10.04.2013

Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Quantensprung im Leichtbau

Prof. Thomas Gries und Dr. Michael Glowania vom Institut für Textiltechnik der RWTH Aachen wurden in Paris mit dem JEC Innovation Award prämiert. Sie erhielten den Preis für ihre Entdeckung, dass Pech-basierte Kohlenstofffasern, die in einer Wabenstruktur ausgerichtet sind, mit über 27 W/mK Wärmeleitfähigkeit Wärme so gut wie legierter Stahl leiten. Bereits im Januar 2013 wurde die Entdeckung mit dem ersten Preis des Hochschulwettbewerbs ZukunftErfindenNRW 2012 von NRW-Wissenschaftsministerin Svenja Schulze ausgezeichnet.

Die Erfindung ist so bahnbrechend, dass sie zu einem Umdenken in der Industrie führen könnte. Anstelle von Metall können zukünftig Bauteile mit niedriger Dichte und gleichzeitig hoher Wärmeleitfähigkeit aus Kohlenstofffasern und Polymeren hergestellt werden. Kunststofffasern sind erheblich leichter als Metall, dadurch werden große Mengen an Energie eingespart. Dies wirkt sich auf alle führenden Industriezweige und -branchen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt und Maschinenbau aus: Hohe Einsparungen im Energiebereich und ein verantwortungsvoller Umgang mit der Energie sind richtungsweisend im Marktgefüge und können zu einem entscheidenden Wettbewerbsvorteil weltweit führen.

Weitere Vorteile und Einsatzgebiete
Der neue Werkstoff ist je nach Matrix auch über 180 Grad Celsius temperaturbeständig. Seine optimalen Einsatzgebiete liegen dort, wo es auf Leichtbauweise und hohe Wärmeleitfähigkeit ankommt. Das Leichtbau-Composite wiegt weniger als Aluminium und ist ideal für den Flugzeug- und Fahrzeugbau geeignet, z. B. für die Kühlkörper von Akkus für Elektromobile oder für Hubschrauberleitwerke.

ITA entdeckt neuartigen Leichtbauansatz für die Industrie
Prof. Gries und Dr. Glowania haben eine wärmeleitfähige Sandwich-Leichtbaustruktur aus Carbonfasern entwickelt. Die hohe Wärmeleitfähigkeit der in eine Richtung ausgerichteten, nicht-metallischen Fasern wird durch den Einsatz von Pech-basierten Kohlenstofffasern erzielt. Die Verarbeitung der Fasern ist sehr anspruchsvoll, da die Fasern mit einem Elastizitätsmodul von 950 GigaPascal extrem spröde sind.
Dass Pech-basierte Kohlenstofffasern, die in eine Richtung ausgerichtet sind, Wärme doppelt so gut leiten wie Kupfer – einem der besten Wärmeleiter überhaupt – ist bereits bekannt. Bisher konnten diese Fasern kaum verarbeitet werden, da sie sehr schnell brachen und dann nicht mehr eingesetzt werden konnten. Dr. Glowania und Prof. Gries lösten dieses Problem durch eine Kombination aus drei Themen:
1. Die Erweiterung der Verarbeitung der ultrahochmodulen Kohlenstofffasern;
2. Die gezielte Ausrichtung der Fasern im Bauteil in Dickenrichtung und damit eine gerichtete Wärmeleitung, die Kosten spart und mehr Effizienz bietet;
3. Die Modifikation der isolierenden polymeren Matrix, in der die Kohlenstofffasern eingebettet sind und damit eine höhere Wärmeleitung.

Prof. Gries und Dr. Glowania erläutern: „Wir freuen uns sehr, dass unsere Entwicklung durch den JEC-Award international gewürdigt wird. Wenn unser neuer Leichtbauansatz weltweit Berücksichtigung findet, schaffen wir einen Wettbewerbsvorteil für die Industrie und kommen gleichzeitig einen wesentlichen Schritt in der Energieeinsparung voran.“

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