NISTEK – Entwicklungsbericht der RF-Plast GmbH

Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung elektronischer Baugruppen werden diese immer kleiner. Dabei stoßen die Entwickler auf ein gravierendes Problem: Üblicherweise wurden bisher immer Metallgehäuse verwendet, die eine gute Wärmeleitfähigkeit besitzen und in großen Serien hergestellt wurden. Doch Metallgehäuse sind im Vergleich zu Kunststoff teurer, schwerer und beim Verkleinern sind inzwischen oftmals Grenzen erreicht, wo es nicht mehr kleiner geht. Deshalb wird seit einigen Jahren an wärmeleitfähigen Kunststoffen geforscht. „Das Geheimnis ist die richtige Beimischung von Keramik“, verrät Dr. Simon Amesöder der RF Plast GmbH aus Gunzenhausen. „Durch Keramikbeimischungen kann der Kunststoff die Wärme gut ableiten. Doch beim Mischen ist Fingerspitzengefühl gefragt, denn schließlich soll man die neue Kunststoff-Keramik-Masse auch noch gut und schnell in großen Mengen spritzen können.“ Das Thema hat für Dr. Simon Amesöder Zukunft, denn zum einen findet der wärmeleitende Kunststoff in vielen Bereichen der Elektrotechnik Verwendung, zum anderen bietet er dem Mittelstand große Entwicklungsmöglichkeiten durch seine Variantenvielfalt.

Die Baugruppen werden immer kleiner und leistungsfähiger, d.h. sie geben pro Fläche auch mehr Wärme ab. Lüfter haben den Nachteil, dass sie ausfallen können und zusätzlich elektrische Energie sowie Platz benötigen, deshalb bietet sich die Ableitung der Wärme über das Gehäuse an. Dies geschah bisher über Metallgehäuse. Doch inzwischen ist die Entwicklung so weit, dass die Temperatur an Kunststoffgehäusen von 160 Grad auf etwa 80 Grad Celsius abgesenkt werden kann. Besonders interessant wird das für Baugruppen mit Spulen oder Motoren.

„Gerade im Bereich Robotik ist die Industrie an diesem Thema interessiert“, weiß Dr. Simon Amesöder. Er selber forscht an intelligenten Entwärmungskonzepten bei Lampen mit Leuchtdioden (LED), die in Zukunft immer stärker gefragt sein werden. Bei dem Projekt hat er sich regionale Hilfe von der Dommel GmbH geholt, die auf Baugruppen spezialisiert ist. Während Amesöder sich auf sein Kerngeschäft konzentriert, kümmert sich die Dommel GmbH um die Elektrotechnik. Gemeinsam demonstrieren sie an einer LED-Lampe das Entwärmungskonzept und dessen Vorteile. Im neuen Konzept findet die so genannte 3D-MID-Technik Anwendung. Das Gehäuse ist aus einem selbst entwickelten wärmeleitenden Kunststoff und die elektronischen Bauteile wurden direkt auf den spritzgegossenen Schaltungsträger aufgebracht. Dadurch kann die Platine eingespart werden und das Kunststoffgehäuse macht eine zusätzliche Isolierung überflüssig. Der Schaltungsträger kann direkt im Lötprozess fertig gestellt werden. Das Konzept folgt dem Wunsch nach stetiger Funktionsintegration durch Reduzierung der Bauteile. Durch den neu entwickelten Kunststoff ist diese Technik erst interessant geworden, denn man kann nun eine LED-Lampe herstellen, die klein ist und durch die gute Wärmeableitung die hohe Lebensdauer der LEDs sichert. Durch den wachsenden Einsatz von LEDs gewinnt dieses Thema zunehmend an Interesse, nicht nur große Lampenhersteller zeigen sich sehr interessiert an dieser Technik.

Dr. Simon Amesöder überlässt dabei nichts dem Zufall. Er kooperiert sehr eng mit der Universität Erlangen. „Dort konnten wir unsere Entwicklung schon in einem frühen Stadium simulieren, ob es so funktioniert, wie wir es uns vorgestellt hatten“, erzählt Amesöder. So konnte der Kunststoff für die LED-Lampen optimiert werden, bevor die erste Lampe gebaut wurde. „Die Umstellung von einem Metallgehäuse auf Kunststoff ist nicht eins zu eins möglich“, erklärt Dr. Simon Amesöder. Metallgehäuse sind nur deshalb noch so stark verbreitet, da Standardkunststoffe nicht geeignet sind. Für Amesöder ist dieses Projekt auch der Beweis, dass die Zukunft in Kooperationen liegt. „Einzelteile sind nicht mehr gefragt, sondern komplexe Lösungen. Und diese kann man nur erreichen, wenn mehrere Experten zusammen arbeiten.“

Der neuentwickelte Kunststoff bietet noch viele weitere Einsatzmöglichkeiten, z. B. für Heißgetränkeautomatenhersteller. Man kann mit den neuen wärmeableitenden Kunststoffen auch kombinierte Schläuche herstellen, die die Wärme nach außen abgeben und nicht nach innen. Auch für Möbellampen ist der neue Kunststoff gut geeignet, mit dem kleine Lampen möglich sind, die ihre Wärme gezielt ableiten können. Ein Prototyp für alle denkbaren Anwendungen ist bereits entwickelt. Im Moment findet eine Marktaustestung statt; interessierte Firmen können sich mit Dr. Simon Amesöder in Verbindung setzen. Unter anderem plant er Workshops für Unternehmer zum Thema wärmeleitende Kunststoffe.

Dr. Simon Amesöder ist Chemieingenieur. Acht Jahre hat er am Lehrstuhl für Kunststofftechnik an der Universität Erlangen gearbeitet, bevor er zu RF-Plast nach Gunzenhausen kam. Seine Promotion hat er über wärmeleitende Kunststoffe geschrieben. RF-Plast ist ein Industrieunternehmen mit 50 Mitarbeitern, das sich seit der Gründung 1988 durch Reinhard Feichtinger zu einem leistungsfähigen und modernen Industrieunternehmen entwickelt hat. RF-Plast entwickelt und produziert Einzelkomponenten sowie Funktionsgruppen für unterschiedliche Industriebereiche, insbesondere der Automobilbranche.

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