Elektrisch leitfähige Verbundwerkstoffe als Sensorschicht

Von Dr. Oliver Senkel, Bourns Sensors GmbH, Sauerlach
Moderne Werkstoffe gewährleisten eine hohe Leistungsfähigkeit und Langzeitstabilität
von Produkten im täglichen Gebrauch. Eine Realisierung neuer Technologien lässt sich
nur noch bedingt durch den Einsatz von traditionellen Werkstoffen erreichen. Für innovative Produkte in der Zukunft müssen neue Werkstoffklassen mit maßgeschneiderten
Eigenschaftsprofilen entwickelt werden.

(firmenpresse) - Verbundwerkstoffe (Composite, Hybridwerkstoffe) stellen dabei aus technischer und ökonomischer Sicht ein großes Potenzial dar. Verbundwerkstoffe bestehen aus einer Kombination von mindestens zwei unterschiedlichen Materialien. Dabei handelt es sich um nicht-additive Eigenschaften, weil der Verbundwerkstoff Gesamteigenschaften aufweist, die nicht die
Summe der Eigenschaften der Einzelkomponenten darstellen. Dabei zählen Verschleißfestigkeit, Härte, Temperaturstabilität,
Korrosionsbeständigkeit, Elastizität, Gewicht, elektrische und magnetische Eigenschaften zu den wesentlichen Merkmalen.
Dieser Beitrag stellt in Struktur und Funktion einen Verbundwerkstoff für die Automobilelektronik vor, der sich aus organischen und anorganischen Rohstoffen zusammensetzt. Den organischen Anteil bilden Kunstharze als makromolekulare Matrix (polymeres Grundgerüst). Den anorganischen Anteil bilden Ruße (Kohlenstoffpulver). Das elektrisch leitfähige
Netzwerk besteht aus einzelnen Rußpartikeln, die wie in einer Kette angeordnet sind und als Perkolation bezeichnet wird.

Entwicklung

Es wurden rheologische Untersuchungen von Harzlösungen und Ruß-dotierten Mischungen getrennt in einem großen Frequenzfenster mittels oszillatorischer Messungen durchgeführt. Die Harzlösung zeigt über den gesamten Frequenzbereich einen linearen Anstieg der Viskosität bei doppelt-logarithmischer Auftragung. Je größer die angelegte Frequenz ist, desto höher sind auch die Fließeigenschaften der Harzlösung. Bei der Zugabe von Ruß wird eine deutliche Abweichung festgestellt. Es zeigt sich nur noch oberhalb von einem Hertz ein linearer Anstieg der viskosen Eigenschaften. Im kleinen Frequenzbereich unterhalb von einem Hertz wird keine Abhängigkeit gefunden. Diese Unterschiede des rheologischen Verhaltens lassen sich auf die Wechselwirkung Füllstoff-Polymermatrix zurückführen. Die Oberf lächengruppen des
Rußes treten in Wechselwirkung mit den funktionellen Gruppen des Harzes. Aufgrund dieser Chemisorption wird die Bindung zwischen Polymer und Rußoberfläche wie eine mechanische Feder mit elastischen Eigenschaften verstanden. Somit wirkt der externen oszillatorischen Kraft im kleinen Frequenzbereich die Ruß- Polymermatrix elastisch entgegen. Erst bei höheren Frequenzen beginnt die Lackmischung zu fließen. Somit lassen sich Widerstandslacke als viskoelastische Polymermischungen beschreiben.



Applikation

Bei Bourns werden elektrisch leitfähige Schichten für die Automobilelektronik mit Siebdruck auf ein festes Trägermaterial aufgedruckt. Jede Widerstandsschicht stellt aufgrund seiner unterschiedlichen Rohstoff-Zusammensetzung einen individuellen Werkstoff mit einem hohen mechanischen Verstärkungsgrad aufgrund der viskoelastischen Eigenschaften
dar. Die Hauptapplikation liegt im Bereich der Drive-by-Wire-Technologie für Drosselklappe und Gaspedal im Motormanagement, die über einen langen Zeitraum von zehn Jahren bei 500 000 Kilometer Fahrleistung als eine stabile und kostengünstige Steuerungstechnologie zuverlässig arbeiten müssen. Die Sensortechnologie basiert auf potenziometrischen
Schaltungen, bei denen durch Kontakt einer Edelmetallspitze auf elektrisch leitfähigen Schichten ein ohmscher Widerstand
abgetastet wird. Die Lebensdauer der Schicht beträgt zehn Millionen Zyklen bei einem sehr geringen Abrieb von drei Mikrometer. Die gesamte Applikation muss im Temperaturfenster von -40 bis +140 Grad Celsius störungsfrei funktionieren, weil es sich um sicherheitsrelevante Bauteile im Fahrbetrieb handelt. Der Füllstoff Ruß verleiht der Widerstandschicht als Verbundwerkstoff viskoelastische, elektrisch leitfähige und mechanisch verstärkende Eigenschaften, die keine der beteiligten
Rohstoffe alleine besitzt. Als Vorteile der vorgestellten Potenziometertechnologie werden die kostengünstigen Rohstoffe, die technisch einfache Umsetzung mit Siebdruck und die vielfältigen Modifikationen der Lackvarianten gesehen. Diese Werkstoffwissenschaftlichen Entwicklungen tragen zur technologischen Weiterentwicklung der Sensortechnologie bei.
Die steigenden Anforderungen an die Bauelemente können nicht allein mehr durch Optimierungen und Änderungen der Konfiguration der Bauelemente erreicht werden. Es ist zwingend notwendig, in Zukunft neue Materialien und Rohstoffe einzusetzen. Im Bereich Motormanagement stehen Gewichtsreduzierung und zunehmende thermische Belastung der Werkstoffe im Vordergrund. Nur durch genaue Auswahl funktionalisierter Werkstoffe ist den gehobenen Anforderungsstandards im Automobilbereich Rechnung zu tragen. Ein wesentlicher Beitrag zur Werkstoffinnovation liegt in der Kombination und Modifikation von neuen Verbundwerkstoffen.
Unternehmensinformation / Kurzprofil:
Leseranfragen:
PresseKontakt / Agentur:
Bereitgestellt von Benutzer: klock
Datum: 10.03.2009 - 16:47 Uhr
Sprache: Deutsch
News-ID 76033
Anzahl Zeichen: 0

Kontakt-Informationen:
Ansprechpartner: Elisabeth Klock
Stadt:

Stadecken-Elsheim

Telefon: 06130 944 670

Kategorie:

Industrie

Meldungsart: Messeinformation
Versandart: Veröffentlichung
Freigabedatum: 28.02.2009

Diese Pressemitteilung wurde bisher 616 mal aufgerufen.

Gut gelüftet! Effizienzsteigerung durch optimales Kühlmanagement ...
Als Marktführer in Europa bei Kühlerlüftermodulen treibt Brose die Weiterentwicklung der Komponenten des Kühlluftmanagements permanent voran. Mit einer neuen Generation effizienzsteigernder und geräuschoptimierter Kühlerlüftermodule in Leistungsbereichen von 200 bis 1000 Watt in Kombination m

Der demographische Wandel – Herausforderung und Chance ...
Wir befassen uns bereits seit mehreren Jahren mit den Auswirkungen der demographischen Entwicklung auf die Altersstruktur unserer Belegschaften. Infolge niedriger Geburtenraten, steigender Lebenserwartung sowie eines absehbar höheren Renteneintrittsalters verlängert sich zwangsläufig die Erwerbsp

Starkes Doppel für die Etikettierung von Reifen ...
In der Vergangenheit brachten Mitarbeiter eines Dienstleistungsunternehmens die Etiketten immer manuell auf. Das Problem bei dieser Methode war, dass die meisten Etiketten unsauber aufgebracht waren und nicht richtig hafteten. Außerdem mussten die Etiketten vorher immer erst gedruckt und sortiert w

Weitere Mitteilungen von Verlag Elisabeth Klock

Heidelberg unterstützt seine Kunden in schwierigem Umfeld ...
- Business Consulting wird gestärkt - Strategieberatung und Prozessoptimierung steigern Wettbewerbsfähigkeit der Druckereien - Kunden profitieren von umfassenden Branchenkenntnissen und Expertenwissen - Nachfrage wächst trotz schwierigem Branchenumfeld - Beratung und Umsetzung aus einer Hand

Der CLAAS Value Day – Partnerschaft schafft Wert - Moderner Einkauf bedeutet mehr als Kosten senken ...
Bonn, 10. März 2009 – „In Zeiten, in denen die Wertevernichtung an den internationalen Börsen astronomische Höhen erreicht, ist es umso wichtiger, Methoden zu identifizieren, die Werte erhalten oder neu schaffen können.“ Unter diesem Motto ließ CLAAS, einer der weltweit führenden Landmas

Less is More ...
Mit dem Konzept Low Emission Sealing Solutions LESS bietet Freudenberg eine umfassende Lösung zur Emissionsreduzierung an, die sich auf alle Komponenten bezieht, die Verbrauch und Emission beeinflussen und darüber hinaus neue Antriebstechnologien und alternative Kraftstoffe berücksichtigt. Für d

Albany Door Systems` RapidRoll® 3000ISO spart Energie- und Betriebskosten zum Vorteil von Unternehmen und Klimaschutz ...
Die Energiekosten steigen jährlich mittlerweile mit zweistelligen Teuerungsraten und Unternehmen im harten lokalen und globalen Wettbewerb sind unbedingt auf innova-tive Produkte zur Effizienzsteigerung angewiesen. Dieser technisch anspruchsvollen Aufgabe wird Albany Door Systems (www.albanydoors.c