersystemen
des Typs BFT-R für die Fertigung
von Composite-Bauteilen im CSM
(Compound Spray Moulding)-Verfahren
und LFI (Long Fibre
Injection)-Verfahren. Mit ihnen
lassen sich leichte und stabile Bauteile
fertigen, die problemlos kaschiert
oder lackiert werden können
und die sowohl im Fahrzeuginneren
als auch bei der Karosserie
eingesetzt werden.
Nachgefragt werden die Anlagen
auch von der Luftfahrtindustrie.
Der letzte Auftrag betrifft die Fertigung
von Toilettenwänden in Flugzeugen.
Er umfasst eine Vier-Säu-
Die Vier-Säulen-Presse BFT-U hat BBG speziell
für das Fertigen großflächiger Formteile
aus Faserkunststoffverbund entwickelt.
Bild: BBG GmbH & Co. KG
len-Presse BFT-U, die BBG speziell
für das Herstellen großflächiger
Formteile aus Faserkunststoffverbund
entwickelt hat, die dazu gehörenden
Presswerkzeuge und ein
Werkzeugwechselsystem. Gefertigt
werden auf ihnen Lavatorysheets
als Sandwich-Bauteile mit
zwei Prepreg-Deckschichten und
einer zwischenliegenden Papierwabe
(paper honey comb, PHC).
www.lanxess.de
Composites
Beständig gegen Meersalz
Produktion Nr. 1-2, 2013
Forscher des Fraunhofer-Institut
für Fertigungstechnik und Angewandte
Materialforschung IFAM
haben eine Alternative zu den
Titanrohren in Meerwasserentsalzungsanlagen
entwickelt.
Bremen (ba). In Meerwasserentsalzungsanlagen
wird Meerwasser
auf Rohre gesprüht, durch die heißes
Gas oder Wasser strömt. Reines
Wasser verdampft, zurück bleibt
die salzige Ablauge. Der Dampf
wiederum lässt sich auffangen und
abkühlen. Dieses Verfahren stellt
vielfältige Ansprüche an das Rohrmaterial:
Es muss Wärme übertragen
und robust sein gegen Korrosion
und Belagsbildung. Damit das
Wasser gut verdampfen kann, muss
sich das Rohrmaterial zudem gut
durch das Meerwasser benetzen
lassen. Die Hersteller verwenden
daher nur Titan und hochlegierte
Stähle. Diese Materialien sind jedoch
sehr teuer. Forscher des
Fraunhofer-Institut für Fertigungstechnik
und Angewandte Materialforschung
IFAM entwickeln nun
eine Alternative zu den Titanrohren:
Rohre aus Polymerkompositen.
Das Besondere: Die Polymerkomposite
sind zwar ein Kunststoff,
Entsalzungsanlagen sind im Kommen, denn Trinkwasser wird knapp. Das
Fraunhofer IFAM entwickelt eine Alternative zu teuren Titanrohren. Bild: IFAM
aber sie übertragen dennoch Wärme.
Ein weiterer Vorteil: Sie lassen
sich als Endlosware herstellen und
sind entsprechend kostengünstig.
Doch wie haben es die Forscher
geschafft, das Polymer wärmeleitfähig
zu machen? „Wir haben Metallpartikel
in das Material eingefügt,
genauer gesagt geben wir bis
zu 50 Volumenprozent Kupfermikrofasern
hinzu. Die Verarbeitungseigenschaften
des Komposits ändern
sich dadurch nicht, es lässt
sich weiterhin wie ein Polymer
verarbeiten“, sagt Arne Haberkorn
vom IFAM.
Die Wissenschaftler wollen nun
die Wärmeleitfähigkeit des Materials
optimieren. Dazu bauen sie die
Rohre in eine Pilot-Meerwasserent-
salzungsanlage ein: Hier testen sie
ihre Wärmeleitfähigkeit, überprüfen,
wie viel Belag sich durch Mikroorganismen
auf den Rohren bildet
und wie stark der Werkstoff in
der salzigen Umgebung korrodiert.
Anhand dieser Ergebnisse optimieren
sie die Kompositeigenschaften.
Den Verdampfungsprozess haben
die Forscher so eingestellt, dass er
bei einer Temperatur von 70 Grad
Celsius abläuft – durch die Rohre
strömt also 70 Grad heißes Gas. Das
bietet einige Vorteile: Es bildet sich
weniger Belag auf den Rohren, das
Material korrodiert nicht so schnell
und der Druckunterschied zwischen
Innen- und Außenseite des
Rohres wird nicht so groß.
www.fraunhofer.de