Projekt Switchpipe

Mithilfe von Wärmeschaltern lassen sich Wärmeströme ein- und ausschalten oder regeln – ganz ähnlich, wie man es von elektrischen Schaltern kennt. Konzepte für Wärmeschalter gibt es, sie sind jedoch mit einigen Nachteilen behaftet: Der Wärmewiderstand im leitenden »Ein«-Zustand ist hoch, die Schalter sind groß, oft komplex aufgebaut und beinhalten bewegliche Teile.

Fraunhofer IPM arbeitet daher im Projekt Switchpipe gemeinsam mit anderen Fraunhofer-Instituten an einer neuen Generation thermischer Schalter, basierend auf schaltbaren Heatpipes. Die schaltbaren Heatpipes sind kompakt und kommen ohne bewegliche Teile aus. Aufgrund der einfachen Bauweise sind diese Bauteile ohne großen Aufwand integrierbar, versprechen hohe Wärmetransportfähigkeiten und lassen sich vielseitig einsetzen. So funktionieren beispielsweise Batteriesysteme oder andere elektronische Systeme optimal bei einer jeweiligen »Wohlfühltemperatur«. Werden die Systeme nicht temperiert, leiden Kapazität, Leistung und Lebensdauer. Mit einer schaltbaren Heatpipe lässt sich der Temperieraufwand deutlich verringern. 

Zur Realisierung der schaltbaren Heatpipes werden im Rahmen des Projekts sogenannte programmierbare Materialien in die Heatpipes integriert. Die Materialien lösen durch die gezielte Bindung und Freigabe des Arbeitsfluids den thermischen Schalteffekt aus, wodurch die Wärmeleitung der Heatpipes gesteuert werden kann. Basierend auf diesem Konzept wurde am Fraunhofer IPM ein Demonstrator gebaut, der eine Schalttemperatur von etwa 60 °C und einen Schaltfaktor – d.i. das Verhältnis der thermischen Leitfähigkeit im Ein- und Auszustand – von etwa 50 aufweist. Hierbei lassen ich Abmessungen, Gestalt und Schalttemperatur für verschiedene Anwendungen anpassen.

Projektpartner

• Fraunhofer IPM (Konstortialführer)
• Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT
• Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik IWU

Projektlaufzeit

• 02/2019 - 12/2026

Projektträger und Projektfinanzierung

• Fraunhofer-Exzellenz-Cluster Programmierbare Materialien CPM